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运用遍布型纤体带动技艺勘验可燃气管道漏料

文章来源：本网收集上传时间：2013-11-6 浏览量：3418

　　基于Sagnac光纤干涉仪的天然气管道泄漏检测系统原理如所示。天然气管道泄漏检测原理系统由光源、光纤环、探测器和信号处理几部分组成。设光纤总长度为L，泄漏点距光纤一端的距离为R.光波沿光纤环传播一周延迟时间S为S=Lnc，（1）式中L为光纤环的长度，m；c为光波在介质中传播速度，m/s.
　　
　　在距离光纤环端点R处出现泄漏时，光纤环内两束相向传播的光波从泄漏点传播到端点所产生的延迟时间差Sd为Sd=-n（L-2R）/c，（2）式中R为泄漏点到光纤环端点的距离，m；Sd为两光束的相位调制时间差，s.
　　
　　从式（2）可以导出R=（L-cnSd）/2.（3）可以看出，泄漏点的位置R与两光波的延迟时间差Sd成正比。管道出现泄漏时，光纤就受到外界的扰动作用，沿顺、逆时针传播的两束光被调制。两束光干涉输出的基频分量V0变为V0=kJ1（N）sin$5，（4）式中k为常数；$5为相位差，rad；J1为一类一阶贝塞耳函数；N=25sinPfmSd，（5）式中fm为调制频率，Hz；5为调制幅度。
　　
　　从式（5）和式（4）可以看出，当PfmSd=NP2（即Sd=N/2fm）时，式中N为奇数，基频分量为最大值；当PfmSd=NP/2（即Sd=N/2fm）时，式中N为偶数，基频分量为零；如所示。输出信号与泄漏位置关系将Sd代入式（3）得fm=Nc2n（L-2R）。
　　
　　实验研究对于总长度L=5km的光纤环，纤芯折射率n=1.5，光在介质中速度cU3.0@108m/s，当泄漏出现在R=0处，输出信号第一个最大值对应的fm为20kHz，第一个零值所对应的fm为40kHz；当泄漏出现在R=200m处，输出信号第一零值对应的fm为41.67kHz.从泄漏位置R与输出信号第一个零值对应的fm的关系式可以看出，随着R值的增大定位的分辨力就越高。当R=1000m时第一个零值对应的fm为62.5kHz，平均分辨力为22.5Hz/m，假设测量频率的不确定度为20Hz时，则对应的测量定位不确定度为0.9m.
　　
　　结论对长为5.4km实际管道进行了泄漏实验研究，实验测量值与理论值相符，同时实验也表明管道内的压力大小，泄漏量的大小、泄漏点的位置和光纤环的长度等因素都会影响测量的准确度<2>.实际应用中可以针对具体的管道优化光纤环的尺寸，并对单模光纤做一定的增敏处理，可以进一步提高检测泄漏的灵敏度和定位的准确度。

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