专利名称：一种智能警示带及其制造方法
技术领域：
本发明涉及用于埋地管线安全监测的装置和方法，特别是针对埋地管线第三方扰动的实时在线监测及其对管道的影响评估方法。
背景技术：
管道运输是与鉄路、公路、航空、水运并驾齐驱的五大运输业之一，在国民经济和国防エ业发展中发挥着重要作用。作为生命线系统的重要组成部分，管道系统是社会和经济赖以生存与发展的物质基础，它在液体和气体输送方面具有不可替代的优势，现已广泛应用于给排水系统、供气系统、输油系统、供热系统等。伴随着管道的大量敷设，管道运行时间的延长，管道的泄露和破裂事故频繁发生，由此引起的火灾、爆炸，造成了巨大的经济损失、人员伤亡和环境污染等灾难性后果，严重影响了社会经济的平稳运行，危及到人们的生命安全。管道的失效可能有多种因素造成，第三方开挖造成的扰动是关键因素之一第三方干扰造成的管道破坏往往具有突发性、危害大的特点，所以加强对管道周边的第三方扰动监测具有重要意义。目前，应用于管道监测或检测的方法有很多，如传统的漏磁法、超声波法、涡流法、射线成像技木、热像显示技术等无损检测技术，以及近十几年来日益受到关注的声发射技术、超声导波技术等在线监测方法，都极大地促进了管道结构的管理和维护。但是这些方法都只是针对管道结构自身的监测或检测，大多只能在管道已被损坏或者输送介质已经损失后才能被发现。如果能在管道造成破坏之前，预先检测出破坏行为的威胁并及时采取措施，就能从源头上避免或減少损伤事故的发生。这就是针对事故发生的原因——第三方干扰进行的在线监測。光纤传感技术是近年来随光纤通信技术的发展而迅速发展起来的，以光波为载体，光纤为媒质，感知和传输被测信号的新型传感技术，具有分布式、长距离、实时性、耐腐蚀、抗电磁、轻便灵巧等优点，其基本原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器，使待测參数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质，如強度、波长、频率、相位、偏振态等发生变化，再经过光纤送入探測器，经解调后获得被测參数。光纤ー维空间连续分布的特点，使得光纤路径上的被测量场在时间和空间上的分布信息能同时获得。在传感应用中，安装光纤，将干扰影响从目标结构转到光纤，从而使得光纤传感技术引起管道结构监测界的广泛重视，成为管道监测领域中的研究热点。目前，光纤传感技术已成功被应用于管道周边的第三方扰动监测。由澳大利亚FFT(FutureFiber Technologies)公司开发和研制的基于分布式光纤传感器技术的管道安全防御系统(FFTSecure Pipe TM)，通过在管道附近敷设单模多芯(3根光纤即可满足要求)光纤光缆，达到监测和定位管道附近第三方干扰的目的。该技术在油气储运领域得到了广泛应用。该技术的不足之处是需要沿管线埋设光缆，安装较复杂，投资较大
发明内容
本发明目的在于针对管道结构健康监测内容的不同，基于既有光纤传感技术，结合理地管线警示带制造エ艺，提出ー种具有光纤传感功能的智能警示带及其制造方法。本发明的解决方案是ー种智能警示带，包括底膜、传感光缆、面膜，传感光缆固定在底膜和面膜之间。进ー步，在所述底膜和面膜之间还固定有示踪金属丝。还包括附加部件，附加部件与传感光缆之间、智能警示带各段之间通过警示带两端的光缆预留熔接段进行连接；所述附加部件指光纤传感技术所需的组成元件。所述附加部件包括光入射端的脉冲激光发生器和光信号输出端的光电转换解调仪。
所述传感光缆采用由ー种或ー种以上光纤构成的一缆单芯或一缆多芯光缆。所述传感光缆内部的光纤包括基于ROTDR温度分布测量技术的光纤；基于BOTDR温度/应变分布测量技术的光纤；以及基于Michelson干涉仪、Sagnac干涉仪、Mach-Zehnder干涉仪、Fabry-Perot干涉仪干涉原理的光纤。所述底膜采用鲜亮黄色材料，所述面膜采用透明材料。上述智能警示带的制造方法，包括(I)根据实际工程情况选择需要的传感光缆；(2)准备两层用于埋地管线警示带的材料，分别用作底膜和面膜，在底膜和面膜的内侧涂抹一层厚度均匀的胶黏剂；(3)在粘合底膜和面膜之前，将传感光缆顺直地固定在两层薄膜中间，然后把薄膜复合在一起，使得光纤与警示带融为一体；(4)将复合好的警示带叠好，置于烘房内，让胶黏剂充分固化，保证传感光缆、示踪金属丝、埋地管线警示带之间具有足够的粘结力。步骤2)中还添加示踪金属丝，所述示踪金属丝和传感光缆平行布置，然后把薄膜复合在一起，使得光纤、金属丝与警示带融为一体。 步骤2)中底膜采用鲜亮黄色塑料薄膜，用于警示，面膜采用白色透明塑料薄膜，并印好相关文字；步骤4)中置于烘房内的时间为48个小时左右，具体根据所用胶黏剂的不同而有所增减，以保证胶黏剂充分固化为准则。本发明的传感光缆可以采用能实现温度、应变、振动等ー种或多种物理量测量的一缆单芯或一缆多芯光缆作为管道的传感元件。传感光缆通过在埋地管线警示带的制作过程中实现二者的合ニ为一，形成集传感光缆和埋地管线警示带为一体的智能警示帯。本发明的工作原理将扰动对目标结构埋地管道的影响转移到传感光缆，通过光纤传感技术原理达到监测管线附近各种扰动的目的。当有外力作用在光纤上时，会使光纤的传输特性发生变化，通过光纤传感原理可感知外部事件对光纤所施加的微弱作用和影响，从而判断出第三方扰动的存在。具体的被测物理量可以是温度、应变、振动等，根据所用光纤的特征和性能确定。该装置的特点是将目前应用较多的光纤传感技术融入到埋地管线警示带中去，使得传感光缆和警示带合ニ为一，从而形成ー个经济适用的第三方干扰监测方法，弥补了 FFT公司开发的基于分布式光纤传感器技术的管道安全防御系统需要另外敷设光缆的不足。本发明与现有技术相比有益效果为
1、经济适用将传感光缆与埋地管道警示带融为一体，不需要另外添加任何设备，安装简便，经济适用；2、エ艺简单传感光缆是在埋地管线警示带批量生产过程中在エ厂内添加进去的，避免了光纤光缆现场安装的不方便，且エ厂化生产使得安装质量易于控制和保证；3、耐久性好传感光缆固定在埋地管线警示带的底膜和面膜之间，警示带的外覆薄膜充当了光纤的保护层，从而使得光纤不易受到外界破坏。
图1本发明ー种实施例的结构示意图。图2本发明另一种实施例的结构示意图。图中标号说明如下I——传感光缆2——警示带的底膜3——警示带的面膜4——示踪金属丝
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进ー步说明。本发明的核心是将传感光缆应用到埋地管线警示带中，实现埋地管线的分布式光纤传感。1、具有光纤传感功能的智能警示带结构(I)具有光纤传感功能的智能警示带结构主要由以下基本部件构成底膜1、传感光缆2、面膜3。这三个基本组成部件是构成智能警示带的关键部件，也是本发明的核心部分。对于非金属埋地管道，还可以増加示踪金属丝4，使得通过常用的金属管道探測方法在不开挖的情况下在地表探測到非金属管线的走向。在实际使用中，该智能警示带的两端还需连接附加部件才能完成预定功能，附加部件即光纤传感技术所需的光学元件，包括光入射端的脉冲激光发生器和光信号输出端的光电转换解调仪，此不赘述。(2)智能警示带的各组成部件按照以下方式连接传感光缆和示踪金属丝通过胶黏剂固定在埋地管线警示带的底膜和面膜之间，形成智能警示帯。附加部件与智能警示带基本组成部件之间、智能警示带各段之间通过警示带两端的光缆预留熔接段进行连接。(3)针对温度、应变、振动等不同监测对象，本发明基本组成部件中的传感光缆可以采用由ー种或ー种以上光纤构成的一缆单芯或一缆多芯光缆。光缆内部的光纤可采用基于ROTDR温度分布測量技术的光纤；基于BOTDR温度/应变分布測量技术的光纤；以及基于Michelson (迈克尔逊)干涉仪、Sagnac (赛格耐克)干涉仪、Mach-Zehnder (马赫_曾德)干涉仪、Fabry-Perot (珐珀)干涉仪等干渉原理的光纤。根据传感光缆中光纤的组成，在光缆的前端、終端配置相应的附加光学元件，即可实现温度、应变、振动等ー种或多种物理量的分布式測量。2、具有光纤传感功能的智能警示带的制作方法(I)根据实际工程情况选择需要的传感光缆；(2)准备两层用于埋地管线警示带的塑料薄膜，分别用作底膜和面膜，底膜为鲜亮黄色，用于警示，面膜为白色透明，并印好相关文字。在底膜和面膜的内侧涂抹一层厚度均匀的胶黏剂；(3)在粘合底膜和面膜之前，将传感光缆顺直地固定在两层薄膜中间，如果需要添加示踪金属丝，金属丝可以和传感光缆平行布置，然后把薄膜复合在一起，使得光纤、金属丝与警示带融为一体；(4)将复合好的警示带叠好，置于烘房48个小时，使得胶黏剂充分固化，保证传感光缆、示踪金属丝、埋地管线警示带之间具有足够的粘结カ；(5)制备好的融入了传感光缆的埋地管线警示带在现场可按一般警示带敷设要求和方法进行敷设。在具体应用中，包括以下两种方式方式一融入传感光缆的智能警示带，參见图1根据实际工程情况选择适用的传感光缆I以及用于埋地管线警示带制作的底膜2和面膜3，在底膜2和面膜3的内侧涂抹一层厚度均匀的胶黏剂，将传感光缆I顺直地固定在两层薄膜中间，然后把薄膜复合起来，置于烘房48个小时，让胶黏剂充分固化，保证传感 光缆和埋地管线警示带之间具有足够的粘结力。制备好的融入了传感光缆的埋地管线警示带在现场可按一般敷设方法和要求进行敷设，并与光纤传感所需的光学元件做好连接。此智能警示带兼有警示和扰动监测双重功能。方式ニ 同时融入传感光缆和示踪金属丝的智能警示带，參见图2。根据实际工程情况选择适用的传感光缆I以及用于埋地管线警示带制作的底膜2和面膜3，在底膜2和面膜3的内侧涂抹一层厚度均匀的胶黏剂，将传感光缆和示踪金属丝平行顺直地固定在两层薄膜中间，然后把薄膜复合起来，置于烘房48个小时，让胶黏剂充分固化，保证传感光缆、示踪金属丝、埋地管线警示带之间具有足够的粘结力。制备好的融入了传感光缆的埋地管线警示带在现场可按一般敷设方法和要求进行敷设，并与光纤传感所需的光学元件做好连接。由于警示带跟随管线的走向铺设，埋入其中的示踪金属丝就能通过常用的金属管道探測方法让非金属管线在非开挖情况下实现地表定向，从而实现警示、扰动监测和管线定向三重功能。上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的掲示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种智能警示带，其特征在于包括底膜、传感光缆、面膜，传感光缆固定在底膜和面膜之间。
2.根据权利要求1所述的智能警示带，其特征在于在所述底膜和面膜之间还固定有示踪金属丝。
3.根据权利要求1所述的智能警示带，其特征在于还包括附加部件，附加部件与传感光缆之间、智能警示带各段之间通过警示带两端的光缆预留熔接段进行连接；所述附加部件指光纤传感技术所需的组成元件。
4.根据权利要求3所述的智能警示带，其特征在于所述附加部件包括光入射端的脉冲激光发生器和光信号输出端的光电转换解调仪。
5.根据权利要求1所述的智能警示带，其特征在于所述传感光缆采用由一种或一种以上光纤构成的一缆单芯或一缆多芯光缆。
6.根据权利要求5所述的智能警示带，其特征在于所述传感光缆内部的光纤包括基于ROTDR温度分布测量技术的光纤；基于BOTDR温度/应变分布测量技术的光纤；以及基于Michelson干涉仪、Sagnac干涉仪、Mach - Zehnder干涉仪、Fabry-Perot干涉仪干涉原理的光纤。
7.根据权利要求1所述的智能警示带，其特征在于所述底膜采用鲜亮黄色材料，所述面膜采用透明材料。
8.权利要求1、3-7中任一所述智能警示带的制造方法，其特征在于包括 (1)根据实际工程情况选择需要的传感光缆； (2)准备两层用于埋地管线警示带的材料，分别用作底膜和面膜，在底膜和面膜的内侧涂抹一层厚度均匀的胶黏剂； (3)在粘合底膜和面膜之前，将传感光缆顺直地固定在两层薄膜中间，然后把薄膜复合在一起，使得光纤与警示带融为一体； (4)将复合好的警示带叠好，置于烘房内，让胶黏剂充分固化，保证传感光缆、示踪金属丝、埋地管线警示带之间具有足够的粘结力。
9.根据权利要求8所述的智能警示带的制造方法，其特征在于步骤2)中还添加示踪金属丝，所述示踪金属丝和传感光缆平行布置，然后把薄膜复合在一起，使得光纤、金属丝与警示带融为一体。
10.根据权利要求8所述的智能警示带的制造方法，其特征在于步骤2)中底膜采用鲜亮黄色塑料薄膜，用于警示，面膜采用白色透明塑料薄膜，并印好相关文字；步骤4)中置于烘房内的时间为48个小时。
全文摘要
一种智能警示带，包括底膜、传感光缆、面膜，传感光缆固定在底膜和面膜之间。进一步，在所述底膜和面膜之间还固定有示踪金属丝。还包括附加部件，附加部件与传感光缆之间、智能警示带各段之间通过警示带两端的光缆预留熔接段进行连接；所述附加部件指光纤传感技术所需的组成元件。所述传感光缆采用由一种或一种以上光纤构成的一缆单芯或一缆多芯光缆。本发明还公开了上述智能警示带的制造方法。本发明将目前应用较多的光纤传感技术融入到埋地管线警示带中去，使得传感光缆和警示带合二为一，从而形成一个经济适用的第三方干扰监测方法，弥补了现有技术中存在的不足。另外，本发明具有经济适用、工艺简单、耐久性好等特点。
文档编号G01D21/00GK103021264SQ20121051969
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月6日 优先权日2012年12月6日
发明者李素贞, 赵鸣, 胡玉婵 申请人:同济大学