CN105485523B - 管道的无缝故障监控系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种管道的无缝故障监控系统及方法，所述监控系统包括：管道、设置于管道内的光纤、至少一光纤接入单元、主机；管道包括内管、设置于内外的外管，内管与外管之间嵌入至少一根光纤，光纤夹在内管和外管之间；管道中的光纤两端连接光纤接入单元，所述光纤接入单元连接至一主机，通过主机监控管道运行状况。本发明提出的管道的无缝故障监控系统及方法，可实现自动监测、提前预警，提前计划保养维修，变事故为常规检修维护。

Description

管道的无缝故障监控系统及方法
技术领域
本发明属于故障监测技术领域，涉及一种故障监控系统，尤其涉及一种管道的无缝故障监控系统；同时，本发明还涉及一种管道的无缝故障监控方法。
背景技术
随着城市文明的发展,城市管网分布越来越复杂,包括建筑管网,地下管网。由于地质沉降等原因塑料管道的应用也逐渐成为主流，管道网络的复杂加上总长度数量的巨大以及塑料管道天生的不可探测性给盲埋管道的日后维护带来诸多不便，本发明的目的是把管道的事后抢险变成事前维修，防止事态扩大带来的巨大社会成本，以及维修定位便利，使得作业工作量小，抢修及时，把损失以及社会负面影响降低到最低。如图1所示，一般的管道就是一个塑料O型圈的平面纵向连续延伸。
有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的监测方式，以便克服现有监测方式存在的上述缺陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种管道的无缝故障监控系统，可实现自动监测、提前预警，提前计划保养维修，变事故为常规检修维护。
此外，本发明还提供一种管道的无缝故障监控方法，可实现自动监测、提前预警，提前计划保养维修，变事故为常规检修维护。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种管道的无缝故障监控系统，所述监控系统包括：管道、设置于管道内的光纤、至少一光纤接入单元、主机；管道包括内管、设置于内外的外管，内管与外管之间嵌入了1到2根光纤，光纤夹在塑料内管和外管之间，光纤的两端从塑料外管壁伸出；
所述外管的材料包括塑料原料，以及设定比例的、经过钝化处理的氧化铝粉末颗粒；相当于给管道外层穿上了一层电波反射层，便于管道位值探测定位时快速准确的定位管道位值；
管道中的光纤两端连接光纤接入单元，各光纤接入单元分别包括单色红色激光脉冲发生器、全光谱光纤接收口、电路板和外壳；
所述光纤接入单元通过网线或无线通讯方式连接到电脑，通过电脑监控管道运行状况，通过PC软件数据分析提前预警管道可能出现的风险，包括了管道温度的异常，受挤压后的弯曲变形，以及断裂；并通过喇曼算法定位故障可能的范围；最后系统通过网络互联连接到各个中断设备，工作人员可以通过设备APP用手机掌上电脑等随时查看各条监控管网状态；
光纤通过对接接头或者融接的方式串联起来；每10公里设置一个光纤接入设备；光纤接入设备的发射单元和接收单元分别连接两段管道，接收来自计算机远端的光信号，发射单元把激光脉冲发送向计算机方向；光纤接入设备负责两个工作：测量脉冲的收发，以及光纤数据的转发；通过分时分光强幅度来区分测量脉冲以及数据包络；当设备接收到上一个设备发送来的测量激光脉冲后从脉冲的结构和光谱判断上一个管道的温度以及管道的首压状态，随后通过数据帧发送给下一个管道节点的光纤收发器，随后发送测量脉冲，依此类推，把管道的长度无限拓展，不至于信号强度衰减的技术问题限制监控距离；最后一个节点和监控计算机通过数据口对联交换数据；计算机软件除了人机交换以外还保存了不同时间端的管道状态的增泰分布参数，对每天变化的数据做出比对判断，达到设定的告警门限及时地显示提醒，再通过专业人员的判断决定是否需要检修；并且提前计算出告警节点大致距离位置；当检修人员就位后在计算出的大致位置首先使用管道探测器探测管道精确位置，然后破土检修，检修完毕恢复掩埋。
一种管道的无缝故障监控系统，所述监控系统包括：管道、设置于管道内的光纤、至少一光纤接入单元、主机；管道包括内管、设置于内外的外管，内管与外管之间嵌入至少一根光纤，光纤夹在内管和外管之间；
管道中的光纤两端连接光纤接入单元，所述光纤接入单元连接至一主机，通过主机监控管道运行状况。
作为本发明的一种优选方案，所述外管的材料包括塑料原料，以及设定比例的、经过钝化处理的氧化铝粉末颗粒；相当于给管道外层穿上了一层电波反射层，便于管道位值探测定位时快速准确的定位管道位值。
作为本发明的一种优选方案，所述各光纤接入单元分别包括单色红色激光脉冲发生器、全光谱光纤接收口、电路板和外壳。
作为本发明的一种优选方案，所述光纤接入单元通过网线或无线通讯方式连接到电脑，通过电脑监控管道运行状况；
通过PC软件数据分析提前预警管道可能出现的风险，包括管道温度的异常，受挤压后的弯曲变形，以及断裂；并通过喇曼算法定位故障可能的范围；最后系统通过网络互联连接到各个中断设备，工作人员通过设备软件用手机掌上电脑等随时查看各条监控管网状态。
作为本发明的一种优选方案，光纤通过对接接头或者融接的方式串联起来；每间隔设定距离范围设置一个光纤接入设备。
作为本发明的一种优选方案，光纤接入设备的发射单元和接收单元分别连接两段管道，接收来自计算机远端的光信号，发射单元把激光脉冲发送向计算机方向；光纤接入设备负责两个工作：测量脉冲的收发，以及光纤数据的转发；通过分时分光强幅度来区分测量脉冲以及数据包络；当设备接收到上一个设备发送来的测量激光脉冲后从脉冲的结构和光谱判断上一个管道的温度以及管道的首压状态，随后通过数据帧发送给下一个管道节点的光纤收发器，随后发送测量脉冲，依此类推，把管道的长度无限拓展，不至于信号强度衰减的技术问题限制监控距离；最后一个节点和监控计算机通过数据口对联交换数据；计算机软件除了人机交换以外还保存了不同时间端的管道状态的增泰分布参数，对每天变化的数据做出比对判断，达到设定的告警门限及时地显示提醒，再通过专业人员的判断决定是否需要检修；并且提前计算出告警节点大致距离位置；当检修人员就位后在计算出的大致位置首先使用管道探测器探测管道精确位置，然后破土检修，检修完毕恢复掩埋。
一种上述无缝故障监控系统的监控方法，所述监控方法包括：
管道中的光纤两端连接光纤接入单元，所述光纤接入单元连接至一主机，通过主机监控管道运行状况。
作为本发明的一种优选方案，所述监控方法具体包括如下步骤：光纤通过对接接头或者融接的方式串联起来；每10公里设置一个光纤接入设备；光纤接入设备的发射单元和接收单元分别连接两段管道，接收来自计算机远端的光信号，发射单元把激光脉冲发送向计算机方向；光纤接入设备负责两个工作：测量脉冲的收发，以及光纤数据的转发；通过分时分光强幅度来区分测量脉冲以及数据包络；当设备接收到上一个设备发送来的测量激光脉冲后从脉冲的结构和光谱判断上一个管道的温度以及管道的首压状态，随后通过数据帧发送给下一个管道节点的光纤收发器，随后发送测量脉冲，依此类推，把管道的长度无限拓展，不至于信号强度衰减的技术问题限制监控距离；最后一个节点和监控计算机通过数据口对联交换数据；计算机软件除了人机交换以外还保存了不同时间端的管道状态的增泰分布参数，对每天变化的数据做出比对判断，达到设定的告警门限及时地显示提醒，再通过专业人员的判断决定是否需要检修；并且提前计算出告警节点大致距离位置；当检修人员就位后在计算出的大致位置首先使用管道探测器探测管道精确位置，然后破土检修，检修完毕恢复掩埋。
如上所述的光纤接入设备具有测量以及数据转发的能力。能够通过特殊的激光发射和接收单元，通过特殊的算法估算监控段管道温度以及受挤压状态乃至断裂的功能。以及设备串联和数据转发的结构方式。
设备监控计算机能够通过管道光纤提供把管网温度分布挤压分布，以及断裂监控，预警提示和并且把以上数据网络接入的能力解决方式。
本发明包含了一个带金属粉末外壁内夹光纤的新型管道配合特制的光纤接入设备以及定制的计算机软件，达到的远距离管网的温度压力，以及断裂的监控和预警的并提供网络终端数据接入，故障定位准确快速位置查找的解决办法。
本发明的有益效果在于：本发明提出的管道的无缝故障监控系统及方法，可实现自动监测、提前预警，提前计划保养维修，变事故为常规检修维护。
本发明把本来不可探测的塑料管变成了可探测的“金属管”方便找位置。同时，把管道管网通过技术手段纳入到网络互联的大数据平台。此外，由于光纤和管网的平行分布，为日后拓展管网更多更广泛的检测提供了基础。
附图说明
图1为现有管道的结构示意图。
图2为本发明中管道的结构示意图。
图3为本发明中设置光纤的管道的结构示意图。
图4为本发明管道无缝故障监控系统的组成示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
实施例一
请参阅图4，本发明揭示了一种管道的无缝故障监控系统，所述监控系统包括：管道3、设置于管道内的光纤4、至少一光纤接入单元2、主机1。如图2、图3所示，管道3包括内管、设置于内外的外管，内管与外管之间嵌入了1到2根光纤4，光纤4夹在塑料内管和外管之间，光纤的两端从塑料外管壁伸出。
所述外管的材料包括塑料原料，以及设定比例的、经过钝化处理的氧化铝粉末颗粒；相当于给管道外层穿上了一层电波反射层，便于管道位值探测定位时快速准确的定位管道位值。
管道中的光纤两端连接光纤接入单元，各光纤接入单元分别包括单色红色激光脉冲发生器、全光谱光纤接收口、电路板和外壳。
所述光纤接入单元2通过网线或无线通讯方式连接到电脑(主机1)，通过电脑监控管道运行状况，通过PC软件数据分析提前预警管道可能出现的风险，包括了管道温度的异常，受挤压后的弯曲变形，以及断裂；并通过喇曼算法定位故障可能的范围；最后系统通过网络互联连接到各个中断设备，工作人员可以通过设备APP用手机掌上电脑等随时查看各条监控管网状态。
光纤通过对接接头或者融接的方式串联起来；每10公里设置一个光纤接入设备；光纤接入设备的发射单元和接收单元分别连接两段管道，接收来自计算机远端的光信号，发射单元把激光脉冲发送向计算机方向；光纤接入设备负责两个工作：测量脉冲的收发，以及光纤数据的转发；通过分时分光强幅度来区分测量脉冲以及数据包络；当设备接收到上一个设备发送来的测量激光脉冲后从脉冲的结构和光谱判断上一个管道的温度以及管道的首压状态，随后通过数据帧发送给下一个管道节点的光纤收发器，随后发送测量脉冲，依此类推，把管道的长度无限拓展，不至于信号强度衰减的技术问题限制监控距离；最后一个节点和监控计算机通过数据口对联交换数据；计算机软件除了人机交换以外还保存了不同时间端的管道状态的增泰分布参数，对每天变化的数据做出比对判断，达到设定的告警门限及时地显示提醒，再通过专业人员的判断决定是否需要检修；并且提前计算出告警节点大致距离位置；当检修人员就位后在计算出的大致位置首先使用管道探测器探测管道精确位置，然后破土检修，检修完毕恢复掩埋。
本发明还揭示一种上述无缝故障监控系统的监控方法，所述监控方法包括：管道中的光纤两端连接光纤接入单元，所述光纤接入单元连接至一主机，通过主机监控管道运行状况。
具体地，所述监控方法具体包括如下步骤：光纤通过对接接头或者融接的方式串联起来；每10公里设置一个光纤接入设备；光纤接入设备的发射单元和接收单元分别连接两段管道，接收来自计算机远端的光信号，发射单元把激光脉冲发送向计算机方向；光纤接入设备负责两个工作：测量脉冲的收发，以及光纤数据的转发；通过分时分光强幅度来区分测量脉冲以及数据包络；当设备接收到上一个设备发送来的测量激光脉冲后从脉冲的结构和光谱判断上一个管道的温度以及管道的首压状态，随后通过数据帧发送给下一个管道节点的光纤收发器，随后发送测量脉冲，依此类推，把管道的长度无限拓展，不至于信号强度衰减的技术问题限制监控距离；最后一个节点和监控计算机通过数据口对联交换数据；计算机软件除了人机交换以外还保存了不同时间端的管道状态的增泰分布参数，对每天变化的数据做出比对判断，达到设定的告警门限及时地显示提醒，再通过专业人员的判断决定是否需要检修；并且提前计算出告警节点大致距离位置；当检修人员就位后在计算出的大致位置首先使用管道探测器探测管道精确位置，然后破土检修，检修完毕恢复掩埋。
实施例二
一种管道的无缝故障监控系统，所述监控系统包括：管道、设置于管道内的光纤、至少一光纤接入单元、主机；管道包括内管、设置于内外的外管，内管与外管之间嵌入至少一根光纤，光纤夹在内管和外管之间。管道中的光纤两端连接光纤接入单元，所述光纤接入单元连接至一主机，通过主机监控管道运行状况。
实施例三
如图2所示带复合外层的管道，在普通管道的外管壁增加了一层结构，用来保护内层，以及增加与接触面的摩擦系数防止在物体中移动。为了怎家塑料管道的可探测特新，本发明方法的实施在外层塑料原料中混合一定比例的经过钝化处理的氧化铝粉末颗粒。相当于给管道外层穿上了一层电波反射层，便于管道位值探测定位时快速准确的定位管道位值，并且可以使用原有探测金属管道的设备以及技术，减少了设备投入，解决了塑纯塑料管道无法探测定位的问题。
如图3所示，塑料管道经过进一步的工艺升级，嵌入了1到2根的光纤，夹在塑料内管和外管之间，两头从塑料外管壁伸出。本设计发明的目的是用当先最先进但是成本及低的光纤传感器技术无缝的监控管道的温度，扭曲以及开裂断开。
管道中的光纤两头连接特别设计的光纤接入单元，每个接入单元分别由一个单色红色激光脉冲发生器，一个全光谱光纤接收口以及电路板和外壳组成。
光纤设备通过网线连接到电脑，通过电脑监控管道运行状况，通过PC软件数据分析提前预警管道可能出现的风险，包括了管道温度的异常，受挤压后的弯曲变形，以及断裂。并通过喇曼算法定位故障可能的范围。最后系统通过网络互联连接到各个中断设备，工作人员可以通过设备APP用手机掌上电脑等随时查看各条监控管网状态。
综上所述，本发明提出的管道的无缝故障监控系统及方法，可实现自动监测、提前预警，提前计划保养维修，变事故为常规检修维护。
本发明把本来不可探测的塑料管变成了可探测的“金属管”方便找位置。同时，把管道管网通过技术手段纳入到网络互联的大数据平台。此外，由于光纤和管网的平行分布，为日后拓展管网更多更广泛的检测提供了基础。
这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (7)

1.一种管道的无缝故障监控系统，其特征在于，所述监控系统包括：管道、设置于管道内的光纤、至少一光纤接入单元、主机；
所述管道包括内管、设置于内管外的外管，内管与外管之间嵌入了1到2根光纤，光纤夹在塑料内管和外管之间，光纤的两端从塑料外管壁伸出；
所述外管的材料包括塑料原料，以及设定比例的、经过钝化处理的氧化铝粉末颗粒；相当于给管道外层穿上了一层电波反射层，便于管道位置探测定位时快速准确的定位管道位置；
管道中的光纤两端连接光纤接入单元，各光纤接入单元分别包括单色红色激光脉冲发生器、光纤收发器、电路板和外壳；
所述光纤接入单元通过网线或无线通讯方式连接到主机，通过主机监控管道运行状况，通过PC软件数据分析提前预警管道可能出现的风险，包括了管道温度的异常，受挤压后的弯曲变形，以及断裂；并通过喇曼算法定位故障可能的范围；最后系统通过网络互联连接到各个中断设备，工作人员能通过设备APP用手机掌上计算机随时查看各条监控管网状态；
光纤通过对接接头或者融接的方式串联起来；每10公里设置一个光纤接入单元；光纤接入单元的发射单元和接收单元分别连接两段管道，接收来自主机远端的光信号，发射单元把激光脉冲发送向主机方向；光纤接入单元负责两个工作：激光脉冲的收发，以及光纤数据的转发；通过分时分光强幅度来区分激光脉冲以及数据包络；当设备接收到上一个设备发送来的激光脉冲后从脉冲的结构和光谱判断上一个管道的温度以及管道的首压状态，随后通过数据帧发送给下一个管道节点的光纤收发器，随后发送激光脉冲，依此类推，把管道的长度无限拓展，不至于信号强度衰减的技术问题限制监控距离；最后一个节点和主机通过数据口对联交换数据；主机软件除了人机交换以外还保存了不同时间段的管道状态的正态分布参数，对每天变化的数据做出比对判断，达到设定的告警门限及时地显示提醒，再通过专业人员的判断决定是否需要检修；并且提前计算出告警节点大致距离位置；当检修人员就位后在计算出的大致位置首先使用管道探测器探测管道精确位置，然后破土检修，检修完毕恢复掩埋。
2.一种管道的无缝故障监控系统，其特征在于，所述监控系统包括：管道、设置于管道内的光纤、至少一光纤接入单元、主机；管道包括内管、设置于内管外的外管，内管与外管之间嵌入至少一根光纤，光纤夹在内管和外管之间；
管道中的光纤两端连接光纤接入单元，所述光纤接入单元连接至一主机，通过主机监控管道运行状况；
光纤接入单元的发射单元和接收单元分别连接两段管道，接收来自主机远端的光信号，发射单元把激光脉冲发送向主机方向；光纤接入单元负责两个工作：激光脉冲的收发，以及光纤数据的转发；通过分时分光强幅度来区分激光脉冲以及数据包络；当设备接收到上一个设备发送来的激光脉冲后从脉冲的结构和光谱判断上一个管道的温度以及管道的首压状态，随后通过数据帧发送给下一个管道节点的光纤收发器，随后发送激光脉冲，依此类推，把管道的长度无限拓展，不至于信号强度衰减的技术问题限制监控距离；最后一个节点和主机通过数据口对联交换数据；主机软件除了人机交换以外还保存了不同时间段的管道状态的正态分布参数，对每天变化的数据做出比对判断，达到设定的告警门限及时地显示提醒，再通过专业人员的判断决定是否需要检修；并且提前计算出告警节点大致距离位置；当检修人员就位后在计算出的大致位置首先使用管道探测器探测管道精确位置，然后破土检修，检修完毕恢复掩埋。
3.根据权利要求2所述的管道的无缝故障监控系统，其特征在于：
所述外管的材料包括塑料原料，以及设定比例的、经过钝化处理的氧化铝粉末颗粒；相当于给管道外层穿上了一层电波反射层，便于管道位置探测定位时快速准确的定位管道位置。
4.根据权利要求2所述的管道的无缝故障监控系统，其特征在于：
所述各光纤接入单元分别包括单色红色激光脉冲发生器、光纤收发器、电路板和外壳。
5.根据权利要求2所述的管道的无缝故障监控系统，其特征在于：
所述光纤接入单元通过网线或无线通讯方式连接到主机，通过主机监控管道运行状况；
通过PC软件数据分析提前预警管道可能出现的风险，包括管道温度的异常，受挤压后的弯曲变形，以及断裂；并通过喇曼算法定位故障可能的范围；最后系统通过网络互联连接到各个中断设备，工作人员通过设备软件用手机掌上计算机随时查看各条监控管网状态。
6.根据权利要求2所述的管道的无缝故障监控系统，其特征在于：
光纤通过对接接头或者融接的方式串联起来；每间隔设定距离范围设置一个光纤接入单元。
7.一种权利要求1至6之一所述无缝故障监控系统的监控方法，其特征在于，所述监控方法包括：
管道中的光纤两端连接光纤接入单元，所述光纤接入单元连接至一主机，通过主机监控管道运行状况；
所述监控方法具体包括如下步骤：光纤通过对接接头或者融接的方式串联起来；每10公里设置一个光纤接入单元；光纤接入单元的发射单元和接收单元分别连接两段管道，接收来自主机远端的光信号，发射单元把激光脉冲发送向主机方向；光纤接入单元负责两个工作：激光脉冲的收发，以及光纤数据的转发；通过分时分光强幅度来区分激光脉冲以及数据包络；当设备接收到上一个设备发送来的激光脉冲后从脉冲的结构和光谱判断上一个管道的温度以及管道的首压状态，随后通过数据帧发送给下一个管道节点的光纤收发器，随后发送激光脉冲，依此类推，把管道的长度无限拓展，不至于信号强度衰减的技术问题限制监控距离；最后一个节点和主机通过数据口对联交换数据；主机软件除了人机交换以外还保存了不同时间段的管道状态的正态分布参数，对每天变化的数据做出比对判断，达到设定的告警门限及时地显示提醒，再通过专业人员的判断决定是否需要检修；并且提前计算出告警节点大致距离位置；当检修人员就位后在计算出的大致位置首先使用管道探测器探测管道精确位置，然后破土检修，检修完毕恢复掩埋。
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