地下管线安全解决方案——光缆振动监测预警系统

油 、气管道被打穿是经常发生 的事情 。水管破裂导致 居 民生产生 活受 到影 响 ，给各用 水企 业生产 带来 损 失 。输油 、气管道破裂会导致大面积泄漏 ，随时会造 成火灾发生 ，有 的甚至 引起爆炸 ，人 民生命财产安全 将 受到严重威胁 ，生态环境遭到 巨大破坏 ， “ 管道安
连续波激光
●
应 力频 移摄 动 光
受当前仪器设 备精度所 限 ，只能分析 出光纤横截 面 为 中心半 径２ ｍ内振 动声音 信号 。即 ，光 缆有效 监 测半 径 只有 ２ ｍ，所 以 ，管道 必须完 全处在 光缆为 中 ６ ｍ 络线之 内 ，否则 将有部 分管体 受不 到有效保 ２包
的安 全预警 问题 。当前效果较好 的技术是利用埋在地
下 的光缆作为分布式传感器来侦测光缆周边一定范围 内土壤振动情况 ，通过相关数据处理系统分析 ，从 而
获得管道周边环境是否处于安全状态 。该技术 已在国 外得 到大量 的应用 。近两年 中石油 、中石化也在油 、
气长输管线上利用该技术来保证地下管道 的安全。
全 问题 ”早 已成 为 全 球 瞩 目的话 题 。
２ 光缆振动 监测 预警 系统
光纤传 感 技术 是伴 随着 光导纤 维 和光纤 通信技 术发展 的一种新的传感技术 。是２ 世纪７ 年代 中期 以 ０ ０ 来 国际上发展最快 的高科技应用技术 。光纤传感器用
虽然 我 国政府 和各地 下 管道权 属Leabharlann Baidu 业对地 下设
息。
２２ 光缆有效监测半径与最大监测距离 ．
利用光缆震作为分布式传感器是实现地下管道全
线安全 的最佳方法 。要利用光缆实现对地下管道安全
的实 时保护 ，必须保证管道沿线有光缆铺设 。新建管
道可 以随管道 同沟直埋一根 （ 或两根 ） 芯 以上光缆 ４
微应 变传感技术是基于 “ 的干涉”原理 ，通常 光 使用两根单膜光纤来测量微应 变 ，构成用 于测量光 的
采取应急措施 ，将危 险屏 蔽在 发 生以前 。
关 键 词 地 下管道 光缆 振 动监 测 安 全预警
１ 引言
我 国经济正处在快速发展 之中 ，城市化步伐也在 逐步加快 ，全 国各地 的各种开发建设项 目随处可见 。 无论何种建设项 目只要 动土 ，就会对埋于地下管道 的 安全造成威胁 。各种地 下管道遭到第三方破坏 的事故 时有发生。据统计 ，由机械施工及 自然灾害所造成 的
但地下管线设施 的安全还是存在着各种各样的威 胁。 如何在地下管线设施遭受破坏之前就可预知危险的到 来 ，并能及时通知应急维护人员 ，给他们 争取时间 ，
４ ｛ 市 气． 干 城 燃 月Ｉ
钟 震 ・ 地下管线安 全解决方案——光缆振动监 测预警 系统
的判别与定位 的。监测预警系统分为信号采集与智能
光作为敏感信息的载体 ，用光纤作为传 递敏感 信息 的 媒质 。利用光纤作为传感器可 以测量温度 、位移 、速
度 、加速 度 、液位 、应 变 、压 力 、流量 、振动 、电 流 、电压 、磁场等物理量 。光缆振动监测预警 系统就 是通过光纤测量周 围振动频率及 位置来 实现对 危险源
施 的安全采取 了多种保护措施 ，做 出了大量 的工作 ，
变化 ，并产 生干 涉 图像 ，光检 测器 可检 测到 这一 波
形 的变化 ，而且 通过 软件 可 以分辩 出事件 的真实情 况 ，经处 理后可 检测 出干 扰强度 与 位置 。相 干激光
地下管线 安全解决方案 光 缆 振 动监 测预 警 系统
口 深圳市燃气集 团股份有限公 司天然气工程建设分公 司 （ １ ０ ４）钟 ５８５ 震
摘
要 ： 地下 管道 设施 经常遭 受第三方破 坏 ，各地 大规模 的开发建设 给地 下管道 带来 巨大安 全隐 患。 目前
采取 常规 的巡检措 施 不能做 到全路段 不 间断 实时监控 保护 ，当前 可靠 、可行 的方案是 ｆ 用光 缆作 ｔ ． ０ 为分 布式传 感 器组 建光 缆振 动监 测预 警 系统 ，预 警 系统 可 以通 过 光缆 实 时获取 各 处土壤振 动情 况 ，分析 识别还 原现场情 况 ，通过 智能 学 习主动判 别并对危 险信号 发 出告 警 ，及 时通知监控人 员
护 （ 图２ 如 ）。
光纤干涉技术还原应力震动信号
地面
图 １ 光 纤振 动 感应 原 理 图
激光器向光纤发 射连续 的激光束 ，如果光纤没有
受Ｎ￣ 界 的扰动 ，如运动 、声波和触动 ，或者两根光 ＇ Ｉ － 纤 同步受到相 同的干扰 ，反射 回的光不会发生变化 ； 如果光纤受Ｎｏ 界的扰动 ，反射 回光的波形将 会发生 ＞ Ｉ －
干涉波的传感器 （ 如图 １ ）。
专 门用做振动监测 的分布式传感器 。已埋设 的管道如 有同沟铺设的光缆 ，可以利用光缆中富余光纤 （ 必须 有３ ） 作为分布 式传感器 。对 于没有 同沟铺设光 根 来 缆的 ，可 以后期重新开挖铺设 。
２２１ ． 光缆有效监测半径 ．
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管道事故 占事故 总数 的７ ％以上 ，其 中９ ％ 以上的重 ０ ０ 大事 故是 因为机 械施 工造成 的 ，如 ：水 管被 挖破 ，
可使他们迅速采取措施 ，将危 险消除在萌芽状态 。这 是 国内外地下管线运 营企业共 同关注 的课题 。目前已 有相关技术得到应用 ，并很好 的解决 了地下管线设施
分析两部分。
２ １ 光 纤振 动 感 应 原 理 ．
ｎ ——光纤纤芯折射率 。
为 了精 确定 位 ，需要 将光 纤 的长度 信息 准确 录
入到软件 中 ，通过系统修正 ，定位 精度可达 ±５ ｍ ０ 之
内。
光缆振动监测系统是 同时利用 了光纤作 为定位传 感器与微应变传 感器两种功能。光纤 在受 到外界振 动 干扰的情 况下会 产生微应变 ，微应变会使其 内部传送 光信号的频率相位等发生细微变化 ，通过激光相干应 力分析系统就可计算 出振动点 的频率 、强度及位置信