CN113418460A - 一种基于光纤传感器的管道变形监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于光纤传感器的管道变形监测装置，涉及管道变形监测技术领域；管道变形监测装置包括：监测机构和管罩；监测机构包括光纤传感器和至少两个环形管卡；至少两个环形管卡用于套设在待监测管道上；环形管卡的外侧设置有多个光纤夹具；光纤夹具用于夹紧光纤传感器，并用于调节光纤传感器的拉伸状态；光纤传感器通过光纤夹具设置在至少两个环形管卡之间，用于监测光纤的应变；管罩用于套设在待监测管道上，使得监测机构位于管罩内；本发明还提出采用上述管道变形监测装置的管道变形监测方法；安装、使用方便，灵敏度高，可以有效地防止监测机构受到外界的干扰，保证监测精度；同时，可以保护监测机构。

Description

一种基于光纤传感器的管道变形监测装置及方法

技术领域

本发明涉及管道变形监测技术领域，尤其涉及一种基于光纤传感器的管道变形监测装置及方法。

背景技术

随着国家工业的迅猛发展，能源需求愈加旺盛，进而推动了管道工程的快速发展。截至目前，我国已经建成了若干条主干输油气管道，根据国家油气长输管道长远规划，未来仍有许多管道将被建设运营。但由于油气管道敷设空间的特殊性，不可避免的遇到各类不良地质条件，且难以完全规避，因此管道的灾害风险控制成为了挑战。

目前，主要是通过测量管道的应变量来实现对管道变形的监测，电阻应变片是最常用的监测手段。但电阻应变片的安装不方便；另外，由于其测量范围小，对管道的小应变不显著。

发明内容

本发明旨在解决现有的管道变形监测装置存在安装不够方便，且测量不够灵敏的技术问题。

本发明提供一种基于光纤传感器的管道变形监测装置，包括：监测机构和管罩；

所述监测机构包括光纤传感器和至少两个环形管卡；至少两个所述环形管卡用于套设在待监测管道上；所述环形管卡的外侧设置有多个光纤夹具；所述光纤夹具用于夹紧所述光纤传感器，并用于调节所述光纤传感器的拉伸状态；

所述光纤传感器通过所述光纤夹具设置在至少两个所述环形管卡之间，用于与光纤传感解调仪配合监测所述待监测管道的变形；

所述管罩用于套设在所述待监测管道上，使得所述监测机构位于所述管罩内。

在一些优选地实施例中，所述光纤夹具包括基座、空心螺杆、第一螺母和第二螺母；

所述基座固定设置在所述环形管卡的外侧；所述基座上设置有沿所述环形管卡轴向分布的通道；所述空心螺杆可移动地穿设在所述通道内；所述空心螺杆的两端分别设置有第一螺纹段和第二螺纹段；所述第一螺纹段的外径由远离所述第二螺纹段的一端向靠近所述第二螺纹段的一端逐渐变大；所述第一螺纹段的侧壁上设置有槽口；所述第一螺母设置在所述第一螺纹段上；所述第二螺母设置在所述第二螺纹段上；通过向靠近所述第二螺纹段的一端旋转所述第一螺母，使得所述第一螺纹段的内径变小，实现对所述光纤传感器的夹紧；通过改变所述第二螺母在所述第二螺纹段上的位置，调整所述光纤传感器的拉伸状态。

在一些优选地实施例中，所述环形管卡包括四块弓形板；四块所述弓形板的首尾依次可拆卸连接。

在一些优选地实施例中，所述光纤传感器包括全分布式温度光纤传感器和全分布式应变光纤传感器；所述全分布式应变光纤传感器用于与光纤传感解调仪配合监测所述全分布式应变光纤传感器的应变；所述全分布式温度光纤传感器用于与光纤传感解调仪配合对所述全分布式应变光纤传感器做温度矫正。

在一些优选地实施例中，所述管罩包括上管罩和下管罩；所述上管罩和所述下管罩均为一侧开口的中空结构；所述上管罩的两端相对设置有第一半圆卡口；相应地，所述下管罩的两端相对设置有与所述第一半圆卡口配合使用的第二半圆卡口；所述上管罩和所述下管罩分别通过所述第一半圆卡口和所述第二半圆卡口卡设在所述待监测管道的外侧，使得所述上管罩和所述下管罩围合形成保护空间。

本发明还提出一种采用上述基于光纤传感器的管道变形监测装置的监测方法，包括如下步骤：

S1、开挖土层，使得待监测管道的待监测段完全暴露，并在管道两侧留出施工人员操作空间；

S2、将至少两个所述环形管卡套设在所述待监测段上；

S3、将所述光纤传感器依次穿过所述环形管卡上的所述光纤夹具，并通过所述光纤夹具调整所述光纤传感器的拉伸状态，使得所述光纤传感器在所述环形管卡间处于拉紧状态；

S4、将所述光纤传感器接入光纤传感解调仪，检查所述光纤传感器是否工作正常，并记录所述光纤传感器的初始应变值；

S5、当所述光纤传感器工作正常时，将光纤传感器的端头引到安全区域；安装所述管罩，将安装有所述环形管卡和所述光纤传感器的所述待监测段罩住，并恢复原始地貌；

S6、定期采用所述光纤传感解调仪对所述光纤传感器进行应变测量，得到所述光纤传感器的应变测量值；将所述光纤传感器的所述应变测量值与所述应变初始值进行比较，从而判断所述待监测段的变形程度。

本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明中基于光纤传感器的管道变形监测装置包括监测机构和管罩；其中，所述监测机构包括光纤传感器和至少两个环形管卡，所述环形管卡的外侧设置有多个光纤夹具；使用时，直接将至少两个所述环形管卡用于套设在待监测管道上，将所述光纤传感器设置在至少两个所述环形管卡之间，再通过光纤夹具进行夹紧，并调节所述光纤传感器在所述环形管卡之间的拉伸状态，安装、使用方便；通过采用光纤传感器对所述待监测管道的形变进行监测，灵敏度高，对所述待监测管道的小应变也能较好的监测。

另外，待安装好所述监测机构后，通过所述管罩套设在所述待监测管道上，使得所述监测机构位于所述管罩内，可以有效地防止所述监测机构受到外界的干扰，保证监测精度；同时，可以保护所述监测机构。

附图说明

图1为本发明某一实施例中监测机构的立体结构示意图；

图2为图1监测机构中环形管卡1的立体结构示意图；

图3为图2环形管卡1中弓形板101的立体结构示意图；

图4为图1监测机构中光纤夹具3的立体结构示意图；

图5为图4光纤夹具3中空心螺杆303的侧视图；

图6为本发明某一实施例中管罩的爆炸结构示意图；

其中，1、环形管卡；101、弓形板；102、连接板；103、安装孔；2、光纤传感器；3、光纤夹具；301、基座；302、通道；303、空心螺杆；304、槽口；305、第一螺母；306、第二螺母；4、上管罩；401、第一半圆卡口；5、下管罩；501、第二半圆卡口。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

请参考图1，本发明的实施例提供了一种基于光纤传感器的管道变形监测装置，包括：监测机构和管罩；

所述监测机构包括光纤传感器2和至少两个环形管卡1；至少两个环形管卡1用于套设在待监测管道上；环形管卡1的外侧设置有多个光纤夹具3；光纤夹具3用于夹紧光纤传感器2，并用于调节光纤传感器2的拉伸状态；

光纤传感器2通过光纤夹具3设置在至少两个环形管卡1之间，用于与光纤传感解调仪配合监测所述待监测管道的变形；使用时，将光纤传感器2依次穿设在位于环形管卡1上的光纤夹具3内，使得光纤传感器2分布在环形管卡1之间，再通过光纤夹具3夹紧光纤传感器2，并通过光纤夹具3调整光纤传感器2在环形管卡1之间的拉伸状态，即光纤传感器2在环形管卡1之间的松紧程度；

所述管罩用于套设在所述待监测管道上，使得所述监测机构位于所述管罩内，可以有效地防止所述监测机构受到外界的干扰，保证监测精度；同时，可以保护所述监测机构。

通过光纤传感器2与光纤传感解调仪配合监测一段时间内光纤传感器2自身的应变，进而以此判断上述时间段内所述待监测管道的变形程度，从而实现对所述待监测管道变形的监测。

示例性地，在本实施例中，环形管卡1的数量为两个；环形管卡1上设置有四个光纤夹具3；四个光纤夹具3均匀分布在环形管卡1的外侧壁上。

进一步地，参考图4和图5，为了方便夹紧光纤传感器2，并方便调整光纤传感器2在环形管卡1之间的拉伸状态，光纤夹具3包括基座301、空心螺杆303、第一螺母305和第二螺母306；基座301固定设置在环形管卡1的外侧；基座301上设置有沿环形管卡1轴向分布的通道302；空心螺杆303可移动地穿设在通道302内；空心螺杆303的两端分别设置有第一螺纹段和第二螺纹段；所述第一螺纹段的外径由远离所述第二螺纹段的一端向靠近所述第二螺纹段的一端逐渐变大；所述第一螺纹段的侧壁上设置有槽口304；第一螺母305设置在所述第一螺纹段上；第二螺母306设置在所述第二螺纹段上；通过向靠近所述第二螺纹段的一端旋转第一螺母305，挤压槽口304，使得所述第一螺纹段的内径变小，从而实现对光纤传感器2的夹紧；通过旋转第二螺母306，改变第二螺母306在所述第二螺纹段上的位置，并与基座301配合调整光纤传感器2的拉伸状态。

具体地，参考图2和图3，环形管卡1包括四块弓形板101；弓形板101上设置有一个光纤夹具3；弓形板101的两端分别设置有连接板102；连接板102上设置有用于安装螺栓的安装孔103；四块弓形板101的首尾依次通过所述螺栓可拆卸连接，使得环形管卡1能够可拆卸地套设在所述待监测管道上。

具体地，为了提高所述检测机构监测结果的准确度，光纤传感器2包括全分布式温度光纤传感器和全分布式应变光纤传感器；所述全分布式应变光纤传感器用于与光纤传感解调仪配合监测所述光纤的应变；所述全分布式温度光纤传感器用于与光纤传感解调仪配合对所述全分布式应变光纤传感器做温度矫正。

具体地，参考图6，管罩包括上管罩4和下管罩5；上管罩4和下管罩5均为一侧开口的中空结构；上管罩4的两端相对设置有第一半圆卡口401；相应地，下管罩5的两端相对设置有与第一半圆卡口401配合使用的第二半圆卡口501；上管罩4和下管罩5分别通过第一半圆卡口401和第二半圆卡口501卡设在所述待监测管道的外侧，使得上管罩4和下管罩5围合形成保护空间，将所述待监测管道的待监测段和所述监测机构罩设在所述保护空间内。

采用上述基于光纤传感器的管道变形监测装置的监测方法，包括如下步骤：

S1、开挖土层，使得待监测管道的待监测段完全暴露，所述待监测段的长度为1～2米，并在管道两侧留出施工人员操作空间；

S2、将至少两个环形管卡1套设在所述待监测段上；具体地，将四块弓形板101紧贴所述待监测段的一端，并通过螺栓连接形成环形管卡1；按照同样的方法，在所述待监测段的另一端安装另一个环形管卡1，注意安装过程中尽可能的使两个环形管卡1上的光纤夹具3对齐；

S3、将光纤传感器2依次穿过环形管卡1上的光纤夹具3，并通过光纤夹具3调整光纤传感器2的拉伸状态，使得光纤传感器2在环形管卡1间处于拉紧状态；

S4、将光纤传感器2接入光纤传感解调仪，检查光纤传感器2是否工作正常，并记录光纤传感器2的初始应变状态，即光纤传感器2的应变初始值；

S5、当光纤传感器2工作正常时，将光纤传感器2的端头引到安全区域，并做好防护，方便后续测量；安装所述管罩，将安装有环形管卡1和光纤传感器2的所述待监测段罩住，并回填土恢复原始地貌；

S6、定期采用所述光纤传感解调仪对光纤传感器2进行应变测量，得到应变测量值；将光纤传感器2的所述应变测量值与所述应变初始值进行比较，从而判断所述待监测段的变形程度。

以上未涉及之处，适用于现有技术。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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 (6)

1.一种基于光纤传感器的管道变形监测装置，其特征在于，包括：监测机构和管罩；

所述监测机构包括光纤传感器和至少两个环形管卡；至少两个所述环形管卡用于套设在待监测管道上；所述环形管卡的外侧设置有多个光纤夹具；所述光纤夹具用于夹紧所述光纤传感器，并用于调节所述光纤传感器的拉伸状态；

所述光纤传感器通过所述光纤夹具设置在至少两个所述环形管卡之间，用于与光纤传感解调仪配合监测所述待监测管道的变形程度；

所述管罩用于套设在所述待监测管道上，使得所述监测机构位于所述管罩内。

2.根据权利要求1所述的基于光纤传感器的管道变形监测装置，其特征在于，所述光纤夹具包括基座、空心螺杆、第一螺母和第二螺母；

所述基座固定设置在所述环形管卡的外侧；所述基座上设置有沿所述环形管卡轴向分布的通道；所述空心螺杆可移动地穿设在所述通道内；所述空心螺杆的两端分别设置有第一螺纹段和第二螺纹段；所述第一螺纹段的外径由远离所述第二螺纹段的一端向靠近所述第二螺纹段的一端逐渐变大；所述第一螺纹段的侧壁上设置有槽口；所述第一螺母设置在所述第一螺纹段上；所述第二螺母设置在所述第二螺纹段上；通过向靠近所述第二螺纹段的一端旋转所述第一螺母，使得所述第一螺纹段的内径变小，实现对所述光纤传感器的夹紧；通过改变所述第二螺母在所述第二螺纹段上的位置，调整所述光纤传感器的拉伸状态。

3.根据权利要求1所述的基于光纤传感器的管道变形监测装置，其特征在于，所述环形管卡包括四块弓形板；四块所述弓形板的首尾依次可拆卸连接。

4.根据权利要求1所述的基于光纤传感器的管道变形监测装置，其特征在于，所述光纤传感器包括全分布式温度光纤传感器和全分布式应变光纤传感器；所述全分布式应变光纤传感器用于与光纤传感解调仪配合监测所述全分布式应变光纤传感器的应变；所述全分布式温度光纤传感器用于与光纤传感解调仪配合对所述全分布式应变光纤传感器做温度矫正。

5.根据权利要求1所述的基于光纤传感器的管道变形监测装置，其特征在于，所述管罩包括上管罩和下管罩；所述上管罩和所述下管罩均为一侧开口的中空结构；所述上管罩的两端相对设置有第一半圆卡口；相应地，所述下管罩的两端相对设置有与所述第一半圆卡口配合使用的第二半圆卡口；所述上管罩和所述下管罩分别通过所述第一半圆卡口和所述第二半圆卡口卡设在所述待监测管道的外侧，使得所述上管罩和所述下管罩围合形成保护空间。

6.一种根据权利要求1-5任意一项所述的基于光纤传感器的管道变形监测装置的监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、开挖土层，使得待监测管道的待监测段完全暴露，并在管道两侧留出施工人员操作空间；

S2、将至少两个所述环形管卡套设在所述待监测段上；

S3、将所述光纤传感器依次穿过所述环形管卡上的所述光纤夹具，并通过所述光纤夹具调整所述光纤传感器的拉伸状态，使得所述光纤传感器在所述环形管卡间处于拉紧状态；

S4、将所述光纤传感器接入光纤传感解调仪，检查所述光纤传感器是否工作正常，并记录所述光纤传感器的初始应变值；

S5、当所述光纤传感器工作正常时，将光纤传感器的端头引到安全区域；安装所述管罩，将安装有所述环形管卡和所述光纤传感器的所述待监测段罩住，并恢复原始地貌；

S6、定期采用所述光纤传感解调仪对所述光纤传感器进行应变测量，得到所述光纤传感器的应变测量值；将所述光纤传感器的所述应变测量值与所述应变初始值进行比较，从而判断所述待监测段的变形程度。

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