一种感知管道泄漏位置和参数的智能管材
技术领域
本发明属于管道泄漏量检测技术领域，涉及一种感知管道泄漏位置和物理参数的智能管材。
背景技术
伴随着城市的发展与建设，城市供水管网泄漏成为全球普遍存在的一个问题。由于分布式光纤传感技术集传感与传输于一体,可以获得沿光纤分布被测量的连续信息,因此对输油气、输水管道的监测具有特殊的应用价值，从而导致分布式光纤传感技术成为国内外专家学者在管道流体泄漏检测中领域的研究热点。
当前，将分布式光纤传感技术应用于管道流体泄漏检测的各类方法中,基于萨格纳克(Sagnac)干涉仪、基于马赫—曾德(Mach-Zchnder)干涉仪、基于相位敏感光时域反射仪(Φ-OTDR)这三类测试系统已经逐渐成为国内外利用分布式光纤传感技术开展管道流体泄漏检测的主体，并依托各自的技术特点得到快速发展。上述各类测试方法尽管原理不同部分，系统结构也不同，但又一点是相同的，那就是全部需要将光纤沿着管道上铺设。但传统铺设光纤的方法多是用胶水将光纤粘在输水管道的表面，这种方式一方面时间久了胶水老化，光纤容易脱落，另一个方面是光纤暴漏在管道的外面，容易在填埋管道的时候受到损坏，且不便于光纤的拆装。
因此，提供一种抗损伤、安装光纤便捷的感知管道泄漏位置和参数的智能管材是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明针对上述研究现状和存在的问题，提供了一种感知管道泄漏位置和参数的智能管材，无胶水、抗损伤、安装光纤便捷。将传感光纤嵌入输水管材的槽内，当管道出现泄漏时，会引起管道的振动，嵌入管材内的光纤能够感知到振动信号，并通过光纤将振动信号传递给管道泄漏监测与定位的信号处理系统，能够快速确定出城市供水管道泄漏点的具体位置并得到管道内部压力、温度、流量等其他物理参数。
为实现上述目的其具体方案如下：
一种感知管道泄漏位置和参数的智能管材，包括管道体、光缆槽和压紧线盖；
所述管道体外侧沿管道体轴向一体设置所述光缆槽；
所述光缆槽呈类矩形半圆槽，包括类矩形槽和凹陷设置在类矩形槽底部的半圆槽；
所述压紧线盖与所述光缆槽紧密配合，所述压紧线盖包括一体设置在内部的光缆压紧部，所述光缆压紧部截面呈半圆状，且顶部具有开口，所述光缆压紧部和所述半圆槽相配合用于压紧固定待装光缆。
本发明的光缆槽和压紧线盖的配合作用，即对待装光缆起到了保护作用，同时能够保证光缆对光信号传输过程不受外界环境的干扰，增加了检测的准确度的同时，也更便于光缆的拆装，方便实用。
优选的，所述半圆槽和所述所述光缆压紧部的内径小于或等于待装光缆外径，保证对待装光缆的紧固作用。
优选的，所述半圆槽底部与所述管道体相切，压紧在半圆槽内部的光缆紧贴管道体，增加了光信号检测的准确性。
优选的，所述类矩形槽两内侧面倾斜设置，呈下宽上窄，能够有效防止压紧线盖滑脱。
优选的，所述压紧线盖还包括卡接部和盖板；
所述卡接部两外侧面倾斜设置，下窄上宽，呈现燕尾形状，且与所述类矩形槽相匹配；所述光缆压紧部形成于所述卡接部内部；
所述卡接部与所述类矩形槽紧密卡接后，所述盖板覆盖于所述光缆槽顶部，起到了密封作用，防止光缆受到外部损坏作用。
优选的，所述开口为沿所述光缆槽轴向开设的槽口，为待装光缆嵌入的过程中提供横向弹性。
优选的，所述光缆内部包括多根感知光纤，分别用于感知泄漏及预警信号、温度、流量和压力信号。
优选的，所述光缆上安装多参量光纤传感器，用于通过所述感知光纤获得被测泄漏参数；通过适当增加光纤数量还可以使智能管材感知管道内流体其他物理参数。
所述光缆通过光纤耦合器连接至信号采集器，所述信号采集器用于收集光纤传感器测量的相应实时数据，并对采集的各类数据进行汇总分类。
所述信号采集器连接中央处理单元，所述中央处理单元用于对信号采集器接收的实时数据进行分析，得到泄漏点的具体位置和泄漏量大小。
优选的，所述中央处理器连接信号处理系统，信号处理系统用于执行管道泄漏监测与定位，以及压力温度流量测量的信号处理。
优选的，所述中央处理单元还连接有显示系统，用于显示泄漏点位置和泄漏量，以及所述信号采集器监测的实时数据。
优选的，所述管道体、光缆槽采用PE材质。
本发明相较现有技术具有以下有益效果：
(1)本发明的管道体与光缆槽和压紧线盖部分，将传感光纤嵌入管道的槽内，解决了传统方法光纤容易脱落与损坏的问题，无胶水、抗损伤、安装光纤便捷；
(2)本发明能够集成相关物理模拟分析方法及其设备，实现供水管道泄漏点液体泄漏量的实时检测，且符合现场实际精度要求；
(3)针对城市供水管道泄漏现象，本发明能够实时检测管道泄露点，估算泄漏量，满足相关要求，对实际现场泄漏诊断与抢修提供支持；
(4)本发明一定程度上解决我国面临的供水效率低与以此导致的城市公共安全隐患问题，实时检测，避免水资源浪费，具有一定的现实意义和社会意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种感知管道泄漏位置和参数的智能管材结构示意图；
图2为本发明提供的一种感知管道泄漏位置和参数的智能管材立体结构示意图；
图3为本发明提供的一种感知管道泄漏位置和参数的智能管材的光缆槽与管道体做成一体的布线管道示意图；
图4为本发明提供的一种感知管道泄漏位置和参数的智能管材的压紧线盖部分示意图；
图5为本发明提供的感知管道泄漏位置和参数的智能管材的安装光纤后的智能管材抛面图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明公开的一种感知管道泄漏位置和参数的智能管材，用于执行如下操作：
一、用于泄露点的实时监测，主要将传感光纤嵌入管材的槽内，当管道出现泄漏时，会引起管道的振动，嵌入管材内的光纤能够感知到振动信号，并通过光纤将振动信号传递给管道泄漏监测与定位的信号处理系统；
二、用于多种参数的测量与传输，通过多参量光纤传感器获得光信号通过光纤将管道内部的压力、温度、流量等信息传递给相应的信号处理系统，能够确定出泄漏点的具体位置并得到管道内部压力、温度、流量等其他物理参数。
三、整体能够有效感知管道泄漏位置的智能管材的结构实现。
具体的，本实施例提供一种感知管道泄漏位置和参数的智能管材，包括管道体1、光缆槽2和压紧线盖3；管道体1外侧沿管道体1轴向一体设置光缆槽2；光缆槽2呈类矩形半圆槽，包括类矩形槽21和凹陷设置在类矩形槽21底部的半圆槽22；压紧线盖3与光缆槽2紧密配合，压紧线盖3包括一体设置在内部的光缆压紧部31，光缆压紧部31截面呈半圆状，且顶部具有开口32，能在嵌入光缆槽2的同时将光缆压紧，光缆压紧部31和半圆槽22相配合用于压紧固定待装光缆10。
需要说明的是，通过模具设计，将能够放置感知光纤的光缆槽2和管道体1集成在一体上，管道体1的原有管部结构不发生改变。
为了进一步优化上述方案，半圆槽22和光缆压紧部31的内径小于或等于待装光缆10外径。
为了进一步优化上述方案，半圆槽22底部与管道体1相切。
为了进一步优化上述方案，类矩形槽21两内侧面倾斜设置，呈下宽上窄。
为了进一步优化上述方案，压紧线盖3还包括卡接部33和盖板34；卡接部33两外侧面倾斜设置，呈下窄上宽，且与类矩形槽21相匹配；光缆压紧部31形成于卡接部33内部；卡接部33与类矩形槽21紧密卡接后，盖板34覆盖于光缆槽2顶部。
为了进一步优化上述方案，开口32为沿光缆槽2轴向开设的槽口，为待装光缆10嵌入的过程中提供横向弹性。
为了进一步优化上述方案，光缆内部包括多根感知光纤20，分别用于感知泄漏及预警信号、温度、流量和压力信号。光缆上安装多参量光纤传感器30，用于通过感知光纤20获得被测泄漏参数；多参量光纤传感器30将来自光源的光信号经过光纤送入调制器，使待测参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质发生变化，成为被调制的信号源，在经过光纤送入光探测器，经解调后，获得被测参数，包括泄漏点判定、管道内部压力、温度、流量等其他物理参数。
光缆由多个玻璃或塑料光纤芯组成，这些光纤芯位于保护性的覆层内，由塑料PVC外部套管覆盖，用于传输监测参数。光缆通过光纤耦合器40连接至信号采集器，光纤耦合器40为将光信号从一条光纤中分至多条光纤中的元件，用于实现光信号分路/合路，将多种监测参数汇总。
信号采集器用于收集光纤传感器测量的相应实时数据，并对采集的各类数据进行汇总分类。中央处理器运行包括用于管道泄漏监测与定位的信号处理系统和用于压力温度流量测量的信号处理系统。
信号采集器连接中央处理单元，中央处理单元用于对信号采集器接收的实时数据进行分析，根据本发明监测城市输水管道的相关数据，即泄漏点的判定(振动)、管道内部的压力、温度、流量等参数，得到泄漏点的具体位置、泄露量大小等情况。
为了进一步优化上述方案，管道体1、光缆槽2采用PE材质。
本实施例具体功能如下：
(1)一种能够感知管道泄漏位置的智能管材泄漏信号监测
1、将感知光纤嵌入管材的光缆槽内，当管道体出现泄漏时，会引起管道的振动，嵌入管材内的光纤能够感知到振动信号，并通过光纤将振动信号传递给管道泄漏监测与定位的信号处理系统。
2、多参量光纤传感器嵌入管道体上靠近光缆槽的位置槽旁侧，并通过槽内光纤与光纤传感器连通，获得被测参数，包括管道内部压力、温度、流量等其他物理参数。
3、光纤光缆用于传输监测参数，同时利用光纤耦合器将光讯号从一条光纤中分至多条光纤中的元件，将多种监测参数汇总。
4、信号采集器，收集由光纤传感器测量的相应实时数据，并对采集的各类数据进行汇总分类；
5、中央处理单元，用于对信号采集器接收的信息进行分析，得到泄漏点的具体位置、泄露量大小等情况。
(2)一种能够感知管道泄漏位置的智能管材的结构实现
1、管道内嵌入的光缆中包含5支以上感知光纤，其中一只光纤用于感知泄漏及预警信号，另外四只光纤用于感知温度、流量、压力等参数，通过适当增加光纤数量还可以使智能管材感知管道内流体其他物理参数。
2、布线管道采用PE等材质，通过模具设计，能够放置传感光纤的管道槽和管道体集成在一体上，槽内的结构是矩形半圆槽，半圆槽的半径要略小于光缆半径。
3、压紧线盖部分是一个压紧装置，其特征在于上窄下宽，呈现燕尾形状。中间部分有一个开口，使其在嵌入的过程中横向具有弹性，能在嵌入管道槽的同时将管光纤光缆压紧。
安装实施具体步骤包括：
步骤1，根据附图1-2，确定只能管道系统中每个仪器、仪表等装置的初始状态，完成相关设备的组装与调控，保证各装置单元的使用正常。其中，将各种光纤传感器放置光缆槽内。
步骤2，根据附图3，设计与制造智能管材的布线管道部分，该部分采用PE等材质制作，是在生产管材时通过模具设计，将能够放置传感光纤的光缆槽和管道体集成在一体上，槽内的结构是矩形半圆槽，半圆槽的半径要略小于光缆半径。
步骤3，根据附图4，设计与制造智能管材的压紧线盖部分，该部分采用PE等材质制作。
步骤4，根据上述设计，安装光缆后将压紧线盖部分压入布线管道的光缆槽内，智能管材的抛面如附图5。
以上对本发明所提供的一种感知管道泄漏位置和参数的智能管材进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
