一种隐蔽输气管道泄漏测试系统和方法

本发明涉及安全监测领域，尤其涉及一种隐蔽输气管道泄漏测试系统和方法。

背景技术：

1、随着城市燃气推广和燃气管网安全改造，埋地和墙体内置燃气管道成为当前主要的改造方向。构建新型城市燃气管网，必须进一步加强埋地输气管道的安全测试技术创新。对于大多数的埋地输气管道，在使用过程中，管道内的介质及管道周围的环境条件对管道的损伤是累积增加的。输气管道在损伤累积中，强度降低、结构发生破坏，会进一步影响管道传输的安全性，诱发管道泄露，影响使用安全。因此，研究隐蔽输气管道的泄露检测技术和评价方法，准确评估管道泄露的位置和泄露严重程度，对于管道稳定性和环境风险控制方面具有重要的现实应用价值。

2、目前，对于隐蔽输气管道的检测手段主要通过流体识别传感器、流体感应装置等，需要在输气管道上安装流量传感器，通过流量变化判断管道的泄露情况，不能对管道的泄露区精准定位。震动传感器多用压电式、电容式、动圈式等电式传感器，使用中需要供电且容易受到电磁干扰，在监测易燃易爆气体管道时具有安全风险。

技术实现思路

1、本方案针对上文提出的问题和需求，提出一种隐蔽输气管道泄漏测试系统和方法，由于采取了如下技术特征而能够实现上述技术目的，并带来其他多项技术效果。

2、本发明的一个目的在于提出一种隐蔽输气管道泄漏测试系统，包括：

3、箱体，内部具有容纳腔；

4、输气管道，沿着所述容纳腔的延伸方向布置，且两端均伸出所述箱体，其中，位于所述容纳腔内的输气管道部分具有与所述容纳腔相连通的泄漏阀；

5、泵体，其与所述输气管道的一端相连通，配置为用于向所述输气管道中泵入气体；

6、光纤光栅fbg，布置在所述容纳腔内，并与光纤光栅应变解调仪相耦接，配置为用于感测所述容纳腔内土体的应变信号；

7、光纤震动传感器，布置在输气管道的外侧壁，并与光纤震动解调仪相耦接，配置为用于感测所述输气管道的震动信号；

8、声发射传感器，布置在所述输气管道的外侧，并与声发射测试仪相耦接，配置为用于感测所述输气管道的声波信号；

9、其中，所述容纳腔内填充有土体，用于填埋位于所述容纳腔内的输气管道、光纤光栅fbg、光纤震动传感器和声发射传感器。

10、另外，根据本发明的隐蔽输气管道泄漏测试系统，还可以具有如下技术特征：

11、在本发明的一个示例中，还包括：计算机，

12、其与所述光纤光栅应变解调仪、所述光纤震动解调仪和所述声发射测试仪相耦接，配置为用于接收所述土体的应变信号、输气管道的震动信号和声波信号，并基于土体的应变信号和输气管道的震动信号和声波信号判断所述输气管道的泄露位置。

13、在本发明的一个示例中，所述光纤光栅fbg沿着所述输气管道的延伸方向布置且靠近所述输气管道设置。

14、在本发明的一个示例中，所述光纤光栅fbg包括：

15、光纤本体，包括光纤和沿着所述光纤延伸方向间隔布置的光栅区；

16、涂覆在光纤本体外侧壁上的光纤涂覆层；以及

17、包覆在所述光纤涂覆层外侧的光纤包覆层。

18、在本发明的一个示例中，所述光纤震动传感器包括多个，且沿着所述输气管道的延伸方向间隔布置。

19、本发明的另一个目的在于提出一种如上述所述的输气管道泄漏测试系统的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

20、s10：由泵体向输气管道内恒压充入气体，并同步记录在充气过程中光纤光栅fbg、光纤震动传感器和声发射传感器的监测数据；

21、s20：通过开闭泄漏阀由光纤震动传感器和声发射传感器获得输气管道在泄漏前后的震动信号的频谱图，由光纤光栅fbg获得输气管道泄漏前后的光纤光栅波长图，并基于光纤光栅波长图获取对应的光纤光栅应变随气体泄漏的时序图；

22、s30：基于光纤光栅震动传感器和声发射传感器的定位方程确定输气管道的泄漏点位置；

23、s40：建立基于光纤光栅受到震动的波长变化和应变变化的埋地输气管道泄露风险函数y(t)，当y(t)从稳定到具有异常突变时，判定为泄露风险预警。

24、在本发明的一个示例中，所述步骤s30包括：

25、s31：通过光栅中心波长和应变确定受到输气管道泄漏震动影响较大的第n个光栅，并确定第n个光栅在输气管道上的位置，从而初步确定泄漏位置；

26、s32：根据光栅震动传感器所监测的数据，利用光纤震动原理进行震动点位，进一步确定泄漏的精确位置。

27、在本发明的一个示例中，在步骤s32中，利用光纤震动原理进行震动点位的表达式为：

28、

29、其中：x(x,y,z)和xi(xi,yi,zi)分别为泄露口及第i个光纤震动传感器的空间坐标；vp为p波波速；ti为第i个传感器处p波到时；t为输气管道泄露引发管道震动的发震时刻。

30、在本发明的一个示例中，在步骤s40中，光纤光栅受到震动的波长变化以及应变变化的表达式分别为：

31、

32、

33、式中：δλb为光栅的中心波长；δl为光栅的变形量；为弹光效应；lf为光栅原始长度；kε为应变系数；ε为光栅的应变。

34、在本发明的一个示例中，在所述步骤s40中，埋地输气管道的泄漏风险的表达式为：

35、

36、式中，m∈(i,j)且(j-i)＞1，εi、εj分别为i时刻和j时刻εm的应变值，c为常数，εmax为εm的最大值，εmin为εm的最小值，y(t)为预警函数。

37、下文中将结合附图对实施本发明的最优实施例进行更加详尽的描述，以便能容易理解本发明的特征和优点。

技术特征：

1.一种隐蔽输气管道泄漏测试系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的输气管道泄漏测试系统，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的输气管道泄漏测试系统，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的输气管道泄漏测试系统，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的输气管道泄漏测试系统，其特征在于，

6.一种如权利要求1至权利要求5所述的输气管道泄漏测试系统的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述的输气管道泄漏测试方法，其特征在于，

8.根据权利要求7所述的输气管道泄漏测试方法，其特征在于，

9.根据权利要求6所述的输气管道泄漏测试方法，其特征在于，

10.根据权利要求9所述的输气管道泄漏测试方法，其特征在于，

技术总结本发明公开了一种隐蔽输气管道泄漏测试系统和方法，测试系统包括：箱体，内部具有容纳腔；输气管道，沿着所述容纳腔的延伸方向布置，且两端均伸出所述箱体，其中，位于所述容纳腔内的输气管道部分具有与所述容纳腔相连通的泄漏阀；泵体，其与所述输气管道的一端相连通，配置为用于向所述输气管道中泵入气体；光纤光栅FBG，布置在所述容纳腔内，并与光纤光栅应变解调仪相耦接，配置为用于感测所述容纳腔内土体的应变信号；光纤震动传感器，布置在输气管道的外侧壁，并与光纤震动解调仪相耦接，配置为用于感测所述输气管道的震动信号；声发射传感器，布置在所述输气管道的外侧，并与声发射测试仪相耦接，配置为用于感测所述输气管道的声波信号。技术研发人员：刘晓斐,周鑫,张华杰,王笑然,杜鹏飞,张宇琦受保护的技术使用者：中国矿业大学技术研发日：技术公布日：2024/6/2