管道泄漏监控解决方案

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       为实现点多面广,大分布的管道系统实时监测,我公司研发了一套基于分布式光纤的监测平台,总体解决方案如下图:现场分布式光纤监测模块实时收集各管道实时温度数据,并传输至分厂服务器。我公司平台支持多分厂、多管道并行监测,分厂服务器数据将定期上传至WEB服务器和远程中央服务器,通过网关和Internet可以实现远程监控。现场测控模块由分布式光纤传感器、光学信号发射模块、光电转换及信号调理模块、基于PCI总线的高速A/D转换模块、基于工控机的现场中心测控单元以及主机现场环境温度测量模块等六大部分所组成。其中分布式光纤传感器起到传光和感温作用;光学信号发射模块将电脉冲信号转换为固定波长的激光信号,其在光纤中传播过程中用于携带沿线温度信息;光电转换及信号调理模块将拉曼背散射光转换为电信号,并经放大、滤波和隔直等过程获得便于后续处理的原始信号;基于PCI总线的高速A/D转换模块将模拟式的原始信号转换为数字信号,便于计算机分析处理;基于工控机的现场中心测控单元用于人机交互、激光信号的发射控制、拉曼背散射光的分析处理并得到温度特征参数实现测温、测温结果的输出和异常温度或泄漏的报警、测量数据的存储和管理及与其它系统的互联互通;而现场环境温度测量模块用于平台所处环境温度的测量,自适应修正测温功能。

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软件集成

  根据拉曼背散射光的感温机理,在建立分布式光纤测温理论模型,解决光信号消噪、感温特征参量鲁棒提取以及影响因素解耦消除等关键技术的基础上,成功研发了一套管道泄漏分布式光纤在线监测系统。具有自动化和定量化在线泄漏检测、结果图形化友好显示、报警声光输出以及历史数据存储查询等功能,体现出高可靠、精度和性价比及适合于点多面广泄漏目标监测应用等特点。

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产品原理

      分布式光纤温度传感器的工作机理是基于光纤内部光散射的温度特性,利用光时域反射技术,将较高功率窄带光脉冲送入光纤,将返回的散射光强随时间的变化探测下来。实验发现,光纤的背向散射主要包括瑞利散射(Rayleigh scattering)、拉曼散射(Raman scattering)和布里渊散射(Brillouin scattering)三种形式。

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通过拉曼散射中的斯托克斯散射曲线解调反斯托克斯散射曲线来获得被测温度的表达式。虽然反斯托克斯散射光子比斯托克斯散射光子少得多,但用于测温却非常有效。在实际应用中,利用光脉冲在光纤中传输时产生的与温度相关的背向散射(斯托克斯光和反斯托克斯光)提取温度信息。它将对温度不敏感的斯托克斯光作为参考通道,采用双通道双波长光强度相比较的方法,可以消除环境干扰、光纤受力与弯曲、接头的损耗和光源漂移的影响。在测得背向散射光的光强后,由它们的比值可以推知相应的温度信息,再通过光时域反射技术(OTDR),确定温度信息对应的位置,从而得到沿整条光纤的温度分布。

光时域反射技术是实现分布式光纤传感的关键技术。光源发出的光在光纤中传输时由于光纤中存在折射率的微观不均匀性,从而产生背向散射,背向散射光强在向后传播过程中随着距离增长会而按一定规律衰减,在假设光速不变的情况下,其在光纤中的传播距离与传播时间成正比。因此,根据探测器探测到的背向散射光强及其到达探测器的时间,就可以知道沿光纤路径上任一点的初始背向散射光强。