基于dbr光纖激光器傳感器的水下輸油管道泄漏監測方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于光纖傳感技術領域，設及一種基于分布布拉格反射式光纖激光器傳感 器陣列及水下輸油管道泄漏監測方法。
【背景技術】
[0002] 輸油管道泄漏監測的技術關鍵有兩個方面：一是對泄漏行為的快速判斷；二是對 泄漏位置的精準定位。目前國內外出現的管道檢漏方法有：壓力點分析法，流量平衡檢漏 法，壓力梯度法W及負壓波法等。運些方法的優點是簡單、直觀，缺點是對微小泄漏不夠敏 感，除負壓波法能夠對泄漏位置定位之外，其他各方法對泄漏點的定位都存在局限性。從公 開發表的資料可知，現在國內并沒有利用敏感元件為DBR光纖激光器的傳感器陣列來監測 水下輸油管道泄漏的先例。
[0003] 該方法最明顯的優勢是靈敏度高，對管道的微小泄漏能夠快速判斷；并且同負壓 波法的定位原理一樣能夠對泄漏位置準確定位。此外光纖傳感器本身具有優勢：靈敏度高， 體積小，耐高溫，抗電磁干擾，可分布式監測且易于組網。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是提供一種基于DBR光纖激光器傳感器陣列的水下輸油管道泄漏 監測方法，解決目前對輸油管道微小泄漏檢測不夠靈敏的問題，利用光纖傳感器靈敏度高、 體積小且抗腐蝕的特點，實現對水下輸油管道泄漏行為的快速判斷，并對泄漏位置的精準 定位的目的。 陽0化]本發明所采用的技術方案：
[0006] 一種基于DBR光纖傳感器陣列，包括：輸油管道、DBR光纖激光器傳感器陣列、累浦 源、波分復用裝置、信號采集系統、遠程監測終端。
[0007] 四枚同規格DBR光纖激光器，沿管道軸對稱封裝在一根FRP筋內，制成DBR光纖傳 感器陣列；該DBR光纖傳感器陣列平行于輸油管道截面方向，環形固定在每個累站處的管 道內壁上。
[0008] 累浦源提供的980nm激光經過波分復用裝置（WDM)為DBR光纖激光器提供激勵， 輸出激光沿原環形光路返回到達波分復用裝置，經WDM分光得到的1545nm激光經過信號采 集系統到達遠程監測終端中的頻譜分析儀。
[0009] 石油在管內流動，漏點處的泄漏將油壓的改變傳遞給傳感器，當光纖傳感器受到 側壓力時，光纖產生雙折射效應，導致傳感器的敏感元件光纖激光器輸出的偏振拍頻信號 發生變化。該發明可對流速大于0.05L/SW上的泄漏行為快速判斷并精確定位。
[0010] 一種基于DBR光纖激光器傳感器陣列的水下輸油管道泄漏監測方法，是將四枚相 同的DBR光纖傳感器對稱封裝到一根纖維增強塑料（FR巧筋內，平行于管道2截面環形布 放在每個累站處的輸油管道內壁，并固定。油壓的微小改變將對傳感器產生側向的壓力作 用，DBR光纖傳感器陣列4受到側壓力時，傳感元件DBR光纖激光器將會把壓力信號轉變 為輸出激光的偏振拍頻信號，經過信號采集系統7,最終通過遠程監測終端的頻譜分析儀 (R巧監測該信號的變化。一旦管道2發生泄漏，距離漏點3最近的兩端傳感器均能收到泄 漏信號，根據兩端收到信號的時間差W及壓力波的傳播速度，便可計算出漏點的位置，實現 對泄漏位置的精準定位。
[0011] 本發明的效果和益處是與現有的水下輸油管道泄漏監測方法相比，具有更高的靈 敏度，對于流速大于0.05L/SW上的泄漏行為能快速判斷并精確定位。為水下輸油管道的 安全運行提供保障。 陽〇1引說明書附圖
[0013] 圖1是DBR光纖傳感器陣列水下輸油管道泄漏監測方法示意圖。
[0014] 圖中：1石油，2輸油管道，3漏點（泄漏位置），4DBR光纖傳感器陣列，5累浦源，6 波分復用裝置，7信號采集系統，8遠程監測終端。
【具體實施方式】
[0015] W下結合技術方案和附圖詳細敘述本發明的【具體實施方式】。
[0016] 實施步驟如下
[0017] (1)圖1中DBR光纖傳感器陣列4平行于管道2截面方向，環形布放在管道內壁并 固定于管壁上；
[0018] (2)累浦源5提供的980皿激光經過波分復用裝置（WDM) 6為DBR光纖激光器傳感 器提供激勵，輸出激光沿原環形光路返回到達波分復用裝置，經WDM分光得到的1545皿激 光經過信號采集系統7,到達遠程監測終端8中的頻譜分析儀；
[0019] 做石油1在管內流動，漏點3處的泄漏將油壓的改變傳遞給傳感器，當光纖傳感 器受到側壓力時，光纖產生雙折射效應，導致光纖激光器輸出的偏振拍頻信號發生變化。拍 頻與壓力之間的關系可W根據下列公式得出：
[0020] S(Av) = Av' -Av=Kf(1) 陽02U 其中：
(2)
[002引C為真空中光速，n。為光纖纖忍折射率，P。和P12為光纖的光彈性系數，VP為其泊 松比，0為壓力方向與光纖本身的雙折射方向夾角，A。為輸出激光波長，E為光纖彈性模 量，r為光纖半徑。5(A V)為偏振拍頻變化量，f為光纖受到的側向壓力。
[0024] 從上述公式可W看出，在光纖傳感器各參數一定的情況下，偏振拍頻信號變化與 傳感器接收到的壓力信號具有良好的線性關系。
[00巧]具體的，本實施例中光纖激光器累浦光波長為980nm，輸出光波長為1545nm，光纖 半徑r= 62. 5X10 3皿，0 =90°，通過測量得到不同壓力下的拍頻變化量，計算得到本方 法可W測得的精度高達0. 814X10 3Nd
[0026] (4)兩相鄰累站（兩相鄰傳感器陣列）間距為L漏點距離上游累站X，則漏點位置 (3) 可有W下公式給出：
[00測式中：At-兩相鄰傳感器陣列接收壓力波的時間差，S ; U-管輸介質中壓力波的 傳播速度，m/s，決定于液體的彈性，液體的密度，管材的彈性。
【主權項】
1. 一種基于DBR光纖傳感器陣列，包括輸油管道、DBR光纖激光器傳感器、栗浦源、波分 復用裝置、信號采集系統、遠程監測終端；其特征在于， 四枚同規格DBR光纖激光器傳感器，沿管道軸對稱封裝在一根FRP筋內，制成DBR光纖 傳感器陣列（4); DBR光纖傳感器陣列（4)平行于輸油管道（2)截面方向，環形固定在每個栗站處的管道 內壁上； 栗浦源（5)提供的980nm激光經過波分復用裝置（WDM) (6)為DBR光纖激光器提供激 勵，輸出激光沿原環形光路返回到達波分復用裝置，經WDM分光得到的1545nm激光經過信 號采集系統（7)，到達遠程監測終端（8)中的頻譜分析儀。2. 權利要求1所述一種基于DBR光纖傳感器陣列的水下輸油管道泄漏監測方法，其特 征在于以下步驟， (1) 當光纖激光器傳感器受到側壓力時，光纖產生雙折射效應，導致光纖激光器輸出的 偏振拍頻信號發生變化；拍頻與壓力之間的關系可以根據下列公式得出： δ(Δν) =Δν/ -Δν=Kf(1) 其中：C為真空中光速，η。為光纖纖芯折射率，ρη和p12為光纖的光彈性系數，vp為其泊松比， Θ為壓力方向與光纖本身的雙折射方向夾角，λ。為輸出激光波長，E為光纖彈性模量，r為 光纖半徑；S(△ν)為偏振拍頻變化量，f為光纖受到的側向壓力； 從上述公式可以看出，在光纖傳感器各參數一定的情況下，偏振拍頻信號變化與傳感 器接收到的壓力信號具有良好的線性關系； 具體的，本實施例中光纖激光器栗浦光波長為980nm，輸出光波長為1545nm，光纖半徑r= 62. 5X10 3mm，Θ=90°，通過測量得到不同壓力下的拍頻變化量，計算得到本方法可 以測得的精度高達〇. 814X103N; (2) 兩相鄰栗站（兩相鄰傳感器陣列）間距為L，漏點距離上游栗站X，則漏點位置可有 以下公式給出：式中：At-兩相鄰傳感器陣列接收壓力波的時間差，s;υ-管輸介質中壓力波的傳播 速度，m/s，決定于液體的彈性，液體的密度，管材的彈性。
【專利摘要】本發明涉及光纖傳感技術領域，提供了一種基于分布布拉格反射式光纖激光器傳感器陣列及水下輸油管道泄漏監測方法。其特征在于傳感器陣列平行于管道截面，環形布放在每個泵站處的輸油管道內壁并固定。一旦發生泄漏，傳感元件DBR光纖激光器把壓力信號轉變為輸出激光的偏振拍頻信號，傳遞給遠程監測終端，實現對泄漏行為的快速判斷；漏點兩端傳感器陣列均能收到泄漏信號，根據兩端收到信號的時間差，以及壓力波的傳播速度，便可計算出漏點的位置，實現對泄漏位置的精準定位。
【IPC分類】F17D5/02
【公開號】CN105387351
【申請號】CN201510695144
【發明人】郭媛媛, 王運鷹, 劉煥英, 齊異, 呂帥, 李桂娟
【申請人】中國船舶重工集團公司第七六○研究所
【公開日】2016年3月9日
【申請日】2015年10月22日