多参量的光纤光栅传感管道健康监测系统技术方案

本发明专利技术涉及一种多参量的光纤光栅传感管道健康监测系统，包括光纤光栅传感器、接线盒、光栅光纤解调仪、数据处理系统和在线监测系统，在管道主线和支线的关键节点处安装光纤光栅流量传感器、在管道靠近阀门和弯管处安装光纤光栅压力传感器，对于未埋入的管道，在管道靠近阀门和弯管处外壁上安装光纤光栅声发射传感器，在管道外壁轴向上以一定间隔安装周向环绕排布的光纤光栅应变传感器用以监测无泄漏时管道外壁的应力分布和泄漏时负压波导致的管道外壁的应变，对于埋入的管道，在管道周围布设光纤光栅测温光缆，在管道上方布设光纤光栅防入侵光缆。该系统可以监测多种参量并判断管道的多种健康状态，泄露判断准确度高。

Multi parameter fiber Bragg grating sensing system for pipeline health monitoring

The invention relates to an optical fiber grating sensing parameters of pipeline health monitoring system, including the optical fiber grating sensor, junction box, optical fiber grating demodulator, data processing system and on-line monitoring system, the installation of fiber grating flow sensor, installation of optical fiber grating pressure sensor to close the valve and pipe in pipe in the key nodes of the main line and the branch pipe the office for the buried pipeline is not in the pipeline installation, close to the fiber grating acoustic emission sensor and valve elbow on the outer wall of the outer wall of the pipe in the axial direction at intervals to install optical fiber grating strain sensor is arranged to surround the stress distribution and strain of pipeline leakage caused the negative pressure wave of the outer wall of the pipeline leak monitoring when the outer wall, for buried pipeline, the pipeline laid around the optical fiber grating temperature sensing cable in the pipeline above the layout of fiber grating protection Intrusion optical fiber cable. The system can monitor a variety of parameters and determine the multiple health conditions of the pipeline, and the leakage is accurate.

【技术实现步骤摘要】
多参量的光纤光栅传感管道健康监测系统
本专利技术属于管道监测领域，具体涉及一种多参量的光纤光栅传感管道健康监测系统。
技术介绍
管道广泛应用于油、气、水等的运输和电力电缆等的铺设中，管道的健康状态决定了管道的使用寿命以及故障发生率，为了降低故障发生率，需要对管道进行健康监测。目前的管道健康监测，往往局限于监测是否泄漏，对于其余的健康状态的监测并不重视，然而管道的泄漏是一个逐渐损伤由量变到质变的结果，只是监测是否泄漏，并不能起到提前预防的作用，而且，目前泄漏的判断是基于负压波的出现，但是在管道运输过程中，传输工况的变化(如启泵、停泵、调节流量阀等)也会影响管道首末端参数的平衡状态，从而引起负压波的出现，由于无法辨别负压波的出现是由管道泄漏还是正常操作所导致，因此，仅凭借负压力波的出现判断是否发生泄漏将会产生很大的误差。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种多参量的光纤光栅传感管道健康监测系统，该系统可以监测多种参量并判断管道的多种健康状态，泄露判断准确度高。本专利技术所采用的技术方案是：一种多参量的光纤光栅传感管道健康监测系统，用于对管道的多个参量进行监测并通过收集的参数对管道进行健康状态评估，包括分布在管道上的光纤光栅传感器以及与光纤光栅传感器依次连接的接线盒、光栅光纤解调仪、数据处理系统和在线监测系统；在管道主线和支线的关键节点处内部安装光纤光栅流量传感器、在管道靠近阀门和弯管处内部安装光纤光栅压力传感器，通过监测的流量和压力的变化情况以及流量的分配情况判断否有泄漏；对于未埋入的管道，在管道靠近阀门和弯管处外壁上安装光纤光栅声发射传感器，通过监测的泄漏声波判断是否有泄漏，在管道外壁轴向上以一定间隔安装周向环绕排布的光纤光栅应变传感器用以监测无泄漏时管道外壁的应力分布和泄漏时负压波导致的管道外壁的应变，应力分布梯度突变的部位就是裂纹或腐蚀的区域；对于埋入的管道，在管道周围布设光纤光栅测温光缆，通过监测的温度场的变化判断是否有泄漏，在管道上方布设光纤光栅防入侵光缆，通过监测的介质形变判断是否有入侵。进一步地，对于未埋入的管道，将光纤光栅压力传感器、光纤光栅声发射传感器和光纤光栅应变传感器收集的参数采用自适应加权融合估计算法来判断是否有泄漏。进一步地，当光纤光栅应变传感器监测的应力、应变超过安全极限时，自动发起警报。进一步地，光纤光栅声发射传感器通过磁体安装在管道外壁上，安装前清除安装表面上松散的涂层和氧化皮、清洗安装表面上的油污和多余物质、打磨安装表面上的粗糙处，安装后在接触处填充声耦合剂。进一步地，光纤光栅流量传感器两端带有法兰，光纤光栅流量传感器通过法兰安装在管道上。进一步地，光纤光栅压力传感器通过密封螺纹安装在管道的预留接口上。进一步地，光纤光栅应变传感器通过环氧树脂胶水粘贴在管道表面。本专利技术的有益效果是：1.本专利技术可以监测管道的流量、压力、泄漏声波、应力和应变以及管道周围的温度场和介质形变等多种参量，并据此判断管道的泄漏、入侵、裂纹、腐蚀、应力和应变等健康状态，裂纹或腐蚀处的应力可以反映裂纹或腐蚀的严重程度，普通部位处的应力可以反映管道的承受状态，为排查和检修提供了参考依据；本专利技术通过流量、压力、泄漏声波、应变、温度场等多个参量判断是否有泄漏，充分排除了正常操作(管道启停输、启停泵、增减输量、调压等)产生的影响，提高了判断的准确度；本专利技术采用光纤光栅传感器测量精度高。2.自适应加权融合估计算法不要求知道任何先验知识，只需要靠各个传感器提供的测量数据，以自适应的方式寻找各个传感器所对应的最优加权因子，从而可得出均方误差最小的信息融合值，排除了偶然因素的影响，进一步提高了判断的准确度。3.当应力、应变超过安全极限时，很有可能损伤管道，自动发起警报，可以及时排查检修。4.安装表面清洁、接触处紧密，保证了良好的声传输。附图说明图1是本专利技术实施例的示意图。图2本专利技术实施例中光纤光栅传感器在管道上分布图。图中：1-光纤光栅流量传感器I；2-光纤光栅压力传感器I；3-光纤光栅声发射传感器I；4-光纤光栅应变传感器I；5-光纤光栅应变传感器II；6-光纤光栅应变传感器III；7-光纤光栅应变传感器IV；8-光纤光栅声发射传感器II；9光纤光栅压力传感器II；10-光纤光栅压力传感器III；11-光纤光栅声发射传感器III；12-光纤光栅应变传感器V；13-光纤光栅应变传感器VI；14-光纤光栅应变传感器VII；15-光纤光栅应变传感器VIII；16-光纤光栅声发射传感器IV；17-光纤光栅压力传感器IV；18-光纤光栅压力传感器V；19-光纤光栅声发射传感器V；20-光纤光栅应变传感器IX；21-光纤光栅应变传感器X；22-光纤光栅应变传感器XI；23-光纤光栅应变传感器XII；24-光纤光栅声发射传感器VI；25-光纤光栅压力传感器VI；26-光纤光栅流量传感器II；27-光纤光栅压力传感器VII；28-光纤光栅声发射传感器VII；29-光纤光栅应变传感器XIII；30-光纤光栅应变传感器XIV；31-光纤光栅应变传感器XV；32-光纤光栅应变传感器XVI；33-光纤光栅声发射传感器VIII；34-光纤光栅压力传感器VIII；35-光纤光栅流量传感器III；36-光纤光栅测温光缆I；37-光纤光栅防入侵光缆；38-光纤光栅测温光缆II；39-光纤光栅流量传感器IV；40-分布式光纤光栅应变传感器I；41-分布式光纤光栅应变传感器II；42-分布式光纤光栅应变传感器III；43-分布式光纤光栅应变传感器IV；44-分布式光纤光栅应变传感器V。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明。如图1所示，一种多参量的光纤光栅传感管道健康监测系统，用于对管道的多个参量进行监测并通过收集的参数对管道进行健康状态评估，包括分布在管道上的光纤光栅传感器以及与光纤光栅传感器依次连接的接线盒、光栅光纤解调仪、数据处理系统和在线监测系统，如图2所示，在管道主线和支线的关键节点处内部安装光纤光栅流量传感器、在管道靠近阀门和弯管处内部安装光纤光栅压力传感器，通过监测的流量和压力的变化情况以及流量的分配情况判断否有泄漏；对于未埋入的管道，在管道靠近阀门和弯管处外壁上安装光纤光栅声发射传感器，通过监测的泄漏声波判断是否有泄漏，在管道外壁轴向上以一定间隔安装周向环绕排布的光纤光栅应变传感器用以监测无泄漏时管道外壁的应力分布和泄漏时负压波导致的管道外壁的应变，应力分布梯度突变的部位就是裂纹或腐蚀的区域；对于埋入的管道，在管道周围(管道两侧下部)布设光纤光栅测温光缆，通过监测的温度场的变化判断是否有泄漏(对于埋入的管道，输送的介质与外界一般都会存在一定温度差，当输送的介质泄漏时，管道周边的介质的温度场会发生变化)，在管道上方布设光纤光栅防入侵光缆，通过监测的介质形变判断是否有入侵(当有入侵时，管道周围的介质会产生形变)。如图1所示，所有光纤光栅传感器波分复用后接入铠装光缆，铠装光缆依次与接线盒、光栅光纤解调仪、数据处理系统和在线监测系统连接。在本实施例中，光纤光栅解调仪采用FBG-8M500，主要性能指标为：解调速度——解调器典型工作速度0HZ～500HZ，最大工作速度大于500HZ；解调精度——系统分辨率达到1pm，典型误差为士1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多参量的光纤光栅传感管道健康监测系统，其特征在于：用于对管道的多个参量进行监测并通过收集的参数对管道进行健康状态评估，包括分布在管道上的光纤光栅传感器以及与光纤光栅传感器依次连接的接线盒、光栅光纤解调仪、数据处理系统和在线监测系统；在管道主线和支线的关键节点处内部安装光纤光栅流量传感器、在管道靠近阀门和弯管处内部安装光纤光栅压力传感器，通过监测的流量和压力的变化情况以及流量的分配情况判断否有泄漏；对于未埋入的管道，在管道靠近阀门和弯管处外壁上安装光纤光栅声发射传感器，通过监测的泄漏声波判断是否有泄漏，在管道外壁轴向上以一定间隔安装周向环绕排布的光纤光栅应变传感器用以监测无泄漏时管道外壁的应力分布和泄漏时负压波导致的管道外壁的应变，应力分布梯度突变的部位就是裂纹或腐蚀的区域；对于埋入的管道，在管道周围布设光纤光栅测温光缆，通过监测的温度场的变化判断是否有泄漏，在管道上方布设光纤光栅防入侵光缆，通过监测的介质形变判断是否有入侵。

【技术特征摘要】
1.一种多参量的光纤光栅传感管道健康监测系统，其特征在于：用于对管道的多个参量进行监测并通过收集的参数对管道进行健康状态评估，包括分布在管道上的光纤光栅传感器以及与光纤光栅传感器依次连接的接线盒、光栅光纤解调仪、数据处理系统和在线监测系统；在管道主线和支线的关键节点处内部安装光纤光栅流量传感器、在管道靠近阀门和弯管处内部安装光纤光栅压力传感器，通过监测的流量和压力的变化情况以及流量的分配情况判断否有泄漏；对于未埋入的管道，在管道靠近阀门和弯管处外壁上安装光纤光栅声发射传感器，通过监测的泄漏声波判断是否有泄漏，在管道外壁轴向上以一定间隔安装周向环绕排布的光纤光栅应变传感器用以监测无泄漏时管道外壁的应力分布和泄漏时负压波导致的管道外壁的应变，应力分布梯度突变的部位就是裂纹或腐蚀的区域；对于埋入的管道，在管道周围布设光纤光栅测温光缆，通过监测的温度场的变化判断是否有泄漏，在管道上方布设光纤光栅防入侵光缆，通过监测的介质形变判断是否有入侵。2.如权利要求1所述的多参量的光纤光栅传感管道健康监测系统，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁磊，许儒泉，冯坤，徐刚，王慧，张健，吴慧峰，李东旭，曹珊，仇磊，涂彬，段细云，蔡彦璞，王仁亮，罗玉文，王永皎，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42