传感电缆泄漏检测与定位技术

传感电缆泄漏检测与定位技术

刘墨曦

武汉工程大学 湖北省武汉市 430200

摘要：对市场上现有的泄漏检测传感电缆进行了分析，总结了其技术特点。针对分压定理，详细阐述了基于电压源与传感电缆结合的泄漏检测与泄漏定位原理，介绍了传感电缆的选型和安装注意事项。

        关键词：泄漏检测；传感电缆；分压定理；泄漏定位

        引言

        泄漏检测是一项非常重要的工作，往往涉及到工业生产的方方面面。目前泄漏检测手段较多，包括通过人工巡查、点式传感器、光电传感器和传感电缆等[1]。传统的人工巡查方法往往费时费力，效率低下且成本高昂；点式传感器只能检测某一个点的泄漏；光电式传感器通过光信号来检测，设备精密价格高昂。传感电缆具有非常多的优点，使用传感电缆进行泄漏检测，可以实现大范围覆盖，实时检测，泄漏检测和泄漏点定位精度高，可靠性高且成本较低，比其他检测方法有着明显的优势[2]。

        1传感电缆分类及技术特点

        1.1传感电缆分类

        传感电缆也叫传感线，是用于检测特定信号的电缆，可以检测外界入侵、物质泄漏、压力变化等等。根据不同的分类标准，可以将传感电缆分为不同的种类。按是否具有定位功能，可将传感电缆分为定位传感电缆和非定位传感电缆；按检测的对象不同可分为漏水传感电缆、漏酸传感电缆、漏油传感电缆、振动传感电缆等[3]。

        1.2传感电缆技术特点

        传感电缆具有结实耐磨，误差小，设计灵活，安装方便等特点。传感电缆必须与相应的控制器配套安装，当沿线任何位置有泄漏发生时，系统都可以可检测到泄漏，此时配套的泄漏控制器则立即会启动报警，并且通过预设算法迅速进行泄漏定位[4]。

        传感电缆通常采用可导电的高分子聚合物与牢固的含氟聚合物材料组合制造，因此传感电缆具有非常强韧不易拉断，并且能够耐酸碱腐蚀、耐光照老化和磨损。线缆通常为螺旋式构造，导电线完全嵌入基体，可以保证导电金属完全隐藏不外露，因此即使是恶劣的环境，或者充满腐蚀性液体的腐蚀环境下也可使用。此外螺旋形结构还能大大减少电磁干扰，有助于减少误报率，并能减小检测误差，通常传感电缆的检测误差在0.5%以内。传感电缆带有独特防水结构的塑料接插头，可级联延长[5]。

        HG-4L传感电缆可检测到电缆上沿线任何位置有水出现的情况，也能检测到弱酸性或弱碱性液体的渗漏。传感电缆定位精度高，误差不大于千分之一。通过选择不同长度规格的电缆，可满足各种检测范围需要，直线检测距离最远可达惊人的1.5km。漏水传感电缆体积小，重量轻，十分牢固且柔韧，工程安装十分方便，表面可快速干燥。电缆为螺旋形结构，与平行结构这种常见的普通结构相比，螺旋形结构可以极大的减少机房现场环境的电磁干扰，极大的减少误报率，还可使电缆的使用寿命大大提高。此外，电缆具有十分坚固的构造，因此及耐普通磨损，金属全隐蔽，因此可以长期运行于腐蚀性环境中。漏水检测线缆由防腐，少烟，无毒材料制成，符合环保要求。

        2传感电缆泄漏检测与定位原理

        2.1传感电缆泄漏检测原理

        传感电缆的检测线与黑色导线构成一个完整的导电回路，因此2组线在整个电缆上组成两个回路，在干燥时，两个回路之间的电阻值为无穷大。当发生泄漏时，液体接触到传感电缆，便会穿过聚合物编织层，导致内部导电性聚合物膨胀，体积膨胀，但外部的聚合物编织层不会膨胀，因此会压缩内部的导电聚合物，导电聚合物压紧后便与2根黑色导线接触，从而连通两个互不相关的回路。此时，两个回路之间的电阻值为一有限值。通过检测两个回路之间的电阻值变化情况，即可确定泄漏故障是否发生，并且还可以检测出泄漏点的详细位置。

        2.2传感电缆泄漏定位原理

        利用传感电缆实现进行泄漏检测，其本质就是对传感电缆的阻抗参数及其因泄漏所产生的微弱变化进行检测。目前，针对传感电缆泄漏信号的测量方法主要有回波反射法和分压法。回波反射法由于要发送并接受脉冲波，若要实现对泄漏点的精确定位，对装置硬件性能要求高，不利于减少开发成本。分压法在定位精度上较前者略差，但在对传统分压法改进提出的分压补偿的检测方法，实现了定位精度的极大提高，能够满足实际需要[6,7]。因此本文以分压法来说明传感电缆泄漏定位的原理。

        传感电缆进行泄漏定位的原理如图1所示，首先在传感电缆所在的检测电路中串接一个阻值大小合适的分压电阻RI，整个回路的供电电源为电压是U的高性能稳压电源，串接的分压电阻RI的分得的电压为VB，从泄漏导通点一直到到电源负端的电位为Vx，当系统检测到泄漏后对泄漏点进行定位时，可得Vx=VR，I为通过RI的电流，则：

        图1传感电缆泄漏检测定位方法

        由于传感电缆的每一部分都由相同的检测线和导线组成，因此每一个部分都可准确的感应泄漏的存在，因此无论任何位置发生泄漏时，随着泄漏液体与传感电缆的接触融合，两个回路的导通是一个逐步充分的过程，因此传感电缆的电阻值是一个逐步变化的值，与电缆感应的泄漏量有关，如果在泄漏定位计算时将其导通情况简单的分为短路或完全导通，那么此时得到的电阻阻值与实际差异较大，其结果将会导致很大的泄漏定位误差。因此，为了能准确的对泄漏位置进行定位，需要为泄漏传感电缆设计专用的电路。

        3小结

        本文首先阐述了传感电缆的分类和技术特点，并结合市场上现有产品进行了说明。其次介绍了其物理结构和泄漏检测的原理，并且对泄漏定位的原理进行了推导，介绍了如何在工程上对泄漏点进行定位，并给出了详细的泄漏定位算法。

        参考文献

        [1]安杏杏,董宏丽,张勇,等.输油管道泄漏检测技术综述[J].吉林大学学报:信息科学版,2017,35(4):424-429.

        [2]税爱社,陈伟民,方卫红,等.基于分压补偿的传感电缆泄漏检测精确定位方法[J].仪器仪表学报,2013,34(2):332-337.

        [3]汪洋,李捍平,林晓波,等.基于分布式光纤振动传感的海底电缆绝缘击穿故障检测[J].电线电缆,2018(1):31-34.

        [4]刘秀雄,黎玉庭,陈炜智,等.高压交联聚乙烯电缆特征气体传感电路研究与机理分析[J].工程技术:文摘版,2016(12):00133-00135.

        [5]梁红英.自承式传感电缆[M].2012.

        [6]杨汉武,张自成,高景明,等.低阻脉冲形成线电容分压器的在线补偿标定[J].强激光与粒子束,2016,28(5):139-144.

        [7]胡亮灯,赵治华,孙驰,等.IGBT集电极电压高精度测量方法研究[J].电机与控制学报,2018(6).