本實(shí)用新型屬于檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種管道泄漏檢測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

化工行業(yè)之間，以及化工行業(yè)與民用行業(yè)之間，存在著大量的管道，這些管道用于輸送原油、丙烯、石油苯等化工產(chǎn)品。管道有埋在地下、架空、海底等類型，特別是架空管道，部分沿主要道路鋪設(shè)，一旦泄漏，后果非常嚴(yán)重。因此，有必要采取有效措施對管道的泄漏進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。

目前，為了解決管道的泄漏問題，往往在管道兩端安裝流量計(jì)，這種檢測方法，除非出現(xiàn)重大泄漏導(dǎo)致兩端有明顯的壓強(qiáng)差，基本上無法探測到整個(gè)管道沿線的微小泄漏，而這些微小泄漏跡象，如果在其升級為重大泄漏之前，沒有被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，照樣會(huì)造成嚴(yán)重的后果。鑒于此，實(shí)用新型了一種管道泄漏檢測系統(tǒng)及其方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，并提供一種管道泄漏檢測系統(tǒng)。本實(shí)用新型所采用的具體技術(shù)方案如下:

管道泄漏檢測系統(tǒng)，包括工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、環(huán)境溫度探測器、雙路A/D采集卡、激光光源驅(qū)動(dòng)器、密封區(qū)域溫度探測器、脈沖激光器、波分復(fù)合器、斯托克斯光信號(hào)探測器、反斯托克斯光信號(hào)探測器、斯托克斯信號(hào)調(diào)理電路、反斯托克斯信號(hào)調(diào)理電路和感溫光纖；雙路A/D采集卡、環(huán)境溫度探測器和密封區(qū)域溫度探測器與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相連，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)依次與激光光源驅(qū)動(dòng)器、脈沖激光器、波分復(fù)合器和感溫光纖相連；波分復(fù)合器分離出的斯托克斯光依次通過斯托克斯光信號(hào)探測器和斯托克斯信號(hào)調(diào)理電路后被雙路A/D采集卡采集，另一路反斯托克斯光依次通過反斯托克斯光信號(hào)探測器和反斯托克斯信號(hào)調(diào)理電路后被雙路A/D采集卡采集；所述的密封區(qū)域溫度探測器、脈沖激光器、波分復(fù)合器、斯托克斯光信號(hào)探測器、反斯托克斯光信號(hào)探測器、斯托克斯信號(hào)調(diào)理電路、反斯托克斯信號(hào)調(diào)理電路均設(shè)置于密封區(qū)域內(nèi)。

作為優(yōu)選方式，所述的密封區(qū)域內(nèi)還設(shè)有熱源，熱源依次通過熱源驅(qū)動(dòng)電路、多路I/O卡后與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相連。熱源驅(qū)動(dòng)電路、多路I/O卡設(shè)置于密封區(qū)域外。

作為上述兩種方式的進(jìn)一步優(yōu)選，所述的密封區(qū)域內(nèi)還設(shè)有冷源，冷源依次通過冷源驅(qū)動(dòng)電路、多路I/O卡后與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相連。冷源驅(qū)動(dòng)電路、多路I/O卡也設(shè)置于密封區(qū)域外。

作為優(yōu)選方式，所述的密封區(qū)域采用隔溫材料。

作為優(yōu)選方式，所述的環(huán)境溫度探測器包括環(huán)境溫度探測器1和環(huán)境溫度探測器2。上述管道泄漏檢測系統(tǒng)中，感溫光纖設(shè)置從室內(nèi)到室外，室外的感溫光纖安裝在管道附件，而環(huán)境溫度探測器2和管道泄漏檢測系統(tǒng)的其他部件設(shè)置于室內(nèi)。環(huán)境溫度探測器1和環(huán)境溫度探測器2分別探測室外和室內(nèi)的溫度。

本實(shí)用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、輸送液體或氣體的管道，在泄漏處大部分伴隨著溫度的變化，結(jié)合不同液體或氣體泄漏的特點(diǎn)，利用分布式光纖溫度場測量技術(shù)對管道泄漏進(jìn)行檢測，因感溫光纖不僅是溫度場的檢測元件，而且是信號(hào)的傳輸載體，從而使檢測系統(tǒng)變得簡潔，并且提高了系統(tǒng)的安全性能。

2、設(shè)定一個(gè)相對獨(dú)立的密封空間，將部分器件置于該空間中，一方面，防止粉塵、濕度對光學(xué)器件、光路的影響；另一方面，實(shí)現(xiàn)密封空間溫度可控，方便尋找有利于檢測的最佳溫度值。

3、密封空間內(nèi)，包含有斯托克斯光信號(hào)探測器、反斯托克斯光信號(hào)探測器、斯托克斯信號(hào)調(diào)理電路、反斯托克斯信號(hào)調(diào)理電路等部件，這些部件受溫度影響明顯，因配有密封區(qū)域溫度探測器，可以對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行因溫度變化引起的自動(dòng)補(bǔ)償，從而提高了系統(tǒng)的檢測精度。

附圖說明

圖1為一種管道泄漏檢測系統(tǒng)硬件框圖；

圖2為一種管道泄漏檢測方法的流程圖；

圖3為本實(shí)用新型中數(shù)字信號(hào)處理方法的流程圖；

圖4為本實(shí)用新型中溫度分布曲線進(jìn)行校正流程圖；

圖5為本實(shí)用新型中管道泄漏報(bào)警示意圖；

圖6為本實(shí)用新型中第二類泄漏報(bào)警示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本實(shí)用新型做進(jìn)一步闡述，以便更好的理解本實(shí)用新型。

管道內(nèi)氣體或者液體的泄漏，大部分會(huì)引起周圍溫度場的變化。本實(shí)用新型借助分布式光纖拉曼測溫的原理，結(jié)合管道、保護(hù)層以及周圍環(huán)境，通過計(jì)算、仿真并且擬實(shí)化，得出傳送不同介質(zhì)時(shí)泄漏量、泄漏點(diǎn)與周圍溫度場之間關(guān)系，最后通過檢測管道周圍溫度場的變化來確定管道內(nèi)氣體或者液體的泄漏量，并且定位泄漏的位置。

如圖1所示，一種管道泄漏檢測系統(tǒng)，包括工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、環(huán)境溫度探測器、雙路A/D采集卡、激光光源驅(qū)動(dòng)器、多路I/O卡、冷源驅(qū)動(dòng)電路、熱源驅(qū)動(dòng)電路、熱源、冷源、密封區(qū)域溫度探測器、脈沖激光器、波分復(fù)合器、斯托克斯光信號(hào)探測器、反斯托克斯光信號(hào)探測器、斯托克斯信號(hào)調(diào)理電路、反斯托克斯信號(hào)調(diào)理電路和感溫光纖；雙路A/D采集卡、環(huán)境溫度探測器和密封區(qū)域溫度探測器與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相連，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)通過多路I/O卡分別與冷源驅(qū)動(dòng)電路、熱源驅(qū)動(dòng)電路相連，冷源驅(qū)動(dòng)電路、熱源驅(qū)動(dòng)電路再分別與冷源、熱源相連；工業(yè)控制計(jì)算機(jī)依次與激光光源驅(qū)動(dòng)器、脈沖激光器、波分復(fù)合器和感溫光纖相連；波分復(fù)合器分離出的斯托克斯光依次通過斯托克斯光信號(hào)探測器和斯托克斯信號(hào)調(diào)理電路后被雙路A/D采集卡采集，另一路反斯托克斯光依次通過反斯托克斯光信號(hào)探測器和反斯托克斯信號(hào)調(diào)理電路后被雙路A/D采集卡采集。

熱源、冷源、密封區(qū)域溫度探測器、脈沖激光器、波分復(fù)合器、斯托克斯光信號(hào)探測器、反斯托克斯光信號(hào)探測器、斯托克斯信號(hào)調(diào)理電路、反斯托克斯信號(hào)調(diào)理電路均設(shè)置于同一個(gè)密封區(qū)域內(nèi)。密封區(qū)域的外壁最好采用隔溫材料，以便調(diào)整內(nèi)部的溫度。

上述系統(tǒng)中，冷源和熱源還可以選擇性設(shè)置成另外兩種方式。第一種情況：只有一路控制，比如有熱源、熱源驅(qū)動(dòng)電路、多路I/O卡，熱源依次通過熱源驅(qū)動(dòng)電路、多路I/O卡后與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相連，而不設(shè)置冷源、冷源驅(qū)動(dòng)電路。該情況適用于主機(jī)放在空調(diào)房，而要求密封區(qū)域溫度比空調(diào)房溫度稍高的情況。當(dāng)然，也可以僅設(shè)置冷源、冷源驅(qū)動(dòng)電路、多路I/O卡，而不設(shè)置熱源和熱源驅(qū)動(dòng)電路。第二種情況：當(dāng)放置主機(jī)的環(huán)境溫度比較穩(wěn)定時(shí)，冷源和熱源二路都可以不要，即不設(shè)置冷源、冷源驅(qū)動(dòng)電路、熱源、熱源驅(qū)動(dòng)電路和多路I/O卡，該情況適用于當(dāng)放置主機(jī)的環(huán)境溫度變化不是特別大的情況，此時(shí)溫度補(bǔ)償效果較好。上述各設(shè)置方式中，當(dāng)具有熱源驅(qū)動(dòng)電路、冷源驅(qū)動(dòng)電路、多路I/O卡時(shí)，需要設(shè)置于密封區(qū)域外。

管道泄漏檢測系統(tǒng)的光源采用脈沖激光器，脈沖光經(jīng)波分復(fù)用器進(jìn)入感溫光纖，傳感光纖置于待測管道周圍，感應(yīng)因氣體或液體泄漏引起溫度場的變化。光脈沖在光纖中各點(diǎn)位置上引發(fā)包含拉曼成分的散射光，其背向散射光沿感溫光纖向后傳播，經(jīng)波分復(fù)用器分離出斯托克斯光和反斯托克斯光，由于斯托克斯光相對反斯托克斯光而言，對溫度不敏感，因此，把斯托克斯光作為參考光，把反斯托克斯光作為檢測光。斯托克斯光信號(hào)探測器和斯托克斯信號(hào)調(diào)理電路將斯托克斯光轉(zhuǎn)化成電信號(hào)并進(jìn)行放大、濾波，反斯托克斯光信號(hào)探測器和反斯托克斯信號(hào)調(diào)理電路將反斯托克斯光轉(zhuǎn)化成電信號(hào)并進(jìn)行放大、濾波，然后由雙路A/D采集卡采集。

由于粉塵、濕度對光學(xué)器件、光路的影響較大，而溫度對斯托克斯光信號(hào)探測器、反斯托克斯光信號(hào)探測器、斯托克斯信號(hào)調(diào)理電路、反斯托克斯信號(hào)調(diào)理電路的影響也較大，因此，本實(shí)用新型利用一個(gè)相對獨(dú)立的密封空間，包含有斯托克斯光信號(hào)探測器、反斯托克斯光信號(hào)探測器、斯托克斯信號(hào)調(diào)理電路、反斯托克斯信號(hào)調(diào)理電路、密封區(qū)域溫度探測器、熱源、冷源等部件，對密封空間進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，方便尋找有利于檢測的最佳溫度，對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行溫度自動(dòng)補(bǔ)償，提高系統(tǒng)的檢測精度。斯托克斯光信號(hào)、反斯托克斯光信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換后，同密封區(qū)域溫度探測器、環(huán)境溫度探測器1、環(huán)境溫度探測器2信號(hào)一起輸入工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理，完成對待測溫度場、管道泄漏的測量。

上述環(huán)境溫度探測器可以設(shè)置兩個(gè)，即如圖中所示的環(huán)境溫度探測器1和環(huán)境溫度探測器2，以提高溫度曲線校正的準(zhǔn)確性。但也可以單獨(dú)設(shè)置1個(gè)，不作為限定。

基于上述系統(tǒng)，本具體實(shí)施方式中還進(jìn)一步提供了一種管道泄漏檢測方法。如圖2所示，具體步驟是；感溫光纖沿待測管道方向鋪設(shè)，以感應(yīng)因氣體或液體泄漏引起溫度場的變化；利用脈沖激光器產(chǎn)生脈沖光，經(jīng)波分復(fù)用器進(jìn)入感溫光纖，光脈沖在光纖中各點(diǎn)位置上引發(fā)包含拉曼成分的散射光，其背向散射光沿感溫光纖向后傳播，經(jīng)波分復(fù)用器分離出斯托克斯光和反斯托克斯光；將斯托克斯光作為參考光，反斯托克斯光作為檢測光，斯托克斯光信號(hào)探測器和斯托克斯信號(hào)調(diào)理電路將斯托克斯光轉(zhuǎn)化成電信號(hào)并進(jìn)行放大、濾波，反斯托克斯光信號(hào)探測器和反斯托克斯信號(hào)調(diào)理電路將反斯托克斯光轉(zhuǎn)化成電信號(hào)并進(jìn)行放大、濾波，然后由雙路A/D采集卡采集；雙路A/D采集卡采集到的斯托克斯信號(hào)、反斯托克斯信號(hào)，與密封區(qū)域溫度探測器、環(huán)境溫度探測器1、環(huán)境溫度探測器2的信號(hào)一起輸入工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理，完成對待測溫度場、管道泄漏的測量，并根據(jù)預(yù)設(shè)報(bào)警規(guī)則進(jìn)行管道泄漏報(bào)警。

上述方法可采用在工業(yè)控制計(jì)算機(jī)中設(shè)置不同的模塊實(shí)現(xiàn)，如圖2中所示的系統(tǒng)管理模塊、異常處理模塊、系統(tǒng)定標(biāo)模塊、數(shù)據(jù)處理子模塊、管道泄漏報(bào)警子模塊等，分別執(zhí)行上述方法中的不同功能。模塊可采用硬件或軟件方式進(jìn)行搭建，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇。

如圖3所示，數(shù)字信號(hào)處理方法可以優(yōu)選采用如下步驟：

在一定時(shí)間內(nèi)，多次讀入該時(shí)間段內(nèi)不同連續(xù)周期下的斯托克斯光和反斯托克斯光的電信號(hào)，再對相同位置及一定時(shí)間間隔內(nèi)的斯托克斯信號(hào)信號(hào)進(jìn)行平均處理，對反斯托克斯信號(hào)也按相同的方法進(jìn)行平均處理。并按管道位置坐標(biāo)軸的采樣點(diǎn)次序，依據(jù)周圍環(huán)境確定參數(shù)，對斯托克斯信號(hào)和反斯托克斯信號(hào)分別進(jìn)行同樣的數(shù)字濾波后，再進(jìn)行同樣的線性變換；然后根據(jù)下式計(jì)算參數(shù)A(n)：

A(n)＝(P_AS(n)/P_S(n))/(p_AS0(n)/P_S0(n))

式中：P_S(n)為線性變換后斯托克斯信號(hào)，P_AS(n)為線性變換后反斯托克斯信號(hào)，P_S0(n)為參考溫度下信號(hào)處理后的斯托克斯信號(hào)，P_AS0(n)為參考溫度下信號(hào)處理后的反斯托克斯信號(hào)；

根據(jù)A(n)和拉曼散射特性，求解光纖的溫度分布曲線，具體如下：

$T\left(n\right)=\frac{h*\mathrm{\Δ}v*T0\left(n\right)}{h*\mathrm{\Δ}v-k*T0\left(n\right)*ln\left(A\right(n))}$

式中，h是普朗克常數(shù)；k是波爾茲曼常數(shù)；Δν為拉曼頻移量，T(n)光纖第n個(gè)采樣點(diǎn)上的絕對溫度，T0(n)光纖第n個(gè)采樣點(diǎn)參考的絕對溫度。

然后由密封區(qū)域溫度探測器探測到的溫度值，進(jìn)行斯托克斯光信號(hào)探測器、反斯托克斯光信號(hào)探測器的溫度補(bǔ)償，得到新的溫度分布曲線；再根據(jù)用戶設(shè)定的空間分辨率指標(biāo)，對新的溫度分布曲線進(jìn)行數(shù)次的空間濾波；濾波后的溫度分布曲線，首先根據(jù)光纖定標(biāo)曲線，進(jìn)行非線性校正，然后根據(jù)環(huán)境溫度探測器1、環(huán)境溫度探測器2的值，對溫度分布曲線進(jìn)行校正，最后根據(jù)用戶設(shè)定的響應(yīng)時(shí)間要求，對溫度分布曲線中對應(yīng)點(diǎn)的溫度進(jìn)行加權(quán)濾波。

如圖4所示，根據(jù)環(huán)境溫度探測器1、環(huán)境溫度探測器2的值，對溫度分布曲線進(jìn)行校正的方法如下：

以環(huán)境溫度探測器1的探測點(diǎn)為中心，選取n₁個(gè)采樣點(diǎn)作為數(shù)據(jù)擬合范圍；n₁為不小于1的奇數(shù)；

對溫度分布曲線中數(shù)據(jù)擬合范圍內(nèi)的n₁個(gè)采樣點(diǎn)的溫度進(jìn)行擬合，根據(jù)擬合參數(shù)對環(huán)境溫度探測器1探測到的溫度，進(jìn)行拓展，拓展至數(shù)據(jù)擬合范圍內(nèi)的n₁個(gè)采樣點(diǎn)的溫度；

以n₁個(gè)采樣點(diǎn)的誤差平方和最小為目標(biāo)函數(shù)，求解最優(yōu)的參數(shù)，然后對溫度分布曲線進(jìn)行分段校正；

以環(huán)境溫度探測器2的探測點(diǎn)為中心，選取n₂個(gè)采樣點(diǎn)作為數(shù)據(jù)擬合范圍；n₂為不小于1的奇數(shù)；

對溫度分布曲線中數(shù)據(jù)擬合范圍內(nèi)的n₂個(gè)采樣點(diǎn)的溫度進(jìn)行擬合，根據(jù)擬合參數(shù)對環(huán)境溫度探測器2探測到的溫度進(jìn)行拓展，拓展至數(shù)據(jù)擬合范圍內(nèi)的n₂個(gè)采樣點(diǎn)的溫度；

以n₂個(gè)采樣點(diǎn)的誤差平方和最小為目標(biāo)函數(shù)，求解最優(yōu)的參數(shù)，結(jié)合前面分段校正參數(shù)(分段擬合后對參數(shù)進(jìn)行微調(diào)，使校正后的兩段曲線平穩(wěn)過渡，不產(chǎn)生較大波動(dòng))，對溫度分布曲線進(jìn)行校正。

需要指出的是，溫度分布曲線進(jìn)行校正并不一定要采用上述方法，在其他實(shí)施例中也可按照現(xiàn)有技術(shù)中的其他方法執(zhí)行。比如上述目標(biāo)函數(shù)，也可采用各點(diǎn)誤差絕對值之和最小、各點(diǎn)加權(quán)誤差絕對值之和最小等方式。上述校正方法僅為本實(shí)用新型提供的一種優(yōu)選方式，不作為限定。

如圖5所示，本實(shí)用新型中提供三類優(yōu)選方式供選擇，可以選擇其中的一類或者多類。第一類報(bào)警為溫度超出上閾值，或者低于下閾值報(bào)警；第二類報(bào)警為溫度超出段內(nèi)平均溫度上閾值，或者低于段內(nèi)平均溫度下閾值報(bào)警；第三類報(bào)警為一定時(shí)間內(nèi)溫度上升超出上閾值，或者溫度下降低于下閾值報(bào)警。

如圖6所示，第二類報(bào)警具體為：首先計(jì)算段內(nèi)平均溫度，然后確定每一段報(bào)警的上、下閾值，以及報(bào)警概率的閾值，運(yùn)行過程中統(tǒng)計(jì)不同位置點(diǎn)超過或低于閾值的次數(shù)，一周期后計(jì)算報(bào)警概率，當(dāng)報(bào)警概率超出閾值時(shí)進(jìn)行報(bào)警。

當(dāng)然上述優(yōu)選預(yù)設(shè)報(bào)警規(guī)則并不一定完全按照其執(zhí)行，本領(lǐng)域技術(shù)人員也可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，不作為限定。

上述實(shí)施例僅用于解釋說明本實(shí)用新型要求保護(hù)的內(nèi)容，但并不是用于限制本實(shí)用新型的要求保護(hù)的范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員在本實(shí)用新型精神內(nèi)所做的改進(jìn)和替換，均屬于保護(hù)范圍內(nèi)。