[发明专利]一种基于FBG温度传感器阵列的料位测量系统及方法

权利要求书

1.一种基于FBG温度传感器阵列的料位测量系统，其特征在于：所述测量系统包括FBG解调仪(8)、FBG温度传感器阵列(7)和控制终端(10)；所述FBG温度传感器阵列(7)伸入原料罐(1)的原料(5)中，并通过传导光缆(6)与FBG解调仪(8)信号连接，FBG温度传感器阵列(7)用于对原料罐(1)内沿阵列方向的温度场进行分布式测量，并将温度测量信号传导至FBG解调仪(8)进行温度信号解调；

所述FBG解调仪(8)自带宽带光源、光环形器、光电转换和FPGA采集模块；FBG解调仪通过自带的宽带光源发射光信号至FBG温度传感器阵列，阵列实时反射特征光谱信号，经光环形器传输至光电转换模块，再通过FPGA采集模块高速处理并绘制光谱数据，并通过离散点高斯拟合寻峰算法解析获得的FBG测点的反射光中心波长，再通过波长-温度函数转化为温度值，然后通过信号传输线(9)与控制终端(10)信号连接，并将温度信息传输至控制终端(10)进行信息处理，从而获得原料罐(1)内精确的料位信息；

所述控制终端(10)接收FBG解调仪(8)发送的温度信息进行存储、分析、统计后计算出某个时间段内每个FBG测点的温度平均差ΔT，根据所述温度平均差ΔT与预先设定的温度波动阈值得到该时间段的料位值。

2.根据权利要求1所述的一种基于FBG温度传感器阵列的料位测量系统，其特征在于所述FBG解调仪(8)通过离散点高斯拟合寻峰算法解析获得的FBG测点的反射光中心波长的过程如下：先通过强度阈值判断，找到光谱强度高于阈值的所有离散强度最大点位置，然后以各个离散强度最大点为中心，左右选取合适宽度数据，从而截取一段离散点光谱，再采用离散高斯拟合算法，得到连续点光谱曲线该曲线的峰值y_max对应的x位置即为每个FBG测点的中心波长λ_FBG。

3.根据权利要求1所述的一种基于FBG温度传感器阵列的料位测量系统，其特征在于所述FBG解调仪(8)通过波长-温度函数转化为温度值的过程如下：将FBG测点的反射光中心波长代入到波长—温度拟合模型中获得各FBG测点在当前时刻t_m的温度值T，所述波长—温度拟合模型如下：

其中λ₀为温度测点在特征温度点对应的波长值，特征温度点取0℃或其它温度参考点值；λ取λ_FBG；a、b、c、d四个变量通过FBG温度传感器标定得到，即将FBG在各标准温度下的对应波长采用模型中的多项式拟合而得。

4.根据权利要求1所述的一种基于FBG温度传感器阵列的料位测量系统，其特征在于所述控制终端(10)计算每个FBG测点某个时间段的温度平均差ΔT，得到该时间段的料位值的过程如下：采集n时间段内第m个FBG测点的温度随时间变化数组[T_m,y]，按照以下公式计算出第m个FBG测点的温度平均差ΔT_m：

上述公式中：为n时间段内第m个FBG测点的平均温度；

将计算的第m个FBG测点的温度平均差ΔT_m与待测原料罐内设定的温度波动阈值T₀进行比较，满足条件ΔT_m≥T₀时，第m个FBG测点所在高度视为n时间段内内料位值。

5.根据权利要求1所述的一种基于FBG温度传感器阵列的料位测量系统，其特征在于：所述测量系统的原料罐(1)的进料口(2)和放料口(3)分别留有流量监测接口，可插入流量计进行进料流量和出料流量监测；且流量计通过连接信号传输线(9)将流量信息传输至控制终端(10)。

6.根据权利要求1或2所述的一种基于FBG温度传感器阵列的料位测量系统，其特征在于：FBG温度传感器阵列(7)采用用于高温高压环境的光纤液位计，其外壳为金属铠装管，内附两根或两根以上的测温光纤，测温光纤尾端与传导光缆(6)连接。