[发明专利]一种多参量多模态高精度管道泄漏监控与定位系统

说明书

本发明公开了一种多参量多模态高精度管道泄漏监控与定位系统，包括弱反射点阵列光纤、传感光纤、解调模块、综合分析模块；弱反射点阵列光纤、传感光纤传感得到的信息通过解调模块解调后与综合分析模块相连；弱反射点阵列光纤铺设于被测管道的内壁或者外壁；传感光纤通过遇水膨胀材料铺设封装于被测管道的外壁；所述解调模块包括温度解调子模块、湿度解调子模块、振动解调子模块、声波定位子模块和信号解调光开关；弱反射点阵列光纤与声波定位子模块相连；传感光纤与信号解调光开关相连，信号解调光开关用于分时切换温度解调子模块、湿度解调子模块、振动解调子模块。本发明可实现大范围的管道多参量实时监测，定位精度高，抗干扰性强。

技术领域

本发明涉及传感技术领域，特别涉及多参量多模态高精度管道泄漏监控与定位系统。

背景技术

自来水管道在城市管网系统中占有极其重要的地位，管道泄漏不仅会造成水资源的浪费，还会严重影响到城市交通、卫生和居民的生活。目前，城镇供水管道网的泄漏造成我国每年巨大的经济损失以及饮用水浪费。因此，急需有一套能准确定位管道泄漏的监控系统。

在一种现有的应用于居民生活区的管道测漏监控系统中，通过设置多套流量计来计算管道流量的大小，并依据管道内流体动力学和管道网络拓扑结构来推测管道泄漏点位置。然而，这套系统的缺点在于泄漏定位精度低，一般为百米量级，导致了后续的管道维修工程量巨大，需要对数百米范围内停水并通过通氦气等昂贵检测手段进一步精确定位泄漏点位置。此外，流量计价格昂贵而使用寿命仅仅只有2至3年，维护和更换成本高。

另外一种现有的基于分布式光纤传感系统（DAS）的管道测漏监控系统，其主要原理可以简述为：当有声学或振动事件发生时，频率会改变当下位置光纤纤芯的折射率，从而影响光纤传输过程中的瑞利散射大小和方向，通过检测是否有异常的反射信号来判断管道内部是否发生了泄漏。但该技术对于泄漏点的定位，主要是根据管道网络的拓扑结构和流体力学等参量，应用算法来实现对泄漏点的定位，算法的优劣将直接影响解调定位的精度，目前该技术实现的最高精度定位在几十米的量级。此外，通过该技术实现的光纤水听器依据定位精度的不同，产业化的产品价格在20万到100万之间，价格昂贵。而且，由于解调到的信号的信噪比低，环境中许多因素的振动或声学信号，都将直接影响管道泄漏定位的精度。

发明内容

鉴于现有技术存在的缺陷，本发明提供多参量多模态高精度管道泄漏监控与定位系统，多传感器信息融合可以定位供水管道网泄漏点的位置，也可以用于探测并定位输油管道中的泄漏点，探测精度达米级；根据应用居民生活区实际情况，使用光开关进行时分复用，一个设备可监测上百路供水管道的泄漏情况，最长的一路可达十公里数量级，同时具备多参量的实时监测以此来提高系统的抗干扰性。

一种多参量多模态高精度管道泄漏监控与定位系统，包括弱反射点阵列光纤、传感光纤、解调模块、综合分析模块；所述的弱反射点阵列光纤、传感光纤传感得到的信息通过解调模块解调后与综合分析模块相连，从而监控被测管道，定位泄漏点；所述的弱反射点阵列光纤铺设于被测管道的内壁或者外壁，用于传感声波；所述的传感光纤通过遇水膨胀材料铺设封装于被测管道的外壁，用于传感温度、湿度和振动；所述解调模块包括温度解调子模块、湿度解调子模块、振动解调子模块、声波定位子模块和信号解调光开关； 所述的弱反射点阵列光纤与声波定位子模块相连；所述的传感光纤与信号解调光开关相连，信号解调光开关用于分时切换温度解调子模块、湿度解调子模块、振动解调子模块。

所述的传感光纤为普通标准单模光纤，使用遇水膨胀材料进行封装。

所述的遇水膨胀材料包括膨胀土防水毯（GCL）、聚氨酯遇水膨胀胶或腻子型遇水膨胀止水条。

所述遇水膨胀材料将被测管道外的湿度信号转换成光纤应变信息；所述湿度解调子模块，包括一台光时域反射仪（OTDR），泄漏点附近的光纤应变后折射率变化，导致该点瑞利散射增强，对应在光时域反射曲线产生突变的位置即为泄漏点的位置，通过接收到的瑞利散射光的时延判断探测点位置，通过散射光的强度反映探测点光纤应变。