专利名称：管道光纤光栅远程自动预警装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及安全监控技术领域，具体涉及一种管道光纤光栅远程自动预警装置。
背景技术：
管道技术在石油、天然气等输送中有着独特的优势，随着西部油气资源的开发和境外能源的大量采购，如已有的中俄和中哈管道，管道运输将会在我国国民经济中占据越来越重要的地位。长输油气管道的运行环境一般具备以下特点(一)属于中压或高压管道，且输送介质皆为易燃易爆危险品，因此，对管道因内外载荷变化所引起的变形具有严格要求。(二)为典型的长距离线性工程，动辄数百数千乃至上万公里，且出于安全的考虑管道路 由一般都选择在人烟稀少的山地丘陵等地带，因此，管道所在环境缺少电源，甚至无手机信号，汛期的雷雨天气和极端的高低温较为常见。(三)管道需要埋于地下，因此，管道所处地理环境较复杂，尤其是当发生地质灾害时，会对长输油气管道产生较大的威胁。因此，对长输油气管道的应力应变进行准确及时的监测，使长输油气管道的变形程度在允许的范围内，从而防止长输油气管道泄漏具有重要意义。另外，管道地质灾害是以地质灾害及其他不良地质环境为致灾体、以管道本体及其附属设施为承灾体的一种成灾过程，将管道本体及其附属设施可简称为管道。致灾体对承灾体的破坏，一般表现为应力应变的累积作用即过大的拉伸应力将导致管道拉裂，过大的压缩应力则导致管道的屈曲。材料力学和结构力学对管道应力应变的变化与管道地质灾害之间的关系已有明确的计算公式，因此，通过精确的监测管道应力应变的变化情况，还可以有效的预测管道所处地理环境的地质灾害风险程度。但是，现有技术中，常用的监测长输油气管道应力应变是使用电阻式应变片或者振弦式应变计，但是，这两种监测技术经常因电弧、雷暴或腐蚀等原因发生熔断、短路和锈蚀的情况，从而严重影响原始应力应变数据采集的连续性和稳定性，从而降低了监测装置的监测效用，致使无法及时准确的获知管道的变形情况。
实用新型内容针对现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种管道光纤光栅远程自动预警装置，能够对管道变形数据进行精确采集、传输和分析，快速检测出应力集中的管段，并发出预警或报警信息，实现了对管道的监测预警；而且，针对管道本体产生的监测数据，也可以用于判断该管段所处地质环境的变化情况，为地质灾害的风险防治提供技术依据。本实用新型采用的技术方案如下本实用新型提供一种管道光纤光栅远程自动预警装置，包括远程监控服务器和安装在监测现场的一个以上监测单元；所述远程监控服务器通过通信网络与各个所述监测单元连接；每一个所述监测单元均包括通信�？�、光纤光栅解调仪和一个以上固定安装在长输油气管道外表面的光纤光栅应变计；各个所述光纤光栅应变计通过光缆与所述光纤光栅解调仪连接，所述光纤光栅解调仪还与所述通信模块连接。优选的，还包括报警装置；所述报警装置与所述远程监控服务器连接。优选的，所述报警装置为声音报警装置和/或光报警装置。优选的，所述通信模块为有线通信模块和/或无线通信�？�。优选的，所述无线通信�？槲狦PRS通信�？�、WCDMA通信模块、GSM通信�？�、WiFi通信�？橹械囊恢只蚣钢�。优选的，所述光纤光栅应变计与所述长输油气管道外表面通过焊接和/或磁吸附的方式固定连接。优选的，所述光纤光栅解调仪的一个通道串接5-30个所述光纤光栅应变计。优选的，所述光纤光栅解调仪的一个通道串接16个所述光纤光栅应变计。优选的，还包括密封固定安装在所述长输油气管道外表面的隔离外壳；所述光纤光栅应变计设置在所述隔离外壳的内部。本实用新型的有益效果如下(I)通过光纤光栅应变计对管道应力应变数据进行采集，具有抗干扰能力强的优点，因此，采集到的应力应变数据准确；(2)将光纤光栅应变计串接组网实现多点同时测量，简化了光纤光栅应变计及引出线的布设，避免了以往逐点测量的不便；(3)远程监控服务器能够对管道轴向应变和弯曲应变变化等综合指标进行集中分析，判断管道的安全状态，及时发布预报预警；(4)远程监控服务器和各个监测单元通过网络通信，尤其是可以通过无线网络通信，具有布线简单的优点，还具有数据传输安全可靠和成本低廉的优点；(5)光纤光栅解调仪的一个通道串接多个光纤光栅应变计，缩小了光纤光栅解调仪的体积，便于现场布置。
图I为本实用新型提供的管道光纤光栅远程自动预警装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型进行详细说明如图I所示，本实用新型提供一种管道光纤光栅远程自动预警装置，包括远程监控服务器和安装在监测现场的一个以上监测单元；所述远程监控服务器通过通信网络与各个所述监测单元连接；每一个所述监测单元均包括通信�？�、光纤光栅解调仪和一个以上固定安装在长输油气管道外表面的光纤光栅应变计；各个所述光纤光栅应变计通过光缆与所述光纤光栅解调仪电连接，所述光纤光栅解调仪还与所述通信�？榈缌�。其中，光纤光栅应变计与长输油气管道外表面可以通过焊接和/或磁吸附的方式固定连接。光纤光栅解调仪的一个通道可以串接5-30个所述光纤光栅应变计，例如16个。其中，光纤光栅解调仪串联的光纤光栅应变计的数量根据光缆的长度和所穿越不良地质条件的多寡确定。通过这种布置方式，可以缩小了光纤光栅解调仪的体积，便于现场布置。[0026]由于光纤光栅应变计需要安装在地面以下，所以，为确保高灵敏度的光纤光栅应变计不受土体挤压影响，光纤光栅应变计外部需要加装隔离外壳。该隔离外壳密封固定安装在长输油气管道外表面，并且具有一定的刚性，不与管道外表面发生挪移且与光纤光栅应变计保持一定的距离，避免直接向光纤光栅应变计传导土体压力。实际应用中，隔离外壳可以采用不锈钢材质以提高防腐性能。本实用新型中，各个监测单元与远程监控服务器通过通信�？橥ㄐ牛ㄐ拍？榭梢晕邢咄ㄐ拍？楹�/或无线通信�？�。其中，无线通信�？槲狦PRS通信�？�、WCDMA通信�？�、GSM通信�？�、WiFi通信�？橹械囊恢只蚣钢�。由于长输油气管道的远程监控服务器一般设置在贴近油气用户的大城市附近，而管道铺设远在数千公里之外，因此采用无线通信模式实现光纤光栅解调仪采集并解调的数据的远程传输，具有成本低廉、安全可靠和布线简单的优点。本实用新型提供的管道光纤光栅远程自动预 警装置的工作过程为(I)光纤光栅解调仪内部光源发出连续的宽带光，经光缆传输到监测现场布设的光纤光栅应变计；使用光纤光栅应变计进行管道应变监测，与其他类型的应变计相比，光栅波长信号的采集可以不受管道表面阴保电流影响，利于使用光缆进行长距离信号传输；同时即便充分考虑信号衰减问题，在不采用信号放大增益设施的情况下，使用光缆进行信号传输的距离也要数倍于金属材质的其他数据线,可达数十公里。(2)光纤光栅应变计内部的测量敏感元件——光纤光栅对该宽带光有选择地反射回相应的一个窄带光，经同一传输光缆返回到光纤光栅解调仪内部的探测器；通过探测器测定出各个光纤光栅应变计所返回的不同窄带光的中心波长，从而解析出各监测点的应力应变数据。由于光栅是一段经过特殊加工的光纤，能够反射特定范围的、纳米级的波长。当管道管体发生应变时，附着在管道管体上的光栅所反射的波长随之变化；因此，通过检测反射回的波长数据，并进行分析计算后，即可得到附着部位的最大拉伸应力、最大压缩应力和最大弯曲应力等应力指标。(3)光纤光栅解调仪将得到的上述应力应变数据传输给通信模块；(4)通信模块再将上述应力应变数据传输给远程监控服务器；(5)远程监控服务器对接收到的应力应变数据进行综合分析。本实用新型中，远程监控服务器与监测现场的光纤光栅应变计采用双向通信方式即远程监控服务器可接收现场光纤光栅应变计上传的监测数据，实现远程采集的效果；同此，远程监控服务器也可以对现场数据采集设备发送相关测控指令。具体而言，以通信�？槲狦PRS�？槲鼼PRS模块与光纤光栅解调仪的COMl采用标准RS-232通信方式，以AT指令实现互相之间的通信。现场的光纤光栅解调仪平时处于静默状态，只在指定的时间段读取光纤光栅应变计的数据以节约电能；当远程监控服务器对某一光纤光栅解调仪有数据要求时，开启GPRS建立无线连接即可取得光纤光栅解调仪测得的数据。远程监控服务器内置专用分析预警软件解析数据，通过对光纤光栅解调仪上传的监测数据进行分析，生成管道轴向应变和弯曲应变变化等综合指标。依据基于应力或基于应变的分析评价手段，判断管道的安全状态，及时发布预报预警。其中，专用分析预警软件为微软Windows全兼容软件,能以多任务方式在后台运行；可以在多种广域/局域网络直接运行以及采用SQL方式实现全功能管理，具有全开放性接口以便第三方软件连接，并可以直接连接通用商用数据及图形软件进行数据编辑、报表及图形在线处理。专用分析预警软件对接收到的监测数据自动按时间序列连续描述管道的应力应变大小及其分布，对接收到的实测值与预设标准值进行比较，对超应力或应力快速集中的管段自动发布预警信息，尤为适用于长输油气管道这种长距离线性工程的监测预警；同时，针对管道本体产生的监测数据，也可以用于判断该管段所处地质环境的变化情况，为地质灾害的风险防治提供技术依据。本实用新型中，采用的报警方式可以为直接向显示界面推送报警信息，也可以采用声音报警装置和/或光报警装置进行报警。当然，也可以通过短信的方式向指定的手机或电脑等客户端发送报警短信。综上所述，本实用新型提供的管道光纤光栅远程自动预警装置具有以下优点(I)通过光纤光栅应变计对管道应力应变数据进行采集，具有抗干扰能力强的优点，因此，采集到的应力应变数据准确； (2)将光纤光栅应变计串接组网实现多点同时测量，简化了光纤光栅应变计及引出线的布设，避免了以往逐点测量的不便；(3)远程监控服务器能够对管道轴向应变和弯曲应变变化等综合指标进行集中分析，判断管道的安全状态，及时发布预报预警；(4)远程监控服务器和各个监测单元通过网络通信，尤其是可以通过无线网络通信，具有布线简单的优点，还具有数据传输安全可靠和成本低廉的优点；(5)光纤光栅解调仪的一个通道串接多个光纤光栅应变计，缩小了光纤光栅解调仪的体积，便于现场布置。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种管道光纤光栅远程自动预警装置，其特征在于，包括远程监控服务器和安装在监测现场的一个以上监测单元；所述远程监控服务器通过通信网络与各个所述监测单元连接；每一个所述监测单元均包括通信�？�、光纤光栅解调仪和一个以上固定安装在长输油气管道外表面的光纤光栅应变计；各个所述光纤光栅应变计通过光缆与所述光纤光栅解调仪连接，所述光纤光栅解调仪还与所述通信�？榱�。
2.根据权利要求I所述的管道光纤光栅远程自动预警装置，其特征在于，还包括报警装置；所述报警装置与所述远程监控服务器连接。
3.根据权利要求2所述的管道光纤光栅远程自动预警装置，其特征在于，所述报警装置为声音报警装置和/或光报警装置。
4.根据权利要求I所述的管道光纤光栅远程自动预警装置，其特征在于，所述通信模块为有线通信�？楹�/或无线通信�？�。
5.根据权利要求4所述的管道光纤光栅远程自动预警装置，其特征在于，所述无线通信�？槲狦PRS通信�？�、WCDMA通信�？�、GSM通信�？�、WiFi通信�？橹械囊恢只蚣钢�。
6.根据权利要求I所述的管道光纤光栅远程自动预警装置，其特征在于，所述光纤光栅应变计与所述长输油气管道外表面通过焊接和/或磁吸附的方式固定连接。
7.根据权利要求I所述的管道光纤光栅远程自动预警装置，其特征在于，所述光纤光栅解调仪的一个通道串接5-30个所述光纤光栅应变计。
8.根据权利要求7所述的管道光纤光栅远程自动预警装置，其特征在于，所述光纤光栅解调仪的一个通道串接16个所述光纤光栅应变计。
9.根据权利要求I所述的管道光纤光栅远程自动预警装置，其特征在于，还包括密封固定安装在所述长输油气管道外表面的隔离外壳；所述光纤光栅应变计设置在所述隔离外壳的内部。
专利摘要本实用新型提供一种管道光纤光栅远程自动预警装置，包括远程监控服务器和安装在监测现场的一个以上监测单元；所述远程监控服务器通过通信网络与各个所述监测单元连接；每一个所述监测单元均包括通信�？�、光纤光栅解调仪和一个以上固定安装在长输油气管道外表面的光纤光栅应变计；各个所述光纤光栅应变计通过光缆与所述光纤光栅解调仪连接，所述光纤光栅解调仪还与所述通信�？榱印Ｒ虼耍芄欢怨艿辣湫问萁芯凡杉�、传输和分析，快速检测出应力集中的管段，并发出预警或报警信息，实现了对管道的监测预警；而且，针对管道本体产生的监测数据，也可以用于判断该管段所处地质环境的变化情况，为地质灾害的风险防治提供技术依据。
文档编号G01B11/16GK202582505SQ20122025596
公开日2012年12月5日 申请日期2012年6月1日 优先权日2012年6月1日
发明者魏东, 黄建忠 申请人:北京科力华安地质灾害监测技术有限公司
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