[发明专利]应力波与光纤传感复式管道安全预警系统

说明书

技术领域

本发明是一种应力波与光纤传感复式管道安全预警系统。涉及测量应力、 机械振动的测量、冲击的测量和管道系统技术领域。

背景技术

油气管道作为工业经济的命脉，在国民经济中居于重要位置。近年来，随 着我国长输管道的迅猛发展，因非法施工、打孔盗油等第三方破坏事件和自然 灾害所造成的管道安全事故时有发生，严重的影响着管道的安全运行。早在上 世纪，国内外很多科技人员就致力于油气管道的安全运营防护技术的研究和应 用。目前，国内外所采用的方法主要是在管线上安装利用监测流量、压力等物 理参数发生变化的泄漏监测系统，常用的方法有压力波法、统计分析法、模型 法等。这些方法虽然也能够尽快发现管道泄漏，但只能是管线发生泄漏后才能 进行报警和定位，管道安全事故已经发生。那么，如何利用各种相关的新技术， 研究出一种经济可行的管道安全预警技术，使得管道在遭受打孔盗油、非法机 械开挖等第三方破坏之前能够迅速报警并准确定位，并及时通知相关管理人员， 为阻止管道破坏事件的发生赢得宝贵时间，从而避免环境污染、人员伤亡等次 生灾害，有着十分重要的意义。

管道安全预警技术是超前研究领域，国外发达国家主要针对意外过失损坏， 国内还存在人为故意破坏，目前，国内外所采用的方法还是以人防为主的飞机、 汽车巡线、电话报警、设置岗哨等，还都没有经济可行的技术手段。近年出现 一种基于对管道破坏所产生的声音和振动信号进行检测和定位的技术，中国实 用新型专利号200320100537.2、200720103693.2等对此类技术做了详细的描 述，这一技术的原理是依靠实时监测管道上的微振动信号来进行分析和判断， 然后远传到报警中心进行综合判断，这些方法虽然也有一定的预警能力，而且 报警较为准确，但由于受制于系统的通信和供电等问题而存在很大的局限性。

随着光纤技术的发展，光纤传感也开始应用于安全预警领域，主要有干涉 型分布式光纤传感技术以及后向散射型分布式光纤传感技术，干涉型主要代表 为中国发明专利申请号200410020046.6，200410016038及专利号ZL 99814375.8，散射型主要代表为中国发明专利申请号02145502.3。这些系统虽 然可以利用光缆来检测管道埋设周边土壤的振动信号，但这些方法所使用光缆 都是利用特制的传感光缆进行试验的。实际上目前与管道同沟铺设的通讯光缆 为了保证本身的埋设安全，一方面在成缆形式上采用光缆悬浮于油膏的方式， 降低了光纤对外界微振动的敏感性能，另一方面，通讯光缆在埋设过程中，光 缆外部都采用金属铠装及穿套硅芯管保护等方式，进一步隔离了外界的振动信 号，因此这些依靠光缆进行管道安全预警的系统目前只停留在试验阶段，无法 在工业管道现场应用。

发明内容

本发明的目的是发明一种经济实用、性能稳定、灵敏度高的应力波与光纤 传感复式管道安全预警系统。

本发明的构成如图1所示，它由光纤传感管道安全预警系统的管道同沟光 缆22、外卡式光缆振动装置23、振动信号采集及处理装置25、传感器及固定 装置27、信号线组成。安装在埋于地表21下管道28外的传感器及固定装置27 之输出由信号线26接振动信号采集及处理装置25的输入，接振动信号采集及 处理装置25的输出由信号线24连接卡在管道同沟光缆22上的外卡式光缆振动 装置23的输入。由传感器及固定装置27将测得的振动信号经信号线26送入振 动信号采集及处理装置25，经处理后的信号由信号线24输到外卡式光缆振动 装置23的输入，外卡式光缆振动装置23将振动信号作用于光纤传感管道安全 预警系统，由光纤传感管道安全预警系统定位并给出报警信息。

其中振动信号采集及处理装置25的电原理如图3所示，它由传感器、信号 调理电路、光缆信号调制模块、单片机、数据存储器、数字信号处理单元、JTAG 口及电源模块组成。传感器输出接信号调理电路，信号调理电路输出接单片机 的输入；光缆信号调制模块与单片机有输入和输出连接；有JTAG口的数字信号 处理单元与数据存储器有输入和输出连接，而数据存储器与单片机也有输入和 输出连接；电源模块为单片机、数字信号处理单元供电。

其中：

信号调理电路由电荷放大器、可编程放大器、带通滤波器、A/D转换和单 片机组成；

电荷放大器如图4所示，是由运算放大器构成的放大器；

带通滤波器如图5所示，也是由运算放大器构成的；