管道光纖光柵遠程自動預警裝置的製作方法
2023-05-13 16:06:41 1
專利名稱：管道光纖光柵遠程自動預警裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及安全監控技術領域，具體涉及一種管道光纖光柵遠程自動預警裝置。
背景技術：
管道技術在石油、天然氣等輸送中有著獨特的優勢，隨著西部油氣資源的開發和境外能源的大量採購，如已有的中俄和中哈管道，管道運輸將會在我國國民經濟中佔據越來越重要的地位。長輸油氣管道的運行環境一般具備以下特點(一)屬於中壓或高壓管道，且輸送介質皆為易燃易爆危險品，因此，對管道因內外載荷變化所引起的變形具有嚴格要求。(二)為典型的長距離線性工程，動輒數百數千乃至上萬公裡，且出於安全的考慮管道路 由一般都選擇在人煙稀少的山地丘陵等地帶，因此，管道所在環境缺少電源，甚至無手機信號，汛期的雷雨天氣和極端的高低溫較為常見。(三)管道需要埋於地下，因此，管道所處地理環境較複雜，尤其是當發生地質災害時，會對長輸油氣管道產生較大的威脅。因此，對長輸油氣管道的應力應變進行準確及時的監測，使長輸油氣管道的變形程度在允許的範圍內，從而防止長輸油氣管道洩漏具有重要意義。另外，管道地質災害是以地質災害及其他不良地質環境為致災體、以管道本體及其附屬設施為承災體的一種成災過程，將管道本體及其附屬設施可簡稱為管道。致災體對承災體的破壞，一般表現為應力應變的累積作用即過大的拉伸應力將導致管道拉裂，過大的壓縮應力則導致管道的屈曲。材料力學和結構力學對管道應力應變的變化與管道地質災害之間的關係已有明確的計算公式，因此，通過精確的監測管道應力應變的變化情況，還可以有效的預測管道所處地理環境的地質災害風險程度。但是，現有技術中，常用的監測長輸油氣管道應力應變是使用電阻式應變片或者振弦式應變計，但是，這兩種監測技術經常因電弧、雷暴或腐蝕等原因發生熔斷、短路和鏽蝕的情況，從而嚴重影響原始應力應變數據採集的連續性和穩定性，從而降低了監測裝置的監測效用，致使無法及時準確的獲知管道的變形情況。
實用新型內容針對現有技術存在的缺陷，本實用新型提供一種管道光纖光柵遠程自動預警裝置，能夠對管道變形數據進行精確採集、傳輸和分析，快速檢測出應力集中的管段，並發出預警或報警信息，實現了對管道的監測預警；而且，針對管道本體產生的監測數據，也可以用於判斷該管段所處地質環境的變化情況，為地質災害的風險防治提供技術依據。本實用新型採用的技術方案如下本實用新型提供一種管道光纖光柵遠程自動預警裝置，包括遠程監控伺服器和安裝在監測現場的一個以上監測單元；所述遠程監控伺服器通過通信網絡與各個所述監測單元連接；每一個所述監測單元均包括通信模塊、光纖光柵解調儀和一個以上固定安裝在長輸油氣管道外表面的光纖光柵應變計；各個所述光纖光柵應變計通過光纜與所述光纖光柵解調儀連接，所述光纖光柵解調儀還與所述通信模塊連接。優選的，還包括報警裝置；所述報警裝置與所述遠程監控伺服器連接。優選的，所述報警裝置為聲音報警裝置和/或光報警裝置。優選的，所述通信模塊為有線通信模塊和/或無線通信模塊。優選的，所述無線通信模塊為GPRS通信模塊、WCDMA通信模塊、GSM通信模塊、WiFi通信模塊中的一種或幾種。優選的，所述光纖光柵應變計與所述長輸油氣管道外表面通過焊接和/或磁吸附的方式固定連接。優選的，所述光纖光柵解調儀的一個通道串接5-30個所述光纖光柵應變計。優選的，所述光纖光柵解調儀的一個通道串接16個所述光纖光柵應變計。優選的，還包括密封固定安裝在所述長輸油氣管道外表面的隔離外殼；所述光纖光柵應變計設置在所述隔離外殼的內部。本實用新型的有益效果如下(I)通過光纖光柵應變計對管道應力應變數據進行採集，具有抗幹擾能力強的優點，因此，採集到的應力應變數據準確；(2)將光纖光柵應變計串接組網實現多點同時測量，簡化了光纖光柵應變計及引出線的布設，避免了以往逐點測量的不便；(3)遠程監控伺服器能夠對管道軸向應變和彎曲應變變化等綜合指標進行集中分析，判斷管道的安全狀態，及時發布預報預警；(4)遠程監控伺服器和各個監測單元通過網絡通信，尤其是可以通過無線網絡通信，具有布線簡單的優點，還具有數據傳輸安全可靠和成本低廉的優點；(5)光纖光柵解調儀的一個通道串接多個光纖光柵應變計，縮小了光纖光柵解調儀的體積，便於現場布置。
圖I為本實用新型提供的管道光纖光柵遠程自動預警裝置的結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型進行詳細說明如圖I所示，本實用新型提供一種管道光纖光柵遠程自動預警裝置，包括遠程監控伺服器和安裝在監測現場的一個以上監測單元；所述遠程監控伺服器通過通信網絡與各個所述監測單元連接；每一個所述監測單元均包括通信模塊、光纖光柵解調儀和一個以上固定安裝在長輸油氣管道外表面的光纖光柵應變計；各個所述光纖光柵應變計通過光纜與所述光纖光柵解調儀電連接，所述光纖光柵解調儀還與所述通信模塊電連接。其中，光纖光柵應變計與長輸油氣管道外表面可以通過焊接和/或磁吸附的方式固定連接。光纖光柵解調儀的一個通道可以串接5-30個所述光纖光柵應變計，例如16個。其中，光纖光柵解調儀串聯的光纖光柵應變計的數量根據光纜的長度和所穿越不良地質條件的多寡確定。通過這種布置方式，可以縮小了光纖光柵解調儀的體積，便於現場布置。[0026]由於光纖光柵應變計需要安裝在地面以下，所以，為確保高靈敏度的光纖光柵應變計不受土體擠壓影響，光纖光柵應變計外部需要加裝隔離外殼。該隔離外殼密封固定安裝在長輸油氣管道外表面，並且具有一定的剛性，不與管道外表面發生挪移且與光纖光柵應變計保持一定的距離，避免直接向光纖光柵應變計傳導土體壓力。實際應用中，隔離外殼可以採用不鏽鋼材質以提高防腐性能。本實用新型中，各個監測單元與遠程監控伺服器通過通信模塊通信，通信模塊可以為有線通信模塊和/或無線通信模塊。其中，無線通信模塊為GPRS通信模塊、WCDMA通信模塊、GSM通信模塊、WiFi通信模塊中的一種或幾種。由於長輸油氣管道的遠程監控伺服器一般設置在貼近油氣用戶的大城市附近，而管道鋪設遠在數千公裡之外，因此採用無線通信模式實現光纖光柵解調儀採集並解調的數據的遠程傳輸，具有成本低廉、安全可靠和布線簡單的優點。本實用新型提供的管道光纖光柵遠程自動預 警裝置的工作過程為(I)光纖光柵解調儀內部光源發出連續的寬帶光，經光纜傳輸到監測現場布設的光纖光柵應變計；使用光纖光柵應變計進行管道應變監測，與其他類型的應變計相比，光柵波長信號的採集可以不受管道表面陰保電流影響，利於使用光纜進行長距離信號傳輸；同時即便充分考慮信號衰減問題，在不採用信號放大增益設施的情況下，使用光纜進行信號傳輸的距離也要數倍於金屬材質的其他數據線,可達數十公裡。(2)光纖光柵應變計內部的測量敏感元件——光纖光柵對該寬帶光有選擇地反射回相應的一個窄帶光，經同一傳輸光纜返回到光纖光柵解調儀內部的探測器；通過探測器測定出各個光纖光柵應變計所返回的不同窄帶光的中心波長，從而解析出各監測點的應力應變數據。由於光柵是一段經過特殊加工的光纖，能夠反射特定範圍的、納米級的波長。當管道管體發生應變時，附著在管道管體上的光柵所反射的波長隨之變化；因此，通過檢測反射回的波長數據，並進行分析計算後，即可得到附著部位的最大拉伸應力、最大壓縮應力和最大彎曲應力等應力指標。(3)光纖光柵解調儀將得到的上述應力應變數據傳輸給通信模塊；(4)通信模塊再將上述應力應變數據傳輸給遠程監控伺服器；(5)遠程監控伺服器對接收到的應力應變數據進行綜合分析。本實用新型中，遠程監控伺服器與監測現場的光纖光柵應變計採用雙向通信方式即遠程監控伺服器可接收現場光纖光柵應變計上傳的監測數據，實現遠程採集的效果；同此，遠程監控伺服器也可以對現場數據採集設備發送相關測控指令。具體而言，以通信模塊為GPRS模塊為例GPRS模塊與光纖光柵解調儀的COMl採用標準RS-232通信方式，以AT指令實現互相之間的通信。現場的光纖光柵解調儀平時處於靜默狀態，只在指定的時間段讀取光纖光柵應變計的數據以節約電能；當遠程監控伺服器對某一光纖光柵解調儀有數據要求時，開啟GPRS建立無線連接即可取得光纖光柵解調儀測得的數據。遠程監控伺服器內置專用分析預警軟體解析數據，通過對光纖光柵解調儀上傳的監測數據進行分析，生成管道軸向應變和彎曲應變變化等綜合指標。依據基於應力或基於應變的分析評價手段，判斷管道的安全狀態，及時發布預報預警。其中，專用分析預警軟體為微軟Windows全兼容軟體,能以多任務方式在後臺運行；可以在多種廣域/區域網路直接運行以及採用SQL方式實現全功能管理，具有全開放性接口以便第三方軟體連接，並可以直接連接通用商用數據及圖形軟體進行數據編輯、報表及圖形在線處理。專用分析預警軟體對接收到的監測數據自動按時間序列連續描述管道的應力應變大小及其分布，對接收到的實測值與預設標準值進行比較，對超應力或應力快速集中的管段自動發布預警信息，尤為適用於長輸油氣管道這種長距離線性工程的監測預警；同時，針對管道本體產生的監測數據，也可以用於判斷該管段所處地質環境的變化情況，為地質災害的風險防治提供技術依據。本實用新型中，採用的報警方式可以為直接向顯示界面推送報警信息，也可以採用聲音報警裝置和/或光報警裝置進行報警。當然，也可以通過簡訊的方式向指定的手機或電腦等客戶端發送報警簡訊。綜上所述，本實用新型提供的管道光纖光柵遠程自動預警裝置具有以下優點(I)通過光纖光柵應變計對管道應力應變數據進行採集，具有抗幹擾能力強的優點，因此，採集到的應力應變數據準確； (2)將光纖光柵應變計串接組網實現多點同時測量，簡化了光纖光柵應變計及引出線的布設，避免了以往逐點測量的不便；(3)遠程監控伺服器能夠對管道軸向應變和彎曲應變變化等綜合指標進行集中分析，判斷管道的安全狀態，及時發布預報預警；(4)遠程監控伺服器和各個監測單元通過網絡通信，尤其是可以通過無線網絡通信，具有布線簡單的優點，還具有數據傳輸安全可靠和成本低廉的優點；(5)光纖光柵解調儀的一個通道串接多個光纖光柵應變計，縮小了光纖光柵解調儀的體積，便於現場布置。以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視本實用新型的保護範圍。
權利要求1.一種管道光纖光柵遠程自動預警裝置，其特徵在於，包括遠程監控伺服器和安裝在監測現場的一個以上監測單元；所述遠程監控伺服器通過通信網絡與各個所述監測單元連接；每一個所述監測單元均包括通信模塊、光纖光柵解調儀和一個以上固定安裝在長輸油氣管道外表面的光纖光柵應變計；各個所述光纖光柵應變計通過光纜與所述光纖光柵解調儀連接，所述光纖光柵解調儀還與所述通信模塊連接。
2.根據權利要求I所述的管道光纖光柵遠程自動預警裝置，其特徵在於，還包括報警裝置；所述報警裝置與所述遠程監控伺服器連接。
3.根據權利要求2所述的管道光纖光柵遠程自動預警裝置，其特徵在於，所述報警裝置為聲音報警裝置和/或光報警裝置。
4.根據權利要求I所述的管道光纖光柵遠程自動預警裝置，其特徵在於，所述通信模塊為有線通信模塊和/或無線通信模塊。
5.根據權利要求4所述的管道光纖光柵遠程自動預警裝置，其特徵在於，所述無線通信模塊為GPRS通信模塊、WCDMA通信模塊、GSM通信模塊、WiFi通信模塊中的一種或幾種。
6.根據權利要求I所述的管道光纖光柵遠程自動預警裝置，其特徵在於，所述光纖光柵應變計與所述長輸油氣管道外表面通過焊接和/或磁吸附的方式固定連接。
7.根據權利要求I所述的管道光纖光柵遠程自動預警裝置，其特徵在於，所述光纖光柵解調儀的一個通道串接5-30個所述光纖光柵應變計。
8.根據權利要求7所述的管道光纖光柵遠程自動預警裝置，其特徵在於，所述光纖光柵解調儀的一個通道串接16個所述光纖光柵應變計。
9.根據權利要求I所述的管道光纖光柵遠程自動預警裝置，其特徵在於，還包括密封固定安裝在所述長輸油氣管道外表面的隔離外殼；所述光纖光柵應變計設置在所述隔離外殼的內部。
專利摘要本實用新型提供一種管道光纖光柵遠程自動預警裝置，包括遠程監控伺服器和安裝在監測現場的一個以上監測單元；所述遠程監控伺服器通過通信網絡與各個所述監測單元連接；每一個所述監測單元均包括通信模塊、光纖光柵解調儀和一個以上固定安裝在長輸油氣管道外表面的光纖光柵應變計；各個所述光纖光柵應變計通過光纜與所述光纖光柵解調儀連接，所述光纖光柵解調儀還與所述通信模塊連接。因此，能夠對管道變形數據進行精確採集、傳輸和分析，快速檢測出應力集中的管段，並發出預警或報警信息，實現了對管道的監測預警；而且，針對管道本體產生的監測數據，也可以用於判斷該管段所處地質環境的變化情況，為地質災害的風險防治提供技術依據。
文檔編號G01B11/16GK202582505SQ20122025596
公開日2012年12月5日 申請日期2012年6月1日 優先權日2012年6月1日
發明者魏東, 黃建忠 申請人:北京科力華安地質災害監測技術有限公司