專利名稱：一種基于光纖傳感的天然氣管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)及系統(tǒng)的安裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種基于光纖傳感的天然氣管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)及系統(tǒng)的安裝方法。涉及機(jī)械振動的測量、沖擊的測量和管道系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，世界上建成的管道總長達(dá)到250萬公里，已經(jīng)超過鐵路總里程成為世界能源主要運(yùn)輸方式，發(fā)達(dá)國家和中東產(chǎn)油區(qū)的油品輸運(yùn)已全部實(shí)現(xiàn)管道化。我國管道在近年也得到了較快發(fā)展，總長也超過7萬公里，已初步形成橫跨東西、縱貫?zāi)媳薄⒏采w全國、連通海外的能源管網(wǎng)大格局，管道運(yùn)輸成為油氣等戰(zhàn)略能源的調(diào)配輸送的主要方式。管道由于跨越地域廣，受自然災(zāi)害、第三方施工破壞等原因，導(dǎo)致了較多的管道泄漏事故發(fā)生。國外管道安全情況也非常不容樂觀，美國2010年9月9日圣布魯諾市發(fā)生天然氣管道大爆炸，爆炸在路面造成一個(gè)長51米、寬9米的大坑。一段長約8米、直徑76厘米的管道被炸上天，飛出大約30米遠(yuǎn)，并引發(fā)大范圍火災(zāi)，導(dǎo)致4人死亡，3人失蹤，至少52人受傷，過火面積4公頃，數(shù)十樁房屋被燒毀。近年來人們安全、環(huán)保意識顯著提升，作為高危行業(yè)的管道輸運(yùn)安全問題也得到越來越多的重視。目前成熟的技術(shù)中對于天然氣管道泄漏監(jiān)測只有聲波監(jiān)測法較為有效，但為了提高對泄漏監(jiān)測的實(shí)時(shí)性和漏點(diǎn)定位的準(zhǔn)確性，必須在管線上加大傳感器的布設(shè)密度，同時(shí)增加相應(yīng)的供電、通信設(shè)備，造成系統(tǒng)成本以及安裝維護(hù)費(fèi)用高昂。隨著傳感技術(shù)的發(fā)展國外如美國CS1、ATM0S1、歐洲TER等公司開展了 SCADA泄漏監(jiān)測系統(tǒng)研究，Sensornet公司也開發(fā)了基于分布式光纖溫度傳感器的泄漏監(jiān)測系統(tǒng)，部分產(chǎn)品在國內(nèi)也申請了專利保護(hù)；國內(nèi)天津大學(xué)、清華大學(xué)、中國人民解放軍后勤工程學(xué)院等單位也對管道的泄漏監(jiān)測方法做了深入研究。專利CN200410020046. 6公開了一種基于干涉原理的分布式光纖油氣管道泄漏監(jiān)測方法及監(jiān)測裝置。該監(jiān)測系統(tǒng)要求在管道附近沿管道并排鋪設(shè)一根光纜，利用光纜中的光纖組成一個(gè)光纖微振動傳感器。專利CN200620119429、CN200610113044. O均為基于Sagnac光纖干涉儀的管道泄漏監(jiān)測裝置，專利CN200610072879. 6是一種基于分布式光纖聲學(xué)傳感技術(shù)的管道泄漏監(jiān)測裝置及方法。《傳感器與微系統(tǒng)》第26卷第7期的“基于分布式光纖傳感器的輸氣管道泄漏檢測方法”公開了一種基于分布式光纖傳感器的輸氣管道泄漏檢測裝置和方法。CN1837674A公開了一種基于分布式光纖聲學(xué)傳感技術(shù)的管道泄漏檢測裝置及方法。US2006/0225507A1公開了 一種基于分布式光纖傳感器的管道泄漏檢測裝置及方法。上述技術(shù)均屬于分布式光纖傳感監(jiān)測方法。但該類技術(shù)監(jiān)測泄漏時(shí)受到管道周圍所發(fā)生的干擾事件的影響，具有很高的系統(tǒng)虛警率，抗干擾能力較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是發(fā)明一種靈敏度和準(zhǔn)確度高、虛警率低、不易受環(huán)境因素影響的基于光纖傳感的天然氣管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)及系統(tǒng)的安裝方法。鑒于上述幾類泄漏檢測、監(jiān)測技術(shù)存在的靈敏度低、虛警率高、易受環(huán)境因素影響等問題，本發(fā)明是提供一種基于光纖傳感的高靈敏度準(zhǔn)分布式泄漏振動監(jiān)測系統(tǒng)，采用高靈敏度傳感器使得可以在當(dāng)管道發(fā)生微漏、滲漏等泄漏初級階段時(shí)被及時(shí)監(jiān)測到，并結(jié)合泄漏事件的時(shí)域、頻域特征有效降低了干擾引發(fā)的系統(tǒng)虛警率，該技術(shù)方案克服了此前監(jiān)測技術(shù)中的準(zhǔn)確性差和安裝工藝復(fù)雜的不足，使得相關(guān)維護(hù)人員能夠及時(shí)采取應(yīng)對措施，避免造成更大的安全事件?！す艿佬孤┖髸a(chǎn)生各頻段的聲波，波長比較短的超聲波在距離聲源不太遠(yuǎn)的位置就逐漸被介質(zhì)吸收了，而且波長越短，吸收衰減的也越快，只有低頻聲波和次聲波傳播的距離較遠(yuǎn)，能傳播幾千米至幾十千米。目前采用在較長管道兩端安裝次聲波傳感器的系統(tǒng)由于可用信號頻段較窄，對泄漏信號的定位準(zhǔn)確性效果還不夠。本發(fā)明基于一種具有高靈敏度的準(zhǔn)分布式光纖傳感泄漏振動監(jiān)測方法，它是在管道本體上每隔一定距離安裝一個(gè)高靈敏度光纖干涉型泄漏傳感器，連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測沿管道本體傳播的泄漏振動波信號，對采集的振動波信號進(jìn)行分析處理，包括類型識別和泄漏振動源定位，其中類型識別為通過對振動波特征的提取分析判別其是否屬于泄漏類型，同時(shí)根據(jù)振動波傳播到相鄰幾個(gè)光纖傳感器的時(shí)間延遲結(jié)合振動波在管道本體上的傳播速度實(shí)現(xiàn)對振動波源所在位置的確定，實(shí)現(xiàn)上述的對振動波信號分析處理后對泄漏事件進(jìn)行報(bào)警同時(shí)提供泄漏點(diǎn)的位置信息。本發(fā)明在采用高靈敏度光纖傳感器提高對泄漏事件監(jiān)測靈敏度的基礎(chǔ)上適當(dāng)增加了光纖傳感器的數(shù)量，擴(kuò)展了可拾取監(jiān)測信號的頻段，并結(jié)合多個(gè)光纖傳感器進(jìn)行的時(shí)延估計(jì)定位方法保證了系統(tǒng)定位的準(zhǔn)確性。在本發(fā)明中，傳感器是實(shí)現(xiàn)管道泄漏監(jiān)測的關(guān)鍵，當(dāng)管道發(fā)生泄漏時(shí)，泄漏激發(fā)的振動波將沿管道向泄漏點(diǎn)兩側(cè)傳播。在管道本體上每隔一定距離安裝一個(gè)傳感器，用來監(jiān)測管道上的泄漏振動波。傳感器采用光纖干涉儀結(jié)構(gòu)，可以為光纖邁克耳遜干涉儀或者光纖馬赫曾德干涉儀，為了增加對泄漏振動的感應(yīng)靈敏度可以通過增加傳感光纖長度的方式，其輸出的光強(qiáng)信號經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后可以寫成V0 1+Vcos ( φ s+ φ η+ φ 0) +Vn(I)其中，Vtl是輸出的電壓信號，V是干涉儀的可視度，Vn是電路附加噪聲，為由泄漏振動波引起的相差信號，即為要探測的泄漏振動波信號，Φο為干涉儀的初始相位，是個(gè)常量，Φη為位相差的低頻漂移，是一個(gè)不確定量，隨溫度和外界環(huán)境影響而變化。通過與光源調(diào)制方式相匹配的解復(fù)用技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)泄漏振動波信號的獲取，并對該信號到達(dá)相應(yīng)的傳感器的時(shí)間延遲進(jìn)行估計(jì)，結(jié)合振動波沿管道傳播的速度V實(shí)現(xiàn)了對振動波源即泄漏點(diǎn)位置的確定。為了節(jié)省投入，在基于光纖傳感的天然氣管道泄漏監(jiān)測方法中采用光纖傳感器復(fù)用/解復(fù)用方法。該方法綜合頻分復(fù)用和空分復(fù)用的方法，采用對可調(diào)激光器進(jìn)行光頻調(diào)制的方法產(chǎn)生泄漏探測光，使用邁克耳遜干涉儀作為泄漏傳感器，傳感器的布設(shè)結(jié)構(gòu)是在天然氣管道外壁上每隔一定距離安裝一個(gè)泄漏傳感器，多個(gè)傳感器構(gòu)成一個(gè)傳感器組，每個(gè)傳感器組的光信號使用一根光纖傳回系統(tǒng)主機(jī)。傳感器組內(nèi)的每個(gè)傳感器都制作成光臂差不同的邁克耳遜干涉儀或馬赫-曾德干涉儀，使每個(gè)泄漏傳感器所產(chǎn)生的傳感光信號頻率均不相同，由此利用頻分復(fù)用原理可將每組的多個(gè)傳感器不同頻率的光信號復(fù)用在一根光纖中傳回系統(tǒng)的接收端；而多個(gè)傳感器組之間采用空分復(fù)用方式分別接入系統(tǒng)主機(jī)。接收到的每個(gè)傳感器組的光信號使用單獨(dú)的光電轉(zhuǎn)換通道實(shí)現(xiàn)光信號到電信號的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的傳感信號使用分頻方式實(shí)現(xiàn)傳感器組內(nèi)各傳感器的解復(fù)用，并采用相位載波技術(shù)解調(diào)出管道泄漏的原始聲波信號，再經(jīng)過泄漏信號的識別和定位分析，最終可準(zhǔn)確獲取管道泄漏點(diǎn)信息。泄漏聲波信號的相位載波解調(diào)方法是將接收到的干涉信號，先進(jìn)行帶通濾波，一路輸出與COS(COcit)相乘后進(jìn)行低通濾波與微分處理，另一路與sin(COcit)相乘后進(jìn)行低通濾波與微分處理；前一路的微 分輸出與后一路的低通濾波輸出相乘后，再與后一路的微分輸出與前一低通濾波輸出相乘的結(jié)果相減，之后依次經(jīng)積分、高通濾波處理，最終輸出原始泄漏振動波信號(見

圖17)。實(shí)際上，邁克耳遜干涉儀光纖中與兩偏振模相應(yīng)的折射率nx和ny不相等，同時(shí)由于光纖的微彎、扭曲、環(huán)境溫度的變化使nx和ny隨機(jī)變化，導(dǎo)致光纖輸出偏振態(tài)隨機(jī)變化，反映在干涉信號可視度V在O I之間隨機(jī)變化，此現(xiàn)象即干涉儀的偏振誘導(dǎo)信號衰落現(xiàn)象。此現(xiàn)象將導(dǎo)致邁克耳遜干涉儀傳感器檢測靈敏度和信噪比的降低和不穩(wěn)定。為了克服傳感器組的偏振衰落，在基于光纖傳感的天然氣管道泄漏監(jiān)測方法中采用天然氣管道泄漏檢測傳感器組的抗偏振衰落方法。本天然氣管道泄漏檢測傳感器組的抗偏振衰落方法是在管道本體上每隔一定距離安裝一個(gè)邁克耳遜干涉儀結(jié)構(gòu)的傳感器，由若干個(gè)邁克耳遜干涉儀結(jié)構(gòu)的傳感器通過光分束器和合束器并聯(lián)接在發(fā)射光纖和回傳光纖之間；邁克耳遜干涉儀的兩臂不等長，每個(gè)邁克耳遜干涉儀使用兩個(gè)法拉第旋轉(zhuǎn)鏡作為反射鏡，旋轉(zhuǎn)角度為45度，使反射光的偏振態(tài)變化正好抵消入射光的偏振態(tài)變化，從而使干涉儀的可視度保持為
Io另外，式(I)中，由于低頻干擾0 隨機(jī)變化，且幅度大，受0 變化影響，系統(tǒng)輸出的信噪比在變化，且當(dāng)8 ιΦη = O時(shí)，信號完全消隱，此即稱為干涉儀的相位衰落現(xiàn)象。為了消除傳感器的相位衰落現(xiàn)象，采用相位載波技術(shù)來檢測泄漏聲波信號。具體如下制作邁克耳遜干涉儀時(shí)，使干涉儀兩臂不等長，兩臂長差為AL;將鋸齒波或倒鋸齒波信號作為調(diào)制信號，頻率為泄漏聲波頻帶寬度的兩倍，作用到光頻可調(diào)的激光器，激光器輸出光頻按照調(diào)制信號同步變化的激光，輸入到邁克耳遜干涉儀，由于兩臂不等長，通過兩臂的激光將產(chǎn)生時(shí)延差，從而參與干涉的兩束激光除了在鋸齒波下降沿處外，其他時(shí)刻的光頻差均為一個(gè)常數(shù)，因此，干涉儀輸出的干涉信號為一個(gè)近似單頻的余弦信號，角頻率Otl與干涉儀兩臂長差A(yù)L成正比，AL越大，干涉信號頻率越聞;使用帶通濾波器對干涉信號進(jìn)行濾波，濾波器中心頻率為干涉信號中心頻率，帶寬與鋸齒波調(diào)制信號頻率相同。濾波之后即可獲得該干涉儀的載波信號，按照前述的相位載波解調(diào)方法解調(diào)可消除信號的相位衰落問題，獲得原始泄漏聲波信號。為了克服傳感器組的相位衰落，在基于光纖傳感的天然氣管道泄漏監(jiān)測方法中采用一種針對天然氣管道泄漏光纖檢測系統(tǒng)的抗相位衰落方法。本天然氣管道泄漏光纖檢測系統(tǒng)的抗相位衰落方法是在管道本體上每隔一定距離安裝一個(gè)邁克耳遜干涉儀或馬赫-曾德干涉儀結(jié)構(gòu)的傳感器，由若干個(gè)傳感器通過光分束器和合束器并聯(lián)接在發(fā)射光纖和回傳光纖之間；基于鋸齒波或倒鋸齒波調(diào)制的激光器作為光源，以及不等臂長的邁克耳遜干涉儀或馬赫-曾德干涉儀作為傳感器，在傳感器信號中產(chǎn)生近似單頻的余弦信號載波，傳感器組信號載波為各傳感器載波信號的線性疊加，通過分頻方法將各傳感器載波信號分離，使用與各傳感器載波信號同頻的余弦和正弦信號對載波信號進(jìn)行解調(diào)，得到各傳感器的原始泄漏聲波信號。為了能準(zhǔn)確定位管道泄漏的位置，在基于光纖傳感的天然氣管道泄漏監(jiān)測方法中采用一種基于準(zhǔn)分布式光纖傳感技術(shù)天然氣管道泄漏事件的多傳感器定位方法，當(dāng)管道泄漏事件發(fā)生時(shí)，泄漏激發(fā)振動波 并沿管道向兩相反方向傳播，系統(tǒng)根據(jù)泄漏信號傳播到相鄰幾個(gè)傳感器的時(shí)延差實(shí)現(xiàn)對泄漏點(diǎn)的定位。當(dāng)泄漏發(fā)生時(shí)，泄漏激發(fā)管道產(chǎn)生振動波，振動波以速度V沿管道傳播，其中兩個(gè)相鄰的傳感器間隔為設(shè)定值L，設(shè)信號傳播至傳感器η的時(shí)間為tn，傳播至傳感器η+1的時(shí)間為tn+1，信號傳播至傳感器η-l的時(shí)間為V1，傳播至傳感器η+2的時(shí)間為tn+2，有下式⑵成立 (
權(quán)利要求
1.一種基于光纖傳感的天然氣管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是它包括光路系統(tǒng)和電路兩部分，在管道本體上每隔一定距離安裝一個(gè)光纖傳感器，相鄰的多個(gè)光纖傳感器構(gòu)成一個(gè)光纖傳感器組，各光纖傳感器組共用一根發(fā)射光纖與光源連接，每個(gè)光纖傳感器組使用一根回傳光纖與光電探測器連接；光電探測器輸出接包括泄漏信號識別和事件定位功能的信號采集與處理模塊，信號采集與處理模塊輸出通過外部接口接微機(jī)； 由光源發(fā)出激光，經(jīng)傳輸光路實(shí)現(xiàn)分束后傳輸?shù)桨惭b在管道壁上的光纖傳感器組，光纖傳感器組拾取沿管道傳播的泄漏振動信號以及噪聲后，再次經(jīng)傳輸光路傳回至系統(tǒng)的光電探測器，由信號采集與處理模塊進(jìn)行泄漏信號解調(diào)與識別分析，并對泄漏信號進(jìn)行時(shí)延估計(jì)實(shí)現(xiàn)對泄漏點(diǎn)的定位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光纖傳感的天然氣管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是所述光路系統(tǒng)是基于頻分復(fù)用原理，由光路適配器、傳輸光纜和光纖傳感器三部分構(gòu)成；光路適配器由光分束器和光合束器組成；光纖傳感器采用馬赫曾德干涉儀或邁克耳遜干涉儀；每個(gè)光纖傳感器由兩根光纖接一個(gè)光路適配器，所有光路適配器依次串接，由距接收端最近的光路適配器接系統(tǒng)主機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于光纖傳感的天然氣管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是所述光路系統(tǒng)具體是激光器發(fā)出的探測激光輸入傳輸光纜中的輸入光纖進(jìn)入傳感器組后到達(dá)第一個(gè)光路適配器，由該光路適配器的光分束器分為兩束激光一束經(jīng)輸入光纖進(jìn)入第一個(gè)光纖傳感器，另一束光經(jīng)延時(shí)光纖傳到下一個(gè)光路適配器，再由下一個(gè)光路適配器中的光分束器分為兩束激光，一束進(jìn)入第二個(gè)光纖傳感器，另一束再經(jīng)傳輸光纖傳輸?shù)较乱粋€(gè)光路適配器，以此類推，直到激光到達(dá)最后一個(gè)光纖傳感器；相鄰的多個(gè)光纖傳感器分為一組，組內(nèi)各光纖傳感器的干涉信號通過光合束器接入回傳光纖，傳回到系統(tǒng)接收端；在傳感器組的最后一個(gè)光纖傳感器，激光不再通過光路適配器，直接進(jìn)入光纖傳感器；而經(jīng)過各光纖傳感器后的光信號，通過各自相應(yīng)的光路適配器中的光合束器，與后面?zhèn)鬟^來的光信號合束，最終經(jīng)相對應(yīng)的傳感器組的回傳光纖傳至監(jiān)測系統(tǒng)的光電轉(zhuǎn)換模塊； 所述光路適配器集合了光分束器和光合束器；發(fā)射光纖與回傳光纖使用的是同一根傳輸光纜中的兩根不同的纖芯；傳輸光纜將所有光路適配器串聯(lián)起來；管道上相鄰的兩個(gè)傳感器之間的發(fā)射光纖和回傳光纖的長度均要大于激光器相干長度的1/2，以防止傳感器之間發(fā)生信號串?dāng)_。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光纖傳感的天然氣管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是所述光源是一種包括適合復(fù)用和調(diào)制解調(diào)的專用光源系統(tǒng)，由光頻可調(diào)的激光器和專用調(diào)制信號發(fā)生模塊構(gòu)成；激光器調(diào)制輸入接調(diào)制信號發(fā)生模塊中的D/Α輸出，調(diào)制信號發(fā)生模塊有頻率調(diào)節(jié)、幅度調(diào)節(jié)和鋸齒波/倒鋸齒波選擇輸入；通過編程選擇如鋸齒波或倒鋸齒波調(diào)制信號類型，調(diào)整設(shè)置信號幅度和頻率；調(diào)制信號作用在激光器，輸出光頻隨調(diào)制信號波形同步變化的激光。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于光纖傳感的天然氣管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是所述專用調(diào)制信號發(fā)生模塊主要由運(yùn)算放大器U7、DFB激光器U8、運(yùn)算放大器U9和2個(gè)三極管Q4、Q5組;U7的7端接VDC，6端接電阻R18后與二極管D8、電容C41串聯(lián)后與電容C 38并聯(lián)的電路再串聯(lián)，6端接電阻R19后接VDC，同時(shí)再接二極管D4、D5、D6、D7的串聯(lián)到地，4、·7、8、9、10端接地，3端經(jīng)電阻R17后接地，2端與接U8的端；U8的1、14端接地，12端經(jīng)電容C 34接地，5、11端接VDC，4端接rone，6端接TEC+，3端經(jīng)扼流圈L 3與電阻R20串聯(lián)后接三極管Q4的集電極，同時(shí)3端經(jīng)扼流圈L3與電阻R21串聯(lián)后接三極管Q5的集電極；U9的.1、2端之間并聯(lián)電阻R22和電容C39后由I端接電阻R25到6端，Pdne接電阻R30再串聯(lián)電阻R27接U9的3端，同時(shí)接Pdne的電阻R30與電位器阻R31、電阻R32、電容C43三者并聯(lián)后串聯(lián)接地，5端經(jīng)電阻R24接VREF，7端經(jīng)電阻R28與8端經(jīng)電阻R26共接電容C45到地；從電容C45的上端接出經(jīng)二極管D11、D12至Q4的基極，同時(shí)基極接電容C44到地，同時(shí)經(jīng)二極管DlO與電阻R29串聯(lián)也到地，Q4的基極接Q5的基極，而Q4、Q5的發(fā)射極接地。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光纖傳感的天然氣管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是所述信號采集與處理模塊包括信號調(diào)理單元、信號采集單元、處理單元、終端顯示和外部接口，處理單元包括識別電路和定位電路；光電探測器輸出的信號依次串接信號調(diào)理單元、信號采集單元和處理單元；處理單元對采集單元采集的信號進(jìn)行解復(fù)用和解調(diào)獲得原始振動波信號，然后在識別電路和定位電路中分別進(jìn)行泄漏信號的的識別和泄漏點(diǎn)的定位；處理單元輸出有顯示終端和外部接口。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于光纖傳感的天然氣管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是所述信號調(diào)理單元電路主要由運(yùn)算放大器U14、光電二級管U15組成；U15的1、5、8端懸空，3、4端接地，2端經(jīng)電阻R39、電容C60 二者并聯(lián)后接6端，6端經(jīng)電阻R43接U14的3端，7端接U14的8端；U14的4端接地，5端懸空，6、7端共接AD_VINI，I端接AD_OUT 口，2端經(jīng)電阻R42接地，1、2端之間接電阻R40、電容C59 二者的并聯(lián)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種光纖傳感天然氣管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)的泄漏點(diǎn)定位系統(tǒng)，其特征是所述處理單元包含識別電路和定位電路，其中識別電路由數(shù)字信號處理器UlB及外圍電路組成，UlB的NC1-NC15管腳懸空；AVDD、AGND為模擬電源輸入，AVDD通過磁珠FERl接1. 3V電源，并在AVDD和AGND間并聯(lián)3個(gè)電容C22、C23、C24進(jìn)行去耦濾波；DAI1、DAI3、DAI4分別與定位電路數(shù)字信號處理器UlO的DROPR1、RSCLKO, RFSO連接用于數(shù)據(jù)的傳輸；DAI9-DAI20為擴(kuò)展接口 ；DPI9、DPIlO接外部接口電路；定位電路主要由數(shù)字信號處理器UlO及外圍電路和接口組成，UlO的DROPR1、RSCLKO、RFSO分別與識別電路數(shù)字信號處理器UlB的DAI1、DAI3、DAI4連接用于接收數(shù)據(jù)，RX> TX、MOS1、MISO、SCK接顯示終端接口，TCK、TDO、TD1、TMS、TRST#、EMU# 為調(diào)試接口。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光纖傳感的天然氣管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是所述光纖傳感器的結(jié)構(gòu)分為測管道徑向振動信號的I型結(jié)構(gòu)和測管道軸向振動信號的II型結(jié)構(gòu)；測管道徑向振動信號的光纖傳感器I型結(jié)構(gòu)包括彈性圓柱體、光纖干涉儀和尾纖盤纖盒；其中，在彈性圓柱體外周上均勻有序的纏繞光纖干涉儀的干涉臂，并用粘合劑將光纖與圓柱體粘合在一起，纏繞后剩余的光纖干涉儀及其相關(guān)器件將整齊的盤繞在尾纖盤纖盒內(nèi)；尾纖盤纖盒通過粘合劑固定在彈性圓柱體頂部；所述彈性圓柱體底部內(nèi)凹，且弧度與管道外表面一致；測管道軸向振動信號的光纖傳感器II型結(jié)構(gòu)由長方形彈性片、光纖干涉儀以及尾纖盤纖盒組成；在長方形彈性片的上面，將光纖干涉儀的光纖干涉臂以正弦波的形狀均勻布設(shè)，并用粘合劑將光纖緊貼在長方形彈性片上，剩余的光纖干涉儀及其相關(guān)器件將整齊的盤繞在尾纖盤纖盒內(nèi)；尾纖盤纖盒通過粘合劑固定在長方形彈性片上面；所述的長方形彈性片是一個(gè)底部內(nèi)凹且弧度與管道外表面一致的鋼制薄板。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光纖傳感的天然氣管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是所述光路復(fù)用結(jié)構(gòu)的原理框圖為專用調(diào)制信號發(fā)生模塊發(fā)出的調(diào)制信號作用接光源調(diào)制輸入，光源輸出接發(fā)射光纖，發(fā)射光纖串接多個(gè)光路適配器，每個(gè)光路適配器由一條光纖接一個(gè)光纖傳感器，多個(gè)光纖傳感器為一光纖傳感器組，每一光纖傳感器組的光纖傳感器各由一條光纖并接后再由一條回傳光纖接至光電探測器，光電探測器輸出接信號采集與處理模塊。
11.一種如權(quán)利要求1所述基于光纖傳感的天然氣管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)的安裝方法，其特征是光纖傳感器的安裝主要包括光纖傳感器、傳感器護(hù)罩兩部分；測管道徑向振動信號的I型結(jié)構(gòu)光纖傳感器和測管道軸向振動信號的II型結(jié)構(gòu)光纖傳感器都將傳感器整體設(shè)計(jì)成為一個(gè)底部內(nèi)凹且弧度與管道外表面一致的一種結(jié)構(gòu)；傳感器護(hù)罩內(nèi)部附有減振保護(hù)層；在安裝傳感器前需要將相應(yīng)區(qū)域的天然氣管道外表面的防腐層清除干凈，露出鋼管表面，安裝時(shí)，使用膠粘劑將傳感器本體粘接在管道外壁上；之后將傳感器護(hù)罩罩在傳感器本體外面，由傳感器本體內(nèi)引出的傳輸光纜從傳感器護(hù)罩底部的出纜槽引出，最后在護(hù)罩與管道的接縫處使用膠粘劑進(jìn)行膠粘，并作相應(yīng)的管道防腐處理，使其與管道表面防腐層無縫對接。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的一種基于光纖傳感的天然氣管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)的安裝方法，其特征是具體安裝方法為首先，清理傳感器安裝區(qū)域的天然氣管道外涂層(18)，去除管道表面原有的防腐層并進(jìn)行輕度打磨，直至露出光滑的鋼管壁(19);接著，在鋼管外表面均勻涂抹膠粘劑，將光纖傳感器(15)底部與鋼管壁(19)緊壓在一起，直至膠粘劑完全凝固為止；然后將光纖傳感器護(hù)罩(16)完全罩住光纖傳感器(15)，并在其間墊上減振夾層，在安裝時(shí)光纖傳感器護(hù)罩(16)側(cè)面的出纜槽應(yīng)對準(zhǔn)光纖傳感器上的傳輸光纜(11)位置；最后在光纖傳感器護(hù)罩(16)與管道接縫處進(jìn)行膠粘和防腐處理，其間使用與天然氣管道表面涂層相同的材料進(jìn)行，最終使光纖傳感器整體與管道表面防腐層無縫對接。
全文摘要
本發(fā)明是一種光纖傳感天然氣管道泄漏監(jiān)測方法和系統(tǒng)以及系統(tǒng)的構(gòu)建方法。它利用與油氣管道同溝敷設(shè)的通信光纜中光纖分別作為發(fā)射和回傳光纖，將管道泄露光纖傳感器通過光復(fù)用技術(shù)相互并聯(lián)接在收發(fā)傳輸光纖之間，形成光回路，管道泄漏光纖傳感器均勻布設(shè)在管道沿線；由光源發(fā)出激光，經(jīng)傳輸光路實(shí)現(xiàn)分束后傳輸?shù)桨惭b在管道壁上的傳感器，傳感器拾取沿管道傳播的泄漏振動信號以及噪聲后，再次經(jīng)傳輸光路傳回至系統(tǒng)的光電探測器部分，對采集的振動波信號進(jìn)行分析處理，根據(jù)振動波傳播到相鄰幾個(gè)光纖傳感器的時(shí)間延遲結(jié)合振動波在管道本體上的傳播速度實(shí)現(xiàn)對振動波源所在位置的確定。本發(fā)明靈敏度高、定位準(zhǔn)確度高。
文檔編號F17D5/02GK102997057SQ201110272458
公開日2013年3月27日 申請日期2011年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月14日
發(fā)明者張金權(quán), 王小軍, 焦書浩, 王飛, 程云濤, 馬艷昉, 高杰, 謝文婧, 于立成, 于震紅 申請人:中國石油天然氣集團(tuán)公司, 中國石油天然氣管道局