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《分布式光纖傳感技術(shù)在海底管道健康監(jiān)測中的應用new》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、第15卷第4期中國海上油氣(工程)Vol115,No142003年8月CHINAOFFSHOREOILANDGAS(ENGINEERING)Aug.,2003分布式光纖傳感技術(shù)在海底管道*健康監(jiān)測中的應用金偉良張恩勇邵劍文劉德華浙江大學,杭州,310027摘要分布式光纖傳感技術(shù)由于能夠獲得被測量信息沿空間和時間上的連續(xù)分布,非常適用于線形海底管道的健康監(jiān)測。介紹分布式光纖傳感技術(shù)及該技術(shù)在海底管道健康監(jiān)測中的應用情況和面臨的問題,對該技術(shù)在海底管道健康監(jiān)測中應用前景進行了展望。關(guān)鍵詞分布式光纖傳感技術(shù)海底管道健康監(jiān)測[2]海底管道作為海上油氣集輸系統(tǒng)的主要形式,優(yōu)點,比
2、其他傳感元件更適用于工作條件惡劣的在海上油氣田開發(fā)過程中發(fā)揮著重要的作用。由于海底管道監(jiān)測。利用設(shè)置在海底管道中的監(jiān)測光纖工作環(huán)境條件惡劣,海底管道既要受到管外波流等及其光強、頻率、偏振態(tài)等特性隨海底管道溫度、應環(huán)境荷載的作用,又要受到管內(nèi)油氣腐蝕、壓力等作變等狀態(tài)參數(shù)變化的性質(zhì),通過對這些特性進行測用以及海上墜落物撞擊、漁網(wǎng)拖拉等意外荷載的作量,就可得到海底管道狀態(tài)參數(shù),從而可以判斷海底用,其失效概率高,運行風險大。海底管道失效后果管道的安全性,在海底管道出現(xiàn)危險前及時采取措嚴重,不僅直接影響到海上油氣田的正常生產(chǎn),而且施避免管道發(fā)生失效。在各種光纖傳感技術(shù)中,分管內(nèi)
3、原油若發(fā)生外泄還會嚴重污染海洋環(huán)境,帶來布式光纖傳感技術(shù)可以獲得被測量信息沿光纖各點相應的社會負面影響。為了避免因海底管道失效所在時間上的連續(xù)分布,非常適合于線形海底管道的造成的重大經(jīng)濟損失和不良社會影響,必須采取有監(jiān)測,在海底管道健康監(jiān)測中應用前景極好。效的措施防止發(fā)生海底管道失效問題。引起海底管道失效的原因具有很大的隨機性和1分布式光纖傳感技術(shù)偶然性,很多因素至今沒有被認識,從設(shè)計角度來避自從20世紀80年代首個分布式光纖傳感技術(shù)[3]免海底管道失效是很困難的或者是很不經(jīng)濟的;常原理被提出以來,由于它具有可以獲得被測量信規(guī)的檢測方法,如射線法、漏磁法、超聲波法、滲透
4、法息在空間和時間上連續(xù)分布的特點,加上光纖作為等,只能用于海底管道的定時和定點檢測,期望用這傳感元件具有諸多優(yōu)點,非常適合于工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測。些方法以有限次的檢測來完全避免海底管道失效也國內(nèi)外許多研究機構(gòu)和公司都投入了大量人力物力是不現(xiàn)實的。近年來,隨著傳感技術(shù)的發(fā)展和健康財力進行這方面的研究,分布式光纖傳感技術(shù)得到監(jiān)測概念的提出,利用傳感技術(shù)對海底管道進行健快速發(fā)展,基于各種原理的分布式光纖傳感器被開康監(jiān)測,為解決海底管道失效問題提供了新的途徑。發(fā)出來,并且逐漸從實驗研究走向?qū)嶋H應用。目前[1]根據(jù)Housner對結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的定義,利用傳感分布式光纖傳感技術(shù)已被應用于航
5、空航天、土木工技術(shù)對海底管道進行健康監(jiān)測,是指利用無損的傳程、化工、軍事、交通等許多領(lǐng)域。感監(jiān)測方法獲得海底管道結(jié)構(gòu)的內(nèi)部信息,分析包111分布式光纖傳感技術(shù)的基本原理括海底管道結(jié)構(gòu)反應在內(nèi)的各種特征,了解海底管目前分布式光纖傳感技術(shù)使用的方法主要有反道因損傷或者退化而造成的改變。在各種傳感元件射法、波長掃描法和干涉法:反射法是利用光在光纖中,光纖由于具有體積小、重量輕、幾何形狀適應性傳輸過程中產(chǎn)生的后向散射效應進行測量的方法;強、抗電磁干擾、電絕緣性好、化學穩(wěn)定性好以及頻波長掃描法是利用保偏光纖在外部擾動作用時發(fā)生帶寬、靈敏度高、易于實現(xiàn)遠距離遙測與控制等諸多模式耦合
6、效應進行測量的方法;干涉法是利用干涉*國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)經(jīng)費資助(2001AA602022-1)6中國海上油氣(工程)2003年裝置對干涉光路中光波的相位進行解調(diào)從而得到被DPB=CpE$E+Cpt$t,測量信息的方法。在這3種方法中,反射法是研究PB最多、應用最廣的一種。根據(jù)其建立在時間域還是DfB=CfE$E+Cft$t。頻率域上,反射法又可分為光時域反射法(OTDR)式中:PB為散射光功率;DPB為光功率損耗;DfB為和光頻域反射法(OFDR)。光頻域反射法相對于光移頻;$E為應變變化;$t為溫度變化;CfE、CpE、Cft、時域反射法研究較晚,
7、應用范圍也不及光時域反射Cpt為應變和溫度系數(shù)。法廣。光時域反射法的基本原理是光源發(fā)出的光沿光纖前進過程中產(chǎn)生后向散射,后向散射光強在向后運行過程中隨著距離增長而按一定規(guī)律衰減,在光速不變的情況下距離與時間成正比;因此,根據(jù)探測器探測到的后向散射光強及其到達探測器的時間,就可以知道沿光纖路徑上任一點的初始后向散射光強,它可用下面的式子表達:cgP(t)=P0S(t)aS(t)exp[-2a(t)]。圖1光纖中散射光譜2式中:P(t)為t時刻后向反射到光纖入射端的光功利用拉曼散射測量溫度和應變信號相對簡單,率;P0為輸入光功率;S(t)為后
