CN106523927B - 一种管道泄露定位系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种管道泄露定位系统，包括设置在管道上的形成线性阵列的多个光纤阵列传感器，所述光纤阵列传感器包括光纤环形耦合振动传感器和光纤输出接口，所述光纤环形耦合振动传感器通过光纤输出接口连接探测器。本发明采用水锤作为激励震源的线性阵列光纤雷达定位系统，各个传感器信号采用光纤串联，回光信号经过光电转换成模拟电信号。根据水锤到达的时间分量、频率分量、振幅分量、相位分量等，测量管道沿线的泄漏和裂纹分布情况，实现泄漏预警监测。

Description

一种管道泄露定位系统
技术领域
本发明属于光电传感技术领域，尤其是涉及一种管道泄露定位系统。
背景技术
水锤效应(Water hammereffect)：水锤是在突然停电或者在阀门关闭太快时,由于压力水流的惯性,产生水流冲击波,就象锤子敲打一样,所以叫水锤。水流冲击波来回产生的力，有时会很大，从而破坏阀门和水泵。电动水泵全电压起动时，在不到1s的时间内，即可从静止状态加速到额定转速，管道内的流量则从零增加到额定流量。由于流体具有动量和一定程度的可压缩性，所以，流量的急剧变化将在管道内引起压强过高或过低的冲击，以及出现“空化”现象。压力的冲击将使管壁受力而产生噪声，犹如锤子敲击管子一般，称为“水锤效应”。水锤效应只和水本身的惯性有关系，和水泵没有关系。
水锤效应有极大的破坏性：压强过高，将引起管子的破裂，反之，压强过低又会导致管子的瘪塌，还会损坏阀门和固定件。当切断电源而停机时，泵水系统的势能将克服电动机的惯性而命令系统急剧地停止，这也同样会引起压力的冲击和水锤效应。为了消除水锤效应的严重后果，在管路中需要受到一系列缓冲措施和设备。
水锤虽然破坏性较大，但是也可以利用水锤的产生的弹性波沿管道传输的特性来定位管道泄漏点。当固定频率的水锤振动波信号沿输水管道和水体向两侧传输过程中，如果管道没有裂纹或者泄露，那么弹性波的传输频率不会变化，传输能量会逐渐衰减；相反，如果管道有泄漏或者有暗裂纹存在，那么在弹性波扩散传输过程中，不仅能量会大幅度，同时会衍生出更多频率信号，弹性波频谱会发生明显扩展，根据频谱展宽和谐波分量的能量分布，就可以计算泄漏点的大小和泄漏量。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种管道泄露定位系统，直接利用水锤振动波信号构造泄露预警系统的震源，根据数据采集系统采集到的水锤在管道上的xyz三个方向的强度和相位变化数据，分析结果可以判断泄漏点的位置和漏点大小。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种管道泄露定位系统，包括设置在管道上的形成线性阵列的多个光纤阵列传感器，所述光纤阵列传感器包括光纤环形耦合振动传感器和光纤输出接口，所述光纤环形耦合振动传感器通过光纤输出接口连接探测器；
所述光纤环形耦合振动传感器包括保护外壳，所述保护外壳内底部固定设有阻尼器，所述阻尼器上方设有端盖，还包括光纤环，所述光纤环垂直成环并围绕阻尼器一周，所述光纤环通过单模光纤连接光纤输出接口。
进一步的，所述光纤输出接口通过单模光纤连接探测器。
进一步的，所述阻尼器与端盖通过螺丝锁紧。
相对于现有技术，本发明所述的一种管道泄露定位系统具有以下优势：本发明采用水锤作为激励震源的线性阵列光纤雷达定位系统，各个传感器信号采用光纤串联，回光信号经过光电转换成模拟电信号。根据水锤到达的时间分量、频率分量、振幅分量、相位分量等，测量管道沿线的泄漏和裂纹分布情况，实现泄漏预警监测。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的一种管道泄露定位系统的结构示意图；
图2为本发明实施例所述的光纤环形耦合振动传感器的结构示意图。
附图标记说明：
1-光纤环形耦合振动传感器；2-光纤输出接口；3-探测器；11-阻尼器；12-端盖；13-光纤环。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示，光纤阵列传感器由光纤环形耦合振动传感器1和光纤输出接口2构成；其中光纤环形耦合振动传感器1的结构如图2所示，主要部件是由垂直环绕的单模光纤组构成，光纤环13垂直成环并围绕阻尼器11一周，光纤环13与单模光纤输出到溶解点跳线熔接最后与光纤输出接口2相连，阻尼器11底部固定在保护外壳的底面，阻尼器11另一端与端盖12采用螺丝锁紧，端盖12在感受到水锤冲击力振动F的变化，压缩光纤环产生变形，这个变形使光纤内部的光产生调制，通过单模光纤产生输出振动信号，这样的传感器单元在管道沿线上布置，就会形成线性阵列的水锤振动波光纤传感器阵列管道泄露定位系统。
使用过程中，水锤冲击力产生振动信号使阻尼器11产生振动，振动经过阻尼器11在端盖12的垂直运动挤压光纤环13，光纤环13的挤压会使光线内部的光产生微弯损耗，这个损耗相当于水锤的振动调制过程。调制过程调制包括幅度调制，相位调制和频率调制。随着水锤向前运动，这个信号在A1，A2，……An等传感器上都会产生调制过程。光波在光线内部传输速度远远大于振动水锤的传播速度，因此，探测器3会随着水锤的运动过程，分时段接收到各节点的回光波信息，根据各节点光波到达探测器时间的振幅变化过程(不泄露情况下，能量平稳衰减，否则会迅速减少)，可以计算出泄漏点的位置，根据各节点光波到达探测器时间的频率变化过程，可以计算出泄漏点的漏点大小，(泄漏点越大，低频分量能量越大，泄漏点越小，高频分量能量越大)。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种管道泄露定位系统，其特征在于：包括设置在管道上的形成线性阵列的多个光纤阵列传感器，所述光纤阵列传感器包括光纤环形耦合振动传感器(1)和光纤输出接口(2)，所述光纤环形耦合振动传感器(1)通过光纤输出接口(2)连接探测器(3)；
所述光纤环形耦合振动传感器(1)包括保护外壳，所述保护外壳内底部固定设有阻尼器(11)，所述阻尼器(11)上方设有端盖(12)，还包括光纤环(13)，所述光纤环(13)垂直成环并围绕阻尼器(11)一周，所述光纤环(13)通过单模光纤连接光纤输出接口(2)；
所述光纤输出接口(2)通过单模光纤连接探测器；
所述阻尼器(11)与端盖(12)通过螺丝锁紧；
水锤冲击力产生振动信号使阻尼器(11)产生振动，振动经过阻尼器(11)在端盖(12)的垂直运动挤压光纤环(13)，探测器(3)会随着水锤的运动过程，分时段接收到各节点的回光波信息，根据各节点光波到达探测器时间的变化过程，计算出泄漏点的位置以及漏点大小。
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