專(zhuān)利名稱(chēng)：天然氣管道泄漏檢測(cè)的光纖傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
天然氣管道泄漏檢測(cè)的光纖傳感器技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型是一種適用于天然氣管道泄漏檢測(cè)系統(tǒng)的光纖傳感器，涉及機(jī)械振動(dòng)的測(cè)量、沖擊的測(cè)量和管道系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
[0002]目前，世界上建成的管道總長(zhǎng)達(dá)到250萬(wàn)公里，已經(jīng)超過(guò)鐵路總里程成為世界能源主要運(yùn)輸方式，發(fā)達(dá)國(guó)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(guó)管道在近年也得到了較快發(fā)展，總長(zhǎng)也超過(guò)7萬(wàn)公里，已初步形成橫跨東西、縱貫?zāi)媳?、覆蓋全國(guó)、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。[0003]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(guó)外管道安全情況也非常不容樂(lè)觀，美國(guó)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(zhǎng)51米、寬9米的大坑。一段長(zhǎng)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(guò)火面積4公頃，數(shù)十樁房屋被燒毀。近年來(lái)人們安全、環(huán)保意識(shí)顯著提升，作為高危行業(yè)的管道輸運(yùn)安全問(wèn)題也得到越來(lái)越多的重視。[0004]目前成熟的技術(shù)中對(duì)于天然氣管道泄漏監(jiān)測(cè)只有聲波監(jiān)測(cè)法較為有效，但為了提高對(duì)泄漏監(jiān)測(cè)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。[0005]隨著傳感技術(shù)的發(fā)展國(guó)外如美國(guó)CSI、ATM0SI、歐洲TER等公司開(kāi)展了 SCADA泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究，Sensorne t公司也開(kāi)發(fā)了基于分布式光纖溫度傳感器的泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，部分產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)也申請(qǐng)了專(zhuān)利保護(hù)；國(guó)內(nèi)天津大學(xué)、清華大學(xué)、中國(guó)人民解放軍后勤工程學(xué)院等單位也對(duì)管道的泄漏監(jiān)測(cè)方法做了深入研究。[0006]專(zhuān)利CN200410020046. 6公開(kāi)了一種基于干涉原理的分布式光纖油氣管道泄漏監(jiān)測(cè)方法及監(jiān)測(cè)裝置。該監(jiān)測(cè)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(dòng)傳感器。專(zhuān)利CN200620119429、CN200610113044. 0均為基于 Sagnac光纖干涉儀的管道泄漏監(jiān)測(cè)裝置，專(zhuān)利CN20061007^79. 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(cè)裝置及方法。[0007]《傳感器與微系統(tǒng)》第沈卷第7期的“基于分布式光纖傳感器的輸氣管道泄漏檢測(cè)方法”公開(kāi)了一種基于分布式光纖傳感器的輸氣管道泄漏檢測(cè)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(cè)沿管道本體傳播的振動(dòng)波信號(hào)，對(duì)采集的振動(dòng)波信號(hào)進(jìn)行分析處理，包括類(lèi)型識(shí)別和振動(dòng)源定位，其中類(lèi)型識(shí)別為通過(guò)對(duì)振動(dòng)波特征的提取分析判別其是否屬于泄漏類(lèi)型，同時(shí)根據(jù)振動(dòng)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(dòng)波在管道本體上的傳播速度確定振動(dòng)波源所在的位置，傳感器輸出的光強(qiáng)信號(hào)經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后實(shí)現(xiàn)泄漏點(diǎn)的位置的確定。[0008]CN1837674A公開(kāi)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(cè)裝置及方法。[0009]US2006/0225507A1公開(kāi)了一種基于分布式光纖傳感器的管道泄漏檢測(cè)裝置及方法。[0010]上述技術(shù)均屬于分布式光纖傳感監(jiān)測(cè)方法。但該類(lèi)技術(shù)監(jiān)測(cè)泄漏時(shí)受到管道周?chē)l(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。[0011]縱觀國(guó)內(nèi)與國(guó)外的各種管道泄漏監(jiān)測(cè)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(cè)技術(shù)，無(wú)法有效的解決氣體管道的泄漏檢測(cè)問(wèn)題，尤其是對(duì)微小泄漏的識(shí)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(mǎn)足天然氣管道泄漏監(jiān)測(cè)的應(yīng)用需求。實(shí)用新型內(nèi)容[0012]本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種適用于準(zhǔn)分布式天然氣管道泄漏檢測(cè)系統(tǒng)高定位精度、高靈敏度的天然氣管道泄漏檢測(cè)的光纖傳感器。[0013]光纖傳感天然氣管道泄漏監(jiān)測(cè)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(guò)各個(gè)傳感器，并攜帶每個(gè)傳感器的泄漏信號(hào)回到光電探測(cè)器段，再經(jīng)過(guò)后續(xù)處理，完成泄漏信號(hào)的識(shí)別和事件的定位，并將結(jié)果顯示在屏幕上。[0014]本光纖傳感器結(jié)構(gòu)所采用的技術(shù)方案是一個(gè)傳感器傳感監(jiān)測(cè)天然氣管道管線上一個(gè)軸向點(diǎn)的泄漏信號(hào)。通過(guò)在管線上布設(shè)多個(gè)傳感器，檢測(cè)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(pán)纖盒5組成(見(jiàn)圖幻；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(pán)繞在尾纖盤(pán)纖盒5內(nèi)， 輸入、輸出光纖6、7露在外；尾纖盤(pán)纖盒5通過(guò)粘合劑固定在彈性圓柱體3頂部。傳感器安裝時(shí)，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(wú)縫對(duì)接。[0015]所述的彈性圓柱體3是一個(gè)底部?jī)?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(shí)產(chǎn)生的徑向振動(dòng)讓彈性圓柱體3發(fā)生形變，帶動(dòng)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(cè)到；[0016]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(gè)傳感器所纏繞的光纖匝數(shù)相同；由此確保每個(gè)光纖傳感器具有較為統(tǒng)一的靈敏度；[0017]所述尾纖盤(pán)纖盒5通過(guò)粘合劑固定在彈性圓柱體頂部，其中尾纖盤(pán)纖盒5與彈性圓柱體3之間附有一層橡膠墊。[0018]本實(shí)用新型將光纖傳感器1整體設(shè)計(jì)成為一個(gè)底部?jī)?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(pán)纖盒5 在固定在彈性圓柱體3頂部之前，要在尾纖盤(pán)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(dòng)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(hào)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(shí)，使用膠粘劑將光纖傳感器1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(wú)縫對(duì)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(duì)除天然氣泄漏之外的信號(hào)干擾具有良好的隔離屏蔽效果。[0019]本實(shí)用新型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(cè)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(cè)系統(tǒng)提供高定位精度和高靈敏度的前端探頭。


[0020]圖1光纖傳感天然氣管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理框圖[0021]圖2光纖傳感器的管道安裝示意圖[0022]圖3光纖傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖[0023]圖4邁克爾遜光纖干涉儀[0024]其中1-光纖傳感器2-管道[0025]3-彈性圓柱體4-光纖干涉儀[0026]5-尾纖盤(pán)纖盒6、7_輸入、輸出光纖具體實(shí)施方式
[0027]實(shí)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(gè)光纖傳感器 1，一個(gè)光纖傳感器1傳感天然氣管道管線上一個(gè)軸向點(diǎn)的泄漏信號(hào)。通過(guò)在管線上均勻布設(shè)多個(gè)光纖傳感器1，即可檢測(cè)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(pán)纖盒5組成(見(jiàn)圖幻；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(pán)繞在尾纖盤(pán)纖盒5內(nèi)；尾纖盤(pán)纖盒5通過(guò)粘合劑固定在彈性圓柱體3頂部。傳感器安裝時(shí)，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(wú)縫對(duì)接。當(dāng)天然氣管道泄漏時(shí)產(chǎn)生的徑向振動(dòng)讓彈性圓柱體3發(fā)生形變，帶動(dòng)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(cè)到。[0028]其中，彈性圓柱體3是一個(gè)底部?jī)?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(shí)將兩個(gè)干涉臂一起沿彈性圓柱體外周整齊盤(pán)繞，共繞20匝，余下的干涉臂以及干涉儀其它部分均盤(pán)繞固定在尾纖盤(pán)纖盒5中。[0029]本例經(jīng)試驗(yàn)，具有檢測(cè)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(cè)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(cè)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(pán)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(pán)繞在尾纖盤(pán)纖盒(5)內(nèi)，輸入、輸出光纖(6、7)露在外； 尾纖盤(pán)纖盒( 通過(guò)粘合劑固定在彈性圓柱體C3)頂部；傳感器安裝時(shí)，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(wú)縫對(duì)接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然氣管道泄漏檢測(cè)的光纖傳感器，其特征是所述的彈性圓柱體C3)是一個(gè)底部?jī)?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(cè)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(cè)的光纖傳感器，其特征是所述的彈性圓柱體C3)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(gè)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(cè)的光纖傳感器，其特征是尾纖盤(pán)纖盒 (5)通過(guò)粘合劑固定在彈性圓柱體頂部，其中尾纖盤(pán)纖盒與彈性圓柱體C3)之間附有一層橡膠墊。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型是一種適用于天然氣管道泄漏檢測(cè)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(pán)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(pán)繞在尾纖盤(pán)纖盒(5)內(nèi)；尾纖盤(pán)纖盒(5)通過(guò)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(gè)底部?jī)?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(shí)，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。本實(shí)用新型為準(zhǔn)分布式天然氣管道泄漏檢測(cè)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(hào)F17D5/02GK202252870SQ20112034490
公開(kāi)日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2011年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月14日
發(fā)明者丁樹(shù)義, 侯志相, 張金權(quán), 方德學(xué), 李志勇, 沈冰, 王小軍, 謝侃, 趙鋒, 郭戈 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣管道局, 中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司