一、背景描述：

预应力钢筒混凝土管(Pre-stressed Concrete Cylinder Pipe, 简称PCCP)的强度取决于缠绕在管芯上的高强钢丝，钢丝在管芯上产生均匀的压预应力，能够抵偿由内压和外荷载产生的拉应力。如果钢丝发生断裂，所在部位管道强度下降。如果同一部位出现多根断丝，管道强度显著降低，在某一时刻导致爆管。大口径PCCP爆管具有突发性、灾难性。爆管发生后，不仅仅会造成管道供水中断，还会引起交通、环境、卫生等公共安全事故。因此大口径PCCP断丝监测系统（pccp断丝检测仪）应运而生，能够迅速地判断出应力管断丝的位置及数量，同时还能兼顾管道泄漏、爆管监测和防开挖功能。

二、工作原理：

系统将光缆铺设在PCCP管道内，该光缆同时具备传感器及传输信号的功能。PCCP发生断丝时，能量释放发出声音。激光器发出激光沿光纤传播，遇到另一端镜面后反射回来。断丝引起的声音产生压力波，作用在光纤线缆上，使光纤出现轻微变形，导致光反射。反射信号被测量，以此判断是否出现断丝。

PCCP断丝数据传输到采集系统，系统识别出反映断丝特征的信号，通过Internet传输到中央处理设备，经过分析处理后，就能即时确定断丝数量，定位断丝位置。

根据国产大口径PCCP断丝监测系统（pccp断丝检测仪）工作原理的描述，我们知道主要检测PCCP管发生断丝时产生的声信号及传递过来的震动信号，所以该系统也称为分布式光纤声波振动传感系统，属于分布式光纤管道泄漏监测系统的其中一种运用场景。

三、系统组成：

PCCP断丝监测系统也称PCCP断丝传感系统、pccp断丝检测仪或者大口径PCCP断丝安全监测系统，主要由三部分组成：数据采集系统DAQ、传感光缆、穿缆组件，另外光纤干涉仪是做选配的。该PCCP管道断丝监测系统一般可以和管线水锤及漏损监测系统（电学式管道泄漏监测系统）配合使用，能够更加准确地判断分析出PCCP管断丝和泄漏情况，多重功能都可兼顾。

3.1、数据采集系统DAQ

数据采集系统DAQ（PCCP管道断丝检测仪）的主要组成单元包括声音传感单元（SSU）、位置传感单元（RSU）、信号调节单元－触发器单元（SCU－TR）、继电器单元、看门狗单元、计算机、伊顿功率分配单元（ePDU）及光纤拉伸器。1台PCCP管道断丝检测仪DAQ可监测50km。该采集系统也可用于长距离管道泄漏（泄露）监测，是分布式光纤管道泄漏监测系统的高配版本。

主要参数：

测量时间： ≤2s

误报率： ≤5%

漏报率： ≤1%

定位精度： ±1m

操作系统： Windows2000以上中文版

通信协议： 提供标准接入协议，并按照相关规约传输给招标方要求的系统数据库

远传通讯接口：TCP/IP接口，100M以太网口

电源要求： 220VAC（±10%），50-60Hz

工作温度：-5℃~45℃

工作湿度： 0~95%（无凝露）

3.2、传感光缆

光缆中包含分布式光纤传感器，既是接收断丝信号的传感器，又是将信号传输到数据采集系统的通道。采用光纤传感器的优点是管理成本低，精度高及可靠。全光纤传感器铺设在管道内，与任一处钢丝的距离不超过1倍管径，断丝定位误差小于1倍管径，因此探测灵敏度高。光纤传感器没有电学元件，寿命长、稳定。

敷设在管道中的传感光缆是针对供水管道使用而定制的，应符合饮用水标准。标准光缆包含4根单模光纤，其中一根为声光纤，一根为定位光纤，另两根为备用光纤。由于监测距离长，运行环境恶劣，光缆在光学、力学及耐久方面有特殊要求。

3.3、穿缆组件

主要包括防渗帽、维特利卡箍、防喷器（BOP）以及挠性管托架。穿缆组件对光缆起到以下作用：避免光缆过度移动造成磨损；进入管道时可以避免尖锐的边缘对光缆造成损害；光缆穿出管道时不会出现急转弯，从而影响光的传播。

四、系统功能：

a）监测断丝的发展并及时预警

可以连续监测断丝，及时掌握断丝数量。大口径PCCP断丝监测系统使用有限元可计算得到管道失效的临界断丝数量，当某管节断丝数量接近临界值时，系统报警。安装PCCP断丝传感系统，还可以了解断丝速率，当某节管道的断丝越来越频繁，发展到每天都有断丝或者一天内有数根断丝，这是管道濒临爆管的征兆，系统也会报警。

b）了解运行操作对管线的影响

管线充水、排水会导致断丝数量增多。管线切换泵，非正常开启或者关闭水泵，甚至因为损耗水泵造成压力波动，都会在管线中产生压力瞬变，造成断丝数量增加。对于安装了大口径pccp断丝检测仪及断丝监测系统的工程，如果某特定时段断丝数量显著增加，可以查找是否有异常操作，运行参数是否有变化，据此查找并消除运行方面的问题。

c）及时发现管线附近的第三方施工。

大型输水及调水工程管线长，工程沿线的保护范围不足或者未划出保护范围，第三方施工有时会破坏管道。国内PCCP工程已出现数例钻机打穿管道的事故。虽然这些工程都安排了日常人工巡查，但是由于人力有限此类事故还是无法规避。PCCP断丝监测系统的分布式光纤虽然是安装在管道内部，但由于灵敏度较高，能够监测到管线附近的第三方施工，特别是工程钻机及挖掘机的施工。

d）现场声音测听与还原

无论是PCCP断丝信号还是第三方施工发出的振动声音信号，大口径pccp断丝检测仪都可以进行音频音色还原，并多次播放以确认。报警声音自动进行保存，存储时间长达一年。

e) 边缘计算AI子系统

PCCP断丝监测系统的边缘计算AI子系统主要是指分布式光纤声波传感主机和分布式光纤干涉仪设备。分布式光纤声波传感系统主机通过对取得的声音信号进行判断和识别，分布式干涉仪设备可以获取振动信号的高频信息，振动报警信息和分布式干涉仪设备探测信息一起通过网络传输子系统传输给综合信息处理子系统。