基于DOFVS的新型压力输水管道泄漏在线监测方法
发布时间：2021-12-31 18:43
压力输水管道因内部压力及外部使用环境腐蚀等因素经常造成爆管泄漏等问题,根据管道泄漏时会引起泄漏点周围管壁振动这一特点,利用基于相位敏感光时域反射仪技术的分布式光纤振动传感技术（DOFVS）提出了一种新型压力输水管道光纤在线泄漏监测方法,此方法利用普通单模通信光纤拾取泄漏点引起的管道振动信号并进行实时检测和定位。在室内测试环境下,该系统能够检测出DN90 cm×EN2 cm普通钢制压力输水管道在0.4 Mpa压力下,泄漏孔径为4 mm的泄漏;在室外测试环境下,该系统能够检测出DN200 cm×EN2 cm普通钢制压力输水管道在0.27 Mpa压力下,泄漏量大于11 L/s泄漏孔的泄漏。此外,采用多尺度小波分解去噪方法,对监测信号中的环境噪声信号进行滤除,并取得了良好的去噪效果。
【文章来源】：仪器仪表学报. 2017,38(01)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
基于相位敏感光时域反射仪(Φ-OTDＲ)技术的泄漏检测原理
扰动的传感光纤的其他各点的后向瑞利散射光的干涉结果的光强通常不发生变化。因此采用差值法提取明显的扰动事件信号，即将两个不同时刻的传感光信号进行归一化差值运算，将光信号的扰动部分即变化部分提取出来，而没有变化的部分差值归零处理。基于相位敏感光时域反射仪分布式光纤振动传感技图1基于相位敏感光时域反射仪(Φ-OTDＲ)技术的泄漏检测原理Fig．1Thedetectionmechanismofthephasesensitiveopticaltime-domainreflectometer术的压力输水管道泄漏监测系统的核心设备是光纤振动传感解调主机，其内部结构如图2所示。解调主机内部激光器发出的连续光信号通过声光/电光调制器后将其调制为一种高度相干的光脉冲信号，通过掺铒光纤放大器(erbiumdopedfiberamplifier，EDFA)对其进行放大后，然后通过环形器将脉冲光信号注入到传感光纤中。脉冲光信号在传感光纤中传输时发生瑞利散射，在光纤各点的后向瑞利散射信号将依次通过环形器送入到光电探测器中。通过光电探测器转换为相应的模拟电信号，而后由采集卡将相应的模拟信号转换为对应的数字电信号，再送到上位机进行处理，即可得到泄漏及其位置信息。图2相位敏感光时域反射仪传感信号解调装置及其结构Fig．2StructurediagramoftheΦ-OTDＲdemodulator上位机通过去噪预处理，并依据差值法确定泄漏的发生，并通过系统探测的泄漏点振动调制的光信号的到达时间来解调出泄漏点的位置信息，即:L=12×ctn(1)式中:L为泄漏点到光信号解调主机的距离，c为光速，t是泄漏点处的后向瑞利散射光到达光信号解调主机所需要的时间，n为振动传感光缆的折射率。
第1期吴慧娟等:基于DOFVS的新型压力输水管道泄漏在线监测方法1613测试结果及讨论3．1室内测试3．1．1室内测试过程为了验证系统对于压力输水管道在不同压力条件下不同泄漏孔径的泄漏检测情况，首先进行室内测试。室内测试系统装置如图3所示，整个测试过程是通过将压力输水管道放置在3000t水压试验机上来完成的，此次测试选取的压力输水管道是直径为90cm，长为12m，壁厚为2cm普通钢制管道。将长为20m左右的普通通信光纤安装在压力输水管道的内壁，而后将光纤的一端通过接长为520m左右的光纤接到Φ-OTDＲ解调主机上，光纤的另一端接长为930m左右的光纤盘。图3室内测试装置与系统结构Fig．3Theindoortestingsystemdiagram光缆安装及测试过程，如图4所示，因为传感光缆是通过感知泄漏孔周围管壁的振动来捕获泄漏信息的，为此对光缆的铺设方案是将其通过环氧树脂粘接到管道内壁来感知泄漏信息，鉴于此次系统测试中光纤的总长度为1470m左右，为此对监控软件中设置的监测长度为2000m。图4室内测试安装过程Fig．4Theindoortestinstallationprocess3．1．2室内测试结果系统泄漏测试响应过程分为3个阶段，分别为停机(3000t水压试验机停机状态)不开阀系统响应、不停机(3000t水压试验机不停机状态)开阀前系统响应、不停机开阀时的泄漏响应。系统在4mm-0．2Mpa下各个测试阶段的响应三维图如图5所示。图5(a)为系统在停机不开阀系统响应的三维图，图5(b)为系统在不停机开阀前系统响应的三维图。通过对比系统停机不开阀和系统不停机开阀前的系统响应图，可以看出3000t水压试验机工作状态因振动给系统带来一些微小幅度的干扰。图5(c)为系统泄漏响应状图5分布式光纤振动传感系统在3个典型测试阶段的响应结果(Ф4mm－0．2MPa)Fig．5DOVSre
【参考文献】：
期刊论文
[1]气体管道泄漏模态声发射时频定位方法[J]. 李帅永,王鹏飞,严冬,王平,黄心成. 仪器仪表学报. 2016(09)
[2]长输油气管道泄漏监测与准实时检测技术综述[J]. 李健,陈世利,黄新敬,曾周末,靳世久. 仪器仪表学报. 2016(08)
[3]基于大功率超窄线宽单模光纤激光器的ф-光时域反射计光纤分布式传感系统[J]. 谢孔利,饶云江,冉曾令. 光学学报. 2008(03)
[4]油气管道安全分布式光纤预警系统研究[J]. 曲志刚,靳世久,周琰. 压电与声光. 2006(06)
[5]基于OTDR的分布式光纤传感器原理及其应用[J]. 倪玉婷,吕辰刚,葛春风,武星. 光纤与电缆及其应用技术. 2006(01)
博士论文
[1]几种改进OFDR性能方法的提出及验证[D]. 丁振扬.天津大学 2013
硕士论文
[1]超长距离相敏光时域反射仪实验与应用研究[D]. 王杰.电子科技大学 2013
[2]信息融合技术在输水管道泄漏检测与定位中的应用研究[D]. 石小琳.太原科技大学 2011
[3]通过多点同步测压法监测大型输水管线爆漏的研究[D]. 刘哲.华南理工大学 2011
本文编号：3560775
【文章来源】：仪器仪表学报. 2017,38(01)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
基于相位敏感光时域反射仪(Φ-OTDＲ)技术的泄漏检测原理
扰动的传感光纤的其他各点的后向瑞利散射光的干涉结果的光强通常不发生变化。因此采用差值法提取明显的扰动事件信号，即将两个不同时刻的传感光信号进行归一化差值运算，将光信号的扰动部分即变化部分提取出来，而没有变化的部分差值归零处理。基于相位敏感光时域反射仪分布式光纤振动传感技图1基于相位敏感光时域反射仪(Φ-OTDＲ)技术的泄漏检测原理Fig．1Thedetectionmechanismofthephasesensitiveopticaltime-domainreflectometer术的压力输水管道泄漏监测系统的核心设备是光纤振动传感解调主机，其内部结构如图2所示。解调主机内部激光器发出的连续光信号通过声光/电光调制器后将其调制为一种高度相干的光脉冲信号，通过掺铒光纤放大器(erbiumdopedfiberamplifier，EDFA)对其进行放大后，然后通过环形器将脉冲光信号注入到传感光纤中。脉冲光信号在传感光纤中传输时发生瑞利散射，在光纤各点的后向瑞利散射信号将依次通过环形器送入到光电探测器中。通过光电探测器转换为相应的模拟电信号，而后由采集卡将相应的模拟信号转换为对应的数字电信号，再送到上位机进行处理，即可得到泄漏及其位置信息。图2相位敏感光时域反射仪传感信号解调装置及其结构Fig．2StructurediagramoftheΦ-OTDＲdemodulator上位机通过去噪预处理，并依据差值法确定泄漏的发生，并通过系统探测的泄漏点振动调制的光信号的到达时间来解调出泄漏点的位置信息，即:L=12×ctn(1)式中:L为泄漏点到光信号解调主机的距离，c为光速，t是泄漏点处的后向瑞利散射光到达光信号解调主机所需要的时间，n为振动传感光缆的折射率。
第1期吴慧娟等:基于DOFVS的新型压力输水管道泄漏在线监测方法1613测试结果及讨论3．1室内测试3．1．1室内测试过程为了验证系统对于压力输水管道在不同压力条件下不同泄漏孔径的泄漏检测情况，首先进行室内测试。室内测试系统装置如图3所示，整个测试过程是通过将压力输水管道放置在3000t水压试验机上来完成的，此次测试选取的压力输水管道是直径为90cm，长为12m，壁厚为2cm普通钢制管道。将长为20m左右的普通通信光纤安装在压力输水管道的内壁，而后将光纤的一端通过接长为520m左右的光纤接到Φ-OTDＲ解调主机上，光纤的另一端接长为930m左右的光纤盘。图3室内测试装置与系统结构Fig．3Theindoortestingsystemdiagram光缆安装及测试过程，如图4所示，因为传感光缆是通过感知泄漏孔周围管壁的振动来捕获泄漏信息的，为此对光缆的铺设方案是将其通过环氧树脂粘接到管道内壁来感知泄漏信息，鉴于此次系统测试中光纤的总长度为1470m左右，为此对监控软件中设置的监测长度为2000m。图4室内测试安装过程Fig．4Theindoortestinstallationprocess3．1．2室内测试结果系统泄漏测试响应过程分为3个阶段，分别为停机(3000t水压试验机停机状态)不开阀系统响应、不停机(3000t水压试验机不停机状态)开阀前系统响应、不停机开阀时的泄漏响应。系统在4mm-0．2Mpa下各个测试阶段的响应三维图如图5所示。图5(a)为系统在停机不开阀系统响应的三维图，图5(b)为系统在不停机开阀前系统响应的三维图。通过对比系统停机不开阀和系统不停机开阀前的系统响应图，可以看出3000t水压试验机工作状态因振动给系统带来一些微小幅度的干扰。图5(c)为系统泄漏响应状图5分布式光纤振动传感系统在3个典型测试阶段的响应结果(Ф4mm－0．2MPa)Fig．5DOVSre
【参考文献】：
期刊论文
[1]气体管道泄漏模态声发射时频定位方法[J]. 李帅永,王鹏飞,严冬,王平,黄心成. 仪器仪表学报. 2016(09)
[2]长输油气管道泄漏监测与准实时检测技术综述[J]. 李健,陈世利,黄新敬,曾周末,靳世久. 仪器仪表学报. 2016(08)
[3]基于大功率超窄线宽单模光纤激光器的ф-光时域反射计光纤分布式传感系统[J]. 谢孔利,饶云江,冉曾令. 光学学报. 2008(03)
[4]油气管道安全分布式光纤预警系统研究[J]. 曲志刚,靳世久,周琰. 压电与声光. 2006(06)
[5]基于OTDR的分布式光纤传感器原理及其应用[J]. 倪玉婷,吕辰刚,葛春风,武星. 光纤与电缆及其应用技术. 2006(01)
博士论文
[1]几种改进OFDR性能方法的提出及验证[D]. 丁振扬.天津大学 2013
硕士论文
[1]超长距离相敏光时域反射仪实验与应用研究[D]. 王杰.电子科技大学 2013
[2]信息融合技术在输水管道泄漏检测与定位中的应用研究[D]. 石小琳.太原科技大学 2011
[3]通过多点同步测压法监测大型输水管线爆漏的研究[D]. 刘哲.华南理工大学 2011
本文编号：3560775
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