基于光纤传感的管道防破坏系统设计研究开题报告

1. 研究目的与意义

管道运输是现代五大运输方式(公路、铁路、水路、航空、管道运输)之一。相比其他四种运输方式，管道运输具有自己独特的优势：管道运输是一种连续运输方式，效率高；管道一般埋于地下，不受外界条件限制；不容易产生环境污染和噪声污染；运输成本低。基于上述优点，管道运输得到了迅速发展，已经成为国内外经济发展和国民生活不可或缺的一部分。随着管道投入使用时间的增加，管道不可避免的会出现磨损、腐蚀等现象，加之第三方破坏等原因，使得管道泄漏事故时有发生。

对于石油天然气输送管道，石油产品和天然气的泄漏会造成自然资源的浪费、环境污染，危害工农业生产和人民生活。更重要的是，由于石油产品和天然气是易燃、易爆物品，甚至可能具有较强的腐蚀性，会造成更大的间接损失和人员伤亡事故，因此研究管道泄漏监测技术对降低管道泄漏带来的危害、减少经济损失、保护环境具有重要意义。

在管道第三方入侵破坏预警方面上，目前所采用的的技术手段与周界安防的技术手段相类似，传统的周界安防手段有：雷达探测、视频监控、张力围栏报警、微波墙式报警等。传统的周界安防手段受环境因素影响较大，不易组网，监测距离短，无法精确定位等一系列问题。近年来，光纤传感振动传感器迅速发展，全光纤传感系统作为新型入侵探测技术,在基础设施、周界安防、管道监测中发挥着重要作用。在管道第三方入侵破坏监测方面，主要利用了光的干涉原理和散射原理。其中基于干涉型光纤传感原理的振动传感有：萨格纳克干涉、马赫—曾德干涉和迈克尔逊干涉等。

2. 研究内容和问题

基本内容：

基于相位调制的干涉型光纤传感器是一类非常典型并且被广泛采用的光纤传器技术方案。光纤传感监测系统相比于传统的电学监测系统具有高灵敏度、动态范围大的优点，在周界安防、管道监测等领域具有广泛的应用。将光纤传感系统应用于管道监测领域，需解决两个问题：一、如何设计搭建对应的光纤周界安防系统，提取对应的振动相位信号；二、如何对破坏信号进行准确报警和快速识别，实现光纤管道监测系统有效实际应用。本课题针对上述两个问题进行研究，搭建相应的光纤传感管道监测系统，实现破坏行为的入侵报警。

预计解决的难题：

3. 设计方案和技术路线

研究方法：

查阅文献资料，熟悉相位调制原理和干涉型光纤传感系统基本结构；

查阅文献资料，总结入侵信号的特征值提取以及分类报警的方法现状；

4. 研究的条件和基础

四．研究工作条件和基础

本课题的指导者近年来一直从事光纤传感的理论与研究；光电信息科学与工程专业的学生熟悉光学的相关原理，同时对机器学习和分类有一定研究，并已具有一定的计算机应用能力和文献检索能力；学校的网络平台通畅，图书馆拥有丰富的图书资料和大量的数据库资源。综上所述，完成本课题研究的基础条件已具备。