[發明專利]基于光纖振動及溫度測試的沙漠埋地管道監測系統與方法

在審

• 申請號: 202110969880.3
• 申請日: 2021-11-17
• 公開（公告）號: CN113819401A
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發明（設計）人: 葛亮;蔣炎;胡澤;肖小汀;汪敏;牟強;陳昊;靳濤
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: F17D5/02
• 分類號: F17D5/02;F17D5/00
• 代理公司: 成都金英專利代理事務所(普通合伙) 51218
• 代理人: 袁英

1.基于光纖振動及溫度測試的沙漠埋地管道監測方法，包括以下步驟：

S1，設置沙漠埋地管道監測系統，并通過沙漠埋地管道監測系統采集埋地管道的振動信號和溫度信號；

S2，利用差值算法對振動信號中的原始散射曲線進行差分處理得到最初的光強變化幅度結果，并運用濾波算法對差值曲線進行平滑處理，去除振動信號中多余的噪聲，得到振動源位置數值；

S3，根據自發拉曼散射效應技術和光時域反射技術，利用溫度信號中的斯托克斯光和反斯托克斯光的光強進行溫度解調，得到溫度數值；

S4，獲取振動信號的振動波形和溫度信號的溫度波形，提取振動波形和溫度波形頻域的信號特征并計算管道移位變形大小，根據預設的判定條件判斷故障事件類型。

2.根據權利要求1所述的基于光纖振動及溫度測試的沙漠埋地管道監測方法，其特征在于，所述步驟S2具體包括以下子步驟：

S21，假設系統采集到的N組后向瑞利散射信號，令t＝t₁，t₂，t₃，...t_N，其中t為散射信號集，為第i條后向瑞利散射信號；令移動平均次數為M，則平均后的后向瑞利散射信號集可表示為T＝{T₁，T₂，T₃...T_P}，其中P＝N-M+1，該處理方法可用下式表示：

其中，T_i為移動平均后的第i條瑞利散射曲線；

S22，設定差分處理的作差間隔為m，m為大于1的自然數，對由相鄰脈沖光發射形成的瑞利散射曲線T_i和T_i-m做差，差分處理過程如下式所示：

ΔT(i)＝abs[T(i)-T(i-m)]

其中，ΔT(i)表示第i條差值曲線，T_i表示系統經過移動平均后的第i條瑞利散射曲線，m表示作差間隔，則移動差分后的信號集為：

ΔT＝{ΔT₁,ΔT₂,...,ΔT_N-M+1}

S23，將移動差分后信號集中每條曲線的同一采樣點的幅度值按差值處理的時序，連綴畫在同一張圖中形成差值曲線圖像，并在差值曲線圖像找出埋地管道振動發生的位置，選取振動明顯的采樣點，畫出同一位置點截面圖，可提取出該采樣點位置處對應的時域圖像。

3.根據權利要求1所述的基于光纖振動及溫度測試的沙漠埋地管道監測方法，其特征在于，所述步驟S3具體包括以下子步驟：

S31，將采用斯托克斯光作為參考光，獲得反斯托克斯光和斯托克斯光的比值I(T)表達式為：

S32，在光纖通常在光纖的起始位置設置一段參考光纖設定參考光纖處的溫度為T₀，則參考光纖處反斯托克斯光強與斯托克斯光強比值為：

進一步的，根據I(T)和I(T₀)得到光纖各段的溫度表達式為：

其中，K_s，K_as表示反斯托克斯光與光纖截面相關的系數，S_b表示光纖的后向散射因子，v_as表示反斯托克斯光的頻率，α₀，α_as分別表示入射光、反斯托克斯光的傳輸損耗系數，h為普朗克常量，h＝6.626×10^-34J.s；K為玻爾茲曼常量，h＝1.380×10^-23J.K^-1，L表示距離光源的位置，T為光纖所在環境的熱力學溫度，ΔT對于石英光纖值為1.359×10¹³Hz。