光纤预警系统中振动信号受复杂地表环境的影响研究

发布时间：2017-04-24 09:15

  本文关键词：光纤预警系统中振动信号受复杂地表环境的影响研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着工业的迅速发展和能源结构的不断变化,石油和天然气在整个能源中占比逐渐增大,因此保证石油天然气的安全运输也日趋重要。现今,基于后向瑞利散射原理的分布式光纤传感系统逐渐运用在管道安全预警方面,它可以实现对长距离油气管道的安全监测。我国幅员辽阔、地形复杂,油气管道分布在不同的地表环境下,因此光纤预警系统也随之分布。不同的地表环境因素如温度、含水量等都有可能对光纤预警系统的信号采集影响。本文对此进行研究来分析地表环境的因素(如温度、含水量等)的差异对光纤系统信号采集的影响,进而提高光纤预警系统的灵敏度与准确性。本文首先阐述了光纤预警系统的基本机理和主要技术;然后从土壤振动、光纤传感以及环境改变三个方面对光纤预警系统受到环境的影响这一研究课题进行了理论分析,其中在土壤振动方面采用了弹性半空间理论等力学理论,在光纤传感方面采用了基本的光纤原理,在环境改变中主要研究了温度和含水量这两个主要因素改变对土壤振动和光纤传感的影响,通过对以上三方面的理论研究建立了整个系统的数学模型,然后应用MATLAB软件对该模型进行了仿真,分析了这两个环境因素改变对整个系统的影响;最后通过现场实验,用光纤预警系统采集相同振源在地表环境不同的情况下的信号进行处理,与系统仿真的结果进行对比得出最终结论。实验初步表明,在零摄氏度以上时土壤振动信号的峰值光功率随温度上升增大,随含水量增大变小,这两个结果与理论分析与模拟仿真相一致,由此说明了光纤预警系统中的振动信号会受土壤环境改变的影响,为进一步完善光纤预警系统提供了理论支持。
【关键词】：分布式光纤传感 土壤环境 后向瑞利散射 振动信号
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE88;TN911.7
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题的研究背景与意义9
• 1.2 国内外研究现状9-14
• 1.2.1 光纤传感技术概况9-11
• 1.2.2 国外研究进展11-12
• 1.2.3 国内研究进展12-14
• 1.3 论文研究内容与章节安排14-17
• 第2章 光纤预警系统的基本原理17-23
• 2.1 光纤的光散射现象17-19
• 2.1.1 光纤中的三种光散射17-18
• 2.1.2 光纤中的瑞利散射18-19
• 2.2 分布式光纤传感的原理19-22
• 2.2.1 相干光时域反射技术原理20
• 2.2.2 后向瑞利散射的光纤传感系统特性指标20-22
• 2.3 本章小结22-23
• 第3章 光纤预警系统受环境影响的理论分析23-43
• 3.1 土壤振动23-31
• 3.1.1 振动的分类23-24
• 3.1.2 土壤的物理特性参数24-25
• 3.1.3 土壤的振动模型25-27
• 3.1.4 弹性半空间的波动理论27-30
• 3.1.5 弹性半空间的基本解及振动方程30-31
• 3.2 光纤传感31-36
• 3.2.1 光缆受迫振动31-33
• 3.2.2 光纤的相位调制33-35
• 3.2.3 光电转换35-36
• 3.3 土壤环境改变的影响36-42
• 3.3.1 温度改变的影响37-40
• 3.3.2 含水量改变的影响40-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第4章 基于MATLAB的系统建模与仿真43-50
• 4.1 系统建模与仿真方法43-44
• 4.2 温度影响的仿真44-47
• 4.2.1 土壤振动信号纵向振动幅值仿真44-46
• 4.2.2 光电转换电流的仿真46-47
• 4.3 含水量影响的仿真47-49
• 4.4 本章小结49-50
• 第5章 现场实验与数据分析50-57
• 5.1 现场实验50-51
• 5.2 数据采集与分析51-56
• 5.2.1 温度实验数据采集51-53
• 5.2.2 含水量实验数据采集53-56
• 5.3 本章小结56-57
• 总结与展望57-59
• 参考文献59-63
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单63-64
• 致谢64

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