0 引言

    光纤传感器是最近几年出现的新技术，现在已经可以用来测量60多种物理量，它的出现给石油、化工工业的自动化计量、安全检测和安全管理带来重大变革。光纤传感器特别是利用光纤光缆采集和传输信号，做到现场无电检测，安全防爆，特别适于易燃易爆场所的计量、检测和管理。

　　1 监测系统的构成

    监测系统，主要应用现代化的传感技术、测试技术、计算机技术、现代网络通信技术对罐区储罐的液位、泄漏检测、罐区火警信息进行实时监测，动态掌握储罐实时信息，为储罐的管理、维护、安全性评估提供依据。

    整个监测系统包括硬件和软件两个部分，其中硬件部分包括四个系统，即：光纤传感器系统；数据采集系统；数据通信与传输系统：数据分析和处理系统。各系统间通过光纤网络联系而进行运作。
   
    1．1 光纤传感器系统
   
    根据对罐区整体结构模型的优化分析，需要在罐区安装的传感器及有关附件包括：光纤液位传感器、管线泄漏监测分布式光纤传感器、分布式光纤温度传感器，以及信号放大器、调理器等附件。
   
    1．2 数据采集系统
   
    包括安装在罐区外的由微电脑控制的数据采集站，每个采集站是基于PC的数据采集分站。它们的主要功能是收集由光纤传感器传来的数据，进行信号调理、实现数据的初步处理和储存，然后传输到监控中心数据处理和分析系统中。
   
    1．3 数据通信与传输系统
   
    包括网络操作系统平台、站点的设立、安全监测局域网的网络协议、与其他局域网或主干网的连接等。
   
    1．4 数据处理和分析系统
   
    用数台高性能工作站连接罐区数台数据采集站形成一个计算机网络。工作站是台式计算机，安装在罐区外监测管理中心，并配置所需的数据显示软件。工作站实现了采集数据处理、监测数据显示、系统控制管理与维护、安全分析评估。
   
    罐区实时监测系统主要包括如下功能：
   
    1）报告各储罐的当前状态信息，包括储罐储藏的物品、液位、是否泄漏等信息。
   
    2）设定日常信号报警系统，用于罐区的日常安全管理。
   
    3）监测罐区火警信息，并进行初步火警处理。
   
　　2  光纤传感器系统
   
    光纤测量单元和光纤传感器安装在罐区现场，光电转换器、电源和计算机系统安装在数据采集站，两者之间通过光缆连接。
   
    2．1 光纤液位传感器
   
    由于储罐容积较大，很小的液位变化都可能引起较大的误差，为使误差在限制范围内，一般要求能测量的液位准确度在1mm以内。现在市场上的高精度光纤液位传感器的精度已经能达到这一指标。根据测量原理的不同，市场上有多种光纤液位传感器。根据系统的实际情况，我们选择了YW-B型光纤液位传感器。YW-B型光纤液位传感器利用力平衡原理实现液位的检测，系统由测量单元（包括浮盘、钢丝、重锤、导向轮、绳轮、磁力耦合器等机械部分）、光纤传感器、光电转换器、光缆和电源等组成。当被测介质液面变化时，测量浮盘上下移动，测量钢丝带动光纤传感器内光码盘转动，同时光纤传感器内光纤传感探头输出光信号，经光缆传输到光电转换器，经判向计数后，显示出储罐内液位值，同时输出信号给计算机，实现罐区液位自动监测。
   
    与此同时，将高液位和低液位光纤检测传感器分别装于储罐内设定的最高和最低被检测位置处。在充液或排液过程中，当液面上升到高液位光纤传感器位置时，双液位电子报警装置即发出高液位报警信号；当液面下降到低液位光纤传感器位置时，双液位电子报警装置即发出低液位报警信号。在一般情况下，报警装置不发出报警信号，即表示液面位置在正常范围内。当液位超限时，信号处理电路产生一个报警信号，可将液位超限信号送到上位机或连接到联锁系统，从而实现自动化管理。
   
    2.2 管线泄漏监测分布式光纤传感器
   
    在油气管线附近并行铺设一条光缆，利用光纤作为传感器，拾取由油气管线泄漏、附近机械施工和人为破坏等事件产生的压力和振动信号。在光入射端，用光时域反射计对上述事件引发的损耗进行定位；在光输出端，用光功率计检测光功率的变化，并根据信号特征来判定事件的类型。分布式光纤传感器可以对管线泄漏进行监测。因此，在罐区管线周围铺设分布式光纤传感器可用于管线泄漏的实时在线监测。
   
    2.3 分布式光纤温度传感网络
   
    用于工业过程检测的分布式光纤温度传感网络是一种实时、在线、多点光纤温度测量系统，是一种新型检测方法与技术。系统中的光纤既是传输媒体又是传感媒体，利用光纤背向喇曼散射的强度，经波分复用器和光电检测器采集了带有温度信号的背向喇曼散射光电信号，再经信号处理，解调后将温度信息实时从噪声中提取出来并进行显示，它是典型的激光光纤温度通信网络。在一根长为2km的光纤上可采集1000个温度信息并能进行空间定位，它已经应用于罐区火灾自动温度报警系统。
   
　　3 数据通信与传输系统
   
    各系统之间的通信通过全光通信技术实现。全光通信技术是一种光纤通信技术，该技术是针对普通光纤系统中存在着较多的电子转换设备而进行改进的技术。该技术确保用户与用户之间的信号传输与交换全部采用光波技术，即数据从源节点到目的节点的传输过程都在光域内进行，而其在各网络节点的交换则采用全光网络交换技术。
   
    全光通信网由全光内部部分和通用网络控制部分组成，内部全光网是透明的，能容纳多种业务格式，网络节点可以通过选择合适的波长进行透明的发送或从别的节点处接收。通过对波长路由的光交叉设备进行适当配置，透明光传输可以扩展到更大的距离。外部控制部分可实现网络的重构，使得波长和容量在整个网络内动态分配以满足通信量、业务和性能需求的变化，并提供一个生存性好、容错能力强的网络。
   
　　4 数据处理和分析系统
   
    在数据处理和分析系统中主要采用面向对象编程技术、数据库应用技术和虚拟现实技术。
   
    经过预处理的数据通过IO接口输入计算机，比如液位数据通过虚拟仪表可以实现实时显示。所谓虚拟仪器，就是用户在通用计算机平台上，根据测试任务需求，定义和设计仪器的测试功能，使得使用者在操作这台计算机时，实现了计算机与测试仪器的一体化。虚拟仪器的出现，使得用户可以根据自己的需求，设计自己的仪器系统。虚拟仪器包括硬件和软件两个基本要素，硬件功能是获取被测的物理信号，提供信号传输的通道；软件则是实现数据采集、分析、处理、显示等功能，并将其集成为仪器操作与运行的一体化环境。总体上而言，虚拟仪器硬件技术以VXI、PXI等先进的计算机接口总线发展为标志，而软件技术则以VISA、SCPI和IVA等最新标准和Lab VIEW、Lab WindOWS/CVI等先进的开发平台为核心，构成一个比较完整的虚拟仪器体系，从而实现对罐区状态信息的实时监控。
   
    采集到的数据还会送到数据库中，便于辅助对罐区的日常维护，通过虚拟现实技术可以显示出罐区的三维立体交叉图像。
   
　　5 结束语
   
    无电实时监控满足了石油化工、冶金以及国防等部门对易燃易爆液体类物质的自动化计量、安全检测和安全管理的发展要求，实践表明其结果基本满足了上述要求。