CN106015947A - 基于互联网的管道原位监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于互联网的管道原位监测系统，该系统包括光纤、超窄线宽光源、电光调制器、光放大器、两个光滤波器、光纤耦合器或环形器、光电探测器、数据采集器、GPRS模块、服务器、计算机显示平台；所述光纤与光纤耦合器或环形器连接，所述电光调制器、光放大器、光滤波器、光纤耦合器依次连接，所述光纤耦合器输出端口与另一个光滤波器连接，所述光滤波器与光电探测器、数据采集器、GPRS模块、服务器、计算机显示平台依次连接。本发明所述的原位监测系统探测距离长，检测灵敏度高，管道泄漏定位准确，能够实时监控数据，快速、准确、可靠的检测管网系统。
Description
技术领域
本发明涉及石油、天然气、水等管道监测技术领域，具体涉及一种基于互联网的管道原位监测系统。
背景技术
管道传输具有经济、高效、安全、稳定等诸多优点而被应用于石油、天然气、水等流体运输。随着社会经济、科技的不断进步，管道敷设得到大量的应用，管道系统广泛应用于石油、冶金、城市水暖供应以及天然气等工业领域中，而管道安全保护的问题也日益突出地摆在了人们的面前。管道常年埋于地下，容易发生腐蚀、疲劳破损或泄漏，这不仅带来重大的经济损失而且污染环境。因此，研究有效的管道泄漏检测技术，对于保证管道安全运输极为重要。
传统的管道泄漏探测方法主要有两种：一种是分离式，一个探测器只能测试一定区域内的情况，但管道传输往往是几十、数百公里，要想不留下探测的空白区，需花费大量的投资和维修费用；另一种不间断的带有传感系统探测器，需在管道内壁安装特殊的电缆，很难维护，而且上述探测器均不可避免环境的污染和电磁波的干扰。面对环境复杂，距离遥远的管道系统，系统供电、传感器放置、信号采集传输等各种现实问题，使得各种传统的报警监控类设备都显得无能为力。
随着管道的建设，各种技术监测手段也在不断发展，目前应用于管道泄漏监测的方法主要有压力梯度法、负压力波法、流量平衡法、超声波检测法等。这些方法的特点和应用场合各不相同，同时这些方法在应用中存在不同的缺点，例如质量平衡法只能判断泄漏的发生,而不能对泄漏定位；普遍使用的负压波法只对突发的大流量泄漏敏感，监测不到缓慢发生的小流量泄漏。并且这些方法无法对微小泄露进行识别和定位，而且受介质的流体的特性限制，不能用于微小泄漏的监测。
与上述技术相比，分布式光纤传感器具有抗电磁干扰、耐腐蚀，可实现远距离分布式传感，能对小流量泄漏进行实时检测和准确定位等优点，与传统的机电传感系统相比，更适于恶劣环境中检测信息，因此在管道泄漏监测技术领域，分布式光纤传感技术具有良好的应用前景。然而，尽管各种分布式光纤传感器的机理都相对成熟，但其面向实际应用仍存在很多问题，例如检测信号一般比较微弱，如何处理这样的微弱信号；如何保证在各种复杂环境下保持系统的可靠性；如何能够快速、及时的检测管网系统等一系列问题。而且，对于长距离光纤分布式振动测量仍没有完全解决实际应用，对于地下管道内和管道外测量做出实际应用的也很少。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于互联网的管道原位监测系统，使管道泄漏定位精度控制在±1m，能够提供早期预警与中心平台实时监测。为快速、及时、准确、可靠的检测管网系统提供了极大的便利，使地下管网的节能、环保、安全得到极大的保障。
为达到上述目的，本发明所述技术方案是这样实现的，所述管道原位监测系统包括：
光纤，用以测量光纤周围的任何振动、扰动、声音信号，并将检测到的信号传送至光纤耦合器；
超窄线宽光源，用以产生超窄线宽光载波信号；
电光调制器，其光输入端口与所述超窄线宽光源连接，用以将电信息加载到光载波上，使光参量随电参量的改变而改变；
光放大器，其输入端口与所述电光调制器输出端口连接，用以调整输出光的大小，使适应不同距离管道的检测；
光滤波器，共有两个光滤波器，其中一个输入端口与所述光放大器输出端口连接，另一个输入端口与所述光纤耦合器输出端口连接，用以将光、噪声进行滤过处理；
光纤耦合器；其输入端口与所述光滤波器和光纤连接，输出端口与另一个光滤波器的输入端口连接，用以将光纤的两个端面精密对接起来，以使发射光纤输出的光能量能最大限度地耦合到接收光纤中去，并使其介入光链路从而对系统造成的影响减到最小；
光电探测器，其输入端口与所述光滤波器输出端口连接，用以接收经过光纤耦合器和光滤波器后输出的光强弱信息，并将变化的光信号转换成相应的电信号；
数据采集器，快速采集、处理光电探测器探测到的大量数据，实时显示整段管道的振动信号；
GPRS模块，硬件布置在数据采集器上，为数据采集器与服务器实现数据交互提供通讯载体；
服务器，通过GPRS模块与数据采集器连接，存储数据采集器采集到的数据，对采集的数据分析、计算，并提供数据访问服务；
计算机显示平台，借助互联网与服务器连接，通过终端计算机访问数据，实时监控数据。
作为本发明的优选，所述数据采集器采用具有FPGA的高速数据采集卡。
本发明所述的管道原位监测系统在进行监测与控制时，使用相位敏感的光时域反射型振动传感（φ-OTDR）方式，通过管道正常工作和发生泄漏时振动频率不同等特征，在各种振动信号、噪音中分辨出与管道泄漏相应的关键信号。
本发明所述的管道原位监测系统在实际工作中，所述光纤耦合器还可以采用环形器。
本发明所述的数据具有数据永久保存的特性，同时使用互联网+的数据存储，访问接口和数据处理平台进行大数量处理与数据存储。
本发明优点和有益效果：
（1）本发明所述管道原位监测系统采用超窄线宽的光源，具有很好的相干性，极大的提高了光纤分布传感技术的灵敏度，具有对动态事件响应的能力，能够探测出传统OTDR 系统无法察觉到的微弱振动信号。
（2）本发明所述管道原位监测系统通过对光载波信号进行电光调制、放大、滤波，实现高精度激光光源的控制，即便有微弱振动信号也能够探测的到，而且不受外界噪声等的影响，使其即便在复杂环境下仍然能够保持原位监测系统监测数据的可靠性。
（3）本发明所述管道原位监测系统探测距离长、响应速度快，可实现50km距离的探测范围；而且光纤本身电绝缘、抗电磁干扰、体积小、质量轻、耐腐蚀，既可以进行管道内长距离敷设测量，也可进行管道外长距离敷设测量。
（4）本发明所述管道原位监测系统通过在数据采集器上布置GPRS模块，使其能够更加准确的监测管道泄漏位置，使管道泄漏定位精度控制在±1m。
（5）本发明所述管道原位监测系统借助GPRS模块使数据采集器与服务器实现数据交互，大数据远传，借助互联网将计算机与服务器连接，及时访问数据，实时监控数据，能够快速、准确、可靠的检测管网系统，操作方便，使地下管网的节能、环保、安全得到极大的保障。
附图说明
图1为本发明管道原位监测系统原理图。
图2为本发明管道原位监测系统光放大器电路原理图。
图3为本发明管道原位监测系统滤波器电路原理图。
图4为本发明管道原位监测系统互联网系统原理图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点表达得更清楚明白，下面结合附图对本发明再作进一步详细说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围的任何修改或局部替换，均应涵盖在本发明的保护范围中。
参阅图1，本发明所述的基于互联网的管道原位监测系统包括：
光纤1，用以测量光纤周围的任何振动、扰动、声音信号，并将检测到的信号传送至光纤耦合器；对于新施工管道，光纤安装于管道底部，使用拤箍固定，5-10m安装一个。对于已经施工完成的管道，在管道井中穿管，将光纤从管道井依次接力铺设在管道内，压接在管道内壁上，光纤外铠采用医用不锈钢材料，单光纤传感器测量距离为30-50km；
超窄线宽光源2，用以产生超窄线宽光载波信号；
电光调制器3，其光输入端口与所述超窄线宽光源连接，用以将电信息加载到光载波上，使光参量随电参量的改变而改变；
光放大器4，其输入端口与所述电光调制器输出端口连接，用以调整输出光的大小，使适应不同距离管道的检测；
光滤波器5、7，共有两个光滤波器，其中一个输入端口与所述光放大器输出端口连接，另一个输入端口与所述光纤耦合器输出端口连接，用以将光、噪声进行滤过处理；
光纤耦合器6；其输入端口与所述光滤波器和光纤连接，输出端口与另一个光滤波器的输入端口连接，用以将光纤的两个端面精密对接起来，以使发射光纤输出的光能量能最大限度地耦合到接收光纤中去，并使其介入光链路从而对系统造成的影响减到最小；
光电探测器8，其输入端口与所述光滤波器输出端口连接，用以接收经过光纤耦合器和光滤波器后输出的光强弱信息，并将变化的光信号转换成相应的电信号；
数据采集器9，快速采集、处理光电探测器探测到的大量数据，实时显示整段管道的振动信号；
GPRS模块10，硬件布置在数据采集器上，为数据采集器与服务器实现数据交互提供通讯载体；
服务器11，通过GPRS模块与数据采集器连接，存储数据采集器采集到的数据，对采集的数据分析、计算，并提供数据访问服务；
计算机显示平台12，借助互联网与服务器连接，通过终端计算机访问数据，实时监控数据。
本发明所述的管道原位监测系统在实际工作中，所述光纤耦合器还可以采用环形器；所述数据采集器采用具有FPGA的高速数据采集卡。
参阅图1至图4，本发明所述管道原位检测系统在实际测量时，首先，超窄线宽光源2（红外激光管）提供光源，经电光调制器3（APD二极管）、光放大器4、光滤波器5处理光信号后，通过光纤耦合6传输至光纤1，形成固定频率光信号。同时产生漏点时，将在光纤1上产生振动信号及热信号，光纤耦合器6反馈信号将发生变化，经光滤波器7、光电探测器8对信号进行处理，通过数据采集器9的傅里叶级数展开，进行信号分析处理，最终通过服务器11、计算机显示平台12在平台上显示故障点。
所述的管道原位监测系统在进行监测与控制时，使用相位敏感的光时域反射型振动传感方式，通过管道正常工作和发生泄漏时振动频率不同的特征，在各种振动信号、噪音中分辨出与管道泄漏相应的关键信号。
Claims (3)
1.一种基于互联网的管道原位监测系统，其特征在于包括：
光纤，用以测量光纤周围的任何振动、扰动、声音信号，并将检测到的信号传送至光纤耦合器或环形器；
超窄线宽光源，用以产生超窄线宽光载波信号；
电光调制器，其光输入端口与所述超窄线宽光源连接，用以将电信息加载到光载波上，使光参量随电参量的改变而改变；
光放大器，其输入端口与所述电光调制器输出端口连接，用以调整输出光的大小，使适应不同距离管道的检测；
光滤波器，共有两个光滤波器，其中一个输入端口与所述光放大器输出端口连接，另一个输入端口与所述光纤耦合器输出端口连接，用以将光、噪声进行滤过处理；
光纤耦合器或环形器；其输入端口与所述光滤波器和光纤连接，输出端口与另一个光滤波器的输入端口连接，用以将光纤的两个端面精密对接起来，以使发射光纤输出的光能量能最大限度地耦合到接收光纤中去，并使其介入光链路从而对系统造成的影响减到最小；
光电探测器，其输入端口与所述光滤波器输出端口连接，用以接收经过光纤耦合器和光滤波器后输出的光强弱信息，并将变化的光信号转换成相应的电信号；
数据采集器，快速采集、处理光电探测器探测到的大量数据，实时显示整段管道的振动信号；
GPRS模块，硬件布置在数据采集器上，为数据采集器与服务器实现数据交互提供通讯载体；
服务器，通过GPRS模块与数据采集器连接，存储数据采集器采集到的数据，对采集的数据分析、计算，并提供数据访问服务；
计算机显示平台，借助互联网与服务器连接，通过终端计算机访问数据，实时监控数据。
2.根据权利要求1所述的一种基于互联网的管道原位监测系统，其特征在于，所述数据采集器采用具有FPGA的高速数据采集卡。
3.根据权利要求1所述的一种基于互联网的管道原位监测系统，其特征在于，所述的管道原位监测系统在进行监测与控制时，使用相位敏感的光时域反射型振动传感方式，通过管道正常工作和发生泄漏时振动频率不同的特征，在各种振动信号、噪音中分辨出与管道泄漏相应的关键信号。
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