基于小波包能量谱的分布式光纤燃气管道泄漏监测及实验分析

基于Mach-Zehnder/Sagnac混合干涉仪原理,利用分布式光纤对城市燃气管道进行泄漏监测模拟实验研究。对测量光纤长4 km和6 km时的干涉信号利用小波包能量谱提取法和绝对距离法相结合的方法诊断管道泄漏与否,再结合频谱图进行泄漏定位,最后对系统的虚警率(false alarm rate,FAR)进行了分析。结果表明,与传统直接通过频谱图识别零点频率的方法相比,虚警率降低了8.475%,能够更准确地识别燃气管道泄漏与否,从而提高系统监测及定位的可靠性。     

基于时延估计的光栅阵列管道泄漏检测与定位方法研究

城市燃气在管道运输过程中存在很大的安全隐患，一旦发生危险，后果不堪设想，燃气管道泄漏的监测与定位意义重大。为解决目前大部分管道泄漏检测与定位方法存在的易受环境干扰、精度低、适用范围窄、计算难度较高等问题，提出了一种基于时延估计的光栅阵列（wFBG）管道泄漏检测与定位方法，该方法通过光栅阵列技术采集振动信号，根据采集到的泄漏振动信号时域、频域上的特征，首先通过基于短时能量分析的方法检测管道是否泄漏，然后对满足要求的信号片段进行峰值间多项式拟合获取泄漏信息到达的时刻，最后根据时间差定位泄漏点。实验结果表明，该方法能有效检测泄漏，并且在测量距离为40 m的情况下，定位误差在1 m左右。     

自来水铸铁管道泄漏声信号频率特征研究

针对基于声发射技术的自来水管网泄漏检测定位方法，研究因泄漏而形成的声信号频率分布及不同泄漏量对频率分布的影响。实际泄漏检测时，通常采用互相关法估计泄漏信号到达不同传感器间的时间延迟实现漏点定位，因此，借助互相关分析法研究了管道的不同口径及泄漏信号传播距离对泄漏信号频率分布的影响。同时，泄漏声信号的传播不可避免要经过管道间的接口，因此分析了两种管道接口对信号频率成分的影响。进而为设计合理的管道泄漏检测过程提供依据，并为泄漏声信号形成及多种因素对泄漏声信号特征产生影响的机制研究奠定基础。     

基于Sagnac光纤干涉仪的管道泄漏检测和定位技术

研制了一种基于Sagnac干涉仪的分布式光纤传感器,可实时进行管道泄漏检测与定位.阐述了该传感技术的工作原理和泄漏点定位方法,并推导了泄漏引起的光信号相位变化表达式。管道泄漏实验结果表明,水压为0.3MPa时,该技术能有效地检测到管道泄漏的发生并准确定位。     

新型分布式光纤管道泄漏检测技术及定位方法研究

介绍了一种基于萨尼亚克(Sagnac)干涉仪的直线型分布式光纤管道泄漏监测系统,实时进行管道泄漏监测和定位。此系统有两条传感光纤,可有效提高管道监测距离。推导了泄漏信号引起的光信号相位变化表达式;分析了该干涉仪应用于泄漏检测的原理及其泄漏源定位方法,并在分别距两传感光纤末端的法拉第旋转镜为3.990km和4.024 km处进行了泄漏检测实验。管道泄漏实验结果表明,该系统较准确地确定了泄漏源位置且定位误差小于1.05%.     

输气管道泄漏的波达时差交叉定位方法*

为了实现对管道泄漏位置的三维定位,该文提出一种基于波达时差法的交叉定位方法。将传感器阵列布放在不同位置,通过波达时差法获取远场泄漏声源的两组空间方位信息,对两组方位交叉求取空间伪交点从而完成定位。建立泄漏定位实验平台,分析了多种互相关方法以及阵列孔径、布放间距、泄漏位置等因素对延时估计和定位精度的影响。实验结果表明:选取基本互相关法对泄漏信号的10 500 Hz分量进行互相关分析,能够获取稳定的延时估计结果;在有效信号检测范围内,增大阵列孔径和布放间距能有效减少误差;该文方法相较于现有波达时差法能有效提高距离原点4 m以上泄漏位置的定位精度。     

偏振态对分布式光纤泄漏检测系统的影响研究

研制了一种基于Sagnac干涉仪的直线型分布式光纤传感器,可实时进行管道泄漏检测与定位。分析和研究了该干涉仪的泄漏检测原理、泄漏源定位方法以及光偏振态对传感器性能的影响。当两束光偏振态相同时,系统具有最佳的性能;当两束光正交时,无法实现信号检测。管道泄漏的实验结果表明,该系统能较准确地确定泄漏源位置,且定位误差为0.69%。     

基于激光吸收光谱技术天然气管道泄漏定量遥测方法的研究

报道了基于激光吸收光谱学原理的天然气管道泄漏移动遥测技术,通过模拟天然气泄漏实验, 分析了移动遥测的关键技术问题.为了定量遥测天然气管道微量泄漏,引入一个和剩余幅度调制(RAM) 等值反相的信号对偏差进行补偿,降低RAM对谐波信号的影响,提高系统检测灵敏度. 针对遥测回波吸收光谱特征,提出了改进软阈值小波去噪法,就提高系统信噪比而言, 比传统软阈值去噪法高2倍多,同时对二次谐波(2f)信号形状也有很好的保留,通过探测限计算, 系统移动遥测灵敏度达到80 ppm/m.     

一种用于管道泄漏声定位的可调Q因子小波变换分析方法

针对泄漏声发射信号的非平稳随机特性,进行了泄漏声信号可调Q因子小波变换(Tunable Q-Factor Wavelet Transform,TQWT)的理论分析和实验研究。首先通过对典型泄漏声信号的TQWT分析,研究品质因子和分解尺度对泄漏声特征提取的影响。然后根据峭度最大原则,优选出适合泄漏声信号分析的TQWT参数。在此基础上,提出了一种基于TQWT提取管道泄漏声特征分量的方法,并将提取的特征分量进行互相关分析用于管道泄漏定位。实验结果表明,利用该方法可以有效提取出泄漏声信号中的特征分量,从而更好实现泄漏定位,定位误差较小。该项研究工作为实际工程管道泄漏检测提供了可行的解决方案。      

基于支持向量机的分布式光纤泄漏检测定位系统及实验分析

针对基于Sagnac和Mach-Zehnder混合干涉仪的分布式光纤管道泄漏检测定位系统进行了泄漏实验,采用在1 km~9 km之间的20组泄漏点样本,依据支持向量机建立样本数据的回归模型,对支持向量机的相关调整参数进行了优化,对系统的灵敏度进行了分析。实验结果表明,经SVM回归分析可得,处理后样本比实验所得泄漏点位置更接近实际泄漏点位置,传统定位方法得到的泄漏点位置平均绝对误差为118.85 m,经过回归分析后样本的平均绝对误差为92.01 m,定位精确度达99.85%,定位精度提高;当泄漏点距法拉第旋转镜的距离越远,检测系统的灵敏度越小,当泄漏点位置超过10 km时,系统的灵敏度低于0.5 Hz/m。     

光纤式输油管道安全预警系统

提出了一种基于光时域反射原理(Optical Time Domain Reflectometer,ODTR)和分布式光纤传感器的输油管道泄漏实时监测技术。当输油管道发生泄漏时,光纤所处的温度场发生变化,利用光纤后向拉曼散射的温度效应,通过测量该处的温度变化来判断管道泄漏;当发生人为破坏(盗油)事件时,所产生的振动、压力等扰动信号使在光纤中传输的后向瑞利散射光产生明显的损耗特征,通过测量其光强的变化来检测管道是否受到扰动或破坏。用ODTR技术实现对光纤测量点的定位。实验结果表明,光纤长度5km(可延长),测温范围0～90℃(可扩展),温度测量偏差小于+ 5℃,对扰动外力和温度的定位偏差小于15m。该检测技术可以有效地提高输油管道泄漏监测的水平和油的防盗水平。     

分布型光纤拉曼光子温度传感器系统的测温精度

在分布型光纤拉曼光子温度传感器（ＤＯＦＲＰＴＳ）系统中,自发拉曼光子是温度信息的载体,在２ｋｍ光纤上实时采样１０００个点,用于空间温度场分布的测量。系统采用拉曼光时域反射技术,对所测点进行定位。对分布光纤拉曼光子温度传感器系统的测温精度进行了讨论,由系统的信噪比来确定测温精度,提出了改善测温精度的方法,实际系统的测温精度达±１℃。     

基于累加平均的分布式光纤拉曼测温系统

分布式光纤拉曼温度传感(DTS)系统是一套基于光纤中的拉曼散射效应来实现分布式温度监控的系统,利用光纤中拉曼散射光的强度与光纤的温度状态有关的原理对温度进行实时监测。设计了一套9 km的光纤拉曼测温系统,利用数据采集卡对斯托克斯和反斯托克斯光进行采集,在电脑端对温度进行累加平均处理,将微弱的信号从系统的噪声中提取出来,提高其信噪比。在累加平均16 000次的情况下测温精度达到了±2℃。     

频域反射法光纤延时精密测量

本文提出了一种应用于光纤延时系统中实现光纤延时精密测量的新方法,用以提高光纤延时测量的精度和准确性.该方法以1064 nm激光调制信号作为光源,通过测量回波信号的幅值和相位信息得到被测通道的频率响应,采用快速傅里叶逆变换得到被测目标的延时信息,实现光纤延时测量.本文通过理论分析和延时测量实验对频域反射法与传统的时域测量方法进行对比,使用频域反射法在调制频率范围10—200 MHz,采样频率间隔0.5 MHz的实验条件下,实现了3.3 ps延时测量分辨率,并证明了该方法具有比时域方法更高的测量精度,测量结果的准确性更好.     

一个新型的基于全光纤Mach-Zehnder干涉仪BOTDR系统

报道了新型的分布式传感测量布里渊光时域反射(BOTDR)系统.布里渊散射频移和强度均依赖于温度和应变,因此,BOTDR利用光纤中的自发布里渊散射作为测量信号可以实现分布式温度和应变测量.在BOTDR中,光源采用窄谱半导体激光器,并由声光调制器调制成脉冲光,经掺铒光纤放大器放大后,注入测试光纤以产生自发布里渊散射.利用双通Mach-Zehnder干涉仪分离光纤背向散射中的自发布里渊散射与瑞利散射信号,实现了自发布里渊散射的直接检测.实验结果表明基于全光纤Mach-Zehnder干涉仪BOTDR方案是可行的.     

面向冰盖剖面的高空间分辨率分布式光纤测温系统设计

针对现有冬季冰盖垂直剖面温度检测技术的不足,设计了一种具有高空间分辨率的分布式光纤测温系统,介绍了系统的测量原理和总体结构,提出使用反卷积校正算法,避免了因受系统有限带宽影响而导致的测温不准,从而提升空间分辨率。同时进行了相关测温实验。该算法可以在保证温度测量精度的前提下,将系统的空间分辨率从1.3 m提升至0.5 m。设计了一种具有垂直高分辨率的温度测量装置,可以精确检测冰盖内部垂直方向上的温度变化,实现对冰盖厚度的识别。