CN110274553A - 一种用于浮顶储罐浮盘监测的光纤倾角传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于浮顶储罐浮盘监测的光纤倾角传感器，底板上设置有第一夹块与第二夹块，第一夹块与第二夹块之间形成一卡口，第一夹块与第二夹块兼作挡块，卡口内配置有一重锤，重锤上端与悬臂梁的自由端相连接，悬臂梁的两侧分别设置有光纤光栅，底板配置有一倾角筒体，倾角筒体上方配置有顶盖，顶盖与悬臂梁的上端相连接，第一夹块、第二夹块、重锤与悬臂梁均布置在倾角筒体内。当浮盘发生倾斜时，光纤倾角传感器内的重锤会发生倾斜，使悬臂梁所受应力相应变化，悬臂梁两侧的光纤光栅所受挠曲应变也随之变化，通过变化的对应关系得知浮盘倾斜角度。

Description

一种用于浮顶储罐浮盘监测的光纤倾角传感器

技术领域

本发明涉及浮顶储罐之浮盘监测领域，尤其涉及一种用于浮顶储罐浮盘监测的光纤倾角 传感器。

背景技术

近年来，随着经济持续高速的发展，我国对石油能源的需求越来越大，为了保证国内石 油能源安全，政府和石油公司陆续在沿海建立国家战略石油储备库及商业储备库，大型原油 储存区的数量和储油总量持续上升。但是，目前油库大部分监测工作主要依靠人工巡检，信 息反馈具有一定的滞后性。对过去发生的242起储罐事故分析，人为原因导致的事故在30％ 以上。因此，目前油库罐区普遍采用的人工爬罐巡检方法已远落后于当今信息化、数字化和 网络化的发展。而浮盘倾斜以后容易引发浮盘沉盘、卡盘事故，甚至引起火灾，造成油罐爆 炸。目前，用于监测浮顶储罐浮盘倾角的传感设备尚未见诸报道。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于浮顶储罐浮盘监测的光纤倾 角传感器，以监测浮盘倾斜角度。

为解决上述技术问题，本发明方案包括：

一种用于浮顶储罐浮盘监测的光纤倾角传感器，其包括设置在浮盘对应处的底板，其中， 底板上设置有第一夹块与第二夹块，第一夹块与第二夹块之间形成一卡口，第一夹块与第二 夹块兼作挡块，卡口内配置有一重锤，重锤上端与悬臂梁的自由端相连接，悬臂梁的两侧分 别设置有光纤光栅，底板配置有一倾角筒体，倾角筒体上方配置有顶盖，顶盖与悬臂梁的上 端相连接，第一夹块、第二夹块、重锤与悬臂梁均布置在倾角筒体内；浮盘处于倾斜状态， 重锤在重力作用下在卡口内摆动，使悬臂梁两侧的光纤光栅中心波发生变化。

所述的光纤倾角传感器，其中，上述悬臂梁呈梯形，面积大的一端与上述顶盖相连接。

所述的光纤倾角传感器，其中，上述悬臂梁之两个表面任意点应变力大小均相等，且与 自由端受力成正比，悬臂梁在两个表面过中心线位置对称开槽，其尺寸参数完全相同；一个 槽内设置有第一光纤光栅，另一个槽内设置有第二光纤光栅，第一光纤光栅与第二光纤光栅 的中心波长不同，重锤位置的变化通过悬臂梁传递给第一光纤光栅、第二光纤光栅。

所述的光纤倾角传感器，其中，上述重锤的中轴线处开设有豁口，豁口与悬臂梁的自由 端相适配，豁口的中轴线与悬臂梁的中轴线相重合。

所述的光纤倾角传感器，其中，豁口上部设置有安装块，安装块上设置有安装孔，悬臂 梁的自由端与安装孔对应处设置有盲孔，盲孔与安装孔通过固定销相连接。

所述的光纤倾角传感器，其中，上述顶盖的外周布置有密封圈，顶盖嵌入倾角筒体的上 部，顶盖在与悬臂梁上端对应处设置有顶盖安装口，顶盖安装口与悬臂梁的上端相适配，顶 盖安装口的中轴线与悬臂梁的中轴线相重合。

所述的光纤倾角传感器，其中，顶盖安装口的侧壁上设置有顶盖安装孔，悬臂梁的上端 与顶盖安装孔对应处设置有顶盖盲孔，顶盖盲孔与顶盖安装孔通过顶盖固定销相连接。

所述的光纤倾角传感器，其中，上述光纤光栅受力形变中心波长的变化极限在4nm以内， 悬臂梁的最大应力为15N。

所述的光纤倾角传感器，其中，上述光纤光栅为光栅串。

所述的光纤倾角传感器，其中，上述倾角筒体在与重锤对应部填充有粘度为1000的硅油。

本发明提供了一种用于浮顶储罐浮盘监测的光纤倾角传感器，当浮盘发生倾斜时，光纤 倾角传感器内的重锤会发生倾斜，使悬臂梁所受应力相应变化，悬臂梁两侧的光纤光栅所受 挠曲应变也随之变化，通过变化的对应关系得知浮盘倾斜角度，当浮盘倾斜角度到达预设值， 则光纤倾角传感器配合对应设备进行报警，实现了实时监测浮盘倾斜角度，提高了对浮盘倾 斜角度监测的精准度。

附图说明

图1为本发明中光纤倾角传感器的结构示意图；

图2为本发明中悬臂梁的结构示意图；

图3为本发明中重锤的结构示意图；

图4为本发明中顶盖的结构示意图；

图5为本发明中重锤的摆动示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种用于浮顶储罐浮盘监测的光纤倾角传感器，为使本发明的目的、技术 方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体 实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种用于浮顶储罐浮盘监测的光纤倾角传感器，如图1与图2所示的，其 包括设置在浮盘对应处的底板1，其中，底板1上设置有第一夹块2与第二夹块3，第一夹块 2与第二夹块3之间形成一卡口4，第一夹块2与第二夹块3兼作挡块，避免了重锤5摆动过 大对悬臂梁6造成损伤。卡口4内配置有一重锤5，重锤5上端与悬臂梁6的自由端相连接，悬臂梁6的两侧分别设置有光纤光栅，底板1配置有一倾角筒体7，倾角筒体7上方配置有 顶盖8，顶盖8与悬臂梁6的上端相连接，也就是说，悬臂梁6一端为固定端，另一端为自 由端，自由端随重锤的摆动而摆动，从而使悬臂梁6形变，进而使悬臂梁6两侧的光纤光栅 所受挠曲应变也随之变化，从而判断浮盘的倾斜角度。第一夹块2、第二夹块3、重锤5与悬 臂梁6均布置在倾角筒体7内，一般处于密封状态，从而保证了光纤倾角传感器运行的稳定 性；浮盘处于倾斜状态，重锤5在重力作用下在卡口4内摆动，使悬臂梁6两侧的光纤光栅 中心波发生变化，通过变化的对应关系得知浮盘倾斜角度，当浮盘倾斜角度到达预设值，则 光纤倾角传感器配合对应设备进行报警，实现了实时监测浮盘倾斜角度，提高了对浮盘倾斜 角度监测的精准度。

更进一步的，上述悬臂梁6呈梯形，面积大的一端与上述顶盖8相连接。如图2所示的， 上述悬臂梁6之两个表面任意点应变力大小均相等，且与自由端受力成正比，悬臂梁6在两 个表面过中心线位置对称开槽，其尺寸参数完全相同；一个槽内设置有第一光纤光栅，由于 视角原因，仅仅表示出第一光纤光栅9，另一个槽内设置有第二光纤光栅，第一光纤光9与 第二光纤光栅的中心波长不同，重锤5位置的变化通过悬臂梁6传递给第一光纤光栅9、第 二光纤光栅。

更进一步的，如图3所示的，上述重锤5的中轴线处开设有豁口10，豁口10与悬臂梁6 的自由端相适配，豁口10的中轴线与悬臂梁6的中轴线相重合。而且豁口10上部设置有安装块11，安装块11上设置有安装孔12，悬臂梁6的自由端与安装孔12对应处设置有盲孔， 盲孔与安装孔11通过固定销相连接，从而使悬臂梁6的自由端与重锤5固定连接。悬臂梁6 上所要粘接固定的两个光纤光栅为光栅串，为了降低光纤光栅弯折所带来的损耗，将悬臂梁6的自由端固定在豁口10内加深，从而保证了光纤光栅弯折部位有较大曲率半径，降低了光纤光栅弯折所带来的损耗。

而且如图4所示的，上述顶盖8的外周布置有密封圈，顶盖8嵌入倾角筒体7的上部，顶盖8在与悬臂梁6上端对应处设置有顶盖安装口13，顶盖安装口13与悬臂梁6的上端相 适配，顶盖安装口13的中轴线与悬臂梁6的中轴线相重合。也就是说，在初始状态下，悬臂 梁6、重锤5均处于自由下垂状态。而且顶盖安装口13的侧壁上设置有顶盖安装孔，悬臂梁 6的上端与顶盖安装孔对应处设置有顶盖盲孔，顶盖盲孔与顶盖安装孔通过顶盖固定销相连接。上述光纤光栅受力形变中心波长的变化极限在4nm以内，悬臂梁的最大应力为15N。

为了更进一步描述本发明，以下列举更为详尽的实施例进行说明。

光纤光栅的栅区长度为12mm，纤芯直径为0.25mm，悬臂梁6长度为32mm，厚度为0.7mm， 粘接固定光栅宽度为0.4mm，深度为0.3mm，传感器外壳采用常规316L不锈钢管，倾角筒体 7上下尺寸完全对称，采用o型密封圈密封倾角筒体7与底板1、顶盖8。倾角筒体7的内腔 尺寸通过悬臂梁6仿真位移变化量进行确定，并对重锤5活动范围进行预留。

顶盖8采用316L不锈钢，外壳下盖密封部位结构及尺寸均与外壳上盖相同，图5的箭头 所示分别为重锤5的摆动方式。而重锤5振动导致传感器测量数据波动的问题，为了解决此 问题，倾角筒体7内腔填充合适粘度硅油对重锤进行阻尼，倾角筒体7内部采用粘度1000的 硅油进行阻尼，传感器各零部件加工完毕后，需要对光栅进行固定并进行各零部件的装配， 封装方式如下：

1)双光栅串选择，参照倾角筒体7内径尺寸以及悬臂梁6长度，选取双光栅中心距为 10mm的双光栅串；

2)将两个光栅分别粘接固定自悬臂梁6槽内；

3)将悬臂梁6一端固定在顶盖8下部，同时在固定螺栓部位进行防脱处理；

4)裸光纤通过顶盖8的光缆接头孔穿过；

5)悬臂梁6的另一端与重锤5采用螺栓固定；

6)倾角筒体7与底板1套装o型圈，之后与倾角筒体7通过螺纹连接固定；

7)向倾角筒体7内加入适量硅油；

8)倾角筒体7上盖加装o型圈，之后与倾角筒体7通过螺纹连接固定；

9)通过光缆固定接头和铠装光缆对光栅串的光纤进行保护。

并且需要对光纤倾角传感器进行标定，并获取光纤光栅中心波变化与浮盘倾斜角度的关 系，如下：

1)将光纤倾角传感器的标定平台调为零度；

2)将光纤倾角传感器放入标定平台，调整光纤倾角传感器倾角方向与标定平台倾斜方 向一致，通过固定螺栓将调节光纤倾角传感器与固定支架固定；

3)将光纤倾角传感器连接光纤光栅解调仪，将光纤倾角传感器波长进行解调；

4)转动角度调节旋钮，通过高精度电子倾角传感器角度对光纤倾角传感器进行标定， 记录高精度电子倾角传感器角度与对应的两个光纤光栅的波长值；

5)以1度为单位，依次对光纤倾角传感器进行标定，并对各角度对应的两个光纤光栅 的波长进行记录，如表1所示。表1为光纤倾角传感器与对应角度的关系。

当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说 明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变 形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims (10)

1.一种用于浮顶储罐浮盘监测的光纤倾角传感器，其包括设置在浮盘对应处的底板，其特征在于，底板上设置有第一夹块与第二夹块，第一夹块与第二夹块之间形成一卡口，第一夹块与第二夹块兼作挡块，卡口内配置有一重锤，重锤上端与悬臂梁的自由端相连接，悬臂梁的两侧分别设置有光纤光栅，底板配置有一倾角筒体，倾角筒体上方配置有顶盖，顶盖与悬臂梁的上端相连接，第一夹块、第二夹块、重锤与悬臂梁均布置在倾角筒体内；浮盘处于倾斜状态，重锤在重力作用下在卡口内摆动，使悬臂梁两侧的光纤光栅中心波发生变化。

2.根据权利要求1所述的光纤倾角传感器，其特征在于，上述悬臂梁呈梯形，面积大的一端与上述顶盖相连接。

3.根据权利要求1所述的光纤倾角传感器，其特征在于，上述悬臂梁之两个表面任意点应变力大小均相等，且与自由端受力成正比，悬臂梁在两个表面过中心线位置对称开槽，其尺寸参数完全相同；一个槽内设置有第一光纤光栅，另一个槽内设置有第二光纤光栅，第一光纤光栅与第二光纤光栅的中心波长不同，重锤位置的变化通过悬臂梁传递给第一光纤光栅、第二光纤光栅。

4.根据权利要求1所述的光纤倾角传感器，其特征在于，上述重锤的中轴线处开设有豁口，豁口与悬臂梁的自由端相适配，豁口的中轴线与悬臂梁的中轴线相重合。

5.根据权利要求4所述的光纤倾角传感器，其特征在于，豁口上部设置有安装块，安装块上设置有安装孔，悬臂梁的自由端与安装孔对应处设置有盲孔，盲孔与安装孔通过固定销相连接。

6.根据权利要求4所述的光纤倾角传感器，其特征在于，上述顶盖的外周布置有密封圈，顶盖嵌入倾角筒体的上部，顶盖在与悬臂梁上端对应处设置有顶盖安装口，顶盖安装口与悬臂梁的上端相适配，顶盖安装口的中轴线与悬臂梁的中轴线相重合。

7.根据权利要求6所述的光纤倾角传感器，其特征在于，顶盖安装口的侧壁上设置有顶盖安装孔，悬臂梁的上端与顶盖安装孔对应处设置有顶盖盲孔，顶盖盲孔与顶盖安装孔通过顶盖固定销相连接。

8.根据权利要求1所述的光纤倾角传感器，其特征在于，上述光纤光栅受力形变中心波长的变化极限在4nm以内，悬臂梁的最大应力为15N。

9.根据权利要求1所述的光纤倾角传感器，其特征在于，上述光纤光栅为光栅串。

10.根据权利要求1所述的光纤倾角传感器，其特征在于，上述倾角筒体在与重锤对应部填充有粘度为1000的硅油。