專利名稱：轉(zhuǎn)爐/高爐爐殼外表面溫度在線監(jiān)測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于信號(hào)檢測(cè)和分析技術(shù)領(lǐng)域，涉及利用光纖拉曼散射原理與光時(shí)域反射技術(shù)相結(jié)合，沿光纖長(zhǎng)度進(jìn)行溫度測(cè)量的分布式光纖溫度傳感器，特別涉及一種基于分布式光纖溫度傳感器的轉(zhuǎn)爐/高爐爐殼外表面溫度在線監(jiān)測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
轉(zhuǎn)爐/高爐爐體包括爐殼和爐殼內(nèi)的耐火材料爐襯，爐殼用鋼板焊成。爐襯包括工作層、永久層及填充層三部分。工作層由于直接與爐內(nèi)液體金屬、爐渣和爐體接觸，易受浸蝕，國(guó)內(nèi)通用浙青白云石磚或浙青鎂磚砌成。永久層緊貼爐殼，用于保護(hù)爐殼鋼板。轉(zhuǎn)爐爐襯的耐火材料達(dá)到其使用壽命，由于機(jī)械沖擊和磨損，耐火材料高溫溶解和高溫溶液滲透將導(dǎo)致危險(xiǎn)，爐殼的溫度會(huì)逐漸升高。一旦工作層和永久層發(fā)生故障，高溫鋼水和鐵水將 擊穿爐殼，造成鋼水鐵水溢出事故，更嚴(yán)重的是，如果擊穿托圈，托圈中的高壓水將噴入爐內(nèi)，發(fā)生氣爆。而這個(gè)過(guò)程中只能停爐檢修時(shí)肉眼觀察工作層的狀態(tài)，以人工確認(rèn)的方式避免事故。所以對(duì)轉(zhuǎn)爐表面溫度進(jìn)行在線的監(jiān)測(cè)變得十分必要。目前，用于轉(zhuǎn)爐/高爐爐殼外表面溫度的監(jiān)測(cè)方法有2種一種是用紅外測(cè)溫儀和紅外熱像儀進(jìn)行離線式測(cè)量；一種是用熱電偶進(jìn)行點(diǎn)式測(cè)量。紅外測(cè)溫儀和紅外熱像儀只能進(jìn)行離線式測(cè)量，而且由于托圈遮擋，托圈相對(duì)位置的爐殼溫度無(wú)法監(jiān)測(cè)。焊接開路熱電偶在爐殼表面，只能進(jìn)行點(diǎn)式監(jiān)測(cè)，如果要全面監(jiān)測(cè)整個(gè)爐殼，技術(shù)難度大，工程復(fù)雜。光纖本身不帶電，抗電磁、耐輻射、耐高電壓、不產(chǎn)生電火花并且絕緣性能良好等特點(diǎn)，使得光纖傳感系統(tǒng)將成為傳感器系統(tǒng)的主流，并逐步替代傳統(tǒng)的傳感器系統(tǒng)。光纖上的物理量諸如壓力、溫度、濕度、電場(chǎng)、磁場(chǎng)等發(fā)生變化時(shí)，會(huì)引起光纖的物理特性發(fā)生變化，從而使光纖中傳導(dǎo)的光波產(chǎn)生各種光學(xué)效應(yīng)，如散射、偏振、強(qiáng)度改變等等。通過(guò)檢測(cè)光纖中光波的變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、壓力、形變、水位等物理量的檢測(cè)。近年光電子器件的迅猛發(fā)展，特別是半導(dǎo)體激光器、波分復(fù)用和光耦合技術(shù)、光電信號(hào)的探測(cè)與處理等等技術(shù)的發(fā)展，使光纖用來(lái)做分布式傳感器系統(tǒng)成為了現(xiàn)實(shí)。利用光時(shí)域反射(OTDR)原理和光纖的背向拉曼散射溫度效應(yīng),來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)空間分布的溫度的測(cè)量。當(dāng)窄帶光脈沖被注入到纖維波導(dǎo)中去時(shí)，利用光雷達(dá)原理，該系統(tǒng)通過(guò)測(cè)后向散射光強(qiáng)隨時(shí)間變化的關(guān)系來(lái)檢查光纖的連續(xù)性并測(cè)出其衰減。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的為克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，而提供一種基于分布式光纖溫度傳感器的轉(zhuǎn)爐/高爐爐殼外表面溫度在線監(jiān)測(cè)裝置，本實(shí)用新型利用分布式光纖溫度傳感器對(duì)轉(zhuǎn)爐/高爐的爐殼表面溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案為轉(zhuǎn)爐/高爐爐殼外表面溫度在線監(jiān)測(cè)裝置，包括分布式光纖溫度傳感器、光纖旋轉(zhuǎn)接頭，其特征在于在轉(zhuǎn)爐/高爐外殼表面垂直或水平安裝多根中空的鋼管或銅管，分布式光纖溫度傳感器的光纖通過(guò)一光纖旋轉(zhuǎn)接頭穿入轉(zhuǎn)爐/高爐上的中空的鋼管或銅管中，并依次穿入轉(zhuǎn)爐/高爐上所有中空的鋼管或銅管中，穿完所有中空的鋼管或銅管后的光纖通過(guò)另一光纖旋轉(zhuǎn)接頭引出與分布式光纖溫度傳感器的輸出端相連，所述的光纖旋轉(zhuǎn)接頭為一端固定，另一端自由旋轉(zhuǎn)。所述的光纖旋轉(zhuǎn)接頭安裝在轉(zhuǎn)爐的轉(zhuǎn)動(dòng)軸的中心，光纖旋轉(zhuǎn)接頭的一端隨著轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，而另一端固定不動(dòng)。本實(shí)用新型的采用雙端測(cè)量模式，兩個(gè)通道形成一個(gè)環(huán)，增加光纖冗余度，一根光纖即使斷裂，不會(huì)影響全部的監(jiān)測(cè)。當(dāng)激光脈沖在光纖中傳輸時(shí)，由于光纖中存在折射率的微觀不均勻性，會(huì)產(chǎn)生瑞利(Rayleigh)散射。入射光經(jīng)背向散射返回到光纖入射端所需的時(shí)間為t，激光脈沖在光纖中所走過(guò)的路程為2L = Vt15V為光在光纖中傳播的速度，V = c/n，c為真空中的光速，η為光纖的折射率。在t時(shí)刻測(cè)量到的是離光纖入射端距離為L(zhǎng)處局域的背向瑞利(Rayleigh) 散射光。用光時(shí)域反射(OTDR)技術(shù)，可以確定光纖處的損耗，光纖故障點(diǎn)、斷點(diǎn)的位置，因此也可稱為光纖激光雷達(dá)。拉曼散射是由于光纖分子的熱振動(dòng)，產(chǎn)生一個(gè)比光源波長(zhǎng)長(zhǎng)的光，稱斯托克斯(Stokes)光,和一個(gè)比光源波長(zhǎng)短的光，稱為反斯托克斯(Anti-Stokes)光。利用改進(jìn)的光時(shí)域反射(OTDR)技術(shù)探測(cè)喇曼散射，可以確定沿光纖長(zhǎng)度上的溫度分布。本實(shí)用新型所采用的分布式光纖溫度傳感器為本公司以明申請(qǐng)專利，專利號(hào)為201020604172. 7。工作過(guò)程可簡(jiǎn)單表述為激光光源發(fā)出的激光脈沖；激光脈沖進(jìn)入帶雙向耦合器的光纖，沿著測(cè)溫用光纖傳播，其一路經(jīng)光波分復(fù)用器光學(xué)濾波，分離出帶有溫度信息的反斯托克斯拉曼背向散射光，再進(jìn)入光雪崩管將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，該信號(hào)又由放大器放大后輸入信號(hào)采集卡，這是拉曼通道；另一路作為瑞利背向散射光進(jìn)入另一光雪崩管，進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后的輸出信號(hào)輸入另一放大器，放大器和另一放大器的輸出端與信號(hào)采集卡的輸入端相連，這是瑞利通道。信號(hào)采集卡的輸出端與計(jì)算機(jī)相連。由計(jì)算機(jī)軟件對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，即可得到光纖上任一點(diǎn)的溫度和轉(zhuǎn)爐/高爐空間溫度場(chǎng)的分布。當(dāng)爐體內(nèi)有工作層和永久層組成的耐火材料發(fā)生故障，鋼水鐵水會(huì)滲透到爐殼，使?fàn)t殼的溫度升高。產(chǎn)生的溫度變化將改變光纖的拉曼背向散射光的強(qiáng)度。通過(guò)對(duì)光纖拉曼背向散射光功率的測(cè)量，完成光纖上個(gè)點(diǎn)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)溫度的測(cè)量和定位功能，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，迅速判斷并準(zhǔn)確定位爐殼泄露等事件的發(fā)生。由于轉(zhuǎn)爐工作時(shí)存在大量轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，為了確保在轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中不會(huì)拉斷光纖，光纖出線端敷設(shè)方法如下采用光纖旋轉(zhuǎn)接頭的方式，光纖旋轉(zhuǎn)接頭為一端固定，一端可以自由旋轉(zhuǎn)的光纖接頭，通過(guò)改造實(shí)現(xiàn)在轉(zhuǎn)動(dòng)軸的中心安裝光纖旋轉(zhuǎn)接頭，轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)動(dòng)工作時(shí)，光纖旋轉(zhuǎn)接頭的一端隨著轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，而另一端固定不動(dòng)，轉(zhuǎn)爐的旋轉(zhuǎn)并不會(huì)對(duì)測(cè)溫光纖產(chǎn)生任何拉力，整個(gè)監(jiān)測(cè)穩(wěn)定可靠。

圖I是本實(shí)用新型的系統(tǒng)連接示意圖。圖2是本實(shí)用新型采用的分布式光纖溫度傳感器的框圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明如圖I所示，本實(shí)用新型包括分布式光纖溫度傳感器2、光纖旋轉(zhuǎn)接頭3，在轉(zhuǎn)爐/高爐4外殼表面垂直或水平安裝多根中空的鋼管或銅管，分布式光纖溫度傳感器的光纖I通過(guò)一光纖旋轉(zhuǎn)接頭3穿入轉(zhuǎn)爐/高爐4上的中空的鋼管或銅管中，并依次穿入轉(zhuǎn)爐/高爐上所有中空的鋼管或銅管中，穿完所有中空的鋼管或銅管后的光纖I通過(guò)另一光纖旋轉(zhuǎn)接頭3引出與分布式光纖溫度傳感器的輸出端相連，所述的光纖旋轉(zhuǎn)接頭3安裝在轉(zhuǎn)爐的轉(zhuǎn)動(dòng)軸的中心，光纖旋轉(zhuǎn)接頭的一端隨著轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，而另一端固定不動(dòng)。本實(shí)用新型的采用雙端測(cè)量模式，兩個(gè)通道形成一個(gè)環(huán)，增加光纖冗余度，一根光纖即使斷裂，不會(huì)影響全部的監(jiān)測(cè)。本實(shí)用新型的分布式光纖溫度傳感器如圖2所示，專利號(hào)為201020604172. 7，包括一個(gè)激光光源901、帶雙向耦合器905的光纖910、一個(gè)光波分復(fù)用器903、光雪崩管941、和另一光雪崩管942、一個(gè)放大器961和另一放大器962、信號(hào)采集卡907和計(jì)算機(jī)909，激 光光源901發(fā)出的光脈沖進(jìn)入帶雙向耦合器905的光纖910，光纖910輸出的背向散射光的回波通道分二路，其一路經(jīng)光波分復(fù)用器903分離出喇曼背向散射光再進(jìn)入光雪崩管941，另一路作為瑞利背向散射光進(jìn)入另一光雪崩管942，上述兩個(gè)光雪崩管各自對(duì)拉曼散射光和瑞利散射光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后的輸出信號(hào)分別輸入器放大器961和另一放大器962,上述兩個(gè)放大器的輸出端與信號(hào)采集卡907的輸入端相連，信號(hào)采集卡907的輸出端與計(jì)算機(jī)909相連。光纖敷設(shè)完畢后，可以在其上方安裝鋼板防護(hù)罩，防止鋼渣掉下，導(dǎo)致光纖受到損傷。用鋼管或銅管敷設(shè)的目的I、全面的監(jiān)測(cè)，面式的敷設(shè)方式能夠全面的覆蓋整個(gè)最需要監(jiān)測(cè)的區(qū)域，不存在測(cè)量死角，能夠?yàn)闋t體表面溫度分析提供詳細(xì)的數(shù)據(jù)，同時(shí)全面監(jiān)測(cè)泄漏隱患；2、鋼管固定在轉(zhuǎn)爐表面，而光纖并沒(méi)有固定，防止溫度過(guò)高或突然的溫度上升導(dǎo)致的熱脹冷縮損傷光纖；3、全面保護(hù)傳感光纖，確保正常情況下光纖不受到損傷，實(shí)現(xiàn)免維護(hù)；由于轉(zhuǎn)爐工作時(shí)存在大量轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，為了確保在轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中不會(huì)拉斷光纖，光纖出線端敷設(shè)方法如下采用光纖旋轉(zhuǎn)接頭的方式，光纖旋轉(zhuǎn)接頭為一端固定，一端可以自由旋轉(zhuǎn)的光纖接頭，通過(guò)改造實(shí)現(xiàn)在轉(zhuǎn)動(dòng)軸的中心安裝光纖旋轉(zhuǎn)接頭，轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)動(dòng)工作時(shí)，光纖旋轉(zhuǎn)接頭的一端隨著轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，而另一端固定不動(dòng)，轉(zhuǎn)爐的旋轉(zhuǎn)并不會(huì)對(duì)測(cè)溫光纖產(chǎn)生任何拉力，整個(gè)監(jiān)測(cè)穩(wěn)定可靠。本實(shí)用新型的分布光纖溫度傳感器的工作過(guò)程可簡(jiǎn)單表述為激光光源901發(fā)出的激光脈沖；激光脈沖進(jìn)入帶雙向耦合器905的光纖910，沿著測(cè)溫用光纖910傳播，其一路經(jīng)光波分復(fù)用器903光學(xué)濾波，分離出帶有溫度信息的反斯托克斯拉曼背向散射光，再進(jìn)入光雪崩管941將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，該信號(hào)又由放大器961放大后輸入信號(hào)采集卡907，這是拉曼通道；另一路作為瑞利背向散射光進(jìn)入另一光雪崩管942，進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后的輸出信號(hào)輸入另一放大器962,放大器961和另一放大器962的輸出端與信號(hào)米集卡907的輸入端相連，這是瑞利通道。信號(hào)采集卡907的輸出端與計(jì)算機(jī)909相 連。由計(jì)算機(jī)軟件對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，即可得到光纖上任一點(diǎn)的溫度和轉(zhuǎn)爐/高爐空間溫度場(chǎng)的分布，并以圖形或表格形式顯示出來(lái)。
權(quán)利要求1.轉(zhuǎn)爐/高爐爐殼外表面溫度在線監(jiān)測(cè)裝置，包括分布式光纖溫度傳感器、光纖旋轉(zhuǎn)接頭，其特征在于在轉(zhuǎn)爐/高爐外殼表面垂直或水平安裝多根中空的鋼管或銅管，分布式光纖溫度傳感器的光纖通過(guò)一光纖旋轉(zhuǎn)接頭穿入轉(zhuǎn)爐/高爐上的中空的鋼管或銅管中，并依次穿入轉(zhuǎn)爐/高爐上所有中空的鋼管或銅管中，穿完所有中空的鋼管或銅管后的光纖通過(guò)另一光纖旋轉(zhuǎn)接頭引出與分布式光纖溫度傳感器的輸出端相連，所述的光纖旋轉(zhuǎn)接頭為一端固定，另一端自由旋轉(zhuǎn)。
2.如權(quán)利要求I所述的轉(zhuǎn)爐/高爐爐殼外表面溫度在線監(jiān)測(cè)裝置，所述的光纖旋轉(zhuǎn)接頭安裝在轉(zhuǎn)爐的轉(zhuǎn)動(dòng)軸的中心，光纖旋轉(zhuǎn)接頭的一端隨著轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，而另一端固定不動(dòng)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及轉(zhuǎn)爐/高爐爐殼外表面溫度在線監(jiān)測(cè)裝置，包括分布式光纖溫度傳感器、光纖旋轉(zhuǎn)接頭，在轉(zhuǎn)爐/高爐外殼表面垂直或水平安裝多根中空的鋼管或銅管，分布式光纖溫度傳感器的光纖通過(guò)一光纖旋轉(zhuǎn)接頭穿入轉(zhuǎn)爐/高爐上的中空的鋼管或銅管中，并依次穿入轉(zhuǎn)爐/高爐上所有中空的鋼管或銅管中，穿完所有中空的鋼管或銅管后的光纖通過(guò)另一光纖旋轉(zhuǎn)接頭引出與分布式光纖溫度傳感器的輸出端相連，所述的光纖旋轉(zhuǎn)接頭為一端固定，另一端自由旋轉(zhuǎn)。本實(shí)用新型利用光纖作為傳感器，對(duì)轉(zhuǎn)爐/高爐的爐殼表面溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
文檔編號(hào)G01K11/32GK202533197SQ20122004548
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月13日
發(fā)明者王一華, 許季青, 黃凡 申請(qǐng)人:湖北擎宇科技有限公司