分布式光纤传感技术在管道在线预警系统监测的应用ppt
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基于分布式光纤传感器技术的管线运行 安全预警系统
衣文索
2018年6月
光纤可以测什么？
光纤测量参数包括：
温度 Temperature 应变 Strain 压强 Pressure 振动 Vibration 加速度 Acceleration 流量 Flow 电流 Current ……
strain e1
e2
e1
fiber
Shift (n2-n1)
无应变
应变增大
Distance
Frequency
n1
n2
The Brillouin frequency
马赫泽德系统工作原理
探测器
激光器
环形器 3dB耦合器
环形器 探测器
3dB耦合器
布里渊-马赫泽德系统工作原理
脉冲光
波分复用器
探测器 脉冲激光控制器
分布式光纤传感器的优点
连续分布式测量，无测量盲区 光纤即为传感，“传”、“感”合一 抗电磁干扰，适合在高电压等强电磁场所下监测 本征防爆，适合在易燃、易爆等危险环境下工作 灵敏度高，动态测量范围宽 安装简单 光纤寿命长，后期维护工作量小 尺寸小、重量轻 适合远程传输与监控
光纤背向散射效应
Laser, l0
激光散射
DTS： 基于自发拉曼Raman 散射效应
BOTDA： 基于受激布里渊Brillouin 散射效应
DAS： 基于瑞利Rayleigh散射 效应
分布式光纤测量原理
“光缆就是传感器 ”
标准通信光纤
背向散射光提供了每1m的测量
1m 光脉冲
T9,995
T9,996 T9,997
连续激光器
探测器
环形器 3dB耦合器
环形器 探测器
3dB耦合器
PCCP管道振动监测原理
激光
EOM
EDFA
外界振动
信号处理
探测器
振动时信号
强 度
振动前信号
传感光纤
差分信号
时间/位置
分布式声音传感器是基于相干瑞利散射的分布式光纤传感器。它利用光纤对声音（ 振动）敏感的特性，当外界振动作用于传感光纤上时，由于弹光效应，光纤的折射率、 长度将产生微小变化，从而导致光纤内传输信号的相位变化，使得光强发生变化。通过 检测振动前后的瑞利散射光信号的强度变化（差分信号），即可实现振动事件的探测， 并具备多振动事件同时精确定位。
Stokes 波长
BOTDA系统结构
探测 激光器
入射光
单模光纤
受激布里渊 散射信号
探测器
布里渊散射光由泵浦光和声子的相互作用而受激产生
入射光频率ν 布里渊频率 ν±11GHz
泵浦 激光器
散射光功率
拉曼
瑞利
拉曼 频率
BOTDA散射谱
当光纤受到拉压或温度作用时，该点的布里渊散射谱会发生 漂移。
从频谱上看，布里渊频移改变量与应变及温度成正比。
对埋地管道不会产生任何破坏或影响其正常生产, 对已经稳定的和新发生的泄漏都可以进行识别，尤 其适合管道在线监测应用。
应用工程案例
珠海供水工程 济南供水工程 北京新机场供水管道监测工程 沧州引大复线管网监测工程 淮河输水管道监测工程
已取得专利（46项）
用于拉曼散射原理的分布式光纤温度传感器的中继放大模块 背向散射式激光多普勒输水管道流速检测传感器 基于拉曼散射水质颗粒物PPM在线监测系统 用于布里渊散射原理的分布式光纤温度传感器的中继放大模块 水锤振动波线性加速度传感器阵列相频特性分析的管道
集成化本地采集和计算后台
数据采集精度：≥16位
数据采集频率：≥60Mhz
谢谢各位专家
主要功能及技术指标
响应时间：
≤5秒
单套设备探测距离： ≤25公里
扫描周期：
＜2秒
光纤类型：
单模
最大探测响应：
＞20点
虚警率：
＜5%
数据接口：
本地化或远程互联宽带
数据分析：
本地化服务器
预警方式：
根据用户需求提供远程接口
预警处理：
根据需求提供控制I/O信号
软件平台：
PCCP管道分布式光纤监测技术
国内外应用于管线工程监测的技术和方法正在从传 统的点式仪器监测向分布式、自动化、高精度和远 程监测的方向发展。
分布式光纤传感技术是一种新型实时在线监测技术 ，将探测光缆沿管道并行敷设，可实现管道及沿线 的振动、泄漏、断丝点等异常状况实时监测。
具有测量距离远、连续分布式测量、可精确定位、 安装简单、安全可靠、扩展性强等优点。
T9,998wk.baidu.com
T9,999
完全沿着光纤的测量: 10km 光纤 = 10,000 传感器
定位原理
OTDR — 光时域反射技术，又称光纤雷达
1m
2m
3m
123/100,000,000 seconds = 123m
DTS测量原理
LD WF
驱动电路 APD
信号采集处理及显示
传感光纤
光
Rayleigh
强
Anti-stokes T
泄露定位系统 基于马赫曾德干涉原理的光纤环泄露监测传感器 基于光纤正交敏感结构的管道二维振动监测传感器 光纤防爆液位传感器 混沌声纹分析技术的输水钢管道泄露监测传感器
主要功能及技术指标
该系统能够实现采用分布式光纤传感器技术将光纤敷设在地 下管道旁边，或者与地下管网集成在一起，利用分布式光时域 散射技术，探测泄漏点的振动和声纹信息，判断泄漏点和管道 爆裂位置； 该系统能够采集管道附近运行参数，对管网运行过程温度和 振动自动测量功能，且可通过数据总线和无线射频方式将数据 传输到网络； 后台服务器实现数据采集和分析，云数据中心服务器对大数 据分析和预警，全国各地工程数据存储时间大于5年，提供专 用的数据采集板卡和上位机分析软件、硬件平台； 提供计算机、运行分析软件、数据通信或存储转移模块一台 （套），软件系统根据用户需求分析数据； 数据采集系统具有存储数据和转移分析功能，能够实时采集 运行数据并进行存储，存储方式采用SD卡或大容量存储硬盘。
衣文索
2018年6月
光纤可以测什么？
光纤测量参数包括：
温度 Temperature 应变 Strain 压强 Pressure 振动 Vibration 加速度 Acceleration 流量 Flow 电流 Current ……
strain e1
e2
e1
fiber
Shift (n2-n1)
无应变
应变增大
Distance
Frequency
n1
n2
The Brillouin frequency
马赫泽德系统工作原理
探测器
激光器
环形器 3dB耦合器
环形器 探测器
3dB耦合器
布里渊-马赫泽德系统工作原理
脉冲光
波分复用器
探测器 脉冲激光控制器
分布式光纤传感器的优点
连续分布式测量，无测量盲区 光纤即为传感，“传”、“感”合一 抗电磁干扰，适合在高电压等强电磁场所下监测 本征防爆，适合在易燃、易爆等危险环境下工作 灵敏度高，动态测量范围宽 安装简单 光纤寿命长，后期维护工作量小 尺寸小、重量轻 适合远程传输与监控
光纤背向散射效应
Laser, l0
激光散射
DTS： 基于自发拉曼Raman 散射效应
BOTDA： 基于受激布里渊Brillouin 散射效应
DAS： 基于瑞利Rayleigh散射 效应
分布式光纤测量原理
“光缆就是传感器 ”
标准通信光纤
背向散射光提供了每1m的测量
1m 光脉冲
T9,995
T9,996 T9,997
连续激光器
探测器
环形器 3dB耦合器
环形器 探测器
3dB耦合器
PCCP管道振动监测原理
激光
EOM
EDFA
外界振动
信号处理
探测器
振动时信号
强 度
振动前信号
传感光纤
差分信号
时间/位置
分布式声音传感器是基于相干瑞利散射的分布式光纤传感器。它利用光纤对声音（ 振动）敏感的特性，当外界振动作用于传感光纤上时，由于弹光效应，光纤的折射率、 长度将产生微小变化，从而导致光纤内传输信号的相位变化，使得光强发生变化。通过 检测振动前后的瑞利散射光信号的强度变化（差分信号），即可实现振动事件的探测， 并具备多振动事件同时精确定位。
Stokes 波长
BOTDA系统结构
探测 激光器
入射光
单模光纤
受激布里渊 散射信号
探测器
布里渊散射光由泵浦光和声子的相互作用而受激产生
入射光频率ν 布里渊频率 ν±11GHz
泵浦 激光器
散射光功率
拉曼
瑞利
拉曼 频率
BOTDA散射谱
当光纤受到拉压或温度作用时，该点的布里渊散射谱会发生 漂移。
从频谱上看，布里渊频移改变量与应变及温度成正比。
对埋地管道不会产生任何破坏或影响其正常生产, 对已经稳定的和新发生的泄漏都可以进行识别，尤 其适合管道在线监测应用。
应用工程案例
珠海供水工程 济南供水工程 北京新机场供水管道监测工程 沧州引大复线管网监测工程 淮河输水管道监测工程
已取得专利（46项）
用于拉曼散射原理的分布式光纤温度传感器的中继放大模块 背向散射式激光多普勒输水管道流速检测传感器 基于拉曼散射水质颗粒物PPM在线监测系统 用于布里渊散射原理的分布式光纤温度传感器的中继放大模块 水锤振动波线性加速度传感器阵列相频特性分析的管道
集成化本地采集和计算后台
数据采集精度：≥16位
数据采集频率：≥60Mhz
谢谢各位专家
主要功能及技术指标
响应时间：
≤5秒
单套设备探测距离： ≤25公里
扫描周期：
＜2秒
光纤类型：
单模
最大探测响应：
＞20点
虚警率：
＜5%
数据接口：
本地化或远程互联宽带
数据分析：
本地化服务器
预警方式：
根据用户需求提供远程接口
预警处理：
根据需求提供控制I/O信号
软件平台：
PCCP管道分布式光纤监测技术
国内外应用于管线工程监测的技术和方法正在从传 统的点式仪器监测向分布式、自动化、高精度和远 程监测的方向发展。
分布式光纤传感技术是一种新型实时在线监测技术 ，将探测光缆沿管道并行敷设，可实现管道及沿线 的振动、泄漏、断丝点等异常状况实时监测。
具有测量距离远、连续分布式测量、可精确定位、 安装简单、安全可靠、扩展性强等优点。
T9,998wk.baidu.com
T9,999
完全沿着光纤的测量: 10km 光纤 = 10,000 传感器
定位原理
OTDR — 光时域反射技术，又称光纤雷达
1m
2m
3m
123/100,000,000 seconds = 123m
DTS测量原理
LD WF
驱动电路 APD
信号采集处理及显示
传感光纤
光
Rayleigh
强
Anti-stokes T
泄露定位系统 基于马赫曾德干涉原理的光纤环泄露监测传感器 基于光纤正交敏感结构的管道二维振动监测传感器 光纤防爆液位传感器 混沌声纹分析技术的输水钢管道泄露监测传感器
主要功能及技术指标
该系统能够实现采用分布式光纤传感器技术将光纤敷设在地 下管道旁边，或者与地下管网集成在一起，利用分布式光时域 散射技术，探测泄漏点的振动和声纹信息，判断泄漏点和管道 爆裂位置； 该系统能够采集管道附近运行参数，对管网运行过程温度和 振动自动测量功能，且可通过数据总线和无线射频方式将数据 传输到网络； 后台服务器实现数据采集和分析，云数据中心服务器对大数 据分析和预警，全国各地工程数据存储时间大于5年，提供专 用的数据采集板卡和上位机分析软件、硬件平台； 提供计算机、运行分析软件、数据通信或存储转移模块一台 （套），软件系统根据用户需求分析数据； 数据采集系统具有存储数据和转移分析功能，能够实时采集 运行数据并进行存储，存储方式采用SD卡或大容量存储硬盘。