基于光纖傳感器的天然氣管道泄漏應(yīng)力波檢測(cè)技術(shù)研究

【摘要】：管道作為當(dāng)今的五大運(yùn)輸工具之一，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。如何維護(hù)管道的安全運(yùn)行，防止管道泄漏的發(fā)生已經(jīng)成為管道工業(yè)生產(chǎn)和安全管理部門(mén)的重要工作。一旦發(fā)生管道泄漏，不但會(huì)造成大量的資源浪費(fèi)，還會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，甚至危害人身安全。管道泄漏檢測(cè)是確保管道安全運(yùn)行的一個(gè)重要方面。目前應(yīng)用的檢測(cè)方法多為間接方法，在檢測(cè)效率、檢測(cè)速度、定位精度等方面都遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法達(dá)到要求。導(dǎo)波技術(shù)作為一種新的檢測(cè)技術(shù)，具有檢測(cè)效率高、速度快、定位精度高等方面突出的優(yōu)點(diǎn)，受到越來(lái)越多的認(rèn)可，在很多結(jié)構(gòu)的管道檢測(cè)中得到了廣泛應(yīng)用。本文主要研究管道泄漏聲發(fā)射的產(chǎn)生機(jī)理以及導(dǎo)波技術(shù)在長(zhǎng)距離輸氣管道泄漏檢測(cè)中的應(yīng)用，并配合光纖干涉型傳感器對(duì)波導(dǎo)進(jìn)行采集、處理，以達(dá)到快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)到管道泄漏信息的目的。 本文的主要工作包含以下幾個(gè)方面。 首先，分析了國(guó)內(nèi)外在管道泄漏檢測(cè)方面的研究現(xiàn)狀，并介紹了光纖傳感技術(shù)在管道泄漏檢測(cè)中的應(yīng)用； 其次，對(duì)氣體管道泄漏聲發(fā)射的聲場(chǎng)以及應(yīng)力波特性進(jìn)行了探討，并對(duì)直徑273mm，厚度7mm的管道模型進(jìn)行了數(shù)值模擬，得到了不同內(nèi)壓以及不同泄漏孔徑的聲強(qiáng)、應(yīng)力強(qiáng)度及軸向位移等參數(shù)的特性； 再次，闡述了導(dǎo)波的概念，對(duì)空心圓管中的導(dǎo)波理論進(jìn)行了推導(dǎo)，得到了空心圓管中導(dǎo)波的頻散方程，并給出其頻散曲線(xiàn)，并通過(guò)仿真研究了L(0，1)模態(tài)導(dǎo)波在管道中的傳播特性； 最后，分析了應(yīng)力應(yīng)變對(duì)光纖相位的調(diào)制機(jī)理，選用馬赫-曾德光纖干涉儀作為管道泄漏檢測(cè)的光纖干涉型傳感器，并提出了PZT消除環(huán)境溫度變化引起的相位漂移的方法，以及通過(guò)偏振控制器減小偏振光對(duì)干涉信號(hào)的強(qiáng)度影響，對(duì)馬赫-曾德光纖干涉型傳感器進(jìn)行了改進(jìn)。 【關(guān)鍵詞】：管道泄漏 光纖傳感器 聲發(fā)射 應(yīng)力波檢測(cè) 馬赫-曾德干涉儀
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類(lèi)號(hào)】：TE973.6
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義10-11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外管道泄漏檢測(cè)的發(fā)展現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 國(guó)外管道泄漏檢測(cè)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)管道泄漏檢測(cè)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀13-14
• 1.3 光纖傳感器在管道泄漏檢測(cè)中的應(yīng)用14-16
• 1.3.1 光纖傳感器的特點(diǎn)及分類(lèi)14-15
• 1.3.2 分布式光纖傳感器檢測(cè)管道泄漏15-16
• 1.4 本文的主要研究?jī)?nèi)容16-18
• 第2章 聲發(fā)射產(chǎn)生的基本原理及數(shù)值模擬18-36
• 2.1 引言18
• 2.2 聲發(fā)射信號(hào)產(chǎn)生機(jī)理18-23
• 2.2.1 聲波控制方程18-19
• 2.2.2 聲發(fā)射信號(hào)分析方法19-21
• 2.2.3 聲源及表面聲壓的確定21-23
• 2.3 ANSYS 瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析簡(jiǎn)介23-24
• 2.4 管道泄漏孔處聲源特性的數(shù)值模擬及結(jié)果分析24-35
• 2.4.1 管道泄漏模型的建立24-25
• 2.4.2 管道內(nèi)壓對(duì)管道泄漏的影響25-29
• 2.4.3 泄漏孔徑對(duì)管道泄漏的影響29-34
• 2.4.4 管道泄漏孔模擬結(jié)果分析34-35
• 2.5 本章小結(jié)35-36
• 第3章 應(yīng)力波的傳播理論及數(shù)值模擬36-49
• 3.1 引言36
• 3.2 導(dǎo)波理論的基本概念36-43
• 3.2.1 導(dǎo)波的定義36
• 3.2.2 群速度和相速度36-38
• 3.2.3 波的頻散現(xiàn)象和衰減38
• 3.2.4 圓管中的導(dǎo)波38-42
• 3.2.5 圓管中導(dǎo)波的頻散曲線(xiàn)42-43
• 3.3 埋地管道中應(yīng)力波傳播的數(shù)值模擬及結(jié)果分析43-47
• 3.3.1 埋地管道的模型建立43-44
• 3.3.2 管道中應(yīng)力波傳播特性的數(shù)值模擬44-47
• 3.3.3 管道中應(yīng)力波傳播模擬結(jié)果分析47
• 3.4 本章小結(jié)47-49
• 第4章 基于應(yīng)力波檢測(cè)的光纖傳感器設(shè)計(jì)49-64
• 4.1 引言49-50
• 4.2 光纖相位調(diào)制原理50-53
• 4.2.1 功能型光相位調(diào)制50-51
• 4.2.2 應(yīng)力應(yīng)變對(duì)光纖相位的調(diào)制51-53
• 4.3 干涉式光纖傳感技術(shù)53-58
• 4.3.1 邁克爾遜(Michlson)光纖干涉儀53-54
• 4.3.2 薩格納克(Sagnac)光纖干涉儀54-56
• 4.3.3 法布里-玻羅(Fabry-Perot)光纖干涉儀56-57
• 4.3.4 馬赫-曾德(Mach-Zehnder)光纖干涉儀57-58
• 4.4 基于馬赫-曾德(MACH-ZEHNDER)干涉儀的光纖傳感器設(shè)計(jì)58-63
• 4.4.1 泄漏檢測(cè)中的馬赫-曾德光纖傳感器結(jié)構(gòu)58-59
• 4.4.2 PZT 對(duì)溫度引起的相位漂移的調(diào)制59-61
• 4.4.3 光纖偏振控制器對(duì)光偏振態(tài)的控制61-63
• 4.5 本章小結(jié)63-64
• 結(jié)論64-65
• 參考文獻(xiàn)65-68
• 攻讀碩士學(xué)位期間承擔(dān)的科研任務(wù)與主要成果68-69
• 致謝69-70
• 作者簡(jiǎn)介70

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