本發(fā)明涉及一種地下管道泄漏預警系統(tǒng)，特別是涉及一種基于光纖光柵傳感器的地下管道泄漏預警系統(tǒng)，用于對地下管道泄漏情況實現(xiàn)精確自動預警，并且便于更換及維護整個系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
隨著社會經(jīng)濟和人民生活水平的提高，各種建筑物群越來越多，與其配套的水、電、暖、燃氣等管道、電線電纜以及通信光纜等地下管道在地下四處延伸。為防止再建設(shè)或埋設(shè)其他設(shè)施挖掘地溝時挖斷地下的管、線等埋設(shè)物，本申請人于2004年11月25日申請了授權(quán)公告號為CN2745074Y的實用新型專利“地下管道標識帶”，當挖掘機向下挖掘時，首先挖到的會是標識帶，發(fā)現(xiàn)后會根據(jù)標識帶上標注的地下管道的相關(guān)信息小心處理，因此地下管道會受到保護，不會因挖壞地下管道造成經(jīng)濟損失，保證了人們生產(chǎn)、生活的正常進行。然而，這種標識帶只能在即將挖到地下管道時顯示此處具有地下管道，無法對埋設(shè)物的具體信息如埋設(shè)時間、深度、管線交叉的具體形狀或地下管道的類型用途等進行識別和定位，不能實現(xiàn)透明、“可視”地智能管理。為解決此問題，本申請人于2012年4月18日申請了授權(quán)公告號CN201892750U的實用新型專利“地下埋設(shè)物標識裝置及標識系統(tǒng)”，包括鋪設(shè)于地下管道上部與地表之間的標識帶和芯片，芯片中儲存規(guī)范具有互通性的各種數(shù)據(jù)，如埋設(shè)溝的信息；地下管道自身的信息；地下管道的埋設(shè)時間、埋設(shè)深度、管線間的距離及位置、具體交叉情況等，并通過監(jiān)測裝置實現(xiàn)對地下管道的識別，用計算機網(wǎng)絡(luò)展現(xiàn)信息交換和共享，以達到對地下管道的透明管理。但是在應用過程中發(fā)現(xiàn)該技術(shù)還存在以下不足：地下管道由于產(chǎn)品質(zhì)量、鋪設(shè)技術(shù)、自然破損以及人為因素所造成的漏水、漏氣、漏油、漏電情況，每天都在不同程度的發(fā)生，該裝置不能在埋設(shè)管道初級冒漏時期進行自動預警。現(xiàn)有各種埋設(shè)管道因各種原因?qū)е碌男孤┖捅芫梢酝ㄟ^埋設(shè)于管道下方或附加于管道外的各種電傳感器監(jiān)測發(fā)現(xiàn)。例如，監(jiān)測埋設(shè)于地下的管道的泄漏可以通過管道兩端的壓力傳感器監(jiān)測管道兩端的壓力差發(fā)現(xiàn)中間是否有泄漏發(fā)生。由于成本的原因，兩個傳感設(shè)備之間通常具有一定的距離，所以這種方式無法給出精確的泄漏位置。另外一種方案是通過外加于管道外的電傳感器來實現(xiàn)泄漏監(jiān)測。這些使用電傳感器的方案都需要解決為埋設(shè)于地下的電傳感器供電的問題，目前，只能通過電池實現(xiàn)，維護非常不方便。不僅如此，由于油氣管道等地下管道屬于易燃易爆類設(shè)備，電學傳感器在油氣管道等地下管道的應用存在防爆等安全因素，并且存在著易受電磁信號干擾、信號不能遠傳、系統(tǒng)可靠度低等問題。埋地管道泄漏會導致泄漏點周圍的溫度和它本身原來的溫度以及管道沿線其它地方的溫度的變化，因而可以通過在埋地管道的下方布設(shè)傳感光纜，利用光纜對溫度的敏感來監(jiān)測泄漏。使用光纜作為傳感器的方案雖然沒有電傳感器的供電導致的維護困難的問題，但這種方案只能監(jiān)測管道是否有泄漏的問題，而不能監(jiān)測管道本身的變化如應力變化等因素導致管道自身的質(zhì)量發(fā)生的變化，從而防患于未然。光纖光柵是一種新型的無源傳感器件，不受電磁干擾，可以用來檢測應變、應力、溫度、振動等參量，具有體積小、質(zhì)量輕、防火防爆、可實現(xiàn)準分布式測量和電絕緣等優(yōu)點；另一方面，光纖光柵還有一個明顯優(yōu)于其它光纖傳感器的地方，就是光纖光柵傳感器的傳感信號為波長調(diào)制，測量信號不受光源起伏、光纖彎曲損耗、連接損耗、能方便地使用波分復用技術(shù)口，因此光纖光柵傳感器非常適用于石油化工等領(lǐng)域。2007年2月刊登在《激光技術(shù)》第31卷第1期的文章《應用在油氣管線的光纖光柵溫度應變傳感系統(tǒng)》中，在進站口和出站口各安裝一個光纖光柵溫度傳感器，在站中安裝一個壓力傳感器，獲得油氣管線中原油壓力和溫度的變化量，從而根據(jù)不同的應變和溫度值，在站中采取相應的加溫加壓或減壓等措施，確保原油在輸油管線順利外輸；但是這種系統(tǒng)只能發(fā)現(xiàn)油氣已經(jīng)大量泄露時的情況，而不能夠在泄露初期及時預報；2013年10月刊登在《傳感技術(shù)學報》第26卷第10期的文章《基于短柵區(qū)光纖光柵傳感器的油氣管線腐蝕在線檢測系統(tǒng)研究》中，在油氣管線外表面沿周向布設(shè)光纖光柵應變傳感器，監(jiān)測油氣管線周向應變，從而監(jiān)測油氣管線腐蝕情況，防止原油泄漏。但是這種系統(tǒng)只是對每一個測量點進行單一溫度監(jiān)測或者單一應變監(jiān)測，監(jiān)測數(shù)據(jù)過于單一，誤報率較高。授權(quán)公告號為ZL03137597.9的中國發(fā)明專利“一種用于油氣管線檢測的光纖光柵傳感測試系統(tǒng)”中將光纖光柵傳感器及傳輸光纖埋入油氣管線管壁中進行地下管道的監(jiān)測，但是這種系統(tǒng)當光纖光柵傳感器或者傳輸光纖發(fā)生故障時，將無法完成更換，造成油氣管線無法重復使用的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，所要解決的技術(shù)問題為提供一種能對每一個監(jiān)測點同時進行溫度和應變監(jiān)測，提高泄漏檢測精確度，而且便于更換光纖光柵傳感器和傳輸光纜的地下管道泄漏預警系統(tǒng)及其方法。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種基于光纖光柵傳感器的地下管道泄漏預警系統(tǒng)，包括地下管道、固定在所述地下管道外壁上的光纖光柵傳感器以及與所述光纖光柵傳感器相連的傳輸光纜，所述光纖光柵傳感器構(gòu)成光纖光柵傳感器陣列；所述套管式地下管道泄漏預警系統(tǒng)還包括寬帶光源、光纖光柵波長解調(diào)儀以及遠程監(jiān)控與報警終端，所述寬帶光源為所述光纖光柵傳感器提供光源，所述光纖光柵波長解調(diào)儀接收并分析所述光纖光柵傳感器反射的中心波長，并傳送至所述遠程監(jiān)控與報警終端；其特征在于：所述傳輸光纜外套設(shè)有保護套管，所述保護套管底部外壁上設(shè)有傳感器孔，所述光纖光柵傳感器通過所述傳感器孔伸出所述保護套管外，進而固定在所述地下管道外壁上。作為本發(fā)明的進一步改進，在每一個所述光纖光柵傳感器對應的位置處設(shè)有窖井，所述窖井延伸所述地下管道側(cè)面，使得在所述窖井內(nèi)能夠?qū)λ龉饫w光柵傳感器進行安裝與拆卸操作。作為本發(fā)明的進一步改進，所述光纖光柵傳感器包括光纖光柵應變傳感器和光纖光柵溫度傳感器，所述光纖光柵應變傳感器和光纖光柵溫度傳感器采用并連方式連接，并封裝成一體。作為本發(fā)明的進一步改進，所述地下管道泄漏預警系統(tǒng)還包括隔離器、耦合器、光開關(guān)，所述寬帶光源的輸出端與所述隔離器的輸入端相連，所述隔離器的輸出端與所述耦合器的輸入端相連，所述耦合器的輸出端與所述光開關(guān)相連，同時所述耦合器通過所述傳輸光纜與所述光纖光柵傳感器陣列相連，所述光開關(guān)與所述光纖光柵波長解調(diào)儀相連，所述光纖光柵波長解調(diào)儀通過有線或無線的方式與所述遠程監(jiān)控與報警終端相連。作為本發(fā)明的進一步改進，所述光纖光柵傳感器的固定位置為所述地下管道每隔一段距離處，或者選自以下位置中的一處或它們的組合：所述地下管道的進入端、銜接處、變接處、坡度變化處、拐彎處、交叉處、鐵路和道路穿越處以及特別強調(diào)處。作為本發(fā)明的進一步改進，所述保護套管的材料可為樹脂材料或者其他能夠保護傳輸光纜的材料。本發(fā)明還公開了一種應用上述基于光纖光柵傳感器的地下管道泄漏預警系統(tǒng)的方法，包括如下步驟：a.在傳輸光纜外套設(shè)保護套管，所述保護套管底部外壁上設(shè)有傳感器孔，所述光纖光柵傳感器通過所述傳感器孔伸出所述保護套管外，進而固定在所述地下管道外壁上；b.在每一個所述光纖光柵傳感器對應的位置處設(shè)有窖井，所述窖井延伸至所述地下管道側(cè)面，使得在所述窖井內(nèi)能夠?qū)λ龉饫w光柵傳感器進行安裝與拆卸操作；c.當光纖光柵傳感器和/或傳輸光纜部分出現(xiàn)故障需要更換維修時，可先在故障光纜對應的每一個窖井處將光纖光柵傳感器從地下管道外壁上拆卸下來，然后在故障光纜兩端的窖井內(nèi)將傳輸光纜從保護套管內(nèi)拉出，更換好后再從反方向?qū)鬏敼饫|牽拉至相應位置，即可恢復整個系統(tǒng)。本發(fā)明的有益效果是：1.本發(fā)明光纖光柵傳感器為光纖光柵應變傳感器與光纖光柵溫度傳感器的組合，在每一個監(jiān)測點同時監(jiān)測地下管道外壁的應變和溫度，對泄漏事件進行二維反應，對監(jiān)測地下管網(wǎng)的泄漏隱患更加準確有效。2.本發(fā)明地下管道泄漏預警系統(tǒng)可通過窖井很方便地對光纖光柵傳感器或者傳輸光纜進行更換及維護，系統(tǒng)使用率高。3.光纖光柵傳感器是一種光纖無源器件，具有抗電磁干擾、耐腐蝕、重量輕、強度高、耐高溫、壽命長、無連接損耗、可遠距離傳輸?shù)葍?yōu)良特性；且光纖光柵輕巧柔軟可以制成光柵串，可根據(jù)不同測量要求，構(gòu)建點陣、面陣和體陣等多種傳感網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過與光通信系統(tǒng)的波分復用、時分復用技術(shù)相結(jié)合可構(gòu)建多點多區(qū)域傳感系統(tǒng)，實現(xiàn)傳感系統(tǒng)的智能化，與傳統(tǒng)電類傳感器安裝相比，節(jié)省了大量電纜及施工費用。附圖說明下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作詳細闡述：圖1為本發(fā)明預警系統(tǒng)的部分結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明預警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)俯視圖。圖3為本發(fā)明預警系統(tǒng)中光纖光柵傳感器的結(jié)構(gòu)框圖。圖4為本發(fā)明預警系統(tǒng)的原理框圖。圖中：1：地下管道；2：光纖光柵傳感器；21：光纖光柵應變傳感器；22：光纖光柵溫度傳感器；3：傳輸光纜；4：保護套管；5：傳感器孔；6：窖井；7：寬帶光源；8：隔離器；9：耦合器；10：光開關(guān)；11：光纖光柵波長解調(diào)儀。具體實施方式下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步具體的說明。實施例1：如圖1所示，一種基于光纖光柵傳感器的地下管道泄漏預警系統(tǒng)，包括地下管道1、固定在地下管道1外壁上的光纖光柵傳感器2以及與光纖光柵傳感器2相連的傳輸光纜3，光纖光柵傳感器2組成光纖光柵傳感器陣列；傳輸光纜3外套設(shè)有保護套管4，保護套管4底部外壁上設(shè)有傳感器孔5，光纖光柵傳感器2通過傳感器孔5伸出保護套管4外，并固定在地下管道1外壁上；如圖2所示為本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)俯視圖，在每一個光纖光柵傳感器2相對應的位置處設(shè)置窖井6，窖井6延伸至地下管道1側(cè)面，在窖井6內(nèi)能夠?qū)饫w光柵傳感器2進行安裝與拆卸；當傳輸光纜3部分出現(xiàn)故障需要更換維修時，可在故障光纜兩端的窖井6內(nèi)將傳輸光纜3從保護套管4內(nèi)拉出，更換好后再從反方向?qū)鬏敼饫|3牽拉至相應位置，采用此種裝置及方法，可以方便更換維護光纖光柵傳感器2以及傳輸光纜3。保護套管4的材料可為樹脂材料或者其他能夠保護傳輸光纜3的材料。保護套管4的設(shè)置可以保護傳輸光纜3不受外界環(huán)境損壞，并且便于更換及維護傳輸光纜3與光纖光柵傳感器2。如圖3所示，本發(fā)明的光纖光柵傳感器2為由光纖光柵應變傳感器21與光纖光柵溫度傳感器22組成的組合式傳感器，其中光纖光柵應變傳感器21與光纖光柵溫度傳感器22并連在一起，封裝成一體。在每一個監(jiān)測點同時監(jiān)測地下管道外壁的應變和溫度，對泄漏事件進行二維反應，對監(jiān)測地下管網(wǎng)的泄漏隱患更加準確有效。如圖4所示，本發(fā)明地下管道泄漏預警系統(tǒng)還包括寬帶光源7、隔離器8、耦合器9、光開關(guān)10以及光纖光柵波長解調(diào)儀11，寬帶光源7的輸出端與隔離器8的輸入端相連，隔離器8的輸出端與耦合器9的輸入端相連，耦合器9的輸出端與光開關(guān)10相連，同時耦合器9通過傳輸光纜3與光纖光柵傳感器陣列相連，可以同時連接多通道的光纖光柵傳感器陣列，光開關(guān)10與光纖光柵波長解調(diào)儀11相連，光纖光柵波長解調(diào)儀11通過有線或無線的方式與遠程監(jiān)控與報警終端相連。所述寬帶光源7為光纖光柵傳感器2提供光源，所述光纖光柵波長解調(diào)儀7接收光纖光柵傳感器2反射的中心波長，并進行分析。光纖光柵傳感器2的固定位置可以是所述地下管道1每隔一段距離處，例如每隔500m處，或者在光纖有效傳感距離內(nèi)，根據(jù)實際需要適當設(shè)計監(jiān)視密度，只要在光纖光柵傳感器2相應的位置處設(shè)置窖井即可；也可以設(shè)置在選自以下位置中的一處或它們的組合：所述地下管道1的進入端、銜接處、變接處、坡度變化處、拐彎處、交叉處、鐵路和道路穿越處以及特別強調(diào)處。光纖光柵傳感器2的固定方式可以采用工業(yè)上普遍的連接方式，例如粘貼式：先將地下管道1表面的保護層、保溫層及防腐層去除，并將管道表面打磨光滑，清潔干凈后使用膠水將封裝好的光纖光柵粘貼到地下管道1相應位置，布設(shè)完成后對地下管道1進行復原；當然，也采用其他簡便易行的固定方式，如卡入式等等，本實施例對此不作限制。本發(fā)明的傳感預警原理如下：當寬帶光源7的光通過隔離器8、耦合器9到達光纖光柵傳感器2時，光纖光柵傳感器2將反射其中以布拉格波長為中心波長的窄譜分量。光纖光柵反射中心波長與介質(zhì)折射率有關(guān)，并且在溫度、應變變化時，中心波長也會隨之變化。每個光纖光柵傳感器2都標有號碼，并且每個光纖光柵傳感器2都有自己確定的位置，各個光纖光柵傳感器2返回的光進入光纖光柵波長解調(diào)儀11并被記憶。也可以采用多區(qū)波分復用技術(shù)，該技術(shù)對地下管道1進行分區(qū)，在同一個泄露預警分區(qū)采用布拉格中心反射波長相同的光纖光柵傳感器2，在不同的泄露預警分區(qū)采用布拉格中心反射波長不同的光纖光柵傳感器2，每個監(jiān)測區(qū)域按一定的間隔分布全同光纖光柵傳感器2，這樣，任一光纖光柵傳感器2附近的溫度發(fā)生變化，都會被光纖光柵波長解調(diào)儀11獲得，并通過波長的不同確定泄露發(fā)生的分區(qū)位置。當?shù)叵鹿艿?如石油管道發(fā)生泄漏時，會造成地下管道1外壁的應力發(fā)生變化，光纖光柵應變傳感器21將檢測到應變變化信息，同時泄漏的石油溫度也會被光纖光柵溫度傳感器22檢測到，此時光纖光柵傳感器2反射中心波長會根據(jù)這兩種變量的變化產(chǎn)生相應的變化，通過光纖光柵波長解調(diào)儀11檢測反射中心波長的變化，就可以間接檢測溫度、應變的變化，并通過有線或無線方式將預警信息傳送至遠程監(jiān)控與報警終端，從而引起報警。這種多區(qū)波分復用的方法，大大增加了系統(tǒng)的測量距離和測量點數(shù)，使之能夠應用到更長距離的監(jiān)控場所，準確地完成火災報警監(jiān)測。實施例2：本發(fā)明還公開了一種應用上述基于光纖光柵傳感器的地下管道泄漏預警系統(tǒng)的方法，包括如下步驟：a.在傳輸光纜3外套設(shè)保護套管4，所述保護套管4底部外壁上設(shè)有傳感器孔5，所述光纖光柵傳感器2通過所述傳感器孔5伸出所述保護套管4外，進而固定在所述地下管道1外壁上；b.在每一個所述光纖光柵傳感器2對應的位置處設(shè)有窖井6，所述窖井6延伸所述地下管道1側(cè)面，使得在所述窖井6內(nèi)能夠?qū)λ龉饫w光柵傳感器2進行安裝與拆卸操作；c.當光纖光柵傳感器2和/或傳輸光纜3部分出現(xiàn)故障需要更換維修時，可先在故障光纜對應的每一個窖井6處將光纖光柵傳感器2從地下管道1外壁上拆卸下來，然后在故障光纜兩端的窖井6內(nèi)將傳輸光纜3從保護套管4內(nèi)拉出，更換好后再從反方向?qū)鬏敼饫|3牽拉至相應位置，即可恢復整個系統(tǒng)。