一種光纖光柵在線檢測油罐容量的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種液體容量檢測方法，尤其涉及一種光纖光柵在線檢測油罐容量的 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前所使用的大型油罐，外觀呈圓柱形，底面卻不是平面，它類似于錐體表面，中 部商，四周低，且中部比四周商20cm左右，其目的是減少油罐儲油時底部下凹變形引起的 容量誤差。國家檢定規(guī)程中油罐儲油容量的測量是通過測量量油尺高度，查詢?nèi)萘勘慝@得。 容量表是依據(jù)空罐測量的結(jié)果編制的，獲得的是高度與空罐容量之間的關(guān)系表，測量方法 有圍尺法、全站儀法、三維激光掃描法等?？梢?，這種測量方法，并不是一種實時在線測量方 法，與油罐當(dāng)前存儲量之間存在不可忽視的誤差，這種誤差的相對值即使符合國家標(biāo)準(zhǔn)，也 由于其絕對值大，帶來極大的經(jīng)濟(jì)貿(mào)易差，其次，由于油罐底面的變形，不經(jīng)過底量補償?shù)?容量測量也會對測量結(jié)果產(chǎn)生影響。而采用在線實時檢測的方法則能解決上述問題。
[0003] 在線檢測油罐容量時，要考慮兩個問題，一是具備防火防爆、持久有效性能，二是 解決底量補償問題。目前市場上能測液壓、容量的傳感器有不少，但傳統(tǒng)的電學(xué)傳感器并不 適用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明克服了現(xiàn)有油罐容量測量方法的不足，提供了一種光纖光柵在線檢測油罐 容量的方法，能在線檢測液體的實際容量。
[0005] 本發(fā)明采用下述技術(shù)方案： 本發(fā)明方法使用光纖、光纖光柵液位傳感器、光纖光柵解調(diào)儀、PC機(jī)、光纖光柵溫度傳 感器和量油尺。光纖光柵液位傳感器和光纖光柵溫度傳感器通過焊接固定在油罐底部，傳 感器之間通過光纖連接，光纖越過油罐頂部在油罐外與光纖光柵解調(diào)儀相連，解調(diào)儀連接 上位機(jī)（PC機(jī))，量油尺用來測量油罐底部零刻線到當(dāng)前液位的高度。
[0006] 所述的光纖光柵液位傳感器每八個等間距串聯(lián)在一條光路上，由光纖傳輸光信 號，共有八個光路，即八個通道，每個通道以油罐中心為圓心，呈圓型分布；且相鄰兩個通 道之間距離相等；同一通道中的各傳感器工作波長間隔6nm，工作波長分別選為1521nm、 1527nm、1533nm、1539nm、1545nm、1551nm、1557nm、1563nm ;每個通道通過光纖與光纖光棚解 調(diào)儀相連，光纖光柵溫度傳感器與最里圈通道的液位傳感器串聯(lián)，解調(diào)儀連接上位機(jī)。
[0007] 依據(jù)上述硬件設(shè)計，其計算液體容量的方法如下：建立三維坐標(biāo)系，由于每個傳 感器利用他的工作波長和它所在的通道可以相互區(qū)分，例如1通道中，1號傳感器對應(yīng) 1521nm，2號傳感器對應(yīng)1527nm，3號傳感器對應(yīng)1533nm，4號傳感器為1539nm，依此類推， 每8個傳感器為一個通道，1-8號串聯(lián)為1通道，9-16號為2通道，17-24號為3通道……， 不同通道傳感器按其編號從小到大排列也依次對應(yīng)1521nm，1527nm，1533nm….，如此一來， 根據(jù)傳感器的8X8分布方式，結(jié)合油罐的底面尺寸可得出他的XY坐標(biāo)，現(xiàn)以油罐零刻線 所在平面為基準(zhǔn)面，利用毫米級精度的量油尺測得的零刻線到液面的液位高度值A(chǔ)，每個 光纖光柵傳感器測得的液位高度4，同時利用圓環(huán)中心處僅受溫度影響的光纖光柵溫度 傳感器的波長偏移量來對其它光纖光柵液位傳感器的布拉格波長偏移量進(jìn)行補償，中心光 纖光柵溫度傳感器編號為"〇"，與1通道的液位傳感器串聯(lián)，其工作波長為1515nm，計算得 到的A1 -A2的值就是在油罐內(nèi)存在液體時傳感器新的Z軸坐標(biāo)值，如果忽略底面在形變 過程中以及溫度變化對傳感器橫向和縱向的位移，即對傳感器XY坐標(biāo)帶來的影響，那么利 用每個傳感器新的三維坐標(biāo)，將上位機(jī)中所有的傳感器對應(yīng)的三維坐標(biāo)點連接形成模擬曲 面，再結(jié)合他們所測量得到的液位高度值，形成一個新的立體結(jié)構(gòu)，最后利用數(shù)學(xué)方法計算 得到液體的實際容量。當(dāng)實際液位低于油罐底面中心最高處時，此時液面高度很低，由液體 壓力導(dǎo)致的底部形變可忽略不計，可采用空罐時測得的底面形貌對此時的液體容量加以計 算。
[0008] 與【背景技術(shù)】相比，本發(fā)明的增益效果為： 1.本發(fā)明在油罐內(nèi)存在液體的情況下，能夠?qū)σ后w容量的變化進(jìn)行長期在線檢測，實 時的測量當(dāng)前液體的容量值，并且使獲得的容量值信息更加快速和精確的反映給使用者。
[0009] 2.本發(fā)明的傳感器以8X8多點網(wǎng)狀式結(jié)構(gòu)分布在油罐底部，其位置為圓環(huán)與正 八邊形對角線交點處，然而本發(fā)明采用光纖光柵液位傳感器來進(jìn)行測量，這種傳感器不僅 具有抗壓、抗腐蝕等優(yōu)點，而且其可串聯(lián)的特性大大減少了解調(diào)時所需要的通道數(shù)量，更重 要的是，根據(jù)不同的工作波長和所處通道的不同能使測得的數(shù)據(jù)與傳感器相互對應(yīng)，實現(xiàn) 定位。
[0010] 3.本發(fā)明中計算液體容量，是將液體的實際樣貌通過測得的數(shù)據(jù)以模擬立體的形 式再現(xiàn)在計算機(jī)中，同時通過數(shù)學(xué)方法對此模擬立體進(jìn)行體積的計算，得到的結(jié)果即為當(dāng) 前液體的容量值。這種新的計算液體容量的方法不僅直觀、簡便，而且充分利用了測得的數(shù) 據(jù)，精確度更高。
【附圖說明】
[0011] 圖1是本發(fā)明的測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖； 圖2是本發(fā)明光纖光柵傳感器布點分布圖； 圖3是本發(fā)明同一通道中的光纖光柵傳感器與解調(diào)儀連接及波長復(fù)用圖； 圖4a是本發(fā)明光纖光柵傳感器示意圖； 圖4b是本發(fā)明光纖光柵傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖； 圖5是本發(fā)明光纖光柵傳感器XY軸坐標(biāo)取值原理圖； 圖6是本發(fā)明光纖光柵傳感器Z軸坐標(biāo)取值原理圖； 圖7是本發(fā)明用來溫度補償用的光纖光柵傳感器結(jié)構(gòu)圖； 圖8是本發(fā)明計算液體實際容量的立體結(jié)構(gòu)關(guān)系圖。
【具體實施方式】
[0012] 如圖1和圖2所示，本發(fā)明油罐內(nèi)液體容量在線檢測裝置包括油罐1 ;光纖光柵液 位傳感器2 ;量油尺3 ;光纖4 ;光纖光柵解調(diào)儀5 ;PC機(jī)6 ;光纖光柵溫度傳感器7 ;其中，光 纖光柵液位傳感器2和光纖光柵溫度傳感器7通過焊接固定在油罐1底面上，同一通道的 傳感器用光纖4連接起來，8個通道的傳感器通過光纖4越過油罐頂部連接到光纖光柵解調(diào) 儀5中，解調(diào)儀5通過網(wǎng)線連接PC機(jī)6。
[0013] 本實施例中的油罐為十萬立方油罐，高度為20米，底面直徑80米，若要運用到其 它儲存容量的油罐中去時，由于底部尺寸不一樣，可適當(dāng)改變各個傳感器之間的間距，采用 同樣的分布結(jié)構(gòu)，使其適用到要檢測的油罐，并且修改上位機(jī)計算液體容量的編程軟件中 相對應(yīng)的XY坐標(biāo)的代碼，兩者相互對應(yīng)。
[0014] 本實施例中光纖光柵解調(diào)儀采用MOI公司的SM125型號，光源波段為 1510nm~1590nm，能通過拓展通道的方法，同時使用8個通道。
[0015] 如圖2所示，本發(fā)明中的光纖光柵液位傳感器2采用8X8多點網(wǎng)狀分布結(jié)構(gòu)進(jìn)行 固定，每個圓圈間隔相同，從里往外每個圓圈上的傳感器為同一通道，一共為64個光纖光 柵液位傳感器2。
[0016] 如圖3所示，本發(fā)明同一通道中的光纖光柵液位傳感器2采用串聯(lián)的形式，為區(qū) 分每個傳感器，現(xiàn)改變光柵柵距使得每個傳感器的布拉格波長均不一樣，同一通道中串聯(lián) 8個傳感器，其工作波長按傳感器編號從小到大依次為1521nm、1527nm、1533nm、1539nm、 1545nm、1551nm、1557nm、1563nm，將 1-8 號串聯(lián)為 1 通道，9-16 號為 2 通道，17-24 號為 3 通 道，以此類推，共8個通道64個光纖光柵液位傳感器，如此一來，利用布拉格波長和所在通 道，64個傳感器都可以區(qū)別開來。而在后期解調(diào)和處理數(shù)據(jù)時，對于20米高的油罐而言，當(dāng) 裝滿液體時液位傳感器因壓力而產(chǎn)生的波長偏移量為3nm左右，已知傳感器原來的工作波 長，為保證測量的可靠性，根據(jù)測量時的波長落在原工作波長往高處4個nm的范圍內(nèi)，例如 1通道中，測量時得到的其中一個波長為1522nm，這個波長落在了 1521nm-1525nm范圍內(nèi)， 即可判斷此波長是1號傳感器反饋回來的，其它傳感器測量時的波長也可根據(jù)此方法依據(jù) 波長范圍和所在通道進(jìn)行類推定位。
[0017] 光纖光柵液位傳感器最大承受壓強為0. 5MPa，精度為毫米級，在壓力作用下，其工 作波長在頻譜上發(fā)生偏移，而壓力又與液體高度相關(guān)，通過測量傳感器工作波長偏移量可 以反推液體高度。為消除溫度變化的影響，設(shè)置光纖光柵溫度補償傳感器，由傳熱性能良好 的金屬封裝，隔絕液體，僅受液體溫度的影響。
[0018] 相關(guān)的推導(dǎo)公式為：
【主權(quán)項】
1. 一種光纖光柵在線檢測油罐容量的方法，該方法使用光纖、光纖光柵液位傳感器、光 纖光柵解調(diào)儀、PC機(jī)、光纖光柵溫度傳感器和量油尺，其特征在于：光纖光柵液位傳感器通 過固定在油罐底面上，光纖光柵液位傳感器之間通過光纖連接，光纖光柵溫度傳感器固定 在油罐底面圓心上； 所述的光纖光柵液位傳感器每八個等間距串聯(lián)在一條光路上，由光纖傳輸光信號，共 有八個光路，即八個通道，每個通道以油罐中心為圓心，呈圓型分布；且相鄰兩個通道之間 距離相等；同一通道中的各傳感器工作波長間隔6nm，工作波長分別選為1521nm、1527nm、 1533nm、1539nm、1545nm、1551nm、1557nm、1563nm ; 每個通道通過光纖與光纖光柵解調(diào)儀相連，光纖光柵溫度傳感器與最里圈通道的液位 傳感器串聯(lián)，解調(diào)儀連接上位機(jī)； 結(jié)合油罐的底面尺寸確定每個光纖光柵液位傳感器的XY坐標(biāo)，以油罐零刻線 所在平面為基準(zhǔn)面，利用毫米級精度的量油尺測得的零刻線到液面的液位高度值 A ,每個光纖光柵液位傳感器測得的液位高度1?,同時利用中心處僅受溫度影響的光纖 光柵溫度傳感器的波長偏移量來對其它光纖光柵液位傳感器的布拉格波長偏移量進(jìn)行補 償，其工作波長為1515nm，計算得到的A 1-A2的值就是在油罐內(nèi)存在液體時傳感器Z軸坐 標(biāo)值，將PC機(jī)中所有的傳感器對應(yīng)的三維坐標(biāo)點連接形成模擬曲面，再結(jié)合它們所測量得 到的液位高度值，形成一個立體結(jié)構(gòu)，最后利用數(shù)學(xué)方法計算得到液體的實際容量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖光柵在線檢測油罐容量的方法，其特征在于：當(dāng)實 際液位低于油罐底面中心最高處時，此時液面高度很低，由液體壓力導(dǎo)致的底部形變可忽 略不計，可采用空罐時測得的底面形貌對此時的液體容量加以計算。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖光柵在線檢測油罐容量的方法，其特征在于：所述 的光纖光柵解調(diào)儀采用MIO公司的SM125型號，光源波段為1510nm~1590nm，能通過拓展通 道的方法，同時使用八個通道。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光纖光柵在線檢測油罐容量的方法。本發(fā)明中的光纖光柵液位傳感器以8*8多點網(wǎng)狀分布結(jié)構(gòu)，通過焊接固定在油罐底面上，傳感器之間通過光纖連接，再通過光纖與光纖光柵解調(diào)儀相連，解調(diào)儀連接上位機(jī)（PC機(jī)）。本發(fā)明以光纖光柵傳感器測得的液位高度為基礎(chǔ)，通過計算機(jī)建立模擬的液體立體形貌模型，利用數(shù)學(xué)方法計算得到高精度的液體實際容量。
【IPC分類】G01F23-04, G01F23-292, G01F17-00
【公開號】CN104634410
【申請?zhí)枴緾N201510079041
【發(fā)明人】沈小燕, 陸楓, 韓婭, 胡佳成, 李東升
【申請人】中國計量學(xué)院
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2015年2月14日