專利名稱：一種智能警示帶及其制造方法
技術領域：
本發明涉及用于埋地管線安全監測的裝置和方法，特別是針對埋地管線第三方擾動的實時在線監測及其對管道的影響評估方法。
背景技術：
管道運輸是與鉄路、公路、航空、水運并駕齊驅的五大運輸業之一，在國民經濟和國防エ業發展中發揮著重要作用。作為生命線系統的重要組成部分，管道系統是社會和經濟賴以生存與發展的物質基礎，它在液體和氣體輸送方面具有不可替代的優勢，現已廣泛應用于給排水系統、供氣系統、輸油系統、供熱系統等。伴隨著管道的大量敷設，管道運行時間的延長，管道的泄露和破裂事故頻繁發生，由此引起的火災、爆炸，造成了巨大的經濟損失、人員傷亡和環境污染等災難性后果，嚴重影響了社會經濟的平穩運行，危及到人們的生命安全。管道的失效可能有多種因素造成，第三方開挖造成的擾動是關鍵因素之一第三方干擾造成的管道破壞往往具有突發性、危害大的特點，所以加強對管道周邊的第三方擾動監測具有重要意義。目前，應用于管道監測或檢測的方法有很多，如傳統的漏磁法、超聲波法、渦流法、射線成像技木、熱像顯示技術等無損檢測技術，以及近十幾年來日益受到關注的聲發射技術、超聲導波技術等在線監測方法，都極大地促進了管道結構的管理和維護。但是這些方法都只是針對管道結構自身的監測或檢測，大多只能在管道已被損壞或者輸送介質已經損失后才能被發現。如果能在管道造成破壞之前，預先檢測出破壞行為的威脅并及時采取措施，就能從源頭上避免或減少損傷事故的發生。這就是針對事故發生的原因——第三方干擾進行的在線監測。光纖傳感技術是近年來隨光纖通信技術的發展而迅速發展起來的，以光波為載體，光纖為媒質，感知和傳輸被測信號的新型傳感技術，具有分布式、長距離、實時性、耐腐蝕、抗電磁、輕便靈巧等優點，其基本原理是將來自光源的光經過光纖送入調制器，使待測參數與進入調制區的光相互作用后，導致光的光學性質，如強度、波長、頻率、相位、偏振態等發生變化，再經過光纖送入探測器，經解調后獲得被測參數。光纖ー維空間連續分布的特點，使得光纖路徑上的被測量場在時間和空間上的分布信息能同時獲得。在傳感應用中，安裝光纖，將干擾影響從目標結構轉到光纖，從而使得光纖傳感技術引起管道結構監測界的廣泛重視，成為管道監測領域中的研究熱點。目前，光纖傳感技術已成功被應用于管道周邊的第三方擾動監測。由澳大利亞FFT(FutureFiber Technologies)公司開發和研制的基于分布式光纖傳感器技術的管道安全防御系統(FFTSecure Pipe TM)，通過在管道附近敷設單模多芯(3根光纖即可滿足要求)光纖光纜，達到監測和定位管道附近第三方干擾的目的。該技術在油氣儲運領域得到了廣泛應用。該技術的不足之處是需要沿管線埋設光纜，安裝較復雜，投資較大
發明內容
本發明目的在于針對管道結構健康監測內容的不同，基于既有光纖傳感技術，結合理地管線警示帶制造エ藝，提出ー種具有光纖傳感功能的智能警示帶及其制造方法。本發明的解決方案是ー種智能警示帶，包括底膜、傳感光纜、面膜，傳感光纜固定在底膜和面膜之間。進ー步，在所述底膜和面膜之間還固定有示蹤金屬絲。還包括附加部件，附加部件與傳感光纜之間、智能警示帶各段之間通過警示帶兩端的光纜預留熔接段進行連接；所述附加部件指光纖傳感技術所需的組成元件。所述附加部件包括光入射端的脈沖激光發生器和光信號輸出端的光電轉換解調儀。
所述傳感光纜采用由ー種或ー種以上光纖構成的一纜單芯或一纜多芯光纜。所述傳感光纜內部的光纖包括基于ROTDR溫度分布測量技術的光纖；基于BOTDR溫度/應變分布測量技術的光纖；以及基于Michelson干涉儀、Sagnac干涉儀、Mach-Zehnder干涉儀、Fabry-Perot干涉儀干涉原理的光纖。所述底膜采用鮮亮黃色材料，所述面膜采用透明材料。上述智能警示帶的制造方法，包括(I)根據實際工程情況選擇需要的傳感光纜；(2)準備兩層用于埋地管線警示帶的材料，分別用作底膜和面膜，在底膜和面膜的內側涂抹一層厚度均勻的膠黏劑；(3)在粘合底膜和面膜之前，將傳感光纜順直地固定在兩層薄膜中間，然后把薄膜復合在一起，使得光纖與警示帶融為一體；(4)將復合好的警示帶疊好，置于烘房內，讓膠黏劑充分固化，保證傳感光纜、示蹤金屬絲、埋地管線警示帶之間具有足夠的粘結力。步驟2)中還添加示蹤金屬絲，所述示蹤金屬絲和傳感光纜平行布置，然后把薄膜復合在一起，使得光纖、金屬絲與警示帶融為一體。 步驟2)中底膜采用鮮亮黃色塑料薄膜，用于警示，面膜采用白色透明塑料薄膜，并印好相關文字；步驟4)中置于烘房內的時間為48個小時左右，具體根據所用膠黏劑的不同而有所增減，以保證膠黏劑充分固化為準則。本發明的傳感光纜可以采用能實現溫度、應變、振動等ー種或多種物理量測量的一纜單芯或一纜多芯光纜作為管道的傳感元件。傳感光纜通過在埋地管線警示帶的制作過程中實現二者的合ニ為一，形成集傳感光纜和埋地管線警示帶為一體的智能警示帯。本發明的工作原理將擾動對目標結構埋地管道的影響轉移到傳感光纜，通過光纖傳感技術原理達到監測管線附近各種擾動的目的。當有外力作用在光纖上時，會使光纖的傳輸特性發生變化，通過光纖傳感原理可感知外部事件對光纖所施加的微弱作用和影響，從而判斷出第三方擾動的存在。具體的被測物理量可以是溫度、應變、振動等，根據所用光纖的特征和性能確定。該裝置的特點是將目前應用較多的光纖傳感技術融入到埋地管線警示帶中去，使得傳感光纜和警示帶合ニ為一，從而形成ー個經濟適用的第三方干擾監測方法，彌補了 FFT公司開發的基于分布式光纖傳感器技術的管道安全防御系統需要另外敷設光纜的不足。本發明與現有技術相比有益效果為
1、經濟適用將傳感光纜與埋地管道警示帶融為一體，不需要另外添加任何設備，安裝簡便，經濟適用；2、エ藝簡單傳感光纜是在埋地管線警示帶批量生產過程中在エ廠內添加進去的，避免了光纖光纜現場安裝的不方便，且エ廠化生產使得安裝質量易于控制和保證；3、耐久性好傳感光纜固定在埋地管線警示帶的底膜和面膜之間，警示帶的外覆薄膜充當了光纖的保護層，從而使得光纖不易受到外界破壞。
圖1本發明ー種實施例的結構示意圖。圖2本發明另一種實施例的結構示意圖。圖中標號說明如下I——傳感光纜2——警示帶的底膜3——警示帶的面膜4——示蹤金屬絲
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進ー步說明。本發明的核心是將傳感光纜應用到埋地管線警示帶中，實現埋地管線的分布式光纖傳感。1、具有光纖傳感功能的智能警示帶結構(I)具有光纖傳感功能的智能警示帶結構主要由以下基本部件構成底膜1、傳感光纜2、面膜3。這三個基本組成部件是構成智能警示帶的關鍵部件，也是本發明的核心部分。對于非金屬埋地管道，還可以増加示蹤金屬絲4，使得通過常用的金屬管道探測方法在不開挖的情況下在地表探測到非金屬管線的走向。在實際使用中，該智能警示帶的兩端還需連接附加部件才能完成預定功能，附加部件即光纖傳感技術所需的光學元件，包括光入射端的脈沖激光發生器和光信號輸出端的光電轉換解調儀，此不贅述。(2)智能警示帶的各組成部件按照以下方式連接傳感光纜和示蹤金屬絲通過膠黏劑固定在埋地管線警示帶的底膜和面膜之間，形成智能警示帯。附加部件與智能警示帶基本組成部件之間、智能警示帶各段之間通過警示帶兩端的光纜預留熔接段進行連接。(3)針對溫度、應變、振動等不同監測對象，本發明基本組成部件中的傳感光纜可以采用由ー種或ー種以上光纖構成的一纜單芯或一纜多芯光纜。光纜內部的光纖可采用基于ROTDR溫度分布測量技術的光纖；基于BOTDR溫度/應變分布測量技術的光纖；以及基于Michelson (邁克爾遜)干涉儀、Sagnac (賽格耐克)干涉儀、Mach-Zehnder (馬赫_曾德)干涉儀、Fabry-Perot (琺珀)干涉儀等干渉原理的光纖。根據傳感光纜中光纖的組成，在光纜的前端、終端配置相應的附加光學元件，即可實現溫度、應變、振動等ー種或多種物理量的分布式測量。2、具有光纖傳感功能的智能警示帶的制作方法(I)根據實際工程情況選擇需要的傳感光纜；(2)準備兩層用于埋地管線警示帶的塑料薄膜，分別用作底膜和面膜，底膜為鮮亮黃色，用于警示，面膜為白色透明，并印好相關文字。在底膜和面膜的內側涂抹一層厚度均勻的膠黏劑；(3)在粘合底膜和面膜之前，將傳感光纜順直地固定在兩層薄膜中間，如果需要添加示蹤金屬絲，金屬絲可以和傳感光纜平行布置，然后把薄膜復合在一起，使得光纖、金屬絲與警示帶融為一體；(4)將復合好的警示帶疊好，置于烘房48個小時，使得膠黏劑充分固化，保證傳感光纜、示蹤金屬絲、埋地管線警示帶之間具有足夠的粘結カ；(5)制備好的融入了傳感光纜的埋地管線警示帶在現場可按一般警示帶敷設要求和方法進行敷設。在具體應用中，包括以下兩種方式方式一融入傳感光纜的智能警示帶，參見圖1根據實際工程情況選擇適用的傳感光纜I以及用于埋地管線警示帶制作的底膜2和面膜3，在底膜2和面膜3的內側涂抹一層厚度均勻的膠黏劑，將傳感光纜I順直地固定在兩層薄膜中間，然后把薄膜復合起來，置于烘房48個小時，讓膠黏劑充分固化，保證傳感 光纜和埋地管線警示帶之間具有足夠的粘結力。制備好的融入了傳感光纜的埋地管線警示帶在現場可按一般敷設方法和要求進行敷設，并與光纖傳感所需的光學元件做好連接。此智能警示帶兼有警示和擾動監測雙重功能。方式ニ 同時融入傳感光纜和示蹤金屬絲的智能警示帶，參見圖2。根據實際工程情況選擇適用的傳感光纜I以及用于埋地管線警示帶制作的底膜2和面膜3，在底膜2和面膜3的內側涂抹一層厚度均勻的膠黏劑，將傳感光纜和示蹤金屬絲平行順直地固定在兩層薄膜中間，然后把薄膜復合起來，置于烘房48個小時，讓膠黏劑充分固化，保證傳感光纜、示蹤金屬絲、埋地管線警示帶之間具有足夠的粘結力。制備好的融入了傳感光纜的埋地管線警示帶在現場可按一般敷設方法和要求進行敷設，并與光纖傳感所需的光學元件做好連接。由于警示帶跟隨管線的走向鋪設，埋入其中的示蹤金屬絲就能通過常用的金屬管道探測方法讓非金屬管線在非開挖情況下實現地表定向，從而實現警示、擾動監測和管線定向三重功能。上述的對實施例的描述是為便于該技術領域的普通技術人員能理解和應用本發明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本發明不限于這里的實施例，本領域技術人員根據本發明的掲示，不脫離本發明范疇所做出的改進和修改都應該在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種智能警示帶，其特征在于包括底膜、傳感光纜、面膜，傳感光纜固定在底膜和面膜之間。
2.根據權利要求1所述的智能警示帶，其特征在于在所述底膜和面膜之間還固定有示蹤金屬絲。
3.根據權利要求1所述的智能警示帶，其特征在于還包括附加部件，附加部件與傳感光纜之間、智能警示帶各段之間通過警示帶兩端的光纜預留熔接段進行連接；所述附加部件指光纖傳感技術所需的組成元件。
4.根據權利要求3所述的智能警示帶，其特征在于所述附加部件包括光入射端的脈沖激光發生器和光信號輸出端的光電轉換解調儀。
5.根據權利要求1所述的智能警示帶，其特征在于所述傳感光纜采用由一種或一種以上光纖構成的一纜單芯或一纜多芯光纜。
6.根據權利要求5所述的智能警示帶，其特征在于所述傳感光纜內部的光纖包括基于ROTDR溫度分布測量技術的光纖；基于BOTDR溫度/應變分布測量技術的光纖；以及基于Michelson干涉儀、Sagnac干涉儀、Mach - Zehnder干涉儀、Fabry-Perot干涉儀干涉原理的光纖。
7.根據權利要求1所述的智能警示帶，其特征在于所述底膜采用鮮亮黃色材料，所述面膜采用透明材料。
8.權利要求1、3-7中任一所述智能警示帶的制造方法，其特征在于包括 (1)根據實際工程情況選擇需要的傳感光纜； (2)準備兩層用于埋地管線警示帶的材料，分別用作底膜和面膜，在底膜和面膜的內側涂抹一層厚度均勻的膠黏劑； (3)在粘合底膜和面膜之前，將傳感光纜順直地固定在兩層薄膜中間，然后把薄膜復合在一起，使得光纖與警示帶融為一體； (4)將復合好的警示帶疊好，置于烘房內，讓膠黏劑充分固化，保證傳感光纜、示蹤金屬絲、埋地管線警示帶之間具有足夠的粘結力。
9.根據權利要求8所述的智能警示帶的制造方法，其特征在于步驟2)中還添加示蹤金屬絲，所述示蹤金屬絲和傳感光纜平行布置，然后把薄膜復合在一起，使得光纖、金屬絲與警示帶融為一體。
10.根據權利要求8所述的智能警示帶的制造方法，其特征在于步驟2)中底膜采用鮮亮黃色塑料薄膜，用于警示，面膜采用白色透明塑料薄膜，并印好相關文字；步驟4)中置于烘房內的時間為48個小時。
全文摘要
一種智能警示帶，包括底膜、傳感光纜、面膜，傳感光纜固定在底膜和面膜之間。進一步，在所述底膜和面膜之間還固定有示蹤金屬絲。還包括附加部件，附加部件與傳感光纜之間、智能警示帶各段之間通過警示帶兩端的光纜預留熔接段進行連接；所述附加部件指光纖傳感技術所需的組成元件。所述傳感光纜采用由一種或一種以上光纖構成的一纜單芯或一纜多芯光纜。本發明還公開了上述智能警示帶的制造方法。本發明將目前應用較多的光纖傳感技術融入到埋地管線警示帶中去，使得傳感光纜和警示帶合二為一，從而形成一個經濟適用的第三方干擾監測方法，彌補了現有技術中存在的不足。另外，本發明具有經濟適用、工藝簡單、耐久性好等特點。
文檔編號G01D21/00GK103021264SQ20121051969
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月6日 優先權日2012年12月6日
發明者李素貞, 趙鳴, 胡玉嬋 申請人:同濟大學