CN109000157A - 一种管道在线监测装置和监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种管道在线监测装置和监测方法。管道在线监测装置包括传感光缆、测量单元和监测单元;传感光缆包括双芯光纤,第一光纤的第二端与第二光纤的第二端连接。通过测量单元获取光功率信号,并根据受激布里渊散射光的光功率信号确定受激布里渊散射光的频谱,并根据受激布里渊散射光的峰值确定受激布里渊散射光的频移,监测单元根据历史数据分析和特征信号提取与智能识别,实现在线监测管道的服役情况,实现对管道第三方破坏、管道泄漏、管道沉降形变和地质灾害等进行事前预警,事前预知事件发生的时间、地点、事件趋势等,并准确定位,便于管道维护人员及时检修与处理,避免重大事故发生。
Description
技术领域
本发明实施例涉及管道泄漏监测的技术领域,尤其涉及一种管道在线监测装置和监测方法。
背景技术
石油天然气管道输送是我国第五大运输方式,具有安全、高效、低耗等优点,对保障能源安全和经济发展具有重要意义。油气管道距离长、且多埋藏于地下,地质环境复杂,长期服役后会因腐蚀、地形沉降、管材及施工质量、机械施工及人为破坏等原因发生失效事故。油气管道都是高压运行,输送介质易燃、易爆并具有毒性,一旦发生事故极易造成重大经济损失、人员伤亡和环境污染,因此油气管道的安全在线监测尤显重要。
现有技术中,以马赫-泽德、萨格纳克干涉仪为代表的分布式光纤振动传感技术应用于油气管道工程,利用与管道同沟敷设的通信光缆或者传感光缆作为传感器,可以实现挖掘、机械施工以及泄漏等事件预警。但受测量原理所限,马赫-泽德、萨格纳克干涉仪仅可实现单一振动事件的定位,对管道沿线多个振动事件无法定位。
发明内容
本发明提供一种管道在线监测装置和监测方法,以实现在线监测管道的服役情况,同时可以对管道存在的所有异常处进行定位。
第一方面,本发明实施例提供了一种管道在线监测装置,包括传感光缆、测量单元和监测单元;
所述传感光缆包括双芯光纤,分别为第一光纤和第二光纤;所述第一光纤和所述第二光纤均包括第一端和第二端;所述第一光纤的第二端与所述第二光纤的第二端连接;
所述测量单元与所述传感光缆连接,所述测量单元用于输出第一光信号至所述第一光纤的第一端,输出第二光信号至所述第二光纤的第一端,并实时获取所述传感光缆传输的管道沿线的光功率信号,并根据所述光功率信号确定受激布里渊散射光的频移,根据所述频移计算所述管道沿线的特征参数;其中,所述第一光信号为分散光信号,所述第二光信号为连续的扫频光信号;
所述测量单元与所述监测单元连接,所述监测单元接收所述测量单元输出的所述管道沿线的特征参数,并根据多组所述管道沿线的特征参数判断所述管道的状态。
具体地,所述测量单元包括第一光源产生器、第二光源产生器、耦合器、光电探测器和处理器;
所述第一光源产生器与所述耦合器连接,所述耦合器与所述第一光纤的第一端连接;所述第一光源产生器将产生的所述第一光信号通过所述耦合器输出至所述第一光纤;
所述第二光源产生器与所述第二光纤的第一端连接,所述第二光源产生器将产生的所述第二光信号输出至所述第二光纤;
所述耦合器获取所述传感光缆实时传输的所述管道沿线的光功率信号;
所述光电探测器与所述耦合器连接,所述光电探测器接收所述耦合器输出的所述管道沿线的光功率信号,并将其转换成电信号;
所述处理器与所述光电探测器连接,所述处理器接收所述光电探测器输出的所述电信号,根据所述电信号确定受激布里渊散射光的频谱,根据所述电信号的峰值确定所述电信号的峰值对应的所述受激布里渊散射光的频移,根据所述频移计算所述管道沿线的特征参数;
所述处理器还根据所述电信号中的峰值对应的时间计算所述电信号的峰值对应所述管道的位置。
具体地,所述光功率信号中不同峰值对应的所述频移的变化量与温度和应变的变化量之间的关系为:ΔυB=υBS-υB0=CT·ΔT+Cε·Δε;其中,υBS为所述光功率信号中的一峰值对应的所述受激布里渊散射光的频移,υB0为所述光功率信号中的另一峰值对应的所述受激布里渊散射光的频移,ΔυB为所述受激布里渊散射光的频移的变化量,CT为温度变化系数,ΔT为温度变化量,Cε为应变变化系数,Δε为应变变化量。
具体地,所述处理器还与所述第一光源产生器连接,所述处理器用于为所述第一光源产生器提供时钟信号,所述第一光源产生器产生的所述第一光信号为脉冲光信号。
具体地,所述第一光源产生器为泵浦激光光源,所述第二光源产生器为探测激光光源。
具体地,所述第一光纤的第二端和所述第二光纤的第二端熔接。
具体地,管道在线监测装置还包括收纤盒,所述第一光纤的第二端和所述第二光纤的第二端熔接的连接处设置在所述收纤盒内。
具体地,所述传感光缆沿所述管道延伸的方向敷设,所述传感光缆固定在所述管道的外壁上,或者所述传感光缆与所述管道同沟直埋。
第二方面,本发明实施例提供了一种管道在线监测方法,管道在线监测装置包括传感光缆、测量单元和监测单元;
所述传感光缆包括双芯光纤,分别为第一光纤和第二光纤;所述第一光纤和所述第二光纤均包括第一端和第二端;所述第一光纤的第二端与所述第二光纤的第二端连接;
所述测量单元与所述传感光缆连接,所述测量单元还与所述监测单元连接;
所述管道在线监测方法包括:
所述测量单元输出第一光信号至所述第一光纤的第一端,输出第二光信号至所述第二光纤的第一端;其中,所述第一光信号为分散光信号,所述第二光信号为连续的扫频光信号;
所述测量单元实时获取所述传感光缆传输的管道沿线的光功率信号,并根据所述管道沿线的光功率信号确定受激布里渊散射光的频移,根据所述频移计算所述管道沿线的特征参数;
所述监测单元接收所述管道沿线的特征参数,并根据多组所述管道沿线的特征参数判断所述管道的状态。
具体地,所述测量单元实时获取所述传感光缆传输的管道沿线的光功率信号,并根据所述管道沿线的光功率信号确定受激布里渊散射光的频移,根据所述频移计算所述管道沿线的特征参数;包括:
所述测量单元中的耦合器获取所述传感光缆实时传输的所述管道沿线的光功率信号;
所述测量单元中的光电探测器将所述管道沿线的光功率信号转换成电信号;
所述测量单元中的处理器根据所述电信号确定受激布里渊散射光的频谱;
所述处理器根据所述电信号的峰值确定所述电信号的峰值对应的所述受激布里渊散射光的频移;
所述处理器根据所述频移计算所述管道沿线的特征参数;
所述处理器根据所述电信号中的峰值对应的时间计算所述电信号的峰值对应所述管道的位置。
本发明的技术方案,管道在线监测装置包括传感光缆、测量单元和监测单元;传感光缆包括双芯光纤,分别为第一光纤和第二光纤;第一光纤和第二光纤均包括第一端和第二端;第一光纤的第二端与第二光纤的第二端连接;测量单元与传感光缆连接,测量单元用于输出第一光信号至第一光纤的第一端,输出第二光信号至第二光纤的第一端,并实时获取传感光缆传输的管道沿线的光功率信号,并根据光功率信号确定受激布里渊散射光的频移,根据频移计算管道沿线的特征参数;其中,第一光信号为分散光信号,第二光信号为连续的扫频光信号;测量单元与监测单元连接,监测单元接收测量单元输出的管道沿线的特征参数,并根据多组管道沿线的特征参数判断管道的状态。通过测量单元获取光功率信号,并根据受激布里渊散射光的光功率信号确定受激布里渊散射光的频谱,并根据受激布里渊散射光的峰值确定受激布里渊散射光的频移,监测单元根据历史数据分析和特征信号提取与智能识别,实现在线监测管道的服役情况,实现对管道第三方破坏、管道泄漏、管道沉降形变和地质灾害等进行事前预警,事前预知事件发生的时间、地点、事件趋势等,并准确定位,便于管道维护人员及时检修与处理,避免重大事故发生。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种管道在线监测装置的结构示意图;
图2为本发明实施例提供的一种传感光缆的结构示意图;
图3为本发明实施例提供的一种管道运输天然气泄漏时的温度变化趋势图;
图4为本发明实施例提供的一种管道运输油泄漏时的温度变化趋势图;
图5为本发明实施例提供的另一种管道在线监测装置的结构示意图;
图6为本发明实施例提供的一种传感光缆敷设的结构示意图;
图7为本发明实施例提供的另一种传感光缆敷设的结构示意图;
图8为本发明实施例提供的一种管道在线监测方法的流程图;
图9为本发明实施例提供的另一种管道在线监测方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明,而非对本发明的限定。另外还需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1为本发明实施例提供的一种管道在线监测装置的结构示意图,如图1所示,该管道在线监测装置包括传感光缆10、测量单元20和监测单元30。传感光缆10包括双芯光纤,分别为第一光纤11和第二光纤12;第一光纤11和第二光纤12均包括第一端和第二端;第一光纤11的第二端b1与第二光纤12的第二端b2连接;测量单元20与传感光缆10连接,测量单元20用于输出第一光信号至第一光纤11的第一端a1,输出第二光信号至第二光纤12的第一端a2,并实时获取传感光缆10传输的管道40沿线的光功率信号,并根据光功率信号确定受激布里渊散射光的频移,根据频移计算管道40沿线的特征参数;其中,第一光信号为分散光信号,第二光信号为连续的扫频光信号;测量单元20与监测单元30连接,监测单元30接收测量单元20输出的管道40沿线的特征参数,并根据多组管道40沿线的特征参数判断管道的状态。
具体地,图2为本发明实施例提供的一种传感光缆的结构示意图,如图2所示,传感光缆10包括双芯光纤,分别为第一光纤11和第二光纤12,第一光纤11和第二光纤12为光缆的非同轴的多芯光纤,第一光纤11和第二光纤12均为单模传感光纤41。在单模传感光纤41采用高强度的双层钢丝铠装设计,即为无缝钢管42和不锈钢编织网44,在双层钢丝之间包括芳纶纤维材料43,即凯夫拉材料,在双层钢丝外层还包括坚固的护套45,第一光纤11和第二光纤12共用护套45。双层钢丝铠装设计和将的护套45使传感光缆10具有很好的抗拉、抗压等机械性能,同时柔韧性极好,易于施工布放,且热渗透快,对温度和压力的响应快。为实现单端测量,第一光纤11的第二端b1与第二光纤12的第二端b2连接,从而形成受激布里渊散射测量所需的环路。
测量单元20输出第一光信号至第一光纤11,输出第二光信号至第二光纤12。第一光信号为分散光信号,第二光信号为连续的扫频光信号,扫频光信号的扫频频率处于连续改变的状态。示例性地,第一光信号可以为泵浦激光,第二光信号可以为探测激光,探测激光的频率连续改变。泵浦激光注入第一光纤11,探测激光注入第二光纤12。第一光纤11的第二端b1与第二光纤12的第二端b2连接,形成受激布里渊散射光的回路,因此在传感光缆10内可以形成受激布里渊散射光。当泵浦激光与探测激光的频率差与传感光缆10内某个区间的受激布里渊散射光频移相等时,泵浦激光与探测激光在传感光缆10内与受激布里渊散射光的频移,相等处发生强烈的相互作用并产生声子,该区间就会发生受激布里渊散射光放大效应,泵浦激光与探测激光之间发生能量转移,此时受激布里渊散射光的光功率达到一个峰值,因此可以根据受激布里渊散射光的光功率信号确定受激布里渊散射光的频谱,并根据受激布里渊散射光的峰值确定受激布里渊散射光的频移。受激布里渊散射光的传播方向与第一光信号的方向相反,与第二光信号的方向相同,因此测量单元20在第一光纤11的第一端a1实时获取受激布里渊散射光的光功率信号,对光功率信号进行拍频处理,即通过拍频对光功率信号进行频域分析,获得受激布里渊散射光的频谱,通过频谱获取受激布里渊散射光的频移,即受激布里渊散射光频谱中的峰值对应的频率。
需要说明的是,因光功率信号的传播速度太快,传统的傅里叶变换不能实现对光功率信号进行频谱转换,因此采用拍频对光功率信号进行频域分析。
而受激布里渊散射光的频移与传感光缆10沿线的特征参数有关,例如与温度和压力相关,根据受激布里渊散射光的频移计算管道40沿线的特征参数,包括温度和应变等,并将管道40沿线的特征参数输出至监测单元30,监测单元30中存储有历史数据,历史数据可以为一组或多组管道40沿线的特征参数,监测单元30根据历史数据和测量单元20输出的管道40沿线的特征参数分析管道40沿线的特征参数是否有变化。因此,测量单元20通过第一光纤11的第一端a1实现对管道40的单端测量。当管道40沿线的特征参数变化时,监测单元30根据管道40沿线的特征参数的变化量确定管道40的状态,从而实现在线监测管道40的服役情况,实现对管道40第三方破坏、管道40泄漏、管道40沉降形变和地质灾害等进行事前预警,事前预知事件发生的时间、地点、事件趋势等,便于管道维护人员及时检修与处理,避免重大事故发生。
另外,光功率信号的传播速度固定,即光在相同介质中的传播速度为一定值,测量单元20获取受激布里渊散射光的光功率时,获得光功率信号的峰值时对应一个获取时间,根据获取时间和光在介质中的传播速度可以计算光功率信号的峰值对应管道40中的位置,监测单元30则根据历史数据分析管道40对应位置处的温度和应力的变化量,从而可以准确定位管道40沿线发生温度和应力变化的位置,便于管道维护人员及时检修与处理,避免重大事故发生。
需要说明的是,一般情况下,管道40正常运行时沿线的温度场分布均匀,管道40周围的温度和应变的变化量为零。当管道40的管壁因破损、接头断裂等原因发生泄漏时,泄漏处的温度将发生变化。示例性地,管道40可以运输天然气或油。图3为本发明实施例提供的一种管道运输天然气泄漏时的温度变化趋势图,如图3所示,横轴为管道40的位置,纵轴为管道40不同位置对应的温度值。当管道40运输天然气时,由于焦耳-汤姆逊效应,天然气经过泄漏孔处节流膨胀,节流膨胀过程前后的焓不变,在泄漏孔出口处温度下降,如图3中温度值的最低点。图4为本发明实施例提供的一种管道运输油泄漏时的温度变化趋势图,如图4所示,横轴为管道40的位置,纵轴为管道40不同位置对应的温度值。当管道40运输油时,由于油需加热输送,泄漏处的温度将升高,如图4中温度值的最高点。因此可以通过传感光缆10及时捕获管道40沿线的温度变化,并在温度分布曲线上实时的显示出来,即可确定管道40发生温度变化的位置。
需要说明的是,当管道40沿线不同位置的温度值包括多个峰值时,说明管道40沿线可能存在多处泄漏,此时同样根据光功率信号中的峰值对应的时间计算管道40泄漏处的位置。而且,管道在线监测装置长时间对管道40进行监测,因此形成的光功率信号是一个循环信号,其循环周期为管道40的全长被检测一次所需的时间。当光功率信号包括多个峰值时,同一循环周期内包括的峰值数量即为管道40沿线存在泄漏处的数量。
本实施例的技术方案,管道在线监测装置包括传感光缆、测量单元和监测单元;传感光缆包括双芯光纤,分别为第一光纤和第二光纤;第一光纤和第二光纤均包括第一端和第二端;第一光纤的第二端与第二光纤的第二端连接;测量单元与传感光缆连接,测量单元用于输出第一光信号至第一光纤的第一端,输出第二光信号至第二光纤的第一端,并实时获取传感光缆传输的管道沿线的光功率信号,实现对管道的单端测量,并根据光功率信号确定受激布里渊散射光的频移,根据频移计算管道沿线的特征参数;其中,第一光信号为分散光信号,第二光信号为连续的扫频光信号;测量单元与监测单元连接,监测单元接收测量单元输出的管道沿线的特征参数,并根据多组管道沿线的特征参数判断管道的状态。通过测量单元获取光功率信号,并根据受激布里渊散射光的光功率信号确定受激布里渊散射光的频谱,并根据受激布里渊散射光的峰值确定受激布里渊散射光的频移,监测单元根据历史数据分析和特征信号提取与智能识别,实现在线监测管道的服役情况,实现对管道第三方破坏、管道泄漏、管道沉降形变和地质灾害等进行事前预警,事前预知事件发生的时间、地点、事件趋势等,并准确定位,便于管道维护人员及时检修与处理,避免重大事故发生。
在上述各技术方案的基础上,光功率信号中不同峰值对应的频移的变化量与温度和应变的变化量之间的关系为:ΔυB=υBS-υB0=CT·ΔT+Cε·Δε(式1);其中,vBS为光功率信号中的一峰值对应的受激布里渊散射光的频移,vB0为光功率信号中的另一峰值对应的受激布里渊散射光的频移,ΔυB为受激布里渊散射光的频移的变化量,CT为温度变化系数,ΔT为温度变化量,Cε为应变变化系数,Δε为应变变化量。
具体地,受激布里渊散射光的频移与传感光缆感受到的温度和压力相关,即受激布里渊散射光频移的变化量与温度和应变的变化量之间的关系为正相关,如式1所示。当管道运输原料确定后,温度变化系数CT和应变变化系数Cε均为定值,因此受激布里渊散射光频移的变化量只与温度的变化量和应变的变化量相关,根据式1通过拟合受激布里渊散射光的频谱可以获得管道沿线温度和应变等特征参数数据,监测单元根据管道沿线温度和应变等特征参数数据和历史数据作比较,如果管道沿线温度和应变等特征参数数据和历史数据相比没有变化或变化在一定范围内,则管道没有发生泄漏等情况,管道服役状况良好。如果管道沿线温度和应变等特征参数数据和历史数据相比变化很大,则可能发生了泄漏等情况,此时通过接受光功率信号的时间和光在传感光纤中的传播速度计算温度和应变发生变化的位置,从而可以事前预知事件发生的时间、地点、事件趋势等,便于管道维护人员及时检修与处理,避免重大事故发生。
在上述各技术方案的基础上,继续参考图1,第一光纤11的第二端b1和第二光纤12的第二端b2熔接,可以使第一光纤11的第二端b1和第二光纤12的第二端b2接触良好。
另外,还包括收纤盒50,第一光纤11的第二端b1和第二光纤12的第二端b2熔接的连接处设置在收纤盒50内,收纤盒50对第一光纤11的第二端b1和第二光纤12的第二端b2熔接的连接处起到保护作用,避免外部环境腐蚀连接处或使连接处断开。
在上述各技术方案的基础上,图5为本发明实施例提供的另一种管道在线监测装置的结构示意图,如图5所示,测量单元20包括第一光源产生器21、第二光源产生器22、耦合器23、光电探测器24和处理器25。
第一光源产生器21与耦合器23连接,耦合器23与第一光纤的第一端连接;第二光源产生器22与第二光纤的第一端连接,光电探测器24与耦合器23连接,处理器25与光电探测器24连接。
第一光源产生器21将产生的第一光信号通过耦合器23输出至第一光纤。第二光源产生器22将产生的第二光信号输出至第二光纤。耦合器23获取传感光缆10实时传输的管道40沿线的光功率信号。光电探测器24接收耦合器23输出的管道40沿线的光功率信号,并将其转换成电信号。处理器25接收光电探测器24输出的电信号,根据电信号确定受激布里渊散射光的频谱,根据电信号的峰值确定电信号的峰值对应的受激布里渊散射光的频移,根据频移计算管道沿线的特征参数。处理器25还根据电信号中的峰值对应的时间计算电信号的峰值对应管道40的位置。
具体地,第一光源产生器21产生的第一光信号,第二光源产生器22产生的第二光信号。因第一光信号可以为泵浦激光,因此第一光源产生器21可以为泵浦激光光源。而第二光信号可以为探测激光,因此第二光源产生器22可以为探测激光光源。第一光信号通过第一光纤11传播,第二光信号通过第二光纤12传播,在传感光缆10中产生受激布里渊散射光后,耦合器23获取传感光缆10实时传输的管道40沿线的光功率信号,实现对管道40的单端测量。光功率信号可以包括多种激光,例如第二光信号,受激布里渊散射光等。并将光功率信号传输至光电探测器24,光电探测器24将光功率信号转换成电信号,并传输至处理器25,处理器25对电信号进行拍频分析,形成受激布里渊散射光的频谱,并根据电信号的峰值确定电信号的峰值对应的受激布里渊散射光的频移以及根据峰值对应的时间计算电信号的峰值对应管道40的位置,再根据频移计算管道40沿线的特征参数。之后监测单元30根据历史数据分析管道40沿线的特征参数是否有变化。当管道40沿线的特征参数变化时,监测单元30根据管道40沿线的特征参数的变化量确定管道40的状态,从而实现在线监测管道40的服役情况。一般情况下,监测单元30与测量单元20通过传输网络连接,监测单元30包括工控机31和综合分析监测单元32。当监测单元30接收到测量单元20传输的管道40沿线的特征参数时,工控机31控制综合分析监测单元32进行数据分析、特征信号提取和智能识别。当管道40沿线的特征参数与工控机31中的历史数据相差比较大时,综合分析监测单元32发出预警定位信号,从而实现对对管道40第三方破坏、管道40泄漏、管道40沉降形变和地质灾害等进行事前预警,事前预知事件发生的时间、地点、事件趋势等,并准确定位,便于管道维护人员及时检修与处理,避免重大事故发生。另外,处理器25还与第一光源产生器21连接,处理器25用于为第一光源产生器21提供时钟信号,第一光源产生器21产生的第一光信号为脉冲光信号。
图6为本发明实施例提供的一种传感光缆敷设的结构示意图,如图6所示,传感光缆10沿管道40延伸的方向敷设,传感光缆10固定在管道40的外壁上。
具体地,如图6所示,管道40埋设在土壤60内,传感光缆10固定在管道40的外壁上,与管道40的距离很近,因此可以实时准确的响应管道40沿线的特征参数的变化。
图7为本发明实施例提供的另一种传感光缆敷设的结构示意图,如图7所示,传感光缆10沿管道40延伸的方向敷设,传感光缆10与管道40同沟直埋。
具体地,管道40埋设在土壤60内,传感光缆10与管道40同沟直埋,在传感光缆10的四周,还包括紧压土层61,紧压土层61可以更好的支撑传感光缆10。一般情况下,传感光缆10与管道40同沟直埋时传感光缆10与管道40的垂直距离在1m以内,以避免传感光缆10与管道40同沟直埋时两者之间的距离过大造成传感光缆10无法实时准确的响应管道40沿线的特征参数的变化。
本发明实施例还提供一种管道在线监测的方法,可用于检测管道是否存在泄漏等异常,该方法由管道在线监测装置执行。
管道在线监测装置包括传感光缆、测量单元和监测单元。传感光缆包括双芯光纤,分别为第一光纤和第二光纤;第一光纤和第二光纤均包括第一端和第二端;第一光纤的第二端与第二光纤的第二端连接;测量单元与传感光缆连接,测量单元还与监测单元连接。
图8为本发明实施例提供的一种管道在线监测方法的流程图,如图8所示,该管道在线监测方法包括:
S810、测量单元输出第一光信号至第一光纤的第一端,输出第二光信号至第二光纤的第一端;其中,第一光信号为分散光信号,第二光信号为连续的扫频光信号。
具体地,第一光信号可以为泵浦激光,为一脉冲光信号。第二光信号可以为探测激光,探测激光的频率连续改变。第一光纤的第二端与第二光纤的第二端连接,形成受激布里渊散射光的回路,因此在传感光缆内可以形成受激布里渊散射光。当泵浦激光与探测激光的频率差与传感光缆内某个区间的受激布里渊散射光频移相等时,受激布里渊散射光的光功率达到一个峰值。
S820、测量单元实时获取传感光缆传输的管道沿线的光功率信号,并根据管道沿线的光功率信号确定受激布里渊散射光的频移,根据频移计算管道沿线的特征参数。
具体地,受激布里渊散射光传播方向与第二光信号的传播方向相同,因此测量单元可以通过第一光纤的第一端实时获取传感光缆传输的管道沿线的光功率信号。对光功率信号进行拍频分析形成受激布里渊散射光的频谱。当受激布里渊散射光的光功率达到峰值时,可根据峰值对应的频谱确定受激布里渊散射光的频移。而受激布里渊散射光的频移与传感光缆10沿线的特征参数有关,例如与温度和压力相关,因此可以根据受激布里渊散射光的频移计算管道沿线的特征参数。
S830、监测单元接收管道沿线的特征参数,并根据多组管道沿线的特征参数判断管道的状态。
具体地,监测单元中存储有历史数据,历史数据可以为一组或多组管道沿线的特征参数,监测单元根据历史数据和测量单元输出的管道沿线的特征参数分析管道沿线的特征参数是否有变化。从而实现在线监测管道的服役情况,实现对管道第三方破坏、管道泄漏、管道沉降形变和地质灾害等进行事前预警,事前预知事件发生的时间、地点、事件趋势等,便于管道维护人员及时检修与处理,避免重大事故发生。
本实施例的技术方案,管道在线监测方法包括测量单元输出第一光信号至第一光纤的第一端,输出第二光信号至第二光纤的第一端;其中,第一光信号为分散光信号,第二光信号为连续的扫频光信号。测量单元实时获取传感光缆传输的管道沿线的光功率信号,实现对管道的单端测量,并根据管道沿线的光功率信号确定受激布里渊散射光的频移,根据频移计算管道沿线的特征参数。监测单元接收管道沿线的特征参数,并根据多组管道沿线的特征参数判断管道的状态。从而实现了在线监测管道的服役情况,实现对管道第三方破坏、管道泄漏、管道沉降形变和地质灾害等进行事前预警,事前预知事件发生的时间、地点、事件趋势等,并准确定位,便于管道维护人员及时检修与处理,避免重大事故发生。
图9为本发明实施例提供的另一种管道在线监测方法的流程图,如图9所示,在上述实施例的基础上,步骤S820可替换为:
S821、测量单元中的耦合器获取传感光缆实时传输的管道沿线的光功率信号。
S822、测量单元中的光电探测器将管道沿线的光功率信号转换成电信号。
S823、测量单元中的处理器根据电信号确定受激布里渊散射光的频谱。
S824、处理器根据电信号的峰值确定电信号的峰值对应的受激布里渊散射光的频移。
S825、处理器根据频移计算管道沿线的特征参数。
S826、处理器根据电信号中的峰值对应的时间计算电信号的峰值对应管道的位置。
注意,上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解,本发明不限于这里所述的特定实施例,对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此,虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明,但是本发明不仅仅限于以上实施例,在不脱离本发明构思的情况下,还可以包括更多其他等效实施例,而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种管道在线监测装置,其特征在于,包括传感光缆、测量单元和监测单元;
所述传感光缆包括双芯光纤,分别为第一光纤和第二光纤;所述第一光纤和所述第二光纤均包括第一端和第二端;所述第一光纤的第二端与所述第二光纤的第二端连接;
所述测量单元与所述传感光缆连接,所述测量单元用于输出第一光信号至所述第一光纤的第一端,输出第二光信号至所述第二光纤的第一端,并实时获取所述传感光缆传输的管道沿线的光功率信号,并根据所述光功率信号确定受激布里渊散射光的频移,根据所述频移计算所述管道沿线的特征参数;其中,所述第一光信号为分散光信号,所述第二光信号为连续的扫频光信号;
所述测量单元与所述监测单元连接,所述监测单元接收所述测量单元输出的所述管道沿线的特征参数,并根据多组所述管道沿线的特征参数判断所述管道的状态。
2.根据权利要求1所述的管道在线监测装置,其特征在于,所述测量单元包括第一光源产生器、第二光源产生器、耦合器、光电探测器和处理器;
所述第一光源产生器与所述耦合器连接,所述耦合器与所述第一光纤的第一端连接;所述第一光源产生器将产生的所述第一光信号通过所述耦合器输出至所述第一光纤;
所述第二光源产生器与所述第二光纤的第一端连接,所述第二光源产生器将产生的所述第二光信号输出至所述第二光纤;
所述耦合器获取所述传感光缆实时传输的所述管道沿线的光功率信号;
所述光电探测器与所述耦合器连接,所述光电探测器接收所述耦合器输出的所述管道沿线的光功率信号,并将其转换成电信号;
所述处理器与所述光电探测器连接,所述处理器接收所述光电探测器输出的所述电信号,根据所述电信号确定受激布里渊散射光的频谱,根据所述电信号的峰值确定所述电信号的峰值对应的所述受激布里渊散射光的频移,根据所述频移计算所述管道沿线的特征参数;
所述处理器还根据所述电信号中的峰值对应的时间计算所述电信号的峰值对应所述管道的位置。
3.根据权利要求2所述的管道在线监测装置,其特征在于,所述光功率信号中不同峰值对应的所述频移的变化量与温度和应变的变化量之间的关系为:ΔυB=vBS-vB0=CT·ΔT+Cε·Δε;其中,υBS为所述光功率信号中的一峰值对应的所述受激布里渊散射光的频移,υB0为所述光功率信号中的另一峰值对应的所述受激布里渊散射光的频移,ΔυB为所述受激布里渊散射光的频移的变化量,CT为温度变化系数,ΔT为温度变化量,Cε为应变变化系数,Δε为应变变化量。
4.根据权利要求2所述的管道在线监测装置,其特征在于,所述处理器还与所述第一光源产生器连接,所述处理器用于为所述第一光源产生器提供时钟信号,所述第一光源产生器产生的所述第一光信号为脉冲光信号。
5.根据权利要求2所述的管道在线监测装置,其特征在于,所述第一光源产生器为泵浦激光光源,所述第二光源产生器为探测激光光源。
6.根据权利要求1所述的管道在线监测装置,其特征在于,所述第一光纤的第二端和所述第二光纤的第二端熔接。
7.根据权利要求6所述的管道在线监测装置,其特征在于,还包括收纤盒,所述第一光纤的第二端和所述第二光纤的第二端熔接的连接处设置在所述收纤盒内。
8.根据权利要求1所述的管道在线监测装置,其特征在于,所述传感光缆沿所述管道延伸的方向敷设,所述传感光缆固定在所述管道的外壁上,或者所述传感光缆与所述管道同沟直埋。
9.一种管道在线监测方法,其特征在于,管道在线监测装置包括传感光缆、测量单元和监测单元;
所述传感光缆包括双芯光纤,分别为第一光纤和第二光纤;所述第一光纤和所述第二光纤均包括第一端和第二端;所述第一光纤的第二端与所述第二光纤的第二端连接;
所述测量单元与所述传感光缆连接,所述测量单元还与所述监测单元连接;
所述管道在线监测方法包括:
所述测量单元输出第一光信号至所述第一光纤的第一端,输出第二光信号至所述第二光纤的第一端;其中,所述第一光信号为分散光信号,所述第二光信号为连续的扫频光信号;
所述测量单元实时获取所述传感光缆传输的管道沿线的光功率信号,并根据所述管道沿线的光功率信号确定受激布里渊散射光的频移,根据所述频移计算所述管道沿线的特征参数;
所述监测单元接收所述管道沿线的特征参数,并根据多组所述管道沿线的特征参数判断所述管道的状态。
10.根据权利要求9所述的管道在线监测方法,其特征在于,所述测量单元实时获取所述传感光缆传输的管道沿线的光功率信号,并根据所述管道沿线的光功率信号确定受激布里渊散射光的频移,根据所述频移计算所述管道沿线的特征参数;包括:
所述测量单元中的耦合器获取所述传感光缆实时传输的所述管道沿线的光功率信号;
所述测量单元中的光电探测器将所述管道沿线的光功率信号转换成电信号;
所述测量单元中的处理器根据所述电信号确定受激布里渊散射光的频谱;
所述处理器根据所述电信号的峰值确定所述电信号的峰值对应的所述受激布里渊散射光的频移;
所述处理器根据所述频移计算所述管道沿线的特征参数;
所述处理器根据所述电信号中的峰值对应的时间计算所述电信号的峰值对应所述管道的位置。
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