近日，大阳城集团娱乐app网址下载2022联合南京大学、内蒙古电力勘测设计院有限责任公司、北京湜沅科技有限公司，于2023年6月发表在《光电子技术》期刊的论文“一种融合Φ-OTDR和MZI的PCCP断丝监测系统”，获得2023年度《光电子技术》期刊优秀论文奖。大阳城集团娱乐app网址下载2022工程师赵世松、张道为该论文的共作者。
图1 论文首页
为了解决水资源时空分布不均匀的困境，我国目前正在兴建一系列大规模引调水工程。预应力钢筒混凝土管(PCCP)因其强度高、抗震好、防渗漏等优点，被广泛应用在长距离输水管道的建设中。但是随着服役年限的增加，PCCP管道存在预应力钢丝断裂的现象，积累到一定程度便有可能诱发爆管事故，因而迫切需要对PCCP断丝进行实时在线监测。分布式光纤传感技术将整段光纤作为传感器件，能够实现对数十km范围内光纤沿线任意位置处微弱扰动的高灵敏探测与精准定位，其相较于传统的监测技术具有连续分布式、监测距离长、信号畸变低、便于大规模组网、环境适应性强等优势。且传感光缆可以带水布设，解调仪器仅需单端接入，便于传感系统在现场的安装部署。结合模式识别算法，该系统能够可靠地对具有爆管风险的PCCP管节提前发出预警。因此无论是面向新建还是在役管线，该技术均能够很好地胜任，在PCCP断丝监测上有着广阔的应用前景。
然而长期以来，仅有西方发达国家少数企业掌握该项技术，且需回传监测数据至境外分析。在近年的国际大背景下，将涉及民生、工业的核心水务数据发送到国外，势必造成敏感信息泄露的风险，威胁国家安全。因此这种数据采集与分析均委托于国外公司的模式，在相当长的可预见时间段内都势必难以维系，大型水利设施上的国产化技术替代已迫在眉睫。在此背景下，大阳城集团娱乐app网址下载2022与合作单位北京水科院、北京湜沅科技有限公司共同承担了“南水北调干线PCCP断丝监测国产化技术试验项目”。提出了一种融合Φ-OTDR和MZI的PCCP断丝监测系统，能够实现高定位精度和宽测频范围的振动测量，且优化后的IQ解调方法能够极大地减小数据运算量。经过实验结果证明，该系统的测量距离不低于20 km，频率响应不低于20 kHz，空间定位误差在±2 m以内，满足PCCP管道断丝监测的需求，为未来PCCP管道断丝监测的工程应用提供了可靠的技术手段。
图2 PCCP管道断丝监测系统示意图
该系统已实地应用于南水北调工程中线北京段管线，监测管道长度为16.7 km，监测总时长接近2年。2023年该项目通过验收鉴定，专家委员会认为：“该设备经过实地测试，设备系统稳定，功能、参数基本满足PCCP断丝声（振动）监测需求，软件扩展性较好，界面友好，性能满足使用要求。” 尤其需要指出的是，在满足PCCP断丝监测需求的前提下，由项目组与合作单位打造的基于分布式光纤传感的PCCP断丝监测系统享有完全的国内自主知识产权，核心元器件实现了100%国产化，所有数据处理均在国内的受控条件下完成，打破了国外监测系统针对断丝监测领域的垄断，规避了产生的数据安全问题。
图3 获奖荣誉证书
该项工作得到国家自然科学基金项目（U2001601，62175100，61975076）、中央高校基本科研业务费（0213-14380202）和深圳市科技创新基金（YFJGJS1.0）的资助。
