Page 40 - 网络电信2020年3月刊下

光
光 通 信
通
信
基于光纤传感的管道线路复杂状态监测技术

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蔡永军 杨士梅 任凯 蔡文超 赵迎波 白路遥 1
1. 中国石油管道科技研究中心·中国石油天然气集团公司油气管道输送安全国家工程实验室；
2.中国石油管道大庆输油气分公司； 3.中国石油管道公司

摘要：利用通信光纤感知管道沿线的振动、应变、温度，从而实现管道沿线威胁事件的监测和定位是国内
外研究的热点，但如何实现感知数据的融合应用仍然处于探索阶段。基于光纤传感原理，提出了管道伴行光缆
振动、应变、温度的联合监测方法。利用振动数据进行长度对齐、第三方活动监测，应变数据进行侧向位移监
测，温度数据进行泄漏监测等运行异常分析，多维监测数据经过空间长度对准、时间对齐后进行联合分析、交
互验证，能够进一步降低误报率，最终实现管道复杂环境的线路状态感知，可为管道安全运行提供决策支持。
关键词：油气管道；光纤；分布式传感器；振动；温度；应变；状态监测关键词：毫米波；微基站；MIMO

引言 （图1）。其中，瑞利散射光的频率不发生改变，布里渊散射光
据统计，近年来管道的运行风险主要以第三方损坏、自然 和拉曼散射光的频率发生改变。这3种散射光分别对振动、应
地质灾害、制造安装缺陷、腐蚀等线路风险为主。智能管道建 变、温度敏感，可以实现对光纤沿线多参数的实时监测 [8-9] 。
设的核心是通过感知提升管道防控风险的能力，保证管道安全
高效平稳运行。为了传输管道生产数据，管道沿线同沟敷设通 图1 光在光纤中传输时的光散射谱示意图
信光缆形成专用网络。自2005年以来，利用管道伴行通信光缆
中的冗余纤芯进行振动、应变、温度的分布式感知，从而实现
管道沿线第三方损坏、地质灾害、泄漏的监测和定位是国内外
研究的热点 [1-4] 。
基于振动的光纤预警系统已经在兰郑长、西气东输等管
道实现工业应用，有效解决了管道沿线第三方施工的安全防护
问题，并形成行业标准SY/T6827《油气管道安全预警系统技术 1.后向散射与事件定位
规范》。基于光纤应变的土体移动监测在土木工程中有广泛应 光在光纤中以固定速度传播，不断地与光纤介质作用而发
用，在管道行业有试验性的探索。基于光纤测温的管道沿线温 生散射，其中向后的散射光为后向散射光。后向散射光传播过
度测量有过现场测试报道，能够实现管道沿线温度趋势的测量 程中受沿线环境扰动，并将扰动信息带回入射端。通过测量入
[5-7]
。如何实现振动、应变、温度的融合应用，实现对管道线路 射脉冲光与后向散射光之间的时间差，就可以获得事件发生点
状态的监测预警仍然处于探索阶段。 与测量端的距离，最终实现对外部扰动事件的定位（图2），其
计算式如下：
一、光纤传感原理 L 1 =Ct/2 （1）
当光在光纤中传输时，光脉冲和光纤分子发生相互作用而 式中：L 1 为扰动位置，m；C为光纤中光的传播速度，m/s；
散射，散射光由瑞利散射、布里渊散射、拉曼散射3部分组成 t为收到脉冲的时间，s。

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