光纤预警系统在管道泄漏监测上的应用

论文摘要

随着我国经济的迅速发展,对能源的需求量越来越大,管道运输业正飞速发展,它在国民经济和社会发展中起着十分重要的作用。由于管道传输距离长,沿途多为荒漠、沼泽等区域,人工巡检困难；同时管道长时间运输的老化、腐蚀等自然原因或者偷油盗油的人为破坏,管道泄漏时有发生,不仅仅会造成大量经济损失,甚至会对环境造成污染。因此解决管道泄漏问题是管道运输行业发展的一大难题。我国是一个能源消耗大国,十二五规划中将进一步加强管道运输行业的建设。同时,管道运输安全也一并受到了重视,只有安全的运输,杜绝偷油盗油的破坏,才能将管道运输业的发展推向一个新的高度。本课题从管道运输安全系统的要求出发,设计并实现了分布式光纤预警系统。该系统通过对管道沿线进行实时监控,一旦发生偷油盗油的事件,系统第一时间对其进行报警定位,从根本上杜绝偷油盗油的行为发生,是对传统的泄漏报警系统的彻底革新。本论文根据系统的功能需求,完成了该系统的软硬件设计,其中包括：利用马赫曾德干涉仪原理实现了光路系统的设计与搭建；激光器驱动电路与光电接收调理电路的设计与调试；基于研华PCI1714UL数据采集卡功能实现和定位识别仿真。系统经测试,各项功能均符合设计要求。本系统在500米长0.5米深的现场条件下进行了试验验证。通过波长为1550nm的DFB激光器在2mW输出功率的工作状况下,实现了模拟泄漏的报警与定位功能,定位精度小于25米。对信号采集后运用HMM方法进行了识别仿真,仿真结果证明采用HMM方法能够降低误报率,提高系统性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 管道运输发展状况
• 1.3 油气管道运输存在的问题
• 1.4 油气管道现有的监测方法与意义
• 1.5 现有技术性能对比
• 1.6 本课题研究的意义与主要内容
• 1.7 论文研究中的难点与创新点
• 1.8 论文的组织结构
• 第二章 分布式光纤预警系统预警机理
• 2.1 马赫曾德干涉仪原理
• 2.2 相位调制原理
• 2.3 定位原理
• 2.4 信号识别原理
• 2.4.1 DTW
• 2.4.2 HMM
• 第三章 分布式光纤预警系统整体设计
• 3.1 系统简介
• 3.2 系统组成
• 3.3 系统对威胁信号的分类
• 3.4 开发环境与工具
• 第四章 分布式光纤预警系统的硬件设计
• 4.1 光路设计与调试
• 4.1.1 器件选型
• 4.1.2 光路设计
• 4.1.3 光路调试注意事项
• 4.2 硬件电路设计与调试
• 4.2.1 硬件电路整体结构模块
• 4.2.2 器件选型
• 4.2.3 硬件模块介绍
• 4.2.4 硬件电路调试注意事项
• 第五章 分布式光纤预警系统的软件设计
• 5.1 数据采集程序模块
• 5.2 泄漏定位模块
• 5.3 信号识别仿真模块
• 5.3.1 DTW仿真
• 5.3.2 HMM仿真
• 第六章 系统验证与实验数据采集
• 6.1 实验场地的搭建
• 6.2 实验数据的采集
• 6.3 定位精度的验证与校准
• 6.4 识别仿真
• 6.4.1 DTW仿真
• 6.4.2 HMM仿真
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 下一步的研究工作
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者与导师简介