专利名称：可燃气体浓度光纤监测方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种石油炼制、贮存、运输、石油液化气站等，可燃气体的安全监测技 术，特别涉及一种可燃气体浓度光纤监测方法及装置。
背景技术：
原油、汽油、轻质油、天然气中含有及易挥发的甲烷、丁烷等，空气中含量超过60g/ m3时在> 55°C或遇火会爆炸，因此国家标准严格规定烃类的闪点值为> 55°C。石油储运、 气站、化工厂、炼油厂的可燃气体浓度监测的安全性和可靠性是确保带有易燃气体原料安 全生产及贮存、运输的关键技术。目前易燃易爆场所采用的电子监测设备不能准确的分析 甲烷、丁烷的含量，而且带电监测本身就存在不安全因素。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种避免带电监测的可燃 气体浓度光纤监测方法及装置。一种可燃气体浓度光纤监测方法，其技术方案是由以下步骤实现(1)、采用搀有光敏材料的光纤，用微激光技术分别把待检测气体的光谱频率和波 长写入纤芯制成传感器；O)、光端机和光信息解调仪安放在监控室或值班室内，所述的传感器分别放在需 要监测的部位；一台光端机和光信息解调仪可以同时检测多个传感器，工作时光端机发出 高速激光通过光缆传给传感器，传感器通过激光可在复杂的气体中准确识别待检测气体的 频率和波长，并随时把检测信息通过光缆传给光信息解调仪；光信息解调仪随时分析计算 传感器的监测信息，计算结果随时显示在计算机的屏幕上并自动存储记录，超出设计报警 指标随时自动报警，通过传感器编码在显示屏上同时显示报警位置。上述的搀有光敏材料的光纤是指在制作光纤的过程掺入6%的Ge，用紫外激光直 接写入法在光纤的纤芯内写入相位光栅，实现在纤芯内刻制一个窄带的滤光器或反射镜； 滤光器设定了检测气体的光谱频率和波长，制成传感器只识别设计的光谱频率和波长。上述的待检测气体为甲烷、丁烷等可燃气体。一种可燃气体浓度光纤监测装置，其技术方案是主要由光端机、光信息解调仪、 用高分子绝缘材料铠装的监测光缆和传感器组成，所述的光端机和光信息解调仪安放在监 控室或值班室内，所述的光端机和光信息解调仪通过高分子绝缘材料铠装的监测光缆连接 多个传感器，光端机发出高速激光通过高分子绝缘材料铠装的监测光缆传给各个传感器， 所述的传感器通过激光可准确识别出待检测气体的频率和波长，并随时把检测信息通过高 分子绝缘材料铠装的监测光缆传回给光信息解调仪。本发明的有益效果是采用搀有光敏材料的特制光纤，用微激光技术分别把甲烷、 丁烷等的光谱频率和波长写入纤芯，用高分子绝缘材料把光纤制作成监测传感器和光缆。 根据监测气体的光谱频率和波长设置监测信息解调仪，光纤传感器根据设计的光谱频率和波长识别出监测气体并将信息传给解调仪，解决了光纤在线实时监测甲烷、丁烷、等的气体 浓度的问题。
四
附图1是本发明的结构示意图；附图2是本发明的计算机的屏幕显示图；上图中1、光端机；2、光信息解调仪；3、用高分子绝缘材料铠装的监测光缆；4、传 感器；5、监测传感器编号；6、监测气体浓度；7、激光功率监测显示。
五具体实施例方式结合附图1-2，对本发明作进一步的描述一种可燃气体浓度光纤监测方法，其技术方案是由以下步骤实现(1)、采用搀有光敏材料的光纤，用微激光技术分别把甲烷、丁烷的光谱频率和波 长写入纤芯制成传感器；该传感器可从各种的混合气体中通过波长识别甲烷、丁烷等气体， 通过识别气体的光谱频率变化解调仪计算出相应的气体浓度；O)、光端机和光信息解调仪安放在监控室或值班室内，传感器分别放在需要监测 的部位；一台光端机和光信息解调仪可以同时检测40个传感器，工作时光端机发出高速激 光通过光缆传给传感器，传感器通过激光可在复杂的气体中准确识别出待检测气体的频率 和波长，并随时把检测信息通过光缆传给光信息解调仪；光信息解调仪随时分析计算传感 器的监测信息，计算结果随时显示在计算机的屏幕上并自动存储记录，超出设计报警指标 随时自动报警，通过传感器编码在显示屏上同时显示报警位置。光纤的主要成分是SiozW究试验证明在制作过程掺入6%的Ge有效的提高了光 纤的光敏性。利用光纤材料的光敏性即外界入射光子和纤芯相互作用而引起后者折射率 的永久性变化，在计算机的设计和控制下用紫外激光直接写入法在纤芯内写入相位光栅， 其实质是在纤芯内刻制一个窄带的滤光器或反射镜。滤光器设定了检测气体的光谱频率和 波长，制成传感器只识别设计的光谱频率和波长。光端机发出的激光通过传输光纤射入给 传感器，传感器在混合气体中把滤出的光谱频率和波长反射传输给解调仪。(甲烷、丁烷光 谱波长分别是1651nm、16784nm。)气体浓度光谱信息解调仪为现有技术不再详述，其硬件包括精密稳压电源、光电 转换系统、斜坡震荡器、滤波器、振幅调制器、耦合器、编码器、计算机、高速数据采集卡。软 件包括数学模型、光谱分析。工作原理例如甲烷的吸收光谱线是1651nm。首先我们将DFB激光器调节到接近 吸收光谱线的地方，然后将一个随着时间变化的斜坡信号加载到激光器中，去震荡扫描以 待测气体的吸收谱线为中心的频率范围。在进行扫描时，反射的传输信号被接收器同步记 录。归一化的传输信号波动与系统参考点(技术上称之为0点)构成吸收光谱线透射率方 程。方程中信号幅值和气体的浓度是成正比的。通过反复扫描整个吸收情况结合取零点做 参考，系统在本质上是自我校准的。在吸收很弱的情况下，例如甲烷的浓度< 时，在误 差和系统噪声的影响下直接恢复信号缺乏必要可探测灵敏度，为了解决这个问题，于是我 们使用了带波长调节功能的振幅调制器，除了对激光注入斜坡震荡，我们同时采用了高频率正弦波。正弦波和气体吸收谱线的相互作用，在相同的频率上产生了振幅调制信号。如 果解析度和敏感度没有限制，因为是直接探测，就会看见吸收谱线传输信号。在接收端锁定 探测，然后通过振幅调制信号恢复所需波长就可以通过周密的信号处理，提取检测气体的 浓度。一种可燃气体浓度光纤监测装置，其技术方案是主要由光端机(1)、光信息解调 仪O)、用高分子绝缘材料铠装的监测光缆C3)和传感器(4)组成，所述的光端机(1)和光 信息解调仪( 安放在监控室或值班室内，所述的光端机(1)和光信息解调仪( 通过高 分子绝缘材料铠装的监测光缆C3)连接多个传感器G)，光端机(1)发出高速激光通过高 分子绝缘材料铠装的监测光缆C3)传给各个传感器G)，所述的传感器(4)通过激光可准 确识别出待检测气体的频率和波长，并随时把检测信息通过高分子绝缘材料铠装的监测光 缆(3)传回给光信息解调仪O)。参照附图2，本发明的计算机的屏幕显示图，显示多个监 测传感器编号5 ；每个传感器传回的监测气体浓度6 ；下方是激光功率监测显示7。本项技术与现有技术相比具有显著特点1、无电监测。2、用光谱检测气体的频率和波长。3、把要监测气体的频率和波长用微激光技术写入纤芯制成传感器。4、传感器可通过光端机的激光准确识别出待检测气体的频率和波长并随时把检 测信息传给光信息解调仪计算结果。5、本项技术不带点不导电绝缘性好识别精度高，抗电磁干扰，防雷防静电。
权利要求
1.一种可燃气体浓度光纤监测方法，其特征是由以下步骤实现(1)、采用搀有光敏材料的光纤，用微激光技术分别把待检测气体的光谱频率和波长写 入纤芯制成传感器；O)、光端机和光信息解调仪安放在监控室或值班室内，所述的传感器分别放在需要监 测的部位；一台光端机和光信息解调仪可以同时检测多个传感器，工作时光端机发出高速 激光通过光缆传给传感器，传感器通过激光可在复杂的气体中准确识别待检测气体的频率 和波长，并随时把检测信息通过光缆传给光信息解调仪；光信息解调仪随时分析计算传感 器的监测信息，计算结果随时显示在计算机的屏幕上并自动存储记录，超出设计报警指标 随时自动报警，通过传感器编码在显示屏上同时显示报警位置。
2.根据权利要求1所述的可燃气体浓度光纤监测方法，其特征是所述的搀有光敏材 料的光纤是指在制作光纤的过程掺入6%的Ge，用紫外激光直接写入法在光纤的纤芯内写 入相位光栅，实现在纤芯内刻制一个窄带的滤光器或反射镜；滤光器设定了检测气体的光 谱频率和波长，制成传感器只识别待检测气体的光谱频率和波长。
3.根据权利要求1所述的可燃气体浓度光纤监测方法，其特征是所述的待检测气体 为甲烷或丁烷。
4.一种可燃气体浓度光纤监测装置，其特征是主要由光端机(1)、光信息解调仪O)、 用高分子绝缘材料铠装的监测光缆C3)和传感器(4)组成，所述的光端机(1)和光信息解 调仪( 安放在监控室或值班室内，所述的光端机(1)和光信息解调仪( 通过高分子绝 缘材料铠装的监测光缆C3)连接多个传感器，光端机(1)发出高速激光通过高分子绝缘 材料铠装的监测光缆( 传给各个传感器，所述的传感器(4)通过激光可准确识别出待 检测气体的频率和波长，并随时把检测信息通过高分子绝缘材料铠装的监测光缆C3)传回 给光信息解调仪(2)。
全文摘要
本发明涉及一种石油炼制、贮存、运输、石油液化气站等，可燃气体的安全监测技术，特别涉及一种可燃气体浓度光纤监测方法及装置。本发明采用搀有光敏材料的光纤，用微激光技术分别把甲烷、丁烷等的光谱频率和波长写入纤芯，用高分子绝缘材料把光纤制作成监测传感器和光缆。根据监测气体的光谱频率和波长设置监测信息解调仪，光纤传感器根据设计的光谱频率和波长识别出监测气体并将信息传给解调仪，解决了光纤在线实时监测甲烷、丁烷的气体浓度的问题。
文档编号G01N21/39GK102116740SQ20101062161
公开日2011年7月6日 申请日期2010年12月28日 优先权日2010年12月28日
发明者薛炳平, 马明 申请人:胜利油田三力石油技术开发有限公司