專利名稱：天然氣管道泄漏檢測的光纖傳感器的制作方法
天然氣管道泄漏檢測的光纖傳感器技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明是一種適用于天然氣管道泄漏檢測系統(tǒng)的光纖傳感器，涉及機械振動的測 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 源主要運輸方式，發(fā)達(dá)國家和中東產(chǎn)油區(qū)的油品輸運已全部實現(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)測的實時性和漏點定位的準(zhǔn)確性，必須在管線上加大傳感器的布設(shè)密度，同時 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)實時監(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，同時根據(jù)振動波傳播到相鄰幾個光纖傳感 器的時間延遲結(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 的光強信號經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后實現(xiàn)泄漏點的位置的確定。
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。
縱觀國內(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)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，由光源發(fā)出的光依次通過各個傳感器，并攜帶每個 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。
本光纖傳感器結(jié)構(gòu)所采用的技術(shù)方案是一個傳感器傳感監(jiān)測天然氣管道管線上 一個徑向點的泄漏信號。通過在管線上布設(shè)多個傳感器，檢測整條管線上的泄漏情況。
該光纖傳感器由彈性圓柱體3、光纖干涉儀4以及尾纖盤纖盒5組成(見圖3);其 中，在彈性圓柱體外周上均勻有序的纏繞光纖干涉儀的干涉臂，并用粘合劑將光纖與彈性 圓柱體3緊緊粘合在一起，纏繞后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通過粘合劑固定在彈性圓柱體3頂部。傳感器安裝時，將彈性圓柱 體3的內(nèi)凹端使用粘合劑粘在天然氣管道外表面上，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。
所述的彈性圓柱體3是一個底部內(nèi)凹且弧度與管道外表面一致的鋼制低矮的圓 柱體；天然氣管道泄漏時產(chǎn)生的徑向振動讓彈性圓柱體3發(fā)生形變，帶動彈性圓柱體3外周 纏繞的光纖干涉儀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；
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；彈性圓柱體3外周上 纏繞的光纖是光纖干涉儀的部分干涉臂，每個傳感器所纏繞的光纖匝數(shù)相同；由此確保每 個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之間附有一層橡膠墊。
本發(fā)明將光纖傳感器I整體設(shè)計成為一個底部內(nèi)凹且弧度與管道外表面一致的 一種結(jié)構(gòu)，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 定在彈性圓柱體3頂部之前，要在尾纖盤纖盒5與彈性圓柱體3之間附加一層橡膠墊，主要 是使上下兩層振動隔離；整個傳感器外部是一個塑料護(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)傳感器的作用。在安裝傳感器前需要將相應(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，使用膠粘劑將光纖傳感器I內(nèi)凹的底部粘接在管道外壁上，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。最后在傳感器與管道的接合處進(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器探頭的靈敏度，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，可為準(zhǔn)分布式天然氣管道泄漏檢測系統(tǒng)提供高定位精度和聞靈敏度的如端探頭。


圖1光纖傳感天然氣管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)原理框圖
圖2光纖傳感器的管道安裝示意圖
圖3光纖傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
圖4邁克爾遜光纖干涉儀
其中1-光纖傳感器 2-管道
3-彈性圓柱體 4-光纖干涉儀
5_尾纖盤纖盒 6、7_輸入、輸出光纖具體實施方式
、
實施例.本例的構(gòu)成如圖3所示，在管道本體上每隔1. 5km安裝一個光纖傳感器 I，一個光纖傳感器I傳感天然氣管道管線上一個軸向點的泄漏信號。通過在管線上均勻布設(shè)多個光纖傳感器1，即可檢測整條管線的泄漏情況。該光纖傳感器由彈性圓柱體3、光纖干涉儀4以及尾纖盤纖盒5組成(見圖3);其中，在彈性圓柱體外周上均勻有序的纏繞光纖干涉儀的干涉臂，并用粘合劑將光纖與圓柱體緊緊粘合在一起，纏繞后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通過粘合劑固定在彈性圓柱體3頂部。傳感器安裝時，將彈性圓柱體3的內(nèi)凹端使用粘合劑粘在天然氣管道外表面上，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。當(dāng)天然氣管道泄漏時產(chǎn)生的徑向振動讓彈性圓柱體3發(fā)生形變，帶動彈性圓柱體外周纏繞的光纖干涉儀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，彈性圓柱體3是一個底部內(nèi)凹且弧度與管道外表面一致的鋼制低矮的圓柱體，頂面直徑Φ為300mm,圓柱體中心高為20mm ;光纖干涉儀4選用的是邁克爾遜干涉儀 (如圖4)。彈性圓柱體3外周上纏繞的光纖是邁克爾遜干涉儀的干涉臂，纏繞時將兩個干涉臂一起沿彈性圓柱體外周整齊盤繞，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，具有檢測靈敏度可調(diào)、噪聲隔離性好的優(yōu)點，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泄漏感應(yīng)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由彈性圓柱體(3)、光纖干涉儀⑷以及尾纖盤纖盒(5)組成；其中，在彈性圓柱體(3)外周上均勻有序的纏繞光纖干涉儀的干涉臂，并用粘合劑將光纖與圓柱體緊緊粘合在一起，纏繞后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)通過粘合劑固定在彈性圓柱體(3)頂部；傳感器安裝時，將彈性圓柱體(3)的內(nèi)凹端使用粘合劑粘在天然氣管道外表面上，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。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然氣管道泄漏檢測的光纖傳感器，其特征是所述的彈性圓柱體(3)是一個底部內(nèi)凹且弧度與管道外表面一致的鋼制低矮的圓柱體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然氣管道泄漏檢測的光纖傳感器，其特征是所述的光纖干涉儀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所述的天然氣管道泄漏檢測的光纖傳感器，其特征是所述的彈性圓柱體(3)外周上纏繞的光纖是光纖干涉儀的部分干涉臂，且纏繞匝數(shù)為定值；每個傳感器所纏繞的光纖匝數(shù)相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然氣管道泄漏檢測的光纖傳感器，其特征是尾纖盤纖盒(5)通過粘合劑固定在彈性圓柱體頂部，其中尾纖盤纖盒與彈性圓柱體(3)之間附有一層橡膠墊。
全文摘要
本發(fā)明是一種適用于天然氣管道泄漏檢測系統(tǒng)的光纖傳感器。該光纖傳感器由彈性圓柱體(3)、光纖干涉儀(4)以及尾纖盤纖盒(5)組成；其中，在彈性圓柱體外周上均勻有序的纏繞光纖干涉儀的干涉臂，并用粘合劑將光纖與圓柱體緊緊粘合在一起，纏繞后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)通過粘合劑固定在彈性圓柱體(3)頂部，上述的彈性圓柱體(3)是一個底部內(nèi)凹且弧度與管道外表面一致的鋼制低矮的圓柱體；傳感器安裝時，將彈性圓柱體(3)的內(nèi)凹端使用粘合劑粘在天然氣管道外表面上。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F17D5/02GK102997052SQ20111027203
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), 丁樹義, 楊文明, 李維, 李剛, 索娜, 徐賀, 許偉瑞, 王麗, 吳志平 申請人:中國石油天然氣集團公司, 中國石油天然氣管道局