一种分布式检测管道及系统论文和设计-汤铁卉

全文摘要

本实用新型提供了一种分布式检测管道及系统，所述分布式检测管道包括管道主体和一条以上的光纤，所述光纤设置在所述管道主体的内壁上，和\/或设置在所述管道的外壁上，和\/或设置在所述管道主体的内壁和管道外壁之间。本实用新型提供的分布式检测管道及系统，利用光纤对光信号的反射特性实现管道的远程分布式检测，通过多条光纤的螺旋结构设置、直线结构设置以及螺旋结构和直线结构复合的形式，对管道进行高精度的远端检测，具有管道检测连续性好、定位性能好等特点。

主设计要求

1.一种分布式检测管道，其特征在于，所述分布式检测管道包括管道主体和一条以上的光纤，所述光纤设置在所述管道主体的内壁上，和\/或设置在所述管道的外壁上，和\/或设置在所述管道主体的内壁和管道外壁之间。

设计方案

2.如权利要求1所述的分布式检测管道，其特征在于，所述一条以上的光纤轴线与所述管道主体的轴线平行。

3.如权利要求1所述的分布式检测管道，其特征在于，所述一条以上的光纤以螺旋结构设置在所述管道主体上。

4.如权利要求1所述的分布式检测管道，其特征在于，所述一条以上的光纤中的其中两条光纤，以旋向相反的螺旋结构设置在所述管道主体上。

5.如权利要求1所述的分布式检测管道，其特征在于，所述一条以上的光纤中的其中两条光纤，以旋向相同且螺旋角不同的螺旋结构设置在所述管道主体上。

6.如权利要求1所述的分布式检测管道，其特征在于，所述一条以上的光纤中的其中一条光纤轴线与所述管道主体轴线相平行；所述一条以上的光纤中的其中一条光纤以螺旋结构设置在所述管道主体上。

7.如权利要求1至6任一项所述的分布式检测管道，其特征在于，所述管道主体外周和\/或内壁上开有螺旋槽和\/或直槽，所述一条以上的光纤设置在所述螺旋槽和\/或直槽中。

8.如权利要求7所述的分布式检测管道，其特征在于，所述螺旋槽和\/或直槽基于与所述管道主体材料相同的材料进行密封，所述一条以上的光纤设置在所述管道主体的内壁和管道外壁之间。

9.如权利要求1至6任一项所述的分布式检测管道，其特征在于，所述光纤基于胶粘的方式固定在所述管道主体内壁和\/或外壁上。

10.一种分布式检测管道系统，其特征在于，所述分布式检测管道系统包括权利要求1至9任一项所述的分布式检测管道、用于输出光信号至所述光纤并接收所述光纤反射的调制光信号的光信号收发设备；所述光信号收发设备与所述一条以上的光纤中任意一条光纤的一端或两端连接。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及到管道监测领域，具体涉及到一种分布式检测管道及系统。

背景技术

在传统的管道监测领域中，输水管道、排污管道等地下设备大部分是采用定期人工检修的方式进行监测维护。在城市建设的过程中，随着地面建筑数量集聚增加，输水管道、排污管道等地下设备的监测维护成本越来越高；此外，随着管道网络的规模以及复杂性的增加，人工监测维护的工作量大大增加。因此，需要一种监测成本更低、作业难度更低的设备和方法对管道进行监测。

实用新型内容

为了克服所述问题，本实用新型提供了一种分布式检测管道及系统，具有管道检测连续性好、定位性能好等特点。

本实用新型提供了一种分布式检测管道，所述分布式检测管道包括管道主体和一条以上的光纤，所述光纤设置在所述管道主体的内壁上，和\/或设置在所述管道的外壁上，和\/或设置在所述管道主体的内壁和管道外壁之间。

可选的，所述一条以上的光纤轴线与所述管道主体的轴线平行。

可选的，所述一条以上的光纤以螺旋结构设置在所述管道主体上。

可选的，所述一条以上的光纤中的其中两条光纤，以旋向相反的螺旋结构设置在所述管道主体上。

可选的，所述一条以上的光纤中的其中两条光纤，以旋向相同且螺旋角不同的螺旋结构设置在所述管道主体上。

可选的，所述一条以上的光纤中的其中一条光纤轴线与所述管道主体轴线相平行；所述一条以上的光纤中的其中一条光纤以螺旋结构设置在所述管道主体上。

可选的，所述管道主体外周和\/或内壁上开有螺旋槽和\/或直槽，所述一条以上的光纤设置在所述螺旋槽和\/或直槽中。

可选的，所述螺旋槽和\/或直槽基于与所述管道主体材料相同的材料进行密封，所述一条以上的光纤设置在所述管道主体的内壁和管道外壁之间。

可选的，所述光纤基于胶粘的方式固定在所述管道主体内壁和\/或外壁上。

相应的，本实用新型还提供了一种分布式检测管道系统，所述分布式检测管道系统包括以上任一项所述的分布式检测管道、用于输出光信号至所述光纤并接收所述光纤反射的调制光信号的光信号收发设备；所述光信号收发设备与所述一条以上的光纤中任意一条光纤的一端或两端连接。

本实用新型提供了一种分布式检测管道及系统，利用光纤对光信号的反射特性实现管道的远程分布式检测，通过多条光纤的螺旋结构设置、直线结构设置以及螺旋结构和直线结构复合的形式，对管道进行高精度的远端检测，具有管道检测连续性好、定位性能好等特点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1示出了本实用新型实施例的分布式检测管道系统结构示意图；

图2示出了光纤背向散射谱分布图；

图3示出了对应于光纤各状态的OTDR测试曲线图；

图4示出了本实用新型实施例OTDR机构原理图；

图5示出了本实用新型实施例的光纤第一设置结构示意图；

图6示出了本实用新型实施例的光纤第二设置结构示意图；

图7示出了本实用新型实施例的光纤第三设置结构示意图；

图8示出了本实用新型实施例的光纤第四设置结构示意图；

图9示出了本实用新型实施例的光信号收发设备结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1示出了本实用新型实施例的分布式检测管道系统结构示意图。本实用新型实施例的分布式检测管道包括分布式检测管道和光信号收发设备3；所述分布式检测管道包括管道主体1、分布式光纤传感器2。

所述管道主体1可以使用塑料、水泥或金属等材料制成，用于自来水运输、污水运输等用途。一般情况下，管道主体埋藏于地下，在合适的位置上设置有竖直通往底面的管道井口。

为了获取管道主体1的整体工况，本实用新型实施例的分布式检测管道使用分布式光纤传感器2作为探测元件，分布式光纤传感器的数量种类有70多种，可用于测量多种物理量，如声场、电场、压力、温度、角速度、加速度等。具体实施中，分布式光纤传感器的主要类型有两种，一种为物性型光纤传感器，一种为结构型光纤传感器。

物性型光纤传感器是利用光纤自身对环境变化的敏感性，将环境的物理量变换为调制的光信号，其工作原理基于光纤的光调制效应，即光纤在外界环境因素，如温度、压力、电场、磁场等因素影响下，其光特性，如相位、波长和光强等光特性会发生变化。因此，通过对光纤的光相位、波长和光强的测量与计算，可以获取被测物理量的变化情况。

结构型光纤传感器是通过光检测元件进行环境物理量检测，光检测原件在环境物理量的影响下，会改变经过光检测原件的光的光特性，通过光纤对光的传导作用，在光纤中捕抓相对应的光信号，即可获取管道的环境物理量。在使用结构性光纤传感器的情况下，光纤仅作为光的传播媒介。具体的，光检测元件可以为光纤光栅等光检测原件，其中，应用最为广泛的为布拉格光纤光栅传感器。

综上所述，物性型光纤传感器和结构型光纤传感器的工作原理在于光纤或光检测元件在外界物理量的改变下，会使光纤内传输的部分光的光特性发生变化，通过获取产生光特性变化的光信号，即可推导出外界物理量的变化情况；当采用物性型光线传感器时，可远程计算出光纤任意位置的光特性变化情况，从而了解管道主体任意位置的物理量变化情况，实时获取管道主体的工况。

以下分别就物性型光纤传感器和结构型光纤传感器两种方式对本实用新型实施例的分布式检测管道进行介绍：

实施例一：

物性型光纤传感器同时利用光纤作为传感敏感元件和传输信号介质根据光纤内传输的光在不同光纤位置上所产生的光特性变化，可获取光纤任意位置上的物理量变化情况。图2示出了光纤背向散射谱分布图，具体的，当激光脉冲在光纤中传播时与光纤分子相互作用，会发生瑞利散射、布里渊散射、拉曼散射三种效应，散射光的波长和强度之间都具有明显的差异性，通过波长可对各种光进行区分；基于该原理衍生出三类传感技术，分别为利用后向瑞利散射的传感技术、利用拉曼效应的传感技术、利用布里渊效应的传感技术；以下分别对各种传感技术进行介绍。

利用后向瑞利散射的传感技术：瑞利散射主要特点有：瑞利散射属于弹性散射，不改变光波的频率，即瑞利散射光与入射光具有相同的波长；散射光强与入射光波长的四次方成反比设计图

一种分布式检测管道及系统论文和设计

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