一种基于光纤传感的全分布式管道侵蚀监测系统及方法与流程

1.本发明属于地质监测技术，具体涉及一种基于光纤传感的全分布式管道侵蚀监测系统及方法。


背景技术：

2.管道工程中，管道因覆盖土层变薄导致的裸露会使得其完好性更容易受到威胁，尤其是在管线经过高后果区时，泄漏会对当地自然生态和民众健康造成严重影响。因此，对于管道侵蚀的预防和监测是管道运营过程中的重点。
3.目前，在管道表面覆土层厚度监测方面，业内主要采用人工巡查和重要地区采取砂标立杆的方法，但这两种方法均难以做到真正的全覆盖监测，且因为需要人员现场确认，所以均有一定的时滞性。其中人工巡查往往需要管道在某区域出现了部分裸露后才能发现问题，而对管道覆土保护层的变薄难以识别。而对于一些新兴的以光学、声学为原理的仪器测量方法，其又容易受到诸如天气和气候等因素的制约，使得其精确度受到极大影响。


技术实现要素：

4.发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种基于光纤传感的全分布式管道侵蚀监测系统及方法，具有安装简易、反馈即时、节约人力、抗天气干扰性能好的特点。
5.技术方案：本发明提供一种基于光纤传感的全分布式管道侵蚀监测系统，包括管道、温度传感光缆和温度解调仪，所述管道埋设于土体内，在距离管道正上方10～20cm处的土体中敷设第一条温度传感光缆，并在第一条温度光缆正上方一定距离处(该距离大于1m，例如取值1.1m)敷设第二条温度光缆；两条温度传感光缆沿着管道轴向全程敷设，且两条温度传感器的同一端处分别与温度解调仪相连形成环路；温度解调仪通过温度传感光缆来采集埋设处的土体温度，第一条温度传感光缆测得管道处的温度t1，第二条温度传感光缆测得参考处的温度t2。
6.进一步地，所述两条温度传感光缆均采用通信光缆，该通信光缆包括光纤以及包裹于光纤外周的保护层。
7.进一步地，所述两条温度传感光缆环路分别集成于两条对应复合光缆内；所述复合光缆和管道均埋设在土体内，复合光缆位于管道正上方。通过将温度传感光缆集成在复合光缆外周的,保护套内，来增加温度传感光缆抵抗环境侵蚀以及外力的能力，也便于巡查和检修
8.本发明还公开一种基于光纤传感的全分布式管道侵蚀监测系统的监测方法，包括以下步骤：
9.s1、安装好管道、温度传感光缆和温度解调仪；
10.s2、启动温度解调仪，通过两条温度光缆分别实时生成土体的温度
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时间曲线，根据土体中某位置处温度随时间的变化规律得到如下公式(1)：
11.t(z,t)＝t(z)+a(z)sin(ωt+ψ(z))
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式(1)
12.其中，t(z,t)是埋深z处在t时的土体温度值，z为温度传感光缆的埋设深度，t(z)为z处土体的平均温度，a(z)为z处的振幅，t为时间，ω为z处的频率，ψ为z处的初相位；
13.s3、计算得到第一条温度光缆测得的待测处温度
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时间曲线和第二条温度光缆测得的参考处温度
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时间曲线的在同一时刻的相位差，若相位差值保持恒定，则管道表面覆盖土体未受到侵蚀，若相位差值保变小，则管道表面覆盖土体受到侵蚀，且土体厚度变薄。
14.有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
15.(1)本发明的监测系统仅需要温度传感光缆和温度解调仪，结构精巧、安装简易，维修方便，成本低；
16.(2)本发明利用温度传感光缆中传输光的物理量的变化来表征温度，能够做到信息的即时传递；
17.(3)本发明沿着管道全长埋设光缆，能够实现对管道工程的全程监测；
18.(4)本发明将相关温度信息传递到相应阀室，仅需要在阀室驻守人员，而不需要安排巡线人员。
19.(5)本发明通过对比两个温度
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时间曲线的相位差来监测侵蚀情况，不会受降雨等天气变化影响从而影响其测量精确性。
附图说明
20.图1为本发明一实施例中整体结构示意图；
21.图2为本发明一实施例中温度传感光缆与管道的相对位置敷设图；
22.图3为本发明一实施例中的空气温度和土体温度的温度
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时间曲线图。
具体实施方式
23.下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
24.如图1和2所示，本发明的一种基于光纤传感的全分布式管道侵蚀监测系统，包括管道1、两条温度传感光缆和温度解调仪2，所述管道1埋设于土体内，在距离管道1正上方10～20cm处的土体中敷设第一条温度传感光缆3，并在第一条温度传感光缆3正上方一定距离处(本实施例中该距离设置为1.5m)敷设第二条温度传感光缆4；两条温度传感光缆沿着管道轴向全程敷设，且其两端分别与温度解调仪2相连形成环路；温度解调仪2通过两条温度传感光缆来采集对应埋设处的土体温度，第一条温度传感光缆3测得为管道处的温度，第二条温度传感光缆4测得为参考处的温度。
25.进一步地，两条温度传感光缆采用通信光缆，该通信光缆包括光纤以及包裹于光纤外周的保护层。
26.为保证该监测系统运行时的数据精确度，本实施例中的温度传感光缆环路分别集成于第一管道5和第二管道6内；所述第一管道5、第二管道6和管道1均埋设在土体内，两个复合光缆位于管道1正上方。
27.上述基于光纤传感的全分布式管道侵蚀监测方法，包括以下步骤：
28.s1、安装好管道1、两个温度传感光缆和温度解调仪2；
29.s2、启动温度解调仪2，通过两条温度光缆分别实时生成土体的温度
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时间曲线，根据试验得知土体中某处温度随时间的变化规律近似，具体如下式(1)为正弦式函数：
30.t(z,t)＝t(z)+a(z)sin(ωt+ψ(z))
ꢀꢀ
式(1)
31.其中，t(z,t)是埋深z处在t时的土体温度值，z为温度传感光缆的埋设深度，t(z)为z处土体的平均温度，a(z)为z处的振幅，t为时间，ω为z处的频率，ψ为z处的初相位；
32.s3、计算得到第一条温度光缆3测得的待测处温度
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时间曲线和第二条温度光缆4测得的参考处温度
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时间曲线的在同一时刻的相位差，若相位差值保持恒定，则管道1表面覆盖土体未受到侵蚀，若相位差值保变小，则管道1表面覆盖土体受到侵蚀，且土体厚度变薄。
33.本实施例，待测处和参考处(即两条温度传感光缆的埋设处)的两条曲线的相位差来判断，相位差是相对值，天气对该相位差差值不会产生影响。
34.实施例：本实施例中管道1和两条温度传感光缆所埋设的土体为粘土。
35.如图3所示，设定同一竖直方向上自地面向下的三个土体深度为0m、0.1m和0.3m，0m、0.1m和0.3m的三处土体温度
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时间曲线均显示出周期性变化规律。与埋深0m的温度
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时间曲线相比，0.1m、0.3m曲线与之的相位差分别为5、10h，也就是埋设深度之差不同，相位差也随之不同。因此，通过分别在待测管道1处埋设温度传感光缆和其上参考处埋设温度传感光缆，可以通过两处温度
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时间曲线的相位差的变化来判断管道1表面土体的侵蚀情况。且因为降雨等天气带来的外部热源变化对于温度
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时间曲线本身有一定影响，但对于作为相对值的相位差基本没有影响，所以天气变化基本不会对本监测方法造成干扰。