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油气管道位移监测装置

阅读：448发布：2020-05-13

IPRDB可以提供油气管道位移监测装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种油气管道位移监测装置，包括动桩和基桩，动桩上固定有第一安装平台，第一安装平台上设有第一反射镜；基桩上固定有第二安装平台，第二安装平台上设有分光镜、激光器、第二反射镜以及光检测器，上述分光镜、激光器、第二反射镜以及光检测器和第一反射镜构成迈克尔逊干涉仪；动桩的下端与卡箍固定连接，卡箍安装在油气管道的外圆周上，基桩固定安装在油气管道的一侧。本发明的油气管道位移监测装置，通过迈克尔逊干涉法来检测油气管道位移，光检测器得到测量结果，提供了精度保障，采集单元将测得的数据输入处理单元中处理，具有测量精度高，自动化程度高，操作简便等优点，并且能够做到实时监测。，下面是油气管道位移监测装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种油气管道位移监测装置，其特征在于：包括动桩(1)和基桩(2)，动桩(1)上固定有第一安装平台(3)，第一安装平台(3)上设有第一反射镜(5)；基桩(2)上固定有第二安装平台(4)，第二安装平台(4)上设有分光镜(6)、激光器(7)、第二反射镜(8)以及光检测器(9)，所述分光镜(6)、激光器(7)、第二反射镜(8)以及光检测器(9)和第一反射镜(5)构成迈克尔逊干涉仪；动桩(1)的下端与卡箍(10)固定连接，卡箍(10)安装在油气管道(11)的外圆周上，基桩(2)固定安装在油气管道(11)的一侧。

2.根据权利要求1所述的油气管道位移监测装置，其特征在于：所述动桩(1)外套设有定位套管(12)，动桩(1)和定位套管(12)之间设有缓冲层，基桩(2)外套设有保护套管(13)，基桩(2)和保护套管(13)之间设有缓冲层。

3.根据权利要求2所述的油气管道位移监测装置，其特征在于：所述缓冲层为绕成环状的毛毡。

4.根据权利要求1所述的油气管道位移监测装置，其特征在于：所述光检测器(5)与采集单元相连，采集单元与处理单元相连，所述处理单元用于处理采集单元收集的数据。

5.根据权利要求1所述的油气管道位移监测装置，其特征在于：所述第一安装平台(3)和第二安装平台(4)位于同一水平面。

6.根据权利要求1所述的油气管道位移监测装置，其特征在于：所述第一安装平台(3)和第二安装平台(4)位于同一竖直面。

说明书全文

油气管道位移监测装置

技术领域

[0001] 本发明属于冻土区油气管道位移监测技术领域，具体涉及一种油气管道位移监测装置。

背景技术

[0002] 冻土是一种特殊的土类，温度为负温或零温，并且含有冰的土，称为冻土。按土的冻结状态保持时间的长短，冻土一般又可分为短时冻土(数小时至半月)、季节冻土(半月至数月)以及多年冻土(两年以上)。我国冻土非常发育，多年冻土面积约为211万平方公里，占我国国土总面积的23％，在世界上占第三位，主要分布在青藏高原、西部高山和东北大、小兴安岭；季节性冻土面积约为514万平方公里，约占国土总面积的53.5％。其中，中深度季节冻土(＞1m)约占国土面积的1/3，主要分布于东北三省、内蒙古、甘肃、宁夏、新疆北部、青海和川西等地。

[0003] 近百年来，世界气候有转暖的趋势，因而引起了包括东北地区在内的一些地区多年冻土的退化。象东北的多年冻土南界附近，由于气候转暖，地下冰在天然条件下融化，因而形成热融湖、热融沉陷等现象，多年冻土的南界亦发生向北的推移。南界一些原来有多年冻土的地段，经过几年或几十年后多年冻土自然消失。在多年冻土地区兴修工程建筑物，如果设计时未能预知因地基融化可能发生的沉降，并且在运营过程中，沉降量超过建筑物的容许极限，那么可以想象，其基础及其上部结构物将出现不允许的变形，甚至破坏。

[0004] 发达国家输油管道建设已有100多年历史，很多冻土地区蕴藏有巨大的油气资源，相应地油气管道工程设计和施工成为这些地区石油工业最新的挑战。我国在多年冻土地区修建的第一条长输油气管道，即格尔木-拉萨输油管道(简称格拉线)，格拉线于1972年由中国人民解放军施工，1977年基本建成，长达1076km，管径159mm，管壁厚6mm，投资2.3x108元。格拉线工程修建和维护十分困难，全线穿越河流108条，穿越公路123处，900多公里管线在海拔4000m以上，560km位于多年冻土区，冻结期长达8个月。格拉线自1977年运行以来，冻胀、融沉问题已经造成多次“露管”现象。

[0005] 虽然国内外管道运营单位采取了积极的措施应对冻土区的冻胀融沉灾害，中国专利文献CN102563356B(申请号为201110456598.1)公开了“一种冻土区油气管道竖向位移自动监测系统”，这种监测系统采用了区别于普通静力水准沉降仪的液体压力监测方法，通过在基准点和监测点各设置渗压计，测量基准点和监测点所在高程的液压系统的液体压力，进而计算基准点与监测点的高程差。该监测系统由于渗压计量程大(采用量程为70KPa的渗压计)，主要用于大量程(2m)的监测，但对小量程监测的精确度并不高，不能有效的监测油气管道的微位移。

[0006] 迈克尔逊干涉仪是光学干涉仪较常见的一种，其原理是：一束入射光线被分为两束由平面镜反射从而产生干涉现象，形成干涉图样。两束光的不同光程可以通过调节干涉臂的长度来改变介质来实现，主要用于长度和折射率的测量。

发明内容

[0007] 本发明的目的是解决上述问题，提供一种基于迈克尔逊干涉仪的油气管道位移监测装置。

[0008] 本发明的技术方案是：一种油气管道位移监测装置，包括动桩和基桩，动桩上固定有第一安装平台，第一安装平台上设有第一反射镜；基桩上固定有第二安装平台，第二安装平台上设有分光镜、激光器、第二反射镜以及光检测器，所述分光镜、激光器、第二反射镜以及光检测器和第一反射镜构成迈克尔逊干涉仪；动桩的下端与卡箍固定连接，卡箍安装在油气管道的外圆周上，基桩固定安装在油气管道的一侧。

[0009] 优选地，所述动桩外套设有定位套管，动桩和定位套管之间设有缓冲层，基桩外套设有保护套管，基桩和保护套管之间设有缓冲层。

[0010] 优选地，所述缓冲层为绕成环状的毛毡。

[0011] 优选地，所述光检测器与采集单元相连，采集单元与处理单元相连，所述处理单元用于处理采集单元收集的数据。

[0012] 优选地，所述第一安装平台和第二安装平台位于同一水平面，或者，第一安装平台和第二安装平台位于同一竖直面。

[0013] 本发明的有益效果是：本发明所提供的油气管道位移监测装置，通过迈克尔逊干涉法来检测油气管道位移，光检测器得到测量结果，提供了精度保障，采集单元将测得的数据输入处理单元中处理，具有测量精度高，自动化程度高，操作简便等优点，并且能够做到实时监测。

附图说明

[0014] 图1是本发明实施例一中迈克尔逊干涉仪的示意图；

[0015] 图2是本发明实施例一中油气管道位移监测装置的安装示意图；

[0016] 图3是本发明实施例二中油气管道位移监测装置的安装示意图。

[0017] 附图标记说明：1、动桩；2、基桩；3、第一安装平台；4、第二安装平台；5、第一反射镜；6、分光镜；7、激光器；8、第二反射镜；9、光检测器；10、卡箍；11、油气管道；12、定位套管；13、保护套管。

具体实施方式

[0018] 下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明：

[0019] 实施例一

[0020] 如图1和图2所示，本发明的油气管道位移监测装置，包括竖直设置的动桩1和基桩2，动桩1上固定有第一安装平台3，第一安装平台3上设有第一反射镜5；基桩2上固定有第二安装平台4，第二安装平台4和第一安装平台3位于同一水平面；第二安装平台4上设有分光镜6、激光器7、第二反射镜8以及光检测器9，上述分光镜6、激光器7、第二反射镜8以及光检测器9和第一反射镜5构成迈克尔逊干涉仪；光检测器9与采集单元相连，采集单元与处理单元相连，处理单元用于处理采集单元收集的数据。

[0021] 动桩1的下端与卡箍10固定连接，卡箍10安装在油气管道11的外圆周上，基桩2固定安装在油气管道11的一侧，采用钻深孔的方式将基桩2埋设至永冻土，并通过混凝土固定，将基桩2与永冻土凝为一体，进而保证了基桩2是绝对不动的，从而保证了监测精度。动桩1外套设有定位套管12，动桩1和定位套管12之间设有缓冲层，基桩2外套设有保护套管13，基桩2和保护套管13之间设有缓冲层，上述缓冲层为绕成环状的毛毡，并在缓冲层内浇注黄油，这样当定位套管12和保护套管13周围的冻土发生变化时，只会影响到到定位套管
12和保护套管13，而它们之中的动桩1和基桩2不会受到影响，也保证了动桩1可以真实的反映油气管道11的位移。

[0022] 打开激光器7，通过第一安装平台3的移动，激光器7射出的激光束经分光镜6变成两束光，这两束光满足相干条件，分别经第二反射镜8和第一反射镜5交汇在光检测器9上形成亮点，并使亮点居中；在满足上述干涉现象的同时，将动桩1和基桩2固定安装，当冻土区发生冻胀融沉时，第一安装平台3和第一反射镜5的移动使干涉光发生变化，从而第一反射镜5和第二反射镜8交汇在光检测器9上形成的亮点的强度发生明暗的变化，在该过程中，光检测器9将光的干涉波形通过采集单元输入处理单元，处理单元根据以下公式可计算出油气管道11的水平位移ΔL：

[0023] ΔL＝2ΔN*λ，

[0024] 其中，ΔN为干涉波形图中经过波峰(或波谷)的个数，由光检测器9通过光的干涉波形得出；λ为入射激光的波长，该值的大小仅与激光器7的选择有关。

[0025] 实施例二

[0026] 如图3所示，本实施例中的油气管道位移监测装置与实施例一中的结构和原理类似，区别在于第一安装平台3和第二安装平台4位于同一竖直面，且第一安装平台3位于第二安装平台4正下方，这样安装的油气管道位移监测装置用于监测油气管道11的竖直位移，在实际使用中，可设置多组油气管道位移监测装置，分别采用实施例一中的安装方式和实施例二中的安装方式，即可全面监测油气管道11的位移。

[0027] 以往的迈克尔逊干涉仪都要对激光进行扩束，这让读数(要计数出出现或消失的环的个数)极为不便(计数过程中不能有任何的振动干扰)，而此方法激光不经过扩束，直接用光探测器来测量干涉光的强度，因此使读数过程大为简化，光检测器得到测量结果，提供了精度保障。通过迈克尔逊干涉仪对油气管道位移进行实时测量，可测量微米甚至纳米的位移距离，实现精准检测的目的。

[0028] 本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

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