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专利名称：一种智能光纤复合管

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202311007203.9

专利申请（专利权）人：大庆永铸石油技术开发有限公司
权利人地址：黑龙江省大庆市肇源县经济开发区

专利发明（设计）人：发明人:张春龙,毛立丰,薄云天

专利摘要：本发明涉及信号传输技术领域，尤其涉及一种智能光纤复合管，包括光纤传导管、光纤发送器、电光调制器、光纤检测器以及信号处理器。本发明通过信号处理器对光信号的实时动态信息进行判定，智能精准监测环境变化或传感目标的状态，通过根据检测到的实时周期变化量与实时波长位移确定实时环境温度与实时环境压力，并通过对实时信号形状相似度进行判定，确定管道状态，通过联合光信号的各实时动态信息，以信号处理器确定温度突变原因、管道是否泄露以及管道泄漏程度，实现对监测区域的精准判定，通过将当前监测周期光信号的各实时动态信息与上一监测周期的各实时动态信息进行对比，以适应实际环境条件，增加判定精准性和可靠性。

主权利要求：
1.一种智能光纤复合管，其特征在于，包括，
光纤传导管，包括复合管与导入所述复合管的光纤，所述复合管包括用以隔离所述光纤的保护层与贴附于所述保护层外表面用以抗压的加强层，所述光纤用以对光信号进行传输；
光源发送器，其与所述光纤相连，用以将光源注入光纤；
电光调制器，其设置在所述光纤上，用以对光波进行调制；
光纤检测器，其与所述电光调制器相连，用以对所述电光调制器输出的光信号进行测量以及记录各监测周期的光信号的实时动态信息；
光电探测器，其与所述电光调制器相连，用以将所述电光调制器输出的光信号转换为电信号；
信号处理器，其与所述光源发送器、所述电光调制器、所述光纤检测器以及所述光电探测器分别相连；所述信号处理器根据标准光强衰减范围对实时光强衰减变化量进行判定，其中，若判定实时光强衰减变化量大于标准光强衰减范围且实时光强度衰减值大于标准光强度衰减值，根据标准信号传输时长对实时信号传输时长进行判定，并在判定实时信号传输时长小于等于标准传输时长范围，对实时周期变化量与实时波长位移进行判定，以确定温度信息与压力信息并确定是否进行预警指示；
在第一预设条件下，根据标准信号形状相似度对实时信号形状相似度进行判定，以确定传感目标是否为泄露状态；
所述信号处理器内设置有标准光强衰减范围，在所述智能光纤复合管安装在作业区域进行环境监测时，所述信号处理器能够对当前监测周期的光信号的实时动态信息进行分析，获取标准光强度衰减值，根据所述光源发送器输入的光强度与所述光纤检测器检测到输出的光强度计算所述光纤的实时光强度衰减值，根据标准光强度衰减值与实时光强度衰减值计算实时光强衰减变化量，并根据标准光强衰减范围对实时光强衰减变化量进行判定，若实时光强衰减变化量小于等于标准光强衰减范围，不进行预警提示；
若实时光强衰减变化量大于标准光强衰减范围，将标准光强度衰减值与实时光强度衰减值进行对比，以分析所述光纤检测器检测的光信号；
其中，标准光强度衰减值为在所述复合管安装在作业区域开始进行环境监测时，根据所述光源发送器输入的光强度与所述光纤检测器检测到输出的光强度初始计算所述光纤的实时光强度衰减值；
当前监测周期为在所述光源发送器将光源注入所述光纤后，将光纤对光信号进行传输至所述光纤检测器检测到光信号时经过的时长或在所述光源发送器将光源注入所述光纤后，将光纤对光信号进行传输至所述光纤检测器未检测到光信号但已经过标准传输时长范围的时长；
实时动态信息包括实时光强衰减变化量、实时光强度衰减值、实时信号传输时长、实时周期变化量、实时波长位移、实时信号形状；
在所述信号处理器判定实时光强衰减变化量大于标准光强衰减范围时，将标准光强度衰减值与实时光强度衰减值进行对比，若实时光强度衰减值小于标准光强度衰减值，将根据标准信号形状相似度对实时信号形状相似度进行判定，以确定传感目标的状态；
若实时光强度衰减值大于标准光强度衰减值，将根据标准信号传输时长对实时信号传输时长进行判定，以确定传感目标的状态或环境条件；
所述信号处理器内设置有第一传输时长，所述信号处理器在判定实时光强度衰减值大于标准光强度衰减值时，获取标准传输时长范围，获取当前监测周期的所述光源发送器输入光信号与所述光纤检测器检测到输出光信号的时间段作为实时信号传输时长，并根据标准传输时长范围对实时信号传输时长进行判定，若实时信号传输时长小于等于标准传输时长范围，将对实时周期变化量进行判定，以根据所述电光调制器对光信号的调制状态分析监测区域的环境变化；
若实时信号传输时长大于标准传输时长范围，将根据标准信号形状相似度对实时信号形状相似度进行判定，以确定传感目标的状态；
其中，标准信号传输时长为在所述复合管安装在作业区域开始进行环境监测时，所述光源发送器输入光信号的时刻与所述光纤检测器检测到输出光信号的时刻间构成的时间段；
标准传输时长范围为标准信号传输时长与第一传输时长之和。
2.根据权利要求1所述的智能光纤复合管，其特征在于，所述信号处理器在判定实时信号传输时长小于等于标准信号传输时长时，获取标准光栅周期，将所述电光调制器对标准光栅周期的改变量作为实时周期变化量，并对实时周期变化量进行判定，若实时周期变化量小于等于零，将根据预设压力阈值对实时监测压力进行判定，以确定该监测区域的压力变化情况；
若实时周期变化量大于零，将根据标准波长位移对实时波长位移进行判定，以确定该监测区域的温度变化情况；
其中，标准光栅周期为在所述复合管安装在作业区域开始进行环境监测时，将所述电光调制器中相邻光栅峰值作为标准光栅周期。
3.根据权利要求2所述的智能光纤复合管，其特征在于，所述信号处理器内设置有预设温度幅度，信号处理器在判定实时信号传输时长小于等于标准信号传输时长且实时周期变化量大于零时，获取所述电光调制器调制的实时波长位移，根据实时波长位移与实时周期变化量计算实时监测温度，获取上一监测周期的实时监测温度作为标准监测温度，根据标准监测温度与实时监测温度计算实时温度差值，并将预设温度幅度与实时温度差值进行对比，若实时温度差值小于等于预设温度幅度，不进行温度预警提示；
若实时温度差值大于预设温度幅度，将进行温度预警提示，并根据预设压力阈值对实时监测压力进行判定，以确定是否进行泄露预警提示；
其中，实时温度差值等于标准监测温度与实时监测温度的差值的绝对值。
4.根据权利要求3所述的智能光纤复合管，其特征在于，所述信号处理器内设置有预设压力阈值，信号处理器在第一预设条件下，将根据实时波长位移与实时折射率计算实时监测压力，并根据预设压力阈值对实时监测压力进行判定，若实时监测压力小于等于预设压力阈值，将根据标准信号形状相似度对实时信号形状相似度进行判定，以确定传感目标的状态；
若实时监测压力大于预设压力阈值，将进行压力预警提示；
其中，第一预设条件为所述信号处理器判定实时信号传输时长小于等于标准信号传输时长且实时周期变化量小于等于零，或判定实时信号传输时长小于等于标准信号传输时长且实时周期变化量大于零且实时温度差值大于预设温度幅度。
5.根据权利要求4所述的智能光纤复合管，其特征在于，所述信号处理器内设置有标准信号形状相似度，信号处理器在判定实时光强度衰减值小于标准光强度衰减值，或实时光强度衰减值大于标准光强度衰减值且实时信号传输时长大于标准信号传输时长，或第一预设条件下，获取标准信号形状，获取所述光纤检测器记录的当前监测周期的实时信号形状，根据标准信号形状与实时信号形状获取实时信号形状相似度，并根据标准信号形状相似度对实时信号形状相似度进行判定，若实时信号形状相似度小于等于标准信号形状相似度，将进行泄露预警指示；
若实时信号形状相似度大于标准信号形状相似度，不进行泄露预警指示；
其中，标准信号形状为在所述复合管安装在作业区域开始进行环境监测时，所述光纤检测器初次记录的当前监测周期的实时信号形状。
6.根据权利要求1所述的智能光纤复合管，其特征在于，所述信号处理器根据所述光源发送器输入的光强度与所述光纤检测器检测到输出的光强度计算所述光纤的实时光强度衰减值As，As=10×a×lg（Psi/Pso），式中，Psi为所述光源发送器输入的光强度；
Pso为所述光纤检测器检测到输出的光强度；
a为设定的光强度衰减系数。
7.根据权利要求1所述的智能光纤复合管，其特征在于，所述光源发送器、所述光电探测器、所述光纤检测器以及所述信号处理器设置在所述光纤的同一侧，所述光纤检测器的输出端与所述光电探测器的输入端相连，所述光电探测器的输出端与所述光纤的输入端相连，所述光纤嵌入所述电光调制器中。 说明书 : 一种智能光纤复合管技术领域[0001] 本发明涉及信号传输技术领域，尤其涉及一种智能光纤复合管。背景技术[0002] 光纤是光导纤维的简写，是一种由玻璃或塑料制成的纤维，可作为光传导工具；传输原理是“光的全反射”，多数光纤在使用前必须由几层保护结构包覆，包覆后的缆线即被称为光缆，光纤复合管是一种用于光纤通信系统的管道，用于保护光纤免受外部环境的损坏，其通常由内层的保护层与外层的绝缘层组成，可防止周围环境对光纤的伤害，如水、火、电击等；对比常规传感技术，若对油气运输管道进行泄露监测，对变压站高压设备、发电厂等电力工业进行温度监测，对高速公路、下铁路、隧道、地下停车场等大型混凝土钢材结构进行安全监测，对山崩石塌、河床进行塌陷监测，由于管道自身老化、人为损坏、酸碱土壤或液体的腐蚀、自然灾害等因素的综合作用，传统的感温电缆已不能满足对作业区域进行实时灵敏精准监测，因此亟需一种智能光纤复合管，不但包层具有足够的机械强度能够抵挡外部环境的影响，而且能够隔绝内部导入的光纤以保证灵敏智能感知环境信息并以光信号的形式进行稳定传输，满足能够应用于复杂的地质条件和自然环境的苛刻需求，实现对作业区域的智能精准灵敏监控。[0003] 中国专利公开号：CN107327640A，公开了一种智能监测型旧管线修复用柔性复合管，其技术点是将信息通过内置光纤实时回传至接收终端进行处理，以实现原位修复、实时监测、无线传输和远程控制；由此可见，在现有的智能光纤复合管传输信号的技术中，存在布线、安装复杂，管线维护量和维护成本高，响应时间长，应用环境有限，且仅能分别传输不同传感器监测的数据，由于管道沿线环境复杂多变，若监测到温度突变，不能联合测量的光信号对管道压力的变化和管道介质状态配合分析以实现识别温度突变原因，导致管道漏检误判、漏判。发明内容[0004] 为此，本发明提供一种智能光纤复合管，用以克服现有技术中不能根据检测的光信号的实时动态信息关联判定温度突变的原因的问题。[0005] 为实现上述目的，本发明提供一种智能光纤复合管，包括，[0006] 光纤传导管，包括复合管与导入所述复合管的光纤，所述复合管包括用以隔离所述光纤的保护层与贴附于所述保护层外表面用以抗压的加强层，所述光纤用以对光信号进行传输；[0007] 光源发送器，其与所述光纤相连，用以将光源注入光纤；[0008] 电光调制器，其设置在所述光纤上，用以对光波进行调制；[0009] 光纤检测器，其与所述电光调制器相连，用以对所述电光调制器输出的光信号进行测量以及记录各监测周期的光信号的实时动态信息；[0010] 光电探测器，其与所述电光调制器相连，用以将所述电光调制器输出的光信号转换为电信号；[0011] 信号处理器，其与所述光源发送器、所述电光调制器、所述光纤检测器以及所述光电探测器分别相连；所述信号处理器根据标准衰减范围对实时衰减变化量进行判定，其中，[0012] 若判定实时衰减变化量大于标准衰减范围且实时光强度衰减值大于标准光强度衰减值，根据标准信号传输时长对实时信号传输时长进行判定，并在判定实时信号传输时长小于等于标准传输时长范围，对实时周期变化量与实时波长位移进行判定，以确定温度信息与压力信息并确定是否进行预警指示；[0013] 在第一预设条件下，根据标准信号形状相似度对实时信号形状相似度进行判定，以确定传感目标是否为泄露状态。[0014] 进一步地，所述信号处理器内设置有标准衰减范围，在所述智能光纤复合管安装在作业区域进行环境监测时，所述信号处理器能够对当前监测周期的光信号的实时动态信息进行分析，获取标准光强度衰减值，根据所述光源发送器输入的光强度与所述光纤检测器检测到输出的光强度计算所述光纤的实时光强度衰减值，根据标准光强度衰减值与实时光强度衰减值计算实时衰减变化量，并根据标准衰减范围对实时衰减变化量进行判定，[0015] 若实时衰减变化量小于等于标准衰减范围，不进行预警提示；[0016] 若实时衰减变化量大于标准衰减范围，将标准光强度衰减值与实时光强度衰减值进行对比，以分析所述光纤检测器检测的光信号。[0017] 其中，标准光强度衰减值为在所述复合管安装在作业区域开始进行环境监测时，根据所述光源发送器输入的光强度与所述光纤检测器检测到输出的光强度初始计算所述光纤的实时光强度衰减值；[0018] 当前监测周期为在所述光源发送器将光源注入所述光纤后，将光纤对光信号进行传输至所述光纤检测器检测到光信号时经过的时长或在所述光源发送器将光源注入所述光纤后，将光纤对光信号进行传输至所述光纤检测器未检测到光信号但已经过标准传输时长范围的时长；[0019] 实时动态信息包括实时衰减变化量、实时光强度衰减值、实时信号传输时长、实时周期变化量、实时波长位移、实时信号形状。[0020] 进一步地，在所述信号处理器判定实时衰减变化量大于标准衰减范围时，将标准光强度衰减值与实时光强度衰减值进行对比，[0021] 若实时光强度衰减值小于标准光强度衰减值，将根据标准信号形状相似度对实时信号形状相似度进行判定，以确定传感目标的状态；[0022] 若实时光强度衰减值大于标准光强度衰减值，将根据标准信号传输时长对实时信号传输时长进行判定，以确定传感目标的状态或环境条件。[0023] 进一步地，所述信号处理器内设置有第一传输时长，所述信号处理器在判定实时光强度衰减值大于标准光强度衰减值时，获取标准传输时长范围，获取当前监测周期的所述光源发送器输入光信号与所述光纤检测器检测到输出光信号的时间段作为实时信号传输时长，并根据标准传输时长范围对实时信号传输时长进行判定，[0024] 若实时信号传输时长小于等于标准传输时长范围，将对实时周期变化量进行判定，以根据所述电光调制器对光信号的调制状态分析所述监测区域的环境变化；[0025] 若实时信号传输时长大于标准传输时长范围，将根据标准信号形状相似度对实时信号形状相似度进行判定，以确定传感目标的状态；[0026] 其中，标准信号传输时长为在所述复合管安装在作业区域开始进行环境监测时，所述光源发送器输入光信号的时刻与所述光纤检测器检测到输出光信号的时刻间构成的时间段；[0027] 标准传输时长范围为标准信号传输时长与第一传输时长之和。[0028] 进一步地，所述信号处理器在判定实时信号传输时长小于等于标准信号传输时长时，获取标准光栅周期，将所述电光调制器对标准光栅周期的改变量作为实时周期变化量，并对实时周期变化量进行判定，[0029] 若实时周期变化量小于等于零，将根据预设压力阈值对实时监测压力进行判定，以确定该监测区域的压力变化情况；[0030] 若实时周期变化量大于零，将根据标准波长位移对实时波长位移进行判定，以确定该监测区域的温度变化情况；[0031] 其中，标准光栅周期为在所述复合管安装在作业区域开始进行环境监测时，将所述电光调制器中相邻光栅峰值作为标准光栅周期。[0032] 进一步地，所述信号处理器内设置有预设温度幅度，信号处理器在判定实时信号传输时长小于等于标准信号传输时长且实时周期变化量大于零时，获取所述电光调制器调制的实时波长位移，根据实时波长位移与实时周期变化量计算实时监测温度，获取上一监测周期的实时监测温度作为标准监测温度，根据标准监测温度与实时监测温度计算实时温度差值，并将预设温度幅度与实时温度差值进行对比，[0033] 若实时温度差值小于等于预设温度幅度，不进行温度预警提示；[0034] 若实时温度差值大于预设温度幅度，将进行温度预警提示，并根据预设压力阈值对实时监测压力进行判定，以确定是否进行泄露预警提示；[0035] 其中，实时温度差值等于标准监测温度与实时监测温度的差值的绝对值。[0036] 进一步地，所述信号处理器内设置有预设压力阈值，信号处理器在第一预设条件下，将根据实时波长位移与实时折射率计算实时监测压力，并根据预设压力阈值对实时监测压力进行判定，[0037] 若实时监测压力小于等于预设压力阈值，将根据标准信号形状相似度对实时信号形状相似度进行判定，以确定传感目标的状态；[0038] 若实时监测压力大于预设压力阈值，将进行压力预警提示；[0039] 其中，第一预设条件为所述信号处理器判定实时信号传输时长小于等于标准信号传输时长且实时周期变化量小于等于零，或判定实时信号传输时长小于等于标准信号传输时长且实时周期变化量大于零且实时温度差值大于预设温度幅度。[0040] 进一步地，所述信号处理器内设置有标准信号形状相似度，信号处理器在判定实时光强度衰减值小于标准光强度衰减值，或实时光强度衰减值大于标准光强度衰减值且实时信号传输时长大于标准信号传输时长，或第一预设条件下，获取标准信号形状，获取所述光纤检测器记录的当前监测周期的实时信号形状，根据标准信号形状与实时信号形状获取实时信号形状相似度，并根据标准信号形状相似度对实时信号形状相似度进行判定，[0041] 若实时信号形状相似度小于等于标准信号形状相似度，将进行泄露预警指示；[0042] 若实时信号形状相似度大于标准信号形状相似度，不进行泄露预警指示；[0043] 其中，标准信号形状为在所述复合管安装在作业区域开始进行环境监测时，所述光纤检测器初次记录的当前监测周期的实时信号形状。[0044] 进一步地，所述信号处理器根据所述光源发送器输入的光强度与所述光纤检测器检测到输出的光强度计算所述光纤的实时光强度衰减值As，As＝10×a×lg(Psi/Pso)，式中，[0045] Psi为所述光源发送器输入的光强度；[0046] Pso为所述光纤检测器检测到输出的光强度；[0047] a为设定的光强度衰减系数。[0048] 进一步地，所述光源发送器、所述光电探测器、所述光纤检测器以及所述信号处理器设置在所述光纤的同一侧，所述光纤检测器的输出端与所述光电探测器的输入端相连，所述光电探测器的输出端与所述光纤的输入端相连，所述光纤嵌入所述电光调制器中。[0049] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于，通过设置光纤发送器，以发出一束连续的光波，通过设置电光调制器，以对光波进行调制，通过设置光纤检测器，对光信号进行测量与记录，以信号处理器对光信号的实时动态信息进行判定，智能精准监测环境变化或传感目标的状态，[0050] 通过根据检测到的实时周期变化量与实时波长位移确定实时环境温度与实时环境压力，并通过对实时信号形状相似度进行判定，确定管道是否为泄露状态，通过联合光信号的各实时动态信息，以信号处理器确定温度突变原因、判定管道是否泄露，根据压力信息与信号形状判定管道泄漏程度，实现对监测区域的精准判定，通过将当前监测周期的光信号的各实时动态信息与上一监测周期的各实时动态信息进行对比，以适应实际环境条件，增加判定精准性和可靠性。[0051] 进一步地，通过设置标准衰减范围，以信号处理器根据标准衰减范围对实时衰减变化量进行判定，若信号处理器判定实时衰减变化量小于等于标准衰减范围，表示当前检测周期的光强度衰减值在设置的标准范围内，即未明显受到温度变化、压力变化的影响，若信号处理器判定实时衰减变化量大于标准衰减范围，表示当前检测周期的光强度衰减值在受到环境变化影响，将标准光强度衰减值与实时光强度衰减值进行对比，以通过分析光纤检测器检测的光信号确定监测环境的变化。[0052] 进一步地，通过信号处理器将标准光强度衰减值与实时光强度衰减值进行对比，若信号处理器判定实时光强度衰减值小于标准光强度衰减值，表示相对于标准衰减值实时光强度衰减值减。葱藕偶跞趸蚍⑸，将根据标准信号形状相似度对实时信号形状相似度进行判定，以根据光信号的形状变化程度精准确定光信号是否失真，若信号处理器判定实时光强度衰减值大于标准光强度衰减值，表示相对于标准衰减值实时光强度衰减值增大，将根据标准信号传输时长对实时信号传输时长进行判定，以根据光纤延迟确定光强度衰减值增大的原因。[0053] 第一传输时长表示管道发生微小形变时引起的信号传输时长变化；[0054] 进一步地，通过设置第一传输时长，以信号处理器根据标准传输时长范围对实时信号传输时长进行判定，若信号处理器判定实时信号传输时长小于等于标准传输时长范围，表示信号传输时长相较于标准变化微。垂艿婪⑸⑿⌒伪，将对实时周期变化量进行判定，以根据电光调制器对光信号的调制状态分析所述监测区域的环境变化，即确定管道发生微小形变的原因，若信号处理器判定实时信号传输时长大于标准传输时长范围，表示信号传输时长相较于标准变化较大，即将根据标准信号形状相似度对实时信号形状相似度进行判定，以确定传感目标的状态，即管道是否发生泄漏。[0055] 尤其，通过信号处理器对实时周期变化量进行判定，由于若管道发生形变时压力增大，影响光栅周期减。艋肪澄露仍龃，影响光栅周期增大，因此若信号处理器判定实时周期变化量小于等于零，表示管道发生形变，将根据预设压力阈值对实时监测压力进行判定，以确定该监测区域的压力变化情况，即压力变化程度，若信号处理器判定实时周期变化量大于零，将根据标准波长位移对实时波长位移进行判定，以确定该监测区域的温度变化情况。[0056] 进一步地，通过设置预设温度幅度，以信号处理器根据预设温度幅度与实时温度差值进行对比，若信号处理器判定实时温度差值小于等于预设温度幅度，表示温度未发生变化或变化较。粜藕糯砥髋卸ㄊ凳蔽露炔钪荡笥谠ど栉露确，表示监测区域发生温度突变，将根据预设压力阈值对实时监测压力进行判定，以确定管道是否发生形变。[0057] 尤其，通过设置预设压力阈值，以信号处理器根据预设压力阈值对实时监测压力进行判定，若信号处理器判定实时监测压力小于等于预设压力阈值，表示发生微小的形变，将根据标准信号形状相似度对实时信号形状相似度进行判定，以确定传感目标的状态，即管道是否发生泄漏，若信号处理器判定实时监测压力大于预设压力阈值，表示相较于标准发生较大的形变，即温度突变是管道发生泄漏引起的。[0058] 进一步地，通过设置标准信号形状相似度，以信号处理器根据标准信号形状相似度对实时信号形状相似度进行判定，若信号处理器判定实时信号形状相似度大于标准信号形状相似度，表示实时信号形状的变化程度相较于设定的标准值非常。粜藕糯砥髋卸ㄊ凳毙藕判巫聪嗨贫刃∮诘扔诒曜夹藕判巫聪嗨贫，表示实时信号形状的变化程度相较于设定的标准值较大，即实时信号形状变化明显，信号发生失真，管道发生泄漏，温度突变的原因是管道发生泄漏引起的。[0059] 进一步地，通过设定光强度衰减系数，以适应智能光纤复合管应用于不同场景，满足不同监测作业需求，提高监测效果，实现光纤复合管应用于各个领域的基础设施与管理，即提高智能光纤复合管的适用性与实用性。[0060] 进一步地，通过集成光缆和管道的功能，可以提高工程效率、降低施工成本、提高设备的连接和监控效果。附图说明[0061] 图1为本发明实施例智能光纤复合管与传感元件的示意图；[0062] 图2为本发明实施例光纤传导管的结构示意图。具体实施方式[0063] 为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。[0064] 下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。[0065] 需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。[0066] 此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。[0067] 请参阅图1与图2所示，图1为本发明实施例智能光纤复合管与传感元件的示意图，图2为本发明实施例光纤传导管的结构示意图，本发明提供了一种智能光纤复合管，包括，光纤传导管1、复合管101、光纤102、光源发送器2、电光调制器3、光纤检测器4、光电探测器5以及信号处理器6，其中，[0068] 光纤传导管1，包括复合管101与导入所述复合管101的光纤102，所述复合管101包括用以隔离所述光纤102的保护层与贴附于所述保护层外表面用以抗压的加强层，所述光纤102用以对光信号进行传输；[0069] 光源发送器2，其与所述光纤102相连，用以将光源注入光纤102；[0070] 电光调制器3，其设置在所述光纤102上，用以对光波进行调制；[0071] 光纤检测器4，其与所述电光调制器3相连，用以对所述电光调制器3输出的光信号进行测量以及记录各监测周期的光信号的实时动态信息；[0072] 光电探测器5，其与所述电光调制器3相连，用以将所述电光调制器3输出的光信号转换为电信号；[0073] 信号处理器6，其与所述光源发送器2、所述电光调制器3、所述光纤检测器4以及所述光电探测器5分别相连；所述信号处理器6能够对当前监测周期的实时动态信息进行分析，根据所述光纤检测器4检测的光强度计算所述光纤102的实时光强度衰减值与实时衰减变化量，在判定实时衰减变化量大于标准衰减范围时，若判定实时光强度衰减值大于标准光强度衰减值，根据标准信号传输时长对实时信号传输时长进行判定，以确定传感目标的状态或环境条件，若判定实时光强度衰减值小于标准光强度衰减值，根据标准信号形状相似度对实时信号形状相似度进行判定，以确定传感目标的状态；所述信号处理器6能够对实时周期变化量与实时波长位移进行判定，以确定温度信息与压力信息并确定是否进行预警指示；所述信号处理器6能够在第一预设条件下，根据标准信号形状相似度对实时信号形状相似度进行判定，以确定传感目标是否为泄露状态。[0074] 通过设置光纤发送器，以发出一束连续的光波，通过设置电光调制器3，以对光波进行调制，通过设置光纤检测器4，对光信号进行测量与记录，以信号处理器6对光信号的实时动态信息进行判定，智能精准监测环境变化或传感目标的状态，通过根据检测到的实时周期变化量与实时波长位移确定实时环境温度与实时环境压力，并通过对实时信号形状相似度进行判定，确定管道是否为泄露状态，通过联合光信号的各实时动态信息，以信号处理器6确定温度突变原因、判定管道是否泄露，根据压力信息与信号形状判定管道泄漏程度，实现对监测区域的精准判定，通过将当前监测周期的光信号的各实时动态信息与上一监测周期的各实时动态信息进行对比，以适应实际环境条件，增加判定精准性和可靠性。[0075] 具体而言，所述信号处理器6内设置有标准衰减范围，在所述智能光纤复合管安装在作业区域进行环境监测时，所述信号处理器6能够对当前监测周期的光信号的实时动态信息进行分析，获取标准光强度衰减值，根据所述光源发送器2输入的光强度与所述光纤检测器4检测到输出的光强度计算所述光纤102的实时光强度衰减值，根据标准光强度衰减值与实时光强度衰减值计算实时衰减变化量，并根据标准衰减范围对实时衰减变化量进行判定，[0076] 若实时衰减变化量小于等于标准衰减范围，不进行预警提示；[0077] 若实时衰减变化量大于标准衰减范围，将标准光强度衰减值与实时光强度衰减值进行对比，以分析所述光纤检测器4检测的光信号。[0078] 其中，标准光强度衰减值为在所述复合管安装在作业区域开始进行环境监测时，根据所述光源发送器2输入的光强度与所述光纤检测器4检测到输出的光强度初始计算所述光纤102的实时光强度衰减值；[0079] 当前监测周期为在所述光源发送器2将光源注入所述光纤102后，将光纤102对光信号进行传输至所述光纤检测器4检测到光信号时经过的时长或在所述光源发送器2将光源注入所述光纤102后，将光纤102对光信号进行传输至所述光纤检测器4未检测到光信号但已经过标准传输时长范围的时长；[0080] 实时动态信息包括实时衰减变化量、实时光强度衰减值、实时信号传输时长、实时周期变化量、实时波长位移、实时信号形状。[0081] 标准衰减范围表示光纤102对光进行传输的过程中，单位长度内光强度的衰减值变化范围，单位为dB/km，该值可以根据光纤102的类型、质量以及使用环境的要求确定，一般单模光纤的标准衰减范围通常在0.2dB/km?0.5dB/km之间，而多模光纤的标准衰减范围通常在2dB/km?4dB/km之间；[0082] 通过设置标准衰减范围，以信号处理器6根据标准衰减范围对实时衰减变化量进行判定，若信号处理器6判定实时衰减变化量小于等于标准衰减范围，表示当前检测周期的光强度衰减值在设置的标准范围内，即未明显受到温度变化、压力变化的影响，若信号处理器6判定实时衰减变化量大于标准衰减范围，表示当前检测周期的光强度衰减值在受到环境变化影响，将标准光强度衰减值与实时光强度衰减值进行对比，以通过分析光纤检测器4检测的光信号确定监测环境的变化。[0083] 具体而言，在所述信号处理器6判定实时衰减变化量大于标准衰减范围时，将标准光强度衰减值与实时光强度衰减值进行对比，[0084] 若实时光强度衰减值小于标准光强度衰减值，将根据标准信号形状相似度对实时信号形状相似度进行判定，以确定传感目标的状态；[0085] 若实时光强度衰减值大于标准光强度衰减值，将根据标准信号传输时长对实时信号传输时长进行判定，以确定传感目标的状态或环境条件。[0086] 通过信号处理器6将标准光强度衰减值与实时光强度衰减值进行对比，若信号处理器6判定实时光强度衰减值小于标准光强度衰减值，表示相对于标准衰减值实时光强度衰减值减。葱藕偶跞趸蚍⑸，将根据标准信号形状相似度对实时信号形状相似度进行判定，以根据光信号的形状变化程度精准确定光信号是否失真，若信号处理器6判定实时光强度衰减值大于标准光强度衰减值，表示相对于标准衰减值实时光强度衰减值增大，将根据标准信号传输时长对实时信号传输时长进行判定，以根据光纤延迟确定光强度衰减值增大的原因。[0087] 具体而言，所述信号处理器6内设置有第一传输时长，所述信号处理器6在判定实时光强度衰减值大于标准光强度衰减值时，获取标准传输时长范围，获取当前监测周期的所述光源发送器2输入光信号与所述光纤检测器4检测到输出光信号的时间段作为实时信号传输时长，并根据标准传输时长范围对实时信号传输时长进行判定，[0088] 若实时信号传输时长小于等于标准传输时长范围，将对实时周期变化量进行判定，以根据所述电光调制器3对光信号的调制状态分析所述监测区域的环境变化；[0089] 若实时信号传输时长大于标准传输时长范围，将根据标准信号形状相似度对实时信号形状相似度进行判定，以确定传感目标的状态；[0090] 其中，标准信号传输时长为在所述复合管安装在作业区域开始进行环境监测时，所述光源发送器2输入光信号的时刻与所述光纤检测器4检测到输出光信号的时刻间构成的时间段；[0091] 标准传输时长范围为标准信号传输时长与第一传输时长之和。[0092] 标准信号传输时长表示光信号在光纤102中传输所需的时间，与传输距离、光纤102的材料结构以及电光调制器3的设备型号有关，一般为光速的2/3，约为每秒20万公里，单位为纳秒；第一传输时长表示管道发生微小形变时引起的信号传输时长变化；[0093] 通过设置第一传输时长，以信号处理器6根据标准传输时长范围对实时信号传输时长进行判定，若信号处理器6判定实时信号传输时长小于等于标准传输时长范围，表示信号传输时长相较于标准变化微。垂艿婪⑸⑿⌒伪，将对实时周期变化量进行判定，以根据电光调制器3对光信号的调制状态分析所述监测区域的环境变化，即确定管道发生微小形变的原因，若信号处理器6判定实时信号传输时长大于标准传输时长范围，表示信号传输时长相较于标准变化较大，即将根据标准信号形状相似度对实时信号形状相似度进行判定，以确定传感目标的状态，即管道是否发生泄漏。[0094] 具体而言，所述信号处理器6在判定实时信号传输时长小于等于标准信号传输时长时，获取标准光栅周期，将所述电光调制器3对标准光栅周期的改变量作为实时周期变化量，并对实时周期变化量进行判定，[0095] 若实时周期变化量小于等于零，将根据预设压力阈值对实时监测压力进行判定，以确定该监测区域的压力变化情况；[0096] 若实时周期变化量大于零，将根据标准波长位移对实时波长位移进行判定，以确定该监测区域的温度变化情况；[0097] 其中，标准光栅周期为在所述复合管安装在作业区域开始进行环境监测时，将所述电光调制器3中相邻光栅峰值作为标准光栅周期。[0098] 通过信号处理器6对实时周期变化量进行判定，由于若管道发生形变时压力增大，影响光栅周期减。艋肪澄露仍龃，影响光栅周期增大，因此若信号处理器6判定实时周期变化量小于等于零，表示管道发生形变，将根据预设压力阈值对实时监测压力进行判定，以确定该监测区域的压力变化情况，即压力变化程度，若信号处理器6判定实时周期变化量大于零，将根据标准波长位移对实时波长位移进行判定，以确定该监测区域的温度变化情况。[0099] 具体而言，所述信号处理器6内设置有预设温度幅度，信号处理器6在判定实时信号传输时长小于等于标准信号传输时长且实时周期变化量大于零时，获取所述电光调制器3调制的实时波长位移，根据实时波长位移与实时周期变化量计算实时监测温度，获取上一监测周期的实时监测温度作为标准监测温度，根据标准监测温度与实时监测温度计算实时温度差值，并将预设温度幅度与实时温度差值进行对比，[0100] 若实时温度差值小于等于预设温度幅度，不进行温度预警提示；[0101] 若实时温度差值大于预设温度幅度，将进行温度预警提示，并根据预设压力阈值对实时监测压力进行判定，以确定是否进行泄露预警提示；[0102] 其中，实时温度差值等于标准监测温度与实时监测温度的差值的绝对值。[0103] 在本实施例中，根据实时波长位移与实时周期变化量计算实时监测温度Ts，Ts＝(Δb/b?n×ΔL)/(a×ΔL)，b＝2×N×q,[0104] 式中，Δb为实时波长位移，b为电光调制器3中光栅的波长，N为光在传输过程中的折射率，ΔL为光栅长度变化，a为光栅的热膨胀率，n为光栅的热折射率；[0105] 预设温度幅度表示设定的界定温度发生突变的数值，即当前周期监测的温度值与上一周期监测的温度值之差若超过预设温度幅度，表示发生了温度突变，根据具体的光纤复合管的应用场景与仪器的特性设定，可以设定为10摄氏度；[0106] 通过设置预设温度幅度，以信号处理器6根据预设温度幅度与实时温度差值进行对比，若信号处理器6判定实时温度差值小于等于预设温度幅度，表示温度未发生变化或变化较。粜藕糯砥6判定实时温度差值大于预设温度幅度，表示监测区域发生温度突变，将根据预设压力阈值对实时监测压力进行判定，以确定管道是否发生形变。[0107] 具体而言，所述信号处理器6内设置有预设压力阈值，信号处理器6在第一预设条件下，将根据实时波长位移与实时折射率计算实时监测压力，并根据预设压力阈值对实时监测压力进行判定，[0108] 若实时监测压力小于等于预设压力阈值，将根据标准信号形状相似度对实时信号形状相似度进行判定，以确定传感目标的状态；[0109] 若实时监测压力大于预设压力阈值，将进行压力预警提示；[0110] 其中，第一预设条件为所述信号处理器6判定实时信号传输时长小于等于标准信号传输时长且实时周期变化量小于等于零，或判定实时信号传输时长小于等于标准信号传输时长且实时周期变化量大于零且实时温度差值大于预设温度幅度。[0111] 在本实施例中，根据实时波长位移与实时折射率计算实时监测压力Pb，Pb＝Δb/b×2×N×ΔP，[0112] 式中，ΔP为波长变化单位压力变化量，Δb为实时波长位移，b为电光调制器3中光栅的波长，N为光在传输过程中的折射率；[0113] 预设压力阈值表示设定的异常压力变化阈值，根据特定场景需求、光纤复合管的特性有关；[0114] 通过设置预设压力阈值，以信号处理器6根据预设压力阈值对实时监测压力进行判定，若信号处理器6判定实时监测压力小于等于预设压力阈值，表示发生微小的形变，将根据标准信号形状相似度对实时信号形状相似度进行判定，以确定传感目标的状态，即管道是否发生泄漏，若信号处理器6判定实时监测压力大于预设压力阈值，表示相较于标准发生较大的形变，即温度突变是管道发生泄漏引起的。[0115] 具体而言，所述信号处理器6内设置有标准信号形状相似度，信号处理器6在判定实时光强度衰减值小于标准光强度衰减值，或实时光强度衰减值大于标准光强度衰减值且实时信号传输时长大于标准信号传输时长，或第一预设条件下，获取标准信号形状，获取所述光纤检测器4记录的当前监测周期的实时信号形状，根据标准信号形状与实时信号形状计算实时信号形状相似度，并根据标准信号形状相似度对实时信号形状相似度进行判定，[0116] 若实时信号形状相似度小于等于标准信号形状相似度，将进行泄露预警指示；[0117] 若实时信号形状相似度大于标准信号形状相似度，不进行泄露预警指示；[0118] 其中，标准信号形状为在所述复合管安装在作业区域开始进行环境监测时，所述光纤检测器4初次记录的当前监测周期的实时信号形状。[0119] 在本实施例中，计算实时信号形状相似度采用的方法为欧式距离法，计算标准信号形状与实时信号形状之间对应样本点之间的差值的平方和的平方根，将计算结果比较，距离越。得髁礁鲂藕判巫丛较嗨疲籟0120] 标准信号形状相似度表示设定的标准信号形状与实时信号形状的相似度临界值，与监测区域的环境条件与需求对应设定；[0121] 通过设置标准信号形状相似度，以信号处理器6根据标准信号形状相似度对实时信号形状相似度进行判定，若信号处理器6判定实时信号形状相似度大于标准信号形状相似度，表示实时信号形状的变化程度相较于设定的标准值非常。粜藕糯砥6判定实时信号形状相似度小于等于标准信号形状相似度，表示实时信号形状的变化程度相较于设定的标准值较大，即实时信号形状变化明显，信号发生失真，管道发生泄漏，温度突变的原因是管道发生泄漏引起的。[0122] 具体而言，所述信号处理器6根据所述光源发送器2输入的光强度与所述光纤检测器4检测到输出的光强度计算所述光纤102的实时光强度衰减值As，As＝10×a×lg(Psi/Pso)，式中，[0123] Psi为所述光源发送器2输入的光强度；[0124] Pso为所述光纤检测器4检测到输出的光强度；[0125] a为设定的光强度衰减系数。[0126] 通过设定光强度衰减系数，以适应智能光纤复合管应用于不同场景，满足不同监测作业需求，提高监测效果，实现光纤复合管应用于各个领域的基础设施与管理，即提高智能光纤复合管的适用性与实用性。[0127] 在本实施例中，传感元件包括，光源发送器2、电光调制器3、光纤检测器4、光电探测器5以及信号处理器6，其中，[0128] 具体而言，所述光源发送器2、所述光电探测器5、所述光纤检测器4以及所述信号处理器6设置在所述光纤102的同一侧，所述光纤检测器4的输出端与所述光电探测器5的输入端相连，所述光电探测器5的输出端与所述光纤102的输入端相连，所述光纤102嵌入所述电光调制器3中。[0129] 通过集成光缆和管道的功能，可以提高工程效率、降低施工成本、提高设备的连接和监控效果。[0130] 至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。[0131] 以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

专利地区：黑龙江

专利申请日期：2023-08-11

专利公开日期：2024-10-18

专利公告号：CN117029888B