一种基于光纤光栅测温技术的管道渗漏监测方法
阅读说明：本技术 一种基于光纤光栅测温技术的管道渗漏监测方法 (Pipeline leakage monitoring method based on fiber bragg grating temperature measurement technology ) 是由 许鲁亮 施海仁 高东东 于 2021-07-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于光纤光栅测温技术的管道渗漏监测方法,在输送管道的底面铺设用于承接水滴的V型槽,将光纤光栅铺设在V型槽内部的沟面内；光纤监测系统的光源通过放大器向步骤一中的光纤中传入信号,利用激光在光纤中传输时产生的背向瑞利散射信号,通过光纤光栅布设位置,来感测传输过程中的温度变化导致的异常信号；将步骤二中获取的异常脉冲信息传送至监控终端,并与监控终端内收录的光纤正常传送的脉冲信号进行单独对比,实现对管道渗漏的监测,本发明中将光纤光栅相邻两个光纤光栅温度监测点形成一个温度域,根据相邻温度域的温度在监控终端上的不同波段信号,定位渗漏点,尤其是对于悬空管道,能够对管道渗漏点进行有效的测定。(The invention discloses a pipeline leakage monitoring method based on a fiber bragg grating temperature measurement technology, wherein a V-shaped groove for receiving water drops is paved on the bottom surface of a conveying pipeline, and a fiber bragg grating is paved in a groove surface in the V-shaped groove; a light source of the optical fiber monitoring system transmits a signal into the optical fiber in the first step through an amplifier, and senses an abnormal signal caused by temperature change in the transmission process through the arrangement position of the fiber bragg grating by utilizing a backward Rayleigh scattering signal generated when laser is transmitted in the optical fiber; and D, transmitting the abnormal pulse information acquired in the step two to a monitoring terminal, and comparing the abnormal pulse information with a pulse signal which is recorded in the monitoring terminal and is normally transmitted by an optical fiber to realize monitoring of pipeline leakage.)
技术领域
本发明属于光纤渗漏监测技术领域，具体是一种基于光纤光栅测温技术的管道渗漏监测方法。
背景技术
管廊管道是指将电力、通信、燃气、给排水、热力等市政公用管线集中布设在同一地下建造的隧道空间内，进行综合开发利用，以节约城市建设用地，便于统一规划管理，美化城市的景观。管廊管道对公用管线统一规划，有效减少管线事故道路频繁开挖对路面质量及环境的影响，同时缩短施工工期、提高空间利用率，其综合技术经济效益远高于所增加的初期建设投资。
由于管廊管道内部整合了维持城市功能的自来水、煤气、电力、通信管线，在人口较为密集的现代城市的地下空间中分布着大量天然气、暖气等高压输气管道，存在火灾的危险性。如电力电缆短路、过载，油气管道渗漏等。加之管廊内敷设类型不一、数量众多的管道，一种管道发生渗漏，会对众多管道的运输产生。
常规管道渗漏通过感测管道渗漏引起的管道周边土壤温度变化监测管道渗漏，因渗漏过程缓慢，故需要一定时间，一定渗漏量才能影响渗漏点周围的土壤，造成此处土壤温度与其他区域温度不同，该方法感测时间长，精度低，只能提供一个范围值，难以准确定位，且如果是悬空管道，则很难通过周围温度感测渗漏点，而且渗漏点很难引起管道振动，无法通过振动感知。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于光纤光栅测温技术的管道渗漏监测方法，在输送管道下方设置预制的V型槽，并在V型槽底部铺设光纤光栅，一旦发生渗漏，渗漏液体会随重力影响滑落至V型槽顶部，影响光纤光栅一处或相邻两处光纤光栅温度变化，能够在渗漏量极少的情况下掌握渗漏发生，同时能够精确定位，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于光纤光栅测温技术的管道渗漏监测方法，包括以下步骤：
步骤一：在输送管道的底面铺设用于承接水滴的V型槽，将光纤光栅铺设在V型槽内部的沟面内，并沿输送管道走向进行铺设；
步骤二：光纤监测系统的光源通过放大器向步骤一中的光纤中传入信号，利用激光在光纤中传输时产生的背向瑞利散射信号，通过光纤光栅布设位置，来感测传输过程中的温度变化导致的异常信号；
步骤三：将步骤二中获取的异常脉冲信息传送至监控终端，并与监控终端内收录的光纤正常传送的脉冲信号进行单独对比，实现对管道渗漏的监测。
作为本发明再进一步的方案：光纤监测系统基于自发拉曼散射和瑞利散射效应和相干光时域反射技术的振动信号探测和分析系统得到光纤沿输送管道各点的温度信号，并判断是否存在泄漏点；具体判断方法为：
光纤沿输送管道走向设置在V型槽内，若输送管道发生渗漏，渗漏液体会随重力影响滑落至V型槽底部，则对应位置处的光栅会接触液体，与周围环境的热感知发生变化又会引起后向瑞利散射光相干涉的结果；
光纤监测系统采集向瑞利散射光的干涉结果的脉冲信号与监控终端内收录的光纤正常传送的脉冲信号来判断是否存在渗漏点。
作为本发明再进一步的方案：该光纤光栅采用单模光纤G652。
作为本发明再进一步的方案：通过激光对光纤光栅进行分段式等距照射形成监控点，且相邻两个光纤光栅温度点形成一个温度域，并根据相邻温度域的温度在监控终端上的不同，定位渗漏点。
作为本发明再进一步的方案：所述V型槽紧贴在输送管道的底面上。
作为本发明再进一步的方案：所述监控终端包括监控终端显示器、数据分析单元、信号处理单元和报警单元；
所述报警单元包括报警状态和报警地理位置和报警时间，所述报警地理位置在监控终端显示器上持续闪烁。
作为本发明再进一步的方案：所述光纤光栅的信噪比≥9dB，频响范围50km、0.2Hz-500Hz，工作温度-10℃-55℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明中对光纤光栅进行改性处理，使光纤光栅相邻两个光纤光栅温度形成一个温度域，将光纤光栅沿输送管道轴向连续性铺设，根据相邻温度域的温度在监控终端上的不同波段信号，定位渗漏点，精度高，尤其是对于悬空管道，能够对管道渗漏点进行有效的测定，实用性强；
2、本发明中通过在输送管道的底部设置V型槽用于铺设光纤光栅，通过V型槽能够对输送管道的渗漏点进行有效收集，提高了光纤光栅监测的及时性，灵敏度高，且通过V型槽的设置，能够有效对光纤光栅进行保护，降低光纤光栅的损耗率，有助于长距离传输，寿命长成本低；
3、本发明中通过在监控终端内实时显示预先存储的光纤光栅每一个温度域的温度脉冲信号，并通过光纤监测系统实时发送光纤光栅每一个温度域采集的温度脉冲信号，并将用于分析预先存储的光纤光栅的温度脉冲信号波形与光纤监测系统实时采集的温度脉冲信号波形反馈至监控终端，通过监控终端内的数据分析单元对不同介质流过温度脉冲信号的数据进行判断温度域的实时使用状态，对温度域进行标记，并将异常的温度域采集的温度脉冲信号实时反馈至监控终端，通过监控终端的分配单元将渗漏点和维修人员的实时位置信息及工龄信息进行处理，得到渗漏点最优的处理人员，从而保证输送管道在使用过程中的安全性和维修的及时性，能够最大限度的避免紧急状况的发生，提高输送管道的使用温度性。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明中的系统流程示意图。
图2为本发明中输送管道与V型槽及光纤光栅架设的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
请参阅图1～2，本发明实施例中，一种基于光纤光栅测温技术的管道渗漏监测方法，包括以下步骤：
步骤一：在输送管道的底面铺设用于承接水滴的V型槽，将光纤光栅铺设在V型槽内部的沟面内，并沿输送管道走向进行铺设；
步骤二：光纤监测系统的光源通过放大器向步骤一中的光纤中传入信号，利用激光在光纤中传输时产生的背向瑞利散射信号，通过光纤光栅布设位置，来感测传输过程中的温度变化导致的异常信号；
步骤三：将步骤二中获取的异常脉冲信息传送至监控终端，预先在监控终端内实时显示存储的光纤光栅每一个温度域的温度脉冲信号WT1，光纤监测系统实时发送光纤光栅每一个温度域采集的温度脉冲信号WT2，T表示采集的时刻，通过监控终端内的数据分析单元分析预先存储的光纤光栅的温度脉冲信号波形与光纤监测系统实时采集的温度脉冲信号波形，具体分析过程为：
S1：设定输送管道流过的介质对应的介质系数为μ；
S2：将预先存储的温度脉冲信号WT1、实时采集的温度脉冲信号WT2、介质系数μ进行归一化处理，取其数值，代入公式：得到监控终端的异常值YH；
S3：设定输送管道内流过的介质对应的异常阈值YB，当YH＞YB时，生成异常信号，同时将该温度域标记为渗漏点，数据分析单元将异常值和异常信号反馈至监控终端显示器，得到输送管道渗漏点。
使用时，预先通过激光对光纤光栅每间隔1米进行分段式照射形成温度感应点，且相邻两个光纤光栅温度感应点形成一个温度域，并根据相邻温度域的温度在监控终端上的不同，定位渗漏点；
具体为：光纤监测系统通过激光源向铺设后的光纤光栅中传入脉冲信号，该光纤监测系统基于自发拉曼散射和瑞利散射效应和相干光时域反射技术的振动信号探测和分析系统得到光纤沿输送管道各点的异常温度脉冲信号，并将得到的温度脉冲信号传送到监控终端，与监控终端内部预先储存的无渗漏的温度脉冲信号进行对比，判断是否存在泄漏点；
其中，该异常温度脉冲信号的获取是当输送管道发生渗漏时，渗漏液体会随重力影响滑落至V型槽底部，则对应位置处的光栅会接触液体，与周围环境的热感知发生变化又会引起瑞利散射光相干涉的结果，光纤监测系统采集向瑞利散射光的干涉结果的脉冲信号与监控终端内收录的光纤正常传送的脉冲信号来确定该异常温度脉冲信号。
其中，该监控终端采用聚类分析技术，建立对比的数据库信息，通过对脉冲信息进行特征提取及模式分类，作为对比数据库，有效实现对外界入侵即管网渗漏的有效识别。
其中，该光纤光栅采用单模光纤G652。
其中，所述V型槽紧贴在输送管道的底面上，该V型槽优选预制金属V型槽。
实施例2
请参阅图1～2，本发明实施例中，一种基于光纤光栅测温技术的管道渗漏监测方法，包括以下步骤：
步骤一：在输送管道的底面铺设用于承接水滴的V型槽，将光纤光栅铺设在V型槽内部的沟面内，并沿输送管道走向进行铺设；
步骤二：光纤监测系统的光源通过放大器向步骤一中的光纤中传入信号，利用激光在光纤中传输时产生的背向瑞利散射信号，通过光纤光栅布设位置，来感测传输过程中的温度变化导致的异常信号；
步骤三：将步骤二中获取的异常脉冲信息传送至监控终端，预先在监控终端内实时显示存储的光纤光栅每一个温度域的温度脉冲信号WT1，光纤监测系统实时发送光纤光栅每一个温度域采集的温度脉冲信号WT2，T表示采集的时刻，通过监控终端内的数据分析单元分析预先存储的光纤光栅的温度脉冲信号波形与光纤监测系统实时采集的温度脉冲信号波形，具体分析过程为：
S1：设定输送管道流过的介质对应的介质系数为μ；
S2：将预先存储的温度脉冲信号WT1、实时采集的温度脉冲信号WT2、介质系数μ进行归一化处理，取其数值，代入公式：得到监控终端的异常值YH；
S3：设定输送管道内流过的介质对应的异常阈值YB，当YH＞YB时，生成异常信号，同时将该温度域标记为渗漏点，数据分析单元将异常值和异常信号反馈至监控终端显示器，得到输送管道渗漏点。
使用时，预先通过激光对光纤光栅每间隔1米进行分段式照射形成温度感应点，且相邻两个光纤光栅温度感应点形成一个温度域，并根据相邻温度域的温度在监控终端上的不同，定位渗漏点；
具体为：光纤监测系统通过激光源向铺设后的光纤光栅中传入脉冲信号，该光纤监测系统基于自发拉曼散射和瑞利散射效应和相干光时域反射技术的振动信号探测和分析系统得到光纤沿输送管道各点的异常温度脉冲信号，并将得到的温度脉冲信号传送到监控终端，与监控终端内部预先储存的无渗漏的温度脉冲信号进行对比，判断是否存在泄漏点；
其中，该异常温度脉冲信号的获取是当输送管道发生渗漏时，渗漏液体会随重力影响滑落至V型槽底部，则对应位置处的光栅会接触液体，与周围环境的热感知发生变化又会引起瑞利散射光相干涉的结果，光纤监测系统采集向瑞利散射光的干涉结果的脉冲信号与监控终端内收录的光纤光栅正常传送的温度脉冲信号进行对比来确定该异常温度脉冲信号。
其中，该监控终端采用聚类分析技术，建立对比的数据库信息，通过对脉冲信息进行特征提取及模式分类，作为对比数据库，有效实现对外界入侵即管网渗漏的有效识别。
其中，该监控终端包括监控终端显示器和报警单元，报警单元包括报警地理位置和保修人员配送单元，该报警地理位置在监控终端显示器持续闪烁，该保修人员配送单元的具体工作步骤为：
所述监控终端的信号处理单元对异常信号进行处理；
对异常值进行处理，该处理步骤为：
K1：设定显示异常图标包括红色、橙色、蓝色，每种颜色对应一个数值范围，蓝色对应的数值范围[a1,a2)、橙色对应的数值范围[a2,a3)、红色对应的数值范围[a3,a4)，a1<a2<a3<a4；
K2：当YH∈[a1,a2)时，生成蓝色图标；当YH∈[a2,a3)时，生成橙色图标；当YH∈[a3,a4)时，生成红色图标；
K3：当生成蓝色图标时，获取维修人员的身份信息，该身份信息包括手机号、工龄GL和实时位置RT，将维修人员的实时位置RT与渗漏点位置进行距离计算，得到间距VN；将工龄GL和间距VN进行归一化处理，取其数值，代入公式：E＝VN×10-GL，得到维修人员的维修值，将蓝色图标和温度域的异常信号发送至维修值最大的维修人员的手机终端上；
K4：当生成橙色图标时，将维修人员的实时位置RT与渗漏点位置进行距离计算，得到间距VN；将工龄GL和间距VN进行归一化处理，取其数值，代入公式：得到维修人员的维修值，将橙色图标和温度域的异常信号发送至维修值最大的维修人员的手机终端上；
K5：当生成红色图标时，将维修人员的实时位置RT与渗漏点位置进行距离计算，得到间距VN；将工龄GL和间距VN进行归一化处理，取其数值，代入公式：得到维修人员的维修值，将红色图标和温度域的异常信号发送至维修值最大的维修人员的手机终端上。
综上，通过在监控终端内预先存储的光纤光栅的温度脉冲信号波形与光纤监测系统实时采集的温度脉冲信号波形进行处理，即通过监控终端内的数据分析单元对不同介质流过温度脉冲信号的数据进行判断温度域的实时使用状态，对温度域进行标记，并将异常的温度域采集的温度脉冲信号实时反馈至监控终端，通过监控终端的分配单元将渗漏点和维修人员的实时位置信息及工龄信息进行处理，得到渗漏点最优的处理人员，从而保证输送管道在使用过程中的安全性和维修的及时性，能够最大限度的避免紧急状况的发生，提高输送管道的使用温度性
其中，该光纤光栅采用单模光纤G652。
其中，所述V型槽紧贴在输送管道的底面上，该V型槽优选预制金属V型槽。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。