CN2052893U - 光纤油罐储量计量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种光纤油罐储量计量装置，它由传感头，光缆及二次仪表组成，其主要特点是应用光纤承担光的传输任务，以光纤和其它光学元件组成敏感单元，实用新型灵敏度高、抗干扰能力强、绝缘性能好。传感头无电火花，对易燃易爆油品的测量非常合适，安全可靠。由于其结构简单，光缆可挠曲，从而会使各种设计方案更灵活，通用性更强。在适当选择与液体接触的材料后，也适用于测量盛装各种腐蚀性液体的罐体。

Description

本实用新型涉及一种对贮藏原油及成品油的油罐储量进行计量的装置，它属于计量检测类产品。

目前，国内各工矿企业对油罐储量的检测计量主要采用三种方式。

一是应用浮子钢带液面计。它的优点是能对各种几何形状的油罐进行测量检测，但是由于其一次仪表有机械运动部件，致使在它的工作过程中经常出现诸如钢带卡壳、盘簧跳槽等故障，造成浮子不能随油罐液位的变化而浮动，引起较大的计量误差；由于一次仪表使用了多对发光二极管和光电探测器，光电器件的故障率较高，给维修带来困难；由于一次仪表带电，这对贮藏易燃、易爆油品的罐体来说，构成很大的威胁。

二是应用气动式称重仪表。它的优点是本身结构较简单，测量精度较高，然而由于每次测量前均需对导气管补气，不但响应时间长，并且导气管易出现漏气等故障从而造成测量误差，且这类故障一时很难发现，这就给它的连续使用、及时修理带来困难。

三是一些单位仍沿用比较原始的手工检尺方法。采用手工检尺不但麻烦，费时费力，而且误差较大，工作效率极低。

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种新颖的应用光纤承担传输光的任务，以光纤与其它光学元件构成敏感单元，利用探测油罐底部液体压强来测量油罐实际储量的计量装置。

本实用新型的目的是这样实现的。

本实用新型所述的装置由传感头3、二次仪表4、光缆5三部分组成。传感头3由光纤8、膜片12、圆块15、毛细管16、底板17、自聚焦透镜18、23、25、28，1／4波片20，光弹材料21，偏振片22组成。二次仪表4由光源6、7，探测器9、10，信号处理系统11组成。

传感头3通过连接法兰14及紧固螺钉13安装在被测量油罐的外底部，再通过光缆5与二次仪表4连接。对圆柱形油罐，罐储量W可由下式得出：

W＝P·S    （1）

（1）式中P——罐底液体压强

S——罐横载面面积

可见，对具体几何尺寸已知的柱形罐，只要能测出压强P，便可得知其储量。压强P是通过本装置的以下工作过程来获得的：罐体1内的被测液体2通过法兰14的进口管作用在膜片12上，使与膜片12接触的光弹材料21在应力作用下呈现双折射。光源6发射光经光纤8传至传感头3、经自聚焦透镜23准直后，先后通过偏振片22、光弹材料21和1／4波片20传至偏振分光棱镜19。偏振分光棱镜19将光束按不同偏振分成两束，透射光束由自聚焦透镜25注入光纤8并传至探测器9，反射光束由自聚焦透镜25注入光纤8并传至探测器10，探测器9、10将信号送给信号处理系统11。光源7（该光源的使用是为了补偿由温度、光源强度、光缆传输损耗、光电探测器响应度变化给整个装置带来的计量误差而设置的）发射光经光纤8传至传感头3、经自聚焦透镜28准直后，直接由偏振分光棱镜19按偏振状态分成两束。透射光束由自聚焦透镜25注入光纤8并传至探测器10，反射光束由自聚焦透镜18注入纤8，并传至探测器9。

光源6、7采用交替工作方式，在不考虑传感头3中各光纤间耦合损耗时，信号处理系统11对探测器9、10输出信号进行如下运算可得：

Dc＝（i9／i′9－i10／i′10）／（i9／i′9＋i10／i′10）

＝Sin (2πCLSe)/(λSo) ·P （2）

（2）式中

i9、i10——分别为光源6发光时，探测器9、10输出的光电信号；

i′9、i′10——分别为光源7发光时，探测器9、10输出的光电信号；

C——所用光弹材料的光弹常数；

L——光弹材料中的通光长度；

λ——真空中光波长；

Se——膜片有效作用面积；

So——光弹材料承压面积；

由（2）式计算出P值后，代入（1）式，可得出圆柱形油罐的储量W。

本实用新型相对现有技术的优点在于：灵敏度高，抗干扰能力强，具有较高的绝缘性能。由于光纤传感器无电火花，安全可靠，特别适用于易燃易爆场合。还由于本装置结构简单，光缆可挠曲，使各种设计方案更灵活，通用性更强。

附图1是实用新型的安装示意图。

附图2是传感头3的结构示意图。

附图3是附图2的A－A剖视图。

附图4是二次仪表4示意图。

下面结合附图1、2、3、4详细说明依据本实用新型提出的计量装置的细节及工作情况。

光缆5内的四根光纤8置于四根毛细管16内并与置于孔24、26、27、29内的四个1／4节距的自聚焦透镜23、25、18、28用光敏胶粘接在一起，光敏胶型号为GBN－1。孔24和27及孔26和29为一次加工孔，要求其同轴度不大于5μm。孔24、27的轴线与孔26、29的轴线相互垂直并相交，并且二轴线与圆块15的下表面平等。自聚焦透镜23、25、18、28及四根毛细管16要与孔24、26、27、29采用一级过渡配合装配，其间隙用粘结剂填充粘固。毛细管16的内孔径大于光纤8外径值不超过5μm，其间隙也用粘结剂填充粘固，这样可保证光纤8和四个自聚焦透镜处于正确的耦合位置。偏振片22的偏振轴与x轴成45°角（自聚焦透镜23出射光束传播方向为Z轴，X、Y、Z三轴组成右手直角座标系），1／4波片20的快轴与X轴成45°角。偏振分光棱镜19是由二块45°直角光学玻璃棱镜弦面镀偏振分光膜胶合而成，它的各通光侧面及分光面均垂直于YZ平面。通过1／4波片20的光束垂直于分光棱镜表面入射，经过分光棱镜的透射光束为Y方向偏振，反射光束为X方向偏振。在加工上要求偏振分光棱镜19的四个通光侧面及分光面均垂直于底板17的上表面，角偏差小于30″。偏振分光棱镜19和圆块15分别与底板17用粘结剂粘接在一起。考虑到光学元件与金属底板17及圆块15的热膨胀系数匹配，底数17与圆块15采用因钢制作，具体型号为4J36。光弹材料21选用石英玻璃，其光弹常数为1.70×10^－6／mpa。1／4波片20是由石英晶体制作的一级片，并按其快轴与X轴成45°角方向与偏振分光棱镜19的侧面粘结为一体。

本实用新型不仅适用于对贮藏原油及成品油的油罐储量进行计量，在适当选择材料后，也适用于具有腐蚀性液体的计量。

Claims (4)

1、一种光纤油罐储量计量装置，它由传感头3、二次仪表4、光缆5三部分组成，传感头3通过连接法兰14及紧固螺钉13安装在被测量油罐的外底部，再通过光缆5与二次仪表4连接，其特征在于四根毛细管16及四块自聚焦透镜23、25、18、28均用粘结剂固定在圆块15的四个孔24、26、27、29中，并且四根光纤8与四块自聚透镜连接。

2、根据权利要求1所述的光纤油罐储量计量装置，其特征在于孔24与27、孔26与29的同轴度不大于5μm，孔24、27与孔26、29的轴线垂直相交并与圆块15的下表面平行。

3、根据权利要求1所述的光纤油罐储量计量装置，其特征在于1／4波片20是由石英晶体制作的一级片，并按其快轴与x轴成45°角方向与偏振分光棱镜19的侧面粘结为一体。

4、根据权利要求1所述的光纤油罐储量计量装置，其特征在于偏振分光棱镜19是由二块45°直角光学玻璃棱镜弦面镀偏振分光膜胶合而成，它的各通光侧面及分光面均垂直于YZ平面。