基于分布式光纤传感的油气管道安全监测基础研究

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管道传输作为一种运输油气资源的最高效的方式,已经得到了广泛的应用。然而,近年来,因打孔盗油,自然灾害和管道老化等原因所引起的管道泄漏事件屡屡发生,使得经济和环境都付出了巨大的代价。因此,输油气管道的安全监测工作就显得特别重要。现有的油气管道安全监测方法主要有负压波法、音波法和应力波法等,虽然它们都得到了一定程度的应用,但普遍存在着维护成本高、监测难度大和误报率高等缺点。近年来,光纤传感技术发展迅速,它具有抗电磁干扰,灵敏度高,动态范围大等优点,并在桥梁安全监测和温度监测等方面有了一定的商用。同样光纤传感技术也可以应用于油气管道安全监测领域,当油气管道泄漏事件所引起的振动或应力等事件作用于光纤时,光纤中所传输的光的相位和偏振态等参数就会发生变化,因此通过监测光信号的变化就可以实现对油气管道的安全监测。因此,光纤传感技术作为一种新型的传感技术,是很有竞争力和发展前景的一种管道安全监测方法。本论文的主要工作有以下内容:1.设计了一种基于萨格纳克(Sagnac)干涉技术的直线型分布式光纤振动传感器,分析了该传感器的定位原理,进行了定位仿真,并完成了定位实验。2.分析了干涉型光纤传感器中普遍存在的偏振诱导信号衰落现象,通过琼斯矩阵建立了直线式光纤振动传感器的光传输模型,并利用该模型对传感器使用反射镜、光纤环和法拉第旋转镜(FRM)等不同类型反射器件时的功率传输系数进行了理论分析。结果表明,FRM对于消除偏振诱导信号衰落现象有显著效果。3.通过调用Matlab丰富的函数库编写了基于VC和Matlab混合编程的信号处理软件,利用小波变换对信号进行降噪处理,并采用快速傅利叶变换(FFT)对信号进行频谱分析。在对两个不同的振动位置的干涉信号进行处理后都可以看到清晰的“零点频率”的分布,并且与理论仿真结果一致,说明该传感器可以对振动点进行定位。
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