CN111120877B - 一种基于分布式光纤测温的排水管网泄漏监测设备 - Google Patents

一种基于分布式光纤测温的排水管网泄漏监测设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于分布式光纤测温的排水管网泄漏监测设备，包括相互连接的感温光缆和监控主机，监控主机包括激光源和处理模块，感温光缆，敷设于排水管道中，并对激光源的激光产生反射光感应信号，处理模块基于反射光感应信号得到感温光缆沿线各点的温度，判断是否存在泄漏点，并在存在泄漏点时对泄漏位置进行定位。与现有技术相比，本发明基于感温光缆的温度信号实现对于泄漏点的监测，进而实现对于整个排水管网全管道的泄露监测，实现大范围覆盖、实时监测排水管网的泄漏情况。

Description

一种基于分布式光纤测温的排水管网泄漏监测设备
技术领域
本发明涉及一种泄漏监测设备，尤其是涉及一种基于分布式光纤测温的排水管网泄漏监测设备。
背景技术
城市排水管网***用于排放城市生活污水、雨水和工业污水。城市污水管网监测维护是城市水环境水安全管理运行的重要环节。部分城市排水管道随使用年限的增加、路面荷载的重压作用，开始出现破损、变形、淤积、坍塌等问题，造成排水管网出现功能性和结构性病害。在地下水位高的地区，大量地下水从管道破损处渗入污水管网，使污水量大幅增加、污水水质浓度降低，给后续的污水厂处理造成压力；降雨的入渗也带来同样的问题。污水管道与土壤直接接触，一旦发生泄漏，将直接影响到土壤的质量。此外，污水管网泄露导致的污水渗出给周边居住环境带来的影响也是不容忽视的。目前，我国针对排水管网泄露全管道的实时监测技术不够成熟，排水管网泄露问题日益突出。
城市污水排放管网在线监测虽然也有一定的研究，例如中国专利CN102287620B公开了一种地下污水管线泄漏的原位自动监测***及方法，中国专利CN110068867A则公开了一种预埋测量电极的激发极化法监测重金属污水泄漏方法，两者先后公开了用于城市排水管网泄露监测的装置。但前者通过在地下污水管沿线选取监测点埋设或贯入电阻率探杆，通过软件控制在泄露时发生自动报警，针对的是某个点的监测，并未对排水管网全管道进行实时监测。后者采用预埋渗漏通道区和主体污染区土壤模型，设置监测重金属污水泄漏的激发极化装置，主要用于矿区、工业场地重金属元素废水污染分布探测及研究工作。
以上现有技术均为解决针对排水管网全管道的泄露检测问题。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于分布式光纤测温的排水管网泄漏监测设备。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于分布式光纤测温的排水管网泄漏监测设备，包括相互连接的感温光缆和监控主机，所述监控主机包括激光源和处理模块，所述感温光缆，敷设于排水管道中，并对激光源的激光产生反射光感应信号，所述处理模块基于所述反射光感应信号得到感温光缆沿线各点的温度，判断是否存在泄漏点，并在存在泄漏点时对泄漏位置进行定位。
所述感温光缆包括不锈钢无缝管和设于不锈钢无缝管内的传感光纤，所述不锈钢无缝管和传感光纤之间填充有油膏。
所述传感光纤位于不锈钢无缝管的中央。
所述不锈钢无缝管外部覆盖有LSZH护套防护。
所述激光源包括光源模块和波分复用模块，所述处理模块包括光电转换模块和信号处理模块，所述光源模块与波分复用模块连接，所述波分复用模块的一端连接感温光缆，另一端连接光电转换模块，所述光电转换模块与信号处理模块连接。
所述光源模块发出窄脉宽激光脉冲，经波分复用模块后沿感温光缆传输，激光脉冲与光纤分子相互作用，产生拉曼背向散射形式的反射光感应信号，波分复用模块与感温光缆连接，将拉曼背向散射中的斯托克斯光和反斯托克斯光成分从所有散射光中分离出来，所述光电转换模块将光信号转换为电信号，信号处理模块采集电信号并通过信号变化检测出光功率的变化量得到感温光缆沿线各点的温度，判断是否存在泄漏点，并在存在泄漏点时对泄漏位置进行定位。
所述处理模块还包括报警模块，所述报警模块与信号处理模块连接。
所述光源模块还与信号处理模块连接，所述泄漏点的位置判断过程具体为：在发出窄脉宽激光脉冲同时向信号处理模块发送第一信号，据此计算发送窄脉宽激光脉冲到接收拉曼散射信号的时间差，确定排水管网泄漏的位置。
所述报警模块包括声光报警器和短信报警器。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)基于感温光缆的温度信号实现对于泄漏点的监测，进而实现对于整个排水管网全管道的泄露监测。
2)当出现管道泄漏时能够及时发出警报，并定位泄漏点的位置，提醒工作人员进行抢修挽救损失，避免情况恶化，影响人们的生活。
3)在发出窄脉宽激光脉冲同时向信号处理模块发送第一信号，据此计算发送窄脉宽激光脉冲到接收拉曼散射信号的时间差，确定排水管网泄漏的位置的方式，可以提高位置定位的准确性。
4)管内填充油膏，这样使光缆有很好的防水、防震性能，从而实现感温光缆在排水逛网监测方面的应用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
其中：1、感温光缆，2、监控主机，3、上位机，21、波分复位模块，22、光电转换模块，23、信号处理模块，24、激光模块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
一种基于分布式光纤测温的排水管网泄漏监测设备，如图1所示，包括相互连接的感温光缆1和监控主机2，监控主机2包括激光源和处理模块，感温光缆1，敷设于排水管道中，并对激光源的激光产生反射光感应信号，处理模块基于反射光感应信号得到感温光缆1沿线各点的温度，判断是否存在泄漏点，并在存在泄漏点时对泄漏位置进行定位。此外，上位机3与监控主机2连接，可以实时显示温度分布曲线和待测区域报警状态并存储。
在本申请的另一个实施例中，上位机3还可以实现在温度超出预警值时对泄漏位置进行定位，以及报警。具有独立定温、差温、快速升温报警功能。
感温光缆1依据背向拉曼散射(Raman)原理和光时域反射定位(OTDR)原理研制而成，有很好的拉曼散射特性，感温传感器为整条光纤。
感温光缆1包括不锈钢无缝管和设于不锈钢无缝管内的传感光纤，不锈钢无缝管和传感光纤之间填充有油膏。一条光纤即可实现温度的长距离连续在线监测，单条光纤最长监测范围为6km，精度可达到±1℃。
传感光纤位于不锈钢无缝管的中央。
不锈钢无缝管外部覆盖有LSZH护套防护。
激光源包括光源模块24和波分复用模块21，处理模块包括光电转换模块22和信号处理模块23，光源模块24与波分复用模块21连接，波分复用模块21的一端连接感温光缆1，另一端连接光电转换模块22，光电转换模块22与信号处理模块23连接。
光源模块24发出窄脉宽激光脉冲，经波分复用模块21后沿感温光缆1传输，激光脉冲与光纤分子相互作用，产生拉曼背向散射形式的反射光感应信号，波分复用模块21与感温光缆1连接，将拉曼背向散射中的斯托克斯光和反斯托克斯光成分从所有散射光中分离出来，光电转换模块22将光信号转换为电信号，信号处理模块23采集电信号并通过信号变化检测出光功率的变化量得到感温光缆1沿线各点的温度，判断是否存在泄漏点，并在存在泄漏点时对泄漏位置进行定位。
处理模块还包括报警模块25，报警模块25与信号处理模块23连接，报警模块25包括声光报警器和短信报警器。
光源模块24还与信号处理模块23连接，泄漏点的位置判断过程具体为：在发出窄脉宽激光脉冲同时向信号处理模块23发送第一信号，据此计算发送窄脉宽激光脉冲到接收拉曼散射信号的时间差，确定排水管网泄漏的位置。
本申请在应用时具体操作步骤如下：光纤具有不带电，本质安全，不受电磁干扰，防潮湿等特点，所以利用检查井直接将感温光缆1敷设在排水管道内，一条光纤即可实现温度的长距离连续在线监测。整条光纤都是传感器，应管道泄漏温度变化，对激光源的激光产生反射光感应信号，传回监控主机。监控主机内的波分复用模块将拉曼散射中的对温度不敏感的斯托克斯光合对温度敏感的反斯托克斯光分离，经由光电转换模块将分离开的光信号转换为电信号，传送给信号处理模块；信号处理模块采集电信号并通过信号变化检测出光功率的变化量，将数据传给计算机进行储存，通过计算机对采集的温度数据与设定的阈值进行对比，判断污水管道是否发生泄漏。在输水量异常的排水管网敷设感温光纤，构建城市排水管网污水量异常的溯源预警***，通过测温光纤***的温度变化定位排水管网泄露位置，以期应对污水厂进水水质冲击的预警预报提供数据支持。终端管理平台为接警管理平台，当感温光缆监测的温度超过设定警界值，用户软件会把超限值报告的报警信息传送给接警平台，发出警报，同时手机短信及时通知管理人员。

Claims (4)

1.一种基于分布式光纤测温的排水管网泄漏监测设备，其特征在于，包括相互连接的感温光缆(1)和监控主机(2)，所述监控主机(2)包括激光源和处理模块，所述感温光缆(1)，敷设于排水管道中，并对激光源的激光产生反射光感应信号，所述处理模块基于所述反射光感应信号得到感温光缆(1)沿线各点的温度，判断是否存在泄漏点，并在存在泄漏点时对泄漏位置进行定位；
所述感温光缆(1)包括不锈钢无缝管和设于不锈钢无缝管内的传感光纤，所述不锈钢无缝管和传感光纤之间填充有油膏，所述不锈钢无缝管外部覆盖有LSZH护套防护；
所述激光源包括光源模块(24)和波分复用模块(21)，所述处理模块包括光电转换模块(22)和信号处理模块(23)，所述光源模块(24)与波分复用模块(21)连接，所述波分复用模块(21)的一端连接感温光缆(1)，另一端连接光电转换模块(22)，所述光电转换模块(22)与信号处理模块(23)连接，
所述光源模块(24)发出窄脉宽激光脉冲，经波分复用模块(21)后沿感温光缆(1)传输，激光脉冲与光纤分子相互作用，产生拉曼背向散射形式的反射光感应信号，波分复用模块(21)与感温光缆(1)连接，将拉曼背向散射中的斯托克斯光和反斯托克斯光成分从所有散射光中分离出来，所述光电转换模块(22)将光信号转换为电信号，信号处理模块(23)采集电信号并通过信号变化检测出光功率的变化量得到感温光缆(1)沿线各点的温度，判断是否存在泄漏点，并在存在泄漏点时对泄漏位置进行定位；
所述光源模块(24)还与信号处理模块(23)连接，所述泄漏点的位置判断过程具体为：在发出窄脉宽激光脉冲同时向信号处理模块(23)发送第一信号，据此计算发送窄脉宽激光脉冲到接收拉曼散射信号的时间差，确定排水管网泄漏的位置。
2.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤测温的排水管网泄漏监测设备，其特征在于，所述传感光纤位于不锈钢无缝管的中央。
3.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤测温的排水管网泄漏监测设备，其特征在于，所述处理模块还包括报警模块(25)，所述报警模块(25)与信号处理模块(23)连接。
4.根据权利要求3所述的一种基于分布式光纤测温的排水管网泄漏监测设备，其特征在于，所述报警模块(25)包括声光报警器和短信报警器。
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