光纤管道传感检测系统.doc

泉州市科技局公开征集产业重大关键技术解决方案撰写提纲方案名称:光纤管道传感检测系统技术领域:光学与光纤传感材料、器件及技术产业领域:科学研究和技术服务和地质勘查业方案申请单位(盖章):厦门大学方案负责人:李森森单位法人代表:朱崇实通讯地址:厦门大学海韵园区联系电话:/推荐部门:厦门大学科技处起止时间:2015年06月至2018年06月一、方案概述(简要说明方案立项的必要性、方案目标、研究内容、技术方案、筹资方案、组织方式、相关基础条件等)本方案将研制采用新型光纤及器件的管道压力、温度、流速/流量、应变等多参数传感器,及其在线监测系统,解决当前管网系统运行参数难以实现分布式、多点、多参数在线监测和信号传输与融合问题,为管网系统的安全、高效、合理调度和运行提供保障。研究内容主要包括:用于传感的新型光纤和器件;基于光纤光栅和光纤干涉原理的压力、温度、流速、应变传感器及结构设计;传感器的制作工艺和封装技术;传感器信号检测和处理技术;传感系统的组网和通信、显示技术。厦门大学信息科学与技术学院在光纤传感技术方面有20多年的研究基础和较强的产品开发实力,在本方案的关键技术上有许多独到的技术和优势,已在新型光纤与器件、光纤传感技术方面申请和获得了10多项专利,发表了100多篇论文,完成了10多项的科研项目。合作单位泉州日新流量仪器仪表有限公司在管道传感器和检测仪表方面有多年的开发经验和应用历史,有雄厚的产品开发实力和条件,建有全省技术领先的气体和液体流量检定装置和系统,经常受省相关部门委托为其它企业的产品提供检定服务。前期双方已经在光纤压力、温度和流速传感器的研制方面进行了紧密合作,加工试制了初步的样品,为本方案的实施提供了坚实的基础。二、,各种管道是维持和维护生产和生活过程正常进行的关键和重要基础设施,对生产和生活正常进行起到非常重要的作用。本方案主要针对供水和供气管道当前在压力、温度、应变、流速/流量等多个参数实时在线监测的需要,以及在实施管道参数的多点、分布、长距离监测和信号传输方面遇到的难题,提出研制采用新型光纤和器件的多参数光纤传感器和在线监测系统,克服当前采用传统电子式传感器件在实际应用中的瓶颈和大规模应用遇到的问题,为管网系统的参数监测提供新的途径,具有较大的创新意义和应用价值。由于管道系统应用的领域较多,下面我们以城市供水管道为例(供气管道情况相似),具体阐述管网系统参数监测的意义和作用。近年来随着城镇建设速度的加快,自来水供水管网越来越庞大且分散。目前在国内各地的管网中,压力、流量和温度传感器的数量存在着很大的不足,在一些三线城市管网中甚至没有安装相应的检测仪器,无法进行管网系统的在线监测、调度和预警。各地每年都会因管网压力不当或其它因素引起漏损,造成巨大的水资源浪费和经济损失,有的地区漏损率甚至达到30~40%。在管网系统中,压力、温度和流速/流量是管网运行的关键参数,特别是通过压力参数可以对管道及设备运行状况进行动态监测,实现自动化的信息管理。如果能将管网各监测点的多种信息实时感测记录并直观显示,对了解管网当前运行状况,合理调度与决策,保障自来水供水管网经济、可靠运行将起到十分重要的作用。因此,开发能检测管道内流体压力、温度、流速/流量,以及管道应变、振动(与管道泄漏有关)的传感器,对建立起一套管网状态参数实时监测系统,建设节约型、智能和信息化城市,保护环境和保障生产生活正常进行,都具有非常重要的意义。,由于各管网监测点分布范围广、数量多、距离远,个别还地处偏僻,采用传统电信号传感和传输的监测系统存在电缆铺设难度大、运行费用高、监测点需要供电、各种传感器集成和融合困难、不便于大规模使用等实际中难以解决的问题。为解决这一难题,近年来也有不少厂家开始研究如何将现有的电传感器在供水管网中应用,以及如何将多个参量的传感器集成在一个装置上。但由于不同参量的传感器检测原理通常都截然不同,还存在相互干扰的问题,集成难度很大;另外,这些基于电信号的传感器在检测和传输时极易受到环境电磁场和气候情况的干扰,同时,传感器的远距离供电和信号传输困难,多个传感器集成时装置的功耗太大也导致较严重的问题。目前,这些难题在实际中还未得到根本性地解决,阻碍了管网系统智能化、信息化的进程。光纤技术在通信和其它传感应用领域已取得了很大的进展,采用光纤的传感和传输方案与上述基于电信号的传感、传输技术相比具有明显的优势。光纤传感器是基于光波信号工作的,传感头无需供电。同时,光纤的传输损耗又非常小(~),因此可以方便地实现远距离信号传感和信号传输,可以把传感和传输融合在一根光纤上实现。采用光纤光栅设计的的压力、温度、流速/