光纤光栅分布式传感系统及其输气管道泄漏检测

针对传统方法难以精确诊断输气管道泄漏的难题,提出采用分布式光纤光栅(FBG)传感技术实现天然气管道泄漏的在线监测技术.利用光纤光栅温度传感器和分布式光纤温度传感器的温度特性,结合天然气管道泄漏处的温度场变化规律,进行了光纤光栅分布式检测系统和分布式光纤泄漏检测系统研究.着重分析了光纤光栅分布式传感系统的构成及其原理,介绍其具有其它传感系统无法比拟的优越性及应用领域,并初步建立了光纤检测系统实施方案.     

基于负压力波法的城市天燃气管线远程监控系统

由于城市中天然气管线铺设非常广泛,但是对于深埋地下的天然气管道的监控存在着精度低,定位不准确和无法实现完全的远程监控等问题。利用负压力波法的修正算法对管线泄漏情况进行有效识别并进行准确定位。系统使用Daubechies波为小波基,利用修正的Mallat快速小波算法对信号有效降噪,提高了系统检测泄漏点的灵敏度,增加了泄漏点定位的准确性。整个系统融合了无线通讯技术（GSM）、PLC技术、总线技术、CLinux服务器和嵌入式WEB技术和GPS等技术,实现了对天然气管道的远程监控、数据分析和处理等功能。     

利用分布式光纤传感技术检测天然气管道泄漏

简述了基于Sagnac光纤干涉仪原理的天然气管道泄漏检测系统理论模型和实验系统,并对系统的性能进行了理论分析和实验研究,实验结果与理论分析相吻合,表明该系统可以实现对天然气管道的泄漏检测及定位。     

基于负压波的管道泄漏诊断

本文介绍用波敏法进行管道泄漏诊断的原理和试验结果,波敏法是基于压力波传播规律,并采用相关分析技术对从管道两端所采集到的压力信号进行处理以实现泄漏检测与定位的一种诊断方法,由于不需要流量信号,且对负荷扰动具有较强的抗干扰能力,因而具有较大的实用价值。     

信号奇异性检测在输气管线泄漏检测中的应用

对小波变换的基本理论进行了简要的阐述，特别是信号奇异性检测。并以天然气管道泄漏后获得的相关信号为对象。利用小波分析方法来分析信号的奇异性及奇异性位置，从而应用到天然气管线泄漏检测中，仿真实验证明了该方法对管道泄漏诊断的精度，同时也显示出小波在滤波、定位等方面的优越性。     

Duffing振子在长输天然气管道泄漏检测中的应用

为了及时发现天然气管道泄漏,在管段上下游安装声波变送器,实时获取管道内的声波信号,采用功率谱估计的方法对泄漏声波信号进行分析,可确定泄漏声波频率在16～20 Hz之间.然后分析研究了Duffing振子检测方法中驱动力相位、频率与相轨迹状态之间的关系,并建立了基于Duffing振子的天然气管道泄漏检测系统,通过设置不同的驱动力相位,将管道内声波信号进行频率变换后输入到检测系统可以判断是否存在泄漏声波的频率成分,从而实现天然气管道的泄漏检测;为了验证方法的有效性,在实际天然气管道建立了测试系统,开展了多次不同孔径的管道泄漏测试,将泄漏声波信号输入检测系统,均可检测到泄漏声波;现场测试结果表明该方法对多种孔径的泄漏均具有较好的检测效果,可解决天然气管道较小泄漏的检测问题.     

天然气管道泄漏在线检测模拟实验系统

天然气管道泄漏在线检测模拟实验系统是以压缩空气为介质,可以模拟现场诸如管材缺陷腐蚀穿孔所致泄漏、管道断裂泄漏以及人为打孔泄漏等多种形式的泄漏,同时进行压力/流量突变法、负压波检测法、瞬态模型法以及序贯统计法等多种泄漏检测与定位方法的实验验证与对比分析;文中设计出了模拟实验系统体系结构,分析了泄漏类型及模拟阀门选型,构建了泄漏检测系统硬件结构,设计了相应的软件;该系统将为深入研究天然气管道泄漏检测与定位方法提供重要的实验基础。     

基于光纤传感和小波变换的管道泄漏定位技术

研究了一种基于Sagnac光纤干涉仪原理的分布式光纤管道泄漏检测和定位技术,利用单模光纤作为分布式传感器,可以有效地检测管道沿线所发生的泄漏信息,并实现泄漏点定位。阐述了检测系统的组成和工作原理,分析了检测系统定位方法。采用小波阈值消噪对泄漏信号进行处理,可以有效地提高零点频率的辨识性。结果表明:该检测技术具有较高的测试灵敏度和定位精度。     

基于分布式光纤传感的水下输气管道泄漏检测与定位分析

介绍了一种基于Sagnac/Mach-Zehnder混合干涉仪原理的分布式光纤传感水下输气管道泄漏检测及定位系统。在强干扰微小泄漏情况下,通过分布式光纤传感器获取由管道泄漏引起的光干涉信号,采用小波包方法对信号进行多层分解,提取小波包能量特征,用欧式距离法对管道泄漏与否进行聚类分析;对泄漏系统利用零点频率进行精确定位,并将基于零点频率的传统检测定位、经小波去噪和最小二乘曲线拟合处理后的检测定位及本文提出的检测定位三种方法进行对比分析,统计了系统虚警率（FAR）。实验结果表明,该系统能准确识别管道泄漏,本文提出的泄漏检测定位法虚警率最低,与经小波去噪和最小二乘曲线拟合处理后的检测定位法相比,虚警率降低了6.6%,提高了系统泄漏检测定位的可靠性。     

管道泄漏检测支持向量机的方法实验研究

提出一种基于支持向量机的锅炉管道泄漏声发射检测技术。首先对管道泄漏声发射信号进行特征参数提取,然后将提取的特征参数作为特征向量输入支持向量机进行分类处理,并进行训练。训练后的支持向量机可以利用测量的声发射信号来判断泄漏信号的类别,实现了对泄漏信号的有效识别。试验结果表明该方法在管道泄漏诊断中是有效可行的,验证了声发射技术应用于管道泄漏检测的可行性。     

一种新型光纤布拉格光栅气体泄漏检测传感器

提出了一种新颖的基于光纤自加热效应的气体泄漏检测用传感器,不仅可对管道连接处等易发生泄漏的部位进行实时监测,还可提供定量的有关管道泄漏速度的数据。泄露到光纤外部的泵浦光能被附着在光纤光栅外部的金属涂敷层吸收,导致温度上升,改变了光栅的栅格周期,进而影响了光栅的谐振波长。当有气流通过光纤光栅时,由于热量被带走,导致光纤光栅温度变化,通过监测谐振波长的改变即可求得气体的泄漏速度。为简化信号解调方法,利用长周期光纤光栅的边沿滤波器特性,实现光纤光栅传感波长的解调。实验通过控制CO2的流速,证实了该方法的可行性。     

基于匹配滤波技术的数字化光纤光栅传感解调方法

报道了一种结合数字化技术对光纤光栅传感系统信号进行解调的方案.解调系统采用数字时钟信号产生锯齿波电压信号控制可调谐光纤法布里-珀罗滤波器,对光纤光栅进行扫描式搜寻,同时利用同步时钟信号控制数字采集卡实时读取搜寻到的数据.由于光纤光栅的反射谱是已知信号,因此采用数字匹配滤波技术对采集到的信号进行处理可以得到最大的信噪比.实验结果表明:系统在波长寻址范围为1 520-1 575 nm内,扫描频率1.5 Hz,波长分辨率可以达到2 pm以下.     

基于短栅区光纤光栅传感器的油气管线腐蚀在线监测系统研究

基于短栅区光纤光栅传感器设计了一种油气管线腐蚀在线监测系统。对应油气管线外表面周向非线性应变,该系统可以测量油气管线腐蚀缺陷,保障管线安全运行。通过对管线圆柱型腐蚀缺陷周向应变特性及光纤光栅应变传感模型的理论分析,设计了3mm短栅区光纤光栅的应变传感阵列,并在模拟油气管道上验证了测量圆柱型缺陷表面周向非线性应变的可行性。结合波分复用、时分复用技术及光纤光栅解调系统可以组成解调7×7个应变及1个温度补偿共计50个光纤光栅传感器的在线监测系统。该系统已应用于中海油渤南龙口天然气终端处理厂,监测结果表明该在线监测系统稳定可靠,是监测油气管线腐蚀状况,保障管线安全运行的一种有效可靠方法。     

光纤Bragg光栅传感器的解调方法概述

在各种光纤传感器中,光纤Bragg光栅(FBG)传感器是近几年来研究的热点。研究光纤光栅传感器的关键问题是光纤光栅的信号解调,即波长微小移位的检测问题。概述了光纤光栅传感器解调原理,并从响应特性分类角度对光纤光栅的几种解调方法进行了分析比较。     

虚拟仪器技术在FBG传感系统中的应用

介绍了一种基于虚拟仪器技术的光纤B ragg光栅(FBG)传感监测系统,包括FBG传感器的基本工作原理、虚拟仪器技术的特点和LabVIEW软件的应用。实验表明:该系统能够正确采集FBG传感过程中的应变和温度等特征信号,并能有效利用计算机实现信号的处理,可以满足FBG实时监测的要求。     

Dual-phase sensing for early detection of prepreg structural failures via etched cladding Bragg grating

A dual-phase optical fiber-based sensor for early detection against prepreg structural failures is proposed and successfully demonstrated. The sensor consists of an etched fiber Bragg grating (FBG) mounted onto an aluminium plate. The sensor is tested using a simple pressure and petrochemical test rig. By observing the shift of the reflected wavelength of the FBG sensor we can simultaneously detect two parameters: (i) pressure and (ii) petrochemical. The experimental results show the potential of using the FBG sensor for early detection of submarine oil pipe leaking.     

基于光纤传感网络的变截面复合材料低速冲击定位

为了检测复杂复合材料结构的冲击内部损伤位置,构建了基于光纤传感网络的变截面复合材料板低速冲击监测系统。采用可检测结构应变场的光纤光栅传感器,在恒温下监测并分析了变截面复合材料板的冲击响应信号,利用经验模态分解方法提取冲击信号频谱特征,通过自回归模型将频谱特征量建模,最后利用样本信号与待测信号之间的马氏距离判定冲击信号位置。实验结果表明基于光纤光栅传感网络、经验模态分解和自回归模型的变截面复合材料板低速冲击定位方法可行且最大相对误差为4.27%。     

气体压力式FBG温度传感器设计

针对基于电信号传输的温度传感器难以在石油、化工、变电站等高危环境中做检测的问题,设计了气体压力式光纤Bragg光栅(FBG)温度传感器.采用气体压力式结构,在等强度悬臂梁上下表面的中心轴线上各粘贴一只具有相同敏感系数的FBG,分析了该温度传感器的工作原理,建立了其理论数学模型,并组装了传感器.通过对设计的气体压力式FBG温度传感器进行升降温实验测试,得到传感器的静态性能特性:传感器的线性度为3.59％FS,升温过程中灵敏度为10.14 pm/℃,降温过程中灵敏度为9.99 pm/℃.     

小波变换在信号奇异性检测中的应用

利用小波变换具有良好的时频局部化特征 ,在特定尺度下 ,求解信号小波变换的模极大值 ,从而找到信号奇异点。该方法应用到输油管道的泄漏检测中 ,结果表明 ,能够排除工况干扰 ,识别有用信号 ,及时准确地检测出管道的泄漏故障。     

常用光纤Bragg光栅特性分析

结合光纤Bragg光栅在通信与传感领域应用的特性,利用传输矩阵法分析了均匀光栅、啁啾光栅、切趾光栅的反射率、时延特性、边模抑制比和反射带宽示意图.分析得到了不同光栅的特性规律,这些规律对光栅在通信与传感领域应用具有参考的价值.