發布日期：2022-10-09 點擊率：80
0 引言
光纖傳感器是最近幾年出現的新技術，現在已經可以用來測量60多種物理量，它的出現給石油、化工工業的自動化計量、安全檢測和安全管理帶來重大變革。光纖傳感器特別是利用光纖光纜采集和傳輸信號，做到現場無電檢測，安全防爆，特別適于易燃易爆場所的計量、檢測和管理。
1 監測系統的構成
監測系統，主要應用現代化的傳感技術、測試技術、計算機技術、現代網絡通信技術對罐區儲罐的液位、泄漏檢測、罐區火警信息進行實時監測，動態掌握儲罐實時信息，為儲罐的管理、維護、安全性評估提供依據。
整個監測系統包括硬件和軟件兩個部分，其中硬件部分包括四個系統，即：光纖傳感器系統；數據采集系統；數據通信與傳輸系統：數據分析和處理系統。各系統間通過光纖網絡聯系而進行運作。
1．1 光纖傳感器系統
根據對罐區整體結構模型的優化分析，需要在罐區安裝的傳感器及有關附件包括：光纖液位傳感器、管線泄漏監測分布式光纖傳感器、分布式光纖溫度傳感器，以及信號放大器、調理器等附件。
1．2 數據采集系統
包括安裝在罐區外的由微電腦控制的數據采集站，每個采集站是基于PC的數據采集分站。它們的主要功能是收集由光纖傳感器傳來的數據，進行信號調理、實現數據的初步處理和儲存，然后傳輸到監控中心數據處理和分析系統中。
1．3 數據通信與傳輸系統
包括網絡操作系統平臺、站點的設立、安全監測局域網的網絡協議、與其他局域網或主干網的連接等。
1．4 數據處理和分析系統
用數臺高性能工作站連接罐區數臺數據采集站形成一個計算機網絡。工作站是臺式計算機，安裝在罐區外監測管理中心，并配置所需的數據顯示軟件。工作站實現了采集數據處理、監測數據顯示、系統控制管理與維護、安全分析評估。
罐區實時監測系統主要包括如下功能：
1）報告各儲罐的當前狀態信息，包括儲罐儲藏的物品、液位、是否泄漏等信息。
2）設定日常信號報警系統，用于罐區的日常安全管理。
3）監測罐區火警信息，并進行初步火警處理。
2 光纖傳感器系統
光纖測量單元和光纖傳感器安裝在罐區現場，光電轉換器、電源和計算機系統安裝在數據采集站，兩者之間通過光纜連接。
2．1 光纖液位傳感器
由于儲罐容積較大，很小的液位變化都可能引起較大的誤差，為使誤差在限制范圍內，一般要求能測量的液位準確度在1mm以內。現在市場上的高精度光纖液位傳感器的精度已經能達到這一指標。根據測量原理的不同，市場上有多種光纖液位傳感器。根據系統的實際情況，我們選擇了YW-B型光纖液位傳感器。YW-B型光纖液位傳感器利用力平衡原理實現液位的檢測，系統由測量單元（包括浮盤、鋼絲、重錘、導向輪、繩輪、磁力耦合器等機械部分）、光纖傳感器、光電轉換器、光纜和電源等組成。當被測介質液面變化時，測量浮盤上下移動，測量鋼絲帶動光纖傳感器內光碼盤轉動，同時光纖傳感器內光纖傳感探頭輸出光信號，經光纜傳輸到光電轉換器，經判向計數后，顯示出儲罐內液位值，同時輸出信號給計算機，實現罐區液位自動監測。
與此同時，將高液位和低液位光纖檢測傳感器分別裝于儲罐內設定的最高和最低被檢測位置處。在充液或排液過程中，當液面上升到高液位光纖傳感器位置時，雙液位電子報警裝置即發出高液位報警信號；當液面下降到低液位光纖傳感器位置時，雙液位電子報警裝置即發出低液位報警信號。在一般情況下，報警裝置不發出報警信號，即表示液面位置在正常范圍內。當液位超限時，信號處理電路產生一個報警信號，可將液位超限信號送到上位機或連接到聯鎖系統，從而實現自動化管理。
2.2 管線泄漏監測分布式光纖傳感器
在油氣管線附近并行鋪設一條光纜，利用光纖作為傳感器，拾取由油氣管線泄漏、附近機械施工和人為破壞等事件產生的壓力和振動信號。在光入射端，用光時域反射計對上述事件引發的損耗進行定位；在光輸出端，用光功率計檢測光功率的變化，并根據信號特征來判定事件的類型。分布式光纖傳感器可以對管線泄漏進行監測。因此，在罐區管線周圍鋪設分布式光纖傳感器可用于管線泄漏的實時在線監測。
2.3 分布式光纖溫度傳感網絡
用于工業過程檢測的分布式光纖溫度傳感網絡是一種實時、在線、多點光纖溫度測量系統，是一種新型檢測方法與技術。系統中的光纖既是傳輸媒體又是傳感媒體，利用光纖背向喇曼散射的強度，經波分復用器和光電檢測器采集了帶有溫度信號的背向喇曼散射光電信號，再經信號處理，解調后將溫度信息實時從噪聲中提取出來并進行顯示，它是典型的激光光纖溫度通信網絡。在一根長為2km的光纖上可采集1000個溫度信息并能進行空間定位，它已經應用于罐區火災自動溫度報警系統。
3 數據通信與傳輸系統
各系統之間的通信通過全光通信技術實現。全光通信技術是一種光纖通信技術，該技術是針對普通光纖系統中存在著較多的電子轉換設備而進行改進的技術。該技術確保用戶與用戶之間的信號傳輸與交換全部采用光波技術，即數據從源節點到目的節點的傳輸過程都在光域內進行，而其在各網絡節點的交換則采用全光網絡交換技術。
全光通信網由全光內部部分和通用網絡控制部分組成，內部全光網是透明的，能容納多種業務格式，網絡節點可以通過選擇合適的波長進行透明的發送或從別的節點處接收。通過對波長路由的光交叉設備進行適當配置，透明光傳輸可以擴展到更大的距離。外部控制部分可實現網絡的重構，使得波長和容量在整個網絡內動態分配以滿足通信量、業務和性能需求的變化，并提供一個生存性好、容錯能力強的網絡。
4 數據處理和分析系統
在數據處理和分析系統中主要采用面向對象編程技術、數據庫應用技術和虛擬現實技術。
經過預處理的數據通過IO接口輸入計算機，比如液位數據通過虛擬儀表可以實現實時顯示。所謂虛擬儀器，就是用戶在通用計算機平臺上，根據測試任務需求，定義和設計儀器的測試功能，使得使用者在操作這臺計算機時，實現了計算機與測試儀器的一體化。虛擬儀器的出現，使得用戶可以根據自己的需求，設計自己的儀器系統。虛擬儀器包括硬件和軟件兩個基本要素，硬件功能是獲取被測的物理信號，提供信號傳輸的通道；軟件則是實現數據采集、分析、處理、顯示等功能，并將其集成為儀器操作與運行的一體化環境。總體上而言，虛擬儀器硬件技術以VXI、PXI等先進的計算機接口總線發展為標志，而軟件技術則以VISA、SCPI和IVA等最新標準和Lab VIEW、Lab WindOWS/CVI等先進的開發平臺為核心，構成一個比較完整的虛擬儀器體系，從而實現對罐區狀態信息的實時監控。
采集到的數據還會送到數據庫中，便于輔助對罐區的日常維護，通過虛擬現實技術可以顯示出罐區的三維立體交叉圖像。
5 結束語
無電實時監控滿足了石油化工、冶金以及國防等部門對易燃易爆液體類物質的自動化計量、安全檢測和安全管理的發展要求，實踐表明其結果基本滿足了上述要求。
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