[实用新型]一种FBG测量油罐油重的传感器装置

说明书

技术领域

本实用新型属于光纤传感技术领域，具体涉及一种利用FBG（光纤布拉格光栅）测量油罐油重的传感器装置。

背景技术

目前称重传感器以电子类为主，尽管电子类称重传感器比较成熟，但是由于电子类传感器除了需要供电以外，尤其不能在恶劣的环境如高温、强腐蚀、高湿度等条件下使用，于是在某些特殊领域如大型的油罐、油井等难以实现一些参数的测量。

1978年加拿大通信研究中心的K.O.Hill等人发现了掺锗光纤的光敏特性并制作出世界上第一根光纤光栅，随着后来光栅写入技术的进步和低温高压载氢敏化处理技术的发现，使光纤光栅的批量生产成为可能，光纤光栅开始走向实用化，广泛应用于光纤通信和光纤传感领域。目前光纤光栅已经广泛应用于应变、温度、压力等众多物理参量的静态及动态测量，在传感领域发挥了重要的作用。这些传感器主要包括FBG应变传感器、温度传感器、加速度传感器、位移传感器等。

目前油田中的大型储油罐对油重测量FBG传感器的需求极大，由于其体积庞大深度高，使用环境恶劣，一直没有传感器解决油重的测量问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述大型储油罐油重测量的研究困难现状，提供了一种高精度大量程测量的利用FBG测量油罐油重的传感器装置，精度可达0.25‰，油深量程达20米，工艺简单，可靠性高。

本实用新型采用如下技术方案实现：一种FBG测量油罐油重的传感器装置，包括一个采用FBG光纤检测液位的液位传感器5，其顶端固定在油罐3顶部，底端竖直吊装有形状规则的长条形液位重物6，所述液位重物6的底端接近油罐底面；两个采用FBG光纤检测密度的密度传感器1，其顶端均固定在油罐3顶部，底端分别吊装有浸泡在油罐额定油量顶面的油面重物2和油罐底部的油底重物4。

所述密度传感器1和液位传感器5均包括传感器主体12和主FBG检测光纤15，所述传感器主体12的顶端设有固定孔13将传感器主体12固定，其底端设有重物连接孔16吊装浸泡在油液内的重物；在传感器主体12上设有一条竖直直线凹槽连接固定孔13和重物连接孔16，所述主FBG检测光纤15固定封装在所述凹槽内。

所述密度传感器1和液位传感器5均还包括传感器壳体，所述传感器主体12固定设置在传感器壳体内，所述传感器壳体内部设有与固定孔13匹配的螺纹固定柱11，通过螺母固定传感器主体12，所述传感器壳体的顶端设有壳体固定结构9将密度传感器1和液位传感器5与油罐顶部固连，底端设有重物悬挂口8用于重物与传感器主体吊装。

所述主FBG检测光纤15上下两端的传感器主体12上设有应变放大结构14。

所述应变放大结构14为框形应变放大结构。

所述主FBG检测光纤15两侧的传感器主体12设有封装固定温度补偿FBG光纤17的竖直凹槽，所述温度补偿FBG光纤17与主FBG检测光纤15平行设置。

所述传感器壳体的底部设有光纤铺设口7。

两个密度传感器1的传感器主体均固定设置在一个密度传感器壳体18内，两个主FBG检测光纤均竖直设置。

所述液位重物6为均匀材质的圆柱体。

传感器壳体内部固定传感器本体，FBG光纤固设在传感器本体上连接重物，重物的浮力变化由应变放大结构传递至FBG光纤上从而使得FBG的中心波长产生漂移变化，实现浮力的检测，再通过浮力公式F＝ρgV可得到对应的数据。

当油罐内的油液灌满后，油液分子运动达到稳态后，密度大的液体将往下沉，油罐内的密度从上至下均匀变小，将满罐油液分为n层，k为放油过程中实时液位的层数，液位传感器连接一个均质长条的液位重物，该重物将浸泡在液体中通过感受浮力的变化将力的改变传递到油重测量FBG传感器核心上，再由应变放大结构传递至FBG上从而使得FBG的中心波长产生漂移变化检测到k层油液浮力的数据，根据浮力公式F＝ρ_kgV以及液位重物的体积公式可以得出油罐实时液位信息；同时由于油液密度是变化的，还需要检测液面层的油液密度，根据浮力公式F＝ρgV，两个密度传感器分别悬挂两个体积固定的规则密度重物受到油罐底部和顶端油层的浮力作用，测得油罐内油液的两个极限密度ρ₁和ρ_n，由于油液由上至下为均匀变化，将ρ_k与ρ₁、ρ_n的关系带入F＝ρ_kgV，可得出k，调取油罐数据库可知此时液位下的油罐容积（特别适用于形状不规则的油罐），根据m=ρV即可得到k层油液时的油液重量，实现实时检测油罐内油重的目的。