分布式光纤传感技术在管道泄漏检测中的应用_图文

维普资讯 http://www.cqvip.com

8

传感 器与微系统( rnd cr n coytm T cnl is Tasue dMi ss eh oo e) a r e g

20 0 6年 第 2 5卷 第 9 期

分 布 式 光 纤传 感技 术在 管道 泄 漏检 测 中的应 用
何 存 富 , 利 军 ,吴 杭 斌
( 北京 工业大学 机 电学 院, 北京 1 02 ) 0 0 2



要 :分布式光纤传感技术 由于能够获得被测物理场沿 空间和时 间上 的连续分布 信息 , 非常适合 用于

长距离管道泄漏检测 .介绍 了分布式光纤传感技术在管道 泄漏检测 中的应用情况 和面临 的问题 , 该技 对 术在管道泄漏检测 中的应用前景进行 了展望 .

关键词 :分布式光纤传感技术 ;管道 ; 泄漏检测 ; an c Sg a 效应 ; 时域 反射 光
中图分类号 :T 2 6 1 P 0 . 文献标识码 :A 文章编号 :10 9 8 (0 6 0 0 0 0 0 0— 77 2 0 )9— 0 8— 4

App i a i n o it i t d o tc lfb r s n i g t c n q e lc to fd s rbu e p ia e e sn e h i u i i p l e l a e e to n pi ei e k d t c i n n
H u — , N i u , i E C nf HA G L- n WU Bn u j
f ol eo eh ncl n ier g& A pi l to i eh oo y B in nv ri lg f c a i g ei C e M aE n n p ld Ee rnc T n l , e igU i s y e c s c g j e t o eh oo yB Un 00 2, hn ) f c n lg , e ig10 2 C ia T
Ab t a t s r c :Dit b td o t a b rs n i g tc n q e c n a q i h n o ma in o h sc lf e ln i n sr ue p i l e e sn h iu a c ur t e if r t f y ia l ao g t i c f i e e o p id me a d

s ai o t u u it b t n,h r fr t a a tt e e t ln itn e p p l e la . h p l a in c n i o p t c n i o s d s i u i te eo e i d p o d t c o g d s c ie i e k T e a p i t o d t n l a n r o a n c o i n e i r b e o s i t o t l f n i g t h iu n p p i e k d tc i n rd c d, h a d me t g p o lm f i r ue p ia b r e sn c nq e i i l e la ee t n i ito u e a d te n d tb d c i e s e e n o s n
a p iai n p s e t ft e tc nq e i s o . p l t r p c e h i u s h wn c o o o h

Ke r s d sr u e p ia b r s n ig t c n q e;p p l e;la ee t n; s g a f c ;o t a i y wo d : it b t o t l f e sn e h i u i d c i e i i e n e k d tci o a n c e f t p il t e c me

d manrfetmee O DR) o i e c o t( T l

0 引



合 长距离监 测 , 因此 , 管道健 康监 测具 有极 佳 的应 用前 对
景.分 布式 光纤 传 感 器 的 主 要 技 术 方 法 有 光 时 域 反 射 (T R 法, O D ) 干涉法 , 长扫 描法法 , 波 连续 波调频 法.其 中,

管道系统广泛应用于冶金 , 石油 , 天然气以及城市水暖 供应等工业 部门中 , 工业管道 的工作条件非常恶劣 , 易发 容 生腐蚀 , 疲劳破坏或使 管道 内部 的潜 在缺陷扩 展为破损 而 引起泄漏事故.因此 , 管道进 行监测 和诊断成 为无损 检 对
测 技 术 应 用 中的 重 要 方 面 .

波长扫描法以 自然光 照射保偏 光纤 , 利用 F r算 法来确定 F 模 式耦合 系数 的分 布, 方法分辨力 高 , 该 可达 0 3Cl但测 . f,
量 范围小 , 系统成本高 , 不利 于实用 化.而连续波调频法属 于光频域反射技术 , 步较 晚 , 起 应用 不广泛 .因此 , 际上 实 主要应 用的分布式光纤传感技 术是 O D T R法 和干涉法 .
1 OT R 技 术 D

近年来 , 管网漏检技 术 的研 究在 国内外有 了较大 的发
展 . .传统 的超声波 法 , . ] 漏磁 法 , 压波 法 , 线法 , 透 负 射 渗

法等受到极 大的挑 战. 由于这些 方 法受 背景 噪声 影 响较
大 , 围环境噪音 的干 扰给探 测有无 漏点和漏 点定位带 来 周

OD T R技术 由 B mok 在 17 a si 9 6年提 出 , 是实 现分 布 式光纤传感的关键技 术.它的基本 原理 是光源发 出的光在

很大难度 , 于检 测人 员的经验有很 强的依赖性 , 对 检测距离

也较短 , 大上 百米.光纤传感 器 以其特有 的特点 , , 最 如 抗
电磁干扰 , 电绝缘 , 耐腐蚀 , 灵敏度 高 , 耐高温 , 体积小 , 重量

沿光纤 向前传输的过程 中产生后 向散射 , 向散 射光强在 后 向后传播过程 中随着距离 增长而 按一定 规律衰减 , 在光 速
不变的情况下距离与 时间成正 比.因此 , 根据探 测器探 测

轻 , 对象广 泛 , 测介质影 响小 以及成本 低等 , 测量 对被 近年
来得到 了极大的发展 .到 目前为 止 , 光纤传感 器 已经 应用

于磁场 , 电流 , 声音 , 温度以及压力等物理 量的测量 " .
在各种光纤传感技术 中 , 布式光 纤传感技 术集 传感 分

到 的后 向散射光强及 其到达探测 器 的时间 , 就可 以知 道沿
光纤路径上任一点的初始后 向散射光强 .

与传输于一体 , 以获得沿 光纤 分布被测量的连续信息 , 可 适
收 稿 日期 :06— 4—2 20 0 9 '

光 的后 向散射包括 瑞利散射 , 喇曼 散射和布 里渊散射

}基金项 目: 国家 自然科学 基金资助项 目(0 7 09,0 70 7) 15 20 12 20

维普资讯 http://www.cqvip.com

第 9期

何存寓等 : 分布式 光纤 传感技 术在管道泄漏 检测中的应 用

9

3种 形 式 .其 中 , 利 散 射 是 由光 纤 材 料 不 均 匀 导 致 光 纤 瑞

12 基 于布 里渊散 射 的分 布 式光 纤 温度/ 变传 感 器 . 应
12 1 基 于 自发布 里渊散射的分布式光纤温度/ ., 应变传感


的折射率不均匀引起的 , 它是 光与物 质之 间发生 的弹性散
射 , 散 射 过 程 中不 发 生 频 移 ; 曼 散 射 是 光 与 物 质 分 子 振 在 喇

动间相互作 用产生的光学 声子 ; 布里 渊散射是 光纤材 料密 度周期性变 化产 生的声学声 子.喇曼散射和布里渊散射都 是 非弹性散 射 , 在散射过程 中产生频移 .研究发现 , 利散 瑞
射 不 产 生频 移 , 瑞 利 散 射 的 光 强 最 大 . 布 里 渊 散 射 和 喇 但

布里渊散射原理是光通 过光纤 时 , 光子 和光 纤 中因 自 发热运动而产生的声子 会产生非 弹性 碰撞 , 发生 自发 布

渊散射.散射光的频率相对 入射 光的频率 发生变 化 , 这一
变化的大小与散射角和光纤 的材料特性有关.与布里渊散 射光频率相关的光纤 材料 特性 主要受温度 和应变 的影响 : 因此 , 通过测定脉 冲光 的后 向布里渊散射 光频移 就可实 现 分 布式 温度 , 应变测量 .图 1是基 于 自发布 里渊散 射 的分

曼散射都产 生频 移 , 里渊散射 的频移 较喇曼散 射的频 移 布 小 , 布里渊散射的光 强大 于喇曼散射 的光强 .在光谱 中 但 光频率低 于入射 光频 率的部 分称 为反斯托 克斯光 , 于入 大 射光频率的部分称 为斯托 克斯 光. 在光的后向散射 中, 利散射的强度相对较大 , 瑞 当外界
物 理 场 在 某 处 扰 动光 纤 时 , 处 的 后 向 瑞 利 散 射 光 强 会 明 此

布式光纤 温度/ 应变传感器的典型结构 , 激光脉 冲发生器发
射一束脉 冲光 , 经光纤耦合器注入传感光纤 , 当脉 冲光在光 纤 中传输 时, 在光纤的脉 冲光发射 端可 以检 测 自发布里 渊
背 向散射光 , 且背向散射光 与脉 冲光之 间的时间延迟 提 供 对光纤 的位置信息 的测量 .

显下降 , 因此 , 可通过测量后向瑞利散射光强 的变化来检测 光纤是否受到扰动 .布里渊和 喇曼后 向散射光 强较弱 , 不 宜测量光强变化 , 其频移 与温度 和应变有 关 , 但 因此 , 以 可 通过测量频移变化来检测外界物理场 的温度或应变 .

流体管道可用来输送石油和天然气 , 当高温 , 高压的石 油泄漏时会导致周围的温度升高 , 而气体 泄漏 时, 根据约翰
汤姆逊效应 (o l T o o ) 称液化 效应 , 围温度 将降 Ju -hmsn 亦 e 周 低, 根据这一性质 可将 基于 喇曼和 布里渊散 射的分布 式光

激光脉

图 I 自发 布 里渊 散 射 的 分 布 式 光 纤 传 感 器 结构
Fi Di ti t d o tc lfb r S n o t u t e b s d o gI s rbu e p a e e s r s r c ur a e n i i
s o t n o s Br l u n s a t r n p n a e u io i c t i g l e

纤 温度 传感器应 用到管道泄漏检测 中. 1 基 于瑞 利散 射 的 分 布式 光 纤传 感 器 1 基于瑞 利散射的分布式光纤传感器的原理是光源发出 的光沿 光纤 向前 传播 过程 中产生后 向散射 , 向散射光 强 后
在 向后 运行过 程中随着距 离增长 而按一定 规律 衰减 , 光 在 速不变 的情 况下 , 距离与时间成正 比.因此 , 根据探测 器探

Sii hmz K等人 利 用 自发布里 渊散射 技术 开发 了长 u 4 m的温度/ 变分 布式光 纤传 感器 , 0k 应 并且 , 过相 干 自 通 外差检 测技术来 提高布里 渊后向散射 信号 的信噪 比, 间 空 分 辨力 为 10 0 m.Pre akr R等人 首次 利用 自发布 里渊 T 散射技术 开发 了同时进行温度 和应变测量 的分布式光纤传 感器 , 12k 在 . m长光纤上 , 应变和温度的分辨力分别是 10 0 ×1 和 4℃ , 间分 辨力为 4 m. 由于该技 术起步 比较 0 空 0 早, 因此 , 也较为成熟 , 目前 , 国内外 已有基于该技术的产 在
品投 放 市 场 .

测 到的后 向散射 光强及其 到达探测 器的时 间 , 可以知道 就
沿光纤路径 上任一 点的初 始后向散 射光强.将 O D T R技术 应用到管道泄漏监测 中, 当管道某处有泄漏发生时 , 扰动光 纤, 使此处 的后 向散射光强减弱 , 根据探测器探测到的这一 后向散射光强及其到达探测器 的时 间可定位 泄漏点 .这种 方法是 以微弱的瑞利 散射 为基础 , 系统结 构复杂 , 而且 , 需 要足够长的时间才能获得较高 的信噪 比, 测试精度也不高.

122 基 于受激布里渊散射 的分布式光纤温度/ .. 应变传感


受激布里渊散射技术 由 H r uh 9等人首先 提 出, oi c i g 基

为 了改进这种检测技术 , 可以将传感光纤做 成特种结 构 , 如 将光纤 附着在某种聚合 体上 , 当泄漏 流体作 用到聚合 体上 时使聚合体膨胀 , 导致光纤随 聚合 体发 生弯曲 , 产生弯曲损
耗 , 而降低此处 的后 向散射 光强 ' . 从 . S in 利用 O D pr i T R技 术 开发 了用 于石 油碳 氢化合 物

于该技术的分布式光纤传感器典型结构如图 2 所示 .处于 光纤两端的可调 谐激 光器分别 将一 脉 冲光 ( 泵浦光 ) 一 与 连续光 ( 探测光 ) 注入传感 光纤 , 当泵浦光与探 测光的频 差
与光纤 中某区域的布里 渊频移相 等时 , 该区域就 会产生 布 里 渊放大效应( 当两束 泵浦 光在 光纤 中反 向传播 时 , 二 且 者的频差等于布里渊频移时弱的泵浦信号将被强的泵浦信 号放大 , 称之为布里 渊受激放 大作用 ) 两束光 相互之 间发 ,

泄漏定位 的分布式光纤传感器.此 传感 器利用对碳氢化合 物敏感 的丁基橡 胶 ( uy rbe ) b tlu br 聚合体作 为基衬 , 将光 纤
布放在 聚合体 上事先 开好 的小槽 中 , 用软金属丝将其 固定 . 由于该机理 的限制 , 这种 方法 只能用 于探 测碳 氢化合物 类

生能量转移 .由于布里渊频移 与温 度 , 应变存在线性关 系,
因此 , 对两束激光器 的频率进行连续调节的 同时 , 通过检 测

液 体泄漏 , 不能用于其他流体泄漏探测 .

从 光纤 一端耦合 出来 的连续 光 的功 率 , 可确定 光纤各小 就

维普资讯 http://www.cqvip.com

l 0

传 感 器 与 微 系 统

第2 5卷

段 区域上 能量 转移达到最 大时所对 应 的频率差 , 而得 到 从 温度 , 应变信息 , 实现分布式测量 .

短 .综上所述 , 基于 O D T R技 术 的分布式 光纤传感 器 已经 较为成熟 , 市场 上也有相应 的产 品 , 用于大型结构的健康监 测, 但用于管道泄漏监测还有 一定 的不 足 : 1 对于长距 离 () 管道泄漏监测 , 传感 器的设 计 比较 麻烦 , 价 比低 ; 2 管 性 () 道泄漏量较小时 , 道周 围温度变 化不明显 , 管 因此 , 布式 分

图 2 受激 布里 渊 散 射 分 布 式 光 纤 传 感 器
Fi Dit i u e p i a b r S n o t ucur s d O l g2 s r b t d o tc lf e e s r sr t e ba e i i si u a e il u n s a t r n t m l t d Brl i c te i g o

光纤温度传感器对 小 泄漏不敏 感 ; 3 由于后 向散射光 较 ()
弱, 因此 , 检测距离短 . 2 干涉式分布光纤传感器

H r uh_ 利用受 激布里 渊散 射技术研 究光 纤衰减 , oi c i g 9 并在 5 2 m长的单模 光纤 上进行了实验 , . k 获得 的受 激布里

干涉式光纤 传感器 是利 用光 纤受 到所 监 测物 理场 感 应, , 如 温度 , 旋转 , 压力或振 动等 .使 导光相 位产 生延迟 , 经由相位的改变 , 造成输 出光 的强度改变 , 而得 知待测 物 进
理场的变化 .干涉式分布光纤传感器相对于 O D T R技术 的

渊散射信号比常规应用光时域反射仪获得的瑞利散射信号 高约 10倍 .K rsia等人 . 受激布里 渊散 射技 术 0 uahm .利用
开发了分 布式 光纤 温度传感 器 , 并在 12k . m长 的光纤 上进 行实验 , 温度分 辨力 为 3o 空 间分辨 力为 10m.B o等 C, 0 a 人¨ 利用受激布里 渊散射技 术 开发 了 2 m长分 布式 光 " 2k

优点是干涉式传感 器 的的动态 范围大 , 灵敏度 高 , 因此 , 可
以实现管道 小泄 漏检 测 .干涉法 中主要 应用 的是 Sg a an c 干涉仪 , 迈克逊干涉仪 , 马赫一 增得 干涉仪 以及各 干涉仪 之 间混合组 成 的干涉 仪结构 .各种 干涉 仪 中 , 由于 基于 s— a ga 效应 的光纤 陀螺 技术 较为 成熟 , nc 因此 , 基于 Sg a an c效

纤温度传感器 , 温度分辨力为 1 空间分辨力为 1 m. ℃, 0
该技术在 国内外 尚处 于开发 阶段 , 未见产 品投放 市 还

场, 但可 以预见 , 基于受激 布里渊散 射的分 布式光 纤温度/ 应变传感器 由于其动态范围大 , 测量精度高 的特点 , 必将 成
为结构健康监测领域一个热 门研究方 向.

应的分布式光纤传感技 术也 最具发展 潜力.

2 1 基于 Sga . anc效应的分布式光纤声学传感器
基于 Sga 效应 的分 布光纤声 学传感 器系统 由光源 , anc 光纤环 , 光电转换器 , 耦合器 , 锁相放大器 , 号处理 和 P T 信 Z

受激布里渊散射和 自发布里渊散射技术存在的主要问
题在于 : 激光器 的稳频对光源和控制系统 的要求很高 ; 由于 布里渊频 移对 温度和应 变的变化都敏感 , 因此 , 需将 温度 和 应变引起的频移区分开 .

相位调制器几部分组成 .光 源发 出的光经 2x2耦 合器 分
光后 , 分别沿 Sga 干涉仪光纤环 的顺 时针和逆 时针方 向 an c 传播 , 并先后经过相关 的泄漏 点.管道 中流体泄漏 后产 生 的冲击力作用 到光纤上 , 使光纤沿长度发生变化 , 导致光纤 中传播 的导光相位被 调制 , 经调 制后的 两路 光在光 电转换

13 基 于喇 曼散 射 的 分 布式 光 纤温 度传 感 器 .
激光脉冲注入 光纤 , 由于非弹性散射而产生喇曼散射 ,
其中 , 向喇曼散射 中因分子能级 间的转换 , 含有低 于入 背 包

器处发 生干涉 .由于顺 逆两束 光经过 泄漏点 的时 间不 同,
两路光被调制后 产 生相位 差 , 根据 Sga 效 应 , 束光 在 an c 两

射光频率的反斯 托克 斯光 和 高于入 射光 频率 的斯 托克 斯
光.反斯托克斯光强较 斯托克斯光强大 , 且对温度更敏感 , 当光纤温度升高 , 向散射光 强度也 随之增加 .基 于喇 曼 背 散射的分布式光纤传感 器 , 其半 导体激 光器发 出的光脉 冲

光电转换 器处 的干涉信 号 为
1 A+ cs t + = B o[ ) ( 式中 C8 ], O∞ t () 1

A和 B正比于输入 功率 ; t 为 管道 中流体 泄漏 引 () C8 t P T相 位 O 为 Z

通过耦合器耦合到传感 光纤里 , 经过温 度调制 的散射光 通 过耦 合器进入 分光器 , 然后 , 分别 滤出斯托 克斯散射 光和 反 斯托克斯散射光 , 通过双路光 电转换器变成 电信号 , 再把 电 信号放大输入到计 算机里 , 对数据处理后 , 定标为温度.
V gl oe 等人 等详细的介绍 了基 于喇 曼背 向散射 的分 布式光纤温度传感器在 天然气 , 石油等 管道泄漏 检测 中的 应用 .清华 大学 的赵洪 志等人 利用 这一 技术 开发 了分 布式光纤 温度传感 器 , 并在长度为 15 m的光纤上进行 了 . k 实验 , 空间分辨力为 1. m, 5 6 温度测量精度 为 7℃.

起 的两束光在 干涉 仪中 的相 位差 ;

调制器产生 的高频相位载波信号 , 其中 , 起 的相位振 幅 ; 为载波的角频率.
() t的表达式为

为高频载波 引

()= s ( 7/ )· O .t r 2 , z 2 i I 2 CS ( — / ) n d

() 2

式 中

为泄漏声 发射 信号 引起 的相 位 幅值 ; 为泄 漏 .

声发射信号角频率 ; 为两光束的相位调制 时间差 ; r r为一
束光通 过整个 光纤 环所 用的时间. 从式 ( ) 以看 出 : 2可 相位 ( ) 正弦 与余 弦函数 的组 t是 合, 由于 是 两光束 的相位 调制时间差 , 因此 , 通过 确定 此 值, 再根据 光 速 可判 断 泄漏 位 置.对 此信 号 进 行 FT F r变 换, 因泄漏声发射信号是一宽频物理场 , 因此 , 会有一 频

尽 管基于喇曼 散射的分布式 光纤 温度传感 技术 比较 成
熟, 且在很多领域有广泛 的应 用 , 其仍存在 一定 局限性 : 但 喇曼散射 的工 作波 长在 9 0n 0 m左 右 , 此波 长段 光纤 的

衰减 比较大 , 喇曼 散射光强 本身较 弱 , 且 因此 , 传感 距离 较

率使 正弦项 为零 , 即在频谱图 中有零值出现 , 将这一频率 称

维普资讯 http://www.cqvip.com

第 9期

何 存富等 : 分布式光纤传感技术 在管道泄漏检 测中的应用 越来越多地应用到管道 泄漏检 测中 , 为管道运输 的安全 性 提供可靠的保障 , 并将 推动长距 离管道 小泄漏 检测技术 向 高灵敏度 , 定位 准确 , 智能化 , 高性价 比方 向发展 .
参考文献 :
[ ] F c sHV, i l R. e er f xe ec i a eet n 1 u h Re e T nyas pr newt l kdt i h oe i he co b cut i a aayi[ ] A pidA o sc 19 ( 3) yaoscs nl n s J . p l cut ,9 9, 3 : i g l s e i
l—l 9.

为零点频率 .由零 点频 率 和其对 应 的正 弦值 为零 这一 条 件, 即可求得 . r值 19 年 , ume 等人开发 了基于 Sg a 91 K r r anc效应的分布式 光纤声学传感 器¨' 来检测用 以保 护地下 电缆的管 道 内 " ,
绝 缘 液 的 泄漏 .

2 2 存 在 的 问题 .
() 1 泄漏点 的声信号压力 及温度对 光纤 的影响 管道 中泄漏 的液体 或气体将 使周 围温度 发生变 化 , 这 对光纤 中的导 光相位有一定 的影 响 , 目前 , 还没 有一种有 效
的温 度 补 偿 措 施 .

[ ] B cr Hi ma Mesrmet f es it o o ta 2 u aoJA, c nTR. aue n nivy f pi k o s t i c l i r f o scd t i J . pl pi ,99,8( ) f e r cut eetn[ ] A pidO t s 17 1 6 : bs oa i co e c
93 —9 0. 8 4

() 2 光纤对声信号 的敏感程度

[ ] H ce . i r pi snig f rsueadtm rtr J . 3 okr B Fb — t s esr n p a e[ ] G e o ce n o p ee u
A pi pis 1 7 , 8( :4 5—1 4 . p l d O t ,9 9 1 9) 1 4 e c 4 8

光纤对声信号 的敏 感程度 直接影 响传感 器的灵 敏度 ,
使用对声信号敏感 的光纤包覆层将极 大地改善传感器 的灵
敏 度 和 动 态 范 围 . 目前 , 未 见 光 纤 包 覆 材 料 对 声 敏 感 的 还

[ ] Galrni B cr A, adieA,t . pia f e n 4 il ez TG,u aoJ D n r e a O t l i rs o g 1 c b e sr eh o g J .E EJu a o u nu lc ois18 . o cnl y[ ] IE o rl f atm Eet nc ,9 2 t o n Q r
QE-8 4 :2 1 ( )6 6—6 5 6.

相关报道 , 因此 , 光纤增 敏还有待 于进一 步研究 , 也将 是 这 未来光纤传感在管道泄漏检测 中研究 的热点和难点 . () 3 光纤包覆材料的老化问题 由于光纤长期埋于地下 , 因此 , 不可避免会发生老化 问 题, 发生老化后对光纤 不能起 到很好 的保 护作用 , 使光纤容
易 遭 到 破 坏 .另 一 方 面 , 由于 包 覆 层 的 老 化 使 包 覆 层 的 一

[ ] B rok M K,esnSM. i rw vgie: oe t hiu 5 ansi Jn Fb ae ds anvl e nq e e e n c o n s gt tn ao hrc i i [ ] A pi pi , fri et aigat u tncaatrt s J . p l dO t s v i n e i e sc e c
17 1 ( ) 2 1 9 6,5 9 : 1 2—2 1 . 1 5

[ ] S inV V,o zR M,hyg G,ta. ie O t esr 6 pr Lp S l i M e 1 Fbr pi S no i e an c
o d o a b n L a tc i n o a i t a e n Tr n - f rHy r c r o e k Dee t n a d L c l a in B s d o a s o z o

mi i / e etnA a s [ ] Poednso PET eItr s o R fci n yi J . r eig f I —h n . sn l o l s c S e
n t n o it r Op ia n i e rn , 0 2, 6 4: 41—3 8 a i a S c ey f tc E g n e g 2 0 4 9 3 o l o l i 4 .

些性能遭到破坏 , 可能会影 响其与 光纤 在变 化过程 中一 致
性的问题 .

[ ] S ii H r ci K ymaaK,t 1C hrn sfht — 7 hmz K, oi h oa d e . oee te -ee u n g T, a o r
d n ilu n O y e Brl i TDR rme s r me t fBr l u n f q e c h f o o f a u e n i o i r u n y s i o l e t

( 检测信号的处理算法问题 4) 利用 Sg a anc干涉 型分 布式光纤 传 感 系统对 管道 泄漏 信号进行检测 , 数据采集 量非常 大.采集 到的信号能 否 其

ds b tni pi br[ ] Lg taeT cn l ,9 4, ir ui not a f s J . i w v eh o g 19 t i o c i l e h o y
1 73 —7 6 2: 0 3 .

得到及时处理非常关键 , 当硬 件运行速 度确定后 就取决 于 信号的处理算法 , 因此 , 高速 有效的算法对于解决这一问题
至关重要 .

[ ] P krTR,ahdruhnM, ad rkV A,t . ul ds 8 r a e Frai sa H n ee e a AF l i o 1 y —
t b td s mu tn o s s a n a d tmp r t r n o sn p n a r u e i l e u t i n e e a u e s s ru i g s o t- i a r e

n u rl i akct rJ .E E P o n sTc nl t o e sBio nbc sae[ ] IE ht i eh o g L . lu t oc o e y
tr,9 7.( )9 9—9 1 e 19 9 7 :7 s 8.

() 5 光路 中光强损失问题 由于光路 中用到多个 光学元件 , 而任 何一个 光学元 件 都会有插入损耗 , 因此 , 设计 有效 的传感结 构 , 少光学元 减

[ ] H r ci T t aM. pia-br t n ao net tnU 9 oi h T,ae O t l f — t ut nivsg i — n g d c i ae i e i o a
sn t ltd Br l u n s a t r g b t e u s d a c n i — i g si ae i o i c t i ewe n a p l a o t mu l en e n n

UU ae J . pisLt r,99,4 8 :0 4 0 OSw v[ ] O t ts 18 1 ( )4 8— 1. ce e [O] K r hmaT, oi ciT, a d Dsr ue- m ea r 1 ua i H r h s n g T t a M. i i t t prt e e tb d e u
s n i g u i g si l td B ilu n s a trn n o i a i c - e sn sn tmu a e rl i te g i pt l sl a f o c i c i i

件的使用量 , 从而 降低 光路 中能 量损耗 可 以提 高检测距 离
和信号强度.
3 结束 语 目前 , 道 泄 漏 主 要 以 小 泄 漏 为 主 , 泄 漏 总 量 的 管 占

es J . pi ts 19 1 ( 8 :0 8—14 . br[ ] O t sLt r,90,5 1 ) 13 ce e 0 0 [ 1 a Web D J JcsnD A 2 k i r ue e e tr 1 ]B oX, b ,ako . 一 m ds b t t r ue t i d mp a e s s rl n a i a pili rJ . pi t sn ruigBio i gi no t af e[ ] O t s tr, o n lu n n c b cL e e s
1 9 , 8 7 : 5 5 4 9 3 1 ( ) 5 2— 5 .

7 , 0% 因此 , 解决小泄漏检测问题显得尤为重要 .基 于 O — T
D R技术 的分 布式光纤 传感 器虽 然较 为成熟 , 市场上 也 且

有相应的产品 , 但其不 能满足对 长距离管 道健康 状况进行
长期监测 以及快速反馈 信息 的要 求 , 小泄漏 检测更显 得 对 无能为力 .而基于 Sga 应的 干涉 型分 布式光纤 声学 an c效 传感 技术在管道泄 漏监 测中的应用尽 管在国内外都 还处 于

[2]V gl , asn Ga pe e a. a aed t tnss ms 1 oe B C e s s C, ru nr t L kg ee i t A, e 1 co y e b s gds btdf rot a t ertr me ue n[ ] yui ir ue b pi l e aue a rmet J . n t i i e c mp s
P o e d n s o e S I · h ne n t n lS c ey f rOp ia . r c e i g ft P E · e I t r a i a o it t l . h T o o c En
gn e i g. 0 . 3 8: 3 —3 i e rn 2 01 4 2 2 4.

刚刚起步 阶段 , 各方 面技 术也不成 熟 , 但其高灵 敏度 , 动 大
态 范 围 的特 点 , 实 现 对 小 泄 漏 量 的 检 测 . 因 此 , 以 预 可 可

[3 1 ]赵洪志 , 李乃吉 , 赵达尊. 对分布式光纤温度 传感器背向喇曼 散射信号提取方法 的改进 [ ] 光学技术 ,9 7, 1 :3— 4 J. 19 ( )2 2 .

见, 随着研究 的深 入 , 于 Sg a 基 anc干涉式 光纤 传感技 术会

( 转第 l ) 下 4页

维普资讯 http://www.cqvip.com

传 感 器 与 微 系 统
与检测 电路 部分均采用差动结构 .机械部分感压薄膜采用 方形带 岛结 构 , 当薄膜 的岛厚 与膜厚 比值 超过一定值 之后 , 均 布压力作用下 岛的位移 为一 常量 , 与上下淀 积有铝 电极 的玻璃键 合后便 可形成差 动平行 板 电容 器 , 而对外 界压 从 力进行 检测.其主要 结构 特点是 : 1 差动 电容 既可 以将 () 传感 器灵敏度提高 1 , 倍 提高传感器 的线性 , 又可以抑制共 模 干扰信号 , 而差放 可以消除寄生 电容 的影响 ; 2 感 压薄 () 膜的上下面均化学气相 沉积上 氮化硅 , 一方 面可 以利 用氮 化硅内较大张应力去平衡薄膜 由于浓硼掺杂而带来 的内应 力, 形成低压测量所需要 的平 整的感 压薄膜¨ 另一方 面 , , 可 以利用氮化硅 高的介 电常 数来提 高 电容值 ; 3 感 压腔 () 被腔采用 N nG t r ao et 技术实现高真空腔 的获得 , e 这样 , 在不 增加传感器尺寸 的情况下提高传感器 的灵敏度与分辨力 . 3 结束语 制作量程为 10 a的硅微超微压传感器从某种程度上 0P 说是对极限 的一种挑 战 , 凭借 功能 强大 的 ME C D软 但 MS A

第2 5卷
[ ] Sn r adA ta r A,90,1 17—1 1 J . ess n c ts 19 2 :3 o uo 4.

[ 7] JhsnR H, ab s S Sib . p lr h A hs — nivy o n K ra i . r aU Se i . ihs s it o s d dc e t i i e os rsu a d crJ . esr a c t r bda db s dpesr t sue[ ]S no dA ta r b n e er n sn uo s
A . 9 2. 5: 3—9 . 19 3 9 9

[ ] Shihi , br e r . i o s t e icnsn r r ey 8 cl t gHS O m i Pe r ii l s r c n e e V ze sv s i e o f v o o lw pesr bsdo ecnet f t s cnet t n C] o rsu ae nt ocp r so cnr i [ . e h o se ao
Yo o a : a s u e ' 3,9 3 6 8 —6 . k h ma Tr d c r 9 1 9 . 2 n s 31

[ ] K WagQ T uhm d aaiv rsu n r[ ]S n 9 0W, n . oc o ecpct e e sr s ss J .e— i p ee o
s r n t ao s A , 9 9, 5: 4 o a d Acu t r 1 9 7 2 2—2 . s 51

[0 Z OU Mi—i, U N n—n Q N Mig M dl g ds n 1 ] h nxn H A G Qi a , t n . o en , ei g i g n r ao f t l— ee cpctep adfb ct no pelyr a aiv rsuesn rJ . ai i ar a d i i e r es [ ] o
S n r n t a o 2 0 1 7: e s s a d Acu tr A, 0 5, 1 71—81 o s .

[ ]C tn . ihsnivysi ncpc i n r frm a— 1 1 a i D C Hs — s it ic aa iv s ss o e lg e t i lo t ee o s ui e im vcu a rs rs J . n r ad A ta r r gm u —au m gsp se [ ] S ss n c t n d e u e o uo s
A , 9 8, 4: 5 1 9 6 1 7— 1 . 4 6

[2 h G Y — ,o bl ssu — sr, N u g qn e 1 ]Z AN af Sno o dAnaiME G G a w ig,t n a Ma n
a .An 1 Ul a S n i v Hih Va u m Ab ou e a ctv P s t — e st e. s — c u r i s l t C p i e r — a i e

件 和 日益进步 的微加工工艺 , 封装工艺 , 借鉴 国外产品成功
的设计经验 , 现四大难 点的技术公关 , 实 特别是纳米尺寸 的 N nG t r 术公 关 , ao et 技 e 研制 出达 到 国际领 先水 平 的硅微 超

sr esr D / ] ht:/ w . m —ss cm h n t h ueS no[ B OL . t / w w me si y.o / n l e — p s /c
a e h m12 01-01—21 p p r. t .0 s .

[3 1 ]WA G Y el Eah M. h t c rsfr l t —ai sro N u —n,ssi T es ute e r s t ev i r u o e co t c cpctevc u sn r[ ] Sn r ad A tao 19 a iv aum ss J . ss n c t A,98, a i eo e o u r s
4 21 6 : 3 —21 7.

微压传感器是切实可 行的 , 对促进 硅微压 力传感器 技术 这
提高 和相关产业发展都有着实 际意义 .
参 考 文献 :
[ ] B O Mi—agWA GWe— a . u r f co lc meh i 1 A nhn , N iu n Ft eo r et ca — y u mi e r o n cl ytm ME S) J . n r adAc a r A,96,6 a s s( M [ ] S ss n t t s 19 5 : s e e o uo
1 5—1 . 3 41

[4 eesnK,o r mai B w ,t . e n tB a rsu 1 ]P t o P ua d r n e a R s a em P sr r h F,o 1 on e e e s b i t wt Sl ui odn [ ] S Facs S n r a rae i icnFs nB nig C .a rn i o F cd h i o o n —
c Tasue ' o: r n d c r 91. 9 . 6 —6 7. s 1 91 6 4 6

[5 i asH A C N vl ei i l sniv wdf rni 1 ]Tln . oe ds no ahs ye siel ie tl m gf h t o e a p suesn rui uli sn t t i ags J .. — e r sr e s s gb i— ro a r ngu e [ ] J Mi o n t ne n s a
c me h Mir e g, 9 3, 1 o r c . c o n 1 9 4: 98—2 2. 0

[ ] 朱长纯 , 2 韩建强 , 君华. 机械传 感器 的现状 与发展 [ B 刘 微 D/ O ] ht:/ hs sSU eu c/ b.t l20 L . t / p yi .C.d .n bs hm ,0 3—1 p c 2—1. 4 [ ] C a Wi .cl gl i a hf r ae icnpesr 3 h uH, s K Sai mt i bt — b ct sio rs e e n i s n c ai d l u sn r[ ] IE rn. l t n D v e .97, :5— 8 ess J .E E Tas Ee r . ei s18 3 8 8 . o co c 4 [ ] 鲍敏杭 , 4 沈绍群 , 陈 宏 , 微压压力传感器的结构改进 [ ] 等. J.

[6 o g prsSno sodA sr, ae aa ,t. ea 1 ]D ul S ak ,o bl su— naiN d r jf ec R l - s a Ma N i i
beV cu ak g guigN ngtr adGasFi B nig l au m Pcai s aoet l r odn n n e n s s t

[ B OL . t :/ w . e si y. m/ t /eh pr. t D / ] ht / w w m m — ss c hmlt p e h— p s o c a s
m1 2 0 —0l— l .0 4 0.

航空计测技 术 ,95,5: 9 19 1 6— . [ ] Whte Bsca v tgs fh i oo i e h dt n— 5 iir M. ai d a ae ea s t pc t e r s t R n o t n —r c a vr ag r sr t s—cr D / L] ht:/ w .n e— e eguepe u r du e[ B O . t / w w edv s se a n p
c . m/ s u e /tc p p r . h 1 9 —1 o c o e r o r s e h a e p p, 9 5 e s 0—2 . 1

[7 1 ]李 忻 , 录锋 , 车 王跃林. 一种超 薄硅薄膜 的制作方法 [ ] 功 J.
能材料 与器件学报 ,0 2,:8 4 0 20 8 3 8— 0 .

作者简介 :
夏文明( 9 1一) 男 . 18 , 安徽安庆人 , 江苏大学硕 士研 究生 , 研究 方 向为硅微超微压传感 器.

[ ] B O M n-agWA G Y ,U L — og Mc m cie em— 6 A ighn , N a Y i z n. i ah d ba n n a h o r n
d a h a m tu t r mp o e e f r n e fp s u rn d c r ip r g s cu i r v sp ro ma c so r s r ta s u e r e e e

( 上接第 l l页)
[4 1 ]金伟 良, 张恩勇 , 邵剑文 , 分布式光纤 传感技 术在海底 管 等. 道健康 监 测 中 的应 用 [ ] 中 国海 上油 气 ( 程 ) 20 J. 工 ,0 3,
1 ( ) 5— . 5 4 : 9

A ut a Sce f m r a 18 7 ( )9 6—9 3 o il c sc oiyo e c ,95,7 3 :1 t A i 2.

[7]K r r , iglySA, u oJs e a. pl ait o n- 1 ume JP K n e L d ,t A pib ly f o s a 1 c i a vl ir ue br pi aoscsn r rl e t n J . e ds btdf e t cut s a dt i [ ] t i i o c ie o f e o k c e o
P o e i g f S I T e I t r a in o it rOp ia g— rc e n o P E— h n e n t a S c ey f tc En i d s ol o l
n e i g 1 9 1 9 6 —71 e rn , 9 3, 7 7: 3 .

[5]K r e P Kns y L u S Ds b t f e pi ao s 1 um r , igl A,adJ . ir ue i r t en— J eS t d b o c i t e sro a e co [ ] S I 9 1 18 :1 i sno rekdt t n J . PE 19 ,5 6 17—17 c f l ei 2. [6 1 ]Wasf A, as M N, osn —ma A osce sin se W B i H usyE m M. cut mi o s m i s set u a srm c clr o s drc n ua i [ ] pcad et l k o iua l t glr ls J . r oe f r hea ea n st

作者简介 :
何存 富(9 8一) 男 , 15 , 山西 大同人 , 教授 , 导 , 博 研究 方 向为现 代测试技术 与方法 .


相关文档

基于分布式光纤传感的管道泄漏检测技术研究
分布式光纤传感系统及其在在在管道泄漏检测中的应用
分布式光纤传感系统及其在管线检测中的应用
浅谈基于分布式光纤传感技术的管道泄漏检测和定位
分布式光纤传感器在管道微泄漏监测中的应用
分布式光纤传感技术在管线检测中的应用
分布式光纤传感器在管道泄漏监测中的应用
分布式光纤传感技术在管线检测中应用
基于分布式光纤传感器的输气管道泄漏检测方法
光纤光栅分布式传感系统及其输气管道泄漏检测
电脑版