[发明专利]一种基于分布式光纤传感器和声波的管道监测方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种管道监测方法，特别是涉及一种基于分布式光纤传感器和声波的管道监测方法，用于对管道泄漏情况实时在线监测，实现精确自动预警。

 

背景技术

随着社会经济和人民生活水平的提高，各种建筑物群越来越多，与其配套的水、电、暖、燃气等管道、电线电缆以及通信光缆等管道在地下四处延伸，因此，管道的安全性是城市建设中不可忽视的重要部分。

目前，用于管道泄漏的监测可以使用管外检测法，主要包括负压波检测法和声发射检测法。负压波检测法能够快速地判断管道泄漏的发生并准确定位，但此技术的重要特点是需要产生压力下降，压力下降产生的波动是否能够有效检测也很大程度取决于所采用的仪表精度，如在 1Mpa工况压力下，1/4英寸孔径产生的泄漏在经过20千米管道衰减后产生的压降约为0.001Mpa，一般一个满量程为1Mpa 的压力表，很难有效检测到如此小的压降，虽然有分辨率更高的压力表，但不符合大的压降的检测量程要求，因此负压波检测法对诊断实时性有非常高的要求，即诊断系统必须能及时捕捉泄漏刚发生时产生的负压波信号；声发射检测法是在管道外部安装对泄漏噪声敏感的传感器，通过分析管道应力波信号功率谱的变化即可检测出管内介质的泄漏。例如：公开号为101270853的中国发明专利申请“基于次声波的天然气管道泄漏远程检测装置、方法及系统”中通过在管道上安装次声波传感单元，用于对管道内的泄漏次声波信号进行检测。

如图1所示为基于声波的管道泄漏检测原理示意图，在管道11上每隔一定距离（也可以在管道11的两端）分别设置声波传感单元12、13，相邻两个声波传感单元之间的距离为L，当泄漏点14发生泄漏时，管内流体弹性力量释放，以及泄漏点14的多向湍射流与管壁相互作用后会产生声波，声波以管道内输送介质为媒介，向上下游传播。安装在上、下游的声波传感单元12、13通过采用先进的微弱信号检测技术，提取泄漏声波信号，同时，通过先进的模式识别技术进行波形识别，实现泄漏的准确判断。利用泄漏信号到达上下游传感器的时间差，结合声波在介质中的传播速度和管道的长度，实现泄漏的精确定位，计算公式如下：

其中，X为泄漏点14至声波传感单元12的距离，V为声波在介质中的传播速度，Δt为泄漏声波传播到声波传感单元12和声波传感单元13的时间差。

然而，当一条管道上多个点同时、或先后发生泄漏时，多个泄漏点产生的同向传输的声波会发生混叠，当这些混叠的声波同时到达声波传感单元时，将无法区分该泄漏信号是由单点泄漏产生的，还是由多点泄漏产生的，最终检测结果可能错误地定位到了一个泄漏点上。

为了能够实现管道全线各点、多点的实时、准确监测，分布式光纤传感被应用到管道监测方法中。例如，公开号为1414283的中国发明专利“基于分布式光纤传感器的油气管道泄漏智能在线监测方法”中通过在管道附近与管道并行铺设一条或几条光缆，利用分布式光纤作为传感器，拾取管道周围的压力和振动信号，光脉冲在光纤中传播时，由于瑞利散射和菲涅尔反射会出现背向散射光和能量损耗，通过对背向散射光和光纤输出光功率的大小和频谱的测量，获得光纤上各点损耗的特征。也就是说，分布式光纤传感器能够测量光纤所在的任何一点的信号，因此，当管道中的油气发生泄漏或在管道附近有机械工和人为破坏时，产生的应力或冲击力将改变光纤的特性和损耗，从而改变光纤背向散射光功率和/或输出光功率，通过光功率检测模块和计算机完成管道泄漏的判断和准确定位。

然而，虽然分布式光纤可以全线监测，即每一个点都可以进行传感，但是在跨越地区广泛、施工环境不定的地下管道监测的应用中，由于分布式光纤过于敏感的特性很容易导致误报情况的发生，具有很高的系统虚警率，抗干扰能力较差。

 

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为提供一种基于分布式光纤传感器和声波的管道监测方法，本方法同时利用分布式光纤传感器和声波传感单元对管道进行实时监测，在判断时综合考虑分布式光纤传感器和声波传感单元的检测结果，实现高可靠性的检测。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于分布式光纤传感器和声波的管道监测方法，包括如下步骤：

    步骤1：在管道监测区域铺设分布式光纤传感器，同时在该管道的两端、或者在该管道上分段安装声波传感单元，利用分布式光纤传感器和声波传感单元同时对管道进行实时监测；