一种用于石油储罐泄漏监测的光纤氧气传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种用于石油储罐泄漏监测的光纤氧气传感器，包括FP腔、FP腔镜面、谐振腔、谐振腔镜面、出射端、入射端和冶金粉末套管，所述单模光纤顶部套接有谐振腔镜面，所述谐振腔镜面与单模光纤连接处开设有谐振腔，所述谐振腔镜面一端安装有出射端，且谐振腔镜面另一端安装有入射端，本发明专利技术结构科学合理，使用安全方便，成本低、结构简单、可大范围普及安装，有利于各种石油储罐区长时间无人监测，而且通过光信号进行传递，提高了反应速度，并且通过冶金粉末套管可以防止水分子进入光纤氧气传感器中，通过氧气的振动固有频率在760纳米的氧气分子吸收光谱，整体传感结构无源，不带电，防止了传统传感器中有电流造成安全隐患。

An optical fiber oxygen sensor for monitoring oil tank leakage

The invention discloses a fiber-optic oxygen sensor for oil tank leakage monitoring, which comprises a FP cavity, a FP cavity mirror, a resonant cavity, a resonant cavity mirror, a shooting end, an incident end and a metallurgical powder sleeve. A resonant cavity mirror is arranged at the top of the single-mode optical fiber, and a resonant cavity is arranged at the connection between the resonant cavity mirror and the single-mode optical fiber. The invention has the advantages of scientific and reasonable structure, safe and convenient use, low cost, simple structure and wide range of installation. It is advantageous to long-term unmanned monitoring in various oil storage tank areas, and transmission by light signal, and extraction. It can prevent water molecule from entering optical fiber oxygen sensor through metallurgical powder sleeve. Oxygen molecule absorption spectrum is 760 nm through the natural frequency of oxygen vibration. The whole sensing structure is passive and not charged, which prevents potential safety hazards caused by current in traditional sensor.

【技术实现步骤摘要】
一种用于石油储罐泄漏监测的光纤氧气传感器
本专利技术涉及光纤氧气传感器
，具体为一种用于石油储罐泄漏监测的光纤氧气传感器。
技术介绍
目前用于天然气泄漏检测的传感器主要是包括半导体型气体传感器、电化学型气体传感器、固体电解质气体传感器、接触燃烧式气体传感器等，这类传感器普遍具有响应速度慢、容易受到其它气体成分的干扰及维护频繁、测量精度低等缺点，难以实现远程、实时、在线监测，这类传感器最大的缺点就是自身带电，在易燃易爆等特殊环境中应用时存在安全隐患，近几年来，国内外在这一领域的研究发展迅速，特别是以激光吸收光谱技术为基础的光学检测方法对天然气泄漏进行监测，包括非分散红外吸收法（NDIR）、傅里叶变换红外(FTIR)光谱仪以及可调谐半导体激光器光谱技术（TDLAS），具有响应速度快、检测效率高等优点，但是NDIR和FTIR是利用近红外波段的分子吸收光谱带来进行检测的，空气中CO2和H2O等气体的影响，使得测量信号背景大，精度低且不宜实现遥测，而可调谐半导体激光器光谱技术（TDLAS）具有高灵敏、高分辨、快速响应可实现远程、在线、原位监测的优点，已成为新型天然气泄漏监测仪器的主要技术，并且，在国外已有采用该技术的手持式甲烷气体遥测仪产品上市，灵敏度可以达到ppm量级，响应时间为0.1s，但测量距离不足10m，同时也有相关的车载和机载泄漏监测设备进行现场实验，一些抽取式可燃气体探测装置已经被一些公司开发，但是这种抽取式设备必须对现场气体进行抽取采样，检测的时间增长，不适合在隧道、天然气站场这种危险场合使用，针对该应用环境下氧气的监测，目前尚无有效的监测手段。
技术实现思路
本专利技术提供一种用于石油储罐泄漏监测的光纤氧气传感器，可以有效解决上述
技术介绍
中提出传统传感器普遍具有响应速度慢、容易受到其它气体成分的干扰及维护频繁、测量精度低等缺点，难以实现远程、实时、在线监测，自身带电，在易燃易爆等特殊环境中应用时存在安全隐患，针对该应用环境下氧气的监测，目前尚无有效的监测手段的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种用于石油储罐泄漏监测的光纤氧气传感器，包括FP腔、FP腔镜面、单模光纤、谐振腔、谐振腔镜面、出射端、入射端、固定法兰、冶金粉末套管、固定通孔、不锈钢套管、保护罩和固定支柱，所述FP腔镜面中部开设有FP腔，所述FP腔内侧贯穿有单模光纤，所述单模光纤顶部套接有谐振腔镜面，所述谐振腔镜面与单模光纤连接处开设有谐振腔，所述谐振腔镜面一端安装有出射端，且谐振腔镜面另一端安装有入射端，所述谐振腔镜面外侧套接有冶金粉末套管，所述冶金粉末套管顶端安装有固定法兰，所述固定法兰四角均开设有固定通孔，且固定法兰外侧安装有保护罩，所述保护罩四角与固定通孔通过固定支柱连接，所述固定法兰底端安装有不锈钢套管。优选的，所述FP腔镜面、振腔镜面上同时设置有出射端或入射端或者只单独设置其中一个。优选的，所述谐波信号中用到的电路为数字锁相放大电路，该解调系统通过RS-232串口与上位机通信，波特率115200bps。优选的，所述单模光纤为三角形排列。优选的，所述保护罩为一种防水级别为IP67的材质构件，且保护罩高度为15cm。优选的，所述冶金粉末套管与固定法兰通过螺纹连接，且冶金粉末套管顶端设置有缓冲垫。优选的，所述FP腔镜面和谐振腔镜面均为玻璃材质的构件，且FP腔镜面和谐振腔镜面内部均嵌入有抗静电颗粒。优选的，所述出射端和入射端为光纤准直GRIN透镜，具有大数值孔径，可以提高光纤的耦合效率。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：本专利技术结构科学合理，使用安全方便，本专利技术结构科学合理，使用安全方便，成本低、结构简单、可大范围普及安装，有利于各种石油储罐区长时间无人监测，而且通过光信号进行传递，提高了反应速度，并且通过冶金粉末套管可以防止水分子进入光纤氧气传感器中，通过氧气的振动固有频率在760纳米的氧气分子吸收光谱，整体传感结构无源，不带电，防止了传统传感器中有电流造成安全隐患，而且氧气传感器和传输信号均为光纤介质，无源，本质安全，全光纤组网。使用安全方便，成本低、结构简单、可大范围普及安装，有利于各种石油储罐区长时间无人监测，而且通过光信号进行传递，提高了反应速度，并且通过冶金粉末套管可以防止水分子进入光纤氧气传感器中，通过氧气的振动固有频率在760纳米的氧气分子吸收光谱，整体传感结构无源，不带电，防止了传统传感器中有电流造成安全隐患。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是本专利技术的结构示意图；图2是本专利技术的结构出射端或入射端安装示意图；图3是本专利技术的结构固定法兰安装示意图；图4是本专利技术的不锈钢套管安装结构示意图；图5是本专利技术的光纤氧气传感器结构示意图；图6是本专利技术的结构保护罩安装示意图；图中标号：1、FP腔；2、FP腔镜面；3、单模光纤；4、谐振腔；5、谐振腔镜面；6、出射端；7、入射端；8、固定法兰；9、冶金粉末套管；10、固定通孔；11、不锈钢套管；12、保护罩；13、固定支柱。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例：如图1-6所示，本专利技术提供技术方案，一种用于石油储罐泄漏监测的光纤氧气传感器，包括FP腔1、FP腔镜面2、单模光纤3、谐振腔4、谐振腔镜面5、出射端6、入射端7、固定法兰8、冶金粉末套管9、固定通孔10、不锈钢套管11、保护罩12和固定支柱13，FP腔镜面2中部开设有FP腔1，FP腔1内侧贯穿有单模光纤3，为了增加光纤氧气传感器的稳定性，单模光纤3为三角形排列，单模光纤3顶部套接有谐振腔镜面5，为了防止FP腔镜面2和谐振腔镜面5损坏，提高其使用寿命，FP腔镜面2和谐振腔镜面5均为玻璃材质的构件，且FP腔镜面2和谐振腔镜面5内部均嵌入有抗静电颗粒，谐振腔镜面5与单模光纤3连接处开设有谐振腔4，谐振腔镜面5一端安装有出射端6，且谐振腔镜面5另一端安装有入射端7，为了增加出射端6和入射端7的耦合率，出射端6和入射端7为光纤准直GRIN透镜，具有大数值孔径，可以提高光纤的耦合效率，为了便于光纤氧气传感器的多方向使用，FP腔镜面2、振腔镜面5上同时设置有出射端7或入射端6或者只单独设置其中一个，谐振腔镜面5外侧套接有冶金粉末套管9，为了便于后期更换冶金粉末套管9，冶金粉末套管9与固定法兰8通过螺纹连接，且冶金粉末套管9顶端设置有缓冲垫，冶金粉末套管9顶端安装有固定法兰8，固定法兰8四角均开设有固定通孔10，且固定法兰8外侧安装有保护罩12，为了防止光纤氧气传感器受潮而损坏，保护罩12为一种防水级别为IP67的材质构件，且保护罩12高度为15cm，保护罩12四角与固定通孔10通过固定支柱13连接，固定法兰8底端安装有不锈钢套管11，为了便于光纤氧气传感器与上位机通信，谐波信号中用到的电路为数字锁相放大电路，该解调系统通过RS-232串口与上位机通信，波特率115200bps。本实施例的光纤氧气传感器的技术参数如下：1．氧气测量范围：0-21%；2．测量误差不大于检测范围1%；3．响应时间小于10s；最后应说明的是：以上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于石油储罐泄漏监测的光纤氧气传感器，包括FP腔（1）、FP腔镜面（2）、单模光纤（3）、谐振腔（4）、谐振腔镜面（5）、出射端（6）、入射端（7）、固定法兰（8）、冶金粉末套管（9）、固定通孔（10）、不锈钢套管（11）、保护罩（12）和固定支柱（13），其特征在于：所述FP腔镜面（2）中部开设有FP腔（1），所述FP腔（1）内侧贯穿有单模光纤（3），所述单模光纤（3）顶部套接有谐振腔镜面（5），所述谐振腔镜面（5）与单模光纤（3）连接处开设有谐振腔（4），所述谐振腔镜面（5）一端安装有出射端（6），且谐振腔镜面（5）另一端安装有入射端（7），所述谐振腔镜面（5）外侧套接有冶金粉末套管（9），所述冶金粉末套管（9）顶端安装有固定法兰（8），所述固定法兰（8）四角均开设有固定通孔（10），且固定法兰（8）外侧安装有保护罩（12），所述保护罩（12）四角与固定通孔（10）通过固定支柱（13）连接，所述固定法兰（8）底端安装有不锈钢套管（11）。

【技术特征摘要】
1.一种用于石油储罐泄漏监测的光纤氧气传感器，包括FP腔（1）、FP腔镜面（2）、单模光纤（3）、谐振腔（4）、谐振腔镜面（5）、出射端（6）、入射端（7）、固定法兰（8）、冶金粉末套管（9）、固定通孔（10）、不锈钢套管（11）、保护罩（12）和固定支柱（13），其特征在于：所述FP腔镜面（2）中部开设有FP腔（1），所述FP腔（1）内侧贯穿有单模光纤（3），所述单模光纤（3）顶部套接有谐振腔镜面（5），所述谐振腔镜面（5）与单模光纤（3）连接处开设有谐振腔（4），所述谐振腔镜面（5）一端安装有出射端（6），且谐振腔镜面（5）另一端安装有入射端（7），所述谐振腔镜面（5）外侧套接有冶金粉末套管（9），所述冶金粉末套管（9）顶端安装有固定法兰（8），所述固定法兰（8）四角均开设有固定通孔（10），且固定法兰（8）外侧安装有保护罩（12），所述保护罩（12）四角与固定通孔（10）通过固定支柱（13）连接，所述固定法兰（8）底端安装有不锈钢套管（11）。2.根据权利要求1所述的一种用于石油储罐泄漏监测的光纤氧气传感器，其特征在于，所述FP腔镜面（2）、振腔镜面（5）上同时设置有出射端（7）或入射端（6）或者只...

【专利技术属性】
技术研发人员：李俊，董凤忠，孙鹏帅，张志荣，庞涛，吴边，夏滑，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽,34