专利名称：非线性啁啾光纤光栅二维分布式应变传感管线监测装置的制作方法
技术领域：
本发明属于管线监测技术领域，特别是涉及ー种非线性啁啾光纤光栅ニ维分布式应变传感管线监测装置。
背景技术：
目前，在石油エ业中，管道是ー种特种承压且有高度潜在风险的油气输送设备，一旦发生泄漏或爆炸，必将造成严重的环境污染和巨大的经济损失。管道在服役过程中，不可避免的会由于安装不当、有害介质腐蚀和第三方损伤等产生各种损伤和缺陷，准确跟踪和监测这些缺陷的扩展变化对管道強度、寿命所造成的影响，就可以避免不必要的经济损失。大量的统计数据表明，由于焊接缺陷，腐蚀缺陷和机械性损伤缺陷等原因，管线不可避免存在局部缺陷，进而减低管壁剩余强度。对已发现的严重或关键位置的局部缺陷进行实施监 测，以便在管线失效前采取相应的保护措施是极其必要的。当管线出现局部缺陷时，在输送介质压カ的作用下，缺陷周围会出现符合一定规律的应カ分布，并表现在相应管线表面。因此可以通过对管线外壁进行实时应变监测来推知点蚀的程度。而理论和实验表明，只有在点蚀中心3-5倍直径的范围内才有明显的应变分布，而且此应变呈快速衰减的分布，在点蚀中心附近的应变最高。传统的光纤光栅应变传感器(FBG)虽然可以进行应变测量，但若将其应用于此类检测时，会由于无法对点蚀处进行准确定位而使得測量灵敏度大大减弱甚至无法有效检測。
发明内容
本发明为解决现有技术存在的问题，提供了一种非线性啁啾光纤光栅ニ维分布式应变传感管线监测装置。本发明目的是提供ー种具有传感器体积小、测量范国大、耐腐蚀和防爆、性能稳定、设计灵活、长期稳定性和互換性好、响应速度快等特点的非线性啁啾光纤光栅ニ维分布式应变传感管线监测装置。本发明采用数根长度约为数厘米到数十厘米的布喇格光纤光栅构成。这些长布喇格光纤光栅以一定间距进行排列(如3-5_)，粘贴于管线外壁。由此，即使点蚀位置不能精确测量，也可以通过多跟长布喇格光纤光栅的组合使得传感区域覆盖点蚀位置。同吋，当管线外壁分布式的应变作用于某ー长布喇格光纤光栅的某ー感测区域时，会引起该长布喇格光纤光栅产生局域啁啾效应，从而使得该光栅的反射/透射峰的宽度发生变化。通过检测峰宽的变化，即可实现该光栅所承受的最大应变。同时，多根长布喇格光纤光栅组合起来，即可实现ニ维分布式的应变感測。本发明实施时，在油气管线上，依靠无损探伤仪器确定管线内部缺陷的位置，对缺陷区域打磨处理干净后，根据缺陷区域大小，在已知的缺陷位置中心沿管线周向方向用氰基丙烯酸酯粘合剂固定单根啁啾光纤光栅，再沿轴向左右布设等间距约5_数根啁啾光栅，根据实际情况可以选择相同或者不同栅区长度，栅区长度大约取2-5cm。油气管道内压力会相应的増大，有缺陷的位置会产生较大梯度的非均匀应カ分布。粘在缺陷位置的光纤光栅的栅格周期会被非线性拉伸，引起非线性效应，使光栅的反射谱展宽。根据不同光栅的反射谱展宽的大小来判断油气管道缺陷的准确位置及ニ维应カ分布情況。啁啾光栅相比FBG，由于其栅区长度较长，測量非线性应カ时反射谱展宽，所以測量非线性应变的范围较大，多根组合便可以实现准ニ维的非均匀应カ分布式測量。本发明非线性啁啾光纤光栅ニ维分布式应变传感管线监测装置采用如下技术方案一种非线性啁啾光纤光栅ニ维分布式应变传感管线监测装置，其特点是监测装置包括光纤光栅解调仪、啁啾光纤光栅和单模光纤，管线缺陷位置的ニ维分布式排布的啁啾光纤光栅装有单模光纤，单模光纤与光纤光栅解调仪连接在一起。本发明非线性啁啾光纤光栅ニ维分布式应变传感管线监测装置还可以采用如下 技术措施所述的非线性啁啾光纤光栅ニ维分布式应变传感管线监测装置，其特点是啁啾光纤光栅为阵列方式排布传感器，啁啾光纤光栅的栅区长度为2_5cm。所述的非线性啁啾光纤光栅ニ维分布式应变传感管线监测装置，其特点是啁啾光纤光栅排布的方式为3 — 7mm等间隔沿管线轴向排布。所述的非线性啁啾光纤光栅ニ维分布式应变传感管线监测装置，其特点是啁啾光纤光栅的数量为6-20。本发明具有的优点和积极效果非线性啁啾光纤光栅ニ维分布式应变传感管线监测装置，由于采用了本发明全新的技术方案，与现有技术相比，本发明基于啁啾光纤光栅的油气管线分布式ニ维应变測量技木，以数根栅区长度约为2-5cm的啁啾光纤光栅等间隔(约为5mm)组合分布在管线的缺陷位置处作为传感元件，根据非线性效应导致反射谱展宽程度反映油气管道缺陷应力的分布情况，更加精确的定位缺陷位置的中心，对缺陷位置准确的监测和评估。该传感器体积小、测量范国大、耐腐蚀和防爆、性能稳定、具有设计灵活、长期稳定性和互換性好、响应速度快的突出优点。适合在各种恶劣环境下工作。因此，本发明具有成本低、设备简单，易于实现的优点。
图I是本发明的连接结构示意图；图2是本发明一根光栅连接结构示意图。图中，I.管线，2.缺陷位置，3.啁啾光纤光柵，4.单模光纤，5.光纤光栅解调仪，6.稱合器
具体实施例方式为能进一歩了解本发明的技术内容、特点及功效，兹列举以下实例，并配合附图详细说明如下參照附图I和图2。实施例I
一种非线性啁啾光纤光栅ニ维分布式应变传感管线监测装置，包括光纤光栅解调仪5、啁啾光纤光栅3和单模光纤4，管线缺陷位置有ニ维分布阵列方式沿管线I轴向排布的啁啾光纤光栅3,啁啾光纤光栅3的栅区长度为2-5cm, 11棵啁啾光纤光栅3按5mm等间隔排布。啁啾光纤光栅3通过单模光纤4与光纤光栅解调仪5连接在一起。本实施例的具体结构及其监测过程基于多根啁啾光纤光栅组合实现管线ニ维分布式应变测量，监测装置如图所示有油气管线1，管线缺陷位置2，啁啾光纤光栅3、单模光纤4和光谱分析装置5。其中，在油气管线I上的缺陷位置2处如图所示等间隔5mm布设11根不同长度栅区2_5cm的啁啾光纤光栅3通过单模光纤4与光纤光栅解调仪5相连接，所述的啁啾光纤光栅3栅区长度相同或者不同。所述的啁啾光纤光栅3的栅区长度大约为2-5cm，在缺陷区域沿管线环向用粘合剂布设，所述的11根啁啾光纤光栅3以5mm等间隔沿轴向排布。本实施例的油气管线I是钢结构材质，单模光纤4采用C波段的单模光纤。 采用光谱分析装置一一光纤光栅解调仪5内含有工作波段为1520 1570nm的光源。米用啁啾光纤光栅3的反射谱范围为1520nm 1570nm。光纤光栅解调仪5米用光纤光栅解调系统。本发明基于啁啾光纤光栅的油气管线分布式ニ维应变測量技术原理是当油气管线I输送油气时，油气管线I内压カ会随着传输距离和传输量的增大而増加，在压力作用下管线开始发生膨胀，尤其是有缺陷位置2处会产生较大梯度的非均匀应カ分布。粘在缺陷区域的啁啾光纤光栅3栅格周期会被非线性拉伸，引起非线性效应，使啁啾光纤光栅3的反射谱展宽。从光纤光栅解调仪5记录每根光栅的反射谱的形状变化，根据缺陷区域不同位置处啁啾光纤光栅3的反射谱展宽变化的大小，多根啁啾光纤光栅3传感数据组合分析就可以得到油气管线I缺陷位置2的准ニ维面应力分布情况，实现缺陷位置中心更加精准的定位和评估，以便采取相应的措施保护油气管线防止泄露。
权利要求
1.一种非线性啁啾光纤光栅ニ维分布式应变传感管线监测装置，其特征是监测装置包括光纤光栅解调仪(5)、啁啾光纤光栅(3)和单模光纤(4)，管线缺陷位置的ニ维分布式排布的啁啾光纤光栅(3)装有单模光纤(4)，单模光纤(4)与光纤光栅解调仪(5)连接在一起。
2.按照权利要求I所述的非线性啁啾光纤光栅ニ维分布式应变传感管线监测装置，其特征是啁啾光纤光栅(3)为阵列方式排布传感器,啁啾光纤光栅(3)的栅区长度为2-5cm。
3.按照权利要求I所述的非线性啁啾光纤光栅ニ维分布式应变传感管线监测装置，其特征是啁啾光纤光栅(3)排布的方式为3 — 7mm等间隔沿管线(I)轴向排布。
4.按照权利要求1、2或3所述的非线性啁啾光纤光栅ニ维分布式应变传感管线监测装置，其特征是啁啾光纤光栅(3)的数量为6 — 20。
全文摘要
本发明涉及一种非线性啁啾光纤光栅二维分布式应变传感管线监测装置。本发明属于管线监测技术领域。一种非线性啁啾光纤光栅二维分布式应变传感管线监测装置，其特点是监测装置包括光纤光栅解调仪、啁啾光纤光栅和单模光纤，管线缺陷位置的二维分布式排布的啁啾光纤光栅装有单模光纤，单模光纤与光纤光栅解调仪连接在一起。本发明具有传感器体积小、测量范围大、耐腐蚀和防爆、性能稳定、设计灵活、长期稳定性和互换性好、响应速度快等优点，适合于各种恶劣环境，能对缺陷位置进行准确监测和评估。
文档编号G01L1/24GK102680150SQ20121016777
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月28日 优先权日2012年5月28日
发明者刘波, 刘海峰, 胡欣 申请人:天津亿利科能源科技发展股份有限公司