天然氣管道是當(dāng)前天然氣主要的輸送方式,光纖傳感器作為一種高效的檢測手段在天然氣管道檢測上具有廣闊的應(yīng)用前景。論文分析了分布式光纖測溫系統(tǒng)的測溫原理、研究了由激光光源、耦合器、數(shù)據(jù)采集卡、測試主機(jī)和測試光纖組成的測溫系統(tǒng),根據(jù)各部分功能確定其相應(yīng)的光源波長、雪崩二極管類型、采樣頻率及傳感光纖類型等參數(shù);輸氣管道發(fā)生泄漏時,管內(nèi)高壓氣體快速流失造成泄漏點(diǎn)附近環(huán)境溫度的變化,該系統(tǒng)通過對輸氣管線周圍環(huán)境溫度的監(jiān)測,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對泄漏的檢測。通過對現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)環(huán)境的勘查,根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置多組對比實(shí)驗(yàn),利用分布式光纖測溫系統(tǒng)記錄各種工況下的溫度信號。對于管道泄漏時的測溫信號,采用累加平均法、小波消噪法、經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)法和小波奇異值分析法等多種方法對其進(jìn)行去噪處理,提高信噪比,最終達(dá)到提高系統(tǒng)故障診斷精準(zhǔn)度的目的。分析發(fā)現(xiàn)小波奇異值分析法是小波閾值消噪的基礎(chǔ)上進(jìn)行奇異值分解、閾值重構(gòu)去噪效果相較于小波消噪有所提高。利用分布式光纖測溫系統(tǒng)檢測管道泄漏時溫度的變化,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對輸氣管線泄漏的檢測。多種方法對測溫信號的消噪處理,提高了系統(tǒng)的檢測精確度,可以診斷管道細(xì)微泄漏,進(jìn)而避免事故的發(fā)生。 

【文章來源】：西安石油大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：64 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

光纖散射頻譜圖

其間釋放mhv 的能量，此過程稱為反斯托克斯散射[33]，其光子躍遷過程如圖如圖2-2(b)。這兩種散射的頻移量絕對值相等，所以在入射光的散射頻譜中可以看出 Stokes光、Anti-stokes 光對稱的分布在入射光的兩側(cè)。散射光頻移量的大小屬于材質(zhì)的固有屬性，只與介質(zhì)的材料有關(guān)。(a)Stokes 的能級躍遷圖 (b)Anti-St1okes 的能級躍遷圖圖 2-2 能級躍遷圖Stokes 光的頻率與 Anti-stokes 光的頻率分別為[34]：hEEvvs210 = (2-1)hEEvvas210 = (2-2)介質(zhì)分子從最初能級 最終躍遷到能級 時產(chǎn)生 Stokes 光；介質(zhì)分子從最初能級最終躍遷到能級 時產(chǎn)生 Anti-stokes 光，高能級上粒子的分布隨能量增加呈現(xiàn)指數(shù)減少，因此 Stokes 光比 Anti-stokes 光光強(qiáng)要高處 1-2 個數(shù)量級。2.1.2 拉曼散射光譜特征由于產(chǎn)生機(jī)理的不同，每種光譜都具有其特點(diǎn)。拉曼散射也有別與其他光譜的特征。1.頻率特征(1)當(dāng)介質(zhì)材料一定時，散射光頻率 跟著確定，不隨其他條件改變；(2)Stokes 與 Anti-stokes 光的散射頻率絕對值相等，表示為：

、 —拉曼散射的 Stokes 光波長與 Anti-stokes 光波長，nm；h—普朗克常量，J·s；c—光速，m/s；—拉曼散射頻移波數(shù)；k—玻爾茲曼常量，J/K；T—絕對溫度，K；從公式中可以看出，拉曼散射光譜的 Anti-stokes 光光強(qiáng)與 Stokes 光光強(qiáng)的比值與溫度存在直接的關(guān)系。2.2 光時域反射原理光時域反射(Optical Time Domain Reflection，OTDR)是：將一束激光脈沖注入到光纖中，光脈沖信號在向前傳播的過程中會產(chǎn)生菲涅爾散射信號和瑞利散射信號，為了降低信號噪聲，采用多次連續(xù)發(fā)射光脈沖，在注入端檢測到的光信號求 0 平均，最后通過傳輸距離和傳輸時間的對應(yīng)公式就能得到光纖中光功率衰減在長度方向上的分布，進(jìn)而可以判斷出光纖長度方向個點(diǎn)的狀態(tài)[36]。如圖 2-3 為系統(tǒng)原理框圖。

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號：3138733