本公开涉及压力检测领域，具体地说，涉及一种能够对管道内气体压力及是否泄漏进行实时检测的装置及方法。
背景技术：
1、长距离输气管道的泄漏检测一直是困扰技术人员的难题，因为现有的管道压力表监测手段，无法实现对微小孔径泄露的监测。针对这一问题，已有研究人员提出了一些改进措施：
2、如文献cn202311715067.9所示的负压波管道压力检测法，通过检测管道内部产生的负压波来实现对管道压力的监测。其工作原理是通过控制阀门或泵突然关闭，使得管道内的流体产生负压波，压力传感器可以检测和记录这种压力变化。这种方法具有响应速度快、操作简便等优点，能够实现对管道压力的实时监测和控制。但是，这种方法在适用上存在局限性：首先，负压波的产生需要控制阀门或泵的支持，因此需要考虑控制系统的稳定性和可靠性；其次，负压波的传播受到管道结构和介质性质的影响，会导致检测结果的误差。
3、如文献cn202111495632.6所示的管道声波传感器法，是一种利用声波在管道中传播的特性来实现对管道压力的监测的方法。它通过在管道上安装声波传感器，监测管道内声波的传播速度和频率等参数，从而间接地推断出管道内部的压力情况。具体工作原理是，声波在管道中传播的速度和频率受管道内部介质的密度和压力等因素的影响。当管道内部的压力发生变化时，会导致声波传播速度和频率的变化，通过对这些变化的监测和分析，可以推断出管道内部的压力情况。管道声波传感器法的优点是不需要直接接触管道内部介质，具有非侵入性、响应速度快的特点。但是，这种方法在适用上同样存在局限性：如对管道材质和结构的要求高，易受外界环境噪声的干扰，且在长距离管道中的应用中受到传播损耗的影响，导致监测精度及响应速度受限。
4、微纳光纤模间干涉传感技术是一种利用微米至纳米尺度的光纤结构中不同传输模式之间的干涉效应来实现传感和测量的技术。在微纳光纤中，光波可以以多种传输模式传播，这些模式之间的干涉效应会受到外界环境的影响，例如温度、压力、应变等。通过测量这些干涉效应的变化，可以实现对外界环境参数的高精度监测和测量。这种技术具有结构简单、灵敏度高、响应速度快、尺寸小等优点，因此，已有技术人员提出了将微纳光纤模间干涉传感技术应用于输气管道泄漏检测中。
5、如文献cn 109682513a所示，提出了一种基于侧抛式全光纤f-p结构的压力检测方法，将侧抛式全光纤f-p结构抛磨一端置于待测环境中，f-p腔随外界压力变化产生轴向形变，根据压力、腔长、干涉光谱的变化关系，通过分析光谱分析仪采集的干涉光谱得到压力的大小。但该方法在适用上仍然存在以下需要克服的技术缺陷：1.f-p腔结构的腔长决定了测量的准确性，但是在现有技术手段下，难以在制备过程中精确控制f-p腔结构的腔长。2.在处理光谱信号的过程中，无法自动识别峰值点，需要依赖人工干预来确定峰值点位置，导致测量结果的准确度下降。3.该方法下，制作工艺复杂，成本较高。
技术实现思路
1、为了解决背景技术中存在的技术问题，本公开提出了一种多模微纳光纤压力检测传感器、装置及检测方法，采用多模微纳光纤作为传感元件，利用腰区的模间干涉效应，结合峰值点检测算法，在确保压力检测精度的前提下能够实现对气体输送管道内部压力的实时检测。
2、本公开的第一个方面，给出了一种多模微纳光纤压力检测传感器，包括传感器压力连接头，其独特之处在于：
3、所述多模微纳光纤压力检测传感器还包括至少一根金属毛细管；所述金属毛细管的侧壁上至少开有一个凹槽；在所述金属毛细管内，置有非绝热型多模微纳光纤，所述非绝热型多模微纳光纤为非绝热型光纤，具有光纤腰区；所述凹槽的开口位置对准所述非绝热型多模微纳光纤的光纤腰区，以保证所述非绝热型多模微纳光纤的传感区能够与所述金属毛细管外部空间的气体接触。
4、所述传感器压力连接头包括金属压力连接头、金属转接头以及金属堵头。
5、所述传感器压力连接头与金属毛细管通过焊接，完成传感器的完全金属化封装。
6、进一步地，所述金属毛细管配置为：外径1.1mm，壁厚0.1mm，内径1mm，长10cm；所述凹槽为椭圆形，长轴为2mm，短轴为1mm。
7、所述金属压力连接头配置为六角宝塔金属压力连接头，4分内丝堵头，顶部开有直径为1.2mm的孔，与内四分外丝堵头相连。
8、所述金属转接头配置为四分转六分金属转接头，后端与所述金属堵头相连，螺距为1mm；所述金属堵头配置为六分宝塔形金属堵头。
9、进一步地，所述非绝热型多模微纳光纤的光纤腰区按照如下模式设置，即设定多模微纳光纤腰区长度为l1，腰区直径为l2，则l1/l2需大于1000。
10、进一步地，所述非绝热型多模微纳光纤外包覆有聚二甲基硅氧烷柔性封装材料，聚二甲基硅氧烷柔性封装材料的英文名为polydimethylsiloxane，简称为pdms。
11、本公开的第二个方面，给出了一种制作前述多模微纳光纤压力检测传感器的方法，包括如下步骤：
12、采用熔融拉伸法拉伸多模光纤后获得非绝热型多模微纳光纤，包括，
13、以电弧加热装置对多模光纤进行加热并拉伸，以形成多模微纳光纤腰区；
14、使用解调设备测试已形成多模微纳光纤腰区的多模光纤的反射光谱，当反射光谱上出现正弦反射谱时，完成所述非绝热型多模微纳光纤的制备；
15、将制备完成的非绝热型多模微纳光纤插入金属毛细管内，将聚二甲基硅氧烷柔性封装材料注入所述金属毛细管内以包覆所述非绝热型多模微纳光纤；
16、将所述非绝热型多模微纳光纤的腰区对准所述金属毛细管侧面的凹槽，以使腰区的微纳光纤能够与管道内部气体充分接触；
17、在所述传感器压力连接头内使用生胶带和胶圈进行密封；
18、将所述金属毛细管与传感器压力连接头焊接在一起，完成完全金属化封装。
19、本公开的第三个方面，给出了一种多模微纳光纤压力检测装置，应用前述多模微纳光纤压力检测传感器，其独特之处在于：
20、所述装置还包括计算机、宽带光源及解调设备以及连接段光纤，所述多模微纳光纤压力检测传感器与气体传输管道垂向连接。
21、其中，所述宽带光源及解调设备被配置为：输出波长λ＝1510-1590nm的宽带光源，采样频率为10hz,能够在驱动电流作用下发射第一光信号，所述第一光信号经所述多模微纳光纤压力检测传感器内的非绝热型多模微纳光纤的锥形过渡区泄漏后形成第二光信号，所述第一光信号与第二光信号在所述非绝热型多模微纳光纤的腰区生成模间干涉信号。
22、所述计算机被配置为：内置有应用程序并安装好labview软件及驱动程序。
23、所述计算机在所述应用程序的控制下，能够对经过数字信号转换后的模间干涉信号进行处理，结合峰值点检测算法实现干涉信号峰值点的自动识别，通过将峰值点对应的纵坐标幅值，定义为传感器输出信号幅值i与管道气体压力值进行拟合，实现对管道气体压力的实时检测。
24、所述模间干涉信号经过所述解调设备采集后输入至所述计算机。
25、所述宽带光源发出的光依次经过转接法兰和经过聚二甲基硅氧烷柔性封装材料包覆的多模微纳光纤，得到模间干涉信号，所述模间干涉信号经由宽带光源及解调设备采集后，被转换为数字信号，传送到所述计算机。
26、本公开的第四个方面，给出了一种多模微纳光纤压力检测方法，应用前述装置，其独特之处在于：
27、所述计算机在内置程序的控制下，对经过数字信号转换后的模间干涉信号进行解调处理，通过对输出光谱信号的幅值进行拟合分析，实现对管道内部压力的实时监测。
28、所述计算机中的labview软件，按照如下步骤实现对管道内部气体压力的实时监测：
29、通过labview软件后面板中添加采集通道，通道设置为ai0,然后设置采样频率以及采样点数，耦合方式采用交流耦合；
30、通过寻找光谱信号的极值点，将输出光谱信号划分为多个子区间，包括利用跳变点检测的方法来找出光谱信号的极值点，利用循环控件获得极大值ai和极小值bi，从而定义出信号的各个子区间；
31、利用线性拟合方程，将输出光谱信号的峰值点对应的纵坐标幅值记为y，设定的管道压力大小，记为x，进行拟合，建立管道内气体压力与模间干涉信号幅值的对应关系式y＝ax+b，其中a，b通过代入多组y、x值建立方程组进行求解；
32、按照所建立的对应关系式，通过实时获得的模间干涉信号幅值实现对管道内部气体压力的实时监测。
33、进一步地，所述寻找光谱信号的极值点，具体路径如下：
34、(1)选择labview控件中的for循环控件，设定for循环控件的循环次数为n-2,定义数据索引为i，for循环输出的极大值定义为ai，极小值定义为bi；
35、(2)定义极大值ai与极小值bi之间的间隔为l，以l作为步长，采用labview中的拆分一维数组模块对整个光谱信号进行划分,将光谱信号划分成n/l个子区间，其中n为的数据长度，定义各个子区间的数据；
36、找出各个区间的极大值，作为光谱信号的峰值点，记为ai。
37、进一步地，所述计算机中的labview软件，按照如下步骤建立管道内气体压力与模间干涉信号幅值的对应关系式：
38、首先通过labview软件后面板中的daq助手添加一路采集通道，通道设置为ai0；
39、将经由第一步得到的数字信号定位为i1，将低通平滑滤波lowpass控件与daq助手相连，将i1作为低通滤波器的输入量，输出量定义为；
40、设定窗口大小为2m+1，选择labview控件中的for loop控件，数据长度为n,设定for loop循环控件的循环次数为n-2,使用“max&min”函数计算窗口内的最大值，比较当前点
41、与窗口内其他点的大小,设定各峰值点最小间距参数为d，如果检测到的峰值点之间的距离小于d，则保留幅值更大的峰值点，去除幅值较小的峰值点；
42、添加数组指示器(array indicator)，显示峰值点数据，记为yi；
43、利用线性拟合方程，将输出光谱信号的峰值点对应的纵坐标幅值记为y与设定的管道压力大小记为x进行拟合，建立最终压力与模间干涉信号幅值的对应关系y＝ax+b，其中a，b通过代入多组y、x值建立方程组进行求解。
44、进一步地，所述计算机，在内置程序的控制下，通过如下路径判定管道泄漏事件是否发生,
45、设定时间为t1时，传感器输出信号幅值为i1，设定时间为t2时，传感器输出信号幅值为i2，定义t2-t1为；
46、定义(i2-i1)/为信号幅值变化率si，当si大于0.003，信号发生跳变，判断管道泄漏事件发生；
47、选用线性拟合关系式yi＝cxi+e，将si作为xi值，泄漏孔径d作为yi值，将多组si、d代入拟合关系式yi＝cxi+e中，对c，e进行求解，最终建立信号幅值的变化率si与泄漏孔径d之间的关系式，求得泄漏孔径d；
48、设定管道直径为d，当d/d的值大于0.13时，定义为大泄漏事件。当d/d的值小于或等于0.13时，且不为0时，定义为小泄漏事件，当d/d的值等于0时，定义为管道无泄漏事件。
49、本说明书一个或多个实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
50、首先，本公开所提出的多模微纳光纤压力检测传感器，制备过程中不需要真空环境，制作成本低并且制作方法简单，一套装置中仅需要一根光纤，同时利用这种传感器搭建的检测装置具有高灵敏、响应速度快的特性，能够实现在管道泄漏初期，在短时间内精确判断是否有气体泄漏，以及泄漏规模大小，同时还具有实时性，因此，本公开给出的技术方案具有低成本、检测精度高以及适用范围广的优点。
51、其次，本公开所给出的方案，实施时，仅需要将多模微纳光纤压力检测传感器按照与管道垂向的方向插入安装在输气管道、烃类储罐等设备的连接法兰上，极大地简化了封装装置和封装工艺，降低了对技术人员的封装要求，易于实现在工程上的应用和实施，并能实现远程自动化实时监测。
52、另外，本公开所给出的方案，在光谱信号处理过程中，加入了峰值点检测算法，通过定位微纳光纤输出光谱中的峰值点位置，将输出光谱信号划分为多个子区间，然后将各个子区间内的相位信息分别独立的进行计算，实现了峰值点的自动识别，避免了人为进行干预，从而提升了峰值点识别精度，提高了管道气体泄漏的检测精度。
53、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，而非限制本公开。
54、根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。
1.一种多模微纳光纤压力检测传感器，包括传感器压力连接头，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种多模微纳光纤压力检测传感器，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的一种多模微纳光纤压力检测传感器，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的一种多模微纳光纤压力检测传感器，其特征在于：
5.一种制作权利要求4所述多模微纳光纤压力检测传感器的方法，包括如下步骤：
6.一种多模微纳光纤压力检测装置，应用权利要求4所述多模微纳光纤压力检测传感器，其特征在于：
7.一种多模微纳光纤压力检测方法，应用权利要求6所述装置，其特征在于：
8.根据权利要求7所述的一种多模微纳光纤压力检测方法，其特征在于：
9.根据权利要求8所述的一种多模微纳光纤压力检测方法，其特征在于所述计算机中的labview软件，按照如下步骤建立管道内气体压力与模间干涉信号幅值的对应关系式：
10.根据权利要求9所述的一种多模微纳光纤压力检测方法，其特征在于：
