本实用新型专利技术公开了一种基于光纤光栅的油罐温度液位监测装置，包括宽带光源，光纤隔离器，光环行器，传感探头，波长解调模块和计算机，宽带光源发出宽带光，输出到光纤隔离器，光隔离器起到避免回波干扰的作用，光纤隔离器输出的光从光环形器的端口进入，从光环路器端口依次输出到传感探头中各个位置的三个光纤光栅(FBG)，三个FBG反射光从光环路端口射出到波长解调模块进行波长解调，得到FBG由于油罐温度和液位影响而产生的中心波长偏移量，最后传输到计算机进行处理，获得油罐温度和液位信息并实时显示。本装置采用光纤光栅传感进行检测，具有安全可靠，灵敏度高，体积小，寿命长等优点，可同时监测油罐内液位和温度的变化。
【技术实现步骤摘要】
本技术属于油罐监测
，具体涉及一种基于光纤光栅的油罐温度液位监测装置，可对油罐内温度和液位同时进行实时监测。
技术介绍
储油罐作为油气储运过程中最为常见的设备之一，在油气储运中的各个阶段都是不可或缺的。为了保证油料的安全储运，避免油罐内温度过高而产生的爆炸和温度过低而产生的凝罐等事故，就要时刻了解油罐内油料的温度是否在合适的温度范围内。而储油罐内油料的液位反映了储油罐中油料的多少，所以实时了解油罐中的温度和液位信息在油料储运中具有重要的意义。由于测量环境复杂、恶劣，油料易燃易爆，选择一种安全、准确且可靠的测量方法尤为重要。目前，油罐温度测量主要靠传统温度计或是电子测温仪，传统温度计测量过程时间长，人为误差大，环境影响大；而电子测温仪需带电工作，对于易燃易爆的油料无疑是引入了不安全因素。而油罐液位的测量常用人工检尺的方法，这种方法自动化程度低、工作量大、效率低。另外还有雷达液位检测的方法，这种方法对所测油罐液位和油料的相对介电常数有一定的要求，且需要知道油料的密度，限制较多。综合安全性、准确性和可靠性等因素考虑，本技术采用光纤光栅传感技术同时对油罐液位和温度进行实时且自动的监测。光纤光栅(FBG)是一种性能优越的传感元件，具有稳定可靠、灵敏度高、体积小、抗腐蚀等特点。FBG是一段纤芯折射率周期调制的光纤，利用光纤材料的光敏性，在纤芯内形成空间相位光栅，其作用相当于在光纤纤芯内形成一个窄带的滤波。当FBG受到应变和温度影响时，FBG的反射波长会产生相应的偏移，从而得到应变和温度的大小。也可通过将压力、位移、震动等被测物理量转换成FBG的应变，实现多种物理量的测量。本技术将油罐液位转换成FBG的应变，从而实现油罐和温度的同时测量。
技术实现思路
为了克服现有油罐液位和温度测量方法的不足，并实现对油罐温度和液位同时监测，本技术提出了一种基于光纤光栅的油罐温度液位监测系统。通过应用光纤光栅技术和静压法(HTG)实现同时对油罐温度和液位的实时，准确的监测，结合波分复用，时分复用和空分复用等复用技术便可实现多储油罐的实时、自动监测。本技术所采用的技术方案如下：一种基于光纤光栅的油罐温度液位监测装置，包括宽带光源，光纤隔离器，光环行器，传感探头，波长解调模块和计算机。其特征在于，宽带光源输出与光纤隔离器连接，与光纤隔离器输出端连接的是光环形器的端口，光环形器端口连接着传感探头中的三个光纤光栅，与光环形器端口相连的是波长解调模块，波长解调模块连接计算机。所述的宽带光源的波长范围较宽，而且具有良好的输出光谱平坦度，带宽覆盖传感探头中的三个测量光纤光栅的工作谱区域，并且具有极好的工作稳定性和可靠性。所述的传感探头采用静压法(HTG)测量原理，并采用差动式测量结构，从而同时获得油罐液位和温度信息。传感探头主要包括上、中、下三个隔离感受金属膜片，硅油填充液，三个测量光栅和保护壳。下部金属膜片上附有一个液压测量光栅，中间膜片两侧对称的附有两个中心波长和各参数相同的光纤光栅，并保证这两个光纤光栅工作区域不和下部金属膜片上的压力测量光栅工作区域相重叠。所述的波长解调模块，采用基于可调谐光纤F-P滤波器的解调方法，包括可调谐光纤F-P滤波器，PZT驱动电源，D/A，A/D，光电探测器，微处理器。压电陶瓷(PZT)驱动电源受微处理器控制产生锯齿波对可调谐光纤F-P滤波器进行驱动，F-P腔在调谐范围内进行波长扫描，当输入的FBG反射波长与F-P腔的扫描透射波长重叠时，光电探测器将探测到最大光强，经A/D转换输出给微处理器进行处理解调出FBG的中心波长偏移量，最后上传到计算机进行处理得到油罐液位和温度的测量结果并显示。本技术具有以下特点和有益效果：(1)采用光纤光栅传感技术，具有稳定性好、检测精度高、灵敏度高、功耗低、抗腐蚀、安全性好、抗电磁干扰等诸多优点。(2)传感探头结构简单、成本低、易于安装和维护，而且整个传感探头中采用全光结构，没有电子原件，保证了测量过程安全，可靠。(3)传感探头采用差动式测量技术，不仅解决了光纤光栅交叉敏感的问题，而且提高了测量的灵敏度。(4)传感探头采用HTG测量原理，可以测得油罐中油料的密度，故可在不知油罐中油料密度的情况下测得油罐中油料的液位高度。(5)可应用多种复用技术，实现同时对多油罐液位和温度的实时监测，自动化程度高，节省人力资源。附图说明图1本专利技术的结构示意图图2是传感探头的结构示意图图3是解调模块的结构示意图图4是光纤光栅在金属膜片上附着方式示意图具体实施方式如图1所示，本专利技术由宽带光源，光纤隔离器，光环行器，传感探头，波长解调模块和计算机组成。宽带光源发出宽带光，输出到光纤隔离器，光隔离器起到避免回波干扰的作用，光纤隔离器输出的光从光环形器的端口1进入，从光环路器端口2依次输出到传感探头中各个位置的三个光纤光栅(FBG)，三个FBG反射光从光环路端口3射出到波长解调模块进行波长解调，得到FBG由于油罐温度和液位影响而产生的中心波长偏移量，最后传输到计算机进行处理，获得油罐温度和液位信息并实时显示。所述的传感探头，其结构如图2所示，传感探头采用静压法(HTG)测量原理，并采用差动式测量结构，从而同时获得油罐液位和温度信息。传感探头主要包括上、中、下三个隔离感受金属膜片，硅油填充液，三个测量光栅和保护壳。下部金属膜片上附有一个液压测量光栅，中间膜片两侧对称的附有两个中心波长和各参数相同的光纤光栅，并保证这两个光纤光栅工作区域不和下部金属膜片上的液压测量光栅工作区域相重叠。上下两个金属膜片起到感受油罐上下两个位置液压和隔离密封的作用，两个金属膜片受到压力产生形变，下部金属膜片上的光栅也随之发生形变。上下两个金属膜片的形变通过抗压性良好的硅油填充液将压力传给中间的金属膜片，使其由于上下两个位置的压力差产生形变，进而使附在其上的两个光纤光栅产生形变，一侧的被拉伸，另一侧的被压缩，而且形变量大小相同，方向相反。两FBG在测量薄膜上的附着方式如图4所示，都是沿着圆形薄膜直径放置，FBG的中心在圆心处并保证两侧光栅的对称性，下金属膜片上的液压测量光栅附着方式与此相同。光纤光栅中心反射波长λ＝2neffΛ(1)其中，neff为纤芯有效折射率，Λ为光栅周期，由式中可看出，光纤光栅的中心反射波长λ会受Λ和neff影响。当FBG发生拉伸或压缩，和周围的温度发生改变时，Λ和neff的大小就会发生改变，从而引起光纤光栅中心波长发生偏移。偏移量由公式2所示dλ＝2neffdΛ+2Λdneff(2)中间膜片两侧的光纤光栅，由于传感探头上下位置的液压差发生了大小相等，方向相反的形变，由式2可知，两侧的光纤光栅的中心反射波长也产生了大小相同而方向相反的偏移量。再考虑温度对两个光纤光栅的影响，由于两光栅距离很近，可认为所处温度相同，温度使两个光纤光栅波长向同一方向发生偏移。两个光纤光栅的偏移量绝对值之和反映了压差大小，两个偏移量绝对值之差反映了温度的大小。下部金属膜片上的光纤光栅由于下部位置的液压产生形变，致使中心波长发生漂移，为了得到下部金属膜片位置处的液压，要根据中间膜片上光纤光栅波长漂移量，对下金属膜片上的光纤光栅漂移量进行温度补偿。两光纤光栅的反射光输入到波长解调模块，其结构如本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于光纤光栅的油罐温度液位监测装置，其特征在于：包括宽带光源、光纤隔离器、光环行器、传感探头、波长解调模块和计算机，宽带光源输出与光纤隔离器连接，与光纤隔离器输出端连接的是光环形器的端口(1)，光环形器端口(2)连接着传感探头中的三个光纤光栅，与光环形器端口(3)相连的是波长解调模块，波长解调模块连接计算机，通过应用光纤光栅技术和静压法实现同时对油罐温度和液位的实时、准确的监测，结合波分复用，时分复用和空分复用便可实现多储油罐的实时、自动监测。
【技术特征摘要】
1.一种基于光纤光栅的油罐温度液位监测装置，其特征在于：包括宽带光源、光纤隔离器、光环行器、传感探头、波长解调模块和计算机，宽带光源输出与光纤隔离器连接，与光纤隔离器输出端连接的是光环形器的端口(1)，光环形器端口(2)连接着传感探头中的三个光纤光栅，与光环形器端口(3)相连的是波长解调模块，波长解调模块连接计算机，通过应用光纤光栅技术和静压法实现同时对油罐温度和液位的实时、准确的监测，结合波分复用，时分复用和空分复用便可实现多储油罐的实时、自动监测。2.根据权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：王旭，赵恩才，崔洪亮，李亚，刘珉含，王阳阳，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：新型
国别省市：吉林;22
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