[發明專利]一種基于Phase-OTDR的分布式光纖傳感系統及方法

有效

• 申請號: 201810584400.X
• 申請日: 2018-06-08
• 公開（公告）號: CN109210385B
• 公開（公告）日: 2020-10-20
• 發明（設計）人: 張益平
• 申請（專利權）人: 王超凡
• 主分類號: F17D5/02
• 分類號: F17D5/02;F17D5/06;G01K11/32;G01H9/00
• 代理公司: 北京中普鴻儒知識產權代理有限公司 11822
• 代理人: 楊洋

一種基于Phase?OTDR的分布式光纖傳感系統及方法，能夠通過使用單一光源和單一光纖同時進行分布式聲學（振動）和溫度探測，進而提高管道泄漏探測的可靠性和魯棒性，極大地減少了系統復雜度以及成本，可用于同時監測管道泄漏以及第三方入侵，從而更加全面的提供管道保護。

技術領域

本發明涉及一種能夠應用于天然氣或者石油管道泄漏探測的分布式光纖傳感系統及方法，尤其涉及一種基于Phase-OTDR的分布式光纖傳感系統及方法。

背景技術

對于天然氣或者石油管道泄漏探測而言，快速且準確探測管道泄漏對于保護環境和減少維修損失十分重要。另外，預防第三方入侵也是管道保護所研究的重點課題之一。因此，人們希望得到一種能同時提供管道泄漏探測和第三方入侵探測的技術方案。

對于管道泄漏而言，各個國家有不同的控制規章以及要求標準，通常上講，對于泄漏探測的性能標準有以下四個：

1.靈敏度：即最小可探測的泄漏速率和最快探測時間。

2.可靠性：即能準確探測真實泄漏和避免誤報。

3.準確性：即泄漏位置的準確性。

4.魯棒性：即系統是否能在較差的情況下工作。

以上標準常用于衡量泄漏系統的性能。目前管道泄漏的方法大概分為非連續和連續測量方法。非連續方法通常包括直升機檢測，智能清管等。連續方法通常又分為內部和外部泄漏測量方法。

內部方法包括質量或者體積平衡法，負向壓力波法，統計分析法，實時暫態模型法等。由于這些方法需要數學計算，所以通常又稱為管道計算監控法（CPM）。所有內部泄漏檢測方法的弊端在于低靈敏度和低準確性。通常內部測量法適用于大型泄漏（超過1%管道流量）且內部檢測的位置誤差大于100米。

外部測量法需要外部的傳感器進行探測，如光纜，傳感器軟管，視頻監控攝像機等。通常的探測方法有：分布式光纖溫度傳感（Distributed Temperature Sensing，DTS），分布式光纖聲學傳感（Distributed Acoustic Sensing，DAS），特定泄漏物質探測（基于傳感器軟管），視頻監控（基于攝像機）等。其中基于光纖傳感的探測方法由于擁有更好的性能（靈敏度和準確性）以及分布式測量的特性而被優先考慮。

光纖傳感主要從溫度和聲學兩方面來測量管道泄漏。對于地上架設的管道，由于背景空氣溫度的影響而只能從聲學方面探測。對于埋設管道，從溫度和聲學兩方面均可探測管道泄漏。具體而言，在從溫度方面探測管道泄漏的場合，埋設管道由于氣體或液體泄漏會產生溫差。對于氣體泄漏，由于焦耳-湯姆遜效應，泄漏氣體溫度通常會低于管道內氣體以及周邊土壤溫度。對于液體（比如石油）泄漏，泄漏液體溫度通常會不同于周圍土壤溫度。因此，通過采用光纖溫度傳感器測量所產生的溫差從而能夠實現探測泄漏。在從聲學方面探測管道泄漏的場合，高壓流體在經由管道泄漏孔時會產生特定寬頻聲信號，通過采用分布式光纖聲學傳感器而能夠被測量。