引用本文:
闫建行,玄兆燕,谢世满,等. 长距离光纤油气管道预警监测系统设计[J]. 光通信技术,2020,44(1):23-26.
闫建行1,玄兆燕1,谢世满1,杨智伟2,刘 倩1
(1.华北理工大学 机械工程学院,河北 唐山 063210;2.唐山市天然气有限公司, 河北 唐山 063020)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:针对长距离油气管道预警信号所产生的庞大信息量问题以及预警信号精准识别问题,提出以现场可编程门阵列(FPGA)和数字信号处理器(DSP)作为硬件平台核心部件的预警系统,FPGA主要完成预警信息的高速采集控制,DSP主要进行大信息量及预警信号精准识别算法的快速处理,FPGA和DSP通过高速接口进行数据传输,以实现对管道入侵行为进行迅速而精准的报警。完成了上位机和下位机的各功能模块设计,采用C#开发语言进行了软件系统设计,通过网络协议的通信方式实施对管道系统的实时监测。最后对系统进行了实验验证,证明了系统的可行性及准确性。
关键词:预警监测系统;光纤预警;FPGA和DSP;背向瑞利散射;管道监测;软件流程
中图分类号:TN929.11; TP277 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2020)01-0023-04
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2020.01.006
0 引言
光纤传感器以其抗电磁干扰性强、电绝缘性好、传感器无源、灵敏度高、测量范围广以及复杂环境适应性强等优点,被广泛应用于长距离管道预警监测系统中。
文献[1]采用干涉型分布式光纤传感技术,其具有无盲区、灵敏度极高和实时性好等特点;文献[2]采用Φ-OTDR光纤传感技术,具有实时反应速度快、探测距离较长和定位精度高等特点。这2种形式的传感器在外力及温度等外界环境变化下传输光会产生随机退化,容易产生"偏振诱导衰落"与"偏振诱导相位偏移"现象,致使光强信号特征改变从而引起系统误报,同时信号的相关程度会降低入侵信号的定位精度。文献[3]设计了一种低成本光纤预警监测系统,具有便携与实时性好、信噪比高和漏报率低的特点,但受到硬件局限难以实现长距离预警监测。长距离光纤所产生的信息量庞大,使信号采集及传输的快速性及准确性受影响,因此,需要设计出能够降低信号采集和传输的延迟、提高信号分析和识别的精准度的预警监测系统。
为此,本系统基于相干瑞利散射型光纤结构,采用现场可编程门阵列(FPGA)为核心的采集卡,与数字信号处理器(DSP)相配合,FPGA和DSP之间通过高速数据接口进行数据传输[4,5],以解决大信息量的信号采集与传输问题,同时利用DSP对信号处理与分析的快速性解决系统响应不及时的问题。
4 结束语
长距离光纤油气管道预警监测系统中,采用相干瑞利散射分布式光纤传感系统光路有效降低现实中施工的难度;通过对FPGA采集模块和DSP模块设计,配合高速数据传输接口,既控制了硬件成本同时也降低了系统延迟,对系统实时预警起到了关键性作用;通过对软件系统上位机和下位机的设计,确定了程序稳定运行的能力;最后通过机械挖掘实验、打孔盗油实验和人工挖掘实验验证了系统的可行性,并具有较高的准确性。