光纤光栅温度监测报警系统在石化罐区的应用

　　1　引　言

　　光纤光栅是近几年发展最迅速的光器件之一,因为光纤光栅传感器是数字式的,它的传感信号为波长调制,使得测量信号不受光源起伏影响,避免一般干涉型光纤传感器相位测量不清晰和对固有参考点的依赖,光纤细、柔、软,可粘贴埋设被测物内部进行测量,现场非电量测量可防爆,能远程监控,因而灵敏度高,可靠性强。

　　图1为光纤光栅温度报警系统在外浮顶罐上安装示意图。现场测量探头安装在油罐浮盘上挡油板和密封橡皮之间,沿油罐内侧呈圆周分布。油罐直径为46 m左右,测量长度约为145 m,该系统共使用17个感温探头,传输距离150 m,系统设定报警温度为100℃和120℃。

　　2　光纤光栅工作原理

　　光纤光栅是利用光纤材料的光敏性,在纤芯内形成空间相位光栅,其作用实质上是在纤芯内形成一个窄带的(透射或反射)滤波器或反射镜。当宽带光经光纤传输到光栅处时,光栅将有选择地反射回一窄带光。在光栅不受外力影响时,窄带光的中心波长为一固定值;当环境温度发生变化,或光栅受到外力影响时,光栅栅距将发生变化(同时光栅处纤芯折射率也会发生相应变化),反射的窄带光的中心波长将随之发生变化,也就是说,通过检测反射的窄带光中心波长的变化值,就可以测量到光栅处的有关物理量的变化。当光纤光栅周期Λ和有效折射率发生neff变化时,光纤光栅中心波长λB会发生相应的移动,它们之间具有良好的线性和重复性,通过检测λB的变化值,即可实现对外界参数的检测。

　　3　光纤光栅传感器结构

　　光纤光栅传感器的传感过程是通过外界参量对布喇格中心波长的调制来获取传感信息的。本文所介绍的光栅为均匀周期型布喇格光栅,它是通过准分子激光器采用紫外掩膜法得到的,其波长应符合布喇格方程:λB=2neffΛ。

　　通过检测λB的变化值,即可实现对外界参量的检测。光纤光栅传感器基本结构如图2所示。

　　4　光纤光栅温度监测报警系统的结构与工作原理

　　光纤光栅温度监测报警系统采用全同光纤光栅作为传感元件实现光电检测,如图3所示。

　　感温探头的数量可以根据现场实际使用需要确定,探测点最多可达100个。感温探头是光纤光栅温度监测报警系统的核心部分,使用不锈钢管进行保护,如图4所示。实际使用时现场多个感温探头之间可以相互串接,采用特殊结构与光缆连接。

　　调制解调器是光纤光栅温度检测报警系统的调制解调部分,能够可靠地实现现场信号实时检测并输出需要的信号用于监控和报警。图5为调制解调器工作原理。