[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

说明书

本发明提供了一种基于FBG温度传感器阵列的料位测量系统及方法。所述测量系统包括FBG解调仪、FBG温度传感器阵列和控制终端；通过FBG解调仪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，再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，最后通过波长‑温度函数转化为温度值，然后将温度信息传输至控制终端进行信息处理，从而获得原料罐内精确的料位信息。本发明采用激光测量技术和光纤传感技术耦合，充分利用了激光直接测量参数和料位测量值之间线性化的反演关系，通过软件算法处理流程，可以快速实时、高精度实现料位精确测量。

技术领域

本发明涉及精密测量领域，具体涉及化工生产过程中一种基于FBG温度传感器阵列的料位测量系统及方法。

背景技术

化工生产过程中原料罐中的料位高度精确的测量和表征对于整个生产流程起着非常重要的作用。当前常用的料位测量技术主要包括电极式料位计、超声波式料位计、重锤式料位计、微波式料位计和称重式料位计等。但是，化工生产设备具有高压、高温和高密度粉尘/蒸汽的特点，其内部的料位难以实现直接测量和表征，通常需要采用人工通过观察孔直接观测式方式，这个方法除了耗费人力，也难以实现准确的测量。为了改进优化化工生产过程中料位的精确监测，确保生产安全和产品的质量，采用一些适合于生产装置与现场环境新技术方式和算法将是十分重要和必要。

在先技术中，在专利号CN201911169252.6的发明专利《用于高温高压环境的光纤液位计及其制作方法》中，提出了一种可用于水冷反应堆核电站中稳压器、蒸发器的液位追踪，金属反应堆(钠冷、铅铋冷却反应堆)中液态金属液位、熔盐反应堆中熔盐液位测量，且安装角度不受限的光纤液位计及其制作方法，其主要是针对液位结构设计；北京化工大学控制工程专业的研究生吕剑飞于2013年5月20日发表的硕士学位论文《基于温度传感器阵列的料位测量仪的研制》中，设计和制作一款基于料位模型的嵌入式料位测量仪，但主要是针对闪蒸釜在进料状态下的料位测量；北京化工大学控制工程专业高明于2012年5月28日发表的硕士学位论文《基于多温度传感器的料位识别系统的开发》中，其方法主要是利用多温度传感器采集闪蒸釜中的各空间点的温度数据，通过对这些数据的分析处理在线实时识别闪蒸釜中的料位高度，但是整个处理方法过于复杂，需要的温度传感器测量点也非常的多，在一定程度提升了硬件成本。

发明内容

发明针对现有技术缺陷在于提供一种基于FBG温度传感器阵列的料位测量系统及方法，该发明利用激光精密测量和光纤传感耐受高温高压应用环境的特点，在实现高温、高压和高密度粉尘/蒸汽环境下料位精确测量和表征同时，也可以实现远程光纤传输和遥测，可以解决适应于化工生产过程中生产装置与现场环境特点的料位精确测量的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于FBG温度传感器阵列的料位测量系统，包括FBG解调仪、FBG温度传感器阵列和控制终端；所述FBG温度传感器阵列伸入原料罐的原料中，并通过传导光缆与FBG解调仪信号连接，FBG温度传感器阵列用于对原料罐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解调仪进行温度信号解调；

所述FBG解调仪自带宽带光源、光环形器、光电转换模块和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，FBG温度传感器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与控制终端信号连接，并将温度信息传输至控制终端进行信息处理，从而获得原料罐内精确的料位信息；

所述控制终端接收FBG解调仪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。