本发明属于分布式光纤传感，具体涉及一种用于长隧道消防管路防冻的智能光电复合监测装置。
背景技术：
1、高速公路冬季隧道消防管道防冻主要采用电伴热缠绕消防管道进行加热，随着电伴热装置使用时间的延长，可能会出现外皮老化、短路、内部线芯受损断裂等一些故障导致其不能正常工作；
2、现阶段电伴热带需要到现场进行维护检查，电伴热带出现问题后不能第一时间收到消息并进行维修，可能导致隧道消防管道结冰或冻裂，致使隧道消防水池水位下降；一旦发生应急事件，面临无消防水可用的问题，可能导致事故扩大，且损坏地点一般比较隐蔽，难以发现；
3、同时传统的电伴热带依靠电伴热控制装置控制单一开关，不论消防管道何处温度变化都需要启动一整条伴热带进行加热工作，该能源浪费的问题在长隧道消防管道状态监测上体现的更加明显。
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，提供了一种用于长隧道消防管路防冻的智能光电复合监测装置。
2、本发明采用如下的技术方案实现：一种用于长隧道消防管路防冻的智能光电复合监测装置，包括窄线宽激光器、第一光纤耦合器、脉冲调制器、脉冲光放大器、环形器、接续光纤、信号发生器、电光调制器、连续光放大器、扰偏器、第二光纤耦合器、光电探测器、低噪放大器、双频带通滤波器、第一混频器、微波源模块、第二混频器、数据采集模块、上位机数据处理模块、无线数据传输通讯模块、接收终端模块、伴热带电流驱动模块和多组集成光纤伴热带；
3、多组集成光纤伴热带缠绕在消防管道上的不同分区处，集成光纤伴热带与伴热带电流驱动模块连接；
4、窄线宽激光器产生的设定波长的光波经第一光纤耦合器分两路输出，包括一路探测光和一路参考光；其中探测光进入脉冲调制器生成脉冲光，并经脉冲光放大器进入环形器后注入接续光纤中，接续光纤与集成光纤伴热带中的传感光纤连接，集成光纤伴热带中的传感光纤产生的布里渊散后向射光信号与瑞利后向散射光信号经环形器返回，再经连续光放大器放大后进入第二光纤耦合器的一个输入端；参考光进入电光调制器，信号发生器连接在电光调制器的脉冲输入端，且分时产生两个频率量用于布里渊散射信号解调与瑞利散射信号解调，电光调制器移频后的光经扰偏器后，进入第二光纤耦合器的另一输入端与探测光混合相干后，进入光电探测器进行相干检测，得到混合信号；
5、低噪放大器将混合信号处理后经双频带通滤波器实现瑞利散射和布里渊散射信号的分离提取，其中布里渊散射信号通过与微波源模块发出的信号在第一混频器中混频实现频率下变频，瑞利散射信号通过与微波源模块发出的信号在第二混频器中混频实现频率下变频，两路信号进入数据采集模块采集后经上位机数据处理模块对两路信号进行瑞利散射和布里渊频移的快速解调；
6、上位机数据处理模块将解调的温度与应变信息经无线数据传输通讯模块发送至接收终端模块进行信息的远程接收及监测；同时上位机数据处理模块根据不同的温度信息能控制伴热带电流驱动模块对不同分区的集成光纤伴热带进行分区操控，动态调整。
7、优选地，窄线宽激光器的输出端与第一光纤耦合器的输入端a端口相连，第一光纤耦合器的输出端b端口与脉冲调制器的输入端相连，脉冲调制器的输出端与脉冲光放大器的输入端相连，脉冲光放大器的输出端与环形器的端口d相连，环形器的端口e与接续光纤相连，接续光纤与第一个集成光纤伴热带中的传感光纤相连，环形器的端口f与连续光放大器的输入端相连，连续光放大器的输出端与第二光纤耦合器的输入端l端口相连，第一光纤耦合器的输出端c端口与电光调制器的输入端g端口相连，信号发生器的输出端j端口与电光调制器的端口h相连，电光调制器的输出端i端口与扰偏器的输入端相连，扰偏器的输出端与第二光纤耦合器的输入端k端口相连，第二光纤耦合器的输出端m端口与光电探测器的输入端相连，光电探测器的输出端与低噪放大器的输入端相连，低噪放大器的输出端与双频带通滤波器的输入端相连，双频带通滤波器的输出端与第一混频器的端口r、第二混频器的端口o相连，微波源模块的输出端与第一混频器的端口t、第二混频器的端口q相连，第一混频器的端口s、第二混频器的端口p与数据采集模块的输入端相连，数据采集模块的输出端与上位机数据处理模块的输入端相连，上位机数据处理模块的第一输出端与伴热带电流驱动模块的输入端相连，上位机数据处理模块的第二输出端与无线数据传输通讯模块的输入端相连，无线数据传输通讯模块的输出端与接收终端模块的输入端相连，伴热带电流驱动模块的输出端与不同分区的集成光纤伴热带相连。
8、优选地，集成光纤伴热带包括阻燃型聚烯烃护套、合金电热丝和传感光纤，一道传感光纤和四道合金电热丝并行于阻燃型聚烯烃护套中，相邻的集成光纤伴热带通过两通接线盒连接；消防管道保温层设置在消防管道和集成光纤伴热带的外表面。
9、优选地，窄线宽激光器产生的光波的波长为1550nm，第一光纤耦合器分出的探测光所占的比例为90％，参考光所占的比例为10％。
10、优选地，消防管道上具有四组相邻的分区，集成光纤伴热带的组数为四组。
11、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
12、本发明通过在消防管道上缠绕集成光纤的伴热带及安装分布式光纤传感系统，采集和监控隧道消防管道伴热带温度、应变等的物理特征参数，依托长期数据积累和大数据分析，来监测伴热带工作情况及消防管道结冰和渗漏水情况，可及时发现问题隐患，确定伴热带破损故障点或消防管道渗漏点位置，使损失降到最低，还可在长隧道场景下针对消防管道部分区域进行分区加热，做到在节省成本的同时对消防管道及电伴热带进行实时保护。
1.一种用于长隧道消防管路防冻的智能光电复合监测装置，其特征在于：包括窄线宽激光器(1)、第一光纤耦合器(2)、脉冲调制器(3)、脉冲光放大器(4)、环形器(5)、接续光纤(6)、信号发生器(7)、电光调制器(8)、连续光放大器(9)、扰偏器(10)、第二光纤耦合器(11)、光电探测器(12)、低噪放大器(13)、双频带通滤波器(14)、第一混频器(15)、微波源模块(16)、第二混频器(17)、数据采集模块(18)、上位机数据处理模块(19)、无线数据传输通讯模块(20)、接收终端模块(21)、伴热带电流驱动模块(22)和多组集成光纤伴热带(23)；
2.根据权利要求1所述的一种用于长隧道消防管路防冻的智能光电复合监测装置，其特征在于：窄线宽激光器(1)的输出端与第一光纤耦合器(2)的输入端a端口相连，第一光纤耦合器(2)的输出端b端口与脉冲调制器(3)的输入端相连，脉冲调制器(3)的输出端与脉冲光放大器(4)的输入端相连，脉冲光放大器(4)的输出端与环形器(5)的端口d相连，环形器(5)的端口e与接续光纤(6)相连，接续光纤(6)与第一个集成光纤伴热带(23)中的传感光纤(23.3)相连，环形器(5)的端口f与连续光放大器(9)的输入端相连，连续光放大器(9)的输出端与第二光纤耦合器(11)的输入端l端口相连，第一光纤耦合器(2)的输出端c端口与电光调制器(8)的输入端g端口相连，信号发生器(7)的输出端j端口与电光调制器(8)的端口h相连，电光调制器(8)的输出端i端口与扰偏器(10)的输入端相连，扰偏器(10)的输出端与第二光纤耦合器(11)的输入端k端口相连，第二光纤耦合器(11)的输出端m端口与光电探测器(12)的输入端相连，光电探测器(12)的输出端与低噪放大器(13)的输入端相连，低噪放大器(13)的输出端与双频带通滤波器(14)的输入端相连，双频带通滤波器(14)的输出端与第一混频器(15)的端口r、第二混频器(17)的端口o相连，微波源模块(16)的输出端与第一混频器(15)的端口t、第二混频器(17)的端口q相连，第一混频器(15)的端口s、第二混频器(17)的端口p与数据采集模块(18)的输入端相连，数据采集模块(18)的输出端与上位机数据处理模块(19)的输入端相连，上位机数据处理模块(19)的第一输出端与伴热带电流驱动模块(22)的输入端相连，上位机数据处理模块(19)的第二输出端与无线数据传输通讯模块(20)的输入端相连，无线数据传输通讯模块(20)的输出端与接收终端模块(21)的输入端相连，伴热带电流驱动模块(22)的输出端与不同分区的集成光纤伴热带(23)相连。
3.根据权利要求2所述的一种用于长隧道消防管路防冻的智能光电复合监测装置，其特征在于：集成光纤伴热带(23)包括阻燃型聚烯烃护套(23.1)、合金电热丝(23.2)和传感光纤(23.3)，一道传感光纤(23.3)和四道合金电热丝(23.2)并行于阻燃型聚烯烃护套(23.1)中，相邻的集成光纤伴热带(23)通过两通接线盒连接；消防管道保温层设置在消防管道和集成光纤伴热带(23)的外表面。
4.根据权利要求3所述的一种用于长隧道消防管路防冻的智能光电复合监测装置，其特征在于：窄线宽激光器(1)产生的光波的波长为1550nm，第一光纤耦合器(2)分出的探测光所占的比例为90％，参考光所占的比例为10％。
5.根据权利要求4所述的一种用于长隧道消防管路防冻的智能光电复合监测装置，其特征在于：消防管道上具有四组相邻的分区，集成光纤伴热带(23)的组数为四组。
