RU2549540C1 - Apparatus for monitoring state of long pipelines, including underwater pipelines - Google Patents

Apparatus for monitoring state of long pipelines, including underwater pipelines Download PDF

Info

Publication number
RU2549540C1
RU2549540C1 RU2013157290/28A RU2013157290A RU2549540C1 RU 2549540 C1 RU2549540 C1 RU 2549540C1 RU 2013157290/28 A RU2013157290/28 A RU 2013157290/28A RU 2013157290 A RU2013157290 A RU 2013157290A RU 2549540 C1 RU2549540 C1 RU 2549540C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
optical
channel
section
circulator
sensor
Prior art date
Application number
RU2013157290/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Борисович Пнев
Константин Витальевич Зайченко
Валерий Ефимович Карасик
Владимир Алексеевич Лазарев
Станислав Олегович Леонов
Станислав Григорьевич Сазонкин
Дмитрий Александрович Шелестов
Евгений Викторович Фигура
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук" (ИО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук" (ИО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук" (ИО РАН)
Priority to RU2013157290/28A priority Critical patent/RU2549540C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2549540C1 publication Critical patent/RU2549540C1/en

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: apparatus includes a highly coherent laser, a pulse modulator, a circulator, a fibre-optic cable with current conductors, optical amplifiers, a sensor optical portion, a signal receiver, a received signal processing unit, two optical switches of N channels, an optical amplifier, an optical-electrical converter, an analogue-to-digital converter, a transmitting optical modem and a receiving optical modem.
EFFECT: longer length of monitoring an extended object, wider frequency band of detected acoustic vibrations.
6 cl, 1 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к волоконно-оптическим сенсорным системам, используемым в нефтегазодобывающей промышленности, и может быть использовано для диагностики трубопроводов большой протяженности, в т.ч. подводных, с целью обнаружения утечек из них прокачиваемого материала.The invention relates to fiber optic sensor systems used in the oil and gas industry, and can be used for the diagnosis of long pipelines, including underwater, in order to detect leaks from them pumped material.

Уровень техникиState of the art

Утечки прокачиваемого материала из трубопровода являются источниками акустических сигналов, которые воздействуют на оптическое волокно и могут быть зарегистрированы при помощи метода когерентной рефлектометрии. Метод и устройство реализации когерентной рефлектометрии детектирования акустических полей раскрыты в патенте US 5194847 Apparatus and method for fiber optic intrusion sensing (МПК G01H 9/00; G01L 1/24; G01L 11/02, опубл. 16.03.1993) и включают следующие операции: - оснащение чувствительным оптическим волокном протяженного объекта; - производство импульсов когерентного оптического излучения; - подачу импульсов в чувствительное оптическое волокно, имеющее определенную длину, расположенное вдоль протяженного объекта; - прием сигналов обратного рассеяния и выделение сигнала, показывающего факт внешнего воздействия по возмущениям в указанном сигнале. Когерентное излучение в оптическом волокне при упругом рассеянии вследствие наличия хаотических микронеоднородностей, много меньших по размеру по сравнению с длиной волны излучения, дает в схеме рефлектометра хаотический по времени сигнал рассеяния (рефлектограмму), который остается неизменным при условии стабильности частоты и отсутствии воздействия на чувствительное оптическое волокно и изменяется при наличии тепловых или механических воздействий, которые в первую очередь проявляются при наличии утечек из трубопровода. По временному положению в рефлектограмме можно судить о координате местоположения воздействия на оптическое волокно.Leaks of pumped material from the pipeline are sources of acoustic signals that act on the optical fiber and can be detected using the method of coherent reflectometry. A method and apparatus for implementing coherent reflectometry for detecting acoustic fields are disclosed in US Pat. No. 5,194,847 Apparatus and method for fiber optic intrusion sensing (IPC G01H 9/00; G01L 1/24; G01L 11/02, publ. March 16, 1993) and include the following operations: - equipping an extended object with sensitive optical fiber; - production of pulses of coherent optical radiation; - the supply of pulses to a sensitive optical fiber having a certain length located along an extended object; - receiving backscattering signals and isolating a signal showing the fact of external action by disturbances in the specified signal. Coherent radiation in an optical fiber during elastic scattering due to the presence of chaotic microinhomogeneities, much smaller in comparison with the radiation wavelength, gives a time-chaotic scattering signal (reflectogram) in the OTDR circuit, which remains unchanged provided the frequency is stable and there is no effect on the sensitive optical fiber and changes in the presence of thermal or mechanical effects, which are primarily manifested in the presence of leaks from the pipeline. By the temporary position in the trace, you can judge the coordinate location of the impact on the optical fiber.

Система мониторинга состояния протяженных объектов описана в наиболее близком аналоге предлагаемого устройства мониторинга состояния трубопроводов большой длины, в том числе подводных трубопроводов, устройстве мониторинга состояния протяженных объектов, преимущественно продуктопроводов, описанное в патенте RU 2287131 «Способ мониторинга состояния протяженных объектов, преимущественно продуктопроводов, и устройство для его осуществления» (МПК G01D 5/353, опубл. 10.11.2006). Устройство содержит последовательно включенные источник когерентного излучения, средство для организации рефлектометрического канала, чувствительное оптическое волокно, а также соединенные со средством для организации рефлектометрического канала фотоприемник с усилителем и блок таймирования и регистрации. При этом в состав устройства для мониторинга состояния протяженных объектов введен электронный импульсный модулятор, соединенный с блоком таймирования и регистрации и источником когерентного излучения, при этом источник когерентного излучения представляет собой полупроводниковый лазер, выполненный с возможностью работы в импульсном режиме с длительностью импульса Т и шириной спектра оптического излучения порядка 1/Т, фотоприемник имеет временное разрешение не хуже длительности импульса Т, а блок таймирования и регистрации включен в схему устройства для мониторинга состояния протяженных объектов с возможностью регистрации последовательности рефлектограмм-амплитуд сигналов обратного рассеяния и отслеживания на основании локальных изменений сигнала указанной последовательности рефлектограмм координаты внешнего воздействия на оптическое волокно, которым оснащен диагностируемый протяженный объект.The system for monitoring the status of extended objects is described in the closest analogue of the proposed device for monitoring the status of large pipelines, including underwater pipelines, a device for monitoring the status of extended objects, mainly product pipelines, described in patent RU 2287131 “Method for monitoring the status of extended objects, mainly product pipelines, and a device for its implementation ”(IPC G01D 5/353, publ. 10.11.2006). The device contains sequentially connected coherent radiation source, means for organizing the reflectometry channel, a sensitive optical fiber, and a photodetector with amplifier and a timing and recording unit connected to the means for organizing the reflectometry channel. At the same time, an electronic pulse modulator connected to a timing and recording unit and a coherent radiation source was introduced into the device for monitoring the state of extended objects, while the coherent radiation source is a semiconductor laser configured to operate in a pulsed mode with a pulse width T and a spectrum width optical radiation of the order of 1 / T, the photodetector has a temporal resolution no worse than the pulse duration T, and the timing and recording unit is turned on an apparatus for monitoring the state of elongated objects, with registration sequence trace amplitudes backscatter signals and tracking on the basis of local changes in the signal sequence of said trace coordinate external influence on an optical fiber, which is equipped with an extended object being diagnosed.

Здесь тот же недостаток: протяженность трубопроводов, в том числе морских подводных, может быть в тысячи (а не в десятки) километров и задача повышения максимальной дальности мониторинга объекта представляется весьма актуальной.There is the same drawback: the length of pipelines, including offshore submarines, can be in thousands (and not tens) of kilometers, and the task of increasing the maximum monitoring range of an object seems very urgent.

В то же время протяженность трубопроводов, в том числе морских подводных, может быть в тысячи (а не в десятки) километров, и поэтому задача повышения максимальной дальности мониторинга объекта представляется весьма актуальной.At the same time, the length of pipelines, including offshore ones, can be in thousands (and not tens) of kilometers, and therefore the task of increasing the maximum monitoring range of an object seems very urgent.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задачей изобретения является существенное (возможно многократное) повышение длины мониторинга протяженного объекта (в том числе подводного трубопровода) за счет повышения чувствительности системы регистрации, а также расширения полосы частот регистрируемых акустических колебаний.The objective of the invention is a significant (possibly multiple) increase in the monitoring length of an extended object (including an underwater pipeline) by increasing the sensitivity of the registration system, as well as expanding the frequency band of recorded acoustic vibrations.

Технический результат достигается за счет того, что устройство мониторинга состояния трубопроводов большой длины содержит высококогерентный лазер, соединенный с импульсным модулятором для генерации зондирующих оптических импульсов, циркулятор, волоконно-оптический кабель с токоведущими жилами для передачи зондирующих оптических импульсов через оптические усилители в разрывах кабеля и через циркулятор в сенсорный оптический участок и волоконно-оптический кабель с токоведущими жилами для обратной передачи отраженного рассеянного оптического сигнала из сенсорного оптического участка через циркулятор и через оптические усилители в разрывах кабеля далее до приемника сигнала, блок обработки принимаемого сигнала. При этом импульсный модулятор является оптическим и расположен после лазера, а после модулятора установлен оптический переключатель N каналов и такой же второй оптический переключатель N каналов установлен для обратной передачи отраженных рассеянных оптических сигналов. Оба переключателя имеют возможность управления синхронным переключением своих каналов от общей системы управления переключений с пульта оператора устройства или автоматического управляющего устройства. The technical result is achieved due to the fact that the device for monitoring the condition of large pipelines contains a highly coherent laser connected to a pulsed modulator for generating probing optical pulses, a circulator, a fiber-optic cable with current-carrying conductors for transmitting probing optical pulses through optical amplifiers in cable breaks and through a circulator to the sensor optical section and a fiber optic cable with live conductors for the reverse transmission of reflected scattered optical signal from the sensor optical section through the circulator and through the optical amplifiers in the cable breaks further to the signal receiver, the received signal processing unit. In this case, the pulse modulator is optical and is located after the laser, and after the modulator an optical switch of N channels is installed and the same second optical switch of N channels is installed for the reverse transmission of reflected scattered optical signals. Both switches have the ability to control the synchronous switching of their channels from a common switching control system from the device’s operator console or automatic control device.

Каждая пара используемых каналов переключателей связана со своей отдельной унифицированной канальной частью, содержащей канальный волоконно-оптический кабель с токоведущими жилами для передачи зондирующих оптических импульсов через канальные оптические усилители и канальный циркулятор в канальный сенсорный оптический участок и канальный волоконно-оптический кабель с токоведущими жилами для обратной передачи отраженного рассеянного оптического сигнала из канального сенсорного оптического участка через канальный циркулятор и канальные оптические усилители; канальный сенсорный оптический участок соединен одним концом с канальным циркулятором и расположен вдоль своего участка трубопровода. Также есть канальная последовательная цепочка элементов для прохождения и преобразования обратного рассеянного оптического сигнала канала, состоящая из циркулятора, оптического усилителя, оптико-электрического преобразователя, аналогово-цифрового преобразователя и передающего оптического модема, выход этой цепочки через волоконно-оптический кабель с токоведущими жилами и оптические усилители в разрывах кабеля состыкован со своим канальным входом второго переключателя. Единый выход второго переключателя состыкован через выходной оптико-электрический преобразователь и через приемный оптический модем с блоком обработки результирующего сигнала.Each pair of switch channels used is connected to its own separate unified channel part, containing a channel fiber optic cable with current-carrying conductors for transmitting probing optical pulses through channel optical amplifiers and a channel circulator to the channel optical sensor section and channel fiber-optic cable with current-carrying conductors for reverse transmitting the reflected scattered optical signal from the channel sensor optical section through the channel circulator and outdoor optical amplifiers; The channel sensor optical section is connected at one end to the channel circulator and is located along its pipe section. There is also a channel serial chain of elements for passing and converting the backscattered optical channel signal, consisting of a circulator, an optical amplifier, an optical-electric converter, an analog-to-digital converter, and a transmitting optical modem, the output of this chain through a fiber-optic cable with current-carrying conductors and optical amplifiers in cable breaks are docked with their channel input of the second switch. The single output of the second switch is docked through the output optoelectric converter and through the receiving optical modem with the processing unit of the resulting signal.

Часть устройства, состоящая из лазера, импульсного оптического модулятора, двух N-канальных оптических переключателей с системой управления синхронного переключения каналов, выходного оптико-электрического преобразователя, приемного оптического модема и блока обработки результирующего сигнала, имеет возможность расположения на большом расстоянии от трубопровода, а часть устройства, состоящая из унифицированной канальной последовательной цепочки элементов и канального сенсорного оптического участка, расположена вблизи и вдоль контролируемого участка трубопровода, эти части связаны длинными волоконно-оптическими кабелями с токоведущими жилами и с оптическими усилителями в разрывах кабелей.Part of the device, consisting of a laser, a pulsed optical modulator, two N-channel optical switches with a synchronous channel switching control system, an output optical-electrical converter, a receiving optical modem, and a processing unit for the resulting signal, can be located at a large distance from the pipeline, and part a device consisting of a unified channel sequential chain of elements and a channel optical sensor section is located near and along the con trolled section of the pipeline, these parts are connected by long fiber optic cables with live conductors and with optical amplifiers in cable breaks.

Единый размер длины канального сенсорного оптического участка и соответственно практически такой же длины контролируемого участка трубопровода определяется по математической формуле: Lчувст.уч=c/(2·f·n), где Lчувст.уч - длина чувствительного участка (км), с - скорость света (300 000 км/с), f - частота следования зондирующих оптических импульсов (Гц), n - показатель преломления сенсорного оптического волокна.The single size of the length of the channel sensory optical section and, correspondingly, almost the same length of the monitored section of the pipeline is determined by the mathematical formula: L sens.uc = c / (2 · f · n), where L sens.inc - length of the sensitive section (km), s is the speed of light (300,000 km / s), f is the repetition rate of probing optical pulses (Hz), n is the refractive index of the sensor optical fiber.

Число используемых каналов оптических переключателей определятся отношением общей контролируемой длины трубопровода к единому размеру длины одного контролируемого участка.The number of optical switch channels used is determined by the ratio of the total monitored length of the pipeline to a single dimension of the length of one monitored section.

Каждая унифицированная канальная последовательная цепочка элементов и каждый оптический усилитель уложены в отдельных малогабаритных гильзах. Для мониторинга подводных трубопроводов гильзы выполнены герметичными, с возможностью выдерживания высоких давлений воды, соответствующих глубинам расположения подводных трубопроводов и с возможностью свободного прохода вместе со своими внешними кабелями через соответствующие отверстия в стандартном корабельном оборудовании для укладки подводных кабелей.Each unified channel sequential chain of elements and each optical amplifier are stacked in separate small-sized sleeves. For monitoring underwater pipelines, the sleeves are sealed, with the ability to withstand high water pressures corresponding to the depths of the underwater pipelines and with the possibility of free passage along with their external cables through the corresponding holes in standard ship equipment for laying underwater cables.

Оптические циркуляторы, их оптические усилители, оптико-электрические преобразователи, аналогово-цифровые преобразователи и передающий оптический модем размещены в одной малогабаритной (способной пройти через стандартное корабельное оборудование для укладки кабеля и представляющей собой цилиндр с диаметром внутренних стенок 120 мм и длиной 600 мм) водонепроницаемой гильзе, к которой подведено электропитание.Optical circulators, their optical amplifiers, optical-electrical converters, analog-to-digital converters and a transmitting optical modem are located in one small-sized (capable of passing through standard ship equipment for cable laying and which is a cylinder with a diameter of internal walls of 120 mm and a length of 600 mm) waterproof the sleeve to which the power supply is connected.

Общая большая длина достигается за счет последовательного соединения сенсорных участков, которые параллельно подключены к блокам генерации импульсного излучения, а также блокам регистрации и обработки сигналов.The overall long length is achieved through the serial connection of the sensor sections, which are parallel connected to the pulse generation units, as well as signal recording and processing units.

На фиг.1 показана функциональная схема устройства мониторинга.Figure 1 shows a functional diagram of a monitoring device.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Устройство содержит лазер 1 с большой длиной когерентности, импульсный модулятор 2, оптические переключатели (1×N) - 3, оптические усилители 4, оптические циркуляторы 5, оптико-электрические преобразователи 6, аналогово-цифровые преобразователи 7, передающий оптический модем 8, приемный оптический модем 9, блок 10 обработки сигнала с выхода модема 9.The device contains a laser 1 with a long coherence length, a pulse modulator 2, optical switches (1 × N) - 3, optical amplifiers 4, optical circulators 5, optical-electrical converters 6, analog-to-digital converters 7, a transmitting optical modem 8, a receiving optical modem 9, block 10 processing the signal from the output of modem 9.

Лазер 1 последовательно соединен с модулятором 2, который осуществляет модуляцию непрерывного излучения в импульсное, далее излучение поступает на оптический переключатель (1×N), который осуществляет поочередное подключение отдельных сенсорных каналов. Далее в каждом канале излучение распространяется по оптическому волокну, при этом потери сигнала излучения компенсируются оптическими усилителями 4 (усилители размещены в малогабаритных водонепроницаемых гильзах, к которым подведено электропитание), далее излучение поступает на оптический циркулятор 5 (также размещенный в водонепроницаемой гильзе), после которого поступает на оптическое волокно, закрепленное на трубопроводе, ответное рассеянное излучение поступает через циркулятор 5 на оптический усилитель 4, после чего поступает на оптико-электрический преобразователь 6, далее электрический сигнал преобразуется аналогово-цифровым преобразователем 7 в цифровой вид и поступает на передающий оптический модем 8, осуществляющий преобразование цифрового электрического сигнала в цифровой оптический сигнал. Далее цифровой оптический сигнал усиливается усилителями 4 и поступает на переключатель 3 и затем - на приемник излучения 6. Далее сигнал регистрируется приемным оптическим модемом 9 и далее передается для анализа в блок 10 обработки цифрового сигнала.The laser 1 is connected in series with a modulator 2, which modulates the cw radiation into pulsed radiation, then the radiation enters the optical switch (1 × N), which makes the connection of individual sensor channels in turn. Further, in each channel, the radiation propagates through the optical fiber, while the loss of the radiation signal is compensated by optical amplifiers 4 (the amplifiers are placed in small-sized waterproof sleeves, to which the power supply is connected), then the radiation is transmitted to the optical circulator 5 (also located in the waterproof sleeve), after which enters the optical fiber mounted on the pipeline, the response scattered radiation enters through the circulator 5 to the optical amplifier 4, and then enters ptiko-electric converter 6, then the electrical signal is converted analogue-digital converter 7 into a digital form and provided to transmit optical modem 8 performs digital conversion of the electrical signal into a digital optical signal. Next, the digital optical signal is amplified by amplifiers 4 and fed to switch 3 and then to radiation receiver 6. Next, the signal is recorded by the receiving optical modem 9 and then transmitted for analysis to the digital signal processing unit 10.

Элементы 1, 2, 3, 6, 9, 10 устройства мониторинга входят в состав аппаратуры, размещенной у оператора мониторинга, например на берегу или на борту базового корабля.Elements 1, 2, 3, 6, 9, 10 of the monitoring device are part of the equipment located with the monitoring operator, for example, on the shore or on board the base ship.

Элементы 5, 4, 6, 7, 8 устройства мониторинга размещены в одной малогабаритной (способной пройти через стандартное корабельное оборудование для укладки подводного кабеля и представляющей собой цилиндр с внутренним диаметром 120 мм и длиной 600 мм) водонепроницаемой гильзе, к которой подведено электропитание.Elements 5, 4, 6, 7, 8 of the monitoring device are placed in one small-sized (capable of passing through standard ship equipment for laying an underwater cable and representing a cylinder with an internal diameter of 120 mm and a length of 600 mm) waterproof sleeve to which the power supply is connected.

Устройство мониторинга работает следующим образом.The monitoring device operates as follows.

Импульсное оптическое излучение подают на N канальный оптический переключатель, который последовательно осуществляет переключение на N последовательно расположенных на трубопроводе чувствительных оптических волокон. А оптический сигнал, получаемый в результате рассеяния излучения в оптическом волокне, регистрируется приемником излучения, расположенным в непосредственной близости от наблюдаемого участка, далее сразу преобразуется в цифровой вид и затем передается на блок обработки цифрового сигнала при помощи волоконно-оптической системы передачи цифровой информации.Pulse optical radiation is supplied to the N channel optical switch, which sequentially switches to N sensitive optical fibers sequentially located on the pipeline. And the optical signal resulting from the scattering of radiation in the optical fiber is recorded by a radiation receiver located in the immediate vicinity of the observed area, then it is immediately converted into a digital form and then transmitted to the digital signal processing unit using a fiber-optic digital information transmission system.

Эффект повышения чувствительности и соответствующего увеличения дальности мониторинга достигается благодаря следующим факторам:The effect of increasing sensitivity and a corresponding increase in the monitoring range is achieved due to the following factors:

1) при помощи добавленных оптических усилителей усиливается мощный оптический сигнал, благодаря чему снижаются шумы.1) using the added optical amplifiers, a powerful optical signal is amplified, thereby reducing noise.

2) обратно рассеянный сигнал регистрируется в непосредственной близости от чувствительного участка.2) the backscattered signal is recorded in the immediate vicinity of the sensitive area.

Эффект увеличения полосы частот достигается благодаря тому, что сокращается длина чувствительного участка, при этом верхняя граница полосы частот определятся как f=c/(2·Lчувст.уч·n), где Lчувст.уч - длина чувствительного участка, n - показатель преломления волокна, с - скорость света. The effect of increasing the frequency band is achieved due to the fact that the length of the sensitive section is reduced, while the upper boundary of the frequency band is defined as f = c / (2 · L sens.sc.n ), where L sens.sc - length of the sensitive section, n - indicator fiber refraction, c is the speed of light.

Сокращая длину чувствительного участка в N раз, практически в те же N раз расширяется полоса регистрируемого акустического сигнала.Reducing the length of the sensitive section by N times, the band of the recorded acoustic signal expands almost the same N times.

Конкретные функциональные параметры промышленной применимости устройства:The specific functional parameters of the industrial applicability of the device:

Частота посылки импульсов: 5 кГц (звуковой диапазон от 1 до 20 кГц, максимум амплитуды спектра акустических колебаний при утечках из трубопровода - 4 кГц, а 5 кГц - с небольшим запасом). Частота опроса АЦП - 100 МГц.Pulse sending frequency: 5 kHz (the sound range is from 1 to 20 kHz, the maximum amplitude of the spectrum of acoustic vibrations due to leaks from the pipeline is 4 kHz, and 5 kHz with a small margin). The sampling frequency of the ADC is 100 MHz.

Показатель преломления n=1,5 при длине волны оптического сигнала 1550 нм. По указанной формуле: 300000 км/с/(2·1,5·5000 Гц)=20 км - длина сенсорного участка. Если число каналов переключателей равно 64 и длина трубопровода 1200 км, то длина сенсорного участка как раз около 20 км (если число каналов равно 128 и длина трубопровода 1200 км, то длина сенсорного участка - около 10 км, что также вполне приемлемо).The refractive index n = 1.5 at a wavelength of the optical signal of 1550 nm. According to the specified formula: 300,000 km / s / (2 · 1.5 · 5000 Hz) = 20 km - the length of the sensor section. If the number of switch channels is 64 and the length of the pipeline is 1200 km, then the length of the touch section is just about 20 km (if the number of channels is 128 and the length of the pipe is 1200 km, then the length of the touch section is about 10 km, which is also quite acceptable).

Два типа гильз: большие для большого набора элементов и малые для промежуточных оптических усилителей. До больших гильз длинные кабели - оптико-электрические кабели, сплетенные совместно там, где это возможно. Размеры большой гильзы: диаметр 120 мм, длина 600 мм. Размеры элементов в ней: циркулятор - 70×3×3 мм (работает практически без потерь в проходящих оптических сигналах). Оптический усилитель - 100×50×20 мм. АЦП - 150×70×10 мм. Модем - 150×70×10 мм. Оптико-электрический преобразователь - 3×3 мм. Сама гильза расположена рядом с трубой (на расстоянии 3…5 м от начала сенсорного участка длиной 10…20 км). Сенсорные участки только оптические и расположены по отдельности каждый вдоль своего участка трубы.Two types of sleeves: large for a large set of elements and small for intermediate optical amplifiers. Up to large sleeves, long cables are optoelectrical cables woven together wherever possible. Dimensions of a large sleeve: diameter 120 mm, length 600 mm. The dimensions of the elements in it are: a circulator - 70 × 3 × 3 mm (it works practically without loss in transmitted optical signals). Optical amplifier - 100 × 50 × 20 mm. ADC - 150 × 70 × 10 mm. Modem - 150 × 70 × 10 mm. Optical-electrical converter - 3 × 3 mm. The sleeve itself is located next to the pipe (at a distance of 3 ... 5 m from the beginning of the sensor section 10 ... 20 km long). Sensory sections are only optical and are located individually each along its pipe section.

В результате изобретено практическое решение задачи существенного повышения длины мониторинга протяженного объекта (до тысяч км длины и в том числе подводного трубопровода на больших глубинах) за счет повышения чувствительности системы регистрации, а также расширения полосы частот регистрируемых акустических колебаний.As a result, a practical solution to the problem of significantly increasing the monitoring length of an extended object (up to thousands of km of length, including an underwater pipeline at great depths) was invented by increasing the sensitivity of the registration system, as well as expanding the frequency band of the recorded acoustic vibrations.

Claims (6)

1. Устройство мониторинга состояния трубопроводов большой длины, содержащее высококогерентный лазер, соединенный с импульсным модулятором для генерации зондирующих оптических импульсов, циркулятор, волоконно-оптический кабель с токоведущими жилами для передачи зондирующих оптических импульсов через оптические усилители в разрывах кабеля и через циркулятор в сенсорный оптический участок и волоконно-оптический кабель с токоведущими жилами для обратной передачи отраженного рассеянного оптического сигнала из сенсорного оптического участка через циркулятор и через оптические усилители в разрывах кабеля далее до приемника сигнала, блок обработки принимаемого сигнала, отличающееся тем, что импульсный модулятор является оптическим и расположен после лазера, а после модулятора установлен оптический переключатель N каналов и такой же второй оптический переключатель N каналов установлен для обратной передачи отраженных рассеянных оптических сигналов, при этом оба переключателя имеют возможность управления синхронным переключением своих каналов от общей системы управления переключений с пульта оператора устройства или автоматического управляющего устройства, каждая пара используемых каналов переключателей связана со своей отдельной унифицированной канальной частью, содержащей канальный волоконно-оптический кабель с токоведущими жилами для передачи зондирующих оптических импульсов через канальные оптические усилители и канальный циркулятор в канальный сенсорный оптический участок и канальный волоконно-оптический кабель с токоведущими жилами для обратной передачи отраженного рассеянного оптического сигнала из канального сенсорного оптического участка через канальный циркулятор и канальные оптические усилители; канальный сенсорный оптический участок соединен одним концом с канальным циркулятором и расположен вдоль своего участка трубопровода; также есть канальная последовательная цепочка элементов для прохождения и преобразования обратного рассеянного оптического сигнала канала, состоящая из циркулятора, оптического усилителя, оптико-электрического преобразователя, аналогово-цифрового преобразователя и передающего оптического модема, выход этой цепочки через волоконно-оптический кабель с токоведущими жилами и оптические усилители в разрывах кабеля состыкован со своим канальным входом второго переключателя; единый выход второго переключателя состыкован через выходной оптико-электрический преобразователь и через приемный оптический модем с блоком обработки результирующего сигнала.1. A device for monitoring the condition of large pipelines, containing a highly coherent laser connected to a pulsed modulator for generating probing optical pulses, a circulator, a fiber optic cable with live conductors for transmitting probing optical pulses through optical amplifiers in cable breaks and through the circulator to the sensor optical section and a fiber optic cable with live conductors for reverse transmission of the reflected scattered optical signal from the sensor optical often through the circulator and through the optical amplifiers in the cable breaks further to the signal receiver, the received signal processing unit, characterized in that the pulse modulator is optical and located after the laser, and after the modulator an optical switch of N channels is installed and the same second optical switch of N channels is installed for the reverse transmission of reflected scattered optical signals, while both switches have the ability to control the synchronous switching of their channels from a common control system For switching from the device operator’s console or the automatic control device, each pair of switch channels used is connected to its own separate unified channel part containing a channel fiber optic cable with current-carrying conductors for transmitting probe optical pulses through channel optical amplifiers and a channel circulator to the channel optical sensor section and channel fiber optic cable with live conductors for reverse transmission of reflected scattered matic channel signal from the sensor portion of the optical circulator through the channel and the channel optical amplifiers; a channel sensor optical section is connected at one end to a channel circulator and is located along its pipe section; there is also a channel series circuit of elements for the passage and conversion of the backscattered optical channel signal, consisting of a circulator, an optical amplifier, an optical-electric converter, an analog-to-digital converter, and a transmitting optical modem, the output of this chain through a fiber-optic cable with current-carrying conductors and optical amplifiers in cable breaks are docked with its channel input of the second switch; the single output of the second switch is docked through the output optoelectric converter and through the receiving optical modem with the processing unit of the resulting signal. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что часть устройства, состоящая из лазера, импульсного оптического модулятора, двух N-канальных оптических переключателей с системой управления синхронного переключения каналов, выходного оптико-электрического преобразователя, приемного оптического модема и блока обработки результирующего сигнала, имеет возможность расположения на большом расстоянии от трубопровода, а часть устройства, состоящая из унифицированной канальной последовательной цепочки элементов и канального сенсорного оптического участка, расположена вблизи и вдоль контролируемого участка трубопровода, эти части связаны длинными волоконно-оптическими кабелями с токоведущими жилами и с оптическими усилителями в разрывах кабелей.2. The device according to claim 1, characterized in that the part of the device consisting of a laser, a pulsed optical modulator, two N-channel optical switches with a synchronous channel switching control system, an output optical-electrical converter, a receiving optical modem and a processing unit of the resulting signal has the ability to be located at a great distance from the pipeline, and part of the device, consisting of a unified channel sequential chain of elements and a channel optical sensor About the site, located near and along the controlled section of the pipeline, these parts are connected by long fiber-optic cables with live conductors and with optical amplifiers in cable breaks. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что единый размер длины канального сенсорного оптического участка и соответственно практически такой же длины контролируемого участка трубопровода определяется по математической формуле: Lчувст.уч=с/(2·f·n), где Lчувст.уч - длина чувствительного участка (км), с - скорость света (300 000 км/с), f - частота следования зондирующих оптических импульсов (Гц), n - показатель преломления сенсорного оптического волокна.3. The device according to claim 1, characterized in that the single size of the length of the channel optical sensor section and, accordingly, practically the same length of the monitored section of the pipeline is determined by the mathematical formula: L sens.uc = s / (2 · f · n), where L chuvst.uch - length of the sensitive section (km), s - speed of light (300,000 km / s), f - repetition rate of probing optical pulses (Hz), n - refractive index of the sensor optical fiber. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что число используемых каналов оптических переключателей определятся отношением общей контролируемой длины трубопровода к единому размеру длины одного контролируемого участка.4. The device according to claim 3, characterized in that the number of optical switch channels used is determined by the ratio of the total monitored length of the pipeline to a single dimension of the length of one monitored section. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждая унифицированная канальная последовательная цепочка элементов и каждый оптический усилитель уложены в отдельных малогабаритных гильзах.5. The device according to claim 1, characterized in that each unified channel sequential chain of elements and each optical amplifier are stacked in separate small-sized sleeves. 6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что для мониторинга подводных трубопроводов гильзы выполнены герметичными, с возможностью выдерживания высоких давлений воды, соответствующих глубинам расположения подводных трубопроводов, и с возможностью свободного прохода вместе со своими внешними кабелями через соответствующие отверстия в стандартном корабельном оборудовании для укладки подводных кабелей. 6. The device according to claim 5, characterized in that for monitoring the underwater pipelines, the sleeves are sealed, with the ability to withstand high water pressures corresponding to the depths of the underwater pipelines, and with the possibility of free passage along with their external cables through the corresponding holes in standard ship equipment for laying underwater cables.
RU2013157290/28A 2013-12-24 2013-12-24 Apparatus for monitoring state of long pipelines, including underwater pipelines RU2549540C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013157290/28A RU2549540C1 (en) 2013-12-24 2013-12-24 Apparatus for monitoring state of long pipelines, including underwater pipelines

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013157290/28A RU2549540C1 (en) 2013-12-24 2013-12-24 Apparatus for monitoring state of long pipelines, including underwater pipelines

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2549540C1 true RU2549540C1 (en) 2015-04-27

Family

ID=53289783

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013157290/28A RU2549540C1 (en) 2013-12-24 2013-12-24 Apparatus for monitoring state of long pipelines, including underwater pipelines

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2549540C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109708742A (en) * 2018-12-27 2019-05-03 广东电网有限责任公司佛山供电局 Distributed optical fiber vibration sensing system and its control method based on feature extraction

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2287131C1 (en) * 2005-09-06 2006-11-10 Общество с ограниченной ответственностью "ПетроЛайт" Method for monitoring status of extensive objects, primarily, product lines, and device for realization of said method
WO2010136809A2 (en) * 2009-05-27 2010-12-02 Silixa Ltd Optical sensor and method of use
JP2011017652A (en) * 2009-07-10 2011-01-27 Neubrex Co Ltd Distributed type optical fiber pressure sensor system
WO2011103290A2 (en) * 2010-02-18 2011-08-25 US Seismic Systems, Inc. Fiber optic pipeline monitoring systems and methods of using the same
RU134320U1 (en) * 2013-06-27 2013-11-10 Общество с ограниченной ответственностью "ПетроЛайт" TEMPERATURE PROFILE MONITORING DEVICE ALONG PIPELINE SYSTEMS

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2287131C1 (en) * 2005-09-06 2006-11-10 Общество с ограниченной ответственностью "ПетроЛайт" Method for monitoring status of extensive objects, primarily, product lines, and device for realization of said method
WO2010136809A2 (en) * 2009-05-27 2010-12-02 Silixa Ltd Optical sensor and method of use
JP2011017652A (en) * 2009-07-10 2011-01-27 Neubrex Co Ltd Distributed type optical fiber pressure sensor system
WO2011103290A2 (en) * 2010-02-18 2011-08-25 US Seismic Systems, Inc. Fiber optic pipeline monitoring systems and methods of using the same
RU134320U1 (en) * 2013-06-27 2013-11-10 Общество с ограниченной ответственностью "ПетроЛайт" TEMPERATURE PROFILE MONITORING DEVICE ALONG PIPELINE SYSTEMS

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109708742A (en) * 2018-12-27 2019-05-03 广东电网有限责任公司佛山供电局 Distributed optical fiber vibration sensing system and its control method based on feature extraction
CN109708742B (en) * 2018-12-27 2021-06-04 广东电网有限责任公司佛山供电局 Distributed optical fiber vibration sensing system based on feature extraction and control method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11333573B2 (en) Noise management for optical time delay interferometry
Lv et al. On-line monitoring system of 35 kV 3-core submarine power cable based on φ-OTDR
CA2858784C (en) Location and monitoring of undersea cables
CN107101658B (en) Phase sensitive optical time domain reflection distributed optical fiber sensing system method for rapidly positioning
CN108303626B (en) Partial discharge ultrasonic measurement system and method based on distributed optical fiber sensing array
CN201876348U (en) Tunable optical time domain reflectometer
CN102809421A (en) Multi-point localizable distribution-type optical-fiber vibration sensor based on polarization-state differential detection
He et al. Fiber-optic distributed acoustic sensors (DAS) and applications in railway perimeter security
CN104596576A (en) Optical fiber temperature sensing and vibration sensing collineation fusion system and monitoring method
JP3147616B2 (en) Distributed waveguide sensor
WO2023091536A1 (en) Impulse signal detection for buried cable protection using distributed fiber optic sensing
KR20180134573A (en) optical fiber distributed detector for simultaneous detecting radiation and vibration
RU2532562C1 (en) Distributed sensor of acoustic and vibration actions
US20230375378A1 (en) Fibre Optic Sensing
RU2549540C1 (en) Apparatus for monitoring state of long pipelines, including underwater pipelines
RU2287131C1 (en) Method for monitoring status of extensive objects, primarily, product lines, and device for realization of said method
Gao et al. Full distributed fiber optical sensor for intrusion detection in application to buried pipelines
CN202547602U (en) Explosion-proof grating displacement transducer
JP7238507B2 (en) Vibration detection optical fiber sensor and vibration detection method
RU2695058C1 (en) Multichannel fiber-optic device for recording vibration effects with one receiving registration module
JP7077887B2 (en) Vibration detection Optical fiber sensor and vibration detection method
CN103763021A (en) Coherence optical time domain reflectometer measuring method and reflectometer device
RU2639927C1 (en) Method of acoustic detection and localization of knot holes in the trunk gas pipelines and control of state of insulators and disconnectors of overhead line of cathodic protection of pipelines and system for its implementation
CN108337044B (en) High-sensitivity optical cable census device and method based on white light interference
Fan et al. Foresight on Real-Time Monitoring System for Submarine Optical Fiber Cables Based on Fiber Sensing Technology

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20201225