本发明专利技术是一种光纤传感天然气管道泄漏监测系统。它包括光路系统和电路两部分，在管道本体上每隔一定距离安装一个光纤传感器，相邻的多个光纤传感器构成一个光纤传感器组，各光纤传感器组共用一根发射光纤与光源连接，每个光纤传感器组使用一根回传光纤与光电探测器连接；光电探测器输出接包括泄漏信号识别和事件定位功能的信号采集与处理模块，信号采集与处理模块输出通过外部接口接微机。本发明专利技术灵敏度高、定位准确度高。
【技术实现步骤摘要】
一种基于光纤传感的天然气管道泄漏监测系统
本专利技术是一种基于光纤传感的天然气管道泄漏监测系统。涉及机械振动的测量、 冲击的测量和管道系统
技术介绍
目前，世界上建成的管道总长达到250万公里，已经超过铁路总里程成为世界能 源主要运输方式，发达国家和中东产油区的油品输运已全部实现管道化。我国管道在近年 也得到了较快发展，总长也超过7万公里，已初步形成横跨东西、纵贯南北、覆盖全国、连通 海外的能源管网大格局，管道运输成为油气等战略能源的调配输送的主要方式。管道由于跨越地域广，受自然灾害、第三方施工破坏等原因，导致了较多的管道泄 漏事故发生。国外管道安全情况也非常不容乐观，美国2010年9月9日圣布鲁诺市发生天 然气管道大爆炸，爆炸在路面造成一个长51米、宽9米的大坑。一段长约8米、直径76厘 米的管道被炸上天，飞出大约30米远，并引发大范围火灾，导致4人死亡，3人失踪，至少52 人受伤，过火面积4公顷，数十桩房屋被烧毁。近年来人们安全、环保意识显著提升，作为高 危行业的管道输运安全问题也得到越来越多的重视。目前成熟的技术中对于天然气管道泄漏监测只有声波监测法较为有效，但为了提 高对泄漏监测的实时性和漏点定位的准确性，必须在管线上加大传感器的布设密度，同时 增加相应的供电、通信设备，造成系统成本以及安装维护费用高昂。随着传感技术的发展国外如美国CS1、ATM0S1、欧洲TER等公司开展了 SCADA泄漏 监测系统研究，Sensornet公司也开发了基于分布式光纤温度传感器的泄漏监测系统，部分 产品在国内也申请了专利保护；国内天津大学、清华大学、中国人民解放军后勤工程学院等 单位也对管道的泄漏监测方法做了深入研究。专利CN200410020046. 6公开了一种基于干涉原理的分布式光纤油气管道泄漏监 测方法及监测装置。该监测系统要求在管道附近沿管道并排铺设一根光缆，利用光缆中 的光纤组成一个光纤微振动传感器。专利CN200620119429、CN200610113044. O均为基于 Sagnac光纤干涉仪的管道泄漏监测装置，专利CN200610072879. 6是一种基于分布式光纤 声学传感技术的管道泄漏监测装置及方法。《传感器与微系统》第26卷第7期的“基于分布式光纤传感器的输气管道泄漏检 测方法”公开了一种基于分布式光纤传感器的输气管道泄漏检测装置和方法。CN1837674A公开了一种基于分布式光纤声学传感技术的管道泄漏检测装置及方 法。US2006/0225507A1公开了 一种基于分布式光纤传感器的管道泄漏检测装置及方法。上述技术均属于分布式光纤传感监测方法。但该类技术监测泄漏时受到管道周围 所发生的干扰事件的影响，具有很高的系统虚警率，抗干扰能力较差。
技术实现思路
本专利技术的目的是专利技术一种灵敏度和准确度高、虚警率低、不易受环境因素影响的基于光纤传感的天然气管道泄漏监测系统。鉴于上述几类泄漏检测、监测技术存在的灵敏度低、虚警率高、易受环境因素影响等问题，本专利技术是提供一种基于光纤传感的高灵敏度准分布式泄漏振动监测系统，采用高灵敏度传感器使得可以在当管道发生微漏、渗漏等泄漏初级阶段时被及时监测到，并结合泄漏事件的时域、频域特征有效降低了干扰引发的系统虚警率，该技术方案克服了此前监测技术中的准确性差和安装工艺复杂的不足，使得相关维护人员能够及时采取应对措施， 避免造成更大的安全事件。管道泄漏后会产生各频段的声波，波长比较短的超声波在距离声源不太远的位置就逐渐被介质吸收了，而且波长越短，吸收衰减的也越快，只有低频声波和次声波传播的距离较远，能传播几千米至几十千米。目前采用在·较长管道两端安装次声波传感器的系统由于可用信号频段较窄，对泄漏信号的定位准确性效果还不够。本专利技术提出了一种具有高灵敏度的准分布式光纤传感泄漏振动监测方法，它是在管道本体上每隔一定距离安装一个高灵敏度光纤干涉型泄漏传感器，连续实时监测沿管道本体传播的泄漏振动波信号，对采集的振动波信号进行分析处理，包括类型识别和泄漏振动源定位，其中类型识别为通过对振动波特征的提取分析判别其是否属于泄漏类型，同时根据振动波传播到相邻几个光纤传感器的时间延迟结合振动波在管道本体上的传播速度实现对振动波源所在位置的确定，实现上述的对振动波信号分析处理后对泄漏事件进行报警同时提供泄漏点的位置信息。本专利技术在采用高灵敏度光纤传感器提高对泄漏事件监测灵敏度的基础上适当增加了光纤传感器的数量，扩展了可拾取监测信号的频段，并结合多个光纤传感器进行的时延估计定位方法保证了系统定位的准确性。在本专利技术中，传感器是实现管道泄漏监测的关键，当管道发生泄漏时，泄漏激发的振动波将沿管道向泄漏点两侧传播。在管道本体上每隔一定距离安装一个传感器，用来监测管道上的泄漏振动波。传感器采用光纤干涉仪结构，可以为光纤迈克耳逊干涉仪或者光纤马赫曾德干涉仪，为了增加对泄漏振动的感应灵敏度可以通过增加传感光纤长度的方式，其输出的光强信号经光电转换后可以写成V0 1+Vcos ( φ s+ φ η+ φ 0) +Vn (I)其中，Vtl是输出的电压信号，V是干涉仪的可视度，Vn是电路附加噪声，为由泄漏振动波引起的相差信号，即为要探测的泄漏振动波信号，Φο为干涉仪的初始相位，是个常量，Φη为位相差的低频漂移，是一个不确定量，随温度和外界环境影响而变化。通过与光源调制方式相匹配的解复用技术能够实现泄漏振动波信号的获取，并对该信号到达相应的传感器的时间延迟进行估计，结合振动波沿管道传播的速度V实现了对振动波源即泄漏点位置的确定。为了节省投入，在基于光纤传感的天然气管道泄漏监测方法中采用光纤传感器复用/解复用方法。该方法综合频分复用和空分复用的方法，采用对可调激光器进行光频调制的方法产生泄漏探测光，使用迈克耳逊干涉仪作为泄漏传感器，传感器的布设结构是在天然气管道外壁上每隔一定距离安装一个泄漏传感器，多个传感器构成一个传感器组，每个传感器组的光信号使用一根光纤传回系统主机。传感器组内的每个传感器都制作成光臂差不同的迈克耳逊干涉仪或马赫-曾德干涉仪，使每个泄漏传感器所产生的传感光信号频率均不相同，由此利用频分复用原理可将每组的多个传感器不同频率的光信号复用在一根光纤中传回系统的接收端；而多个传感器组之间采用空分复用方式分别接入系统主机。接收到的每个传感器组的光信号使用单独的光电转换通道实现光信号到电信号的转换，转换后的传感信号使用分频方式实现传感器组内各传感器的解复用，并采用相位载波技术解调出管道泄漏的原始声波信号，再经过泄漏信号的识别和定位分析，最终可准确获取管道泄漏点信息。泄漏声波信号的相位载波解调方法是将接收到的干涉信号，先进行带通滤波，一路输出与Cos(COcit)相乘后进行低通滤波与微分处理，另一路与sin(Cocit)相乘后进行低通滤波与微分处理；前一路的微分输出与后一路的低通滤波输出相乘后，再与后一路的微分输出与前一低通滤波输出相乘的结果相减，之后依次经积分、高通滤波处理，最终输出原始泄漏振动波信号。实际上，迈克耳逊干涉仪光纤中与两偏振模相应的折射率nx和ny不相等，同时由于光纤的微弯、扭曲、环境温度的变化使nx和ny随机变化，导致光纤输出偏振态随机变化， 反映在干涉信号可视度V在O I本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于光纤传感的天然气管道泄漏监测系统，其特征是它包括光路系统和电路两部分，在管道本体上每隔一定距离安装一个光纤传感器，相邻的多个光纤传感器构成一个光纤传感器组，各光纤传感器组共用一根发射光纤与光源连接，每个光纤传感器组使用一根回传光纤与光电探测器连接；光电探测器输出接包括泄漏信号识别和事件定位功能的信号采集与处理模块，信号采集与处理模块输出通过外部接口接微机；由光源发出激光，经传输光路实现分束后传输到安装在管道壁上的光纤传感器组，光纤传感器组拾取沿管道传播的泄漏振动信号以及噪声后，再次经传输光路传回至系统的光电探测器，由信号采集与处理模块进行泄漏信号解调与识别分析，并对泄漏信号进行时延估计实现对泄漏点的定位。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张金权，王小军，王飞，刘素杰，崔海龙，任培奎，刘春平，黄现玲，彭妍，赵敏琴，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团公司，中国石油天然气管道局，
类型：发明
国别省市：
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