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基于分布式光纤的石油管道冰堵检测及定位的研究

作　者: 郭光朝
导　师: 赵乃卓
学　校: 辽宁工程技术大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 分布式光纤 信号特征提取 定位 管道安全
分类号: TE973
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 74次
引　用: 1次
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内容摘要


针对在高寒地区输油管道冰堵检测定位技术存在的问题,对分布式光纤传感技术展开了深入的研究,首次提出了一种基于光纤传感器的管道冰堵检测与定位技术。该方法不仅能检测到埋地管道冰堵情况并对冰堵点定位,而且输油管道安全的异常事件的发生进行预警。本论文提出的利用分布式光纤检测管道冰堵的方法,采用光纤干涉仪原理设计了分布式光纤传感器。对检测系统的灵敏度及影响灵敏度的因素进行研究,提出了解决方法,设计了高灵敏度的传感光缆结构。基于分布式光纤传感器的管道冰堵检测系统的设计,并对检测系统的组件进行了探讨和分析。依据分布式光纤传感器检查原理,提出了利用分布式光纤传感器的检测信号的时间差对管道事故地点进行定位,用相关函数来计算传感器检测信号的时间差。通过相关时间差测量法,减少检测信号时间差的计算量,提高检测系统的定位实时性和准确性。研究了检测信号特性分析及处理技术。通过分析小波阈值消噪的原理和方法,利用小波阈值消噪对检测信号进行消噪处理。提出了将基于小波包分析的“能量—模式”特征向量提取方法用于对管道沿线检测信号的特征提取。分析了虚拟仪器技术的特点,基于虚拟仪器技术设计了管道冰堵分布式光纤检测软件系统,完成信号的采集、处理、存储及相关计算功能。目前我国的石油管道正处于全面维护更新阶段,本文提出的基于分布式光纤传感技术,能够对管道冰堵进行检测并准确定位。另外,在石油化工业的强电磁干扰、易燃、易爆、强腐蚀的环境中,光纤本身具有的电绝缘性好、本质安全可靠、耐腐蚀等特点,使得分布式光纤传感检测系统具有广泛的应用前景。

全文目录


致谢  5-6
摘要  6-7
Abstract  7-11
1 绪论  11-16
  1.1 国内外管道运输建设与发展概况  11-12
  1.2 油气管道安全存在的主要问题  12-13
  1.3 油气管道冰堵检测方法  13-15
  1.4 本课题研究的实用价值及研究内容  15-16
2 分布式光纤管道冰堵传感技术的研究  16-25
  2.1 分布式光纤压力传感器机理  16-19
    2.1.1 相位调制机理  16
    2.1.2 外力对光纤的相位影响  16-19
  2.2 光纤传感器检测原理  19-21
  2.3 分布式光传感器灵敏度分析  21-23
  2.4 影响分布式光纤传感器灵敏度的因素  23-25
    2.4.1 初始相位对检测灵敏度的影响  23-24
    2.4.2 传感光纤结构对检测灵敏度的影响  24-25
3 分布式光纤管道冰堵检测系统设计  25-39
  3.1 分布式光纤管道冰堵检测系统组成  25-26
  3.2 分布式光纤管道冰堵检测系统设计  26-36
    3.2.1 光源的选择  26-27
    3.2.2 光源的驱动及其保护电路的设计  27-30
    3.2.3 光电探测器的设计  30-35
    3.2.4 信号调理器的设计  35-36
  3.3 数据采集卡的设计  36-39
4 分布式光纤管道冰堵检测信号特征提取  39-49
  4.1 非平稳信号处理技术  39-41
    4.1.1 非平稳信号  39-40
    4.1.2 非平稳信号的分析  40-41
  4.2 小波阈值消噪的研究  41-45
    4.2.1 小波变换基础  41-43
    4.2.2 小波阈值消噪  43-45
  4.3 小波包分析信号特征提取技术的研究  45-49
    4.3.1 小波包算法  45-46
    4.3.2 基于小波包分析的检测信号特征提取  46-49
5 分布式光纤冰堵检测系统定位技术研究  49-56
  5.1 分布式光纤管道冰堵点定位原理  49-51
  5.2 时间差测量方法的选择  51-52
  5.3 相关分析法测量时间差的技术研究  52-56
    5.3.1 相关的基本概念及特点  52-54
    5.3.2 相关法对检测信号时间差的测量  54-56
6 基于虚拟仪器技术的系统软件平台的设计  56-69
  6.1 虚拟仪器技术及其特点  56-57
  6.2 检测系统软件开发设计  57-58
  6.3 软件的算法设计  58-59
  6.4 软件系统功能模块  59-64
    6.4.1 系统功能模块介绍  59-61
    6.4.2 数据采集模块的设计  61-64
  6.5 分布式光纤管道冰堵检测系统定位仿真  64-69
结论  69-70
参考文献  70-73
作者简历  73-75
学位论文数据集  75-76

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中图分类: > 工业技术 > 石油、天然气工业 > 石油机械设备与自动化 > 油气储运机械设备 > 油气管道
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