阅读说明：本技术 一种长输管道清管器跟踪定位装置 (Tracking and positioning device for pipe cleaner of long-distance pipeline ) 是由 张洪奎 祝颖 李国相 周莹 苟武侯 于 2019-10-11 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种长输管道清管器跟踪定位装置,包括在地面下铺设的油气输送管道,油气输送管道中游走有清管器,清管器在游走的过程中触碰到管道焊接口及突出物时产生振动,在地面下,同沟平行于油气输送管道敷设有光纤传感器,光纤传感器感应所述清管器产生的振动,传感器连接油气管道清管器跟踪系统,本发明根据清管器在清管过程中产生的较大振动,经过分布式光纤传感器采集、传输至光纤油气管道清管器跟踪系统,经过信号预处理,将振动特征信号上传至软件客户端,可对长输管道内清管器的实时位置进行跟踪,并实现准确定位。(The invention discloses a tracking and positioning device for a pipe cleaner of a long-distance pipeline, which comprises an oil-gas conveying pipeline laid under the ground, wherein a pipe cleaner walks in the oil-gas conveying pipeline, the pipe cleaner vibrates when contacting a pipeline welding port and a protrusion in the walking process, an optical fiber sensor is laid under the ground and is parallel to the oil-gas conveying pipeline in the same ditch, the optical fiber sensor senses the vibration generated by the pipe cleaner, and the sensor is connected with a tracking system of the pipe cleaner of the oil-gas pipeline.)

一种长输管道清管器跟踪定位装置

技术领域

本发明涉及一种长输管道清管器跟踪定位装置。

背景技术

传统长输管道的清管作业，是采用清管器在管道内介质的推动下对管道内壁的清洗过程，对清管器的定位、监测工作主要包括对输送介质的上行和下载量进行推算清管器的大致位置，同时，配合管道沿线追踪人员持手持清管器跟踪设备对清管器位置进行确认。该方法定位精度差、人力成本高，同时，无法对清管器故障后对清管器位置的准确判断。

发明内容

本发明的目的在于提供一种长输管道清管器跟踪定位装置，是一种基于φ-OTDR技术的长输管道清管器实时跟踪定位系统，向与长输管道同沟敷设的分布式光纤内发射高相干窄线宽脉冲探测光信号，接收背向瑞利散射光信号，并对信号的相位信息进行测量来确定清管器的位置。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种长输管道清管器跟踪定位装置，包括在地面下铺设的油气输送管道，油气输送管道中游走有清管器，清管器在游走的过程中触碰到管道焊接口及突出物时产生振动，其中，在地面下，同沟平行于油气输送管道敷设有光纤传感器，光纤传感器感应所述清管器产生的振动，传感器连接油气管道清管器跟踪系统，所述油气管道清管器跟踪系统包括顺序串联连接的窄线宽激光器、99:1耦合器、光调制器、光放大器和环形器，环形器连接所述光纤传感器，环形器同时连接一个50:50耦合器，50:50耦合器之后顺序连接光电探测器、采集卡和预处理器，预处理器连接监控客户端；光纤传感器内由于振动使折射率发生变化的散射光经过环形器与99:1耦合器的1%的本地光在50:50耦合器内进行相干干涉，随后经过光探测器探测干涉信号，由采集卡采集干涉信号作为振动信号，经过预处理器进行振动信号预处理找出清管器振动所处油气输送管道中的位置。

方案进一步是：所述光纤传感器是分布式光纤传感器。

方案进一步是：所述光纤传感器与油气输送管道同沟敷设，位于距离油气输送管道15厘米范围内，光纤传感器与油气输送管道之间充填泥土。

方案进一步是：所述光纤传感器的光纤长度等于或大于油气输送管道的长度，在所述油气管道清管器跟踪系统中针对光纤传感器的光纤长度均匀设置分段，并设置有连续分段号，所述找出清管器振动所处油气输送管道中的位置是通过公式

获取，

其中：

s表示清管器距离油气输送管道起始监控端的定位位置，单位m；

z表示清管器振动信号“v”字形尖端对应的位置分段号；

z_u表示定位分辨率，单位m/段。

方案进一步是：在所述环形器与光纤传感器之间设置有拉曼放大器，拉曼放大器将经光放大器放大的光调制器调制的窄脉冲探测光进一步放大送至光纤传感器，同时拉曼放大器将折射率发生变化的散射光放大后通过环形器由光探测器探测送至采集卡。

本发明根据清管器在清管过程中产生的较大振动，经过分布式光纤传感器采集、传输至光纤油气管道清管器跟踪系统，经过信号预处理，将振动特征信号上传至软件客户端，可对长输管道内清管器的实时位置进行跟踪，并实现准确定位。

下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。

附图说明

图 1本发明结构示意图；

图 2本发明光缆定位测试系统结构示意图；

图3 预处理后的清管器特征振动信号示意图。

具体实施方式

一种长输管道清管器跟踪定位装置，如图1和图2所示，所述长输管道清管器跟踪定位装置包括在地面下铺设的油气输送管道1，油气输送管道中游走有清管器2，清管器是在做管道清理时放入到管道内，清管器在游走的过程中触碰到管道焊接口101、焊缝及突出物时产生振动，其中，在地面下，与油气输送管道在同一沟渠中，平行于油气输送管道敷设有光纤传感器3，光纤传感器采用的是分布式光纤传感器，光纤传感器与油气输送管道同沟敷设，位于距离油气输送管道15厘米范围内，光纤传感器可以是在油气输送管道的侧面敷设，由于振动在油气输送管道上面会更加敏感，因此，所述光纤传感器在油气输送管道之上的15厘米范围内敷设，光纤传感器感应所述清管器产生的振动，又由于光纤传感器与油气输送管道之间存在的空隙会降低敏感性。因此，所述光纤传感器与油气输送管道之间应有介质（如回填的泥土）填充。光纤传感器连接油气管道清管器跟踪系统4，油气管道清管器跟踪系统连接监控客户端5，油气管道清管器跟踪系统通过光纤接口与光纤传感器3连接，向光纤传感器3发射窄线宽脉冲探测光信号，接收光纤传感器3中的背向瑞利散射光信号，并对背向瑞利散射信号在其脉冲宽度内相互干涉，进而检测光纤中的背向散射光的相位变化，实现对微弱振动信号进行检测；所述油气管道清管器跟踪系统安装于长输管道的中继站控室或阀室内。

其中：如图2所示，所述油气管道清管器跟踪系统包括顺序串联连接的发生光源的窄线宽激光器401、99:1耦合器402、光调制器（AOM）403、光放大器（EDFA）404和环形器405，环形器连接所述光纤传感器，环形器同时连接一个50:50耦合器406，50:50耦合器之后顺序连接光电探测器407、采集卡408和预处理器409，预处理器连接监控客户端5；光纤传感器内由于振动使折射率发生变化的散射光经过环形器与99:1耦合器的1%的本地光在50:50耦合器内进行相干干涉，随后经过光探测器探测干涉信号，由采集卡采集干涉信号作为振动信号，经过预处理器进行振动信号预处理找出清管器振动所处油气输送管道中的位置。清管器沿长输管道进行清管作业时，在经过焊缝、接头位置时会产生较大的振动，振动会导致管道上方的分布式光纤传感器的折射率发射变化，进而调制背向瑞利散射光信号的相位信息，实现对长输管道内清管器移动的实时监测。

在所述环形器与分布式光纤传感器之间设置有拉曼放大器410，拉曼放大器作为双向放大器将经光放大器放大的光调制器调制的窄脉冲探测光进一步放大送至光纤传感器，同时拉曼放大器将折射率发生变化的散射光放大后通过环形器由光探测器探测送至采集卡。

所述油气管道清管器跟踪系统内设置的窄线宽激光器401发射高相干性窄线宽光源，发射的探测光经过99:1耦合器402，99%的脉冲光经过光调制器（AOM）403调制为窄脉冲探测光，随后经过光纤放大器（EDFA）404进行光信号放大，经过环形器405以及放大器410进一步放大发射至光纤传感器3内；光纤传感器3内的背向瑞利散射光经过环形器405与99:1耦合器的1%的本地光在50:50耦合器406内进行相干干涉，随后经过作为平衡探测器的光电探测器407探测干涉信号，由采集卡408采作为集振动数据的干涉信号，然后经过预处理器409进行振动信号预处理，预处理后的清管器特征信号如图3所示。

其中：所述光纤传感器的光纤长度等于或大于油气输送管道的长度，在所述油气管道清管器跟踪系统中针对光纤传感器感的光纤长度均匀设置分段，并设置有连续分段号，所述找出清管器振动所处油气输送管道中的位置是通过公式

获取，

其中：

s表示清管器距离油气输送管道起始监控端的定位位置，单位m；

z表示清管器振动信号“v”字形尖端对应的位置分段号；

z_u表示定位分辨率，单位m/段。

这样，也就可以通过公式：得到清管器移动速度；

其中：

v表示清管器的移动速度，单位m/s;

t₁、t₂表示两次检测到清管器振动信号的时间，单位s；

s₁表示t₁时刻清管器的定位位置，单位m；

s₂表示t₂时刻清管器的定位位置，单位m。

可以提取实时显示清管器实时位置位置信息，并提取出清管器的移动速度等信息。