本發(fā)明屬于無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于光纖拉曼溫度傳感器的自來(lái)水管泄漏檢測(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

背景技術(shù)：

目前，城市自來(lái)水管道縱橫交錯(cuò)，水管道泄漏事件也時(shí)常發(fā)生，對(duì)于城市水循環(huán)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，水管的泄漏經(jīng)常會(huì)給人們的生活帶來(lái)很大的不便，水管的在線監(jiān)測(cè)和檢測(cè)也一直以來(lái)都受到人們的重視，在水管泄漏事件中，由于管道之間連接處出現(xiàn)常年失修、損耗等所造成的泄漏事件也時(shí)常發(fā)生，如果能實(shí)現(xiàn)對(duì)水管道連接處或者水管易損處實(shí)施檢測(cè)和在線監(jiān)測(cè)，這樣一旦發(fā)生水管泄漏便可以及時(shí)做出應(yīng)對(duì)措施，防微杜漸，減少水管泄漏給人們生活帶來(lái)的不便，因此本發(fā)明基于分布式光纖拉曼溫度傳感器提供了一種可以對(duì)水管泄漏實(shí)施在線監(jiān)測(cè)和檢測(cè)的裝置，對(duì)于分布式光纖拉曼溫度傳感器的應(yīng)用和發(fā)展具有重要的意義。隨著分布式光纖拉曼溫度傳感器技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和改進(jìn)，分布式光纖拉曼溫度傳感器檢測(cè)的測(cè)溫誤差和空間分辨率都已經(jīng)達(dá)到很高的的精度，由于分布式光纖傳感器具有體積小、可嵌入、外形可變、重量輕、成本低、不導(dǎo)電、耐高壓、能在有害的環(huán)境中安全運(yùn)行、反應(yīng)快、抗腐蝕等特性，目前國(guó)內(nèi)外已有各種類型的分布式光纖傳感器產(chǎn)品應(yīng)用于電網(wǎng)、鐵路、橋梁等，然而由于水管的泄漏所引起的周圍溫度環(huán)境變化并不很明顯，因此對(duì)于水管道檢測(cè)與在線監(jiān)測(cè)來(lái)說(shuō)基于分布式光纖拉曼溫度傳感器的一系列產(chǎn)品還不能直接應(yīng)用與水管道的泄漏檢測(cè)與在線監(jiān)測(cè)，所以如果能將水泄漏的溫度信號(hào)進(jìn)一步放大這將為分布式光纖溫度傳感器應(yīng)用于水管道的檢測(cè)和在線監(jiān)測(cè)中具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于光纖拉曼溫度傳感器的自來(lái)水管泄漏檢測(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：一種基于光纖拉曼溫度傳感器的自來(lái)水管泄漏檢測(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，它用于解決水管泄漏的檢測(cè)和在線監(jiān)測(cè)問(wèn)題，包括水循環(huán)系統(tǒng)、信號(hào)放大系統(tǒng)和光纖拉曼溫度傳感器；

水循環(huán)系統(tǒng)包括儲(chǔ)水缸、動(dòng)力裝置和檢測(cè)管道，該儲(chǔ)水缸與動(dòng)力裝置通過(guò)第一連接管連接，該動(dòng)力裝置與檢測(cè)管道通過(guò)第二連接管連接，該檢測(cè)管道與儲(chǔ)水缸通過(guò)排水管連接；

信號(hào)放大系統(tǒng)包括覆蓋在檢測(cè)管道檢測(cè)部位的轉(zhuǎn)換層，以及包覆在轉(zhuǎn)換層外部的隔離層，在該隔離層的外部還設(shè)置有環(huán)境模擬箱，該轉(zhuǎn)換層在近地面的一側(cè)為反應(yīng)層，該反應(yīng)層的內(nèi)側(cè)不漏水，外側(cè)可以滲水；

光纖拉曼溫度傳感器包括：激光發(fā)射端，與激光發(fā)射端相連的雙向耦合器，該雙向耦合器與定標(biāo)光纖一端相連，該定標(biāo)光纖的另一端連接檢測(cè)光纖，該檢測(cè)光纖的末端設(shè)置有法拉第旋轉(zhuǎn)鏡裝置，同時(shí)，雙向耦合器與光波分復(fù)用器相連，該光波分復(fù)用器與信號(hào)處理器相連接，該信號(hào)處理器與顯示器相連；檢測(cè)光纖緊貼反應(yīng)層的內(nèi)側(cè)。

進(jìn)一步地，所述第一連接管上設(shè)置有流速調(diào)節(jié)閥，所述檢測(cè)管道的兩端分別設(shè)置有第一連接法蘭和第二連接法蘭，所述檢測(cè)管道上設(shè)置有可調(diào)節(jié)的氣孔閥。

進(jìn)一步地，所述反應(yīng)層的外側(cè)與所述隔離層的底端設(shè)定至少1厘米的距離。

進(jìn)一步地，所述隔離層外部設(shè)置的環(huán)境模擬箱頂蓋可拆卸。

進(jìn)一步地，所述檢測(cè)光纖既是傳輸光纖也是傳感光纖。

本發(fā)明的有益效果是：

1、由于本發(fā)明由水缸、動(dòng)力裝置構(gòu)成了水循環(huán)系統(tǒng)，這樣便可以為模擬檢測(cè)水管道泄漏的實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下進(jìn)行創(chuàng)造了條件；

2、由于本發(fā)明在檢測(cè)管道外布置了轉(zhuǎn)換層，同時(shí)該轉(zhuǎn)換層的底部設(shè)置了反應(yīng)層，該反應(yīng)層采用的是特殊介質(zhì)制成，該特殊介質(zhì)遇到檢測(cè)管道內(nèi)部液體時(shí)會(huì)散發(fā)大量熱量從而引起周圍環(huán)境迅速升溫，這樣當(dāng)檢測(cè)管道內(nèi)的液體泄漏時(shí)就會(huì)導(dǎo)致該轉(zhuǎn)換層釋放大量熱量，引起檢測(cè)光纖周圍的溫度場(chǎng)發(fā)生顯著變化，由于溫度場(chǎng)的變化會(huì)調(diào)制光纖在拉曼散射的強(qiáng)度，將液體泄漏信號(hào)轉(zhuǎn)化成明顯的溫度變化信號(hào)，這就為檢測(cè)提供了很大便利；

3、本發(fā)明中所述的轉(zhuǎn)換層在設(shè)置時(shí)近地面的一側(cè)設(shè)置了反應(yīng)層，該反應(yīng)層的內(nèi)側(cè)采用不漏水材料制成，該反應(yīng)層的外側(cè)采用可以滲水的材料制成，且該反應(yīng)層的外側(cè)與隔離層的底端設(shè)定了至少1厘米的距離，且所述的檢測(cè)光纖設(shè)置在緊貼上述反應(yīng)層的內(nèi)側(cè)；

由于在轉(zhuǎn)換層上設(shè)置的反應(yīng)層設(shè)置在近地面一側(cè)，無(wú)論水管哪一側(cè)漏水，由于重力原理都會(huì)流至底部與反應(yīng)層進(jìn)一步反應(yīng)；這樣只需布置一根檢測(cè)光纖便可以準(zhǔn)確檢測(cè)出泄漏問(wèn)題；

由于該反應(yīng)層的內(nèi)側(cè)不漏水，即使水管道壁由于環(huán)境原因(例：夏季空氣遇冷水管導(dǎo)致有水珠附在其表面也不會(huì)引起反應(yīng)層的溫度發(fā)生變化，減少了誤判的情況發(fā)生；

由于該反應(yīng)層的外側(cè)與上述隔離層的底端設(shè)定了至少1厘米的距離，這樣只有當(dāng)水管的發(fā)生泄漏時(shí)導(dǎo)致隔離層內(nèi)底部的水面高度超過(guò)該隔離層底端1厘米時(shí)才會(huì)使得反應(yīng)層的介質(zhì)遇水反應(yīng)發(fā)生溫度變化，提高了檢測(cè)的準(zhǔn)確性；

4、由于在檢測(cè)管道外側(cè)包裹著上述轉(zhuǎn)換層和光纖溫度傳感器的隔離層，這就可以防止外界液體滲入帶來(lái)的影響，為光纖溫度傳感器采集到的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性創(chuàng)造了條件；

5、由于在上述隔離層外部還設(shè)置了可拆卸的環(huán)境模擬箱，這樣便為實(shí)驗(yàn)?zāi)M管道外壁環(huán)境創(chuàng)造了條件；同時(shí)由于在檢測(cè)管道外設(shè)置了氣孔閥，不僅可以模仿水管較大流量的泄漏環(huán)境，也可調(diào)節(jié)氣孔閥模仿水管較小流量的滲透環(huán)境。

這些對(duì)于進(jìn)一步設(shè)計(jì)水管泄漏報(bào)警系統(tǒng)和改進(jìn)光纖拉曼溫度傳感器具有重要意義，并為光纖拉曼溫度傳感器的應(yīng)用創(chuàng)造了條件。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的檢測(cè)系統(tǒng)示意圖。

圖中，1、儲(chǔ)水缸；2、第一連接管；3、流速調(diào)節(jié)閥；4、動(dòng)力裝置；5、第二連接管；6、第一連接法蘭；7、環(huán)境模擬箱；8、隔離層；9、轉(zhuǎn)換層；10、氣孔閥；11、反應(yīng)層；12、定標(biāo)光纖；13、檢測(cè)光纖；14、法拉第旋轉(zhuǎn)鏡；15、激光發(fā)射端；16、雙向耦合器；17、光波分復(fù)用器；18、信號(hào)處理器；19、顯示器；20、第二連接法蘭；21、排水管；p、檢測(cè)管道。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1所示，本發(fā)明提供的一種基于光纖拉曼溫度傳感器的自來(lái)水管泄漏檢測(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，包括水循環(huán)系統(tǒng)、信號(hào)放大系統(tǒng)和光纖拉曼溫度傳感器；

水循環(huán)系統(tǒng)包括儲(chǔ)水缸1、動(dòng)力裝置4和檢測(cè)管道p，以及連接該儲(chǔ)水缸1與動(dòng)力裝置4的第一連接管2，連接動(dòng)力裝置4與檢測(cè)管道p的第二連接管5，連接檢測(cè)管道p與儲(chǔ)水缸1的排水管21。

所述的儲(chǔ)水缸1采用玻璃制成長(zhǎng)100厘米、寬50厘米、高50厘米、厚度為1厘米的無(wú)蓋立方體儲(chǔ)水缸，動(dòng)力裝置4采用微型水泵(12v)代替，第一連接管2、第二連接管5、檢測(cè)管道p和排水管21的尺寸以及在儲(chǔ)水缸1設(shè)置的出水洞孔的孔徑大小根據(jù)選用的小型水泵的型號(hào)定制，這些對(duì)于該技術(shù)領(lǐng)域人員并不難，在此不在加以贅述。

信號(hào)放大系統(tǒng)包括覆蓋在檢測(cè)管道p檢測(cè)部位的轉(zhuǎn)換層9(該轉(zhuǎn)換層9采用塑性材料制成)，以及包覆在轉(zhuǎn)換層9外部的隔離層8，在該隔離層8的外部還設(shè)置了環(huán)境模擬箱7，所述的轉(zhuǎn)換層9在設(shè)置時(shí)近地面的一側(cè)設(shè)置了反應(yīng)層11，該反應(yīng)層11的內(nèi)側(cè)采用不漏水的塑料材料制成，該反應(yīng)層11的外側(cè)采用可以滲水的纖維材料制成，且該反應(yīng)層11的外側(cè)與上述隔離層8的底端設(shè)定了至少1厘米的距離。

光纖拉曼溫度傳感器包括：激光發(fā)射端15，與激光發(fā)射端15相連的雙向耦合器16，該雙向耦合器16與定標(biāo)光纖12一端相連，該定標(biāo)光纖12的另一端連接檢測(cè)光纖13，該檢測(cè)光纖13的末端設(shè)置有法拉第旋轉(zhuǎn)鏡裝置14，同時(shí)，上述雙向耦合器16與光波分復(fù)用器17相連，該光波分復(fù)用器17與信號(hào)處理器18相連接，該信號(hào)處理器18與顯示器19相連。

所述的檢測(cè)光纖13設(shè)置在緊貼上述反應(yīng)層11的內(nèi)側(cè)，檢測(cè)光纖13既是傳輸光纖也是傳感光纖。

在上述的第一連接管5上設(shè)置有流速調(diào)節(jié)閥3，在上述檢測(cè)管道p的兩端分別設(shè)置了第一連接法蘭6和第二連接法蘭20，所述的檢測(cè)管道p上設(shè)置有可調(diào)節(jié)的氣孔閥10。

在上述隔離層8的外部所設(shè)置的環(huán)境模擬箱7其頂蓋為可拆卸的。

所述的檢測(cè)光纖14設(shè)置在緊貼上述反應(yīng)層11的內(nèi)側(cè)，該反應(yīng)層11內(nèi)為碳酸鈣質(zhì)量占比為百分之九十(或者在不影響光纖正常檢測(cè)的前提下選取其它適當(dāng)?shù)馁|(zhì)量占比)的石灰石或者將市場(chǎng)銷售的小蘇打平鋪置于反應(yīng)層11內(nèi)。

激光發(fā)射端15由驅(qū)動(dòng)電源、電子開關(guān)、主激光器、副激光器組成，主激光器和副激光器與第一合波器的輸入端相連，第一合波器的輸出端接到雙向耦合器16的輸入端上；該雙向耦合器16的輸出端連接光波分復(fù)用器17，該光波分復(fù)用器17有三個(gè)輸出端口，第一個(gè)輸出端口為拉曼散射的中心波長(zhǎng)輸出端口，第二個(gè)輸出端口為主激光器波長(zhǎng)的光纖背向瑞利散射波輸出端口，第三個(gè)輸出端口為副激光波長(zhǎng)的光纖背向瑞利散射波輸出端口，光纖波分復(fù)用器17的第一個(gè)輸出端口與直接檢測(cè)系統(tǒng)的一個(gè)輸入端相連接，光纖波分復(fù)用器17的第二個(gè)輸出端口和第三個(gè)輸出端口分別與第二合波器的兩個(gè)輸入端相連，第二合波器的輸出端與直接檢測(cè)系統(tǒng)的另一個(gè)輸入端相連，直接檢測(cè)系統(tǒng)的輸出端與信號(hào)采集處理系統(tǒng)的輸入端相連，由直接檢測(cè)系統(tǒng)與信號(hào)采集處理系統(tǒng)構(gòu)成的信號(hào)處理器18經(jīng)過(guò)分析處理后給出光纖各段的溫度值由顯示器顯示。

光纖檢測(cè)實(shí)驗(yàn)定位原理：

當(dāng)驅(qū)動(dòng)電源驅(qū)動(dòng)光纖開關(guān)時(shí)分交替輸出同一波段主激光器的光纖背向反斯托克斯拉曼散射波(波長(zhǎng)1550nm、脈寬10ns)與副激光器的光纖斯托克斯拉曼散射波(波長(zhǎng)1450nm、脈寬10ns)通過(guò)第一合波器傳至雙向耦合器16，當(dāng)光信號(hào)在檢測(cè)光纖傳播遇到法拉第旋轉(zhuǎn)鏡14后，光信號(hào)回傳至雙向耦合器16，由該雙向耦合器16將光信號(hào)傳送給光波分復(fù)用器17，該光波分復(fù)用器17有三個(gè)輸出端口，第一個(gè)輸出端口為拉曼散射的中心波長(zhǎng)輸出端口，第二個(gè)輸出端口為主激光器波長(zhǎng)的光纖背向瑞利散射波輸出端口，第三個(gè)輸出端口為副激光波長(zhǎng)的光纖背向瑞利散射波輸出端口，光纖波分復(fù)用器17的第一個(gè)輸出端口與直接檢測(cè)系統(tǒng)的一個(gè)輸入端相連接，光纖波分復(fù)用器17的第二個(gè)輸出端口和第三個(gè)輸出端口分別與第二合波器的兩個(gè)輸入端相連，第二合波器的輸出端與直接檢測(cè)系統(tǒng)的另一個(gè)輸入端相連，直接檢測(cè)系統(tǒng)的輸出端與信號(hào)采集處理系統(tǒng)的輸入端相連，信號(hào)采集處理系統(tǒng)分別扣除單程主激光器波長(zhǎng)和副激光器波長(zhǎng)的背向瑞利散射光時(shí)域反射的影響，采用同一波段單程的激光器的光纖背向反斯托克斯拉曼散射波與副激光器的光纖斯托克斯拉曼散射筆光時(shí)域反射曲線的強(qiáng)度比，得到光纖各段的溫度信息，并由顯示器顯示。

本實(shí)驗(yàn)裝置的檢測(cè)方法如下：

首先對(duì)激光發(fā)射端15供電，根據(jù)顯示器19顯示的曲線變化檢測(cè)裝置是否處于正常狀態(tài)(狀態(tài)正常則繼續(xù)下一步，否則進(jìn)行調(diào)節(jié))；

其次關(guān)閉氣孔閥10并啟動(dòng)水循環(huán)系統(tǒng)：調(diào)節(jié)流速閥3對(duì)儲(chǔ)水缸1灌入適量的水，打開動(dòng)力裝置4，使得水循環(huán)系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下開始運(yùn)行；

最后調(diào)節(jié)氣孔閥10，使得處于水循環(huán)系統(tǒng)之中的檢測(cè)管道p緩慢滲透，通過(guò)所測(cè)位置與定標(biāo)光纖的溫度對(duì)比經(jīng)過(guò)理論計(jì)算得到溫度與拉曼散射強(qiáng)度比的關(guān)系，通過(guò)后續(xù)處理得到滲透處的溫度數(shù)據(jù)變化曲線；

重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，調(diào)節(jié)氣孔閥10，使得檢測(cè)管道p呈現(xiàn)不同程度的泄漏狀態(tài)，觀察實(shí)驗(yàn)得到的溫度變化。由于水管滲透需要一定時(shí)間，且由于光纖拉曼溫度傳感器的測(cè)溫過(guò)程每個(gè)周期幾秒到幾十秒不等，所以需要反復(fù)測(cè)量。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的泄漏距離與實(shí)際距離進(jìn)行對(duì)比分析實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，從而驗(yàn)證本裝置對(duì)檢測(cè)水管道泄漏的作用，對(duì)于進(jìn)一步設(shè)計(jì)水管泄漏報(bào)警系統(tǒng)和改進(jìn)光纖拉曼溫度傳感器具有重要意義。

由于光纖價(jià)格低廉，使用壽命長(zhǎng)，所以本發(fā)明的研究對(duì)于城市水管道的泄漏檢測(cè)與在線監(jiān)測(cè)不僅具有研究意義更具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，對(duì)于將本發(fā)明應(yīng)用于水管連接處、水管易漏處等，將本發(fā)明的信號(hào)放大系統(tǒng)反復(fù)設(shè)置等均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。