一种基于dvs光纤振动感测的供水管道渗漏监测方法
阅读说明：本技术 一种基于dvs光纤振动感测的供水管道渗漏监测方法 (DVS optical fiber vibration sensing-based water supply pipeline leakage monitoring method ) 是由 许鲁亮 施海仁 曹奇 于 2021-07-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于DVS光纤振动感测的供水管道渗漏监测方法,涉及渗漏监测技术领域,具体包括：将光纤作为传感器沿着供水管道布置；激光脉冲与光纤分子相互作用,产生后向瑞利散射形式的反射光感应信号；光纤振动监测主机基于反射光感应信号得到光纤沿供水管道各点的振动信号,判断是否存在泄漏点；对泄漏位置进行定位,并分配对应工作人员至泄漏位置进行检修；本发明中光纤敷设于供水管道并紧贴在管道上,通过感测供水管道振动定位渗漏位置,能实现超长距离、高精度的实时监测,同时在管道上方10公分处敷设另一根光纤；通过两个光纤采集振动信号,相互可以抵消同样的车辆行驶等外界环境的影响,监测精度更高。(The invention discloses a water supply pipeline leakage monitoring method based on DVS optical fiber vibration sensing, which relates to the technical field of leakage monitoring and specifically comprises the following steps: arranging an optical fiber as a sensor along the water supply pipeline; the laser pulse interacts with the optical fiber molecules to generate a reflected light induction signal in a backward Rayleigh scattering form; the optical fiber vibration monitoring host machine obtains vibration signals of each point of the optical fiber along the water supply pipeline based on the reflected light induction signals and judges whether a leakage point exists or not; positioning the leakage position, and distributing corresponding workers to the leakage position for maintenance; according to the invention, the optical fiber is laid on the water supply pipeline and is tightly attached to the pipeline, the leakage position is positioned by sensing the vibration of the water supply pipeline, the ultra-long-distance and high-precision real-time monitoring can be realized, and meanwhile, another optical fiber is laid at a position 10 cm above the pipeline; vibration signals are acquired through the two optical fibers, the influence of the same external environments such as vehicle running and the like can be mutually counteracted, and the monitoring precision is higher.)
技术领域
本发明涉及渗漏监测技术领域，具体是一种基于DVS光纤振动感测的供水管道渗漏监测方法。
背景技术
供水管网漏损是一个全球性的问题，根据文献报道，目前全球平均管网漏损率(从管网中漏掉的水量除以供水总量)为35％。因此，为了节约水资源，实现可持续发展，必须降低管网漏损。管网漏损发生的原因有很多，如管道主体破损、管道连接处破损、管道附件(闸、阀、消火栓等)漏水等；
当地下供水管网漏水发生时，压力水从管道中泄漏喷出，会与管道漏口产生摩擦声波，同时与周围介质碰撞产生碰撞，由此产生漏水声。城市供水管道渗漏一般通过在裸露管道或管道上层土壤中安置声波检漏仪方式听取，还需要不断移动才能判断漏点；为了避免受到周围环境和居民用水的干扰，检查时间会选择在夜间，根据有无泄漏声音判断是否漏水；传统的漏水监测方法检漏及时性差，只有在漏水发生较长时间之后人为察觉才会进行检测，严重浪费水资源。
发明内容
为了解决上述方案存在的问题，本发明提供了一种基于DVS光纤振动感测的供水管道渗漏监测方法。本发明中光纤敷设于供水管道并紧贴在管道上，一旦发生渗漏，受高压水喷出影响，渗漏处会发生振动，通过感测供水管道振动定位渗漏位置；能实现超长距离、高精度的实时监测，抗电磁干扰，并及时预警，进而保障供水管道的安全正常运行；同时在管道上方10公分处敷设另一根光纤；通过两个光纤采集振动信号，相互可以抵消同样的车辆行驶等外界环境的影响，监测精度更高。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种基于DVS光纤振动感测的供水管道渗漏监测方法，包括如下步骤：
S1：将光纤作为传感器沿着供水管道布置；所述光纤紧贴在供水管道上；
S2：激光源发出窄脉宽激光脉冲，经波分复用后沿光纤传输，激光脉冲与光纤分子相互作用，产生后向瑞利散射形式的反射光感应信号；光纤振动监测主机基于反射光感应信号得到光纤沿供水管道各点的振动信号，判断是否存在泄漏点；
S3：若存在泄漏点，对泄漏位置进行定位；并分配对应工作人员至泄漏位置进行检修；其中若存在泄漏点，则通过声光报警器进行报警，并将泄漏位置反馈至光纤振动监测主机。
进一步地，光纤振动监测主机基于反射光感应信号得到光纤沿供水管道各点的振动信号，判断是否存在泄漏点；具体判断方法为：
由于光纤紧贴在供水管道上，若供水管道发生渗漏，受高压水喷出影响，渗漏处会发生振动，则对应位置处光纤折射率会发生变化，则该位置处的光相位发生变化；光相位的变化又会引起后向瑞利散射光相干涉的结果；
光纤振动监测主机采集后向瑞利散射光的干涉结果并通过探测脉冲宽度范围内后向散射瑞利光的干涉结果来判断是否存在泄漏点。
进一步地，所述光纤固定在供水管道的侧面且沿着供水管道的轴向设置。
进一步地，所述光纤为振动敏感型的不锈钢铠装结构。
进一步地，若存在泄漏点，对泄漏位置进行定位；具体定位方法为：
在发出窄脉宽激光脉冲同时开始计时，计算发送窄脉宽激光脉冲到接收后向散射瑞利光干涉结果的时间差，根据时间差确定自来水泄漏的位置。
进一步地，所述光纤敷设有两根，一根敷设在管道上，一根敷设在管道上方10公分处；通过两根光纤采集振动信号，对采集的振动信号进行抵消过滤，即去除相同的振动信号，只留下不同的振动信号；其中，留下的振动信号即为供水管道自身的振动信号。
进一步地，该方法通过光纤振动监测系统执行，所述光纤振动监测系统包括计时模块、信号采集模块、渗漏定位模块、光纤振动监测主机以及报警模块；
当激光源发出窄脉宽激光脉冲时，计时模块开始计时，并将激光源发出窄脉宽激光脉冲的时刻标记为初始时刻；
激光源发出的窄脉宽激光脉冲经波分复用后沿光纤传输，激光脉冲与光纤分子相互作用，产生后向瑞利散射形式的反射光感应信号，所述信号采集模块用于实时采集后向瑞利散射形式的反射光感应信号，并将采集的反射光感应信号传输至光纤振动监测主机；
所述光纤振动监测主机用于对反射光感应信号进行处理分析，得到光纤沿供水管道各点的振动信号，判断是否存在泄漏点；具体为：
光纤振动监测主机通过探测脉冲宽度范围内后向散射瑞利光的干涉结果来判断是否存在泄漏点；
若存在泄漏点，则生成预警信号；所述光纤振动监测主机接收到预警信号后控制计时模块停止计时，并驱动报警模块进行报警，所述报警模块为声光报警器；
所述渗漏定位模块接收到预警信号后对泄漏点进行定位，并将自来水泄漏的位置反馈至光纤振动监测主机显示。
其中，所述信号采集模块包括两根光纤，一根敷设在管道上，一根敷设在管道上方10公分处；通过两根光纤采集振动信号，对采集的振动信号进行抵消过滤。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明中敷设两根光纤，一根敷设在管道上，一根敷设在管道上方10公分处；通过两根光纤采集振动信号，相互可以抵消同样的车辆行驶等外界振动；消除周围环境对供水管道振动的影响，监测精度高；
2、本发明中光纤敷设于供水管道并紧贴在管道上，一旦发生渗漏，受高压水喷出影响，渗漏处会发生振动，对应位置处光纤折射率将会发生变化，这将导致该位置处的光相位变化；光相位的变化又会引起后向瑞利散射光相干涉的结果；光纤振动监测主机通过探测脉冲宽度范围内后向散射瑞利光的干涉结果来判断是否存在泄漏点；若存在泄漏点，通过声光报警器进行报警；同时计算发送窄脉宽激光脉冲到接收后向散射瑞利光干涉结果的时间差，确定自来水泄漏的位置；能实现超长距离、高精度的实时监测，抗电磁干扰，并及时预警，进而保障供水管道的安全正常运行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的流程示意图。
图2为本发明中光纤振动监测系统的原理框图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-2所示，一种基于DVS光纤振动感测的供水管道渗漏监测方法，包括如下步骤：
S1：将光纤作为传感器沿着供水管道布置；光纤紧贴在供水管道上；
S2：激光源发出窄脉宽激光脉冲，经波分复用后沿光纤传输，激光脉冲与光纤分子相互作用，产生后向瑞利散射形式的反射光感应信号；光纤振动监测主机基于反射光感应信号得到光纤沿供水管道各点的振动信号，判断是否存在泄漏点；
S3：若存在泄漏点，对泄漏位置进行定位；并分配对应工作人员至泄漏位置进行检修；其中若存在泄漏点，则通过声光报警器进行报警，并将泄漏位置反馈至光纤振动监测主机；
其中激光源发出窄脉宽激光脉冲，经波分复用后沿光纤传输，激光脉冲与光纤分子相互作用，产生后向瑞利散射形式的反射光感应信号，由于光纤紧贴在供水管道上，若供水管道发生渗漏，受高压水喷出影响，渗漏处会发生振动，则对应位置处光纤折射率会发生变化，则该位置处的光相位发生变化；光相位的变化又会引起后向瑞利散射光相干涉的结果；光纤振动监测主机采集后向瑞利散射光的干涉结果并通过探测脉冲宽度范围内后向散射瑞利光的干涉结果来判断是否存在泄漏点；
DVS光纤振动感测系统以光纤作为传感器进行振动感知；该系统基于相干时分复用传感原理，综合利用光纤中后向瑞利相干散射效应(backwardRayleighcoherentscattering)和光时域反射测量技术(OTDR)同时实现振动事件的感知和空间定位功能；
其中，光纤固定在供水管道的侧面且沿着供水管道的轴向设置；
其中，光纤为振动敏感型的不锈钢铠装结构。
其中，光纤作为传感器基于瑞利散射原理。
其中，光纤能够采集振动信号的频率范围为0.1HZ-1KHZ；
其中，若存在泄漏点，对泄漏位置进行定位；具体定位方法为：
在发出窄脉宽激光脉冲同时开始计时，据此计算发送窄脉宽激光脉冲到接收后向散射瑞利光干涉结果的时间差，确定自来水泄漏的位置；
其中，光纤敷设有两根，一根敷设在管道上，一根敷设在管道上方10公分处；通过两根光纤采集振动信号，相互可以抵消同样的车辆行驶等外界振动；去除相同的振动信号，只留下不同的振动信号；留下的振动信号即为供水管道自身的振动信号；通过设置两根光纤，可以消除周围环境对供水管道振动的影响；监测精度高，保障供水管道的安全正常运行；
其中分配对应工作人员至泄漏位置进行检修，具体分配步骤为：
V1：光纤振动监测主机发布供水管道检修任务，检修任务包括供水管道的泄漏位置；
V2：将在预设时间范围内领取检修任务的工作人员标记为初选人员；将初选人员的实时位置与泄漏位置进行距离差计算得到人员间距L1；
V3：获取初选人员的检修学习值WX；具体为：
V31：采集初选人员在系统当前时间前二十五天内云平台中检修视频的观看记录；观看记录包括观看次数、观看开始时刻和观看结束时刻；
V32：统计初选人员观看检修视频的总次数并标记为C1，将初选人员每次观看检修视频的时长进行求和得到观看总时长并标记为C2；将初选人员最近一次的观看结束时刻与系统当前时间进行时间差计算得到缓冲时长HT；
V33：利用公式WX＝(C1×q1+C2×q2)/(HT×q3)计算得到初选人员的检修学习值WX，其中q1、q2、q3均为预设比例系数；
V4：设定初选人员的检修总次数为G1；将初选人员上一次检修时间与统当前时间进行时间差计算得到延检时长YT；
利用公式GP＝(WX×a1+G1×a2+YT×a3)/(L1×a4)计算得到初选人员的检配值GP，其中a1、a2、a3、a4均为预设比例系数；
V5：选取检配值最大的初选人员为选中人员，将供水管道的泄漏位置发送至选中人员的手机终端上，选中人员到达泄漏位置处后，对供水管道进行检修，同时通过手机终端对检修过程进行录制，并将录制的检修视频发送至云平台；其他工作人员通过手机终端访问云平台的检修视频并进行观看。
该方法通过光纤振动监测系统执行，所述光纤振动监测系统包括计时模块、信号采集模块、渗漏定位模块、光纤振动监测主机以及报警模块；
当激光源发出窄脉宽激光脉冲时，计时模块开始计时，并将激光源发出窄脉宽激光脉冲的时刻标记为初始时刻；
激光源发出的窄脉宽激光脉冲经波分复用后沿光纤传输，激光脉冲与光纤分子相互作用，产生后向瑞利散射形式的反射光感应信号，所述信号采集模块用于实时采集后向瑞利散射形式的反射光感应信号，并将采集的反射光感应信号传输至光纤振动监测主机；
所述光纤振动监测主机用于对反射光感应信号进行处理分析，得到光纤沿供水管道各点的振动信号，判断是否存在泄漏点；具体为：
由于光纤紧贴在供水管道上，若供水管道发生渗漏，受高压水喷出影响，渗漏处会发生振动，则对应位置处光纤折射率会发生变化，则该位置处的光相位发生变化；光相位的变化又会引起后向瑞利散射光相干涉的结果；
光纤振动监测主机通过探测脉冲宽度范围内后向散射瑞利光的干涉结果来判断是否存在泄漏点；若存在泄漏点，则生成预警信号；
所述光纤振动监测主机接收到预警信号后控制计时模块停止计时，并驱动报警模块进行报警，所述报警模块为声光报警器；
所述渗漏定位模块接收到预警信号后对泄漏点进行定位，并分配对应工作人员至泄漏位置进行检修，具体定位方法为：
获取计时模块停止计时的时刻与初始时刻的时间差，以此确定自来水泄漏的位置；
所述渗漏定位模块用于将自来水泄漏的位置反馈至光纤振动监测主机显示。
其中，所述信号采集模块包括两根光纤，一根敷设在管道上，一根敷设在管道上方10公分处；通过两根光纤采集振动信号，对采集的振动信号进行抵消过滤。
上述公式均是去除量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最接近真实情况的一个公式，公式中的预设参数和预设阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者大量数据模拟获得。
本发明的工作原理：
一种基于DVS光纤振动感测的供水管道渗漏监测方法，在工作时，敷设两根光纤，一根敷设在管道上，一根敷设在管道上方10公分处；通过两根光纤采集振动信号，相互可以抵消同样的车辆行驶等外界振动；去除相同的振动信号，只留下不同的振动信号，留下的振动信号即为供水管道自身的振动信号；可以消除周围环境对供水管道振动的影响，监测精度高；
激光源发出窄脉宽激光脉冲，经波分复用后沿光纤传输，激光脉冲与光纤分子相互作用，产生后向瑞利散射形式的反射光感应信号，当光纤线路上受到外界干扰时，对应位置处光纤折射率将会发生变化，这将导致该位置处的光相位变化；光相位的变化又会引起后向瑞利散射光相干涉的结果；光纤振动监测主机采集后向瑞利散射光的干涉结果并通过探测脉冲宽度范围内后向散射瑞利光的干涉结果来判断是否存在泄漏点；若存在泄漏点，通过声光报警器进行报警，并将泄漏位置反馈至光纤振动监测主机；同时计算发送窄脉宽激光脉冲到接收后向散射瑞利光干涉结果的时间差，确定自来水泄漏的位置；并分配对应工作人员至泄漏位置进行检修；监测精度高，保障供水管道的安全正常运行。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
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