發(fā)布時(shí)間：2018-05-15 18:34

  本文選題：管道振動(dòng)監(jiān)測(cè) + 光學(xué)傳感器��； 參考：《中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：長(zhǎng)輸管道是石油、天然氣等戰(zhàn)略資源的主要運(yùn)輸方式之一,其安全運(yùn)維至關(guān)重要。但是打孔盜油及管道泄漏等現(xiàn)象長(zhǎng)期存在,嚴(yán)重危害長(zhǎng)輸管道的安全運(yùn)維,一旦發(fā)生大范圍泄漏或爆炸事故會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失甚至嚴(yán)重的環(huán)境污染,因此對(duì)于長(zhǎng)輸管道進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)具有非常重要的意義。本文對(duì)長(zhǎng)輸石油管道的發(fā)展及管道安全監(jiān)測(cè)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述,并對(duì)現(xiàn)有的管道監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)說(shuō)明。由于管道上的打孔盜油及泄漏現(xiàn)象均會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)信號(hào),以管道上振動(dòng)信號(hào)作為檢測(cè)對(duì)象,開(kāi)展了基于光纖布拉格光柵(FBG)振動(dòng)傳感和基于光纖微懸臂梁的法布里珀羅(FP)腔振動(dòng)傳感兩種方法的研究,分別對(duì)FBG和FP腔的振動(dòng)傳感原理進(jìn)行了研究分析,以及對(duì)傳感器的結(jié)構(gòu)、信號(hào)采集與信號(hào)解調(diào)部分進(jìn)行分析設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。本課題的主要研究?jī)?nèi)容包括:1、開(kāi)展了基于FBG振動(dòng)傳感的打孔盜油預(yù)警技術(shù)研究,搭建了管道振動(dòng)信號(hào)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),并在模擬的管道上進(jìn)行了不同直徑不同轉(zhuǎn)速的現(xiàn)場(chǎng)鉆孔和敲擊實(shí)驗(yàn),采用偏最小二乘分析判別法(PLSDA)對(duì)管道上的不同類型鉆孔等振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行特征識(shí)別。2、設(shè)計(jì)加工了基于光纖微懸臂梁的振動(dòng)傳感器研究,對(duì)其可行性進(jìn)行了理論分析,在實(shí)驗(yàn)室搭建傳感系統(tǒng)進(jìn)行了振動(dòng)信號(hào)的檢測(cè),并對(duì)懸臂梁的加工、懸臂梁的振動(dòng)仿真、傳感頭的封裝、信號(hào)采集與解調(diào)等模塊進(jìn)行分析研究,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法有望對(duì)管道上打孔盜油等環(huán)境信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)。同時(shí),搭建電子學(xué)微音器系統(tǒng)對(duì)管道振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)作為對(duì)比實(shí)驗(yàn),與以上兩種管道振動(dòng)檢測(cè)方法進(jìn)行了優(yōu)缺點(diǎn)比較。理論分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果表明:基于FBG振動(dòng)傳感和基于光纖微懸臂梁的FP腔振動(dòng)傳感方案均可對(duì)管道振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè),相比于傳統(tǒng)的管道振動(dòng)檢測(cè)方法,具有良好的靈敏度與較高的分辨率,為石油管道運(yùn)輸中打孔盜油等破壞性行為的監(jiān)測(cè)提供了可參考的技術(shù)方案。
[Abstract]:Long-distance pipeline is one of the main transportation modes of strategic resources such as oil and natural gas, and its safe operation and maintenance is very important. However, the phenomenon of drilling oil theft and pipeline leakage has existed for a long time, which seriously endangers the safe operation and maintenance of long-distance pipelines. Once a large-scale leakage or explosion accident occurs, it will cause huge economic losses and even serious environmental pollution. Therefore, it is very important to monitor long distance pipeline in real time. In this paper, the development of long distance oil pipeline and the research status of pipeline safety monitoring are summarized, and the existing pipeline monitoring technology is summarized and explained. Because of the phenomenon of oil theft and leakage on the pipeline, vibration signals will be produced, and the vibration signal on the pipeline will be used as the detection object. Two methods of vibration sensing based on fiber Bragg grating (FBG) and fiber cantilever beam (FBG) and Fabry-Perot cavity (FP) cavity vibration sensing are studied, and the principles of FBG and FP cavity vibration sensing are analyzed respectively. The structure of the sensor, signal acquisition and signal demodulation are analyzed, designed and verified by experiments. The main research contents of this subject include: 1, the research of drilling oil theft early warning technology based on FBG vibration sensor is carried out, and the real-time monitoring system of pipeline vibration signal is built. Field drilling and percussion experiments with different diameters and rotational speeds were carried out on the simulated pipe. The partial least squares discriminant method (PLSDA) is used to identify the characteristics of the vibration signals of different types of boreholes on the pipeline. The vibration sensor based on the optical fiber cantilever beam is designed and machined, and the feasibility of the sensor is analyzed theoretically. The sensor system was set up in the laboratory to detect the vibration signal, and the processing of the cantilever beam, the vibration simulation of the cantilever beam, the encapsulation of the sensor head, the signal acquisition and demodulation module were analyzed and studied. The experimental results show that this method can be used to monitor the environmental information such as drilling and stealing oil. At the same time, the electronic microphonic system is set up to detect the pipeline vibration signal as a contrast experiment, and the advantages and disadvantages of the above two methods are compared. The theoretical analysis and experimental results show that both the FBG vibration sensing scheme and the FP cavity vibration sensing scheme based on fiber optic micro-cantilever beam can detect the pipeline vibration signal, compared with the traditional pipeline vibration detection method. It has good sensitivity and high resolution, which provides a reference technical scheme for monitoring the destructive behavior of drilling and stealing oil in oil pipeline transportation.
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TE88

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本文編號(hào)：1893446