CN215492313U - 一种基于碳纤维与光纤复合传感器的管道渗漏检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于碳纤维与光纤复合传感器的管道渗漏检测装置，其中：光纤光栅传感器设置在碳纤维内，碳纤维一侧与隔热材料粘接，并通过隔热材料固定在待检测的管道上，碳纤维另一侧与材料粘接保护层粘接；光纤光栅传感器包括设置在碳纤维内部的光纤，以及刻写在光纤上的多个光栅；管道的管壁上还设置有多个均匀排列的导流槽；供电装置设置在装置外部，碳纤维两端分别通过正负极导线连接供电装置。本实用新型采用碳纤维包裹光纤光栅传感器的结构，通过碳纤维在电场中发热，使光纤光栅传感器更为敏感地捕捉到环境温度的变化，利用导流槽，便于及时地将所漏处的水引到测温点上，有效地改进了传统的管道检测技术，其成本低，便于推广。

Description

一种基于碳纤维与光纤复合传感器的管道渗漏检测装置

技术领域

本实用新型涉及管道渗漏监测技术领域，尤其涉及一种基于碳纤维与光纤复合传感器的管道渗漏检测装置。

背景技术

城市管道承担着市政供水、生活污水、雨水、工业废水等的给排问题，像城市身体中的血管一样发挥着重要作用。爆管、渗漏等管网事故频发，造成巨大经济损失和土壤环境污染等问题，事故的主要原因是管道长期使用过程中自身老化、介质腐蚀导致结构性能下降。管道又属于地下隐蔽工程，安装和维护均比较困难，基于此背景下，开展管道渗漏检测刻不容缓。目前管道渗漏监测主要分为基于硬件和基于软件的两大类。硬件方法主要包括直接观察法、示踪剂监测法、压力传感器监测等；软件方法主要有超声波监测法、GPS时间标签法、负压波检测法等。这些方法均存在预报不及时、定位精度差以及成本高等问题。光纤传感技术具有测量精度高、抗电磁干扰、长期稳定性好，能实现分布式在线监测等优点，在管道渗漏监测中具有巨大的应用潜力。目前利用光纤布拉格光栅、布里渊光时域分析等光纤感测技术，通过直接对管道温度进行实时测量以达到渗漏监测的目的，但上述方法需要渗漏液体与环境之间存在较大的温度梯度，且监测效果受到季节性气候变化影响，其使用范围受到很大限制。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种基于碳纤维与光纤复合传感器的管道渗漏检测装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

本实用新型提供一种基于碳纤维与光纤复合传感器的管道渗漏检测装置，该装置设置在待检测的管道上，包括：光纤光栅传感器、碳纤维、材料粘接保护层、隔热材料；其中：

光纤光栅传感器设置在碳纤维内，碳纤维一侧与隔热材料粘接，并通过隔热材料固定在待检测的管道上，碳纤维另一侧与材料粘接保护层粘接；光纤光栅传感器包括设置在碳纤维内部的光纤，以及刻写在光纤上的多个光栅；管道的管壁上还设置有多个均匀排列的导流槽；

该装置还包括：供电装置、正负极导线；供电装置设置在装置外部，碳纤维两端分别通过正负极导线连接供电装置。

进一步地，本实用新型的该装置还包括：光纤光栅采集装置、数据采集分析***、数据线、碳纤维束外光纤；其中：

光纤延伸至碳纤维外部与碳纤维束外光纤一端相连，碳纤维束外光纤另一端连接光纤光栅采集装置，光纤光栅采集装置进而通过数据线与数据采集分析***相连。

进一步地，本实用新型的碳纤维和光纤光栅传感器之间的粘接方式包括两种：

利用真空模压成型工艺使碳纤维和光纤光栅传感器复合；

碳纤维和光纤光栅传感器之间通过树脂类粘接剂进行粘接。

进一步地，本实用新型的碳纤维两端引出电极，通过电极分别与正负极导线相连，碳纤维在电场作用下产生热量。

进一步地，本实用新型的导流槽采用固体粘合剂制作。

进一步地，本实用新型的导流槽在管道上连续排列，且导流槽包括两条波浪形的凹槽，以及两条波浪形的凹槽之间横纵设置的凹槽。

进一步地，本实用新型的隔热材料通过树脂类粘接剂与管道粘接固定。

本实用新型产生的有益效果是：本实用新型的基于碳纤维与光纤复合传感器的管道渗漏检测装置，克服了背景技术中现有定位方法的不足，采用碳纤维包裹光纤光栅传感器的结构，通过碳纤维在电场中发热，提高环境温度，利用渗漏处温度降低，使光纤光栅传感器更为敏感地捕捉到环境温度的变化，从而精确定位输水管道的渗漏位置，为输水管道的预警和检修提供了可靠的支持。针对渗漏量较小的情况，利用在管道上所制的导流槽，便于及时地将所漏处的水引到测温点上，实现对小型运输液体管道泄漏的及时检测以及渗漏位置的确定，有效地改进了传统的管道检测技术，其成本低，便于推广。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型实施例的装置整体结构示意图；

图2是本实用新型实施例的碳纤维与光纤复合传感器剖面图；

图中：1-光纤，2-光栅，3-碳纤维，4-材料粘接保护层，5-隔热材料，6- 管道，7-光纤光栅采集装置，8-数据采集分析***，9-数据线，10-碳纤维束外光纤，11-正负极导线，12-供电装置，13-导流槽。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1-2所示，本实用新型实施例的基于碳纤维与光纤复合传感器的管道渗漏检测装置，该装置设置在待检测的管道6上，包括：光纤光栅传感器、碳纤维3、材料粘接保护层4、隔热材料5；其中：

光纤光栅传感器设置在碳纤维3内，碳纤维3一侧与隔热材料5粘接，并通过隔热材料5固定在待检测的管道6上，碳纤维3另一侧与材料粘接保护层 4粘接；光纤光栅传感器包括设置在碳纤维3内部的光纤1，以及刻写在光纤 1上的多个光栅2；管道6的管壁上还设置有多个均匀排列的导流槽13；

该装置还包括：供电装置12、正负极导线11；供电装置12设置在装置外部，碳纤维3两端分别通过正负极导线11连接供电装置12。

该装置还包括：光纤光栅采集装置7、数据采集分析***8、数据线9、碳纤维束外光纤10；其中：

光纤1延伸至碳纤维3外部与碳纤维束外光纤10一端相连，碳纤维束外光纤10另一端连接光纤光栅采集装置7，光纤光栅采集装置7进而通过数据线9与数据采集分析***8相连。

碳纤维3和光纤光栅传感器之间的粘接方式包括两种：

利用真空模压成型工艺使碳纤维3和光纤光栅传感器复合；

碳纤维3和光纤光栅传感器之间通过树脂类粘接剂进行粘接。

碳纤维3两端引出电极，通过电极分别与正负极导线11相连，碳纤维3 在电场作用下产生热量。导流槽13采用固体粘合剂制作。导流槽13在管道6 上连续排列，且导流槽13包括两条波浪形的凹槽，以及两条波浪形的凹槽之间横纵设置的凹槽。隔热材料5通过树脂类粘接剂与管道6粘接固定。

在本实用新型的其它具体实施例中：

碳纤维与光纤复合传感器的制作工艺及其与管道复合的工艺均一致，即碳纤维束与光纤光栅复合传感器通过树脂类粘接剂，利用真空模压成型工艺复合或直接粘连，碳纤维束两端引出电极；碳纤维与光纤复合传感器用树脂类粘接剂与管道粘接。

实验例1：

本实施例中将铺设于非埋置管道下方的碳纤维与光纤复合传感器视为线热源。管道周围介质为常温空气。在持续给碳纤维通电的情况下，光纤光栅传感器处于相对环境温度较高的温度场中且无大幅变化，通过数据采集***进行实时监测。若管道发生渗漏，渗漏介质流到测温点处时，会出现局部低温的异常现象，此时分布式光纤上测量得到的温度变化曲线出现波动，部分测点的温度出现下降。分析沿管道各位置的温度变化特性，判断温度异常的状况和位置，从而实现管道渗漏的监测及精准定位。结合温度变化的趋势，可以判断渗漏的程度。利用算法，通过间隔测量温度梯度以推导渗漏地方。

导流槽可采用固体粘合剂制作，便于与管道的复合。管壁上可按一定规律设置导流槽线，在感温光栅处设置凹槽，实现液体引流。在一定渗漏量的情况下，部分液体由于重力作用可及时沿着导流槽流向凹槽底部，即测温点处，可以实现渗漏的及时监测。

对于不同孔径的管道有不同的布置导流槽的方法，重点在于其可将液体引入测温位置，实现及时监测。

实验例2：

为更有效提供能源应用效率，也可以采用碳纤维束间断供电来实施监测，例如每一小时供一次电，供电时间持续十分钟。

情况1；在供电初期(供电时间约1到2分钟)出现渗漏时，某处测温点相对其他处升温速度较慢，则表明改点附近有渗漏液体。每一点温度的变化曲线可由计算机分析***直观地表明。

情况2：在供电稳定时，即光纤温度较高且稳定时，同实验例1，温度曲线下降明显的点附近有液体渗漏现象。

情况3:在未供电的时间段，如果管道内输送的介质与环境温度不一致，一旦发现某测温点处的温度与其他测温点不一致的话，则表明此处管道出现了渗漏。

针对间断供电的情况，引流槽依然能发挥作用，提高监测效率。

以上两种实验案例均针对渗漏速率较小的情况。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于碳纤维与光纤复合传感器的管道渗漏检测装置，其特征在于，该装置设置在待检测的管道(6)上，包括：光纤光栅传感器、碳纤维(3)、材料粘接保护层(4)、隔热材料(5)；其中：

光纤光栅传感器设置在碳纤维(3)内，碳纤维(3)一侧与隔热材料(5)粘接，并通过隔热材料(5)固定在待检测的管道(6)上，碳纤维(3)另一侧与材料粘接保护层(4)粘接；光纤光栅传感器包括设置在碳纤维(3)内部的光纤(1)，以及刻写在光纤(1)上的多个光栅(2)；管道(6)的管壁上还设置有多个均匀排列的导流槽(13)；

该装置还包括：供电装置(12)、正负极导线(11)；供电装置(12)设置在装置外部，碳纤维(3)两端分别通过正负极导线(11)连接供电装置(12)。

2.根据权利要求1所述的基于碳纤维与光纤复合传感器的管道渗漏检测装置，其特征在于，该装置还包括：光纤光栅采集装置(7)、数据采集分析***(8)、数据线(9)、碳纤维束外光纤(10)；其中：

光纤(1)延伸至碳纤维(3)外部与碳纤维束外光纤(10)一端相连，碳纤维束外光纤(10)另一端连接光纤光栅采集装置(7)，光纤光栅采集装置(7)进而通过数据线(9)与数据采集分析***(8)相连。

3.根据权利要求1所述的基于碳纤维与光纤复合传感器的管道渗漏检测装置，其特征在于，碳纤维(3)和光纤光栅传感器之间的粘接方式包括两种：

利用真空模压成型工艺使碳纤维(3)和光纤光栅传感器复合；

碳纤维(3)和光纤光栅传感器之间通过树脂类粘接剂进行粘接。

4.根据权利要求1所述的基于碳纤维与光纤复合传感器的管道渗漏检测装置，其特征在于，碳纤维(3)两端引出电极，通过电极分别与正负极导线(11)相连，碳纤维(3)在电场作用下产生热量。

5.根据权利要求1所述的基于碳纤维与光纤复合传感器的管道渗漏检测装置，其特征在于，导流槽(13)采用固体粘合剂制作。

6.根据权利要求1所述的基于碳纤维与光纤复合传感器的管道渗漏检测装置，其特征在于，导流槽(13)在管道(6)上连续排列，且导流槽(13)包括两条波浪形的凹槽，以及两条波浪形的凹槽之间横纵设置的凹槽。

7.根据权利要求1所述的基于碳纤维与光纤复合传感器的管道渗漏检测装置，其特征在于，隔热材料(5)通过树脂类粘接剂与管道(6)粘接固定。

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