專利名稱：一種油氣管道山洪災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種基于光纖光柵傳感技術(shù)的油氣管道山洪災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)，涉及線速度的測量、液位的測量、機(jī)械振動的測量、一般的安全裝置和管道系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
山洪災(zāi)害是指山丘地區(qū)由降雨引起的洪水、泥石流和滑坡災(zāi)害。隨著近年來全球氣候變暖導(dǎo)致極端天氣異常，幾十年不遇甚至百年不遇的暴雨時(shí)有發(fā)生。我國中小河流眾多，流域面積在100 IOOOkm2的河流有5萬多條；同時(shí)我國地處東亞季風(fēng)區(qū)，山丘區(qū)暴雨頻發(fā)，溝壑縱橫、地形地質(zhì)條件復(fù)雜，再加上人類工程活動(亂砍濫伐、開山削坡、水利灌溉)的日益加劇，對原始地形、地貌形成較大的擾動破壞，導(dǎo)致山洪災(zāi)害發(fā)生頻繁。長輸油氣管道與鐵路、公路等一樣，是典型的線型工程，這些線型工程不可避免地受到河流、溝道的影響，如沖刷、河床下切、堤岸垮塌、堤岸侵蝕和河流改道；在地形起伏的地區(qū)，這些工程還受到流水所致的坡面侵蝕的影響，如坡面水土流失所致地表塌陷、管溝掏空、坡面垮塌、堡坎垮塌等；山區(qū)及山前區(qū)中小河流，因河道坡降較大而引發(fā)的匯水面積大、水流急、沖刷劇烈等，使河床常常暴露出基巖、卵礫石及漂石。在這類河道中敷設(shè)管道時(shí)，管道若沒有嵌固于穩(wěn)定的基巖內(nèi)或在埋深不夠時(shí)，一旦山洪暴發(fā)，表層這些塊石及漂石在高速水流作用下一起運(yùn)動，管道極有可能被水沖出，形成與地表面不直接接觸的懸空管段，即管跨段。在一定條件下，水流流經(jīng)管線時(shí)，管線的尾流區(qū)產(chǎn)生渦旋，并且渦旋以一定的頻率在管線后側(cè)交替釋放，使管線受到一個(gè)順流向的波動阻力和垂直于流向的波動升力，引起管線振動，這一現(xiàn)象通常稱為渦激振動，它是影響洪水作用下管線的使用壽命、引發(fā)管跨段疲勞失效的主要因素之一。洪水災(zāi)害給我國油氣管道工業(yè)帶來了巨大的風(fēng)險(xiǎn)和損失。如黃土高原的馬惠寧管道，建成投產(chǎn)后洪水災(zāi)害不斷出現(xiàn)，曾數(shù)次發(fā)生懸空、斷管事故。西北地區(qū)的澀寧蘭輸氣管道山洪災(zāi)害亦很頻繁，經(jīng)常造成管道外露和懸空。2004年7月，青海省樂都地區(qū)突降大雨，石頭溝暴發(fā)山洪，洶涌的洪水將管線沖出，使管道呈裸管懸空的狀態(tài)，洪水夾帶的大漂石強(qiáng)烈沖擊管道。2010年7月，忠武管道榔坪地區(qū)遭遇強(qiáng)降雨襲擊。暴雨使榔坪河洪水暴漲，沿河道敷設(shè)的忠武管道多處出現(xiàn)險(xiǎn)情，其中兩處管道長距離漂管，一處露管，另有30多處水工保護(hù)擋墻被沖毀。2010年8月，四川德陽石亭江洪水暴漲，導(dǎo)致河堤被沖毀，出現(xiàn)大面積潰堤，造成蘭成渝管道某支線懸空400m，完全暴露于水流沖刷之下。2011年3月，西氣東輸二線呼圖壁縣黑娃山溝發(fā)生洪水，造成該段沖溝底部下切，約140m管道被沖出，發(fā)生管線露空漂浮，情況危急。面對眾多的中小流域山洪災(zāi)害，我國管道運(yùn)營公司經(jīng)常采取積極的水工保護(hù)工程防護(hù)措施，但這些措施也存在一些的弊端，首先是成本高，其次是防護(hù)工程也并非“一勞永逸”，設(shè)計(jì)施工的不確定因素較多，再者防護(hù)治理的周期長以及治理時(shí)機(jī)不易掌握。而監(jiān)測則是一種高效、低成本的防治措施。目前，我國中小河流山洪監(jiān)測預(yù)警技術(shù)還處于起步階段，由于大部分中小河流站網(wǎng)密度偏小，加上中小河流源短流急，山洪具有強(qiáng)度大、歷時(shí)短、難預(yù)報(bào)等特點(diǎn)。傳統(tǒng)的山洪災(zāi)害水情監(jiān)測多采用機(jī)械式或電磁式傳感器，對于前者，其技術(shù)相對成熟，常見的有浮子式水位計(jì)、差壓式水位計(jì)、機(jī)械轉(zhuǎn)子式流速計(jì)等，但由于受機(jī)械結(jié)構(gòu)自身限制，其測量誤差大、精度低；對于后者，常見的有雷達(dá)式液位計(jì)、超聲波流速儀、聲學(xué)多普勒流速儀等，測量精度較高、使用簡便，但成本高，且易受電磁波干擾。另外，對于滑坡、崩塌、地面塌陷、凍脹融沉、活動發(fā)震斷層等大規(guī)模土體移動作用下埋地管道的安全監(jiān)測更多的關(guān)注于對管體應(yīng)力應(yīng)變的監(jiān)測，而山洪作用下管道的破壞方式主要表現(xiàn)為流固耦合效應(yīng)引起的渦激振動導(dǎo)致管道發(fā)生疲勞失效，單純的監(jiān)測管體應(yīng)力應(yīng)變已不能滿足山洪作用下管道安全防護(hù)的要求。對于金屬構(gòu)件的振動監(jiān)測，傳統(tǒng)的機(jī)械式、電類振動傳感器(如壓電、磁電和電渦流式等)存在靈敏度低、測量范圍小、傳輸距離近以及材料缺陷等缺點(diǎn)，不適用于大型工程的長期遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測。近幾年興起的分布式光纖傳感技術(shù)(以BOTDR為代表)在機(jī)械振動監(jiān)測方面已有一定的應(yīng)用，但尚未見到將光纖光柵技術(shù)應(yīng)用于山洪作用下管線渦激振動監(jiān)測的報(bào)道。當(dāng)前山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警技術(shù)多應(yīng)用于公路、鐵路、電站、大壩等工程及城鎮(zhèn)防洪體系建設(shè)，還未對山洪及其影響下的埋地油氣管道進(jìn)行系統(tǒng)的聯(lián)合監(jiān)測。開展管道山洪災(zāi)害聯(lián)合監(jiān)測，不僅能超前判斷山洪形成前的水位、流速及洪峰流量，還能查明水流沖刷對管道的影響方式和程度，更重要的是能掌握鋼質(zhì)管道在洪水沖擊作用下發(fā)生渦激振動的條件及變化規(guī)律，判斷管道的安全狀態(tài)，為防治時(shí)機(jī)的確定提供依據(jù)。綜合以上的信息，就能對山區(qū)河溝谷地段的管道進(jìn)行安全預(yù)警，提前預(yù)報(bào)山洪的形成時(shí)間、規(guī)模以及管道的危險(xiǎn)狀態(tài)，為減災(zāi)方案的設(shè)計(jì)實(shí)施提供依據(jù)。光纖光柵是近幾年發(fā)展最為迅速的光纖無源器件。它是利用光纖材料的光敏特性在光纖的纖芯上建立的一種空間周期性折射率分布，其作用在于改變或控制光在該區(qū)域的傳播行為方式。除具有普通光纖抗電磁干擾、尺寸小、重量輕、強(qiáng)度高、耐高溫、耐腐蝕等特點(diǎn)外，光纖光柵還具有其獨(dú)特的特性易于與光耦合、耦合損耗小、易于波分復(fù)用等。因而使得光纖光柵在光纖通訊和光纖傳感等領(lǐng)域有著廣闊的前景。作為光子研究領(lǐng)域的一種新興技術(shù)，以光纖光柵為基本傳感器件的傳感技術(shù)近年來受到普遍關(guān)注，各國研究者積極開展有關(guān)研究工作。目前，已報(bào)道的光纖光柵傳感器可以監(jiān)測的物理量有溫度、應(yīng)變、壓力、位移、壓強(qiáng)、扭角、扭矩(扭應(yīng)力)、加速度、電流、電壓、磁場、頻率、濃度、熱膨脹系數(shù)、振動等，其中一部分光纖光柵傳感系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)際應(yīng)用。光纖布拉格光柵(Fiber Bragg Grating)是最簡單、最普遍的一種光纖光柵。它是一段折射率呈周期性變化的光纖，其折射率調(diào)制深度和光柵周期一般都是常數(shù)。溫度、應(yīng)變的變化會引起光纖布拉格光柵的周期和折射率的變化，從而使光纖布拉格光柵的反射譜和透射譜發(fā)生變化。通過檢測光纖布拉格光柵的反射譜和透射譜的變化，就可以獲得相應(yīng)的溫度和應(yīng)變的信息，這就是用光纖布拉格光柵測量溫度和應(yīng)變的基本原理。由1禹合模理論可知,均勻的光纖布拉格光柵可以將其中傳輸?shù)囊粋€(gè)導(dǎo)模I禹合到另一個(gè)沿相反方向傳輸?shù)膶?dǎo)模而形成窄帶反射，峰值反射波長(布拉格波長)X B為:Ab = 2neff A(I)式中λ B為布拉格波長；neff為光纖傳播模式的有效折射率；Λ為光柵柵距。對式(I)微分可得光柵的中心波長與溫度和應(yīng)變的關(guān)系[0014]^ = (^+^ + (1-^)^(2)式中a f為光纖的熱膨脹系數(shù)；ξ為光纖材料的熱光系數(shù)為光纖材料的彈光系數(shù)。由式(2)可知，應(yīng)變ε是由于光纖布拉格光柵周期的伸縮和彈光效應(yīng)引起布拉格波長的變化，而溫度T是由于光纖布拉格光柵熱膨脹效應(yīng)和熱光效應(yīng)引起布拉格波長的變化。光纖光柵可制成各種傳感器件，在傳感領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。與傳統(tǒng)的電傳感器相t匕，光纖光柵傳感器具有自己獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)(I)傳感頭結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、外形可變，適合埋入各種大型結(jié)構(gòu)中，可測量結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力、應(yīng)變及結(jié)構(gòu)損傷等，穩(wěn)定性、重復(fù)性好；(2)與光纖之間存在天然的兼容性，易與光纖連接、光損耗低、光譜特性好、可靠性高；
(3)具有非傳導(dǎo)性，對被測介質(zhì)影響小，又具有抗腐蝕、抗電磁干擾的特點(diǎn)，適合在惡劣環(huán)境中工作；(4)輕巧柔軟，可以在一根光纖中寫入多個(gè)光柵，構(gòu)成傳感陣列，與波分復(fù)用和時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)分布式傳感；(5)測量信息以波長編碼，因而光纖光柵傳感器不受光源的光強(qiáng)波動、光纖連接與耦合損耗、光波偏振態(tài)變化等因素的影響，具較強(qiáng)的抗干擾能力；(6)高靈敏度、高分辯力。與廣泛使用的布里淵光時(shí)域反射計(jì)BOTDR相比，光纖光柵傳感器的優(yōu)點(diǎn)有(I)對測量點(diǎn)能精確定位，分辨率高；(2)成本低；(3)能對傳感部分進(jìn)行加工、封裝，使其更適合現(xiàn)場的惡劣環(huán)境。
·[0018]由于這些優(yōu)點(diǎn)，在巖土工程領(lǐng)域中，光纖光柵傳感器很容易埋入巖土體中對其內(nèi)部的應(yīng)變和溫度進(jìn)行高分辨率和大范圍測量，技術(shù)優(yōu)勢非常明顯，尤其體現(xiàn)在能獲得長期、可靠的巖土體變形數(shù)據(jù)，目前還未見到光纖光柵傳感技術(shù)用于山澗河谷地區(qū)山洪雨水情及洪水沖擊作用下管線渦激振動頻率聯(lián)合監(jiān)測的報(bào)道。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種空間分辨率高、成本低、安全有效的基于光纖光柵的油氣管道山洪災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)。本實(shí)用新型提出了一種基于光纖光柵傳感技術(shù)的油氣管道山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)。系統(tǒng)采用光纖光柵傳感技術(shù)，對山澗河谷地區(qū)山洪水情及洪水沖擊作用下的管道進(jìn)行聯(lián)合監(jiān)測，監(jiān)測內(nèi)容包括河道水位、山洪流速和管線渦激振動監(jiān)測。并構(gòu)建了監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)自動采集、遠(yuǎn)程傳輸和自動分析。本實(shí)用新型提出的基于光纖光柵傳感技術(shù)的油氣管道山洪災(zāi)害監(jiān)測內(nèi)容包括三部分水位監(jiān)測、流速監(jiān)測和管線渦激振動監(jiān)測，分別采用光纖光柵傳感器實(shí)時(shí)在線監(jiān)測，光纖光柵預(yù)警內(nèi)容包括對山洪的洪峰流量和管線渦激振動頻率的預(yù)警?；诠饫w光柵傳感技術(shù)的油氣管道山洪災(zāi)害監(jiān)測原理如圖1所示。包括水位監(jiān)測裝置、流速監(jiān)測裝置、管線渦激振動監(jiān)測裝置、現(xiàn)場監(jiān)測站、辦公室的接收終端-上位機(jī)。將金屬平板I用螺栓2固定于河道岸邊，在金屬平板I上安裝防護(hù)筒3，并將防護(hù)筒3向下置于河道中，用螺栓將光纖光柵水位傳感器4固定于防護(hù)筒3壁內(nèi)，在河道底部安裝基準(zhǔn)樁5，樁上固定光纖光柵流速傳感器6,在油氣管道7的監(jiān)測截面上安裝光纖光柵振動傳感器8,然后將水位傳感器4、流速傳感器6與振動傳感器8 一并引入光纖接線盒9，與引至監(jiān)測站的光纜10連接，在監(jiān)測站里，光纜10與光開關(guān)11連接，光開關(guān)11與光纖光柵解調(diào)儀12連接，解調(diào)儀12與下位機(jī)13連接，下位機(jī)13預(yù)處理后的數(shù)據(jù)通過無線通訊模塊14傳輸，無線通訊模塊15接收到上位機(jī)16;用上述裝置對油氣管道山洪災(zāi)害進(jìn)行監(jiān)測。光纖光柵水位傳感器4、光纖光柵流速傳感器6和光纖光柵振動傳感器8將山洪水位、河道流速和管線渦激振動信號經(jīng)光纜I 10傳到光開關(guān)11，光開關(guān)11后經(jīng)解調(diào)儀12解調(diào)傳至下位機(jī)13，下位機(jī)13調(diào)用自編的程序，控制光開關(guān)11和解調(diào)儀12，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集并對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；預(yù)處理后的數(shù)據(jù)通過無線通訊模塊I 14傳輸、無線通訊模塊II 15接收到到上位機(jī)16，上位機(jī)16對數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的分析處理，通過河道水位和山洪流速計(jì)算得到山洪的洪峰流量，判斷該區(qū)域的洪峰流量是否已達(dá)到預(yù)報(bào)警戒值，并結(jié)合管線渦激振動頻率與管線自身的固有振動頻率的對比分析，判斷山洪沖擊作用下管道的安全狀態(tài)。數(shù)據(jù)的處理主要由軟件完成，軟件流程如圖3所示。下位機(jī)數(shù)據(jù)預(yù)處理主要是將光纖光柵解調(diào)儀采集的光波長數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為應(yīng)變數(shù)據(jù)，上位機(jī)在接收數(shù)據(jù)后，首先將數(shù)據(jù)分類，根據(jù)雨量、水位和流速計(jì)算山洪總量和洪峰，并將其與管線渦激振動信號相結(jié)合，判斷山洪形成的時(shí)間、規(guī)模及洪水沖刷作用下管道的安全狀況。油氣管道山洪災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成如圖5所示，該系統(tǒng)分為現(xiàn)場采集發(fā)射系統(tǒng)和遠(yuǎn)程接收分析系統(tǒng)，具體包括水位監(jiān)測裝置、流速監(jiān)測裝置、管線渦激振動監(jiān)測裝置、現(xiàn)場監(jiān)測站、辦公室的接收終端(上位機(jī))。油氣管道山洪災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)的總體構(gòu)成如圖1所示。將金屬平板I用螺栓2固定于河道岸邊，在金屬平板I上安裝防護(hù)筒3，并將防護(hù)筒3向下置于河道中，用螺栓將光纖光柵水位傳感器4固定于筒壁內(nèi)，在河道底部安裝基準(zhǔn)樁5，樁上固定光纖光柵流速傳感器6，在油氣管道7的監(jiān)測截面上安裝光纖光柵振動傳感器8，然后將水位傳感器4、流速傳感器6與振動傳感器8 一并引入光纖接線盒9，與引至監(jiān)測站的光纜I 10連接，在監(jiān)測站里，光纜I 10與光開關(guān)11連接，光開關(guān)11與光纖光柵解調(diào)儀12連接，解調(diào)儀12與下位機(jī)13連接，下位機(jī)13預(yù)處理后的數(shù)據(jù)通過無線通訊模塊I 14傳輸，無線通訊模塊II 15接收到上位機(jī)16 ;用上述裝置對油氣管道山洪災(zāi)害進(jìn)行聯(lián)合監(jiān)測。光纖光柵水位傳感器4、光纖光柵流速傳感器6和光纖光柵振動傳感器8將河道水位、山洪流速和管線渦激振動信號經(jīng)光纜I 10傳到光開關(guān)11，光開關(guān)11后經(jīng)解調(diào)儀12解調(diào)傳至下位機(jī)13，下位機(jī)13調(diào)用自編的程序，控制光開關(guān)11和解調(diào)儀12，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集并對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；預(yù)處理后的數(shù)據(jù)通過無線通訊模塊I 14傳輸、無線通訊模塊II 15接收到上位機(jī)16，上位機(jī)16對數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的分析處理，通過河道水位和山洪流速計(jì)算得到山洪的洪峰流量，判斷該區(qū)域的洪峰流量是否已達(dá)到預(yù)報(bào)警戒值，并結(jié)合管線渦激振動頻率與其固有頻率對比分析結(jié)果，判斷山洪沖刷作用下管道的安全狀態(tài)。該系統(tǒng)的電原理如圖6所示，分別監(jiān)測水位、流速和管線渦激振動的三類光纖光柵傳感器一光纖光柵水位傳感器4、光纖光柵流速傳感器6和光纖光柵振動傳感器8的PC接頭用光纜I 10與光轉(zhuǎn)換開關(guān)11的PC接頭連接，光轉(zhuǎn)換開關(guān)11的R232連接下位機(jī)13的R232接口，光轉(zhuǎn)換開關(guān)11的PC接頭連接光纖光柵解調(diào)儀12SM125的CHl端，光纖光柵解調(diào)儀12SM125的LAN端口連接下位機(jī)13的LAN端口，下位機(jī)13的R232端口接GPRS無線通訊模塊I 14西門子MC35i的R232端口，GPRS無線通訊模塊I 14經(jīng)天線GSM、GPRS網(wǎng)絡(luò)，被GPRS無線通訊模塊II 15天線GSM接收后由R232接到上位機(jī)16的R232，上位機(jī)16的輸出由VGA端接顯示器的VGA端。水位、流速和管線渦激振動的三類光纖光柵傳感器的輸出信號經(jīng)光開關(guān)逐一導(dǎo)通傳輸至光纖光柵解調(diào)儀12，光纖光柵解調(diào)儀12解調(diào)出各光纖光柵傳感器的中心波長位移量傳輸至下位機(jī)13，光開關(guān)11導(dǎo)通信號的周期由下位機(jī)13控制。下位機(jī)13對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，并將處理后的數(shù)據(jù)輸給GPRS無線通訊模塊I 14，GPRS無線通訊模塊I 14將下位機(jī)13計(jì)算的各監(jiān)測量通過公眾無線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)轿挥谵k公室的上位機(jī)16，上位機(jī)通過自編軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，由顯示器顯示。其中河道水位監(jiān)測裝置如圖2所示。在不銹鋼密閉箱體17的上、下兩個(gè)端面的中心位置固定一圓柱體18，將一支光纖光柵應(yīng)變傳感器I 19粘貼于圓柱體18表面，并通過光纜
II20將信號引至光纖接線盒9，光纖接線盒9與光纜I 10連接，并最終引至監(jiān)測站。所述光纖光柵應(yīng)變傳感器I 19選溫度補(bǔ)償型光纖光柵應(yīng)變傳感器。山洪流速監(jiān)測裝置如圖3所示。由文丘里管式節(jié)流管21、導(dǎo)管I 22、導(dǎo)管II 23和光纖光柵壓強(qiáng)傳感機(jī)構(gòu)組成，光纖光柵壓強(qiáng)傳感機(jī)構(gòu)由有機(jī)玻璃密封箱24、密閉招箔管25、鋼銷26、等強(qiáng)度懸臂梁27、溫度補(bǔ)償型光纖光柵應(yīng)變傳感器II 28及光纜III 29等組成。密閉鋁箔管25通過鋼銷26與懸臂梁27的自由端剛性連接。將一支溫度補(bǔ)償型光纖光柵應(yīng)變傳感器II 28粘貼在懸臂梁27表面，并通過光纜III29將信號引至光纖接線盒9，光纖接線盒9與光纜I 10連接，并最終引至監(jiān)測站。所述光纖光柵應(yīng)變傳感器II 28選溫度補(bǔ)償型光纖光柵應(yīng)變傳感器。管線渦激振動監(jiān)測裝置如圖4所示，在基座30 —側(cè)內(nèi)壁上固定一根金屬桿31，桿的自由端固定一個(gè)金屬塊32,將一支光纖光柵應(yīng)變傳感器III 33粘貼于金屬桿31表面,并通過光纜IV 34將信號引至光纖接線盒9，光纖接線盒9與光纜I 10連接，并最終引至監(jiān)測站。所述光纖光柵應(yīng)變傳感器III 33選溫度補(bǔ)償型光纖光柵應(yīng)變傳感器?，F(xiàn)場監(jiān)測站設(shè)置在河道附近的閥室，包括如下幾部分(I)監(jiān)測站與各傳感器的光纖接線盒和連接光纜，用于將水位、流速和管線渦激振動傳感器信號集中傳輸?shù)奖O(jiān)測站；(2)光轉(zhuǎn)換開關(guān)，由于管道山洪災(zāi)害監(jiān)測所用傳感器很多，信號通道眾多，無法一次連接到光纖光柵解調(diào)儀上，用光轉(zhuǎn)換開關(guān)將各通道信號依次轉(zhuǎn)換給解調(diào)儀分析；(3)光纖光柵解調(diào)儀，用于解調(diào)出各傳感器的中心波長位移量；( 4 )計(jì)算機(jī)及程序，用于控制解調(diào)儀解調(diào)的頻率，并將解調(diào)儀解調(diào)出的中心波長位移量自動計(jì)算為各監(jiān)測量，將這些監(jiān)測量發(fā)送給GPRS無線通訊模塊，并接收GPRS無線通訊模塊的信號進(jìn)行控制；(5) GPRS無線通訊模塊，用于將計(jì)算機(jī)計(jì)算的各監(jiān)測量通過無線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)轿挥谵k公室的服務(wù)器，也可接受接服務(wù)器的信號，發(fā)送給計(jì)算機(jī)。該系統(tǒng)的工作原理為當(dāng)所監(jiān)測的山澗河谷區(qū)域發(fā)生持續(xù)降雨時(shí)，管道沿線的河道水位、河流流速均發(fā)生變化，通過水位傳感器4監(jiān)測河道水位的漲幅變化，通過流速傳感器6對山洪流速進(jìn)行測量；基于河道水位、山洪流速可以計(jì)算出山洪的洪峰流量；同時(shí)，山洪持續(xù)沖刷作用會引發(fā)管線7產(chǎn)生渦激振動，通過管體上的振動傳感器8測量其振動頻率；通過連接光纜I 10，將管道山洪監(jiān)測區(qū)域內(nèi)各個(gè)位置的傳感器信號集中傳輸?shù)焦廪D(zhuǎn)換開關(guān)11，光轉(zhuǎn)換開關(guān)11將各通道信號依次轉(zhuǎn)換給光纖光柵解調(diào)儀12，光纖光柵解調(diào)儀12解調(diào)出各傳感器波長中心波長位移量并傳感給現(xiàn)場計(jì)算機(jī)13，現(xiàn)場計(jì)算機(jī)13將解調(diào)儀解調(diào)出的中心波長位移量自動計(jì)算為各監(jiān)測量，并將監(jiān)測量發(fā)送給現(xiàn)場GPRS無線通訊模塊I 14，GPRS無線通訊模塊I 14通過無線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸信號，用GPRS無線通訊模塊II 15傳送給終端服務(wù)器16，終端服務(wù)器16將各洪峰流量和管線振動頻率與報(bào)警閾值對比，必要的時(shí)候給出報(bào)警。本系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在(I)提出對山澗河谷區(qū)暴雨山洪及其影響下油氣管道進(jìn)行聯(lián)合監(jiān)測的方法，揭示了河道水位變化、山洪流速變化與以及洪水沖刷作用下管線渦激振動與光纖光柵波長變化之間的關(guān)聯(lián)特征；用多指標(biāo)進(jìn)行山澗河谷區(qū)暴雨山洪影響下油氣管道的安全預(yù)警；(2)將光纖光柵傳感技術(shù)應(yīng)用于管道山洪災(zāi)害監(jiān)測,該技術(shù)抗干擾、耐腐蝕、易于組網(wǎng)等優(yōu)勢明顯；該技術(shù)易于實(shí)現(xiàn)自動實(shí)時(shí)在線監(jiān)測，且成本較低；(3)水位監(jiān)測，采用自行設(shè)計(jì)的光纖光柵水位傳感器，將河道水位變化引起的水壓變化轉(zhuǎn)化為傳感器內(nèi)部光纖光柵中心波長的移動；測試波長移動大小，可推知水位高低；與傳統(tǒng)的浮子式、氣泡式、差壓式液位傳感器相比，本監(jiān)測方法具有靈敏度高、測量范圍廣、傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，可用最少的監(jiān)測點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對長輸油氣管道沿線山洪水位的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測；(4)流速監(jiān)測，采用自行設(shè)計(jì)的光纖光柵流速傳感器，基于文丘里管式節(jié)流管，將山洪流速變化轉(zhuǎn)化為壓強(qiáng)變化，并借助等強(qiáng)度懸臂梁，將壓強(qiáng)差轉(zhuǎn)化為傳感器內(nèi)部光纖光柵中心波長的移動；測試波長移動大小，可計(jì)算山洪流速的大??；該光纖光柵流速傳感器以光纖光柵為傳感基元，無任何旋轉(zhuǎn)部件，與傳統(tǒng)的機(jī)械轉(zhuǎn)子式流速計(jì)以及超聲波流速儀、聲學(xué)多普勒流速儀相比，本監(jiān)測方法具有精度高、抗電磁波干擾、可多點(diǎn)分布式等優(yōu)點(diǎn)，可用最少的監(jiān)測點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對長輸油氣管道沿線山洪流速的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測；(5)管線渦激振動監(jiān)測，采用自行設(shè)計(jì)的光纖光柵振動傳感器，利用內(nèi)置金屬桿的受力把振幅、加速度等參量轉(zhuǎn)化為軸向應(yīng)變量，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為光纖光柵的布拉格波長變化，利用解調(diào)儀檢測波長的改變量就可以實(shí)現(xiàn)對山洪作用下管線渦激振動的測量；與傳統(tǒng)的機(jī)械式、電類振動傳感器相比，本監(jiān)測方法具有靈敏度高、測量范圍廣、傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，可用最少的監(jiān)測點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對長輸油氣管線的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測，節(jié)約了成本，也減少了設(shè)備的安裝時(shí)間及對管體的損傷，為管道山洪災(zāi)害的防治提供了有效依據(jù)，確保了管道的安全。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡捷可靠、設(shè)計(jì)目的明確，安裝靈活、隱蔽、安全，操作使用方便，維護(hù)保養(yǎng)簡單，使油氣管道山洪災(zāi)害防護(hù)工作的針對性、有效性增高，是經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的管道山洪災(zāi)害監(jiān)測裝置。本實(shí)用新型可廣泛用河溝道水毀、坡面水毀、臺田地水毀等常見管道洪水災(zāi)害的監(jiān)測預(yù)警，具有很好的應(yīng)用前景。

圖1油氣管道山洪災(zāi)害監(jiān)測方法原理圖圖2水位傳感器監(jiān)測裝置構(gòu)成圖[0053]圖3流速傳感器監(jiān)測裝置構(gòu)成圖圖4振動傳感器監(jiān)測裝置構(gòu)成圖圖5油氣管道山洪災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)原理圖6油氣管道山洪災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)電原理圖其中I 一金屬平板2—螺栓3—防護(hù)筒4 一光纖光柵水位傳感器5一固定樁6—光纖光柵流速傳感器7一管道8一光纖光柵振動傳感器9一光纖接線盒10—光纜I11一光開關(guān)12—解調(diào)儀13—下位機(jī)14一無線通訊模塊I15—無線通訊 模塊II16—上位機(jī)17—不銹鋼密閉箱體18—圓柱體19一光纖光柵應(yīng)變傳感器I 20—光纜II21—文丘里管式節(jié)流管22—導(dǎo)管I23—導(dǎo)管II24—有機(jī)玻璃密封箱25—密閉鋁箔管26—鋼銷27—等強(qiáng)度懸臂梁28—光纖光柵應(yīng)變傳感器II29—光纜 III30—基座31—金屬桿32—金屬塊33—光纖光柵應(yīng)變傳感器III 34—光纜IV
具體實(shí)施方式
實(shí)施例.本例是一種監(jiān)測系統(tǒng)，其構(gòu)成如圖1-圖6所示。并在蘭成渝成品油管道蒲壩河、忠武天然氣管道榔坪河分別進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)，這兩個(gè)試驗(yàn)段均屬于山區(qū)典型小流域河溝道山洪，汛期山區(qū)暴雨強(qiáng)度大、產(chǎn)匯流速度快、河道洪水陡漲陡落、河流源段流急，山洪具有強(qiáng)度大、洪峰高、洪量集中的特點(diǎn)，下切和側(cè)蝕能力強(qiáng)，對伴行路、管道、水工保護(hù)設(shè)施破壞性強(qiáng)。其中蘭成渝管道蒲壩河位于甘肅省隴南市成縣鐔河鄉(xiāng)，受影響管道長度約10km，流域面積約25km2 ;忠武管道榔坪河位于湖北長陽縣榔坪鎮(zhèn)，受影響管道長度約16km,流域面積約100km2。油氣管道山洪災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)分為現(xiàn)場采集發(fā)射系統(tǒng)和遠(yuǎn)程接收分析系統(tǒng)，具體包括河道水位監(jiān)測裝置、山洪流速監(jiān)測裝置和管線渦激振動監(jiān)測裝置、現(xiàn)場監(jiān)測站、辦公室的接收終端(上位機(jī))。油氣管道山洪災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)的總體構(gòu)成如圖1所示。將金屬平板I用螺栓2固定于河道岸邊，在金屬平板I上安裝防護(hù)筒3，并將防護(hù)筒3向下置于河道中，用螺栓將光纖光柵水位傳感器4固定于筒壁內(nèi)，在河道底部安裝基準(zhǔn)樁5，樁上固定光纖光柵流速傳感器6，在油氣管道7的監(jiān)測截面上安裝光纖光柵振動傳感器8，然后將水位傳感器4、流速傳感器6與振動傳感器8 一并引入光纖接線盒9，與引至監(jiān)測站的光纜I 10連接，在監(jiān)測站里，光纜I 10與光開關(guān)11連接，光開關(guān)11與光纖光柵解調(diào)儀12連接，解調(diào)儀12與下位機(jī)13連接，下位機(jī)13預(yù)處理后的數(shù)據(jù)通過無線通訊模塊I 14傳輸，無線通訊模塊15接收到上位機(jī)16，上位機(jī)對預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，綜合判斷管道的安全狀態(tài)。該系統(tǒng)的電原理如圖6所示，分別監(jiān)測河道水位、山洪流速和管線渦激振動的三類光纖光柵傳感器一光纖光柵水位傳感器4、光纖光柵流速傳感器6、光纖光柵振動傳感器8的PC接頭用光纜I 10與光轉(zhuǎn)換開關(guān)11的PC接頭連接，光轉(zhuǎn)換開關(guān)11的R232連接下位機(jī)13的R232接口，光轉(zhuǎn)換開關(guān)11的PC接頭連接光纖光柵解調(diào)儀12SM125的CHl端，光纖光柵解調(diào)儀12SM125的LAN端口連接下位機(jī)13的LAN端口，下位機(jī)13的R232端口接GPRS傳輸模塊I 14西門子MC35i的R232端口，GPRS傳輸模塊I 14經(jīng)天線GSM、GPRS網(wǎng)絡(luò)，被GPRS無線通訊模塊I 15天線GSM接收后由R232接到上位機(jī)16的R232，上位機(jī)16的輸出由VGA端接顯不器的VGA端。河道水位、山洪流速和管線渦激振動的三類光纖光柵傳感器的輸出信號經(jīng)光開關(guān)逐一導(dǎo)通傳輸至光纖光柵解調(diào)儀12，光纖光柵解調(diào)儀12解調(diào)出各光纖光柵傳感器的中心波長位移量傳輸至下位機(jī)13，光開關(guān)11導(dǎo)通信號的周期由下位機(jī)13控制。下位機(jī)13對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，并將處理后的數(shù)據(jù)輸給GPRS無線通訊模塊I 14，GPRS無線通訊模塊I 14將下位機(jī)13計(jì)算的各監(jiān)測量通過公眾無線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)轿挥谵k公室的上位機(jī)16，上位機(jī)通過自編軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，由顯示器顯示。其中水位監(jiān)測裝置如圖2所示，在不銹鋼密閉箱體17的上、下兩個(gè)端面的中心位置固定一圓柱體18,將一支溫度補(bǔ)償型光纖光柵應(yīng)變傳感器19粘貼于圓柱體18表面,并通過光纜II 20將信號引至光纖接線盒9，光纖接線盒9與光纜I 10連接，并最終引至監(jiān)測站。上述監(jiān)測裝置中光纖光柵水位傳感器選用自行設(shè)計(jì)封裝的光纖光柵傳感器；溫度補(bǔ)償型光纖光柵應(yīng)變傳感器BGK-FBG_4150 ；光轉(zhuǎn)換開關(guān)選用光隆SUM-FSW ；光柵解調(diào)儀選用SMl25。流速監(jiān)測裝置如圖3所示，在基座30 —側(cè)內(nèi)壁上固定一根金屬桿31，桿的自由端固定一個(gè)金屬塊32,將一支溫度補(bǔ)償型光纖光柵應(yīng)變傳感器III33粘貼于金屬桿31表面,并通過光纜IV 34將信號引至光纖接線盒9，光纖接線盒9與光纜I 10連接，并最終引至監(jiān)測站。上述監(jiān)測裝置中光纖光柵流速傳感器選用自行設(shè)計(jì)封裝的光纖光柵傳感器；溫度補(bǔ)償型光纖光柵應(yīng)變傳感器BGK-FBG_4150 ；光轉(zhuǎn)換開關(guān)選用光隆SUM-FSW ;光柵解調(diào)儀選用SMl25。管線渦激振動監(jiān)測裝置如圖4所示，在基座17 —側(cè)內(nèi)壁上固定一根金屬桿18，桿的自由端固定一個(gè)金屬塊19，將一支溫度補(bǔ)償型光纖光柵應(yīng)變傳感器I 19粘貼于金屬桿18表面，并通過光纜II 20將信號引至監(jiān)測站；監(jiān)測站的下位機(jī)13調(diào)用自編的程序，控制光纖光柵解調(diào)儀12，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)自動采集。[0094]上述監(jiān)測裝置中光纖光柵振動傳感器選用自行設(shè)計(jì)封裝的光纖光柵傳感器；溫度補(bǔ)償型光纖光柵應(yīng)變傳感器BGK-FBG_4150 ；光轉(zhuǎn)換開關(guān)選用光隆SUM-FSW ；光柵解調(diào)儀選用SMl25?，F(xiàn)場監(jiān)測站設(shè)置在所選定的管道沿線山澗河谷監(jiān)測現(xiàn)場，如圖1所示，包括光纖接線盒9，連接光纜I 10、光轉(zhuǎn)換開關(guān)11、光纖光柵解調(diào)儀12、下機(jī)位13、GPRS無線通訊模塊I 14 ;各光纖光柵傳感器采集的信號通過光纜I 10接到監(jiān)測站的光開關(guān)11，光開關(guān)11輸出接光纖光柵解調(diào)儀12，光纖光柵解調(diào)儀12輸出接下機(jī)位13，下機(jī)位13輸出接GPRS無線通訊模塊I 14。各光纖光柵傳感器采集的信號通過光纜10接到監(jiān)測站的光開關(guān)11，光轉(zhuǎn)換開關(guān)11將各通道信號依次轉(zhuǎn)換給光纖光柵解調(diào)儀12，光纖光柵解調(diào)儀12解調(diào)出各光纖光柵傳感器的中心波長位移量給下機(jī)位13，下機(jī)位13自動計(jì)算出各監(jiān)測量輸給GPRS無線通訊模塊I 14并接受GPRS無線通訊模塊I 14的信號進(jìn)行控制，GPRS無線通訊模塊I 14將下機(jī)位13計(jì)算的各監(jiān)測量通過公眾無線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)轿挥谵k公室的接受終端上位機(jī)16進(jìn)行進(jìn)一步分析與處理；同時(shí)下機(jī)位13也可通過GPRS無線通訊模塊II 15接受接收上位機(jī)16的信號。其中光轉(zhuǎn)換開關(guān)選用光隆科技SUM-FSW ；光纖光柵解調(diào)儀選用SMl25 ；上位計(jì)算機(jī)及程序選用研華IPC-610，程序自編；GPRS傳輸模塊14 :西門子MC35i位于辦公室的接收終端包括如下2個(gè)部分(I)GPRS接收模塊15，用于接收現(xiàn)場監(jiān)測站GPRS無線通訊模塊I 14發(fā)送的監(jiān)測量，并傳輸給上位機(jī)16，也可給現(xiàn)場GPRS無線通訊模塊I 14發(fā)送反饋指令；(2)上位機(jī)16及程序，用于下載終端GPRS無線通訊模塊II 15的信號，并調(diào)用程序進(jìn)行自動分析，將分析結(jié)果與報(bào)警閾值進(jìn)行對比，必要的時(shí)候?qū)嵤﹫?bào)警。該系統(tǒng)的工作原理為當(dāng)所監(jiān)測的山澗河谷區(qū)域發(fā)生持續(xù)降雨時(shí)，管道沿線的河道水位、河流流速均發(fā)生變化，通過水位監(jiān)測裝置4監(jiān)測河道水位的漲幅變化，通過流速監(jiān)測裝置6對山洪流速進(jìn)行測量，然后根據(jù)水位和流速計(jì)算山洪的洪峰流量，一旦超過山洪警戒值即進(jìn)行報(bào)警；同時(shí)，山洪持續(xù)沖刷作用會引發(fā)管線7產(chǎn)生渦激振動，通過管體上的振動傳感器8測量其振動頻率，并與管線自身的固有頻率進(jìn)行對比，判斷管線在山洪沖刷持續(xù)沖刷作用下發(fā)生疲勞失效的可能性。通過連接光纜I 10，將管道山洪監(jiān)測區(qū)域內(nèi)各個(gè)位置的傳感器信號集中傳輸?shù)焦廪D(zhuǎn)換開關(guān)11，光轉(zhuǎn)換開關(guān)11將各通道信號依次轉(zhuǎn)換給光纖光柵解調(diào)儀12，光纖光柵解調(diào)儀12解調(diào)出各傳感器波長中心波長位移量并傳感給現(xiàn)場計(jì)算機(jī)13，現(xiàn)場計(jì)算機(jī)13將解調(diào)儀解調(diào)出的中心波長位移量自動計(jì)算為各監(jiān)測量，并將監(jiān)測量發(fā)送給現(xiàn)場GPRS無線通訊模塊I 14，GPRS無線通訊模塊I 14通過無線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸信號，用GPRS無線通訊模塊II 15傳送給終端服務(wù)器16，終端服務(wù)器16將山洪的洪峰流量和管線渦激振動頻率與報(bào)警閾值對比，必要的時(shí)候給出報(bào)警。其中GPRS無線通訊模塊II 15 :選用西門子MC35i ；上位計(jì)算機(jī)16及程序上位機(jī)選用研華IPC-610 ;程序自編。用上述系統(tǒng)在進(jìn)行監(jiān)測時(shí)，當(dāng)監(jiān)測區(qū)域發(fā)生持續(xù)降雨時(shí)，采用光纖光柵水位傳感器4對各監(jiān)測點(diǎn)的河道水位變化進(jìn)行測量，采用光纖光柵流速傳感器6對各監(jiān)測點(diǎn)的山洪流速進(jìn)行測量，基于河道水位和山洪流速這兩個(gè)測量值，利用式(12)就可計(jì)算出山洪的洪峰流量，進(jìn)而對達(dá)到警戒值的山洪進(jìn)行預(yù)報(bào)；同時(shí)，山區(qū)持續(xù)強(qiáng)降雨引發(fā)的山洪會將埋地管道沖出，形成與地表面不直接接觸的懸空管段，在水流波動阻力作用下引起管線發(fā)生渦激振動，通過管體光纖光柵振動傳感器8對管線渦激振動頻率進(jìn)行測量，并與管線自身的固有頻率進(jìn)行對比分析，判斷管線發(fā)生疲勞失效的可能性。經(jīng)長時(shí)間的監(jiān)測，本例易于構(gòu)建監(jiān)測系統(tǒng)，易于山區(qū)典型小流域水情及山洪沖刷作用下管道聯(lián)合監(jiān)測數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)自動采集分析及遠(yuǎn)程發(fā)布，遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)自動報(bào)警。避免了繁瑣的人工采集數(shù)據(jù)，提高了預(yù)警的精度，減少了報(bào)警時(shí)間，同時(shí)還能對報(bào)警地點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確定位，這對管道應(yīng)急措施的采取至關(guān)重要。
權(quán)利要求1.一種油氣管道山洪災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是該系統(tǒng)分為現(xiàn)場采集發(fā)射系統(tǒng)和遠(yuǎn)程接收分析系統(tǒng)，具體包括水位監(jiān)測裝置、流速監(jiān)測裝置、管線渦激振動監(jiān)測裝置、現(xiàn)場監(jiān)測站、辦公室的接收終端-上位機(jī)； 油氣管道山洪災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)的總體構(gòu)成為將金屬平板(1)用螺栓(2)固定于河道岸邊，在金屬平板(I)上安裝防護(hù)筒(3)，并將防護(hù)筒(3)向下置于河道中，用螺栓將光纖光柵水位傳感器(4)固定于防護(hù)筒(3)壁內(nèi)，在河道底部安裝基準(zhǔn)樁(5)，樁上固定光纖光柵流速傳感器(6)，在油氣管道(7)的監(jiān)測截面上安裝光纖光柵振動傳感器(8)，然后將水位傳感器(4)、流速傳感器(6)與振動傳感器(8)—并引入光纖接線盒(9)，與引至監(jiān)測站的光纜I(10)連接，在監(jiān)測站里，光纜I (10)與光開關(guān)(11)連接，光開關(guān)(11)與調(diào)儀(12)連接，解調(diào)儀(12)與下位機(jī)(13)連接，下位機(jī)(13)預(yù)處理后的數(shù)據(jù)通過無線通訊模塊I (14)傳輸，無線通訊模塊II (15)接收到上位機(jī)(16); 光纖光柵水位傳感器(4)、光纖光柵流速傳感器(6)和光纖光柵振動傳感器98)將河道水位、山洪流速和管線渦激振動信號經(jīng)光纜I (10)傳到光開關(guān)(11)，光開關(guān)(11)后經(jīng)解調(diào)儀(12)解調(diào)傳至下位機(jī)(13)，下位機(jī)(13)調(diào)用自編的程序，控制光開關(guān)(11)和解調(diào)儀(12)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集并對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；預(yù)處理后的數(shù)據(jù)通過無線通訊模塊I(14)傳輸、無線通訊模塊II (15)接收到上位機(jī)(16)，上位機(jī)(16)對數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的分析處理，通過河道水位和山洪流速計(jì)算得到山洪的洪峰流量，判斷該區(qū)域的洪峰流量是否已達(dá)到預(yù)報(bào)警戒值，并結(jié)合管線渦激振動頻率與其固有頻率對比分析結(jié)果，判斷山洪沖刷作用下管道的安全狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種油氣管道山洪災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是該系統(tǒng)的電原理為光纖光柵水位傳感器(4)、光纖光柵流速傳感器(6)和光纖光柵振動傳感器(8)的PC接頭用光纜I (10)與光轉(zhuǎn)換開關(guān)(11)的PC接頭連接，光開關(guān)(11)的R232連接下位機(jī)(13)的R232接口，光開關(guān)(11)的PC接頭連接光纖光柵解調(diào)儀(12)SM125的CHl端，光纖光柵解調(diào)儀(12 ) SMl25的LAN端口連接下位機(jī)(13 )的LAN端口，下位機(jī)(13 )的R232端口接GPRS無線通訊模塊I (14)西門子MC35i的R232端口，GPRS無線通訊模塊I (14)經(jīng)天線GSM、GPRS網(wǎng)絡(luò)，被GPRS無線通訊模塊II (15)天線GSM接收后由R232接到上位機(jī)(16)的R232，上位機(jī)(16)的輸出由VGA端接顯示器的VGA端； 水位、流速和管線渦激振動的三類光纖光柵傳感器的輸出信號經(jīng)光開關(guān)逐一導(dǎo)通傳輸至解調(diào)儀(12)，解調(diào)儀(12)解調(diào)出各光纖光柵傳感器的中心波長位移量傳輸至下位機(jī)(13)，光開關(guān)(11)導(dǎo)通信號的周期由下位機(jī)(13)控制；下位機(jī)(13)對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，并將處理后的數(shù)據(jù)輸給GPRS無線通訊模塊I (14)，GPRS無線通訊模塊I (14)將下位機(jī)(13)計(jì)算的各監(jiān)測量通過公眾無線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)轿挥谵k公室的上位機(jī)(16)，上位機(jī)(16)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，由顯示器顯示。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種油氣管道山洪災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是所述河道水位監(jiān)測裝置為在不銹鋼密閉箱體(17)的上、下兩個(gè)端面的中心位置固定一圓柱體(18)，將一支光纖光柵應(yīng)變傳感器I (19 )粘貼于圓柱體(18 )表面，并通過光纜II (20 )將信號引至光纖接線盒(9)，光纖接線盒(9)與光纜I (10)連接，并最終引至監(jiān)測站；所述光纖光柵應(yīng)變傳感器I (19)選溫度補(bǔ)償型光纖光柵應(yīng)變傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種油氣管道山洪災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是所述山洪流速監(jiān)測裝置由文丘里管式節(jié)流管(21)、導(dǎo)管I (22)、導(dǎo)管II (23)和光纖光柵壓強(qiáng)傳感機(jī)構(gòu)組成，光纖光柵壓強(qiáng)傳感機(jī)構(gòu)由有機(jī)玻璃密封箱(24)、密閉鋁箔管(25)、鋼銷(26)、等強(qiáng)度懸臂梁(27)、光纖光柵應(yīng)變傳感器II (28)及光纜111(29)組成；密閉鋁箔管(25)通過鋼銷(26)與懸臂梁(27)的自由端剛性連接；將一支溫度補(bǔ)償型光纖光柵應(yīng)變傳感器II (28)粘貼在懸臂梁(27)表面，并通過光纜111(29)將信號引至光纖接線盒(9)，光纖接線盒(9)與光纜I (10)連接，并最終引至監(jiān)測站；所述光纖光柵應(yīng)變傳感器II (28)選溫度補(bǔ)償型光纖光柵應(yīng)變傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種油氣管道山洪災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是所述管線渦激振動監(jiān)測裝置為在基座(30)—側(cè)內(nèi)壁上固定一根金屬桿(31)，桿的自由端固定一個(gè)金屬塊(32),將一支光纖光柵應(yīng)變傳感器III(33)粘貼于金屬桿(31)表面，并通過光纜IV (34)將信號引至光纖接線盒(9)，光纖接線盒(9)與光纜I (10)連接，并最終引至監(jiān)測站；所述光纖光柵應(yīng)變傳感器III(33)選溫度補(bǔ)償型光纖光柵應(yīng)變傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種油氣管道山洪災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是所述現(xiàn)場監(jiān)測站設(shè)置在河道附近的閥室，包括如下幾部分 (1)監(jiān)測站與各傳感器的光纖接線盒和連接光纜，將水位、流速和管線渦激振動傳感器信號集中傳輸?shù)奖O(jiān)測站； (2)將各通道信號依次轉(zhuǎn)換給解調(diào)儀分析的光轉(zhuǎn)換開關(guān)； (3)光纖光柵解調(diào)儀； (4)計(jì)算機(jī)； (5)GPRS無線通訊模塊。
專利摘要本實(shí)用新型是一種油氣管道山洪災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)。將金屬平板(1)固定于河道邊，金屬平板(1)上安裝置于河道中的防護(hù)筒(3)，光纖光柵水位傳感器(4)固定于防護(hù)筒(3)壁內(nèi)，在河道底部安裝固定光纖光柵流速傳感器(6)的基準(zhǔn)樁(5)，在油氣管道(7)的監(jiān)測截面上安裝光纖光柵振動傳感器(8)，水位傳感器(4)、流速傳感器(6)與光纖光柵振動傳感器(8)一并引入光纖接線盒(9)，與光纜Ⅰ(10)連接；在監(jiān)測站里，光纜Ⅰ(10)依次與光開關(guān)(11)、解調(diào)儀(12)和下位機(jī)(13)連接，下位機(jī)(13)由無線通訊模塊Ⅰ(14)和無線通訊模塊Ⅱ(15)與辦公室的上位機(jī)(16)連接。它空間分辨率高、成本低、安全有效。
文檔編號G01D21/02GK202904818SQ20122050086
公開日2013年4月24日 申請日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月28日
發(fā)明者韓冰, 譚東杰, 馬云賓, 李亮亮, 郝建斌, 荊宏遠(yuǎn), 劉建平, 吳張中 申請人:中國石油天然氣股份有限公司