一种基于光纤光栅的油气管道监测系统

技术领域

本发明属于光纤传感领域，更具体地，涉及一种基于光纤光栅的油气管道监测系统。

背景技术

石油的存储、运输与加工往往需要大量的油气管道作为油气的转运手段，这些油气管道在提供了方便的同时，也为安全留下了隐患。每一个油气管道的接口都有可能产生泄漏，在各种各样的产生泄漏的原因中，由于沉降原因造成的油气管道的形变从而产生的泄漏是最常见的，因为形变的积累是一个长期的过程，应力的积聚往往会造成接口的脱落甚至管道的断裂，产生严重的后果。

目前各类的监测方法中，往往以地面的沉降作为监测参数，不能如实反映管道形变特别是管道接头形变。

因此，期待发明一种油气管道监测系统，能够有效解决现有技术中以地面沉降作为监测参数而导致不能及时准确监测管道形变的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于光纤光栅的油气管道监测系统，能够有效解决现有技术中以地面沉降作为监测参数而导致不能及时准确管道形变的问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种基于光纤光栅的油气管道监测系统，油气管道包括多个油气管段，相邻的所述油气管段之间通过接口相连接，所述监测系统包括光纤光栅组件和光纤光栅调制解调器；

所述光纤光栅组件设于所述接口附近且与相邻的所述油气管段的外周相连接，其中，所述光纤光栅组件和所述接口的外周被发泡胶保护层包裹；

所述光纤光栅调制解调器通过光纤连接于所述光纤光栅组件。

可选地，所述光纤光栅组件为多组，多组所述光纤光栅组件沿着所述油气管道的延伸方向依次设置，相邻的所述光纤光栅组件之间通过光纤相连接；

所述光纤光栅调制解调器通过光纤连接于多组所述光纤光栅组件中的第一个或最后一个所述光纤光栅组件。

可选地，还包括光纤激光振动监测仪；

所述光纤激光振动监测仪分别连接于多组所述光纤光栅组件中的第一个和最后一个所述光纤光栅组件，所述光纤激光振动监测仪的工作波长与所述光纤光栅组件的工作波长没有重叠部分。

可选地，还包括设于所述光纤上的耦合器；

多组所述光纤光栅组件中的第一个或最后一个所述光纤光栅组件通过所述耦合器分别与所述光纤激光振动监测仪和所述光纤光栅调制解调器相连接。

可选地，还包括中心数据处理系统；

所述中心数据处理系统分别与所述光纤激光振动监测仪和所述光纤光栅调制解调器相连接，用于接收所述光纤激光振动监测仪上传的所述光纤光栅组件的振动数据和所述光纤光栅调制解调器上传的所述光纤光栅组件的共振峰值移动数据。

可选地，所述光纤光栅组件通过粘接工艺粘接于所述油气管段的外周。

可选地，相邻的所述油气管段之间通过所述接口连接为直管，所述接口沿所述油气管段的轴向设置，所述光纤光栅组件包括多个光纤光栅，所述多个光纤光栅相互平行地设于所述接口的外部且与所述接口的外周相连接。

可选地，所述多个光纤光栅等间隔地连接于所述接口的外周。

可选地，还包括多个管箍，所述多个管箍沿所述油气管段的轴向套设于所述接口的外部，所述光纤光栅组件沿所述油气管段的轴向连接于多个所述管箍的外周，以保证所述光纤光栅平直地跨过所述油气管段之间的接口；所述发泡胶保护层还填充于所述接口的外周与所述光纤光栅组件、以及所述接口的外周与所述管箍的内壁之间。

可选地，相邻的所述油气管段之间通过所述接口连接为弯管，相邻的所述油气管段之间相互倾斜设置，所述光纤光栅组件的两端分别连接于一个所述油气管段的外周。

本发明的有益效果在于：

监测系统包括光纤光栅组件和光纤光栅调制解调器；光纤光栅组件设于接口附近且与油气管段的外周相连接，其中，光纤光栅组件和接口的外周填充有发泡胶保护层；光纤光栅调制解调器通过光纤连接于光纤光栅组件；当油气管道发生变形时，光纤光栅组件能够灵敏地监测出来，如果油气管道发生形变，光纤光栅组件的共振峰值将发生变化，光纤光栅调制解调器可以将光纤光栅组件的共振峰值移动信息解调出来，因此，本监测系统能够及时且灵敏地监测出油气管道的形变，为安全防护提供有力依据。

本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明的一个实施例的基于光纤光栅的油气管道监测系统的结构示意图。

图2示出了根据本发明的一个实施例的基于光纤光栅的油气管道监测系统的相邻的油气管段连接为直管时与光纤光栅连接的结构示意图。

图3示出了根据本发明的一个实施例的基于光纤光栅的油气管道监测系统的相邻的油气管段连接为弯管时与光纤光栅连接的结构示意图。

附图标记说明

1、油气管段；2、接口；3、管箍；4、光纤光栅；5、发泡胶保护层；6、耦合器；7、光纤光栅组件；8、光纤；9、光纤激光振动监测仪；10、光纤光栅调制解调器；11、中心数据处理系统。

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

根据本发明的一种基于光纤光栅的油气管道监测系统，油气管道包括多个油气管段，相邻的油气管段之间通过接口相连接，监测系统包括光纤光栅组件和光纤光栅调制解调器；

光纤光栅组件设于接口附近且与相邻的油气管段的外周相连接，其中，光纤光栅组件和接口的外周被发泡胶保护层包裹；

光纤光栅调制解调器通过光纤连接于光纤光栅组件。

具体地，监测系统包括光纤光栅组件和光纤光栅调制解调器；光纤光栅组件设于接口附近且与油气管段的外周相连接，其中，光纤光栅组件和接口的外周填充有发泡胶保护层；光纤光栅调制解调器通过光纤连接于光纤光栅组件；当油气管道发生变形时，光纤光栅组件能够灵敏地监测出来，如果油气管道发生形变，光纤光栅组件的共振峰值将发生变化，光纤光栅调制解调器可以将光纤光栅组件的峰值移动信息解调出来，因此，本监测系统能够及时且灵敏地监测出油气管道的形变，为安全防护提供有力依据。

进一步地，光纤光栅组件和接口的外周填充有发泡胶保护层，发泡胶保护层能够使光纤光栅组件牢固地连接于油气管段的外周以免光纤光栅组件由于环境因素而造成损坏，且发泡胶保护层具有保温作用，以免监测结果受到温度影响而产生严重偏差。

在一个示例中，光纤光栅组件为多组，多组光纤光栅组件沿着油气管道的延伸方向依次设置，相邻的光纤光栅组件之间通过光纤相连接；

光纤光栅调制解调器通过光纤连接于多组光纤光栅组件中的第一个或最后一个光纤光栅组件。

具体地，在实际应用中，油气管道路径非常长，在油气管道路径上有很多个接口，如果每个接口附近设置光纤光栅组件，则需要多组光纤光栅组件，相邻的光纤光栅组件之间通过光纤相连接。

在一个示例中，还包括光纤激光振动监测仪；

光纤激光振动监测仪分别连接于多组光纤光栅组件中的第一个和最后一个光纤光栅组件形成环路，光纤激光振动监测仪的工作波长与光纤光栅组件的工作波长没有重叠部分。

具体地，为了监测由于泄漏引发的油气管道的振动，光纤激光振动监测仪的工作波长需要与光纤光栅组件的工作波长完全错开。一般情况下，光纤激光振动监测仪需要包括光纤传感器，在极个别情况下，光纤激光振动监测仪可不包括光纤传感器，通过连接光纤采用分布式传感测量沿途的振动信息。

在一个示例中，还包括设于光纤上的耦合器；

多组光纤光栅组件中的第一个或最后一个光纤光栅组件通过耦合器分别与光纤激光振动监测仪和光纤光栅调制解调器相连接。

具体地，在实际应用中，耦合器还可以用光开关替代，具体使用耦合器还是光开关可以根据实际情况灵活选择。

在一个示例中，还包括中心数据处理系统；

中心数据处理系统分别与光纤激光振动监测仪和光纤光栅调制解调器相连接，用于接收光纤激光振动监测仪上传的光纤光栅组件的振动数据和光纤光栅调制解调器上传的光纤光栅组件的共振峰值移动数据。

具体地，中心数据处理系统在设置过程中可以采用下列算法降低误报：将所有的光纤光栅组件的峰位移动折算为温度改变信息，因为热胀冷缩同样会在光纤光栅中产生应力，通过比对同一接口的不同光纤光栅的温度改变量来确定是否存在实际的应力形变。每个监测区域，即接的一组光纤光栅的改变量差值设定一个阈值，超过即为产生明显形变，需要进一步处理。如此设定的好处在于可以最大程度减小温度变化带来的影响，我们默认光纤光栅组件在同一位置，而且处于保温层内，温度的变化数值接近。

在一个示例中，光纤光栅组件通过粘接工艺粘接于油气管段的外周。

具体地，安装前需要对粘接部位进行除锈除油处理，使光纤光栅组件更牢固地粘接于油气管道的外周。

在一个示例中，相邻的油气管段之间通过接口连接为直管，接口沿油气管段的轴向设置，光纤光栅组件包括多个光纤光栅，多个光纤光栅相互平行地设于接口的外部且与接口的外周相连接。

具体地，对于直通式接口，相邻的油气管段相接时，往往需要大量的固定螺丝，横向位移可以忽略，光纤光栅组件沿油气管段的轴向设置，根据油气管段的直径选择光纤光栅组件的长度。对于小于10cm管道，可以选用约管径1-3倍长度的光纤光栅组件，对于大直径的管道，为了保证灵敏度，光纤光栅组件的长度不超过1米。

在一个示例中，多个光纤光栅等间隔地连接于接口的外周。

具体地，光纤光栅组件包括多个光纤光栅，优选为三个光纤光栅，可以成品字形粘接，对于重点监测的位置或管径较粗的部位，可以根据实际情况增加光纤光栅的数量以提高监测的灵敏度。

在一个示例中，还包括多个管箍，多个管箍沿油气管段的轴向套设于接口的外部，光纤光栅组件沿油气管段的轴向连接于多个管箍的外周，以保证光纤光栅平直地跨过油气管段之间的接口；发泡胶保护层还填充于接口的外周与光纤光栅组件、以及接口的外周与管箍的内壁之间。

具体地，对于直通式接口，光纤光栅组件平行地设于接口的外部，为保证光纤光栅组件沿同一直线设置，需要在光纤光栅组件与油气管段之间设置多个管箍，使光纤光栅组件平滑地越过接口。

在一个示例中，相邻的油气管段之间通过接口连接为弯管，相邻的油气管段之间相互倾斜设置，光纤光栅组件的两端分别连接于一个油气管段的外周。

具体地，相邻的油气管段之间通过接口连接为具有角度的弯管，相邻的油气管段之间倾斜设置，即相邻的油气管段相互呈一定角度，将光纤光栅组件的两端分别连接于两个相邻的油气管段的外周以形成固定，优选地，相邻的油气管段之间相互垂直设置。

实施例

如图1-3所示，一种基于光纤光栅的油气管道监测系统，油气管道包括多个油气管段1，相邻的油气管段1之间通过接口2相连接，监测系统包括光纤光栅组件7和光纤光栅调制解调器10；

光纤光栅组件7设于接口2附近且与相邻的油气管段1的外周相连接，其中，光纤光栅组件7和接口2的外周被发泡胶保护层5包裹；

光纤光栅调制解调器10通过光纤8连接于光纤光栅组件7。

其中，光纤光栅组件7为多组，多组光纤光栅组件7沿着油气管道的延伸方向依次设置，相邻的光纤光栅组件7之间通过光纤8相连接；光纤光栅调制解调器10通过光纤8连接于多组光纤光栅组件7中的第一个或最后一个光纤光栅组件7。

如图1所示，监测系统还包括光纤激光振动监测仪9、光纤上的耦合器6和中心数据处理系统11；光纤激光振动监测仪9分别连接于多组光纤光栅组件7中的第一个和最后一个光纤光栅组件7，光纤激光振动监测仪9的工作波长与光纤光栅组件7的工作波长没有重叠部分；多组光纤光栅组件7中的第一个或最后一个光纤光栅组件7通过耦合器6分别与光纤激光振动监测仪9和光纤光栅调制解调器10相连接；中心数据处理系统11分别与光纤激光振动监测仪9和光纤光栅调制解调器10相连接，用于接收光纤激光振动监测仪9上传的光纤光栅组件7的振动数据和光纤光栅调制解调器10上传的光纤光栅组件7的共振峰值移动数据。

如图2所示，相邻的油气管段1之间通过接口2连接为直管，接口2沿油气管段1的轴向设置，光纤光栅组件7包括多个光纤光栅4，多个光纤光栅4相互平行地设于接口2的外部且与接口2的外周相连接。其中，多个光纤光栅4等间隔地连接于接口2的外周。监测系统还包括多个管箍3，多个管箍3沿油气管段1的轴向套设于接口2的外部，光纤光栅组件7沿油气管段1的轴向连接于多个管箍3的外周，以保证光纤光栅4平直地跨过油气管段1之间的接口2；发泡胶保护层5还填充于接口2的外周与光纤光栅组件7、以及接口2的外周与管箍3的内壁之间。

如图3所示，相邻的油气管段1之间通过接口2连接为弯管，相邻的油气管段1之间相互垂直设置，光纤光栅组件7的两端分别连接于一个油气管段1的外周。

综上所述，监测系统包括光纤光栅组件和光纤光栅调制解调器；光纤光栅组件设于接口附近且与油气管段的外周相连接，其中，光纤光栅组件和接口的外周填充有发泡胶保护层；光纤光栅调制解调器通过光纤连接于光纤光栅组件；当油气管道发生变形时，光纤光栅组件能够灵敏地监测出来，如果油气管道发生形变，光纤光栅组件的共振峰值将发生变化，光纤光栅调制解调器可以将光纤光栅组件的共振峰值移动信息解调出来，因此，本监测系统能够及时且灵敏地监测出油气管道的形变，为安全防护提供有力依据。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。