近日，我司聯合南京大學、內蒙古電力勘測設計院有限責任公司、北京湜沅科技有限公司，于2023年6月發表在《光電子技術》期刊的論文“一種融合Φ-OTDR和MZI的PCCP斷絲監測系統”，獲得2023年度《光電子技術》期刊優秀論文獎。我司工程師趙世松、張道為該論文的共作者。
圖1 論文首頁
為了解決水資源時空分布不均勻的困境，我國目前正在興建一系列大規模引調水工程。預應力鋼筒混凝土管(PCCP)因其強度高、抗震好、防滲漏等優點，被廣泛應用在長距離輸水管道的建設中。但是隨著服役年限的增加，PCCP管道存在預應力鋼絲斷裂的現象，積累到一定程度便有可能誘發爆管事故，因而迫切需要對PCCP斷絲進行實時在線監測。分布式光纖傳感技術將整段光纖作為傳感器件，能夠實現對數十km范圍內光纖沿線任意位置處微弱擾動的高靈敏探測與精準定位，其相較于傳統的監測技術具有連續分布式、監測距離長、信號畸變低、便于大規模組網、環境適應性強等優勢。且傳感光纜可以帶水布設，解調儀器僅需單端接入，便于傳感系統在現場的安裝部署。結合模式識別算法，該系統能夠可靠地對具有爆管風險的PCCP管節提前發出預警。因此無論是面向新建還是在役管線，該技術均能夠很好地勝任，在PCCP斷絲監測上有著廣闊的應用前景。
然而長期以來，僅有西方發達國家少數企業掌握該項技術，且需回傳監測數據至境外分析。在近年的國際大背景下，將涉及民生、工業的核心水務數據發送到國外，勢必造成敏感信息泄露的風險，威脅國家安全。因此這種數據采集與分析均委托于國外公司的模式，在相當長的可預見時間段內都勢必難以維系，大型水利設施上的國產化技術替代已迫在眉睫。在此背景下，我司與合作單位北京水科院、北京湜沅科技有限公司共同承擔了“南水北調干線PCCP斷絲監測國產化技術試驗項目”。提出了一種融合Φ-OTDR和MZI的PCCP斷絲監測系統，能夠實現高定位精度和寬測頻范圍的振動測量，且優化后的IQ解調方法能夠極大地減小數據運算量。經過實驗結果證明，該系統的測量距離不低于20 km，頻率響應不低于20 kHz，空間定位誤差在±2 m以內，滿足PCCP管道斷絲監測的需求，為未來PCCP管道斷絲監測的工程應用提供了可靠的技術手段。
圖2 PCCP管道斷絲監測系統示意圖
該系統已實地應用于南水北調工程中線北京段管線，監測管道長度為16.7 km，監測總時長接近2年。2023年該項目通過驗收鑒定，專家委員會認為：“該設備經過實地測試，設備系統穩定，功能、參數基本滿足PCCP斷絲聲（振動）監測需求，軟件擴展性較好，界面友好，性能滿足使用要求。” 尤其需要指出的是，在滿足PCCP斷絲監測需求的前提下，由項目組與合作單位打造的基于分布式光纖傳感的PCCP斷絲監測系統享有完全的國內自主知識產權，核心元器件實現了100%國產化，所有數據處理均在國內的受控條件下完成，打破了國外監測系統針對斷絲監測領域的壟斷，規避了產生的數據安全問題。
圖3 獲獎榮譽證書
該項工作得到國家自然科學基金項目（U2001601，62175100，61975076）、中央高?；究蒲袠I務費（0213-14380202）和深圳市科技創新基金（YFJGJS1.0）的資助。
