一种可实时故障监测的多路光纤液位测量系统及故障监测方法技术方案

本发明专利技术提供了一种可实时故障监测的多路光纤液位测量系统，包括：探测光源、掺铒光纤放大器、第一光纤耦合器、光环形器、1×N光分路器、液位传感器和光电探测器；掺铒光纤放大器的输入端与探测光源的输出端连接，第一光纤耦合器的输入端与掺铒光纤放大器的输出端连接，环形器的第一端口与第一光纤耦合器的第一输出端连接，环形器的第二端口与1×N光分路器的输入端口连接，1×N光分路器具有多个输出端口，分别与多个不同长度的光纤延时线的第一端口相连，光纤延时线的第二端口与液位传感器相连；光电探测器的第一输入端与光环形器的第三端口相连，光电探测器的第二输入端与第一光纤耦合器的第二输出端连接；数据采集处理设备的输入端与光电探测器的输出端连接。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于液位测量领域，更具体地，涉及一种可实时故障监测的多路光纤液位测量系统及故障监测方法。
技术介绍
液位测量技术在工业上有广泛且重要的应用。例如在石油化工领域，常常需要测定容器中的液位高度；在抗洪防汛方面，也需要对江河水位进行密切监测。传统的液位传感器主要有浮子式、电容式、电阻式、压力式和雷达式等。随着光纤传感技术的发展，应用与液位测量的光纤传感器越来越多，相比传统液位传感器，具有体积小、重量轻、绝缘性好、安全性好、抗电磁干扰、耐腐蚀等优点。常见的光纤液位传感器主要有光纤微结构液位传感器、光纤光栅液位传感器、光纤法布里-珀罗液位传感器等。这些光纤液位传感器受制于光纤微结构长度、光栅栅区长度、法布里-珀罗干涉腔长度等因素，测量范围较小。已报道的光纤液位传感器及液位传感系统通常测量范围只能达到几十毫米，且只能对单点的液位进行测量。此外，由于光纤液位传感器通常要浸没在待测液体中，这些液体通常成分复杂甚至具有腐蚀性，光纤的断裂易于发生；在复杂的光纤传感系统中，光纤的故障排查十分耗时耗力；因此对光纤液位传感系统进行故障监测和故障定位就显得尤为重要。传统的光纤液位传感系统通常缺乏故障监测与定位功能。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种可进行实时故障监测的多路光纤液位测量系统及故障监测方法，旨在解决传统光纤液位传感系统测量范围小、只能进行单点液位测量，且难以对测量系统进行故障监测与定位的问题。本专利技术提供了一种可实时故障监测的多路光纤液位测量系统，包括：环腔型探测光源、掺铒光纤放大器、第一光纤耦合器、光环形器、1×N光分路器、液位传感器和光电探测器；所述掺铒光纤放大器的输入端与所述环腔型探测光源的输出端连接，所述第一光纤耦合器的输入端与所述掺铒光纤放大器的输出端连接，所述环形器的第一端口与所述第一光纤耦合器的第一输出端连接，所述环形器的第二端口与所述1×N光分路器的输入端口连接，1×N光分路器具有多个输出端口，分别与多个不同长度的所述光纤延时线的第一端口相连，所述光纤延时线的第二端口与液位传感器相连；所述光电探测器的第一输入端与所述光环形器的第三端口相连，所述光电探测器的第二输入端与所述第一光纤耦合器的第二输出端连接；所述数据采集处理设备的输入端与所述光电探测器的输出端连接。更进一步地，所述第一光纤耦合器为90：10的光纤耦合器，所述第一光纤耦合器的第一输出端输出90％的光信号，所述第一光纤耦合器的第二输出端输出10％的光信号。更进一步地，所述环腔型探测光源包括：半导体光放大器、光隔离器和第二光纤耦合器；所述半导体光放大器的输出端连接所述光隔离器的输入端，所述光隔离器的输出端连接所述第二光纤耦合器的输入端，所述第二光纤耦合器的第一输出端连接半导体光放大器的输入端，形成环腔结构，第二光纤耦合器的第二输出端则作为环腔光源的输出。更进一步地，第二光纤耦合器为80：20的光纤耦合器；所述第二光纤耦合器的第一输出端输出20％的光信号；所述第二光纤耦合器的第二输出端输出80％的光信号。更进一步地，所述液位传感器包括：第一单模光纤、无芯光纤、第二单模光纤和光纤全反镜；所述无芯光纤的两端分别与所述第一单模光纤的一端和所述第二单模光纤的一端连接，所述第二单模光纤的另一端连接所述光纤全反镜，所述第一单模光纤的另一端连接光纤延时线的第二端口；所述无芯光纤部分浸没在待测液体中，当液位发生变化时，所述无芯光纤被浸没的长度也随之改变，所述无芯光纤中包层模式的泄漏也会发生变化，影响其传输光强。更进一步地，所述第一单模光纤与所述无芯光纤的纤芯直径不匹配，所述第二单模光纤与所述无芯光纤的纤芯直径不匹配。本专利技术还提供了一种基于上述的多路光纤液位测量系统的故障监测方法，包括下述步骤：(1)探测光源输出的光经过放大后分为两路，一路作为参考光被光电探测器接收后获得第一电信号，另一路作为探测光；(2)所述探测光被1×N光分路器分为N路，并分别进入各个传感支路；(3)每个传感支路的探测光经过液位传感器后，反射光再经过光环形器被光电探测器接收后获得第二电信号；(4)将所述第一电信号和所述第二电信号进行相关运算后，获得每条支路的传感点的位置信息和液位信息；并通过传感点的位置信息判断该支路的光纤是否出现断裂故障。更进一步地，所述参考光为10％，所述探测光为90％。更进一步地，在步骤(4)中，根据公式进行所述相关运算；其中，x(t)为参考光信号(强度随时间变化的序列)，x(t-τ)为探测光信号(强度随时间变化的序列)，Rx(τ)为计算后得出的相关曲线。通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，具有以下有益效果：(1)本专利技术采用基于混沌光源的相关算法进行解调，通过互相关运算得出的相关曲线中，同时包含了传感点的位置信息和探测光强度信息，能够实现传感参量与传感点位置的同时解调，因此可进行多点的同时传感。(2)当光纤链路中有断点出现时，相关曲线中会出现一个与断点位置对应的相关峰，因此能对光纤中出现的断点进行实时监测与定位，由于采用的混沌光源具有光强随机起伏的特性，定位精度可高达厘米级。附图说明图1为本专利技术实施例1的带环腔反馈的探测光源示意图。图2为本专利技术实施例1的单模-无芯-单模光纤结构的液位传感器示意图。图3为本专利技术实施例1的探测系统示意图。图中，1为半导体光放大器，2为光隔离器，3为80：20光纤耦合器，4为第一单模光纤，5为无芯光纤，6为第二单模光纤，7为光纤全反镜，8为探测光源，9为掺铒光纤放大器，10为90：10光纤耦合器，11为光环形器，12为1×N光分路器，13为液位传感器，14为光纤延时线，15为光电探测器，16为数据采集处理设备。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术所要解决的技术问题是提供一种光纤液位测量系统，克服传统光纤液位传感系统测量范围小、只能进行单点液位测量，并且难以对测量系统进行故障监测与定位的缺点。本专利技术提供了一种光纤液位测量系统，该光纤液位测量系统采用相关算法作为解调方法，可同时对液位信息和位置信息进行解调，此外当光纤传感系统中发生故障时，也可以通过相关算法解调出来。光纤液位测量系统包括：探测光源8、掺铒光纤放大器9、90：10光纤耦合器10、光环形器11、1×N光分路器12、液位传感器13、光纤延时线14、光电探测器15和数据采集处理设备16。其中，探测光源8的输出端与掺铒光纤放大器9输入端连接，掺铒光纤放大器9的输出端与90:10光纤耦合器10的输入端连接，90：10光纤耦合器10的90％输出端与环形器11的第一端口连接，环形器11的第二端口与1×N光分路器12的输入端口连接，1×N光分路器12的各个输出端口与不同长度的光纤延时线14的第一端口相连，光纤延时线14的第二端口与液位传感器13相连，光环形器11的第三端口与光电探测器15的输入端相连，90：10光纤耦合器10的10％输出端直接与光电探测器15的输入端相连，光电探测器15的输出端与数据采集处理设备16相连。探测光源8包括：半导体光放大器1、光隔离器2和80：20光纤耦合器3；半导体光放大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可实时故障监测的多路光纤液位测量系统，其特征在于，包括：环腔型探测光源(8)、掺铒光纤放大器(9)、第一光纤耦合器(10)、光环形器(11)、1×N光分路器(12)、液位传感器(13)和光电探测器(15)；所述掺铒光纤放大器(9)的输入端与所述环腔型探测光源(8)的输出端连接，所述第一光纤耦合器(10)的输入端与所述掺铒光纤放大器(9)的输出端连接，所述环形器(11)的第一端口与所述第一光纤耦合器(10)的第一输出端连接，所述环形器(11)的第二端口与所述1×N光分路器(12)的输入端口连接，1×N光分路器(12)具有多个输出端口，分别与多个不同长度的所述光纤延时线(14)的第一端口相连，所述光纤延时线(14)的第二端口与液位传感器(13)相连；所述光电探测器(15)的第一输入端与所述光环形器(11)的第三端口相连，所述光电探测器(15)的第二输入端与所述第一光纤耦合器(10)的第二输出端连接；所述数据采集处理设备(16)的输入端与所述光电探测器(15)的输出端连接。

【技术特征摘要】
1.一种可实时故障监测的多路光纤液位测量系统，其特征在于，包括：环腔型探测光源(8)、掺铒光纤放大器(9)、第一光纤耦合器(10)、光环形器(11)、1×N光分路器(12)、液位传感器(13)和光电探测器(15)；所述掺铒光纤放大器(9)的输入端与所述环腔型探测光源(8)的输出端连接，所述第一光纤耦合器(10)的输入端与所述掺铒光纤放大器(9)的输出端连接，所述环形器(11)的第一端口与所述第一光纤耦合器(10)的第一输出端连接，所述环形器(11)的第二端口与所述1×N光分路器(12)的输入端口连接，1×N光分路器(12)具有多个输出端口，分别与多个不同长度的所述光纤延时线(14)的第一端口相连，所述光纤延时线(14)的第二端口与液位传感器(13)相连；所述光电探测器(15)的第一输入端与所述光环形器(11)的第三端口相连，所述光电探测器(15)的第二输入端与所述第一光纤耦合器(10)的第二输出端连接；所述数据采集处理设备(16)的输入端与所述光电探测器(15)的输出端连接。2.如权利要求1所述的多路光纤液位测量系统，其特征在于，所述第一光纤耦合器(10)为90：10的光纤耦合器，所述第一光纤耦合器(10)的第一输出端输出90％的光信号，所述第一光纤耦合器(10)的第二输出端输出10％的光信号。3.如权利要求1或2所述的多路光纤液位测量系统，其特征在于，所述环腔型探测光源(8)包括：半导体光放大器(1)、光隔离器(2)和第二光纤耦合器(3)；所述半导体光放大器(1)的输出端连接所述光隔离器(2)的输入端，所述光隔离器(2)的输出端连接所述第二光纤耦合器(3)的输入端，所述第二光纤耦合器(3)的第一输出端连接半导体光放大器(1)的输入端，形成环腔结构，第二光纤耦合器(3)的第二输出端则作为环腔光源的输出。4.如权利要求3所述的多路光纤液位测量系统，其特征在于，所述第二光纤耦合器(3)为80：20的光...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏历，余灿，易恒，冉艳丽，姚巍，刘德明，
申请(专利权)人：深圳华中科技大学研究院，华中科技大学，
类型：发明
国别省市：广东;44