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光纖分布式聲波傳感技術及系統

光纖分布式聲波檢測技術（DAS）在油氣勘探領域的地面地震波檢測、井中地震波檢測、井中分布式垂直地震剖面（VSP）數據獲取、水力壓裂的安全監測與改善，長距離油氣管道的安全與泄漏監測，周界安防與偵聽、大型結構健康監測等領域有著廣泛的應用前景。（1）在石油開采監測的應用方面。光纖分布式聲波檢測技術在超高密度地面/井中地震波數據采集領域是一項革命性的新技術。在實現高效采集的同時，可大大降低生產成本；光纖分布式聲波檢測技術將部分替代常規地震波檢測技術；應用于地面的分布式高密度地震波采集、井下VSP數據采集和改善水力壓裂的監測。（2）在長距離管線安全監測的應用方面。光纖分布式聲波傳感（DAS）系統可用于長距離石油管道、市政地下綜合管線、地埋輸電線纜等的入侵監測。該系統可以檢測，定位并區分第三方入侵事件，提供長距離、無源、實時、在線、智能的管線監測技術。（3）在油氣管線泄漏監測的應用方面。光纖分布式聲波檢測技術可用于石油、天然氣等管道泄漏檢測。結合光纖分布式測溫技術可以對泄露事件進行快速檢測和定位。通過檢測滲漏口湍流產生的聲波信號，該信號會產生在管道內長距離相對低損耗的連續負壓力波。光纖DAS系統可以沿整個管道探測到負壓波，并對泄漏事故的進行準確定位（10米范圍內）。（4）在礦井人員定位監測的應用方面。礦井下易發生爆炸、透水、冒頂等重大事故，保證井下人員的安全極其重要。礦井人員定位系統對下井人員的自動跟蹤定位、災后急救、日常管理等有著非常重要的意義。光纖DAS系統可以有效克服現有井下無線人員定位系統的不足，并大大簡化現有井下綜合管理系統的復雜性，實現日常和應急狀態下的井下無盲區的人員、車輛等定位，為井下作業綜合管理提供有力支撐，同時探測光纜本征無源，特別適用于井下易燃易爆和強電磁干擾環境。（5）在偵聽和周界安防領域的應用方面。光纖DAS技術具有遠程（>10KM）監聽和還原振動和聲波信號的功能，可以用于對監獄、使館等重要區域的遠程偵聽，以及對機場、國境線、軍用通信光纜、軍事基地等大型重要設施的長距離周界埋地防護。（6）在鐵路安全監測的應用方面。光纖DAS技術可能取代現有的許多軌道傳感器,實現列車準確的月臺公告，車輪滾壓和其他車輪/鐵路故障判斷，鐵軌盜竊、破壞和恐怖攻擊，周圍巖石和樹木墜入以及實時列車跟蹤等問題，從而保障鐵路網絡的安全運行和大大降低鐵路網的維護成本。（7）在大型結構健康監測的應用方面。光纖分布式聲波檢測技術可實現從次聲波到超聲頻率范圍內的彈性振動波測量，同時可以實現對探測光纜布設區域內的高密度采樣，由于光纖材料質量輕、耐腐蝕，抗電磁干擾，因此可以直接埋設于復合材料內部，實現對飛機、火箭、空間站等大型裝備的載荷、健康狀態、結構疲勞以及材料壽命的領域的監測。（8）在海洋水聽監測的應用方面。由光纖DAS構成的新型光纖水聽系統，可實現真正全分布式的水下聲波監測，有望取代現有的全光纖水聽器拖曳陣列，形成全光纖輕型潛艇和水面艦船共形分布式水聽系統，有望實現對關鍵海峽和水域的快速布防。目前，已經完成對地埋石油管道、油井勘探和列車運行監測等多項實際工程的成功測試。光纖分布式聲波檢測系統（DAS）主要三部分：光纖分布式聲波信號分析硬件終端設備，光纖分布式聲波信號分析軟件，聲波傳感光纜。光纖分布式聲波信號分析硬件終端通過光纖接線器與傳感光纜進行單端連接。光纖聲波信號硬件終端向光纖發射光脈沖，同時對傳感光纜接收到的聲波信號進行光電探測和采集，最后形成數字傳感信號，通過光纖傳感分析軟件進行聲源定位與聲源分析。如下圖所示：主要技術參數： 1、信號解調設備主要技術指標：測量距離： 0~50公里響應時間： <2s 定位精度： ±2~±20米響應頻率： 0~500KHz 檢測參數：各種機械振動波、聲波、超聲波、地震波通信/聯網接口： 100M以太網工作溫度： -10℃～+50℃ 電源輸出： AC 100~240V,50~60Hz 二次開發接口：提供動態鏈接庫方便二次開發和應用集成 2、軟件功能和顯示模塊主要包括：聲波（地震波）信號的時域二維和三維強度分析模塊聲波（地震波）信號的二維頻率譜檢測和分析模塊

電子科技大學 2021-04-10

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