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1、目目 录录第第 1 章章 绪论绪论.11.1 引言.11.2 管道泄漏检测方法.21.3 管道检漏方法评估.41.4 管道泄漏检测技术发展趋势.5第第 2 章章 分布式光纤温度传感的基本理论分布式光纤温度传感的基本理论.62.1 光纤传感技术简介及分类.62.2 分布式光纤传感技术.72.3 典型的分布式光纤传感器.8第第 3 章章 分布式光纤温度传感系统及技术分布式光纤温度传感系统及技术.163.1 系统组成.163.2 激光脉冲光源.173.3 光电探测器.183.4 散射光的分离.193.5 系统定标.20第第 4 章章 系统的信号处理技术系统的信号处理技术.22分布式光纤生产厂家（公司
2、）附表分布式光纤生产厂家（公司）附表 .24 本文内容主要整理参考于其他文献本文内容主要整理参考于其他文献1第第 1 章章 绪论绪论1.1 引言引言目前，全世界大型输油管总长超过 200 万公里，并且以每年 4-5 万公里的速度递增。由于管道输送在运送气体、液体、浆体等散装物品方面所具有的独特优势，管道工业在国民经济中占有重要的位置。但是随着管线的增多、管龄的增长，由于施工缺陷和腐蚀等问题和人为破坏的存在，管道事故频频发生，给人们的生命、财产和生存环境造成了巨大的威胁。目前国内外油气管道泄漏实时监测技术主要通过检测管道输送压力、流量、温度等参数的变化或者检测泄漏噪声来判断是否发生泄漏，如质量平
3、衡法、压力波分析法、实时模型法、统计检漏法等。由于该类测试方法受到流体特性、输送工艺以及测试仪器的灵敏度和测试精度等因素的限制，该类技术可以检测到最小泄漏量为管道输送总流量的 1，定位精度为管道总长度 1。一般来说，传统的温度测量中使用的是点式测量，各处分布的大量传感器测量并汇聚测量数据。根据测量物理性质的不同，有各种测量技术。根据温度范围和应用性质等采用不同的测量方法。所有这些方法有一个共同的限制，它们只能测量一点的温度。在一些应用中，需要在一个大的范围收集温度信息，这就需要大量的传感器，从而对布线、安装等带来困难。分布式光纤温度传感系统能很好的解决这一问题，与传统传感器相比，分布式光纤温度
4、传感器具有诸多优点:集传感与传输于一体，可实现远距离测量与监控；一次测定就可以获取整个光纤区域的一维分布图。能在一条长达数千米的传感光纤环路上获得几千条信息，因此单位信息成本显著降低。测量范围宽，具有高空间分辨率和高精度；在具有强电磁干扰或易燃易爆以及其它传感器无法接近的恶劣环境下，分布式光纤温度传感器具有无可比拟的优点。光纤传感器作为一种测量新技术，利用光波导原理，具有损耗低、频带宽、线径细、重量轻、可挠性好、抗电磁干扰、耐化学腐蚀、原料丰富、制造过程能耗少、节约大量有色金属等突出优点，近年来逐渐扩大应用范围和应用领域。21.2 管道泄漏检测方法管道泄漏检测方法管道在国民经济中的地位越重要，
5、管道的安全运行越受重视，作为管道运行监控重要组成部分的泄漏检测技术一直在不断发展中。目前已有多种管道泄漏检测方法在检测方式和技术手段方面差别较大，从最简单的人工分段沿管道巡线到复杂的软硬件相结合的实时模型方法，从陆地检测发展到海底检测，甚至利用飞机或卫星遥感检测大范围管网等。对管道泄漏检测技术还没有统一的系统分类方法，这里从检测参数的角度将各种检测方法分为直接检漏法和间接检漏法。直接检漏法直接检漏法 直接检漏法是利用安装在管道外边的检测器，直接检测漏到管外的输送液体或其挥发气体，从而达到检漏目的。直接检漏法包括主要有检漏电缆法、导电高聚合物检漏法、传感光缆法、红外线法等。(1)检漏电缆法 该方
6、法是沿管线埋设附有易被碳氢化合物溶解的绝缘材料的两芯电缆，或非透水性但具有透油性材料制成的同轴电缆。优点是不需要在管线上配备任何地面检测设备，就能快速准确地检测出管道微小渗漏及其位置。(2)导电高聚合物检漏法 探测电缆由两根常规绝缘导线和两根探测导线组成，外包特种导电高聚物。这种方法利用探测导线检测电缆中的水蒸气判断管道绝缘层的浸水点和泄漏点，适用十绝缘管道的检漏。(3)油检测元件法 这种方法是沿管道外层设置一种导电性粉体元件，当泄漏的油接触到该元件时，其电阻会急剧变化，在管道端部，通过测量处理电阻变化参数，可以确定泄漏位置。(4)油溶性压力管法 将充注压缩空气的油溶性软管缠在管道外围，当有溶
7、油时，软管溶解产生漏洞断裂，压缩空气外泄，管内压力下降，由此即可测知泄漏。这种方法只有一次性使用，发现泄漏后，该处软管即损坏，更换非常困难。(5)传感光缆法 沿管线铺设一条传感光缆，拾取管道周围的异常压力、声音和振动信号，发现和定位管道泄漏和可能引起管道损伤的第 3 方责任事件；或者利用对原油和成品油等碳氢化合物敏感的传感光缆来检测和定位泄漏。3(6)红外线法 利用机载或星载精密红外摄像装置，记录管道周围地热辐射效应或管道上方空气光谱，利用光谱分析检测泄漏及其位置。间接检漏法间接检漏法间接检漏法是指检测因泄漏对管道运行参数造成的影响，如流体压力、流量的变化来判断是否发生泄漏。(1)流量平衡法
8、根据流出和流人管道的介质质量/体积之间的差值判断管道泄漏。优点是可靠性高，可以检测小流量泄漏；缺点是不能对泄漏做出定位，且实时性差。(2)负压波检漏法 管道泄漏会产生沿管道分别向上、下游传播的瞬态负压波。在管道两端分别安装压力传感器，根据传感器捕捉的负压波判断泄漏，并根据负压波到达管道两端的时间差定位泄漏。(3)压力/流量梯度法 发生泄漏时，管道内的压力分布发生变化，漏点前的流量增大，压力梯度变陡;漏点后的流量减小，梯度变平;管道内压力梯度呈折线状下降；按照管道入口和出口的压力梯度作线，交汇点就是泄漏的位置。(4)管内智能爬行机法 爬行机已经广泛使用在管道工业中。配置各种传感器的智能爬行机检测
9、系统可以用来周期性检测管道因腐蚀或其它原因造成的损伤，评估管道的完整性，发现泄漏和预报泄漏隐患。(5)统计检漏法 泄漏导致管道内压力和流速之间的关系发生变化，根据管道两端的流速和压力，连续计算发生泄漏的统计概率。根据管道两端流速和压力及统计平均值估计泄漏速度，使用最小二乘法对无分支管道泄漏进行定位。(6)声学方法 沿管道按照一定间隔离散地安装大量传感器，借助对泄漏孔两侧传感器采集的声音信号进行相关处理来检测与定位泄漏。随着光纤传感技术的发展，出现了连续型分布式光纤传感器进行泄漏声音检测和定位。(7)实时模型法 建立管道实时模型，在一定边界条件下求解管道内流场，然后将计算值与管道两端的实测值进行
10、比较。根据实测值与计算值的偏差判断泄漏，并根据管道内压力梯度变化确定泄漏点位置。1.3 管道检漏方法评估管道检漏方法评估管道测漏的方法比较多，各种方法都有自己的优点及使用范围，选择时要4根据其实际情况选用不同的检测方法。可将上述泄漏诊断系统的特征细分为以下指标进行综合考察，检测方法的比较如表 1-1 所示。各种方法的性能和管道的运行状况、设备及仪器的精度等很多实际因素都是密切相关的。可以根据不同管道泄漏检测的实际情况，选择一个比较合适的泄漏检测系统，或者适当选择其中的几种检测方法联合使用，有的作为主要检测手段，有的作为辅助检测手段，互相弥补不足，则可以取得良好的检测效果。1.4 管道泄漏检测技
11、术发展趋势管道泄漏检测技术发展趋势随着管道工业的不断发展，管道泄漏检测技术也将得到不断提高。通过研制和开发新型高效的管道泄漏检测系统可以有效地提高泄漏检测及定位的灵敏度、精确度和可靠性。5应用以软件方法为主，硬件方法为辅的软硬件结合方法进行输油管道泄漏检测。近年来，计算机技术、控制理论、信号处理、模式识别、人工智能等学科的发展促进了以软件为主的输油管线实时泄漏检测技术的发展，这种方法能实现实时在线监测，及时给出报警信号，因此这方面的检测技术仍将是研究的热点和趋势，而且作为非线性时变参数的管道系统，自适应的思想在检测和定位算法中也将发挥越来越重要的作用。但是基于硬件的方法有很高的定位精度和较低的误报警率，因此硬件方法和软件方法互补，可以满足管道泄漏检测系统的要求。泄漏检测系统与 SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统，即数据采集与监视控制系统的结合是管道泄漏检测的发展方向。SCADA 系统不仅能为泄漏检测提供数据源，而且能对管道的运行状况进行监控。由于单一的检漏系统并不经济，因此它将
