CN2898766Y - 地下管线检测光纤光栅传感器检测头 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种地下管线检测光纤光栅传感器检测头。它包含一个柔弹性圆筒，两根光纤光栅以互成90°方位粘贴在柔弹性圆筒外壁母线上，柔弹性圆筒的外壁上轴向均布套装着定心变径套环。本实用新型用于进行非开挖地下管线探测时，能使光纤光栅由牵引机构拖动检测头在被检测管线内移动，被测管道内径测量点上的曲率信息传递给光纤光栅，从而使检测系统精确检测出管道形状。本检测头在获取信息并传输时不受周围环境的干扰和约束。

Description

地下管线检测光纤光栅传感器检测头

技术领域

本实用新型涉及一种传感器检测头，特别是一种光纤光栅地下管线探测传感器检测头。

背景技术

在非开挖施工中，应该对铺设的地下管线位置形状进行检测，以确信新铺设的管线没有损坏原有的管线，也防止新铺设的管线不被未来的铺设工程所破坏。同时根据检测数据绘制地下管线位置竣工图，为建立城市地下管线管理信息系统提供准确的管线空间位置等资料。目前，国内外采用的地下管线检测方法主要包括：管线定位器(Pipe Locator)、探地雷达(Ground Penetrating Radar)、陀螺仪(Gyroscope)检测，还有城市信息管道非开挖施工中采用的水平钻机定向仪，该设备可以在钻孔过程中对钻头跟踪和导航，从而实现了对钻孔轨迹的测量和控制。现有的管线检测方法存在的共同问题是：定位精度不高，探测误差随挖掘深度的增加而显著加大；测量范围有限，对管道埋深有要求(最好的管线定位仪探测深度5m；探地雷达探测深度一般不超过9m；误差与测量深度呈积累增加关系)；当被检测管径相对较小时(如地下信息管线)，更增加了检测的难度；已有的地下管网密集交错，造成探测信号高度耦合；探测信号严重受到城市空间电磁干扰的影响以及地质状况、周围环境、交通等综合影响。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种地下管线检测光纤光栅传感器检测头，在进行非开挖地下管线探测时，能使光纤光栅由牵引机构拖动检测头在被检测管线内移动，被测管道内内径测量点上的曲率信息传递给光纤光栅，从而使检测系统精确检测出管道形状。本检测头在获取信息并传输时不受周围环境的干扰和约束。

为了达到上述的目的，本实用新型采用下述技术方案：

一种地下管线检测光纤光栅传感器检测头，包括一个柔弹性圆筒，其特征在于有两根光纤光栅以互成90°方位粘贴在所述的柔弹性圆筒外壁母线上，所述的柔弹性圆筒的外壁上轴向均布套装着定心变径套环。

上述的柔弹性圆筒为聚氨酯圆筒或橡胶圆筒。

上述的柔弹性圆筒内圆套装着一根弹簧，这样可增强其弹性。

上述的两根光纤光栅与柔弹性圆筒的粘贴结构是：在柔弹性圆筒外壁上开有两条互成90°方位的轴向圆弧形凹槽与两根光纤光栅相匹配，两根光纤光栅由环氧胶粘贴在该两凹槽内。

上述的定心变径套环的结构是：一个有开口的弹性夹环片通过其开口处的锁紧螺钉使其弹性收缩而夹紧于所述的柔弹性圆筒的外壁上；弹性夹环片的外圆上周向均布三个缺口，每个缺口内设置一个变径块；变径块上有一个固定销与其两侧的两块夹板上的腰孔穿孔滑配，两块夹板分别由两只销钉固定在弹性夹环片的两侧壁上；变径块的内底面与弹性夹环片缺口底面之间装有两个压簧；变径块的外侧为圆弧面，其上有2～3个圆形槽，每个圆形槽内均滚动嵌装着一个小钢珠。

上述的弹性夹环片为铝质片，变径块为铝质块。它们具有足够强度而重量较轻。

上述的柔弹性圆筒的两端分列有外凸中心轴头的端盖通过螺钉螺帽与柔弹性圆筒固定连接，用于固定连接引索。

本实用新型与现有的技术相比较，具有如下显而易见的实质性特点和优点：本实用新型的检测头采用柔弹性圆筒上套装着定心变径套环，能够在变管径的被测地下管道中灵活运动并且能够很好的实现在获取曲率信息并传输时不受周围环境的干扰和约束，并且结构合理、简单。

附图说明

图1是本实用新型一个实施例的结构示意图。

图2是图1的左视图。

图3是图2中A-A处的剖面图。

图4是本实用新型的应用示例检测系统图。

具体实施方式

本实用新型一个优选实例是：参见图1、图2和图3，本地下管线检测光纤光栅传感器检测头包含有一个柔弹性圆筒6，有两根光纤光栅4、13以互成90°方位粘贴在柔弹性圆筒6外壁母线上，柔弹性圆筒6的外壁上轴向均布套装着定心变径套环2。上述的柔弹性圆筒6为聚氨酯圆筒或橡胶圆筒。柔弹性圆筒6内圆套装着一根弹簧3以增强其弹性。上述的两根光纤光栅4、13与柔弹性圆筒6的粘贴结构是：在柔弹性筒6外壁上开有两条互成90°方位的轴向圆弧形凹槽与两根光纤光栅相匹配，两根光纤光栅由环氧胶粘贴在该两凹槽内。上述的定心变径套环2的结构是：一个有开口16的弹性夹环片8通过其开口处的锁紧螺钉15使其弹性收缩而夹紧于所述的柔弹性圆筒6的外壁上；弹性夹环片8的外圆上周向均布三个缺口12，每个缺口12内设置一个变径块9；变径块9上有一个固定销17与其两侧的两块夹板14上的腰孔穿孔18滑配，两块夹板14分别由两只销钉19固定在弹性夹环片8的两侧壁上；变径块9的内底面与弹性夹环片8缺口12底面之间装有两个压簧11；变径块9的外侧为圆弧面，其上有2～3个圆形槽，每个圆形槽内均滚动嵌装着一个小钢珠10。上述的弹性夹环片8为铝质片，变径块9为铝质块，它们具有足够强度而重量较轻。上述的柔弹性圆筒6的两端分列有外凸中心轴头的端盖1、5通过螺钉螺帽7与柔弹性圆筒6固定连接，用于固定连接引索。

参见图4，本实用新型的一个应用示例：

本实用新型针对一种管线形状探测的新方法而提出。这种新方法，即地下信息管线检测的实现原理，如图4所示，由牵引及计程机构25拖动检测头27在被检测管线26内移动，由牵引及计程机构25控制拖动距离，到达预定距离时，牵引及计程机构25发送信号给下位机24，下位机24控制牵引及计程机构25停止运转，下位机24通过发送就位信号给上位机22，由上位机22采集光纤光栅解调仪23波长数据，并进行处理。数据采集完毕后，上位机22发送启动信号给下位机24，由下位机24启动牵引及计程机构25，采集下一个点的空间离散曲率信息。这样在获取曲率信息并传输时，就不受周围环境(如电磁信号)的干扰和约束，然后利用空间曲线重建方法重建出地下管道的三维形状。空间曲线重建方法，即根据曲线切向量和曲率分量决定的运动坐标系，在运动坐标系中合成曲率矢量、确定密切平面；然后在密切平面中对曲线进行弯曲计算，得出离散点的在运动坐标系中的坐标；通过运动坐标系向基系变换，这样就可以得出离散点的绝对坐标，从而重建出曲线，精确检测出管道形状，在显示器21中显示出来。

本检测头将管道弯曲变形的信息精确地传递到光纤光栅传感器上，并且在获取曲率信息并传输时不受周围环境(如电磁信号)的干扰和约束。

本传感器检测头能满足以下设计要求：

①被检测管线由于埋设在地下，环境因素(如受挤压力过大)可能会导致管线形状发生变化。这时，该检测头具有变径能力，能顺利通过管线。

②要保证光纤光栅传感器随着管线的弯曲而弯曲，即保证两者的弯曲变形同步和一致。

③实现紧贴管线内壁的支撑作用，并保证传感器与被测管线同心。

④该检测头由于与管线内壁接触，摩擦的产生不可避免，所以该检测头在设计上应尽量减小摩擦力。

Claims (7)

1.一种地下管线检测光纤光栅传感器检测头，包括一个柔弹性圆筒(6)，其特征在于有两根光纤光栅(4、13)以互成90°方位粘贴在所述的柔弹性圆筒(6)外壁母线上，所述的柔弹性圆筒(6)的外壁上轴向均布套装着定心变径套环(2)。

2.根据权利要求1所述的地下管线检测光纤光栅传感器检测头，其特征在于所述的柔弹性圆筒(6)为聚氨酯圆筒或橡胶圆筒。

3.根据权利要求1或2所述的地下管线检测光纤光栅传感器检测头，其特征在于所述的柔弹性圆筒(6)内圆套装着一根弹簧(3)。

4.根据权利要求1所述的地下管线检测光纤光栅传感器检测头，其特征在于所述的两根光纤光栅(4、13)与柔弹性圆筒(6)的粘贴结构是：在柔弹性圆筒(6)外壁上开有两条互成90°方位的轴向圆弧形凹槽与两根光纤光栅(4、13)相匹配，两根光纤光栅(4、13)由环氧胶粘贴在该两凹槽内。

5.根据权利要求1所述的地下管线检测光纤光栅传感器检测头，其特征在于所述的定心变径套环(2)的结构是：一个有开口(16)的弹性夹环片(8)通过其开口处的锁紧螺钉(15)使其弹性收缩而夹紧于所述的柔弹性圆筒(6)的外壁上；弹性夹环片(8)的外圆上周向均布三个缺口(12)，每个缺口(12)内设置一个变径块(9)；变径块(9)上有一个固定销(17)与其两侧的两块夹板(14)上的腰孔穿孔(18)滑配，两块夹板(14)分别由两只销钉(19)固定在弹性夹环片(8)的两侧壁上；变径块(9)的内底面与弹性夹环片(8)缺口(12)底面之间装有两个压簧(11)；变径块(9)的外侧为圆弧面，其上有2～3个圆形槽，每个圆形槽内均滚动嵌装着一个小钢珠(10)。

6.根据权利要求5所述的地下管线检测光纤光栅传感器检测头，其特征在于所述的弹性夹环片(8)为铝质片，所述的变径块(9)为铝质块。

7.根据权利要求1所述的地下管线检测光纤光栅传感器检测头，其特征在于所述的柔弹性圆筒(6)的两端分列有外凸中心轴头的端盖(1、5)通过螺钉螺帽(7)与柔弹性圆筒(6)固定连接。

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