专利名称：基于光纤光栅传感技术的球罐健康监测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于球罐健康监测技术领域，具体涉及一种基于光纤光栅传感技术的球罐健康监测系统。
背景技术：
球罐为一种钢制容器设备，在石油炼制工业和石油化工中主要用于贮存和运输液态或气态物料。由于球罐在使用过程中，受内部压力和外界环境的影响，会逐渐出现一些危险部位，例如因裂缝扩展、塑性变形或相变等现象而增加球罐泄漏的危险性，所以，为保证球罐的安全使用，常常需要对球罐进行健康检测。现有球罐健康检测方法一般包括以下两类(一)人工直接目测检查即通过肉 眼直接观察球罐表面的外观，从而判断球罐是否存在危险部位。该方法存在的主要缺陷为一方面，需要具有丰富经验的人员才能进行目测检查，从而限制了其应用；另一方面，人工目测检查通常只能对球罐的健康状况给出定性结论，无法量化，而且，对球罐健康状况的结论主观性较强，难以对球罐健康状况做出精确的评价。(二)采用便携式仪器监测球罐的健康状况即，当需要监测球罐的健康状况时，在球罐表面安装某一检测仪器，从而检测球罐的健康状况。该种方法存在的主要缺陷为实时性差，无法对球罐的健康状况进行长期有效的监测。
实用新型内容针对现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种基于光纤光栅传感技术的球罐健康监测系统，由于采用光纤光栅传感技术，可以对球罐的健康状况实时监测，并且，还具有监测精度高和抗干扰能力强的优点。本实用新型采用的技术方案如下本实用新型提供一种基于光纤光栅传感技术的球罐健康监测系统，包括第一信号率禹合器、宽带光源、第二信号稱合器、匹配光栅阵列、光电转换模块、放大器、A/D转换电路、嵌入式信号处理控制器、计算机和安装在待监测球罐表面关键部位的传感光纤光栅阵列；其中，所述第一信号耦合器的第一端与所述宽带光源连接，所述第一信号耦合器的第二端与所述传感光纤光栅阵列连接，所述第一信号耦合器的第三端与所述第二信号耦合器连接，所述第二信号耦合器的第一端与所述匹配光栅阵列连接，所述第二信号耦合器的第二端与所述嵌入式信号处理控制器的第一端之间依次连接所述光电转换模块、所述放大器和所述A/D转换电路；所述嵌入式信号处理控制器的第二端与所述计算机连接。优选的，还包括D/A转换模块；所述嵌入式信号处理控制器的第三端与所述D/A转换模块的输入端连接，所述D/A转换模块的输出端与所述匹配光栅阵列连接。优选的，所述嵌入式信号处理控制器为FPGA或DSP。优选的，所述匹配光栅阵列为具有压电陶瓷的匹配光栅阵列。[0011]优选的，所述传感光纤光栅阵列包括一个以上光纤光栅传感器；各个所述光纤光栅传感器通过光纤串联。优选的，所述光纤光栅传感器包括自温补光纤光栅应变传感器和/或光纤加速度传感器。优选的，所述待监测球罐表面关键部 位包括所述待监测球罐的焊缝处、所述待监测球罐的母材处和所述待监测球罐的支腿处中的一种或几种。优选的，所述传感光纤光栅阵列通过焊接的方式直接焊在所述待监测球罐表面关键部位处和/或所述传感光纤光栅阵列通过磁吸附的方式固定在所述待监测球罐表面关键部位处。本实用新型的有益效果如下通过使用本实用新型提供的基于光纤光栅传感技术的球罐健康监测系统，通过在待监测球罐表面关键部位安装光纤光栅传感器，实现了对球罐的健康状况实时监测；而且，还具有监测精度高和抗干扰能力强的优点；另外，光纤光栅传感器采集到的数据通过网络上传给计算机，通过对数据进行分析，实现识别和诊断球罐的损伤情况，因此，本实用新型实现了对球罐的实时在线监测与诊断，为保障球罐的安全运行提供了科学依据。
图I为本实用新型提供的基于光纤光栅传感技术的球罐健康监测系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型提供的基于光纤光栅传感技术的球罐健康监测系统进行详细说明。如图I所示，为本实用新型实施例提供的一种基于光纤光栅传感技术的球罐健康监测系统，包括第一信号耦合器、宽带光源、第二信号耦合器、匹配光栅阵列、光电转换模块、放大器、A/D转换电路、嵌入式信号处理控制器、计算机和安装在待监测球罐表面关键部位的传感光纤光栅阵列；其中，所述第一信号耦合器的第一端与所述宽带光源连接，所述第一信号耦合器的第二端与所述传感光纤光栅阵列连接，所述第一信号耦合器的第三端与所述第二信号耦合器连接，所述第二信号耦合器的第一端与所述匹配光栅阵列连接，所述第二信号耦合器的第二端与所述嵌入式信号处理控制器的第一端之间依次连接所述光电转换模块、所述放大器和所述A/D转换电路；所述嵌入式信号处理控制器的第二端与所述计算机连接。另外，还包括D/A转换模块；所述嵌入式信号处理控制器的第三端与所述D/A转换模块的输入端连接，所述D/A转换模块的输出端与所述匹配光栅阵列连接。其中，嵌入式信号处理控制器为FPGA或DSP。匹配光栅阵列可以为具有压电陶瓷的匹配光栅阵列。传感光纤光栅阵列包括一个以上光纤光栅传感器；各个所述光纤光栅传感器通过光纤串联。本实用新型中，传感光纤光栅阵列可以通过焊接的方式直接焊在所述待监测球罐表面关键部位处和/或所述传感光纤光栅阵列可以通过磁吸附的方式固定在所述待监测球罐表面关键部位处。其中，待监测球罐表面关键部位包括待监测球罐的焊缝处、待监测球罐的母材处和待监测球罐的支腿处中的一种或几种。[0021]本实用新型提供的基于光纤光栅传感技术的球罐健康监测系统采用匹配光栅解调法对光纤光栅传感网络信息进行解调，其工作原理如图I所示宽带光源BBS发出的光经过第一信号耦合器入射到传感光纤光栅阵列，只有满足Bragg条件的光才被反射回来，经过第一信号耦合器和第二信号耦合器后进入匹配光栅阵列，通过在匹配光栅阵列的压电陶瓷上施加锯齿波扫描电压信号，调节匹配光栅阵列的中心波长而使其在一定范围内变化。当匹配光栅阵列的反射谱峰与传感光纤光栅阵列的反射谱峰重合时，经过匹配光栅阵列反射的光强最大，此反射光汇聚到光电转换模块上，光电转换模块将其转换为相应的电信号，经放大器放大和A/D转换电路转换后，通过嵌入式信号处理控制器控制实时采集此电压信号并找出其最大值，此最大值即为经过匹配光栅阵列反射后所对应的最大光强。同时根据此最大值可以确定施加在匹配光栅阵列上相对应的电压值，再根据反射谱峰值波长和扫描电压的关系，便可得出传感光纤光栅阵列受外界物理量影响后波长漂移量，最后根据传感器外界物理量与波长的编码关系式即可计算出待测物理量应变、振动等的大小。在上述过程中，在匹配光栅阵列的压电陶瓷上施加锯齿波扫描电压信号是由嵌入式信号处理控制器控制的。另外，本实用新型中，光纤光栅传感器包括自温补光纤光栅应变传感器和光纤加速度传感器。下面对这两类传感器分别介绍(I)自温补光纤光栅应变传感器自温补光纤光栅应变传感器是针对大型球罐应变监测而开发的。采用了独有的温度自补偿技术及应变增敏技术，具有较高的测量分辨率、测量精度和优良的温度补偿能力。其技术性能参数如表I所示。表I自温补光纤光栅应变传感器性能参数
权利要求1.一种基于光纤光栅传感技术的球罐健康监测系统，其特征在于，包括第一信号耦合器、宽带光源、第二信号稱合器、匹配光栅阵列、光电转换模块、放大器、A/D转换电路、嵌入式信号处理控制器、计算机和安装在待监测球罐表面关键部位的传感光纤光栅阵列；其中，所述第一信号耦合器的第一端与所述宽带光源连接，所述第一信号耦合器的第二端与所述传感光纤光栅阵列连接，所述第一信号耦合器的第三端与所述第二信号耦合器连接，所述第二信号耦合器的第一端与所述匹配光栅阵列连接，所述第二信号耦合器的第二端与所述嵌入式信号处理控制器的第一端之间依次连接所述光电转换模块、所述放大器和所述A/D转换电路；所述嵌入式信号处理控制器的第二端与所述计算机连接。
2.根据权利要求I所述的基于光纤光栅传感技术的球罐健康监测系统，其特征在于，还包括D/A转换模块；所述嵌入式信号处理控制器的第三端与所述D/A转换模块的输入端连接，所述D/A转换模块的输出端与所述匹配光栅阵列连接。
3.根据权利要求I所述的基于光纤光栅传感技术的球罐健康监测系统，其特征在于，所述嵌入式信号处理控制器为FPGA或DSP。
4.根据权利要求I所述的基于光纤光栅传感技术的球罐健康监测系统，其特征在于，所述匹配光栅阵列为具有压电陶瓷的匹配光栅阵列。
5.根据权利要求I所述的基于光纤光栅传感技术的球罐健康监测系统，其特征在于，所述传感光纤光栅阵列包括一个以上光纤光栅传感器；各个所述光纤光栅传感器通过光纤串联。
6.根据权利要求5所述的基于光纤光栅传感技术的球罐健康监测系统，其特征在于，所述光纤光栅传感器包括自温补光纤光栅应变传感器和/或光纤加速度传感器。
7.根据权利要求I所述的基于光纤光栅传感技术的球罐健康监测系统，其特征在于，所述待监测球罐表面关键部位包括所述待监测球罐的焊缝处、所述待监测球罐的母材处和所述待监测球罐的支腿处中的一种或几种。
8.根据权利要求I所述的基于光纤光栅传感技术的球罐健康监测系统，其特征在于，所述传感光纤光栅阵列通过焊接的方式直接焊在所述待监测球罐表面关键部位处和/或所述传感光纤光栅阵列通过磁吸附的方式固定在所述待监测球罐表面关键部位处。
专利摘要本实用新型提供一种基于光纤光栅传感技术的球罐健康监测系统，通过在待监测球罐表面关键部位安装光纤光栅传感器，实现了对球罐的健康状况实时监测；而且，还具有监测精度高和抗干扰能力强的优点；另外，光纤光栅传感器采集到的数据通过网络上传给计算机，通过对数据进行分析，实现识别和诊断球罐的损伤情况，因此，本实用新型实现了对球罐的实时在线监测与诊断，为保障球罐的安全运行提供了科学依据。
文档编号G01P15/00GK202485639SQ20122009759
公开日2012年10月10日 申请日期2012年3月15日 优先权日2012年3月15日
发明者丁克勤, 乔松, 寿比南, 李娜, 陈 光 申请人:中国特种设备检测研究院, 北京中检希望科技有限公司