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1、 三安古德周界报警专家振动光纤报警在长途油气管道的运用 振动是自然界普遍存在的一种现象，在很多重要的领域中，振动信号的测量起着至关重要的作用，光纤光栅围栏振动信号的监测也就是实际中一个重要的研究问题。目前准分布式光纤围栏系统中主要应用的传感器多为温度和应变式传感器，温度传感器能感应周围温度的变化，主要应用于火灾安防围栏报警系统中。应变传感器对于静态形变感应灵敏(振动光纤)，主要应用于周界安防监测中。但是由于应变传感器的局限性，采集信息量少，变形恢复慢，易造成传输延迟，同时复用距离有限，满足不了复杂环境、长距离的监测要求。FBG振动传感器是从应变传感中衍生而来，不但能对外界应变量进行监测，同时其
2、对于振动信号反映灵敏。实际工程中，振动信号的传递比应变的传递距离要远的多，围栏上产生的形变一般都伴随有振动，小幅振动引起的形变小，应变传感器感应不够灵敏时则监测不到，而振动传感器正好可以弥补FBG应变传感器的这种缺陷。基于萨格奈克原理的分布式光纤长途油气管道破坏预警系统关键技术研究长途油气管道具有高温、高压、易燃和易爆的特点，一旦发生泄漏将引发重大安全事故并造成巨大经济损失。近年来，一些偷油盗油、野蛮施工等破坏行为严重威胁到管道的安全。现有的管道安全监测方法仅能在泄漏事故发生后，被动地检测泄漏点，不能避免损失。因此，实现对威胁管道安全的破坏行为的预警，将具有极大的社会效益和经济效益。振动光纤分
3、布式光纤传感预警系统因其灵敏度高，探测点无限多，安装、维护方便等优点成为研究的重点。但是要使光纤传感系统能够预警定位实际的管道安全威胁，必须从破坏信号特性入手，建立有针对性的预警系统和解调方法.管道运输是国际货物运输方式之一，是利用地下管道将原油、天然气、成品 油、矿浆、煤浆等介质送到目的地。相对与其他运输方式具有运量大、不受气候 和地面其他因素限制、可连续作业以及成本低等优点。已经成为油气运输的重要途径。中国中国长输油气管道的建设及运输中国长输油气管道的建设始于年月，新疆克拉玛依至独山子输油管 道动工兴建，全长公里，年输油能力万吨，于年月日建成投产， 从此掀开了中国大规模进行长输油气管道的序
4、幕。目前，中国已建成投入运营长输油气管道万多公里保障了经济建设和人民生活的正常用油用气。其中，建 成原油管道万公里、成品油管道万公里、天然气管道万公早、海底管 道公里。随着油气管道的不断延伸，中国目前已基本形成跨区域油气供应管 网。估计到年我国石油产量可达亿吨，天然气产量可达 亿立方米，原油、成品油、天然气管道长度将增加到万到万公罩。长途油气 管道的建成，将为我国国民经济的高速发展提供新鲜血液和不竭动力。为什么周界报警设备振动光纤被运用。由于长途油气管道多分布在荒郊野外等无人留守的地方，易受到外界人为破坏（如：打孔盗油等）和突发性自然灾害（如地震、滑坡等）的破坏，发生管道断裂 和油气泄漏事故：
5、又因为管道埋设不深，在通过有人居住区时时常受到各种建筑施工的威胁，因为野蛮施工损害、挖断管道的事件时有发生。油气管道具有高温、 高压、易燃和易爆的特点，一旦发生泄漏，不仅使管道停输，而且严重污染环境 给当地人民生命财产带来严重威胁，如果引发泄漏油气的燃烧、爆炸，后果不堪 设想。近几年影响较大的事件有以下几例： 2011年，大庆油田作业井、输油管道遍布黑龙江省杜尔伯特县。“得天独厚”的地理位置，让不法分子铤而走险，当地刑事犯罪近半数涉案人员涉油 胜利油田孤岛采油厂特大盗油案然而现有管道监测方法主要集中在对油气管道泄漏的监测上，仅能在泄漏事故发生后，被动的检测泄漏点，而不能及时发现早期的事故隐患，
6、从而排除险情、杜绝泄漏事故发生，。属于事后监测，仅能减少损失，不能避免损失。所以极有必要在泄漏之前，对可能导致油气泄漏的破坏行为进行预警，彻底杜绝经济损失和安全事故的发生。 振动光纤传感测量是利用光纤的一维空间连续特性进行测量的技术。光纤可作传感元件，又作传输元件，可以在整个光纤长度上对沿光纤分布的环境参数进行连续测量，同时获得被测量的空间分布状态和随时间变化的信息。将光纤沿管线铺设作为传感元件，则整个光纤长度上的任一点都是敏感点，属于“海量”测量， 理论上传感距离任意长，空间分辨率任意小，检测没有盲区，并包容了光纤的不受电磁干扰。灵敏度高，可靠性高，耐腐蚀，体积小等诸多优点，能够满足对数 十
7、公里管道全线破坏行为的实现预警的监测，因此成为目前国内外研究的热点。 分布式光纤传感系统分为准分布式和完全分布式两大类：准分布式主要指基于光纤光栅传感系统；完全分布式光纤测量包括：基于光强度测量原理和基于各 种光干涉原理的光纤传感系统。其中将光纤干涉技术与光纤分布式传感技术结合 而成的干涉型分布式光纤传感系统是管道破坏行为预警的最理想手段之一。干涉型分布式传感系统由于基于相位感测原理，具有高灵敏度的探测特性，是大家研 究的热点。现急需研究一种结构简单，便于解调，定位准确的干涉型分布式光纤 管道预警系统，为保障长途油气管线的安全畅通，提供实时、准确的预警信号。 及时阻止威胁管道安全的破环行为的发
8、生，可将破坏产生的损失降到最低点，具有非常突出的实用价值和经济效益。 为建立能在真实环境中实现长途管道破坏预警的分布式光纤传感系统，必须针对长途油气管线的使用和安装特点，了解真实破坏事件的特性。设计有针对性的破坏预警系统并研究其定位解调方法，同时要选择合适的器件提高系统的灵敏度。目前，光纤传感器按其传感原理分为两类：一类是传光型（或称为非功能型）； 另一类是传感型（或称为功能型）。传光型光纤传感器中，光纤仅作为传播光的介质，对外界信息的“感觉”功能是依靠其它物理性能的功能元件来完成的，传感器中 的光纤是不连续的。传感型光纤传感器是利用对外界信息具有敏感能力和检测功能的光纤（或特殊光纤）作为传感
9、元件，将“传”和“感”合为一体的传感器。在这类传感器中，光纤不仅起传光的作用，而且还利用光纤在外界因素作用下，其光学特性（如光强、相位、偏振态等）的变化来实现传和感的功能。因此，传感器中的光纤是连续的。分布式光纤传感器其实是分布调制的光纤传感系统。所谓分布调制，就是沿光纤传输路径上的外界信号以一定的方式对光纤中的光波进行不断调制（传感），在光纤中形成调制信息谱带。并通过独特的检测技术，解调调制信号谱带，从而获得外界场信号的大小及空间分布。因此，分布式光纤传感系统通常由激光光源， 传感光纤（缆）和检测单元组成，是一种自动化的监测系统。对管道有威胁的破坏行为是困扰研究者多年的难题，直到通信光纤在传
10、感领域的应用。才为管道破坏预警技术提供了一类公认比较理想的具有分布式传感能力、灵敏度高、监测距离远、抗电磁干扰能力强、铺设后免维护的传感方法。该方法将分布式传感光纤布置在管道上方，当管道附近有工程车辆施工、盗油分子的钻孔等潜在威胁时，这些行为将会激发管道上方的土层发生微弱震动和位移。这种震动和位移使传感光纤的传输特性发生变化，在线监测这些变化就可以在管 道发生实质破坏前探测和定位上述破坏行为，达到破坏预警的目的。因此分布式光纤传感预警系统有下列优点： 信息量大。分布式光纤传感系统能在整个连续光纤的长度上，以距离的连续函数的形式传感出被测参数随光纤长度方向的变化。即光纤任一点都是“传感 器”，它
11、的信息量可以说是海量信息，非常适用于长达数十公里的油气管线的预警 监测。 结构简单，使用方便，可靠性高。由于分布式光纤传感系统的光纤总线不仅起传光作用，而且起传感作用。因此结构异常简单，使用方便，方便施工，潜 在故障少，可维护性好，可靠性高。分布式光纤传感预警系统研究的国内外现状分布式光纤传感系统分为准分布式和完全分布式两大类： 准分布式光纤传感系统主要指基于光纤光栅传感系统（） 是世纪年代发展起来的一种新型全光纤无源器件，它对应变、应力、温度、振动、压力等多个物理量敏感，应用领域非常广泛。分布式光纤传感预警系统的性能比较要对长达数十公里，埋于地下的油气管道实现分布式光纤破坏预警系统。必须考虑
12、满足实际环境要求和技术实现的可行性。从以下几个方面进行比较：、 能否实现分布式测量：由于管道距离长，只有能实现真正分布式测量的系 统才有应用价值，基于光纤光栅传感系统（）准分布式光纤传感系统就 不再考虑了。 、 光源要求的高低：对光纤测量，特别是干涉测量，特别要考虑光源要求的 高低，特殊光源成本太高，若是光路对相干长度要求严格也就对光源的带宽要求 严格，在长距离测量中调整困难。 、定位解调方法难易：频域解调的算法复杂，若解调方法对外界作用频率有 依赖会限制系统的使用范围。时域解调易于实现。、 是否需要偏振态控制：由于目前保偏光纤及其相关器件的成本很高，技术本身也不完善，所以用于构建干涉型光纤传
13、感器的光纤都是普通的低成本单模光 纤。当光纤长度达到数十公里时，偏振光在其中传输时会发生双折射，引起光纤 纤芯中传输光的偏振态的衰落问题。导致输出干涉条纹可见度的减少，最终导致 定位精度降低，甚至定位失效。若发生干涉的两路光走了不同的光路，则必须要作偏振态控制。 、 响应速度：管道的破坏预警系统要求，在破坏事件发生但泄漏事故还没有造成时报警，才有阻止破坏保护管道安全的作用。 因此响应速度是一个重要指标。 、 是否需要屏蔽光纤：基于干涉原理的预警系统，对于传感光纤而言，必须能够较好的感知外界的破坏行为作用。而对于传导光纤而言必须严格屏蔽，如果 屏蔽性不好，会导致定位精度下降，甚至不能定位。、 光纤数目：指平行于管道铺设的光纤数目，有的系统要形成光纤环路就不止一根光纤，通常传感光纤只有一根，其他就需要屏蔽。 、光纤结构的复杂程度：光纤的数目和耦合器件以及其它一些辅助器件的使 用越多结构越复杂，有特殊安装要求的器件使用给系统的调整和使用带来更多的 困难。第 9 页 共 9 页
