一种埋地管道悬空状态分布式光纤监测装置及其监测方法制造方法及图纸

一种埋地管道悬空状态分布式光纤监测装置及其监测方法，属于结构安全监测技术领域。该监测装置包括光纤传感器和数据采集仪器，光纤传感器纵向平行并固定在相当于时钟3点、9点、12点位置的埋地管道的外壁上，通过光纤传感器获得管道的纵向应变数据，提取弯曲应变数据按照悬空管道附加弯矩分布特征识别管道悬空位置和长度。与传统的管道监测方法相比，具有实时监测、远程传感、分布式测量的优势。可以获取管道全长的应变分布状态，根据悬空管道附加弯矩分布特征判断管道任意位置的悬空出现，识别管道悬空长度及其影响范围，并可根据监测数据实时评估管道弯曲应力，避免因悬空未能及时发现而导致的管道破坏，实现管道悬空状态的实时监测和科学预警。

【技术实现步骤摘要】
一种埋地管道悬空状态分布式光纤监测装置及其监测方法
本专利技术涉及一种埋地管道悬空状态分布式光纤监测装置及其监测方法，属于结构安全监测

技术介绍
天然气、石油与煤炭作为当今世界一次性能源的三大支柱，在国家的经济发展中起着相当重要的作用。长期以来，我国一直都是煤炭消费大国，在发展经济的同时也带来了严重的环境问题。进入新时代以来，我国逐步进行能源结构调整优化，走向大力开发清洁能源的道路。我国对石油和天然气消费量呈井喷式的增长，埋地管道作为油气资源的主要运输方式之一，是较为经济、合理的运输方式。我国埋地管道的大力兴建，铺设场地环境越来越复杂，埋地管道安全运行形势也较为严峻。通常，管道在滑坡、侵蚀、沉降、洪水以及流动沙丘等地质或自然灾害作用下会产生悬空，管道应力会发生变化。若管道弯曲应力过大，会导致管道发生塑性变形甚至破裂。而本身运输介质具有易燃、易爆等特点，一旦发生事故，可能会造成重大的经济损失和严重的环境污染，甚至对人民的生命安全构成威胁。因此，对管道悬空状态进行及时预警显得十分重要。传统的管道监测包括超声波法、负压波法、涡流检测法、漏磁监测法、压电阻抗法、光纤光栅监测技术。但是对于沙漠或山区等野外条件，这些方法会受到天气环境、交通荷载、电磁干扰以及复杂环境腐蚀的影响，无法及时发现管道悬空。因此迫切需要一种适合管道长距离布设进行管道悬空监测的方法。本专利技术针对此问题，提出将基于Brillouin散射原理原理的布里渊光纤传感技术应用于埋地管道，利用其实时监测、远程传感、分布式测量的优势，可以对管道全长的应变分布状况进行监测，根据悬空管道附加弯矩分布特征准确判断管道任意位置的悬空出现，识别管道悬空长度及其影响范围，并可根据监测数据实时评估管道弯曲应力，避免因悬空未能及时发现而导致的管道破坏，实现管道悬空状态的实时监测和科学预警。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种埋地管道悬空状态分布式光纤监测装置及其监测方法，通过将Brillouin分布式应变光纤传感器纵向布设到埋地管道表面进行分布式测量，可以根据悬空管道附加弯矩分布特征准确判断管道任意位置的悬空出现，识别悬空长度及其影响范围，并可根据分布式传感器采集的管道全长应变分布状况，实时评估管道弯曲应力，为悬空状态导致的管道失效提供科学预警。本专利技术的技术方案是：一种埋地管道悬空状态分布式光纤监测装置，它包括分布式应变光纤传感器和数据采集仪器，所述分布式应变光纤传感器纵向平行并固定在相当于时钟3点、9点、12点位置的埋地管道的外壁上，时钟12点位置的第二分布式应变光纤传感器分别连接时钟3点位置的第一分布式应变光纤传感器和时钟9点位置的第三分布式应变光纤传感器，第一分布式应变光纤传感器和第三分布式应变光纤传感器分别与数据采集仪器连接；由于沿埋地管道纵向布设的分布式应变光纤传感器采集的应变是弯曲应变和轴向应变叠加的结果，通过分布式应变光纤传感器获得管道的纵向应变数据，提取弯曲应变数据按照悬空管道附加弯矩分布特征识别管道悬空位置和长度。所述第一分布式应变光纤传感器采用第一约束试件与环氧树脂固定在相当于时钟3点位置的埋地管道的外壁上。所述第二分布式应变光纤传感器采用第二约束试件、第三约束试件与环氧树脂固定在相当于时钟12点位置的埋地管道的外壁上。所述第三分布式应变光纤传感器采用第四约束试件与环氧树脂固定在相当于时钟9点位置的埋地管道的外壁上。所述的一种埋地管道悬空状态分布式光纤监测方法采取以下步骤：第一步、根据埋地管道的长度，确定分布式应变光纤传感器的长度；第二步、根据埋地管道的外径和施工工艺，确定将保护分布式应变光纤传感器的约束试件截面尺寸；第三步、采用聚丙烯、聚乙烯、聚氨酯通用塑料材料制作约束试件；第四步、在埋地管道施工现场，分别从埋地管道起始端沿相当于时钟3点、9点以及12点向末端纵向布设分布式应变光纤传感器，将分布式应变光纤传感器用胶带间隔等距离固定住，并在分布式应变光纤传感器的起始端和末端预留一段用于连接的长度；第五步、在埋地管道起始端，将相当于时钟3点和12点处的分布式应变光纤传感器都分别先套上热塑管后熔接在一起，然后拧紧热塑管，对分布式应变光纤传感器的连接部位形成封装保护；在埋地管道末端，将相当于时钟9点和12点处的分布式应变光纤传感器的连接部位进行同样处理的封装保护；第六步、将埋地管道起始端、相当于时钟9点与埋地管道末端、相当于时钟3点处的分布式应变光纤传感器的预留长度分别连接好导引光缆，并采取与第五步同样的保护措施对连接部位进行封装；第七步、分别在埋地管道相当于时钟3点、9点以及12点附近纵向布置相应的约束试件；第八步、从埋地管道起始端到末端在相当于时钟3点、9点以及12点处的约束试件浇筑环氧树脂，将分布式应变光纤传感器完全包裹住，待其凝固；第九步、在完成三条分布式应变光纤传感器的布设和保护后，将两条导引光缆分别连接到数据采集仪器；第十步、通过数据采集仪器对埋地管道全长的应变数据进行采集，用下列公式进行计算：式中，x为沿管道纵向的某一任意位置，εL(x)、εR(x)、εD(x)分别为管道在x处截面相当于时钟9点、3点、12点处的光纤实测应变值，θ为管道中性面偏转角，εW(x)、εZ(x)为管道在x处的弯曲和轴向应变；通过分布式应变光纤传感器获得管道的纵向应变数据，根据上式进行换算得到沿管道任意位置的弯曲应变和轴向应变，进而通过将弯曲应变数据按照悬空管道附加弯矩分布特征识别管道悬空位置和长度。本专利技术的有益效果是：这种埋地管道悬空状态分布式光纤监测装置，包括分布式应变光纤传感器和数据采集仪器，分布式应变光纤传感器纵向平行并固定在相当于时钟3点、9点、12点位置的埋地管道的外壁上，时钟12点位置的第二分布式应变光纤传感器分别连接时钟3点位置的第一分布式应变光纤传感器和时钟9点位置的第三分布式应变光纤传感器，第一分布式应变光纤传感器和第三分布式应变光纤传感器分别与数据采集仪器连接；由于沿埋地管道纵向布设的分布式应变光纤传感器采集的应变是弯曲应变和轴向应变叠加的结果，通过分布式应变光纤传感器获得管道的纵向应变数据，提取弯曲应变数据按照悬空管道附加弯矩分布特征识别管道悬空位置和长度。本专利技术与传统的管道监测方法相比，具有实时监测、远程传感、分布式测量的优势。分布式应变光纤传感器可以获取管道全长的应变分布状态，根据悬空管道附加弯矩分布特征判断管道任意位置的悬空出现，识别管道悬空长度及其影响范围，并可根据监测数据实时评估管道弯曲应力，避免因悬空未能及时发现而导致的管道破坏，实现管道悬空状态的实时监测和科学预警。附图说明图1是一种埋地管道悬空状态分布式光纤监测装置的示意图。图2是在埋地管道上分布式应变光纤传感器的布置图。图3是埋地管道悬空变形示意图。图4是埋地管道悬空段和转换段力学模型示意图。图5是埋地管道悬空附加弯矩分布示意图。图6是管顶分布式光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种埋地管道悬空状态分布式光纤监测装置，它包括分布式应变光纤传感器(1)和数据采集仪器(4)，其特征是：所述分布式应变光纤传感器纵向平行并固定在相当于时钟3点、9点、12点位置的埋地管道(5)的外壁上，时钟12点位置的第二分布式应变光纤传感器(1a)分别连接时钟3点位置的第一分布式应变光纤传感器(1)和时钟9点位置的第三分布式应变光纤传感器(1b)，第一分布式应变光纤传感器(1)和第三分布式应变光纤传感器(1b)分别与数据采集仪器(4)连接；由于沿埋地管道(5)纵向布设的分布式应变光纤传感器采集的应变是管道弯曲应变和轴向应变叠加的结果，通过分布式应变光纤传感器获得管道的纵向应变数据，提取弯曲应变数据按照悬空管道附加弯矩分布特征识别管道悬空位置和长度。/n

【技术特征摘要】
1.一种埋地管道悬空状态分布式光纤监测装置，它包括分布式应变光纤传感器(1)和数据采集仪器(4)，其特征是：所述分布式应变光纤传感器纵向平行并固定在相当于时钟3点、9点、12点位置的埋地管道(5)的外壁上，时钟12点位置的第二分布式应变光纤传感器(1a)分别连接时钟3点位置的第一分布式应变光纤传感器(1)和时钟9点位置的第三分布式应变光纤传感器(1b)，第一分布式应变光纤传感器(1)和第三分布式应变光纤传感器(1b)分别与数据采集仪器(4)连接；由于沿埋地管道(5)纵向布设的分布式应变光纤传感器采集的应变是管道弯曲应变和轴向应变叠加的结果，通过分布式应变光纤传感器获得管道的纵向应变数据，提取弯曲应变数据按照悬空管道附加弯矩分布特征识别管道悬空位置和长度。


2.根据权利要求所述的一种埋地管道悬空状态分布式光纤监测装置，其特征是：所述第一分布式应变光纤传感器(1)采用第一约束试件(3)与环氧树脂(2)固定在相当于时钟3点位置的埋地管道(5)的外壁上。


3.根据权利要求所述的一种埋地管道悬空状态分布式光纤监测装置，其特征是：所述第二分布式应变光纤传感器(1a)采用第二约束试件(3a)、第三约束试件(3b)与环氧树脂(2)固定在相当于时钟12点位置的埋地管道(5)的外壁上。


4.根据权利要求所述的一种埋地管道悬空状态分布式光纤监测装置，其特征是：所述第三分布式应变光纤传感器(1b)采用第四约束试件(3c)与环氧树脂(2)固定在相当于时钟9点位置的埋地管道(5)的外壁上。


5.根据权利要求1所述的一种埋地管道悬空状态分布式光纤监测方法，其特征是：采取以下步骤：
第一步、根据埋地管道(5)的长度，确定分布式应变光纤传感器的长度；
第二步、根据埋地管道(5)的外径和施工工艺，确定将保护分布式应变光纤传感器的约束试件截面尺寸；
第三步、采用聚丙烯、聚乙烯、聚氨酯通...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯新，刘绪都，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21