專利名稱：可燃?xì)怏w濃度光纖監(jiān)測方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種石油煉制、貯存、運(yùn)輸、石油液化氣站等，可燃?xì)怏w的安全監(jiān)測技 術(shù)，特別涉及一種可燃?xì)怏w濃度光纖監(jiān)測方法及裝置。
背景技術(shù)：
原油、汽油、輕質(zhì)油、天然氣中含有及易揮發(fā)的甲烷、丁烷等，空氣中含量超過60g/ m3時在> 55°C或遇火會爆炸，因此國家標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格規(guī)定烴類的閃點(diǎn)值為> 55°C。石油儲運(yùn)、 氣站、化工廠、煉油廠的可燃?xì)怏w濃度監(jiān)測的安全性和可靠性是確保帶有易燃?xì)怏w原料安 全生產(chǎn)及貯存、運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)。目前易燃易爆場所采用的電子監(jiān)測設(shè)備不能準(zhǔn)確的分析 甲烷、丁烷的含量，而且?guī)щ姳O(jiān)測本身就存在不安全因素。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種避免帶電監(jiān)測的可燃 氣體濃度光纖監(jiān)測方法及裝置。一種可燃?xì)怏w濃度光纖監(jiān)測方法，其技術(shù)方案是由以下步驟實(shí)現(xiàn)(1)、采用攙有光敏材料的光纖，用微激光技術(shù)分別把待檢測氣體的光譜頻率和波 長寫入纖芯制成傳感器；O)、光端機(jī)和光信息解調(diào)儀安放在監(jiān)控室或值班室內(nèi)，所述的傳感器分別放在需 要監(jiān)測的部位；一臺光端機(jī)和光信息解調(diào)儀可以同時檢測多個傳感器，工作時光端機(jī)發(fā)出 高速激光通過光纜傳給傳感器，傳感器通過激光可在復(fù)雜的氣體中準(zhǔn)確識別待檢測氣體的 頻率和波長，并隨時把檢測信息通過光纜傳給光信息解調(diào)儀；光信息解調(diào)儀隨時分析計算 傳感器的監(jiān)測信息，計算結(jié)果隨時顯示在計算機(jī)的屏幕上并自動存儲記錄，超出設(shè)計報警 指標(biāo)隨時自動報警，通過傳感器編碼在顯示屏上同時顯示報警位置。上述的攙有光敏材料的光纖是指在制作光纖的過程摻入6%的Ge，用紫外激光直 接寫入法在光纖的纖芯內(nèi)寫入相位光柵，實(shí)現(xiàn)在纖芯內(nèi)刻制一個窄帶的濾光器或反射鏡； 濾光器設(shè)定了檢測氣體的光譜頻率和波長，制成傳感器只識別設(shè)計的光譜頻率和波長。上述的待檢測氣體為甲烷、丁烷等可燃?xì)怏w。一種可燃?xì)怏w濃度光纖監(jiān)測裝置，其技術(shù)方案是主要由光端機(jī)、光信息解調(diào)儀、 用高分子絕緣材料鎧裝的監(jiān)測光纜和傳感器組成，所述的光端機(jī)和光信息解調(diào)儀安放在監(jiān) 控室或值班室內(nèi)，所述的光端機(jī)和光信息解調(diào)儀通過高分子絕緣材料鎧裝的監(jiān)測光纜連接 多個傳感器，光端機(jī)發(fā)出高速激光通過高分子絕緣材料鎧裝的監(jiān)測光纜傳給各個傳感器， 所述的傳感器通過激光可準(zhǔn)確識別出待檢測氣體的頻率和波長，并隨時把檢測信息通過高 分子絕緣材料鎧裝的監(jiān)測光纜傳回給光信息解調(diào)儀。本發(fā)明的有益效果是采用攙有光敏材料的特制光纖，用微激光技術(shù)分別把甲烷、 丁烷等的光譜頻率和波長寫入纖芯，用高分子絕緣材料把光纖制作成監(jiān)測傳感器和光纜。 根據(jù)監(jiān)測氣體的光譜頻率和波長設(shè)置監(jiān)測信息解調(diào)儀，光纖傳感器根據(jù)設(shè)計的光譜頻率和波長識別出監(jiān)測氣體并將信息傳給解調(diào)儀，解決了光纖在線實(shí)時監(jiān)測甲烷、丁烷、等的氣體 濃度的問題。
四

附圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2是本發(fā)明的計算機(jī)的屏幕顯示圖；上圖中1、光端機(jī)；2、光信息解調(diào)儀；3、用高分子絕緣材料鎧裝的監(jiān)測光纜；4、傳 感器；5、監(jiān)測傳感器編號；6、監(jiān)測氣體濃度；7、激光功率監(jiān)測顯示。
五具體實(shí)施例方式結(jié)合附圖1-2，對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述一種可燃?xì)怏w濃度光纖監(jiān)測方法，其技術(shù)方案是由以下步驟實(shí)現(xiàn)(1)、采用攙有光敏材料的光纖，用微激光技術(shù)分別把甲烷、丁烷的光譜頻率和波 長寫入纖芯制成傳感器；該傳感器可從各種的混合氣體中通過波長識別甲烷、丁烷等氣體， 通過識別氣體的光譜頻率變化解調(diào)儀計算出相應(yīng)的氣體濃度；O)、光端機(jī)和光信息解調(diào)儀安放在監(jiān)控室或值班室內(nèi)，傳感器分別放在需要監(jiān)測 的部位；一臺光端機(jī)和光信息解調(diào)儀可以同時檢測40個傳感器，工作時光端機(jī)發(fā)出高速激 光通過光纜傳給傳感器，傳感器通過激光可在復(fù)雜的氣體中準(zhǔn)確識別出待檢測氣體的頻率 和波長，并隨時把檢測信息通過光纜傳給光信息解調(diào)儀；光信息解調(diào)儀隨時分析計算傳感 器的監(jiān)測信息，計算結(jié)果隨時顯示在計算機(jī)的屏幕上并自動存儲記錄，超出設(shè)計報警指標(biāo) 隨時自動報警，通過傳感器編碼在顯示屏上同時顯示報警位置。光纖的主要成分是SiozW究試驗(yàn)證明在制作過程摻入6%的Ge有效的提高了光 纖的光敏性。利用光纖材料的光敏性即外界入射光子和纖芯相互作用而引起后者折射率 的永久性變化，在計算機(jī)的設(shè)計和控制下用紫外激光直接寫入法在纖芯內(nèi)寫入相位光柵， 其實(shí)質(zhì)是在纖芯內(nèi)刻制一個窄帶的濾光器或反射鏡。濾光器設(shè)定了檢測氣體的光譜頻率和 波長，制成傳感器只識別設(shè)計的光譜頻率和波長。光端機(jī)發(fā)出的激光通過傳輸光纖射入給 傳感器，傳感器在混合氣體中把濾出的光譜頻率和波長反射傳輸給解調(diào)儀。(甲烷、丁烷光 譜波長分別是1651nm、16784nm。)氣體濃度光譜信息解調(diào)儀為現(xiàn)有技術(shù)不再詳述，其硬件包括精密穩(wěn)壓電源、光電 轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、斜坡震蕩器、濾波器、振幅調(diào)制器、耦合器、編碼器、計算機(jī)、高速數(shù)據(jù)采集卡。軟 件包括數(shù)學(xué)模型、光譜分析。工作原理例如甲烷的吸收光譜線是1651nm。首先我們將DFB激光器調(diào)節(jié)到接近 吸收光譜線的地方，然后將一個隨著時間變化的斜坡信號加載到激光器中，去震蕩掃描以 待測氣體的吸收譜線為中心的頻率范圍。在進(jìn)行掃描時，反射的傳輸信號被接收器同步記 錄。歸一化的傳輸信號波動與系統(tǒng)參考點(diǎn)(技術(shù)上稱之為0點(diǎn))構(gòu)成吸收光譜線透射率方 程。方程中信號幅值和氣體的濃度是成正比的。通過反復(fù)掃描整個吸收情況結(jié)合取零點(diǎn)做 參考，系統(tǒng)在本質(zhì)上是自我校準(zhǔn)的。在吸收很弱的情況下，例如甲烷的濃度< 時，在誤 差和系統(tǒng)噪聲的影響下直接恢復(fù)信號缺乏必要可探測靈敏度，為了解決這個問題，于是我 們使用了帶波長調(diào)節(jié)功能的振幅調(diào)制器，除了對激光注入斜坡震蕩，我們同時采用了高頻率正弦波。正弦波和氣體吸收譜線的相互作用，在相同的頻率上產(chǎn)生了振幅調(diào)制信號。如 果解析度和敏感度沒有限制，因?yàn)槭侵苯犹綔y，就會看見吸收譜線傳輸信號。在接收端鎖定 探測，然后通過振幅調(diào)制信號恢復(fù)所需波長就可以通過周密的信號處理，提取檢測氣體的 濃度。一種可燃?xì)怏w濃度光纖監(jiān)測裝置，其技術(shù)方案是主要由光端機(jī)(1)、光信息解調(diào) 儀O)、用高分子絕緣材料鎧裝的監(jiān)測光纜C3)和傳感器(4)組成，所述的光端機(jī)(1)和光 信息解調(diào)儀( 安放在監(jiān)控室或值班室內(nèi)，所述的光端機(jī)(1)和光信息解調(diào)儀( 通過高 分子絕緣材料鎧裝的監(jiān)測光纜C3)連接多個傳感器G)，光端機(jī)(1)發(fā)出高速激光通過高 分子絕緣材料鎧裝的監(jiān)測光纜C3)傳給各個傳感器G)，所述的傳感器(4)通過激光可準(zhǔn) 確識別出待檢測氣體的頻率和波長，并隨時把檢測信息通過高分子絕緣材料鎧裝的監(jiān)測光 纜(3)傳回給光信息解調(diào)儀O)。參照附圖2，本發(fā)明的計算機(jī)的屏幕顯示圖，顯示多個監(jiān) 測傳感器編號5 ；每個傳感器傳回的監(jiān)測氣體濃度6 ；下方是激光功率監(jiān)測顯示7。本項(xiàng)技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有顯著特點(diǎn)1、無電監(jiān)測。2、用光譜檢測氣體的頻率和波長。3、把要監(jiān)測氣體的頻率和波長用微激光技術(shù)寫入纖芯制成傳感器。4、傳感器可通過光端機(jī)的激光準(zhǔn)確識別出待檢測氣體的頻率和波長并隨時把檢 測信息傳給光信息解調(diào)儀計算結(jié)果。5、本項(xiàng)技術(shù)不帶點(diǎn)不導(dǎo)電絕緣性好識別精度高，抗電磁干擾，防雷防靜電。
權(quán)利要求
1.一種可燃?xì)怏w濃度光纖監(jiān)測方法，其特征是由以下步驟實(shí)現(xiàn)(1)、采用攙有光敏材料的光纖，用微激光技術(shù)分別把待檢測氣體的光譜頻率和波長寫 入纖芯制成傳感器；O)、光端機(jī)和光信息解調(diào)儀安放在監(jiān)控室或值班室內(nèi)，所述的傳感器分別放在需要監(jiān) 測的部位；一臺光端機(jī)和光信息解調(diào)儀可以同時檢測多個傳感器，工作時光端機(jī)發(fā)出高速 激光通過光纜傳給傳感器，傳感器通過激光可在復(fù)雜的氣體中準(zhǔn)確識別待檢測氣體的頻率 和波長，并隨時把檢測信息通過光纜傳給光信息解調(diào)儀；光信息解調(diào)儀隨時分析計算傳感 器的監(jiān)測信息，計算結(jié)果隨時顯示在計算機(jī)的屏幕上并自動存儲記錄，超出設(shè)計報警指標(biāo) 隨時自動報警，通過傳感器編碼在顯示屏上同時顯示報警位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可燃?xì)怏w濃度光纖監(jiān)測方法，其特征是所述的攙有光敏材 料的光纖是指在制作光纖的過程摻入6%的Ge，用紫外激光直接寫入法在光纖的纖芯內(nèi)寫 入相位光柵，實(shí)現(xiàn)在纖芯內(nèi)刻制一個窄帶的濾光器或反射鏡；濾光器設(shè)定了檢測氣體的光 譜頻率和波長，制成傳感器只識別待檢測氣體的光譜頻率和波長。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可燃?xì)怏w濃度光纖監(jiān)測方法，其特征是所述的待檢測氣體 為甲烷或丁烷。
4.一種可燃?xì)怏w濃度光纖監(jiān)測裝置，其特征是主要由光端機(jī)(1)、光信息解調(diào)儀O)、 用高分子絕緣材料鎧裝的監(jiān)測光纜C3)和傳感器(4)組成，所述的光端機(jī)(1)和光信息解 調(diào)儀( 安放在監(jiān)控室或值班室內(nèi)，所述的光端機(jī)(1)和光信息解調(diào)儀( 通過高分子絕 緣材料鎧裝的監(jiān)測光纜C3)連接多個傳感器，光端機(jī)(1)發(fā)出高速激光通過高分子絕緣 材料鎧裝的監(jiān)測光纜( 傳給各個傳感器，所述的傳感器(4)通過激光可準(zhǔn)確識別出待 檢測氣體的頻率和波長，并隨時把檢測信息通過高分子絕緣材料鎧裝的監(jiān)測光纜C3)傳回 給光信息解調(diào)儀(2)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種石油煉制、貯存、運(yùn)輸、石油液化氣站等，可燃?xì)怏w的安全監(jiān)測技術(shù)，特別涉及一種可燃?xì)怏w濃度光纖監(jiān)測方法及裝置。本發(fā)明采用攙有光敏材料的光纖，用微激光技術(shù)分別把甲烷、丁烷等的光譜頻率和波長寫入纖芯，用高分子絕緣材料把光纖制作成監(jiān)測傳感器和光纜。根據(jù)監(jiān)測氣體的光譜頻率和波長設(shè)置監(jiān)測信息解調(diào)儀，光纖傳感器根據(jù)設(shè)計的光譜頻率和波長識別出監(jiān)測氣體并將信息傳給解調(diào)儀，解決了光纖在線實(shí)時監(jiān)測甲烷、丁烷的氣體濃度的問題。
文檔編號G01N21/39GK102116740SQ20101062161
公開日2011年7月6日 申請日期2010年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月28日
發(fā)明者薛炳平, 馬明 申請人:勝利油田三力石油技術(shù)開發(fā)有限公司