一種清管器的跟蹤定位系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種清管器的跟蹤定位系統，包括：檢測裝置，用于產生脈沖光信號，并將脈沖光信號傳輸至管道同溝敷設光纜中的光纖；以及在向光纖傳輸脈沖光信號之后，檢測獲得管道同溝敷設光纜的瑞利散射信號；數據處理裝置，連接于檢測裝置，用于接收檢測裝置發送至的瑞利散射信號，并基于瑞利散射信號確定清管器的位置。
【專利說明】一種清管器的跟蹤定位系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及跟蹤定位【技術領域】，尤其涉及一種清管器的跟蹤定位系統。
【背景技術】
[0002]油氣管道的安全運行關系到國家的能源安全，而管道的清管管道作業必不可少的一部分。對于原油管道來說，清管的主要目的是清除管道內部的凝油、結蠟、結垢等；對于天然氣管道來說，清管的主要目的是清除管內積水，輕質油，甲烷水合物等，這些雜物的清除有利于減小輸送阻力，降低管壁腐蝕，從而保障管道的安全運行。
[0003]為了預防清管作業時發生卡堵現象需要對清管器進行跟蹤定位。目前，對清管器的跟蹤主要有兩種方式，一是管道上安裝過球指示儀來實現，這種方式需要在管道上開孔安裝過球指示儀，施工較為困難。另一種是通過在清管器內安裝發射機，發射機向外發射電磁波，接收機在一定范圍內可以接收發射機發射的電磁波從而實現清管器跟蹤功能，這種方式定位精度高，但是容易受到周圍環境電磁場的干擾。上述兩種方式都只能簡單的判定清管器是否通過特定位置，而不能實時的檢測清管器的位置信息；而且，需要人在管道沿線手持接收機來接受發射機的電磁信號，每一次的清管作業都需要耗費極大的人力、物力和財力，而且一旦遇上惡劣天氣，不僅影響設備的精度，甚至可能出現生產事故。
實用新型內容
[0004]本實用新型實施例提供一種清管器的跟蹤定位系統，以解決現有技術中不能實時檢測清管器的位置信息的技術問題。
[0005]本實用新型提供一種清管器的跟蹤定位系統，包括:
[0006]檢測裝置，用于產生脈沖光信號，并將所述脈沖光信號傳輸至管道同溝敷設光纜中的光纖；以及
[0007]在向所述光纖傳輸所述脈沖光信號之后，檢測獲得所述管道同溝敷設光纜的瑞利散射信號；
[0008]數據處理裝置，連接于所述檢測裝置，用于接收所述檢測裝置發送至的所述瑞利散射信號，并基于所述瑞利散射信號確定所述清管器的位置。
[0009]可選的，所述檢測裝置，具體包括:
[0010]激光器，用于為所述系統提供連續光波；
[0011]調制器，連接于所述激光器；
[0012]脈沖信號源，連接于所述調制器，用于向所述調制器提供調制信號，以使所述調制器通過所述調制信號將所述連續光波調制為所述脈沖光信號；并且產生脈沖信號；
[0013]環形器，連接于所述調制器，用于將所述脈沖光信號傳輸至所述光纖；以及獲取所述光纖內的散射光信號；
[0014]探測器，連接于所述環形器和所述脈沖信號源，用于將所述散射光信號轉換為模擬電信號；
[0015]采集卡，連接于所述探測器和所述脈沖信號源，用于在接收所述脈沖信號源發送的所述脈沖信號時，采集獲得所述模擬電信號，并將所述模擬電信號轉為數字信號，所述數字信號即為所述散射信號。
[0016]可選的，所述檢測裝置，還包括:
[0017]第一放大器，設置于所述調制器和所述環形器之間，用于對所述脈沖光信號進行放大操作。
[0018]可選的，所述檢測裝置，還包括:
[0019]第二放大器，設置于所述環形器和所述探測器之間，用于對所述散射光信號進行放大操作。
[0020]可選的，所述檢測裝置，還包括:
[0021]濾波器，設置于所述第二放大器和所述探測器之間，用于濾除進行放大處理過的所述散射光信號中所產生的噪音。
[0022]可選的，所述系統還包括:
[0023]顯示器，連接于所述數據處理裝置，用于對所述清管器的位置進行提示。
[0024]本實用新型有益效果如下:
[0025]由于在本實用新型實施例中，提供了一種清管器的跟蹤定位系統，包括:檢測裝置和數據處理裝置，其中，檢測裝置，用于產生脈沖光信號，并將所述脈沖光信號傳輸至管道同溝敷設光纜中的光纖；以及在向所述光纖傳輸所述脈沖光信號之后，檢測獲得所述管道同溝敷設光纜的瑞利散射信號；數據處理裝置，連接于所述檢測裝置，用于接收所述檢測裝置發送至的所述瑞利散射信號，并基于所述瑞利散射信號確定所述清管器的位置，由于清管器在光纖內通過時，會產生巨大的振動，該振動作用在同溝敷設光纜中同溝光纜上，光纖的折射率、長度、芯徑等會有微小變化，造成該處相位發生變化，相位的變化最終引起瑞利散射光強度的變化，進而在檢測到散射信號之后，就可以通過散射信號的差異來確定出清管器的位置，從而達到了可以實時檢測清管器的位置的技術效果；并且確定清管器位置的方式更加準確，有效提高了信噪比。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1為本實用新型實施例中清管器的跟蹤定位系統的結構圖；
[0027]圖2為本實用新型實施例清管器的跟蹤定位系統中的檢測裝置的結構圖；
[0028]圖3為本實用新型實施例清管器的跟蹤定位系統中的檢測裝置的進一步的細化圖；
[0029]圖4為本實用新型實施例中包含顯示裝置的清管器的跟蹤定位系統的結構圖；
[0030]圖5為本實用新型實施例中顯示裝置與數據處理裝置為一個電子設備的示意圖；
[0031]圖6(a)-圖6(c)為本實用新型實施例中清管器的跟蹤定位系統的原理圖。
【具體實施方式】
[0032]本實用新型實施例提供一種清管器的跟蹤定位系統，以解決現有技術中不能實時檢測清管器的位置信息的技術問題。本申請實施例中的技術方案為解決上述的技術問題，總體思路如下:
[0033]提供了一種清管器的跟蹤定位系統，包括:檢測裝置和數據處理裝置，其中，檢測裝置，用于產生脈沖光信號，并將脈沖光信號傳輸至管道同溝敷設光纜中的光纖；以及在向光纖傳輸脈沖光信號之后，檢測獲得管道同溝敷設光纜的瑞利散射信號；數據處理裝置，連接于檢測裝置，用于接收檢測裝置發送至的瑞利散射信號，并基于瑞利散射信號確定清管器的位置，由于清管器在光纖內通過時，會產生巨大的振動，該振動作用在同溝敷設光纜中同溝光纜上，光纖的折射率、長度、芯徑等會有微小變化，造成該處相位發生變化，相位的變化最終引起瑞利散射光強度的變化，進而在檢測到散射信號之后，就可以通過散射信號的差異來確定出清管器的位置，從而達到了可以實時檢測清管器的位置的技術效果，并且確定清管器位置的方式更加準確，有效提高了信噪比。
[0034]為了更好的理解上述技術方案，下面通過附圖以及具體實施例對本實用新型技術方案做詳細的說明，應當理解本實用新型實施例以及實施例中的具體特征是對本實用新型技術方案的詳細的說明，而不是對本實用新型技術方案的限定，在不沖突的情況下，本實用新型實施例以及實施例中的技術特征可以相互組合。
[0035]本實用新型實施例提供一種清管器的跟蹤定位系統，請參考圖1，具體包括:
[0036]檢測裝置10，用于產生脈沖光信號，并將脈沖光信號傳輸至管道同溝敷設光纜中的光纖；以及
[0037]在向光纖傳輸脈沖光信號之后，檢測獲得管道同溝敷設光纜的瑞利散射信號；
[0038]數據處理裝置11，連接于檢測裝置10，用于接收檢測裝置發送至的瑞利散射信號，并基于瑞利散射信號確定清管器的位置。
[0039]管道同溝敷設光纜通常與管道并行敷設，通常在管道上方50cm左右，當然，管道同溝敷設光纜由管道距離和施工條件決定，也可以為其它位置，對此本實用新型實施例不作限制。
[0040]在具體實施過程中，檢測裝置10和數據處理裝置11之間可以通過BNC接口相連，進而散射信號可以通過BNC (Bayonet Nut Connector:卡扣配合型連接器)接口由檢測裝置10傳輸至數據處理裝置11，當然也可以為其它接口，本實用新型實施例不作限制。
[0041]作為進一步的優選實施例，請參考圖2，檢測裝置10具體包括:
[0042]激光器20，用于為系統提供連續光波，例如可以采用窄線寬光源的激光器；
[0043]調制器21，連接于激光器20，調制器21主要是對激光器20所產生的連續光波起到調制的作用；
[0044]脈沖信號源22，連接于調制器21，用于向調制器提供調制信號，以使調制器21通過調制信號將連續光波調制為脈沖光信號；并且產生脈沖信號；
[0045]環形器23，連接于調制器21，用于將脈沖光信號傳輸至光纖；以及獲取光纖內的散射光信號；
[0046]探測器24，連接于環形器23和脈沖信號源22，用于將散射光信號轉換為模擬電信號;
[0047]采集卡25，連接于脈沖信號源22和探測器24，用于在接收脈沖信號源發送的脈沖信號時，采集獲得模擬電信號，并將模擬電信號轉為數字信號，數字信號即為散射信號。
[0048]作為進一步的優選實施例,請參考圖3,檢測裝置10,還包括:
[0049]第一放大器30，設置于調制器21和環形器23之間，用于對脈沖光信號進行放大操作。由于通過第一放大器30對脈沖光信號進行了放大，故而會導致清管器所在位置的瑞利散射光強度產生更大的變化，進而達到了更加準確的確定出清管器位置的技術效果。
[0050]作為進一步的優選實施例，請繼續參考圖3檢測裝置，還包括:
[0051 ] 第二放大器31，設置于環形器21和探測器24之間，用于對散射光信號進行放大操作，由于對散射光信號進行了放大處理，所以所檢測的散射信號的強度更高，進而能夠更加準確的確定出清管器的位置。
[0052]作為進一步的優選實施例，請繼續參考圖3，檢測裝置10，還包括:
[0053]濾波器32，設置于第二放大器31和探測器24之間，用于濾除進行放大處理過的散射光信號中所產生的噪音，由于通過濾波器32濾除了散射光信號中的噪音，故而達到了降低干擾的技術效果。
[0054]在這種情況下，環形器23的I端連接第一放大器31，2端連接第二放大器32，3端連接光纖。
[0055]作為進一步的優選實施例，請參考圖4，系統還包括:
[0056]顯示器12，連接于數據處理裝置11，用于對清管器的位置進行提示。
[0057]在具體實施過程中，顯示器12可以作為一個單獨的主體，只起到顯示作用；顯示器12也可以與數據處理裝置11組合到一起，形成一個電子設備，例如:如圖5所示。另外，顯示器12可以通過文字方式顯示清管器的位置、也可以通過圖片方式顯示清管器的位置，對此本實用新型實施例不作限制。
[0058]下面，將介紹清管器的跟蹤定位系統的跟蹤原理。
[0059]如圖6(a)所示，為探測到的三條連續后向瑞利散射信號曲線，其中，橫軸表示光纖長度，縱軸表示探測時間，其中Itl處的虛線表示Ici處在不同時刻的光強圖，進而獲取I。處在不同時刻的光強值就可以獲得圖6(b)。
[0060]圖6(b)表示同一位置處采集到的不同時刻的瑞利信號的示意圖，對于3(b)所示在同一位置處采集到的不同時刻信號Vl (t)、V2(t)相除，這樣能夠有效減小背景噪聲的影響，提高振動信號的信噪比:
[0061]S(Z) = Igll (O < Z < L)....................................⑴
[0062]式中，L為傳感光纖長度。
[0063]通過上面相除，就可以得到圖6(c)所示曲線，此圖中相對光強最高的點h即為瑞利信號變化最大的點，進而可以基于此得出清管器的位置信息:
[0064]^jO — ^....................................(2)
[0065]式中，c為真空中光速，η為光纖纖芯折射率。
[0066]本實用新型的一個或多個實施例，至少具有以下有益效果:
[0067]由于在本實用新型實施例中，提供了一種清管器的跟蹤定位系統，包括:檢測裝置和數據處理裝置，其中，檢測裝置，用于產生脈沖光信號，并將脈沖光信號傳輸至管道同溝敷設光纜中的光纖；以及在向光纖傳輸脈沖光信號之后，檢測獲得管道同溝敷設光纜的瑞利散射信號；數據處理裝置，連接于檢測裝置，用于接收檢測裝置發送至的瑞利散射信號，并基于瑞利散射信號確定清管器的位置，由于清管器在光纖內通過時，會產生巨大的振動，該振動作用在同溝敷設光纜中同溝光纜上，光纖的折射率、長度、芯徑等會有微小變化，造成該處相位發生變化，相位的變化最終引起瑞利散射光強度的變化，進而在檢測到散射信號之后，就可以通過散射信號的差異來確定出清管器的位置，從而達到了可以實時檢測清管器的位置的技術效果，并且確定清管器位置的方式更加準確，有效提高了信噪比。
[0068]盡管已描述了本實用新型的優選實施例，但本領域內的技術人員一旦得知了基本創造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權利要求意欲解釋為包括優選實施例以及落入本實用新型范圍的所有變更和修改。
[0069]顯然，本領域的技術人員可以對本實用新型實施例進行各種改動和變型而不脫離本實用新型實施例的精神和范圍。這樣，倘若本實用新型實施例的這些修改和變型屬于本實用新型權利要求及其等同技術的范圍之內，則本實用新型也意圖包含這些改動和變型在內。
【權利要求】
1.一種清管器的跟蹤定位系統，其特征在于，包括: 檢測裝置，用于產生脈沖光信號，并將所述脈沖光信號傳輸至管道同溝敷設光纜中的光纖；以及 在向所述光纖傳輸所述脈沖光信號之后，檢測獲得所述管道同溝敷設光纜的瑞利散射信號; 數據處理裝置，連接于所述檢測裝置，用于接收所述檢測裝置發送至的所述瑞利散射信號，并基于所述瑞利散射信號確定所述清管器的位置。
2.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述檢測裝置，具體包括: 激光器，用于為所述系統提供連續光波； 調制器，連接于所述激光器； 脈沖信號源，連接于所述調制器，用于向所述調制器提供調制信號，以使所述調制器通過所述調制信號將所述連續光波調制為所述脈沖光信號；并且產生脈沖信號； 環形器，連接于所述調制器，用于將所述脈沖光信號傳輸至所述光纖；以及獲取所述光纖內的散射光信號； 探測器，連接于所述環形器和所述脈沖信號源，用于將所述散射光信號轉換為模擬電信號; 采集卡，連接于所述探測器和所述脈沖信號源，用于在接收所述脈沖信號源發送的所述脈沖信號時，采集獲得所述模擬電信號，并將所述模擬電信號轉為數字信號，所述數字信號即為所述散射信號。
3.如權利要求2所述的系統，其特征在于，所述檢測裝置，還包括: 第一放大器，設置于所述調制器和所述環形器之間，用于對所述脈沖光信號進行放大操作。
4.如權利要求2所述的系統，其特征在于，所述檢測裝置，還包括: 第二放大器，設置于所述環形器和所述探測器之間，用于對所述散射光信號進行放大操作。
5.如權利要求4所述的系統，其特征在于，所述檢測裝置，還包括: 濾波器，設置于所述第二放大器和所述探測器之間，用于濾除進行放大處理過的所述散射光信號中所產生的噪音。
6.如權利要求1-5任一所述的系統，其特征在于，所述系統還包括: 顯示器，連接于所述數據處理裝置，用于對所述清管器的位置進行提示。
【文檔編號】G01V8/10GK204116627SQ201420525513
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月12日 優先權日:2014年9月12日
【發明者】田孝忠, 周琰, 孫巍, 王海明, 譚東杰, 邱紅輝, 劉路, 蔡永軍, 馬云賓, 郭鳳林 申請人:中國石油天然氣股份有限公司