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Sagnac型光纤管道安全预警系统研究

作　者: 张兆伟
导　师: 曾周末
学　校: 天津大学
专　业: 精密仪器及机械
关键词: 油气管道分布式光纤传感安全预警定位技术
分类号: TE978
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

管道运输已成为广泛认同和使用的运输方式。管道输送石油、天然气这样易燃易爆的物质,一旦发生事故就会对环境和人民生命财产产生巨大的破坏作用,严重时会发生火灾、爆炸等事故。这更加凸显出了管道安全的至关重要性,课题正是在这样的背景下提出的。分布式传感系统已被公认为是长距离的油气管道安全预警系统的有效实施手段。课题构建了基于Sagnac干涉原理的全光纤分布式管道安全预警系统。使用单根光纤作为传感光纤,具有较低的成本和铺设难度。课题针对Sagnac型光纤管道安全预警系统的主要技术问题展开研究,所做的主要工作如下:1.构建了Sagnac型分布式光纤管道安全预警系统,阐述了系统的工作和定位原理,分析了系统的相位灵敏度等各项参数。2.分析了Sagnac型光纤管道安全预警系统的偏振衰落现象之后,建立了Sagnac型光纤管道安全预警系统的光传输模型,对系统中的反射器件为光纤环和法拉第旋转镜(FRM)时进行了实际的对比试验,实验数据表明,使用FRM时系统具有较好的抗偏振衰落能力。3.建立了Sagnac型光纤管道安全预警系统的噪声模型,通过实验定量分析了系统的本底噪声。4.完成了Sagnac型光纤管道安全预警系统干涉信号的相位解调算法、定位算法以及包络提取算法设计。进行了现场定位实验,证明了Sagnac型光纤管道安全预警系统发现和定位管道侵入事件的可行性。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-21
  1.1 油气管道运输及其面临的问题  7-12
    1.1.1 我国油气管道运输发展的基本状况  7-9
    1.1.2 我国油气管道运输安全面临的主要问题  9-12
  1.2 国内外油气管道安全预警技术研究动态  12-19
    1.2.1 管道泄漏检测技术  12-13
    1.2.2 管道安全预警方法  13-19
  1.3 本论文的主要研究内容  19-21
第二章 Sagnac型光纤管道安全预警系统  21-39
  2.1 Sagnac型光纤干涉原理  21-22
  2.2 Sagnac光纤管道安全预警系统构成  22-28
    2.2.1 光源  23-25
    2.2.2 光电转换  25-27
    2.2.3 相位解调  27-28
  2.3 Sagnac型光纤管道安全预警系统工作原理  28-33
    2.3.1 振动传感  28-29
    2.3.2 系统检测与定位  29-33
  2.4 Sagnac光纤管道安全预警系统主要技术参数分析  33-37
    2.4.1 系统量程的确定  33-34
    2.4.2 信号带宽  34-35
    2.4.3 空间分辨率  35
    2.4.4 系统灵敏度  35-37
  2.5 偏置调制  37-38
  2.6 小结  38-39
第三章 Sagnac型光纤管道安全预警系统的偏振衰落分析  39-47
  3.1 光纤双折射效应  39-40
    3.1.1 波导形状双折射  39
    3.1.2 内部应力双折射  39-40
    3.1.3 弯曲引起的双折射  40
    3.1.4 扭转引起的双折射  40
  3.2 系统的光传输模型  40-42
  3.3 消偏振衰落  42-43
  3.4 采用不同反射器件系统抗偏振衰落性能  43-46
  3.5 小结  46-47
第四章 Sagnac型光纤管道安全预警系统的噪声分析  47-56
  4.1 光源噪声  47
  4.2 电噪声  47-50
  4.3 光纤的非线性效应  50-53
  4.4 Sagnac型光纤管道安全预警系统的噪声性能  53-55
  4.5 小结  55-56
第五章光纤管道安全预警系统实验研究  56-62
  5.1 相位频谱包络提取  56-58
  5.2 定位算法  58-60
  5.3 现场定位实验  60-62
第六章总结与展望  62-64
  6.1 全文总结  62
  6.2 管道安全预警技术展望  62-64
参考文献  64-68
攻读硕士学位期间发表的论文和参加的科研项目  68-69
致谢  69

Sagnac型光纤管道安全预警系统研究

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