一種基於分布式光纖傳感的水管洩漏監測裝置及監測方法與流程
2023-10-31 03:40:12 2
本發明屬於水管監測領域，特別涉及一種基於分布式光纖傳感的水管洩漏監測裝置及監測方法，屬於基於分布式光纖傳感的水管洩漏監測裝置及監測方法的創新技術。
背景技術：
全球水資源日益短缺已經是不爭的事實，我國水資源尤其匱乏，水資源的節約與利用關係到國家的發展，供水管網絡的洩漏造成的水資源損失也非常嚴重。我國城市供水管網因為洩漏損失率為16.23%.供水管網洩漏除了造成水資源浪費外，還增加了供水量，這樣就提高了供水設施的基建費用和運行成本。如果洩漏點一直得不到處理，還會導致一些次生災害。此外，管網洩漏產生負壓，使外部戒指進入管道，造成群體汙染。由此可見，供水管網的洩漏造成水資源的浪費和潛在的危害，並直接影響居民的生活質量，增加制水的成本。
目前國內外廣泛使用的檢漏方法是音聽檢測法，音聽法就是使用音聽設備在管道的閥門或者管道線其它地方發現洩漏並對漏點進行定位。這種方法只能查出80%的地下水管的洩漏點。由於周圍環境的噪聲、管道材質、孔徑大小的因素，通過聽音設備的漏水聲大小收到一定的幹擾。因此該方法主要在夜間進行。但是，對水管埋得比較深的地方，音聽法往往得不到準確的信息，這種方法的一個突出的缺點就是檢測範圍小、周期長。
技術實現要素：
針對上述現有技術的不足，本發明提供了一種基於分布式光纖傳感的水管洩漏監測裝置。本發明能夠有效的監測水管洩漏現象、實時定位洩漏的地點，免去人工排查的麻煩。且定位精度高、測量距離長、使用便捷。
本發明的另一目的是提供一種基於分布式光纖傳感的水管洩漏監測裝置的監測方法。本發明可以對水管進行在線監控，並且監控範圍覆蓋整個水管的主要幹道，有效節省人力資源。
本發明的技術方案是：本發明的分布式光纖傳感的水管洩漏監測裝置，包括光源模塊、波分復用模塊、傳感光纖、光電轉換模塊、信號處理模塊和監控模塊，其中光源模塊分別與波分復用模塊及信號處理模塊連接，傳感光纖的一端連接波分復用模塊，光電轉換模塊的兩個輸入端分別與波分復用模塊的兩個輸出端連接，光電轉換模塊的兩個輸出端分別與信號處理模塊的兩個輸入端連接，信號處理模塊的輸出端與監控模塊連接。
本發明分布式光纖傳感監測水管洩漏裝置的監測方法，包括有如下步驟：
1）光源模塊向波分復用模塊發射脈衝光，脈衝光經過波分復用模塊注入傳感光纖，光源模塊同時給信號處理模塊發一個同步脈衝光；
2）脈衝光沿傳感光纖向前傳輸時，除了斯託克斯光，不斷有反斯託克斯光，波分復用模塊將斯託克斯光和反斯託克斯光分別傳給光電轉換模塊的兩個輸入端；
3）光電轉換模塊的兩個輸入端分別採集斯託克斯光和反斯託克斯光，且光電轉換模塊將兩路光信號轉換成兩路電信號；
4）信號處理模塊對光電轉換模塊傳輸過來的兩路電信號進行採集，利用這兩路電信號的比值解調出溫度信息，同時，信號處理模塊計算光源模塊發出的脈衝光與接收到的光電轉換模塊傳輸過來的光信號的時間差和光在傳感光纖中傳播的速度，並把信息傳送至監控模塊；
5）監控模塊中的主控伺服器根據信號處理模塊傳送過來的信號判斷水管是否洩漏，通過顯示器調出相關位置的波形，從波形變化分辨出水管洩漏的地點。
本發明與現有技術相比，具有如下顯著優點：
1）本發明在水管外側敷設光纖，能夠有效的監測水管洩漏現象、實時定位洩漏的地點，免去人工排查的麻煩，當監測到水管洩漏時，能及時進行報警，減少損失和危害。
2）本發明可以對水管進行在線監控，並且監控範圍覆蓋整個水管的主要幹道，有效節省人力資源。
3）本發明採用傳感光纖對水管進行實時監測，出現異常及時報警，具有定位精度高、測量距離長、使用便捷的優點。
附圖說明
圖1是本發明提出的分布式光纖傳感監測水管洩漏裝置的結構示意圖。
具體實施方式
本發明分布式光纖傳感監測水管洩漏裝置的的結構示意圖如圖1所示，包括光源模塊、波分復用模塊、傳感光纖、光電轉換模塊、信號處理模塊和監控模塊，其中光源模塊分別與波分復用模塊及信號處理模塊連接，傳感光纖的一端連接波分復用模塊，光電轉換模塊的兩個輸入端分別與波分復用模塊的兩個輸出端連接，光電轉換模塊的兩個輸出端分別與信號處理模塊的兩個輸入端連接，信號處理模塊的輸出端與監控模塊連接。
本實施例中，所述傳感光纖敷設在水管的下方，可位於水管的下部外側，或位於水管的底部。
為了能有效保護傳感光纖，防止傳感光纖被破壞，所述傳感光纖上套有保護線槽，放置在水管的下方，可位於水管的下部外側，或位於水管的底部。本實施例中，所述傳感光纖採用分布式光纖。
本實施例中，所述監控模塊包括有主控伺服器、顯示屏，主控伺服器與顯示屏連接。
此外，所述監控模塊還設置有報警裝置，主控伺服器與報警裝置連接。通過報警裝置發出警報，提醒工作人員有異常情況，從而達到監控的效果，減少了損失和危害。
另外，所述傳感光纖外側封裝有紫外固化丙烯酸樹脂塗層，以進一步實現傳感光纖的保護。
本發明分布式光纖傳感監測水管洩漏裝置的監測方法，包括有如下步驟：
1）光源模塊向波分復用模塊發射脈衝光，脈衝光經過波分復用模塊注入傳感光纖，光源模塊同時給信號處理模塊發一個同步脈衝光；
2）脈衝光沿傳感光纖向前傳輸時，除了斯託克斯光，不斷有反斯託克斯光，波分復用模塊將斯託克斯光和反斯託克斯光分別傳給光電轉換模塊的兩個輸入端；
3）光電轉換模塊的兩個輸入端分別採集斯託克斯光和反斯託克斯光，且光電轉換模塊將兩路光信號轉換成兩路電信號；
4）信號處理模塊對光電轉換模塊傳輸過來的兩路電信號進行採集，利用這兩路電信號的比值解調出溫度信息，同時，信號處理模塊計算光源模塊發出的脈衝光與接收到的光電轉換模塊傳輸過來的光信號的時間差和光在傳感光纖中傳播的速度，並把信息傳送至監控模塊；
5）監控模塊中的主控伺服器根據信號處理模塊傳送過來的信號判斷水管是否洩漏，通過顯示器調出相關位置的波形，從波形變化分辨出水管洩漏的地點。並將情況反饋到用戶終端，完成對水管的安全監測。
本實施例中，所述監控模塊還設置有報警裝置，主控伺服器與報警裝置連接，通過報警裝置發出警報，提醒工作人員有異常情況，從而達到監控的效果，減少了損失和危害。
本發明的工作原理：通過光源模塊向波分復用模塊發射脈衝光源，脈衝光經過波分復用模塊注入傳感光纖，脈衝光沿傳感光纖向前傳輸的同時不斷有拉曼反向散射光信號，拉曼散射光信號帶有光纖沿線溫度的信息。波分復用模塊將散射光信號分出兩部分，分別傳給兩路光電轉換模塊，光電轉換模塊將光信號轉換成電信號，通過信號處理模塊對電信號進行採集，利用這兩部分電信號的比值解調出溫度信息。光源發出脈衝信號的同時給信號處理模塊發一個同步信號，通過計算發出光脈衝與接收到光信號的時間差和光在光纖中傳播的速度就能對異常事件進行定位。最終計算機根據採集到的信號判斷水管是否洩漏，並將情況反饋到用戶終端，完成對水管的安全監測。
檢測靈敏度和空間解析度是一對相互制約的量，它們與光源信號的脈寬有關。空間解析度與脈寬的關係為，其中c是光在真空中傳播的速度，T是光源信號脈寬，n是光纖纖芯的折射率，L為空間解析度。例如：監測10km長的水管，當光源向二氧化矽光纖注入脈寬為5ns的光脈衝時，理論空間解析度為0.8m。當光源向二氧化矽光纖注入脈寬增加到10ns時，由於在光纖中傳輸的光脈衝寬度也由1m隨之增加到2m，光纖中的光脈衝信號與介質分子相互作用時間變長，反向散射的光功率越強，檢測靈敏度也越高，但與此同時系統的空間解析度也由0.8m降低到了1.6m。實際當中可通過實驗來選擇最適合的光脈衝寬度。
以上所述實施例僅代表發明的實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能理解為對本發明範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明保護範圍。