[实用新型]一种用于易挥发碳氢化合物监测的传感器及系统

说明书

技术领域

本实用新型属于易挥发碳氢化合物监测技术领域，特别是涉及一种用于易挥发碳氢化合物监测的传感器及系统；采用光纤光栅作为传感单元，实现可挥发碳氢化合物的浓度监测和变化点定位，通过热敏感膜和气体分子相互作用，产生气体分子热吸收，不同分子摩尔质量的挥发气体和气体敏感膜作用后产生热能的变化，FBG传感器对热能反应不同，因此导致FBG传感器受热膨胀的程度不同，进而检测气体摩尔质量；可用于石油化工行业大型储罐，加油站，油田区域的碳氢化合物浓度变化的实时监测和定位。

背景技术

我国对于大气VOCs的研究尚处于刚刚起步的阶段，在开展的VOCs监测工作中，采用的方法多样化，监测数据比较零散，目标化合物也不一致。目前已有的VOCs分类的标准方法均是采用吸附剂采样，针对的目标化合物也仅为卤代烃和芳香烃化合物，难以反应监测区域VOCs的污染特征和状况。因此需针对国家的大气污染控制需求，开展规范的VOCs监测，推动国家大气VOCs监测能力的建设。

从20世纪70～80年代开始，美国、欧洲、日本等国家相继开展了相应的工作，研究主要是围绕VOCs在大气化学过程中的作用、来源和对人体健康产生的影响等方面展开。随着研究的开展，研制开发了相应的测量分析方法和仪器，并随着研究的深入，监测技术也在不断地完善，更有一些时间分辨率高、灵敏度好的方法不断出现。大气VOCs的监测方法主要包括离线技术和在线技术，这些技术通常包括采样、预浓缩、分离和检测几个过程。空气中VOCs的采样方式可分为直接采样、有动力采样和被动式采样。样品预处理方法有溶剂解析法、固相微萃取法、低温预浓缩-热解析法等。分析VOCs的方法有气相色谱法、高效液相色谱法、气相色谱-质谱法以及最新发展的质子转移反应质谱法技术等。

通过使用光波代替电流以及使用标准光纤代替铜线作为传输介质，FBG光学传感解决了许多使用电气传感需要面临的挑战和解决的困难。光纤和FBG光学传感器都是绝缘体，具有被动性电学特性，并且不受电磁感应噪声的影响。具有高光学功率可调激光源的探询器可以以很低的数据丢失率甚至是零丢失来完成长距离的测量。同时，与电气传感器系统不同，一个光学通道可以同时完成多个FBG传感器的测试，极大地减小了测试系统的体积，重量以及复杂度。

在一些外部环境条件恶劣的应用现场中，一些常用的电气传感器，例如箔应变片，热电偶，以及振弦式传感器已经很难使用甚至已经失效的情况下，光学传感器是一个非常理想的解决办法。因为光学传感器的用途以及安装方法和这些传统的电气传感器类似，所以从电气测试方案过渡到光学测试方案会相对简单。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于易挥发碳氢化合物监测的传感器及系统，通过利用在FBG包层涂敷热膨系数大的金属气体敏感膜的方式，利用FBG耦合理论，对待测气体摩尔质量和气体吸收位置进行检测的系统。同比与传统工业过程控制中测量气体浓度的传感技术，解决了现有的石油化工储罐、石油集输站等场所的泄漏监测效果差的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

本实用新型为一种用于易挥发碳氢化合物监测的传感器，包括光纤纤芯和包覆层，所述光纤纤芯与包覆层之间沿轴向方向并排设置有若干传感单元；位于所述光纤纤芯的所述传感单元的所述包覆层外表面复合有一层气体敏感膜。

进一步地，所述气体敏感膜为高热传导率的金属材料，包括纳米氧化锌或铜或金等。

进一步地，所述传感单元为FBG传感器；所述FBG传感器串联在光纤纤芯的轴向方向；串联有FBG传感器的单模光纤中的FBG传感器的间隔根据实际需求设置长度，间隔长短可调。

一种用于易挥发碳氢化合物的监测系统，包括：

用于检测易挥发碳氢化合物的一组或多组传感器；其中，所述传感器包括传感单元和气体敏感膜单元；

用于承载传感单元的光纤；在光纤上设置若干数量的传感单元，传感单元通过监测不同分子摩尔质量的挥发气体和气体敏感膜作用后产生热能的变化；

用于提供传感器的激光光源；

用于激光光源经传感器光调制的光谱解调器；

用于光谱解调器将调节后光波长进行处理分析的信号处理器。

进一步地，所述激光光源采用宽带激光光源，所述宽带激光光源的带宽为80nm以上。

一种用于易挥发碳氢化合物的监测方法，包括如下步骤：