检测和/或定量氢的装置及检测和/或定量氢的方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及用于监测设施(1)，用于检测和/或定量分析氢的装置(100)。所述装置(100)包含：用于配备所述设施(1)的第一测量用光学纤维(10)，和光学地连接到所述第一测量用光学纤维(10)上的光学系统(20)，并适于测量所述第一光学纤维的至少一个参数。所述光学系统(20)适于根据Brillouin测量原理，沿着所述第一光学纤维(10)测量其参数。本发明专利技术还涉及使用这样的装置(100)的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及氢的检测和定量分析领域。 化学和/或放射性产品的设施如货仓、地热钻孔、仓储用地和工业罐可能经受与 产品储存有关的氢的释放的风险，这些氢的释放是爆炸性的并且在某些情况下可能对人类 是有害的。 为了控制这些风险并预防性地检测可能发生的任何氢的释放，通常用适于检测和 /或测量氢的化学检测器配备这种类型的货仓。由于化学或放射性产品的长的储存期（几 年）和储存结构的不便，为了明显的安全的原因，相关仪器和化学检测器，如氢检测器，随 着时间的推移必须是耐用的，即贯穿整个或部分储存期，具有最佳的稳定性和灵敏度。此 夕卜，它们必须大量配置，以便覆盖大面积和表征非均匀环境。最后，所述测量装置必须考虑 到爆炸的风险方面并必须能够保证装置的本质安全。 因此，本专利技术更具体地涉及用于检测和/或定量分析氢的装置，及用于检测和/或 定量分析氢的方法。
技术介绍
当在设施如化学和/或放射性产品的储存地，其具有超过大约一百米范围的待监 测区域中监测氢的存在的情况时，使用已知的检测和/或定量分析氢的使用光学纤维作为 氢传感器的装置。除了其他优势，由于它使用没有火花的风险的光学测量，而火花在含有大 量氢气的气态环境中可能引发爆炸，这种类型的装置具有提供保证设施本质安全的检测。 下面和本文的余下部分中氢是指在其原子形式、在其分子形式（即二氢）或在其 同位素形式即氘。 因此，文献W02009/067671描述了这样的检测和/或定量分析氢的装置。文献 W02009/067671中描述的装置包含： -测量用光学纤维，用于在待监测区域中配备设施， -光学地连接到光学纤维上的光学系统，并适于通过所述光学纤维在明确定义的 波长下测量光吸收的变化。 这样的装置利用光学纤维中氢的扩散的性质和由其导致的在某些波长下跃迁性 质的变劣。这是由于在纤维中氢的吸收导致羟基0H的创建和分子二氢H2在红外区如在 1080,1180和1240nm处吸收某些波长。因此，在这些波长下纤维传送的衰减直接与其中的 氢的浓度有关。 因此，当这样的装置用部署在整个待监测区域的光学纤维配备待监测设施时，氢 的泄漏将通过传感光学纤维引起部分氢的吸收，其可由所述的光吸收的测量检测。 然而，尽管这样的装置提供在设施中氢的存在的有效检测，它确实有一定数量的 缺点。这是因为这样的装置依赖于光学纤维的老化，如果这种状态不能被完全地知道，可导 致氢的存在的错误检测。这是因为光学纤维的老化导致传送的损耗，通常在近红外的光谱 范围内不均匀，并因此引起使用在W02009/067671中所描述的专利技术中氢检测的不确定性。 文献W02008/136870描述了另一种检测和/或定量分析氢的装置，对其测量用光 学纤维包含至少一种刻蚀的布拉格光栅，即部分纤维上的折射率是定期调整的，并且部分 光学纤维的目标涂层接收该布拉格光栅。所述目标涂层适于氢的吸收。这样的装置包含， 与在W02009/067671中描述的装置类似的方式，测量用光学纤维，用于配备设施，和光学地 连接到光学纤维上的光学系统。 配置这样的装置的光学系统以便在光学纤维中在各种波长下发射电磁辐射并在 反射所述电磁辐射的每个刻蚀的布拉格光栅下测量波长。这是因为刻蚀的布拉格光栅的特 征取决于由目标涂层吸收的氢的量。因此，有可能通过测量在该布拉格光栅之一反射下的 波长，以确定由相应涂层吸收的氢的量。 因此，当这样的系统放置到待检测的设施中，包含刻蚀的布拉格光栅或光栅的光 学纤维部署到整个待监测区域时，刻蚀的布拉格光栅之一附近的氢的泄漏导致由该布拉格 光栅反射的电磁辐射的波长的移动并在发生的点监测泄漏。 因此，这样的装置使得氢在设施中每个刻蚀的布拉格光栅处被检测到，如果有多 路复用的布拉格光栅，具有识别氢泄漏的地理来源的可能性。 虽然W02008/136870中描述的装置使得在设施中检测氢的存在成为可能，具有识 别氢泄漏的地理来源的可能性，该装置确实有一定数量的缺点。这是因为光学纤维具有一 些点，在这些点处获得的检测和/或定量分析是有限的，因为它取决于布拉格光栅的刻蚀 和使用的多路复用技术。还应注意，目标涂层的老化，如W02009/067671中描述的，是未知 的并且对产品敏感度的维护存在不确定性，其周期大于几年。 此外，由于光学纤维暴露于氢的情况，这样的装置还存在布拉格光栅消失的风险。
技术实现思路
本专利技术旨在补救这些缺点。 因此本专利技术的目的之一是提供使用光学纤维用于氢的检测的用于检测和/或定 量分析氢的装置，当它配备设施的待监测区域时，其能够连续不断地在光学纤维的整个长 度上检测氢的存在并识别氢的该来源的位置，这样的装置与先前技术的装置相比，必须表 现出氢的检测和/或定量分析很少地依赖于光学纤维的老化的状态。 为此，本专利技术涉及用于检测和/或定量分析氢的装置，用于设施的监测，所述装置 包含： -第一测量用光学纤维，用于配备设施， -光学地连接到第一测量用光学纤维上的光学系统，并适于测量所述第一光学纤 维的至少一个参数， 所述光学系统适于根据Brillouin型测量原理，沿着所述第一测量用光学纤维测 量第一光学纤维的参数。 因此这样的装置，通过利用Brillouin测量原理测量第一测量用光学纤维的参 数，使得沿着第一测量用光学纤维检测光模n eff的有效传播指数上的变化成为可能。该变 化直接影响Brillouin峰并因此影响根据Brillouin型测量原理测量时测得的参数。在光 学纤维中氢的扩散对光模n rff的有效传播指数有影响，此扩散通过引起折射率的变化，并因 此引起根据Brillouin测量原理测得的参数的变化，用这样的装置是可检测并可量化的。 这样的测量，依赖于光模nrff的有效传播指数，与依赖于在给定波长下光学纤维的 传送中的变化不同，并仅与Brillouin峰中的变化有关，与光学纤维的老化状态相比，不表 现任何显著的相依性。因此，这样的装置能够不依赖于光学纤维的老化状态而进行检测和 /或定量分析并且它因此随着时间的推移保持可靠。 根据与沿着光学纤维的Brillouin温度测量相同的原理，该测量能够在第一测量 用光学纤维的整个长度上进行，在大于大约十公里的距离下具有小于一米的空间分辨率， 使定位参数变化发生的精确点成为可能并因此使定位第一测量用光学纤维中氢扩散发生 的精确部分成为可能。 因此，当配备设施的待监测区域时，这样的装置使得通过在该待测区域中识别该 源的精确位置来检测并量化氢的来源成为可能，不必须预测经过很长一段时间这些事件的 点，因为该测量受测量用光学纤维的老化的影响很小。 上面和本文的余下部分中，根据Brillouin测量原理的测量意指关于至少一个参 数的测量：（i)Brillouin反向散射光谱（不论是Stokes或反-Stokes频率的情况，主要的 和次要的峰，与各种具有与光模非零重叠的声模有关）或（ii)Brillouin增益。该参数可 例如相对于电磁脉冲引起的Brillouin反向散射现象，在频率上抵消两个Brillouin反向 散射峰之一或在峰之间，这两个Brilloui本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于监测设施(1)的用于检测和/或定量分析氢的装置(100)，所述装置(100)包含：‑第一测量用光学纤维(10)，用于配备所述设施(1)，‑光学地连接到所述第一测量用光学纤维(10)上的光学系统(20)，并适于测量所述第一光学纤维的至少一个参数，所述装置(100)的特征为，所述光学系统(20)适于根据Brillouin型测量原理，沿着所述第一光学纤维(10)测量所述第一测量用光学纤维(10)的参数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.30 FR 11625871. 用于监测设施（1)的用于检测和/或定量分析氢的装置（100)，所述装置（100)包 含： -第一测量用光学纤维（10)，用于配备所述设施（1)， -光学地连接到所述第一测量用光学纤维（10)上的光学系统（20)，并适于测量所述第 一光学纤维的至少一个参数， 所述装置（100)的特征为，所述光学系统（20)适于根据Brillouin型测量原理，沿着 所述第一光学纤维（10)测量所述第一测量用光学纤维（10)的参数。2. 根据权利要求1所述装置（100)，其中所述第一光学纤维的参数测量根据Brillouin 测量原理测量，所述的Brillouin测量原理选自包含在时域中的Brillouin光学反射计测 量，在频域中的Brillouin光学反射计测量，在相关域中的Brillouin光学反射计测量，通 过在时域中分析的Brillouin光学测量，通过在频域中分析的Brillouin光学测量和通过 在相关域中分析的Brillouin光学测量的组。3. 根据权利要求1或2所述装置，其中所述装置在第一测量用光学纤维（10)的至少一 个位置上，适于进行所述第一测量用光学纤维（1)的至少一个参数的参照测量，所述的参 照测量不受氢的存在的影响。4. 根据前述权利要求任一项所述装置（100)，其中所述光学系统（20)适合于在两个不 同的波长下沿着第一光学纤维进行参照测量。5. 根据权利要求3或权利要求1或2与权利要求3的结合所述装置（100)，其中所述 第一测量用光学纤维包含对氢不敏感的至少一部分，以便为在所述部分通过所述光学系统 (20)的所述第一测量用光学纤维的参数的测量提供参照测量。6. 根据权利要求1或2所述装置（100)，其中用于配备所述设施（1)还提供连接于所 述光学系统（20)的参照光学纤维（30)，所述参照光学纤维（30用于提供参照测量。7. 根据权利要求6所述装置（100)，其中配置所述参照光学纤维（30)以便具有对氢的 降低的灵敏度，优选地以便对氢不敏感。8. 根据前述权利要求任一项所述装置（100)，其中用于配备设施还提供的接于所述光 学系统（20)的第二测量用光学纤维（11)，配置所述第二测量用光学纤维（11)以便具有不 同于所述第一测量用光学...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰·贝特朗，西尔维·德莱皮纳勒索利耶，格扎维埃·费龙，
申请(专利权)人：法国国家放射性废物管理局，
类型：发明
国别省市：法国;FR