分布式光纤传感技术在长输管道变形监测中的应用研究

摘要

油气管道敷设距离长、服役环境恶劣，其安全问题一直受到广泛的关注。过量变形是油气管道的主要失效形式之一，传统的管道监测方法多为定期、离线式检测，而布里渊分布式光纤传感技术由于可长距离、连续式、实时在线进行应变和温度测量，将成为管道变形健康监测的新方法。本文的主要工作内容如下: (1)通过对管道可能的失效形式、以及现有管道监测方法的研究，指出现有管道监测方法存在的问题，以管道的变形作为研究对象，探究布里渊分布式光纤传感技术在管道变形监测上的应用。 (2)介绍了分布式光纤传感技术的基本原理，分析和讨论了各类变形失效案例，对该技术在管道上应用的可行性进行了分析。 (3)归纳和总结管道的变形类型和管道变形失效评定，基于ABAQUS分析管道轴压屈曲变形，讨论应变分布随外力变化的发展趋势，确定管道的临界屈曲应变，以临界屈曲应变作为阈值监测管道屈曲变形的发生。 (4)开展基于布里渊分布式管道应变监测的试验研究，验证该技术在管道变形监测上的可行性和有效性，试验分析了传感光纤的应变和温度感知能力，探讨传感光纤在管道上的敷设工艺和粘贴方法，对影响测量结果的因素进行了分析。 (5)以布里渊分布式传感光纤为基础，构建管道变形健康监测系统，基于LABVIEW开发基于应变分析的管道变形评估软件，通过监测管道异常应变，实现对管道大变形的监测和定位。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 管道变形监测现状

1．2．1 管道失效形式

1．2．2 管道变形监测技术

1．3 分布式光纤传感技术研究现状及趋势

1．4 本论文研究内容

第二章 分布式光纤传感技术在管道应变监测上的应用分析

2．1 分布式光纤传感技术基础

2．1．1 光纤

2．1．2 光的散射

2．1．3 布里渊散射基本理论

2．1．4 布里渊分布式光纤传感原理

2．2 管道变形失效案例应变分析

2．3 基于BOTDA的管道应变监测的可行性分析

2．4 本章小结

第三章 管道变形分析及失效评定

3．1 管道变形类型

3．2 管道变形失效评定

3．3 典型屈曲变形分析及失效评定方法探讨

3．3．1 临界屈曲应变计算公式比较

3．3．2 有限元模拟分析

3．3．3 有限元结果分析

3．4 本章小结

第四章 基于BOTDA的管道应变监测试验研究

4．1 光纤的性能感知实验

4．1．1 BOTDA仪器工作原理

4．1．2 光纤的连接

4．1．3 传感光纤系数的标定

4．2 光纤布里渊温度补偿法

4．3 光纤的铺设方式

4．4 管道应变监测实验

4．4．1 实验思路

4．4．2 实验装置

4．4．3 实验步骤和流程

4．4．4 实验结果分析

4．5 本章小结

第五章 管道变形健康监测系统

5．1 基于应变的管道变形监测与诊断思路

5．2 管道变形健康监测系统的总体设计

5．3 管道变形数据分析软件的开发

5．3．1 Labview简介

5．3．2 软件设计

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者及导师简介