马赫-曾德尔与萨格纳克混合干涉仪的水下天然气管道泄漏检测实验

本文档探讨了一种创新的分布式光纤泄漏检测系统，该系统利用了马赫-曾德尔(Mach-Zehnder, M-Z)和萨格纳克(Sagnac)混合干涉仪原理。这种技术在水下天然气管道的监测中具有重要意义，因为它能够在复杂的水下环境中实现高效、精确的泄漏检测和定位。 系统的核心原理是通过光纤将光信号传播到管道沿线，当泄漏发生时，泄漏处的微小变化会导致光信号的相位差，从而在混合干涉仪中形成可识别的干涉模式。M-Z干涉仪负责测量光信号的相位变化，而Sagnac干涉仪则提供了额外的空间信息，有助于提高定位精度。 在实验设计中，研究者在空气和水下两种环境中进行了对比实验，分别在法拉第旋转镜距离泄漏点4025米、7043米和9050米处进行，旨在考察环境因素对检测性能的影响。值得注意的是，他们特别关注了在7043米处重复20次实验，以评估系统的稳定性和精确度。结果显示，水下环境中，由于水中介质的特性，干涉信号的频谱强度较高且频带较宽，这可能提高了信号的敏感性。 实验数据表明，随着泄漏点远离法拉第旋转镜，系统的绝对误差逐渐增大，这可能是由于信号衰减和环境干扰造成的。然而，即使在相对较大的距离（如0.5 MPa的压力和2.5 mm的孔径），系统依然能够检测到泄漏并准确定位，平均相对定位误差仅为1.44%，显示出良好的性能。 这篇论文不仅介绍了分布式光纤泄漏检测系统的原理和应用，还提供了实际实验验证的结果，这对于优化水下天然气管道的安全监控具有重要的实践价值。它展示了光纤光学技术在复杂环境下的可靠性和精度，对于未来能源基础设施的维护和保护具有指导意义。