[发明专利]振动波微纳电容传感器及流体管道振动波监测阵列系统

说明书

本发明公开了一种振动波微纳电容传感器，包括外壳，外壳包括上半壳和下半壳，上半壳和下半壳之间固定设置有隔离薄膜；隔离薄膜与上半壳构成第一腔室，所述的隔离薄膜与下半壳构成第二腔室，所述的第一腔室和第二腔室体积相等；隔离薄膜的上壁镀有第一金属膜，上半壳的内壁镀有上金属膜，第一腔室中充有第一气体作为电介质，构成第一电容；隔离薄膜的下壁镀有第二金属膜，下半壳的内壁镀有下金属膜，第二腔室中充有第二气体作为电介质，构成第二电容。本发明提供一种振动波微纳电容传感器，能够灵敏的反映流体管道振动波特性，并提供一种流体管道振动波监测阵列系统，利用监测阵列全面监测流体管道的振动波，反映流体管道中的奇点。

技术领域

本发明涉及监测技术领域，尤其涉及一种振动波微纳电容传感器及流体管道振动波监测阵列系统。

背景技术

管道输运是运输业中很重要的一种运输方式。管道输运具有自己特有的优势，效率高，污染小，成本低并且受外界影响小，所以几乎所有的流体都用管道来运输，近年来，管道输运更是得到了迅速的发展。中部某二线城市地下涉水管网已超过8000公里（2017年数据）；其中自来水管道4049公里，暖气输水管道1700公里，燃气管道1000公里。而我国现有原油管道2.7万公里、成品油管道2.1万公里、天然气主干道历程6.4万公里（2016年数据），并预计到2025年，我国油气管网规模将达到24万公里。以此为基础推断，包括石油、天然气输运管道在内，人类建造的流体运输管道网络长度已经是一个非常庞大的数字。

流体运输管道包括埋于地下的上水和下水管道、供暖热水管道、长距离输油和天然气等能源输运管道，以及建筑、大型流体存储、输运装备和飞机、舰船中难以直接观察、目视检查的输油、输气、输水管道。这些管道材质是球墨铸铁、镀锌钢管、钢铁水泥管、聚合物（PVC、PPR、PPP、PE）、不锈钢管、陶瓷管等，在使用过程中经常会出现由于腐蚀、应力、水锤效应振动、施工缺陷、材料失效和地面移动等导致管道应力集中、破裂、跑冒滴漏现象，极易造成输运流体损耗（＞20%）、环境污染、甚至引发火灾、生物毒害等。

非可视流体管道网络是现代文明的重要组成部分。远距离油气输送管道里程长，是重要的油气输送方式之一；而集中在城市地下的各种涉水、天然气管网基本上都是管道出现破损已经造成泄漏才能检查出来，被动检测方式对管道的破损点定位困难、常常造成输运流体损耗甚至环境污染、毒害动植物。

流体输运管道在长期运行过程相当建设初期管道物理特征而出现的破口漏点、渗漏点、管道腐蚀变薄区域、杂质堆积促使管道压力增大区域，称之为奇点，总结的说，输运管道已经或者在不远的将来会破裂造成流体泄漏的点，管道中不同于常规运行状态物理特性的特定位置为奇点。

目前，管道奇点定位的方式主要有以下几种：（1）依靠现有的探地雷达、听诊器、压力陡降、流体泄漏残留的环境检测等后发被动监测，这种检测方式显得相当困难，并造成资源浪费。（2）采用光纤或电缆分布式传感器进行主动检测，这种检测方式检测精度高、定位准确，但在管道铺设安装时就需要同步铺设光缆或电缆，修复或更新都比较困难，尤其是对于老旧流体管道网而言，补设光缆或电缆成本太高。（3）近年来逐渐发展起来的基于流体管道自身部分特性实现定位和测试，例如轻管、红外成像、声波法、负压波法、支持向量机法、磁流泄漏法、自适应无线传感器法、稀疏流量测量法、瞬态压力波震荡、灰色关联分析、遗传算法结合逆瞬态波、随机连续线形估计法、压力点沿线分析法、质量/提及平衡法、数字信号处理法等。这些检测方法依然依靠管道破裂后流体泄漏后才能够根据破口管道、流体特质进行检测，是后发检测，不可避免会造成流体损耗、环境污染、影响人们生活等等。

发明内容

本发明的目的是提供一种振动波微纳电容传感器，能够灵敏的反映流体管道振动波特性，并提供一种流体管道振动波监测阵列系统，利用监测阵列中均匀排布的振动波微纳电容传感器全面监测流体管道的振动波，振动波微纳电容传感器反映流体管道中的奇点，为定位流体管道中出现的奇点提供技术支持。

本发明采用的技术方案为：