CN117307989B - 一种光纤管道泄漏检测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及管道检测技术领域，提供一种光纤管道泄漏检测系统及方法，系统包括：光纤传感器与光纤解调仪相连；光纤传感器包括：壳体，设置在被测管道上，壳体的腔体通过开口与被测管道的内部连通；压力子传感器设置在壳体的腔体内；声波子传感器与压力子传感器并联；压力子解调仪通过第一光纤与压力子传感器相连；声波子解调仪通过第二光纤与声波子传感器相连。该检测系统可以实现1mPa到10MPa的压力检测，动态范围可以达到200dB，可同时用于负压波法、次声波法和压力梯度法等多种管道泄漏检测，实现多检测方法、多类型管道的泄漏检测。且多种检测方法可以相互校准、耦合，灵敏度高，大大降低检测系统的误报率，提高泄漏点定位精度。

Description

一种光纤管道泄漏检测系统及方法
技术领域
本申请涉及管道检测技术领域，尤其涉及一种光纤管道泄漏检测系统及方法。
背景技术
油气资源运输中，管道运输是一种有效、经济、环保的运输手段，具有独特的优势。截止2020年，全国油气管道达到16.5万公里，已成为我国油气资源运输的主要手段。但是油气管道泄漏事故不仅会造成巨大的生命财产损失，还会严重地污染环境，所以加强油气管道泄漏监测具有非常重要的意义。
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、瞬态模型法和声波法（声压法）等。但是以上方法，均存在检测手段较为单一、误报率较高，灵敏度低、动态检测范围较小的缺点。且大多采用电子类传感器在易燃易爆气体环境下检测存在安全隐患。
因此亟需一种可集多种检测技术为一体，彼此相互校准、耦合，且具有高灵敏度、较大动态测量范围、高安全性的检测方法。
发明内容
本申请提供了一种光纤管道泄漏检测系统及方法，以解决现有检测方法存在的检测手段单一、误报率高、灵敏度低、动态范围小且存在安全隐患的技术问题。
本申请提供第一方面提供一种光纤管道泄漏检测系统，包括：光纤传感器，设置在被测管道上，且光纤传感器内部与被测管道的内部连通；光纤解调仪，与光纤传感器相连；其中，光纤传感器包括：壳体，设置在被测管道上，壳体内部设有腔体，壳体上设有开口，壳体的腔体通过开口与被测管道的内部连通；压力子传感器，设置在壳体的第一壁面且位于壳体的腔体内；其中，第一壁面与开口相对；声波子传感器，设置在第一壁面，且压力子传感器与声波子传感器并联；光纤解调仪包括：压力子解调仪，通过第一光纤与压力子传感器相连；声波子解调仪，通过第二光纤与声波子传感器相连。
在一些可行的实现中，压力子传感器包括：第一连接座，一端连接在第一壁面；第一基体，连接在第一连接座的另一端；其中，第一光纤依次穿过第一壁面和第一连接座，固定在第一连接座与第一基体的连接面上；压力敏感结构，设置在第一基体背离第一连接座的一侧，且压力敏感结构与第一基体围合有法布里-珀罗谐振腔；两片高反膜，两片高反膜分别镀设在第一基体背离第一连接座的壁面，以及压力敏感结构的壁面，其中，两片高反膜相对设置。
在一些可行的实现中，声波子传感器包括：第二连接座，一端连接在第一壁面，且与第一连接座间隔设置；其中，第二连接座上设有静压平衡结构；声压敏感结构，设置在第二连接座的另一端，且声压敏感结构与第二连接座之间围合有声压腔；其中，第二光纤依次穿过第一壁面、第二连接座，固定在声压敏感结构的壁面上；声压腔通过静压平衡结构与壳体的腔体连通；第二光纤包括第一固定点和第二固定点，第一固定点位于第二连接座，第二固定点位于声压敏感结构，且第一固定点与第二固定点在第一壁面上的投影重合。其中，所述第二光纤包括单模光纤和分布反馈光纤激光器，分布反馈光纤激光器按照预设拉力固定在第一固定点和第二固定点之间；单模光纤连接在第一固定点与声波子解调仪之间。
在一些可行的实现中，静压平衡结构为静压平衡孔；其中，静压平衡孔为L型通孔。
在一些可行的实现中，预设拉力为0.3-0.5N。
在一些可行的实现中，压力子解调仪包括：扫描激光器，被配置为产生激光信号；环形器，一端通过耦合器与扫描激光器相连，另一端通过第一光纤与压力子传感器相连，被配置为将激光信号传送至压力子传感器，并接收压力子传感器回传的第一光信号；第一光电转换器，与环形器相连，被配置为将第一光信号转换为第一电信号；第二光电转换器，通过标准气室与耦合器相连，被配置为将标准气室传输的第二光信号转换为第二电信号；第一数据采集器，分别与第一光电转换器和第二光电转换器相连，被配置为将第一电信号和第二电信号转换为第一数字信号；第一相位解调器，与第一数据采集器相连，被配置为解调第一数字信号，得到压力信号。
在一些可行的实现中，声波子解调仪包括：泵浦源，被配置为产生泵浦激光信号；波分复用器，一端与泵浦源相连，另一端通过第二光纤与声波子传感器相连，被配置为，将泵浦激光信号传送至声波子传感器，以及接收声波子传感器回传的第三光信号；隔离器，与波分复用器相连，被配置为隔离返回光；迈克尔逊干涉仪，与隔离器相连，被配置为接收并干涉第三光信号；第三光电转换器，与迈克尔逊干涉仪相连接，被配置为将干涉后的第三光信号转换为第三电信号；第二数据采集器，与第三光电转换器相连，被配置为将第三电信号转换为第二数字信号；第二相位解调器，与第二数据采集器相连，被配置为解调第二数字信号，得到声波信号。
在一些可行的实现中，光纤传感器与光纤解调仪一一对应设置，且光纤传感器与光纤解调仪的数量为多组，一组光纤传感器和光纤解调仪设置在场站，一组或多组光纤传感器和光纤解调仪设置在阀室；其中，阀室的数量为一个或多个；光纤管道泄漏检测系统还包括第一光端机和第二光端机，第一光端机设置在场站，第二光端机设置在阀室，第一光端机和第二光端机之间通过光缆连接，且第二光端机与阀室一一对应设置；其中，第二光端机被配置为，接收设置在阀室的光纤解调仪传输的阀室信号；第一光端机被配置为，接收第二光端机传输的阀室信号，并将阀室信号传输至位于场站的光纤解调仪；光纤管道泄漏检测系统还包括服务器，服务器通过光纤与位于场站的光纤解调仪相连，位于场站的光纤解调仪还被配置为，将场站信号和阀室信号传输至服务器；其中，阀室信号包括位于阀室的光纤解调仪解输出的压力信号和声波信号；场站信号包括位于场站的光纤解调仪解输出的压力信号和声波信号。
在一些可行的实现中，光纤传感器与光纤解调仪一一对应设置，且光纤传感器与光纤解调仪的数量为多组，一组光纤传感器和光纤解调仪设置在场站，一组或多组光纤传感器和光纤解调仪设置在阀室；其中，阀室的数量为一个或多个；光纤管道泄漏检测系统还包括服务器，服务器通过光纤与位于场站的光纤解调仪相连，光纤解调仪还包括无线模块，位于场站的光纤解调仪还配置为，通过无线模块接收位于阀室的光纤解调仪发送的阀室信号，以及，将阀室信号和场站信号通过光纤传输至服务器；其中，阀室信号包括位于阀室的光纤解调仪解输出的压力信号和声波信号；场站信号包括位于场站的光纤解调仪解输出的压力信号和声波信号。
本申请提供第二方面提供一种光纤管道泄漏检测方法，包括，按照预设距离将光纤传感器布设在被测管道上，其中，光纤传感器内部与被测管道内部连通；接收相邻两个传感器传输的压力信号和声波信号；计算接收到相邻两个光纤传感器传输的压力信号和声波信号的时间差；根据时间差、负压波和声波在被测管道内的传输速度、预设距离计算泄漏点的位置；其中，负压波内包含压力信号，声波内包含声波信号。
本申请提供的光纤管道泄漏检测系统及方法，系统包括，光纤传感器，设置在被测管道上，且光纤传感器内部与被测管道的内部连通；光纤解调仪，与光纤传感器相连；其中，光纤传感器包括：壳体，设置在被测管道上，壳体内部设有腔体，壳体上设有开口，壳体的腔体通过开口与被测管道的内部连通；压力子传感器，设置在壳体的第一壁面且位于壳体的腔体内；其中，第一壁面与开口相对；声波子传感器，设置在第一壁面，且压力子传感器与声波子传感器并联；光纤解调仪包括：压力子解调仪，通过第一光纤与压力子传感器相连；声波子解调仪，通过第二光纤与声波子传感器相连；光纤传感器与光纤解调仪一一对应设置，光纤传感器与光纤解调仪的数量均为多个，其中，任意两个光纤传感器按照预设距离布设在被测管道上。本申请提供的光纤管道泄漏检测系统可以实现1mPa到10MPa的压力检测，动态范围可以达到200dB，可同时用于负压波法、次声波法和压力梯度法等基多种于压力的管道泄漏检测，实现多检测方法、多类型管道的泄漏检测。且各种检测方法可以相互校准、耦合，灵敏度高，大大降低检测系统的误报率，提高泄漏点定位精度。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供的一种光纤管道泄漏检测系统的结构示意图；
图2是本申请实施例提供的光纤传感器的结构示意图；
图3是本申请实施例提供的压力子解调仪的结构框图；
图4是本申请实施例提供的声波子解调仪的结构框图；
图5是本申请实施例提供的另一种光纤管道泄漏检测系统的结构示意图；
图6是本申请实施例提供的光纤管道泄漏检测方法。
图示标记：
100-光纤管道泄漏检测系统；10-光纤传感器；11-壳体，111-开口；112-第一壁面；12-压力子传感器；121-第一连接座；122-第一基体；123-压力敏感结构；124-法布里-珀罗谐振腔；125-高反膜；13-声波子传感器；131-第二连接座；131a-静压平衡孔；132-声压敏感结构；133-声压腔；20-光纤解调仪；21-压力子解调仪；211-扫描激光器；212-耦合器；213-环形器；214-第一光电转换器；215-第二光电转换器；216-标准气室；217-第一数据采集器；218-第一相位解调器；22-声波子解调仪；221-泵浦源；222-波分复用器；223-隔离器；224-迈克尔逊干涉仪；225-第三光电转换器；226-第二数据采集器；227-第二相位解调器；30-第一光纤；40-第二光纤；41-第一固定点；42-第二固定点；43-单模光纤；44-分布反馈光纤激光器；50-第一光端机；60-第二光端机；70-服务器。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚地描述。显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的其他实施例，都属于本申请的保护范围。
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”、“内”、“外”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。
油气资源运输中，管道运输是一种有效、经济、环保的运输手段，具有独特的优势。截止2020年，全国油气管道达到16.5万公里，已成为我国油气资源运输的主要手段。但是油气管道泄漏事故不仅会造成巨大的生命财产损失，还会严重地污染环境，所以加强油气管道泄漏监测具有非常重要的意义。
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、瞬态模型法和声波法（声压法）等。
其中，压力梯度法是以管道压力坡降线变化为基础，测量对象是管道运行压力绝对量，需要多点布设，其检测精度依赖传感器数量和精度，成本较高。
负压波法是目前国际国内最成熟的泄漏监测方法，测量对象为管道运行压力绝对量，其细微负压波感知力较弱，只能检测突发性大泄漏，传感器灵敏度低、动态范围小。
声压法是目前较为灵敏的管道泄漏检测方法，测量对象为管道运行相对量，但其耐静压能力较弱，高静压条件下传感器灵敏度降低。目前多采用压电类声波传感器，采用24位高精度采集卡，其动态范围约为90dB，传感器附近突发性大泄漏容易使系统超动态范围。
以上方法中，均存在检测手段较为单一、误报率较高，灵敏度低、动态检测范围较小的缺点。且大多采用电子类传感器在易燃易爆气体环境下检测存在安全隐患。
为了解决上述技术问题，本申请提供一种光纤管道泄漏检测系统，采用具有灵敏度高、本质无源安全、抗电磁干扰、长距离输出和体积小等优点的光纤类传感器，能够实现多种检测技术为一体，彼此相互校准、耦合，具有较大的动态测量范围且安全性高、灵敏性高。
图1是本申请实施例提供的一种光纤管道泄漏检测系统的结构示意图。
图2是本申请实施例提供的光纤传感器的结构示意图。
参见图1和图2，光纤管道泄漏检测系统100包括光纤传感器10和光纤解调仪20。其中，光纤传感器10设置在被测管道上，且光纤传感器10的内部与被测管道的内部连通。
光纤传感器10包括壳体11、压力子传感器12和声波子传感器13。
壳体11设置在被测管道上，壳体11内部设有腔体，壳体11上设有开口111，壳体11的腔体可以通过开口111与被测管道的内部连通。其中，壳体11可以与被测管道螺纹连接。具体可以为NPT密封螺纹连接。
压力子传感器12设置在壳体11的第一壁面112，且位于壳体11的腔体内，其中，第一壁面112与开口111相对。也就是说，第一壁面112可以是与开口111相对的内底面。
具体的，压力子传感器12可以用于检测负压波和管内流体绝对压力值，包括第一连接座121、第一基体122、压力敏感结构123和两个高反膜125。
第一连接座121一端连接在第一壁面112。
第一基体122连接在第一连接座121的另一端。其中，第一光纤30依次穿过第一壁面112和第一连接座121后，固定在第一连接座121和第一基体122的连接面上。第一基体122可以为具有一定厚度的圆形板或方形板结构。其中，第一基体122与第一连接座121的相连接的一侧进行抛光处理，第一光纤30的端面切平处理后可以与第一基体122的抛光面接触对齐，并通过胶粘的方式固定。第一基体122背离第一连接座121的一侧镀有高反膜125。
压力敏感结构123设置在第一基体122背离第一连接座121的一侧，与第一基体122围合有法布里-珀罗谐振腔124。压力敏感结构123可以为“凹”型结构，内部为一定深度的盲孔，且“凹”型结构的开口朝向第一基体122，与第一基体122之间形成有法布里-珀罗谐振腔124，腔长即为盲孔的深度。压力敏感结构123可以通过阳极键合、CO2激光器高温热熔或胶粘的方式与第一基体122连接。其中，压力敏感结构123的内底面，也就是说压力敏感结构123朝向第一基体122的底面，也镀设有高反膜125，两片高反膜125相对设置。压力敏感结构123的外底面，也就是压力敏感结构123朝向开口111的底面，可以为压力敏感面，压力变化会导致压力敏感面变形，法布里-珀罗谐振腔124的长度也随之变化，通过光纤解调仪20可以反推出压力值。
声波子传感器13设置在第一壁面112，与压力子传感器12并联。声波子传感器13可以用于检测声波压力，包括第二连接座131和声压敏感结构132。
第二连接座131一端连接在第一壁面112，且与第一连接座121间隔设置。通过间隔设置第一连接座121和第二连接座131，避免压力子传感器12与声波子传感器13在检测过程中相互影响。
声压敏感结构132设置在第二连接座131的另一端，且与第二连接座131之间围合有声压腔133。
声压敏感结构132可以为圆筒状或内部中空的梭形。朝向开口111一侧的面为受压面，可以通过受压面的变化表征声压大小。
其中，第二光纤40依次穿过第一壁面112、第二连接座131，固定在声压敏感结构132的壁面上。第二光纤40包括两个固定点，第一固定点41位于第二连接座131与声压敏感结构132连接一侧的侧壁上，第二固定点42位于声压敏感结构132远离第二连接座131一侧的内壁上，且第一固定点41和第二固定点42在第一壁面112上的投影重合。
具体的，第二光纤40可以包括相连的单模光纤43和分布反馈光纤激光器44，分布反馈光纤激光器44可以为带密细线的光学器件分布反馈光纤激光器，具有窄线宽、相干性好和稳定性高的特性，可以提高声波子传感器13的精度和灵敏度。
分布反馈光纤激光器44以预设的拉力固定在第一固定点41和第二固定点42之间，便于更好的检测声压。预设的拉力可以为0.3-0.5N。
单模光纤43可以连接在第一固定点41与光纤解调仪20的声波子解调仪之间。
在一个具体的实现中，预设的拉力可以为0.4N。
第二连接座131上还设有静压平衡结构，声压腔133可以通过静压平衡结构与壳体11的腔体连通，使声压腔133达到静压平衡，使得声波子传感器13可以耐受较大静压。也就是说，声压腔133可以通过静压平衡结构与外部连通。
在一个具体的实现中，参见图2，静压平衡结构可以为静压平衡孔131a，静压平衡孔131a可以为沿轴向截面为L型的通孔。具体的孔径可以根据实际的光纤传感器10的参数以及使用工况设定。当然，在其他实现中，静压平衡结构还可以为其他形式的结构或者部件。
在声波子传感器13中，声压传递至声压敏感结构132朝向开口111一侧的壁面上，声压敏感结构132会产生轴向变形，声压腔133内分布反馈光纤激光器44的波长会变化，光纤解调仪20可以通过分布反馈光纤激光器44的波长变化反推声压值。
图3是本申请实施例提供的压力子解调仪的结构框图。
图4是本申请实施例提供的声波子解调仪的结构框图。
参见图3和图4光纤解调仪20包括压力子解调仪21和声波子解调仪22，压力子解调仪21通过第一光纤30与压力子传感器12相连，声波子解调仪22通过第二光纤40与声波子传感器13相连。
参见图3，压力子解调仪21包括扫描激光器211、耦合器212、环形器213、第一光电转换器214、第二光电转换器215、标准气室216、第一数据采集器217和第一相位解调器218。
扫描激光器211用于产生激光信号。环形器213一端通过耦合器212与扫描激光器211相连，另一端通过第一光纤30与压力子传感器12相连，环形器213用于将激光信号传送至压力子传感器12并接收压力子传感器12回传的第一光信号。第一光电转换器214连接在环形器213与第一数据采集器217之间，用于将第一光信号转换为第一电信号并传送至第一数据采集器217。第二光电转换器215一端通过标准气室216与耦合器212相连，用于将标准气室216输出的第二光信号转换为第二电信号并传送至第一数据采集器217。第一数据采集器217将第一电信号和第二电信号转换为第一数字信号并传输至第一相位解调器218进行解调，第一相位解调器218解调后即可得到压力信号。
在一个具体的实现中，压力子解调仪21的工作流程可以为，扫描激光器211发出的光经耦合器212一分为二，一束光进入环形器213后通过第一光纤30达到压力子传感器12，在法布里-珀罗谐振腔124内产生干涉，管道发生泄漏时产生管内压力变化，产生压力信号，引起法布里-珀罗谐振腔124的腔长变化，干涉光谱发生变化。压力子传感器12产生的第一光信号通过第一光纤30经过环形器213进入第一光电转换器214进行光电转化。耦合器212的另一束光进入标准气室216后进入第二光电转换器215进行光电转化。通过第一数据采集器217对第一光电转换器214、第二光电转换器215的数据进行采集，后通过第一相位解调器218的算法进行解调，在扫描激光器211每个波长扫描周期中，通过标准气室216实时动态标定气体吸收峰的透射谱波长，对法布里-珀罗谐振腔124腔干涉光谱进行实时补偿校准，进而高精度解调出压力信号。
声波子解调仪22包括泵浦源221、波分复用器222，隔离器223、迈克尔逊干涉仪224、第三光电转换器225、第二数据采集器226和第二相位解调器227。
泵浦源221用于产生泵浦激光信号。波分复用器222通过第二光纤40与声波子传感器13相连，用于将泵浦激光信号传送至声波子传感器13，并接收声波子传感器13回传的第三光信号。隔离器223与波分复用器222相连，用于隔离返回光。避免返回光回入分布反馈光纤激光器44影响其出光特性、发生相干坍塌等现象。迈克尔逊干涉仪224与隔离器223相连，用于干涉第三光信号。第三光电转换器225与迈克尔逊干涉仪224相连，将干涉后的第三光信号转换为第三电信号。第二数据采集器226与第三光电转换器225相连，用于将第三电信号转换为第二数字信号。第二相位解调器227与第二数据采集器226相连，用于解调第二数字信号，得到声波信号。
在一个具体的实现中，声波子解调仪22的工作流程可以为，泵浦源221发出的光经波分复用器222和第二光纤40到达声波子传感器13，声波子传感器13反射特定波长的光，管道发生泄漏时产生声波信号引起分布反馈光纤激光器44的波长发生变化。声波子传感器13产生的第三光信号经波分复用器222、隔离器223进入迈克尔逊干涉仪224，迈克尔逊干涉仪224将分布反馈光纤激光器44的波长变化转换为相位变化后，传送至第三光电转换器225后转换为第二数字信号，并传输至第二数据采集器226。第二数据采集器226进行采集，最后通过第二相位解调器227内的算法解调出声波信号。
这样，通过上述设计，压力子传感器12的耐压强度可以大于10MPa；灵敏度可达1000nm/MPa，压力子解调仪21腔长分辨率可达0.1nm，换算压力分辨率为0.0001MPa，可检测压力动态范围为100dB。声波子传感器13在静压10MPa情况下，灵敏度可到1nm/MPa，声波子解调仪22的波长分辨率可达10-6pm，解调动态范围120dB，换算声压分辨率为1mPa，最大可探测声压0.001MPa。光纤管道泄漏检测光纤传感器10可实现1mPa到10MPa全量程的压力检测，可检测压力动态范围达到200dB。
在一种具体的实现中，光纤传感器10通过第一光纤30、第二光纤40与光纤解调仪20连接，且二者一一对应设置，且光纤传感器10与光纤解调仪20的数量为多组，每组包括一个光纤传感器10和一个光纤解调仪20。一组光纤传感器10和光纤解调仪20设置在场站，一组或多组传感器和光纤解调仪20设置在阀室。其中，光纤传感器10可以安装在场站或阀室的进口端或出口端，光纤解调仪20可以设置在场站或阀室的机柜间或防爆柜里。具体地，每个阀室安装一组光纤传感器10和光纤解调仪20，阀室的数量为一个或多个。
光纤管道泄漏检测系统100还包括通过光缆连接的第一光端机50和第二光端机60。第一光端机50设置在场站，第一光端机50的数量为一个，第二光端机60设置在阀室，第二光端机60的数量为一个或多个，第二光端机60与阀室一一对应设置。
其中，第二光端机60用于接收设置在阀室的光纤解调仪20的阀室信号，并将阀室信号发送至第一光端机50，第一光端机50接收到阀室信号后将阀室信号传输至位于场站的光纤解调仪20。
光纤管道泄漏检测系统100还可以包括服务器70，服务器70可以设置在场站，服务器70可以通过光纤与位于场站的光纤解调仪20相连，位于场站的光纤解调仪20用于将场站信号和阀室信号传输至服务器70，其中，阀室信号包括位于阀室的光纤解调仪20解输出的压力信号和声波信号；场站信号包括位于场站的光纤解调仪20解输出的压力信号和声波信号。
图5是本申请实施例提供的另一种光纤管道泄漏检测系统的结构示意图。
与设置第一光端机50和第二光端机60不同的是，场站信号和阀室信号还可以通过无线的方式传输，在另一种具体的实现中，参见图5，光纤解调仪20还包括无线模块，位于场站的光纤解调仪20还用于通过无线模块接收位于阀室的光纤解调仪20发送的阀室信号，以及，将阀室信号和场站信号通过光纤传输至服务器70。其中，图1和图5所示的被测管道可以为油气管道，当然在实际的检测中，被测管道还可以为其余类型的管道。
在一个具体实现中，当两个光纤传感器10之间的被测管道上有泄漏时，管道内介质压力平衡被打破，产生负压波和声波。负压波和声波，尤其次声波，会沿被测管道内流体向两侧传播，到达安装在被测管道两端的光纤传感器10，通过第一光纤30和第二光纤40传给光纤解调仪20，并分别解调出压力信号和声波信号，两端的光纤解调仪20通过北斗系统进行授时同步。其中，负压波中携带有压力信号，声波中携带有声波信号。
由于场站环境较理想，一般将与阀室连接的光纤解调仪20解调的压力信号和声波信号通过第二光端机60进行合并，通过沿管道预埋的通信光缆的一芯光纤传输到场站，通过场站的第一光端机50将各阀室的解调压力信号和声波信号进行汇总，然后传给与场站连接的光纤解调仪20，如图1所示。或通过5G无线模块传输方式将各阀室的解调压力信号和声波信号直接传给场站的光纤解调仪20，如图5所示。再通过光纤或网线等方式发送到数据算法服务器70，利用模式识别和人工智能技术，实时甄别和分析压力信号和声波信号，确定管道是否发生泄漏。其中，两端光纤解调仪20通过北斗系统进行授时同步，可以根据压力信号和声波信号到达两端光纤传感器10的时间差，进一步计算出泄漏发生的具体位置，其定位公式为：
；
其中，X为漏点距离一个光纤传感器10的距离，v为声波或负压波在管道中的传播速度，Δt为两个传感器接收到的声波或负压波的时间差，L为两光纤传感器10布设点之间的管道长度。声波中包含声波信号，负压波中包含压力信号。
本申请实施例提供的光纤管道泄漏检测系统100，通过设置压力子传感器12和声波子传感器13，可进行1mPa到10MPa的压力检测，实现MPa级大静压下mPa级微小声压的检测，动态范围达到200dB。且可同时用于负压波法、声波法和压力梯度法等基于压力检测的多种管道泄漏检测，实现不同介质，如油、气、水等多类型管道的泄漏检测；同时，多种检测方法可以相互校准、耦合，灵敏度高，可大大降低检测系统100的误报率，提高泄漏点定位精度。
与前述光纤管道泄漏检测系统100的实施例相对应，本申请还提供了光纤管道泄漏检测方法的实施例。
图6是本申请实施例提供的光纤管道泄漏检测方法。
参见图6，光纤管道泄漏检测方法的可以由以下步骤S100-S400所实现。
S100：按照预设距离将光纤传感器布设在被测管道上。
其中，光纤传感器内部与被测管道内部连通。两个光纤传感器之间的预设距离可以为L。
S200：接收相邻两个光纤传感器传输的压力信号和声波信号。
S300：计算接收到相邻两个光纤传感器传输的压力信号和声波信号的时间差。
其中，时间差可以为Δt。
S400：根据时间差、负压波和声波在被测管道内的传输速度、预设距离计算泄漏点的位置。其中，声波在被测管道内传输时携带声波信号，负压波在被测管道内传输时携带压力信号。
具体的，光纤解调仪20可以通过北斗系统进行授时同步，可以根据压力信号和声波信号到达两端光纤传感器10的时间差，进一步计算出泄漏发生的具体位置，并采用上述公式计算泄漏点的具体位置。
本申请实施例提供的检测方法能够精准定位泄漏点的位置，可同时用于负压波法、声波法和压力梯度法等基于压力检测的多种管道泄漏检测，实现不同介质，如油、气、水等多类型管道的泄漏检测。
需要说明的是，本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的申请后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围由权利要求指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (8)

1.一种光纤管道泄漏检测系统，其特征在于，包括：
光纤传感器，设置在被测管道上，且所述光纤传感器内部与所述被测管道的内部连通；
光纤解调仪，与所述光纤传感器相连；
其中，所述光纤传感器包括：
壳体，设置在所述被测管道上，所述壳体内部设有腔体，所述壳体上设有开口，所述壳体的腔体通过所述开口与所述被测管道的内部连通；
压力子传感器，设置在所述壳体的第一壁面且位于所述壳体的腔体内；其中，所述第一壁面与所述开口相对；
声波子传感器，设置在所述第一壁面，且所述压力子传感器与所述声波子传感器并联；
所述光纤解调仪包括：
压力子解调仪，通过第一光纤与所述压力子传感器相连；
声波子解调仪，通过第二光纤与所述声波子传感器相连；
所述压力子传感器包括：
第一连接座，一端连接在所述第一壁面；
第一基体，连接在所述第一连接座的另一端；其中，所述第一光纤依次穿过所述第一壁面和所述第一连接座，固定在所述第一连接座与所述第一基体的连接面上；
压力敏感结构，设置在所述第一基体背离所述第一连接座的一侧，且所述压力敏感结构与所述第一基体围合有法布里-珀罗谐振腔；
两片高反膜，两片所述高反膜分别镀设在所述第一基体背离所述第一连接座的壁面，以及所述压力敏感结构的壁面，其中，两片所述高反膜相对设置；
所述声波子传感器包括：
第二连接座，一端连接在所述第一壁面，且与所述第一连接座间隔设置；其中，所述第二连接座上设有静压平衡结构；
声压敏感结构，设置在所述第二连接座的另一端，且所述声压敏感结构与所述第二连接座之间围合有声压腔；其中，所述第二光纤依次穿过所述第一壁面、所述第二连接座，固定在所述声压敏感结构的壁面上；所述声压腔通过所述静压平衡结构与所述壳体的腔体连通；
所述第二光纤包括第一固定点和第二固定点，所述第一固定点位于所述第二连接座，所述第二固定点位于所述声压敏感结构，且所述第一固定点与所述第二固定点在所述第一壁面上的投影重合；其中，所述第二光纤还包括单模光纤和分布反馈光纤激光器，所述分布反馈光纤激光器按照预设拉力固定在所述第一固定点和所述第二固定点之间；所述单模光纤连接在所述第一固定点与所述声波子解调仪之间。
2.根据权利要求1所述的光纤管道泄漏检测系统，其特征在于，
所述静压平衡结构为静压平衡孔；其中，所述静压平衡孔为L型通孔。
3.根据权利要求1所述的光纤管道泄漏检测系统，其特征在于，
所述预设拉力为0.3-0.5N。
4.根据权利要求1所述的光纤管道泄漏检测系统，其特征在于，所述压力子解调仪包括：
扫描激光器，被配置为产生激光信号；
环形器，一端通过耦合器与所述扫描激光器相连，另一端通过所述第一光纤与所述压力子传感器相连，被配置为将所述激光信号传送至所述压力子传感器，并接收所述压力子传感器回传的第一光信号；
第一光电转换器，与所述环形器相连，被配置为将所述第一光信号转换为第一电信号；
第二光电转换器，通过标准气室与所述耦合器相连，被配置为将所述标准气室传输的第二光信号转换为第二电信号；
第一数据采集器，分别与所述第一光电转换器和所述第二光电转换器相连，被配置为将所述第一电信号和所述第二电信号转换为第一数字信号；
第一相位解调器，与所述第一数据采集器相连，被配置为解调所述第一数字信号，得到压力信号。
5.根据权利要求4所述的光纤管道泄漏检测系统，其特征在于，所述声波子解调仪包括：
泵浦源，被配置为产生泵浦激光信号；
波分复用器，一端与所述泵浦源相连，另一端通过所述第二光纤与所述声波子传感器相连，被配置为，将所述泵浦激光信号传送至所述声波子传感器，以及接收所述声波子传感器回传的第三光信号；
隔离器，与所述波分复用器相连，被配置为隔离返回光；
迈克尔逊干涉仪，与所述隔离器相连，被配置为接收并干涉所述第三光信号；
第三光电转换器，与所述迈克尔逊干涉仪相连接，被配置为将干涉后的所述第三光信号转换为第三电信号；
第二数据采集器，与所述第三光电转换器相连，被配置为将所述第三电信号转换为第二数字信号；
第二相位解调器，与所述第二数据采集器相连，被配置为解调所述第二数字信号，得到声波信号。
6.根据权利要求5所述的光纤管道泄漏检测系统，其特征在于，
所述光纤传感器与所述光纤解调仪一一对应设置，且所述光纤传感器与所述光纤解调仪的数量为多组，一组所述光纤传感器和所述光纤解调仪设置在场站，一组或多组所述光纤传感器和所述光纤解调仪设置在阀室；其中，所述阀室的数量为一个或多个；
所述光纤管道泄漏检测系统还包括第一光端机和第二光端机，所述第一光端机设置在所述场站，所述第二光端机设置在所述阀室，所述第一光端机和所述第二光端机之间通过光缆连接，且所述第二光端机与所述阀室一一对应设置；
其中，所述第二光端机被配置为，接收设置在所述阀室的所述光纤解调仪传输的阀室信号；所述第一光端机被配置为，接收所述第二光端机传输的所述阀室信号，并将所述阀室信号传输至位于所述场站的所述光纤解调仪；
所述光纤管道泄漏检测系统还包括服务器，所述服务器通过光纤与位于所述场站的所述光纤解调仪相连，位于所述场站的所述光纤解调仪还被配置为，将场站信号和所述阀室信号传输至所述服务器；
其中，所述阀室信号包括位于所述阀室的所述光纤解调仪解输出的所述压力信号和所述声波信号；所述场站信号包括位于所述场站的所述光纤解调仪解输出的所述压力信号和所述声波信号。
7.根据权利要求5所述的光纤管道泄漏检测系统，其特征在于，
所述光纤传感器与所述光纤解调仪一一对应设置，且所述光纤传感器与所述光纤解调仪的数量为多组，一组所述光纤传感器和所述光纤解调仪设置在场站，一组或多组所述光纤传感器和所述光纤解调仪设置在阀室；其中，所述阀室的数量为一个或多个；
所述光纤管道泄漏检测系统还包括服务器，所述服务器通过光纤与位于所述场站的所述光纤解调仪相连，所述光纤解调仪还包括无线模块，位于所述场站的所述光纤解调仪还被配置为，通过所述无线模块接收位于所述阀室的所述光纤解调仪发送的阀室信号，以及，将所述阀室信号和场站信号通过光纤传输至所述服务器；
其中，所述阀室信号包括位于所述阀室的所述光纤解调仪解输出的所述压力信号和所述声波信号；所述场站信号包括位于所述场站的所述光纤解调仪解输出的所述压力信号和所述声波信号。
8.一种光纤管道泄漏检测方法，其特征在于，应用于权利要求1所述的光纤管道泄漏检测系统，包括：
按照预设距离将光纤传感器布设在被测管道上，其中，所述光纤传感器内部与所述被测管道内部连通；
接收相邻两个所述光纤传感器传输的压力信号和声波信号；
计算接收到相邻两个所述光纤传感器传输的压力信号和声波信号的时间差；
根据所述时间差、负压波和声波在被测管道内的传输速度、所述预设距离计算泄漏点的位置；其中，所述负压波内包含所述压力信号，所述声波内包含所述声波信号。
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