基于荧光光纤传感器的油品界面检测系统.ppt

1、基于荧光光纤传感器的油品界面检测系统,概述,管道广泛应用于原油和成品油的输送。 成品油管道通常采用顺序输送的方法，也就是一种油品跟在另一种油品的后面分批输送。油品在流动过程中会扩散，形成混油。为保证油品质量，必须精确测量油品之间界面的位置，进行混油切割操作。尤其不能让低质量的油品混入高质量的油品中，从而降低质量。界面检测的方法有很多，荧光检测法就是很好的检测方法之一。荧光溶液即使在管线停运时，也会全部分散，不会滞后，可以准确地标识界面位置。另外，该方法还可以有选择的对油品进行保护：保护前面的油品可以在实际界面之前注入荧光剂溶液；保护后面的油品可以在实际界面之后注入荧光剂溶液；当两种油品性质相近

2、时，在实际界面中间注入荧光剂溶液。随着传感技术和光学技术的发展，有了新的选择荧光光纤传感器。,CTM荧光式光纤传感器,这种传感器具有很多优点： （1）光纤的光损耗极小，信号可以远距离传输，可以把测量仪表的其它部分与探测部分分开，只留光纤探头在管道上工作，这样，在传感器的安装位置上有更多选择； （2）它是根据光的导波原理工作的，所以光纤传感器不受电磁干扰； （3）光纤探测头可以做的很小巧，而且结构简单紧密，灵活多变，方便安装； （4）光纤的材料是石英玻璃，耐化学腐蚀； （5）光纤传感器测量的是光学物理量，测量精度高，准确可靠，响应速度快，这正是实时在线检测所需要的。,荧光检测原理,有些物质在一定

3、波长光的照射下吸收光波的能量，某些分子能级跃迁，从而处于不稳定状态（激发态）；与此同时，分子在电磁辐射下释放出过多的能量，回到稳定状态，这种能量就以荧光的方式释放出来。吸收的波长叫做激励波长，释放的波长叫做发射波长，激励波长比发射波长要短。荧光物质吸收光的过程大约为108109s，发出的荧光大约持续106s量级。荧光强度受多种因素影响，比如温度、酸度、溶剂、溶剂中溶解的氧气量等等。但最主要的因素还是激发光强度和荧光物质浓度。,根据Beer定理，某荧光物质经一定波长的光激发后发射的荧光强度为 F=kP0(1-10-cb) (21) 其中k为常数；P0为激励光光强；c为荧光物质浓度；b为光束之高阁

4、路径介质长度；为油品摩尔吸收系数。 当cb005时，展开上式，忽略高次项后，则 F23 kcbP0（22） 只要确定k、P0、b、c就可以计算出荧光强度F。在cb005时，荧光强度与浓度成线性关系，当浓度达到cb005时，非线性关系增强，线性度下降，荧光强度趋于饱和。实际上是由于高浓度下产生了荧光猝灭现象的缘故，浓度越大，猝灭的可能性越大。,在输油首站顺序输送的油品界面间注入一定量的荧光溶液，该溶液在两种油品界面处随油品的扩散而扩散存在于混油中，因此，混油的荧光强度就与其浓度成正比。在下游的接收站用荧光检测仪对油流进行检测，当荧光强度达到一定值时，也就表示混油达到了一定浓度，由此就可以确定切割

5、位置。设定一定的浓度值（也就是荧光强度），当测量值达到设定值时，阀门动作，进行切割操作。,系统工作原理,系统包括一个光纤传感器和一个信号处理系统。传感器工作原理框图如下：,荧光光纤传感器的光纤有两个作用，一是激发光的功率传输，另一个是对荧光的收集。光源发出的激励光经过一定波长的滤光片滤光后，经光纤耦合器耦合到激励光纤，然后通过光纤到达传感头；混油流经传感头时，荧光物质在光源的照射下吸收能量，其分子发生能量跃迁而释放荧光。激发出的荧光又反射到接收光纤，经过滤光后被分成波长为1和2的两路光（一路光作为参考光，一路光作为信号光，以消除光源功率波动的影响），分别由检测器1和检测器2检测。检测器通过光电

6、倍增管把光信号转换成电信号，电信号经IV变换和放大后被转换成数字信号，送往计算机进行分析处理，并输出结果。,滤光片的作用就是让一定波长的光波通过，而其它波长的光波截止。光源处的滤波就是只让能激发荧光的激发光波通过；而反射光的滤波则是为了滤除油品本身故有的荧光。因为很多油品都天然具有荧光，尤其是柴油，其荧光很强。为避免天然荧光的干扰，应选择合适的激发光，使发射光波长与油品天然荧光波长不一样，能够被滤光片区分开。,传感器的安装,如果传感器安装在主管线，安装、校准和维护都比较困难，维护时主管线必须停输，主管道传送的停工意味着损失，这是管道公司不愿意看到的结果。所以，应该另接旁路管道，将传感器安装在管

7、线旁路。 如图,在主管道上通过三路阀安装一小段管道，传感器就安装在这段管道上。管线正常运行时，油流经过阀门，一部分流入旁路管，传感器和检测系统对其进行检测。维护检修时，通过三路阀将该旁路管线关闭即可，并不影响主管道的运行。另外，也容易控制旁路流体条件，这有利于检测的准确性；当管线采用清管器进行清管工作时，也不会有任何影响，传感器照常工作。 由于光纤可以很方便的实现远距离信号传输，检测部件和数据处理部分可以安装在便于操作管理的地方。,采用荧光标记法检测输油管道中油品界面时，尽管荧光物质对油品品质没有影响，但还是尽量减少其使用量。为保证界面的精确，要求能检测到管道中浓度低达20ppm的荧光物质；由于荧光无方向性。这就要求检测系统有很高的灵敏度。另外，由于油品天然荧光的影响，对激发光波波长也有较高的要求