分布式光纤传感技术在管道在线预警系统监测的应用ppt
光纤振动传感预警系统 ppt课件
复原和类型识别,在SVM、 神经网路等理论基础的基础上，对常见的破坏、非破坏 事件进行有效分类、识别预警。
光纤传感预警系统优势
超强事件识别能力： 对于复杂环境下的长距离分布式光纤振动监测系统，可以采用信号特征模型准确 检测振源和识别振源。从宏观角度出发，选择描述振动事件的特征主要包括有： 过零率、信号能量等时域特征和各频段能量、小波变换等频域特征，作为识别主 要特征，取得了较好的效果。
03Part Three 光纤传感预警系统市场应用
光纤传感预警市场应用
A
管道监测
B
长距离监测安防
C
通信光缆
D
电力监测
管道监测
城市管道缺乏监测、事故频发
11·22青岛输油管道爆炸事件（2013）
8·1台湾高雄燃气管线爆炸事件（2014）
福建漳州PX工厂爆炸（2015.4.6）
吉林禽业公司氨气爆炸 （2013.6.3）
GIS地理信息系统 管道分级全方位管理
预警事件管理 GPS标注、巡线与路线指引
系统运行监控管理 报表日志管理等
光纤管道检测 预警系统平台
光纤传感预警系统优势
超强数据处理能力： 根据系统要求信号采集速率较快，但处理方法复杂的实际特点，开发了集成两片
目前最先进的多核心DSP、FPGA的多通道高采样率高速处理模块，处理速度达到 每通道20GFLOPS(每秒20G次的浮点运算能力)，可以实现定位精度小于20米的实 时信号处理。
没有学问无颜见爹娘 ……” • “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
光纤传感预警系统介绍
—系统组成
六 部分：光传感模块、信号处理模块、系统管理与通信模块、监控模块、电源模块、机箱平台
分布式光纤传感技术在管线检测中应用重点
分布式光纤传感技术在管线检测中应用江宏 1 崔何亮 2(1欧美大地仪器设备中国有限公司 2 Neubrex Co., Ltd.摘要:布里渊时域分析仪 (BOTDA 是近年来在国际上研发成功的一种分布式光电传感技术, 该技术已开始广泛应用于结构体和工业设备等的温度、应变检测。
而Neubrex 公司在该技术基础上开发了新一代应变测量技术——脉冲预泵浦BOTDA(简称 PPP-BOTDA ,实现了 10cm 的空间分辨率和±7.5με的应变测量精度。
本文重点介绍了 PPP-BOTDA 技术原理以及与传统应变点式检测技术对比,并通过工程实例介绍该技术在管线检测中的应用。
关键词:布里渊时域分析仪; BOTDA ;光纤传感;脉冲预泵浦;空间分辨率;管线检测众所周知,很多情况下输油、输气管线经常通过地层条件复杂且地质灾害频发的区域,如经常发生滑坡、泥石流、地震的地区以及常年冻土地区。
这些地质灾害经常造成地下管线的故障、破坏、泄漏,从而带来经济损失和生态破坏等严重后果。
此外,正在营运的管道由于内部流体的腐蚀和侵蚀, 也将导致自身的损坏。
对管道进行结构和功能上监测对于管线的管理和安全运行显得尤为重要, 定期给管道管理部门提供管线运行过程中结构和功能上的参数将有助于⑴预防管线故障; ⑵及时探测管线损坏及所在位置; ⑶确保管线维护和修复行动及时有效。
通常进行管线监测的结构方面的参数包括管道的应变和曲率,而功能上监测的内容为分布式温度、泄漏和管线损坏。
目前, 国内外应用于管线工程监测的技术和方法主要是传统的电测式传感器, 而管线的长度一般都是几公里以上, 这样几千只传感器从布点连线到数据采集不仅复杂且成本高。
另外,受到布点数量的限制,无法全面反映管道的结构和功能情况, 现在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。
近年来兴起的光纤传感器具有抗电磁干扰、防水、抗腐蚀和耐久性长等特点, 特别是分布式传感光纤, 以其独特的优点在管线工程监测中有着很好应用前景,具有如下优点:①分布式:可以准确测出光纤沿线任一点上的应力、温度等信息,克服传统点式监测漏检的弊端,提高监测成功率。
《分布式光纤传感器》课件
03Leabharlann 交通用于监测高速公路、 铁路和桥梁的结构健 康，确保交通安全。
04
环保
用于监测土壤、水和 空气的质量，以及污 染源的定位。
分布式光纤传感器的优势与局限性
优势 同时测量沿光纤分布的温度和应变等物理量； 高精度、高灵敏度和高分辨率；
分布式光纤传感器的优势与局限性
测量距离长，可实现连续监测； 耐腐蚀、抗电磁干扰和本征安全。
分布式光纤传感器的成本和稳定性问题也需要得到解决，以便更好地推广和应用。
分布式光纤传感器与其他传感器的集成和协同工作需要进一步研究，以提高监测系 统的整体性能和稳定性。
对未来研究和应用的建议
鼓励产学研合作，加强分布式 光纤传感器技术的研发和应用 研究，推动技术进步和产业发
展。
加强国际合作与交流，借鉴 国外先进技术和发展经验， 提高我国分布式光纤传感器
技术的国际竞争力。
鼓励企业加大投入，推动分布 式光纤传感器技术的商业化应 用，拓展应用领域和市场空间
。
THANKS
感谢观看
开发新型分布式光纤传感器技术
新材料
探索新型的光纤材料和光学器件，以 提高分布式光纤传感器的性能和功能 。
新原理
研究新的分布式光纤传感原理和技术 ，以拓展其应用领域和解决现有技术 的局限性。
05
结论
Chapter
分布式光纤传感器的重要性和应用前景
分布式光纤传感器在长距离、大范围监测中具 有明显优势，可广泛应用于石油、天然气、电 力等行业的安全监测和预警系统。
预警系统
利用分布式光纤传感器监测建筑物周围的环境变化，如地震、风力和 温度等，及时发出预警，预防潜在的自然灾害和人为破坏。
04
分布式光纤传感技术原理及其应用详解PPT文档42页
61、奢侈是舒适的，否之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
分布式光纤传感技术原理及其应用详 解
1、纪律是管理关系的形式。——阿法 纳西耶 夫 2、改革如果不讲纪律，就难以成功。
3、道德行为训练，不是通过语言影响 ，而是 让儿童 练习良 好道德 行为， 克服懒 惰、轻 率、不 守纪律 、颓废 等不良 行为。 4、学校没有纪律便如磨房里没有水。 ——夸 美纽斯
谢谢！
光纤传感技术在管道安全监测中的应用
光纤传感技术在管道安全监测中的应用引言随着工业化进程和城市化的快速发展，各种管道的数量不断增加，如石油、天然气等输送管道，甚至是给水管、通讯光缆等。
为了维护管道运行的安全性和可靠性，保障社会安全和经济稳定，管道安全监测至关重要。
目前，传感技术得到广泛应用，其中光纤传感技术是目前比较先进的技术。
一、光纤传感技术的原理光纤传感技术是指利用光纤的特性作为传感成分来进行监测和检测的一种新型传感技术。
光纤传感的原理是利用光纤本身的光学特性（如衰减、散射、折射率、相位等）或者外部影响（如温度、压力、形变等）对光纤中的光信号产生影响，进而反映出被检测物理量的信息。
二、1.石油、天然气管道对于输送石油、天然气等管道，其存在温度变化、压力波动等问题，一旦管道出现泄露、裂缝等问题就会引发严重事故。
光纤传感技术的应用，可以利用石油、天然气管道对光纤的散射、吸收等特性进行监测分析，对于管道泄漏、损伤等情况进行快速、准确的诊断，实现对管道运行状态及时、有效地监测和预警。
2.给水管道对于给水管道的安全监测，关键是检测其管道内是否有水质超标、破损或老化等问题。
光纤传感技术的应用，可以通过利用光纤的相位、折射率等特性来检测水的浊度、电导率和PH值等参数，进而实现对水质的监测。
同时，利用光纤传感技术可以监测管道的温度变化、形变等问题，对于管道的破损、老化等情况进行快速、准确的诊断。
3.光缆通讯光缆在现代社会中得到广泛应用，它们的质量和可靠性对于信息传输的质量至关重要。
光纤传感技术的应用，可以实现对光缆的温度变化、形变等问题进行监测，对于光缆的质量和可靠性进行评估，提高光缆的使用寿命和可靠性。
结论光纤传感技术的应用为管道安全监测提供了新的手段，可以快速、准确地监测和预警管道的故障、泄漏等安全问题，提高管道运行的稳定性和可靠性，保障社会的安全和经济稳定。
近年来，随着光纤传感技术不断发展，相信它会在管道安全监测中的应用中发挥更加重要的作用。
分布式光纤传感技术在管线检测中应用_图文.
分布式光纤传感技术在管线检测中应用江宏 1 崔何亮 2(1欧美大地仪器设备中国有限公司 2 Neubrex Co., Ltd.摘要:布里渊时域分析仪 (BOTDA 是近年来在国际上研发成功的一种分布式光电传感技术, 该技术已开始广泛应用于结构体和工业设备等的温度、应变检测。
而Neubrex 公司在该技术基础上开发了新一代应变测量技术——脉冲预泵浦BOTDA(简称 PPP-BOTDA ,实现了 10cm 的空间分辨率和±7.5με的应变测量精度。
本文重点介绍了 PPP-BOTDA 技术原理以及与传统应变点式检测技术对比,并通过工程实例介绍该技术在管线检测中的应用。
关键词:布里渊时域分析仪; BOTDA ;光纤传感;脉冲预泵浦;空间分辨率;管线检测众所周知,很多情况下输油、输气管线经常通过地层条件复杂且地质灾害频发的区域,如经常发生滑坡、泥石流、地震的地区以及常年冻土地区。
这些地质灾害经常造成地下管线的故障、破坏、泄漏,从而带来经济损失和生态破坏等严重后果。
此外,正在营运的管道由于内部流体的腐蚀和侵蚀, 也将导致自身的损坏。
对管道进行结构和功能上监测对于管线的管理和安全运行显得尤为重要, 定期给管道管理部门提供管线运行过程中结构和功能上的参数将有助于⑴预防管线故障; ⑵及时探测管线损坏及所在位置; ⑶确保管线维护和修复行动及时有效。
通常进行管线监测的结构方面的参数包括管道的应变和曲率,而功能上监测的内容为分布式温度、泄漏和管线损坏。
目前, 国内外应用于管线工程监测的技术和方法主要是传统的电测式传感器, 而管线的长度一般都是几公里以上, 这样几千只传感器从布点连线到数据采集不仅复杂且成本高。
另外,受到布点数量的限制,无法全面反映管道的结构和功能情况, 现在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。
近年来兴起的光纤传感器具有抗电磁干扰、防水、抗腐蚀和耐久性长等特点, 特别是分布式传感光纤, 以其独特的优点在管线工程监测中有着很好应用前景,具有如下优点:①分布式:可以准确测出光纤沿线任一点上的应力、温度等信息,克服传统点式监测漏检的弊端,提高监测成功率。
分布式光纤传感器 25页PPT文档
BOTDR结构图
布里渊光时域反射技术利用了自发布里渊散射， 与传统OTDR系统技术类似，其结构如图4。布里 渊信号比瑞利信号约小两个数量级，检测比较困 难，故使用部分本地光与散射光混频的相干接收 机测量背向散射。
图13 BOTDR结构图
ROTDR传感原理
拉曼散射光中斯托克斯光的光强与温度无光，而
反斯托克斯光的光强会随温度变化。反斯托克斯
光光强Ias和斯托克斯光光强Is之比与温度的关系可
表示为：
I as
hc 0
a e kT
Is
a为与温度相关的系数。
于是通过实测斯托克斯-反斯托克斯光强之比可计
算出温度：
T hc 0
1
k
ln
a
ln
I as Is
h: 普朗克常数 c: 真空光速 v0: 入射光频率 k: 波尔兹曼常数 T: 绝对温度
ROTDR温度传感器结构
实际中可用滤波器滤出拉曼光的斯托克斯部分与 反斯托克斯部分，然后处理所得数据得到温度。 其基本结构如下：
图10 ROTDR温度传感结构
POTDR的数据处理（2）
方法2（数据处理复杂，多点定位）。 POTDR多点定位振动传感器基于所得数据的谱分
析，其系统结构如图。
图8 P-OTDR试验框图
POTDR的数据处理（3）
假设每0.1ms采集一次数据并储存，那么每秒得到 10k条数据，这样可以得到在某一固定位置z1处的 一条关于时间的曲线，如果此处出现扰动，在z1处 的数据会在某一固定常量左右变化。
分布式传感主要是后向散射类传感，这又包括时 域和频域分析，本报告主要讨论时域散射类传感。
分布式光纤传感技术ppt
消防方面
•隧道、地铁、公路和建筑物的火灾监测和报警
——光纤传感器的优势
—
——
DTS
Reyleigh
背向散射光真正的实现沿着光纤的分布式测量
•领先的光时域反射技术
Brilluous
•完全分布式的测量，大大降低误报和漏报率
分布式光纤温度测量系统
分布式光纤温度应变测量系统
火灾监测与报警传送带火灾监测
其他相关：
电力电缆监测
电力电缆
取决于需求，光纤可以安装在电缆内部或外部
电缆管道
电力电缆监测●电缆状态监测
管道泄漏
压力容器
监测外壳温度
更加了解生产状况
在危险环境中安全使用温度可上升到
发电厂监测。
分布式光纤传感器在管道泄漏监测中的应用
分布式光纤传感器在管道泄漏监测中的应用管道泄漏不仅会造成资源损失和环境污染，石油、天然气等易燃易爆品输送管道的泄漏甚至会产生火灾爆炸，因此对管道进行实时监测，及时发现泄漏和预报隐患就显得十分重要．目前管道泄漏的监测方法主要有基于管内压力、流量、温度和管壁完好程度检测的管内智能爬行机法；基于泄漏产生的物理现象检测的声波、负压波、应力波检测法；利用热红外成像、气体成像、探地雷达的地面间接检测法[1,2],这些方法存在或者定位难，或者不能提前预报泄漏隐患等缺点．针对上述问题，设计一种利用分布式光纤传感器对输送管道的泄漏进行实时在线监测的技术．分布式光纤传感器是一种传感型光纤传感器，它具有同时获取在传感光纤区域内随时间和空间变化的被测量分布信息的能力[3]．利用这一特性，在输送管道铺设的同时铺设一条或几条光缆，利用光纤作为传感器，拾取管道周围的压力、温度和振动信号，通过对信号的分析和处理，对输送管道泄漏、附近的机械施工和人为破坏等事件进行迅速判断和准确定位，提高管道的监测水平．1 分布式光纤传感器光纤传感技术是随着光导纤维和光纤通信技术的发展而迅速发展起来的一种以光为载体、光纤为媒质、感知和传输外界信号的新型传感技术．分布式光纤传感器是利用光纤对沿光纤分布的被测量(环境参数)进行连续测量，同时获取被测量的空间分布状态及其随时间变化的传感器系统．分布式光纤传感器的一次测量就可以获取整个光纤区域内被测量的一维分布，将光纤架设成光栅状可测定被测量的二维和三维分布．分布式光纤传感器可分为反射型和前向传输型．反射型是利用光纤在外部扰动作用下产生的瑞利(Reyleigh)、喇曼(Raman)、布里渊(Brillouin)等效应产生的背向散射光的动态变化进行测量，其特点是在入射端采用光时域反射(OTDR，Optical Time Domain Releetometer)技术来进行大小的测量和空间定位．前向型是利用外界物理量的作用，使光纤两传输模之间发生能量耦合，其特点是在输出端对耦合模进行测量，其频谱特性中的频率反映了耦合点的位置，幅值反映了该位置处被测量的大小．由于光纤在拉纤阶段二氧化硅由熔融态变为凝固态过程中形成的材料密度和折射率的微观不均匀，当光波在光纤中传输时，导致光纤中的光子与介质分子相互碰撞，弹性碰撞将产生与入射光同频的瑞利散射；非弹性膨胀将使光子的部分能量传递给分子或分子的部分能量传递给光子，产生自发喇曼散射．喇曼散射光在频域可分为波长大于入射光的Stokes光和波长小于入射光的反Stokes 光．Stokes与反Stokes的强度比值的大小与光源强度、光注入光纤的条件、光纤的几何尺寸和结构、光纤材料固有损耗和不均匀性、光路和电路参数无关，只和该点绝对温度有关[4,5]．布里渊效应是分别将频率可调的一脉冲光和一连续光在传感光纤的两端注入光纤，当两束光的频差处于光纤的布里渊增益带宽内时，两束光在相遇点就会产生布里渊放大效应．如果脉冲光频率高于连续光的频率。
光纤管道安全预警系统PPT课件
汇报提纲
一、公司介绍 二、产品介绍 三、荣誉资质 四、典型案例 五、应用业绩 六、其他产品
38
序号
项目名称
数量
时间
1
阿独原油管线管道安全预警系统
6
2008
2
兰郑长管道安全预警系统
22
2009
3
埕海油田管道安全预警系统工程
1
2010
4
沈阳军区通信光纤安全预警项目
2
2011
5
乍得一期管道安全预警系统
光缆漂浮水中，有效地避免光缆和管道的破坏事件发生。
33
现场应用情况-兰郑长
2009年8月17日三门峡西5.278km附近分析甄别为强烈的水声，发现管 道上方塌陷1.5米左右，大约有30米左右线路露出管道悬空。
34
现场应用情况-兰郑长
2010年01月07日15：40，兰郑长管道河南三门峡段31阀室向西1 公里处出现异常信号，发现两人正在管道附近进行挖掘，此两人被发现 后立即逃走。经查看：事发现场有一个长1米，宽0.6米，深大约在6-7 米的洞，在地下又向北（管道方向）挖掘一段距离。
8
管道面临的安全问题
9
管道面临的安全问题
现有技术及管理手段
技术手段 负压波技术 声波技术
管理手段 人工巡逻 群众举报
有效的技防手段
管道安全预警产品
技术
事前
事后
负压波 声波
管理 人工巡检 群众举报
维抢修
10
系统简介
“光纤管道安全预警系统”是在国家863计划和中石油集团公司等 重点项目支持下，历经了十二年的持续研究升级和石油、石化管道和国防 光缆应用，精心打造的核心产品。
在乍得H区块首站——恩贾梅纳末站之间安装光纤预警系统，覆盖长度 约为311km。共计安装预警单元8套，预警管理终端1套。
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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
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。
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。
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
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：
＜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：
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。
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 ……
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。
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
T9,998
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
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