一、主要应用的振动传感器类型

1. 压电式加速度传感器

• 工作原理：利用压电材料（如石英、陶瓷）在受到振动压力时产生电荷的特性，电荷量与加速度成正比。

• 特点：

  • 优点：频率响应范围宽，动态范围大，体积小，坚固耐用，耐高温，非常适合测量高频振动。

  • 缺点：无法测量恒定的加速度（如重力加速度），通常需要配套电荷放大器或内置集成电路（IEPE）。

• 地下管道应用：

  • 泄漏检测：管道泄漏时，流体喷出与管壁或周围土壤摩擦会产生特定频段（通常是中高频）的声波/振动信号。压电传感器对此非常敏感，能有效捕捉。

  • 设备状态监测：监测泵、压缩机、阀门等管道附属设备的振动状态，进行故障预测。

  • 冲击检测：记录挖掘机、打桩机等第三方施工带来的瞬态冲击。

2. MEMS加速度传感器

• 工作原理：基于微机电系统技术，将微小的机械结构和电子电路集成在芯片上。常用电容式原理，振动导致内部微结构位移，引起电容变化，进而转换为电信号。

• 特点：

  • 优点：体积小、功耗极低、成本低、能测量静态加速度（即倾角）。非常适合大规模、长期布设。

  • 缺点：传统MEMS传感器的噪声性能和高频响应通常不如高端压电传感器，但近年来高性能MEMS的指标已大幅提升。

• 地下管道应用：

  • 长期结构健康监测：永久性或半永久性安装在管体或管廊内，监测管道由于地面沉降、地质灾害（如滑坡、地震）引起的缓慢变形或低频振动。

  • 分布式监测网络：因其低成本和低功耗，可以高密度布设，形成传感器网络，对振动事件进行更精准的定位。

  • 人员/车辆靠近监测：通过分析地面脚步声或车辆行驶引起的低频振动波形进行预警。

3. 光纤振动传感器

• 工作原理：这不是一个独立的“传感器”，而是一套系统。主要有两种技术：

  1. 分布式光纤声学传感：将整条通信光纤作为连续的传感器（DAS系统）。激光在光纤中传输，管道沿线的振动会轻微改变光纤的微应变，通过分析背向散射光的相位变化来定位和识别振动事件。

  2. 光纤光栅加速度传感器：在光纤上刻写光栅（FBG），振动导致光栅周期变化，从而改变其反射的光波长。

• 特点：

  • 优点：本质防爆、抗电磁干扰、耐腐蚀、传输距离极长（可达几十公里）、无需供电。DAS技术尤其强大，可以将整条管道变成一条连续的“听觉神经”，实现无缝监测。

  • 缺点：系统昂贵，数据处理复杂，需要专业团队解读。

• 地下管道应用：

  • 长距离管道安全预警：这是DAS技术的王牌应用。沿管道同沟敷设一根光缆，即可对全线进行7x24小时实时监测，有效预警挖掘、钻孔、机械施工等破坏行为。

  • 高精度泄漏检测与定位：能够极其灵敏地捕捉到泄漏产生的宽频振动信号，并精确定位。

  • 周界入侵报警：用于管道站场、阀室的周界安全防范。

4. 地音传感器 / 地震检波器

• 工作原理：通常基于动圈式或MEMS原理，用于测量地面质点振动速度（而非加速度）。

• 特点：对地面传播的振动波非常敏感，通常低频响应较好。

• 地下管道应用：

  • 主要用于地表布设，监测由地下管道活动（如泄漏、第三方施工）传导至地表的振动信号。常用于临时性的勘察或检测任务，而非永久安装。