[go: up one dir, main page]

TWM631579U - 流體監測裝置 - Google Patents

流體監測裝置 Download PDF

Info

Publication number
TWM631579U
TWM631579U TW111205296U TW111205296U TWM631579U TW M631579 U TWM631579 U TW M631579U TW 111205296 U TW111205296 U TW 111205296U TW 111205296 U TW111205296 U TW 111205296U TW M631579 U TWM631579 U TW M631579U
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
optical fiber
fluid
measurement
monitoring device
hollow tube
Prior art date
Application number
TW111205296U
Other languages
English (en)
Inventor
邱永嘉
潘庭馨
馬嵩哲
劉承瀚
Original Assignee
國立臺灣海洋大學
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 國立臺灣海洋大學 filed Critical 國立臺灣海洋大學
Priority to TW111205296U priority Critical patent/TWM631579U/zh
Publication of TWM631579U publication Critical patent/TWM631579U/zh

Links

Images

Landscapes

  • Fluid-Pressure Circuits (AREA)

Abstract

本創作係關於一種流體監測裝置，用於量測一流體的流動，該流體監測裝置包括一中空管、一加熱纜線以及一光纖溫度量測主機。該中空管定義一軸線，該軸線概略沿該中空管的中心延伸。該加熱纜線沿該軸線穿設於該中空管中，可主動向外提供熱能。該光纖溫度量測主機具有一光纖纜線，該光纖纜線局部設置於該中空管上，用以放置於該流體中，以量測該流體的溫度。其中，該光纖溫度量測主機 測定該流體中溫度變化量與時間的關係，藉由該加熱纜線提供熱能，並由該光纖纜線得到溫度隨時間的變化量，用以計算後測定該流體中特定區域的流速。

Description

流體監測裝置
本創作係關於一種流體監測裝置，特別是一種利用光纖測溫而可測量流體的流向及流速的流體監測裝置。
由於水文地質環境的非均質性，欲更加瞭解其複雜的水文循環與交互作用過程，對於研究區域在空間解析度上的需求也日漸增加。近年來，分散式光纖溫度感測器（fiber optical distributed temperature sensor, FO-DTS），為一種創新的量測技術，透過雷射在光纖內傳遞的過程中，雷射脈衝（laser pulse）之拉曼散射（Raman scattering）對於外在環境溫度的敏感性，進行溫度之量測。
圖1為傳統以分散式光纖溫度感測器進行地下水井溫度量測示意圖。如圖所示，分散式光纖溫度感測器D對監測井W 1以及熱注入井W 2進行地下水井溫度量測。當量測時，將第一分散式光纖溫度感測器結構D 1置入熱注入井W 2，以及第二分散式光纖溫度感測器結構D 2置入監測井W 1。其中，第一分散式光纖溫度感測器結構D 1包含有第一分散式光纖溫度感測器纜線D 11、第一測量單元D 12及加熱單元D 13；至於第二分散式光纖溫度感測器結構D 2包含有第二分散式光纖溫度感測器纜線D 21。
當量測地下水G 1之溫度時，熱注入井W 2中之加熱單元D 13係加熱地下水G 2，藉此以該被加熱之地下水G 2作熱示蹤劑。監測井W 1以及熱注入井W 2間距有含水層B，因此，地下水G 2經由含水層B流到監測井W 1中，第二分散式光纖溫度感測器結構D 2即可量測地下水G 1之溫度變化。透過上述測量方式可測得加熱單元D 13所提供的熱能需要多少時間能引起地下水G 1的溫度改變，並可藉此計算得知熱注入井W 2與監測井W 1之間的水體流動速度。
然而，要以傳統的分散式光纖溫度感測器佈置方式量測水體流速，至少需要對兩口地下水井進行測定，分別對熱注入井以及監測井測定溫度變化，才可得知單一方向的水體流速。如要測得精確的水體流向，更須同時測定多口水井中溫度隨時間變化關係，以測得水體在各方向的流速，才有足夠的資料可供辨識地下水體的流動方向。
本創作的主要目的在於提供一流體監測裝置，使用分散式光纖溫度感測器搭配一中空管及一加熱纜線，透過分散式光纖溫度感測器的光纖纜線纏繞於中空管外側，以對中空管的不同方位進行測溫，可達到僅藉由測量單一口監測井，即能同時獲得井下水體之流速與流向的效果。
為達上述目的，本創作揭露一種流體監測裝置，用於量測一流體的流動。該流體監測裝置包括一中空管、一加熱纜線以及一光纖溫度量測主機 。該中空管定義一軸線，該軸線概略沿該中空管的中心延伸。該加熱纜線沿該軸線穿設於該中空管中，可主動向外提供熱能。該光纖溫度量測主機 具有一光纖纜線，該光纖纜線局部設置於該中空管上，用以放置於該流體中，以量測該流體的溫度。其中，該光纖溫度量測主機 測定該流體中溫度變化量與時間的關係，藉由該加熱纜線提供熱能，並由該光纖纜線得到溫度隨時間的變化量，用以計算後測定該流體中特定區域的流速。
該光纖溫度量測主機 為一分散式光纖溫度感測系統，該光纖溫度量測主機 包含一雷射發射器及一測量單元，該雷射發射器可朝向該光纖纜線發射一脈衝，該測量單元可藉由偵測該脈衝的反射，以分析該光纖纜線於特定位置的溫度。
該中空管具有複數測定方位，該光纖纜線對應設置於該中空管而形成複數測量區段，所述測量區段分別沿著該軸線位於該中空管的所述測定方位，比較各測定方位隨時間的溫度變化量的差異，可得知該流體於特定區域的流向。
所述測定方位及所述測量區段數量至少為四個以上，以維持測量的精確度。
該流體監測裝置測量時，該中空管會垂直放置於該流體中，該軸線會與水平面呈垂直，使所述測量區段位於該流體中的同樣高度。
各所述測量區段包含複數測量點，所述測量點分別組成高低不一的複數測量組。
該中空管具有一管體及複數套筒，所述套筒沿該軸線相間隔地套設於該管體上，該光纖纜線的局部概略以該軸線為中心沿該管體，平行於中心呈直線延伸，並呈彎曲狀的纏繞固定於所述套筒上。
該光纖纜線包含複數轉折點，所述轉折點上下交錯，該光纖纜線上相鄰的其中兩個所述轉折點之間具有其中一所述測量區段。
該中空管的該管體是由鐵絲網捲繞而形成。
該流體監測裝置更包含複數固定件，該光纖纜線包含複數固定區段，分別鄰接於所述測量區段，所述固定區段透過所述固定件固設於該中空管上。
所述固定件為魔鬼氈、磁鐵、膠帶、束帶或扣件。
請參閱圖2，所示為本創作一實施例的流體監測裝置1000，用於量測一流體2000的流動，其中流體2000可以是氣體或液體，於本創作主要實施例中，流體監測裝置1000用以量測一地下水井W中的水體。流體監測裝置1000包括一中空管1、一加熱纜線2、一光纖溫度量測主機3以及複數固定件4。
請一併參閱圖3及圖4，中空管1定義一軸線X，軸線X概略沿中空管1的中心延伸。中空管1具有複數測定方位，所述測定方位較佳以軸線X為中心等角度間隔排列，在測定上獲得的資訊較為精準，且分析計算也相對較容易。圖3的中空管1外圍記號標誌處即為光纖溫度量測主機3的一光纖纜線31在本實施例中的設置位置，分別對應本實施例中的所述測定方位。中空管1具有一管體11及複數套筒12，套筒12沿軸線X相間隔地套設於管體11上。於一實施例中，管體11是由鐵絲網捲繞而形成，管體11及所述套筒12長度配置沒有限制，可依實際需要而調整等長或不同長度；以及所述套筒12數量或間距亦可依據管體11的長度調整。
加熱纜線2沿軸線X穿設於中空管1中，可主動向外提供熱能，加熱纜線2提供的熱能是本創作流體監測裝置1000分析流體2000的流速及流向的主要依據。圖3所示的中空管1內部的十字及圓圈記號，分別表示加熱纜線2沿圖面穿入及穿出，也就是加熱纜線2概略由中空管1中央沿軸線X穿設再沿原路返回。
光纖溫度量測主機 3為一分散式光纖溫度感測系統，光纖溫度量測主機 3包含一光纖纜線31一雷射發射器32及一測量單元33。光纖纜線31是與雷射發射器32及測量單元33配合使用，以測量光纖纜線31特定位置的溫度。詳細而言，光纖溫度量測主機 3測量流體2000溫度的方式是透過雷射發射器32朝向光纖纜線31發射一脈衝，測量單元33可藉由偵測該脈衝的反射，以分析光纖纜線31於特定位置的溫度。
光纖纜線31局部設置於中空管1上，用以放置於流體2000中，以量測流體2000的溫度。如圖2至圖4所示，光纖纜線31的局部對應所述測定方位設置於中空管1，具體而言，光纖纜線31概略以軸線X為中心沿管體11，平行於軸線X呈直線延伸，並同時以彎曲狀纏繞固定於所述套筒12上。光纖纜線31包含複數測量區段311、複數轉折點312以及複數固定區段313。所述測量區段311分別沿著軸線X位於中空管1的所述測定方位，圖5為光纖纜線31的測量區段311與加熱纜線2的分布位置示意圖，顯示測量區段311及加熱纜線2位於流體2000中的相對關係。所述測定方位及所述測量區段311數量至少為四個以上，以維持測量的精確度。本實施例中測定方位及測量區段311數量以四個為例說明，即各測定方位以軸線X為中心呈90度間隔排列(東西南北四個測定方位)，如圖3所示，中空管1外圍的十字及圓圈記號分別表示光纖纜線31穿入及穿出紙面，也就是光纖纜線31固定於中空管1外側，並藉由纏繞方式使位於所述套筒12之間的測量區段311分別對齊至所述測定方位。各所述測量區段311包含複數測量點3111，所述測量點3111分別組成高低不一的複數測量組，如位於水深8公尺的四個測量點3111組成一組測量組，位於水深9公尺的四個測量點3111組成另一組測量組。所述轉折點312因光纖纜線31的彎曲狀纏繞而上下交錯，光纖纜線31上相鄰的其中兩個轉折點312之間具有其中一所述測量區段311。固定區段313分別鄰接於所述測量區段311，所述固定區段313透過所述固定件4固設於中空管1的所述套筒12上，以將所述測量區段311分別定位於所述測定方位中。
如圖4及圖6所示，光纖纜線31來回彎折地纏繞於中空管1上，並以所述固定件4將固定區段313(即測量區段311的兩側)固定於所述套筒12，使所述測量區段311平行軸線X延伸。其中，所述固定件4為魔鬼氈、磁鐵、膠帶、束帶或扣件。
請參閱圖7A至圖7C，所述固定件4包含一固定端41與一被固定端42。固定件4藉由固定端41與被固定端42對接，而包圍光纖纜線31，並固定光纖纜線31於固定件4與套筒12之間。
上述之固定件4可為魔鬼氈、磁鐵、膠帶、束帶或扣件其中之一。當固定件4為魔鬼氈，固定端41以及被固定端42具有魔鬼氈表面，如圖7A所示。當固定件4為扣件，固定端41具有公扣合部411，以及被固定端42具有一母扣合部421，如圖7B所示。當固定件4為磁鐵，固定端41為一N極磁鐵412，以及被固定端42為一S極磁鐵422，如圖7C所示。
本創作流體監測裝置1000的運作原理於以下說明。光纖溫度量測主機 3測定流體2000中溫度變化量與時間的關係，是藉由加熱纜線2提供熱能，熱能會自加熱纜線2通過流體2000向外流動，配合光纖纜線31測量流體2000溫度的效果，可得知在加熱纜線2開始提供熱能後，特定位置溫度隨時間的變化量，藉由Simon et al.(2021)及Zlotnik and Tartakovsky(2018)所提出的理論公式，用以計算後測定流體2000中特定區域的流速。除此之外，透過比較同一測量組中各測定方位的測量點3111隨時間的溫度變化量的差異，可以判別流體2000中特定高度(或深度)的流體2000流向。
應注意的是，流體監測裝置1000測量時，中空管1會垂直放置於流體2000中，軸線X會與水平面呈垂直，使所述測量區段311位於流體2000中的同樣高度。
綜上所述，本創作流體監測裝置利用中空管作為基座，在中空管上同時設置熱源以及測量溫度用的光纖纜線，將原本分散配置的熱源及觀測點集中設置，使測量流體的流速及流向所需配置精簡至單一中空管上。在量測地下水體時，僅需單一水井即可進行測量，大幅降低測量的場地需求，且本創作流體監測裝置所測得之流向，較習知的流向測量方式有更高的精確度。
上述的實施例僅用來例舉本創作的實施態樣，以及闡釋本創作的技術特徵，並非用來限制本創作的保護範疇。任何熟悉此技術者可輕易完成的改變或均等性的安排均屬於本創作所主張的範圍，本創作的權利保護範圍應以申請專利範圍為準。
1000:流體監測裝置 2000:流體 1:中空管 11:管體 12:套筒 2:加熱纜線 3:光纖溫度量測主機 31:光纖纜線 311:測量區段 3111:測量點 312:轉折點 313:固定區段 32:雷射發射器 33:測量單元 4:固定件 41:固定端 411:公扣合部 412:N極磁鐵 42:被固定端 421:母扣合部 422:S極磁鐵 D:分散式光纖溫度感測器 D1:第一分散式光纖溫度感測器結構 D11:第一分散式光纖溫度感測器纜線 D12:第一測量單元 D13:加熱單元 D2:第二分散式光纖溫度感測器結構 D21:第二分散式光纖溫度感測器纜線 P:功率分析儀 G1:地下水 G2:地下水 W:地下水井 W1:監測井 W2:熱注入井 X:軸線
圖1為傳統以分散式光纖溫度感測器進行水井溫度量測示意圖； 圖2為本創作流體監測裝置以光纖溫度量測主機 量測水井中水體的流速及流向的示意圖； 圖3為本創作流體監測裝置的中空管與加熱纜線及光纖纜線的位置關係示意圖； 圖4為本創作流體監測裝置的局部示意圖； 圖5為本創作流體監測裝置加熱纜線及光纖纜線的分布示意圖； 圖6為本創作流體監測裝置的另一局部示意圖； 圖7A為本創作一實施例的固定件示意圖； 圖7B為本創作一實施例的固定件示意圖；以及 圖7C為本創作一實施例的固定件示意圖。
1000:流體監測裝置
2000:流體
1:中空管
11:管體
12:套筒
2:加熱纜線
3:光纖溫度量測主機
31:光纖纜線
32:雷射發射器
33:測量單元
4:固定件
W:地下水井
X:軸線

Claims (11)

  1. 一種流體監測裝置，用於量測一流體的流動，該流體監測裝置包括： 一中空管，定義一軸線，該軸線概略沿該中空管的中心延伸； 一加熱纜線，沿該軸線穿設於該中空管中，可主動向外提供熱能；以及 一光纖溫度量測主機 ，具有一光纖纜線，該光纖纜線局部設置於該中空管上，用以放置於該流體中，以量測該流體的溫度； 其中，該光纖溫度量測主機 測定該流體中溫度變化量與時間的關係，藉由該加熱纜線提供熱能，並由該光纖纜線得到溫度隨時間的變化量，用以計算後測定該流體中特定區域的流速。
  2. 如請求項1所述之流體監測裝置，其中，該光纖溫度量測主機 為一分散式光纖溫度感測系統，該光纖溫度量測主機 包含一雷射發射器及一測量單元，該雷射發射器可朝向該光纖纜線發射一脈衝，該測量單元可藉由偵測該脈衝的反射，以分析該光纖纜線於特定位置的溫度。
  3. 如請求項2所述之流體監測裝置，其中，該中空管具有複數測定方位，該光纖纜線對應設置於該中空管而形成複數測量區段，所述測量區段分別沿著該軸線位於該中空管的所述測定方位，比較各測定方位隨時間的溫度變化量的差異，可得知該流體於特定區域的流向。
  4. 如請求項3所述之流體監測裝置，其中，所述測定方位及所述測量區段數量至少為四個以上，以維持測量的精確度。
  5. 如請求項4所述之流體監測裝置，其中，該流體監測裝置測量時，該中空管會垂直放置於該流體中，該軸線會與水平面呈垂直，使所述測量區段位於該流體中的同樣高度。
  6. 如請求項5所述之流體監測裝置，其中，各所述測量區段包含複數測量點，所述測量點分別組成高低不一的複數測量組。
  7. 如請求項6所述之流體監測裝置，其中，該中空管具有一管體及複數套筒，所述套筒沿該軸線相間隔地套設於該管體上，該光纖纜線的局部概略以該軸線為中心沿該管體，平行於中心呈直線延伸，並呈彎曲狀的纏繞並固定於所述套筒上。
  8. 如請求項7所述之流體監測裝置，其中，該光纖纜線包含複數轉折點，所述轉折點上下交錯，該光纖纜線上相鄰的其中兩個所述轉折點之間具有其中一所述測量區段 。
  9. 如請求項8所述之流體監測裝置，其中，該中空管的該管體是由鐵絲網捲繞而形成。
  10. 如請求項3至9中任一項所述之流體監測裝置，更包含複數固定件，該光纖纜線包含複數固定區段，分別鄰接於所述測量區段，所述固定區段透過所述固定件固設於該中空管上。
  11. 如請求項10所述之流體監測裝置，其中，所述固定件為魔鬼氈、磁鐵、膠帶、束帶或扣件。
TW111205296U 2022-05-23 2022-05-23 流體監測裝置 TWM631579U (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW111205296U TWM631579U (zh) 2022-05-23 2022-05-23 流體監測裝置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW111205296U TWM631579U (zh) 2022-05-23 2022-05-23 流體監測裝置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TWM631579U true TWM631579U (zh) 2022-09-01

Family

ID=84613302

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW111205296U TWM631579U (zh) 2022-05-23 2022-05-23 流體監測裝置

Country Status (1)

Country Link
TW (1) TWM631579U (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116381273A (zh) * 2023-03-13 2023-07-04 山东大学 一种基于分布式感温光纤的地下水流向与速度监测装置及其监测分析方法
TWI820721B (zh) * 2022-05-23 2023-11-01 國立臺灣海洋大學 流體監測裝置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI820721B (zh) * 2022-05-23 2023-11-01 國立臺灣海洋大學 流體監測裝置
CN116381273A (zh) * 2023-03-13 2023-07-04 山东大学 一种基于分布式感温光纤的地下水流向与速度监测装置及其监测分析方法
CN116381273B (zh) * 2023-03-13 2023-11-07 山东大学 一种基于分布式感温光纤的地下水流向与速度监测装置及其监测分析方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWM631579U (zh) 流體監測裝置
CN106524936B (zh) 一种隧道管棚变形监测方法
CN106324687B (zh) 一种埋地铁质管线探测与精确定位方法
CN109140250A (zh) 基于分布式光纤传感的气液运输管道泄漏点在线监测系统
TWM420706U (en) Pendulum type stratum sliding surface measuring instrument
CN108253930B (zh) 一种已运营越江地铁隧道长期变形监测方法
CN103134602A (zh) 测量地埋管地温装置及测量方法
CN105806310A (zh) 用激光测距仪监测隧道洞口边仰坡地表三维位移的方法
CN108387754B (zh) 二维风速风向传感器及系统
CN207215032U (zh) 深层水平位移监测系统
CN206960005U (zh) 一种感温光缆固定装置
US20240068801A1 (en) Safety measuring device and safety evaluation method for large-diameter pipeline
CN103698797A (zh) β表面污染位置分辨探测器
RU2350974C1 (ru) Способ определения трассы прокладки и локализации места повреждения кабеля
TWI820721B (zh) 流體監測裝置
CN106209218A (zh) 一种基于热致光纤偏振态变化原理的光缆识别的方法
JP2002156215A (ja) 光ファイバセンサの敷設方法
JP2002048518A (ja) 光ファイバセンサを用いた変位測定方法
KR20170112074A (ko) 지중관로 내부 측정장치 및 방법
CN201716325U (zh) 一种以温度为示踪剂的地下水流速流向探测装置
CN216348405U (zh) 贯通孔洞孔径测量装置
JP2002340522A (ja) 光ファイバセンサを用いた変位測定方法
CN112114162B (zh) 水文观测井水流向探测装置
CN106931926A (zh) 便于测量深孔内径的一种装置
CN113899317B (zh) 贯通孔洞孔径测量装置及贯通孔洞有效孔径测量方法

Legal Events

Date Code Title Description
GD4K Issue of patent certificate for granted utility model filed before june 30, 2004