一種用于密閉儲藏裝置安全監測的光纖傳感測量系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于密閉儲藏裝置安全監測的光纖傳感測量系統，包括多個光纖集成復合傳感器探測裝置、光纖傳感信號解調儀、光源、數據采集單元和計算機，多個光纖集成復合傳感器探測裝置分布于密閉儲藏裝置中，每個光纖集成復合傳感器探測裝置包括光纖F?P溫度/壓力復合傳感器和光纖F?P增強拉曼氣體傳感器，多個光纖F?P溫度/壓力復合傳感器和多個光纖F?P增強拉曼氣體傳感器通過第一耦合器和第二耦合器分別與光源和光纖傳感信號解調儀連接，光纖傳感信號解調儀通過數據采集單元與計算機連接。具有防爆和抗干擾性能，能實現密閉儲藏裝置的長期在線安全監測，采用光纖傳感器靈敏度高，結構簡單，耐腐蝕和高溫，抗電磁干擾，安全穩定。
【專利說明】
一種用于密閉儲藏裝置安全監測的光纖傳感測量系統
技術領域
[0001]本發明涉及氣體安全監測技術領域，具體涉及一種用于密閉儲藏裝置安全監測的光纖傳感測量系統。【背景技術】
[0002]延遲焦化是煉廠提高輕質油收率和生產石油焦的主要手段，它是通過加熱裂解使渣油反應轉化為氣體，汽油、柴油、蠟油和固體產品焦炭的過程。但目前采用的除焦工藝基本為焦炭池敞開式除焦工藝，塵粉飛揚，惡臭彌散，白煙滾滾。除焦污染是困擾石化行業的共性難題，對環境造成不良影響，目前國內城市型煉廠迫切需要解決。
[0003]2015年12月2日中石化洛陽工程有限公司與鎮海煉化、洛陽澗光石化設備有限公司合作開發設計制造的世界首套全密閉除焦延遲焦化裝置在鎮海煉化成功試運行。這項蘊含著封閉式智能除焦輸送及裝儲技術等諸多創新因子的先進工藝，破解了長期困擾煉化企業的焦化裝置散發異味和粉塵污染等難題，幫助煉化企業實現了清潔生產。該裝置分為生產和儲藏兩部分，其中密閉儲藏裝置中含有大量的一氧化碳、甲烷等易燃易爆的危險氣體， 甚至一些有毒氣體，同時密閉儲藏裝置中的氣壓、溫度等參數對于密閉儲藏裝置的安全也有至關重要的影響。而目前對于這些參量只是應用了一些氣體電化學傳感器進行監測，對于裝置的長期安全監測有很大的局限性。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的技術問題是，針對現有技術存在的上述缺陷，提供了一種用于密閉儲藏裝置安全監測的光纖傳感測量系統，具有防爆和抗干擾性能，能實現密閉儲藏裝置的長期在線安全監測，采用光纖傳感器靈敏度高，結構簡單，耐腐蝕和高溫，抗電磁干擾，安全穩定。
[0005]本發明為解決上述技術問題所采用的技術方案是:
[0006]—種用于密閉儲藏裝置安全監測的光纖傳感測量系統，包括多個光纖集成復合傳感器探測裝置、光纖傳感信號解調儀、光源、數據采集單元和計算機，多個光纖集成復合傳感器探測裝置分布于密閉儲藏裝置中，每個光纖集成復合傳感器探測裝置包括光纖F-P溫度/壓力復合傳感器和光纖F-P增強拉曼氣體傳感器，多個光纖F-P溫度/壓力復合傳感器通過第一耦合器分別與光源和光纖傳感信號解調儀連接，多個光纖F-P增強拉曼氣體傳感器通過第二耦合器分別與光源和光纖傳感信號解調儀連接，光纖傳感信號解調儀通過數據采集單元與計算機連接。
[0007]按照上述技術方案，光纖集成復合傳感器探測裝置個數為4個，所述第一耦合器和第二耦合器均為2X4耦合器。
[0008]按照上述技術方案，光纖集成復合傳感器探測裝置還包括單元氣室，光纖F-P溫度/壓力復合傳感器和光纖F-P增強拉曼氣體傳感器插入到單元氣室內，光纖F-P增強拉曼氣體傳感器的正對面還設有寬帶介質反射鏡，光纖F-P增強拉曼氣體傳感器的聚焦透鏡與寬帶介質反射鏡共焦，單元氣室通過多個管道與密閉儲藏裝置連接。
[0009]按照上述技術方案，所述管道個數為2個。
[0010]按照上述技術方案，光纖傳感信號解調儀包括光纖F-P溫度/壓力復合傳感解調單元和光纖F-P增強氣體拉曼解調單元，光源包括寬帶光源和單波長高功率激光光源，光纖F-P溫度/壓力復合傳感器通過第一耦合器分別與光纖F-P溫度/壓力復合傳感解調單元和寬帶光源連接，光纖F-P增強拉曼氣體傳感器通過第二耦合器分別與光纖F-P增強氣體拉曼解調單元和單波長高功率激光光源。[〇〇11]按照上述技術方案，所述光纖傳感測量系統還包括報警單元，報警單元與計算機連接。
[0012]按照上述技術方案，所述光纖傳感測量系統還包括控制單元，控制單元與計算機連接。
[0013]按照上述技術方案，控制單元包括控制閥門和惰性氣體吹掃裝置，計算機分別與控制閥門和惰性氣體吹掃裝置連接。
[0014]本發明具有以下有益效果:
[0015]通過光纖F-P溫度/壓力復合傳感器和光纖F-P增強拉曼氣體傳感器可同時探測到密閉儲藏裝置內的溫度、壓力和氣體濃度，并將信號傳送給計算機，計算機通過傳感器監測密閉儲藏裝置內溫度、壓力或氣體濃度的變化，若溫度、壓力或氣體濃度值超出安全門限值時計算機將給出提示，通知操作人員進行處理，本系統還具有防爆和抗干擾性能，能實現密閉儲藏裝置的長期在線安全監測，采用光纖傳感器靈敏度高，結構簡單，耐腐蝕和高溫，抗電磁干擾，安全穩定。【附圖說明】
[0016]圖1是本發明實施例中用于密閉裝置安全監測的光纖傳感測量系統的原理示意圖；
[0017]圖2是本發明實施例中光纖集成復合傳感器探測裝置；
[0018]圖中，1-寬帶光源，2-光纖集成復合傳感器探測裝置，3-密閉儲藏裝置，4-光纖F-P 溫度/壓力復合傳感解調單元，5-光纖F-P增強氣體拉曼解調單元，6-單波長高功率激光光源，7-數據采集單元，8-計算機，9-報警單元，10-光纖F-P溫度/壓力復合傳感器，11-單元氣室，12-光纖F-P增強拉曼氣體傳感器，13-寬帶介質反射鏡，14-第一親合器，15-第二親合器。【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細說明。
[0020]參照圖1?圖2所示，本發明提供的一個實施例中的用于密閉儲藏裝置3安全監測的光纖傳感測量系統，包括多個光纖集成復合傳感器探測裝置2、光纖傳感信號解調儀、光源、數據采集單元7和計算機8,多個光纖集成復合傳感器探測裝置2分布于密閉儲藏裝置3 中，每個光纖集成復合傳感器探測裝置2包括光纖F-P溫度/壓力復合傳感器10和光纖F-P增強拉曼氣體傳感器12，多個光纖F-P溫度/壓力復合傳感器10通過第一耦合器14分別與光源和光纖傳感信號解調儀連接，多個光纖F-P增強拉曼氣體傳感器12通過第二耦合器15分別與光源和光纖傳感信號解調儀連接，光纖傳感信號解調儀通過數據采集單元7與計算機8連接;密閉儲藏裝置3為除焦工藝中的焦炭密閉儲藏裝置3,由于焦炭長時間密封儲藏使密閉儲藏裝置3內產生一氧化碳和甲烷等易燃易爆的氣體，這些易燃易爆的氣體的燃燒和爆炸與溫度、壓力和氣體濃度有密切關系，通過光纖F-P溫度/壓力復合傳感器10和光纖F-P增強拉曼氣體傳感器12可同時探測到密閉儲藏裝置3內的溫度、壓力和氣體濃度，并將信號傳送給計算機8,計算機8通過傳感器監測密閉儲藏裝置3內溫度、壓力或氣體濃度的變化，若溫度、壓力或氣體濃度值超出安全門限值時計算機8將給出提示，通知操作人員進行處理，本系統還具有防爆和抗干擾性能，能實現密閉儲藏裝置3的長期在線安全監測，采用光纖傳感器靈敏度高，結構簡單，耐腐蝕和高溫，抗電磁干擾，安全穩定。
[0021]進一步地，光纖集成復合傳感器探測裝置2個數為4個，所述第一耦合器14和第二親合器15均為2 X 4親合器。
[0022]進一步地，光纖集成復合傳感器探測裝置2還包括單元氣室11，光纖F-P溫度/壓力復合傳感器10和光纖F-P增強拉曼氣體傳感器12插入到單元氣室11內，光纖F-P增強拉曼氣體傳感器12的正對面還設有寬帶介質反射鏡13,光纖F-P增強拉曼氣體傳感器12的聚焦透鏡與寬帶介質反射鏡13共焦，單元氣室11通過多個管道與密閉儲藏裝置3連接;管道通過法蘭與密閉儲存裝置密閉連接，保證了整個密閉儲藏裝置3的密封性和單元氣室11的流通性， 使單元氣室11內的溫度、氣體壓力和氣體成分與密閉儲藏裝置3內一致。[〇〇23]進一步地，所述管道個數為2個。
[0024]進一步地，光纖傳感信號解調儀包括光纖F-P溫度/壓力復合傳感解調單元4和光纖F-P增強氣體拉曼解調單元5,光源包括寬帶光源1和單波長高功率激光光源6,光纖F-P溫度/壓力復合傳感器10通過第一耦合器14分別與光纖F-P溫度/壓力復合傳感解調單元4和寬帶光源1連接，光纖F-P增強拉曼氣體傳感器12通過第二耦合器15分別與光纖F-P增強氣體拉曼解調單元5和單波長高功率激光光源6。
[0025]進一步地，所述光纖傳感測量系統還包括報警單元9，報警單元9與計算機8連接， 若溫度、壓力或氣體濃度值超出安全門限值時計算機8將通過報警單元9進行報警提示。
[0026]進一步地，所述光纖傳感測量系統還包括控制單元，控制單元與計算機8連接，若溫度、壓力或氣體濃度值超出安全門限值時計算機8將通過控制單元進行自動控制，以降低燃燒和爆炸風險。
[0027]進一步地，控制單元包括控制閥門和惰性氣體吹掃裝置，計算機8分別與控制閥門和惰性氣體吹掃裝置連接；當計算機8監測到密閉儲藏裝置3內的溫度過高或壓力過大時， 計算機8控制控制閥門打開，釋放密閉儲藏裝置3中的氣體，降低溫度減少壓力，當計算機8 監測到密閉儲藏裝置3內的氣體濃度過高時，計算機8控制控制閥門打開同時控制惰性氣體吹掃裝置工作，向密閉儲藏裝置3吹掃惰性氣體，稀釋密閉儲藏裝置3的內易燃易爆氣體的濃度。[〇〇28]本發明的一個實施例中，本發明的工作原理:[〇〇29]光纖集成復合傳感器探測裝置2通過雙管道用密封法蘭安裝在密閉儲藏裝置3上， 寬帶光源1發出的光經2X4耦合器進入4個光纖集成復合傳感器探測裝置2中的光纖F-P溫度/壓力復合傳感器10,經調制后再通過2X4耦合器進入光纖F-P溫度/壓力復合傳感解調單元4，進行解調；單波長高功率激光光源6發出的光經2X4耦合器進入4個光纖集成復合傳感器探測裝置2中的光纖F-P增強拉曼氣體傳感器12,激發的拉曼光再通過2X4耦合器進入光纖F-P增強氣體拉曼傳感解調單元5，進行解調;光纖F-P溫度/壓力復合傳感解調單元4和光纖F-P增強氣體拉曼傳感解調單元5通過通訊線將得到的解調信號傳輸給數據采集單元7， 在傳輸到計算機8上，計算機8對信號處理后，將預警信號和控制信號傳輸給報警單元9與控制單元，進行安全預警和自動控制。
[0030]光纖F-P溫度/壓力復合傳感器10采用了基于傅立葉變化的相位解調方法，通過相位變化求出腔長，為了同時測量溫度和壓力信號，信號解調時通過傅里葉變換分別得到溫度和壓力兩個F-P腔的干涉頻率信號，設計制備時使兩個F-P腔腔長相差lOOwii以上，在傅里葉頻域中兩信號即可完全分開，通過帶通濾波器截取不同腔長對應的頻率，并通過一定的轉換獲得各自傳感器的腔長變化;光纖F-P溫度/壓力復合傳感器10通過溫度的測量，實現對壓力敏感腔進行溫度補償，測試的準確性大大提高。
[0031]纖F-P增強拉曼氣體傳感器中激光光源發出的光經過光纖射入探頭F-P光學增強腔，利用F-P腔的多角度反射特性以增加光路通過探頭中央部位的次數，在探頭的前端中央部位獲得增強的拉曼信號;通過拉曼解調單元對多組分氣體濃度的拉曼散射強度信號進行解調處理，最后由計算機8進行數據處理與運算獲得除焦密閉裝置中的甲烷、一氧化碳等易燃易爆氣體的濃度。計算機8利用有限元分析軟件對密閉焦炭儲藏裝置的壓力門限進行分析設定，并依據氣體排放要求對甲烷、一氧化碳等易燃易爆氣體的濃度門限進行設定;并輸出控制信號與報警系統、控制系統連接，實現安全監測預警與自動控制聯動。
[0032]光纖傳感技術作為一種新興的傳感技術，以高測量精度為特點，能夠對許多物理參數進行測量。與電類傳感器相比，光纖傳感器具有靈敏度高、結構簡單、耐腐蝕和高溫、抗電磁干擾、易于復用和本質安全防爆等突出優點，特別適合于石化等一些易燃易爆行業的應用。
[0033]以上的僅為本發明的較佳實施例而已，當然不能以此來限定本發明之權利范圍， 因此依本發明申請專利范圍所作的等效變化，仍屬本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種用于密閉儲藏裝置安全監測的光纖傳感測量系統，其特征在于，包括多個光纖 集成復合傳感器探測裝置、光纖傳感信號解調儀、光源、數據采集單元和計算機，多個光纖 集成復合傳感器探測裝置分布于密閉儲藏裝置中，每個光纖集成復合傳感器探測裝置包括 光纖F-P溫度/壓力復合傳感器和光纖F-P增強拉曼氣體傳感器，多個光纖F-P溫度/壓力復 合傳感器通過第一耦合器分別與光源和光纖傳感信號解調儀連接，多個光纖F-P增強拉曼 氣體傳感器通過第二耦合器分別與光源和光纖傳感信號解調儀連接，光纖傳感信號解調儀 通過數據采集單元與計算機連接。2.根據權利要求1所述的用于密閉儲藏裝置安全監測的光纖傳感測量系統，其特征在 于，光纖集成復合傳感器探測裝置個數為4個，所述第一耦合器和第二耦合器均為2 X 4耦合器。3.根據權利要求1所述的用于密閉儲藏裝置安全監測的光纖傳感測量系統，其特征在 于，光纖集成復合傳感器探測裝置還包括單元氣室，光纖F-P溫度/壓力復合傳感器和光纖 F-P增強拉曼氣體傳感器插入到單元氣室內，光纖F-P增強拉曼氣體傳感器的正對面還設有 寬帶介質反射鏡，光纖F-P增強拉曼氣體傳感器的聚焦透鏡與寬帶介質反射鏡共焦，單元氣 室通過多個管道與密閉儲藏裝置連接。4.根據權利要求3所述的用于密閉儲藏裝置安全監測的光纖傳感測量系統，其特征在 于，所述管道個數為2個。5.根據權利要求3所述的用于密閉儲藏裝置安全監測的光纖傳感測量系統，其特征在 于，光纖傳感信號解調儀包括光纖F-P溫度/壓力復合傳感解調單元和光纖F-P增強氣體拉 曼解調單元，光源包括寬帶光源和單波長高功率激光光源，光纖F-P溫度/壓力復合傳感器 通過第一耦合器分別與光纖F-P溫度/壓力復合傳感解調單元和寬帶光源連接，光纖F-P增 強拉曼氣體傳感器通過第二耦合器分別與光纖F-P增強氣體拉曼解調單元和單波長高功率 激光光源。6.根據權利要求1所述的用于密閉儲藏裝置安全監測的光纖傳感測量系統，其特征在 于，所述光纖傳感測量系統還包括報警單元，報警單元與計算機連接。7.根據權利要求1所述的用于密閉儲藏裝置安全監測的光纖傳感測量系統，其特征在 于，所述光纖傳感測量系統還包括控制單元，控制單元與計算機連接。8.根據權利要求7所述的用于密閉儲藏裝置安全監測的光纖傳感測量系統，其特征在 于，控制單元包括控制閥門和惰性氣體吹掃裝置，計算機分別與控制閥門和惰性氣體吹掃 裝置連接。
【文檔編號】G01L11/02GK105953943SQ201610564420
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年7月18日
【發明人】童杏林, 周超然, 楊華東, 郭倩, 鄧承偉, 張寶林
【申請人】武漢理工大學