CN104197207A - 一种嵌入式水下管道自动预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种嵌入式水下管道自动预警系统，包括水下管道、衔接管道、传感器，衔接管道用于连接相邻的两个水下管道，其上壁中心处设有一传感器孔，衔接管道上壁还焊接有一底座，底座的中心处有一圆形通孔，其圆心与传感器孔的圆心重合，圆形通孔上焊接有一中空竖直管道，传感器和控制与通信电路放入所述中空竖直管道，且传感器通过传感器孔暴露在衔接管道内，用以感应泄露信息；本系统还包括防渗漏加固下盖、传感器固定螺栓以及上盖。本发明实现了水下管道泄露的自动预警，同时便于更换传感器。

Description

一种嵌入式水下管道自动预警系统

 

技术领域

本发明涉及一种嵌入式水下管道自动预警系统，用于对水下气体及液体管道泄漏情况实现精确自动预警，并且便于更换及维护整个系统。

 

背景技术

随着社会经济的发展和科技水平的提高，人们向湖泊、向海洋、向太空发展并开发利用已经成为世人共识。开发和利用湖泊、海洋离不开管网、线网的有效输送连接。而通过水下的管线网较之陆地的地下管线网其管理难度更为复杂，需要更为先进的技术手段对管线网进行有效保护，以保证管线网的有效输送。通过水下的管线网由于其产品的质量、铺设技术、自然破损以及人为因素等原因所造成的漏水、漏气、漏油、漏电情况给当地政府或国家造成很大损失，每天都在不同程度地遭受着损失却浑然不知，只有在大量泄漏时才能获取破损信息，发生故障时主要靠人们感知报警而非科学智能预警。如何解决水下管网在冒漏初期能立即启动预警装置，并在第一时间得到控制并及时修复，对当今社会的经济腾飞会起到保障和促进作用。

 

发明内容

 本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为提供一种嵌入式水下管道自动预警系统，能对水下气体及液体管道在冒漏情况下自动预警，适用于通过水下管道传输气体和液体的工程项目，在自然破损或人为破坏情况下造成管内物质外泄，促使管道内的传感器进行工作，并将传感信息输送至管理平台，对水下冒漏情况及时自动预警，并提供水下冒漏管道所处位置、竣工时间、周围水域或海域地质、水质、水深、水流等相关信息

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种嵌入式水下管道自动预警系统，包括水下管道，衔接管道和传感器；所述衔接管道用于连接相邻的两个水下管道；所述衔接管道上壁中心处设有一传感器孔，所述传感器通过传感器孔暴露在所述衔接管道内，用以感应压力信息。

作为本发明的进一步改进，所述衔接管道上壁还焊接有一底座，所述底座的中心处有一圆形通孔，其圆心与所述传感器孔的圆心重合，所述圆形通孔上焊接有一中空竖直管道，所述传感器放入所述中空竖直管道，且通过所述传感器孔暴露在所述衔接管道内；所述底座上还设有与所述中空竖直管道相连通的通信电缆套管放置槽。

作为本发明的进一步改进，本系统还包括用于盖住所述中空竖直管道内径外至通信电缆套管放置槽之间的区域的防渗漏加固下盖，所述防渗漏加固下盖通过内螺栓固定在底座上；所述嵌入式水下管道自动预警系统还包括传感器固定螺栓，所述传感器固定螺栓与中空竖直管道螺纹连接。

作为本发明的进一步改进，本系统还包括上盖，所述上盖与所述防渗漏加固下盖通过内螺栓固定住。

作为本发明的进一步改进，所述传感器为电传感器，所述传感器和控制与通信电路相连，所述控制与通信电路和通信电缆相连，所述传感器和控制与通信电路放入所述中空竖直管道，所述通信电缆外套有通信电缆套管，所述通信电缆套管放置在所述通信电缆套管放置槽内。

作为本发明的进一步改进，所述控制与通信电路包括MCU控制器以及芯片模块，所述芯片模块为具有储存信息和与外界交换信息功能的芯片，芯片模块中储存着规范具有互通性的各种数据。

作为本发明的进一步改进，所述传感器为光纤光栅压力传感器，所述光纤光栅压力传感器与传输光缆中的光纤相连，所述光纤光栅压力传感器构成光纤光栅传感器阵列；所述传输光缆放置在所述通信电缆套管放置槽内。

作为本发明的进一步改进，本系统还包括宽带光源、光纤光栅波长解调仪以及远程监控与报警终端，所述宽带光源为所述光纤光栅压力传感器提供光源，所述光纤光栅波长解调仪接收并分析所述光纤光栅压力传感器反射的中心波长，并传送至所述远程监控与报警终端。

作为本发明的进一步改进，本系统还包括隔离器、耦合器、光开关，所述宽带光源的输出端与所述隔离器的输入端相连，所述隔离器的输出端与所述耦合器的输入端相连，所述耦合器的输出端与所述光开关相连，同时所述耦合器通过所述传输光缆中的光纤与所述光纤光栅传感器阵列相连，所述光开关与所述光纤光栅波长解调仪相连，所述光纤光栅波长解调仪通过有线或无线的方式与所述远程监控与报警终端相连。

本发明的有益效果是：

1、当水下管道发生泄漏时，本发明的自动预警系统能够及时自动预警，保证第一时间处理泄漏事故，保障了人民和社会财产安全，并且易于更换传感器或者控制与通信电路。

2、光纤光栅传感器是一种光纤无源器件，具有抗电磁干扰、耐腐蚀、重量轻、强度高、耐高温、寿命长、可远距离传输等优良特性；且光纤光栅轻巧柔软可以制成光栅串，可根据不同测量要求，构建点阵、面阵和体阵等多种传感网络结构，通过与光通信系统的波分复用、时分复用技术相结合可构建多点多区域传感系统，实现传感系统的智能化，与传统电类传感器安装相比，节省了大量电缆及施工费用。

 

附图说明

    下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细阐述：

    图1为本发明实施例1中传感器、控制与通信电路、通信电缆以及通信电缆套管的连接图。

图2为本发明中衔接管道与底座的纵向剖面图。         

图3为本发明中衔接管道与底座的俯视图。

图4为本发明将传感器、控制与通信电路、通信电缆以及通信电缆套管放入中空竖直管道后的结构示意图。

图5为本发明自动预警系统安装上盖前系统结构的纵向剖面图。

图6为本发明自动预警系统安装上盖前系统结构的俯视图。

图7为本发明自动预警系统安装上盖后系统结构的纵向剖面图

图8为本发明自动预警系统安装上盖后系统结构的俯视图。

图9为发明实施例1中控制与通信电路的电路结构框图。

图10为本发明实施例2的传感预警原理框图。

图中：1：传感器；2、控制与通信电路；21：MCU控制器；22：芯片模块；3：通信电缆；4、通信电缆套管；5、连接部；6：水下管道；7：衔接管道；8：传感器孔；9：底座；10：中空竖直管道；11：通信电缆套管放置槽；111：连接部放置槽；12：防渗漏加固下盖；13：内螺栓；14：传感器固定螺栓；15：上盖；16：光纤光栅压力传感器；17：传输光缆；18：宽带光源；19：光纤光栅波长解调仪；20：隔离器；21：耦合器；22：光开关。

具体实施方式

   下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：

如图1所示，一种嵌入式水下管道自动预警系统，包括传感器1，本实施例中的传感器1为电传感器，传感器1和控制与通信电路2相连，控制与通信电路2和所述通信电缆3相连；所述通信电缆3外套有通信电缆套管4，用以保护通信电缆3不被水下生物所破坏，通信电缆套管4的端部具有连接部5。

如图2所示，所述嵌入式水下管道自动预警系统还包括水下管道6，衔接管道7；所述衔接管道7上壁中心处设有一传感器孔8，衔接管道7上壁还焊接有一底座9，底座9的中心处有一圆形通孔，其圆心与传感器孔8的圆心重合，所述圆形通孔上焊接有一中空竖直管道10，传感器1和控制与通信电路2放入中空竖直管道10，且传感器1通过传感器孔8暴露在衔接管道7内，用以感应压力信息。

如图3所示，底座9上设有通信电缆套管放置槽11，通信电缆套管放置槽11与中空竖直管道10相连通，在将传感器1和控制与通信电路2放入中空竖直管道10时，与控制与通信电路2相连的通信电缆套管4放置在所述通信电缆套管放置槽11内，其中通信电缆套管放置槽11具有放置通信电缆套管4连接部5的连接部放置槽111，放置好传感器1、控制与通信电路2以及通信电缆套管4后的结构如图4所示。

在放置好传感器1、控制与通信电路2以及通信电缆套管4后，将中空竖直管道10内径外，与通信电缆套管放置槽11内的通信电缆套管4进行防渗漏处理，然后盖上防渗漏加固下盖12，并与底座9用内螺栓13固定住，安装后结构如图5和图6所示。

中空竖直管道10内壁具有螺纹，在安装好防渗漏加固下盖12后，用传感器固定螺栓14与中空竖直管道10进行螺纹连接，进一步固定传感器1和控制与通信电路2。最后，将上盖15与防渗漏加固下盖12通过内螺栓13固定住，安装后结构如图7和图8所示。

当传感器1或控制与通信电路2发生故障需要更换时，只需要在故障处依次打开上盖15、传感器固定螺栓14即可取出控制与通信电路2和传感器1，故障修复后，依次安装传感器固定螺栓14和上盖15即可恢复系统。

如图9所示，所述控制与通信电路2包括MCU控制器21以及芯片模块22，所述芯片模块22为具有储存信息和与外界交换信息功能的芯片，芯片模块22中储存着规范具有互通性的各种数据，如水下管道的定位信息；水下管道自身的性能、特点、质地、内径、外径、流量、安置时间等信；水下管道相互间的平行距离、交叉距离等。当水下管道5，如天然气管道发生冒漏时，嵌入衔接管道6内的传感器1会感应流量或压力的减弱信息并及时发送报警信号给MCU控制器21，MCU控制器21收到减弱报警信号后，将读取芯片模块22中的已存信息与减弱报警信号一起通过通信电缆3传送至监控中心，监控中心结合地理信息系统在管理平台上显示具体的减弱点，从水下管道减弱点的输送方向逆向找到第一个嵌入管道5点（A点），从减弱点（B点）到输送方向逆向处的第一个嵌入点（A点）的这段距离为冒漏存在处，可定点检查，缩短了检测距离，从而实现了对水下管网冒漏点的自动预警管理，赢得了时间，便于管理者在第一时间准确应对。

实施例2：

本实施例与实施例1的不同之处仅在于：所述传感器1为光纤光栅压力传感器16，所述光纤光栅压力传感器16与传输光缆17中的光纤相连，所述光纤光栅压力传感器16构成光纤光栅传感器阵列；所述传输光缆17放置在所述通信电缆套管放置槽11内。

如图10所示，本系统还包括宽带光源18、隔离器20、耦合器21、光开关22以及光纤光栅波长解调仪19，宽带光源18的输出端与隔离器20的输入端相连，隔离器20的输出端与耦合器21的输入端相连，耦合器21的输出端与光开关22相连，同时耦合器21通过传输光缆3中的光纤与光纤光栅传感器阵列相连，可以同时连接多通道的光纤光栅传感器阵列，光开关22与光纤光栅波长解调仪19相连，光纤光栅波长解调仪19通过有线或无线的方式与远程监控与报警终端相连。所述宽带光源18为光纤光栅压力传感器16提供光源，所述光纤光栅波长解调仪7接收光纤光栅压力传感器16反射的中心波长，并进行分析。

本实施例的传感预警原理如下： 

当宽带光源18的光通过隔离器20、耦合器21到达光纤光栅压力传感器16时，光纤光栅压力传感器16将反射其中以布拉格波长为中心波长的窄谱分量。光纤光栅反射中心波长与介质折射率有关，并且在管道内压力变化时，中心波长也会随之变化。

每个光纤光栅压力传感器16都标有号码，并且每个光纤光栅压力传感器16都有自己确定的位置，各个光纤光栅压力传感器16返回的光进入光纤光栅波长解调仪19并被记忆。

也可以采用多区波分复用技术，该技术对水下管道6进行分区，在同一个泄露预警分区采用布拉格中心反射波长相同的光纤光栅压力传感器16，在不同的泄露预警分区采用布拉格中心反射波长不同的光纤光栅压力传感器16，每个监测区域按一定的间隔分布全同光纤光栅压力传感器16，这样，任一光纤光栅压力传感器16附近的温度发生变化，都会被光纤光栅波长解调仪19获得，并通过波长的不同确定泄露发生的分区位置。当水下管道6如石油管道发生泄漏时，会造成水下管道6内的压力发生变化，光纤光栅压力传感器16将检测到压力变化信息，此时光纤光栅压力传感器16反射中心波长会根据这种变量的变化产生相应的变化，通过光纤光栅波长解调仪19检测反射中心波长的变化，就可以间接检测水下管道6内压力的变化，并通过有线或无线方式将预警信息传送至远程监控与报警终端，从而引起报警。这种多区波分复用的方法，大大增加了系统的测量距离和测量点数，使之能够应用到更长距离的监控场所，准确地完成火灾报警监测

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本法迷宫呢的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所作出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种嵌入式水下管道自动预警系统，包括水下管道（6），其特征

在于：还包括衔接管道（7）和传感器（1）；所述衔接管道（7）用于连接相邻的两个水下管道（6）；所述衔接管道（7）上壁中心处设有一传感器孔（8），所述传感器（1）通过传感器孔（8）暴露在所述衔接管道（7）内，用以感应压力信息。

2.根据权利要求1所述的嵌入式水下管道自动预警系统，其特征在

于：所述衔接管道（7）上壁还焊接有一底座（9），所述底座（9）的中心处有一圆形通孔，其圆心与所述传感器孔（8）的圆心重合，所述圆形通孔上焊接有一中空竖直管道（10），所述传感器（1）放入所述中空竖直管道（10），且通过所述传感器孔（8）暴露在所述衔接管道（7）内；所述底座（9）上还设有与所述中空竖直管道（10）相连通的通信电缆套管放置槽（11）。

3.根据权利要求2所述的嵌入式水下管道自动预警系统，其特征在

于：还包括用于盖住所述中空竖直管道（10）内径外至通信电缆套管放置槽（11）之间的区域的防渗漏加固下盖（12），所述防渗漏加固下盖（12）通过内螺栓（13）固定在底座（9）上；所述嵌入式水下管道自动预警系统还包括传感器固定螺栓（14），所述传感器固定螺栓（14）与中空竖直管道（10）螺纹连接。

4.根据权利要求3所述的嵌入式水下管道自动预警系统，其特征在

于：还包括上盖（15），所述上盖（15）与所述防渗漏加固下盖（12）通过内螺栓（13）固定住。

5.根据权利要求2至4任一项所述的嵌入式水下管道自动预警系统，

其特征在于：所述传感器（1）为电传感器，所述传感器（1）和控制与通信电路（2）相连，所述控制与通信电路（2）和通信电缆（3）相连，所述传感器（1）和控制与通信电路（2）放入所述中空竖直管道（10），所述通信电缆（3）外套有通信电缆套管（4），所述通信电缆套管（4）放置在所述通信电缆套管放置槽（11）内。

6.根据权利要求5所述的嵌入式水下管道自动预警系统，其特征在

于：所述控制与通信电路（2）包括MCU控制器（21）以及芯片模块（22），所述芯片模块（22）为具有储存信息和与外界交换信息功能的芯片，芯片模块（22）中储存着规范具有互通性的各种数据。

7.根据权利要求2至4任一项所述的嵌入式水下管道自动预警系统，

其特征在于：所述传感器（1）为光纤光栅压力传感器（16），所述光纤光栅压力传感器（16）与传输光缆（17）中的光纤相连，所述光纤光栅压力传感器（16）构成光纤光栅传感器阵列；所述传输光缆（17）放置在所述通信电缆套管放置槽（11）内。

8.根据权利要求7所述的嵌入式水下管道自动预警系统，其特征在

于：还包括宽带光源（18）、光纤光栅波长解调仪（19）以及远程监控与报警终端，所述宽带光源（18）为所述光纤光栅压力传感器（16）提供光源，所述光纤光栅波长解调仪（19）接收并分析所述光纤光栅压力传感器（16）反射的中心波长，并传送至所述远程监控与报警终端。

9.根据权利要求8所述的嵌入式水下管道自动预警系统，其特征在

于：还包括隔离器（20）、耦合器（21）、光开关（22），所述宽带光源（18）的输出端与所述隔离器（20）的输入端相连，所述隔离器（20）的输出端与所述耦合器（21）的输入端相连，所述耦合器（21）的输出端与所述光开关（22）相连，同时所述耦合器（21）通过所述传输光缆（17）中的光纤与所述光纤光栅传感器阵列相连，所述光开关（22）与所述光纤光栅波长解调仪（19）相连，所述光纤光栅波长解调仪（19）通过有线或无线的方式与所述远程监控与报警终端相连。