NL1016708C2

NL1016708C2 - Checking underground cables for deformation and sagging, using auxiliary flexible fibre optic cable

Info

Publication number: NL1016708C2
Application number: NL1016708A
Authority: NL
Inventors: Rodriaan Spruit; Jan Hendrik Bouma; Jacobus Van Der Walle; Marinus Johannes Van Der Hoek
Original assignee: Gemeente Rotterdam
Priority date: 2000-11-27
Filing date: 2000-11-27
Publication date: 2002-05-31

Abstract

An additional flexible cable with a small diameter containing at least one optical fibre is laid in the ground next to the underground cable, and any sagging or deformation is measured optically and the results processed, in the same manner as for at least one optical fibre fixed to the cable and extending in the cable length direction.

Description

Korte aanduiding: Werkwijze voor het controleren van ondergrondse leidingen op vervormingen en/of verzakkingen.Brief indication: Method for checking underground pipes for deformations and / or subsidence.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het controleren van een ondergrondse leiding, meer in het bijzonder transportleiding, op vervormingen en/of verzakkingen, door ten minste één zich in hoofdzaak in de lengte-5 richting van de leiding uitstrekkende optische vezel verschuivingsvrij op de leiding aan te brengen en de in bedrijf optredende (veranderingen in) stuik en rek langs optische weg te meten en de meetresultaten te bewerken.The invention relates to a method for checking an underground conduit, more particularly transport conduit, for deformations and / or subsidence by means of at least one optical fiber extending substantially in the longitudinal direction of the conduit on the to install pipe and to measure the (changes in) butt and strain occurring during operation by optical means and to process the measurement results.

Een dergelijke werkwijze is bekend te achten uit het 10 Amerikaanse octrooischrift 4.927.232 en is met voordeel toepasbaar voor het bewaken van ondergrondse leidingen die voor een langere bedrijfsperiode van bijv. 30-50 jaar aan (verschillen in) zettingen van de ondergrond onderhevig zi jn.Such a method can be found in US Pat. No. 4,927,232 and is advantageously applicable for monitoring underground pipes that are subject to (differences in) settlements of the substrate for a longer operating period of, for example, 30-50 years. .

15 De werkwijze biedt met name voordelen boven de klassieke werkwijze voor het bewaken van ondergrondse leidingen.The method offers in particular advantages over the conventional method for monitoring underground pipes.

Die klassieke werkwijze bestaat daarin, dat op en naast de te bewaken leiding meetpunten in de vorm van "zet"- en 20 "zakbakens" worden aangebracht, waarmede infor-matie wordt verkregen over het werkelijke vervormingsgedrag (de zettingen) van de ondergrond respektievelijk het werkelijke vervormingsgedrag van de leiding. Uit beide soorten informatie kan daarbij worden afgeleid of de situatie op 25 het moment van de meting al dan niet binnen de grenzen van het ontwerp valt.This classical method consists in that measuring points in the form of "brewing" and "pocket beacons" are provided on and next to the conduit to be monitored, with which information is obtained about the actual deformation behavior (the settlements) of the subsoil and / or the subsoil. actual distortion behavior of the pipe. From both types of information it can be deduced here whether or not the situation at the time of the measurement falls within the limits of the design.

De voordelen van de werkwijze volgens het genoemde Amerikaanse octrooischrift 4.927.232 boven deze klassieke werkwijze zijn de afwezigheid van kwetsbare bakens alsook 30 het feit dat de verkregen informatie niet beperkt is tot bepaalde, vooraf te kiezen meetlocaties.The advantages of the method according to the aforementioned US patent 4,927,232 over this classical method are the absence of vulnerable beacons as well as the fact that the information obtained is not limited to certain preselectable measuring locations.

1016708 21016708 2

Een nadeel is dat de werkwijze volgens het Amerikaanse octrooischrift geen voldoende nauwkeurig inzicht verschaft in het vervormingsgedrag van de ondergrond.A disadvantage is that the method according to the U.S. patent specification does not provide sufficiently accurate insight into the deformation behavior of the substrate.

Volgens de uitvinding nu wordt in deze onvolkomenheid 5 voorzien, doordat naast de te controleren leiding een buigzame leiding van kleine diameter in de grond wordt gelegd, die eveneens van ten minste één optische vezel, waarvan de in bedrijf optredende (veranderingen in) stuik en rek op soortgelijke wijze worden gemeten en de meetresultaten op 10 soortgelijke wijze worden bewerkt.According to the invention, this deficiency is provided for in that a flexible pipe of small diameter is laid in the ground next to the pipe to be checked, which pipe is also made of at least one optical fiber, the (changes in) butt and strain occurring during operation. be measured in a similar way and the measurement results are processed in a similar way.

Het zal duidelijk zijn dat als gevolg van de buigzaamheid van de "hulpleiding" volgens de uitvinding deze leiding zich betrekkelijk gemakkelijk naar de zich zettende ondergrond voegt, zodat de op de leiding toegepaste me-15 tingen een vrij nauwkeurig beeld geven van het werkelijke vervormingsgedrag van de ondergrond tijdens de bedrijfs-periode van de transportleiding.It will be clear that as a result of the flexibility of the "auxiliary pipe" according to the invention, this pipe joins relatively easily to the settling surface, so that the measurements applied to the pipe give a fairly accurate picture of the actual deformation behavior of the substrate during the operating period of the transport pipeline.

De uitvinding wordt hieronder aan de hand van de tekening met een uitvoeringsvoorbeeld nader toegelicht.The invention is explained in more detail below with reference to the drawing with an exemplary embodiment.

20 Fig. 1 is een schematisch aanzicht van een ondergrondse leiding van een type, die bekend te achten is uit het Amerikaanse octrooischrift 4.927.232 met vier op onderling gelijke hoekafstanden daarop aangebrachte optische vezels, waarvan er een is verbonden met een uitleesapparaat van 25 bekend type; fig. 2 toont een voorbeeld van een grafiek, waarin het verloop van de mechanische spanning in de lengterichting van een optische vezel is te zien.FIG. 1 is a schematic view of an underground conduit of a type which is known to be known from U.S. Pat. No. 4,927,232 with four optical fibers disposed thereon at mutually equal angular distances, one of which is connected to a reading apparatus of known type; Fig. 2 shows an example of a graph in which the variation of the mechanical stress in the longitudinal direction of an optical fiber can be seen.

In fig. 1 is met 1 een transportleiding van b.v. staal 30 of kunststof aangegeven, in het omtreksvlak waarvan een viertal in de lengterichting van de leiding lopende optische vezels 2a-2d zijn aangebracht. Daartoe kunnen in het leidingoppervlak langsgroeven van b.v. een driehoekige dwarsdoorsnedevorm zijn aangebracht, waarin de optische 35 vezels zijn opgenomen en met lijm zijn vastgekit. De vezels, die een dikte (=diameter) van 1,2 mm kunnen hebben, worden aan de buitenkant bij voorkeur afgedekt met een smalle beschermfolie. De leiding kan voorts voorzien zijn van een warmte-isolerende bekleding.In Fig. 1, a transport line of e.g. steel or plastic, in the circumferential surface of which four optical fibers 2a-2d extending in the longitudinal direction of the line are arranged. For this purpose, longitudinal grooves of e.g. a triangular cross-sectional shape is provided, in which the optical fibers are received and glued with glue. The fibers, which can have a thickness (= diameter) of 1.2 mm, are preferably covered on the outside with a narrow protective film. The pipe can further be provided with a heat-insulating coating.

10167 08 310167 08 3

In het bedrijf optredende vervormingen (zoals zakkingen) van de leiding, die worden veroorzaakt door in de lengterichting van de leiding optredende verschillen in zetting van de ondergrond, worden volgens de uitvinding 5 bepaald door het meten van de met de vervorming gepaard gaande rek c.q. stuik van de vezels 2a-2d. Daartoe wordt gebruik gemaakt van op zichzelf bekende appparatuur, in fig.l met 3 aangeduid, waarmede op twee verschillende manieren te werk kan worden gegaan, n.l.: 10 l. Bij gebruik van een optische vezel, waarin van te voren in discrete punten speciale meetgebieden zijn geformeerd, z.g.n. FBG's (Fiber Bragg Gratings), die als een optisch tralie werken, wordt breedbandig licht in de optische vezel gebracht en wordt de door het traliesysteem gereflecteerde 15 golflengte gemeten. Rek of stuik wordt daarbij gedetecteerd als een golf lengt ever schui ving. Bij aanwezigheid van meerdere FBG's op gedefinieerde afstanden in dezelfde vezel dient een zodanige uitleestechniek toegepast te worden, dat de rek of stuik van de afzonderlijke FBG's is vast te stel-20 len. Daartoe kunnen FBG's elk een afwijkende golflengte in spanningsloze toestand reflecteren, of kan met behulp van een puls-echotechniek een lichtpuls in de optische vezel worden gezonden, waarna achtereenvolgens de optische reflecties van de opeenvolgende FBG's in de glasvezel 25 worden bepaald.According to the invention, deformations (such as subsidence) of the conduit, which occur due to differences in settlement of the substrate occurring in the longitudinal direction of the conduit, are determined in accordance with the invention by measuring the strain or butt associated with the deformation. of the fibers 2a-2d. For this purpose use is made of equipment known per se, indicated in Fig. 1 by 3, which can be used in two different ways, i.e.: 10 l. When using an optical fiber, in which special measuring areas have been formed in advance in discrete points, so-called.n. FBGs (Fiber Bragg Gratings), which act as an optical lattice, are fed broadband light into the optical fiber and the wavelength reflected by the lattice system is measured. Elongation or distortion is thereby detected as a wave length shift. In the presence of a plurality of FBGs at defined distances in the same fiber, such a read-out technique must be applied that the elongation or strain of the individual FBGs can be determined. To that end, FBGs can each reflect a different wavelength in the voltage-free state, or a light pulse can be sent into the optical fiber by means of a pulse echo technique, after which the optical reflections of the successive FBGs in the glass fiber are successively determined.

2. Bij gebruik van een glasvezel met een homogene structuur (dus zonder speciale meetgebieden) kan de rek of stuik in de optische vezel worden gemeten door middel van het analyseren van de in de vezel optredende Brillouinver-30 strooiing. De uitleesapparatuur zendt in dit geval een smalbandige lichtpuls uit. Over de gehele lengte van de glasvezel vindt een zwakke reflectie van dit licht plaats. Als gevolg van rek of stuik van de vezel ondergaat het verstrooide licht een geringe golflengteverschuiving, die 35 door de apparatuur wordt gedetecteerd. Door de echotijd en de golflengte-verschuiving te meten kan aldus de mechanische spanningstoestand van de optische vezel als functie van de lengte van de vezel worden bepaald. Men spreekt in fe 0 S i b o 4 dit geval van B-OTDR (Brillouin Optical Time Domain Reflec-tometry).2. When using a glass fiber with a homogeneous structure (ie without special measuring areas), the elongation or strain in the optical fiber can be measured by analyzing the Brillouin scattering occurring in the fiber. In this case, the readout equipment transmits a narrow-band light pulse. A weak reflection of this light takes place over the entire length of the fiber optic. As a result of fiber elongation or distortion, the scattered light undergoes a slight wavelength shift, which is detected by the equipment. By measuring the echo time and the wavelength shift, the mechanical stress state of the optical fiber can thus be determined as a function of the length of the fiber. This case is referred to as B-OTDR (Brillouin Optical Time Domain Reflectometry) in fe 0 S i b o 4.

In het voorbeeld van fig.l wordt door het apparaat 3 voor elke vezel het verloop van de rek c.q. stuik over de 5 lengte van de vezel bepaald. Het apparaat 3 kan door middel van een connector 6 met de optische vezels 2a-2d worden. Een voorbeeld van de rek c.q. stuik als functie van de lengte van de vezel is weergegeven in fig. 2. Langs de horizontale as in de grafiek van fig. 2 is de afstand langs 10 de optische vezel weergeven. Langs de verticale as is de gedetecteerde rek of stuik in de optische vezel weergegeven. De krommen 4 en 5 in fig. 2 zijn representatief voor het spanningsverloop in de beide diametraal tegenover elkaar liggende vezels 2b respektievelijk 2d. De beide krom-15 men vormen (vrijwel) eikaars spiegelbeeld en geven aan, dat de leiding, in het vertikale vlak gezien, elkaar afwisselende zakkingen en naar bovengerichte bollingen vertoont.In the example of Fig. 1, the apparatus 3 determines for each fiber the course of the elongation or butt over the length of the fiber. The device 3 can be connected by means of a connector 6 with the optical fibers 2a-2d. An example of the elongation or upset as a function of the length of the fiber is shown in Figure 2. The distance along the optical fiber is shown along the horizontal axis in the graph of Figure 2. Along the vertical axis the detected strain or strain is shown in the optical fiber. The curves 4 and 5 in Fig. 2 are representative of the voltage variation in the two diametrically opposed fibers 2b and 2d, respectively. The two curves form (almost) each other's mirror image and indicate that, viewed in the vertical plane, the conduit has alternating pockets and bulges directed upwards.

Van alle vier optische vezels voert het apparaat 3 een signaal toe aan een bewerkingseenheid, waarin de afzonder-20 lijke signalen met behulp van een specifiek computerprogramma tot de gewenste informatie over de leiding worden verwerkt, eventueel met in achtneming van de beginsituatie direkt na aanleg van de leiding.The device 3 supplies a signal from all four optical fibers to a processing unit, in which the individual signals are processed with the aid of a specific computer program into the desired information about the line, possibly taking into account the initial situation immediately after installation of in charge.

Deze werkwijze is uiteraard niet alleen toepasbaar op 25 rechte leidingen, doch is ook met succes bruikbaar bij leidingen met bochten. Bovendien is deze werkwijze niet alleen toepasbaar op liggende leidingen, maar ook op verticale leidingen.This method is of course not only applicable to straight pipes, but can also be used successfully with pipes with bends. Moreover, this method is not only applicable to horizontal pipes, but also to vertical pipes.

De uitvinding komt er nu op neer dat naast de te 30 controleren transportleiding op niet weergegeven wijze een buigzame leiidng van kleine diameter in de grond wordt gelegd, die eveneens van ten minste één optische vezel is voorzien. Van deze buigzame leiding worden in bedrijf optredende (veranderingen in) stuik en rek op dezelfde 35 wijze als hierboven beschreven gemeten en worden de meetresultaten op dezelfde wijze als hierboven beschreven bewerkt.The invention now comes down to the fact that, in addition to the conveyor line to be checked, a flexible pipe of small diameter is laid in the ground which is also provided with at least one optical fiber. Of this flexible conduit, (changes in) butt and strain occurring during operation are measured in the same manner as described above and the measurement results are processed in the same manner as described above.

10167081016708

Claims

Method for checking an underground pipe, more in particular transport pipe, for deformations and / or subsidence, by arranging at least one optical fiber extending substantially in the longitudinal direction of the pipe on the pipe without displacement and measure (changes in) butt and strain occurring during operation by optical means and process the measurement results, characterized in that a flexible pipe of small diameter is laid in the ground next to the pipe to be checked, which is also of at least one optical fiber, of which the (changes in) butt and strain occurring during operation are measured in a similar manner and the measurement results are processed in a similar manner. 15 ..., *. "ï o o lauiöu