一种基于光纤氧气传感的联通石油储罐泄漏监测装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于光纤氧气传感的联通石油储罐泄漏监测装置，包括激光器驱动、传感器和光电探测器，所述激光器左侧连接有激光器驱动和信号发生模块，所述激光器右侧通过环形器与光开关连接，所述前置放大器通过数据采集卡与控制中心连接，所述控制中心与光开关下端连接，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，有利于各种可燃气体站场长时间无人监测，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磁干扰造成安全隐患。

A leakage monitoring device for Unicom oil tank based on optical fiber oxygen sensor

The invention discloses a leak monitoring device for a connected petroleum storage tank based on optical fiber oxygen sensing, which comprises a laser driver, a sensor and a photoelectric detector. The left side of the laser is connected with a laser driver and a signal generating module. The right side of the laser is connected with an optical switch through a circular device, and the preamplifier passes through. The data acquisition card is connected with the control center, and the control center is connected with the lower end of the optical switch. The invention has the advantages of scientific and reasonable structure, safe and convenient use, low cost, simple structure and wide range installation. It is advantageous to long-term unmanned monitoring of various combustible gas stations and stations, and the reaction is improved by transmitting optical signals. Speed, and through the metallurgical powder sleeve can prevent water molecules into the optical fiber oxygen sensor, through the natural frequency of oxygen vibration in 760 nanometer oxygen molecular absorption spectrum, the overall sensing structure passive, no charged, to prevent the traditional sensor electromagnetic interference caused by security risks.

【技术实现步骤摘要】
一种基于光纤氧气传感的联通石油储罐泄漏监测装置
本专利技术涉及连通石油储罐区域VOC泄漏安全监测
，具体涉及一种基于光纤氧气传感的联通石油储罐泄漏监测装置。
技术介绍
对于联通储罐，气相联通，通常情况下，储罐内VOC不会泄漏，导致环境造污染，然而由于联通管道阀门，腐蚀等因素，会造成VOC和空气直接接触，极易引发爆炸，通过检测氧气的浓度，可反应联通储罐密封的效果的好坏，为储罐安全运行提供保障，而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
本专利技术的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种基于光纤氧气传感的联通石油储罐泄漏监测装置，可以有效解决上述
技术介绍
中的问题。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案是：一种基于光纤氧气传感的联通石油储罐泄漏监测装置，它包含激光器驱动、信号发生模块、激光器、环形器、光开关、传感器、光电探测器、前置放大器、数据采集卡、控制中心、分束器，所述激光器左侧连接有激光器驱动、信号发生模块，激光器右侧通过环形器与光开关连接，光开关右侧连接有五个传感器，环形器左侧通过光电探测器与前置放大器连接，前置放大器通过数据采集卡与控制中心连接，控制中心与光开关下端连接，通过光开关51使激光分时地通过5个测量位置的传感器6，其反射回来的光都通过同一个环形器4传输到光电探测器7进行信号的转化解调等过程；具备激光能量充足，实现远距离测量，所用器件较少，容易安装，多点分时测量的特点。根据上述技术方案，一种基于光纤氧气传感的联通石油储罐泄漏监测装置，它包含激光器驱动、信号发生模块、激光器、环形器、分束器、传感器、光电探测器、前置放大器、数据采集卡、控制中心，所述激光器左侧连接有激光器驱动、信号发生模块，激光器右侧连接有分束器，分束器右侧连接有五个环形器，环形器右侧连接有传感器，每个环形器左侧连接有光电探测器，每个光电探测器与前置放大器连接，前置放大器连接通过数据采集卡与控制中心连接。激光通过分束器均分为条光束，分别经环形器传输传感器，反射后再由环形器出射端口传输到光电探测器，转换为电信号，信号经前置放大器后，由数据采集卡传输到信号在线处理系统，完成五个测量位置的浓度计算。根据上述技术方案，所述传感器包括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，然后经光电探测器，将光信号变成电信号送计算机处理；为了提高耦合效率，大数值孔径的光纤准直头通常可以固定在光斑出射谐振腔面的位置；在使用过程中，为保证光缆的抗拉能力以及机械性能，需要采用铠装光缆；在加工时采用铠装光缆直接与入射端和出射端相连接。根据上述技术方案，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。根据上述技术方案，所述单模光纤为三角形排列。根据上述技术方案，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。根据上述技术方案，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，便于后期使用者拆卸冶金粉末套管。根据上述技术方案，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。根据上述技术方案，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。根据上述技术方案，所述传感器安装在储罐顶部，且传感器通过固定法兰打孔安装，传感器6可以放4个到8个传感器。根据上述技术方案，石油储罐监测装置传感器监测算法，它包含如下步骤：通过氧气的振动固有频率在760纳米的氧气分子吸收光谱，采用可调谐半导体激光吸收光谱技术，简称为TDLAS，根据物质对不同波长有不同的吸收特征，吸收谱线可作为识别不同气体分子的“指纹”，吸收谱线的位置和强度可以确定分子的成分和浓度，其理论是以Beer-Lambert定理为基础，即一束频率为υ的单色光通过混合气体吸收介质，透过光强It与入射光强Io的比率τ(υ)与该频率处吸收气体的线强S[cm-2atm-1]，摩尔分数C，吸收路径长度L[cm]，总的气体压强P[atm]，以及线型函数φ(υ)的乘积成指数关系：对式(1)进行光频率积分可得到直接吸收法所测量的吸收面积值：基于直接吸收所得到的原始信号及拟合得到的吸收面积，由式(3)可反演得到激光路径上所测的目标气体的摩尔分数值：根据上述技术方案，所述直接吸收法进行吸收信号的解调提取时，由于受到光源、光路中不定因素引起的光强变化、电路及探测器引入的噪声干扰等因素，在对基线进行拟合时，会引入较大的误差，极大地影响了系统的最低测量极限，为提高信号检测灵敏度，将微弱信号检测中调制技术应用到了TDLAS中，即，在低频的扫描信号上叠加了高频的调制信号，通过锁相放大器解调出特定频率来获得吸收信号，根据添加的高频调制频率的不同可将调制技术分为波长调制和频率调制，波长调制频率较低，在几十Hz到几MHz，频率调制的频率一般要在几百MHz以上，频率调制的检测灵敏度比波长调制要高两个数量级，但成本和技术要求较高，而波长调制技术可满足大多数需求，且技术相对频率调制简单，因此，目前波长调制技术是应用最多的调制技术。根据上述技术方案，所述波长调制技术在扫描信号上叠加了角频率为ω的正弦高频调制电流，同时将其加载到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光纤氧气传感的联通石油储罐泄露监测装置，其特征在于：它包含激光器驱动(1)、信号发生模块(2)、激光器(3)、环形器(4)、光开关(51)、传感器(6)、光电探测器(7)、前置放大器(8)、数据采集卡(9)、控制中心(10)、分束器(52)，所述激光器(3)左侧连接有激光器驱动(1)、信号发生模块(2)，激光器(3)右侧通过环形器(4)与光开关(51)连接，光开关(51)右侧连接有五个传感器(6)，环形器(4)左侧通过光电探测器(7)与前置放大器(8)连接，前置放大器(8)通过数据采集卡(9)与控制中心(10)连接，控制中心(10)与光开关(51)下端连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤氧气传感的联通石油储罐泄露监测装置，其特征在于：它包含激光器驱动(1)、信号发生模块(2)、激光器(3)、环形器(4)、光开关(51)、传感器(6)、光电探测器(7)、前置放大器(8)、数据采集卡(9)、控制中心(10)、分束器(52)，所述激光器(3)左侧连接有激光器驱动(1)、信号发生模块(2)，激光器(3)右侧通过环形器(4)与光开关(51)连接，光开关(51)右侧连接有五个传感器(6)，环形器(4)左侧通过光电探测器(7)与前置放大器(8)连接，前置放大器(8)通过数据采集卡(9)与控制中心(10)连接，控制中心(10)与光开关(51)下端连接。2.一种基于光纤氧气传感的联通石油储罐泄露监测装置，它包含激光器驱动(1)、信号发生模块(2)、激光器(3)、环形器(4)、分束器(52)、传感器(6)、光电探测器(7)、前置放大器(8)、数据采集卡(9)、控制中心(10)，所述激光器(3)左侧连接有激光器驱动(1)、信号发生模块(2)，激光器(3)右侧连接有分束器(52)，分束器(52)右侧连接有五个环形器(4)，环形器(4)右侧连接有传感器(6)，每个环形器(4)左侧连接有光电探测器(7)，每个光电探测器(7)与前置放大器(8)连接，前置放大器(8)连接通过数据采集卡(9)与控制中心(10)连接。3.根据权利要求1所述的一种基于光纤氧气传感的联通石油储罐泄露监测装置，其特征在于：所述传感器(6)包括FP腔(61)、FP腔镜面(62)、单模光纤(63)、谐振腔(64)、谐振腔镜面(65)、出射端(66)、入射端(67)、固定法兰(68)、冶金粉末套管(69)、固定通孔(610)、不锈钢套管(611)、保护罩(612)和固定支柱(613)，其特征在于：所述FP腔镜面(62)中部开设有FP腔(61)，所述FP腔(61)内侧贯穿有单模光纤(63)，所述单模光纤(63)顶部套接有谐振腔镜面(65)，所述谐振腔镜面(65)与单模光纤(63)连接处开设有谐振腔(64)，所述谐振腔镜面(65)一端安装有出射端(66)，且谐振腔镜面(65)另一端安装有入射端(67)，所述谐振腔镜面(65)外侧套接有冶金粉末套管(69)，所述冶金粉末套管(69)顶端安装有固定法兰(68)，所述固定法兰(68)四角均开设有固定通孔(610)，且固定法兰(68)外侧安装有保护罩(612)，所述保护罩(612)四角与固定通孔(610)通过固定支柱(613)连接，所述固定法兰(68)底端安装有不锈钢套管(611)。4.根据权利要求1和2所述的一种基于光纤氧气传感的联通石油储罐泄漏监测装置，其特征在于：所述FP腔镜面(62)、振腔镜面(65)上同时设置有出射端(67)或入射端(66)或者只单独设置其中一个。5.根据权利要求1和2所述的一种基于光纤氧气传感的联通石油储罐泄漏监测装置，其特征在于：所述单模光纤(63)为三角形排列。6.根据权利要求1和2所述的一种基于光纤氧气传感的联通石油储罐泄漏监测装置，其特征在于：所述保护罩(612)为一种防水级别为IP67的材质构件，且保护罩(612)高度为15cm。7.根据权利要求1和2所述的一种基于光纤氧气传感的联通石油储罐泄漏监测装置，其特征在于，所述冶金粉末套管(69)与固定法兰(68)通过螺纹连接，且冶金粉末套管(69)顶端设置有缓冲垫。8.根据权利要求1和2所述的一种基于光纤氧气传感的联通石油储罐泄漏监测装置，其特征在于，所述FP腔镜面(62)和谐振腔镜面(65)均为玻璃材质的构件，且FP腔镜面(62)和谐振腔镜面(65)内部均嵌入有抗静电颗粒。9.根据权利要求1和2所述的一种基于光纤氧气传感的联通石油储罐泄漏监测装置，其特征在于，所述出射端(66)和入射端(67)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。10.根据权利要求1和2所述的一种基于光纤氧气传感的联通石油储罐泄漏监测装置，其特征在于，所述传感器(6)安装在储罐顶部，且传感器(6)通过固定法兰(68)打孔安装，传感器(6)可以放4个到8个传感器。11.根据权利要求1和2所述的一种...

【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