CN102109396A - 一种基于光纤光栅的埋地管线焊缝实时应力在线监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于光纤光栅的埋地管线焊缝实时应力在线监测装置。本发明属于埋地管道监测技术领域。一种基于光纤光栅的埋地管线焊缝实时应力在线监测装置，其特征是：在线监测装置包括微处理器、光谱解调仪和闪耀光纤光栅传感器；微处理器连接光谱解调仪，光谱解调仪连接闪耀光纤光栅传感器；闪耀光纤光栅传感器有闪耀光纤光栅、托管和预应力拉带构成，闪耀光纤光栅装配在托管内，托管装有预应力拉带。本发明具有结构简单，装配紧凑，操作方便，省时省力，制造成本低，性能稳定可靠，使用寿命长，位置判断准确，趋势预测可靠，实时检测，数据精度高等优点。
Description
技术领域
本发明属于埋地管道监测技术领域，特别是涉及一种基于光纤光栅的埋地管线焊缝实时应力在线监测装置。
背景技术
目前，埋地管线日常维护通常使用牺牲阳极保护，检测手段多根据NACE ECDA（外部腐蚀直接评估）推荐方法，对外防腐层检测时多选择PCM、DCVG/ACVG、CIPS多种检测手段同时采用。在实际应用中，由于野外管线环境因素复杂，地势、地表构筑物、沿线农作物等多种条件限制上述技术手段的采用，因此始终存在一定的盲区，增加的管线的失效风险；传统检测手段主要针对外防腐完整性，对于应力集中方面几乎未有针对性手段。综上，由于传统技术从时间、位置判断、趋势预测等各方面均无法满足实际需要，一种可以判断管线应力变化状态的新型实时在线监测技术的发明，尤为必要。
发明内容
本发明为解决现有技术存在的问题，提供了一种基于光纤光栅的埋地管线焊缝实时应力在线监测装置。
本发明目的是提供一种具有结构简单，装配紧凑，操作方便，省时省力，制造成本低，性能稳定可靠，使用寿命长，位置判断准确，趋势预测可靠，实时检测，数据精度高等特点的基于光纤光栅的埋地管线焊缝实时应力在线监测装置。
本发明利用光纤传感技术，设计分布式光纤折射率传感器，并在埋地油气管线焊缝处进行布设。当埋地油气管线最为薄弱得焊缝处发生应力损伤时，光纤折射率传感器检测到变化从而实现监测。技术内容包括：
1．分布式光纤折射率传感器
管线的焊缝是长输管线最为薄弱区域，也是在应力下最为集中得区域。基于光纤的分布式折射率传感器的核心是超长闪耀光纤光栅，其栅区长度可达几十厘米。传感器整体被设计为插入式探针状，并根据需要插入或埋入待测管线的外防腐层。当焊缝应力逐渐集中时，依据其集中程度不同，预应力的光纤光栅传感器会发生相应得变化，而通过监测超长闪耀光栅投射光波长得变化，可以分析出应力变化及程度；
2．埋地油气管线焊缝应力监测网络系统
将多支探针状分布式光纤折射率传感器埋入或插入待测油气管线的焊缝处，并通过光纤连接到光谱测量仪，从而构成埋地油管线焊缝的应力监测系统。监测系统实时监测各传感器的传感数据，整理并分析油气管线焊缝应力集中得状态。并与历史记录进行对比，从而给出管线焊缝应力集中趋势并进行风险评估；
本发明基于光纤光栅的埋地管线焊缝实时应力在线监测装置采用如下技术方案：
一种基于光纤光栅的埋地管线焊缝实时应力在线监测装置，其特点是：在线监测装置包括微处理器、光谱解调仪和闪耀光纤光栅传感器；微处理器连接光谱解调仪，光谱解调仪连接闪耀光纤光栅传感器；闪耀光纤光栅传感器有闪耀光纤光栅、托管和预应力拉带构成，闪耀光纤光栅装配在托管内，托管装有预应力拉带。
本发明基于光纤光栅的埋地管线焊缝实时应力在线监测装置还可以采用如下技术措施：
所述的基于光纤光栅的埋地管线焊缝实时应力在线监测装置，其特点是：装配闪耀光纤光栅的托管为半圆桶形结构。
所述的基于光纤光栅的埋地管线焊缝实时应力在线监测装置，其特点是：闪耀光纤光栅有单模光纤连接光谱解调仪，单模光纤与闪耀光纤光栅连接处有外壳和保护套管。
本发明具有的优点和积极效果：
基于光纤光栅的埋地管线焊缝实时应力在线监测装置，由于采用了本发明全新的技术方案，与现有技术相比，本发明解决了埋地油气管线焊缝处无实时监测手段的技术盲点。可以实时在线对埋地管线进行应力监测，使其可以通过传感器，针对监测点准确监测应力变化及其累计情况。
本发明埋地油气管线焊缝应力监测技术，利用光纤作为传感器件，采用分布式光纤应力传感技术，通过检测光纤光学参量的变化来感测埋地油气管线焊缝的应力变化程度。可以实现实时、网络化的监测并给出埋地管线应力变化程度及风险评估。
本发明具有结构简单，装配紧凑，操作方便，省时省力，制造成本低，性能稳定可靠，使用寿命长，位置判断准确，趋势预测可靠，实时检测，数据精度高等优点。
附图说明
图1是本发明的连接结构示意图；
图2是本发明的闪耀光纤光栅传感器的结构示意图。
图中， 1.闪耀光纤光栅，2.单模光纤，3.针状外壳，4.保护套管，5.光纤接头，6.托筒，7.预应力拉带,8. 光谱解调仪,9.计算机。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的技术内容、特点及功效，兹列举以下实例，并配合附图详细说明如下：
参照附图1和图2。
实施例1
一种基于光纤光栅的埋地管线焊缝实时应力在线监测装置，包括计算机10、光谱解调仪9和闪耀光纤光栅传感器8，计算机10连接光谱解调仪；光谱解调仪连接闪耀光纤光栅传感器8，闪耀光纤光栅传感器8有闪耀光纤光栅1、托管6和预应力拉带7构成，闪耀光纤光栅装配在托管内，托管装有预应力拉带。
装配闪耀光纤光栅的托管为半圆桶形结构。闪耀光纤光栅有单模光纤连接光谱解调仪，单模光纤与闪耀光纤光栅连接处有外壳3和保护套管4。单模光纤2可由光纤接头5进行连接。
本实施例的具体结构及其在线监测过程：
1、分布式光纤折射率传感器
主要结构包括：超长闪耀光纤光栅1，单模光纤2，针状外壳3，保护套管4，光纤接头5，托筒6，预应力拉带7；其特点是：将1超长闪耀光纤光栅与2单模光纤的一端进行连接。将2单模光纤的另一端与光纤接头5进行连接。然后将其穿入托筒6中。托筒6光纤穿入针状外壳3中。托筒6的结构为半圆桶形结构，将1超长闪耀光纤光栅的栅区放置于托筒6的半圆桶区域以使得其能在预应力下感应外界应力变化中。而后将4保护套粘接于3针状外壳的两端以保护光纤。
2. 埋地油气管线焊缝应力监测系统
主要结构包括：分布式光纤折射率传感器8，单模光纤2，光谱解调仪9，计算机10；光纤折射率传感器通过单模光纤2与光谱解调仪9相连。光谱解调仪9通过网线与计算机10相连。
使用时：分布式光纤折射率传感器：1.超长闪耀光纤光栅采用1350nm波段的相位模板经紫外曝光法写制。栅面倾斜角度20度。栅区长度15cm。2单模光纤采用芯径为7um，外包层150um的2550nm石英光纤。3.针状外壳采用外直径3mm，内直径2mm的半圆桶装结构，其材料为耐腐蚀的高分子硬脂材料。其开孔长度40cm，总长160cm。
Claims (3)
1.一种基于光纤光栅的埋地管线焊缝实时应力在线监测装置，其特征是：在线监测装置包括微处理器、光谱解调仪和闪耀光纤光栅传感器；微处理器连接光谱解调仪，光谱解调仪连接闪耀光纤光栅传感器；闪耀光纤光栅传感器有闪耀光纤光栅、托管和预应力拉带构成，闪耀光纤光栅装配在托管内，托管装有预应力拉带。
2.按照权利要求1所述的基于光纤光栅的埋地管线焊缝实时应力在线监测装置，其特征是：装配闪耀光纤光栅的托管为半圆桶形结构。
3.按照权利要求1所述的基于光纤光栅的埋地管线焊缝实时应力在线监测装置，其特征是：闪耀光纤光栅有单模光纤连接光谱解调仪，单模光纤与闪耀光纤光栅连接处有外壳和保护套管。
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