CN211926782U - 基于分布式光纤传感的地下管线监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了基于分布式光纤传感的地下管线监测系统，利用布设在地下管线外侧的铠装光电复合缆，安装在地下管线沿线带夜视功能的高分辨率光学相机，安置在沿线监控站内的自动监控和预警系统和DSS/DTS/DAS复合分布式光纤传感调制解调仪器，构建一个基于分布式光纤传感的地下管线沿线温度、震动和应变分布变化的长期实时监测系统。对地下管线和油气输送管道进行实时有效地防盗、防挖掘破坏、防火、防自然和地质灾害预警监测，可有效避免或减少损失，地保证地下管线的长期稳定安全可靠的工作，为地下管线的科学管理和提高使用效率提供不可缺少的手段、系统和方法。

Description

基于分布式光纤传感的地下管线监测系统

技术领域

本实用新型属于温度、震动和应变测量技术领域，具体涉及一种基于分布式光纤传感的地下管线监测系统。

背景技术

地下管线特别是油气输送管道是能源运输大动脉，承担着国家大量油气资源的传输任务，关系着国家安全，经济社会的和谐稳定和发展，我国现有管道10多万公里，管道沿途要穿越人口密集的城镇、乡村、农田、河流、沼泽、沙漠、公路和铁路等各种不同的环境，周围存在的施工、人为破坏(比如打孔盗油)以及自然灾害(如天然地震、洪水、滑坡、泥石流等) 等多种因素都时刻威胁着地下管线的安全。由于地下管线运输介质的危险性和污染性，一旦发生泄漏或垮塌事故将会造成巨大的生命财产损失和环境污染。对地下管线和油气输送管道进行实时有效地防盗、防挖掘破坏、防火、防自然和地质灾害预警监测，可有效避免或减少损失。现有一部分管线和油气输送管道埋于地下，由于传输距离长，经过环境复杂，对管道进行在线实时监测和报警需要较高技术要求。传统的监测方法主要有人工巡查，地埋式点型震动探测报警，通过管道输送压力、流量和温度变化等参数的变化来判断泄漏是否发生。此类方式不但操作繁琐，成本高、浪费人力财力，而且自动化程度低、防干扰的能力差、灵敏度低，受输送物资特性和输送工况等因素影响，对微小泄漏灵敏度不高，而报警都发生在泄漏后；而且人工巡查会出现漏查的现象，导致很多可以通过预防的隐患不能得到及时处理，以至于隐患加大直至发生事故。所以亟需一种地下管线特别是地下油气管道自动监控预警系统。

光纤传感技术始于1977年，伴随光纤通信技术的发展而迅速发展起来的，光纤传感技术是衡量一个国家信息化程度的重要标志。光纤传感技术已广泛用于军事、国防、航天航空、工矿企业、能源环保、工业控制、医药卫生、计量测试、建筑、家用电器等领域有着广阔的市场。世界上已有光纤传感技术上百种，诸如温度、压力、流量、位移、震动、转动、弯曲、液位、速度、加速度、声场、电流、电压、磁场及辐射等物理量都实现了不同性能的传感。

分布式光纤测温系统(DTS：Distributed Temperature Sensing)也称为光纤测温，依据光时域反射(OTDR)原理和喇曼(Raman)散射效应对温度的敏感从而实现温度监测。分布式光纤测温系统依据后向散射原理可以分为三种：基于瑞利散射、基于拉曼散射和基于布里渊散射。目前发展比较成熟，且有产品应用于工程的是基于拉曼散射的分布式光纤测温系统。它的传感原理主要依据的是光纤的光时域反射和光纤的后向拉曼散射温度效应。全系统采用光纤作为敏感信息传感和信号传输的载体，具有连续测温、分布式测温、实时测温、抗电磁干扰、本征安全、远程监控、高灵敏度、安装简便、长寿命等特点，广泛应用于市政综合管廊、管道、隧道、电缆、石油石化、煤矿等行业。

分布式光纤声波传感(DAS)技术，是一种可以实现震动和声场连续分布式探测的新型传感技术。它利用窄线宽单频激光在光纤中激发的相干瑞利散射对应变变化高度敏感的特性，结合反射计原理，对与光纤相互作用的环境震动与声场信息进行长距离、高时空精度的感知。这种独一无二的信息感知能力，使得DAS技术受到学术界和工业界的广泛关注。DAS技术性能不断提升，应用快速发展，已在周界入侵检测、铁路安全在线监测、地球物理勘探等方面展示了其独特的技术优势和潜力。

应变测量是材料和结构力学性能试验中的一项基本任务，是了解材料在力学载荷等因素作用下的变形、损伤和失效行为的基础，对于确定结构设计许用值、结构寿命预测和评估等均有重要价值。应变测量方法主要包括：电测法、光测法、声发射、脆性涂层法、应变机械测量法等。其中以电测法和光测法应用最为广泛。光测法是应用光学原理，以实验手段研究结构物中的应力、应变和位移等力学量的测量方法。光测法包括光弹性、全息干涉、激光散斑干涉、云纹法等。光纤应变测量法以光纤作为传感介质，利用光学原理和技术，通过对光的强度、位相、偏振态、波长等光学参数因外界因素(如拉力、压力等)的作用而发生的变化进行检测度量，以实现对被测物体应变量的测量。

随着光学技术的发展，还出现了光纤布喇格光栅(FBG)传感器等为代表的准分布式光纤传感器，然而光纤布喇格光栅传感器的测点会受到激光带宽的限制。如今，分布式光纤传感技术日渐成熟，基于背向瑞利散射的分布式光纤传感器在应变测量方面具备好的精度、线性度及重复性，可已经具备了在诸多领域可取代传统电阻式应变片和光纤布喇格光栅传感器的潜力。分布式光纤传感器具备测点密度极高，间距可控，质量小，耐腐蚀，电绝缘，精度高，重复性好的特点。此外，基于其质地较柔软坚韧的特性，它对结构表面的形状有较好的适应性。虽然以光纤布喇格光栅(FBG)传感器等为代表的准分布式光纤传感器，可以用于地下管线沿线的应变测量和实时长期监测，然而由于光纤布喇格光栅传感器的测点会受到激光带宽的限制，不适合在超长距离的地下管线沿线进行高密度或高空间分辨率的多测点应变测量和实时监测。

现有地下管线监测使用的传统的监测方法主要有人工巡查，地埋式点型震动探测报警，通过管道输送压力、流量和温度变化等参数的变化来判断泄漏是否发生。此类方式不但操作繁琐，成本高、浪费人力财力，而且自动化程度低、防干扰的能力差、灵敏度低，受输送物资特性和输送工况等因素影响，对微小泄漏灵敏度不高，而报警都发生在泄漏后。而且人工巡查会出现漏查的现象，导致很多可以通过预防的隐患不能得到及时处理，以至于隐患加大直至发生事故。

实用新型内容

本实用新型提出了基于分布式光纤传感的地下管线监测系统，利用布设在地下管线外侧的铠装光电复合缆，安装在地下管线沿线带夜视功能的高分辨率光学相机，安置在沿线监控站内的监控和预警系统和放置于沿线监控站内的DSS/DTS/DAS复合分布式光纤传感调制解调仪器，构建一个基于分布式光纤传感的地下管线沿线温度、震动和应变分布变化的长期实时监测系统。

本实用新型的目的是克服现有地下管线监测使用的传统的监测方法的不足，提出了把铠装光电复合缆布设在地下管线外侧，结合安装在地下管线沿线带夜视功能的高分辨率光学相机，安置在沿线监控站内的自动监控和预警系统和放置于沿线监控站内的DSS/DTS/DAS复合分布式光纤传感调制解调仪器，构建一个基于分布式光纤传感的地下管线沿线温度、震动和应变分布变化的长期实时监测系统，长期实时监测地下管线沿线的温度、震动和应变分布变化情况，及时发现地下管线沿线的异常地段，自动查证识别并实时提供预警或报警，保证地下管线特别是油气输送管道的长期稳定安全可靠的工作。

为实现上述目的，本实用新型的具体技术方案为：

基于分布式光纤传感的地下管线监测系统，包括地下管线，沿着地下管线外侧布设有铠装光电复合缆，所述的铠装光电复合缆包括光纤和数根带绝缘层的金属导线；

在地面上，沿着地下管线设置有沿线监控站和高分辨率光学相机；

所述的高分辨率光学相机带夜视功能，高分辨率光学相机与铠装光电复合缆的金属导线相连，高分辨率光学相机安装在可远程实时控制调整的姿态控制电动机上；

沿线监控站内设有自动监控和预警系统和DSS/DTS/DAS复合调制解调仪器；所述的 DSS/DTS/DAS复合调制解调仪器与铠装光电复合缆内的光纤相连接。

进一步的，所述的DSS/DTS/DAS复合调制解调仪器包括分布式光纤应变传感、分布式光纤温度传感和分布式光学声波传感的数据采集与调制解调功能。

所述的铠装光电复合缆包括光纤和数根带绝缘层的金属导线，所述的光纤包括单模光纤、多模光纤、特种应变敏感光纤、连续光栅光纤，所述的光纤外依次封装有连续金属细管。

进一步的，所述的连续金属细管和带绝缘层的金属导线外还缠绕单层或多层铠装钢丝。

进一步的，所述的连续金属细管内还注入了光纤膏；在等间距的位置上，用环氧树脂将光纤固定在连续金属细管的内壁上。另外专门在激光焊接连续金属细管之前，在等间距(10 米到100米之间)的位置上用环氧树脂将连续光纤与连续金属细管内壁固定在一起，以便于光纤及时敏感的检测到地下地应力作用在地下管线上和铠装光电复合缆上后生产的应变。

进一步的，所述的连续金属细管内安置的光纤，还包含有用高强度复合材料紧密包裹或用注塑机一次成型包裹单模光纤制作的高灵敏度应变特种光纤，光纤紧密贴壁密封在连续金属细管内。

进一步的，有多个带夜视功能的高分辨率光学相机安装在地下管线沿线，高分辨率光学相机与铠装光电复合缆内的金属导线相连，金属导线用来给高分辨率光学相机提供电源，同时传输图像数据，并通过高分辨率光学相机下方连接的姿态控制电动机远程实时控制调整高分辨率光学相机。

利用分布式光纤传感器进行应变/温度测量时，使用波长扫描干涉法测量背向瑞利散射，并将其作为光纤上与位置有关的函数。光纤中瑞利散射的产生是由于光纤长度方向上的折射率波动所致。散射虽是随机的，但对于给定光纤来说，如果光纤的状态不发生变化，便总是产生同样波长的反射光，这种固有的特性称为光纤的固有纹理信息。如果光纤的某位置因为受到载荷或温度影响而产生变形，那么仅在该位置的反射光波长产生偏差，通过比较变形前、后的反射光，就能确认变形发生在光纤的哪个部位。一般条件下，光纤中散射光光谱的漂移主要是由应变或温度变化引起的。由应变ε或温度t响应得到光谱漂移类似于共振波的漂移Δλ或布喇格光栅的光谱漂移Δυ，即：

Δλ/λ＝-Δυ/υ＝K_TΔt+K_εε

式中：λ和υ分别为平均光波长和频率；K_T和K_ε分别为温度和应变标准常数，对于大部分锗硅酸盐纤芯的光纤来说，K_T＝6.45μ℃^-1，K_ε＝0.78。

分布式光纤传感器的标距长度(GaugeLength)可调，但标距长度会影响光谱分辨率和测量信号的信噪比。一般标距长度越长，测量精度越高。针对不同的结构形式以及应变状态，可设计使用不同的标距长度进行应变测量，标距长度较大时，测量精度高，噪声小；标距长度较小时，测点密度高，应变场细节描述完全。

所述的基于分布式光纤传感的地下管线监测系统的监测方法，包括以下步骤：

(a)、把铠装光电复合缆沿地下管线铺设，铠装光电复合缆可以固定在地下管线的顶上，也可以固定在地下管线的两侧或底部，还可以埋设在地下管线的旁边；

(b)、在沿线监控站内安放自动监控和预警系统和DSS/DTS/DAS复合调制解调仪器；

(c)、在地下管线沿线安装带夜视功能的高分辨率光学相机，高分辨率光学相机下面连接有可进行远程实时控制调整的姿态控制电动机；

(d)、把高分辨率光学相机和姿态控制电动机与铠装光电复合缆内的金属导线相连接；

(e)、把DSS/DTS/DAS复合调制解调仪器分别与铠装光电复合缆内置的特种应变敏感光纤、2根多模光纤或2根高密度连续光栅光纤和单模光纤相连接；

(f)、DSS/DTS/DAS复合调制解调仪器的数据输出端与自动监控和预警系统相连接；

(i)、对DSS/DTS/DAS复合调制解调仪器连续测量的DSS信号、DTS信号和DAS信号进行调制解调，将DSS输出数据转换成地下管线沿线任何局部应力作用在铠装光电复合缆上产生的应变，将DTS输出数据转换成地下管线沿线任何局部温度高低变化的分布数据，将DAS输出数据转换成地下管线沿线任何局部震动变化的分布数据；

(j)、自动监控和预警系统对地下管线沿线任何局部温度高低变化的分布数据进行实时处理分析，当发现地下管线沿线任何局部出现高温异常时，马上通过调整正在监控地下管线高温异常地段的高分辨率光学相机及时聚焦拍摄地下管线高温异常地段的高分辨率照片或视频并将其传输回自动监控和预警系统进行实时显示，沿线监控站的值班人员根据地下管线高温异常地段的实际情况进行实时处理或立即报警；

(k)、自动监控和预警系统对地下管线沿线任何局部震动变化的分布数据进行实时处理分析，当发现地下管线沿线任何局部出现震动异常时，马上通过调整正在监控地下管线震动异常地段的高分辨率光学相机及时聚焦拍摄地下管线震动异常地段的高分辨率照片或视频并将其传输回自动监控和预警系统进行实时显示，沿线监控站的值班人员根据地下管线震动异常地段的实际情况进行实时处理或立即报警；

(l)、根据DTS系统监测和测量到的地下管线沿线的温度数据，利用公式：

Δλ/λ＝-Δυ/υ＝K_TΔt+K_εε

其中，λ和υ分别为平均光波长和频率；K_T和K_ε分别为温度和应变标准常数；

使用具体测量位置的温度值进行因温度变化而导致的光纤中散射光光谱的漂移对DSS测量的数据进行改正，获得消除了温度影响的真实的地下管线外壁的应变值；

(m)、对长期实时监测和测量到的地下管线外壁的应变量求取其对时间的微分，获得应变量随时间的变化率；

(n)、对长期实时监测和测量到的地下管线外壁应变量和应变率进行分析，根据管线工程设置的地下管线的应变量和应变率阈值标准，当发现地下管线局部的应变量和应变率超过阈值并可能造成地下管线局部变形损坏的地段时，及时提出预警或报警。

光纤应变测量法以光纤作为传感介质，利用光学原理和技术，通过对光的强度、位相、偏振态、波长等光学参数因外界因素(如拉力、压力等)的作用而发生的变化进行检测度量，以实现对被测物体应变量的测量。

基于布里渊光时域反射(BOTDR：Reflector Domain Time Optical Brillouin)的分布式光纤应变检测技术，具有单端输入、测量距离长、可测断点、全分布式检测等优点，可有效应用于大型基础工程的结构健康状态监测。基于BOTDR的应变检测仪结合相干检测法与微波外差扫频方法实现布里渊散射信号检测，利用FPGA高速运算的优势，实现布里渊散射信号降噪与布里渊增益谱的解调，以提高应变检测实时性。长期监测或检测到的地下管线沿线的应变量和应变率，可以通过提前预警或报警的方式有效地保证地下管线的长期稳定安全可靠的工作。

分布式光纤测温系统(DTS)用于实时测量地下沿线的温度变化，其原理是光在光纤中传输时产生的拉曼(Raman)散射和光时域反射(OTDR)原理来获取空间温度分布信息。大功率窄脉宽激光脉冲LD入射到传感光纤后，产生微弱的背向散射光，根据波长不同，分别是瑞利(Rayleigh)、反斯托克斯(Anti-stokes)和斯托克斯(Stokes)光。DTS是最为广泛使用的分布式温度监测技术，它能够精确测量光纤上每分米的温度，最高工作温度达到300℃，精确到0.1℃，分辨率0.01℃。由于地下管线沿线温度和应变的变化都会使光纤中散射光光谱产生漂移，因此我们需要使用应变监测或测量到地下管线异常区域的温度变化值对由应变或温度变化引起的光纤中散射光光谱的漂移进行温度影响的改正，使得我们最终获取的只是由地下管线沿线应力场变化引起的应变，提高应变监测或测量的精度。

分布式光纤声波传感(DAS)技术，是一种可以实现震动和声场连续分布式探测的新型传感技术。它利用窄线宽单频激光在光纤中激发的相干瑞利散射对应变变化高度敏感的特性，结合反射计原理，对与光纤相互作用的环境震动与声场信息进行长距离、高时空精度的感知。这种独一无二的信息感知能力，使得DAS技术受到学术界和工业界的广泛关注。DAS技术性能不断提升，应用快速发展，已在周界入侵检测、铁路安全在线监测、地球物理勘探等方面展示了其独特的技术优势和潜力。

本实用新型提供的基于分布式光纤传感的地下管线监测系统及其监测方法，为低成本、高精度、高可靠性的地下管线沿线温度、震动和应变分布变化的动态监测方法和技术。本实用新型提出了基于分布式光纤传感的地下管线监测系统，利用布设在地下管线外侧的铠装光电复合缆，安装在地下管线沿线带夜视功能的高分辨率光学相机，安置在沿线监控站内的自动监控和预警系统和DSS/DTS/DAS复合分布式光纤传感调制解调仪器，构建一个基于分布式光纤传感的地下管线沿线温度、震动和应变分布变化的长期实时监测系统，有效地保证地下管线的长期稳定安全可靠的工作，为地下管线的科学管理和提高使用效率提供不可缺少的手段、系统和方法。

附图说明

图1是本实用新型的系统构成示意图。

图2是本实用新型的地下管线和铠装光电复合缆布设位置示意图。

图3是本实用新型的铠装光电复合缆剖面结构示意图。

图4是本实用新型的铠装光电复合缆横截面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的实施方式，但它们并不构成对本实用新型的限定，仅作举例而已，同时通过说明本实用新型的优点将变得更加清楚和容易理解。

本实用新型的一种基于分布式光纤传感的地下管线监测系统的具体实施方式，如下所示：

如图1所示，基于分布式光纤传感的地下管线监测系统，包括地下管线1，布设在地下管线外侧的铠装光电复合缆2，安装在地下管线沿线带夜视功能的高分辨率光学相机3，高分辨率光学相机3下面连接有可远程实时控制调整的姿态控制电动机6，安置在沿线监控站内的自动监控和预警系统4；

还包括放置于沿线监控站内的DSS/DTS/DAS复合调制解调仪器5；所述的DSS/DTS/DAS 复合调制解调仪器5分别与光电复合缆2内置的光纤21相连接。

所述的DSS/DTS/DAS复合调制解调仪器5包括分布式光纤应变传感、分布式光纤温度传感和分布式光纤声波传感的数据采集与调制解调功能。

如图2所示，所述的铠装光电复合缆2包括光纤21和数根带绝缘层的金属导线23，所述的光纤21包括单模光纤、多模光纤、特种应变敏感光纤、连续光栅光纤，所述的光纤21外依次封装有连续金属细管22。

所述的连续金属细管22和带绝缘层的金属导线23外还缠绕单层或多层铠装钢丝25。

如图3所示，所述的连续金属细管22还注入了光纤膏；在激光焊接金属细管22之前，在等间距(10米到100米之间)的位置上用环氧树脂24将光纤21与连续金属细管22的内壁固定在一起，以便于铠装光电复合缆2内的光纤21及时敏感的检测到应力作用在铠装光电复合缆2上后生产的应变。

所述的连续金属细管22内安置的光纤21，还包含有用高强度复合材料紧密包裹或用注塑机一次成型包裹单模光纤制作的高灵敏度应变特种光纤，光纤21紧密贴壁密封在连续金属细管22内。

所述的基于分布式光纤传感的地下管线监测系统，有多个带夜视功能的高分辨率光学相机3安装在地下管线沿线，带夜视功能的高分辨率光学相机3与铠装光电复合缆2内的金属导线23相连，金属导线23用来给带夜视功能的高分辨率光学相机3提供电源，传输图像数据，并通过高分辨率光学相机3下方连接的姿态控制电动机6远程实时控制调整高分辨率光学相机3。

分布式光纤声波传感(DAS)技术，是一种可以实现震动和声场连续分布式探测的新型传感技术。它利用窄线宽单频激光在光纤中激发的相干瑞利散射对应变变化高度敏感的特性，结合反射计原理，对与光纤相互作用的环境震动与声场信息进行长距离、高时空精度的感知。

利用分布式光纤传感器进行应变/温度测量时，使用波长扫描干涉法测量背向瑞利散射，并将其作为光纤上与位置有关的函数。光纤中瑞利散射的产生是由于光纤长度方向上的折射率波动所致。散射虽是随机的，但对于给定光纤来说，如果光纤的状态不发生变化，便总是产生同样波长的反射光，这种固有的特性称为光纤的固有纹理信息。如果光纤的某位置因为受到载荷或温度影响而产生变形，那么仅在该位置的反射光波长产生偏差，通过比较变形前、后的反射光，就能确认变形发生在光纤的哪个部位。一般条件下，光纤中散射光光谱的漂移主要是由应变或温度变化引起的。由应变ε或温度t响应得到光谱漂移类似于共振波的漂移Δλ或布喇格光栅的光谱漂移Δυ，即：

Δλ/λ＝-Δυ/υ＝K_TΔt+K_εε

式中：λ和υ分别为平均光波长和频率；K_T和K_ε分别为温度和应变标准常数，对于大部分锗硅酸盐纤芯的光纤来说，K_T＝6.45μ℃^-1，K_ε＝0.78。

分布式光纤传感器的标距长度(GaugeLength)可调，但标距长度会影响光谱分辨率和测量信号的信噪比。一般标距长度越长，测量精度越高。针对不同的结构形式以及应变状态，可设计使用不同的标距长度进行应变测量，标距长度较大时，测量精度高，噪声小；标距长度较小时，测点密度高，应变场细节描述完全。

采用上述基于分布式光纤传感的井下应变分布监测系统的监测方法，包括以下步骤：

1、把铠装光电复合缆2沿地下管线1铺设，如图4所示，铠装光电复合缆2可以固定在地下管线1的顶上，也可以固定在地下管线1的两侧或底部，也可以埋设在地下管线1的旁边；

2、在地下管线1沿线的监控站内安放地下管线1的自动监控和预警系统4和 DSS/DTS/DAS复合调制解调仪器5；

3、在地下管线1沿线安装带夜视功能的高分辨率光学相机3，高分辨率光学相机3下面连接有可进行远程实时控制调整的姿态控制电动机6；

4、把高分辨率光学相机3和姿态控制电动机6与铠装光电复合缆2内的金属导线23连接起来；

5、把安放在沿线监控站内的DSS/DTS/DAS复合调制解调仪器5分别与光电复合缆2内置的特种应变敏感光纤、2根多模光纤或2根高密度连续光栅光纤和单模光纤相连接；

6、DSS/DTS/DAS复合调制解调仪器5的数据输出端与自动监控和预警系统4相连接；

7、对DSS/DTS/DAS复合调制解调仪器5连续测量的DSS信号、DTS信号和DAS信号进行调制解调，将DSS输出数据转换成地下管线1沿线任何局部应力作用在铠装光电复合缆 2上产生的应变，将DTS输出数据转换成地下管线1沿线任何局部温度高低变化的分布数据，将DAS输出数据转换成地下管线1沿线任何局部震动变化的分布数据；

8、自动监控和预警系统4对地下管线1沿线任何局部温度高低变化的分布数据进行实时处理分析，当发现地下管线1沿线任何局部出现高温异常时，马上通过调整正在监控地下管线1高温异常地段的高分辨率光学相机3及时聚焦拍摄地下管线1高温异常地段的高分辨率照片或视频并将其传输回自动监控和预警系统4进行实时显示，地下管线1沿线监控站的值班人员根据地下管线1高温异常地段的实际情况进行实时处理或立即报警；

9、自动监控和预警系统4对地下管线1沿线任何局部震动变化的分布数据进行实时处理分析，当发现地下管线1沿线任何局部出现震动异常时，马上通过调整正在监控地下管线1 震动异常地段的高分辨率光学相机3及时聚焦拍摄地下管线1震动异常地段的高分辨率照片或视频并将其传输回自动监控和预警系统4进行实时显示，地下管线1沿线监控站的值班人员根据地下管线1震动异常地段的实际情况进行实时处理或立即报警；

10、根据DTS系统监测和测量到的地下管线1沿线的温度数据，利用公式：

Δλ/λ＝-Δυ/υ＝K_TΔt+K_εε

其中，λ和υ分别为平均光波长和频率；K_T和K_ε分别为温度和应变标准常数；

使用具体测量位置的温度值进行因温度变化而导致的光纤中散射光光谱的漂移对DSS测量的数据进行改正，获得消除了温度影响的真实的地下管线1外壁的应变值；

11、对长期实时监测和测量到的地下管线1外壁的应变量求取其对时间的微分，获得应变量随时间的变化率；

12、对长期实时监测和测量到的地下管线1外壁应变量和应变率进行分析，根据管线工程设置的地下管线1的应变量和应变率阈值标准，当发现地下管线1局部的应变量和应变率超过阈值并可能造成地下管线1局部变形损坏的地段时，及时提出预警或报警。

实施例提出的基于分布式光纤传感的地下管线监测系统及其监测方法，为低成本、高精度、高可靠性的地下管线沿线温度、震动和应变分布变化的动态监测方法和技术。本实用新型提出了基于分布式光纤传感的地下管线监测系统，利用布设在地下管线外侧的铠装光电复合缆，安装在地下管线沿线带夜视功能的高分辨率光学相机，安置在沿线监控站内的自动监控和预警系统和DSS/DTS/DAS复合分布式光纤传感调制解调仪器，构建一个基于分布式光纤传感的地下管线沿线温度、震动和应变分布变化的长期实时监测系统。有效地保证地下管线的长期稳定安全可靠的工作，为地下管线的科学管理和提高使用效率提供不可缺少的手段、系统和方法。

Claims (7)

1.基于分布式光纤传感的地下管线监测系统，其特征在于，包括地下管线(1)，沿着地下管线(1)外侧布设有铠装光电复合缆(2)，所述的铠装光电复合缆(2)包括光纤(21)和数根带绝缘层的金属导线(23)；

在地面上，沿着地下管线(1)设置有沿线监控站和高分辨率光学相机(3)；

所述的高分辨率光学相机(3)带夜视功能，高分辨率光学相机(3)与铠装光电复合缆(2)的金属导线(23)相连，高分辨率光学相机(3)安装在可远程实时控制调整的姿态控制电动机(6)上；

沿线监控站内设有自动监控和预警系统(4)和DSS/DTS/DAS复合调制解调仪器(5)；所述的DSS/DTS/DAS复合调制解调仪器(5)与铠装光电复合缆(2)内的光纤(21)相连接。

2.根据权利要求1所述的基于分布式光纤传感的地下管线监测系统，其特征在于，所述的DSS/DTS/DAS复合调制解调仪器(5)包括分布式光纤应变传感、分布式光纤温度传感和分布式光纤声波传感的数据采集与调制解调功能。

3.根据权利要求1所述的基于分布式光纤传感的地下管线监测系统，其特征在于，所述的光纤(21)包括单模光纤、多模光纤、特种应变敏感光纤、连续光栅光纤，所述的光纤(21)外封装有连续金属细管(22)。

4.根据权利要求3所述的基于分布式光纤传感的地下管线监测系统，其特征在于，所述的连续金属细管(22)和带绝缘层的金属导线(23)外还缠绕单层或多层的铠装钢丝(25)。

5.根据权利要求3所述的基于分布式光纤传感的地下管线监测系统，其特征在于，所述的连续金属细管(22)内还注入了光纤膏；在等间距的位置上，用环氧树脂(24)将光纤(21)固定在连续金属细管(22)的内壁上。

6.根据权利要求3所述的基于分布式光纤传感的地下管线监测系统，其特征在于，所述的光纤(21)还包含有用高强度复合材料紧密包裹或用注塑机一次成型包裹单模光纤制作的高灵敏度应变特种光纤，光纤(21)紧密贴壁密封在连续金属细管(22)内。

7.根据权利要求1所述的基于分布式光纤传感的地下管线监测系统，其特征在于，所述的金属导线(23)用来给高分辨率光学相机(3)提供电源、传输图像数据，并通过姿态控制电动机(6)远程实时控制调整高分辨率光学相机(3)。

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