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IDFS-PCCP管道斷絲監(jiān)測(cè)方案

IDFS-PCCP斷絲智能監(jiān)測(cè)解決方案

一、PCCP斷絲的危害

預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（Prestressed Concrete Cylinder Pipe, PCCP）作為長距離輸水管道的核心構(gòu)件，其結(jié)構(gòu)安全直接關(guān)系供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和公共安全。PCCP斷絲是管道失效的主要誘因之一，其造成的損壞非常巨大

二、傳統(tǒng)PCCP斷絲檢查法

傳統(tǒng)的PCCP斷絲檢查方法依賴人的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，并且需要排空管道才能進(jìn)行，作為正在運(yùn)行的輸水管線，很難有條件停水較長時(shí)間進(jìn)行檢測(cè)。

三、斷絲在線監(jiān)測(cè)技術(shù)原理

由于PCCP斷絲時(shí)產(chǎn)生的聲音信號(hào)頻率域DAS不在一個(gè)頻段期間，所以只依靠DAS是無法測(cè)到斷絲信號(hào)的，IDFS的方案將干涉儀和DAS結(jié)合使用，通過干涉儀監(jiān)測(cè)到斷絲信號(hào)發(fā)生的時(shí)間，再分析相應(yīng)時(shí)間點(diǎn)的干涉儀信號(hào)，得到斷絲發(fā)生的位置。

四、PCCP斷絲監(jiān)測(cè)技術(shù)難點(diǎn)

由于PCCP斷絲時(shí)發(fā)出的聲音信號(hào)在自然環(huán)境中幾乎無法模擬，常用的檢查方法是使用拉伸機(jī)強(qiáng)力拉斷鋼筋，在拉斷鋼筋后得到拉伸時(shí)的聲音

但這種試驗(yàn)方案有很大的問題，首先鋼絲不一定是經(jīng)過預(yù)應(yīng)力拉伸的，直接拉斷與預(yù)應(yīng)力崩斷發(fā)生的聲音有很大不同，另外鋼絲拉斷后，聲音在空氣中傳播后發(fā)生了很大衰減，其效果還不如在水中傳播。

四、北京湜沅PCCP斷絲監(jiān)測(cè)研發(fā)歷程

要真正解決斷絲難題，就必須在真實(shí)的管道環(huán)境中進(jìn)行，自2022年開始，我司聯(lián)合北京市水利科學(xué)研究院、南京大學(xué)光傳感技術(shù)中心在北京南水北調(diào)中線工程的真實(shí)管道中進(jìn)行了長期的研發(fā)驗(yàn)證，從頭正向

研發(fā)了專用于PCCP斷絲的IDFS斷絲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

由于PCCP斷絲時(shí)產(chǎn)生的聲音信號(hào)頻率域DAS不在一個(gè)頻段期間，所以只依靠DAS是無法測(cè)到斷絲信號(hào)的，IDFS的方案將干涉儀和DAS集成到一個(gè)光路系統(tǒng)中，通過干涉儀監(jiān)測(cè)到斷絲信號(hào)發(fā)生的時(shí)間，再分析相應(yīng)時(shí)間點(diǎn)的干涉儀信號(hào)，得到斷絲發(fā)生的位置。

經(jīng)過兩年的艱苦研發(fā)，我司成功突破了國外公司的技術(shù)封鎖，成功解決了斷絲問題，累計(jì)抓到斷絲16次，以下是一個(gè)典型的斷絲事件

相應(yīng)DAS測(cè)到的事件位置、

三、IDFS斷絲斷絲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件部署架構(gòu)

六、軟件架構(gòu)

軟件流程簡(jiǎn)要說明：

1、采集部署在PCCP管內(nèi)產(chǎn)生聲音振動(dòng)信號(hào)

2、實(shí)時(shí)分析信號(hào)，分析斷絲特征

3、對(duì)斷絲信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，對(duì)疑似的斷絲信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步確認(rèn)，由于斷絲信號(hào)的確認(rèn)影響較大，確認(rèn)后需要進(jìn)行通知甲方進(jìn)行開挖驗(yàn)證，所以斷絲事件的最終確認(rèn)是非常謹(jǐn)慎的。

4、完成斷絲信號(hào)的識(shí)別和定位后，根據(jù)斷絲所在的位置，映射到具體管節(jié)和樁號(hào)。

三、湜沅IDFS系統(tǒng)核心技術(shù)參數(shù)

參數(shù)項(xiàng)	技術(shù)指標(biāo)
監(jiān)測(cè)距離	≤50 km（單端解調(diào)）
空間分辨率	≤1 m
采樣頻率	最高100M Hz
動(dòng)態(tài)范圍	≥40 dB
斷絲識(shí)別靈敏度	≥1根鋼絲斷裂（信噪比>20 dB）
工作溫度	-40℃~+70℃（工業(yè)級(jí)光纖）
數(shù)據(jù)輸出	實(shí)時(shí)波形+事件報(bào)警（API接口）

七、施工技術(shù)

1. 光纖布設(shè)工藝

a. 管內(nèi)軸向黏貼：采用耐水壓、抗腐蝕的柔性膠層，將傳感光纖沿PCCP內(nèi)壁螺旋敷設(shè)，確保與管體振動(dòng)耦合。

b.施工方法: 光纜在管內(nèi)不能越過蝶閥，因此遇蝶閥需將光纜用穿纜組件將光纜從閥一側(cè)從管內(nèi)引出，再從另一側(cè)用穿纜組件將光纜引回管內(nèi)，另外每盤光纜長約2km，因此利用部分繞過蝶閥的機(jī)會(huì)，將光纜引至井內(nèi)接續(xù)盒予以接續(xù)