引用本文:
冯维一,刘礼华,张旭苹,等. 基于BOFDA的PE管道微弯变形检测方法[J]. 光通信技术,2020,44(12):33-36.
冯维一1,2,刘礼华1*,张旭苹2,赵 霞1,方 玄1,谢永宏1
(1.法尔胜泓昇集团有限公司,江苏 无锡 214433; 2.南京大学 材料与工程博士后流动站,南京 210008)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:为监测埋地管道因地质不稳定产生的弯曲变形情况,提出了一种基于布里渊光频域分析(BOFDA)技术的聚乙烯(PE)管道微弯检测方法。将玻璃纤维基带应变光缆沿管壁胶粘敷设,使光纤与管道协同变形,通过布里渊频移量计算得到光纤应力变化值,并采用共轭梁重构算法反演管道弯曲扰度。实验结果表明:该方法能够很好地分辨和测量管道弯曲的方向和位移量,误差小于0.4 cm,提升了管道的数字化安全监测和预警水平。
关键词:光纤传感;布里渊频移;管道变形;布里渊光频域分析;智慧管道
中图分类号:TN29 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2020)12-0033-04
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2020.12.008
0 引言
管道作为一种可靠连续的运输载体,已经广泛应用于石油、天然气以及水暖供应等城市生命线中。但随着新建管道数量的不断增加,其密度和复杂性越来越大,管道灾害事件频繁发生。特别是长距离埋地管道,沿线涉及山地、平原和河流等多种地质、地貌,降雨和地层移动都会引起管道变形,从而导致地下管线被破坏[1-2]。此外,周边地下工程施工和地面交通动荷载的扰动,也会增加管道疲劳、变形等缺陷,进而发生断裂、泄漏等事故。因此,实时掌握管道的结构应力状态信息,对保障地下管线的安全运行非常重要。
管线分布距离长,有时达到上百千米,若采用点式传感器,势必会受到布点数量的限制,增加了布点连线和数据采集的复杂度,而且成本高,无法全面反映管道上每个位置的安全情况。近年来,兴起的基于布里渊散射原理的分布式光纤传感技术,使长距离埋地管道的全线结构监测变成可能,这种传感技术拥有较高的测量精度和空间分辨率,且无需供电[3-6]。
目前,基于布里渊散射的分布式光纤应变传感技术主要包括布里渊光时域反射(BOTDR)技术、布里渊光时域分析(BOTDA)技术以及布里渊光频域分析(BOFDA)技术[7-8]。这3种技术均可实现应变量的测量和空间位置定位,其中BOTDR属于单端检测,BOTDA和BOFDA属于回路检测。由于回路检测使用双光源,根据脉冲光和连续光之间的相互作用,BOTDA和BOFDA可获得更高的空间分辨率和精度。贾振安等人[9]利用BOTDA技术进行了输油管道长期监测、管道变形实验和油气管道应力监测等,并取得了一定成果。相对于时域分析技术,BOFDA具有高测试精度、低探测光功率等优点,且稳定性更好,适合在工程领域应用。目前,该技术的应变测量精度小于2 με[10]。
本文基于BOFDA技术进行聚乙烯(PE)管道微弯检测试验,评估管道的受力变形状态。
4 结束语
本文提出了一种基于分布式光纤应变传感的管道微弯变形检测的方法,用于埋地管道的形态重构。通过玻璃纤维基带应变光缆粘贴于PE管道表面的方式,采用高精度布里渊频谱测量设备BOFDA来测得管道表面弯曲产生的应变量,从而计算得到管道变形方向和挠度。实验验证了利用共轭梁法反演PE管道形变量的可行性和准确性,为该方法在智慧管道工程中的应用提供了理论支撑。