打开文本图片集

摘要：文章先分析了分布式光纤测温原理，随后介绍了基于分布式光纤温度泄漏点定位，最后介绍了分布式光纤测温系统在水管泄漏定位中的具体应用，希望能给相关人士提供有效参考。

关键词：分布式光纤;埋地自来水管;多点泄漏;定位方法

引言：近几年在城市管网应用建设中相继暴露出各种管网泄漏问题，从而阻碍、限制了城市的建设发展。但在具体监测中，传统模式下的监测方法不适用于埋地水管实施泄漏定位。在管线测温技术持续创新研究发展背景下，进一步扩大了分布式管线测温技术应用范围，能够对城市中的埋地自来水管进行有效的泄漏检测，及时发现各种管网泄漏问题，采取有效解决措施，保障管网的安全运行和人民正常用水。

一、分布式光纤测温原理分析

当前，大部分自来水管相关泄漏检测方法普遍是和单一管道泄漏问题或管道短距离单独泄漏点，很少存在涉及长距离多点泄漏的管道监测技术。但利用分布式光纤为基础的散射测温系统能够有效应用于管道监测当中，能够快速发现管道泄漏现象，系统应用成本低廉、报警速度快、拥有较高监测精度。为此可以将基于分布式光纤的测温系统合理应用到埋地供水管网当中，进行漏水管道定位检测。

近几年，因为光纤传感装置自身所具备的耐腐蚀、抗电磁干扰、可弯折以及不带电等优势，得到人们高度重视。分布式光纤传感系统能够实现光纤环境在线实时监测以及分布式测量，在整个供水管网的运行监测中拥有较大发展潜力。利用基于分布式光纤的测温系统对整个供水管网运行状态进行全面监控，能够借助自来水和周围介质温度差帮助分析是否出现管道泄漏问题。

二、基于分布式光纤温度泄漏点定位分析

基于分布式光纤的温度泄漏点定位方法主要包括以下几个环节，第一是针对原始光信号实施预处理，因为地下分布光纤容易被周围环境因素所影响，相关噪音信号同样会影响泄漏点定位检测的准确性，出现虚警等问题，为此需要针对相关信号实施预处理，随后进行科学判断。埋地管网对应试验环境内，对铸铁埋地管网和UPVC管网开展定位试验和泄漏检测，通过分布式光纤为基础的测温系统实施信号采集和全面监测，并做好温度点采样工作，从其中选择典型泄露信号，实施中值滤波处理。因为不能针对去噪处理的光信号实施泄漏定位，为此需要针对光信号去噪处理获得温度信号，率先预处理温度信号，随后进行泄漏检测定位。

第二是分类处理。埋地供水管网在产生泄漏问题后，供水管网对应泄漏介质会导致周围材料产生温度变化，通过基于分布式光纤技术的测温系统实施检测，能够发现泄漏点和正常区域内的信号差异。为对埋地管道中的泄漏问题进行准确判断，需要针对各种预处理信号实施全面分类。第三，减少系统虚警率和提升系统检测定位精确度是基于分布式光纤测温检测的重要内容，也是供水管网泄漏定位的重点问题，为此需要针对相关阈值进行准确设定。

三、分布式光纤测温系统在水管泄漏定位中的具体应用

（一）搭建泄漏检测系统

分布式光纤为基础的测温系统在供水管网泄漏检测具体原理如下图所示。脉冲光经波分复用模块输送至传感光纤内，传感光纤沿线不同点形成散射光信号，由于传感光纤主要顺着自来水管网进行铺设，因此光纤沿线不同点信号主要反馈出供水管网运行状态。通过波分复用模块对散射光信号进行分解，变成反斯托克斯光以及斯托克斯光两种类型，经光电转化处理，把原本的光信号变为电信号，利用信号处理模块对应信号采集卡全面采集各种电信号，并通过信号变化检测得到光功率变化。最后利用计算机系统综合对比分析所采集各项数据信息，准确判断自来水管网的泄漏点。在脉冲光源发送光信号中，光源模块会朝高速采集卡传输触发信号。联系触发信号对信号发送到接收时间差进行准确计算，能够帮助判断供水管网泄露部位[1]。

（二）实验过程和注意事项

分布式光纤为基础的测温系统属于一种1550纳米波长的光源，整个实验操作中能够联系具体实验要求，借助专门软件对光源重复频率、脉冲宽度以及光源功率进行合理调节，通过反复试验最终得到光源参数如下，平均光功率值是170 ，脉冲宽度是10ns，重复频率是7kHZ。

针对基于分布式光纤的测温检测系统，为将供水管网实际运行状态准确、全面反应出来，可以借助专门数据采集卡以及DEMO程序现实供水管网整条运行状态。借助专门系统软件能够联系相关实验要求于控制区内对累加次数、采样长度、出发方法进行合理选择，通过连续采样能够实时监控供水系统管网。为模拟供水管网泄漏问题，基于实验室环境中，应用50毫米宽、长3米的管段构建管道泄漏模拟系统装置，随后在水管正下方合理铺设光纤管网，通过沙子全面掩埋。实验中率先通过DTS系统针对未泄漏传感光纤介质实施温度检测，随后联系现实状况开启各个点位阀门，模拟各个部位泄漏状况，通过实时监控合理调节流量。

（三）实验结果分析

DTS系统相关输出波形如下图所示：

上图中a为管道未泄漏条件下的波形图，b图为泄漏自来水和外部环境维持2度的温差以及泄漏水和光纤接触范围超出1米的波形图，c图是管道泄漏自来水和外部温差为5摄氏度条件下，泄漏水和光纤接触范围为1米的波形图。D为泄漏自来水和外部环境温度相差5摄氏度，同时水和光纤接触范围超出2米的波形图。在供水管网未出现自来水泄漏条件下，对应输出波形对应a，能够发现尽管相关波形并非十分平整，存在一定波动毛刺，但整体而言相对平稳，不存在突出小包。在自来水泄漏温度和外部介质温度差处于2到5摄氏度之间，开启传感光纤中相距260米的管道阀门，对自来水泄漏量进行合理控制，确保泄漏自来水和传感光纤之间达到接近一米接触长度，并获得b、c两种输出模型。能够发现260米部位存在突出温度包，和b以及c比起来，对应相对输出功率变化幅值扩大。在泄露点对应自来水温度和外部借助温度差处于5摄氏度条件下，率先设置泄露介质和传感光纤两者之间超出1米的接触长度，同时自来水泄露部位持续溢出水，土内自来水围绕泄漏点持续朝外扩散，到水和传感光纤接触范围超出2米，得到对应波形如d，和c图进行综合对比分析，能够发现相关波形幅值扩大，范围变宽。在泄漏水温度和外部环境温度相差5摄氏度条件下，开启传感光纤中相距260米以及相距一米的两部分供水管道阀门，对自来水泄漏容量实施合理控制，促进两部分泄漏点和传感光纤接触范围分别设置成1米，获得对应信号波形，联系波形判断存在两种泄漏点。结合反复试验，对光源参数进行合理调整，确保充足空间分辨率，保证达到1度测温精度，通过合理创建自来水管道模拟泄漏设备，借助基于分布式光纤传感器实时定位监控漏水点。结合模拟装置试验可以发现，光纤传感装置所处环境温度和泄漏水温度差值为2摄氏度条件下，能够借助监测波形判断是否存在泄漏事故[2]。

结语：综上所述，管道运输是输送自来水的重要方式，但因为管道长期运行、质量标准下降，产生各种老化问题，容易出现严重的泄漏现象，随着城市化建设速度不断加快，各种工程建设严重威胁供水管网，如果管道长时间漏水却未能及时发现，容易影响路面和建筑物安全，严重情况下还会导致塌方问题，产生严重人员伤亡，为此需要全面监测管道施工。

参考文献

[1]周薇薇，李家爱.自来水厂活性炭池生物泄漏的评价方法及控制措施[J].净水技术，2019，38（03）：63-69.

[2]赵亚.基于分布式光纤拉曼测温的自来水管道泄漏检测与定位研究[D].中国计量大学，2019.