一种可传感并能通信的管道系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种可传感并能通信的管道系统，所述管道中埋入普通或特种光纤或光纤光栅传感器。采用上述方案，可以实现对管道的远程健康监测，从监控中心便可以发现管道的温度和应力变化情况，从而防患于未然，发生断裂和爆管也可精确定位管道的断裂和爆管位置。还可以利用管道实现通信，对市政供水管道、石油管道、燃气管道等需要通信的场合，可以构建树状或网状通信网络，而无需再利用通信运营商的网络实现远程数据采集和控制需要的数据通信。
【专利说明】一种可传感并能通信的管道系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及传输各种流体如水、油或煤气的管道，特别是具有传感和通信功能的管道，尤其涉及的是一种可传感并能通信的智能管道系统。
【背景技术】
[0002]现有的各种传输流体的管道，仅具有传输流体的功能，管道自身的状态，如发生形变、外力导致的爆管或泄漏等均无法通过管道自身监测发现。现有的管道自身的状态如爆管或泄漏等需要外加传感器或探测仪器才能发现。现有的各种管道自身也无法成为通信媒介。现有各种埋设管道因各种原应导致的泄漏和爆管均可以通过埋设于管道下方或附加于管道外的各种电传感器监测发现。例如，监测埋设于地下的管道的泄漏可以通过管道两端的压力传感器监测管道两端的压力差发现中间是否有泄漏发生。由于成本的原因，两个传感设备之间通常具有一定的距离，所以这种方式无法给出精确的泄漏位置。另外一种方案是通过外加于管道外的电传感器来实现泄漏监测。
[0003]这些使用电传感器的方案都需要解决为埋设于地下的电传感器供电的问题，目前，只能通过电池实现，维护非常不方便。埋地管道泄漏会导致泄漏点周围的温度和它本身原来的温度以及管道沿线其它地方的温度的变化，因而可以通过在埋地管道的下方布设传感光缆，利用光缆对温度的敏感来监测泄漏。使用光缆作为传感器的方案虽然没有电传感器的供电导致的维护困难的问题，但这种方案只能监测管道是否有泄漏的问题，而不能监测管道本身的变化如应力变化等因素导致管道自身的质量发生的变化，从而防患于未然。
【发明内容】
[0004]本发明要解决现有的方案不能通过管道本身来实现监测管道本身的变化如应力、温度等导致的管道质量降低，甚至断裂或爆管的问题，同时还能将管道变成通信媒介，实现通过管道自身传感和通信的功能。
[0005]本发明的技术方案如下:
[0006]一种可传感并能通信的管道系统，所述管道中埋入普通或特种光纤或光纤光栅传感器。
[0007]所述的系统，还包括传感测量设备、光波分复用器、通信设备；传感用的光信号通过传感测量设备中的激光器发出后经过光波分复用设备，进入管道中埋设的光纤中传输，如果其沿途应力和温度发生变化，通过传感测量设备分析后向布里渊散射信号便可给出管道沿途的温度和应力数据，与历史数据对比便可分析出发生变化的位置；通信用的光信号通过通信设备中的激光器发出后经过光波分复用设备进入管道中埋设的光纤中传输，通过编码和通信协议可实现各通信设备之间互相通信。
[0008]所述的系统，在管道壁的中央，上下左右对称位置分别埋入I根光纤，整个管道埋A 4根光纤。
[0009]所述的系统，在较厚的管道壁的中央，上下左右对称位置分别埋入两根光纤，整个管道埋入8根光纤。
[0010]所述的系统，在管道壁的上下分别埋入I根光纤，靠近管外壁螺旋状缠绕一根光纤，整个管道埋入三根光纤。
[0011]所述的系统，在靠近管道外壁表面埋入两根光纤。
[0012]采用上述方案，可以实现对管道的远程健康监测，从监控中心便可以发现管道的温度和应力变化情况，从而防患于未然，发生断裂和爆管也可精确定位管道的断裂和爆管位置。还可以利用管道实现通信，对市政供水管道、石油管道、燃气管道等需要通信的场合，可以构建树状通信网络，
[0013]而无需再利用通信运营商的网络实现远程数据采集和控制需要的数据通信。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明管道系统的原理示意图；
[0015]图2至图5为本发明实施例提供的四种不同的光纤埋入位置方案；1为管道，2为光纤。
【具体实施方式】
[0016]以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。
[0017]本发明是通过在制造管道的过程中，根据管道用途的不同，在管道壁的不同位置埋入单模普通光纤、特种光纤或光纤光栅传感器(根据所要感测的物理量和精度要求进行选择，不同的物理量和不同的精度要求不同的光纤；感应温度和应变使用普通单模光纤即可；不同型号的管道埋入不同种类的光纤)，将管道变成可传感和能通信的管道。
[0018]参考图1，可传感并能通信的管道系统，包括传感测量设备、通信设备、光波分复用器及管道；该管道中埋入普通或特种光纤或光纤光栅传感器，通过传感测量设备来监测光在光纤中的拉曼效应、布里渊效应和瑞利反射来判断光纤的温度、应变和断裂情况，从而监测管道的健康。在管壁内或管壁表面埋入普通单模光纤，可通过光的瑞利反射现象精确地定位发生管道断裂的位置，通过受激布里渊效应和拉曼效应，可以测量管道的微形变和温度变化。同过监测光纤的温度和应力的变化来定位泄漏点。同时，在本发明的管道中，普通光纤还可用于通信，以满足前端数据采集的通信需求。
[0019]传感测量设备用来分析埋入管道的光纤的微小应力变化和温度的变化，其原理是利用光信号的布里渊散射效应，即光通过光纤时，光子和光纤中因自发热运动而产生的声子会发生非弹性碰撞，散射光的频率相对入射光的频率会发生变化；而与布里渊后向散射光的频率相关的光纤材料特性主要受温度和应变的影响，因此，测量其后向散射光频率的变化可以知道光纤沿途温度和应力的变化。由于光纤是埋入管道的，因此，光纤应力和温度的变化就反映了管道的应力和温度的变化情况，据此可以间接测量管道的健康状况和管道泄漏情况。
[0020]光波分复用器是无需电源供电的无源器件，主要实现不同波长光波的分路和合路，实现使用不同波长的光通信和测量同时进行。
[0021]通信设备主要是利用埋入管道的光纤实现通信，这样管道运营单位就可以利用管道中的光纤传输各种信息而无需租用通信运营商的通信信道，大大降低其运营费用。[0022]传感用的光信号通过传感测量设备中的激光器发出后经过光波分复用设备，进入本发明的管道中埋设的光纤中传输，如果其沿途应力和温度发生变化，通过传感测量设备分析后向布里渊散射信号便可给出管道沿途的温度和应力数据，与历史数据对比便可分析出发生变化的位置。通信用的光信号通过通信设备中的激光器发出后经过光波分复用设备进入本发明的管道中埋设的光纤中传输，通过编码和通信协议可实现各通信设备之间互相通信。
[0023]埋设的位置和图案的截面示意如图2、3、4。本方案只是提供了优选的埋入位置方案，其它的埋入方案也属于本发明的保护范围。
[0024]图2所示的埋入方案是在管道壁的中央，上下左右对称位置分别埋入I根光纤，整个管道埋入4根光纤。垂直方向的两根光纤尽量靠近管道外壁表面。
[0025]图3所示的埋入方案是在较厚的管道壁的中央，上下左右对称位置分别如图所示埋入两根光纤，整个管道埋入8根光纤。垂直方向的外围两根光纤尽量靠近管道外壁表面。
[0026]图4所示的埋入方案是在管道壁的上下分别埋入I根光纤，靠近管外壁螺旋状缠绕一根光纤，整个管道埋入三根光纤。垂直方向的两根光纤尽量靠近管道外壁表面。
[0027]图5所示，靠近管道外壁表面埋入两根光纤。
[0028]根据应用的不同，可采用基于瑞利散射、拉曼散射和布里渊散射的分布式光纤传感技术。如需要同时测量温度和应变，根据对温度和应变的分辨率要求的不同，可采用如下几种技术:基于布里渊的光时域反射(B0TDR)、光时域分析(B0TDA)、光频域分析(B0FDA)、光相关域分析(BOCDA)和光相关域反射分析(B0CDR)。采用不同的测量技术，所需仪器的组成不同。其用于通信的原理示意如下:
[0029]不同的管道分支使用不同的波长，通过波分复用器实现不同波长的光的分离。通过无源的波分复用器，可以构成复杂的网状网。
[0030]应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种可传感并能通信的管道系统，其特征在于，所述管道中埋入普通或特种光纤或光纤光栅传感器；还包括传感测量设备、光波分复用器、通信设备；传感用的光信号通过传感测量设备中的激光器发出后经过光波分复用设备，进入管道中埋设的光纤中传输，如果其沿途应力和温度发生变化，通过传感测量设备分析后向布里渊散射信号便可给出管道沿途的温度和应力数据，与历史数据对比便可分析出发生变化的位置；通信用的光信号通过通信设备中的激光器发出后经过光波分复用设备进入管道中埋设的光纤中传输，通过编码和通信协议可实现各通信设备之间互相通信。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在管道壁的中央，上下左右对称位置分别埋入I根光纤，整个管道埋入4根光纤。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在较厚的管道壁的中央，上下左右对称位置分别埋入两根光纤，整个管道埋入8根光纤。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在管道壁的上下分别埋入I根光纤，靠近管外壁螺旋状缠绕一根光纤，整个管道埋入三根光纤。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在靠近管道外壁表面埋入两根光纤。
【文档编号】H04B10/25GK203404621SQ201320306038
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年5月30日 优先权日:2013年5月30日
【发明者】王天宝 申请人:王天宝