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专利名称：一种基于主动温控分布式温度监测的海底管道悬空监测装置与方法
技术领域：
本发明属于海洋工程和传感技术领域，涉及到一种基于主动温控分布式温度监测的海底管道悬空监测装置与方法。
背景技术：
目前在我国海上油气田开发海域，已经铺设了众多数量的海底管道，这些海底管道承担着输送油气的重要任务。海底管道是海上油气田的生命线，其运行状况直接关系到海上油气田的安全。但由于海流的长期冲刷以及海洋地质灾害等因素的影响，海底管道下面的承载物容易被掏空，造成海底管道的悬空。如果不能尽早发现这些悬空点，任由悬空部分不断扩大，很可能会造成海底管道的断裂，给国家造成重大的经济损失，同时也给海洋造成极大的污染。因此，如何尽快发现海底管道的悬空点并计算出海底管道悬空的长度具有十分重要的意义。国内外一些公司针对容易产生悬空的管道区段雇潜水员下水触摸，以检查海底管道的悬空状况，主要存在以下缺点工作效率低，使得维护费用增加；在海流比较复杂的海区，潜水员下水作业的危险性很大；某些水深较大的海区，潜水员无法作业。近几年来，由于侧扫声纳技术的发展，图象的分辨率有了很大的提高。国内的部分物探专家逐步将侧扫声纳系统应用到海底管道悬空调查中，他们依靠长期积累的工作经验和理论知识，形成了自己的一套方法。但该技术也存在诸多缺点，例如成本高，精度不够，不能实时监测等。因此，为了降低海底管道后期的维护费用，提高工作效率，使用智能传感器进行安全、高效、科学的海底管道悬空调查是必然的趋势。

发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够测量海底管道悬空位置及长度的监测方法，精确地实现对海底管道悬空长度的监测，并且同时满足实际恶劣工程环境对于传感系统耐久性、稳定性的要求。本发明的技术方案是一种基于主动温控分布式温度监测的海底管道悬空监测装置，包括分布式加热单元、分布式温度传感单元和封装保护层。分布式加热单元由线性发热材料制成，并且发热的功率可由电流大小进行控制； 线性发热材料包括铜、镍、铬、铝、铁等合金材料或碳纤维材料。分布式温度传感单元由光导纤维充当，可以是基于光纤布里渊分布式温度传感纤维或者光纤喇曼散射分布式温度传感纤维。 封装保护层采用防水性铠装材料。分布式温度传感单元平行布置于分布式加热单元外侧，两者用胶水连接固定；防水性铠装材料对粘结在一起的分布式加热单元和分布式温度传感单元进行封装；该海底管道悬空监测装置由端部引出分布式加热单元的电源线和铠装光缆保护的光导纤维；引出的电源线可以连接电源，并利用传感器内的加热单元产生热量；引出的光导纤维则连接上光纤解调器，实现温度的测量与记录。安装时，将装置沿海底管道长度方向布置在海底管道表面，连同海底管道一起埋入海底。使用时，该装置会以一定功率向外散发热量，由于热量在海底土体和海水中传导速率明显不同，通过测量的温度曲线不同特征，可以实现管道周围介质是水或是泥土的判定， 从而实现悬空段的监测。该发明可以通过加热装置的功率来实现该传感器灵敏系数的调节。本发明的效果和益处是原理清楚，工艺简单，适于产业化生产，测量精确度高。


图I是一种基于主动温控分布式温度监测的海底管道监测方法与传感器的应用环境图。图2是一种基于主动温控分布式温度监测的海底管道监测方法的具体实施局部剖面图。图中1传感器；2海底管道；3海底土层；4分布式加热单元；5分布式温度传感单元；6封装保护层。
具体实施例方式以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式
。一种基于主动温控分布式温度监测的海底管道悬空监测装置，主要由分布式加热单元4、分布式温度传感单元5和封装保护层6组成。分布式加热单元由线性发热材料制成，分布式温度传感单元由光导纤维充当。加热单元置于传感器里层，传感单元置于其外侧，两者用胶水粘连好；然后，用具有一定强度的防水性铠装材料对粘结在一起的加热单元和温度传感单元进行封装；封装后，装置一端完全密封，另一端引出分布式加热单元的电源线和铠装光缆保护的光导纤维，接头处做好放水保护。封装保护层主要起保护作用，保证整个传感器在纵向拉力和横向外力作用下的安全性。本发明的装置属于分布式海底管道悬空监测传感器，安装时将其沿海底管道长度方向布置在海底管道表面，然后连同海底管道一起埋入海底即可。使用时，在引出端电源线接通电源，加热单元向外释放热量；引出端光导纤维连接上光纤解调器，实现加热过程中温度的测量与记录。通过分析采集到的温度变化曲线的特征，实现管道周围介质是水或是泥土的判定，从而实现悬空段的监测。
权利要求
1.一种基于主动温控分布式温度监测的海底管道悬空监测装置，其特征在于，该装置包括分布式加热单元、分布式温度传感单元和封装保护层；分布式加热单元由线性发热材料制成；分布式温度传感单元由光导纤维充当；封装保护层采用防水性铠装材料；分布式温度传感单元平行布置于分布式加热单元外侧，两者用胶水连接固定；防水性铠装材料对粘结在一起的分布式加热单元和分布式温度传感单元进行封装；该装置由端部引出分布式加热单元的电源线和铠装光缆保护的光导纤维；引出的电源线连接电源，引出的光导纤维则连接上光纤解调器。
2.如权利要求I所述的一种基于主动温控分布式温度监测的海底管道悬空监测装置， 其特征还在于，所述的线性发热材料发热是合金材料或碳纤维材料，功率由电流大小进行控制。
3.如权利要求I所述的一种基于主动温控分布式温度监测的海底管道悬空监测装置， 其特征还在于，光导纤维是基于光纤布里渊分布式温度传感纤维或者光纤喇曼散射分布式温度传感纤维。
4.如权利要求2所述的一种基于主动温控分布式温度监测的海底管道悬空监测装置， 其特征还在于，所述的合金材料或碳纤维材料包括铜、镍、铬、铝、铁。
5.使用权利要求I或2或3或4所述的海底管道悬空监测装置的监测方法，其特征是， 将装置沿海底管道长度方向布置在海底管道表面，连同海底管道一起埋入海底；通过升温或降温过程中测量的温度曲线不同特征，实现管道周围介质是水或是泥土的判定，从而实现悬空段的监测；通过加热装置的功率来实现该传感器灵敏系数的调节。
全文摘要
一种基于主动温控分布式温度监测的海底管道悬空监测装置与方法，属于海洋工程和传感技术领域。其装置由分布式加热单元，分布式温度传感单元和封装保护层组成；加热单元由线性发热材料(可以是铜、镍、铬、铝、铁等合金材料或碳纤维材料)制成；采用电缆内部的光导纤维(基于光纤布里渊分布式温度传感技术或者光纤喇曼散射分布式温度传感技术)监测热传递过程中的温度变化。该监测方法安装时将内含光导纤维的铠装加热电缆沿管道长度方向，布设于海底管道外侧，无须将其电缆黏贴在管道表面或埋设到管道结构内；利用沙水介质在主动加放热过程中不同的温度特征测量悬空段；本发明的效果和益处是原理清楚，工艺简单，适于产业化生产，测量精确度高。
文档编号G01K11/32GK102590275SQ20121004501
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月24日 优先权日2012年2月24日
发明者巴勤, 李乐, 欧进萍, 赵雪峰 申请人:大连理工大学