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Detection of leak-induced pipeline vibrations using fiber-optic distributed acoustic sensing

  • In the presented work, the potential of fiber-optic distributed acoustic sensing (DAS) for detection of small gas pipeline leaks (<1%) is investigated. Helical wrapping of the sensing fiber directly around the pipeline is used to increase the system sensitivity for detection of weak leak-induced vibrations. DAS measurements are supplemented with reference accelerometer data to facilitate analysis and interpretation of recorded vibration signals. The results reveal that a DAS system using direct fiber application approach is capable of detecting pipeline natural vibrations excited by the broadband noise generated by the leaking medium. In the performed experiment, pipeline vibration modes with acceleration magnitudes down to single ug were detected. Simple leak detection approach based on spectral integration of time-averaged DAS signals in frequency domain was proposed. Potential benefits and limitations of the presented monitoring Approach were discussed with respect to its practicalIn the presented work, the potential of fiber-optic distributed acoustic sensing (DAS) for detection of small gas pipeline leaks (<1%) is investigated. Helical wrapping of the sensing fiber directly around the pipeline is used to increase the system sensitivity for detection of weak leak-induced vibrations. DAS measurements are supplemented with reference accelerometer data to facilitate analysis and interpretation of recorded vibration signals. The results reveal that a DAS system using direct fiber application approach is capable of detecting pipeline natural vibrations excited by the broadband noise generated by the leaking medium. In the performed experiment, pipeline vibration modes with acceleration magnitudes down to single ug were detected. Simple leak detection approach based on spectral integration of time-averaged DAS signals in frequency domain was proposed. Potential benefits and limitations of the presented monitoring Approach were discussed with respect to its practical applicability. We demonstrated that the approached is potentially capable of detection and localization of gas pipeline leaks with leak rates down to 0.1% of the pipeline flow volume and might be of interest for monitoring of short- and medium-length gas pipelines.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:Pavol Stajanca, Sebastian Chruscicki, Tobias Homann, Stefan Seifert, Dirk Schmidt, Abdel Karim Habib
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Sensors
Jahr der Erstveröffentlichung:2018
Organisationseinheit der BAM:2 Prozess- und Anlagensicherheit
2 Prozess- und Anlagensicherheit / 2.1 Sicherheit von Energieträgern
8 Zerstörungsfreie Prüfung
8 Zerstörungsfreie Prüfung / 8.4 Akustische und elektromagnetische Verfahren
8 Zerstörungsfreie Prüfung / 8.6 Faseroptische Sensorik
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:MDPI
Jahrgang/Band:18
Ausgabe/Heft:9
Erste Seite:2841, 1
Letzte Seite:18
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurbau
Freie Schlagwörter:DAS; DVS; Distributed acoustic sensing; Distributed vibration sensing; Fiber-optic sensors; Leak detection; Pipeline monitoring; Pipeline vibrations
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Infrastruktur
DOI:10.3390/s18092841
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-457953
URL:http://www.mdpi.com/1424-8220/18/9/2841
ISSN:1424-8220
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:28.08.2018
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:31.08.2018
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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