CN113781749B - 一种地下管廊内管道泄露定位与预警装置、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种地下管廊内管道泄露定位与预警装置、系统及方法，属于光纤光栅技术领域；所要解决的技术问题为：提供一种地下管廊内管道泄露定位与预警装置硬件结构的改进；解决上述技术问题采用的技术方案为：包括：光纤保护壳、装置外壳、铂膜层、固定底座、左右共振腔室、第一光纤、第二光纤、三个光纤光栅温度传感器、两个光纤光栅应变传感器、左右声音收集器；该装置使用两个光纤光栅温度传感器感知环境温度作为参考温度，一个光纤光栅温度传感器感知铂膜层温度感知管道泄露情况，两个光纤光栅应变传感器感知左右方管道泄露声音，通过光纤接入光电探测器，通过光纤光栅高速解调仪实时解调各参量；本发明应用于地下管廊。

Description

一种地下管廊内管道泄露定位与预警装置、系统及方法

技术领域

本发明一种地下管廊内管道泄露定位与预警装置、系统及方法，属于光纤光栅传感技术领域。

背景技术

地下综合管廊是城市发展的重要基础设施，是保障城市居民生活的重要生命线。随着城市化的进程，各大城市均在不断加大地下综合管廊的建设。城市地下综合管廊将电力、通信、燃气、供热、给排水等各功能管线集于一体，为地上城市规划节省出大量空间，提高了城市空间利用率并优化了居民生活环境。

地下管廊位于地下处于密闭空间结构，同时地下管廊集成了燃气输送等具有易燃易爆性的管道，在人为或自然环境影响下发生的泄露或损坏情况，不易快速并准确地察觉并定位，使地下管廊维护人员无法在管道泄露的第一时间对管道泄露点进行精准维护。针对燃气输送管道对城市的安全隐患和城市正常运作的重要性，必须实时保障各管道的工作稳定性和安全性，因而需要一种地下管廊内管道泄露光纤光栅定位装置。

对于此环境下进行的监测，光纤光栅本质是对光纤纤芯折射率周期性调制而形成的一种无源滤波器，以光波为传感载体进行环境参数测量，以上特质使光纤光栅传感具备了抗电磁波干扰能力强、耐腐蚀性高、高稳定性、高精度、输出距离远等基本优点，避免了以电为传感信号处理不当带来的不可控的明火或高温造成燃气管道的爆炸火灾，有效应对地下管道的高湿度环境。同时光纤光栅传感系统成本低，在光学传感领域中更适用于实际的工程应用。但是现有光纤光栅传感领域存在无法对范围内管道泄露点精确定位、误警率高和适用性差等技术缺陷。

发明内容

本发明为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种基于光纤光栅的地下管廊内管道泄露定位与预警装置、系统硬件结构的改进。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种地下管廊内管道泄露定位与预警装置，包括光纤保护壳、装置外壳、铂膜层、固定底座，所述光纤保护壳固定在装置外壳的顶部，装置外壳的底部设置有铂膜层，其中装置外壳和固定底座上开有多个螺旋结构的固定孔，用来插入固定柱，通过固定柱将固定底座和装置外壳固定在地下管廊内管道的顶部岩层上；

所述光纤保护壳内部通入第一光纤F1，第一光纤F1上设有第一光纤光栅温度传感器A1和第二光纤光栅温度传感器A2；

所述装置外壳的两侧分别设置有左声音收集器D1和右声音收集器D2，装置外壳的内部设置两个中空且圆柱形结构的共振腔室：左共振腔室和右共振腔室，左共振腔室与右共振腔室之间通过内隔音层隔开；

所述装置外壳的内侧顶部左右两边各开有一条光纤通道用于第二光纤F2两端的通过，装置外壳的内侧底部中间开有一条光纤通道用于第二光纤F2通过，第二光纤F2在位于装置外壳的内侧底部处设置有第三光纤光栅温度传感器A3。

所述装置外壳为圆柱体结构，装置外壳的外部两圆形侧面的中心部分通有中空通道并分别设置左声音收集器D1和右声音收集器D2。

所述左共振腔室中设有左振膜C1，第二光纤F2的一端从左共振腔室中通过并贴附于左振膜C1，第二光纤F2在左振膜C1中心部分上设有第一光纤光栅应变传感器B1；

所述右共振腔室中设有右振膜C2，第二光纤F2的另一端从右共振腔室中通过并贴附于右振膜C2，第二光纤F2在右振膜C2中心部分上设有第二光纤光栅应变传感器B2。

所述装置外壳的内部延伸出环形且带有固定夹层的振膜固定夹，左振膜C1、右振膜C2的四周通过振膜固定夹固定于左共振腔室和右共振腔室，第二光纤F2通过振膜固定夹中的固定夹层通入装置外壳中设置好的光纤通道。

所述装置外壳的两侧设置有固定光纤的左光缆接头保护壳E1和右光缆接头保护壳E2，左光缆接头保护壳E1和右光缆接头保护壳E2均包括：光缆接头保护壳固定部分、光缆接头保护壳中空部分、光缆接头保护壳盖，其中光缆接头保护壳固定部分设有2个光纤通道用于第一光纤F1、第二光纤F2的通过，光缆接头保护壳中空部分用来放置法兰，通过法兰将第一光纤F1、第二光纤F2与光纤光缆连接。

一种地下管廊内管道泄露定位与预警系统，包括多个通过光纤光缆串行连接的定位与预警装置，最后一个定位与预警装置通过光纤光缆和地上监控室的光电探测器连接，光纤光缆将各装置中的第一光纤F1与第二光纤F2的光波参数信息传递至光电探测器，光电探测器接入光纤光栅高速解调仪，光纤光栅高速解调仪实时解调各装置中第一光纤光栅温度传感器A1采集的环境参考温度T_i1、第二光纤光栅温度传感器A2采集的环境参考温度T_i2、第三光纤光栅温度传感器A3采集的管道温度T_i3以及第一光纤光栅应变传感器B1采集的左振膜振动参量V_i1、第二光纤光栅应变传感器B2采集的右振膜振动参量V_i2(i＝1，2，…，n)。

多个定位与预警装置按照相同的间隔距离用固定柱固定在燃气输送管道正上方的地下管廊顶部岩层上，且所有装置排列在与燃气输送管道平行的直线上。

一种地下管廊内管道泄露定位与预警方法，包括如下步骤：

S1、光纤光栅高速解调仪实时解调各定位与预警装置中第一光纤光栅温度传感器A1采集的环境参考温度T_i1、第二光纤光栅温度传感器A2采集的环境参考温度T_i2、第三光纤光栅温度传感器A3采集的管道温度T_i3以及第一光纤光栅应变传感器B1采集的左振膜振动参量V_i1、第二光纤光栅应变传感器B2采集的右振膜振动参量V_i2(i＝1，2，…，n)；

S2、判断振动信号是否异常，若振动信号突然增大，则通过对比找到两个振动信号最大且相邻的装置，将其定义为第一装置H1与第二装置H2；

S3、将第一装置H1实时解调出的管道监测温度T₁₃分别与环境参考温度T₁₁、环境参考温度T₁₂相减并与设定阈值T_ε对比，同时将第二装置H2实时解调出的管道监测温度T₂₃分别与环境参考温度T₂₁、环境参考温度T₂₂相减并与设定阈值T_ε对比，若出现T₁₃-T₁₁与T₁₃-T₁₂均大于给定阈值T_ε或T₂₃-T₂₁与T₂₃-T₂₂均大于给定阈值T_ε，则可确定第一装置H1和第二装置H2之间的燃气输送管道确实发生泄漏；

S4、将第一装置H1的右振膜振动参量V₁₂和第二装置H2的左振膜振动参量V₂₁以时间序列形式进行互相关算法运算获得相似振动信号的时间偏移量Δt，其中Δt便是管道泄漏点发出的相同声源到达装置的时间差；

S5、根据声波传播原理代入相似振动信号的时间偏移量Δt进行两点定位算法运算，获得管道泄露点到第一装置H1对称轴的水平距离x。

本发明相对于现有技术具备的有益效果为：本发明提供的光纤光栅地下管廊内管道泄露定位与预警装置、系统及方法，使用的光学传感方法相对于现有地下管廊电传感定位方法，耐腐蚀性高，抗干扰能力强，风险低，可靠性高。同时对于现有分布式光纤传感方法，光纤光栅传感方法具有成本低、传感精度高、传感数据量小的优点适用于实际工程应用。由于现有光纤光栅传感技术为点式传感，存在无法对范围内的管道泄漏点进行精确定位。基于光纤光栅传感技术配合声学传播原理与甲烷气体氧化原理实现对地下管廊燃气传输管道泄露点的精准定位并实现预警监测，其优点与积极效果主要体现如下：

一、现有地下管廊电传感技术中，电信号处理不当易产生明火和热量，在燃气管道泄露意外情况下会发生火灾爆炸。本发明采用光纤光栅解调技术和声学传播原理，以光信号为传感载体，泄露点定位过程中不涉及电信号传输，提升了地下管廊的安全性并实现了装置的高稳定性。

二、本发明针对地下管廊的多管道复杂环境合理设计管道泄露定位装置结构，无需接触管道进行铺设安装，并给出了实施例使用方法进行定向定位，增强了装置的适用性与可操作性。

三、本发明基于光纤光栅传感技术与声学传播原理并根据实施例给出相应算法处理流程，实现了对地下管廊中燃气输送管道泄露点进行高精度地定位，解决了现有光纤光栅传感系统无法对管道泄露点精准定位的技术缺陷。

四、本发明针对单一参量不能满足泄露定位与预警需要的情况，加入多个光纤光栅温度传感器，配合氧化反应原理完成管道泄露点的进一步定位确认与泄露预警功能实现，以低误警率和漏警率完成对地下管廊中的燃气输送管道泄露预警。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为本发明定位与预警装置的结构示意图；

图2为本发明左振膜的结构示意图；

图3为本发明光缆接头保护壳的结构示意图；

图4为本发明定位与预警系统的结构示意图；

图5为本发明定位与预警方法的步骤流程图；

图中：1为光纤保护壳、2为装置外壳、3为铂膜层、4为固定底座、5为左共振腔室、6为右共振腔室、7为振膜固定夹、8为光缆接头保护壳固定部分、9为光缆接头保护壳中空部分、10为光缆接头保护壳盖、11为光缆、12为法兰、13为光电探测器、14为光纤光栅高速解调仪、15为地下管廊顶部岩层、16为燃气输送管道；

F1为第一光纤、F2为第二光纤、E1为左光缆接头保护壳、E2为右光缆接头保护壳、A1为第一光纤光栅温度传感器、A2为第二光纤光栅温度传感器、A3为第三光纤光栅温度传感器、B1为第一光纤光栅应变传感器、B2为第二光纤光栅应变传感器、C1为左振膜、C2为右振膜、D1为左声音收集器、D2为右声音收集器、G1为第一固定柱、G2为第二固定柱、G3为第三固定柱、G4为第四固定柱、H1为第一装置、H2为第二装置。

具体实施方式

如图1至图5所示，本发明提供的基于光纤光栅的地下管廊内管道泄露定位与预警装置，如图1所示，包括：光纤保护壳1、装置外壳2、铂膜层3、固定底座4、左共振腔室5、右共振腔室6、振膜固定夹7、第一光纤F1、第二光纤F2、第一光纤光栅温度传感器A1、第二光纤光栅温度传感器A2、第三光纤光栅温度传感器A3、第一光纤光栅应变传感器B1、第二光纤光栅应变传感器B2、左振膜C1、右振膜C2、左声音收集器D1、右声音收集器D2、左光缆接头保护壳E1、右光缆接头保护壳E2、第一固定柱G1、第二固定柱G2、第三固定柱G3、第四固定柱G4。

其中四个固定柱(G1-G4)的两端均带有螺纹，四个固定柱的一端分别旋入装置外壳2上的四个有内螺纹的固定孔进行固定，另一端分别旋入固定底座4的四个螺孔并延长至地下管廊顶部岩层15所设置的有内螺纹的固定孔完成装置的固定；圆柱结构的装置外壳2中设有中空结构的左共振腔室5与右共振腔室6，当燃气输送管道发生泄露时产生的强声波被左声音收集器D1和右声音收集器D2分别收集至左共振腔室5与右共振腔室6完成声波共振放大，共振腔室中设置高响应频域的振膜：左振膜C1和右振膜C2，左振膜C1和右振膜C2通过振膜固定夹7固定，在左振膜C1上贴附第二光纤F2与第一光纤光栅应变传感器B1，右振膜C2上贴附第二光纤F2与第二光纤光栅应变传感器B2，声波通过共振腔室收集放大后传导至左振膜C1和右振膜C2产生振动，使得第一光纤光栅应变传感器B1与第二光纤光栅应变传感器B2内部光栅反应波长发生线性偏移，波长偏移后的光波通过第二光纤F2传输，光纤保护壳1中通入第一光纤F1并设置第一光纤光栅温度传感器A1与第二光纤光栅温度传感器A2，两个光纤光栅温度传感器的光栅反射的光波波长根据地下管廊环境温度变化发生线性变化，并通过第一光纤F1传输光波，以第一光纤光栅温度传感器A1和第二光纤光栅温度传感器A2实时采集的温度作为装置环境参考温度；装置外壳2内底部中间设置光纤通道通入第二光纤F2与第三光纤光栅温度传感器A3，并在装置外壳2底部外层设置铂膜层3，燃气泄露时燃气与铂膜层3接触发生氧化反应产生热量导致第三光纤光栅温度传感器A3周围温度升高引起其光栅反射的光波波长发生线性变化，并通过第二光纤F2传输光波。

图2是左振膜结构示意图。左共振腔室5内结构与右共振腔室6内结构为对称设置，其中左振膜C1和右振膜C2均为圆型结构并且分别与第二光纤F2上设置的第一光纤光栅应变传感器B1和第二光纤光栅应变传感器B2贴附，左振膜C1和右振膜C2均具备高响应频率特性，若燃气管道发生泄露情况，燃气管道泄露点产生的声波通过空气传播至振膜，将声音的纵波以振膜的振动形式进行还原。

图3是光缆接头保护壳结构示意图。左光缆接头保护壳E1和右光缆接头保护壳E2包括：光缆接头保护壳固定部分8、光缆接头保护壳中空部分9、光缆接头保护壳盖10，其中光缆接头保护壳固定部分8设有两个通孔用于第一光纤F1与第二光纤F2的通过与固定，光缆接头保护壳盖10中心开有一个通孔，用于通入外接光缆11，光缆接头保护壳中空部分9放置两个法兰用于将装置中两个通道的第一光纤F1、第二光纤F2与外接光缆11连接。

本发明对地下管廊内燃气输送管道泄露进行定位与预警系统，需将多个本发明装置按照相同的间隔距离用固定柱固定在燃气输送管道16正上方的地下管廊顶部岩层15上，且所有装置排列在与燃气输送管道16平行的直线上，将所有本发明装置通过光缆11串行连接，最后一个装置通过光缆11和地上监控室的光电探测器13连接，光缆11将各装置中的第一光纤F1与第二光纤F2光波参数信息传递至光电探测器13，光电探测器13接入光纤光栅高速解调仪14，光纤光栅高速解调仪14实时解调各装置中第一光纤光栅温度传感器A1采集的环境参考温度T_i1、第二光纤光栅温度传感器A2采集的环境参考温度T_i2、第三光纤光栅温度传感器A3采集的管道温度T_i3以及第一光纤光栅应变传感器B1采集的左振膜振动参量V_i1、第二光纤光栅应变传感器B2采集的右振膜振动参量V_i2(i＝1，2，…，n)。若某一时刻，光纤光栅高速解调仪14解调出的振动信号突然增大，则燃气输送管道16可能发生泄漏，通过对比找到两个振动信号最大且相邻的装置，并将这两个装置中各自的第三光纤光栅温度传感器A3采集的管道温度T_i3分别与自身的第一光纤光栅温度传感器A1采集的环境参考温度T_i1、第二光纤光栅温度传感器A2采集的环境参考温度T_i2做减法运算，只要两个装置中有一个装置出现这两个差值均大于装置设定的温度阈值T_ε的情况，则说明这两个装置之间的燃气输送管道某点发生泄露。下面结合附图4具体说明本发明装置对地下管廊内管道泄露的定位与预警过程。

图4中，第一装置H1、第二装置H2均为本发明一种光纤光栅地下管廊内管道泄露定位与预警装置，第一装置H1和第二装置H2中心间距50m相邻设置。假定某一时刻光纤光栅高速解调仪14解调出的振动信号突然增大，且第一装置H1的右振膜振动参量V₁₂和第二装置H2的左振膜振动参量V₂₁为最大，则第一装置H1与第二装置H2之间的燃气输送管道16可能发生泄露情况；进一步对第一装置H1与第二装置H2的温度值进行分析，假设此时光纤光栅高速解调仪14解调出第一装置H1上第一光纤光栅温度传感器A1采集的环境参考温度为T₁₁、第二光纤光栅温度传感器A2采集的环境参考温度为T₁₂、第三光纤光栅温度传感器A3采集的管道温度为T₁₃，第二装置H2上第一光纤光栅温度传感器A1采集的环境参考温度为T₂₁、第二光纤光栅温度传感器A2采集的环境参考温度为T₂₂、第三光纤光栅温度传感器A3采集的管道温度为T₂₃，计算T₁₃-T₁₁、T₁₃-T₁₂及T₂₃-T₂₁、T₂₃-T₂₂并与给定阈值T_ε进行对比，只要T₁₃-T₁₁与T₁₃-T₁₂均大于给定阈值T_ε或T₂₃-T₂₁与T₂₃-T₂₂均大于给定阈值T_ε即可确定第一装置H1和第二装置H2之间的燃气输送管道确实发生泄漏。

进一步将第一装置H1的右振膜振动参量V₁₂和第二装置H2的左振膜振动参量V₂₁以时间序列形式进行互相关算法运算获得相似振动信号的时间偏移量Δt，其中Δt便是管道泄漏点发出的相同声源到达装置的时间差；根据声波传播原理代入相似振动信号的时间偏移量Δt进行两点定位算法运算，获得管道泄露点到第一装置对称轴的水平距离x；其中两点定位算法公式为

式中h为装置中心距离燃气输送管道的高度，l为两个装置中心之间的距离，图4中l＝50m，k为声波在空气中的传播速度340m/s；根据计算所得x即可确定管道泄漏点的准确位置并发出管道泄露报警。

图5是本发明一种光纤光栅地下管廊内管道泄露定位与预警方法的步骤图。该方法包括以下步骤：

S1、光纤光栅高速解调仪14实时解调各装置中第一光纤光栅温度传感器A1采集的环境参考温度T_i1、第二光纤光栅温度传感器A2采集的环境参考温度T_i2、第三光纤光栅温度传感器A3采集的管道温度T_i3以及第一光纤光栅应变传感器B1采集的左振膜振动参量V_i1、第二光纤光栅应变传感器B2采集的右振膜振动参量V_i2(i＝1，2，…，n)；

S2、判断振动信号是否异常，若振动信号突然增大，则通过对比找到两个振动信号最大且相邻的装置，将其定义为第一装置H1与第二装置H2；

S3、将第一装置H1实时解调出的管道监测温度T₁₃分别与环境参考温度T₁₁、环境参考温度T₁₂相减并与设定阈值T_ε对比，同时将第二装置H2实时解调出的管道监测温度T₂₃分别与环境参考温度T₂₁、环境参考温度T₂₂相减并与设定阈值T_ε对比，若出现T₁₃-T₁₁与T₁₃-T₁₂均大于给定阈值T_ε或T₂₃-T₂₁与T₂₃-T₂₂均大于给定阈值T_ε，则可确定第一装置H1和第二装置H2之间的燃气输送管道确实发生泄漏；

S4、将第一装置H1的右振膜振动参量V₁₂和第二装置H2的左振膜振动参量V₂₁以时间序列形式进行互相关算法运算获得相似振动信号的时间偏移量Δt，其中Δt便是管道泄漏点发出的相同声源到达装置的时间差；

S5、根据声波传播原理代入相似振动信号的时间偏移量Δt进行两点定位算法运算，获得管道泄露点到第一装置H1对称轴的水平距离x，报警并显示泄露点位置。

关于本发明具体结构需要说明的是，本发明采用的各部件模块相互之间的连接关系是确定的、可实现的，除实施例中特殊说明的以外，其特定的连接关系可以带来相应的技术效果，并基于不依赖相应软件程序执行的前提下，解决本发明提出的技术问题，本发明中出现的部件、模块、具体元器件的型号、连接方式除具体说明的以外，均属于本领域技术人员在申请日前可以获取到的已公开专利、已公开的期刊论文、或公知常识等现有技术，无需赘述，使得本案提供的技术方案是清楚、完整、可实现的，并能根据该技术手段重现或获得相应的实体产品。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种地下管廊内管道泄露定位与预警系统，其特征在于：包括多个通过光纤光缆（11）串行连接的定位与预警装置，最后一个定位与预警装置通过光纤光缆（11）和地上监控室的光电探测器（13）连接，所述定位与预警装置包括光纤保护壳（1）、装置外壳（2）、铂膜层（3）、固定底座（4），所述光纤保护壳（1）固定在装置外壳（2）的顶部，装置外壳（2）的底部设置有铂膜层（3），其中装置外壳（2）和固定底座（4）上开有多个螺旋结构的固定孔，用来插入固定柱，通过固定柱将固定底座（4）和装置外壳（2）固定在地下管廊内管道的顶部岩层上；

所述光纤保护壳（1）内部通入第一光纤F1，第一光纤F1上设有第一光纤光栅温度传感器A1和第二光纤光栅温度传感器A2；

所述装置外壳（2）的两侧分别设置有左声音收集器D1和右声音收集器D2，装置外壳（2）的内部设置两个中空且圆柱形结构的共振腔室：左共振腔室（5）和右共振腔室（6），左共振腔室（5）与右共振腔室（6）之间通过内隔音层隔开；

所述装置外壳（2）的内侧顶部左右两边各开有一条光纤通道用于第二光纤F2两端的通过，装置外壳（2）的内侧底部中间开有一条光纤通道用于第二光纤F2通过，第二光纤F2在位于装置外壳的内侧底部处设置有第三光纤光栅温度传感器A3；

光纤光缆（11）将各装置中的第一光纤F1与第二光纤F2的光波参数信息传递至光电探测器（13），光电探测器（13）接入光纤光栅高速解调仪（14），光纤光栅高速解调仪（14）实时解调各装置中第一光纤光栅温度传感器A1采集的环境参考温度T _i1 、第二光纤光栅温度传感器A2采集的环境参考温度T _i2 、第三光纤光栅温度传感器A3采集的管道温度T _i3 以及第一光纤光栅应变传感器B1采集的左振膜振动参量V _i1 、第二光纤光栅应变传感器B2采集的右振膜振动参量V _i2 （i=1，2，…，n）；

若某一时刻，光纤光栅高速解调仪（14）解调出的振动信号突然增大，则燃气输送管道（16）可能发生泄漏，通过对比找到两个振动信号最大且相邻的装置，并将这两个装置中各自的第三光纤光栅温度传感器A3采集的管道温度T _i3 分别与自身的第一光纤光栅温度传感器A1采集的环境参考温度T _i1 、第二光纤光栅温度传感器A2采集的环境参考温度T _i2 做减法运算，只要两个装置中有一个装置出现这两个差值均大于装置设定的温度阈值T _ε 的情况，则说明这两个装置之间的燃气输送管道某点发生泄露。

2.根据权利要求1所述的一种地下管廊内管道泄露定位与预警系统，其特征在于：多个定位与预警装置按照相同的间隔距离用固定柱固定在燃气输送管道（16）正上方的地下管廊顶部岩层（15）上，且所有装置排列在与燃气输送管道（16）平行的直线上。

3.根据权利要求1所述的一种地下管廊内管道泄露定位与预警系统，其特征在于：所述装置外壳（2）为圆柱体结构，装置外壳（2）的外部两圆形侧面的中心部分通有中空通道并分别设置左声音收集器D1和右声音收集器D2。

4.根据权利要求1所述的一种地下管廊内管道泄露定位与预警系统，其特征在于：所述左共振腔室（5）中设有左振膜C1，第二光纤F2的一端从左共振腔室（5）中通过并贴附于左振膜C1，第二光纤F2在左振膜C1中心部分上设有第一光纤光栅应变传感器B1；

所述右共振腔室（6）中设有右振膜C2，第二光纤F2的另一端从右共振腔室（6）中通过并贴附于右振膜C2，第二光纤F2在右振膜C2中心部分上设有第二光纤光栅应变传感器B2。

5.根据权利要求1所述的一种地下管廊内管道泄露定位与预警系统，其特征在于：所述装置外壳（2）的内部延伸出环形且带有固定夹层的振膜固定夹（7），左振膜C1、右振膜C2的四周通过振膜固定夹（7）固定于左共振腔室（5）和右共振腔室（6），第二光纤F2通过振膜固定夹（7）中的固定夹层通入装置外壳（2）中设置好的光纤通道。

6.根据权利要求1所述的一种地下管廊内管道泄露定位与预警系统，其特征在于：所述装置外壳（2）的两侧设置有固定光纤的左光缆接头保护壳E1和右光缆接头保护壳E2，左光缆接头保护壳E1和右光缆接头保护壳E2均包括：光缆接头保护壳固定部分（8）、光缆接头保护壳中空部分（9）、光缆接头保护壳盖（10），其中光缆接头保护壳固定部分（8）设有2个光纤通道用于第一光纤F1、第二光纤F2的通过，光缆接头保护壳中空部分（9）用来放置法兰（12），通过法兰（12）将第一光纤F1、第二光纤F2与光纤光缆（11）连接。

7.一种地下管廊内管道泄露定位与预警方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、光纤光栅高速解调仪（14）实时解调各定位与预警装置中第一光纤光栅温度传感器A1采集的环境参考温度T _i1 、第二光纤光栅温度传感器A2采集的环境参考温度T _i2 、第三光纤光栅温度传感器A3采集的管道温度T _i3 以及第一光纤光栅应变传感器B1采集的左振膜振动参量V _i1 、第二光纤光栅应变传感器B2采集的右振膜振动参量V _i2 （i=1，2，…，n）；

S2、判断振动信号是否异常，若振动信号突然增大，则通过对比找到两个振动信号最大且相邻的装置，将其定义为第一装置H1与第二装置H2；

S3、将第一装置H1实时解调出的管道监测温度T ₁₃ 分别与环境参考温度T ₁₁ 、环境参考温度T ₁₂ 相减并与设定阈值T _ε 对比，同时将第二装置H2实时解调出的管道监测温度T ₂₃ 分别与环境参考温度T ₂₁ 、环境参考温度T ₂₂ 相减并与设定阈值T _ε 对比，若出现T ₁₃ -T ₁₁ 与T ₁₃ -T ₁₂ 均大于给定阈值T _ε 或T ₂₃ -T ₂₁ 与T ₂₃ -T ₂₂ 均大于给定阈值T _ε ，则可确定第一装置H1和第二装置H2之间的燃气输送管道确实发生泄漏；

S4、将第一装置H1的右振膜振动参量V ₁₂ 和第二装置H2的左振膜振动参量V ₂₁ 以时间序列形式进行互相关算法运算获得相似振动信号的时间偏移量Δt，其中Δt便是管道泄漏点发出的相同声源到达装置的时间差；

S5、根据声波传播原理代入相似振动信号的时间偏移量Δt进行两点定位算法运算，获得管道泄露点到第一装置H1对称轴的水平距离x。

Images