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　　摘要：近幾年來，我國的油氣管道頻頻遭遇非法侵入，打孔盜油事件屢有發生，造成了巨大的經濟損失和環境污染，所以目前迫切需要一種可以提前預警并可以精確定位的檢測系統。目前，澳大利亞 FFT 公司采用目前世界唯一的、獨家擁有的光纖傳感技術和數據采集、分析裝置，專門為油氣管道研制了光纖管道安全防御系統，該系統不間斷、實時地采集來自管道周邊 10 米范圍內、對管道構成威脅的行為所產生的各類震動，位移，監測管道運行狀況，并可以利用已有的通訊方式構成通信網絡，實現一個實時性、可精確定位的防止第三方干擾的檢測系統。該系統已經成功地應用于美國 New York Gas Group 和印度尼西亞的 Gulf Resources Ltd 的長輸管道上，取得了理想的效果。

    長期以來，管道運輸業為維護油氣管道的完整性和防止第三方破壞投入了巨大的人力和財力，但是管道保護的形勢卻顯得日趨急迫。對此各級政府和社會各界也非常關注，從專項立法到具體防范、輿論宣傳、專項治理等方面都做了大量的工作，然而專門針對油氣管道的破壞、對輸送介質的偷盜行為依然經常發生。目前這種局面的產生，在一定程度上是由于技術防范的滯后，我們不能在管道被破壞之前發現和檢測到這種危害，而原有的檢測技術大多只能在管道已破壞，輸送介質已經損失的事后才能發現。這種事后檢測技術屬于 " 亡羊補牢 " ，不能避免損失的發生，因此可以說在管道的安防方面，管道運營商處于十分被動的地位。如果有一種技術能夠在對管道造成破壞之前，提前檢測出破壞行為的威脅并及時告警，給業主留有足夠的時間來制止破壞行為的話，就會給管道運輸業扭轉當前被動局面，減少損失帶來希望。最近，一項剛剛在世界油氣儲運界得到應用和認可新技術 —— 光纖傳感技術的開發和應用給管道安全防范帶來了新的希望，它能夠對管道安全構成的威脅行為進行早期監測、定位和預警。

    由澳大利亞 Future Fibre Technologies 公司 （FFT） 開發和研制的光纖管道安全防御系統（ FFT Secure PipeTM ）在油氣儲運領域的應用受到了世界各國油氣儲運業的極大關注。管道人安全自動化系統有限公司在引進該項技術和產品的同時，經 FFT 公司授權，對該技術進行了二次開發工作，使操作界面更加友好，定位更準確，誤報率更低，更適應中國運輸管道的實際情況和要求。

    光纖作為信息傳送的載體已經有 30 多年的歷史，光纖傳感技術的開發和利用也有了長足的發展。但是，在國內，目前還停留在光柵光纖傳感技術的階段，雖然在不少應用領域也取得了很好的效果，但由于光柵光纖傳感技術自身的局限性使其在管道運輸領域的應用受到嚴重制約。而利用現有的與管道同溝鋪設的普通通訊光纜來作為傳感器是 FFT  Secure PipeTM 技術的優勢所在，其核心技術是光纖振動傳感器，而不必對光纖進行特殊處理（如加刻光柵），在整根光纜上不作任何加工或改造，只需利用其中的三根光纖（見圖一）在 60 公里間距的光纖兩頭接上控制器和傳感器即可。

    目前大多數的分布式光纖傳感技術只能監控溫度，少數能夠準確定位干擾位置和區域，簡單地檢測、警報，有時能夠驗證事件的發生。而且只能進行靜態或參數變化很少的監控，受限于測量非常窄并且低功率的光脈沖反射的傳輸時間的要求（大多數基于 OTDR 技術）。
   
    但是如果能獲得實時的、半靜態、動態的光纖及其位置的干擾信息，則取得巨大的優勢，特別是 OTDR 技術無法檢測的瞬間事件。這通過分布式傳感技術同定位技術的結合來實現。這就實現了真正的分布式傳感應用，如光纖篡改或第三方干擾的檢測，并且提供對光纖附近或與光纖連接的任何結構或材料的監控（即結構完整性的監控、管道泄漏的檢測、地面監控、設備狀況監控和高安全區域的入侵檢測）。

    分布式光纖傳感技術基于獨特的光纖振動傳感器。振動傳感器提供簡單、有效和低廉的檢測和定性技術，無論是小型還是大型，是靜態還是動態的光纜干擾，無論是光纜的哪一部分，以不干擾、直接和實時的方式進行。

    不僅如此，振動傳感器系統能夠同使用同一光纜的通信系統同時工作，使通信系統增值，并且振動傳感器系統能夠很容易地與現有的光纖網絡集成。這使得光纜本身能夠同時用于篡改警報、干擾警報和完整性監測功能。

    傳感是通過對光纖的外部干擾使用基于模態分布調制（有效改變強度）的干涉效應來實現的。該技術修正了光纖傳感器的大多數弱點，提供真正本地的、穩定的和線性的傳感。以這種方式，干擾響應成為安裝了傳感器的光纖的功能。干擾形式可以是物理移動（即壓縮（徑向或軸向）、拉伸、扭曲、振動等）或顫噪效應（即應力行波或聲發射）。

    傳感器可以配置于任何長度的光纖，即可以進行點傳感，也可以在非常長的距離上（超過 50km ）進行分布式傳感。該技術的主要優勢之一就是能夠根據的應用變動傳感距離。這一優勢在與長距離通信系統共同工作時尤為重要。

    該技術另外一個主要特性是配置靈活性，由于該技術不受波長的約束。因此該技術可以與現有通信光纜集成，而不要求敷設新的光纜，使整體的投資性價比提高。

    該系統需要根據管線的長度增加控制器（每個控制器只可監測 60 公里長的管段，見圖二），而每個控制器的報警信息可以接入 SCADA 系統或現有的監控系統傳至報警監測中心 CAMS（Center Area 　 Monitoring System） ，操作人員根據報警定位信息進行處理，可及時采取措施中止破壞行為，使管道得以保護，免受損失。來自控制器的報警定位信息，也可以通過公共通信網、英特網甚至 GSM 網傳至任何需要的地方（見圖三）。

    本系統要求使用單模光纖（光纖結構見圖四）。光在單模光纖中傳輸除了受光纖本身的模內色散（即材料色散和波導色散）的影響外，還會受到沿著光纜在光纜近處的各種振動、位移、應力應變的影響，這些影響最終導致光波的振幅、波長和傳播速度發生變化，該系統將這些信息收集起來并進行處理，就會了解這束光從進入光纖到走完這段光纖（ 60 公里長）沿途所碰到的各種情況，如在這些情況中出現大型施工機械在光纜附近作業并已危及光纜（管道）安全時或有第三方有意挖掘破壞已接近光纜（管道）時，本系統就會做出報警并對危害點準確定位（在 60 公里管段內，定位精度為± 50 米）。

    本系統由 FFT Micro strain/Locater Sensors （包括激光收發模塊）、 NI Data acquisition （數據處理板）和專用 Locater DAQ 號處理板等專門裝置和專利技術組成。檢測原理是利用激光的干涉現象。由外界影響光纜近處的振動、位移、應力變化等都將改變光波在光纖中傳輸的條件，從而改變了光波的幅度（強度），波長和傳送速度等參數。利用兩根光纖傳輸同一光時，在某些條件下會產生干涉現象，收集該光的干涉結果而進行處理會得到光在這段光程中所受的影響及影響的程度。而第三根光纖（見圖一）即可計算出產生影響的地點與始端之間的距離，從而對施加影響地點進行精確定位。而光和光纜不受電磁和雷電的影響，同時，該系統是采用無源傳感裝置，而光纜本身具有防化學、耐腐蝕的特性，使這個系統安全可靠、經久耐用。
   
    系統配置：
   
    標準硬件配置（工作環境溫度要求 20 ℃± 5 ℃）
   
    主機：雙 CPU 1G 以上，硬盤 20G 以上，內存 256M ， PC-133 ， 50X 光驅， 10/100Base 網卡
光 / 電轉換卡
   
    激光發射器
   
    專用數據采集卡
   
    定位器軟件
   
    專有光纖傳感技術
   
    微應變傳感器技術
   
    定位器傳感技術
   
    圖形用戶界面 / 集線器管理接口（ GUI/HMI ）
   
    中央報警監控系統軟件（ CAMS ）
   
    報警信號由安全防御系統產生；
   
    確定報警系統并顯示報警位置；
   
    在矩陣圖上顯示報警位置（如：示意圖、電子地圖、衛星航拍高清晰度管道沿線圖等）；
   
    激活具有報警、定位和數據的信息處理器；

    向用戶系統發送信息，如： SCADA ， SMS 等；
   
    直接與相關系統接口，如：打印機，短信息手機等；

    網絡監控與遙控終端；
       
    記錄系統所有有效報警事件；
   
    注： CAMS 允許用戶同時監控多個工作系統，并將產生的報警輸出信號與多種系統接口，如： SCADA 、 PLC 或 DCS 等。
   
    檢測原理：激光干涉原理
   
    傳感光纜：三芯單模光纖
   
    傳感長度：（光纖及熔接質量將直接影響傳感器的長度）

    單位最大長度 ——60KM （無光放大器）
   
    頻率響應范圍： 1HZ——100KHZ ，線性± 1.0% （可根據用戶定制）
   
    響應時間：瞬間
   
    用戶可調濾波器帶寬；視具體使用環境而定

    用戶可調檢測門限：電平，幅度，頻率，持續時間；

    用戶可調報警門限：幅度，頻率，持續時間；
   
    報警靈敏度設定：白天，傍晚，深夜 （ 基于不同時間 ） ；
   
    光纖折斷報警；