[發明專利]一種基于分布式光纖的管道二維變形監測方法

在審

• 申請號: 202010320910.3
• 申請日: 2020-04-22
• 公開（公告）號: CN111750790A
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 馮維一;方玄;吉俊兵;謝永宏;張冬梅;張秋生;蔣波
• 申請（專利權）人: 江蘇法爾勝光電科技有限公司;無錫法爾勝光電科技有限公司;法爾勝泓昇集團有限公司
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 江陰市輕舟專利代理事務所(普通合伙) 32380
• 代理人: 孫燕波

本發明涉及一種基于分布式光纖的管道二維變形監測方法，所述方法包括以下步驟：1)將分布式應變監測光纜對稱粘貼在管道的上表面和下表面，并將兩條光纜分別連接至解調設備；2)通過解調設備分別讀取管道上表面和下表面光纜測得的應變信息；3)將管道平均分為若干段，分別計算每一段變形情況；4)假設計算初始端不產生傾斜，通過幾何關系計算出管道第一段末端位移；5)以第一段末端位移為基礎，推算出第二段末端位移；6)同理，每一段的末端位移均由步驟5)中的方法得出；7)對每段位移進行疊加，即可算出整段管道變形情況。本發明將管道簡化為歐拉伯?努利梁模型，通過分布式光纖測得的應變數據，計算得到整條管道的變形情況。

技術領域

本發明涉及光纖傳感技術領域，特別是涉及一種基于分布式光纖的管道二維變形監測方法。

背景技術

管道輸送的優勢明顯，人們的生產和生活已經離不開管道。但由于自然環境和輸送介質的腐蝕、材質和施工的瑕疵以及人類施工開挖破壞以及地震等自然災害的影響，管道會發生泄漏、爆管甚至爆炸事故。管道泄漏或爆管除了考慮其造成的嚴重經濟損失外，它還會引起有害物質的泄漏，污染環境，甚至還會引起中毒、爆炸事故，危及人身安全。因此，管道初期的泄漏監測，以及對危及管道安全的地質災害、機械、人工施工甚至惡意破壞管道、打孔偷盜行為的預警，顯得尤為重要。傳統的泄漏監測方法不能監測管道泄漏，更無法判斷泄漏點位置及區域，并且不能對各種自然災害、機械作業及人為操作等危害管道安全的危險事件進行實時監測和預警，另外，現有技術中對管道安全隱患的監測存在的不足有：點式傳感器，不能滿足長距離管道安全監測需求；傳感器需要供電，不適合易燃易爆等管道的泄漏監測。

分布式光纖傳感監測技術是一種利用傳感光纖作為監測元件與信號傳輸媒介的新型傳感技術，具有體積小、質量輕、抗電磁干擾、耐腐蝕、靈敏度高、測量速度快、使用壽命長、成本低廉等優勢，因此，可基于分布式光纖傳感器建立一種有效的管道變形監測方法及系統。針對工程中常用的液體輸送管道，采用歐拉-伯努利梁作為模型，選擇合適的坐標系建立精確的幾何模型，并在此基礎上進行簡化，在滿足計算精度的情況下，得到計算效率高，結果相對準確的二維形變算法，成為求解這類管道變形問題的關鍵所在。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術提供一種基于分布式光纖的二維變形監測方法，將管道簡化為歐拉伯-努利梁模型，通過分布式光纖測得的應變數據，計算得到整條管道的變形情況。

本發明解決上述問題所采用的技術方案為：一種基于分布式光纖的管道二維變形監測方法，所述方法包括以下步驟：

1)將分布式應變監測光纜對稱粘貼在管道的上表面和下表面，并將兩條光纜分別連接至解調設備；

2)通過解調設備分別讀取管道上表面和下表面光纜測得的應變信息；

3)將管道平均分為若干段，分別計算每一段變形情況；

4)假設計算初始端不產生傾斜，通過幾何關系計算出管道第一段末端位移；

5)以第一段末端位移為基礎，推算出第二段末端位移；

6)同理，每一段的末端位移均由步驟5)中的方法得出；

7)對每段位移進行疊加，即可算出整段管道變形情況。

2、根據權利要求1所述的一種基于分布式光纖的管道二維變形監測方法，其特征在于：在步驟4)中，管道第一段末端的位移通過以下公式計算得到：

式中，R₁為第一段管道單元曲率半徑，r為管道橫截面半徑，θ₁為第一段管道單元對應的圓心角，ε_上為管道上端應變光纜測得的應變值，ε_下為管道下端應變光纜測得的應變值；

步驟5)中，管道第二段末端的位移通過以下公式計算得到：