專利名稱：一種天然氣管道泄漏檢測的光纖傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種天然氣管道泄漏檢測的光纖傳感器，涉及機(jī)械振動的測量、沖擊的測量和管道系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，世界上建成的管道總長達(dá)到250萬公里，已經(jīng)超過鐵路總里程成為世界能源主要運(yùn)輸方式，發(fā)達(dá)國家和中東產(chǎn)油區(qū)的油品輸運(yùn)已全部實(shí)現(xiàn)管道化。我國管道在近年也得到了較快發(fā)展，總長也超過7萬公里，已初步形成橫跨東西、縱貫?zāi)媳薄⒏采w全國、連通海外的能源管網(wǎng)大格局，管道運(yùn)輸成為油氣等戰(zhàn)略能源的調(diào)配輸送的主要方式。管道由于跨越地域廣，受自然災(zāi)害、第三方施工破壞等原因，導(dǎo)致了較多的管道泄漏事故發(fā)生。國外管道安全情況也非常不容樂觀，美國2010年9月9日圣布魯諾市發(fā)生天然氣管道大爆炸，爆炸在路面造成一個(gè)長51米、寬9米的大坑。一段長約8米、直徑76厘米的管道被炸上天，飛出大約30米遠(yuǎn)，并引發(fā)大范圍火災(zāi)，導(dǎo)致4人死亡，3人失蹤，至少52人受傷，過火面積4公頃，數(shù)十樁房屋被燒毀。近年來人們安全、環(huán)保意識顯著提升，作為高危行業(yè)的管道輸運(yùn)安全問題也得到越來越多的重視。目前成熟的技術(shù)中對于天然氣管道泄漏監(jiān)測只有聲波監(jiān)測法較為有效，但為了提高對泄漏監(jiān)測的實(shí)時(shí)性和漏點(diǎn)定位的準(zhǔn)確性，必須在管線上加大傳感器的布設(shè)密度，同時(shí)增加相應(yīng)的供電、通信設(shè)備，造成系統(tǒng)成本以及安裝維護(hù)費(fèi)用高昂。隨著傳感技術(shù)的發(fā)展國外如美國CS1、ATM0S1、歐洲TER等公司開展了 SCADA泄漏監(jiān)測系統(tǒng)研究，Sensornet公司也開發(fā)了基于分布式光纖溫度傳感器的泄漏監(jiān)測系統(tǒng)，部分產(chǎn)品在國內(nèi)也申請了專利保護(hù)；國內(nèi)天津大學(xué)、清華大學(xué)、中國人民解放軍后勤工程學(xué)院等單位也對管道的泄漏監(jiān)測方法做了深入研究。專利CN200410020046. 6公開了一種基于干涉原理的分布式光纖油氣管道泄漏監(jiān)測方法及監(jiān)測裝置。該監(jiān)測系統(tǒng)要求在管道附近沿管道并排鋪設(shè)一根光纜，利用光纜中的光纖組成一個(gè)光纖微振動傳感器。專利CN200620119429、CN200610113044. O均為基于Sagnac光纖干涉儀的管道泄漏監(jiān)測裝置，專利CN200610072879. 6是一種基于分布式光纖聲學(xué)傳感技術(shù)的管道泄漏監(jiān)測裝置及方法。《傳感器與微系統(tǒng)》第26卷第7期的“基于分布式光纖傳感器的輸氣管道泄漏檢測方法”公開了一種基于分布式光纖傳感器的輸氣管道泄漏檢測裝置和方法，它是在具有一定間隔的管道本體上安裝光纖傳感器，連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測沿管道本體傳播的振動波信號，對采集的振動波信號進(jìn)行分析處理，包括類型識別和振動源定位，其中類型識別為通過對振動波特征的提取分析判別其是否屬于泄漏類型，同時(shí)根據(jù)振動波傳播到相鄰幾個(gè)光纖傳感器的時(shí)間延遲結(jié)合振動波在管道本體上的傳播速度確定振動波源所在的位置，傳感器輸出的光強(qiáng)信號經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后實(shí)現(xiàn)泄漏點(diǎn)的位置的確定。CN1837674A公開了一種基于分布式光纖聲學(xué)傳感技術(shù)的管道泄漏檢測裝置及方法。
US2006/0225507A1公開了 一種基于分布式光纖傳感器的管道泄漏檢測裝置及方法。上述技術(shù)均屬于分布式光纖傳感監(jiān)測方法。但該類技術(shù)監(jiān)測泄漏時(shí)受到管道周圍所發(fā)生的干擾事件的影響，具有很高的系統(tǒng)虛警率，抗干擾能力較差?？v觀國內(nèi)與國外的各種管道泄漏監(jiān)測技術(shù)，目前普遍使用的負(fù)壓波法，流量平衡法，壓力坡降等輸油管道泄漏檢測技術(shù)，無法有效的解決氣體管道的泄漏檢測問題，尤其是對微小泄漏的識別與定位。而基于光纖良好的傳感特性，光纖傳感技術(shù)得以快速發(fā)展，其中應(yīng)用較多的是利用一根與管道同溝敷設(shè)的光纜作為分布式氣體泄漏傳感器，靈敏度雖然比傳統(tǒng)技術(shù)高，但是其定位效果差，不能完全滿足天然氣管道泄漏監(jiān)測的應(yīng)用需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是發(fā)明一種適用于準(zhǔn)分布式天然氣管道泄漏檢測系統(tǒng)的高定位精度、高靈敏度的天然氣管道泄漏檢測的光纖傳感器。光纖傳感天然氣管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。在埋地天然氣管道上均勻分布布設(shè)一系列傳感器，設(shè)備應(yīng)用時(shí)，由光源發(fā)出的光依次通過各個(gè)傳感器，并攜帶每個(gè)傳感器的泄漏信號回到光電探測器段，再經(jīng)過后續(xù)處理，完成泄漏信號的識別和事件的定位，并將結(jié)果顯示在屏幕上。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一個(gè)光纖傳感器I傳感天然氣管道管線上一個(gè)軸向點(diǎn)的泄漏信號，從而檢測整條管線上的泄漏情況。該光纖傳感器由長方形彈性片3、光纖干涉儀4以及尾纖盤纖盒5組成；具體結(jié)構(gòu)是在長方形彈性片3的上面，將光纖干涉儀的光纖干涉臂以正弦波的形狀均勻布設(shè)，并用粘合劑將光纖緊貼在長方形彈性片3上，剩余的光纖干涉儀及其相關(guān)器件將整齊的盤繞在尾纖盤纖盒5內(nèi)，輸入、輸出光纖6、7露在外；尾纖盤纖盒5通過粘合劑固定在長方形彈性片3上面，傳感器安裝時(shí)，將長方形彈性片3的內(nèi)凹面使用粘合劑沿天然氣管道軸向方向粘在管道外表面上，最后將傳感器整體外罩套在外部，并作相應(yīng)的管道防腐處理，使傳感器整體與管道表面防腐層無縫對接。其中所述的長方形彈性片3是一個(gè)底部內(nèi)凹且弧度與管道外表面一致的鋼制薄板；天然氣管道泄漏時(shí)產(chǎn)生的軸向振動讓長方形彈性片3發(fā)生形變，帶動長方形彈性片3上面盤繞的光纖干涉儀4也發(fā)生形變，由此改變光纖內(nèi)傳輸?shù)墓獾臓顟B(tài)，以致被后端設(shè)備檢測到。其中所述的光纖干涉儀選用邁克爾遜干涉儀或馬赫曾德干涉儀；長方形彈性片3上盤繞的光纖是光纖干涉儀的一部分干涉臂，每個(gè)傳感器I所盤繞的光纖匝數(shù)相同，盤繞形狀均為正旋波；由此確保每個(gè)光纖傳感器具有較為統(tǒng)一的靈敏度；所述尾纖盤纖盒5通過粘合劑固定在彈性圓柱體頂部，其中尾纖盤纖盒5與彈性圓柱體3之間附有一層海綿墊。。本發(fā)明通過控制長方形彈性片3上光纖盤繞的密集程度可有效控制光纖傳感器I的靈敏度。本發(fā)明將光纖傳感器I整體設(shè)計(jì)在一個(gè)長方形彈性片3上，主要是為了使傳感光纖盡可能接觸管道外壁，增加其靈敏度。尾纖盤纖盒5在固定在長方形彈性片3頂部之前，要在尾纖盤纖盒與彈性圓柱體之間附加一層海綿墊，主要是使上下兩層振動隔離；整個(gè)傳感器外部是一個(gè)塑料護(hù)罩其中附有海綿層，主要起到隔離管道外界干擾信號和保護(hù)傳感器I的作用。在安裝光纖傳感器I前需要將相應(yīng)區(qū)域的天然氣管道外表面的防腐層清除干凈，露出鋼管表面，安裝時(shí)，使用膠粘劑將光纖傳感器I本體緊粘在管道外壁上，這也是為了使傳感光纖盡可能接觸管道外壁，增加其靈敏度。最后在傳感器I與管道的接縫處進(jìn)行相應(yīng)的管道防腐處理，使其與管道表面防腐層無縫對接。該結(jié)構(gòu)能夠有效控制光纖傳感單元探頭的靈敏度，并對除天然氣泄漏之外的信號干擾具有良好的隔離屏蔽效果。本發(fā)明的效果和益處是基于這種結(jié)構(gòu)的天然氣管道泄漏監(jiān)測光纖傳感器具有檢測靈敏度可調(diào)，噪聲隔離性好的優(yōu)點(diǎn)，可為準(zhǔn)分布式天然氣管道泄漏檢測系統(tǒng)提供高定位精度和高靈敏度的前端探頭。


圖1光纖傳感天然氣管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)原理框2光纖傳感單元的管道安裝示意3光纖傳感單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)4邁克爾遜光纖干涉儀其中1-光纖傳感器2-管道3-長方形彈性片 4-光纖干涉儀5_尾纖盤纖盒6、7_輸入、輸出光纖
具體實(shí)施例方式實(shí)施例.以下結(jié)合技術(shù)方案與附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的實(shí)施方式。本光纖傳感器在管道本體上每隔1. 5km安裝一個(gè)光纖傳感器1，一個(gè)光纖傳感器傳感天然氣管道管線上一個(gè)軸向點(diǎn)的泄漏信號，從而檢測整條管線上的泄漏情況。該光纖傳感器I由長方形彈性片3、和光纖干涉儀4以及尾纖盤纖盒5組成；具體結(jié)構(gòu)是在長方形彈性片3的上面，將光纖干涉儀的光纖干涉臂以正弦波的形狀均勻布設(shè)，并用粘合劑將光纖緊貼在長方形彈性片3上，剩余的光纖干涉儀及其相關(guān)器件將整齊的盤繞在尾纖盤纖盒5內(nèi)，輸入、輸出光纖6、7露在外；尾纖盤纖盒5通過粘合劑固定在長方形彈性片3上面；傳感器安裝時(shí)，將長方形彈性片3的內(nèi)凹面使用粘合劑沿天然氣管道軸向方向粘在管道外表面上。最后將傳感器整體外罩套在外部，并作相應(yīng)的管道防腐處理，使傳感器整體與管道表面防腐層無縫對接。天然氣管道泄漏時(shí)產(chǎn)生的軸向振動讓長方形彈性片3發(fā)生形變，帶動長方形彈性片3上面盤繞的光纖干涉儀4也發(fā)生形變，由此改變光纖內(nèi)傳輸?shù)墓獾臓顟B(tài)，以致被后端設(shè)備檢測到。其中，所述的長方形彈性片3是一個(gè)底部內(nèi)凹且弧度與管道外表面一致的鋼制薄板；其尺寸為200X500X0. 3mm，光纖干涉儀4選用的是邁克爾遜干涉儀(如圖4)。長方形彈性片上盤繞的光纖是邁克爾遜干涉儀的干涉臂，盤繞時(shí)將兩個(gè)干涉臂一起以正旋波的形狀整齊盤繞，共繞20匝，余下的干涉臂以及干涉儀其它部分均盤繞固定在尾纖盤纖盒5中。本例經(jīng)試驗(yàn)，具有檢測靈敏度可調(diào)、噪聲隔離性好的優(yōu)點(diǎn)，可為準(zhǔn)分布式天然氣管道泄漏檢測系統(tǒng)提供高定位精度和高靈敏度的前端探頭。
權(quán)利要求
1.一種天然氣管道泄漏檢測的光纖傳感器，其特征是該光纖傳感器由長方形彈性片(3)、光纖干涉儀(4)以及尾纖盤纖盒(5)組成；在長方形彈性片(3)的上面，將光纖干涉儀(4)的光纖干涉臂以正弦波的形狀均勻布設(shè)，并用粘合劑將光纖緊貼在長方形彈性片(3)上，剩余的光纖干涉儀及其相關(guān)器件將整齊的盤繞在尾纖盤纖盒(5)內(nèi)，輸入、輸出光纖(6,7)露在外；尾纖盤纖盒(5)通過粘合劑固定在長方形彈性片(3)上面，傳感器安裝時(shí)，將長方形彈性片(3)的內(nèi)凹面使用粘合劑沿天然氣管道軸向方向粘在管道外表面上，最后將傳感器整體外罩套在外部，傳感器整體與管道表面防腐層無縫對接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種天然氣管道泄漏檢測的光纖傳感器，其特征是所述長方形彈性片(3)是一個(gè)底部內(nèi)凹且弧度與管道外表面一致的鋼制薄板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種天然氣管道泄漏檢測的光纖傳感器，其特征是所述光纖干涉儀(4)選用的是邁克爾遜干涉儀或馬赫曾德干涉儀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種天然氣管道泄漏檢測的光纖傳感器，其特征是所述長方形彈性片(3)上盤繞的光纖是光纖干涉儀的一部分干涉臂，每個(gè)傳感器I所盤繞的光纖匝數(shù)相同，盤繞形狀均為正旋波。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種天然氣管道泄漏檢測的光纖傳感器，其特征是所述尾纖盤纖盒(5)通過粘合劑固定在彈性圓柱體頂部，其中尾纖盤纖盒(5)與彈性圓柱體(3)之間附有一層海綿墊。
全文摘要
本發(fā)明是一種天然氣管道泄漏檢測的光纖傳感器。它由長方形彈性片(3)、和光纖干涉儀(4)以及尾纖盤纖盒(5)組成；在長方形彈性片(3)的上面，將光纖干涉儀的光纖干涉臂以正弦波的形狀均勻布設(shè)，并用粘合劑將光纖緊貼在長方形彈性片(3)上，剩余的光纖干涉儀及其相關(guān)器件將整齊的盤繞在尾纖盤纖盒(5)內(nèi)；尾纖盤纖盒(5)通過粘合劑固定在長方形彈性片(3)上面，上述的長方形彈性片(3)是一個(gè)底部內(nèi)凹且弧度與管道外表面一致的鋼制薄板；傳感器安裝時(shí)，將長方形彈性片(3)的內(nèi)凹面使用粘合劑沿天然氣管道軸向方向粘在管道外表面上。本發(fā)明為準(zhǔn)分布式天然氣管道泄漏檢測系統(tǒng)提供了高定位精度和高靈敏度的前端探頭。
文檔編號F17D5/02GK102997046SQ20111027134
公開日2013年3月27日 申請日期2011年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月14日
發(fā)明者張金權(quán), 王小軍, 張素清, 趙鋒, 程云濤, 彭妍, 楊娜, 姜毅, 孫祥林, 蔣啟善 申請人:中國石油天然氣集團(tuán)公司, 中國石油天然氣管道局