一种非介入式光纤型气体管道泄漏次声波检测装置

1.本发明属于输气管道故障诊断与流动安全保障技术领域，尤其涉及一种非介入式光纤型气体管道泄漏次声波检测装置。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.天然气管道的泄漏不仅会造成能源的浪费和环境的污染，还极易引发爆炸，危及人们的生命健康安全，造成巨大的经济损失，尤其是当气体管道中的气体为易燃、易爆气体时。因此气体管道泄漏监测技术需要快速发展，能够及时、准确地发现泄漏是气体管道泄漏检测的关键问题。
4.现行的气体管道泄漏检测方法有流量/质量平衡法、负压波法、声波法、瞬态时域模型法等。但是这些方法包括现行的负压法采用的传感器多采用打孔安装的方式，这不仅影响流体流态，导致过程参量测量不准，还对管道造成损伤，极易造成安全隐患。当前虽然有一些便携式非介入检测仪器在气体管道泄漏检测方面具有很好的灵敏度，但由于它们的检测距离有限，仪器使用易受风向、环境噪音等影响，因而得不到广泛的应用。
5.气体管道发生泄漏时，由于管内外压差和气体可压缩性使气体迅速冲出，管内压力骤降，产生一个冲击波信号，同时由于气体与管壁的摩擦产生声波信号，统称为泄漏信号，泄漏信号一方面沿管内气体介质传播，一方面沿管壁传播，由于信号中的高频部分衰减较快，不能远传，因此通过感测气体管道泄漏时沿管内气体介质传播的次声波信号或沿管壁传播的次声波信号进行泄漏检测是一种非介入式、可检测较长距离、又有较高检测灵敏度的气体管道泄漏检测方法，具有重大意义。
6.现有的传感器较少涉及非介入式检测，大多采用打孔安装的方式，这不仅会影响流体流态，导致过程参量测量不准，还极易造成安全隐患。
7.当前虽然有一些便携式非介入检测仪器在气体管道泄漏检测方面具有很好的灵敏度，但它们的检测距离有限，仪器使用易受风向、环境噪音等影响，得不到广泛的应用。


技术实现要素：

8.为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种非介入式光纤型气体管道泄漏次声波检测装置。
9.为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
10.本发明第一方面提供了一种非介入式光纤型气体管道泄漏次声波检测装置，包括：底座、保护壳、导管、受力隔膜、膜片和光纤传感器；
11.所述底座固定在气体管道上，所述保护壳设置在所述底座上，所述保护壳靠近气体管道的一端设有受力隔膜，远离气体管道的一端设有膜片；设置在所述保护壳内的导管一端连通受力隔膜，另一端连通膜片；所述膜片的下方设有光纤传感器，光纤传感器连接信
号处理模块；
12.所述受力隔膜感测气体管道泄漏时的次声波信号，通过与其连接的导管使膜片产生挠曲变形，利用光纤传感器感测膜片的变化并转化为可测的光信号后输出至信号处理模块。
13.以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
14.本发明利用光纤传感器感测膜片的变化，膜片与光纤探头端面之间的距离发生变化，使得接收光纤束接收到的反射光强度发生变化，将变化后的光信号输出至计算机分析处理，本发明结构简单，安装方便，灵敏度高，便于维修，造价低，可检测较长距离的管道，提高了声波法泄漏检测技术的适用性。
15.本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
16.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
17.图1为实施例1的一种非介入式光纤型气体管道泄漏次声波检测装置的结构图。
18.图中，1.底座，2.磁性基座，3.受力隔膜，4.螺纹，5.保护壳，6.导管，7.膜片，8.传感头，9.光纤探头，10.定位套，11.光源，12.发送光纤束，13.接受光纤束，14.光电检测器，15.信号调理模块，16.a/d转换模块，17.气体管道。
具体实施方式
19.下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
20.实施例一
21.如图1所示，本发明提出一种非介入式光纤型气体管道泄漏次声波检测装置，包括底座1、磁性基座2，受力隔膜3，螺纹4，保护壳5，导管6，膜片7为整体式膜片，传感头8，光纤探头9，定位套10，光源11为半导体激光二极管，发送光纤束12，接受光纤束13，光电检测器14，信号调理模块15，a/d转换模块16。
22.发送光纤束12和接收光纤束13各由约1500根直径为50微米拼的单根光纤集束而成。光纤探头9是发送光纤束12和接收光纤束13的汇集端。
23.考虑到，光纤具有很多优异的性能，例如：具有抗电磁和原子辐射干扰的性能，径细、质软、重量轻的机械性能；绝缘、无感应的电气性能；耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等，它能够在人达不到的地方(如高温区)，或者对人有害的地区(如核辐射区)，起到人的耳目的作用，而且还能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。本发明利用光纤传感器感测膜片7的变化，并转换成光信号的变化输出，可检测较长距离的管道，提高了声波法泄漏检测技术的适用性，解决了现有仪器使用易受风向、环境噪音等影响的问题。
24.磁性基座2带有磁性可以吸附在气体管道17外侧；底座1可以固定支撑整个装置；保护壳5内部中空，可以对受力隔膜3，导管6进行保护，与底座采用螺纹4配合方式，保护壳5可以旋紧；受力隔膜3连接于保护壳5上，具有很好的敏感性和变形特性，沿管内气体介质传播的次声波信号或沿管壁传播的次声波信号使受力隔膜3产生挠曲变形，安装时需要通过
旋紧保护壳5使其紧贴气体管道17外侧；该装置安装时随保护壳5的旋紧，受力隔膜3逐渐靠近气体管道17外壁，直至螺纹4全部旋进使得保护壳5贴紧底座1，从而使受力隔膜3贴紧气体管道17外壁。在保护壳5的旋进过程中，不会引起光信号发生变化。
25.该装置通过磁性基座2吸附固定安装于气体管道17管壁外侧，通过感测气体管道泄漏时沿管内气体介质传播的次声波信号或沿管壁传播的次声波信号进行泄漏检测，二者可以选择其一进行检测，也可以同时检测。具体工作过程为：磁性基座2吸附在管壁上，保护壳5旋紧使受力隔膜3紧贴气体管道17外壁，感测沿管壁传导的次声波信号，通过与其连接的导管6使膜片7产生挠曲变形，使得膜片7与光纤探头9端面之间的距离发生变化。光源11发出的模拟光波通过发送光纤束12传到光纤探头9，由于膜片7与光纤探头9端面之间的距离发生变化，使得接收光纤束13接收到的反射光强度发生变化，光信号发生变化，通过光电检测器14将变化后的光信号转化成电信号，信号调理模块15对电信号进行放大和滤波，最后通过a/d转化模块16将电信号转化为数字信号送入到计算机中。
26.上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。


技术特征：
1.一种非介入式光纤型气体管道泄漏次声波检测装置，其特征在于，包括：底座、保护壳、导管、受力隔膜、膜片和光纤传感器；所述底座固定在气体管道上，所述保护壳设置在所述底座上，所述保护壳靠近气体管道的一端设有受力隔膜，远离气体管道的一端设有膜片；设置在所述保护壳内的导管一端连通受力隔膜，另一端连通膜片；所述膜片的下方设有光纤传感器，光纤传感器连接信号处理模块；所述受力隔膜感测气体管道泄漏时的次声波信号，通过与其连接的导管使膜片产生挠曲变形，利用光纤传感器感测膜片的变化并转化为可测的光信号后输出至信号处理模块。2.根据权利要求1所述的一种非介入式光纤型气体管道泄漏次声波检测装置，其特征在于，所述光纤传感器包括传感头、光纤探头和定位套；所述光纤探头通过定位套固定在传感头上，所述传感头上方连接所述膜片；所述膜片产生形变后使得膜片与光纤探头端面之间的距离发生变化。3.根据权利要求2所述的一种非介入式光纤型气体管道泄漏次声波检测装置，其特征在于，所述光纤传感器连接发送光纤束和接受光纤束；光源通过所述发送光纤束传输至光纤探头，所述膜片与光纤探头之间的距离变化，导致所述接收光纤束接收到的反射光强度发生变化，光信号的变化量传输至信号处理模块。4.根据权利要求3所述的一种非介入式光纤型气体管道泄漏次声波检测装置，其特征在于，所述信号处理模块包括依次连接的光电检测器、信号调理模块和a/d转化模块；所述光电检测器用于将变化后的光信号转化成电信号，信号调理模块对电信号进行放大和滤波，最后通过a/d转化模块将电信号转化为数字信号送入到计算机中。5.根据权利要求3所述的一种非介入式光纤型气体管道泄漏次声波检测装置，其特征在于，所述发送光纤束和接收光纤束均由多个单根光纤集束而成。6.根据权利要求5所述的一种非介入式光纤型气体管道泄漏次声波检测装置，其特征在于，所述单根光纤的直径为50微米。7.根据权利要求1所述的一种非介入式光纤型气体管道泄漏次声波检测装置，其特征在于，所述底座通过磁性基座吸附在气体管道外侧。8.根据权利要求1所述的一种非介入式光纤型气体管道泄漏次声波检测装置，其特征在于，所述保护壳通过螺纹固定的方式旋紧在所述底座上。9.根据权利要求8所述的一种非介入式光纤型气体管道泄漏次声波检测装置，其特征在于，通过将所述保护壳上的螺纹全部旋进底座，使得所述受力隔膜贴紧气体管道外壁。10.根据权利要求1所述的一种非介入式光纤型气体管道泄漏次声波检测装置，其特征在于，所述次声波信号为沿管内气体介质传播的次声波信号或沿管壁传播的次声波信号。

技术总结
本发明提供一种非介入式光纤型气体管道泄漏次声波检测装置，包括：底座、保护壳、导管、受力隔膜、膜片和光纤传感器；底座固定在气体管道上，所述保护壳设置在所述底座上，所述保护壳靠近气体管道的一端设有受力隔膜，远离气体管道的一端设有膜片；设置在所述保护壳内的导管一端连通受力隔膜，另一端连通膜片；所述膜片的下方设有光纤传感器，光纤传感器连接信号处理模块；受力隔膜感测气体管道泄漏时的次声波信号，通过与其连接的导管使膜片产生挠曲变形，利用传感器感测膜片的变化并转化为可测的光信号后输出。本发明结构简单，安装方便，灵敏度高，便于维修，造价低，可检测较长距离的管道，提高了声波法泄漏检测技术的适用性。提高了声波法泄漏检测技术的适用性。提高了声波法泄漏检测技术的适用性。


技术研发人员：叶鎏阳 张赛男 曹瑞智 刘翠伟 方承 王茹慧 孙瑛浩 张娜 孙娜烨 郭筱苑 武文轩
受保护的技术使用者：中国石油大学（华东）
技术研发日：2023.06.21
技术公布日：2023/9/20