用于气体管道高效泄漏检测的分布式声学与温度同步传感技术

《Journal of Lightwave Technology》：Simultaneous Distributed Acoustic and Temperature Sensing for Robust Leakage Detection in Gas Pipelines

　　

摘要：

我们报告了一项针对气体管道泄漏检测的全面研究，该研究基于对泄漏事件产生的声学信号和温度变化的同步分布式感知。这些与泄漏事件相关的特征是通过计算流体动力学模型模拟得到的。我们的CFD分析表明，像黏土这样的低孔隙度土壤能够有效传递声波，从而便于使用分布式声学传感技术进行检测；而像沙子这样的高孔隙度土壤则具有更高的热导率，更适合使用分布式温度传感技术。这些观察结果凸显了在不同土壤条件下实现稳定泄漏检测时，同时运用分布式声学传感技术和分布式温度传感技术的重要性。随后，我们通过基于标准单模光纤中的瑞利/拉曼散射以及各种噪声因素的统一数值模型，模拟了通过同步分布式声学传感/分布式温度传感系统检测这些特征的过程。最后，通过在长度为43公里、空间分辨率达10米的标准电信级单模光纤上进行的控制实验，以及对沙漠土壤条件下的加压埋地管道测试平台的验证，进一步确认了该系统在真实野外条件下检测可控泄漏事件的有效性。这些研究结果充分证明了将分布式声学传感技术和分布式温度传感技术相结合，在不同地下环境中实现可靠且稳定的泄漏检测具有显著优势。