CN108119706A - 一种纤维缠绕智能管道及其制作工艺 - Google Patents

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陈建中
甄宇晴
吕泳
方玺
张小玉
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L9/00—Rigid pipes
    • F16L9/16—Rigid pipes wound from sheets or strips, with or without reinforcement
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17D—PIPE-LINE SYSTEMS; PIPE-LINES
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Rigid Pipes And Flexible Pipes (AREA)
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Abstract

本发明公开了一种纤维缠绕智能管道及其制作工艺。包括内衬层、结构层和外保护层；其中还包括在内衬层表面缠绕有一根布置有光栅的光纤，预留有光纤连接口，连接上激光器和信号处理器。在管道内壁还布置有水压力传感器、水质检测装置；在管道外壁还布置有土压力传感器。本发明将光纤与纤维缠绕管道融为一体，既能使光纤传感器更精准地反应出管道的变化，也克服了光纤易被损坏的问题。再加上水压力传感器，水质检测装置和土压力传感器，可实现实时在线检测管道状况的功能。管道与管道可以通过光纤连接口将检测***连接起来，形成管网检测***。

Description

一种纤维缠绕智能管道及其制作工艺
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种纤维缠绕智能管道及其制作工艺。
背景技术
管道运输,在流体运输方面有着巨大的优越性，在城市建设中被广泛应用。如今各大城市的地下管道运输***，已经成为了一个巨大的管道网络，甚至被称为城市的生命线。然而，由于管道网络是埋藏于地下的，对其的安全性能检测也比较困难，从而导致管道损坏不能及时维修，影响城市功能的正常运转。为此，对于管道性能的实时监测显得尤为重要。
建设智慧城市对于可持续发展、提升城市综合竞争力有着重要的作用，是如今城市发展的潮流。随着生活水平的提高与信息技术的发展，人们对于智慧城市的需求也逐渐提高。管网***作为城市的生命线，智能化的管道，智能管网，对于建设智慧城市来说也是必不可少的一部分。
发明内容
本发明目的在于提供一种检测***与管道一体化、可以实时在线检测管道状况的纤维缠绕智能管道及其制作工艺
为达到上述目的，采用技术方案如下：
一种纤维缠绕智能管道，包括内衬层、结构层和外保护层；
其中还包括在内衬层表面还缠绕有一根布置有光栅的光纤，预留有光纤连接口连接上激光器和信号处理器。
按上述方案，在管道内壁还布置有水压力传感器。
按上述方案，在管道内壁还布置有水质检测装置。
按上述方案，在管道外壁还布置有土压力传感器。
上述纤维缠绕智能管道的制作工艺，包括以下步骤：
按照传统工艺制作内衬层，在内衬层上按一定螺距缠绕一根光纤并预留光纤连接口，接上激光器和信号处理器；
在内衬层外按照传统工艺制作结构层和外保护层；
在管道内壁布置水压力传感器和水质检测装置，在管道外壁布置土压力传感器。
按上述方案，将光纤与结构层制作材料一并缠绕制作得到结构层。
一种管网检测***，将上述纤维缠绕智能管道通过光纤连接口连接形成管网，在两端的光纤连接口接上激光器和信号处理器。
相对于现有技术，本发明有益效果如下：
本发明将光纤与纤维缠绕管融为一体，既能使光纤传感器更精准地反应出管道的变化，也克服了光纤易被损坏的问题。再加上水压力传感器，水质检测装置和土压力传感器，可实现以下功能：
1)检测管道温度和应变。在管道中的光纤中布置有光栅，光纤传感器可以定点检测出光栅位置的温度和应变，可以实时检测到管道各个位置的温度和应变。
2)检测内水压力。在管道内壁每隔一定距离布置水压力传感器，可以实时检测到管道各个位置的内水压力。
3)检测土压力。在管道外壁每隔一定距离布置土压力传感器，可以实时检测到管道各个位置的土压力。
4)检测管道内的水质。在管道内壁每隔一定距离布置水质检测装置，水质检测装置中配有ph传感器、温度传感器、余氯传感器和浊度传感器，可以分别实时检测水的ph值、温度、余氯含量和浑浊度。
5)检测管道挠度变形。由于管道应变由水压力和管道挠度变形耦合作用产生的水压力应变和挠度变形应变组成，可以通过管道应变和水压力解耦合求出管道挠度变形。
6)管网检测。管道与管道连接的同时可以将两个管道的光纤连接口相连接，形成整个管网的检测***。
附图说明
图1：纤维缠绕智能管道结构示意图；
图2：纤维缠绕智能管壁纵剖面示意图；
其中，1-内衬层、2-结构层、3-外保护层、4-光纤、5-水压力传感器、6水质检测装置、7-土压力传感器、8-光纤连接口、9-激光器、10-信号处理器。
具体实施方式
以下实施例进一步阐释本发明技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。
本发明纤维缠绕智能管道，参照附图1和2所示。包括内衬层1、结构层2和外保护层3；
其中还包括在内衬层1表面还缠绕有一根布置有光栅的光纤4，预留有光纤连接口8连接上激光器9和信号处理器10。在管道中的光纤中布置有光栅，光纤传感器可以定点检测出光栅位置的温度和应变，可以实时检测到管道各个位置的温度和应变。实现检测管道温度和应变的功能。
进一步，在管道内壁还布置有水压力传感器5。在管道内壁每隔一定距离布置水压力传感器，可以实时检测到管道各个位置的内水压力。实现检测内水压力的功能。
进一步，在管道内壁还布置有水质检测装置6。管道内壁每隔一定距离布置水质检测装置，水质检测装置中配有ph传感器、温度传感器、余氯传感器和浊度传感器，可以分别实时检测水的ph值、温度、余氯含量和浑浊度。实现检测管道内的水质的功能。
进一步，在管道外壁还布置有土压力传感器7。在管道外壁每隔一定距离布置土压力传感器，可以实时检测到管道各个位置的土压力。实现检测管道外壁土压力的功能。
由于管道应变水压力和管道挠度变形耦合作用产生的水压力应变和挠度变形应变组成，可以通过以上功能检测到的管道应变和水压力数据解耦合求出管道挠度变形数据。
同时，管道与管道通过光纤连接口相连接形成整个管网，接上激光器和信号处理器，形成管网检测***。
本发明纤维缠绕智能管道的制备方法，包括以下步骤：
按照传统工艺制作内衬层，在内衬层上按一定螺距缠绕一根光纤并预留光纤连接口，接上激光器和信号处理器；
在内衬层外按照传统工艺制作结构层和外保护层；
在管道内壁布置水压力传感器和水质检测装置，在管道外壁布置土压力传感器。
优化地，可以将光纤与结构层制作材料一并缠绕制作得到结构层，如图2所示。

Claims (7)

1.一种纤维缠绕智能管道，包括内衬层、结构层和外保护层；
其特征在于还包括在内衬层表面还缠绕有一根布置有光栅的光纤，预留有光纤连接口连接上激光器和信号处理器。
2.如权利要求1所述纤维缠绕智能管道，其特征在于在管道内壁还布置有水压力传感器。
3.如权利要求1所述纤维缠绕智能管道，其特征在于在管道内壁还布置有水质检测装置。
4.如权利要求1所述纤维缠绕智能管道，其特征在于在管道外壁还布置有土压力传感器。
5.权利要求1-4任一项所述纤维缠绕智能管道的制作工艺，其特征在于包括以下步骤：
按照传统工艺制作内衬层，在内衬层上按一定螺距缠绕一根光纤并预留光纤连接口，接上激光器和信号处理器；
在内衬层外按照传统工艺制作结构层和外保护层；
在管道内壁布置水压力传感器和水质检测装置，在管道外壁布置土压力传感器。
6.如权利要求5所述纤维缠绕智能管道的制作工艺，其特征在于将光纤与结构层制作材料一并缠绕制作得到结构层。
7.一种管网检测***，其特征在于将权利要求1-4任一项所述纤维缠绕智能管道通过光纤连接口连接形成管网，接上激光器和信号处理器。
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