CN111480054A - 用于感测元件的围护系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于沿着管道内部地安装的围护系统，用于将至少一个感测元件和一个或多个通信介质共同定位在管道内，围护系统包括：长型柔性主体，可安装在管道的壁上，以沿着管道纵向延伸，主体包括：长型传感器腔，沿着主体纵向延伸，用于容纳至少一个感测元件；以及屏蔽部分，包括一个或多个长型通道，沿着屏蔽部分纵向延伸，每个通道均用于接收一个或多个通信介质。

Description

用于感测元件的围护系统
技术领域
本发明涉及围护系统，该围护系统用于安装在管道中，以定位和保护管道内的通信介质和/或流体流感测元件。通信介质和/或感测元件可为光纤。
背景技术
传统上使用诸如超声波深度传感器的离散方法或点方法来执行对诸如下水道的明渠管道中的流的感测。图1a示意性地示出了这种现有技术的系统，该系统具有带驻液波(B)的成角度的管道(A)，其中流沿箭头方向，以及其中离散传感器C检测驻波波峰，以及在不同位置的离散传感器C'检测驻波波谷。
这种方法在精确度、寿命和成本/复杂性方面具有固有的缺点。由于传感器定位和用于以下的潜在(例如)可能不能给出完全准确的结果：在传感器下方形成驻波，从而给出错误的深度读数(如果传感器在驻波的波峰上方，则为高，以及如果波的波谷恰好位于传感器下方，则为低-参见图1a)。
由于下水道环境，具有相对较小的换能表面的传感器易于由于异物或污物的堵塞而失效或失去校准，超声波深度传感器也属于这种类型。离散的深度传感器还需要功率，或至少需要从每个单独的传感器发送信息。对于需要数据收集的长的长度(～100km的管)，这可能意味着需要管理的大量有线或无线设备。
下水道中的供电设备还可能需要ATEX(爆炸性大气)批准，即，电子设备和外壳部件必须符合管理潜在爆炸性大气中的电子设备的严格规定。由于在下水道中分解有机物，甲烷的积聚存在这种情况的风险。
WO 2017/021702描述了一种使用沿管道基部安装的光学传感器纤维来检测管道中流体流的替代方法，该方法解决了上述更常规的感测系统的许多缺点。该方法特别适用于诸如下水道的明渠系统。通过在分布式的基础上测量诸如下水道的明渠中的流体的深度、压力和速度，如图1b所示，可计算流数据，并且可导出关于下水道和下水道系统的状态的有用信息。可设想需要类似地安装在管道的基部中的其它分布式监测系统。
然而，作为明渠系统的一个示例，下水道对于居住产品是一个具有挑战性的环境，特别是其浸没一段延长的时间。水/流体进入保护对于确保长期功能是必要的，特别是在涉及敏感的电子器件或光学器件的情况下。耐化学侵蚀也是至关重要的；下水道可能经历pH极值以及暴露于有机溶剂。
下水道还暴露于高压(160atm)水射流清洁。任何基于长期下水道的产品都必须经受住这种清洁过程。
在下水道中还必须考虑啮齿动物的攻击。大鼠可容易地咬穿塑料和橡胶管道和管。
系统还必须能够抵抗来自流体流中的异物的冲击，该异物诸如为通过洪水引入的岩石、砖和枝条、以及诸如砖的从高度落下的物体、以及来自站在人孔周围的暴露元件上的人。
尽管下水道通常具有从小管到大管的恒定流体流，但这并不一定意味着水流路径是平滑的或一致的。具体地，粘土和陶瓷管沿着它们的长度具有许多接合处，每个接合处均可具有台阶或凸缘，并且在必须穿过的管之间也可存在间隙。
下水道提供可用于通信介质的现成的管道系统。管道连续地从单独的房屋延伸至大的干线路径，以确保不间断的流体流。使用该网络的通信系统将受益于减少挖掘信道以铺设线缆的需要。对于主要的市政下水管道，管道的范围从国内110mm直径的管直到600mm及以上的管。
直径大于900mm的下水道可由人进入，小于900mm的下水道通常使用机器人、排放杆和照相机系统远程进入。
已知的是，通过将通信纤维松散地铺设在管道的底部，将它们安装在下水道中。同样已知的是，通过将纤维附接至下水道中流体的预期正常水平之上的下水道壁来安装纤维。通常，这包括例如利用螺钉、螺栓或膨胀环间隔地侵入式附接至用于纤维的支承件的下水道壁上。
因而，需要一种用于安装在管道(例如，下水道)中的围护系统，该围护系统能够在管道内定位和保护通信介质和/或流体流感测元件(两者均可为光纤)。
发明内容
因此，本发明的目的是通过根据第一方面提供一种用于沿着管道内部地安装的围护系统来满足上述需要，该围护系统用于将感测元件(或多个元件)和管道内的一个或多个通信介质中的一个或两个共同定位，该围护系统包括：
可安装在管道壁上以沿管道纵向延伸的长型柔性主体，
主体包括：
长型的传感器腔，其沿着主体纵向延伸，用于接收一个或多个感测元件；以及
屏蔽部分，包括一个或多个长型通道，沿屏蔽部分纵向延伸，每个通道用于接收一个或多个通信介质。
以这种方式，可认为围护系统的主体具有其中容纳有感测元件的感测区域或‘感测区’以及其中可容纳通信介质并将通信介质与管道内部屏蔽的屏蔽区域或‘屏蔽区’(即，从其中安装有围护系统的管道中的状态屏蔽的区域)。在一些实施方式中，如下面进一步解释的是，围护系统的主体可具有包括感测区域的中心底座部分。底座部分还可提供其中形成用于通信介质的通道的屏蔽部分中的一些或全部。在一些实施方式中，屏蔽部分的宽度通过从底座部分横向向外延伸的翼而延伸超过底座部分。
在下水道网络中的传感器系统(例如，光纤传感器系统)的实现通常需要下水道网络的可视为"干线和分支"网络的许多单独的部分连接至中心询问器。虽然在给定点只有一根光纤执行感测任务，但是许多其它光纤(例如从分支和它们的子分支发出的那些光纤)将需要通过系统安全地路由到询问器。
为了避免疑义，我们注意到这里使用的术语“下水道”旨在至少包括污水下水道、雨水下水道和地下水下水道以及等同的表面下水道。
因此，对于围护系统有利的是容纳传感器纤维和这些‘连网’纤维二者，这可由上述本发明的第一方面来容纳。这种双重功能也意味着下水道操作员可在希望的地方通过容纳备用容积中的附加通信纤维来产生收入(或甚至安装进行用于实现该目的的围护件)。在其它装置中，可适当地仅为感测光纤使用围护件，而不安装通信(或‘连网’)纤维。
因此，在第二方面，本发明提供了一种用于沿管道内部安装的用于将感测元件定位在管道内的围护系统，该围护系统包括：
可安装在管道壁上以沿管道纵向延伸的长型柔性体，
主体包括长型的传感器腔，传感器腔沿着主体纵向延伸，用于容纳感测元件。
在一些情况下，可能希望使用围护系统来屏蔽通信介质，而不具有感测流体流的能力。因此，在第三方面，本发明提供了一种用于沿着管道内部安装的用于在管道内定位一个或多个通信介质的围护系统，该围护系统包括：
可安装在管道壁上以沿管道纵向延伸的长型柔性主体，
主体具有屏蔽部分，屏蔽部分包括一个或多个长型通道，该长型通道沿着屏蔽部分纵向延伸，每个通道均用于接收一个或多个通信介质。
现在将阐述本发明的可选特征。这些特征可单独应用或与本发明的任何方面组合应用。
在本发明的各个方面中，感测元件可为感测光纤，以及通信介质是通信光纤。
在一些实施方式中，传感器腔在屏蔽部分的顶侧上(即，当安装时背向管道壁的侧部)，以及长型通道在屏蔽部分的相对的底侧上。
在一些实施方式中，围护系统具有提供传感器腔的壁的柔性膜，膜的一侧面对传感器腔的内部，而膜的另一侧在使用中暴露于传感器腔外部的管道内的流体流。传感器元件可安装在传感器腔内的柔性膜上，或，可替换地，传感器元件可安装在传感器腔内，与柔性膜间隔开。在一些实施方式中，在空腔内可存在两个或更多个传感器元件，例如，一个在膜的下侧上，另一个与膜间间隔开。
在一些实施方式中，主体和膜可全部由相同的材料形成。尤其是在通过挤压或模制形成围护系统的情况下，与要共挤压或模制不同材料的情况相比，这可简化制造过程。主体和膜可具有在2Mpa-10Mpa范围内的杨氏模量。可用于形成作为整体部件的主体和膜的具有2MPa-10MPa的杨氏模量的一种合适材料是EPDM(乙烯丙烯二烯单体)。在一些实施方式中，可使用添加在膜下方的具有300MPa或更高的杨氏模量的附加材料来加强膜。在其它实施方式中，可使用高达1000MPa的复合膜。
在其它实施方式中，膜的杨氏模量可在300MPa至500MPa的范围内。除了膜之外，主体可比膜更硬，并且可例如具有在1GPa至2GPa范围内的杨氏模量。
在一些实施方式中，膜与主体一体地形成。它可在任一侧通过铰接部分连接至主体的相邻部分。特别是在膜具有300MPa或更高的杨氏模量的情况下，铰接部分可比膜更柔韧，例如杨氏模量在100MPa至200MPa的范围内或甚至更小。
在一些实施方式中，在传感器腔内存在可压缩基底，以支承所述上膜，并提供确定性的压缩特性。
在一些实施方式中，传感器腔具有侧壁、底壁和顶壁，并且壁中的至少一个或壁之间的接合部包括沿着传感器腔的长度的裂口，该裂口可展开以使得能够接近传感器腔以插入感测元件。
在本发明的实施方式中，该一个或多个通信介质例如可为通信光纤和/或电导体。
通信介质(例如，光纤和/或电导体)可在容纳在屏蔽部分中的长型通道中的一些或全部中的导管(例如，微导管，通常总直径为5mm，但范围为3mm-18mm)内延伸。优选地，每个导管均配置成使得通信光纤能够吹送、推动或拉动通过导管。
在一些实施方式中，主体的垂直于其长度的横截面沿着主体的长度是均匀的，主体的长度为至少30m，更优选地我至少100m，且长达200m或更大。
主体优选地为相对平坦的形式。也就是说，主体具有低轮廓，其宽度明显大于其高度。例如，宽度可为高度的至少两倍，更优选地是高度的至少四倍，并且宽度可为高度的20倍或更多。通过形成具有低轮廓的主体，不太可能在管道中引起任何阻塞。在一些实施方式中，一旦安装在管道中，主体的宽度在30mm至100mm的范围内，并且一旦安装在管道中，主体离管道壁的最大高度在5mm至15mm的范围内。在其它实施方式中，主体可具有大尺寸，可能大得多的尺寸。
在一些实施方式中，主体配置成使得当安装在管道中时，在主体与管道的壁之间存在空腔，由此可在安装期间或之后将粘合剂引入到空腔中。在其中使用粘合剂不仅用于将主体固定在管道内，而且它可适应不同尺寸的管道以及补偿管道壁的内表面中的不规则性(例如，管道部分之间的间隙、壁中的台阶等)。
在一些实施方式中，主体在横截面中具有中心底座部分，一旦安装，该中心底座部分与管道壁间隔开，并且到底座部分的任一侧，具有从中心部分向外延伸的翼部分，使得一旦安装，每个翼部分的外端紧靠管道壁。传感器腔通常形成在底座部分中，以及长型通道通常形成在底座部分和/或翼中。
在一些实施方式中，翼可与中心底座部分的顶表面成一直线地延伸(例如，与膜的顶表面成一直线地延伸)，使得底座部分和翼跨过管道的底部形成基本上平坦的表面。这在一些应用中对于降低碎片积聚的风险可能是有益的。
在其它实施方式中，翼可从底座部分的边缘向下倾斜。在这种情况下，在中心底座部分与每个翼之间的接合处的主体的面向外的壁优选地是弯曲的，具有至少11mm的曲率半径，使得啮齿类动物不能咬住主体。
主体的面向外的壁优选地具有没有锐角的光滑轮廓。这有助于避免在管道中的流体流中行进的碎片在主体上捕获或‘刺破’。在一些实施方式中，这通过在安装之后施加的修整涂层来实现。
主体的一旦安装就要面对管道壁的下侧可具有一个或多个键接突起(例如，燕尾形或T形突起)，由此将主体固定至管道壁上的粘合剂可围绕键接突起键接。
在一些实施方式中，存在在主体内纵向延伸的至少一个加强元件。优选地，存在多个加强元件。该加强元件或每个加强元件例如可为例如由Kevlar制成的线或带。
附加地或替代地，这些加强元件可能是所希望的，例如，以使围护系统的挠曲刚度与安装处的导管(例如，微导管)的刚度相匹配。这有助于确保导管在安装过程中保持附接。作为组装过程的部分，加强件例如可为位于传感器腔底部的塑料薄片。
在第四方面，本发明提供了一种安装在管道(例如，下水道)中的如上述任一方面所述的围护系统。可用粘合剂将主体固定至管道壁上，该粘合剂也可用来加强主体。
在一些情况下，可能希望能够在安装完围护系统或感测有效载荷之后的某一时间去除围护系统或感测有效载荷。为了帮助实现这一点，可在主体与管道壁之间设置一个或多个撕裂绳，该撕裂绳可拉动以从管道壁剪切粘合剂，从而帮助从壁释放主体。
在第五方面，本发明提供了一种安装在根据上述任一方面所述的围护系统中的方法，该方法包括：
设置围护系统；以及
使用粘合剂将围护系统的主体固定至管道的壁上。
围护系统的主体可方便地设置在卷上。在一些实施方式中，在将主体粘附至管道壁之后，可通过屏蔽部分内的导管吹送一个或多个通信光纤和/或电导体。
主体可由机器人远程安装或当下水道直径足以允许进入时，由操作人员安装。例如，本发明的实施方式可应用于直径小于900mm(例如在100mm至600mm的范围内)的下水道(或其它管道)，对于该下水道，通常需要机器人安装。本发明的实施方式还可部署在直径为900mm或更大(例如，1.2m或更大)的大直径下水管道(或其它管道)中，其中可手动安装围护系统(尽管在一些情况下，机器人安装仍然是优选的)。
在另一方面，本发明提供了一种用于沿管道内部地安装的围护系统，该围护系统包括主体，该主体具有一对翼部，在主体的每一侧上均有一个翼部，该主体限定了开口传感器腔，该开口传感器腔配置成容纳至少一个感测元件，其中，每个翼部均配置成容纳至少一个通信介质。
该围护系统可包括多个刚性关节件，该刚性关节件配置成连接在一起以形成柔性结构。可将涂层施加至一系列刚性关节上。
其中安装有围护系统的管道可为柔性的或者可为刚性的。围护系统可安装在管道的基部中。管道的内直径可在100mm至600mm的范围内，管道的横截面可为圆形的。
本发明的围护系统优选地与放置它的管道的内部一致。为了帮助这一点，围护系统的下表面或外轮廓可为弓形的，并且下表面或轮廓可具有与放置它的管道相似或相同的曲率半径。
附图说明
现在将参考附图通过示例来描述本发明的实施方式，在附图中：
图1a示出了具有用于检测流体流的离散传感器的管道的现有技术示例；
图1b示出了图1A的管道，其中，根据本发明的实施方式，离散传感器由安装在围护系统内的管道上的基部中的连续光纤传感器代替；
图2示出了根据本发明实施方式的光纤传感器围护系统；
图3a示出了图2的光纤围护系统的剖视图；
图3b示出了图2的光纤围护系统在预安装配置中的剖视图；
图4示出了图2的光纤围护系统在更开放的预安装配置中的剖视图；
图5a示出了安装在管道的基部的图2的光纤传感器围护系统的剖视图；
图5b是图5a的底部的放大视图；
图5c示出了安装在管道的基部的替代光纤传感器围护系统的剖视图；
图6示出了图2的光纤传感器围护系统的部分在管道中的现场的立体图；
图7示出了在用于安装传感器光纤组件的配置的图2的光纤传感器围护系统的部分的立体图；
图8a示意性地示出了管道部分的纵向剖视图，该管道部分包括两个管的接合处，该两个管的接合处具有根据本发明的实施方式的围护系统，该围护系统安装在管道的基部中；
图8b示意性地示出了另一管道部分的纵向剖视图，该管道部分包括两个管的接合处，该两个管的接合处具有根据本发明的实施方式的围护系统，该围护系统安装在管道的基部中；
图9a和图9b示出了本发明的容器结构的第二实施方式；
图10a和图10b示出了图9a和图9b的容器结构的关节件的纵向剖视图；
图11a-图11c示出了图9a和图9b的围护系统的关节件的不同视图；
图12示意性地示出了根据本发明实施方式的围护系统从卷安装至管道(例如下水道)中；以及
图13示意性地示出了其中可安装本发明的实施方式的一个示例性下水道网络。
具体实施方式
这里描述的本发明的实施方式包括用于开放管道中的连续传感器的围护系统，其中，传感器可通过检测少量的振动和偏转来操作。该围护系统设置使得将小的振动和偏转传递至传感器，同时足够坚固，以抵抗在下水道中发现的环境并符合管道的形状。
在该示例中，围护系统包括以打开状态制造的连续轮廓，其中传感器安装在连续轮廓的开口中，然后将其封闭和密封，以形成适于容纳传感器并保护传感器免受轮廓外部环境影响的封闭空间。
该围护系统包括可封闭的连续轮廓，用于保护传感器和通道(在该示例中，该通道向下侧敞开，尽管在安装时将通过粘合剂封闭)，用于接受通信导管，其中该围护系统部分地覆盖导管，从而保护导管免受轮廓外部的环境影响。当粘附或以其它方式附接至宿主管道时，导管被完全封闭和保护。
当处于其闭合配置时，该容纳轮廓在至少一侧上具有平滑的形状因子，其中，该表面的曲率半径使得其抵抗大鼠的啃咬。
该容器具有足够的柔性以缠绕在卷上，用于安装在适当的位置，并通过需要200mm的弯曲半径的小开口分配。
图1b示出了具有动态压力波的倾斜管道，其中流沿箭头方向，并且其中连续的传感器围护系统(1)可将压力变化传送至传感器。
图2示出了根据本发明实施方式的光纤传感器围护系统，其具有主体(1)。所示的围护系统处于其最终的密封状态，包括通过柔性铰接件(3)连接至主体或底座(4)的顶板或膜(2)。感测区域(或传感器腔)形成于膜(2)下方的围护系统内，感测元件(例如，光纤)可容纳在围护系统中，以及施加至膜上的压力作用在感测元件上，同时对感测元件提供针对管道中的流体流的保护。在传感区下面是屏蔽区，适于承载一个或多个通信纤维，如下面进一步讨论的。
图3a示出了主体(1)的剖视图，包括膜(2)、柔性铰接件(3)、主体底座或中心底座(12)、翼(4)、传感器腔(5)、下光纤导管通道(6)、燕尾形粘合键(7)和上光纤导管通道(8)。在传感器腔下面的中心底座(12)与翼(4)相结合限定了屏蔽部分，以便提供屏蔽地区或屏蔽区域，在该屏蔽地区或屏蔽区域内容纳有通信纤维，并且该通信纤维在围护系统上方与管道的内部屏蔽开。
图3b示出了如图3a中的主体，但是处于制造状态，其中，柔性铰接件(3')处于弯曲状态，从而在密封边缘(9)处打开主体，并且生成组装孔(10)，可通过该组装孔将传感器元件引入至传感器腔中。
图4示出了如图3b中的主体，但是处于组装状态，其中，柔性铰接件(3")已进一步弯曲以增加密封边缘(9)之间的组装孔(10')。
在一些实施方式中，主体可具有足够柔性，从而在不需要分离铰接件(3")的情况下弯曲成图3b和图4所示的配置。
图5a示出了安装在管道(11)的基部中的主体(1)。用粘合剂将主体固定至管道壁上，该粘合剂填充管道壁与主体下侧之间的空腔。粘合剂还用于在安装主体后使主体变硬，并使导管能够完全封闭。在不同尺寸范围的管道中可使用相同尺寸的主体，其中相应地调整粘合剂的体积。
图5b示出了附接至管道(11)上的主体(1)的放大视图。在本示例中，可看到上光纤微导管(12)、下光纤微导管(13)、燕尾形粘合键(7)、粘结剂腔(15)和传感器光纤(16)。在围护系统已安装在管道中之后，可通过微导管(12、13)吹(或拉、或推)通信光纤。
对于一些应用，可能希望围护系统在管道的基部中形成平坦表面。如图5c所示，这可通过在主体(1)的任一侧上设置水平延伸的额外延伸元件来实现，该延伸元件跨过从主体的上边缘到管道的壁的间隙。这些延伸元件(2)可与主体(1)一体地形成或可在安装期间添加。
图6示出了现场围护系统组件的立体图，该组件包括用于通信纤维束或线缆的上部微导管(12)和下部微导管(13)。
图7示出了主体内的感测区域的配置。在该示例中，存在第一主体半部(17)和第二主体半部(18)，在此示出了第一主体半部(17)和第二主体半部(18)处于围绕膜(19)和传感器纤维(16)的张开位置，其中，背衬泡沫层(20)插入至传感器纤维上。
该围护系统提供了这样的优点，即，能够容易地适应管道壁中的不连续性。
例如，图8a示出了由间隙(23)分开的管道的两个相邻管部分(21、22)的剖视图。该围护系统桥接间隙(23)，并且粘合剂层(24)将围护系统(1)粘附至管的表面。可看出，粘合剂填充了由两个管部分之间的间隙(23)引起的围护系统下方的间隙(25)。因而，围护系统的主体(以及其所承载的纤维，包括传感器纤维)在管道中的间隙处不变形。
类似地，图8b示出了管道的两个相邻管部分(21、22)的剖视图，该两个相邻管部分(21、22)彼此径向偏移，从而形成台阶。围护系统(1)桥接偏移，并且将围护系统(1)的主体粘附至管的壁上的粘合剂层(24)填充由台阶引起的主体下面的间隙(27)。以这种方式，主体和其所承载的纤维沿着从一个管的基部至相邻管的平滑线行进，而没有可损坏纤维或影响其性能的突然的阶跃变化。
图9示出了围护系统的替代实施方式。在该实施方式中，围护系统包括多个刚性关节件31，该刚性关节件31连接在一起以形成柔性结构，该柔性结构配置成与管道的内表面一致。关节件可为互锁的。连续的棱柱状感测区域41包括位于一系列关节件内并包括感测光纤的传感器带。
图10a示出了单个关节件31的剖视图。各个关节件31可由硬质聚合物制成，诸如聚丙烯。关节件可通过注射模制形成。每个关节件均可制造成单个物品。
关节件的主体包括中心底座32和传感器腔50，传感器腔中容纳有包括感测元件的传感器条或区域。图10b示出了关节件31的剖视图，其中，传感器条41位于空腔50中的适当位置。传感器条41可通过挤压或由条材料的叠层形成。因此，传感器条位于每个关节件的中心底座32上方。
传感器腔50是开放腔，该开放腔指腔的形式允许传感条能够测量流体在围护系统所处的管道内所施加的压力。因而，“开放腔”要求管道内的流体可作用在包括感测元件(例如光纤)的传感区。优选的是，还对感测元件设置保护，以免受管道中的条件的影响。可有这样的例子，其中，空腔是完全敞开的，即，在传感器条41和关节件31的外部之间没有其他元件，或可有其它的例子(如下所述)，其中，膜在传感器条41上延伸。设置与围护系统的其余部分相比相对较薄的膜元件不会封闭空腔，只要管道中的流体的压力仍然允许通过膜到达传感器条。膜的厚度通常在0.5mm与3mm之间。
在优选实施方式中，围护系统包括柔性膜42，其在图10b中示出在传感条上方的适当位置，其由与刚性关节件31的材料不同的材料形成。优选地，膜是不可渗透的。膜42执行与围护系统的第一实施方式相同的功能。柔性膜可提供传感器腔的壁，膜的一侧面对传感器腔的内部，而膜的另一侧在使用中暴露于传感器腔外部的管道内的流体流。膜可与传感器条成一体，例如，膜可包括条材料的叠层的上表面。
因此，感测元件可容纳在敞开的空腔中，并施加至膜上的压力作用在感测元件上，同时对感测元件提供针对管道中的流体流的保护。
在替代实施方式中，膜可为多孔的。在这种情况下，可选择膜的孔径，从而防止污物颗粒进入空腔和传感区域。
每个关节件均包括翼部，在图10a和图10b中大致以33示出。翼部位于关节件的主体的任一侧上。
中心底座32通过翼部的连接区域34连接至从中心底座向外延伸的翼部分33。翼部的这些相对较薄的区域可提供一些弯曲，以允许传感器条安装在传感器腔内。在一个实施方式中，区域34可包括沿关节件的长度延伸的纵向铰接件。该铰接件可为整体模制的活动铰接件。
该实施方式的翼限定了屏蔽部分，以便提供屏蔽区域或屏蔽区，在该屏蔽区域或屏蔽区内容纳有通信纤维，并将通信纤维与管道的内部屏蔽开。翼部33包括可容纳通信介质的通道36。当关节件连接在一起时，各个通道36沿着围护系统限定连续的长型通道。在图10b中，所示的通道36包括导管40，导管40可在其中容纳通信纤维(未示出)。纤维可被插入或吹入导管中。通信纤维可为光纤，或其可使用不同的基础技术。例如，通信介质能够可选地包括线缆。
导管40可为圆柱形的。导管的外半径小于关节件中通道36的内半径，以允许导管在通道内自由运动，并有助于围护系统的弯曲。因此，导管的直径可使得在通道中的导管周围存在残余空间，因而导管不会紧密配合。该特征允许容纳结构围绕拐角连续弯曲，或当管道基部的高度变化时，确保导管在其接合处弯曲时保持平滑的曲线。在纤维或线缆与导管之间也可存在径向空间。
关节件31和所形成的模块化围护系统具有与管内壁的曲率相一致的横截面，并使流体动力对流的影响最小化。例如，关节件的尺寸可设计成符合225mm或300mm直径的管的内部曲率。
关节件包括凹槽38，牵引带可位于凹槽38中，以便在张力下为围护系统提供强度。牵引带可通过摩擦连接至关节件和感测区域。牵引带可用于在管道中展开容纳结构，并且可任选地在一端固定至该结构。
围护系统的关节件可具有带键的和/或有纹理的基部，以增强容纳结构与管道管的内壁的结合。这种键在图10a中以37示出。这些键为粘合剂提供了较大的表面区域以围绕流动，从而将结构结合至管道壁。也可在传感器条41的侧部与屏蔽件35的下侧之间的间隙中以及在中心底座32下方的凹口中施加粘合剂。
邻接相邻关节件的每个关节件的竖直边缘的下部可为倾斜的或斜切的，如39所示(具体参见图11c)，以允许铰接结构在弯曲时经受额外的曲率并与管道的内壁相一致。
每个关节件均包括在传感器腔的每一侧上的每个翼部33的顶部处的接合处屏蔽件35。图11a-图11c更详细地示出了屏蔽件35。图11a是关节件31的投影图。图11b和图11c分别示出了在平面和从侧部的单个关节件。
屏蔽件仅在关节件的一侧沿轴向方向延伸超出关节件的主体。在关节件的另一侧，屏蔽件不延伸至关节件的主体的边缘，并且为相邻关节件的屏蔽件的延伸部分留有空间。这允许相邻关节件的屏蔽件的延伸区域重叠，并保护该关节件与相邻关节件之间的结合部。这有助于防止碎屑穿透关节件之间的接合部并进入导管。关节件之间的重叠接合部对围护系统的屏蔽部分提供保护，同时允许在两个平面中弯曲。在每个关节件的一端处存在屏蔽件35的延伸区域还有助于容纳结构的组装，因为关节件将仅在一个配置中装配在一起(即，所有关节件的延伸区域均面向同一轴向方向)。接合屏蔽件的上表面的最高点位于比膜和传感器条的顶表面更高的竖直水平，使得保护膜和传感器条免受掉落物体的影响，和/或不会被可能踩在系统上的维修人员损坏。
可将修整涂层施加至一系列刚性关节件上，以生成光滑、低摩擦的表面。各个关节件和/或传感器条和/或一系列刚性关节件可涂覆有耐磨和/或低摩擦涂层。耐磨涂层可为碳化钨基涂层。低摩擦涂层可为基于有机硅的涂层。这可有助于避免围护系统的磨损，并改善水在围护系统上的流动。替代地或附加地，关节件或传感器带的表面可用纤维增强，诸如Kevlar或玻璃纤维，以相对于未增强材料提高强度。
本发明的围护系统不封装传感器元件和/或可位于传感器腔和/或系统通道内的通信介质。当结构未安装在管道中时，围护系统的通道和它们可容纳的任何元件(诸如通信介质)通向结构的外部。
围护系统的通道包括不容纳通信介质的空隙。通道包括沿着围护系统的长度延伸的空隙。空隙可具有或可不具有安装在空隙中的通信介质。
该实施方式的优点包括：
-由于由硬质材料制成的关节件的刚性而增加了防止挤压的保护。
-增加了对传感区的保护，使其免受掉落的工具、大碎片或维修人员的脚的影响。接合屏蔽件的顶表面竖直地位于传感器条和膜的平面上方，并且因此将防止诸如落到容纳结构上的工具、或者维护人员的脚的任何物品与膜或传感器条接触。
-由于导管尺寸的增加而增加了纤维数量，同时保持了流体动力学上可接受的形状。
-增加的模块化，允许替代不同的关节件设计和感测区。
-围护系统的长度的可变化，而不必用工具切割屏蔽部分，用工具切割屏蔽部分可能导致损坏，并防止对屏蔽区内的通信电缆的有效屏蔽。
图12示出了地下水平(28)下的管道(例如下水管)(21)，其中，围护系统(1)经由进入下水管道(29)从卷(30)供给至管(21)中。一旦安装了围护系统，就可将通信纤维吹过主体内的导管。
围护系统的主体可通过挤压形成。导管可在挤压(即，共挤压)期间形成、在挤压时安装在主体中(即，主体可挤压在导管上)、或导管可随后安装。传感器腔的膜壁形成为挤压件的部分。传感器元件(例如光纤)和任何背衬泡沫可通过狭缝安装至主体中的传感器腔中，该狭缝可形成为挤压件的部分或随后切割。
挤压件可由诸如TPE/TPV的聚合物或诸如EPDM的合成橡胶形成。其可使用诸如丙烯酸酯和环氧树脂的基于聚合物树脂的粘合剂或使用基于水泥的粘合剂来固定。
图13示意性地示出了其中可安装本发明的围护系统的下水道网络的示例。如这里所示，下水道系统通常具有树枝状配置，该树枝状配置具有多个分支(1、2、3、4、5、6、7)。可能希望对于每个分支具有单独的流传感器光纤，所有流传感器光纤均终止于相同的共享检测器。
方便地，使用本发明的围护系统，在每个分支中，用于该分支的传感器纤维可容纳在围护系统的传感器腔(5)中。该传感器纤维在其它分支内延伸的部分可容纳在围护系统的屏蔽区内。例如，用于分支5的传感器纤维将在分支5中的围护系统的传感器腔(即，感测区)中，但是在分支4、3和1中的围护系统的屏蔽区(例如，在保持在通道之一中的微导管内)中(假定检测器在分支1的底端(如图所示))。
虽然已结合上述示例性实施方式描述了本发明，但是当给出本公开内容时，许多等效的修改和变化对于本领域技术人员来说是显而易见的。因此，上述本发明的示例性实施方式被认为是说明性的而不是限制性的。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对所描述的实施方式进行各种改变。以上提及的所有参考文献通过引用结合至本文中。

Claims (54)

1.一种用于沿着管道内部地安装的围护系统，用于将至少一个感测元件和一个或多个通信介质共同定位在所述管道内，所述围护系统包括：
长型柔性主体，能够安装在所述管道的壁上，以沿所述管道纵向延伸，所述主体包括：
长型传感器腔，沿着所述主体纵向延伸，用于接收所述至少一个感测元件；以及
屏蔽部分，包括一个或多个长型通道，所述一个或多个长型通道沿所述屏蔽部分纵向延伸，每个通道均用于接收一个或多个通信介质。
2.根据权利要求1所述的围护系统，其中，所述感测元件是感测光纤，以及所述通信介质是通信光纤。
3.根据权利要求1或2所述的围护系统，其中，所述传感器腔位于所述屏蔽部分的顶侧上，以及所述长型通道位于所述屏蔽部分的相对的底侧上。
4.一种用于沿着管道内部地安装的围护系统，用于将至少一个感测元件定位在所述管道内，所述围护系统包括：
长型柔性主体，能够安装在所述管道的壁上，以沿所述管道纵向延伸，
所述主体包括长型的传感器腔，所述传感器腔沿着所述主体纵向延伸，用于容纳所述至少一个感测元件。
5.根据权利要求1或4所述的围护系统，其中，所述感测元件是传感器光纤。
6.根据权利要求4或5所述的围护系统，还包括所述传感器腔内的感测元件。
7.根据权利要求1至3和4至6中任一项所述的围护系统，包括柔性膜，所述柔性膜提供所述传感器腔的壁，所述膜的一侧面对所述传感器腔的内部，以及所述膜的另一侧在使用中暴露于所述传感器腔外部的所述管道内的流体流。
8.根据权利要求7所述的围护系统，其中，所述传感器元件安装在所述传感器腔内的所述柔性膜上。
9.根据权利要求7所述的围护系统，其中，所述传感器元件安装在所述传感器腔内，与所述柔性膜间隔开。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的围护系统，其中，所述主体和所述膜由相同材料形成为整体部件，并且具有在2MPa至10MPa范围内的杨氏模量。
11.根据权利要求7至9中任一项所述的围护系统，其中，所述膜的杨氏模量在300MPa至500MPa的范围内。
12.根据权利要求11所述的围护系统，其中，除了所述膜之外，所述主体的杨氏模量在1GPa至2GPa的范围内。
13.根据权利要求7至12中任一项所述的围护系统，其中，所述膜与所述主体一体地形成。
14.根据权利要求13所述的围护系统，其中，所述膜在任一侧通过铰接部分连接至所述主体的相邻部分。
15.根据权利要求14所述的围护系统，其中，所述铰接部分的杨氏模量在100MPa至200MPa的范围内。
16.根据权利要求1至3和4至15中任一项所述的围护系统，还包括在所述传感器腔内的可压缩基底，以支承所述膜。
17.根据权利要求1至3和4至16中任一项所述的围护系统，其中，所述传感器腔具有侧壁、底壁和顶壁，并且所述侧壁、所述底壁和所述顶壁中的至少一个或所述侧壁、所述底壁和所述顶壁之间的接合部包括沿着所述传感器腔的长度的裂口，所述裂口能够展开以使得能够接近所述传感器腔以插入所述感测元件。
18.一种用于沿着管道内部地安装的围护系统，所述围护系统用于在所述管道内定位一个或多个通信介质，所述围护系统包括：
长型柔性主体，能够安装在所述管道的壁上，以沿所述管道纵向延伸，
所述主体具有屏蔽部分，所述屏蔽部分包括一个或多个长型通道，所述长型通道沿着所述屏蔽部分纵向延伸，每个通道均用于接收一个或多个通信介质。
19.根据权利要求1至3或权利要求18所述的围护系统，其中，所述一个或多个通信介质中的至少一个是通信光纤。
20.根据权利要求1至3或权利要求18或权利要求19所述的围护系统，其中，所述一个或多个通信介质中的至少一个是电导体。
21.根据权利要求1至3或权利要求18至20中任一项所述的围护系统，还包括容纳在所述一个或多个长型通道中的至少一个中的导管，所述一个或多个通信介质能够在所述导管内延伸。
22.根据权利要求21所述的围护系统，其中，每个管道均配置成使得能够通过所述管道吹送通信光纤。
23.根据前述权利要求中任一项所述的围护系统，其中，所述主体的垂直于其长度的横截面沿着所述主体的长度是均匀的。
24.根据权利要求23所述的围护系统，其中，所述长度为30m至200m。
25.根据前述权利要求中任一项所述的围护系统，其中，一旦安装在所述管道中，所述主体的宽度在30mm至100mm的范围内。
26.根据前述权利要求中任一项所述的围护系统，其中，一旦安装在所述管道中，所述主体距所述管道的壁的最大高度在5mm至15mm的范围内。
27.根据前述权利要求中任一项所述的围护系统，其中，所述主体配置成使得当安装在所述管道中时，在所述主体与所述管道的壁之间存在空腔，由此在安装期间或之后能够将粘合剂引入至所述空腔中。
28.根据前述权利要求中任一项所述的围护系统，其中，所述主体在横截面上具有中心底座部分，所述中心底座部分一旦安装就与所述管道壁间隔开，并且在所述底座部分的任一侧具有翼部，所述翼部从所述中心部分向外延伸，从而一旦安装，每个翼部的外端抵靠所述管道壁。
29.根据权利要求28所述的围护系统，其中，所述翼与所述中心底座部分的顶表面成直线延伸，使得当安装所述围护系统时，所述底座部分和所述翼跨过所述管道的底部形成基本平坦的表面。
30.根据权利要求28所述的围护系统，其中，所述翼从所述底座部分的边缘向下倾斜。
31.根据权利要求30所述的围护系统，其中，在所述中心底座部分与每个翼部之间的接合部处的、所述主体的面向外的壁是弯曲的，具有至少11mm的曲率半径。
32.根据权利要求28至31中任一项所述的围护系统，其中，所述主体的面向外的壁具有没有锐角的光滑轮廓。
33.根据权利要求28至32中任一项所述的围护系统，其中，所述传感器腔和/或所述长型通道形成在所述底座部分中。
34.根据前述权利要求中任一项所述的围护系统，其中，所述主体的下侧具有一个或多个键接突起，由此将所述主体固定至所述管道壁上的粘合剂能够围绕所述键接突起键接，其中所述主体的所述下侧用于在安装后面对所述管道壁。
35.根据权利要求34所述的围护系统，其中，所述键接突起是燕尾形突起和/或T形突起。
36.根据前述权利要求中任一项所述的围护系统，还包括在所述主体内纵向延伸的至少一个加强元件。
37.根据前述权利要求中任一项所述的围护系统，还包括施加在所述主体上的保护涂层。
38.根据前述权利要求中任一项所述的围护系统，其中，所述围护系统安装在管道中。
39.根据权利要求38所述的已安装的围护系统，还包括在所述主体与所述管道壁之间的粘合剂，其中，所述粘合剂将所述主体粘附至所述管道壁上。
40.根据权利要求39所述的已安装的围护系统，其中，所述粘合剂沿着所述主体的整个长度是连续的。
41.根据权利要求39或27所述的已安装的围护系统，其中，所述粘合剂使所述主体变硬。
42.根据权利要求38至41中任一项所述的已安装的围护系统，还包括在安装之后施加在所述主体上的保护涂层。
43.根据权利要求38至42中任一项所述的已安装的围护系统，还包括在所述一个或多个长型通道内的多个通信纤维和/或电导体。
44.根据权利要求43所述的已安装的围护系统，其中，所述多个通信光纤和/或所述电导体中的至少一些位于容纳在所述长型通道中的一个或多个导管内。
45.根据权利要求38至44中任一项所述的已安装的围护系统，还包括在所述主体与所述管道壁之间的一个或多个撕裂索，所述撕裂索能够被拉动以从所述管道壁剪切所述粘合剂，从而帮助从所述壁释放所述主体。
46.根据权利要求38至45中任一项所述的已安装的围护系统，其中，所述围护系统安装在所述管道的基部中。
47.根据权利要求38至46中任一项所述的已安装的围护系统，其中，所述管道的内直径在100mm至600mm的范围内。
48.根据权利要求38至47中任一项所述的已安装的围护系统，其中，所述管道是下水道。
49.一种安装在管道中的根据权利要求1至37中任一项所述的围护系统中的方法，所述方法包括：
设置根据权利要求1至37中任一项所述的围护系统；以及
使用粘合剂将所述围护系统的主体固定至所述管道的壁上。
50.根据权利要求49所述的方法，其中，所述围护系统的所述主体设置在卷上。
51.根据权利要求49或50所述的方法，还包括，在将所述主体粘附至所述管道壁之后，通过所述主体内的导管吹送一个或多个通信光纤和/或所述电导体。
52.根据权利要求49至51中任一项所述的方法，其中，所述主体由机器人安装。
53.根据权利要求1至38中任一项所述的围护系统，其中，所述围护系统包括多个刚性关节件，所述刚性关节件配置成接合在一起以形成柔性结构。
54.根据权利要求53所述的围护系统，其中，将涂层施加至一系列刚性关节件。
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