Эксперимент по распределенной волоконно-оптической интерферометрической системе зондирования для мониторинга и определения мест утечки в городских газопроводах из полиэтилена высокой плотности

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Qiang Wang, Lingjuan Han, Xiaoling Liao Experiment on a distributed fiber optic interferometric sensing system to monitor and locate urban high density polythene gas pipe leakage (Эксперимент по распределенной волоконно-оптической интерферометрической системе зондирования для мониторинга и определения мест утечки в городских газопроводах из полиэтилена высокой плотности) [на англ. яз.] // Оптический журнал. 2021. Т. 88. № 9. С. 75–84. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2021-88-09-75-84

Qiang Wang, Lingjuan Han, Xiaoling Liao Experiment on a distributed fiber optic interferometric sensing system to monitor and locate urban high density polythene gas pipe leakage (Эксперимент по распределенной волоконно-оптической интерферометрической системе зондирования для мониторинга и определения мест утечки в городских газопроводах из полиэтилена высокой плотности) [in English] // Opticheskii Zhurnal. 2021. V. 88. № 9. P. 75–84. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2021-88-09-75-84

Ссылка на англоязычную версию:

Q. Wang, L. Han, and X. Liao, "Experiment on a distributed fiber optic interferometric sensing system to monitor and locate urban high-density polyethylene gas pipe leakage," Journal of Optical Technology. 88(9), 536-542 (2021). https://doi.org/10.1364/JOT.88.000536

Аннотация:

Гибридная распределенная волоконно-оптическая интерферометрическая система зондирования была построена для мониторинга и обнаружения утечек в городских газопроводах из полиэтилена высокой плотности. Чтобы устранить фазовый дрейф, была разработана схема цифровой фазовой генерируемой несущей для демодуляции разности фаз интерферометров, вызванной утечкой из трубы из полиэтилена высокой плотности. Затем методы эмпирического разложения по модам и вычисления приблизительной энтропии были объединены для обработки волоконно-оптических интерферометрических сигналов. Места утечки обнаруживались по нулевому частотному спектру после подавления шума фильтром эмпирического разложения по модам. Испытание в лабораторных условиях подтвердили характеристики распределенной волоконно-оптической интерферометрической системы обнаружения утечек, позволяющиe снизить частоту потери аварийных сигналов утечки.

Ключевые слова:

распределенный оптоволоконный датчик, трубопроводы из полиэтилена высокой плотности, локализация утечки, разложение по эмпирическим модам, приблизительная энтропия

Благодарность:

Работа выполнена при поддержке Национального фонда естественных наук Китая, грант № 51374188.

Коды OCIS: 060.2370, 120.0120, 120.3180, 140.3430, 220.4880

Список источников:

1. Yang Kai, Lv Shuran, Gao Jiancun, et al. Research on the coupling degree measurement model of urban gas pipeline leakage disaster system // Intern. J. Disast. Risk. Re. 2017. V. 22. P. 238–245.
2. Frank A., Pinter G., Lang R.W. Prediction of the remaining lifetime of polyethylene pipes after up to 30 years in use // Polym. Test. 2009. V. 28. № 7. P. 737–745.
3. Khademi-Zahedi R., Shishesaz M. Application of a finite element method to stress distribution in buried patch repaired polyethylene gas pipes // Underground Space. 2019. V. 4. № 1. P. 48–58.
4. Krylov V.V. Generation of low-frequency ground vibrations by sound waves propagating in underground gas pipes // J. Low Freq. Noise A. 1995. V. 14. № 3. P. 143–149.
5. Mostafapour A., Davoudi S. Analysis of leakage in high pressure pipe using acoustic emission method // Appl. Acoust. 2013. V. 74. № 3. P. 335–342.
6. Bao X., Chen L. R ecent p rogress i n d istributed f iber o ptic s ensors // S ensors. 2 012. V. 12. № 7. P. 8601–8639.
7. Vetrov A.A., Komissarov S.S., Sergushichev A.N. Fiber-optic end interferometer – a general-purpose element for constructing displacement sensors // JOT. 2008. V. 75. № 1. P. 1–4.
8. Kaur G., Kaler R .S., Kwatra N. Experiment on a highly sensitive fiber Bragg grating optical sensor to monitor strain and corrosion in civil structures // JOT. 2018. V. 85. № 1. P. 36–41.
9. Madabhushi S., Elshafie M., Haigh S.K. Accuracy of distributed optical fiber temperature sensing for use in leak detection of subsea pipelines // J. Pipeline Syst. Eng. 2014. V. 6. № 32. P. 04014014.
10. Yan Si Zhi, Chyan Lee Sheng. Performance enhancement of BOTDR fiber optic sensor for oil and gas pipeline monitoring // Opt. Fiber Technol. 2010. V. 16. № 2. P. 100–109.
11. Yu Wang, Kai Ding, Yuelin Xu, et al. Optical fiber vibration sensing system using delay line method // Microw. Opt. Techn. Lett. 2019. V. 61. № 3. P. 853–857.
12. Huang ShihChu, Lin WuuWen, Tsai MengTsan. Fiber optic in-line distributed sensor for detection and localization of the pipeline leaks // Sens. Actuators A. 2007. V. 135. P. 570–579.
13. Ukil A., Braendle H., Krippner P. Distributed temperature sensing: Review of technology and application // IEEE Sens. J. 2012. V. 12. № 5. P. 885–892.
14. Campanella C.E., Ai G., Ukil A., Mar. Distributed fiber optics techniques for gas network monitoring // IEEE Int. Conf. on Ind. Technology (ICIT). Taipei, Taiwan, 2016. P. 646–651.
15. Zhaoming Zhou, Jia Zhang, Xuesong Huang, et al. Trend of soil temperature during pipeline leakage of high-pressure natural gas: Experimental and numerical study // Measurement. 2020. V. 153. P. 107440.
16. Ren L., Jiang T., Jia Z.G., Li D.S., Li H.N. Pipeline corrosion and leakage monitoring based on the distributed optical fiber sensing technology // Measurement. 2018. V. 122. P. 57–65.

17. Stajanca P., Chruscicki S., Homann T., Seifert S., Schmidt D., Habib A. Detection of leak-induced pipeline vibrations using fiber-optic distributed acoustic sensing // Sensors. 2018. V. 18. P. 2841.
18. Muggleton J.M., Hunt R., Rustighi E., et al. Gas pipeline leak noise measurements using optical fibre distributed acoustic sensing // J. Nat. Gas Sci. Eng. 2020. V. 78. P. 103293.
19. Yang Wang, Hui-qing Lan, Tao Meng. Lifetime prediction of natural gas polyethylene pipes with internal pressures // Eng. Fail Anal. 2019. V. 95. P. 154–163.
20. Wen Hao Png, Horng Sheng Lin, Chang Hong Pua, et al. Pipeline monitoring and leak detection using Loop integrated Mach–Zehnder interferometer optical fiber sensor // Opt. Fiber Technol. 2018. V. 46. P. 221–225.
21. Huang Y., Wang Q., Shi L., et al. Underwater gas pipeline leakage source localization by distributed fiberoptic sensing based on particle swarm optimization tuning of the support vector machine // Appl. Optics. 2016. V. 55. № 2. P. 242–247.
22. Wang Q., Han L., Fan X., et al. Distributed fiber optic vibration sensor based on polarization fading model for gas pipeline leakage testing experiment // J. Low Freq. Noise V A. 2018. V. 37. № 3. P. 468–476.
23. Ye Z., Wang J., Wang C., et al. A positioning algorithm realized multilateration for distributed fiber-optic sensor // Microw. Opt. Techn. Lett. 2016. V. 58. № 12. P. 2913–2917.
24. Lin W., Lou S., Liang S. A modified phase generation carrier technique for fiber-optic distributed disturbance sensor // Optik. 2014. V. 125. № 3. P. 942–945.
25. Hao Xiao, Fang Li, Yuliang Liu. Crosstalk analysis of a fiber laser sensor array system based on digital phase-generated carrier scheme // J. Lightwave Technol. 2008. V. 26. P. 1249–1255.
26. Mostafapour A., Davoodi S. A theoretical and experimental study on acoustic signals caused by leakage in buried gas-filled pipe // Appl. Acoust. 2015. V. 87. P. 1–8.
27. Mostafapour A., Davoodi S. Analysis of leakage in high pressure pipe using acoustic emission method // Appl. Acoust. 2013. V. 74 № 3. P. 335–342.
28. Huang N.E., Shen Z.S., Long R., et al. The empirical mode decomposition and the Hibert spectrum for nonlinear and non-stationary time series analysis // Proc. R. Soc. Lond. Ser. A: Math. Phys. Eng. Sci. 1998. V. 454. P. 903–995.
29. Pincus S. Approximate entropy (apen) as a complexity measure // Chaos: An Interdisciplinary J. Nonlinear Sci. 1995. V. 5. № 1. P. 110–117.
30. Das A.B., Bhuiya M.I.H. Discrimination and classification of focal and non-focal EEG signals using entropy-based features in the EMD-DWT domain // Biomed. Signal Process. 2016. V. 29. P. 11–21.
31. Zhao ShuanFeng, Liang Lin, Xu GuangHua, et al. Quantitative diagnosis of a spall-like fault of a rolling element bearing by empirical mode decomposition and the approximate entropy method // Mech. Syst. Signal Pr. 2013. V. 40. № 1. P. 154–177.
32. Flandrin P., Rilling G., Goncalves P. Empirical mode decomposition as a filter bank // IEEE Signal Proc. Lett. 2004. V. 11. № 2. P. 112–114.