分布式光纤振动监测系统DVS

是以光纤作为传感器进行振动感知的光学仪器,该系统利用单根光纤同时实现振动的监测和信号的传输。

分布式光纤振动传感系统DVS图

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一、系统简介

  分布式光纤振动传感系统( Distributed Optical Fiber Vibration Sensing System, DVS)是以光纤作为传感器进行振动感知的光学仪器,该系统利用单根光纤同时实现振动的监测和信号的传输。

系统研究开发基于相干时分复用传感原理的光纤周界监测技术,综合利用光纤中后向瑞利相干散射效应(backward Rayleigh coherent scattering)和光时域反射测量技术(OTDR) 同时实现振动事件的感知和空间定位功能。系统能够连续测量光纤沿线的振动发生情况,实现对入侵振动信号的精确解调,并具有探测距离长、定位精度高、信号响应频带宽、能够进行信号智能模式分析等综合优势,特别适用于长距离、全方位、多点的非法入侵、非法破坏、结构损坏等与振动相关事件的实时测量。

系统将结合当前输油管线和超长距离周界入侵报警的实际应用需求,针对车辆行驶、人员活动、盗挖盗采、油气泄漏等事件进行模式行为分析和工程应用研究,为石油/天然气管线、大长边境等超长距离周界入侵、重要军用通信线路光缆监测报警提供一种先进可靠的技术支撑与解决方案


二、系统原理

  分布式光纤振动监测系统基于相位敏感光时域反射技术(Φ-OTDR)

从光纤的一端注入窄线宽脉冲光,通过探测脉冲宽度范围内后向散射瑞利光的干涉结果来判断扰动,再通过测量输入脉冲与接收到信号的时间延迟来判断干扰点的位置。当光纤线路上受到外界干扰时,对应位置处光纤折射率将会发生变化,这将导致该位置处的光相位变化。光相位的变化又会引起后向瑞利散射相干涉的结果。因此,最终干涉的结果将直接反映出发生扰动的位置,这样就可以判断出外界干扰的具体位置。

分布式光纤振动监测系统的原理如图 2-1 所示,窄线宽激光器发出的连续光,由声光调制器调制后产生光脉冲,首先由掺铒光纤放大器进行放大,再通过带通滤波器滤掉 ASE,通过一个光纤环形器进入传输光缆。并有拉曼放大器进行光信号的在线放大, 反射回的瑞利散射干涉光先通过带通滤波器滤掉 ASE 和布里渊散射光,由光电探测器接收并放大,得到的电信号经数据采集卡进行数据采集,并将数据传给工控机进行数据处理,工控机通过算法,判断振动发生的时间、位置、强度、次数和可能的扰动类型等,将告警信息上传网管,网管软件根据设置判断是否声光告警, 并以图形显示方式直观的表示出振动方式发生的地理位置。

分布式光纤振动传感系统系统原理图


三、技术特点

  测量距离远:探测距离可达 40km以上,并能精确定位入侵点和泄漏点。
  实时性:系统对待测区域微振动进行 7×24小时实时监控, 及时发现并定位温度异常点,做到早期预警。
  连续分布式测量:可实现多点多事件同时监测,且互不影响,断纤后断点前部分仍能正常工作,具有强抗毁性。
  超高精度、灵敏度高:系统参数根据环境配置,可直接使用标准通信光缆,监测区域根据现场划分。
  反应迅速:扫描周期低至 1s。
  极佳的稳定性:室外通信光缆即为传感器件,可在风雨、雷电等危险及酸碱等恶劣环境中使用,适应各种恶劣环境
  电磁绝缘性极好,不受电磁干扰,本质防雷:使用的传感光纤其材质是石英,完全绝缘,不受雷击影响;光纤中传输的激光脉冲的频段远远高于电磁场的频段,完全不受电磁干扰,即使在强电磁场环境下工作也完全不受影响。
  本质安全:使用纯光纤传感,完全不会产生电火花,光纤中传输的激光脉冲平均功率很低,即使光纤断裂, 也不会产生任何危险。
  施工简单,维护方便:使用的铠装光纤,有极好的抗压抗拉强度,施工方便简单,在使用过程中很难出现问题, 即使出现破坏, 经专业人员重新熔接后便可恢复工作。
  高度智能化,轻松实现无人值守:系统在检测到异常时可 以通过短信和互联网将报告发送给直接负责人。 开放性设计,便于数据管理及现场控制。


四、技术指标

系统主要技术指标
参数名称性能指标
光纤类型单模光纤G652
通道数2路
探测光缆长度40KM/通道
链路损耗容忍度10dB
信噪比>=9dB
频响范围40KM,0.2Hz-1000Hz(探测距离有关)
定位精度5米
工作温度-10°C-55°C
工作湿度<90%RH
响应时间<1秒


五、系统组成

  分布式光纤振动监测系统主要由分布式振动监测主机、系统应用软件、远程网络管理系统、网络交换设备、室外传感光缆等五个部分。

如图 4-2 所示,振动监测主机主要负责将传感光缆传回的光信号转换成电信号,再经过采集卡采集后供系统应用软件进行分析处理,系统应用软件将处理后得到的报警事件展示在系统界面的GIS 上,便于直观定位,并可通过硬件接口调用摄像头和声光报警系统对警情进行确认;网络交换设备为报警主机和控制中心提供通信网络,远程网络管理系统使得管理人员无需亲临现场即可在指挥控制中心对远程现场主机进行相应的管理配置,同时接收外场报警主机上传的警情,并进行对应出警处置。

分布式光纤振动传感系统系统组成


六、典型应用

  本系统可以广泛应用于重要场所防入侵、重要工程防破坏、重要资源防偷盗、危险事件早预警、通信资源的监测排查等领域。具体示例如下:

1、 重要场所防入侵:石油、石化、化学品、电力厂区、监狱、银行、博物馆、机场、雷达站、港口、边境线、景区、军事基地、弹药库、大型别墅区等区域的周界安防、非法入侵、非法翻越监测;

分布式光纤振动传感系统系统典型应用 分布式光纤振动传感系统系统典型应用

2、 重要工程防破坏:地下综合管廊、电缆沟、通信光缆隧道、地铁隧道等底下工程附近挖掘机挖掘、打桩机打桩等非法施工监测;

分布式光纤振动传感系统系统典型应用

3、 重要资源防偷盗:输油、输气管道非法挖掘,打孔盗油、盗气、管道泄露的监测;电力电缆防偷盗等;

分布式光纤振动传感系统系统典型应用

4、 危险事件早预警:山体滑坡、巷道塌陷等地质危害早期预警; 列车运行状态监测,轨道等刚性结构损伤早期预警;

5、 通信资源的监测排查:通信光缆线路监测,线路走向排查等。

分布式光纤振动传感系统系统典型应用

如图 5-5 所示,为分布式光纤振动监测系统的综合应用案例,通过互联网可将各监控现场的报警信息汇入综合指挥控制中心,指挥中心通过无线通信网络将产生的报警信息实时分发到工作人员的移动设备上,便于工作人员远程实时处置现场警情。


七、分布式光纤振动监测光缆如何布设?

分布式光纤振动监测系统由主机跟传感光纤组成,那么传感光纤应该布设呢?
根据监测现场不同环境,室外传感光缆的安装布设主要分为围栏布设、埋地布设、围墙布设、管道监测布设等几种布设方式。
下面我们根据不通的方式加以图片说明:
围栏铺设
图1、围栏铺设

当布设环境为围栏的方式,我们的传感光纤可以这样曲折型布设。如上图1所示。
埋地铺设
图2 埋地铺设

当我们采用埋地铺设的方式,可以采用S型布设,如图2所示。
沿围墙布设
图3 沿围墙布设

输油管线布设
图4 输油管线布设


100M带宽APD雪崩光电探测器

APD雪崩光电探测器,DVS-DST-DAS光纤传感专用
型号:APD20-100M
带宽:DC-100MHz
波长范围:800-1700nm
上升时间:3.5ns
无光输入噪声电压: 2.2mV

DVS光纤振动一体化集成模块

DVS光纤振动一体化集成模块
测量距离:40KM(极限60KM)
外部控制接口 :RS232
探测波长范围:1100ns-1700ns


八、更多参考资料


联系电话 13427781756