一种管道泄漏次声波检测装置、系统及方法与流程

本发明涉及无损检测技术领域，尤其是一种管道泄漏次声波检测装置、系统及方法。

背景技术：

管道是运输天然气的主要工具。由于管道老化、介质腐蚀、施工不当以及人为破坏等原因，近年来世界各地发生了不少天然气管道泄漏次声波爆炸事故，造成了巨大的生命财产损失，并带来严重的环境污染。

当管道破裂而产生泄漏时，管道内介质在管道压力的作用下，都迅速涌向泄漏处，从泄漏点喷射而出，喷射出的介质与破损的管壁高速摩擦，在泄漏处形成振动。该振动会产生次声波信号，其低频信号能够沿着管道远距离传播，这样只要在管道两端安装能够检测到泄漏次声波信号的传感器并对传感器信号进行分析，就可以检测出两个传感器之间的任一位置发生的泄漏并对其进行定位。

目前基于压力波的泄漏监测传感器是音波采集传感器，属于电传感器，存在采集精度低、灵敏度差、响应速度慢等问题，而且很难在防爆场合应用不能适应管道内的恶劣环境，包括管道内的高静压、气流的冲击、介质中的杂质和腐蚀等，也不能满足工业管道对防爆、密封的要求。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的是提供一种管道泄漏次声波检测装置利用马赫曾德干涉仪原理，通过光纤进行信号传感、传输最后转化为次声波信号实现不需要gps授时和无线电数传即可对次声波信号进行回波采集，具有抗干扰性强、响应速度快、传输距离远的优点。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种管道泄漏次声波检测装置，包括桶形结构体、传感光臂、参考光臂、传感传输光纤和传感单模光纤，所述传感光臂连接所述传感传输光纤和所述传感单模光纤，所述传感光臂设置于所述桶形结构的顶端，所述参考光臂设置于所述桶形结构的内部，所述传传感光臂和参考光臂通过单模光纤从设置于所述桶形结构底端的光纤引出孔引出；

由管道泄漏振动产生的次声波信号传输至所述传感光臂时，所述传感光臂会产生形变，进而使所述传感光臂中的光信号发生光弹效应，调制了所述光信号。

作为上述方案的改进，所述桶形结构体包括第一法兰结构和第二法兰结构，所述第一法兰结构处于所述桶形结构的顶端，所述第二法兰结构处于所述桶形结构的中间位置。

作为上述方案的改进，所述传感光臂在所述第一法兰结构和所述第二法兰结构之间且设置在所述第一法兰结构的上，所述参考光臂在所述第二法兰结构和所述桶形结构底端之间且设置在所述第二法兰结构的内侧面上，所述传感光臂和所述参考光臂分别通过所述传感传输光纤和传感单模光纤汇聚于所述桶形结构底端的光纤引出处。

作为上述方案的改进，所述传感光臂、参考光臂、传感传输光纤和传感单模光纤为单模光纤。

作为上述方案的改进，所述传感光臂和参考光臂以阿基米德螺旋线的形式分别固定于所述第一法兰结构与第二法兰结构上，所述第二法兰结构上设有光纤引出孔。

本发明还提供一种管道泄漏次声波检测系统，包括光源发射器、第一单模光纤、第一3db耦合器、第二3db耦合器、第二单模光纤、探测器以及上述的管道泄漏次声波检测装置，所述光源发射器通过所述第一单模光纤连接所述第一3db耦合器，所述管道泄漏次声波检测装置分别连接所述第一3db耦合器和第二3db耦合器，所述第二3db耦合器连接所述探测器，所述调制后的光信号在所述第一3db耦合器和第二3db耦合器处发生干涉效应，干涉后的光信号传输至所述探测器转化为次声波信号。

作为上述方案的改进，管道泄漏次声波检测系统还包括保护外层，所述保护外层为铠装材料包裹在所述第一单模光纤和第二单模光纤外层。

本发明实施例还提供一种基于上述的管道泄漏次声波检测系统的检测方法，包括以下步骤：

s1、将所述管道泄漏次声波检测装置设于管道的一侧；

s2、所述光源发射器发射连续的光信号经过单模光纤传输至所述管道泄漏次声波检测装置；

s3、所述管道振动产生的次声波信号对传输至所述管道泄漏检测装置的光信号进行调制，所述调制后的光信号在所述第一3db耦合器和第二3db耦合器处发生干涉效应，干涉后的光信号传输至所述探测器转化为次声波信号。

作为上述方案的改进，所述次声波信号经过所述管道泄漏次声波检测装置时与所述光信号发生光弹效应即所述光信号进行调制。

本发明实施例提供的管道泄漏次声波检测装置、系统及方法，具有如下有益效果：

本发明实施例提供的管道泄漏次声波检测装置中所述光源发射器发射连续的光信号传输至所述管道泄漏次声波检测装置，然后管道振动产生的次声波信号对传输至所述管道泄漏检测装置的光信号进行调制，所述调制后的光信号在所述第一3db耦合和第二3db耦合器处发生干涉效应，干涉后的光信号传输至所述探测器转化为次声波信号。利用马赫曾德干涉仪原理，通过光纤进行信号传感、传输最后转化为次声波信号实现不需要gps授时和无线电数传即可对次声波信号进行回波采集，具有抗干扰性强、响应速度快、传输距离远的优点。

附图说明

图1是本发明提供的管道泄漏次声波检测装置的结构示意图；

图2是本发明提供的管道泄漏次声波检测装置中第二法兰结构及布置于第二法兰结构上参考光臂的结构示意图；

图3是本发明提供的管道泄漏次声波检测系统的结构示意图；

图4是本发明提供的管道泄漏次声波检测系统的结构图；

图5是本发明提供的管道泄漏次声波检测方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，本发明实施例提供一种管道泄漏次声波检测装置，包括桶形结构体14、传感光臂9、参考光臂8、传感传输光纤6和传感单模光纤10，所述传感光臂9连接所述传感传输光纤6和所述传感单模光纤10，所述传感光臂9设置于所述桶形结构体14的顶端，所述参考光臂8设置于所述桶形结构体14的内部，所述传感光臂9和参考光臂8分别通过单模光纤2和7从设置于所述桶形结构体14底端的光纤引出孔引出并采用锁紧螺丝固定；

由管道泄漏振动产生的次声波信号传输至所述传感光臂9时，所述传感光臂9会产生形变，进而使所述传感光臂9中的光信号发生光弹效应，调制了所述光信号。

所述桶形结构体14包括第一法兰结构12和第二法兰结构13，所述第一法兰结构12处于所述桶形结构体14的顶端，所述第二法兰结构13处于所述桶形结构体14的中间位置。

所述传感光臂9位于所述第一法兰结构12和所述第二法兰结构13之间且设置在所述第一法兰结构12的上，所述参考光臂8位于所述第二法兰结构13和所述桶形结构体14底端之间且设置在所述第二法兰结构13的内侧面上，所述传感光臂9和所述参考光臂8分别通过所述单模光纤2和7汇聚于所述桶形结构体14底端的光纤引出处。

所述传感光臂9、参考光臂8、传感传输光纤6和传感单模光纤10为单模光纤。

参见图2，所述传感光臂9和参考光臂8以阿基米德螺旋线的形式分别固定于所述第一法兰结构12与第二法兰结构13上，所述第二法兰结构13上设有光纤引出孔15和16。

本发明实施例利用马赫曾德原理检测待测管道的泄漏情况，当管道破裂而产生泄漏时，管道内介质在管道压力的作用下，都迅速涌向泄漏处，从泄漏点喷射而出，喷射出的介质与破损的管壁高速摩擦，在泄漏处形成振动。该振动产生的次声波从泄漏处沿管道传播。当次声波传经所述传感光臂9会产生形变，进而使所述传感光臂9中的光信号发生光弹效应即根据管道应力分布情况可以产生不同疏密程度的干涉光，可以理解的，所述次声波对所述传感光臂9内部传输的光信号产生了调制作用。经过调制后的光信号经过处理分析可实现对待测管道泄漏的检测。本发明实施例提供一种管道泄漏次声波检测装置，利用马赫曾德干涉仪原理，通过光纤进行信号传感、传输最后转化为次声波信号实现不需要gps授时和无线电数传即可对次声波信号进行回波采集，具有抗干扰性强、响应速度快、传输距离远的优点。

参见图3及图4，本发明还提供一种管道泄漏次声波检测系统，包括所述管道泄漏次声波检测装置17以及光源发射器1、第一单模光纤2、第一3db耦合器5、第二3db耦合器11、第二单模光纤7和探测器3，所述光源发射器1通过所述第一单模光纤2连接所述第一3db耦合器5，所述管道泄漏次声波检测装置17分别连接所述第一3db耦合器5和第二3db耦合器11，所述第二3db耦合器11通过所述第二单模光纤7连接所述探测器3，调制后的光信号在所述第一3db耦合器5和第二3db耦合器11处发生干涉效应，干涉后的光信号传输至所述探测器3转化为次声波信号。

所述管道泄漏次声波检测系统还包括保护外层4，所述保护外层为铠装材料包裹在所述第一单模光纤2和第二单模光纤7外层。

在本实施例中，所述光源发射器1发射连续的光信号经过单模光纤传输至所述管道泄漏次声波检测装置17，管道振动产生的次声波信号对传输至所述管道泄漏检测装置17的光信号进行调制，调制后的光信号在所述第一3db耦合器5和第二3db耦合器11处发生干涉效应，干涉后的光信号传输至所述探测器3转化为次声波信号。本发明实施例提供一种管道泄漏次声波检测系统，利用马赫曾德干涉仪原理，通过光纤进行信号传感、传输最后转化为次声波信号实现不需要gps授时和无线电数传即可对次声波信号进行回波采集，具有抗干扰性强、响应速度快、传输距离远的优点。

参见图5，本发明实施例还提供一种基于上述的管道泄漏次声波检测系统的检测方法，包括以下步骤：

s1、将所述管道泄漏次声波检测装置17设于管道的一侧；

s2、所述光源发射器1发射连续的光信号经过单模光纤传输至所述管道泄漏次声波检测装置17；

s3、管道振动产生的次声波信号对传输至所述管道泄漏检测装置17的光信号进行调制，所述调制后的光信号在所述第一3db耦合器5和第二3db耦合器11处发生干涉效应，干涉后的光信号传输至所述探测器3转化为次声波信号。

所述次声波信号经过所述管道泄漏次声波检测装置17时与所述光信号发生光弹效应即所述光信号进行调制。

本发明实施例提供的一种管道泄漏次声波检测方法通过将所述光源发射器1发射连续的光信号传输至所述管道泄漏次声波检测装置17，然后管道振动产生的次声波信号对传输至所述管道泄漏检测装置的光信号进行调制，所述调制后的光信号在所述第一3db耦合5和第二3db耦合器11处发生干涉效应，干涉后的光信号传输至所述探测器转化为次声波信号。本发明实施例提供一种管道泄漏次声波检测方法，利用马赫曾德干涉仪原理，通过光纤进行信号传感、传输最后转化为次声波信号实现不需要gps授时和无线电数传即可对次声波信号进行回波采集，具有抗干扰性强、响应速度快、传输距离远的优点。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也视为本发明的保护范围。