摘要：近幾年來(lái)，我國(guó)的油氣管道頻頻遭遇非法侵入，打孔盜油事件屢有發(fā)生，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境污染，所以目前迫切需要一種可以提前預(yù)警并可以精確定位的檢測(cè)系統(tǒng)。目前，澳大利亞 FFT 公司采用目前世界唯一的、獨(dú)家擁有的光纖傳感技術(shù)和數(shù)據(jù)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(tǒng)，該系統(tǒng)不間斷、實(shí)時(shí)地采集來(lái)自管道周邊 10 米范圍內(nèi)、對(duì)管道構(gòu)成威脅的行為所產(chǎn)生的各類震動(dòng)，位移，監(jiān)測(cè)管道運(yùn)行狀況，并可以利用已有的通訊方式構(gòu)成通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)實(shí)時(shí)性、可精確定位的防止第三方干擾的檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)已經(jīng)成功地應(yīng)用于美國(guó) New York Gas Group 和印度尼西亞的 Gulf Resources Ltd 的長(zhǎng)輸管道上，取得了理想的效果。 長(zhǎng)期以來(lái)，管道運(yùn)輸業(yè)為維護(hù)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(cái)力，但是管道保護(hù)的形勢(shì)卻顯得日趨急迫。對(duì)此各級(jí)政府和社會(huì)各界也非常關(guān)注，從專項(xiàng)立法到具體防范、輿論宣傳、專項(xiàng)治理等方面都做了大量的工作，然而專門針對(duì)油氣管道的破壞、對(duì)輸送介質(zhì)的偷盜行為依然經(jīng)常發(fā)生。目前這種局面的產(chǎn)生，在一定程度上是由于技術(shù)防范的滯后，我們不能在管道被破壞之前發(fā)現(xiàn)和檢測(cè)到這種危害，而原有的檢測(cè)技術(shù)大多只能在管道已破壞，輸送介質(zhì)已經(jīng)損失的事后才能發(fā)現(xiàn)。這種事后檢測(cè)技術(shù)屬于 " 亡羊補(bǔ)牢 " ，不能避免損失的發(fā)生，因此可以說(shuō)在管道的安防方面，管道運(yùn)營(yíng)商處于十分被動(dòng)的地位。如果有一種技術(shù)能夠在對(duì)管道造成破壞之前，提前檢測(cè)出破壞行為的威脅并及時(shí)告警，給業(yè)主留有足夠的時(shí)間來(lái)制止破壞行為的話，就會(huì)給管道運(yùn)輸業(yè)扭轉(zhuǎn)當(dāng)前被動(dòng)局面，減少損失帶來(lái)希望。最近，一項(xiàng)剛剛在世界油氣儲(chǔ)運(yùn)界得到應(yīng)用和認(rèn)可新技術(shù) —— 光纖傳感技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用給管道安全防范帶來(lái)了新的希望，它能夠?qū)艿腊踩珮?gòu)成的威脅行為進(jìn)行早期監(jiān)測(cè)、定位和預(yù)警。 由澳大利亞 Future Fibre Technologies 公司 （FFT） 開(kāi)發(fā)和研制的光纖管道安全防御系統(tǒng)（ FFT Secure PipeTM ）在油氣儲(chǔ)運(yùn)領(lǐng)域的應(yīng)用受到了世界各國(guó)油氣儲(chǔ)運(yùn)業(yè)的極大關(guān)注。管道人安全自動(dòng)化系統(tǒng)有限公司在引進(jìn)該項(xiàng)技術(shù)和產(chǎn)品的同時(shí)，經(jīng) FFT 公司授權(quán)，對(duì)該技術(shù)進(jìn)行了二次開(kāi)發(fā)工作，使操作界面更加友好，定位更準(zhǔn)確，誤報(bào)率更低，更適應(yīng)中國(guó)運(yùn)輸管道的實(shí)際情況和要求。 光纖作為信息傳送的載體已經(jīng)有 30 多年的歷史，光纖傳感技術(shù)的開(kāi)發(fā)和利用也有了長(zhǎng)足的發(fā)展。但是，在國(guó)內(nèi)，目前還停留在光柵光纖傳感技術(shù)的階段，雖然在不少應(yīng)用領(lǐng)域也取得了很好的效果，但由于光柵光纖傳感技術(shù)自身的局限性使其在管道運(yùn)輸領(lǐng)域的應(yīng)用受到嚴(yán)重制約。而利用現(xiàn)有的與管道同溝鋪設(shè)的普通通訊光纜來(lái)作為傳感器是 FFT Secure PipeTM 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)所在，其核心技術(shù)是光纖振動(dòng)傳感器，而不必對(duì)光纖進(jìn)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(jiàn)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(shù)的分布式光纖傳感技術(shù)只能監(jiān)控溫度，少數(shù)能夠準(zhǔn)確定位干擾位置和區(qū)域，簡(jiǎn)單地檢測(cè)、警報(bào)，有時(shí)能夠驗(yàn)證事件的發(fā)生。而且只能進(jìn)行靜態(tài)或參數(shù)變化很少的監(jiān)控，受限于測(cè)量非常窄并且低功率的光脈沖反射的傳輸時(shí)間的要求（大多數(shù)基于 OTDR 技術(shù)）。 但是如果能獲得實(shí)時(shí)的、半靜態(tài)、動(dòng)態(tài)的光纖及其位置的干擾信息，則取得巨大的優(yōu)勢(shì)，特別是 OTDR 技術(shù)無(wú)法檢測(cè)的瞬間事件。這通過(guò)分布式傳感技術(shù)同定位技術(shù)的結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)。這就實(shí)現(xiàn)了真正的分布式傳感應(yīng)用，如光纖篡改或第三方干擾的檢測(cè)，并且提供對(duì)光纖附近或與光纖連接的任何結(jié)構(gòu)或材料的監(jiān)控（即結(jié)構(gòu)完整性的監(jiān)控、管道泄漏的檢測(cè)、地面監(jiān)控、設(shè)備狀況監(jiān)控和高安全區(qū)域的入侵檢測(cè)）。 分布式光纖傳感技術(shù)基于獨(dú)特的光纖振動(dòng)傳感器。振動(dòng)傳感器提供簡(jiǎn)單、有效和低廉的檢測(cè)和定性技術(shù)，無(wú)論是小型還是大型，是靜態(tài)還是動(dòng)態(tài)的光纜干擾，無(wú)論是光纜的哪一部分，以不干擾、直接和實(shí)時(shí)的方式進(jìn)行。 不僅如此，振動(dòng)傳感器系統(tǒng)能夠同使用同一光纜的通信系統(tǒng)同時(shí)工作，使通信系統(tǒng)增值，并且振動(dòng)傳感器系統(tǒng)能夠很容易地與現(xiàn)有的光纖網(wǎng)絡(luò)集成。這使得光纜本身能夠同時(shí)用于篡改警報(bào)、干擾警報(bào)和完整性監(jiān)測(cè)功能。 傳感是通過(guò)對(duì)光纖的外部干擾使用基于模態(tài)分布調(diào)制（有效改變強(qiáng)度）的干涉效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。該技術(shù)修正了光纖傳感器的大多數(shù)弱點(diǎn)，提供真正本地的、穩(wěn)定的和線性的傳感。以這種方式，干擾響應(yīng)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(dòng)（即壓縮（徑向或軸向）、拉伸、扭曲、振動(dòng)等）或顫噪效應(yīng)（即應(yīng)力行波或聲發(fā)射）。 傳感器可以配置于任何長(zhǎng)度的光纖，即可以進(jìn)行點(diǎn)傳感，也可以在非常長(zhǎng)的距離上（超過(guò) 50km ）進(jìn)行分布式傳感。該技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)之一就是能夠根據(jù)的應(yīng)用變動(dòng)傳感距離。這一優(yōu)勢(shì)在與長(zhǎng)距離通信系統(tǒng)共同工作時(shí)尤為重要。 該技術(shù)另外一個(gè)主要特性是配置靈活性，由于該技術(shù)不受波長(zhǎng)的約束。因此該技術(shù)可以與現(xiàn)有通信光纜集成，而不要求敷設(shè)新的光纜，使整體的投資性價(jià)比提高。 該系統(tǒng)需要根據(jù)管線的長(zhǎng)度增加控制器（每個(gè)控制器只可監(jiān)測(cè) 60 公里長(zhǎng)的管段，見(jiàn)圖二），而每個(gè)控制器的報(bào)警信息可以接入 SCADA 系統(tǒng)或現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)傳至報(bào)警監(jiān)測(cè)中心 CAMS（Center Area 　 Monitoring System） ，操作人員根據(jù)報(bào)警定位信息進(jìn)行處理，可及時(shí)采取措施中止破壞行為，使管道得以保護(hù)，免受損失。來(lái)自控制器的報(bào)警定位信息，也可以通過(guò)公共通信網(wǎng)、英特網(wǎng)甚至 GSM 網(wǎng)傳至任何需要的地方（見(jiàn)圖三）。 [align=center] [/align] 本系統(tǒng)要求使用單模光纖（光纖結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖四）。光在單模光纖中傳輸除了受光纖本身的模內(nèi)色散（即材料色散和波導(dǎo)色散）的影響外，還會(huì)受到沿著光纜在光纜近處的各種振動(dòng)、位移、應(yīng)力應(yīng)變的影響，這些影響最終導(dǎo)致光波的振幅、波長(zhǎng)和傳播速度發(fā)生變化，該系統(tǒng)將這些信息收集起來(lái)并進(jìn)行處理，就會(huì)了解這束光從進(jìn)入光纖到走完這段光纖（ 60 公里長(zhǎng)）沿途所碰到的各種情況，如在這些情況中出現(xiàn)大型施工機(jī)械在光纜附近作業(yè)并已危及光纜（管道）安全時(shí)或有第三方有意挖掘破壞已接近光纜（管道）時(shí)，本系統(tǒng)就會(huì)做出報(bào)警并對(duì)危害點(diǎn)準(zhǔn)確定位（在 60 公里管段內(nèi)，定位精度為± 50 米）。 本系統(tǒng)由 FFT Micro strain/Locater Sensors （包括激光收發(fā)模塊）、 NI Data acquisition （數(shù)據(jù)處理板）和專用 Locater DAQ 號(hào)處理板等專門裝置和專利技術(shù)組成。檢測(cè)原理是利用激光的干涉現(xiàn)象。由外界影響光纜近處的振動(dòng)、位移、應(yīng)力變化等都將改變光波在光纖中傳輸?shù)臈l件，從而改變了光波的幅度（強(qiáng)度），波長(zhǎng)和傳送速度等參數(shù)。利用兩根光纖傳輸同一光時(shí)，在某些條件下會(huì)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，收集該光的干涉結(jié)果而進(jìn)行處理會(huì)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(jiàn)圖一）即可計(jì)算出產(chǎn)生影響的地點(diǎn)與始端之間的距離，從而對(duì)施加影響地點(diǎn)進(jìn)行精確定位。而光和光纜不受電磁和雷電的影響，同時(shí)，該系統(tǒng)是采用無(wú)源傳感裝置，而光纜本身具有防化學(xué)、耐腐蝕的特性，使這個(gè)系統(tǒng)安全可靠、經(jīng)久耐用。 系統(tǒng)配置： 標(biāo)準(zhǔn)硬件配置（工作環(huán)境溫度要求 20 ℃± 5 ℃） 主機(jī)：雙 CPU 1G 以上，硬盤 20G 以上，內(nèi)存 256M ， PC-133 ， 50X 光驅(qū)， 10/100Base 網(wǎng)卡 光 / 電轉(zhuǎn)換卡 激光發(fā)射器 專用數(shù)據(jù)采集卡 定位器軟件 專有光纖傳感技術(shù) 微應(yīng)變傳感器技術(shù) 定位器傳感技術(shù) 圖形用戶界面 / 集線器管理接口（ GUI/HMI ） 中央報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)軟件（ CAMS ） 報(bào)警信號(hào)由安全防御系統(tǒng)產(chǎn)生； 確定報(bào)警系統(tǒng)并顯示報(bào)警位置； 在矩陣圖上顯示報(bào)警位置（如：示意圖、電子地圖、衛(wèi)星航拍高清晰度管道沿線圖等）； 激活具有報(bào)警、定位和數(shù)據(jù)的信息處理器； 向用戶系統(tǒng)發(fā)送信息，如： SCADA ， SMS 等； 直接與相關(guān)系統(tǒng)接口，如：打印機(jī)，短信息手機(jī)等； 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控與遙控終端； 記錄系統(tǒng)所有有效報(bào)警事件； 注： CAMS 允許用戶同時(shí)監(jiān)控多個(gè)工作系統(tǒng)，并將產(chǎn)生的報(bào)警輸出信號(hào)與多種系統(tǒng)接口，如： SCADA 、 PLC 或 DCS 等。 檢測(cè)原理：激光干涉原理 傳感光纜：三芯單模光纖 傳感長(zhǎng)度：（光纖及熔接質(zhì)量將直接影響傳感器的長(zhǎng)度） 單位最大長(zhǎng)度 ——60KM （無(wú)光放大器） 頻率響應(yīng)范圍： 1HZ——100KHZ ，線性± 1.0% （可根據(jù)用戶定制） 響應(yīng)時(shí)間：瞬間 用戶可調(diào)濾波器帶寬；視具體使用環(huán)境而定 用戶可調(diào)檢測(cè)門限：電平，幅度，頻率，持續(xù)時(shí)間； 用戶可調(diào)報(bào)警門限：幅度，頻率，持續(xù)時(shí)間； 報(bào)警靈敏度設(shè)定：白天，傍晚，深夜 （ 基于不同時(shí)間 ） ； 光纖折斷報(bào)警；