本發(fā)明涉及機(jī)械震動(dòng)的測(cè)量領(lǐng)域，尤其涉及一種天然氣管道泄漏測(cè)量裝置。

背景技術(shù)：

泄漏檢測(cè)的必要性近幾年在全國(guó)各地，因燃?xì)夤艿赖男孤┮l(fā)的爆炸事故時(shí)有發(fā)生，泄漏所造成的浪費(fèi)也是驚人的(個(gè)別燃?xì)夤镜妮敳羁蛇_(dá)40％以上，只能靠收取開(kāi)戶(hù)費(fèi)用勉強(qiáng)維持公司的運(yùn)轉(zhuǎn))因而，找到漏點(diǎn)，找準(zhǔn)漏點(diǎn)，并及時(shí)給予修復(fù)，才能降低輸差，減少運(yùn)行成本，并防患于未然。絕大多數(shù)燃?xì)夤艿赖墓芾碚邔?duì)此非常重視，積極采取措施，想了許多辦法。但燃?xì)庑孤┯衅渥陨淼奶攸c(diǎn)，用傳統(tǒng)的辦法找準(zhǔn)漏點(diǎn)很不容易。

泄漏檢測(cè)的可能性由于燃?xì)赓|(zhì)量較輕，從破損處噴出后，會(huì)自然而然地向上升起，并竄出地面。但由于回填物密實(shí)度不均等原因，燃?xì)飧Z出地面時(shí)自然不會(huì)輕輕松松地垂直上升，而是往土質(zhì)疏松的地方“亂竄”。尤其是在混凝土路面下的泄漏點(diǎn)，燃?xì)庖蛏洗怪鄙鹁透永щy，而是從混凝土接縫處、破裂處和其他諸如綠化帶的地方竄出地面。需要強(qiáng)調(diào)的是，無(wú)論回填物有多么密實(shí)，泄出的燃?xì)饨K究會(huì)竄出地面，這就為我們捉住它提供了前提。燃?xì)飧Z出地面后會(huì)立即擴(kuò)散，使?jié)舛润E然下降。如果泄漏量本就不大，再加之回填土較為密實(shí)，從管道上方竄出地面的燃?xì)饩蜁?huì)少之又少，用傳統(tǒng)的方法(諸如“聞”的方法)非常難以捕捉，這就造成了沒(méi)有漏氣的假象。

查清管道位置采用管道探測(cè)儀查清管網(wǎng)的確切位置，這是泄漏檢測(cè)的前提。由于天然氣“亂竄”的特點(diǎn)，往往會(huì)在根本沒(méi)有管道的地方發(fā)現(xiàn)它的蹤影。如果我們據(jù)此來(lái)確定漏點(diǎn)位置，就會(huì)鬧出很多笑話(huà)。因而，搞清管道的位置，并引導(dǎo)我們?cè)诘孛嫜刂艿缆窂竭M(jìn)行泄漏檢測(cè)，就可避免因燃?xì)狻皝y竄”而造成漏點(diǎn)的錯(cuò)誤判斷。通常情況下，城市地下埋設(shè)的管網(wǎng)都較為密集，管道之間不可避免地會(huì)發(fā)生信號(hào)傳遞和干擾，這顯然就增加了將目標(biāo)管道和非目標(biāo)管道區(qū)別開(kāi)來(lái)的難度，同時(shí)，對(duì)目標(biāo)管道的深度測(cè)量也難以做到精確、可靠。這就會(huì)大大增加對(duì)漏點(diǎn)準(zhǔn)確定位時(shí)的危險(xiǎn)性。因而，急需一種天然氣管道泄漏檢測(cè)裝置，既具有較高的靈敏度，又能實(shí)現(xiàn)漏點(diǎn)的精準(zhǔn)定位。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種天然氣管道泄漏檢測(cè)裝置，采用多個(gè)光纖傳感器檢測(cè)管道泄漏振動(dòng)信號(hào)，連接不同波長(zhǎng)光纖濾波器，光纖傳感器之間互不干擾，提高檢測(cè)準(zhǔn)確性。

本發(fā)明還有另一個(gè)目的是，在傳輸光纖兩端設(shè)置波分復(fù)用器，能夠?qū)⒐庠窗l(fā)出的波長(zhǎng)不同的光信號(hào)合成一束后傳輸進(jìn)入傳輸光纖，簡(jiǎn)化了傳輸網(wǎng)絡(luò)，降低了成本。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是，提供漏點(diǎn)定位計(jì)算公式，實(shí)現(xiàn)漏點(diǎn)的精準(zhǔn)定位。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：

一種天然氣管道泄漏檢測(cè)裝置，其特征在于，包括：

傳輸光纖，其表面包覆減震材料，與聲場(chǎng)隔離；

多個(gè)光纖濾波器，其濾波波長(zhǎng)互不相同，等距離并聯(lián)后連接所述傳輸光纖；

多個(gè)光纖傳感器，其鋪設(shè)于天然氣管道一側(cè)，連接所述光纖濾波器，用于檢測(cè)管道泄漏振動(dòng)信號(hào)；以及

光源，其為多波長(zhǎng)寬帶連續(xù)激光器；

第一波分復(fù)用器，其設(shè)置在所述光源和所述傳輸光纖之間，用于將所述光源發(fā)出的波長(zhǎng)不同的光信號(hào)合成一束后傳輸進(jìn)入所述傳輸光纖；

光探測(cè)器，其連接所述傳輸光纖，用于探測(cè)所述光纖傳感器反射回的管道泄漏振動(dòng)信號(hào)；

第二波分復(fù)用器，其連接所述傳輸光纖和光探測(cè)器之間，用于將所述傳輸光纖的復(fù)合光束分成不同波長(zhǎng)的光信號(hào)；

定位處理器，其連接所述光探測(cè)器，用于識(shí)別泄漏信號(hào)，并根據(jù)泄漏信號(hào)定位天然氣管道泄漏點(diǎn)。

優(yōu)選的是，還包括光環(huán)形器，其連接所述第一波分復(fù)用器，第二波分復(fù)用器和所述傳輸光纖。

優(yōu)選的是，還包括光耦合器，其為1×2光耦合器，連接所述光環(huán)形器，用于將光信號(hào)分為兩束。

優(yōu)選的是，所述波分復(fù)用器為密集型波分復(fù)用器。

優(yōu)選的是，所述光纖傳感器為基于sagnac干涉儀或邁克爾遜干涉儀的光纖傳感器。

優(yōu)選的是，所述光探測(cè)器為光譜分析儀。

優(yōu)選的是，所述檢測(cè)裝置的工作過(guò)程，如下：

當(dāng)天然氣管道發(fā)生泄漏，氣體與泄漏孔壁會(huì)發(fā)生摩擦，使管道震動(dòng)，從而會(huì)有部分聲波信號(hào)作用到光纖傳感器上，導(dǎo)致光纖中傳播的光相位被調(diào)制，其表達(dá)式為：

$\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}\left(t\right)=2{\mathrm{\φ}}_i{\mathrm{cos\ω}}_i(t-\frac{{\mathrm{\τ}}_2+{\mathrm{\τ}}_1}{2}){\mathrm{sin\ω}}_i\left(\frac{{\mathrm{\τ}}_2-{\mathrm{\τ}}_1}{2}\right)$

其中，Δθ(t)為相位差；φ_i為光波的相位變化幅值，ω_i為泄漏信號(hào)的頻率，τ₁為光信號(hào)從光源正向傳播到漏點(diǎn)所需的時(shí)間，τ₂為光信號(hào)從光源逆向傳播到漏點(diǎn)所用時(shí)間t為光信號(hào)從傳輸光纖一端傳遞到另一端所需時(shí)間。

優(yōu)選的是，設(shè)所述泄漏點(diǎn)的聲波信號(hào)傳輸?shù)絺鞲衅鱪-1的時(shí)間為t_n-1，傳輸?shù)絺鞲衅鱪的時(shí)間為t_n，傳輸?shù)絺鞲衅鱪+1的時(shí)間為t_n+1，傳輸?shù)絺鞲衅鱪+2的時(shí)間為t_n+2，則泄漏點(diǎn)與第n個(gè)傳感器的距離X計(jì)算公式為：

$X=\frac{1.07e^{{\mathrm{\ω}}_i\mathrm{\σ}}}{2}ln\[2L-\frac{c}{n}(t_{n+1}-t_n-t_{n-1}+t_{n+2})\]+0.88$

其中，L為兩相鄰傳感器之間的距離，c為光在空氣中傳播速度，n為光纖折射率，ω_i為聲波振動(dòng)頻率，σ為傳感器工作波長(zhǎng)。

本發(fā)明的有益效果

1、本發(fā)明以無(wú)需供電的光纖傳感器作為泄漏信號(hào)的拾取裝置，利用與管道同溝鋪設(shè)的光纖以及光復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)光纖傳感器的信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸，解決了電傳感器供電及遠(yuǎn)距離通信的難題，可以較為密集地布設(shè)光纖傳感器，多傳感器聯(lián)合進(jìn)行時(shí)延估計(jì)提高對(duì)泄漏點(diǎn)的定位精度；此外光纖傳感器的靈敏度是傳統(tǒng)聲傳感器的數(shù)倍，可以顯著提高對(duì)天然氣管道微小泄漏檢測(cè)和定位的準(zhǔn)確度。

2、本發(fā)明采用多個(gè)光纖傳感器檢測(cè)管道泄漏振動(dòng)信號(hào)，連接不同波長(zhǎng)光纖濾波器，光纖傳感器之間互不干擾，提高檢測(cè)準(zhǔn)確性，在傳輸光纖兩端設(shè)置波分復(fù)用器，能夠?qū)⒐庠窗l(fā)出的波長(zhǎng)不同的光信號(hào)合成一束后傳輸進(jìn)入傳輸光纖，簡(jiǎn)化了傳輸網(wǎng)絡(luò)，降低了成本。

4、本發(fā)明提供漏點(diǎn)定位計(jì)算公式，實(shí)現(xiàn)漏點(diǎn)的精準(zhǔn)定位。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明所述的天然氣管道泄漏檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說(shuō)明書(shū)文字能夠據(jù)以實(shí)施。

如圖1所示，本發(fā)明提供天然氣管道泄漏檢測(cè)裝置包括：傳輸光纖100、光纖濾波器200、光纖傳感器300、光源400、第一波分復(fù)用器500、第二波分復(fù)用器600和光探測(cè)器700。

其中，傳輸光纖100，其為單模光纖，表面包覆減震材料，與聲場(chǎng)隔離；

多個(gè)光纖濾波器200，其濾波波長(zhǎng)互不相同，等距離并聯(lián)后連接傳輸光纖100；

多個(gè)光纖傳感器300，其鋪設(shè)于天然氣管道一側(cè)，連接光纖濾波器200，用于檢測(cè)管道泄漏振動(dòng)信號(hào)，光纖傳感器300為基于sagnac干涉儀或邁克爾遜干涉儀的光纖傳感器。

其中，光纖濾波器200波長(zhǎng)互不相同，光纖傳感器300工作波長(zhǎng)互不相同，光纖傳感器反饋回傳輸光纖100的光波長(zhǎng)互不相同。

光源400，其為多波長(zhǎng)寬帶連續(xù)激光器；

第一波分復(fù)用器500，其設(shè)置在光源400和傳輸光纖100之間，用于將光源400發(fā)出的波長(zhǎng)不同的光信號(hào)合成一束后傳輸進(jìn)入傳輸光纖100；

光探測(cè)器700，其連接傳輸光100纖，用于探測(cè)光纖傳感器300反射回的管道泄漏振動(dòng)信號(hào)，光探測(cè)器700選用光譜分析儀。

第二波分復(fù)用器600，其連接傳輸光纖100和光探測(cè)器700之間，用于將傳輸光纖100的復(fù)合光束分成不同波長(zhǎng)的光信號(hào)；

定位處理器800，其連接光探測(cè)器700，用于識(shí)別泄漏信號(hào)，并根據(jù)泄漏信號(hào)定位天然氣管道泄漏點(diǎn)。

光環(huán)形器710，其連接第一波分復(fù)用器500，第二波分復(fù)用器600和傳輸光纖100，用于完成正反向傳輸光的分離任務(wù)。

光耦合器，其為1×2光耦合器，連接所述光環(huán)形器，用于將光信號(hào)分為兩束。

作為一種優(yōu)選，第一波分復(fù)用器500和第二波分復(fù)用器600為密集型波分復(fù)用器。

天然氣管道泄漏檢測(cè)裝置的工作過(guò)程，如下：

光源400發(fā)出的光經(jīng)過(guò)光環(huán)形器710，進(jìn)入光耦合器，輸入光在1×2耦合器中分成兩束，分別沿光纖傳感器300光纖環(huán)的順時(shí)針和逆時(shí)針?lè)较騻鞑ィ?dāng)天然氣管道發(fā)生泄漏，氣體與泄漏孔壁會(huì)發(fā)生摩擦，使管道震動(dòng)，從而會(huì)有部分聲波信號(hào)作用到光纖傳感器300上，導(dǎo)致光纖中傳播的光相位被調(diào)制，其表達(dá)式為：

$\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}\left(t\right)=2{\mathrm{\φ}}_i{\mathrm{cos\ω}}_i(t-\frac{{\mathrm{\τ}}_2+{\mathrm{\τ}}_1}{2}){\mathrm{sin\ω}}_i\left(\frac{{\mathrm{\τ}}_2-{\mathrm{\τ}}_1}{2}\right)$

其中，Δθ(t)為相位差；φ_i為光波的相位變化幅值，ω_i為泄漏信號(hào)的頻率，τ₁為光信號(hào)從光源正向傳播到漏點(diǎn)所需的時(shí)間，τ₂為光信號(hào)從光源逆向傳播到漏點(diǎn)所用時(shí)間t為光信號(hào)從傳輸光纖一端傳遞到另一端所需時(shí)間。

所述泄漏點(diǎn)的聲波信號(hào)傳輸?shù)絺鞲衅鱪-1的時(shí)間為t_n-1，傳輸?shù)絺鞲衅鱪的時(shí)間為t_n，傳輸?shù)絺鞲衅鱪+1的時(shí)間為t_n+1，傳輸?shù)絺鞲衅鱪+2的時(shí)間為t_n+2，則泄漏點(diǎn)與第n個(gè)傳感器的距離X計(jì)算公式為：

$X=\frac{1.07e^{{\mathrm{\ω}}_i\mathrm{\σ}}}{2}ln\[2L-\frac{c}{n}(t_{n+1}-t_n-t_{n-1}+t_{n+2})\]+0.88$

其中，L為兩相鄰傳感器之間的距離，c為光在空氣中傳播速度，n為光纖折射率，ω_i為聲波振動(dòng)頻率，σ為傳感器工作波長(zhǎng)。

實(shí)施以天然氣管道泄漏檢測(cè)裝置的工作過(guò)程為例，作進(jìn)一步說(shuō)明

光源400發(fā)出的光經(jīng)過(guò)光環(huán)形器710，進(jìn)入光耦合器，輸入光在1×2耦合器中分成兩束，第一波分復(fù)用器500，其設(shè)置在光源400和傳輸光纖100之間，用于將光源400發(fā)出的波長(zhǎng)不同的光信號(hào)合成一束后傳輸進(jìn)入傳輸光纖100，光纖濾波器200波長(zhǎng)互不相同，光纖傳感器300工作波長(zhǎng)互不相同，光纖傳感器反饋回傳輸光纖100的光波長(zhǎng)互不相同，天然氣管道發(fā)生泄漏，氣體與泄漏孔壁會(huì)發(fā)生摩擦，使管道震動(dòng)，從而會(huì)有部分聲波信號(hào)作用到光纖傳感器300上，每個(gè)光纖傳感器300對(duì)應(yīng)一個(gè)工作波長(zhǎng)，當(dāng)有震動(dòng)信號(hào)作用在第N個(gè)光纖傳感器上，光探測(cè)器700接收對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的光信號(hào)，從而識(shí)別對(duì)應(yīng)光纖傳感器的位置，根據(jù)漏點(diǎn)距離計(jì)算公式準(zhǔn)確定位漏點(diǎn)。

本發(fā)明以無(wú)需供電的光纖傳感器作為泄漏信號(hào)的拾取裝置，利用與管道同溝鋪設(shè)的光纖以及光復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)光纖傳感器的信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸，解決了電傳感器供電及遠(yuǎn)距離通信的難題，可以較為密集地布設(shè)光纖傳感器，多傳感器聯(lián)合進(jìn)行時(shí)延估計(jì)提高對(duì)泄漏點(diǎn)的定位精度；此外光纖傳感器的靈敏度是傳統(tǒng)聲傳感器的數(shù)倍，可以顯著提高對(duì)天然氣管道微小泄漏檢測(cè)和定位的準(zhǔn)確度，采用多個(gè)光纖傳感器檢測(cè)管道泄漏振動(dòng)信號(hào)，連接不同波長(zhǎng)光纖濾波器，光纖傳感器之間互不干擾，提高檢測(cè)準(zhǔn)確性，在傳輸光纖兩端設(shè)置波分復(fù)用器，能夠?qū)⒐庠窗l(fā)出的波長(zhǎng)不同的光信號(hào)合成一束后傳輸進(jìn)入傳輸光纖，簡(jiǎn)化了傳輸網(wǎng)絡(luò)，降低了成本，提供漏點(diǎn)定位計(jì)算公式，實(shí)現(xiàn)漏點(diǎn)的精準(zhǔn)定位。

盡管本發(fā)明的實(shí)施方案已公開(kāi)如上，但其并不僅僅限于說(shuō)明書(shū)和實(shí)施方式中所列運(yùn)用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對(duì)于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實(shí)現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細(xì)節(jié)和這里示出與描述的圖例。