專利名稱：一種光纖傳感天然氣管道泄漏事件識(shí)別裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種一種光纖傳感天然氣管道泄漏事件識(shí)別裝置，涉及機(jī)械振動(dòng)的測(cè)量、沖擊的測(cè)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(zhǎng)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(guó)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(guó)管道在近年也得到了較快發(fā)展，總長(zhǎng)也超過7萬公里，已初步形成橫跨東西、縱貫?zāi)媳?、覆蓋全國(guó)、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(guó)外管道安全情況也非常不容樂觀，美國(guó)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(zhǎng)51米、寬9米的大坑。一段長(zhǎng)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(shí)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(duì)于天然氣管道泄漏監(jiān)測(cè)只有聲波監(jiān)測(cè)法較為有效，但為了提高對(duì)泄漏監(jiān)測(cè)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(guó)外如美國(guó)CS1、ATM0S1、歐洲TER等公司開展了 SCADA泄漏監(jiān)測(cè)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(cè)系統(tǒng)，部分產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)也申請(qǐng)了專利保護(hù)；國(guó)內(nèi)天津大學(xué)、清華大學(xué)、中國(guó)人民解放軍后勤工程學(xué)院等單位也對(duì)管道的泄漏監(jiān)測(cè)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(cè)方法及監(jiān)測(cè)裝置。該監(jiān)測(cè)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(dòng)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)裝置和方法，它是在具有一定間隔的管道本體上安裝光纖傳感器，連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)沿管道本體傳播的振動(dòng)波信號(hào)，對(duì)采集的振動(dòng)波信號(hào)進(jìn)行分析處理，包括類型識(shí)別和振動(dòng)源定位，其中類型識(shí)別為通過對(duì)振動(dòng)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(dòng)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(dòng)波在管道本體上的傳播速度確定振動(dòng)波源所在的位置，傳感器輸出的光強(qiáng)信號(hào)經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后實(shí)現(xiàn)泄漏點(diǎn)的位置的確定。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(cè)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(cè)裝置及方法。上述技術(shù)均屬于分布式光纖傳感監(jiān)測(cè)方法。但該類技術(shù)監(jiān)測(cè)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。傳統(tǒng)基于聲傳感器的泄漏檢測(cè)方法，以需供電的壓力傳感器作為聲音信號(hào)的拾取裝置，通常在管道進(jìn)出場(chǎng)站或閥室的兩端安裝兩個(gè)傳感器，在泄漏信號(hào)獲取上僅僅能夠獲得一個(gè)時(shí)間差，對(duì)泄漏事件的定位精度較差，且由于獲得的信號(hào)頻道較窄，難于實(shí)現(xiàn)泄漏和隨機(jī)振動(dòng)干擾的區(qū)分，系統(tǒng)誤報(bào)較多。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是發(fā)明一種基于光纖傳感的高靈敏度準(zhǔn)分布式泄漏振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在管道發(fā)生泄漏初級(jí)階段時(shí)及時(shí)監(jiān)測(cè)到信號(hào)異常并報(bào)警準(zhǔn)確率高的光纖傳感天然氣管道泄漏事件識(shí)別裝置。鑒于上述幾類泄漏檢測(cè)、監(jiān)測(cè)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，基于準(zhǔn)分布式光纖干涉?zhèn)鞲屑夹g(shù)的天然氣管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用高靈敏度傳感單元并結(jié)合泄漏事件的時(shí)域、頻域特征有針對(duì)性的進(jìn)行了克服。利用與管道同溝鋪設(shè)的光纖以及光復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)光纖振動(dòng)傳感器的信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸研制的適用于天然氣管道的光纖泄漏檢測(cè)裝置，解決了電傳感器供電及遠(yuǎn)距離通信的難題，可以較為密集地布設(shè)光纖振動(dòng)傳感器，提高拾取泄漏信號(hào)的頻譜寬度，增加有效特征
信息量。具有較高泄漏振動(dòng) 傳感靈敏度的天然氣管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是通過增加干涉儀兩傳感臂的長(zhǎng)度和空間距離從而實(shí)現(xiàn)了干涉儀對(duì)振動(dòng)信號(hào)的感應(yīng)靈敏度的提高，在對(duì)環(huán)境隨機(jī)振動(dòng)干擾的抑制方面采用了泄漏信號(hào)的智能識(shí)別技術(shù)，有效區(qū)分了隨機(jī)偶發(fā)振動(dòng)和突發(fā)性、持續(xù)性泄漏信號(hào)，并且結(jié)合相鄰的多個(gè)傳感單元同時(shí)獲取的泄漏信號(hào)時(shí)延，更加準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)了泄漏點(diǎn)的定位。本發(fā)明是建立在具有高靈敏度的準(zhǔn)分布式光纖傳感泄漏振動(dòng)監(jiān)測(cè)方法的基礎(chǔ)之上的，而具有高靈敏度的準(zhǔn)分布式光纖傳感泄漏振動(dòng)監(jiān)測(cè)方法是在具有一定間隔的管道本體上安裝高靈敏度光纖干涉型泄漏光纖傳感器，連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)沿管道本體傳播的振動(dòng)波信號(hào)，對(duì)采集的振動(dòng)波信號(hào)進(jìn)行分析處理，包括類型識(shí)別和振動(dòng)源定位，其中類型識(shí)別為通過對(duì)振動(dòng)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(dòng)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(dòng)波在管道本體上的傳播速度實(shí)現(xiàn)對(duì)振動(dòng)波源所在位置的確定，實(shí)現(xiàn)上述的對(duì)振動(dòng)波信號(hào)分析處理后對(duì)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(duì)泄漏事件監(jiān)測(cè)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(cè)信號(hào)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。當(dāng)泄漏發(fā)生時(shí)，泄漏激發(fā)管道產(chǎn)生振動(dòng)波，振動(dòng)波以速度V沿管道傳播，其中兩個(gè)相鄰的傳感單元間隔為設(shè)定值L，設(shè)信號(hào)傳播至傳感單元η的時(shí)間為tn，傳播至傳感單元n+1的時(shí)間為tn+1，信號(hào)傳播至傳感單元η-l的時(shí)間為V1，傳播至傳感單元n+2的時(shí)間為tn+2，有下式成立
權(quán)利要求
1.ー種光纖傳感天然氣管道泄漏事件識(shí)別裝置，其特征是它包括有光源、傳輸光路部分、光纖傳感器、光電探測(cè)器、信號(hào)采集與處理模塊；在管道本體上每隔一定距離安裝ー個(gè)光纖傳感器，多個(gè)光纖傳感器構(gòu)成ー個(gè)光纖傳感器組，每個(gè)光纖傳感器組用ー根光纖接ー串接在光纖中的分束器后到接收端的光源和光電探測(cè)器，光電探測(cè)器輸出接信號(hào)采集與處理模塊，信號(hào)采集與處理模塊輸出接微機(jī)；經(jīng)信號(hào)采集與處理模塊的處理，基于頻分復(fù)用方式混合的傳感器組信號(hào)實(shí)現(xiàn)了傳感器組內(nèi)各傳感器的解復(fù)用，獲得原始泄漏振動(dòng)波信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種光纖傳感天然氣管道泄漏事件識(shí)別裝置，其特征是所述信號(hào)采集與處理模塊包括信號(hào)調(diào)理、信號(hào)采集、處理單元、終端顯示和外部接ロ ；接光電探測(cè)器輸出的信號(hào)調(diào)理輸出依次串接信號(hào)采集和處理單元，處理單元輸出有終端顯示和外部接ロ ；所述處理単元包括泄漏信號(hào)識(shí)別電路和定位電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的ー種光纖傳感天然氣管道泄漏事件識(shí)別裝置，其特征是所述處理単元中的泄漏信號(hào)識(shí)別電路主要由數(shù)字信號(hào)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(hào)處理器UlO的DROPR1、RSCLKO, RFSO連接用于數(shù)據(jù)的傳輸；DAI9_DAI20為擴(kuò)展接ロ ；DPI9、DPI10接外部接ロ電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的ー種光纖傳感天然氣管道泄漏事件識(shí)別方法和裝置，其特征是所述處理單元內(nèi)的定位電路主要由數(shù)字信號(hào)處理器UlO及外圍電路和接ロ組成，UlO的DROPR1、RSCLKO、RFSO分別與識(shí)別電路數(shù)字信號(hào)處理器UlB的DAI1、DAI3、DAI4連接用于接收數(shù)據(jù)，RX、TX、MOS1、MISO、SCK 接顯示終端接ロ，TCK、TDO、TD1、TMS、TRST#、EMU# 為調(diào)試接ロ。
全文摘要
本發(fā)明是一種一種光纖傳感天然氣管道泄漏事件識(shí)別裝置，涉及機(jī)械振動(dòng)的測(cè)量、沖擊的測(cè)量和管道系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。它包括有光源、傳輸光路部分、光纖傳感器、光電探測(cè)器、信號(hào)采集與處理模塊；在管道本體上每隔一定距離安裝一個(gè)光纖傳感器，多個(gè)光纖傳感器構(gòu)成一個(gè)光纖傳感器組，每個(gè)光纖傳感器組用一根光纖接一串接在光纖中的分束器后到接收端的光源和光電探測(cè)器，光電探測(cè)器輸出接信號(hào)采集與處理模塊，信號(hào)采集與處理模塊輸出接微機(jī)；經(jīng)信號(hào)采集與處理模塊的處理，基于頻分復(fù)用方式混合的傳感器組信號(hào)實(shí)現(xiàn)了傳感器組內(nèi)各傳感器的解復(fù)用，獲得原始泄漏振動(dòng)波信號(hào)。在管道發(fā)生泄漏初級(jí)階段時(shí)及時(shí)監(jiān)測(cè)到信號(hào)異常并報(bào)警準(zhǔn)確率高。
文檔編號(hào)F17D5/02GK103047541SQ20111027247
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)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, 劉素杰, 趙敏琴, 李剛, 崔海龍, 于立成, 張 浩 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司, 中國(guó)石油天然氣管道局