新型分布式光纤声学传感技术研究.doc

《新型分布式光纤声学传感技术研究.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、新型分布式光纤声学传感技术研究杭利军何存富吴斌（北京工业大学机电学院，北京100022）摘要：研制了一种基于Sagnac干涉仪原理的新型管道泄漏检测分布式光纤声学传感器，通过在传统Sagnac干涉仪结构中加入延迟线圈，消除了干涉仪的互易性。推导了泄漏引起的光信号相位变化表达式，并进行了管道泄漏实验.结果表明，在水压为0.3MPa时，该检测技术能有效的检测到管道泄漏的发生。关键词：Sagnac干涉仪，分布式光纤传感器，泄漏，管道NewdistributedopticalfiberacousticsensingtechnologyHangLijunHeCunfuWuBin(Colleg

2、eofMechanicalEngineering&AppliedElectronicsTechnology,BeijingUniversityofTechnology,Beijing100022,China)Abstract:AnewdistributedopticalfiberacousticsensorbasedonSagnacinterferometerforpipelineleakagedetectionisdevelopedinthispaper,anditeliminatesreciprocaleffectbyusingadelayfiberopticintraditi

3、onalSagnacinterferometer.Therepresentationofphasechangecausedbyleakageisformulatedforopticsignal.Asimulationexperimentisdesignedtoverifytheperformanceofdistributedopticalfiberacousticsensor.Theresultsverifythatthedetectiontechnologycaneffectivelydetectpipelineleakageintheconditionthatthewaterp

4、ressureis0.35MPa.Keywords:Sagnacinterferometer;Distributedfiberopticsensor;Leakage;Pipeline1引言管道运输是我国继铁路、公路、水运和航空之后迅速崛起的第五大运输业，被广泛应用于石油、化工、天然气、食品以及城市自来水等工业部门中。但工业管道的工作条件非常恶劣，容易发生腐蚀、疲劳破坏或使管道内部的潜在缺陷扩展为破损而引起泄漏事故。因此，对管道进行监测和诊断成为无损检测技术应用中的重要方面。近年来，管网漏检技术的研究在国内外有了较大的发展[1]，但长距离、小泄漏管道检测还显得无能为力。分布式光纤传感

5、技术是近年来发展起来的新技术[2,5]，具有长距离连续监测的特点。这类传感器只需一个光源和一条传感线路，集传感和传输于一体，可对沿光纤传输路径上长达数千米甚至数十千米的信息进行测量。由于同时获得的信息量大，单位时间所需要的费用大大降低，从而可获得较优的性价比。又因分布式光纤传感技术具有灵敏度高、动态范围大等特点[4,5]，因此可用于小泄漏管道检测。由于分布式光纤传感技术较传统的超声波法、漏磁法、负压波法、射线法、渗透法等在长距离管道泄漏检测中有许多优点，因此分布式光纤传感技术在管道泄漏检测中具有极佳的发展潜力。基金资助：国家自然科学基金项目（10572009）2基于Sagnac干涉

6、型光纤传感技术的管道泄漏检测原理Figure1CBSagnac干涉型管道泄漏检测系统泄漏位置R耦合器光电转换器信号处理锁相检测光源环行器干涉仪中点ASagnac干涉仪在光纤传感领域中有着广泛的应用，由于其具有零光程差的特点，因此对光源要求低，可使用高功率的宽带光源，更适合长距离检测。文献[3]利用基于Sagnac干涉仪的分布式光纤传感器进行管道泄漏监测，其结构如图1所示，系统由光源、传感光纤、光电转换器、耦合器、锁相放大器和信号处理几部分组成。光源发出的光经耦合器分光后，分别沿Sagnac干涉仪光纤环的顺时针和逆时针方向传播，并经过图1所示的泄漏点,两束光沿环形结构传播一周后返回到

7、耦合器处，并在此发生干涉。当光纤中传播的光经泄漏点时，管道中流体泄漏后产生的噪音作用到光纤上，使光纤的长度和折射率都发生变化，导致光纤中传播的导光相位被调制，经调制的两束光干涉后由光电转换器转换为电信号。由于顺逆两束光被调制后产生相位差，根据Sagnac效应，两束光在耦合器处的干涉信号[3]为（1）其中A和B正比于输入功率，为管道中流体泄漏引起的两路光在干涉仪中的相位差，是一时变信号。当无泄漏时为零，式（1）中仅有直流项，因此通过监测干涉信号的变化就可判断有无泄漏发生