專利名稱：一種基于光纖光柵的滑坡內(nèi)管道應(yīng)力監(jiān)測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種基于光纖光柵的滑坡內(nèi)管道應(yīng)力監(jiān)測(cè)裝置。涉及測(cè)量應(yīng)力 及管道系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
滑坡是指構(gòu)成斜坡的巖土體在重力作用下伴隨其下部軟弱面上的剪切作用過 程而產(chǎn)生整體運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象?；聻?zāi)害是造成人類生命財(cái)產(chǎn)損失的地質(zhì)災(zāi)害的主要形 式之一。長(zhǎng)距離輸油或輸氣管道輸送距離可達(dá)數(shù)千公里，穿越眾多地質(zhì)地貌單元， 常不可避免地要穿過地質(zhì)條件復(fù)雜的地區(qū)，如山區(qū)、凍土區(qū)等。因?yàn)檫x線的不充 分或管道建設(shè)誘發(fā)滑坡或地震誘發(fā)滑坡等原因，在山區(qū)敷設(shè)的管道有可能在活動(dòng) 滑坡體內(nèi)通過，管道的安全運(yùn)營遭受這些活動(dòng)滑坡的嚴(yán)重威脅。這些有可能要威 脅管道安全的滑坡稱之為管道滑坡。
,在過去四十年的管道運(yùn)輸歷史中，以滑坡為主的地質(zhì)災(zāi)害曾多次造成管道事
故。歐洲天然氣管道事故數(shù)據(jù)小組(EGIG)調(diào)查的1970年到2001年的西歐管道 事故中，7%是由地質(zhì)災(zāi)害導(dǎo)致的；美國交通部統(tǒng)計(jì)的1984年到2001天然氣輸送 數(shù)據(jù)表明，8.5%的事故是由地質(zhì)災(zāi)害引起的；加拿大國家能源委員會(huì)調(diào)查顯示影 響加拿大運(yùn)營的管道事故的12%是地質(zhì)災(zāi)害導(dǎo)致的。1987年3月由地震導(dǎo)致的巨 型滑坡使橫貫厄瓜多爾管道發(fā)生40km長(zhǎng)的斷裂，停輸兩個(gè)星期，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)7 億美元。1995年及1996年冬天，由于華盛頓西部的特強(qiáng)降雨誘發(fā)滑坡，導(dǎo)致美 國西北輸氣管線三處管道發(fā)生斷裂。
我國的管道工業(yè)正處在蓬勃發(fā)展之中，這些管道大多將我國西部豐富的石油 天然氣輸送到我國的東部，而我國的西部、西南部集中了我國大多數(shù)山地，管道 就不可避免地要穿越地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重地區(qū)。忠武輸氣管道忠縣-宜昌409公里段處于 渝東鄂西山區(qū)，山峰層巒疊嶂、高差顯著，地形、地質(zhì)條件復(fù)雜，發(fā)育有多組地 質(zhì)災(zāi)害易發(fā)巖層，是滑坡、危巖崩塌的頻發(fā)地段。2003年建成投產(chǎn)的蘭成渝成品 油管道蘭州至廣元段，構(gòu)造活躍，巖性破碎，地形切割發(fā)育，投產(chǎn)后投入巨資用 于地質(zhì)災(zāi)害防治，但2007年的調(diào)查顯示威脅管道安全的地質(zhì)災(zāi)害仍有530處之多。 西氣東輸工程干線總長(zhǎng)約4000公里，遭受各種地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重威脅，其中査明的滑 坡災(zāi)害達(dá)39處之多。面對(duì)眾多的管道滑坡災(zāi)害，我國的管道運(yùn)營公司經(jīng)常釆取積極的工程治理措 施，但這些措施也存在一些的弊端，首先是成本高，其次是防治工程也并非"一 勞永逸"，設(shè)計(jì)施工的不確定因素較多，再者治理的周期長(zhǎng)。而監(jiān)測(cè)則是一種高效、 低成本的防治措施。意大利SNAM公司將監(jiān)測(cè)管道作為防治滑坡災(zāi)害的主要方式， 他們對(duì)管道進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)三十年的監(jiān)測(cè)，成功避免了大量的管道事故。我國的西氣 東輸、忠武線等管道投產(chǎn)后對(duì)滑坡也進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)。
傳統(tǒng)的管道應(yīng)變監(jiān)測(cè)以電阻式應(yīng)變計(jì)、振弦式應(yīng)變計(jì)為主，在耐腐蝕、抗干
擾方面較差，穩(wěn)定性也難以滿足要求。近年興起的分布式光纖傳感技術(shù)(以BOTDR 為代表)在滑坡或管道監(jiān)測(cè)上已有一定的應(yīng)用，但分布式光纖傳感技術(shù)因?yàn)槠淇?間分辨率低、解調(diào)成本高等缺點(diǎn)限制了其在管道應(yīng)變監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種空間分辨率高、成本低的一種基于光纖光柵的 滑坡內(nèi)管道應(yīng)力監(jiān)測(cè)裝置。
本實(shí)用新型提出了一種基于光纖光柵傳感技術(shù)的滑坡內(nèi)管道應(yīng)力監(jiān)測(cè)裝置。 這種裝置采用光纖光柵傳感技術(shù)，對(duì)滑坡影響下的管道進(jìn)行管道應(yīng)變監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn) 了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)自動(dòng)釆集、遠(yuǎn)程傳輸和自動(dòng)分析。
光纖布喇格光柵(Fiber Bragg Grating, FBG,簡(jiǎn)稱光纖光柵)是近20年來
迅速發(fā)展起來的微光學(xué)元件，是利用光纖中的光敏性制成的。所謂光纖中的光敏
性是指激光通過摻雜光纖時(shí)，光纖的折射率將隨光強(qiáng)的空間分布發(fā)生相應(yīng)變化的
特性。而在纖芯內(nèi)形成的空間相位光柵，其作用的實(shí)質(zhì)就是在纖芯內(nèi)形成一個(gè)窄
帶的(透射或反射)濾波器或反射鏡。
光纖光柵傳感是一種在由光纖刻制而成的波長(zhǎng)選擇反射器，其背向反射光中
心波長(zhǎng)、與光柵周期A和纖芯折射率 有關(guān)，即
々= 八
FBG光纖光柵傳感的基本原理是，當(dāng)光柵周圍的溫度、應(yīng)變、應(yīng)力或其它待 測(cè)物理量發(fā)生變化時(shí)，將導(dǎo)致光柵周期或纖芯折射率的變化，從而使光纖光柵的 中心波長(zhǎng)產(chǎn)生位移A、，通過檢測(cè)光柵波長(zhǎng)的位移情況，即可獲得待測(cè)物理量的 變化情況。即
=,. Ar
式中&為應(yīng)變傳感靈敏度系數(shù)，^為光纖光柵溫度傳感靈敏度系數(shù)。
對(duì)于FBG纖芯為純石英的情況，^為lpm/ue, ^為10pm/。C。光纖材質(zhì)、寫入工藝和封裝材料都會(huì)影響FBG的應(yīng)變和溫度傳感靈敏度系數(shù)，應(yīng)用前必須對(duì) 以上參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。
光纖光柵可制成各種傳感器件，在傳感領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。與傳統(tǒng)的電傳感 器相比，光纖光柵傳感器具有自己獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)l.傳感頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重 量輕、外形可變，適合埋入各種大型結(jié)構(gòu)中，可測(cè)量結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力、應(yīng)變及結(jié) 構(gòu)損傷等，穩(wěn)定性、重復(fù)性好；2.與光纖之間存在天然的兼容性，易與光纖連接、
光損耗低、光譜特性好、可靠性高；3.具有非傳導(dǎo)性，對(duì)被測(cè)介質(zhì)影響小，又具 有抗腐蝕、抗電磁干擾的特點(diǎn)，適合在惡劣環(huán)境中工作；4.輕巧柔軟，可以在一 根光纖中寫入多個(gè)光柵，構(gòu)成傳感陣列，與波分復(fù)用和時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí) 現(xiàn)分布式傳感；5.測(cè)量信息以波長(zhǎng)編碼，因而光纖光柵傳感器不受光源的光強(qiáng)波 動(dòng)、光纖連接與耦合損耗、光波偏振態(tài)變化等因素的影響，具較強(qiáng)的抗干擾能力； 6.高靈敏度、高分辯力。
與廣泛使用的布里淵光時(shí)域反射計(jì)BOTDR相比，光纖光柵傳感器的優(yōu)點(diǎn)有 l.對(duì)測(cè)量點(diǎn)能精確定位，分辨率高；2.成本低；3.能對(duì)傳感部分進(jìn)行加工、封裝， 使其更適合現(xiàn)場(chǎng)的惡幾環(huán)境。.
由于這些優(yōu)點(diǎn)，在巖土工程領(lǐng)域中，光纖光柵傳感器很容易埋入巖土體中對(duì) 其內(nèi)部的應(yīng)變和溫度進(jìn)行高分辨率和大范圍測(cè)量，技術(shù)優(yōu)勢(shì)非常明顯，尤其體現(xiàn) 在能獲得長(zhǎng)期、可靠的管道應(yīng)變數(shù)據(jù)。
本管體應(yīng)力的監(jiān)測(cè)裝置如圖l和圖2所示，是由管體應(yīng)力監(jiān)測(cè)裝置、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān) 測(cè)站、辦公室的接收終端組成。以一定結(jié)構(gòu)形式安裝在滑坡內(nèi)管道上的現(xiàn)場(chǎng)管體 光纖光柵傳感器3輸出接現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)站的自動(dòng)光轉(zhuǎn)換開關(guān)6,自動(dòng)光轉(zhuǎn)換開關(guān)6輸 出接光纖光柵解調(diào)儀7的輸入，另外上位計(jì)算機(jī)8的一端輸出接自動(dòng)光轉(zhuǎn)換開關(guān) 6的一端輸入；光纖光柵解調(diào)儀7的輸出也接上位計(jì)算機(jī)8的輸入；上位計(jì)算機(jī)8 的輸出接GPRS傳輸模塊9，由辦公室的接收終端GPRS接收模塊10接下位計(jì)算機(jī) ll的輸入，下位計(jì)算機(jī)ll的輸出接報(bào)警器12和顯示器。
該裝置的電原理如圖3所示，管體光纖光柵傳感器3的PC接頭用光纖與光轉(zhuǎn) 換開關(guān)6的PC接頭連接，光轉(zhuǎn)換開關(guān)6的R232直接接上位計(jì)算機(jī)8的R232,光 轉(zhuǎn)換幵關(guān)6的PC接頭連接光纖光柵解調(diào)儀7 SM125的CHI端，光纖光柵解調(diào)儀7 SM125的LAN端口接上位計(jì)算機(jī)8的LAN端口 ，上位計(jì)算機(jī)8的R232端口接GPRS 傳輸模塊9西門子MC35i的R232端口， GPRS傳輸模塊9經(jīng)天線GSM、 GPRS網(wǎng)絡(luò)， 被GPRS接收模塊10天線GSM接收后由R232接到下位計(jì)算機(jī)11的R232，下位計(jì)算機(jī)11的輸出由R232接報(bào)警器12 DS-7400的R232，下位計(jì)算機(jī)11的輸出由VGA 端接顯示器的VGA端。
管體光纖光柵傳感器3在管到上的安裝結(jié)構(gòu)是在滑坡的兩側(cè)邊緣及滑坡的中 心位置各布置一管道監(jiān)測(cè)截面，且監(jiān)測(cè)截面的間距不宜超過60m。在管道14的每 個(gè)監(jiān)測(cè)截面的外周均勻布置3個(gè)管體光纖光柵傳感器3 (見圖4和圖5 )且3個(gè)管 體光纖光柵傳感器3布置在與管道14軸線垂直的平面上。安裝管體光纖光柵傳感 器3時(shí)，完全刮開管道14防腐層，并打磨管道14表面至光滑，用快干膠3粘貼 管體光纖光柵傳感器封裝24封裝好管體光纖光柵傳感器3。待三個(gè)管體光纖光柵 傳感器3全部粘貼好后，將管體光纖光柵傳感器3的引纖一并引至地面，并進(jìn)行 保護(hù)。
當(dāng)管道14軸向承受拉/壓應(yīng)力時(shí)，三個(gè)管體光纖光柵傳感器3承受拉/壓應(yīng)變； 按照一定的算法，由該截面三處應(yīng)變，即可求出該管道14截面上最大應(yīng)變的大小 和位置。基于鋼材彈性理論，即可求出管道14截面上最大的拉/壓應(yīng)力的大小。 監(jiān)測(cè)截面的選擇對(duì)監(jiān)測(cè)效果很重要。
大量的研究表明，滑坡工3對(duì)管道14作用應(yīng)力關(guān)鍵表現(xiàn)在軸向上，對(duì)管道14 軸向應(yīng)力的測(cè)量就能較好地判斷管道14的可接受應(yīng)力狀態(tài)。因此，管體光纖光柵 傳感器3僅測(cè)量管道14軸向的應(yīng)變。
現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)站設(shè)置在滑坡現(xiàn)場(chǎng)，包括光纖接線盒、連接光纜5、光轉(zhuǎn)換開關(guān)6、 光纖光柵解調(diào)儀7、上位計(jì)算機(jī)8、 GPRS傳輸模塊9;由光纖光柵傳感器的光纖接 線盒和連接光纜5將滑坡13上的光纖光柵傳感器接到監(jiān)測(cè)站的光轉(zhuǎn)換開關(guān)6，光 轉(zhuǎn)換開關(guān)6輸出接光纖光柵解調(diào)儀7,光纖光柵解調(diào)儀7輸出接上位計(jì)算機(jī)8，上 位計(jì)算機(jī)8輸出接GPRS傳輸模塊9。光纖光柵傳感器的光纖接線盒和連接光纜5 將滑坡13上的光纖光柵傳感器信號(hào)傳輸?shù)奖O(jiān)測(cè)站的光轉(zhuǎn)換開關(guān)6，光轉(zhuǎn)換開關(guān)6 將信號(hào)轉(zhuǎn)換給光纖光柵解調(diào)儀7，光纖光柵解調(diào)儀7解調(diào)出光纖光柵傳感器的中 心波長(zhǎng)位移量給上位計(jì)算機(jī)8，上位計(jì)算機(jī)8自動(dòng)計(jì)算出監(jiān)測(cè)量輸給GPRS傳輸模 塊9并接受GPRS傳輸模塊9的信號(hào)進(jìn)行控制，GPRS傳輸模塊9將上位計(jì)算機(jī)8 計(jì)算的監(jiān)測(cè)量通過公眾無線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)轿挥谵k公室的接受終端，也可接受接 收終端的信號(hào)，發(fā)送給下位計(jì)算機(jī)ll。
其中
光轉(zhuǎn)換開關(guān)6:該光轉(zhuǎn)換開關(guān)6選用巿銷產(chǎn)品；
光纖光柵解調(diào)儀7:用于解調(diào)出光纖光柵傳感器的中心波長(zhǎng)位移量；選用巿銷產(chǎn)品；
上位計(jì)算機(jī)8及程序用于控制光纖光柵解調(diào)儀7解調(diào)的頻率，并將光纖光 柵解調(diào)儀7解調(diào)出的中心波長(zhǎng)位移量自動(dòng)計(jì)算出監(jiān)測(cè)量，將監(jiān)測(cè)量發(fā)送給GPRS 傳輸模塊9，并接受GPRS傳輸模塊9的信號(hào)進(jìn)行控制；上位計(jì)算機(jī)8選用巿銷產(chǎn) 品，程序自編；
GPRS傳輸模塊9:用于將上位計(jì)算機(jī)8計(jì)算的各監(jiān)測(cè)量通過公眾無線通信網(wǎng) 絡(luò)傳輸?shù)轿挥谵k公室的接受終端，也可接受接收終端的信號(hào)，發(fā)送給下位計(jì)算機(jī) 11。
位于辦公室的接收終端包括如下2個(gè)部分
1) GPRS接收模塊IO，用于接收現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)站GPRS傳輸模塊9發(fā)送的監(jiān)測(cè)量， 并傳輸給終端下位計(jì)算機(jī)11，也可給現(xiàn)場(chǎng)GPRS傳輸模塊9發(fā)送反饋指令；
2) 下位計(jì)算機(jī)ll及程序，用于下載終端GPRS接收模塊10的信號(hào)，并調(diào)用 程序進(jìn)行自動(dòng)分析，將分析結(jié)果與報(bào)警閥值進(jìn)行對(duì)比，必要的時(shí)候?qū)嵤﹫?bào)警；
3) 報(bào)警器12,用于當(dāng)分析結(jié)果超過報(bào)警閥值時(shí)，發(fā)生聲音警示信號(hào)；報(bào)警 器l夂由下位計(jì)算機(jī)11及程序控制。
通過連接光纜5，將滑坡上的傳感器信號(hào)傳輸?shù)焦廪D(zhuǎn)換開關(guān)6，光轉(zhuǎn)換開關(guān)6 將信號(hào)轉(zhuǎn)換給光纖光柵解調(diào)儀7,光纖光柵解調(diào)儀7解調(diào)出傳感器波長(zhǎng)中心波長(zhǎng) 位移量并傳感給上位計(jì)算機(jī)8，上位計(jì)算機(jī)8將解調(diào)儀解調(diào)出的中心波長(zhǎng)位移量 自動(dòng)計(jì)算為監(jiān)測(cè)量，并將監(jiān)測(cè)量發(fā)送給現(xiàn)場(chǎng)GPRS傳輸模塊9， GPRS傳輸模塊9 通過公眾無線通信網(wǎng)絡(luò)將信號(hào)傳輸給終端GPRS接收模塊10,終端GPRS接收模塊 lO發(fā)送給終端下位計(jì)算機(jī)ll,終端下位計(jì)算機(jī)ll將監(jiān)測(cè)量與報(bào)警閥值對(duì)比，必 要的時(shí)候給出報(bào)警。
本裝置的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在
1) 將光纖光柵傳感技術(shù)應(yīng)用于管道滑坡13對(duì)管道14作用力的監(jiān)測(cè)，該技術(shù) 抗干擾、耐腐蝕、易于組網(wǎng)等有時(shí)明顯；光纖光柵傳感技術(shù)易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān) 測(cè)，空間分辨率高，且成本較低；
2) 管道應(yīng)變監(jiān)測(cè)，是在每個(gè)監(jiān)測(cè)截面均勻安裝3個(gè)傳感器，通過特定的算法 得出該監(jiān)測(cè)截面的最大應(yīng)變分布，用最少的監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)目的，節(jié)約了成本，
也減少的安裝時(shí)間及對(duì)管道的損傷；
3) 監(jiān)測(cè)量通過光纖光柵傳感技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，易于構(gòu)建監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，易于實(shí)現(xiàn)管道
滑坡監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)自動(dòng)釆集分析及遠(yuǎn)程發(fā)布，遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)自動(dòng)報(bào)警；避免了繁瑣
7的人工釆集數(shù)據(jù)，減少了報(bào)警時(shí)間，這對(duì)管道應(yīng)急措施的采取至關(guān)重要。

圖l基于光纖光柵的滑坡內(nèi)管道應(yīng)力監(jiān)測(cè)預(yù)警裝置構(gòu)成示意圖 圖2基于光纖光柵的滑坡內(nèi)管道應(yīng)力監(jiān)測(cè)預(yù)警裝置原理框圖 圖3基于光纖光柵的滑坡內(nèi)管道應(yīng)力監(jiān)測(cè)預(yù)警裝置電原理圖 圖4管體光纖光柵傳感器3在管體上的安裝位置示意圖(橫斷面圖)
圖5管體光纖光柵傳感器3在管體上的安裝位置示意圖(外表圖) 其中3—管體光纖光柵傳感器
5—光纜
7—光纖光柵解調(diào)儀 9—GPRS傳輸模塊
ll一下位計(jì)算機(jī) 13-滑坡
具體賣施方式
實(shí)施例.本例是一試驗(yàn)裝置，并在
6—光轉(zhuǎn)換開關(guān) 8—上位計(jì)算機(jī) IO—GPRS接收模塊 12-報(bào)警器 14-管道
一寬IOO m、深29m、下覆基巖的滑坡體上 作試驗(yàn)。本基于光纖光柵的滑坡內(nèi)管道應(yīng)力監(jiān)測(cè)裝置如圖l和圖2所示，是由管 道應(yīng)力監(jiān)測(cè)裝置、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)站、辦公室的接收終端組成。以一定結(jié)構(gòu)形式安裝在 滑坡內(nèi)管道上的現(xiàn)場(chǎng)管道應(yīng)變監(jiān)測(cè)裝置的管體應(yīng)變光纖光柵傳感器3輸出接現(xiàn)場(chǎng) 監(jiān)測(cè)站的自動(dòng)光轉(zhuǎn)換開關(guān)6,自動(dòng)光轉(zhuǎn)換開關(guān)6輸出接光纖光柵解調(diào)儀7的輸入， 另外上位計(jì)算機(jī)8的一端輸出接自動(dòng)光轉(zhuǎn)換開關(guān)6的一端輸入；光纖光柵解調(diào)儀 7的輸出也接上位計(jì)算機(jī)8的輸入；上位計(jì)算機(jī)8的輸出接GPRS傳輸模塊9，由 辦公室的接收終端GPRS接收模塊IO接下位計(jì)算機(jī)11的輸入，下位計(jì)算機(jī)11的 輸出接報(bào)警器12和顯示器。
該系統(tǒng)的電原理如圖3所示，監(jiān)測(cè)管體光纖光柵傳感器3的PC接頭用光纖與 光轉(zhuǎn)換開關(guān)6的PC接頭連接,光轉(zhuǎn)換開關(guān)6的R232直接接上位計(jì)算機(jī)8的R232， 光轉(zhuǎn)換開關(guān)6的PC接頭連接光纖光柵解調(diào)儀7 SM125的CH1端，光纖光柵解調(diào)儀 7 SM125的LAN端口接上位計(jì)算機(jī)8的LAN端口 ，上位計(jì)算機(jī)8的R232端口接GPRS 傳輸模塊9西門子MC35i的R232端口， GPRS傳輸模塊9經(jīng)天線GSM、 GPRS網(wǎng)絡(luò)， 被GPRS接收模塊10天線GSM接收后由R232接到下位計(jì)算機(jī)11的R232,下位計(jì)算機(jī)11的輸出由R232接報(bào)警器12 DS-7400的R232，下位計(jì)算機(jī)11的輸出由VGA 端接顯示器的VGA端。
監(jiān)測(cè)滑坡內(nèi)管道應(yīng)力的光纖光柵傳感器的輸出信號(hào)導(dǎo)通給光纖光柵解調(diào)儀 7,光纖光柵解調(diào)儀7解調(diào)出光纖光柵傳感器的中心波長(zhǎng)位移量輸給上位計(jì)算機(jī)8， 光轉(zhuǎn)換開關(guān)6給光纖光柵解調(diào)儀7導(dǎo)通信號(hào)的周期由上位機(jī)8控制。上位計(jì)算機(jī) 8自動(dòng)計(jì)算出監(jiān)測(cè)量輸給GPRS傳輸模塊9并接受GPRS傳輸模塊9的信號(hào)進(jìn)行控 制，GPRS傳輸模塊9將上位計(jì)算機(jī)8計(jì)算的監(jiān)測(cè)量通過公眾無線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)?位于辦公室的接受終端GPRS接收模塊IO,也可接受接收終端的信號(hào)，發(fā)送給下 位計(jì)算機(jī)ll處理后，由顯示器顯示并由報(bào)警器12報(bào)警。
管體光纖光柵傳感器3在管到上的安裝結(jié)構(gòu)(見圖4和圖5)是在100 m寬 的滑坡13的兩側(cè)邊緣及滑坡的中心位置各布置一管道監(jiān)測(cè)截面，監(jiān)測(cè)截面的間距 為50m。在管道14的每個(gè)監(jiān)測(cè)截面的外周均勻布置3個(gè)管體光纖光柵傳感器3且 3個(gè)管體光纖光柵傳感器3布置在與管道14軸線垂直的平面上。安裝管體光纖光 柵傳感器3時(shí)，完全刮開管道14防腐層，并打磨管道14表面至光滑，用快干膠 3粘貼管體光纖光柵傳感器封裝24封裝好管體光纖光柵傳感器3。待三個(gè)管體光 纖光柵傳感器3全部粘貼好后，將管體光纖光柵傳感器3的引纖一并引至地面， 并進(jìn)行保護(hù)。
當(dāng)管道14軸向承受拉/壓應(yīng)力時(shí)，三個(gè)管體光纖光柵傳感器3承受拉/壓應(yīng)變； 按照一定的算法，由該截面三處應(yīng)變，即可求出該管道14截面上最大應(yīng)變的大小 和位置?；阡摬膹椥岳碚?，即可求出管道14截面上最大的拉/壓應(yīng)力的大小。 監(jiān)測(cè)截面的選擇對(duì)監(jiān)測(cè)效果很重要。
其中
光纖光柵傳感器選用自行設(shè)計(jì)封裝的光纖光柵傳感器。 光轉(zhuǎn)換開關(guān)選用光隆SUM-FSW; 光柵解調(diào)儀選用SM125。
現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)站設(shè)置在滑坡現(xiàn)場(chǎng)，包括光纖接線盒、連接光纜5、光轉(zhuǎn)換開關(guān)6、 光纖光柵解調(diào)儀7、上位計(jì)算機(jī)8、 GPRS傳輸模塊9;由光纖光柵傳感器的光纖接 線盒和連接光纜5將滑坡13上各個(gè)位置的光纖光柵傳感器接到監(jiān)測(cè)站的光轉(zhuǎn)換開 關(guān)6，光轉(zhuǎn)換開關(guān)6輸出接光纖光柵解調(diào)儀7,光纖光柵解調(diào)儀7輸出接上位計(jì)算 機(jī)8,上位計(jì)算機(jī)8輸出接GPRS傳輸模塊9。各光纖光柵傳感器的光纖接線盒和 連接光纜5將滑坡13上的光纖光柵傳感器信號(hào)傳輸?shù)奖O(jiān)測(cè)站的光轉(zhuǎn)換開關(guān)6，光轉(zhuǎn)換開關(guān)6將信號(hào)轉(zhuǎn)換給光纖光柵解調(diào)儀7,光纖光柵解調(diào)儀7解調(diào)出光纖光柵
傳感器的中心波長(zhǎng)位移量給上位計(jì)算機(jī)8，上位計(jì)算機(jī)8自動(dòng)計(jì)算出監(jiān)測(cè)量輸給 GPRS傳輸模塊9并接受GPRS傳輸模塊9的信號(hào)進(jìn)行控制，GPRS傳輸模塊9將上 位計(jì)算機(jī)8計(jì)算的監(jiān)測(cè)量通過公眾無線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)轿挥谵k公室的接受終端，
也可接受接收終端的信號(hào)，發(fā)送給下位計(jì)算機(jī)ll。 其巾
光轉(zhuǎn)換開關(guān)選用光隆科技SUM-FSW; 光纖光柵解調(diào)儀選用SM125; 上位計(jì)算機(jī)及程序選用研華IPC-610,程序自編； GPRS傳輸模塊西門子MC35i 位于辦公室的接收終端包括如下2個(gè)部分
(1 )GPRS接收模塊IO，用于接收現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)站GPRS傳輸模塊9發(fā)送的監(jiān)測(cè)量， 并傳輸給終端下位計(jì)算機(jī)11,也可給現(xiàn)場(chǎng)GPRS傳輸模塊9發(fā)送反饋指令；
(2) 下位計(jì)算機(jī)ll及程序，用于下載終端GPRS接收模塊10的信號(hào)，并調(diào) 用程序進(jìn)行自動(dòng)分析，將分析結(jié)果與報(bào)警閥值進(jìn)行對(duì)比，必要的時(shí)候?qū)嵤﹫?bào)警；
(3) 報(bào)警器12,用于當(dāng)分析結(jié)果超過報(bào)警閥值時(shí)，發(fā)生聲音警示信號(hào)；報(bào) 警器12由下位計(jì)算機(jī)11及程序控制。
該系統(tǒng)的工作原理是這樣的，滑坡13活動(dòng)過程中，管道14承受滑坡13推力 而發(fā)生管體14應(yīng)力變化，通過管體光纖光柵傳感器3測(cè)量。 其中
GPRS接收模塊10:選用西門子MC35i; 下位計(jì)算機(jī)ll及程序下位機(jī)選用研華IPC-610;程序自編。 報(bào)警器12:選用博世DS-7400。
用上述裝置在進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，滑坡13活動(dòng)過程中，管道14承受滑坡13推力而 發(fā)生管體14應(yīng)力變化，通過管體光纖光柵傳感器3就可測(cè)量。
經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)測(cè)，本例易于構(gòu)建監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，易于實(shí)現(xiàn)管道滑坡13監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的 實(shí)時(shí)自動(dòng)釆集分析及遠(yuǎn)程發(fā)布，遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)自動(dòng)報(bào)警。避免了繁瑣的人工釆集數(shù)據(jù)， 減少了報(bào)警時(shí)間，這對(duì)管道應(yīng)急措施的采取至關(guān)重要。
權(quán)利要求1.一種基于光纖光柵的滑坡內(nèi)管道應(yīng)力監(jiān)測(cè)裝置，其特征是由管道應(yīng)變監(jiān)測(cè)裝置、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)站、辦公室的接收終端組成；以一定結(jié)構(gòu)形式安裝在滑坡內(nèi)管道上的現(xiàn)場(chǎng)滑坡內(nèi)管道應(yīng)變監(jiān)測(cè)裝置的管體光纖光柵傳感器(3)輸出接現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)站的自動(dòng)光轉(zhuǎn)換開關(guān)(6)，自動(dòng)光轉(zhuǎn)換開關(guān)(6)輸出接光纖光柵解調(diào)儀(7)的輸入，光纖光柵解調(diào)儀(7)的輸出也接上位計(jì)算機(jī)(8)的輸入；上位計(jì)算機(jī)(8)的輸出接GPRS傳輸模塊(9)，由辦公室的接收終端GPRS接收模塊(10)接下位計(jì)算機(jī)(11)的輸入，下位計(jì)算機(jī)(11)的輸出接報(bào)警器(12)和顯示器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種基于光纖光柵的滑坡內(nèi)管道應(yīng)力監(jiān)測(cè)裝置，其 特征是該裝置的電原理是監(jiān)測(cè)管道應(yīng)力的管體光纖光柵傳感器(3)的PC接頭 用光纖與光轉(zhuǎn)換開關(guān)(6)的PC接頭連接，光轉(zhuǎn)換開關(guān)(6)的R232直接接上位 計(jì)算機(jī)(8 )的R232，光轉(zhuǎn)換開關(guān)(6 )的PC接頭連接光纖光柵解調(diào)儀(7 ) SM125 的CH1端，光纖光柵解調(diào)儀(7 ) SM125的LAN端口接上位計(jì)算機(jī)(8)的LAN端 口，上位計(jì)算機(jī)(8)的R232端口接GPRS傳輸模塊(9)西門子MC35iR232端口 ， GPRS傳輸模塊(9)經(jīng)天線GSM、 GPRS網(wǎng)絡(luò)，被GPRS接收模塊(10)天線GSM接 收后由R232接到下位計(jì)算機(jī)(11)的R232，下位計(jì)算機(jī)(11)的輸出由R232接 報(bào)警器(12) DS-7400的R232，下位計(jì)算機(jī)(11)的輸出由VGA端接顯示器的 VGA端；監(jiān)測(cè)管道應(yīng)力的光纖光柵傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)光纖光柵解調(diào)儀(7)解調(diào)出光 纖光柵傳感器的中心波長(zhǎng)位移量輸給上位計(jì)算機(jī)(8);上位計(jì)算機(jī)(8)自動(dòng)計(jì)算 出監(jiān)測(cè)量輸給GPRS傳輸模塊(9)并接受GPRS傳輸模塊(9)的信號(hào)進(jìn)行控制， GPRS傳輸模塊(9)將上位計(jì)算機(jī)(8)計(jì)算的監(jiān)測(cè)量通過公眾無線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸 到位于辦公室的接受終端GPRS接收模塊(10),也可接受接收終端的信號(hào)，發(fā)送 給下位計(jì)算機(jī)(11)處理后，由顯示器顯示并由報(bào)警器U2)報(bào)警。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種基于光纖光柵的滑坡內(nèi)管道應(yīng)力監(jiān)測(cè)裝置，其 特征是管體光纖光柵傳感器(3 )在管道(14)上的安裝結(jié)構(gòu)是在滑坡的兩側(cè)邊 緣及滑坡的中心位置各布置一管道監(jiān)測(cè)截面，且監(jiān)測(cè)截面的間距不超過60m;在 管道(14)的每個(gè)監(jiān)測(cè)截面的外周均勾布置3個(gè)管體光纖光柵傳感器(3)，且3 個(gè)管體光纖光柵傳感器(3)布置在與管道(14)軸線垂直的平面上；管體光纖光 柵傳感器(3)安裝在管道(14)光滑的表面，用快干膠粘貼管體光纖光柵傳感器 封裝(24)封裝好管體光纖光柵傳感器(3);將管體光纖光柵傳感器(3)的引纖一 并引至地面，并進(jìn)行保護(hù)。 專利摘要本實(shí)用新型是一種基于光纖光柵的滑坡內(nèi)管道應(yīng)力監(jiān)測(cè)預(yù)警裝置。涉及測(cè)量應(yīng)力及管道系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。其特征是由管道應(yīng)變監(jiān)測(cè)裝置、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)站、辦公室的接收終端組成；以一定結(jié)構(gòu)形式安裝在滑坡內(nèi)管道上的現(xiàn)場(chǎng)滑坡內(nèi)管道應(yīng)力監(jiān)測(cè)裝置的管體光纖光柵傳感器(3)輸出接現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)站的自動(dòng)光轉(zhuǎn)換開關(guān)(6)，自動(dòng)光轉(zhuǎn)換開關(guān)(6)輸出接光纖光柵解調(diào)儀(7)的輸入，光纖光柵解調(diào)儀(7)的輸出也接上位計(jì)算機(jī)(8)的輸入；上位計(jì)算機(jī)(8)的輸出接GPRS傳輸模塊(9)，由辦公室的接收終端GPRS接收模塊(10)接下位計(jì)算機(jī)(11)的輸入，下位計(jì)算機(jī)(11)的輸出接報(bào)警器(12)和顯示器。
文檔編號(hào)G01L1/24GK201293693SQ20082012241
公開日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2008年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月3日
發(fā)明者劉建平, 胡志新, 蔡永軍, 郝建斌, 陳朋超, 馬云賓 申請(qǐng)人:中國石油天然氣股份有限公司