[發(fā)明專利]基于聲波探測的非侵入分布式光纖管道監(jiān)測系統(tǒng)及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910599778.1
• 申請(qǐng)日: 2019-07-04
• 公開（公告）號(hào): CN110410684A
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 閆志君;李通達(dá);艾凡;張威;賀韜;孫琪真;劉德明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): F17D5/06
• 分類號(hào): F17D5/06;F17D5/02;F17D5/00
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青;李智

本發(fā)明公開了一種基于聲波探測的非侵入分布式光纖管道監(jiān)測系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)包括依次連接的光源發(fā)生模塊、分布式傳感光纖、數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)處理模塊，分布式傳感光纖設(shè)置于待測管道外壁并沿管道軸向分布。方法包括采集分布式傳感光纖的由流體和管壁相互作用所得到聲波時(shí)域信號(hào)，經(jīng)差分處理后再利用傅里葉變換得到頻域信號(hào)的第一頻段和第二頻段及其對(duì)應(yīng)的第一峰值頻率和第二峰值頻率、第一功率譜強(qiáng)度和第二功率譜強(qiáng)度，根據(jù)上述信息實(shí)現(xiàn)流速測量、泄露監(jiān)控、泄漏點(diǎn)二維定位、管道堵塞情況判斷及含砂濃度的實(shí)時(shí)測量，避免了管道的二次施工，在石油探井管道、地下排水管道等場景具有很大的應(yīng)用潛力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于管道監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于聲波探測的非侵入分布式光纖管道監(jiān)測系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

自改革開放以來，國民經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，我國對(duì)能源的需求也迅速增加。能源問題關(guān)系到國民生活和國家綜合競爭力，是國家發(fā)展的基礎(chǔ)，也是我國重點(diǎn)發(fā)展和關(guān)注的問題。在眾多種類的能源中，以及天然氣等油氣資源有著尤其重要作用，而其存儲(chǔ)和運(yùn)輸?shù)陌踩砸彩侵饾u受到關(guān)注，基于長距離的管道運(yùn)輸方式覆蓋范圍廣，且管道可以橫跨多個(gè)區(qū)域，并形成復(fù)雜的油氣管道運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)成為主流趨勢。但是長輸管道及相關(guān)配套設(shè)施建設(shè)耗資巨大，長輸管道的使用期短則幾十年，甚至上百年。因此有效的管道監(jiān)測方法成為必要，目前管道安全監(jiān)測方法有管內(nèi)探測球法、實(shí)時(shí)模型法、體積或質(zhì)量平衡法、負(fù)壓波檢測法、壓力梯度法等眾多方法，但是，管內(nèi)探測球法造價(jià)成本高，且探測球很容易堵塞管道，實(shí)時(shí)模型法以及體積或質(zhì)量平衡法的精度不高，負(fù)壓波檢測方法的實(shí)時(shí)性較差，壓力梯度法則需要眾多傳感器。對(duì)于管內(nèi)流速的測量方法有葉輪式流量計(jì)、電磁流量計(jì)和超聲流量計(jì)等，但葉輪式流量計(jì)的測量受溫度、液體黏度和流體密度的影響，電磁流量計(jì)測量精度較高但易受電磁干擾，超聲流量計(jì)適合在大管道中流體速度測量，但對(duì)于小口徑管道測量存在局限性，且需要主動(dòng)聲源。

因此，在眾多的管道監(jiān)測方法中，都存在著功能單一、監(jiān)測距離短、效率低等共同缺點(diǎn)。與其他管道安全監(jiān)測方法相比，基于分布式光纖振動(dòng)傳感技術(shù)的管道安全監(jiān)測方法具有抗電磁干擾、抗腐蝕、監(jiān)測范圍廣、成本低、監(jiān)測實(shí)時(shí)性高等優(yōu)點(diǎn)，特別是該傳感系統(tǒng)可以同時(shí)對(duì)管道的流速、泄露狀況、堵塞以及含砂量的實(shí)時(shí)在線監(jiān)控，并且可以在極端惡劣的環(huán)境下24小時(shí)不間斷工作，更適合現(xiàn)在的長距離輸油管道網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

隨著分布式光纖傳感技術(shù)的進(jìn)步，應(yīng)用于管道腐蝕、泄露等監(jiān)測的分布式光纖傳感系統(tǒng)也得到了快速發(fā)展，中國發(fā)明專利《分布式光纖管道安全監(jiān)測裝置》(申請(qǐng)?zhí)枺?01610426164.X，申請(qǐng)日：2016.06.16)提出了一種基于分布式光纖傳感的管道泄露、破壞監(jiān)測裝置，但其只具有對(duì)管道周圍大幅度振動(dòng)信號(hào)監(jiān)測的能力且功能較為單一；中國發(fā)明專利《基于OFDR分布式光纖的排水管道監(jiān)測補(bǔ)償系統(tǒng)及方法》(申請(qǐng)?zhí)枺?01810969263.1，申請(qǐng)日：2018.08.23)提出了一種基于OFDR系統(tǒng)的排水管道分布式光纖傳感系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了管道流速、堵塞、蠕變等多個(gè)物理參量的測量，但OFDR技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)不同位置多事件的同時(shí)感知，且該系統(tǒng)須將分布式光纖侵入式地置于管道內(nèi)壁，大大增加了工程應(yīng)用的施工難度和成本，因此對(duì)于實(shí)際復(fù)雜管道網(wǎng)絡(luò)而言，該方法具有很強(qiáng)的應(yīng)用局限性。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種基于聲波探測的非侵入分布式光纖管道監(jiān)測系統(tǒng)及方法，旨在解決目前管道監(jiān)測系統(tǒng)功能單一、應(yīng)用性差的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一方面，提供了一種基于聲波探測的非侵入分布式光纖管道監(jiān)測系統(tǒng)，包括依次連接的光源發(fā)生模塊、分布式傳感光纖、數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)處理模塊，分布式傳感光纖設(shè)置于待測管道外壁并沿管道軸向分布。

優(yōu)選地，分布式傳感光纖包含溫度補(bǔ)償光纖和分布式聲波傳感光纖。

優(yōu)選地，分布式溫度補(bǔ)償光纖與管壁之間采用隔音棉相隔，分布式溫度補(bǔ)償光纖采用鋼化材料作為保護(hù)殼。

優(yōu)選地，分布式聲波傳感光纖的數(shù)量至少包括一根。