CN108267269A - 输油管道泄漏激光检测装置及系统 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种输油管道泄漏激光检测装置及系统，该系统包括：检测控制中心和安装于飞行器上的输油管道泄漏激光检测装置；所述输油管道泄漏激光检测装置包括：定位模块，用于获取被测目标所在的位置；主动检测部，用于根据若干组特定波长的探测激光确认所述被测目标所在位置处是否存在石油泄漏，以获得第一检测结果，并将所述第一检测结果传输至所述检测控制中心。本申请实施例可降低长距离输油管道的泄漏检测成本。

Description

输油管道泄漏激光检测装置及系统

技术领域

本申请涉及油管道泄漏检测技术领域，尤其是涉及一种输油管道泄漏激光检测装置及系统。

背景技术

随着石油、天然气生产和消费速度的不断增长，油气管道已进入了持续高速发展的时期。但是埋地输油管道在运行过程中由于受到腐蚀、损伤及第三方破坏等作用，可能会产生穿孔或断裂，从而导致泄漏事故的发生。输油管道泄漏不仅会造成严重的经济损失，而且会对环境和社会造成难以估量的影响。

目前现有的输油管道泄漏检测技术多是基于声波或负压等接触式泄露检测，这种检测需在输油管道上或其附近每隔一定距离安装特定的检测设备，因此，要进行全线长距离检测时，其成本较高。因此，如何降低长距离输油管道的泄漏检测成本是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种输油管道泄漏激光检测装置及系统，以降低长距离输油管道的泄漏检测成本。

为达到上述目的，本申请实施例提供了一种输油管道泄漏激光检测系统，包括：检测控制中心和安装于飞行器上的输油管道泄漏激光检测装置；所述输油管道泄漏激光检测装置包括：

定位模块，用于获取被测目标所在的位置；

主动检测部，用于根据若干组特定波长的探测激光确认所述被测目标所在位置处是否存在石油泄漏，以获得第一检测结果，并将所述第一检测结果传输至所述检测控制中心。

本申请实施例的输油管道泄漏激光检测系统，所述输油管道泄漏激光检测装置，还包括：

被动检测部，用于检测外界背景光从所述被测目标反射回来的背景光反射信号，并根据所述背景光反射信号获取所述被测目标所在位置处的第二检测结果；

对应的，所述检测控制中心用于根据所述第一检测结果和所述第二检测结果获取所述被测目标所在位置处的溢油程度信息。

本申请实施例的输油管道泄漏激光检测系统，所述主动检测部包括：

激光发射源，用于向被测目标发射若干组特定波长的探测激光；

第一光接收器，用于聚集从所述被测目标反射回来的反射激光；

第一光电探测器，用于将所述光接收器聚集的反射激光转变成相应的第一电检测信号；

第一信号处理模块，用于根据所述第一电检测信号确认所述被测目标所在位置处是否存在石油泄漏，以获得第一检测结果；

第一数据传输模块，用于将所述第一检测结果传输至所述检测控制中心。

本申请实施例的输油管道泄漏激光检测系统，所述被动检测部包括：

第二光接收器，用于收集从所述被测目标所在位置处反射回来的背景光反射信号；

第二光电探测器，用于将所述光接收器聚集的背景光反射信号转变成相应的第二电检测信号；

第二信号处理模块，用于根据所述第二电检测信号生成所述被测目标所在位置处的第二检测结果；

第二数据传输模块，用于将所述第二电检测信号传输至所述检测控制中心。

本申请实施例的输油管道泄漏激光检测系统，所述检测控制中心，包括：

光强度获取模块，用于根据所述第一检测结果和所述第二检测结果，获得所述被测目标所在位置处在排除所述背景光干扰后的反射激光的光强度；

溢油厚度获取模块，用于根据所述反射激光的光强度、石油的光谱衰减系数、石油的光谱折射率、石油的表面方向光谱反射率和地面反射率，获取溢油厚度和溢油蒸汽厚度。

本申请实施例的输油管道泄漏激光检测系统，所述输油管道泄漏激光检测装置，还包括：

拍摄装置，用于当所述被测目标所在位置处存在石油泄漏时，对所述被测目标所在位置处进行拍摄，获得拍摄结果；

对应的，所述第一信号处理模块还用于控制所述第一数据传输模块将所述拍摄结果传输至所述检测控制中心。

本申请实施例的输油管道泄漏激光检测系统，所述的飞行器包括无人机。

另一方，本申请实施例还提供了一种输油管道泄漏激光检测装置，该装置安装于飞行器上，其包括：

定位模块，用于获取被测目标所在的位置；

主动检测部，用于根据若干组特定波长的探测激光确认所述被测目标所在位置处是否存在石油泄漏，以获得第一检测结果，并将所述第一检测结果传输至所述检测控制中心。

本申请实施例的输油管道泄漏激光检测装置，所述输油管道泄漏激光检测装置，还包括：

被动检测部，用于检测外界背景光从所述被测目标反射回来的背景光反射信号，并根据所述背景光反射信号获取所述被测目标所在位置处的第二检测结果；

对应的，所述检测控制中心用于根据所述第一检测结果和所述第二检测结果获取所述被测目标所在位置处的溢油程度信息。

本申请实施例的输油管道泄漏激光检测装置，所述主动检测部包括：

激光发射源，用于向被测目标发射若干组特定波长的探测激光；

第一光接收器，用于聚集从所述被测目标反射回来的反射激光；

第一光电探测器，用于将所述光接收器聚集的反射激光转变成相应的第一电检测信号；

第一信号处理模块，用于根据所述第一电检测信号确认所述被测目标所在位置处是否存在石油泄漏，以获得第一检测结果；

第一数据传输模块，用于将所述第一检测结果传输至所述检测控制中心。

本申请实施例的输油管道泄漏激光检测装置，所述被动检测部包括：

第二光接收器，用于收集从所述被测目标所在位置处反射回来的背景光反射信号；

第二光电探测器，用于将所述光接收器聚集的背景光反射信号转变成相应的第二电检测信号；

第二信号处理模块，用于根据所述第二电检测信号生成所述被测目标所在位置处的第二检测结果；

第二数据传输模块，用于将所述第二电检测信号传输至所述检测控制中心。

本申请实施例的输油管道泄漏激光检测装置，所述输油管道泄漏激光检测装置，还包括：

拍摄装置，用于当所述被测目标所在位置处存在石油泄漏时，对所述被测目标所在位置处进行拍摄，获得拍摄结果；

对应的，所述第一信号处理模块还用于控制所述第一数据传输模块将所述拍摄结果传输至所述检测控制中心。

本申请实施例的输油管道泄漏激光检测装置，所述的飞行器包括无人机。

由以上本申请实施例提供的技术方案可见，本申请实施例通过飞行器携带输油管道泄漏激光检测装置，这样在飞行器沿输油管道飞行的过程中，输油管道泄漏激光检测装置可对输油管道进行长距离非接触式泄漏巡检，并将检测结果实时发送给地面上的检测控制中心，从而实现了对输油管道的长距离非接触式泄漏检测，而无需在输油管道上或其附近安装任何相关设备，因此，本申请实施例降低了长距离输油管道的泄漏检测成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本申请一实施例的输油管道泄漏激光检测系统的总体结构示意图；

图2为本申请一实施例的输油管道泄漏激光检测系统的结构框图；

图3为本申请另一实施例的输油管道泄漏激光检测系统的结构框图；

图4为本申请另一实施例的输油管道泄漏激光检测系统的结构框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

参考图1所示，本申请实施例的输油管道泄漏激光检测系统可以包括检测控制中心和安装于飞行器上的输油管道泄漏激光检测装置。其中，所述输油管道泄漏激光检测装置可以包括定位模块和主动检测部。其中，定位模块用于获取被测目标所在的位置；主动检测部用于根据若干组特定波长的探测激光确认所述被测目标所在位置处是否存在石油泄漏，以获得第一检测结果，并将所述第一检测结果传输至所述检测控制中心。本申请实施例中，所述的飞行器例如可以为无人机等可控飞行器。

结合图2所示，所述主动检测部可以包括：

激光发射源，用于向被测目标发射若干组特定波长的探测激光；

第一光接收器，用于聚集从所述被测目标反射回来的反射激光；

第一光电探测器，用于将所述光接收器聚集的反射激光转变成相应的第一电检测信号；

第一信号处理模块，用于根据所述第一电检测信号确认所述被测目标所在位置处是否存在石油泄漏，以获得第一检测结果；

第一数据传输模块，用于将所述第一检测结果传输至所述检测控制中心。

在本申请的一个具体实施例中，激光发射源可发射四组不同波长的探测激光，该四组不同波长的探测激光的波长例如可以分别为3.4μm、6.8μm、7.3μm和13.8μm。本申请的发明人经过长期研究和大量实验发现，石油类碳氢化合物对于波长为3.4μm、6.8μm、7.3μm和13.8μm的激光的吸收达到峰值，因此，利用这一特性，可将波长为3.4μm、6.8μm、7.3μm和/或13.8μm的激光用于输油管道泄漏检测。本申请实施例中，在具体实施时，四组不同波长的探测激光可以任意顺序依次发出，其中发射间隔可根据需要确定。

在本申请的一个具体实施例中，所述被测目标可以为输油管道对应的线路上的任意一点或设定范围内的区域。

在申请实施例中，当探测激光射向被测目标时，如有石油泄漏，返回的反射激光因被泄露石油中的石油类碳氢化合物吸收，其能量衰减会发生明显变。因此，第一光接收器接收到的反射激光里就包含了石油是否外泄的信息。第一信号处理模块获取到第一光电探测器输出的第一电检测信号，将其与预设的阈值进行比较，如果低于所述阈值(即激光衰减达到一定程度)，则确认所述被测目标所在位置处存在石油泄漏；反之，则确认所述被测目标所在位置处不存在石油泄漏。其中，这个阈值是经过大量的不同条件下的测试实验而得出的经验值。

在本申请一个实施例中，所述第一检测结果可以包括所述被测目标所在位置是否存在石油泄漏。在本申请另一个实施例中，除了所述被测目标所在位置是否存在石油泄漏外，所述第一检测结果还可以包括所述第一电检测信号的数值。

在本申请另一个实施例中，所述输油管道泄漏激光检测装置还可以包括：被动检测部，用于检测外界背景光从所述被测目标反射回来的背景光反射信号，并根据所述背景光反射信号获取所述被测目标所在位置处的第二检测结果。对应的，所述检测控制中心还可以用于根据所述第一检测结果和所述第二检测结果获取所述被测目标所在位置处的溢油程度信息。结合图3所示，所述被动检测部可以包括：

第二光接收器，用于收集从所述被测目标所在位置处反射回来的背景光反射信号；

第二光电探测器，用于将所述光接收器聚集的背景光反射信号转变成相应的第二电检测信号；

第二信号处理模块，用于根据所述第二电检测信号生成所述被测目标所在位置处的第二检测结果；

第二数据传输模块，用于将所述第二电检测信号传输至所述检测控制中心。

在本申请实施例中，第一光接收器在接收反射激光的同时也会接收到所述被测目标所在位置处的反射背景光反(即射回来的背景光)。所述背景光一般为发射的太阳光。为获得更为准确的溢油程度信息，需要考虑排除这种干扰的干扰程度。而通过第二光接收器则可以收集从所述被测目标所在位置处反射回来的背景光反射信号，由第二光电探测器将该背景光反射信号转变成相应的第二电检测信号。第二信号处理模块在收到第二电检测信号后，可将所述第二电检测信号的数值作为第二检测结果发送给所述检测控制中。

在本申请实施例中，所述检测控制中心可以包括：

光强度获取模块，用于根据所述第一检测结果和所述第二检测结果，获得所述被测目标所在位置处在排除所述背景光干扰后的反射激光的光强度；

溢油厚度获取模块，用于根据所述反射激光的光强度、石油的光谱衰减系数、石油的光谱折射率、石油的表面方向光谱反射率和地面反射率，获取溢油厚度和溢油蒸汽厚度。

本申请实施例中，在上文已经说明，油类物质由各类碳氢类化合物混合而成。当泄漏发生时，在太阳光的辐照下，由于强烈的斯蒂芬流效应强烈蒸发，表面处形成较厚的油类蒸气层，探测激光经空气、燃料蒸气进入溢油内部的辐射传递方程为：

其中，I_λ(x,μ)为x处沿μ方向的辐射强度；θ为天顶角；k_λ为吸收系数。

下面描述探测激光经过溢油及表面蒸气时的衰减过程：

探测激光从发射源发出之后，首先穿过气体区域，包括空气和溢油蒸气，在气、液界面经过反射后进入溢油内。其中，进入到溢油内部的辐射强度(角标1和2分别表示背景光(一般为太阳光)和激光)为:

a当太阳直射方向与激光方向相同时：

b当太阳直射方向与激光方向不同时：

其中，E¹ _0,⊥,λ为溢油表面处的直射背景光光谱辐射力；E² _0,⊥,λ为溢油表面处的直射激光光谱辐射力；E_0,∩,λ为溢油表面处的半球光谱辐射力；γ¹ _⊥,λ为溢油表面对直射背景光辐射的光谱反射率；γ² _⊥,λ为溢油表面对直射激光辐射的光谱反射率；γ(θ)为溢油表面对沿θ方向入射辐射的反射率；n_λ为溢油的光谱折射率；E_0,⊥,λ(θ_i)为溢油表面处的直射光谱辐射力；γ_⊥,λ(θ_i)为溢油表面对直射辐射的光谱反射率；Ω¹为溢油表面处的直射背景光的立体角；Ω²为溢油表面处的直射激光的立体角；s表示溢油表面；γ_∩,λ为溢油表面对散射背景光的光谱反射率；μ¹＝cosθ_i1；μ²＝cosθ_i2。

探测激光到达地面后经过漫反射到达溢油内表面，经历反射或全反射后一部分光透过溢油蒸气区返回光接收器，另一部分光再次到达地面，重复上述过程，直到所有探测激光被吸收掉停止。

因此，在上述基础上，光强度获取模块可根据差值法对所述第一检测结果和所述第二检测结果进行处理，从而得到排除干扰后的激光辐射强度为：

其中，I_λ(b,μ)为光离开地面的辐射强度，k_λ,g与k_λ,l分别为溢油与溢油蒸气的光谱衰减系数；χ为光接收器的聚集因子；γ_b为地面的反射率；γ_s,o→a与γ_s,a→o分别为光离开溢油表面与进入溢油表面的当量反射率；n为反射次数，n＝1,2,3…N；n_λ为溢油的光谱折射率；H₁为溢油深度；H₂为溢油蒸气层厚度；n_λ为溢油的光谱折射率；μ¹＝cosθ_i1；μ¹＝cosθ_i1；b表示地面；μ＝cosθ；r表示光接收器；I_λ(s,μ)为光进入到溢油表面时沿θ方向的辐射强度。

由于溢油区域一般深度较浅，认为四种波长的激光在其反射次数n值相同。在已知发射激光辐射强度，溢油的光谱衰减系数、光谱折射率、表面方向光谱反射率和地面反射率情况下，依据四种波长的激光得到的四组测量数据，对公式进行求解，可得到溢油蒸气层厚度H2、溢油深度H1和反射次数n值。

结合图4所示，在本申请另一个实施例中，所述输油管道泄漏激光检测装置，还可以包括：

拍摄装置，用于当所述被测目标所在位置处存在石油泄漏时，对所述被测目标所在位置处进行拍摄，获得拍摄结果；

对应的，所述第一信号处理模块还用于控制所述第一数据传输模块将所述拍摄结果传输至所述检测控制中心。本申请实施例，当所述第一信号处理模块确认所述被测目标所在位置处存在石油泄漏时，可向拍摄装置发送拍摄指令，拍摄装置则对所述被测目标所在位置处进行拍照，得到的拍摄结果(视频或图片)，然后所述第一信号处理模块从拍摄装置的存储模块中读取拍摄结果，并将其传输至所述检测控制中心，以供查看所述被测目标所在位置处的具体泄露情况。

由以上本申请实施例提供的技术方案可见，本申请实施例通过飞行器携带输油管道泄漏激光检测装置，这样在飞行器沿输油管道飞行的过程中，输油管道泄漏激光检测装置可对输油管道进行长距离非接触式泄漏巡检，并将检测结果实时发送给地面上的检测控制中心，从而实现了对输油管道的长距离非接触式泄漏检测，而无需在输油管道上或其附近安装任何相关设备，因此，本申请实施例降低了长距离输油管道的泄漏检测成本。此外，本申请实施例的检测控制中心还可以进一步对输油管道的泄漏处的泄漏程度进行评估，从而有利于更清楚的了解输油管道的泄漏处的泄漏情况。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (13)

1.一种输油管道泄漏激光检测系统，其特征在于，包括：检测控制中心和安装于飞行器上的输油管道泄漏激光检测装置；所述输油管道泄漏激光检测装置包括：

定位模块，用于获取被测目标所在的位置；

主动检测部，用于根据若干组特定波长的探测激光确认所述被测目标所在位置处是否存在石油泄漏，以获得第一检测结果，并将所述第一检测结果传输至所述检测控制中心。

2.根据权利要求1所述的输油管道泄漏激光检测系统，其特征在于，所述输油管道泄漏激光检测装置，还包括：

被动检测部，用于检测外界背景光从所述被测目标反射回来的背景光反射信号，并根据所述背景光反射信号获取所述被测目标所在位置处的第二检测结果；

对应的，所述检测控制中心用于根据所述第一检测结果和所述第二检测结果获取所述被测目标所在位置处的溢油程度信息。

3.根据权利要求1所述的输油管道泄漏激光检测系统，其特征在于，所述主动检测部包括：

激光发射源，用于向被测目标发射若干组特定波长的探测激光；

第一光接收器，用于聚集从所述被测目标反射回来的反射激光；

第一光电探测器，用于将所述光接收器聚集的反射激光转变成相应的第一电检测信号；

第一信号处理模块，用于根据所述第一电检测信号确认所述被测目标所在位置处是否存在石油泄漏，以获得第一检测结果；

第一数据传输模块，用于将所述第一检测结果传输至所述检测控制中心。

4.根据权利要求2所述的输油管道泄漏激光检测系统，其特征在于，所述被动检测部包括：

第二光接收器，用于收集从所述被测目标所在位置处反射回来的背景光反射信号；

第二光电探测器，用于将所述光接收器聚集的背景光反射信号转变成相应的第二电检测信号；

第二信号处理模块，用于根据所述第二电检测信号生成所述被测目标所在位置处的第二检测结果；

第二数据传输模块，用于将所述第二电检测信号传输至所述检测控制中心。

5.根据权利要求4所述的输油管道泄漏激光检测系统，其特征在于，所述检测控制中心，包括：

光强度获取模块，用于根据所述第一检测结果和所述第二检测结果，获得所述被测目标所在位置处在排除所述背景光干扰后的反射激光的光强度；

溢油厚度获取模块，用于根据所述反射激光的光强度、石油的光谱衰减系数、石油的光谱折射率、石油的表面方向光谱反射率和地面反射率，获取溢油厚度和溢油蒸汽厚度。

6.根据权利要求1所述的输油管道泄漏激光检测系统，其特征在于，所述输油管道泄漏激光检测装置，还包括：

拍摄装置，用于当所述被测目标所在位置处存在石油泄漏时，对所述被测目标所在位置处进行拍摄，获得拍摄结果；

对应的，所述第一信号处理模块还用于控制所述第一数据传输模块将所述拍摄结果传输至所述检测控制中心。

7.根据权利要求1所述的输油管道泄漏激光检测系统，其特征在于，所述的飞行器包括无人机。

8.一种输油管道泄漏激光检测装置，其特征在于，该装置安装于飞行器上，其包括：

定位模块，用于获取被测目标所在的位置；

主动检测部，用于根据若干组特定波长的探测激光确认所述被测目标所在位置处是否存在石油泄漏，以获得第一检测结果，并将所述第一检测结果传输至所述检测控制中心。

9.根据权利要求8所述的输油管道泄漏激光检测装置，其特征在于，所述输油管道泄漏激光检测装置，还包括：

被动检测部，用于检测外界背景光从所述被测目标反射回来的背景光反射信号，并根据所述背景光反射信号获取所述被测目标所在位置处的第二检测结果；

对应的，所述检测控制中心用于根据所述第一检测结果和所述第二检测结果获取所述被测目标所在位置处的溢油程度信息。

10.根据权利要求8所述的输油管道泄漏激光检测装置，其特征在于，所述主动检测部包括：

激光发射源，用于向被测目标发射若干组特定波长的探测激光；

第一光接收器，用于聚集从所述被测目标反射回来的反射激光；

第一光电探测器，用于将所述光接收器聚集的反射激光转变成相应的第一电检测信号；

第一信号处理模块，用于根据所述第一电检测信号确认所述被测目标所在位置处是否存在石油泄漏，以获得第一检测结果；

第一数据传输模块，用于将所述第一检测结果传输至所述检测控制中心。

11.根据权利要求9所述的输油管道泄漏激光检测装置，其特征在于，所述被动检测部包括：

第二光接收器，用于收集从所述被测目标所在位置处反射回来的背景光反射信号；

第二光电探测器，用于将所述光接收器聚集的背景光反射信号转变成相应的第二电检测信号；

第二信号处理模块，用于根据所述第二电检测信号生成所述被测目标所在位置处的第二检测结果；

第二数据传输模块，用于将所述第二电检测信号传输至所述检测控制中心。

12.根据权利要求8所述的输油管道泄漏激光检测装置，其特征在于，所述输油管道泄漏激光检测装置，还包括：

拍摄装置，用于当所述被测目标所在位置处存在石油泄漏时，对所述被测目标所在位置处进行拍摄，获得拍摄结果；

对应的，所述第一信号处理模块还用于控制所述第一数据传输模块将所述拍摄结果传输至所述检测控制中心。

13.根据权利要求8所述的输油管道泄漏激光检测装置，其特征在于，所述的飞行器包括无人机。