[发明专利]一种用于外浮顶储罐温度监测的分布式光纤性能测试装置

权利要求书

1.一种用于外浮顶储罐温度监测的分布式光纤性能测试装置，其特征是包括储罐壁模拟装置（1），加热系统（2）；所述储罐壁模拟装置（1）包括热源钢板和固定支架（13）；所述热源钢板包括小范围热源钢板（11）和大范围热源钢板（12），小范围热源钢板（11）和大范围热源钢板（12）上均分布有孔洞；所述加热系统（2）包括嵌入式单片机（23）、固态继电器（22）、热电偶（26）、测温模块（25）、圆柱形加热棒（24）；圆柱形加热棒（24）用于插入到对应热源钢板上的孔洞中；所述嵌入式单片机（23）内写入有模拟储罐硫化腐蚀氧化自热的升温算法；

所述模拟储罐硫化腐蚀氧化自热的升温算法为嵌入式单片机PID控温算法，所述嵌入式单片机PID控温算法如公式（A）所示:

（A）

其中，为比例单元增益，为积分单元增益，为微分单元增益，为嵌入式单片机（23）的采样频率，为嵌入式单片机PID计算的输出大小，为目标设定温度和实际测量温度的差值；所述热电偶（26）连接测温模块（25）获取温度，并通过SPI通信方式将温度数据传输至嵌入式单片机（23）上，设置嵌入式单片机（23）的采样频率为1s；工作时，使用嵌入式单片机（23）的PWM控制圆柱形加热棒（24）的输出量，PWM为脉冲宽度调制，利用嵌入式单片机（23）的数字输出实现对模拟电路的控制，利用PWM输出占比值实现控制圆柱形加热棒（24）的功率输出大小；

所述分布式光纤性能测试装置用于实现大范围热源下分布式光纤测温性能测试和小范围热源下分布式光纤测温性能测试；

所述大范围热源下分布式光纤测温性能测试，具体包括如下步骤：

1）取一段大于光纤空间分辨率长度的分布式光纤，绕成一个半径大于光纤自身弯曲半径的圆并固定在大范围热源钢板（12）上；

2）大范围热源钢板（12）的温度分布均匀，固定在大范围热源钢板（12）上的分布式光纤测量的温度均为同一数值，此时分布式光纤测温长度大于光纤空间分辨率；

所述小范围热源下分布式光纤测温性能测试，具体包括如下步骤：

1）将分布式光纤沿水平方向拉直固定于小范围热源钢板中心线上，小范围热源钢板的温度分布极不均匀，温度从中间圆柱形加热棒（24）附近向两边大幅度降低，固定在小范围热源钢板（11）上的分布式光纤各点测量的温度均不相同，即此时分布式光纤实际测温长度小于光纤空间分辨率，小范围热源钢板上中心热源的宽度根据实际插入圆柱形加热棒（24）的数量而改变。

2. 根据权利要求1所述的一种用于外浮顶储罐温度监测的分布式光纤性能测试装置，其特征是所述利用PWM输出占比值实现控制圆柱形加热棒（24）的功率输出大小，具体实现如下公式（B）所示：

（B）

其中为嵌入式单片机PID计算输出大小，10000为嵌入式单片机（23）设置PWM计数周期；

所述嵌入式单片机PID控温算法分为三个阶段使用，所述三个阶段分别为早期阶段、中期阶段、后期阶段：

1)早期阶段：以室温为23℃，公式（1）中的嵌入式单片机PID参数为=70，=4.7，=410；如果环境常温改变，则相应的嵌入式单片机PID参数也要重新整定,整定方法如下:先通过调节比例单元增益确定大概的温升速率再调节积分单元增益和微分单元增益；

2）中期阶段：将公式（A）改用纯积分控制嵌入式单片机（23）实现中期阶段，如公式（C）：

（C）

当早期阶段达到80℃时，此时仍存在输出，直接以此时作为中期阶段输出的初值，设定为；以达到最低温度72.3℃时的稳定的输出作为降温的终值，设定为；达到中期最高温度85℃时稳定的输出作为升温终值，设定为；先设定目标温度72.3℃，=0.23，；当温度达到72.5℃时，此时=2850，再设定目标温度85℃，=0.3，；

3）后期阶段：使用公式（A）中的嵌入式单片机PID控温算法对后期阶段进行温度的控制，最终确定目标温度为267℃，嵌入式单片机PID参数为=16，=0.31，=400。

3.根据权利要求1所述的一种用于外浮顶储罐温度监测的分布式光纤性能测试装置，其特征是所述小范围热源钢板（11）悬空固定于固定支架（13）上，大范围热源钢板（12）直接放置在固定支架（13）的底座上。