一种基于光纤传感的长隧道消防管路多风险预警系统

本发明属于隧道管道监测领域，尤其是一种基于光纤传感的长隧道消防管路多风险预警系统。

背景技术：

1、隧道消防系统主要以水消防为主，隧道消防管道承担重要的消防减灾功能。消防管路的密封圈老化、管道裂缝等问题极易引发消防水渗漏，第三方破坏、外界温度降低、阀门失灵排气不畅也极易对消防管路产生破坏，且损坏地点一般比较隐蔽，难以发现，会对车辆通行和隧道安全造成威胁。

2、传统消防管路检测设备无法完全覆盖整个消防管路，检测距离短，单点式的检测方式导致部分区域存在检测盲区，准确性低；并且传统消防管路检测系统无法获取消防管路上的多种风险信息，难以实现精准区分风险种类，不能第一时间收到准确消息并进行维修。

技术实现思路

1、本发明为了解决现有技术中存在的上述至少一个技术问题，提供了一种基于光纤传感的长隧道消防管路多风险预警系统。

2、本发明采用如下的技术方案实现：一种基于光纤传感的长隧道消防管路多风险预警系统，包括布里渊光及瑞利光探测单元、故障判定单元和铺设在长隧道消防管道上的光纤组；

3、布里渊光及瑞利光探测单元基于双波长激光器实现布里渊光及瑞利光对光纤组的组合探测，结合光与电的调制器件，实现对应变、振动和温度信号的共同检测；

4、光纤组紧附在消防管道上，包括紧光纤和松光纤，其中紧光纤用于检测消防管道处的应变信号，松光纤用于检测消防管道处的温度和振动信号；

5、故障判定单元基于光纤组的输出信号判断消防管道的故障种类。

6、优选地，布里渊光及瑞利光探测单元包括双波长激光器、第一光纤耦合器、脉冲调制器、第一掺铒光纤放大器、密集波分复用器、环形器、第二光纤耦合器、声光调制器、平衡光电探测器、第三光纤耦合器、第二掺铒光纤放大器、第四光纤耦合器、扰偏器、光滤波器、第五光纤耦合器、光电转换器、混频器、微波源、带通滤波器、采集卡和光开关；

7、其中，双波长激光器的输出端连接到第一光纤耦合器的输入端；第一光纤耦合器的a输出端连接到脉冲调制器输入端，第一光纤耦合器的b输出端连接到第二光纤耦合器的输入端；脉冲调制器的输出端连接到第一掺铒光纤放大器的输入端；第一掺铒光纤放大器的输出端连接到密集波分复用器的输入端；密集波分复用器的输出端连接到环形器的a输入端；环形器的b输出端连接到光开关的输入端；光开关的输出端连接到光纤组的输入端；环形器的c输出端连接到第二掺铒光纤放大器的输入端；第二掺铒光纤放大器的输出端连接到第四光纤耦合器的输入端；第二光纤耦合器的c输出端连接到声光调制器的输入端，第二光纤耦合器的d输出端连接到扰偏器的输入端；第四光纤耦合器的g输出端连接到第三光纤耦合器的o输入端，第四光纤耦合器的h输出端连接到光滤波器的输入端；声光调制器的输出端连接到第三耦合器的p输入端；第三光纤耦合器的q输出端连接到平衡光电探测器的k输入端，第三光纤耦合器的r输出端连接到平衡光电探测器的l输入端；平衡光电探测器的输出端连接到采集卡的输入端；扰偏器的输出端连接到第五光纤耦合器的i输入端；光滤波器的输出端连接到第五光纤耦合器的j输入端；第五光纤耦合器的输出端连接到光电转换器的输入端；光电转换器的输出端连接到混频器的m输入端；微波源的输出端连接到混频器的n输入端；混频器的输出端连接到带通滤波器的输入端；带通滤波器的输出端连接到采集卡的输入端。

8、优选地，光纤组包括四根紧附在消防管道上下左右四个位置的传感光纤，传感光纤内部具有紧光纤和松光纤；其中上下两组的紧光纤用于检测消防管道垂直弯曲的应变量；左右两组的紧光纤用于检测消防管道水平弯曲的应变量；松光纤用于检测消防管道的振动和温度信号。

9、优选地，故障判定单元包括信号采集主机、声光报警器、云平台和用户端；传感光纤输出应变、振动和温度信号至信号采集主机解调，当检测到有风险信号时由声光报警器进行报警，同时将解调好的信号传送至云平台和用户端；上述解调好的信号包括消防管道的故障种类。

10、优选地，消防管道的故障种类包括但不限于下述情况：

11、若紧光纤检测到消防管道垂直弯曲的应变量时，信号采集主机判定为管道垂直方向的弯曲变形，并计算出垂直方向的弯曲型变量；

12、若紧光纤检测到消防管道水平弯曲的应变量时，信号采集主机判定为管道水平方向的弯曲变形，并计算出水平方向的弯曲型变量；

13、若松光纤检测到振动信息时，信号采集主机定为第三方破坏：

14、若松光纤检测到轻微振动信息且温度低时，信号采集主机判定为消防管路冻裂；

15、若松光纤检测到温度变化信息时，信号采集主机判定为消防管路连接处密封圈渗漏；

16、若紧光纤检测到应变信息，同时松光纤检测到特大振动信息且温度变化小时，判定为消防管路因阀门故障排气不畅引发非冻裂爆管。

17、优选地，双波长激光器所产生的1548nm和1551nm的激光分别用于瑞利光反射光路与布里渊光反射光路。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

19、本发明构造了一个由布里渊光及瑞利光组合探测的风险检测系统，其中铺设光纤共由四组构成，每组内有一松一紧两根光纤。由波长为1551nm及1548nm的双波长激光器来实现布里渊光及瑞利光对铺设光纤的组合探测，结合光与电的调制器件，实现对形变、振动、温度的共同检测，采用四组传感光纤的不同组合方式便于判断风险种类。当泄露或冻裂发生时温度及振动信息最为明显，管路变形可由四组光纤不同的应变程度判别。

技术特征：

1.一种基于光纤传感的长隧道消防管路多风险预警系统，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感的长隧道消防管路多风险预警系统，其特征在于：布里渊光及瑞利光探测单元包括双波长激光器(101)、第一光纤耦合器(102)、脉冲调制器(103)、第一掺铒光纤放大器(104)、密集波分复用器(105)、环形器(106)、第二光纤耦合器(108)、声光调制器(109)、平衡光电探测器(110)、第三光纤耦合器(111)、第二掺铒光纤放大器(112)、第四光纤耦合器(113)、扰偏器(114)、光滤波器(115)、第五光纤耦合器(116)、光电转换器(117)、混频器(118)、微波源(119)、带通滤波器(120)、采集卡(121)和光开关(122)；

3.根据权利要求2所述的一种基于光纤传感的长隧道消防管路多风险预警系统，其特征在于：光纤组包括四根紧附在消防管道(205)上下左右四个位置的传感光纤(107)，传感光纤(107)内部具有紧光纤(301)和松光纤(302)；其中上下两组的紧光纤(301)用于检测消防管道(205)垂直弯曲的应变量；左右两组的紧光纤(301)用于检测消防管道(205)水平弯曲的应变量；松光纤(302)用于检测消防管道(205)的振动和温度信号。

4.根据权利要求3所述的一种基于光纤传感的长隧道消防管路多风险预警系统，其特征在于：故障判定单元包括信号采集主机(201)、声光报警器(202)、云平台(203)和用户端(204)；传感光纤(107)输出应变、振动和温度信号至信号采集主机(201)解调，当检测到有风险信号时由声光报警器(202)进行报警，同时将解调好的信号传送至云平台(203)和用户端(204)；上述解调好的信号包括消防管道(205)的故障种类。

5.根据权利要求4所述的一种基于光纤传感的长隧道消防管路多风险预警系统，其特征在于：消防管道(205)的故障种类包括但不限于下述情况：

6.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感的长隧道消防管路多风险预警系统，其特征在于：双波长激光器(101)所产生的1548nm和1551nm的激光分别用于瑞利光反射光路与布里渊光反射光路。

技术总结
本发明属于隧道管道监测领域，旨在解决传统消防管路检测系统无法获取消防管路上的多种风险信息且存在检测盲区的问题。提供了一种基于光纤传感的长隧道消防管路多风险预警系统，布里渊光及瑞利光探测单元基于双波长激光器实现布里渊光及瑞利光对光纤组的组合探测，结合光与电的调制器件，实现对应变、振动和温度信号的共同检测；光纤组紧附在消防管道上，包括紧光纤和松光纤，其中紧光纤用于检测消防管道处的应变信号，松光纤用于检测消防管道处的温度和振动信号；故障判定单元基于光纤组的输出信号判断消防管道的故障种类。本发明能够实现对消防管道形变、振动、温度的共同检测且检测精度和效率高。

技术研发人员：白清,于博闻,周晓旭,曲晓辉,王宇,刘昕,靳宝全,高妍,张红娟
受保护的技术使用者：太原理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/11/18