CN204514549U - 一种基于光纤背向散射测量的油品泄漏探测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于光纤背向散射测量的油品泄漏探测系统，包括用于探测光纤散射信号的光纤背向散射探测装置和与所述光纤背向散射探测装置相连接的用于检测油品泄露的油品泄露传感装置，所述光纤背向散射探测装置和所述油品泄露传感装置通过光缆连接，所述油品泄露传感装置为光纤微弯型传感装置。光纤微弯型传感装置非常容易探测到光纤的变形、并且容易产生散射，当窄的光脉冲注入光纤后沿着光纤向前传播时，有背向散射信号传输到光纤背向散射探测装置中，通过分析光纤的背向散射信号，就可以确定输油管道中的漏油点的具体位置；本实用新型提供的油品泄露探测系统测量非常准确、灵敏度较高。

Description

一种基于光纤背向散射测量的油品泄漏探测系统

技术领域

本实用新型涉及油品泄漏探测的技术领域，特别是一种基于光纤背向散射测量的油品泄漏探测系统。

背景技术

液体泄漏是工程中的一大痼症，对于水等导电性液体，可以采用通电的电缆放置在监测区域，当发生液体渗漏时，渗漏出的液体导电，致使电缆的阻值等产生变化，通过计算变化量，就可以探测出发生泄漏的位置。

原油及石油类液体燃料没有导电性，并且属于易燃易爆品，采用电感应方式进行测量的技术方案在本质上有缺陷。传统的原油泄漏的检测方法，主要有以下几种：

观察法：通过人工目视、超声波探测、红外摄像等方法，对原油泄漏点、泄漏出的油迹等进行观察，寻找到泄漏位置。这一方法简单直观，但检测效率低、工作强度大，受人员工作状态影响大，并且很难有效对隐蔽部位进行观察。

漏磁检测：对金属管壁磁化后，在泄漏处产生漏磁通，由检测仪器获取磁通量来得知管壁的损伤程度。但漏磁信号或传感器本身会受管道的压力、所在环境等影响，缺乏灵敏度，容易产生漏判、误判等。

负压波－流量法：当发生原油泄漏时，因流体介质损失，泄漏点立即产生局部液体减小，出现的瞬间压力降低，作为压力波源通过流体介质向泄漏点的上下游传播，通过监测负压波和流量对管道泄漏进行判断并定位。负压波－流量法实现方法简单，但在实际环境中原油压力、流量有波动，计算结果存在误差，同时对原油流动缓慢或不流动，以及泄漏点比较小的场合检测结果不理想。

此外，还有通过测量泄漏位置液体喷射产生的振动、压力波、温度等变化，间接对原油泄漏进行检测，虽然在特定场合能发挥作用，但测量准确率不高、使用范围不广。随着光纤技术的发展，光纤传感器系统在原油泄漏探测方面得到了一定的应用，主要有：

光纤棱镜传感器系统：将棱镜连接到光纤上，挡棱镜底面接触不同种类的液体时，其传输损耗不同，光强也会产生变化。通过测量接收光强的变化，监测是否发生原油泄漏。

塑料包覆石英光纤传感器系统：当原油与光纤接触时渗透到包层，引起包 层折射率变化，使得光纤内的光逸出光纤，造成光纤的传输损耗升高，光强发生变化。通过测量接收光强的变化，监测是否发生原油泄漏。

上述光纤传感器系统虽然因为无源的特征，适合应用在原油及石油类液体燃料的泄漏监测场合，但结构复杂，在实际场合中安装不便。同时，由于现场环境比较恶劣，存在油雾、灰尘等颗粒，容易沾污棱镜表面、损坏塑料包层，进而影响传感器的测量准确性。

实用新型内容

本实用新型提供一种基于光纤背向散射测量的油品泄漏探测系统，以解决上述油品泄露探测系统测量不准确的技术问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种基于光纤背向散射测量的油品泄漏探测系统，包括用于探测光纤散射信号的光纤背向散射探测装置和与所述光纤背向散射探测装置相连接的用于检测油品泄露的油品泄露传感装置，所述光纤背向散射探测装置和所述油品泄露传感装置通过光缆连接，所述油品泄露传感装置为光纤微弯型传感装置。

本实用新型的有益效果是：光纤微弯型传感装置非常容易探测到光纤的变形、并且容易产生散射，当窄的光脉冲注入光纤后沿着光纤向前传播时，所到之处发生散射时，其中有一部分散射光在光纤中沿着光脉冲传播方向相反的方向传播，这部分散射的光被光纤背向散射探测装置探测并分析，它们就作为光纤内不同位置上的时间片断，从发射信号到返回信号所用的时间，再确定光在玻璃物质中的速度，就可以计算出光纤上沿距离分布的光纤各点的光纤物理特性，即确定输油管道中的漏油点的具体位置。本实用新型提供的油品泄露探测系统测量非常准确，灵敏度较高。

进一步，所述光纤微弯型传感装置包括底板，所述底板上设置有下压条，所述下压条的上方设置有与其相匹配的上压条，所述上、下压条之间设有光缆穿过的间隙，所述上压条的上方设有膨胀块，所述膨胀块的上方设有限制所述膨胀块向上移动的盖板。

采用上述进一步方案的有益效果是：当传感装置有漏油情况发生时，传感装置的膨胀块发生膨胀，推动传感装置的上压条向下移动、并挤压光缆，使光纤微弯型传感装置处的光缆产生散射，进而确定漏油的位置。

进一步，所述底板的两端设有端头挡板，所述端头挡板上设有向装置内部 凸出的挡板限位凸台，所述上压条上设有与所述挡板限位凸台相对应的压条限位凸台。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过限位凸台使得上、下压条之间留有足够空隙，以确保检测光缆不会因为严重挤压变形受到损坏而不能恢复。提高了探测系统的可靠性和耐用性。

进一步，所述上、下压条为相互配合的锯齿或波浪形结构。

采用上述进一步方案的有益效果是：锯齿或波浪形结构的上下压条，使得检测光缆更易于产生变形，提高了光纤微弯型传感装置的灵敏度。

进一步，所述盖板和所述底板之间通过拉簧连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：盖板与底板之间没有硬固定，正常时通过拉簧固定，当膨胀块膨胀过大时，可撑开盖板进行膨胀，避免对光缆产生过大的压力，提高了光纤微弯型传感装置的耐用性。

进一步，所述光纤微弯型传感装置包括基座，光纤转动架通过转轴与所述基座连接，所述光纤转动架上设有用于光缆穿过的通孔，所述基座上垂直设有基板，所述基板与光纤转动架平行，推动杆的一端穿过所述基板并与所述光纤转动架接触，所述推动杆的上方设有膨胀块，所述膨胀块的上方设有限制所述膨胀块向上移动的盖板。

采用上述进一步方案的有益效果是：当传感装置有漏油情况发生时，传感装置的膨胀块发生膨胀，推动传感装置的推动杆向下移动、并弯折光缆，使光纤微弯型传感装置处的光缆产生散射，进而确定漏油的位置。

进一步，所述基座上、光纤转动架的下方设有限位柱。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过光纤转动架的下方的限位柱使得检测光缆不会严重弯折，提高了探测系统的可靠性和耐用性。

进一步，所述基板设有导向杆，所述导向杆穿过所述推动杆，所述导向杆上设有弹簧。

采用上述进一步方案的有益效果是：导向杆确保推动杆的位置不会发生变化，而弹簧使得泄露排除后，通过弹簧的弹力自动恢复推动杆初始位置。

进一步，所述盖板和所述基板之间通过拉簧连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：盖板与基板之间没有硬固定，正常时通过拉簧固定，当膨胀块膨胀过大时，可撑开盖板进行膨胀，避免对光缆产生 过大的压力。

进一步，所述光纤背向散射探测装置为光时域反射仪。

采用上述进一步方案的有益效果是：光时域反射仪(OTDR)是一种常见的探测光缆中背向散射的探测装置，具有较高的灵敏度和精度。

附图说明

图1是本实用新型油品泄漏探测系统的结构图，

图2是本实用新型光纤微弯型传感装置的实施方式一剖视图，

图3是本实用新型光纤微弯型传感装置的实施方式一侧面示意图，

图4是本实用新型光纤微弯型传感装置的实施方式一光纤微弯示意图，

图5是本实用新型光纤微弯型传感装置的实施方式一光纤微弯后被限位的示意图，

图6是本实用新型光纤微弯型传感装置的实施方式二剖视图，

图7是本实用新型光纤微弯型传感装置的实施方式二正面结构图，

图8是本实用新型光纤微弯型传感装置的实施方式二侧面示意图，

图9是本实用新型光纤微弯型传感装置的实施方式二光纤微弯示意图，

图10是本实用新型光纤微弯型传感装置的实施方式二光纤微弯后被限位的示意图，

图11A是本实用新型油品泄漏探测系统无油品泄漏时光经过B点的状态图，

图11B是本实用新型油品泄漏探测系统无油品泄漏时光经过B、D点的中间状态图，

图11C是本实用新型油品泄漏探测系统无油品泄漏时光经过D点的状态图，

图12A是本实用新型油品泄漏探测系统有油品泄漏时光经过B点的状态图，

图12B是本实用新型油品泄漏探测系统有油品泄漏时光经过B、D点的中间状态图，

图12C是本实用新型油品泄漏探测系统有油品泄漏时光经过D点的状态图，

图12D是本实用新型油品泄漏探测系统有油品泄漏时D点反射光经过B点的状态图，

图13是本实用新型油品泄漏探测系统正常工作响应曲线图，

图14是本实用新型油品泄漏探测系统的B、D点漏油的响应曲线图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、光纤微弯型传感装置，2、光缆，3、光纤背向散射探测装置，101、底板，102、下压条，103、上压条，104、膨胀块，105、盖板，106、端头挡板，107、挡板限位凸台，108、压条限位凸台，109、拉簧，110、基座，111、光纤转动架，112、转轴，113、推动杆，114、限位柱，115、导向杆，116、弹簧，117、侧板，118、基板。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本实用新型作进一步的说明。

本实用新型油品泄漏探测系统的结构图参见图1，包括用于探测光纤散射信号的光纤背向散射探测装置3和用于检测油品泄露的油品泄露传感装置1，光纤背向散射探测装置3和油品泄露传感装置1通过光缆2连接，油品泄露传感装置1为光纤微弯型传感装置。

光纤微弯型传感装置非常容易探测到光纤的变形、并且容易产生散射，当窄的光脉冲注入光纤后沿着光纤向前传播时，所到之处发生散射时，其中有一部分散射光在光纤中沿着光脉冲传播方向相反的方向传播，这部分散射的光被光纤背向散射探测装置探测并分析，它们就作为光纤内不同位置上的时间片断，从发射信号到返回信号所用的时间，再确定光在玻璃物质中的速度，就可以计算出光纤上沿距离分布的光纤各点的光纤物理特性，即确定输油管道中的漏油点的具体位置。本实用新型提供的油品泄露探测系统测量非常准确。本实用新型的光纤背向散射探测装置选用光时域反射仪(OTDR)，光时域反射仪(OTDR)是一种常见的探测光缆中背向散射的探测装置，具有较高的灵敏度和精度。

本实用新型光纤微弯型传感装置的实施方式一的结构示意图参见图2至图5，包括底板101，底板101上设置有下压条102，下压条102的上方设置有与其相匹配的上压条103，上、下压条102、103为相互配合的锯齿形结构， 其角度为120度，上、下压条102、103之间设有光缆2穿过的间隙；上压条102的上方设有膨胀块104，膨胀块104的上方设有限制膨胀块104向上移动的盖板105；底板101的两端设有端头挡板106，端头挡板106上设有向装置内部凸出的挡板限位凸台107，上压条103上设有与挡板限位凸台107相对应的压条限位凸台108；在盖板105和底板101之间设有拉簧109，本实施方式一中的锯齿形结构的角度还可设为60度到150度之间的其他角度。

图4是发生油品泄漏时，光纤微弯型传感装置的工作状态图，当传感装置处发生油品泄漏时，传感装置的膨胀块发生膨胀，推动传感装置的上压条向下移动，上下压条上的锯齿结构接触、并使光缆弯曲，这样弯曲处的光缆便产生散射，从而油品泄露探测系统的光纤背向散射探测装置探测到散射信号，进而确定漏油的位置。

图5是光纤微弯型传感装置工作到极限状态时，光纤的弯曲状态图，当传感装置处发生油品泄漏、并持续泄漏，传感装置的膨胀块的不断膨胀，推动传感装置的上压条向下移动、并使光缆弯曲，压条限位凸台也一起向下移动并与挡板限位凸台接触，此时，上压条因为限位凸台的作用而停止向下移动，使得光缆不再弯曲变形，从而保护了光缆不被损坏；如果持续漏油，当膨胀块膨胀过大时，可撑开盖板进行膨胀，避免对光缆产生过大的压力和损坏光纤微弯型传感装置，很好地保护检测光缆和传感装置。

本实用新型的上、下压条还可设为相互配合的波浪形结构，其半径可设为5mm-20mm之间。

本实用新型光纤微弯型传感装置的实施方式二的结构示意图参见图6至图10，包括基座110，光纤转动架111通过转轴112与基座110连接，光纤转动架111上设有用于光缆2穿过的通孔，基板118垂直设置在基座110上，基板118与光纤转动架111平行，推动杆113的一端穿过基板118并与光纤转动架111接触，推动杆113的上方设有膨胀块104，膨胀块104的上方设有限制膨胀块104向上移动的盖板105；基座110上、光纤转动架111的下方设有限位柱114；基板118设有两个导向杆115，两个导向杆115穿过推动杆113、并位于推动杆113的两侧，两个导向杆115上分别套设有弹簧116；在推动杆113和膨胀块104的两侧分别设有侧板117；盖板105和基板118之间通过拉簧109连接。

图9是发生油品泄漏时，光纤微弯型传感装置的工作状态图，当传感装置有漏油情况发生时，传感装置的膨胀块发生膨胀，推动传感装置的推动杆向下移动、并推动光纤转动架，使光纤转动架沿着转轴旋转，使设置在光纤转动架内部的光缆弯曲变形，光纤微弯型传感装置处的光缆产生散射，从而油品泄露探测系统的光纤背向散射探测装置探测到散射信号，进而确定漏油的位置。

图10是光纤微弯型传感装置工作到极限状态时，光纤的弯曲状态图，当传感装置处发生油品泄漏、并持续泄漏，传感装置的膨胀块的不断膨胀，推动传感装置的推动杆向下移动、使光纤转动架沿着转轴旋转，当光纤转动架旋转到限位柱处时，光纤转动架因为限位柱的作用而停止向下移动，使得光缆不再弯曲变形，从而保护了光缆不被损坏；如果持续漏油，当膨胀块膨胀过大时，可撑开盖板进行膨胀，避免对光缆产生过大的压力和损坏光纤微弯型传感装置，很好地保护检测光缆和传感装置。

本实用新型油品泄漏探测系统的工作原理图参见图11和图12，当窄的光脉冲注入光纤后沿着光纤向前传播时，所到之处发生散射时，其中有一部分散射光在光纤中沿着光脉冲传播方向相反的方向传播，这部分散射的光被光纤背向散射探测装置探测并分析，它们就作为光纤内不同位置上的时间片断，从发射信号到返回信号所用的时间，再确定光在玻璃物质中的速度，就可以计算出光纤上沿距离分布的光纤各点的光纤物理特性，即确定输油管道中的漏油点的具体位置。

本实用新型的一个实施方式中在油品泄漏探测系统中设置了两个光纤微弯型传感装置，即B、D，当油品泄露探测系统的传感装置位置没有油品泄露时，光缆在其中呈自然状态，脉冲光波在光纤中的传输如图11A、图11B和图11C所示，A、B、C、D的光谱信号没有发生变化，此时光纤背向散射探测装置接收到的光纤背向散射曲线如图13所示，为平滑的直线。

当发生油品泄露时，膨胀块发生膨胀，挤压光纤光缆，使其发生微弯，传感装置处的光纤折射率发生变化，光波在光纤中的传输如图12A、图12B、图12C图和图12D所示，在光纤传感装置处发生的散射，与光纤其他位置的不一样，此时光纤背向散射探测装置接收到的光纤背向散射曲线如图14所示，显示出B、D两个位置上光谱信号发生了改变，其中横轴是B、D两点的油品泄露位置。(即反向的散射光每经过一个发生微弯的传感装置，散射光增加一次。)。

本实用新型的光纤背向散射探测装置选用光时域反射仪(OTDR)，光时域反射仪(OTDR)是一种常见的探测光缆中背向散射的探测装置，具有较高的灵敏度和精度。

以上对本实用新型基于光纤背向散射测量的油品泄漏探测系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施方式的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想；同时，本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本实用新型的范围内。本领域技术人员应该理解上述述特征能够以各种方式组合以形成本实用新型的多个变型。由此，本实用新型并不局限于上述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。

Claims (10)

1.一种基于光纤背向散射测量的油品泄漏探测系统，包括用于探测光纤散射信号的光纤背向散射探测装置和与所述光纤背向散射探测装置相连接的用于检测油品泄露的油品泄露传感装置，所述光纤背向散射探测装置和所述油品泄露传感装置通过光缆连接，其特征在于，所述油品泄露传感装置为光纤微弯型传感装置。

2.根据权利要求1所述的基于光纤背向散射测量的油品泄漏探测系统，其特征在于，所述光纤微弯型传感装置包括底板，所述底板上设置有下压条，所述下压条的上方设置有与其相匹配的上压条，所述上、下压条之间设有光缆穿过的间隙，所述上压条的上方设有膨胀块，所述膨胀块的上方设有限制所述膨胀块向上移动的盖板。

3.根据权利要求2所述的基于光纤背向散射测量的油品泄漏探测系统，其特征在于，所述底板的两端设有端头挡板，所述端头挡板上设有向装置内部凸出的挡板限位凸台，所述上压条上设有与所述挡板限位凸台相对应的压条限位凸台。

4.根据权利要求2或3所述的基于光纤背向散射测量的油品泄漏探测系统，其特征在于，所述上、下压条为相互配合的锯齿或波浪形结构。

5.根据权利要求4所述的基于光纤背向散射测量的油品泄漏探测系统，其特征在于，所述盖板和所述底板之间通过拉簧连接。

6.根据权利要求1所述的基于光纤背向散射测量的油品泄漏探测系统，其特征在于，所述光纤微弯型传感装置包括基座，光纤转动架通过转轴与所述基座连接，所述光纤转动架上设有用于光缆穿过的通孔，所述基座上垂直设有基板，所述基板与光纤转动架平行，推动杆的一端穿过所述基板并与所述光纤转动架接触，所述推动杆的上方设有膨胀块，所述膨胀块的上方设有限制所述膨胀块向上移动的盖板。

7.根据权利要求6所述的基于光纤背向散射测量的油品泄漏探测系统，其特征在于，所述基座上、光纤转动架的下方设有限位柱。

8.根据权利要求6或7所述的基于光纤背向散射测量的油品泄漏探测系统，其特征在于，所述基板设有导向杆，所述导向杆穿过所述推动杆，所述导向杆上设有弹簧。

9.根据权利要求8所述的基于光纤背向散射测量的油品泄漏探测系统，其特征在于，所述盖板和所述基板之间通过拉簧连接。

10.根据权利要求1至3任一所述的基于光纤背向散射测量的油品泄漏探测系统，其特征在于，所述光纤背向散射探测装置为光时域反射仪。