[发明专利]烃类燃料的检测方法和装置

说明书

本发明一般地涉及处于或是液态或是气态的烃类分析物(anal-ytes)的检测，更为具体地说，涉及一种利用光纤的微弯现象或者光纤各段的不对中现象以及光学时域反射现象(optical timedomain reflectometry)的烃类燃料的检测方法和装置。

检测或探测从储罐泄漏出来的诸如柴油、汽油和喷气燃料这种烃类燃料已经受到很大的关注。这些烃类燃料以相当大的容积储存在地面和地下储罐之中，如果漏入周围环境，则对安全和健康会构成极大的危害。

一般采取两种办法来处理烃类燃料泄漏问题。第一种，储罐可以建成带有双底，以致出自内罐的泄漏物可以由外底壁板捕集和盛放起来。这种办法花费很大，并且往往在一些翻新改建的场合下是不切合实际的。第二种方法是，在储罐附近设置检测或探测装置，这种装置能够探测从罐中漏出的燃料。一旦检测出泄漏燃料，泄漏源就可以被找到并予以修理。这两种办法也可以一起使用。

不过，检测漏出的烃类燃料仍然存在相当大的问题。储罐本身经常是很大的，并位于更大的罐区之内，这就必须使用大量的检测器并重视确定泄漏源的位置。由于采用许多分散的检测装置，检测费用就会迅速增多。如果不使用多个检测器，大量的油就会在检测发生之前漏至周围环境，以致形成显著的健康和/或安全危害。再者，随着更多的燃料逸出，将更难确定泄漏的位置。

烃类泄漏检测装置往往以如下方式设计，即一当检测出某种泄漏物，就需要更换或修理，亦即一旦受到某种烃类燃料触及，检测装置或者其关键部件必须在检测器能够重新使用之前予以更换。另一问题是，在大多数储罐罐区内，会有大量的地下水出现，而任何检测器必须能够辨别地下水和烃类和能够不被地下水淹没而发挥作用，以便避免虚假的检测信号。最后，大多数烃类检测器都建立在探测处于或是气态或是液态的烃类的基础之上，而不是两者均可。因而，以气态为基础的传感器趋向于在有地下水或各种液体时不工作，而以液态为基础的传感器趋向于对于蒸气的出现不够敏感。

近年来，一直多方企图在检测装置中利用光学光纤的独特和变化的光传导特性。在通讯光缆的应用场合下，光纤的微弯现象已经用来检测进入光缆的水分或地下水的位置。在Diemeer等人的美国专利第4,596,443号中，一种未作详细说明的膨胀料剂置放在光缆里面，并以机械方式联接起来，由料剂膨胀把一肋状的型样压靠于光纤。光学时域反射原理或一种背散射技术(back-scatter tech-nique)可以用来沿着光纤寻定微弯的位置；该位置就是水漏入电缆的位置。不过，这种装置是用来检测水的存在的，而不是对水不敏感而检测烃类燃料的存在的。在Diemeer等人的专利中也没有提出或披露膨胀料剂膨胀的可逆反性问题。

Moorehead的美国专利第4,590,462号也在一种检测装置中利用了光纤的微弯现象，并且Moorehead的装置用来检测烃类燃料。一旋转致动器以机械方式联接于一条光纤以产生光纤的微弯。旋转致动器包括一具有贮能的弹簧，能量可在安全销在烃类作用下变质时释放出来。因而，在烃类分析物大量出现而足以劣化安全销时，弹簧释放出来，而光纤移动以产生可以用光学时域反射方法予以检测的某种微弯。不过，这种办法显然是不可逆反的，因为它取决于安全销在接触烃类时的破坏。

许多先有技术中基于光纤光学原理的检测装置一直依据沿着光纤芯线外部下行的损耗波的耦联作用。美国专利第4,270,049号、第5,1 38,15 3号、第5,144,690号和第5,168,156号全都基于损耗波现象。在Tanaka等人的美国专利第4,270,049号中采用一种光纤探测装置，其中沿着光纤芯线所传导的光线由于某种分析物，比如一种烃类燃料，粘附于芯线而减小强度。芯线镀有一种材料，其折射率小于芯线折射率，而分析物触及和粘附于镀层则会导致镀层折射率增大，这将导致沿着芯线传导的光线减弱。Tanaka等人的专利还教导使用硅树脂作为一种镀层，这种镀层是会受到烃类损害或破坏的。

在Gergely等人的美国专利第5,138,153号中，披露了一种基于损耗效应的分布式光纤传感器，其中镀层的折射率小于芯线，而且镀层对于分析物是敏感的。在分析物接触镀层时，它使镀层的折射率提高到大于芯线的折射率，从而把在芯线中传输的光线耦联于损耗波。Gergely等人的专利将其传感装置用于一烃类罐区，但镀层选定得可经受折射率方面的提高。光学时域反射原理用于确定泄漏位置，而连续式和脉冲式光线均可用来探测具有将会与镀层发生反应的分析物的液体和蒸气。不过，Gergely等人的专利对于适合用于光纤光缆的镀层材料未作任何透露。