压力容器监测系统及其监测方法与流程

本申请涉及监测预警系统技术领域，特别是涉及一种压力容器监测系统及其监测方法。

背景技术：

压力容器是指是指盛装气体或者液体，承载一定压力的密闭设备，在各种工业设备中被广泛使用。在核电领域中，压力容器包括反应堆压力容器、主蒸汽发生器、主管道和稳压器等，这些压力容器是构成核能发电的重要组成部分，设备本身的工作状态及设备内部盛装的物质的稳定状态是保障核电设备正常工作的基础，因此对其工作状态的监测十分重要。

传统的压力容器监测方法主要采用压电传感器检测压力,通过温度传感器检测容器温度，然后将检测到的压力和温度信息进行处理后显示出来供操作人员查看分析。然而，这种检测方法容易引起电气和电磁干扰，当压力容器应用于核电站等特殊场地时，传感器的寿命降低，操作人员在这种环境下对压力容器进行监测会增大辐射剂量，对操作人员的身体健康造成影响，监测可靠性低。

技术实现要素：

基于此，有必要针对传统的压力容器监测方法监测可靠性低的问题，提供一种压力容器监测系统及其监测方法。

一种压力容器监测系统，包括光纤光栅传感装置、数据汇集装置、远程服务器和报警装置，所述光纤光栅传感装置设置于压力容器，所述光纤光栅传感装置连接所述数据汇集装置，所述数据汇集装置连接所述远程服务器，所述远程服务器连接所述报警装置；

所述光纤光栅传感装置用于检测所述压力容器的温度和压力生成检测结果发送至数据汇集装置，所述数据汇集装置将所述检测结果进行汇总后发送至所述远程服务器，所述远程服务器对接收到的检测结果进行解析得到解析结果，在所述解析结果满足预设的报警条件时发送报警指令至所述报警装置，所述报警装置在接收到所述报警指令后进行报警。

一种压力容器监测系统的监测方法，包括以下步骤：

接收数据汇集装置汇总后发送的检测结果；所述检测结果为光纤光栅传感装置检测压力容器内的温度与压力得到；

根据所述检测结果进行解析，得到解析结果；

在所述解析结果满足预设的报警条件时发送报警指令至报警装置，所述报警指令用于控制所述报警装置进行报警。

上述压力容器监测系统及其监测方法，采用光纤光栅传感装置检测压力容器的温度和压力，检测时无需通电，不会引起电气干扰，且耐高温、抗辐射，在严苛的工作环境下也能正常工作，数据汇集装置将光纤光栅传感装置发送过来的检测结果汇总后发送至远程服务器，可以提高数据传输的效率，远程服务器对接收到的检测结果进行解析得到解析结果，可以实现远程数据处理，在解析结果满足预设的报警条件时发送报警指令至报警装置报警，以提醒操作人员及时处理异常情况，实现对压力容器的实时监测，且操作人员可以远程接收数据和报警信息，避免了压力容器本身或所处环境对操作人员带来的不利影响，使用便捷，监测可靠性高。

附图说明

图1为一个实施例中压力容器监测系统的结构框图；

图2为另一个实施例中压力容器监测系统的结构框图；

图3为又一个实施例中压力容器监测系统的结构框图；

图4为一个实施例中压力容器监测方法的流程图；

图5为另一个实施例中压力容器监测方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本发明进行更加全面的描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在一个实施例中，请参见图1，提供一种压力容器监测系统，包括光纤光栅传感装置100、数据汇集装置200、远程服务器300和报警装置400，光纤光栅传感装置100设置于压力容器，光纤光栅传感装置100连接数据汇集装置200，数据汇集装置200连接远程服务器300，远程服务器300连接报警装置400。光纤光栅传感装置100用于检测压力容器的温度和压力生成检测结果发送至数据汇集装置200，数据汇集装置200将检测结果进行汇总后发送至远程服务器300，远程服务器300对接收到的检测结果进行解析得到解析结果，在解析结果满足预设的报警条件时发送报警指令至报警装置400，报警装置400在接收到报警指令后进行报警。光纤光栅传感装置100检测压力容器的温度和压力，检测时无需通电，不会引起电气干扰，且耐高温、抗辐射，在严苛的工作环境下也能正常工作，数据汇集装置200将光纤光栅传感装置100发送过来的检测结果汇总后发送至远程服务器300，可以提高数据传输的效率，远程服务器300对接收到的检测结果进行解析得到解析结果，可以实现远程数据处理，在解析结果满足预设的报警条件时发送报警指令至报警装置400报警，以提醒操作人员及时处理异常情况，实现对压力容器的实时监测，且操作人员可以远程接收数据和报警信息，避免了压力容器本身或所处环境对操作人员带来的不利影响，使用便捷，监测可靠性高。

具体地，光纤光栅传感装置100设置于压力容器，可根据需要检测的数据类型不同设置于压力容器的不同位置，例如，当需要检测压力容器内的压力时可设置于压力容器的底部内侧，当需要检测压力容器内的液体温度时可以设置于压力容器的内壁上，与容器内的液体接触设置等。光纤光栅传感装置100中包含的光纤光栅为主要检测器件，光纤光栅是一种通过一定方法使光纤纤芯的折射率发生轴向周期性调制而形成的衍射光栅，可在光纤上刻写形成，是一种无源滤波器件。光纤光栅传感装置100受到外部压力作用或感受到温度变化时，光纤光栅的栅格周期发生变化，使反射光的中心波长也发生变化，通过对反射光的光参数如中心波长的分析可以检测出外部力或温度的大小，并生成检测结果发送至数据汇集装置200。检测结果除了包括检测到的压力或温度等信息外，还可以包括一些标记信息，如光纤光栅传感装置100的编号、数据格式信息或表头信息等，便于更好地对数据进行分类。

数据汇集装置200是光纤光栅传感装置100与远程服务器300的连接体，将光纤光栅传感装置100发送的检测结果汇总后发送给远程服务器300，可以提高远距离传输数据的稳定性。当光纤光栅传感装置100包括多个光纤光栅时，数据汇集装置200可以接收光纤光栅传感装置100的多个检测结果，然后将这些检测结果进行汇总后发送至远程服务器300，以提高数据传输的效率。数据汇集装置200可以按照预设的规则向远程服务器300传输数据，例如按照预设的时间间隔依次发送光纤光栅传感器112的不同检测结果，或是实时传输检测结果等，提高自动化程度。

远程服务器300数据对接收到的检测结果进行解析得到解析结果，具体可根据数据传输协议对检测结果进行解析，解析前，首先检测所接收的检测结果的数据是否符合数据传输协议，如果不符合，则丢弃该数据，如果所接收的检测结果的数据符合数据传输协议，则根据数据传输协议解析所接收的检测结果数据得到解析结果，然后将解析结果与预设的报警条件进行对比。预设的报警条件并不唯一的，例如可以是预设的危险温度范围或危险压力范围，以危险温度范围为例，可以是0℃以下或者100℃以上，当解析结果中的温度值在此危险温度范围之内时，远程服务器300发送报警指令至报警装置400。可以理解，预设的报警条件也可以包括其他类型的数据，数据的数值范围也可以根据实际需求调整，只要本领域技术人员认为可以实现即可，解析结果与预设的报警条件的有关数据均可以存储在数据库中，方便调用。报警装置400在接收到报警指令后进行报警，以提醒工作人员及时处理压力容器的异常状况，提高压力容器的使用寿命。

在一个实施例中，远程服务器300还用于对接收到的检测结果进行学习得到预测结果，在预测结果满足报警条件时发送报警指令至报警装置400。预测结果可以反映压力容器下一时刻的状态参数，在预测结果满足报警条件时，认为压力容器存在安全隐患，此时发送报警指令至报警装置400报警，以提醒工作人员及时处理。

具体地，学习的对象可以为一段时间内的多个检测结果，以提高预测结果的准确性，检测结果和对该检测结果进行学习得到的预测结果的数据类型相同，以检测结果为温度数据为例，对前一段时间内光纤光栅传感装置100检测得到的压力容器的温度进行学习，得到压力容器下一时刻的温度预测结果，当该温度预测结果满足报警条件时，认为压力容器将出现温度异常情况，此时远程服务器300发送报警指令至报警装置400报警，提醒工作人员重点关注压力容器的温度状态，或及时停止压力容器的工作，防止造成更大的损害。可扩展地，报警装置400接收到解析结果满足预设的报警条件时发送的报警指令和接收到预测结果满足预设的报警条件时发送的报警指令后报警的方式是不一样的，以方便工作人员区分是检测值报警或预测值报警，使用便捷。

在一个实施例中，远程服务器300基于bp神经网络对接收到的检测结果进行学习得到预测结果。bp神经网络具有很强的非线性映射能力和柔性的网络结构，网络的中间层数、各层的神经元个数可根据具体情况任意设定，适用范围广。

具体地，bp神经网络的算法首先将误差反向传播给隐层神经元，调节隐层到输出层的连接权重与输出层神经元的阈值，接着根据隐含层神经元的均方误差，来调节输入层到隐含层的连接权值与隐含层神经元的阈值。在本实施例中，以光纤光栅传感装置100的检测结果数据为温度数据为例，可以把特定时间内的温度检测结果数据作为bp神经网络预测训练集，并根据另一时间段内的压力容器未工作时(室温)的温度检测结果数据，对bp神经网络温度预测模型的准确性进行验证，验证结果表明：该温度预测模型的可行性、准确性和计算效率能够满足实际的温度预警需要。因此，通过使用上述的预测模型，即可根据温度训练数据和最新温度历史数据(历史数据量至少大于15条)得出下一个时间间隔温度预测数据。可以理解，在其他实施例中，也可以采用其他方法对接收到的检测结果进行学习得到预测结果，只要本领域技术人员认为可以实现即可。

在一个实施例中，数据汇集装置200通过4g无线网络将检测结果发送至远程服务器300。具体可通过插有sim卡的无线4g通信模块将检测结果发送至远程服务器300，通过4g无线网络进行数据无线传输，传输数据量大、传输速率快。

在一个实施例中，请参见图2，光纤光栅传感装置100包括传感装置110和传输装置120，传感装置110设置于压力容器，传感装置110通过传输装置120连接数据汇集装置200。传感装置110设置于压力容器，可根据需要检测的数据类型不同设置于压力容器的不同位置，例如，当需要检测压力容器内的压力时可设置于压力容器的底部内侧，当需要检测压力容器内的液体温度时可以设置于压力容器的内壁上，与容器内的液体接触设置等，传感装置110连接传输装置120，将检测到的信息发送给传输装置120，传输装置120将接收到的信息发送至数据汇集装置200。当传感装置110的数量为两个以上时，传输装置120的数量与传感装置110的数量相等，一个传感装置110对应连接一个传输装置120，各传输装置120连接同一个数据汇集装置200，可以减少多个传感装置110之间的信号的相互干扰，提高传输数据质量，从而提高检测准确性。

在一个实施例中，传输装置120为zigbee协调器。采用zigbee协调器作为传输装置120连接多个节点，多个zigbee协调器则可形成一个网络，对路由传输的数目则没有限制，传输数据容量大，zigbee协调器利用网络远距离传输数据，不容易造成信息泄露，安全性能好。

具体地，当传输装置120为zigbee协调器时，数据汇集装置200为带有无线收发模块的zigbee无线传感网络的汇聚节点。zigbee协调器的数量可以为一个或两个以上，当zigbee协调器的数量为两个以上时，多个zigbee协调器和zigbee汇集器组成现场zigbee网络，传感装置110作为zigbee协调器的终端，构成围绕在zigbee协调器周围的zigbee网络节点，zigbee协调器接收来自传感装置110的检测数据，通过zigbee网络发送给数据汇集装置200，数据汇集装置200通过无线收发模块把数据传输给远程服务器300，由服务器进行进一步处理。

在一个实施例中，请参见图3，传感装置110包括光纤光栅传感器112和光纤光栅解调仪114，光纤光栅传感器112设置于压力容器，光纤光栅传感器112连接光纤光栅解调仪114，光纤光栅解调仪114通过传输装置120连接数据汇集装置200。光纤光栅解调仪114用于向光纤光栅传感器112发射光脉冲，光纤光栅传感器112根据压力容器内的温度和压力产生光反射，光纤光栅解调仪114还用于接收光纤光栅传感器112发射的反射光，根据反射光的光强度和中心波长得到压力容器内的温度与压力参数，并根据温度和压力参数生成检测结果通过传输装置120连接数据汇集装置200。

具体地，光纤光栅传感器112和光纤光栅解调仪114的数量并不是唯一的，以光纤光栅传感器112的数量为两个以上，光纤光栅解调仪114的数量为一个为例，光纤光栅传感器112连接同一个光纤光栅解调仪114，光纤光栅解调仪114同时或者按照预设时间间隔向与之连接的各个光纤光栅传感器112发射光脉冲，然后接收各个光纤光栅传感器112返回的反射光，对反射光中的光参数信息包括光强度和反射光的中心波长等进行分析，实现对压力容器的温度或压力等的检测。

光纤光栅解调仪114的结构并不是唯一的，例如可包括宽带光源、接收装置和解析装置，宽带光源和接收装置均通过光纤连接光纤光栅传感器112，接收装置连接解析装置。宽带光源用于向光纤光栅传感器112发射光脉冲，以使光纤光栅传感器112根据压力容器内的温度和压力产生光反射，接收装置用于接收光纤光栅传感器112发射的反射光并发送给解析装置，解析装置根据反射光的光强度和中心波长得到压力容器内的温度与压力参数。可以理解，在其他实施例中，光纤光栅解调仪114也可以采用其他结构，只要本领域技术人员认为可以实现即可。

在一个实施例中，光纤光栅传感器112包括第一光纤光栅传感器和第二光纤光栅传感器，第一光纤光栅传感器和第二光纤光栅传感器均设置于压力容器且连接光纤光栅解调仪114，第一光纤光栅传感器裸露在空气中，第二光纤光栅传感器由隔热材料封装。第一光纤光栅传感器根据容器内的温度和压力产生反射光至光纤光栅解调仪114，第二光纤光栅传感器由隔热材料封装，根据容器内的压力产生反射光至光纤光栅解调仪114。根据两个光纤光栅传感器112反射光的参数特征可以得到压力容器的温度与压力参数，以便于可根据压力参数分析压力容器内部的液位信息，通过获取多个参数实现对压力容器的全面检测。

具体地，第一光纤光栅传感器受到压力作用和/或温度变化时，第一光纤光栅传感器的光纤光栅的栅格周期发生变化，使中心波长也发生变化，第一光纤光栅传感器的光纤光栅的中心波长变化是由外部力和外界温度变化的双重因素导致的。第二光纤光栅传感器由隔热材料封装，不被温度影响，可通过第二光纤光栅传感器的光纤光栅中心波长的变化检测出外部力大小。通过第一光纤光栅传感器和第二光纤光栅传感器中光纤光栅中心波长变化的大小可检测出容器内的温度值和压力值，进一步地，根据容器内的压力值还可以计算出当前容器内的液面高度，通过获取多个参数实现对压力容器的全面检测。第一光纤光栅传感器和第二光纤光栅传感器的设置位置并不是唯一的，以压力容器为圆柱形容器为例，压力容器沿竖直方向设置，底面为水平面，此时第一光纤光栅传感器和第二光纤光栅传感器可以均设置于压力容器内部的底面上，与压力容器内部的物质接触设置，由于压力容器内部的物质会先布满压力容器的底部，使与压力容器内部的物质接触设置的第一光纤光栅传感器可以更准确地检测到压力容器内部物质的温度，第二光纤光栅传感器设置于压力容器内部的底面上，可以检测出压力容器底部承受的压力大小，还可根据检测到的压力大小计算出压力容器内部的液体体积，从而得到液面高度。可以理解，在其他实施例中，第一光纤光栅传感器和第二光纤光栅传感器还可以设置在压力容器的其他位置，且第一光纤光栅传感器和第二光纤光栅传感器设置的位置也可以不一样，只要本领域技术人员认为可以实现即可。

在一个实施例中，请参见图2，报警装置400包括控制器410和提示组件420，控制器410连接服务器和提示组件420，控制器410用于在接收到报警指令后控制提示组件420输出提示信息进行报警。具体地，提示组件420可连接控制器410的控制引脚，控制器410在接收到报警指令后，通过控制引脚发送触发信号至提示组件420，使提示组件420进行报警。控制器410的类型并不是唯一的，例如可以为cpld(complexprogrammablelogicdevice，复杂可编程逻辑器件)、fpga(field－programmablegatearray，现场可编程门阵列)或单片机。cpld作为控制器具有编程灵活、集成度高和设计制造成本低等优点，fpga作为控制器具有设计成本低，工作稳定性高等优点，单片机作为控制器具有抗干扰能力强，因而具有体积小和结构简单等优点，cpld、fpga或单片机都可以实现控制器的相应功能，具体可根据实际需求决定。

在一个实施例中，提示组件420包括连接控制器410的声音提示组件和/或视觉提示组件。控制器410在接收到报警指令后发送控制信号至声音提示组件和/或视觉提示组件，声音提示组件发出声音提示信息进行报警，视觉提示组件通过显示信息进行报警，声音提示组件和/或视觉提示组件都可以作为提示组件420起到报警的目的。

具体地，声音提示组件的结构并不是唯一的，例如可以包括蜂鸣器，蜂鸣器接收到控制器410发送的控制信号后发出警报声实现报警的功能，以提醒工作人员及时处理异常情况。视觉提示组件的结构也不是唯一的，例如可以包括提示灯和/或显示屏，当视觉提示组件包括提示灯时，提示灯接收到控制器410发送的控制信号后通过发光实现报警的功能，进一步地，提示灯可以通过灯的颜色或闪烁状态等实现信息提示的功能。当视觉提示组件包括显示屏时，显示屏可以将控制器410发送过来的信息以数值或图表等方式显示，工作人员可以通过触摸屏直观获取信息，使用便捷。

在一个实施例中，请参见图2，报警装置400还包括连接控制器410的通信组件430，控制器410还用于在接收到报警指令后通过通信组件430发送报警提示信息至终端。终端通过网络与通信组件430进行通信连接，当控制器410接收到报警指令后，说明解析结果满足预设的报警条件，控制器410通过通信组件430发送报警提示信息至与通信组件430连接的终端上，可以远程通知工作人员压力容器出现了异常，更好地监测压力容器的工作状态。其中，终端可以但不限于是各种个人计算机、笔记本电脑、智能手机、平板电脑和便携式可穿戴设备，只要本领域技术人员认为可以实现即可。

上述压力容器监测系统，采用光纤光栅传感装置100检测压力容器的温度和压力，检测时无需通电，不会引起电气干扰，且耐高温、抗辐射，在严苛的工作环境下也能正常工作，数据汇集装置200将光纤光栅传感装置100发送过来的检测结果汇总后发送至远程服务器300，可以提高数据传输的效率，远程服务器300对接收到的检测结果进行解析得到解析结果，可以实现远程数据处理，在解析结果满足预设的报警条件时发送报警指令至报警装置400报警，以提醒操作人员及时处理异常情况，实现对压力容器的实时监测，且操作人员可以远程接收数据和报警信息，避免了压力容器本身或所处环境对操作人员带来的不利影响，使用便捷，监测可靠性高。

在一个实施例中，请参见图4，提供一种压力容器监测系统的监测方法，包括以下步骤：

步骤s110：接收数据汇集装置汇总后发送的检测结果。检测结果为光纤光栅传感装置检测压力容器内的温度与压力得到。

具体地，可通过远程服务器接收数据汇集装置汇总后发送的检测结果，检测结果为根据压力容器内的温度与压力参数生成的检测结果，可通过光纤光栅传感装置100检测得到。光纤光栅传感装置100设置于压力容器，可根据需要检测的数据类型不同设置于压力容器的不同位置，例如，当需要检测压力容器内的压力时可设置于压力容器的底部内侧，当需要检测压力容器内的液体温度时可以设置于压力容器的内壁上，与容器内的液体接触设置等。检测结果除了包括检测到的压力或温度等信息外，还可以包括一些标记信息，如光纤光栅传感装置100的编号、数据格式信息或表头信息等，便于更好地对数据进行分类。

步骤s120：根据检测结果进行解析，得到解析结果。

解析前，首先检测所接收的检测结果的数据是否符合数据传输协议，如果不符合，则丢弃该数据，如果所接收的检测结果的数据符合数据传输协议，则根据数据传输协议解析所接收的检测结果数据得到解析结果。

步骤s130：在解析结果满足预设的报警条件时发送报警指令至报警装置。报警指令用于控制报警装置进行报警。

将解析结果与预设的报警条件进行对比，预设的报警条件并不唯一的，例如可以是预设的危险温度范围或危险压力范围，以危险温度范围为例，可以是0℃以下或者100℃以上，当解析结果中的温度值在此危险温度范围之内时，远程服务器300发送报警指令至报警装置400。可以理解，预设的报警条件也可以包括其他类型的数据，数据的数值范围也可以根据实际需求调整，只要本领域技术人员认为可以实现即可，解析结果与预设的报警条件的有关数据均可以存储在数据库中，方便调用。

在一个实施例中，请参见图5，步骤s110之后，还包括步骤s140。

步骤s140：对检测结果进行学习得到预测结果，在预测结果满足预设的报警条件时发送报警指令至报警装置。

具体地，通过步骤s110接收到检测结果后，可以执行步骤s140对检测结果进行学习得到预测结果，然后将预测结果与预设的报警条件比较，也可以执行步骤s120至步骤s130，对检测结果进行解析得到解析结果，然后将解析结果与预设的报警条件比较，或者通过步骤s110接收到检测结果后，还可以既执行步骤s120至步骤s130，又执行步骤s140，既进行解析又进行学习，再将解析结果和预测结果均与预设的报警条件比较，步骤s120与步骤s140的执行可以按时间顺序也可以同时进行，具体可根据实际需求调整，以提高监测方法的可靠性。学习的对象可以为一段时间内的多个检测结果，以提高预测结果的准确性，检测结果和对该检测结果进行学习得到的预测结果的数据类型相同，以检测结果为温度数据为例，对前一段时间内光纤光栅传感装置100检测得到的压力容器的温度进行学习，得到压力容器下一时刻的温度预测结果。当预测结果满足报警条件时，认为压力容器将出现温度异常情况，此时远程服务器300发送报警指令至报警装置400报警，提醒工作人员重点关注压力容器的温度状态，或及时停止压力容器的工作，防止造成更大的损害。

上述压力容器监测法，采用光纤光栅传感装置100检测压力容器的温度和压力，检测时无需通电，不会引起电气干扰，且耐高温、抗辐射，在严苛的工作环境下也能正常工作，数据汇集装置200将光纤光栅传感装置100发送过来的检测结果汇总后发送至远程服务器300，可以提高数据传输的效率，远程服务器300对接收到的检测结果进行解析得到解析结果，可以实现远程数据处理，在解析结果满足预设的报警条件时发送报警指令至报警装置400报警，以提醒操作人员及时处理异常情况，实现对压力容器的实时监测，且操作人员可以远程接收数据和报警信息，避免了压力容器本身或所处环境对操作人员带来的不利影响，使用便捷，监测可靠性高。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。