CN112032576A - 一种基于拉曼测温的分布式管网泄漏监测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于拉曼测温的分布式管网泄漏监测装置，涉及管道泄漏监测技术领域，包括固定环、输水管以及传感光纤，所述输水管套接在固定环的内部，所述固定环的顶端开设有螺纹孔，所述螺纹孔的内部螺纹连接有锁紧螺栓，所述锁紧螺栓的顶端固定连接有转动块，所述传感光纤固定安装在输水管外部的一侧。该基于拉曼测温的分布式管网泄漏监测装置，通过采用拉曼测温实现多分支水管泄漏检测，并采用反斯托克斯散射光和斯托克斯散射光的比值法简化解调的步骤，方便快速计算，利用输水管发生漏水前后的温度差判断是否有漏水事件的发生，避免了受环境的干扰而发生的误报问题。

Description

一种基于拉曼测温的分布式管网泄漏监测装置
技术领域
本发明涉及管道泄漏监测技术领域，具体为一种基于拉曼测温的分布式管网泄漏监测装置。
背景技术
针对城市供水管网在实际应用中存在多分支，并且其大部分在地下铺设如果水管一旦发生泄漏，很难及时对其进行排查修复。传统的基于振动泄漏检测方法往往易受环境的干扰而发生误报，基于此，我们提出并发明了一种基于拉曼测温的分布式管网泄漏监测装置来解决上述问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于拉曼测温的分布式管网泄漏监测装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于拉曼测温的分布式管网泄漏监测装置，包括固定环、输水管以及传感光纤，所述输水管套接在固定环的内部，所述固定环的顶端开设有螺纹孔，所述螺纹孔的内部螺纹连接有锁紧螺栓，所述锁紧螺栓的顶端固定连接有转动块，所述传感光纤固定安装在输水管外部的一侧。
进一步优化本技术方案，所述传感光纤固定安装在一个安装盒的内部，所述安装盒设置在输水管与固定环的间隙处，所述安装盒的内部还设置有用于固定传感光纤的固定带。
进一步优化本技术方案，所述固定环外部的底端固定连接有连接件，所述连接件的表面开设有用于固定环安装的连接孔。
进一步优化本技术方案，所述由输水管组成的输水管网、供水管道均配套安装有传感光纤，输水管网、供水管道上的传感光纤将传感信息传递给解调主机，最后传递至控制终端的计算机上，采用拉曼测温实现多分支水管泄漏检测。
进一步优化本技术方案，所述分布式管网泄漏监测装置基于拉曼测温技术，利用水管发生漏水前后的温度差判断是否有漏水事件的发生，在拉曼散射效应中，能级上的粒子数在热平衡状态下服从玻尔兹曼分布。
进一步优化本技术方案，所述分布式管网泄漏监测装置基于拉曼测温技术，拉曼散射光中的反斯托克斯散射光对温度的敏感程度要远高于斯托克斯散射光，所以一般的温度解调方法是将反斯托克斯散射光用于对温度的基础解调，而将斯托克斯散射光用做参考光，以消除温度以外的因素对拉曼散射光强的影响，这其中包括传输损耗、激光器功率波动、拉曼散射系数等。
与现有技术相比，本发明提供了一种基于拉曼测温的分布式管网泄漏监测装置，具备以下有益效果：
该基于拉曼测温的分布式管网泄漏监测装置，通过采用拉曼测温实现多分支水管泄漏检测，并采用反斯托克斯散射光和斯托克斯散射光的比值法简化解调的步骤，方便快速计算，利用输水管发生漏水前后的温度差判断是否有漏水事件的发生，避免了受环境的干扰而发生的误报问题。
附图说明
图1为本发明提出的一种基于拉曼测温的分布式管网泄漏监测装置的结构示意图；
图2为本发明提出的一种基于拉曼测温的分布式管网泄漏监测装置的固定环的连接结构示意图；
图3为本发明提出的一种基于拉曼测温的分布式管网泄漏监测装置的螺纹孔的连接结构示意图；
图4为本发明提出的一种基于拉曼测温的分布式管网泄漏监测装置的输水管网泄漏检测示意图。
图中：1、固定环；2、输水管；3、螺纹孔；4、锁紧螺栓；5、转动块；6、安装盒；7、固定带；8、传感光纤；9、连接件；10、连接孔。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
请参阅图1-4，一种基于拉曼测温的分布式管网泄漏监测装置，包括固定环1、输水管2以及传感光纤8，所述固定环1外部的底端固定连接有连接件9，所述连接件9的表面开设有用于固定环1安装的连接孔10，所述输水管2套接在固定环1的内部，所述固定环1的顶端开设有螺纹孔3，所述螺纹孔3的内部螺纹连接有锁紧螺栓4，所述锁紧螺栓4的顶端固定连接有转动块5，通过调节转动块5，使得固定环1和输水管2相互固定，所述传感光纤8固定安装在输水管2外部的一侧，所述传感光纤8固定安装在一个安装盒6的内部，所述安装盒6设置在输水管2与固定环1的间隙处，所述安装盒6的内部还设置有用于固定传感光纤8的固定带7。
所述由输水管2组成的输水管网、供水管道均配套安装有传感光纤8，输水管网、供水管道上的传感光纤8将传感信息传递给解调主机，最后传递至控制终端的计算机上，采用拉曼测温实现多分支水管泄漏检测。
所述分布式管网泄漏监测装置基于拉曼测温技术，利用输水管2发生漏水前后的温度差判断是否有漏水事件的发生，在拉曼散射效应中，能级上的粒子数在热平衡状态下服从玻尔兹曼分布，其斯托克斯散射光强和反斯托克斯散射光强存在如下的规律：
Figure BDA0002628551590000041
其中，k是玻尔兹曼常量，Δν是拉曼散射频移，h是普朗克常量，T是光纤所处的温度。将反斯托克斯散射光与斯托克斯散射光相除，可以得到其光强比值：
Figure BDA0002628551590000042
光纤在室温状态下，其反斯托克斯散射光和斯托克斯散射光的光强对温度的敏感系数约分别为0.8％/K和0.1％/K。可以看出，拉曼散射光中的反斯托克斯散射光对温度的敏感程度要远高于斯托克斯散射光，所以一般的温度解调方法是将反斯托克斯散射光用于对温度的基础解调，而将斯托克斯散射光用做参考光，以消除温度以外的因素对拉曼散射光强的影响，这其中包括传输损耗、激光器功率波动、拉曼散射系数等。常用的解调方法是采用反斯托克斯散射光和斯托克斯散射光的比值法，其比值R(z,T)可以表示为：
Figure BDA0002628551590000043
在公式(3)中，Kas和Ks分别是散射光与界面有关的系数，而αas和αs分别为散射光在传感光纤中的损耗系数，该损耗系数与散射光的波长相关而与其所处的位置无关。通过比值法，可以消除脉冲光功率的波动性、数值孔径的不同以及散射系数的不同对温度解调所产生的影响，同时在一定程度上减弱了传感光在光纤中的衰减影响。在对公式(3)解调温度时，通常认为Δα(z)＝αas(z)-αs(z)与距离Z独立无关，并且随时间变化仍然是一个常数，这样可以简化解调的步骤，方便快速计算。
该基于拉曼测温的分布式管网泄漏监测装置在使用时，基于拉曼散射的分布式温度光纤传感技术是在光时域反射技术的基础上，通过对背向的拉曼散射光进行滤波、探测、信号放大、噪声过滤、温度解调等处理，得到传感光纤8上的温度场信息，脉冲光在经过波分复用器后进入到传感光纤8中，受到温度调制的拉曼散射光经原路返回到波分复用器，发生频移的斯托克斯散射光和反斯托克斯散射光被过滤出来，经雪崩光电探测器进行光电转换，在被放大电路进行信号放大，然后传送到数据采集卡并转换为数字信号，最后在控制终端的计算机上进行温度解调。
本发明的有益效果是：该基于拉曼测温的分布式管网泄漏监测装置，通过采用拉曼测温实现多分支水管泄漏检测，并采用反斯托克斯散射光和斯托克斯散射光的比值法简化解调的步骤，方便快速计算，利用输水管2发生漏水前后的温度差判断是否有漏水事件的发生，避免了受环境的干扰而发生的误报问题。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种基于拉曼测温的分布式管网泄漏监测装置，包括固定环(1)、输水管(2)以及传感光纤(8)，其特征在于：所述输水管(2)套接在固定环(1)的内部，所述固定环(1)的顶端开设有螺纹孔(3)，所述螺纹孔(3)的内部螺纹连接有锁紧螺栓(4)，所述锁紧螺栓(4)的顶端固定连接有转动块(5)，所述传感光纤(8)固定安装在输水管(2)外部的一侧。
2.根据权利要求1所述的一种基于拉曼测温的分布式管网泄漏监测装置，其特征在于：所述传感光纤(8)固定安装在一个安装盒(6)的内部，所述安装盒(6)设置在输水管(2)与固定环(1)的间隙处，所述安装盒(6)的内部还设置有用于固定传感光纤(8)的固定带(7)。
3.根据权利要求1所述的一种基于拉曼测温的分布式管网泄漏监测装置，其特征在于，所述固定环(1)外部的底端固定连接有连接件(9)，所述连接件(9)的表面开设有用于固定环(1)安装的连接孔(10)。
4.根据权利要求1所述的一种基于拉曼测温的分布式管网泄漏监测装置，其特征在于：所述由输水管(2)组成的输水管网、供水管道均配套安装有传感光纤(8)，输水管网、供水管道上的传感光纤(8)将传感信息传递给解调主机，最后传递至控制终端的计算机上，采用拉曼测温实现多分支水管泄漏检测。
5.根据权利要求1所述的一种基于拉曼测温的分布式管网泄漏监测装置，其特征在于：所述分布式管网泄漏监测装置基于拉曼测温技术，利用水管发生漏水前后的温度差判断是否有漏水事件的发生，在拉曼散射效应中，能级上的粒子数在热平衡状态下服从玻尔兹曼分布。
6.根据权利要求1所述的一种基于拉曼测温的分布式管网泄漏监测装置，其特征在于：所述分布式管网泄漏监测装置基于拉曼测温技术，拉曼散射光中的反斯托克斯散射光对温度的敏感程度要远高于斯托克斯散射光，所以一般的温度解调方法是将反斯托克斯散射光用于对温度的基础解调，而将斯托克斯散射光用做参考光，以消除温度以外的因素对拉曼散射光强的影响，这其中包括传输损耗、激光器功率波动、拉曼散射系数等。
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