混合干涉型分布式光纤天然气管道泄漏检测及定位方法研究

介绍了一种基于马赫-曾德尔和萨格纳克混合干涉仪原理的分布式光纤天然气管道泄漏检测系统.阐述了检测系统的检测原理及泄漏定位方法,在泄漏点距法拉第旋转镜为6 032m处进行了气体管道泄漏检测实验并重复做了20次试验,测试了传感光纤与泄漏点不同夹角对检测系统性能的影响.实验结果表明,该系统可以检测出管道内气体压力为0.3MPa、泄漏孔径为2.5mm的微小泄漏信号并进行定位,平均相对定位误差为1.29%.在40mm的管道外径下,传感光纤与泄漏点夹角在0～180°范围内,检测系统均能检测出泄漏信号并进行定位.     

基于通信光缆的光纤油气管线预警系统

提出了一种以光纤分布式扰动传感器为核心,通过随油气管线一同敷设的标准通信光缆为传感介质的新型光纤管线预警系统.该系统利用激光干涉的原理对扰动信号进行实时探测,从而实现对挖掘、偷盗和第三方破坏等事件导致的扰动的实时监测和定位,从而达到管线安全预警的功能.该预警系统成功研制后分别在津唐输油处石油管线和杭州至嘉兴天然气管线进行了多次外场测试,该系统能在长达60 km的管线上实现250 m的定位精度,具有很好的定位稳定性.其测试结果表明:与传统油气管线监测手段相比,该系统具有无需外场供电、本质安全、灵敏度高,监测距离长、可定位以及可预警监测等技术优势,是未来油气管线监测的发展趋势.     

最小控制递归平均算法对光纤声音传感系统的降噪作用

为了解决恶劣环境下分布式光纤声音传感系统的声音还原问题,搭建了一种基于改进最小控制递归平均(IMCRA)算法的多通道光纤声音传感系统。采用Sagnac和Mach-Zehnder复合光路结构,以单模光纤作为传感单元拾取声音信号,借助光开关实现了多通道信号采集,并通过改进最小控制递归平均算法对声音信号进行降噪、还原及增强处理。实验结果表明:该系统可在长为4km的传感光纤上实现对单音信号和语音信号的多通道扫描拾取,并能够在复杂情况下实现对语音信号信噪比的有效提升,为光纤声音传感系统在恶劣环境下的应用提供了一种新途径。     

一种基于相干光时域反射的分布式光纤振动传感系统研制

针对基于相干光时域反射的分布式光纤振动传感系统中数据量庞大,且需要信号发生器外部驱动,集成度低的缺点,利用现场可编程逻辑门阵列实现传感数据的高速采集与声光调制器的同步驱动,采用USB 3.0实现采集模块与上位机的实时数据传输。搭建一种基于相干光时域反射的分布式光纤振动传感系统,利用本地光与后向瑞利散射光的拍频效应,实现对微弱后向瑞利散射光信号的探测,并提高系统的传感距离。采用正交相位解调方法获取振动信号的位置信息。实验结果表明:该系统可在22 km传感光纤上对振动信号进行有效定位,定位误差在20 m以内,且系统对正弦波和方波等不同形态的振动信号定位效果一致。     

基于可饱和吸收稳频技术的光纤激光应变传感特性研究

提出了一种环形光纤激光用于光纤传感的方法,结合光纤可饱和吸收体稳频技术,获得稳定的激光输出,并成功将其应用于应变传感.使用980 nm激光二极管作为泵浦源,长度为2 m的掺铒光纤作为增益介质,通过光环形器引入未泵浦的掺铒光纤作为可饱和吸收体形成窄带滤波器,并选用高反射率光纤光栅作为波长选择元件.可饱和吸收体长度为4 m时获得了稳定的激光输出,输出3 d B带宽小于0.2 nm,边模抑制比大于70 d B,阈值电流为63.3 m A.通过选频光纤光栅对等强度梁应变的感知引起的光纤激光输出调谐,实现0~2 100με应变传感检测,对这种掺铒光纤激光的应变特性进行了实验研究,得到了应变与激光峰值波长的线性关系.实验结果表明:该激光传感器获得了很好的线性度和重复度,线性拟合度高于0.999.     

全保偏光纤直流磁场传感系统

采用保偏光纤耦合器和偏振器搭建了马赫-曾德尔型光纤干涉仪。在传感臂中接入铽镝铁材料被覆保偏光纤结构的光纤磁传感探头,在参考臂中接入保偏光纤PZT相位调制器进行工作点控制,得到了全保偏结构的光纤直流磁传感系统。该系统抑制了偏振诱导的信号衰落,实现了稳定的直流磁场信号检测。实验得到了系统对0.75mT~60mT的外加直流磁场响应特性,结果表明,该直流磁场传感系统的线性度达到了0.997,最小可检测的直流磁场达到3.4×10-6T。     

基于长信号谱自相关的光纤光栅传感解调方法

针对光纤光栅传感领域波长高精度探测和传感复用光栅数量增多的需要,提出一种基于长信号相关谱的新型光纤光栅数字解调技术.该技术在可调谐滤波法的基础上,通过传感光栅与调制光栅反射谱卷积后的信号,即光电探测器的光强时间信号,进行自相关分析以实现对波长漂移的测量以及对传感光栅反射谱形状的识别,增强系统的复用能力,提高了性价比.模拟仿真表明,光纤光栅长信号相关数字解调方法可以准确测量光纤光栅波长的漂移,能更好实现传感复用.等强度悬臂梁实验验证该解调方法能实现光栅应变的高精度测量,优于传统的应变片测试.     

基于分布式光纤振动检测系统的动态方差阈值算法研究

为解决分布式光纤振动传感系统的定位准确性弱、灵敏度低及响应速率慢等问题，提出了一种基于相位敏感光时域反射的动态方差阈值算法。该算法将经过带通滤波预处理后的信号进行方差处理、高斯模糊、阈值寻峰以及重心精确，解决了长距离DVS检测由于背向瑞利散射信号的衰减以及运算量大造成的响应时间长的问题。并且采用并行编程技术将运算速度提高了184%，从而快速准确地确定扰动发生位置。实验研究了39 km长度的光纤上人为扰动和噪声的区别，并通过动态方差阈值算法消除了噪声的影响并确定了扰动位置。该系统响应时间为1 s，空间分辨率为20 m，定位误差低于0.1%。     

基于光纤Bragg光栅传感的轴向柱塞泵非介入式振动测量方法

振动信号是机械设备故障诊断的重要信息来源。为克服传统检测方法需对系统进行拆卸的问题,创新性地利用光纤光栅传感方法对液压泵进行非介入式振动测量,充分发挥光纤传感的抗电磁干扰能力强、耐腐蚀、稳定性好、测量敏感度高等优点。对光纤光栅振动传感原作了分析,设计、仿真分析了双等强度悬臂梁式光纤Bragg光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)振动传感器,在此基础上利用光纤光栅解调系统和振动试验台对传感器的性能进行实验验证,得到该传感器灵敏度为0.024 nm/(m·s~(-2)),固有频率为185 Hz,并且线性度较好;对轴向柱塞泵模态分析,优化布置传感采样点,实际测量泵的振动信号。研究结果可为液压泵非介入式状态监测和故障诊断提供可靠数据支持。     

改进型分布式光纤水下输气管道泄漏检测仿真分析

针对现有干涉分布式光纤感测架构在系统结构复杂度与灵敏度方面的限制,通过对一种基于萨格纳克/马赫-曾德尔原理的干涉分布式光纤感测架构进行改进,仿真分析架构中的关键结构参数,确定了一种延迟光纤长度为2 km,调制器光纤为5 m,检测起点为距离法拉第旋转镜1.03 km的改进型分布式光纤感测架构.仿真结果表明,该结构能够有效地减小光信号损失,准确地定位管道泄漏点位置,从而为水下长输管道的泄漏检测提供了一种理想的感测模型架构.