專利名稱：高溫壓力管道的微應(yīng)變光纖傳感在線監(jiān)測設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高溫壓力管道的微應(yīng)變光纖傳感在線監(jiān) 測設(shè)備。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代社會中，高溫壓力管道在化工、石油企業(yè)和發(fā)電廠得到廣泛應(yīng) 用，而每年不 時有高溫管道泄漏和爆炸事故發(fā)生。事故的主要原因是高溫蠕變和管壁腐蝕減薄，其中管 壁失效應(yīng)變是一個非線性過程，因此需建立一套高溫管道實時在線監(jiān)測系統(tǒng)，能夠提供高 溫管道的動態(tài)、實時、在線的失效監(jiān)測數(shù)據(jù)，提供預(yù)報信息，才能有效避免管道失效爆管事 故的發(fā)生。目前我國對超期服役高溫管道的失效檢測主要采用在停機年檢時對管道的蠕變 程度進行人工千分尺測量，具體檢測規(guī)程執(zhí)行國家發(fā)改委于2004年發(fā)布的《火力發(fā)電廠高 溫高壓管道蠕變監(jiān)督規(guī)程》DL/T441-2004,或者從高溫管道上割取一段典型管道進行高溫 蠕變或持久強度等鑒定試驗，由此推斷管道的剩余壽命。這種方法缺點很明顯，不但需要 停機或?qū)艿肋M行破壞性的切割，而且必須人工測量記錄數(shù)據(jù)，精度不高且工作量大、代價 高、試驗周期長。目前國外一些工業(yè)發(fā)達國家都在嘗試采用實時檢測的方式對高溫高壓管道的健 康狀態(tài)進行計算機在線監(jiān)測，進而對高溫管道進行壽命評估及安全監(jiān)督，這些方案有可能 實現(xiàn)長期的在線檢測，能夠提供高溫管道的動態(tài)、實時、在線的失效監(jiān)測數(shù)據(jù)，提供預(yù)報信 息，有效避免管道失效爆管事故的發(fā)生。目前高溫管道的實時檢測技術(shù)手段包括電學(xué)傳感器檢測方法，超聲波檢測方法 和紅外熱成像檢測方法。電學(xué)傳感器及其電路通常不能工作于高溫條件下，即使采用價格昂貴的高溫電傳 感器，也很難保證電路系統(tǒng)在高溫下的工作穩(wěn)定性，更為關(guān)鍵的是，由于化工企業(yè)和石油企 業(yè)高溫管道內(nèi)部通常為易燃易爆的危險品，任何微弱的電磁信號、電火花都有可能引發(fā)燃 爆，十分危險。因此電傳感器在這種工作環(huán)境中是不能采用的?；谕瑯拥脑?，應(yīng)變片技 術(shù)同樣不滿足高溫管道的在線監(jiān)測需要。超聲波檢測方法基于無損檢測理論，雖然避免了電傳感器的安全缺陷，但是超聲 波方法限于工作原理只能檢測管道的壁厚和內(nèi)壁的裂縫以及材料的氣泡缺陷等，比較適用 于檢測管道出廠時的品質(zhì)檢測，而對于高溫管道的外壁應(yīng)變實時檢測無能為力。紅外熱成像檢測方法同樣基于無損檢測理論，也避免了電傳感器的安全缺陷，但 紅外成像方法目前只能檢測內(nèi)部蝕坑和壁厚減薄缺陷，同樣無法檢測管道外壁的實時應(yīng)變 狀態(tài)。從上述可以看出，目前三種實時檢測方法均不能滿足高溫壓力管道的實時在線檢 測任務(wù)的需要。因此建立一套動態(tài)、實時、在線的高溫壓力管道檢測系統(tǒng)具有重大的現(xiàn)實意 義。我國有許多大學(xué)科研院所及公司從事相關(guān)技術(shù)研發(fā)，但國內(nèi)關(guān)于利用光纖傳感技術(shù)進行高溫管道檢測的技術(shù)方法尚未見報導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種高溫壓力管道的微應(yīng)變光纖傳感在線監(jiān) 測設(shè)備。本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為高溫壓力管道的微應(yīng)變光纖傳感在線監(jiān)測設(shè)備包括 雙波長光源、第一光開關(guān)、第二光開關(guān)、長周期光纖光柵組、信號解調(diào)模塊、A/D采樣模塊、計 算機。雙波長光源輸出端與第一光開關(guān)光連接，第二光開關(guān)與信號解調(diào)模塊的輸入端光 連接，第一光開關(guān)與第二光開關(guān)之間并行設(shè)置有多路長周期光纖光柵組，所述的長周期光 纖光柵組由兩段不同周期的長周期光纖光柵串接而成。信號解調(diào)模塊的輸出端與A/D采樣 模塊的輸入端連接，A/D采樣模塊的輸出端與計算機的輸入端信號連接，計算機中的控制單 元控制信號解調(diào)模塊。所述的計算機與中控臺信號連接，所述的雙波長光源與信號解調(diào)模 塊光連接。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有以下有益效果1、本發(fā)明采用高溫長周期光纖光柵(LPre)做為高溫管道的光 纖傳感器件，克服 了普通的布拉格光纖光柵(FBG)無法應(yīng)用于300攝氏度以上的高溫傳感環(huán)境下的問題。2、本發(fā)明采用雙LPre雙波長敏感解耦方法，來解決LPre對溫度交叉敏感的補償 問題。3、本發(fā)明采用低速低成本的空分復(fù)用解調(diào)技術(shù)對系統(tǒng)光纖光柵信號進行解調(diào)，使 得系統(tǒng)成本更具有競爭優(yōu)勢。4、本發(fā)明采用高溫長周期光纖光柵傳感技術(shù)，具有靈敏度高、耐腐蝕、抗電磁干 擾、防爆、便于遙測遙控以及便于分布式傳感等優(yōu)點，克服了目前現(xiàn)有高溫管道檢測方法的 缺點。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為一組長周期光纖光柵組在管道上的安裝示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述如圖1所示，高溫壓力管道的微應(yīng)變光纖傳感在線監(jiān)測設(shè)備包括雙波長光源1、第 一光開關(guān)2-1、第二光開關(guān)2-2、長周期光纖光柵組3、信號解調(diào)模塊4、A/D采樣模塊5、計算 機6。雙波長光源1輸出端與第一光開關(guān)光2-1連接，第二光開關(guān)2-2與信號解調(diào)模塊 4的輸入端光連接，第一光開關(guān)2-1與第二光開關(guān)2-2之間并行設(shè)置有16路長周期光纖光 柵組3，長周期光纖光柵組3由兩段不同周期的長周期光纖光柵串接而成。信號解調(diào)模塊4 的輸出端與A/D采樣模塊5的輸入端連接，A/D采樣模塊5的輸出端與計算機6的輸入端信 號連接，計算機6中的控制單元控制信號解調(diào)模塊4。計算機6與中控臺7信號連接，雙波長光源1與信號解調(diào)模塊4光連接，為信號解調(diào)模塊4提供參考信號，來保證系統(tǒng)的精度。如圖2所示，長周期光纖光柵組3位于上金屬片8和下金屬片9所形成的月牙形 空間內(nèi)，它的一端固定在上金屬片8的居中位置，另一端固定在下金屬片9的居中位置，上 金屬片8和下金屬片9兩端分別與兩個固定塊固定設(shè)置，固定塊可粘貼到相應(yīng)的待檢測管 道上。本發(fā)明在線監(jiān)測過程為該設(shè)備采用空分復(fù)用結(jié)合耐高溫雙長周期光纖光柵 (LPFG)布局，按照使用要求設(shè)定16路通道，每路通道由兩個不同周期的LPre組成，單路通 道可完成單點測試和應(yīng)變溫度解耦，計算機對各路光開關(guān)進行同步切換控制，并完成信號 解調(diào)數(shù)據(jù)的采集處理，最終的檢測結(jié)果將實時顯示和存儲，該設(shè)備可記錄半年以上歷史存 儲數(shù)據(jù)，并具有可擴充至外部存儲設(shè)備如光盤等，當(dāng)存儲空間只剩下10%空間時，系統(tǒng)會有 相應(yīng)的提示。當(dāng)管道微應(yīng)變超過閾值時，監(jiān)測系統(tǒng)報警，并通過系統(tǒng)配置的無線發(fā)射模塊， 向值班負責(zé)人的手機撥號并發(fā)送短信，第一時間通知該負責(zé)人。
本發(fā)明采用了雙波長光源作為工作光源，采用通道切換問詢式工作模式，分別對 兩段匹配波長的LPre進行敏感探測，兩段LPre的敏感信號輸出以光強變化的形式反映應(yīng) 變和溫度量，再經(jīng)過雙LPre對應(yīng)變和溫度的融合算法，實現(xiàn)對應(yīng)變和溫度的解耦，最終實 現(xiàn)對高溫壓力管道的在線監(jiān)測功能。信號解調(diào)電路包括光電探測器及其偏置電路，流-壓 轉(zhuǎn)換電路、濾波及放大電路、隔離電路等，通過對電信號的轉(zhuǎn)換、濾波及放大，使輸出信號有 足夠高的信噪比(SNR)，隔離電路起到隔離前置放大器和后端的采樣電路的作用，驅(qū)動后端 的采樣電路，然后進入計算機進行處理。本發(fā)明中的雙波長光源、第一光開關(guān)、第二光開關(guān)、長周期光纖光柵、信號解調(diào)模 塊、A/D采樣模塊、計算機均為成熟的產(chǎn)品。
權(quán)利要求
高溫壓力管道的微應(yīng)變光纖傳感在線監(jiān)測設(shè)備，包括雙波長光源、第一光開關(guān)、第二光開關(guān)、長周期光纖光柵組、信號解調(diào)模塊、A/D采樣模塊、計算機，其特征在于雙波長光源輸出端與第一光開關(guān)光連接，第二光開關(guān)與信號解調(diào)模塊的輸入端光連接，第一光開關(guān)與第二光開關(guān)之間并行設(shè)置有多路長周期光纖光柵組，所述的長周期光纖光柵組由兩段不同周期的長周期光纖光柵串接而成；信號解調(diào)模塊的輸出端與A/D采樣模塊的輸入端連接，A/D采樣模塊的輸出端與計算機的輸入端信號連接，計算機中的控制單元控制信號解調(diào)模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫壓力管道的微應(yīng)變光纖傳感在線監(jiān)測設(shè)備，其特征在 于所述的計算機與中控臺信號連接，所述的雙波長光源與信號解調(diào)模塊光連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及高溫壓力管道的微應(yīng)變光纖傳感在線監(jiān)測設(shè)備?，F(xiàn)有的監(jiān)測設(shè)備成本高，操作復(fù)雜。本發(fā)明包括雙波長光源、第一光開關(guān)、第二光開關(guān)、長周期光纖光柵組、信號解調(diào)模塊、A/D采樣模塊、計算機。雙波長光源輸出端與第一光開關(guān)光連接，第二光開關(guān)與信號解調(diào)模塊的輸入端光連接，第一光開關(guān)與第二光開關(guān)之間并行設(shè)置有多路長周期光纖光柵組，所述的長周期光纖光柵組由兩段不同周期的長周期光纖光柵串接而成。信號解調(diào)模塊的輸出端與A/D采樣模塊的輸入端連接，A/D采樣模塊的輸出端與計算機的輸入端信號連接，計算機中的控制單元控制信號解調(diào)模塊。本發(fā)明解決了高溫下的傳感技術(shù)問題，且具有靈敏度高，便于分布等特點。
文檔編號G01B11/16GK101832761SQ201010161570
公開日2010年9月15日 申請日期2010年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月30日
發(fā)明者馮桂蘭, 劉月明, 劉濤, 樓俊, 田維堅, 陳慧芳, 黃昌清 申請人:中國計量學(xué)院