本實用新型屬于檢測技術領域,具體涉及一種管道泄漏檢測系統(tǒng)。
背景技術:
化工行業(yè)之間,以及化工行業(yè)與民用行業(yè)之間,存在著大量的管道,這些管道用于輸送原油、丙烯、石油苯等化工產(chǎn)品。管道有埋在地下、架空、海底等類型,特別是架空管道,部分沿主要道路鋪設,一旦泄漏,后果非常嚴重。因此,有必要采取有效措施對管道的泄漏進行實時監(jiān)測。
目前,為了解決管道的泄漏問題,往往在管道兩端安裝流量計,這種檢測方法,除非出現(xiàn)重大泄漏導致兩端有明顯的壓強差,基本上無法探測到整個管道沿線的微小泄漏,而這些微小泄漏跡象,如果在其升級為重大泄漏之前,沒有被及時發(fā)現(xiàn),照樣會造成嚴重的后果。鑒于此,實用新型了一種管道泄漏檢測系統(tǒng)及其方法。
技術實現(xiàn)要素:
本實用新型的目的在于解決現(xiàn)有技術中存在的問題,并提供一種管道泄漏檢測系統(tǒng)。本實用新型所采用的具體技術方案如下:
管道泄漏檢測系統(tǒng),包括工業(yè)控制計算機、環(huán)境溫度探測器、雙路A/D采集卡、激光光源驅(qū)動器、密封區(qū)域溫度探測器、脈沖激光器、波分復合器、斯托克斯光信號探測器、反斯托克斯光信號探測器、斯托克斯信號調(diào)理電路、反斯托克斯信號調(diào)理電路和感溫光纖;雙路A/D采集卡、環(huán)境溫度探測器和密封區(qū)域溫度探測器與工業(yè)控制計算機相連,工業(yè)控制計算機依次與激光光源驅(qū)動器、脈沖激光器、波分復合器和感溫光纖相連;波分復合器分離出的斯托克斯光依次通過斯托克斯光信號探測器和斯托克斯信號調(diào)理電路后被雙路A/D采集卡采集,另一路反斯托克斯光依次通過反斯托克斯光信號探測器和反斯托克斯信號調(diào)理電路后被雙路A/D采集卡采集;所述的密封區(qū)域溫度探測器、脈沖激光器、波分復合器、斯托克斯光信號探測器、反斯托克斯光信號探測器、斯托克斯信號調(diào)理電路、反斯托克斯信號調(diào)理電路均設置于密封區(qū)域內(nèi)。
作為優(yōu)選方式,所述的密封區(qū)域內(nèi)還設有熱源,熱源依次通過熱源驅(qū)動電路、多路I/O卡后與工業(yè)控制計算機相連。熱源驅(qū)動電路、多路I/O卡設置于密封區(qū)域外。
作為上述兩種方式的進一步優(yōu)選,所述的密封區(qū)域內(nèi)還設有冷源,冷源依次通過冷源驅(qū)動電路、多路I/O卡后與工業(yè)控制計算機相連。冷源驅(qū)動電路、多路I/O卡也設置于密封區(qū)域外。
作為優(yōu)選方式,所述的密封區(qū)域采用隔溫材料。
作為優(yōu)選方式,所述的環(huán)境溫度探測器包括環(huán)境溫度探測器1和環(huán)境溫度探測器2。上述管道泄漏檢測系統(tǒng)中,感溫光纖設置從室內(nèi)到室外,室外的感溫光纖安裝在管道附件,而環(huán)境溫度探測器2和管道泄漏檢測系統(tǒng)的其他部件設置于室內(nèi)。環(huán)境溫度探測器1和環(huán)境溫度探測器2分別探測室外和室內(nèi)的溫度。
本實用新型相對于現(xiàn)有技術而言,具有以下優(yōu)點:
1、輸送液體或氣體的管道,在泄漏處大部分伴隨著溫度的變化,結合不同液體或氣體泄漏的特點,利用分布式光纖溫度場測量技術對管道泄漏進行檢測,因感溫光纖不僅是溫度場的檢測元件,而且是信號的傳輸載體,從而使檢測系統(tǒng)變得簡潔,并且提高了系統(tǒng)的安全性能。
2、設定一個相對獨立的密封空間,將部分器件置于該空間中,一方面,防止粉塵、濕度對光學器件、光路的影響;另一方面,實現(xiàn)密封空間溫度可控,方便尋找有利于檢測的最佳溫度值。
3、密封空間內(nèi),包含有斯托克斯光信號探測器、反斯托克斯光信號探測器、斯托克斯信號調(diào)理電路、反斯托克斯信號調(diào)理電路等部件,這些部件受溫度影響明顯,因配有密封區(qū)域溫度探測器,可以對檢測數(shù)據(jù)進行因溫度變化引起的自動補償,從而提高了系統(tǒng)的檢測精度。
附圖說明
圖1為一種管道泄漏檢測系統(tǒng)硬件框圖;
圖2為一種管道泄漏檢測方法的流程圖;
圖3為本實用新型中數(shù)字信號處理方法的流程圖;
圖4為本實用新型中溫度分布曲線進行校正流程圖;
圖5為本實用新型中管道泄漏報警示意圖;
圖6為本實用新型中第二類泄漏報警示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方式對本實用新型做進一步闡述,以便更好的理解本實用新型。
管道內(nèi)氣體或者液體的泄漏,大部分會引起周圍溫度場的變化。本實用新型借助分布式光纖拉曼測溫的原理,結合管道、保護層以及周圍環(huán)境,通過計算、仿真并且擬實化,得出傳送不同介質(zhì)時泄漏量、泄漏點與周圍溫度場之間關系,最后通過檢測管道周圍溫度場的變化來確定管道內(nèi)氣體或者液體的泄漏量,并且定位泄漏的位置。
如圖1所示,一種管道泄漏檢測系統(tǒng),包括工業(yè)控制計算機、環(huán)境溫度探測器、雙路A/D采集卡、激光光源驅(qū)動器、多路I/O卡、冷源驅(qū)動電路、熱源驅(qū)動電路、熱源、冷源、密封區(qū)域溫度探測器、脈沖激光器、波分復合器、斯托克斯光信號探測器、反斯托克斯光信號探測器、斯托克斯信號調(diào)理電路、反斯托克斯信號調(diào)理電路和感溫光纖;雙路A/D采集卡、環(huán)境溫度探測器和密封區(qū)域溫度探測器與工業(yè)控制計算機相連,工業(yè)控制計算機通過多路I/O卡分別與冷源驅(qū)動電路、熱源驅(qū)動電路相連,冷源驅(qū)動電路、熱源驅(qū)動電路再分別與冷源、熱源相連;工業(yè)控制計算機依次與激光光源驅(qū)動器、脈沖激光器、波分復合器和感溫光纖相連;波分復合器分離出的斯托克斯光依次通過斯托克斯光信號探測器和斯托克斯信號調(diào)理電路后被雙路A/D采集卡采集,另一路反斯托克斯光依次通過反斯托克斯光信號探測器和反斯托克斯信號調(diào)理電路后被雙路A/D采集卡采集。
熱源、冷源、密封區(qū)域溫度探測器、脈沖激光器、波分復合器、斯托克斯光信號探測器、反斯托克斯光信號探測器、斯托克斯信號調(diào)理電路、反斯托克斯信號調(diào)理電路均設置于同一個密封區(qū)域內(nèi)。密封區(qū)域的外壁最好采用隔溫材料,以便調(diào)整內(nèi)部的溫度。
上述系統(tǒng)中,冷源和熱源還可以選擇性設置成另外兩種方式。第一種情況:只有一路控制,比如有熱源、熱源驅(qū)動電路、多路I/O卡,熱源依次通過熱源驅(qū)動電路、多路I/O卡后與工業(yè)控制計算機相連,而不設置冷源、冷源驅(qū)動電路。該情況適用于主機放在空調(diào)房,而要求密封區(qū)域溫度比空調(diào)房溫度稍高的情況。當然,也可以僅設置冷源、冷源驅(qū)動電路、多路I/O卡,而不設置熱源和熱源驅(qū)動電路。第二種情況:當放置主機的環(huán)境溫度比較穩(wěn)定時,冷源和熱源二路都可以不要,即不設置冷源、冷源驅(qū)動電路、熱源、熱源驅(qū)動電路和多路I/O卡,該情況適用于當放置主機的環(huán)境溫度變化不是特別大的情況,此時溫度補償效果較好。上述各設置方式中,當具有熱源驅(qū)動電路、冷源驅(qū)動電路、多路I/O卡時,需要設置于密封區(qū)域外。
管道泄漏檢測系統(tǒng)的光源采用脈沖激光器,脈沖光經(jīng)波分復用器進入感溫光纖,傳感光纖置于待測管道周圍,感應因氣體或液體泄漏引起溫度場的變化。光脈沖在光纖中各點位置上引發(fā)包含拉曼成分的散射光,其背向散射光沿感溫光纖向后傳播,經(jīng)波分復用器分離出斯托克斯光和反斯托克斯光,由于斯托克斯光相對反斯托克斯光而言,對溫度不敏感,因此,把斯托克斯光作為參考光,把反斯托克斯光作為檢測光。斯托克斯光信號探測器和斯托克斯信號調(diào)理電路將斯托克斯光轉(zhuǎn)化成電信號并進行放大、濾波,反斯托克斯光信號探測器和反斯托克斯信號調(diào)理電路將反斯托克斯光轉(zhuǎn)化成電信號并進行放大、濾波,然后由雙路A/D采集卡采集。
由于粉塵、濕度對光學器件、光路的影響較大,而溫度對斯托克斯光信號探測器、反斯托克斯光信號探測器、斯托克斯信號調(diào)理電路、反斯托克斯信號調(diào)理電路的影響也較大,因此,本實用新型利用一個相對獨立的密封空間,包含有斯托克斯光信號探測器、反斯托克斯光信號探測器、斯托克斯信號調(diào)理電路、反斯托克斯信號調(diào)理電路、密封區(qū)域溫度探測器、熱源、冷源等部件,對密封空間進行溫度調(diào)節(jié),方便尋找有利于檢測的最佳溫度,對檢測數(shù)據(jù)進行溫度自動補償,提高系統(tǒng)的檢測精度。斯托克斯光信號、反斯托克斯光信號經(jīng)轉(zhuǎn)換后,同密封區(qū)域溫度探測器、環(huán)境溫度探測器1、環(huán)境溫度探測器2信號一起輸入工業(yè)控制計算機,進行數(shù)字信號處理,完成對待測溫度場、管道泄漏的測量。
上述環(huán)境溫度探測器可以設置兩個,即如圖中所示的環(huán)境溫度探測器1和環(huán)境溫度探測器2,以提高溫度曲線校正的準確性。但也可以單獨設置1個,不作為限定。
基于上述系統(tǒng),本具體實施方式中還進一步提供了一種管道泄漏檢測方法。如圖2所示,具體步驟是;感溫光纖沿待測管道方向鋪設,以感應因氣體或液體泄漏引起溫度場的變化;利用脈沖激光器產(chǎn)生脈沖光,經(jīng)波分復用器進入感溫光纖,光脈沖在光纖中各點位置上引發(fā)包含拉曼成分的散射光,其背向散射光沿感溫光纖向后傳播,經(jīng)波分復用器分離出斯托克斯光和反斯托克斯光;將斯托克斯光作為參考光,反斯托克斯光作為檢測光,斯托克斯光信號探測器和斯托克斯信號調(diào)理電路將斯托克斯光轉(zhuǎn)化成電信號并進行放大、濾波,反斯托克斯光信號探測器和反斯托克斯信號調(diào)理電路將反斯托克斯光轉(zhuǎn)化成電信號并進行放大、濾波,然后由雙路A/D采集卡采集;雙路A/D采集卡采集到的斯托克斯信號、反斯托克斯信號,與密封區(qū)域溫度探測器、環(huán)境溫度探測器1、環(huán)境溫度探測器2的信號一起輸入工業(yè)控制計算機,進行數(shù)字信號處理,完成對待測溫度場、管道泄漏的測量,并根據(jù)預設報警規(guī)則進行管道泄漏報警。
上述方法可采用在工業(yè)控制計算機中設置不同的模塊實現(xiàn),如圖2中所示的系統(tǒng)管理模塊、異常處理模塊、系統(tǒng)定標模塊、數(shù)據(jù)處理子模塊、管道泄漏報警子模塊等,分別執(zhí)行上述方法中的不同功能。模塊可采用硬件或軟件方式進行搭建,本領域技術人員可根據(jù)實際需要進行選擇。
如圖3所示,數(shù)字信號處理方法可以優(yōu)選采用如下步驟:
在一定時間內(nèi),多次讀入該時間段內(nèi)不同連續(xù)周期下的斯托克斯光和反斯托克斯光的電信號,再對相同位置及一定時間間隔內(nèi)的斯托克斯信號信號進行平均處理,對反斯托克斯信號也按相同的方法進行平均處理。并按管道位置坐標軸的采樣點次序,依據(jù)周圍環(huán)境確定參數(shù),對斯托克斯信號和反斯托克斯信號分別進行同樣的數(shù)字濾波后,再進行同樣的線性變換;然后根據(jù)下式計算參數(shù)A(n):
A(n)=(PAS(n)/PS(n))/(pAS0(n)/PS0(n))
式中:PS(n)為線性變換后斯托克斯信號,PAS(n)為線性變換后反斯托克斯信號,PS0(n)為參考溫度下信號處理后的斯托克斯信號,PAS0(n)為參考溫度下信號處理后的反斯托克斯信號;
根據(jù)A(n)和拉曼散射特性,求解光纖的溫度分布曲線,具體如下:
式中,h是普朗克常數(shù);k是波爾茲曼常數(shù);Δν為拉曼頻移量,T(n)光纖第n個采樣點上的絕對溫度,T0(n)光纖第n個采樣點參考的絕對溫度。
然后由密封區(qū)域溫度探測器探測到的溫度值,進行斯托克斯光信號探測器、反斯托克斯光信號探測器的溫度補償,得到新的溫度分布曲線;再根據(jù)用戶設定的空間分辨率指標,對新的溫度分布曲線進行數(shù)次的空間濾波;濾波后的溫度分布曲線,首先根據(jù)光纖定標曲線,進行非線性校正,然后根據(jù)環(huán)境溫度探測器1、環(huán)境溫度探測器2的值,對溫度分布曲線進行校正,最后根據(jù)用戶設定的響應時間要求,對溫度分布曲線中對應點的溫度進行加權濾波。
如圖4所示,根據(jù)環(huán)境溫度探測器1、環(huán)境溫度探測器2的值,對溫度分布曲線進行校正的方法如下:
以環(huán)境溫度探測器1的探測點為中心,選取n1個采樣點作為數(shù)據(jù)擬合范圍;n1為不小于1的奇數(shù);
對溫度分布曲線中數(shù)據(jù)擬合范圍內(nèi)的n1個采樣點的溫度進行擬合,根據(jù)擬合參數(shù)對環(huán)境溫度探測器1探測到的溫度,進行拓展,拓展至數(shù)據(jù)擬合范圍內(nèi)的n1個采樣點的溫度;
以n1個采樣點的誤差平方和最小為目標函數(shù),求解最優(yōu)的參數(shù),然后對溫度分布曲線進行分段校正;
以環(huán)境溫度探測器2的探測點為中心,選取n2個采樣點作為數(shù)據(jù)擬合范圍;n2為不小于1的奇數(shù);
對溫度分布曲線中數(shù)據(jù)擬合范圍內(nèi)的n2個采樣點的溫度進行擬合,根據(jù)擬合參數(shù)對環(huán)境溫度探測器2探測到的溫度進行拓展,拓展至數(shù)據(jù)擬合范圍內(nèi)的n2個采樣點的溫度;
以n2個采樣點的誤差平方和最小為目標函數(shù),求解最優(yōu)的參數(shù),結合前面分段校正參數(shù)(分段擬合后對參數(shù)進行微調(diào),使校正后的兩段曲線平穩(wěn)過渡,不產(chǎn)生較大波動),對溫度分布曲線進行校正。
需要指出的是,溫度分布曲線進行校正并不一定要采用上述方法,在其他實施例中也可按照現(xiàn)有技術中的其他方法執(zhí)行。比如上述目標函數(shù),也可采用各點誤差絕對值之和最小、各點加權誤差絕對值之和最小等方式。上述校正方法僅為本實用新型提供的一種優(yōu)選方式,不作為限定。
如圖5所示,本實用新型中提供三類優(yōu)選方式供選擇,可以選擇其中的一類或者多類。第一類報警為溫度超出上閾值,或者低于下閾值報警;第二類報警為溫度超出段內(nèi)平均溫度上閾值,或者低于段內(nèi)平均溫度下閾值報警;第三類報警為一定時間內(nèi)溫度上升超出上閾值,或者溫度下降低于下閾值報警。
如圖6所示,第二類報警具體為:首先計算段內(nèi)平均溫度,然后確定每一段報警的上、下閾值,以及報警概率的閾值,運行過程中統(tǒng)計不同位置點超過或低于閾值的次數(shù),一周期后計算報警概率,當報警概率超出閾值時進行報警。
當然上述優(yōu)選預設報警規(guī)則并不一定完全按照其執(zhí)行,本領域技術人員也可根據(jù)實際需要進行相應的設置,不作為限定。
上述實施例僅用于解釋說明本實用新型要求保護的內(nèi)容,但并不是用于限制本實用新型的要求保護的范圍。本領域技術人員在本實用新型精神內(nèi)所做的改進和替換,均屬于保護范圍內(nèi)。