地埋立柱式放大光纖振動感應(yīng)信號的結(jié)構(gòu)、施工工藝以及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了地埋立柱式放大光纖振動感應(yīng)信號的結(jié)構(gòu)、施工工藝以及方法，其中光纖穿設(shè)在管道中，所述管道的下方由上往下依次鋪設(shè)第一礫石層和第一土工布層，所述管道上勻距垂直放置有立柱，同時在管道上方鋪設(shè)有第二礫石層，并覆蓋立柱，所述第二礫石層上鋪設(shè)有第二土工布層，所述第二土工布層上鋪設(shè)由土層。本發(fā)明通過在地面下構(gòu)筑的立柱，通過物理傳遞的信號放大光纖振動感應(yīng)信號，有效的實現(xiàn)監(jiān)測系統(tǒng)對入侵信號的及早反映，準(zhǔn)確報警。
【專利說明】地埋立柱式放大光纖振動感應(yīng)信號的結(jié)構(gòu)、施工工藝以及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光纖傳感【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種提高光纖長距離監(jiān)控定位精度的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]維護(hù)基礎(chǔ)設(shè)施的安全是社會穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的一個基本要求。對通信光纜(包括海底光纜)、高壓電網(wǎng)、輸油管道、輸氣管道、電纜溝等基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行安全監(jiān)測，不僅是這些設(shè)施實現(xiàn)技術(shù)性功能的保障，更是避免造成重大經(jīng)濟(jì)損失、維護(hù)社會穩(wěn)定發(fā)展的有效手段。特別是隨著基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展，呈現(xiàn)出區(qū)域分布廣、復(fù)雜程度高、重要性進(jìn)一步提高的新特點，這就使得基礎(chǔ)設(shè)施受到危害的范圍、頻率也隨之增加，安全監(jiān)測的難度、重要性也相應(yīng)增加。據(jù)不完全統(tǒng)計，僅中國每年因外界破壞而造成的管道泄漏或爆炸上千余次，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)幾億元。由此帶來的環(huán)境污染、商業(yè)信用等損失更是難以估量。
[0003]為了維護(hù)干線的完整性，防止第三方破壞，直接負(fù)責(zé)管道、電網(wǎng)、通信網(wǎng)等運(yùn)營部門已經(jīng)投入了巨大的人力和財力。各級政府和社會各界也非常關(guān)注，從專項立法到具體防范、輿論宣傳、專項治理等方面都做了大量的工作。國務(wù)院曾召開電視電話會議，部署開展輸油管道生產(chǎn)治安秩序?qū)ｍ椥袆?，公安部也加大了打擊盜油犯罪的力度，并收到了一定的成效。
[0004]各種管道運(yùn)輸安全監(jiān)測技術(shù)在這種強(qiáng)烈的市場需求中應(yīng)運(yùn)而生并不斷發(fā)展，目前已有的管道安全生產(chǎn)監(jiān)測技術(shù)主要有“管內(nèi)流體力學(xué)狀態(tài)檢測技術(shù)”、“分布式光纖溫度和應(yīng)力監(jiān)測技術(shù)”、“聲波監(jiān)測技術(shù)”、“M-Z光纖干涉技術(shù)”、“OTDR光時域反射技術(shù)”、“單芯反饋式光纖干涉技術(shù)”等。
[0005]由于長距離干線的監(jiān)測，容易受電磁干擾的影響且長距離供電的困難性，因此，光纖類技術(shù)成為了進(jìn)行電力、通信和油氣管道等行業(yè)的安全監(jiān)測和預(yù)防人為破壞的主要技術(shù)手段。光纖傳感器是以光學(xué)理論為基礎(chǔ)，將非光量轉(zhuǎn)化為光量進(jìn)行測量。以光纖作為信息傳遞媒介的傳感器具有一系列其它傳感器無法比擬的優(yōu)點:不受電磁場干擾，能應(yīng)用在強(qiáng)電磁場的場合；不會產(chǎn)生電磁騷擾；感應(yīng)端無需供電，使用、維護(hù)方便；耐腐蝕、本質(zhì)安全等等。而且光纖定位監(jiān)測能夠?qū)ν{管道安全的各種行為進(jìn)行早期監(jiān)測、定位和預(yù)警，“未雨綢繆”，給管道維護(hù)者留出足夠時間來制止破壞或強(qiáng)化防范的話，就會徹底扭轉(zhuǎn)運(yùn)營部門當(dāng)前這種被動堵漏的不利局面，從根本上避免損失。
[0006]目前已有的光纖類長距離定位監(jiān)控技術(shù)主要包括“分布式光纖溫度和應(yīng)力監(jiān)測技術(shù)”、“M-Z光纖干涉技術(shù)”、“0TDR光時域反射技術(shù)”、“單芯反饋式光纖干涉技術(shù)”，各類技術(shù)原理相異，達(dá)到的效果也各有不同。但基本的原理都是通過光纖感應(yīng)直接觸及光纜，或通過土壤、構(gòu)筑物等介質(zhì)傳遞的機(jī)械振動、沖擊量等振動信號。而需要進(jìn)行安全監(jiān)控的油氣管道、通信干線光纜、電纜等物質(zhì)往往埋于地下，所以用于安全監(jiān)測的光纜也需沿監(jiān)護(hù)管線進(jìn)行埋設(shè)。因此，光纜是通過土壤傳遞的機(jī)械振動、沖擊量來進(jìn)行入侵振動判斷。而土埋對于機(jī)械振動、沖擊量等振動信號會形成一個極大的消振作用，造成入侵行為發(fā)生時間很長一段時間內(nèi)，系統(tǒng)還不能感應(yīng)到足夠的振動信號，進(jìn)行安全警報?，F(xiàn)實應(yīng)用過程當(dāng)中，往往要入侵行為確實已經(jīng)很接近防護(hù)物的時候，系統(tǒng)才發(fā)出警報，給出警留出了極為有限的時間。如果出警不及時，防護(hù)物就可能已經(jīng)被破壞，達(dá)不到“未雨綢繆”、“事前監(jiān)控”的效果。因此，如何放大光纜感應(yīng)入侵事件的振動信號，對于系統(tǒng)預(yù)期的監(jiān)控目的十分關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對現(xiàn)有光纖類長距離定位監(jiān)控技術(shù)中光纜不能及時感應(yīng)到足夠的振動信號的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種放大光纖感應(yīng)振動信號的光纖結(jié)構(gòu)。
[0008]作為本發(fā)明的第二目的，本發(fā)明還提供一種放大光纖感應(yīng)振動信號結(jié)構(gòu)的施工工藝。
[0009]作為本發(fā)明的第三目的，本發(fā)明還提供一種放大光纖感應(yīng)振動信號的方法。
[0010]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
[0011]地埋立柱式放大光纖振動感應(yīng)信號的結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包括光纖，所述光纖穿設(shè)在管道中，所述管道的下方由上往下依次鋪設(shè)第一礫石層和第一土工布層，所述管道上勻距垂直放置有立柱，同時在管道上方鋪設(shè)有第二礫石層，并覆蓋立柱，所述第二礫石層上鋪設(shè)有第二土工布層，所述第二土工布層上鋪設(shè)由土層。
[0012]在該結(jié)構(gòu)的優(yōu)選實例中，所述結(jié)構(gòu)中鋪設(shè)兩個管道，每個管道中鋪設(shè)有兩根光纖。
[0013]進(jìn)一步的,所述兩個管道為外徑20_40mm的PPR管和鍍鋅金屬管。
[0014]進(jìn)一步的，所述每個管道中鋪設(shè)的兩根光纖分別為直徑l_4mm的帶鎧光纖和直徑
0.5-1.5mm的緊包光纖。
[0015]進(jìn)一步的，所述第一碌石層的厚度為2_6cm。
[0016]進(jìn)一步的，所述立柱的底面為100*100-150*150mm，高為300_600mm。
[0017]進(jìn)一步的，所述第二礫石層厚度為30_60cm。
[0018]進(jìn)一步的，所述土層的厚度為12_20cm。
[0019]作為本發(fā)明的第二目的，一種放大光纖感應(yīng)振動信號結(jié)構(gòu)的施工工藝，所述工藝包括如下步驟:
[0020](I)沿著待監(jiān)測管線，在其正上方挖溝渠；
[0021](2)在溝渠底部線鋪設(shè)一層土工布；
[0022](3)在土工布上方鋪設(shè)第一層礫石層；
[0023](4)在第一層礫石層上鋪設(shè)管道，光纜從管道穿過；
[0024](5)在管道上勻距設(shè)置一放置點，在每個放置點上垂直放置一個立柱，使得立柱底面與管可靠接觸；
[0025](6)溝渠內(nèi)填充礫石；
[0026](7)在碌石表層布設(shè)一層土工布；
[0027]( 8 )在土工布上鋪土層。
[0028]作為本發(fā)明的第三目的，一種地埋立柱式放大光纖振動感應(yīng)信號的方法，所述方法包括如下步驟:
[0029]首先，待監(jiān)測管線上部的土層將外界的振動傳遞給礫石區(qū)域以及礫石區(qū)域中立柱的四周；
[0030]接著，作用于礫石區(qū)域的振動，經(jīng)礫石區(qū)域減弱后傳遞至鋪設(shè)光纜的管道上；同時，作用于立柱四周上的振動對立柱形成機(jī)械性撞擊，立柱將撞擊產(chǎn)生的機(jī)械能量直接傳遞至鋪設(shè)光纜的管道上；
[0031]最后，管道經(jīng)由空腔放大，將放大后的振動信號傳遞給內(nèi)部的傳感光纜。
[0032]本發(fā)明通過在地面下構(gòu)筑的立柱，通過物理傳遞的信號放大光纖振動感應(yīng)信號，有效的實現(xiàn)監(jiān)測系統(tǒng)對入侵信號的及早反映，準(zhǔn)確報警。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]以下結(jié)合附圖和【具體實施方式】來進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0034]圖1為本發(fā)明中地埋立柱式放大光纖振動感應(yīng)信號結(jié)構(gòu)的示意圖。
【具體實施方式】
[0035]為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0036]本發(fā)明利用地面下構(gòu)筑的立柱，通過物理傳遞的信號放大光纖振動感應(yīng)信號，以便于系統(tǒng)對入侵信號的及早反映，準(zhǔn)確報警。
[0037]為此，本發(fā)明提供一種地埋立柱式放大光纖振動感應(yīng)信號的結(jié)構(gòu)。參見圖1，其所示為地埋立柱式結(jié)構(gòu)的示意圖。由圖可知，該結(jié)構(gòu)100中主要光纖101、管道102、第一礫石層103、第一土工布層104、立柱105、第二礫石層106、第二土工布層107以及土層108配合形成。
[0038]其中光纖101鋪設(shè)在管道102中，并自然落于管道102內(nèi)，光纖101用于感應(yīng)相應(yīng)的震動信號，而管道102利用其自身的空腔對外界的振動信號振動放大，使得套管作為振動信號放大的介質(zhì)物，同時還對內(nèi)部穿套的光纖起到很好的保護(hù)作用。
[0039]為了進(jìn)一步提高感應(yīng)效果，本發(fā)明可平行鋪設(shè)兩種管道:為外徑20_40mm的PPR(或與娃芯管相近材質(zhì))管和鍍鋅金屬管，作為舉例可采用外徑為30、32或35mm的PPR (或與硅芯管相近材質(zhì))管和鍍鋅金屬管。
[0040]同時在每個管內(nèi)穿兩根光纖/纜:直徑為l-4mm的帶銷光纖和直徑0.5-1.5mm的緊包光纖，作為舉例可采用直徑為2或3mm的帶鎧光纖和直徑為0.7、0.9或Imm的緊包光纖。其中帶鎧光纖的內(nèi)部光纖為0.5-1.5mm緊包光纖，鎧外有金屬絲網(wǎng)。
[0041]第一碌石層103鋪設(shè)在管道102的下方,其厚度為2-6cm,作為舉例可以為4cm。
[0042]該第一礫石層103目的是在鋪設(shè)光纜的管道底部給予光纜一個反向的作用力，當(dāng)有振動信號傳遞至鋪設(shè)光纜的管道時，底部能夠同時給予一個反向作用力，保證振動信號不會被減弱。
[0043]第一土工布層104鋪設(shè)在第一礫石層103，并直接與地表200接觸。其用于保證礫石層與鋪設(shè)管道的分離，防止因礫石層中存在的少量泥土流動下沉，在鋪設(shè)管道附近堆積太多的軟性土壤，從而減弱振動信號的傳遞。
[0044]立柱105沿管道102方向勻距垂直放置在管道102上，該立柱105會與其四周的振動產(chǎn)生機(jī)械性撞擊，立柱在經(jīng)由機(jī)械性撞擊之后，將撞擊的機(jī)械能量很快的傳遞至鋪設(shè)光纜的管道上，而且對傳遞的機(jī)械能量減弱較少。
[0045]具體的，在管道102上每隔4米設(shè)置一放置點，同時立柱105底面與管可靠接觸(可考慮立柱留綁扎孔)。由于本方案中鋪設(shè)兩個管道，故在放置立柱時，每根立柱僅放置在
一根管上。
[0046]再者，該立柱105為方柱，其尺寸:底面為100*100-150*150mm，高為300-600mm，可為水泥澆注。作為舉例，該立柱105的底面為120*120mm或130*130mm，其高度可以為400mm或 500mm。
[0047]第二礫石層106鋪設(shè)在管道102的上方，并對放置在管道上的立柱105進(jìn)行全覆蓋。該第二碌石層厚度為30-60cm,作為舉例,該第二碌石層厚度可以為40mm或50mm。
[0048]第二礫石層106用于將土層傳遞的振動傳遞給管道，并對立柱形成支撐。由于礫石層對于機(jī)械波的傳遞性較立柱稍弱，但較土層要強(qiáng)，因此當(dāng)有機(jī)械能量作用于礫石層上，礫石層會將機(jī)械能量較少的減弱后傳遞至鋪設(shè)光纜的管道。第二土工布層107鋪設(shè)在第二礫石層106上。第二土工布層107用于保證礫石層與土層的分離，防止因土層中的泥土流動下沉，造成礫石層的板結(jié)，影響礫石層較為松動的結(jié)構(gòu)對振動傳遞的影響效果。
[0049]在上述的舉例中，兩層工布層(即第一工布層和第二工布層)之間相距大約54cm。
[0050]土層108鋪設(shè)在第二土工布層107上，厚度為12-20cm，作為舉例可以為13、15、16、18cm。由此形成地埋立柱式放大光纖振動感應(yīng)信號結(jié)構(gòu)，其整體厚度大約為70cm。
[0051]針對上述方案形成的地埋立柱式放大光纖振動感應(yīng)信號結(jié)構(gòu)，其通過如下的施工工藝形成(參加圖1):
[0052](I)沿著待監(jiān)測管線，在其正上方挖溝渠，例如:寬50cm，深70cm。
[0053](2)在溝渠底部線鋪設(shè)一層土工布104。
[0054](3)在土工布上方鋪設(shè)第一層礫石層103，厚度約4cm。
[0055](4)在第一層礫石層上鋪設(shè)管道102，光纜101從管道穿過。為了進(jìn)一步提高效果，可采用如下管道鋪設(shè)方案:
[0056]平行鋪設(shè)兩種管道:
[0057]I)管道規(guī)格:外徑32mm，PPR (或與硅芯管相近材質(zhì))；
[0058]2)鍍鋅金屬管；
[0059]每個管內(nèi)穿兩根光纖/纜:
[0060]I)直徑3mm的帶鎧光纖(內(nèi)部光纖為0.9mm緊包光纖，鎧外有金屬絲網(wǎng))；
[0061]2)直徑0.9mm的緊包光纖；
[0062](5 )將立柱105垂直放在管道上，具體的，在管道102上每隔4米設(shè)置一放置點，且對于兩管道，一個立柱僅放置在一根管上，立柱底面與管可靠接觸(可考慮立柱留綁扎孔)。立柱尺寸:底面(120*120mm)，高500mm，可為水泥澆注。
[0063]具體的在立柱放置前，在放置位置的管道102兩旁布少許石子，厚度以不超過管高度，又能支撐立柱為宜。
[0064](6)溝渠內(nèi)填充碌石,形成第二碌石層106,其厚度50cm,(可能需少許壓實)。
[0065](7)在第二碌石層106表層布設(shè)一層土工布107。
[0066](8)在土工布107上鋪土層108，厚度約16cm左右。
[0067]通過上述施工方案，形成地埋立柱式放大光纖振動感應(yīng)信號結(jié)構(gòu)后，該結(jié)構(gòu)對振動信號的感應(yīng)過程如下:
[0068]當(dāng)有建筑施工工程或者惡意侵入行為通過工程機(jī)械、鉆探工具作用在被監(jiān)控保護(hù)的管道附近區(qū)域時，自上而下的機(jī)械性挖、刨、鉆等行為會作用于被監(jiān)控保護(hù)管道上部的土層。
[0069]土層將這些機(jī)械性行為傳遞并作用在礫石區(qū)域與作用在立柱上，對于鋪設(shè)于管道當(dāng)中的光纜所產(chǎn)生的波形是不同的:
[0070]對于礫石區(qū)域，由于礫石層對于機(jī)械波的傳遞性較弱，會減弱一部分機(jī)械能量后將振動傳遞至鋪設(shè)光纜的管道上；同時作用在立柱周界的機(jī)械振動，將與立柱產(chǎn)生機(jī)械性撞擊，立柱在經(jīng)由機(jī)械性撞擊之后，會將撞擊的機(jī)械能量很快的傳遞至鋪設(shè)光纜的管道上。
[0071]而管道經(jīng)由空腔放大，將振動信號傳遞給傳感光纜；同時當(dāng)有振動信號傳遞至鋪設(shè)光纜的管道時，位于管道底部的礫石層同時給予管道一個反向作用力，保證振動信號不會被減弱。
[0072]最后，系統(tǒng)后端根據(jù)探測到的機(jī)械波形，判斷事件的行為特征，從而報警。
[0073]由此，該方案在實際應(yīng)用時，當(dāng)大型機(jī)械的施工力度連續(xù)夯砸礫石層，即威脅性機(jī)械施工觸及到礫石層(含立柱)時，光纜將能夠及時且感應(yīng)到足夠的振動信號，使得監(jiān)控系統(tǒng)能夠及時發(fā)出報警。
[0074]再者，由于本方案在布設(shè)中，共有兩種管道和兩種光纜，構(gòu)成4種感應(yīng)組合，具體采用何種組合方式，可通過現(xiàn)場試驗，確定最佳的組合方式。
[0075]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【權(quán)利要求】
1.地埋立柱式放大光纖振動感應(yīng)信號的結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包括光纖，其特征在于，所述光纖穿設(shè)在管道中，所述管道的下方由上往下依次鋪設(shè)第一礫石層和第一土工布層，所述管道上勻距垂直放置有立柱，同時在管道上方鋪設(shè)有第二礫石層，并覆蓋立柱，所述第二礫石層上鋪設(shè)有第二土工布層，所述第二土工布層上鋪設(shè)由土層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地埋立柱式放大光纖振動感應(yīng)信號的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)中鋪設(shè)兩個管道，每個管道中鋪設(shè)有兩根光纖。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的地埋立柱式放大光纖振動感應(yīng)信號的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述兩個管道為外徑20-40mm的PPR管和鍍鋅金屬管。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的地埋立柱式放大光纖振動感應(yīng)信號的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述每個管道中鋪設(shè)的兩根光纖分別為直徑1-4_的帶銷光纖和直徑0.5-1.5mm的緊包光纖。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地埋立柱式放大光纖振動感應(yīng)信號的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一碌石層的厚度為2-6cm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地埋立柱式放大光纖振動感應(yīng)信號的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述立柱的底面為 100*100-150*150mm，高為 300_600mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地埋立柱式放大光纖振動感應(yīng)信號的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二碌石層厚度為30-60cm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地埋立柱式放大光纖振動感應(yīng)信號的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述土層的厚度為12-20cm。
9.一種放大光纖感應(yīng)振動信號結(jié)構(gòu)的施工工藝，其特征在于，所述工藝包括如下步驟: (1)沿著待監(jiān)測管線，在其正上方挖溝渠； (2)在溝渠底部線鋪設(shè)一層土工布； (3)在土工布上方鋪設(shè)第一層碌石層； (4)在第一層礫石層上鋪設(shè)管道，光纜從管道穿過； (5)在管道上勻距設(shè)置一放置點，在每個放置點上垂直放置一個立柱，使得立柱底面與管可靠接觸； (6)溝渠內(nèi)填充礫石； (7)在碌石表層布設(shè)一層土工布； (8)在土工布上鋪土層。
10.一種地埋立柱式放大光纖振動感應(yīng)信號的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟: 首先，待監(jiān)測管線上部的土層將外界的振動傳遞給礫石區(qū)域以及礫石區(qū)域中立柱的四周; 接著，作用于礫石區(qū)域的振動，經(jīng)礫石區(qū)域減弱后傳遞至鋪設(shè)光纜的管道上；同時，作用于立柱四周上的振動對立柱形成機(jī)械性撞擊，立柱將撞擊產(chǎn)生的機(jī)械能量直接傳遞至鋪設(shè)光纜的管道上； 最后，管道經(jīng)由空腔放大，將放大后的振動信號傳遞給內(nèi)部的傳感光纜。
【文檔編號】G02B6/44GK103487130SQ201310386059
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月29日
【發(fā)明者】繆璇, 肖倩 申請人:上海復(fù)旦智能監(jiān)控成套設(shè)備有限公司