【仪表网 行业应用】分布式光纤传感 (DFOS) 是一种外部管道泄漏检测方法，可检测温度、噪音或振动的变化。然而，管道内部发生的与泄漏相关的事件也可以被感应到，例如负压波 (NPW) 和其他内部声学信号。同样，DFOS 可检测内部事件，包括 PIG/刮板跟踪、天然气管道中的积液、段塞和由蜡或水合物形成引起的流动收缩。本文介绍了使用分布式光纤传感的管道泄漏检测方法的选择标准。
特殊的光学技术和软件可以将光纤电缆转变为传感电缆，解决监测管道、电力电缆、隧道和火车线路等长资产的主要挑战。使用光纤传感器电缆，传感能力始终接近泄漏事件或外部威胁。图 1 说明了分布式光纤传感 (DFOS) 询问器通过光纤电缆发送激光脉冲和相关的反向散射光返回询问器。反向散射光带回声学/振动和热信息。
基于 DFOS 的管道泄漏检测软件已经成熟，涵盖了各种管道应用。使用分布式声学传感 (DAS) 和分布式温度传感 (DTS) 的 LDS 系统已经安装在数万公里管道的数百个项目中。
DFOS 技术和光纤类型
标准光纤电缆可与合适的 DFOS 兼容单模 (SM) 和多模 (MM) 光纤或单根电缆中的 SM + MM 光纤组合使用。
DFOS 管道泄漏检测侧重于检测热和声泄漏特征，因此根据热和声检测能力将 DFOS 技术分组如下。
热信号检测：
• 拉曼 DTS。在温度和应变之间没有串扰的情况下测量准确的温度值。拉曼 DTS 使用 (SM) 或 (MM) 光纤。MM 光纤提供更强的散射信号
• 布里渊DTS。在温度和应变之间可能存在串扰的情况下测量应变和温度值。布里渊 DTS 具有比拉曼更强的反向散射信号。它通常用于需要将监控范围减半的回路配置中。应考虑使用特殊电缆以避免应变和温度之间的串扰。布里渊 DTS 使用 SM 光纤
• 分布式温度梯度传感 (DTGS) – 作为定量 DAS(也称为基于相位的 DAS)或分布式光纤布拉格光栅 (DFBG) 的一部分。以非常高的分辨率 (0.001K) 在有限的时间跨度内非常快速地测量温度梯度，而无需测量绝对温度。DTGS 作为定量 DAS 的一部分时，使用 SM 纤维。作为DFBG的一部分，DTGS使用经过特殊处理的FBG纤维
• 增强型分布式温度传感 (eDTS) – 使用 DTGS 定量 DAS + 拉曼 DTS。eDTS 使用拉曼 DTS 的温度测量值和 DAS-DTGS 的快速温度变化测量值来提供更灵敏和更快的 LDS。eDTS 使用 SM 光纤或 SM 和 MM 光纤的组合。
检测声音/振动信号：
• 非定量DAS(基于振幅)。这些是更简单的 DAS 系统，可检测振动信号的存在，但不检测声学信号的真实信号幅度或相位。Amplitude DAS主要用于周界防护，不提供DAS-DTGS，声学分类困难。非定量 DAS 使用 SM 光纤
• 定量DAS(基于相位)。定量 DAS 适用于需要 DAS-DTGS 并提供事件分类所需的高质量声学信号(低衰落、可量化、高重复性)的应用。定量 DAS 提供声学信号的真实信号幅度或相位。除了多 LDS 检测方法外，定量 DAS 还包括其他功能，例如 PIG 跟踪和第三方干扰监控。AP Sensing 的定量 DAS 使用两个极化，可在传感器电缆的延长距离上实现高质量的定量测量。定量DAS使用SM光纤
• 分布式振动传感(DVS)。与使用“相干光时域反射计”概念的 DAS 不同，DVS 基于混合干涉仪技术。与非定量 DAS 类似，DVS 通常用于更简单的应用，例如周界保护。它不提供 DTGS 并且难以对声学事件进行分类。DVS使用单模光纤
• 分布式光纤布拉格光栅传感 (DFBGS)。某些类型的 DFBG 被描述为 DAS，但必须使用特殊类型的 DFBG 纤维。DFBG 可以提供 DTGS。
从上面的总结来看，拉曼 DTS 和定量 DAS 的选择更适合大多数管道泄漏检测应用。在需要更高信号强度或应变监测的特定情况下，可以将布里渊 DTS 视为一种折衷方案。
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