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关于我们

临沂实康水务有限公司通过与天津大学联合成立天津大学-实康水务新旧动能转换联合研究中心,旨在加深在节水型城市、智慧水务等领域的合作,共同推动临沂市公共服务行业的技术创新和应用而成立的产学研结构,研究中心立足水务,辐射全行业,实现产学研一体化的科技发展之路。

以新技术、新方法解决临沂城区供水漏损率偏高、制水生产建设新技术、水厂边界安防等问题,基于全域性光纤流量与光纤传感器及传感系统、完善智能调度系统,与现有管网减损系统相连动,实现预警报警功能。

(一)前期已完成的科研成果

结合MEMS技术和光纤技术研制了新型高精度光纤法珀压力探头研究。核心器件是MEMS传感头芯片,由玻璃和单晶硅膜片组成,通过对玻璃进行腐蚀加工、蒸镀反射膜、与单晶硅圆片键合实现光纤法珀干涉仪。实现了传感器批量制作,并通过实验验证比较了不同批次传感器性能。进行了光纤法珀压力传感器稳定性影响机理及老化方法研究,建立了光纤法珀压力传感器残余气压及热应力对膜片形变的影响模型。开展了提升传感器稳定性的老化方法研究,提出了光纤法珀压力传感器温度老化、压力老化和复合老化方法,设计建立了温度老化和压力老化系统,对传感器进行多次循环老化处理来释放硅片残余热应力及降低微腔内残余气压的影响。结合偏振技术和低相干技术研究了光纤法珀压力传感解调技术。建立基于低相干干涉的解调理论模型。通过干涉理论分析,建立了传感信号与解调信号理论模型。综合光源光谱谱型、传感干涉信号和解调干涉信号给出了低相干干涉条纹输出公式。解调单元利用双折射构成光学杠杆,即用沿光楔长度方向较大的横向位移对应较小的光程差,无机械移动部件,从而实现高精度高稳定光程差扫描。从低相干光源、解调单元光学部件、CCD驱动与处理电路以及低相干干涉信号提取算法等方面进行了光纤压力解调单元优化。研究了光纤法珀压力传感器信号信噪比对光纤法珀压力传感解调干涉级次跳变及绝对相位影响,研究显示信噪比大于18dB后可避免干涉级次跳变,大于23.5dB后压力传感精度大于0.040%F.S.。研究了中心频率漂移现象的影响机制,确定了光的非垂直入射对于光程差的空间分布的影响,探索了解调系统中位置相关色散对相位信息的影响,建立了位置相关色散在空间频域中的理论模型,提出了基于空间频域非线性效应的色散补偿解调方法,能够有效避免传统空间频域分析法由位置相关色散影响导致的阶跃误差,解调精度达到0.017% F.S.,比传统的包络峰值法提高了18.9倍。该方法具有适用于任意谱形宽带光源的优点,计算量比基于干涉图样的色散补偿法减少一半。并采用3D打印技术进一步实现解调单元的一体化制作,保证了安装的精度和一致性。

(二)关键技术应用

1、基于光纤F-P压力传感器及其解调技术,开展智能管网流量监测方法研究,主要是探索在闭环水务管网环境条件下,水资源流量变化引起的压力改变量化模型关系,开发可实用化的全光纤F-P压力传感器及其解调系统,对水务管网系统的流量和压力进行智能监测,通过准分布式的压力/流量实时监测,评估管网的漏损检报。

2、基于全光纤M-Z双臂干涉技术,开展全光纤管网防挖掘预警方法研究,主要是采用激光干涉的光纤传感技术分析,在外力即将破坏管网前预警,保证管网安全;管网泄漏时产生的振动较大,利用光纤扰动方案,采用光纤传感技术分析,对管网漏损初期进行预判并精确定位潜在的漏点位置(精度10米量级)。

3、基于上述传感系统和相关技术,开展海量数据深度学习智慧水务监测调度方法研究,主要是构建用于海量数据处理的智慧水务监测预警与调度管理平台,通过深度学习与神经网络算法实现水务管网系统的预测、预警、预报,提高现有水务系统监测预警水平。

(三)该技术的创新点

1、光纤检测供水管道的理念创新,即利用全光纤M-Z双臂干涉技术进行供水管道漏损控制的新型漏损控制理念。他将改变我们对管网漏损控制的认知,从被动防御转为主动发现。

2、光纤的布设方式创新,即采用三层塑料薄膜将光纤按正弦曲线均匀固定在底层塑料薄膜上,贴合供水管道包裹铺设。遇供水管道交叉时,不破坏光纤的情况下切割塑料薄膜使之绕开管道接口。这样做的目的是能最大接触面的对供水管道进行覆盖监测。

3、本系统具有模式识别能力:识别不同的事件类型,包括泄露、人工挖掘,重型机械挖掘行为等。且运行稳定、可靠,全天候工作,无死角。该系统通过深度学习与神经网络算法实现水务管网系统的预测、预警、预报,提高水务系统监测预警水平。

(四)该技术的应用前景

为了控制管网漏损率,目前世界范围内漏损控制的方法不管是漏点检测、分区管理或是压力调控均是漏点发生后的如何解决,治标不治本,无法实现漏损的提前预判。本项目开创性的提出利用光纤扰动方案,对管网漏损初期进行预判并精确定位潜在的漏点位置(精度10米量级)。

该技术应用于供水管道漏损检测,必将具有划时代的意义,他将改变我们对管网漏损控制的认知,从被动防御转为主动发现。一旦该技术得到广泛应用,未来我国的城市公共供水系统(自来水)的管网漏损率将会达到世界领先水平,每年可节约水损价值达百亿元。该项技术同时更加适应于燃气、石油等高附加值的产业中,潜在市场价值每年达几千亿甚至上万亿的规模。

 

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