0 引言
光纖傳感器是最近幾年出現(xiàn)的新技術，現(xiàn)在已經(jīng)可以用來測量60多種物理量，它的出現(xiàn)給石油、化工工業(yè)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(xiàn)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(jiān)測系統(tǒng)的構成
監(jiān)測系統(tǒng)，主要應用現(xiàn)代化的傳感技術、測試技術、計算機技術、現(xiàn)代網(wǎng)絡通信技術對罐區(qū)儲罐的液位、泄漏檢測、罐區(qū)火警信息進行實時監(jiān)測，動態(tài)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(jù)。
整個監(jiān)測系統(tǒng)包括硬件和軟件兩個部分，其中硬件部分包括四個系統(tǒng)，即：光纖傳感器系統(tǒng)；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；數(shù)據(jù)通信與傳輸系統(tǒng)：數(shù)據(jù)分析和處理系統(tǒng)。各系統(tǒng)間通過光纖網(wǎng)絡聯(lián)系而進行運作。
1．1 光纖傳感器系統(tǒng)
根據(jù)對罐區(qū)整體結構模型的優(yōu)化分析，需要在罐區(qū)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(jiān)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(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
包括安裝在罐區(qū)外的由微電腦控制的數(shù)據(jù)采集站，每個采集站是基于PC的數(shù)據(jù)采集分站。它們的主要功能是收集由光纖傳感器傳來的數(shù)據(jù)，進行信號調理、實現(xiàn)數(shù)據(jù)的初步處理和儲存，然后傳輸?shù)奖O(jiān)控中心數(shù)據(jù)處理和分析系統(tǒng)中。
1．3 數(shù)據(jù)通信與傳輸系統(tǒng)
包括網(wǎng)絡操作系統(tǒng)平臺、站點的設立、安全監(jiān)測局域網(wǎng)的網(wǎng)絡協(xié)議、與其他局域網(wǎng)或主干網(wǎng)的連接等。
1．4 數(shù)據(jù)處理和分析系統(tǒng)
用數(shù)臺高性能工作站連接罐區(qū)數(shù)臺數(shù)據(jù)采集站形成一個計算機網(wǎng)絡。工作站是臺式計算機，安裝在罐區(qū)外監(jiān)測管理中心，并配置所需的數(shù)據(jù)顯示軟件。工作站實現(xiàn)了采集數(shù)據(jù)處理、監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示、系統(tǒng)控制管理與維護、安全分析評估。
罐區(qū)實時監(jiān)測系統(tǒng)主要包括如下功能：
1）報告各儲罐的當前狀態(tài)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(tǒng)，用于罐區(qū)的日常安全管理。
3）監(jiān)測罐區(qū)火警信息，并進行初步火警處理。
2 光纖傳感器系統(tǒng)
光纖測量單元和光纖傳感器安裝在罐區(qū)現(xiàn)場，光電轉換器、電源和計算機系統(tǒng)安裝在數(shù)據(jù)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(xiàn)在市場上的高精度光纖液位傳感器的精度已經(jīng)能達到這一指標。根據(jù)測量原理的不同，市場上有多種光纖液位傳感器。根據(jù)系統(tǒng)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(xiàn)液位的檢測，系統(tǒng)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(jīng)光纜傳輸?shù)焦怆娹D換器，經(jīng)判向計數(shù)后，顯示出儲罐內液位值，同時輸出信號給計算機，實現(xiàn)罐區(qū)液位自動監(jiān)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(fā)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(fā)出低液位報警信號。在一般情況下，報警裝置不發(fā)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(chǎn)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(lián)鎖系統(tǒng)，從而實現(xiàn)自動化管理。
2.2 管線泄漏監(jiān)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(chǎn)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(fā)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(jù)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(jiān)測。因此，在罐區(qū)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(jiān)測。
2.3 分布式光纖溫度傳感網(wǎng)絡
用于工業(yè)過程檢測的分布式光纖溫度傳感網(wǎng)絡是一種實時、在線、多點光纖溫度測量系統(tǒng)，是一種新型檢測方法與技術。系統(tǒng)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(jīng)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(jīng)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(wǎng)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(jīng)應用于罐區(qū)火災自動溫度報警系統(tǒng)。
3 數(shù)據(jù)通信與傳輸系統(tǒng)
各系統(tǒng)之間的通信通過全光通信技術實現(xiàn)。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(tǒng)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(shù)據(jù)從源節(jié)點到目的節(jié)點的傳輸過程都在光域內進行，而其在各網(wǎng)絡節(jié)點的交換則采用全光網(wǎng)絡交換技術。
全光通信網(wǎng)由全光內部部分和通用網(wǎng)絡控制部分組成，內部全光網(wǎng)是透明的，能容納多種業(yè)務格式，網(wǎng)絡節(jié)點可以通過選擇合適的波長進行透明的發(fā)送或從別的節(jié)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(xiàn)網(wǎng)絡的重構，使得波長和容量在整個網(wǎng)絡內動態(tài)分配以滿足通信量、業(yè)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(wǎng)絡。
4 數(shù)據(jù)處理和分析系統(tǒng)
在數(shù)據(jù)處理和分析系統(tǒng)中主要采用面向對象編程技術、數(shù)據(jù)庫應用技術和虛擬現(xiàn)實技術。
經(jīng)過預處理的數(shù)據(jù)通過IO接口輸入計算機，比如液位數(shù)據(jù)通過虛擬儀表可以實現(xiàn)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(jù)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(xiàn)了計算機與測試儀器的一體化。虛擬儀器的出現(xiàn)，使得用戶可以根據(jù)自己的需求，設計自己的儀器系統(tǒng)。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?shù)耐ǖ溃卉浖t是實現(xiàn)數(shù)據(jù)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(huán)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(fā)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(fā)平臺為核心，構成一個比較完整的虛擬儀器體系，從而實現(xiàn)對罐區(qū)狀態(tài)信息的實時監(jiān)控。
采集到的數(shù)據(jù)還會送到數(shù)據(jù)庫中，便于輔助對罐區(qū)的日常維護，通過虛擬現(xiàn)實技術可以顯示出罐區(qū)的三維立體交叉圖像。
5 結束語
無電實時監(jiān)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(fā)展要求，實踐表明其結果基本滿足了上述要求。
