一种光纤管道砂粒特征信息监测方法及系统与流程

技术特征：
1.一种光纤管道砂粒特征信息监测方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在水流撞击管壁时，对光纤中的背向散射光进行解调，得到水流撞击管壁时域特征t1及水流撞击管壁功率谱特征p1，并得到水流撞击管壁背景噪声能量e
w
；(2)在砂-水混合物撞击管壁时，对光纤中的背向散射光进行解调，得到砂-水混合物撞击管壁时域特征t2及砂-水混合物撞击管壁功率谱特征p2，并得到砂-水混合物撞击管壁噪声能量e
sw
；(3)分别根据水流撞击管壁功率谱特征p1、砂-水混合物撞击管壁功率谱特征p2，得到管道内水流撞击管壁的频带范围[f
w1
～f
w2
]、砂-水混合物撞击管壁频带范围[f
sw1
～f
sw2
]；(4)从砂-水混合物撞击管壁频带范围[f
sw1
～f
sw2
]内动态滤除水流撞击管壁频带范围[f
w1
～f
w2
]，得到砂粒撞击管壁频带范围[f
s1
～f
s2
]，并对其进行反傅里叶变换得到砂粒撞击管壁时域特征t3；(5)从砂粒撞击频带管壁频带范围[f
s1
～f
s2
]与水流撞击管壁的频带范围[f
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～f
w2
]内选取频带范围[f
w11
～f
w22
]作为实验水流特征频带；(6)从砂-水混合物撞击管壁噪声能量e
sw
中滤除水流撞击管壁背景噪声能量e
w
，并结合管道流速信息、不同砂粒粒径撞击标定能量得到管道内砂-水混合物中砂粒粒径特征；(7)对实验水流特征频带[f
w11
～f
w22
]进行反傅里叶变换得到实验水流时域特征t4，依据实验水流时域特征t4动态调整寻峰阈值；(8)将上述实验水流时域特征t4得到的寻峰阈值作为参考峰值，并对砂粒撞击管壁时域特征t2进行寻峰处理，并依据超过寻峰阈值的峰值数得到管道内砂粒浓度信息。2.如权利要求1所述的光纤管道砂粒特征信息监测方法，其特征在于，水流撞击管壁背景噪声能量为：其中，t1为水流撞击管壁时域特征，t
→
∞。3.如权利要求1所述的光纤管道砂粒特征信息监测方法，其特征在于，砂-水混合物撞击管壁背景噪声能量为：其中，t2为砂-水混合物撞击管壁时域特征，t
→
∞。4.如权利要求1所述的光纤管道砂粒特征信息监测方法，其特征在于，寻峰阈值选取标准为依据实验水流时域特征t3的最大、最小值分别作为寻峰阈值的上下限。5.一种光纤管道砂粒特征信息监测系统，其特征在于，包括分布式声波传感子系统(1)、砂粒特征识别子系统(2)以及敷设于管道上的光纤(3)，所述分布式声波传感子系统(1)用于将信号光注入光纤(3)，以及探测从光纤(3)中产生的背向散射光，光纤(3)不同位置处散射的信号光之间会发生干涉，管道内水流撞击管壁、砂水混合物撞击管壁时会引起干涉光相位波动，进而引起分布式声波传感子系统(1)所接收的背向散射光强度也会随之波动；所述分布式声波传感子系统(1)用于在水流撞击管壁时，对光纤中的背向散射光进行解调，得到水流撞击管壁时域特征t1、水流撞击管壁功率谱特征p1、水流撞击管壁背景噪声
能量e
w
；在砂-水混合物撞击管壁时，对光纤中的背向散射光进行解调，得到砂-水混合物撞击管壁时域特征t2、砂-水混合物撞击管壁功率谱特征p2、砂-水混合物撞击管壁噪声能量e
sw
；所述砂粒特征识别子系统(2)用于对上述时域特征、功率谱特征、噪声能量特征行分析处理，识别砂粒特征信息。6.如权利要求5所述的一种光纤管道砂粒特征信息监测系统，其特征在于，所述砂粒特征识别子系统(2)包括砂粒频谱特征识别模块、差分滤波模块、阈值寻峰模块、预警模块；所述砂粒频谱特征识别模块用于根据水流撞击管壁功率谱特征p1、砂-水混合物撞击管壁功率谱特征p2，得到管道内水流撞击管壁的频带范围[f
w1
～f
w2
]、砂-水混合物撞击管壁频带范围[f
sw1
～f
sw2
]；所述差分滤波模块用于从砂-水混合物撞击管壁频带范围[f
sw1
～f
sw2
]内动态滤除水流撞击管壁的频带范围[f
w1
～f
w2
]，得到砂粒撞击管壁频带范围[f
s1
～f
s2
]，并对其进行反傅里叶变换得到砂粒撞击管壁时域特征t3；从砂粒撞击频带[f
s1
～f
s2
]，从水流撞击管壁的频带范围[f
w1
～f
w2
]内选取频带范围[f
w11
～f
w22
]作为实验水流特征频带，对实验水流特征频带[f
w11
～f
w22
]进行反傅里叶变换得到实验水流时域特征t4；从砂-水混合物撞击管壁噪声能量e
sw
中滤除水流撞击管壁背景噪声能量e
w
，并结合管道流速、不同砂粒粒径撞击标定能量得到管道内砂-水混合物中砂粒粒径特征；所述阈值寻峰模块用于将上述实验水流时域特征t4得到的寻峰阈值作为参考阈值，并对砂粒撞击管壁时域特征t2进行寻峰处理，并依据超过寻峰阈值的峰值数得到管道内砂粒浓度信息。7.如权利要求5所述的一种光纤管道砂粒特征信息监测系统，其特征在于，所述光纤(3)为一种纤芯材料中通过光刻写技术形成的周期性后向散射增强单元。8.如权利要求5所述的一种光纤管道砂粒特征信息监测系统，其特征在于，还包括预警模块，所述预警模块将超过寻峰阈值的峰值数信息、砂-水混合物中砂粒粒径特征发送到预警模块，预警模块根据管道尺寸规格，对超出规定浓度范围、规定粒径的砂粒特征信息进行预警处理。

技术总结
本发明公开了一种光纤管道砂粒特征信息监测方法及系统，属于分布式声波传感系统领域。系统包括：分布式声波传感子系统、砂粒特征识别子系统以及敷设于管道上的光纤；分布式声波传感子系统用于将信号光注入光纤，并探测从光纤中产生的背向散射光，得到水流、砂水混合物撞击管壁时域特征、功率谱特征、背景噪声能量。砂粒特征识别子系统根据分布式声波传感子系统获得的特征信息判断管道砂粒信息，并进一步实现管道内砂粒粒径、浓度信息的监测及预警。光纤用于传输信号光并产生携带管道内砂粒信息的背向散射光。本发明能同时实现管道内砂粒粒径、浓度的高灵敏度、高保真监测及实时预警，是一种分布式、实时在线、非侵入式管道砂粒特征信息监测方法。特征信息监测方法。特征信息监测方法。


技术研发人员：闫志君 闫宝强 张克清 贺韬 张世雄 孙琪真 刘德明
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：2021.09.16
技术公布日：2022/1/14