本發(fā)明涉及機(jī)械震動(dòng)的測量領(lǐng)域,尤其涉及一種天然氣管道泄漏測量裝置。
背景技術(shù):
泄漏檢測的必要性近幾年在全國各地,因燃?xì)夤艿赖男孤┮l(fā)的爆炸事故時(shí)有發(fā)生,泄漏所造成的浪費(fèi)也是驚人的(個(gè)別燃?xì)夤镜妮敳羁蛇_(dá)40%以上,只能靠收取開戶費(fèi)用勉強(qiáng)維持公司的運(yùn)轉(zhuǎn))因而,找到漏點(diǎn),找準(zhǔn)漏點(diǎn),并及時(shí)給予修復(fù),才能降低輸差,減少運(yùn)行成本,并防患于未然。絕大多數(shù)燃?xì)夤艿赖墓芾碚邔Υ朔浅V匾?,積極采取措施,想了許多辦法。但燃?xì)庑孤┯衅渥陨淼奶攸c(diǎn),用傳統(tǒng)的辦法找準(zhǔn)漏點(diǎn)很不容易。
泄漏檢測的可能性由于燃?xì)赓|(zhì)量較輕,從破損處噴出后,會(huì)自然而然地向上升起,并竄出地面。但由于回填物密實(shí)度不均等原因,燃?xì)飧Z出地面時(shí)自然不會(huì)輕輕松松地垂直上升,而是往土質(zhì)疏松的地方“亂竄”。尤其是在混凝土路面下的泄漏點(diǎn),燃?xì)庖蛏洗怪鄙鹁透永щy,而是從混凝土接縫處、破裂處和其他諸如綠化帶的地方竄出地面。需要強(qiáng)調(diào)的是,無論回填物有多么密實(shí),泄出的燃?xì)饨K究會(huì)竄出地面,這就為我們捉住它提供了前提。燃?xì)飧Z出地面后會(huì)立即擴(kuò)散,使?jié)舛润E然下降。如果泄漏量本就不大,再加之回填土較為密實(shí),從管道上方竄出地面的燃?xì)饩蜁?huì)少之又少,用傳統(tǒng)的方法(諸如“聞”的方法)非常難以捕捉,這就造成了沒有漏氣的假象。
查清管道位置采用管道探測儀查清管網(wǎng)的確切位置,這是泄漏檢測的前提。由于天然氣“亂竄”的特點(diǎn),往往會(huì)在根本沒有管道的地方發(fā)現(xiàn)它的蹤影。如果我們據(jù)此來確定漏點(diǎn)位置,就會(huì)鬧出很多笑話。因而,搞清管道的位置,并引導(dǎo)我們在地面沿著管道路徑進(jìn)行泄漏檢測,就可避免因燃?xì)狻皝y竄”而造成漏點(diǎn)的錯(cuò)誤判斷。通常情況下,城市地下埋設(shè)的管網(wǎng)都較為密集,管道之間不可避免地會(huì)發(fā)生信號(hào)傳遞和干擾,這顯然就增加了將目標(biāo)管道和非目標(biāo)管道區(qū)別開來的難度,同時(shí),對目標(biāo)管道的深度測量也難以做到精確、可靠。這就會(huì)大大增加對漏點(diǎn)準(zhǔn)確定位時(shí)的危險(xiǎn)性。因而,急需一種天然氣管道泄漏檢測裝置,既具有較高的靈敏度,又能實(shí)現(xiàn)漏點(diǎn)的精準(zhǔn)定位。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明設(shè)計(jì)開發(fā)了一種天然氣管道泄漏檢測裝置,采用多個(gè)光纖傳感器檢測管道泄漏振動(dòng)信號(hào),連接不同波長光纖濾波器,光纖傳感器之間互不干擾,提高檢測準(zhǔn)確性。
本發(fā)明還有另一個(gè)目的是,在傳輸光纖兩端設(shè)置波分復(fù)用器,能夠?qū)⒐庠窗l(fā)出的波長不同的光信號(hào)合成一束后傳輸進(jìn)入傳輸光纖,簡化了傳輸網(wǎng)絡(luò),降低了成本。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是,提供漏點(diǎn)定位計(jì)算公式,實(shí)現(xiàn)漏點(diǎn)的精準(zhǔn)定位。
本發(fā)明提供的技術(shù)方案為:
一種天然氣管道泄漏檢測裝置,其特征在于,包括:
傳輸光纖,其表面包覆減震材料,與聲場隔離;
多個(gè)光纖濾波器,其濾波波長互不相同,等距離并聯(lián)后連接所述傳輸光纖;
多個(gè)光纖傳感器,其鋪設(shè)于天然氣管道一側(cè),連接所述光纖濾波器,用于檢測管道泄漏振動(dòng)信號(hào);以及
光源,其為多波長寬帶連續(xù)激光器;
第一波分復(fù)用器,其設(shè)置在所述光源和所述傳輸光纖之間,用于將所述光源發(fā)出的波長不同的光信號(hào)合成一束后傳輸進(jìn)入所述傳輸光纖;
光探測器,其連接所述傳輸光纖,用于探測所述光纖傳感器反射回的管道泄漏振動(dòng)信號(hào);
第二波分復(fù)用器,其連接所述傳輸光纖和光探測器之間,用于將所述傳輸光纖的復(fù)合光束分成不同波長的光信號(hào);
定位處理器,其連接所述光探測器,用于識(shí)別泄漏信號(hào),并根據(jù)泄漏信號(hào)定位天然氣管道泄漏點(diǎn)。
優(yōu)選的是,還包括光環(huán)形器,其連接所述第一波分復(fù)用器,第二波分復(fù)用器和所述傳輸光纖。
優(yōu)選的是,還包括光耦合器,其為1×2光耦合器,連接所述光環(huán)形器,用于將光信號(hào)分為兩束。
優(yōu)選的是,所述波分復(fù)用器為密集型波分復(fù)用器。
優(yōu)選的是,所述光纖傳感器為基于sagnac干涉儀或邁克爾遜干涉儀的光纖傳感器。
優(yōu)選的是,所述光探測器為光譜分析儀。
優(yōu)選的是,所述檢測裝置的工作過程,如下:
當(dāng)天然氣管道發(fā)生泄漏,氣體與泄漏孔壁會(huì)發(fā)生摩擦,使管道震動(dòng),從而會(huì)有部分聲波信號(hào)作用到光纖傳感器上,導(dǎo)致光纖中傳播的光相位被調(diào)制,其表達(dá)式為:
其中,Δθ(t)為相位差;φi為光波的相位變化幅值,ωi為泄漏信號(hào)的頻率,τ1為光信號(hào)從光源正向傳播到漏點(diǎn)所需的時(shí)間,τ2為光信號(hào)從光源逆向傳播到漏點(diǎn)所用時(shí)間t為光信號(hào)從傳輸光纖一端傳遞到另一端所需時(shí)間。
優(yōu)選的是,設(shè)所述泄漏點(diǎn)的聲波信號(hào)傳輸?shù)絺鞲衅鱪-1的時(shí)間為tn-1,傳輸?shù)絺鞲衅鱪的時(shí)間為tn,傳輸?shù)絺鞲衅鱪+1的時(shí)間為tn+1,傳輸?shù)絺鞲衅鱪+2的時(shí)間為tn+2,則泄漏點(diǎn)與第n個(gè)傳感器的距離X計(jì)算公式為:
其中,L為兩相鄰傳感器之間的距離,c為光在空氣中傳播速度,n為光纖折射率,ωi為聲波振動(dòng)頻率,σ為傳感器工作波長。
本發(fā)明的有益效果
1、本發(fā)明以無需供電的光纖傳感器作為泄漏信號(hào)的拾取裝置,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)光纖傳感器的信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸,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)光纖傳感器,多傳感器聯(lián)合進(jìn)行時(shí)延估計(jì)提高對泄漏點(diǎn)的定位精度;此外光纖傳感器的靈敏度是傳統(tǒng)聲傳感器的數(shù)倍,可以顯著提高對天然氣管道微小泄漏檢測和定位的準(zhǔn)確度。
2、本發(fā)明采用多個(gè)光纖傳感器檢測管道泄漏振動(dòng)信號(hào),連接不同波長光纖濾波器,光纖傳感器之間互不干擾,提高檢測準(zhǔn)確性,在傳輸光纖兩端設(shè)置波分復(fù)用器,能夠?qū)⒐庠窗l(fā)出的波長不同的光信號(hào)合成一束后傳輸進(jìn)入傳輸光纖,簡化了傳輸網(wǎng)絡(luò),降低了成本。
4、本發(fā)明提供漏點(diǎn)定位計(jì)算公式,實(shí)現(xiàn)漏點(diǎn)的精準(zhǔn)定位。
附圖說明
圖1為本發(fā)明所述的天然氣管道泄漏檢測裝置的結(jié)構(gòu)簡圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明,以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實(shí)施。
如圖1所示,本發(fā)明提供天然氣管道泄漏檢測裝置包括:傳輸光纖100、光纖濾波器200、光纖傳感器300、光源400、第一波分復(fù)用器500、第二波分復(fù)用器600和光探測器700。
其中,傳輸光纖100,其為單模光纖,表面包覆減震材料,與聲場隔離;
多個(gè)光纖濾波器200,其濾波波長互不相同,等距離并聯(lián)后連接傳輸光纖100;
多個(gè)光纖傳感器300,其鋪設(shè)于天然氣管道一側(cè),連接光纖濾波器200,用于檢測管道泄漏振動(dòng)信號(hào),光纖傳感器300為基于sagnac干涉儀或邁克爾遜干涉儀的光纖傳感器。
其中,光纖濾波器200波長互不相同,光纖傳感器300工作波長互不相同,光纖傳感器反饋回傳輸光纖100的光波長互不相同。
光源400,其為多波長寬帶連續(xù)激光器;
第一波分復(fù)用器500,其設(shè)置在光源400和傳輸光纖100之間,用于將光源400發(fā)出的波長不同的光信號(hào)合成一束后傳輸進(jìn)入傳輸光纖100;
光探測器700,其連接傳輸光100纖,用于探測光纖傳感器300反射回的管道泄漏振動(dòng)信號(hào),光探測器700選用光譜分析儀。
第二波分復(fù)用器600,其連接傳輸光纖100和光探測器700之間,用于將傳輸光纖100的復(fù)合光束分成不同波長的光信號(hào);
定位處理器800,其連接光探測器700,用于識(shí)別泄漏信號(hào),并根據(jù)泄漏信號(hào)定位天然氣管道泄漏點(diǎn)。
光環(huán)形器710,其連接第一波分復(fù)用器500,第二波分復(fù)用器600和傳輸光纖100,用于完成正反向傳輸光的分離任務(wù)。
光耦合器,其為1×2光耦合器,連接所述光環(huán)形器,用于將光信號(hào)分為兩束。
作為一種優(yōu)選,第一波分復(fù)用器500和第二波分復(fù)用器600為密集型波分復(fù)用器。
天然氣管道泄漏檢測裝置的工作過程,如下:
光源400發(fā)出的光經(jīng)過光環(huán)形器710,進(jìn)入光耦合器,輸入光在1×2耦合器中分成兩束,分別沿光纖傳感器300光纖環(huán)的順時(shí)針和逆時(shí)針方向傳播,當(dāng)天然氣管道發(fā)生泄漏,氣體與泄漏孔壁會(huì)發(fā)生摩擦,使管道震動(dòng),從而會(huì)有部分聲波信號(hào)作用到光纖傳感器300上,導(dǎo)致光纖中傳播的光相位被調(diào)制,其表達(dá)式為:
其中,Δθ(t)為相位差;φi為光波的相位變化幅值,ωi為泄漏信號(hào)的頻率,τ1為光信號(hào)從光源正向傳播到漏點(diǎn)所需的時(shí)間,τ2為光信號(hào)從光源逆向傳播到漏點(diǎn)所用時(shí)間t為光信號(hào)從傳輸光纖一端傳遞到另一端所需時(shí)間。
所述泄漏點(diǎn)的聲波信號(hào)傳輸?shù)絺鞲衅鱪-1的時(shí)間為tn-1,傳輸?shù)絺鞲衅鱪的時(shí)間為tn,傳輸?shù)絺鞲衅鱪+1的時(shí)間為tn+1,傳輸?shù)絺鞲衅鱪+2的時(shí)間為tn+2,則泄漏點(diǎn)與第n個(gè)傳感器的距離X計(jì)算公式為:
其中,L為兩相鄰傳感器之間的距離,c為光在空氣中傳播速度,n為光纖折射率,ωi為聲波振動(dòng)頻率,σ為傳感器工作波長。
實(shí)施以天然氣管道泄漏檢測裝置的工作過程為例,作進(jìn)一步說明
光源400發(fā)出的光經(jīng)過光環(huán)形器710,進(jìn)入光耦合器,輸入光在1×2耦合器中分成兩束,第一波分復(fù)用器500,其設(shè)置在光源400和傳輸光纖100之間,用于將光源400發(fā)出的波長不同的光信號(hào)合成一束后傳輸進(jìn)入傳輸光纖100,光纖濾波器200波長互不相同,光纖傳感器300工作波長互不相同,光纖傳感器反饋回傳輸光纖100的光波長互不相同,天然氣管道發(fā)生泄漏,氣體與泄漏孔壁會(huì)發(fā)生摩擦,使管道震動(dòng),從而會(huì)有部分聲波信號(hào)作用到光纖傳感器300上,每個(gè)光纖傳感器300對應(yīng)一個(gè)工作波長,當(dāng)有震動(dòng)信號(hào)作用在第N個(gè)光纖傳感器上,光探測器700接收對應(yīng)波長的光信號(hào),從而識(shí)別對應(yīng)光纖傳感器的位置,根據(jù)漏點(diǎn)距離計(jì)算公式準(zhǔn)確定位漏點(diǎn)。
本發(fā)明以無需供電的光纖傳感器作為泄漏信號(hào)的拾取裝置,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)光纖傳感器的信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸,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)光纖傳感器,多傳感器聯(lián)合進(jìn)行時(shí)延估計(jì)提高對泄漏點(diǎn)的定位精度;此外光纖傳感器的靈敏度是傳統(tǒng)聲傳感器的數(shù)倍,可以顯著提高對天然氣管道微小泄漏檢測和定位的準(zhǔn)確度,采用多個(gè)光纖傳感器檢測管道泄漏振動(dòng)信號(hào),連接不同波長光纖濾波器,光纖傳感器之間互不干擾,提高檢測準(zhǔn)確性,在傳輸光纖兩端設(shè)置波分復(fù)用器,能夠?qū)⒐庠窗l(fā)出的波長不同的光信號(hào)合成一束后傳輸進(jìn)入傳輸光纖,簡化了傳輸網(wǎng)絡(luò),降低了成本,提供漏點(diǎn)定位計(jì)算公式,實(shí)現(xiàn)漏點(diǎn)的精準(zhǔn)定位。
盡管本發(fā)明的實(shí)施方案已公開如上,但其并不僅僅限于說明書和實(shí)施方式中所列運(yùn)用,它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域,對于熟悉本領(lǐng)域的人員而言,可容易地實(shí)現(xiàn)另外的修改,因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下,本發(fā)明并不限于特定的細(xì)節(jié)和這里示出與描述的圖例。