[发明专利]一种分布式声波管道在线监测系统

说明书

本发明涉及一种基于超低反射率光栅阵列的化工管道健康状况分布式声波在线测量系统，用于实时在线监测化工管道健康状况，包括对管道腐蚀趋势的预测以及在出现失效时的及时预警等。该系统包括宽带光源、光环形器、啁啾光栅声学传感阵列、信号处理单元、计算机及AI应用软件等。本发明具有结构简单、响应速度快、准确性高、智能自学习能力等特点，可以精确定位管道腐蚀、泄漏等异常状况并及时预警，实现化工管道健康状况实时在线监测，为石化管道健康状况诊断与实时监测开辟一条全新的技术原理和安全可靠的解决方案，对提升石化行业管道运输安全水平有重要的科学价值。

技术领域

本发明涉及管道检测系统技术领域，更具体地说，涉及一种分布式声波管道在线监测系统。

背景技术

化工管道一旦发生失效事故，不但会导致生产停滞并带来巨大的经济损失还会对社会环境造成严重的不良后果。对油气管道的安全健康状况的实时监测并及时发现管道服役过程中出现的安全隐患，对于保障管道安全运营、保护国民经济和人民生命财产安全起着至关重要的作用。

国内王强等人在2005年通过研究提出了管道第三方破坏预警系统，该系统是以声信号检测为基础构建的。北京科创三思技术公司和中石化储运公司在2006年时将一项管道预警系统向公众公布，该系统也是以声波为基础构建的，在数据传输时，主要利用无线通讯电台来完成，它在片状集输管网中能够发挥一定的作用，但在一些长距离的长输管道中并不适用。美国GE公司开发出来的一套系统(Threat Scan Impact Detection System)能够很好的对其进行检测，其主要是采取水听器为传感器，对所检测的管道进行开挖以检测其内部液体的声波状况；同时为了能够对第三方破坏及泄露情况进行良好的监测，法国LDS公司为此研发出了LDS声音震击检测系统能够很好的实现此功能。瑞士ROSEN公司在2008年国际管道会议上声称其也在此方面展开了相关的研究。不过由于国外所开发出来的这些系统都是针对突发意外事件情况进行开发的，而国内大多需要实时在线监测，故这些系统与我国的国情不相适应，不能够很好的对其进行引进应用。

目前还没有看到能够对长距离光纤沿线所有位置进行振动监测，从而获得管道腐蚀缺陷的相关信息的分布式光纤传感的报道。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提出了一种分布式声波管道在线监测系统，该系统能够对化工管道的腐蚀位置进行定位，预测化工管道的腐蚀趋势，并在化工管道失效时及时预警。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

设计一种分布式声波管道在线监测系统，包括：

光源，用于发出光信号；

光环形器，用于将光信号传递给啁啾光栅声学传感阵列；

啁啾光栅声学传感阵列，用于探测和识别化工管道内部的异常声波信号；

信号处理单元，用于分析和处理异常声波信号；

计算机，用于计算所述信号处理单元发送的数据，获取化工管道的腐蚀位置及腐蚀趋势，并在化工管道失效时发出预警。

在上述方案中，所述啁啾光栅声学传感阵列均匀分布在化工管道内壁，构成光纤分布式振动传感器。

在上述方案中，所述啁啾光栅声学传感阵列为超低反射率的全同啁啾光栅声学传感阵列。

在上述方案中，所述计算机的声波监测软件利用多次测量数据来建立所需的训练集，构建基于MLP神经网络的化工管道监测模型和基于LSTM神经网络的化工管道腐蚀状况监测模型，将计算得到的测量值与预设值进行比较，当测量值超过预设值时发出预警。

(三)有益效果