CN117007173B - 一种用于管道泄漏监测的光纤声波传感器 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种用于管道泄漏监测的光纤声波传感器，涉及声波监测技术领域，该传感器包括基座壳体、激光组件、声敏膜片、压环和螺旋管，通过基座壳体和压环将声敏膜片固定在基座壳体的一端，同时将激光组件设置在基座壳体内，并将激光组件与声敏膜片相接触，使该传感器能够通过声敏膜片对光纤进行增敏，从而提高激光组件整体的灵敏度，以对管道产生的声音进行更加精细的监测。且在激光组件中设有发热光纤，能够有效衰减激光组件的剩余光功率，以降低点燃管道内介质的风险。同时通过螺旋管连通基座壳体与压环间的环境压力，减少声敏膜片受到的压力，提高传感器的运行稳定性。
Description
技术领域
本申请涉及声波监测技术领域，尤其涉及一种用于管道泄漏监测的光纤声波传感器。
背景技术
管道运输作为一种经济、有效、环保的运输方式，在液体、气体运输中具有独特的优势，随着管线增多、管龄增长、以及不可避免的腐蚀和自然或人为损坏等原因，管线泄漏屡见不鲜，造成了严重的资源浪费、经济损失及人身安全威胁，因此管道泄漏检测是管道安全运行的关键和重要保障。
油气管道泄漏监测主要包括流量统计法、压力梯度法、负压波法、瞬态模型法等，但对于小泄漏和天然气管道泄漏，由于天然气的可压缩性，上述方法的监测精度和可靠性大大降低。当管道上有泄漏时，管道内介质压力平衡被打破，流体向外泄漏与管壁摩擦产生声波信号，声波沿管壁和管内介质向两端传播，其中高频声波信号衰减较快，但次声波波长长、能量衰减慢、传播距离长，非常适合管道泄漏监测，尤其是长输管道泄漏监测。
对次声波信号进行监测可通过声波传感器实现，声波传感器包括电子声波传感器和光纤声波传感器。但因油气通过管道输送，具有高压、易燃、易爆的特性，常规电子次声波传感器具有长期易漂移、带电、易电打火、易受电磁干扰等缺点，在实际监测时存在诸多弊端。而对于光纤声波传感器来说，因其出光功率及光辐照度较高，在油气环境仍旧具有引爆风险。
发明内容
本申请提供一种用于管道泄漏监测的光纤声波传感器，以解决因出光功率及光辐照度较高增加监测过程中油气引爆风险的问题。
本申请提供一种用于管道泄漏监测的光纤声波传感器，包括：基座壳体，基座壳体包括第一壳体和连接柱，第一壳体为带有空腔的圆柱形结构，连接柱为圆柱形结构，且连接柱设有沿轴向延伸的通孔；连接柱同轴设置在第一壳体的一端；激光组件，激光组件通过连接柱的通孔设置在第一壳体的空腔内；激光组件包括光纤激光器和发热光纤，光纤激光器与发热光纤的一端连接；声敏膜片，声敏膜片为圆片状结构，声敏膜片的第一侧贴合在第一壳体未连接连接柱的一端，发热光纤的另一端与声敏膜片接触；压环，压环的第一端设有安装孔，压环的第二端设有第二壳体，第二壳体为镂空圆筒结构，压环通过安装孔套接在第一壳体设有声敏膜片的一端；螺旋管，螺旋管设置在第二壳体中；第一壳体远离第二壳体的一端设有连接通孔，螺旋管的一端延伸至连接通孔，以将声敏膜片的两侧腔室连通。
通过基座壳体和压环将声敏膜片固定在基座壳体的一端，同时将激光组件设置在基座壳体内，并将激光组件与声敏膜片相接触。使这样结构的传感器能够通过声敏膜片放大管道产生的次声波，从而提高激光组件的灵敏度，从而对管道产生的声音进行更加精细的监测。而在激光组件中设置发热光纤能够有效衰减激光组件的光功率，以降低点燃管道内介质的风险。同时通过螺旋管连通第一壳体与第二壳体间的环境，减少声敏膜片受到的压力，提高传感器的运行稳定性。
在一种可行的实施方式中，激光组件还包括第一光纤，第一光纤设置在光纤激光器未与发热光纤连接的一端，第一光纤通过连接柱的通孔延伸至基座壳体的外侧。通过第一光纤能够将激光组件与外部设备连接，从而接收和发送光信号，以实现监测功能。第二光纤，第二光纤设置在光纤激光器与发热光纤之间，光纤激光器通过第二光纤与发热光纤的一端连接；第二光纤的长度大于或等于5mm。由于发热光纤衰减光功率时会发出热量，导致光纤激光器会因轴向受热不均匀产生啁啾现象，通过设置长度大于5mm的第二光纤，使得光纤激光器不受发热光纤产生的热量影响，提高传感器的监测性能。
在一种可行的实施方式中，第一光纤上套设有固定座，固定座的内径与第一光纤直径相同，固定座的外径与连接柱的通孔的直径相同，固定座设置在连接柱的通孔内；连接柱上设有沿径向延伸的固定孔和第一固定螺栓，第一固定螺栓设置在固定孔内，以压接固定座。通过在第一光纤上套设固定座并通过固定螺栓将固定座压接在连接柱内，使激光组件能够固定在第一壳体内，同时通过固定激光组件能够施加一定的预紧力，防止光纤在第一壳体内部产生弯折。
在一种可行的实施方式中，连接柱上设有第一注液孔，第一注液孔设置在固定孔远离第一壳体的一侧，以在激光组件设置在第一壳体内后向连接柱中的通孔注塑来密封基座壳体；连接柱远离第一壳体的一端的通孔中设有内螺纹，基座壳体还包括密封压钉，密封压钉上设有外螺纹，密封压钉与连接柱的通孔螺纹连接，以在激光组件设置在第一壳体内后配合注塑来密封基座壳体；密封压钉上设有光纤通孔，第一光纤通过光纤通孔穿过密封压钉。通过在连接柱中注塑的方式将固定座及激光组件进行固定及密封，从而减少外部的管道介质的影响，以提高监测的灵敏性。
在一种可行的实施方式中，激光组件还包括封装管，封装管与第一壳体和声敏膜片同轴设置，封装管贯穿声敏膜片套设在发热光纤外，发热光纤通过封装管与声敏膜片接触；封装管位于第一壳体外的一端设有球状帽，球状帽的外径大于封装管的外径。发热光纤的一端设有封装管能够提高激光组件与声敏膜片的接触面积，减少蠕变，避免长时间运行时对光纤施加的预紧力失效。
在一种可行的实施方式中，第一壳体的外侧设有第一凹槽，第二壳体的外侧设有第二凹槽，螺旋管的一端先后通过第二凹槽和第一凹槽，将第一壳体的腔室与压环的腔室连通。在第一壳体和第二壳体上分别设置凹槽，使螺旋管能够通过凹槽连通第一壳体的腔室和压环的腔室，减少整体结构的凹凸面。
在一种可行的实施方式中，压环外套设有透声管，透声管的内径与第二壳体的外径相同，透声管的长度大于压环的轴向长度，以与压环的第二壳体形成密闭的空腔；第一壳体上设有第二注液孔，以在激光组件设置在第一壳体内后向第一壳体内注入填充液体；第二注液孔的内壁设有螺纹，以在注液完成后通过螺栓封闭第一壳体；压环的第二端还设有与端面同心的第三注液孔，以向第二壳体内注入填充液体；第三注液孔的内壁设有螺纹，以在注液完成后通过螺栓配合透声管封闭第二壳体。通过透声管能够将压环的第二壳体形成一个除注液孔外的密闭腔室，从而通过注液和密封实现第一壳体内腔室与第二壳体内腔室的静态液压平衡，避免因被测管道中介质压力过大影响声敏膜片性能的问题。
在一种可行的实施方式中，还包括压片，压片设置在声敏膜片的第二侧，第二侧为声敏膜片中第一侧相对的一侧；安装孔和第二壳体连接位置设有台阶面，压环通过安装孔套接第一壳体的一端时，台阶面与压片贴合，以将声敏膜片固定在第一壳体的一端。通过压片能够对声敏膜片进行一定的保护，减少其损坏的概率，提高声波监测的稳定性。
在一种可行的实施方式中，还包括保护壳体，保护壳体为圆筒状结构，保护壳体套设在基座壳体和压环外侧；保护壳体内设有台阶面，以限位压环和基座壳体。保护壳体能够对基座壳体、压环及其内部结构进行保护，从而降低传感器的损坏风险。
在一种可行的实施方式中，还包括连接壳体，连接壳体的第一端与保护壳体螺纹连接，连接壳体的第二端设有连接件，连接壳体通过连接件将传感器固定在被测管道内。连接壳体能够将传感器固定在被测管道内，从而对一定长度的管道进行监测，避免传感器随介质流动而产生运动。
由以上技术方案可知，本申请提供一种用于管道泄漏监测的光纤声波传感器，包括基座壳体、激光组件、声敏膜片、压环和螺旋管，通过基座壳体和压环将声敏膜片固定在基座壳体的一端，同时将激光组件设置在基座壳体内，并将激光组件与声敏膜片相接触，使该传感器能够通过声敏膜片放大管道产生的次声波，提高激光组件的灵敏度，从而对管道产生的声音进行更加精细的监测。且在激光组件中设有发热光纤，能够有效衰减激光组件的光功率，以降低点燃管道内介质的风险。同时通过螺旋管连通基座壳体与压环间的环境压力，减少声敏膜片受到的压力，提高传感器的运行稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例中一种用于管道泄漏监测的光纤声波传感器的结构示意图；
图2为本申请实施例中一种激光组件的结构示意图；
图3为本申请实施例中一种螺旋管的结构示意图；
图4为本申请实施例中一种压环的结构示意图；
图5为本申请实施例中一种基座壳体的结构示意图；
图6为本申请实施例中另一种用于管道泄漏监测的光纤声波传感器的结构示意图。
图示说明：
10-基座壳体；20-激光组件；30-声敏膜片；40-压环；50-螺旋管；60-压片；70-保护壳体；80-连接壳体；
11-第一壳体；12-连接柱；13-密封压钉；21-光纤激光器；22-发热光纤；23-第一光纤；24-第二光纤；25-封装管；26-球状帽；27-固定座；41-安装孔；42-第二壳体；43-透声管；44-第三注液孔；
111-第二注液孔；112-第一凹槽；121-固定孔；122-第一固定螺栓；123-第一注液孔；421-第二凹槽。
具体实施方式
下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的示例。
以下，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
此外，本申请中，“上”、“下”等方位术语是相对于附图中的部件示意置放的方位来定义的，应当理解到，这些方向性术语是相对的概念，它们用于相对于的描述和澄清，其可以根据附图中部件所放置的方位的变化而相应地发生变化。
管道运输作为一种经济、有效、环保的运输方式，在液体、气体运输中具有独特的优势，随着管线增多、管龄增长、以及不可避免的腐蚀和自然或人为损坏等原因，管线泄漏屡见不鲜，造成了严重的资源浪费、经济损失及人身安全威胁，因此管道泄漏检测是管道安全运行的关键和重要保障。
当管道上有泄漏时，管道内介质压力平衡被打破，流体向外泄漏与管壁摩擦产生声波信号，声波沿管壁和管内介质向两端传播，其中高频声波信号衰减较快，但次声波波长长、能量衰减慢、传播距离长，非常适合管道泄漏监测，尤其长输管道泄漏监测。
因光纤次声传感器不带电、抗电磁干扰、易复用等，特别适合对管道泄漏产生的声波进行监测。其中基于分布式反馈光纤激光器(Distributed Feedback Fiber Laser，DFB-FL)具有窄线宽、干涉距离长等特点，与其它光纤声波传感器相比灵敏度更高，拾取微弱信号能力更强，但是其需要泵浦光源进行激发，为保证DFB-FL稳定出光，使传感器具有较好的干涉条纹和较低噪声，进入DFB的泵浦光源功率需大于等于100mW，经过单级DFB后剩余光功率一般小于等于70%泵浦光功率。
而参考对于爆炸性环境中光辐射设备和传输系统的国家标准，即GB/T 3836.22-2017国家标准，光辐照面积趋于0，时间趋于无穷大时，光辐射在爆炸性环境中的点燃判据为最小功率。由于DFB-FL所用光纤纤芯为9μm左右，且泵浦光源为连续光，复合光辐照面积趋于0、时间无穷大的条件，所以其在爆炸性环境中的点燃判据为最小功率。而GB/T3836.22-2017中限定的内容，在爆炸性环境中n链烷不会点燃的最大允许功率值为150mW，对所有气体/蒸汽混合物（不包括二硫化碳）的最大允许功率值为35mW。
但在实际应用中，由于经过单级DFB后剩余光功率一般小于等于70%泵浦光功率，因此DFB-FL在运行过程中会产生小于或等于70mW的剩余光功率，剩余光功率虽然小于150mW，但大于35mW，有一定的引爆风险，同时由于光纤纤芯截面非常小，致使光辐照度较大，增加了引爆风险。
因此为了解决因出光功率及光辐照度较高增加监测过程中油气引爆风险的问题，本申请提供一种用于管道泄漏监测的光纤声波传感器，从而降低光纤声波传感器的出光功率并提高监测的灵敏度，提高传感器的运行安全性。
参见图1，为本申请实施例中一种用于管道泄漏监测的光纤声波传感器的结构示意图。如图1所示，该传感器包括基座壳体10、激光组件20、声敏膜片30、压环40和螺旋管50。其中：
基座壳体10包括第一壳体11和连接柱12，第一壳体11为带有空腔的圆柱形结构，连接柱12为圆柱形结构，且连接柱12设有沿轴向延伸的通孔，连接柱12同轴设置在第一壳体11的一端。连接柱12可与第一壳体11通过螺纹连接，从而将连接柱12与第一壳体11同轴设置。同时，为了能够在管道介质中正常运行，第一壳体11和连接柱12的材质可为低膨胀系数的金属材料，例如殷钢等。
激光组件20则通过连接柱12的通孔设置在第一壳体11的空腔内，如图2所示，激光组件20包括光纤激光器21和发热光纤22，光纤激光器21与发热光纤22的一端连接。示例性的，为了实现监测功能，光纤激光器21可为基于分布式反馈光纤激光器，即DFB-FL，其为一种直接刻写在掺铒光纤上的光纤光栅构成的激光器，线宽可达几kHz，从而使通过封装光纤激光器21实现高灵敏度的传感器结构。
而发热光纤22能够将经过光纤激光器21处理的光信号进行处理，将光功率通过热辐射、热对流的方式发散出去。在本申请部分实施例中，发热光纤22可为掺钴光纤，掺钴光纤与光纤激光器21连接，用于接收光纤激光器21发射的光信号，掺钴光纤能够将光信号的功率转化为热量，从而通过热辐射、热对流的方式将光功率降低。应当理解的是，激光组件20中相互连接的光纤的直径相同，从而便于熔接。
在本申请的部分实施例中，由于发热光纤22产生热量，会导致光纤激光器21的轴向受热不均匀产生啁啾现象，为了避免产生啁啾现象，如图2所示，激光组件20中还包括第一光纤23和第二光纤24。其中第二光纤24设置在光纤激光器21与发热光纤22之间，从而将光纤激光器21与发热光纤22分隔开来，从而避免啁啾现象的产生，示例性的，为了实现隔热效果，第二光纤24的长度大于或等于5mm，从而使得光纤激光器21不受发热光纤22产生的热量影响，提高该传感器的监测性能。
而第一光纤23则设置在光纤激光器21未与发热光纤22连接的一端，第一光纤23通过连接柱12的通孔延伸至基座壳体10的外侧。通过第一光纤23能够将激光组件20与外部设备连接，从而接收和发送光信号，以实现监测信号的接收发送。应当理解的是，为了便于熔接，设置在第一壳体11内的光纤激光器21、发热光纤22和第二光纤24均为裸光纤，而第一光纤23中靠近光纤激光器21且位于基座壳体10内的部分为裸光纤，而位于基座壳体10外的则为设有涂覆层的光纤，涂覆层能够为位于基座壳体10外的部分第一光纤23提供保护。
在本申请部分实施例中，如图1、图2和图5所示，第一光纤23上可套设有固定座27，固定座27的内径与第一光纤23直径相同，第一光纤23在贯穿固定座27后，可通过环氧胶等胶水进行粘接固定，防止第一光纤23在固定座27中滑动。固定座27的外径与连接柱12的通孔的直径相同，在将激光组件20设置在基座壳体10中时，固定座27设置在连接柱12的通孔内。而连接柱12上设有沿径向延伸的固定孔121和第一固定螺栓122，第一固定螺栓122设置在固定孔121内，以通过向固定座27施加沿连接柱12径向的力，在施加一定的预紧力后通过固定座27固定激光组件20的位置，防止预紧力失效。
通过在第一光纤23上套设固定座27并通过第一固定螺栓122将固定座27压接在连接柱12内，使激光组件20能够固定在第一壳体11内，同时通过固定激光组件20能够施加一定的预紧力，防止光纤在第一壳体11内部产生弯折，提高监测灵敏性。
进一步的，如图1所示，连接柱12上还可设有第一注液孔123，第一注液孔123设置在固定孔121远离第一壳体11的一侧，以在激光组件20设置在第一壳体11内后向连接柱12中的通孔注塑或环氧胶等物质来密封基座壳体10。
同时为了配合注塑密封基座壳体10，基座壳体10还包括密封压钉13，连接柱12远离第一壳体11的一端的通孔中设有内螺纹，密封压钉13上设有外螺纹，密封压钉13与连接柱12的通孔螺纹连接，以在激光组件20设置在第一壳体11内后配合注塑来密封基座壳体10。密封压钉13上还设有光纤通孔，第一光纤23通过光纤通孔穿过密封压钉13，从而与外部设备进行连接，应当理解的是，穿出密封压钉13的第一光纤23表面设有涂覆层以减少环境介质对光纤的损伤。通过在连接柱12中注塑的方式将固定座27及激光组件20进行固定及密封，从而减少外部的管道介质的影响，以提高监测的灵敏性。
声敏膜片30则为圆片状结构，声敏膜片30的第一侧贴合在第一壳体11未连接连接柱12的一端。为了实现增敏效果，声敏膜片30需要与激光组件20连接，因此可将发热光纤22的另一端与声敏膜片30接触，从而通过声敏膜片30实现增敏效果。
在部分实施例中，为了实现声敏膜片30与激光组件20的接触，声敏膜片30的圆心位置可同心设有一个通孔，从而使发热光纤22通过通孔与声敏膜片30接触。示例性的，发热光纤22与通孔之间可设有环氧胶进行粘接。
应当理解的是，在激光组件20设置在第一壳体11中后，需要对激光组件20沿轴向施加预紧力，从而通过激光组件20实现监测效果。同时由于声敏膜片30为了实现增敏效果厚度较薄，且发热光纤22的直径较小，发热光纤22与声敏膜片30的接触面积很小，通过环氧胶进行粘接时有效粘接长度或面积不够，且会产生蠕变，导致激光组件20的预紧力失效甚至发热光纤22与声敏膜片30间接触断开，从而失去增敏功能。
因此在部分实施例中，如图2所示，激光组件20还包括封装管25，封装管25与第一壳体11和声敏膜片30同轴设置，封装管25贯穿声敏膜片30套设在发热光纤22外，发热光纤22通过封装管25与声敏膜片30接触。示例性的，封装管25的外径可为0.3mm-0.4mm，内径则可为0.13mm-0.15mm，从而增加发热光纤22与声敏膜片30的接触面积，减少粘接蠕变。
示例性的，封装管25可为石英管，而由于石英管的材质与掺钴光纤近似，因此封装管25与发热光纤22间可实现通过氢氧焰、电极和CO2激光器等高温热熔方式实现无胶化耦合。封装管25位于第一壳体11外的一端设有球状帽26，球状帽26的外径大于封装管25的外径，其中球状帽26的球状结构的直径可处于0.5mm-1mm。在本实施例中，通过球状帽26的外径大于声敏膜片30被封装管25贯穿的通孔，以及封装管25与发热光纤22的无胶化耦合，避免长时间运行时对激光组件20施加的预紧力失效。
如图1和图4所示，压环40的第一端设有安装孔41，压环的第二端设有第二壳体42。其中，第二壳体42为镂空圆筒结构，压环40通过安装孔41套接在第一壳体11设有声敏膜片30的一端。示例性的，安装孔41的内径可略小于第一壳体11的外径，从而通过过盈配合实现压环40和第一壳体11的连接固定。
在本申请部分实施例中，该传感器还可包括压片60，如图1所示，压片60设置在声敏膜片30的第二侧，第二侧为声敏膜片30中第一侧相对的一侧，即将第一壳体11和压片60分别放置在声敏膜片30的两侧。安装孔41和第二壳体42连接位置设有台阶面，压环40通过安装孔41套接第一壳体11的一端时，台阶面与压片60贴合，以将声敏膜片30固定在第一壳体11的一端。通过压片60配合压环40能够将声敏膜片30固定在第一壳体11的一端，同时还可对声敏膜片30进行一定的保护，减少其损坏的概率，提高声波监测的稳定性。
如图1和图3所示，螺旋管50设置在第二壳体42中，且第一壳体11上远离第二壳体42的一端设有连接通孔，螺旋管50的一端延伸至连接通孔，螺旋管50的另一端位于第二壳体42内，从而将声敏膜片30的两侧腔室连通。
示例性的，螺旋管50可为金属制的毛细管，例如不锈钢毛细管，其外径可为1mm，内径可为0.4mm。如图3所示，螺旋管50包括两个部分，即螺旋状管和折线状管，其中螺旋状管是位于第二壳体42内的部分，而折线状管则是延伸出用于连通第一壳体11的腔室与第二壳体42的腔室的部分。
应当理解的是，螺旋管50是用于调节第一壳体11和第二壳体42中的压力平衡的器件，而因第二壳体42为镂空圆筒结构，为了保证第二壳体42的密闭性，如图1所示，压环40外套设有透声管43，透声管43的内径与第二壳体42的外径相同，或透声管43的内径略小于第二壳体42的外径，从而与第二壳体42过盈配合套设在其外部。
透声管43的长度大于压环40的轴向长度，以与压环40的第二壳体42在声敏膜片30的形成密闭的空腔。同时第一壳体11上设有第二注液孔111，以在激光组件20设置在第一壳体11内后向第一壳体11内注入填充液体，其中填充液体可为具有稳定性且不易腐蚀裸光纤的液体，例如硅油等。进一步的，第二注液孔111的内壁设有螺纹，以在注液完成后通过螺栓封闭第一壳体11。
如图4所示，压环40的第二端还设有与端面同心的第三注液孔44，以向第二壳体42内注入填充液体，应当理解的是，为了实现压力平衡，第二壳体42中填充的液体可与第一壳体11中填充的液体相同。同时为了注液后的密封性能，第三注液孔44的内壁同样设有螺纹，以在注液完成后通过螺栓配合透声管43封闭第二壳体42。应当理解的是，注液完成后通过螺栓进行密封时，可配合环氧胶实现更加紧固的密封，提高密封效果。
通过透声管43能够将压环40的第二壳体42形成一个除注液孔外的密闭腔室，从而通过注液和密封实现第一壳体11内腔室与第二壳体42内腔室的静态液压平衡，避免因被测管道中介质压力过大影响声敏膜片30性能的问题。
应当理解的是，声波传感器静压平衡在响应特征上体现为高通滤波，高通截止频率下灵敏度降低，使次声波信号的探测能力不足，高通截止频率为：
；
其中，f h 即为高通截止频率，S 孔则为静压平衡孔的截面积，在本申请实施例中即为螺旋管50的截面积，V 腔为第一壳体11内腔室的体积，l 孔则为静压平衡孔长度。由上述公式可知，要降低截止频率以提高灵敏度，l 孔要增大、S 孔要减小和/或V 腔要增大。因此通过螺旋管50的设计使长度增加更为明显，而S 孔的内径由小通孔的内径1mm减小为螺旋管50的内径0.4mm，以上设计大大降低了静压平衡结构的高通截止频率，更易实现低频次声波声信号的高灵敏探测。
进一步的，如图4和图5所示，第一壳体11的外侧设有第一凹槽112，第二壳体42的外侧设有第二凹槽421，螺旋管50的一端先后通过第二凹槽421和第一凹槽112，将第一壳体11的腔室与压环40的腔室连通。在第一壳体11和第二壳体42上分别设置凹槽，使螺旋管50能够通过凹槽连通第一壳体11的腔室和压环40的腔室，减少整体结构的凹凸面，便于透声管43套设在压环40外侧。
本申请实施例中通过基座壳体10和压环40将声敏膜片30固定在基座壳体10的一端，同时将激光组件20设置在基座壳体10内，并将激光组件20与声敏膜片相接触。使这样结构的传感器能够通过声敏膜片30放大管道产生的次声波，从而提高激光组件20的灵敏度，从而对管道产生的声音进行更加精细的监测。而在激光组件20中设置发热光纤22能够有效衰减激光组件20的光功率，以降低点燃管道内介质的风险。同时通过螺旋管50连通第一壳体11与第二壳体42间的环境，减少声敏膜片30受到的压力，提高传感器的运行稳定性。
如图6所示，该传感器还可设有保护壳体70，保护壳体70为圆筒状结构，保护壳体70套设在基座壳体10和压环40外侧。保护壳体70内设有台阶面，以限位压环40和基座壳体10。在本实施例中，保护壳体70能够对基座壳体10、压环40及其内部结构进行保护，从而降低传感器的损坏风险。
如图6所示，该传感器还可包括连接壳体80，连接壳体80的第一端与保护壳体70螺纹连接，连接壳体80的第二端设有连接件，连接壳体80通过连接件将该传感器固定在被测管道内，从而对一定长度的管道进行监测，避免该传感器随介质流动而产生运动。在实际使用过程中，被测管道中的介质能够充满保护壳体70、连接壳体80以及基座壳体10和压环40形成的空腔。
由以上技术方案可知，本申请提供一种用于管道泄漏监测的光纤声波传感器，包括基座壳体10、激光组件20、声敏膜片30、压环40和螺旋管50，通过基座壳体10和压环40将声敏膜片30固定在基座壳体10的一端，同时将激光组件20设置在基座壳体10内，并将激光组件20与声敏膜片30相接触，使该传感器能够通过声敏膜片30放大管道产生的次声波，提高激光组件20的灵敏度，从而对管道产生的声音进行更加精细的监测。且在激光组件20中设有发热光纤22，能够有效衰减激光组件20的光功率，以降低点燃管道内介质的风险。同时通过螺旋管50连通基座壳体10与压环40间的环境压力，减少声敏膜片30受到的压力，提高传感器的运行稳定性。
本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。
Claims (7)
1.一种用于管道泄漏监测的光纤声波传感器，其特征在于，包括：
基座壳体，所述基座壳体包括第一壳体和连接柱，所述第一壳体为带有空腔的圆柱形结构，所述连接柱为圆柱形结构，且所述连接柱设有沿轴向延伸的通孔；所述连接柱同轴设置在所述第一壳体的一端；
激光组件，所述激光组件通过所述连接柱的通孔设置在所述第一壳体的空腔内；所述激光组件包括光纤激光器、发热光纤、第一光纤、第二光纤和封装管，所述光纤激光器与所述发热光纤的一端连接；所述发热光纤用于将经过所述光纤激光器的泵浦光信号的剩余光功率转化为热量，以通过热辐射、热对流降低所述泵浦光信号的剩余光功率；所述第一光纤设置在所述光纤激光器未与所述发热光纤连接的一端，所述第一光纤通过所述连接柱的通孔延伸至所述基座壳体的外侧；所述第二光纤设置在所述光纤激光器与所述发热光纤之间，所述光纤激光器通过所述第二光纤与所述发热光纤的一端连接；所述第二光纤的长度大于或等于5mm；所述封装管与所述第一壳体和声敏膜片同轴设置，所述封装管贯穿所述声敏膜片套设在所述发热光纤外，所述发热光纤通过所述封装管与所述声敏膜片接触；所述封装管位于所述第一壳体外的一端设有球状帽，所述球状帽的外径大于所述封装管的外径；
声敏膜片，所述声敏膜片为圆片状结构，所述声敏膜片的第一侧贴合在所述第一壳体未连接所述连接柱的一端，所述发热光纤的另一端与所述声敏膜片接触；
压环，所述压环的第一端设有安装孔，所述压环的第二端设有第二壳体，所述第二壳体为镂空圆筒结构，所述压环通过所述安装孔套接在所述第一壳体设有所述声敏膜片的一端；
螺旋管，所述螺旋管设置在所述第二壳体中；所述第一壳体远离所述第二壳体的一端设有连接通孔，所述螺旋管的一端延伸至所述连接通孔，以将所述声敏膜片的两侧腔室连通；所述第一壳体的外侧设有第一凹槽，所述第二壳体的外侧设有第二凹槽，所述螺旋管的一端先后通过所述第二凹槽和所述第一凹槽，将所述第一壳体的腔室与所述压环的腔室连通；
所述压环外套设有透声管，所述透声管的内径与所述第二壳体的外径相同，所述透声管的长度大于所述压环的轴向长度，以与所述压环的所述第二壳体形成密闭的空腔。
2.根据权利要求1所述的用于管道泄漏监测的光纤声波传感器，其特征在于，所述第一光纤上套设有固定座，所述固定座的内径与所述第一光纤直径相同，所述固定座的外径与所述连接柱的通孔的直径相同，所述固定座设置在所述连接柱的通孔内；
所述连接柱上设有沿径向延伸的固定孔和第一固定螺栓，所述第一固定螺栓设置在所述固定孔内，以压接所述固定座。
3.根据权利要求2所述的用于管道泄漏监测的光纤声波传感器，其特征在于，所述连接柱上设有第一注液孔，所述第一注液孔设置在所述固定孔远离所述第一壳体的一侧，以在所述激光组件设置在所述第一壳体内后向所述连接柱中的通孔注塑来密封所述基座壳体；
所述连接柱远离所述第一壳体的一端的通孔中设有内螺纹，所述基座壳体还包括密封压钉，所述密封压钉上设有外螺纹，所述密封压钉与所述连接柱的通孔螺纹连接，以在所述激光组件设置在所述第一壳体内后配合注塑来密封所述基座壳体；
所述密封压钉上设有光纤通孔，所述第一光纤通过所述光纤通孔穿过所述密封压钉。
4.根据权利要求1所述的用于管道泄漏监测的光纤声波传感器，其特征在于，
所述第一壳体上设有第二注液孔，以在所述激光组件设置在所述第一壳体内后向所述第一壳体内注入填充液体；
所述第二注液孔的内壁设有螺纹，以在注液完成后通过螺栓封闭所述第一壳体；
所述压环的第二端还设有与端面同心的第三注液孔，以向所述第二壳体内注入填充液体；
所述第三注液孔的内壁设有螺纹，以在注液完成后通过螺栓配合所述透声管封闭所述第二壳体。
5.根据权利要求1所述的用于管道泄漏监测的光纤声波传感器，其特征在于，还包括压片，所述压片设置在所述声敏膜片的第二侧，所述第二侧为所述声敏膜片中所述第一侧相对的一侧；
所述安装孔和所述第二壳体连接位置设有台阶面，所述压环通过所述安装孔套接所述第一壳体的一端时，所述台阶面与所述压片贴合，以将所述声敏膜片固定在所述第一壳体的一端。
6.根据权利要求1所述的用于管道泄漏监测的光纤声波传感器，其特征在于，还包括保护壳体，所述保护壳体为圆筒状结构，所述保护壳体套设在所述基座壳体和所述压环外侧；
所述保护壳体内设有台阶面，以限位所述压环和所述基座壳体。
7.根据权利要求6所述的用于管道泄漏监测的光纤声波传感器，其特征在于，还包括连接壳体，所述连接壳体的第一端与所述保护壳体螺纹连接，所述连接壳体的第二端设有连接件，所述连接壳体通过所述连接件将所述传感器固定在被测管道内。
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