CN114127519A - 光纤感测系统、光纤感测装置和用于检测管道劣化的方法 - Google Patents

光纤感测系统、光纤感测装置和用于检测管道劣化的方法 Download PDF

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CN114127519A CN202080051026.2A CN202080051026A CN114127519A CN 114127519 A CN114127519 A CN 114127519A CN 202080051026 A CN202080051026 A CN 202080051026A CN 114127519 A CN114127519 A CN 114127519A
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Abstract

根据本公开的光纤感测系统包含：光纤(10)，其被铺设在管道(30)中；接收单元(21)，其被配置成从光纤(10)接收其上叠加有由光纤(10)检测到的振动的光学信号；以及判断单元(22)，其被配置成从该光学信号提取由光纤(10)检测到的振动的振动模式，并基于所提取振动模式来确定管道(30)的劣化状态。

Description

光纤感测系统、光纤感测装置和用于检测管道劣化的方法
技术领域
本公开涉及光纤感测系统、光纤感测装置和用于检测管道劣化的方法。
背景技术
常规地，铺设在工厂等中的管道的检查工作通常由熟练的工人手动进行。然而，这种类型的检查工作需要派遣熟练的工人到管道进行每次检查，这是成本较高的。另外，需要为工人进行检查工作准备好设置。例如，当管道位于地面上时，设置的准备需要脚手架，或者当管道位于地下时，需要挖掘。准备此类设置不仅成本高，而且耗时。
为此，最近提出了一种无需工人就能检测管道状况的技术。例如，专利文献1公开了一种技术，在由高温流体流过的内部管道、覆盖内部管路的绝缘层和覆盖绝缘层的外部管道组成的高温气体管路中，通过测量外部管道表面上多个定位的温度，基于外部管道表面上的测量温度分布数据来检测由绝缘材料破裂引起的异常状况。
引文列表
专利文献
专利文献1：日本未经审查的专利申请公开No.H10-207534
发明内容
技术问题
然而，专利文献1中公开的技术利用覆盖绝缘材料的外部管道的表面上的温度分布来检测异常状况，因此该技术只能在流经管道的物质是高温并且管道使用绝缘材料时应用。
换句话说，当流经管道的物质不是高温时或者当管道不使用绝缘材料时，不能应用专利文献1中公开的技术。
因此，本公开的目的是解决上述问题，并提供一种光纤感测系统、光纤感测装置和用于检测管道劣化的方法，其能够检测管道的状况，而不管流经管道的物质或管道的结构如何。
问题的解决方案
根据一方面的光纤感测系统包含：光纤，其被铺设在管道中；接收单元，其被配置成从光纤接收叠加有由光纤检测到的振动的光学信号；以及判断单元，其被配置成从该光学信号提取由光纤检测到的振动的振动模式，并且基于所提取振动模式来确定管道的劣化状态。
根据一方面的光纤感测装置包含：接收单元，其被配置成从铺设在管道中的光纤接收叠加有由光纤检测到的振动的光学信号；以及判断单元，其被配置成从光学信号提取由光纤检测到的振动的振动模式，并且基于所提取振动模式来确定管道的劣化状态。
根据一方面的检测管道劣化的方法包括：用于由铺设在管道中的光纤检测振动的步骤；用于从光纤接收叠加有由光纤检测到的振动的光学信号的接收步骤；以及用于从光学信号提取由光纤检测到的振动的振动模式并基于所提取振动模式来确定管道的劣化状态的判断步骤。
本发明的有利效果
上述方面提供了提供一种光纤感测系统、光纤感测装置和用于检测管道劣化的方法的效果，其可以检测管道的状况，而不管流经管道的物质或管道的结构如何。
附图说明
图1是示出根据第一示例性实施例的光纤感测系统的配置示例的图；
图2是示出根据第一示例性实施例的光纤感测系统的另一配置示例的图；
图3是示出根据第一示例性实施例的光纤感测系统的另一配置示例的图；
图4是示出根据第一示例性实施例的光纤感测系统的另一配置示例的图；
图5是示出由根据第一示例性实施例的判断单元执行的机器学习的示例的流程图；
图6是示出用于由根据第一示例性实施例的判断单元执行的机器学习的训练数据的示例的图；
图7是示出由根据第一示例性实施例的判断单元提取的振动模式的示例的图；
图8是示出由根据第一示例性实施例的判断单元提取的振动模式的示例的图；
图9是示出由根据第一示例性实施例的判断单元提取的振动模式的示例的图；
图10是示出由根据第一示例性实施例的判断单元提取的振动模式的示例的图；
图11是示出由根据第一示例性实施例的判断单元提取的振动模式的示例的图；
图12是示出由于管道腐蚀而产生弹性波的情况的示例的图；
图13是示出由根据第一示例性实施例的判断单元提取的振动模式的示例的图；
图14是示出由根据第一示例性实施例的判断单元提取的振动模式的示例的图；
图15是示出由根据第一示例性实施例的判断单元提取的振动模式的示例的图；
图16是示出根据第一示例性实施例的光纤感测系统的操作示例的流程图；
图17是示出由根据第二示例性实施例的判断单元存储的对应表的示例的图；
图18是示出由根据第二示例实施例的判断单元提取的以时间序列布置的振动模式的示例的图；
图19是示出根据第二示例性实施例的光纤感测系统的操作示例的流程图；
图20是示出光纤的多余部分的示例的图；
图21是示出由根据第三示例性实施例的判断单元存储的对应表的示例的图；
图22是示出在根据第三示例性实施例的判断单元中，用于识别从接收单元到发生振动的位置的光纤长度的方法的示例的图；
图23是示出根据第三示例性实施例的光纤感测系统的操作示例的流程图；
图24是示出根据第三示例性实施例的光纤感测系统的另一操作示例的流程图；
图25是示出根据第三示例性实施例的光纤感测系统的变型例的图；
图26是示出根据第四示例性实施例的光纤感测系统的配置示例的图；
图27是示出用于由根据第四示例性实施例的通知单元的通知的GUI屏幕的示例的图；
图28是示出根据第四示例性实施例的光纤感测系统的操作示例的流程图；以及
图29是示出实现根据示例性实施例的光纤感测装置的计算机的硬件配置的示例的框图。
具体实施方式
下文将参考附图描述本公开的示例性实施例。应注意，为了解释清楚，以下描述和附图已经被适当地简写和简化。此外，在以下每一附图中，相同的元件由相同的附图标记指定，并且在必要时省略重复的解释。
第一实施例
首先，下文将参考图1描述根据第一示例性实施例的光纤感测系统的配置示例。
如图1所示，根据第一示例性实施例的光纤感测系统包含光纤10和光纤感测装置20。此外，光纤感测装置20包含接收单元21和判断单元22。
光纤10铺设在管道30中，并且其一个末端连接到光纤感测装置20。尽管图1示出光纤10穿过管道30内部的示例，但是铺设光纤10的方法不限于此。例如，光纤10可以缠绕在管道30周围，或者可以沿着管道30在管道30内部或外部爬行。或者，其中编织有光纤10的片材可以缠绕在管道30周围。光纤10也可以与其他电缆一起容纳在沿着管道30位于管道30内部或外部的盒子中。
管道30可以铺设在任何定位处，诸如地上、地下以及天花板、地板和墙壁中/上。图2示出将管道30铺设在地面上的示例。在图2的示例中，管道30由柱31A至31C(在下文中，当没有指定任何柱31A至31C时，称为柱31)支撑，并且铺设在地面上方。图3示出将管道30铺设在地下的示例。
更具体地，管道30的示例包括铺设在地下的用于电缆和污水的管道、铺设在天花板中的空调管道以及用于工厂中的高温流体的管道，但管道30的应用不限于此。
光纤10的数量不限于一个，并且可以提供多个光纤10。图4示出将两个光纤10铺设在管道30中的示例。在图4的示例中，两个光纤10中的每一个的一个末端连接到光纤感测装置20，并且两个光纤10在彼此相反的方向上延伸。
接收单元21将脉冲光注入光纤10中。接收单元21还接收当脉冲光经由光纤10作为返回光(光学信号)传输通过光纤10时产生的反射光或散射光。
当管道30中发生振动时，振动被传输到铺设在管道30中的光纤10，并叠加在由光纤10传输的返回光上。以此方式，光纤10可以检测在管道30中产生的振动。
因此，当管道30中发生振动时，光纤10检测振动并传输叠加在返回光上的振动，并且接收单元21接收叠加有由光纤10检测到的振动的返回光。
此处，管道30中发生的振动具有独特的振动模式，其中振动的强度、振动的定位、频率波动的转变等取决于管道30的劣化状态而不同。因此，可以通过分析管道30中发生的振动的振动模式的动态变化来确定管道30的劣化状态。
因此，判断单元22从接收单元21从光纤10接收的返回光中提取由光纤10检测到的振动的振动模式，并基于所提取振动模式来确定管道30的劣化状态。换句话说，判断单元22确定管道30已经劣化了多少。
应注意，本文的管道30的破裂意味着发生流经管道30的物质泄漏的状态(例如，裂缝等)，并且管道30的劣化意味着即将破裂的状态(例如，腐蚀、磨损等)。
下面将描述判断单元22如何基于由光纤10检测到的振动的振动模式来确定管道30的劣化状态的示例。
(A1)方法A1
首先，将描述方法A1。
在方法A中，判断单元22使用模式匹配。
例如，判断单元22预先存储针对管道30的每一劣化程度的匹配模式，其是当在具有劣化程度的管道30中发生振动时的振动模式。判断单元22比较由光纤10检测到的振动模式与预先存储的匹配模式。当由光纤10检测到的振动模式与预先存储的匹配模式中的任一者匹配时，判断单元22确定该管道30具有对应于匹配的匹配模式的劣化程度。
此外，判断单元22可以根据管道30铺设的环境和流经管道30的物质来改变匹配模式。
例如，当管道30铺设在户外时，判断单元22可以使用由风或雨产生的振动的振动模式作为匹配模式，由在周围道路上行驶的火车或汽车产生的振动的振动模式，或者由频繁的建筑工程的振动产生的振动的振动模式。
此外，流经管道30的物质大致被分类为液体、气体或固体。因而，判断单元22可以根据流经管道30的物质是液体、气体还是固体来改变匹配模式。
(A2)方法A2
接着，将描述方法A2。
在方法A2中，判断单元22根据管道30的劣化状态来机器学习(例如，通过深度学习)振动模式，并且使用机器学习的学习结果(初始训练模型)来确定管道30的劣化状态。
下文将参考图5来描述方法A2的机器学习方法。
如图5所示，判断单元22输入：指示管道30的劣化程度的训练数据；以及发生在劣化程度的管道30中并由光纤10检测到的振动的振动模式(步骤S11、S12)。图6示出训练数据的示例。图6是当三个振动模式A、B和C用于训练时的训练数据的示例。应注意，在图6中，正常管道30的劣化程度为0，其中劣化程度的值越大，劣化越严重(这同样适用于下文的图17和图18)。
随后，判断单元22进行训练数据和振动模式的匹配和分类(步骤S13)，并进行监督学习(步骤S14)。结果，获得初始训练模型(步骤S15)。该初始训练模型是当输入由光纤10检测到的振动的振动模式时输出管道30的劣化程度的模型。
当确定管道30的劣化状态时，判断单元22将由光纤10检测到的振动的振动模式输入到初始训练模型中。以此方式，判断单元22获得管道30的劣化程度作为初始训练模型的输出结果。
此外，判断单元22可以根据管道30铺设的环境和流经管道30的物质来改变初始训练模型。管道30铺设的环境和流经管道30的物质的示例与上述方法A1所述的相同。
(A3)方法A3
接着，将描述方法A3。
图7示出了当在管道30中产生人工振动时在光纤10上的特定定位处检测到的振动的振动模式，其中横轴指示时间，并且纵轴指示振动强度。
图8和图9示意性地示出了诸如图7所示的振动模式，其中图8和图9中的水平轴和垂直轴类似于图7中的定义。
在图8和图9所示的振动模式中，当振动发生时，振动随后被衰减。此衰减时间取决于管道30的劣化状态而不同。具体地，当管道30处于正常状态时，衰减时间较短，但衰减时间随着管道30的劣化而增加。
因此，在方法A3中，判断单元22基于在由光纤10检测到的振动的振动模式中的衰减时间的长度来确定管道30的劣化状态。
(A4)方法A4
接着，将描述方法A4。
图10和图11示意性地示出了在快速傅立叶变换(FFT)处理当在管道30中产生人工振动时产生的振动模式之后的振动模式，诸如图7所示的振动模式，其中水平轴指示频率，并且垂直轴指示振动强度。
在图10和图11中所示的振动模式中，振动强度有一个频率峰。该频率峰发生时所在的频率根据管道30的劣化状态而不同。具体地，在劣化管道30的振动模式中，发生频率峰所在的频率偏移到比正常管道30的振动模式更高的频率侧。
因此，在方法A4中，判断单元22基于在由光纤10检测到的振动的振动模式中发生频率峰所在的频率来确定管道30的劣化状态。
(A5)方法A5
接着，将描述方法A5。
图12示出当管道30中发生腐蚀时的情况。图13示出类似于图10和图11的当管道30中发生腐蚀时的振动模式。
如图12所示，当管道30中发生腐蚀时产生弹性波。
如图13所示，由弹性波引起的振动在振动特性上由于物质等流过管道30而不同于在稳定状态下产生的振动。具体地，在管道30中稳定状态下发生的振动发生在较低的频带中。另一方面，由于管道30的腐蚀而产生的弹性波所引起的振动发生在较高频带中。
因此，在方法A5中，判断单元22基于在由光纤10检测到的振动的振动模式中是否存在由较高频带中的弹性波引起的振动来确定管道30的劣化状态。
(A6)方法A6
接着，将描述方法A6。
图14和图15示出发生腐蚀时类似于图8和图9的当管道30中的振动模式。
在图14和图15中所示的振动模式中，振动是由管道30的腐蚀所产生的弹性波引起的。振动发生的间隔取决于管道30腐蚀的进展速率而变化。具体地，在腐蚀进展轻微的管道30的振动模式中，由每单位时间的弹性波引起的振动的发生频率较低。另一方面，在腐蚀进展严重的管道30的振动模式中，由每单位时间的弹性波引起的振动的发生频率较高。
因此，在方法A6中，判断单元22基于在由光纤10检测到的振动的振动模式中弹性波所引起的振动发生频率来确定管道30的劣化状态。
下文将参考图16描述根据第一示例性实施例的光纤感测系统的操作示例。
如图16所示，光纤10检测管道30中发生的振动(步骤S21)。由光纤10检测到的振动叠加在通过光纤10传输的返回光上。
然后，接收单元21从光纤10接收由光纤10检测到的振动叠加在其上的返回光(步骤S22)。
判断单元22然后从接收单元21所接收的返回光提取由光纤10检测到的振动的振动模式，并基于所提取振动模式来确定管道30的劣化状态(步骤S23)。该确定可以例如使用上述方法A1至A5中的任一个来进行。
如上文所述，根据第一示例性实施例，接收单元21从铺设在管道30中的光纤10接收叠加有由光纤10检测到的振动的返回光。判断单元22从返回光提取由光纤10检测到的振动的振动模式，并基于所提取振动模式来确定管道30的劣化状态。
此处，只要光纤10铺设在管道30中，流经管道30的物质不必像专利文献1中那样是高温的，或者管道30不必用绝缘材料覆盖。因此，可以检测管道30的劣化状态，而不管流经管道30的物质或管道30的结构如何。
第二实施例
根据第二示例性实施例的光纤感测系统具有与上述第一示例性实施例相似的配置，具有判断单元22的扩展功能。
判断单元22基于由光纤10检测到的振动的振动模式来确定管道30的劣化状态，并且还基于所确定的管道30的劣化状态来检测管道30的破裂迹象。
下文将描述判断单元22如何基于管道30的劣化状态来检测管道30的破裂迹象的示例。
(B1)方法B1
首先，将描述方法B1。
在方法B1中，如图17所示，判断单元22预先存储对应表，该对应表指示管道30的每一劣化程度的破裂时间，其是预测具有劣化程度的管道30在未来破裂的时间。
判断单元22首先使用上述方法A1至A5中的任一个来确定管道30的劣化状态(在此情况下，劣化程度)，并且基于管道30的劣化程度和图17中所示的对应表来检测管道30的破裂迹象。例如，判断单元22确定在劣化程度为2的管道30上存在破裂迹象，并且破裂时间为两年。
(B2)方法B2
接着，将描述方法B2。
在方法B2中，判断单元22定期地(例如，每年)使用上述方法A1至A5中的任一个来确定管道30的劣化状态，并定期地存储管道30的所确定的劣化状态。然后，判断单元22基于管道30的劣化状态随时间的变化来检测管道30的破裂迹象。
图18是用于解释方法B2的图。应注意，图18是判断单元22使用上述方法A5来确定管道30的劣化状态的示例，并且示出了类似于图10和图11中的振动模式的时间序列。
在图18的示例中，判断单元22定期地(此处，每年)确定管道30的劣化状态。此处，判断单元22确定两年前管道30是正常的，但是一年前劣化程度是1，并且现在劣化程度是2。
判断单元22基于两年前、一年前和现在管道30的振动模式随时间的变化，预测一年后的振动模式和在振动模式中发生频率峰所在的频率。在图18的示例中，作为预测的结果，一年后在振动模式中发生频率峰的频率位于比阈值更高的频率侧。因此，判断单元22确定管道30将在一年内破裂。
下文将参考图19描述第二示例性实施例的光纤感测系统的操作示例。
如图19所示，首先进行步骤S31至S33，它们类似于图16中所示的步骤S21至S23。
然后，判断单元22基于在步骤S33确定的管道30的劣化状态来检测管道30的破裂迹象(步骤S34)。该检测可以例如使用上述方法B1或B2中的任一个来进行。
如上文所述，根据第二示例性实施例，判断单元22基于管道30的劣化状态来检测管道30的破裂迹象。
这使得有可能在管道30破裂和发生诸如流经管道30的物质泄漏的问题之前派遣工人来修理管道30并采取其他措施。
其他效果类似于上述第一示例性实施例。
第三实施例
根据第三示例性实施例的光纤感测系统具有与上述第二示例性实施例相似的配置，具有判断单元22的进一步扩展功能。
判断单元22基于接收单元21所接收的返回光来识别检测到管道30的破裂迹象的位置。
下文将描述判断单元22如何基于接收单元21所接收的返回光来识别检测到管道30的破裂迹象的位置的示例。
(C1)方法C1
首先，将描述方法C1。
在方法C1中，判断单元22首先基于接收单元21将脉冲光注入到光纤10中的时间与接收单元21接收到叠加有振动的返回光的时间之间的时间差，识别从接收单元21(光纤感测装置20)到发生振动的位置的光纤10的长度。光纤10的识别长度被定义为X[m]。
当光纤10铺设在30中时，可能产生多余部分，如图20所示。该多余部分的长度被定义为Y[m]。应注意，假设多余部分的长度Y[m]被判断单元22预先已知。
然后，判断单元22使用上述X和Y通过以下公式(1)来识别从接收单元21到发生振动的位置的距离Z[m]。
Z[m]＝X[m]-Y[m]...(1)
另外，判断单元22预先存储对应表，该对应表使距接收单元21的距离与对应于该距离的定位相关联。这使得有可能识别发生振动的位置(定位)。图21示出了当管道30由柱31支撑并且如图2所示铺设在地面上方时的对应表的示例。在图21的示例中，距接收单元21的距离与安装在对应于该距离的位置的柱31的识别信息相关联。例如，当从接收单元21到发生振动的位置的距离Z[m]是xx[m]时，判断单元22确定发生振动的定位是柱31A所在的定位。应注意，尽管图21中的对应表是将距接收单元21的距离与柱31的识别信息相关联的表，但是与距离相关联的识别信息不限于柱31，而是可以是识别定位的任何信息，诸如识别区域的信息。
为了识别检测到管道30的破裂迹象的位置，判断单元22识别用于检测如上所述的管道30的破裂迹象的振动模式的振动发生的位置。然后，判断单元22确定该识别位置是检测到管道30的破裂迹象的位置。
应注意，判断单元22可以在检测到管道30的破裂迹象时识别检测到破裂迹象的位置。可替代地，判断单元22可以预识别当接收单元21接收到叠加有振动的返回光时发生振动的位置，并且然后，判断单元22可以确定预识别的位置是当使用振动的振动模式检测到管道30的破裂迹象时检测到管道30的破裂迹象的位置。
(C2)方法C2
接着，将描述方法C2。方法C2在识别从接收单元21到发生振动的位置的光纤10的长度X[m]方面不同于方法C1，但是在其他方面类似于方法C1。
在方法C2中，判断单元22在从接收单元21起的光纤10的长度当中，比较在对应于长度的位置处检测到的振动强度，并且基于比较结果，识别从接收单元21到发生振动的位置的光纤10的长度X[m]。
例如，如图22所示，假设检测从接收单元21起的光纤10的每一长度的振动。在图22的示例中，振动强度通过圆形的大小来指示，其中圆形的大小越大，则振动强度越大。在此情况下，判断单元22根据振动强度的分布来识别振动发生的位置。在图22的示例中，由于振动强度在柱31A附近增加，所以判断单元22识别从接收单元21到柱31A附近的光纤10的长度X[m]。
下文将参考图23描述第三示例性实施例的光纤感测系统的操作示例。图23是识别在检测到破裂迹象时检测到管道30的破裂迹象的位置的示例。
如图23所示，首先进行步骤S41至S44，它们类似于图19中所示的步骤S31至S34。
当在步骤S44检测到管道30的破裂迹象时(步骤S45的是)，则判断单元22基于接收单元21所接收的返回光来识别检测到管道30的破裂迹象的位置(步骤S46)。该识别可以例如使用上述方法C1或C2中的任一个来进行。
下文将参考图24描述第三示例性实施例的光纤感测系统的另一操作示例。图24是在接收单元21接收到叠加有振动的返回光时，预识别发生振动的位置，并且将预识别的位置用作检测到管道30的破裂迹象的位置的示例。
如图24所示，首先进行步骤S51至S52，它们类似于图19中所示的步骤S31至S32。
判断单元22然后基于接收单元21所接收的返回光来识别叠加在返回光上的振动发生的位置(步骤S53)。该识别可以例如使用上述方法C1或C2中的任一个来进行。
然后，进行步骤S54至S55，它们类似于图19中所示的步骤S33至S34。
当在步骤S55检测到管道30的破裂迹象时(步骤S56的是)，则判断单元22随后将在步骤S53预识别的位置识别为检测到管道30的破裂迹象的位置(步骤S57)。
如上文所述，根据第三示例性实施例，判断单元22基于管道30的劣化状态来检测管道30的破裂迹象，并且基于接收单元21所接收的返回光来识别检测到管道30的破裂迹象的定位。
这使得有可能在管道30破裂和发生诸如流经管道30的物质泄漏的问题之前派遣工人来修理管道30并采取其他措施。此外，由于可以识别检测到管道30的破裂迹象的位置，例如，即使当管道30铺设在较宽的区域上时，也可以准确地掌握检测到破裂迹象的位置，从而可以派遣工人。
其他效果类似于上述第一示例性实施例。
下文将参考图25描述第三示例性实施例的变型例。
如图25所示，在该变型例中，判断单元22提取在光纤10上的区段内的多个点处检测到的振动的振动模式，其中管道30的材料相同并且流经管道30的物质相同。
然后，判断单元22比较在多个点检测到的振动模式，并基于该比较结果来识别已经发生劣化的位置或存在破裂迹象的位置。
例如，当在一些点检测到的振动模式不同于在其他点检测到的振动模式时，判断单元22确定在检测到不同振动模式的点处已经发生劣化或者存在破裂迹象。
此时，判断单元22可以例如以以下方式确定在一些点检测到的振动模式是否不同于在其他点检测到的振动模式。首先，判断单元22基于在多个点检测到的振动模式的分布、平均值等来识别正常振动模式的范围。然后，判断单元22确定在多个点检测到的振动模式当中，正常振动模式范围之外的振动模式不同于在其他点检测到的振动模式。
例如，在图25的示例中，判断单元22提取诸如图10和图11中所示的振动模式作为在多个点检测到的振动的振动模式，并且比较在振动模式之间发生频率峰所在的频率。结果，在点X处检测到的振动模式中，与在区间Y中的另一点处检测到的振动模式相比，发生频率峰所在的频率向更高的频率侧偏移。因此，判断单元22确定在点X已发生劣化或者在点X存在破裂迹象。应注意，点X的位置可以通过使用例如上述方法C1或C2中的任一个来识别。
应注意，在图25的示例中，提取诸如图10和图11中所示的振动模式，但本发明不限于此，并且可以提取其他振动模式。
第四实施例
下文将参考图26描述根据第四示例性实施例的光纤感测系统的配置示例。
如图26中所示，根据第四示例性实施例的光纤感测系统与上述第一至第三示例性实施例的配置的不同之处在于，显示单元40被附加地提供，并且通知单元23被附加地提供给光纤感测装置20。
当判断单元22检测到管道30的破裂迹象时，通知单元23通知警报。此时，通知单元23可以通知检测到管道30的破裂迹象的位置。通知目的地可以是例如用于监控管道30的监控系统、用于监控管道30的监控室中的监控终端等或者用户终端。此外，通知方法可以是例如在诸如通知目的地的显示器或监视器的显示单元40上显示图形用户界面(GUI)屏幕的方法。此外，通知方法可以是从通知目的地的扬声器(未示出)输出语音消息的方法。
此外，通知单元23可以存储指示铺设在管道30中的光纤10的位置的信息和彼此相关联的地图信息。然后，当判断单元22检测到管道30的破裂迹象时，通知单元23可以在被显示在显示单元40上的地图上绘制并显示检测到管道30的破裂迹象的位置。图27示出了GUI屏幕的示例，该GUI屏幕绘制并显示在地图上检测到管道30的破裂迹象的位置。在图27的示例中，绘制并显示光纤10的铺设位置，以及在地图上绘制并显示检测到管道30的破裂迹象的位置X。此时，通知单元23可以显示检测到管道30的破裂迹象的位置的当前劣化状态。应注意，图27所示的地图可以根据需要放大或缩小。
下文将参考图28描述第四示例性实施例的光纤感测系统的操作示例。
如图28所示，首先进行步骤S61至S66，它们类似于图23中所示的步骤S41至S46。
当判断单元22在步骤S64检测到管道30的破裂迹象(步骤S65的是)并且识别检测到管道30的破裂迹象的位置(步骤S66)时，通知单元23随后通知警报(步骤S67)。该通知可以例如使用上述图27中所示的GUI屏幕来进行。
应注意，图28所示的操作示例仅是示例，没有限制。例如，可以通过将图28所示的步骤S67添加到图24所示的操作示例来修改图28所示的操作示例。
在图28的示例中，通知单元23仅当检测到管道30的破裂迹象时才通知警报，尽管本发明不限于此。例如，作为确定管道30的劣化状态的结果，当劣化程度等于或高于阈值时，通知单元23可以通知警报，或者通知管道30的确定的劣化状态，而不管劣化程度如何。此外，类似于图27，通知单元23可以在显示单元40上显示的地图上绘制并显示管道30的劣化程度等于或高于阈值的位置或者确定管道30的劣化状态的位置。
如上文所述，根据第四示例性实施例，当判断单元22检测到管道30的破裂迹象时，通知单元23通知警报。结果，可以通知监控管道30的监控系统、监控室等已经检测到管道30的破裂迹象。
其他效果类似于上述第一示例性实施例。
其他实施例
在上述示例性实施例中，判断单元22基于由光纤10检测到的振动的振动模式来确定管道30的劣化状态。判断单元22可以通过进一步考虑为管道30预先存储的管道信息来确定管道30的劣化状态。管道信息包括例如，管道30的材料和厚度、流经管道30的物质类型、流经管道30的物质的流速等等。这可以提高确定准确性。应注意，为了考虑管道信息，例如，当使用上述方法A1来确定管道30的劣化状态时，匹配模式可以根据管道信息而改变。此外，当上述方法A2用于确定管道30的劣化状态时，可以想到根据管道信息改变训练模型。
此外，在上述管道信息中，判断单元22可以基于由光纤10检测到的振动的振动模式来确定流经管道30的物质的类型和流速。作为确定方法，可以考虑如上述方法A1中使用模式匹配的方法、如上述方法A2中使用学习模型的方法等。此外，光纤10不仅可以检测振动而且可以检测声音和温度。因而，判断单元22可以通过使用由光纤10检测到的振动、声音和温度中的至少一者来确定流经管道30的物质的类型。
尽管在上述示例性实施例中，光纤感测装置20设置有多个组件(接收单元21、判断单元22和通知单元23)，但是本发明不限于此。光纤感测装置20中设置的组件不限于在一个设备中设置，而是可以分布在多个设备上。
光纤感测装置的硬件配置
下文将参考图29描述实现光纤感测装置20的计算机50的硬件配置。
如图29中所示，计算机50包含处理器501、存储器502、存储装置503、输入/输出接口(输入/输出I/F)504、通信接口(通信I/F)505等等。处理器501、存储器502、存储装置503、输入/输出接口504、通信接口505通过数据传输线连接用于相互发送和接收数据。
例如，处理器501是诸如中央处理单元(CPU)和图形处理单元(GPU)的算术处理单元。例如，存储器502是诸如随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)的存储器。例如，存储装置503是诸如硬盘驱动器(HDD)、固态驱动器(SSD)和存储卡的存储设备。可替代地，存储装置503可以是诸如RAM和ROM的存储器。
存储装置503存储实现光纤感测装置20中设置的组件(接收单元21、判断单元22和通知单元23)的功能的程序。处理器501通过执行这些程序来实现光纤感测装置20中设置的组件的功能。此处，当执行上述每一程序时，处理器501可以将程序加载到存储器502上，且然后执行该程序，或者可以在不将程序加载到存储器502上的情况下执行该程序。存储器502和存储装置503还起到存储光纤感测装置20中设置的组件保持的信息和数据的作用。
上述程序使用各种类型的非暂时性计算机可读介质中的任一者来存储，并且可以被供应给计算机(包括计算机50)。非暂时性计算机可读介质包括各种类型的有形存储介质。非暂时性计算机可读介质的示例包括磁性记录介质(例如，软盘、磁带、硬盘驱动器)、磁光记录介质(例如，磁光盘)、紧密光盘ROM(CD-ROM)、可记录CD(CD-R)、可重写CD(CD-R/W)、半导体存储器(例如，掩模ROM、可编程ROM(PROM)、可擦除PROM(EPROM)、快闪ROM和RAM)。程序也可以通过各种类型的暂时计算机可读介质中的任一个被供应给计算机。暂时性计算机可读介质的示例包括电信号、光学信号和电磁波。暂时性计算机可读介质可以经由有线通信路径(诸如电线和光纤)或无线通信路径将程序供应给计算机。
输入/输出接口504连接到显示设备5041、输入设备5042、声音输出设备5043等等。显示设备5041是显示对应于由处理器501处理的绘图数据的屏幕的设备，诸如液晶显示器(LCD)、阴极射线管(CRT)显示器和监视器。输入设备5042是接收操作者的操作输入的设备，并且例如是键盘、鼠标、触摸传感器等。显示设备5041和输入设备5042可以集成并实现为触控面板。声音输出设备5043是诸如扬声器的设备，其在声学上输出对应于由处理器501处理的声学数据的声音。
通信接口505向外部设备发送数据/从外部设备接收数据。例如，通信接口505经由有线通信路径或无线通信路径与外部设备进行通信。
尽管上文已经参考示例性实施例描述了本公开，但是本公开不限于上述示例性实施例。可以在本公开的范围内对本公开的结构和细节进行本领域技术人员可理解的各种改变。
例如，上述示例性实施例中的一些或全部可以组合使用。
另外，上述示例性实施例中的一些或全部也可以如以下补充说明中所述，但不限于以下。
(补充说明1)
一种光纤感测系统，包含：
光纤，其被铺设在管道中；
接收单元，其被配置成从光纤接收叠加有由光纤检测到的振动的光学信号；以及
判断单元，其被配置成从光学信号提取由光纤检测到的振动的振动模式，并基于所提取振动模式来确定管道的劣化状态。
(补充说明2)
根据补充说明1所述的光纤感测系统，其中，判断单元基于劣化状态来检测管道的破裂迹象。
(补充说明3)
根据补充说明2所述的光纤感测系统，其中，判断单元基于光学信号来识别检测管道的破裂迹象的位置。
(补充说明4)
根据补充说明1至3中的任一项所述的光纤感测系统，其中，判断单元从光学信号提取在管道的多个定位处的振动模式，并且基于在管道的多个定位处的振动模式来确定多个定位中的至少一个的劣化状态。
(补充说明5)
根据补充说明1至4中的任一项所述的光纤感测系统，其中，判断单元比较由光纤检测到的振动的振动模式与匹配模式，并基于比较的结果来确定管道的劣化状态。
(补充说明6)
根据补充说明5所述的光纤感测系统，其中，判断单元根据流经管道的物质来改变匹配模式。
(补充说明7)
根据补充说明3所述的光纤感测系统，还包含通知单元，该被配置成当判断单元检测到管道的破裂迹象时通知警报。
(补充说明8)
根据补充说明7所述的光纤感测系统，还包含显示单元，
其中，当判断单元检测到管道的破裂迹象时，通知单元在显示单元上绘制并显示检测到管道的破裂迹象的位置。
(补充说明9)
一种光纤感测装置，包含：
接收单元，其被配置成从光纤接收叠加有由铺设在管道中的光纤检测到的振动的光学信号；以及
判断单元，其被配置成从光学信号提取由光纤检测到的振动的振动模式，并基于所提取振动模式来确定管道的劣化状态。
(补充说明10)
根据补充说明9所述的光纤感测装置，其中，判断单元基于劣化状态来检测管道的破裂迹象。
(补充说明11)
根据补充说明10所述的光纤感测装置，其中，判断单元基于光学信号来识别检测管道的破裂迹象的位置。
(补充说明12)
根据补充说明9至11中的任一项所述的光纤感测装置，其中，判断单元从光学信号提取在管道的多个定位处的振动模式，并且基于在管道的多个定位处的振动模式来确定多个定位中的至少一个的劣化状态。
(补充说明13)
根据补充说明9至12中的任一项所述的光纤感测装置，其中，判断单元比较由光纤检测到的振动的振动模式与匹配模式，并基于比较的结果来确定管道的劣化状态。
(补充说明14)
根据补充说明13所述的光纤感测装置，其中，判断单元根据流经管道的物质来改变匹配模式。
(补充说明15)
根据补充说明11所述的光纤感测装置，还包含通知单元，该通知单元被配置成当判断单元检测到管道的破裂迹象时通知警报。
(补充说明16)
根据补充说明15所述的光纤感测装置，其中，当判断单元检测到管道的破裂迹象时，通知单元在显示单元上绘制并显示检测到管道的破裂迹象的位置。
(补充说明17)
一种使用光纤感测系统来检测管道劣化的方法，包括：
检测步骤，其由铺设在管道中的光纤来检测振动；
接收步骤，其用于从光纤接收叠加有由光纤检测到的振动的光学信号；以及
判断步骤，其用于从光学信号提取由光纤检测到的振动的振动模式并基于所提取振动模式来确定管道的劣化状态。
(补充说明18)
根据补充说明17所述的检测管道劣化的方法，其中，在判断步骤基于劣化状态来检测管道的破裂迹象。
(补充说明19)
根据补充说明18所述的检测管道劣化的方法，其中该判断步骤基于光学信号来识别检测管道的破裂迹象的位置。
(补充说明20)
根据补充说明17至19中的任一项所述的检测管道劣化的方法，其中，该判断步骤从光学信号提取在管道的多个定位处的振动模式，并且基于在管道的多个定位处的振动模式来确定多个定位中的至少一个的劣化状态。
(补充说明21)
根据补充说明17至20中的任一项所述的检测管道劣化的方法，其中，该判断步骤比较由光纤检测到的振动的振动模式与匹配模式，并基于比较的结果来确定管道的劣化状态。
(补充说明22)
根据补充说明21所述的检测管道劣化的方法，其中，该判断步骤根据流经管道的物质来改变匹配模式。
(补充说明23)
根据补充说明19所述的检测管道劣化的方法，还包括通知步骤，该通知步骤用于当在判断步骤检测到管道的破裂迹象时通知警报。
(补充说明24)
根据补充说明23所述的检测管道劣化的方法，其中，当判断步骤检测到管道的破裂迹象时，通知步骤在显示单元上绘制并显示检测到管道的破裂迹象的位置。
本申请主张要求于2019年7月16日提交的日本专利申请No.2019-131495的优先权的权益，其全部内容通过引用的方式并入本文中。
附图标记列表
10 光纤
20 光纤感测装置
21 接收单元
22 判断单元
23 通知单元
30 管道
31A至31C 柱
40 显示单元
50 计算机
501 处理器
502 存储器
503 存储装置
504 输入/输出接口
5041 显示设备
5042 输入设备
5043 声音输出设备
505 通信接口

Claims (24)

1.一种光纤感测系统，包含：
光纤，所述光纤被铺设在管道中；
接收单元，所述接收单元被配置成从所述光纤接收叠加有由所述光纤检测到的振动的光学信号；以及
判断单元，所述判断单元被配置成从所述光学信号提取由所述光纤检测到的所述振动的振动模式，并且基于提取的所述振动模式来确定所述管道的劣化状态。
2.根据权利要求1所述的光纤感测系统，其中，所述判断单元基于所述劣化状态来检测所述管道的破裂迹象。
3.根据权利要求2所述的光纤感测系统，其中，所述判断单元基于所述光学信号来识别检测到所述管道的破裂迹象的位置。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的光纤感测系统，其中，所述判断单元从所述光学信号提取在所述管道的多个定位处的振动模式，并且基于在所述管道的所述多个定位处的所述振动模式来确定所述多个定位中的至少一个的劣化状态。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的光纤感测系统，其中，所述判断单元比较由所述光纤检测到的所述振动的振动模式与匹配模式，并且基于所述比较的结果来确定所述管道的劣化状态。
6.根据权利要求5所述的光纤感测系统，其中，所述判断单元根据流经所述管道的物质来改变所述匹配模式。
7.根据权利要求3所述的光纤感测系统，还包含通知单元，所述通知单元被配置成当所述判断单元检测到所述管道的破裂迹象时通知警报。
8.根据权利要求7所述的光纤感测系统，还包含显示单元，
其中，当所述判断单元检测到所述管道的破裂迹象时，所述通知单元在所述显示单元上绘制并且显示检测到所述管道的所述破裂迹象的位置。
9.一种光纤感测装置，包含：
接收单元，所述接收单元被配置成从光纤接收叠加有由铺设在管道中的所述光纤检测到的振动的光学信号；以及
判断单元，所述判断单元被配置成从所述光学信号提取由所述光纤检测到的所述振动的振动模式，并且基于提取的所述振动模式来确定所述管道的劣化状态。
10.根据权利要求9所述的光纤感测装置，其中，所述判断单元基于所述劣化状态来检测所述管道的破裂迹象。
11.根据权利要求10所述的光纤感测装置，其中，所述判断单元基于所述光学信号来识别检测到所述管道的破裂迹象的位置。
12.根据权利要求9至11中的任一项所述的光纤感测装置，其中，所述判断单元从所述光学信号提取在所述管道的多个定位处的振动模式，并且基于在所述管道的所述多个定位处的所述振动模式来确定所述多个定位中的至少一个的劣化状态。
13.根据权利要求9至12中的任一项所述的光纤感测装置，其中，所述判断单元比较由所述光纤检测到的所述振动的振动模式与匹配模式，并且基于所述比较的结果来确定所述管道的劣化状态。
14.根据权利要求13所述的光纤感测装置，其中，所述判断单元根据流经所述管道的物质来改变所述匹配模式。
15.根据权利要求11所述的光纤感测装置，还包含通知单元，所述通知单元被配置成当所述判断单元检测到所述管道的破裂迹象时通知警报。
16.根据权利要求15所述的光纤感测装置，其中，当所述判断单元检测到所述管道的破裂迹象时，所述通知单元在显示单元上绘制并且显示检测到所述管道的所述破裂迹象的位置。
17.一种使用光纤感测系统来检测管道劣化的方法，包括：
检测步骤，所述检测步骤由铺设在管道中的光纤来检测振动；
接收步骤，所述接收步骤用于从所述光纤接收叠加有由所述光纤检测到的振动的光学信号；以及
判断步骤，所述判断步骤用于从所述光学信号提取由所述光纤检测到的所述振动的振动模式并且基于提取的所述振动模式来确定所述管道的劣化状态。
18.根据权利要求17所述的检测管道劣化的方法，其中，在判断步骤基于所述劣化状态来检测所述管道的破裂迹象。
19.根据权利要求18所述的检测管道劣化的方法，其中，所述判断步骤基于所述光学信号来识别检测到所述管道的破裂迹象的位置。
20.根据权利要求17至19中的任一项所述的检测管道劣化的方法，其中，所述判断步骤从所述光学信号提取在所述管道的多个定位处的振动模式，并且基于在所述管道的所述多个定位处的所述振动模式来确定所述多个定位中的至少一个的劣化状态。
21.根据权利要求17至20中的任一项所述的检测管道劣化的方法，其中，所述判断步骤比较由所述光纤检测到的所述振动的振动模式与匹配模式，并且基于所述比较的结果来确定所述管道的劣化状态。
22.根据权利要求21所述的检测管道劣化的方法，其中，所述判断步骤根据流经所述管道的物质来改变所述匹配模式。
23.根据权利要求19所述的检测管道劣化的方法，还包括通知步骤，所述通知步骤用于当在所述判断步骤检测到所述管道的破裂迹象时通知警报。
24.根据权利要求23所述的检测管道劣化的方法，其中，当所述判断步骤检测到所述管道的破裂迹象时，所述通知步骤在显示单元上绘制并且显示检测到所述管道的所述破裂迹象的位置。
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