光纤光栅传感技术及其在油气管道腐蚀监测的应用研究

摘要

传感器为人们提供了一种实时感知和监测客观世界的有效技术手段,能够满足人们对实时信息的获取需求。在工业领域,石化行业的油气传输管线因腐蚀而造成的泄露事故时有发生,现有的管线监测主要采用人工进行定期检测,因此,建立油气管线在线实时监测系统的需求日益渐长,成为了传感器技术应用的一个重要领域。　　针对油气行业对安全及抗电磁干扰的需求,结合光纤光栅传感技术对应力应变的高灵敏度、易于复用、封装方式的灵活等优势,本文提出利用光纤光栅传感技术对管道腐蚀进行实时在线监测。　　文中首先对光纤光栅传感技术的特点、优势及应用进行了阐述,并从当前国内油气管道监测需求及物联网建设的角度,提出应用光纤FBG光栅传感监测技术于油气管道的内腐蚀监测;接着从基本原理、折射率分布、温度和应变的传感原理三个方面对光纤FBG光栅传感器进行详细介绍,且利用剥层算法实现了对反射光谱的重构,并详细地阐述了其在土木工程、能源等领域的应用;然后对光纤光栅传感监测系统中的三个关键技术——封装技术、复用技术、解调技术进行了详细研究,并选择了适用于管道腐蚀监测的FBG光栅传感系统中相应的关键技术;最后搭建实验室试验环境,将该系统应用于监测含缺陷管道表面的微应变,与有限元分析软件的模拟结果对比,以指导实际应用中传感器的布设及分析软件的设计开发。　　本文完成了对课题的研究背景及意义的阐述,对所用的传感器及系统进行深入研究,设计了用于管道腐蚀监测的FBG光栅传感监测系统,并通过试验和建模分析验证了系统的可行性。

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第一章 绪论

1.1 光纤光栅传感技术

1.2 油气管线实时监测系统的研究背景

1.3 光纤光栅传感技术应用于管道实时监测的研究意义

1.4 本文的主要工作

第二章 光纤Bragg光栅传感器

2.1 光纤光栅传感器

2.2 光纤Bragg光栅的基本原理

2.3 光纤Bragg光栅传感器工作原理分析

2.4 光纤Bragg光栅监测的应用

2.5 光纤Bragg光栅的反射光谱传输分析

2.6 本章小结

第三章 光纤FBG光栅应变传感系统关键技术

3.1 光纤FBG光栅传感系统

3.2 光纤FBG光栅应变传感器的封装

3.3 光纤FBG光栅传感系统的复用技术

3.4 光纤FBG光栅传感系统的解调技术

3.5 本章小结

第四章 光纤FBG光栅管道腐蚀监测系统的应用研究

4.1 光纤FBG光栅管道腐蚀监测系统

4.2 基于ANSYS的管道缺陷应力应变分析模型建立及分析结果

4.3 基于光纤FBG光栅传感的含缺陷管道监测实验

4.4 系统监测软件的设计

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢