[發明專利]一種光纖傳感天然氣管道泄漏監測系統的泄漏點定位方法和系統

有效

• 申請號: 201110272440.9
• 申請日: 2011-09-14
• 公開（公告）號: CN102997055A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 張金權;王小軍;焦書浩;曹國瑞;李東;侯志相;王飛;劉素杰;王贏;趙鋒
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團公司;中國石油天然氣管道局
• 主分類號: F17D5/02
• 分類號: F17D5/02
• 代理公司: 北京市中實友知識產權代理有限責任公司 11013
• 代理人: 金杰;任清漢

1.一種光纖傳感天然氣管道泄漏監測系統的泄漏點定位方法，其特征是它利用與油氣管道同溝敷設的普通通信光纜中的兩根光纖分別作為發射和回傳光纖，將管道泄漏光纖傳感器通過光復用技術并聯接在收發傳輸光纖之間，形成光回路，管道泄漏光纖傳感單元均勻布設在管道本體上，形成可監測管道泄漏振動的光纖傳感系統；由光源發出激光，經傳輸光路傳輸到達每一個傳感器附近時，通過分束器分束后，進入安裝在管道本體上的傳感器，各傳感器拾取沿管道傳播的泄漏振動信號后，再次經合束器進入傳輸光路傳回至系統的光電探測器部分，對采集的振動信號進行分析處理，獲得振動波傳播到泄漏點附近四個傳感器的時延差，結合振動波在管道本體上的傳播速度實現對泄漏點的定位；傳感器采用光纖干涉儀結構，為光纖邁克耳遜干涉儀或者光纖馬赫曾德干涉儀的形式，其輸出的光強信號經光電轉換后可以寫成：

V₀∝1+Vcos(φ_s+φ_n+φ₀)+V_n

其中，V₀是輸出的電壓信號，V是干涉儀的可視度，V_n是電路附加噪聲，φ_s為由泄漏振動波引起的相差信號，即為要探測的泄漏振動波信號，φ₀為干涉儀的初始相位，是個常量，φ_n為位相差的低頻漂移，是一個不確定量，隨溫度和外界環境影響而變化；

通過與光源調制方式相匹配的解復用和解調技術實現泄漏振動波信號φ_s的獲取，并對該信號φ_s到達相應的傳感器的時延差進行估計，結合振動波沿管道傳播的速度v實現對振動波源即泄漏點位置的確定。

2.根據權利要求1所述的一種光纖傳感天然氣管道泄漏監測系統的泄漏點定位方法，其特征是當泄漏發生時，泄漏激發管道產生振動波，振動波以速度V沿管道傳播，其中兩個相鄰的傳感器間隔為設定值L，設信號傳播至傳感器n的時間為t_n，傳播至傳感器n+1的時間為t_n+1，信號傳播至傳感器n-1的時間為t_n-1，傳播至傳感器n+2的時間為t_n+2，有下式成立：

X1=12[L-v×(tn+1-tn)]]]>

X2=12[v×(tn-1-tn+1)]]]>

(2)

X3=L-12[v×(tn+2-tn)]]]>

X4=12[L-v×(tn+2-tn-1)]]]>

其中未知參量(t_n+1-t_n)、(t_n-1-t_n+1)、(t_n+2-t_n)和(t_n+2-t_n-1)分別是泄漏振動波到達傳感器n和n-1、傳感器n+1和n-1、傳感器n和n+2、傳感器n-1和n+2的時延差，可以通過對對應幾個傳感器接收到的信號進行相關分析得到，這樣就形成了對同一未知量事件發生位置X的四次檢測，測量值分別為X₁、X₂、X₃、X₄，對這四次測量值取統計平均值，即得到最終的測量值X；聯合連續多個傳感器接收信號時間差，相比僅采用兩個傳感器的時間差測量方式具有更為準確的定位效果。