本文選題：管道振動監(jiān)測 + 光學傳感器��； 參考：《中國科學技術大學》2017年碩士論文

【摘要】：長輸管道是石油、天然氣等戰(zhàn)略資源的主要運輸方式之一,其安全運維至關重要。但是打孔盜油及管道泄漏等現(xiàn)象長期存在,嚴重危害長輸管道的安全運維,一旦發(fā)生大范圍泄漏或爆炸事故會造成巨大的經濟損失甚至嚴重的環(huán)境污染,因此對于長輸管道進行實時監(jiān)測具有非常重要的意義。本文對長輸石油管道的發(fā)展及管道安全監(jiān)測的研究現(xiàn)狀進行了綜述,并對現(xiàn)有的管道監(jiān)測技術進行了總結說明。由于管道上的打孔盜油及泄漏現(xiàn)象均會產生振動信號,以管道上振動信號作為檢測對象,開展了基于光纖布拉格光柵(FBG)振動傳感和基于光纖微懸臂梁的法布里珀羅(FP)腔振動傳感兩種方法的研究,分別對FBG和FP腔的振動傳感原理進行了研究分析,以及對傳感器的結構、信號采集與信號解調部分進行分析設計和實驗驗證。本課題的主要研究內容包括:1、開展了基于FBG振動傳感的打孔盜油預警技術研究,搭建了管道振動信號實時監(jiān)測系統(tǒng),并在模擬的管道上進行了不同直徑不同轉速的現(xiàn)場鉆孔和敲擊實驗,采用偏最小二乘分析判別法(PLSDA)對管道上的不同類型鉆孔等振動信號進行特征識別。2、設計加工了基于光纖微懸臂梁的振動傳感器研究,對其可行性進行了理論分析,在實驗室搭建傳感系統(tǒng)進行了振動信號的檢測,并對懸臂梁的加工、懸臂梁的振動仿真、傳感頭的封裝、信號采集與解調等模塊進行分析研究,實驗結果表明該方法有望對管道上打孔盜油等環(huán)境信息進行監(jiān)測。同時,搭建電子學微音器系統(tǒng)對管道振動信號進行檢測作為對比實驗,與以上兩種管道振動檢測方法進行了優(yōu)缺點比較。理論分析與實驗驗證結果表明:基于FBG振動傳感和基于光纖微懸臂梁的FP腔振動傳感方案均可對管道振動信號進行檢測,相比于傳統(tǒng)的管道振動檢測方法,具有良好的靈敏度與較高的分辨率,為石油管道運輸中打孔盜油等破壞性行為的監(jiān)測提供了可參考的技術方案。
[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.
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TE88

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