基于光纤光栅传感网络的海洋平台冲击及管道泄漏定位方法

发布时间：2017-10-08 21:21

  本文关键词：基于光纤光栅传感网络的海洋平台冲击及管道泄漏定位方法

  更多相关文章： 传感检测 光纤Bragg光栅 冲击定位 泄漏检测 多峰值检测

【摘要】：随着社会工业化进程的加快,对油气资源的需求量也随之增加。作为油气资源开采及输送的重要设备,海洋平台及输油管线的安全性问题受到了研究者的广泛关注。海洋平台冲击损伤及输油管道泄漏点的精确定位是避免发生重大油气事故的重要手段。光纤Bragg光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感器具有成本低、精度高、耐腐蚀、耐高温等优点,已成为传感领域的研究热点。将FBG应用于油气设备的安全性检测中,具有传统电气类传感器无法比拟的优势,而FBG反射谱的峰值检测技术是影响传感系统精度的关键,因此,设计一种基于FBG传感网络的高精度海洋平台冲击及输油管道泄漏定位系统具有一定的研究意义和应用价值。针对现有平台冲击定位方法易受环境温度干扰的问题,设计了具有测量阵列和参考阵列的FBG传感网络,提高了传感系统的稳定性。针对冲击力大小难以识别的问题,提出了基于支持向量机的冲击力识别方法。为了进一步提高现有方法的定位精度,结合余弦相似度与反距离加权差值算法相关理论,提出了一种高精度的冲击点定位算法。搭建了平台冲击实验系统,并通过实验验证了所提方法的可行性。针对现有输油管道泄漏定位方法检测结果易受环境温度干扰的问题,设计了具有温度自补偿功能的传感探头。针对传感探头安放位置受限的问题,提出了泄漏感应层及应力传导设计方案。针对泄漏点定位精度不高的问题,结合各传感探头间间距,提出了泄漏点定位算法,实现了输油管道泄漏点的精确定位。针对现有FBG反射光谱峰值检测算法不能满足多峰值光谱自适应寻峰的问题,结合Hilbert变换及一维Gabor滤波法,实现了峰值区域自适应分割。针对现有算法寻峰精度有限的问题,结合非对称广义高斯模型理论,提出了一种自适应多峰值检测(Self-adaptive Multi-peak Detection,SMD)算法。通过仿真实验,验证了所提方案的可行性和有效性。
【关键词】：传感检测 光纤Bragg光栅 冲击定位 泄漏检测 多峰值检测
【学位授予单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE973.6;TP212
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-12
• 注释表12-13
• 第1章 绪论13-24
• 1.1 引言13
• 1.2 研究背景及意义13-15
• 1.3 海洋平台冲击损伤定位技术的发展15-16
• 1.4 输油管道泄漏检测技术的发展16
• 1.5 光纤光栅传感技术16-20
• 1.5.1 光纤光栅的分类16-18
• 1.5.2 FBG的波长解调技术18-20
• 1.6 本文研究重点及创新点说明20-21
• 1.7 课题来源21-22
• 1.8 论文组织结构及安排22-24
• 第2章 光纤Bragg光栅传感理论及应用分析24-35
• 2.1 引言24-25
• 2.2 FBG传感特性25-28
• 2.2.1 FBG的应变传感特性25-26
• 2.2.2 FBG的温度传感特性26-28
• 2.2.3 FBG的光谱特性28
• 2.3 基于FBG的平台冲击定位方法分析28-31
• 2.4 基于FBG的输油管道泄漏检测方法分析31-32
• 2.5 FBG光谱信号峰值检测理论及方法分析32-34
• 2.6 本章小结34-35
• 第3章 FBG传感网络海洋平台冲击识别与定位35-47
• 3.1 分布式传感系统的设计与构建35-37
• 3.1.1 传感系统的设计原理35-36
• 3.1.2 传感系统的构建36-37
• 3.2 基于SVM的冲击力大小识别37-40
• 3.2.1 SVM分类算法基本理论37-38
• 3.2.2 冲击力大小的识别38-40
• 3.3 海洋平台冲击点的精确定位40-41
• 3.3.1 基于余弦相似度的冲击位置区域定位40-41
• 3.3.2 基于反距离加权插值算法的冲击点精确定位41
• 3.4 实验验证与结果分析41-45
• 3.4.1 训练集的构建42
• 3.4.2 冲击力大小的识别42-43
• 3.4.3 冲击点的精确定位43-44
• 3.4.4 定位方法对比44-45
• 3.5 本章小结45-47
• 第4章 FBG传感网络输油管道泄漏检测与定位47-56
• 4.1 现有管道泄漏检测方法优缺点分析47-48
• 4.2 FBG传感探头设计48-52
• 4.2.1 探头结构设计48-49
• 4.2.2 探头温度自补偿原理49-52
• 4.3 泄漏检测系统的构建52-54
• 4.3.1 感应层及应力传导方案设计52-53
• 4.3.2 传感探头的安装53-54
• 4.4 泄漏点的检测及定位54-55
• 4.5 本章小结55-56
• 第5章 FBG多峰光谱信号自适应精确寻峰方法56-70
• 5.1 现有寻峰算法的优缺点分析56-57
• 5.2 FBG多峰值光谱自适应精确寻峰算法57-65
• 5.2.1 光谱信号预处理57-59
• 5.2.2 峰值点初定位59-60
• 5.2.3 自适应多峰值区域分割60-62
• 5.2.4 基于广义高斯模型的峰值精确定位62-65
• 5.3 仿真验证与结果分析65-68
• 5.3.1 实验系统搭建及光谱数据采集65-66
• 5.3.2 寻峰精度对比分析66-68
• 5.4 本章小结68-70
• 第6章 总结与展望70-72
• 6.1 全文总结70-71
• 6.2 展望71-72
• 参考文献72-79
• 致谢79-80
• 攻读硕士学位期间从事的科研工作及取得的成果80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 陈勇;杨凯;刘焕淋;;多峰光纤布拉格光栅传感信号的自适应寻峰处理[J];中国激光;2015年08期

2 REN Liang;JIA ZiGuang;HO Michael Siu Chun;YI TingHua;LI HongNan;;Application of fiber Bragg grating based strain sensor in pipeline vortex-induced vibration measurement[J];Science China(Technological Sciences);2014年09期

3 赛耀樟;姜明顺;隋青美;路士增;贾磊;;基于FBG传感网络和时间反转聚焦的多源冲击成像定位技术研究[J];光电子.激光;2014年08期

4 王巧妮;杨远洪;;基于Steger图像算法的光纤布拉格光栅寻峰技术[J];光学学报;2014年08期

5 陈鹏飞;田地;乔淑君;杨光;;一种基于连续小波变换的LIBS光谱自动寻峰方法[J];光谱学与光谱分析;2014年07期

6 刘英伟;秦永彬;;基于余弦相似性的m-类分类器设计与算法实现[J];计算机与数字工程;2014年03期

7 路士增;姜明顺;隋青美;赛耀樟;金中薇;张法业;贾磊;;基于数据模板匹配算法的FBG冲击定位系统[J];光电子.激光;2014年02期

8 韩颖;;中石化东黄输油管道泄漏爆炸事故追踪[J];劳动保护;2014年01期

9 余小东;武莹;何腊梅;;反距离加权网格化插值算法的改进及比较[J];工程地球物理学报;2013年06期

10 金靖;叶向宇;林松;刘佳;;基于FBG传感器网络的结构应力定位[J];传感器与微系统;2013年07期

，

本文编号：996318