專利名稱：一種高壓流體檢測(cè)的光纖光柵溫度－壓力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳感器。特別是涉及一種高精度、大壓力范圍的高壓流體檢測(cè)的光纖光柵溫度-壓力傳感器。
背景技術(shù)：
光纖光柵傳感器是近幾年正在研發(fā)的新型傳感器，光纖光柵傳感器可集信息的傳感與傳輸于一體，與傳統(tǒng)的傳感器相比它具有很多優(yōu)勢(shì)如防爆、抗電磁干擾、抗腐蝕、抗震動(dòng)、耐高溫、體積小、重量輕、靈活方便。特別是能在惡劣環(huán)境下使用，在油田的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)中，人們需要知道在有關(guān)地層中，流體(油、氣和水)的分布和流動(dòng)參數(shù)(溫度、壓力、流量等)，以便進(jìn)行控制從而獲得最佳的運(yùn)行狀態(tài)。為獲得這些參數(shù)，需要在多個(gè)產(chǎn)油井、注水井和測(cè)量井中設(shè)置相應(yīng)的傳感器，對(duì)地層中(往往涉及多個(gè)地層)的油、氣、水流動(dòng)參數(shù)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控。測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性是非常重要的。
由于油井內(nèi)測(cè)量條件惡劣溫度高、壓力大、有腐蝕性物質(zhì)和電磁干擾等。在這里，因?yàn)殡娮宇悅鞲衅鞴逃械娜觞c(diǎn)(體積重量大、易受電磁干擾、可靠性安全性隱患多、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高、壽命短)，因而這類傳感器難以使用。相反，光纖光柵傳感器由于其體積小、重量輕、抗腐蝕、抗電磁干擾、耐高溫和高壓，在油氣環(huán)境中不會(huì)引燃引爆，是一種“本質(zhì)安全”的傳感器，從而，它是一種對(duì)油井，地?zé)峋械臏囟?、壓力進(jìn)行測(cè)量的理想傳感器。
為了更好地對(duì)地層的儲(chǔ)油層和油層開(kāi)發(fā)的動(dòng)態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)，確定油田開(kāi)發(fā)部署，給工程地質(zhì)科技人員為精細(xì)描述油藏動(dòng)態(tài)提供科學(xué)依據(jù)，油藏的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)顯得尤其重要。
由于技術(shù)條件的限制，在過(guò)去長(zhǎng)期的檢測(cè)方法是進(jìn)行抽油機(jī)起泵測(cè)壓，既影響生產(chǎn)，又增加成本。環(huán)空測(cè)試由于外界影響的因素太多，成功率很低，對(duì)水平井，稠油井的測(cè)試方法不太成熟，油井和水井的分層壓力動(dòng)態(tài)無(wú)法長(zhǎng)期在線檢測(cè)，油井地層的資料的準(zhǔn)確獲得成為油田監(jiān)測(cè)工作的一大難題。
中國(guó)專利02156479.5公開(kāi)了一種把一根光纖光柵分成兩段，用兩種不同的化學(xué)聚合物分別對(duì)光纖光柵進(jìn)行封裝，在這種封裝下的光纖光柵將出現(xiàn)兩個(gè)不同波長(zhǎng)的反射峰，它可以同時(shí)測(cè)量溫度和壓力。由于這種封裝是化學(xué)聚合物，無(wú)法承受數(shù)百個(gè)大氣壓；雖然它有兩個(gè)反射峰，但每一個(gè)反射峰都是溫度和壓力的函數(shù)，精度、可靠性和壽命都得不到保證。
中國(guó)專利02148911.4用保偏光敏光纖制作雙折射光纖光柵，其性能與本發(fā)明有相同之處，但它不是用來(lái)制作溫度壓力傳感器，而是用于通訊中的色散補(bǔ)償。而且用保偏光敏光纖制作雙折射光纖光柵傳感器的對(duì)外界壓力的靈敏度小于本發(fā)明的邊孔光敏光纖。
中國(guó)專利02121327.5公開(kāi)了一種可以同時(shí)測(cè)量溫度壓力的光纖光柵溫度-壓力傳感器，它的基本原理是基于懸臂梁技術(shù)；光纖光柵粘接在懸臂梁上，懸臂梁受外力作用伸長(zhǎng)或壓縮，帶動(dòng)光纖光柵反射波長(zhǎng)的變化，由于長(zhǎng)期的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，又要承受大范圍的壓力變化，目前封裝工藝無(wú)法保證波長(zhǎng)穩(wěn)定不漂移，在低壓范圍內(nèi)工作壽命也有限，這種機(jī)構(gòu)不能應(yīng)用于大的壓力變化范圍。
由上可知現(xiàn)有的技術(shù)存有如下問(wèn)題一是普通光纖光柵傳感器溫度和壓力無(wú)法分離，光纖光柵的溫度變化極大地影響壓力測(cè)量的精度二是使用普通光纖光柵溫度壓力傳感器的封裝方法無(wú)法保證測(cè)量的可靠性和壽命。三是利用懸臂梁其他具有機(jī)械運(yùn)動(dòng)的方法不能長(zhǎng)期承受大的壓力變化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種高精度、大壓力范圍的高壓流體檢測(cè)的光纖光柵溫度-壓力傳感器。
本發(fā)明所要解決的又一技術(shù)問(wèn)題是，提供一種封裝簡(jiǎn)單，無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的長(zhǎng)壽命的高壓流體檢測(cè)的光纖光柵溫度-壓力傳感器。
本發(fā)明所要解決的再一技術(shù)問(wèn)題是，提供一種溫度與壓力可以獨(dú)立測(cè)量的互不干擾的高壓流體檢測(cè)的光纖光柵溫度-壓力傳感器。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種高壓流體檢測(cè)的光纖光柵溫度-壓力傳感器，包括有由多孔金屬保護(hù)罩、位于保護(hù)罩內(nèi)的護(hù)套、充滿護(hù)套內(nèi)的硅油、以及設(shè)置在護(hù)套內(nèi)的由雙孔單模光敏光纖構(gòu)成的光纖光柵傳感頭和連接在光纖光柵傳感頭兩端的單模傳輸光纖組成的光纖光柵傳感元；封裝光纖光柵傳感元的不銹鋼管；設(shè)置在不銹鋼管底端的金屬網(wǎng)罩和用于將金屬網(wǎng)罩固定在不銹鋼管底端的鎖緊螺母；設(shè)置在不銹鋼管頂端的光纜銜接管，和蓋在光纜銜接管上的上帽，在上帽的頂端形成有凸出的光纖光柵傳感頭的出線管，其中，光纖光柵傳感元貫穿光纜銜接管至上帽內(nèi)，此端的單模傳輸光纖從出線管伸出。
所述的構(gòu)成光纖光柵傳感頭的雙孔單模光敏光纖，其結(jié)構(gòu)是在單模光敏光纖的纖芯兩側(cè)形成有與纖芯平行且對(duì)稱的軸向貫通孔，此貫通孔使光纖光柵傳感頭對(duì)外界壓力有雙折射效應(yīng)。
所述的不銹鋼管的厚度為5mm以上。
所述的護(hù)套為耐油護(hù)套。
所述的單模傳輸光纖是涂炭光纖。
所述的光纖光柵傳感頭的兩端與單模傳輸光纖是通過(guò)熔接而連接。
所述的護(hù)套在上帽與不銹鋼管的交接處分為上下兩部分，為了保證護(hù)套在上帽內(nèi)的壓力與在不銹鋼管內(nèi)的壓力相同，在不銹鋼管的上部分還開(kāi)有多個(gè)小孔。
本發(fā)明的高壓流體檢測(cè)的光纖光柵溫度-壓力傳感器，除了構(gòu)成光纖光柵傳感頭的雙孔單模光敏光纖的纖芯兩側(cè)的兩個(gè)貫通孔外，其各個(gè)部件均處于同一個(gè)壓力環(huán)境中，不需要嚴(yán)密封閉的腔室，不存在很大壓差的空間。這使得傳感頭各部件制作的容差大大放寬，壽命延長(zhǎng)。本發(fā)明涉及的傳感頭中，光纖光柵上除了有各向同性的被測(cè)靜壓力以外沒(méi)有其它應(yīng)力，它實(shí)際上處于自由狀態(tài)。這樣使得光纖光柵傳感器具有很長(zhǎng)的使用壽命。而且傳感頭不含有復(fù)雜的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其內(nèi)部也沒(méi)有需要嚴(yán)加密封的艙室，因而可靠性高，壽命長(zhǎng)。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的光纖傳感頭的示意圖；圖3是本發(fā)明的多孔金屬保護(hù)罩的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明的光纖光柵溫度壓力傳感器溫度變化曲線圖；圖5是本發(fā)明的光纖光柵溫度壓力傳感器壓力變化曲線圖。
其中1光纖光柵傳感頭2單模傳輸光纖3硅油 4護(hù)套5多孔金屬保護(hù)罩6不銹鋼管7金屬網(wǎng)罩 8密封圈9鎖緊螺母 10上帽11出線管 12光纜銜接管15光纖光柵傳感元具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的高壓流體檢測(cè)的光纖光柵溫度-壓力傳感器做出詳細(xì)說(shuō)明。
如圖1、圖2、圖3所示，本發(fā)明的高壓流體檢測(cè)的光纖光柵溫度-壓力傳感器，包括有由多孔金屬保護(hù)罩5、位于保護(hù)罩5內(nèi)的護(hù)套4、充滿護(hù)套4內(nèi)的硅油3、以及設(shè)置在護(hù)套4內(nèi)的由雙孔單模光敏光纖構(gòu)成的光纖光柵傳感頭1和連接在光纖光柵傳感頭1兩端的單模傳輸光纖2組成的光纖光柵傳感元15；封裝光纖光柵傳感元15的不銹鋼管6，不銹鋼管6的厚度為5mm以上，以便能夠承受高壓而不變形。；設(shè)置在不銹鋼管6底端的可防止沙石等異物進(jìn)入不銹鋼管6內(nèi)的金屬網(wǎng)罩7和用于將金屬網(wǎng)罩7固定在不銹鋼管6底端的鎖緊螺母9及密封圈8；設(shè)置在不銹鋼管6頂端的光纜銜接管12，和蓋在光纜銜接管12上的上帽10，在上帽10的頂端形成有凸出的光纖光柵傳感頭的出線管11，其中，光纖光柵傳感元15貫穿光纜銜接管12至上帽10內(nèi)，此端的單模傳輸光纖2從出線管11伸出。
上述的構(gòu)成光纖光柵傳感頭1的雙孔單模光敏光纖，其結(jié)構(gòu)是在單模光敏光纖的纖芯兩側(cè)形成有與纖芯平行且對(duì)稱的軸向貫通孔，此貫通孔使光纖光柵傳感頭1對(duì)外界壓力有雙折射效應(yīng)，在外力作用下，通過(guò)光纖光柵反射回來(lái)的布拉格波長(zhǎng)有兩個(gè)不同的波長(zhǎng)峰值。
如圖5所示，光纖光柵傳感元的兩個(gè)反射波長(zhǎng)具有相同的溫度性能，在無(wú)外力作用的情況下，兩個(gè)反射波長(zhǎng)不分開(kāi)，是兼并的。因此兩個(gè)反射波長(zhǎng)峰值之間的距離只與外界壓力有關(guān)，與溫度無(wú)關(guān)，這樣保證了壓力檢測(cè)的精確度。
如圖4所示，光纖光柵傳感元的其中一個(gè)反射波長(zhǎng)與外界壓力不敏感，它的反射波長(zhǎng)改變值是溫度的函數(shù)，由此可以獲得被測(cè)環(huán)境的溫度。
在光纖光柵傳感頭1兩端連接的單模傳輸光纖2中，其一端的單模傳輸光纖2只有3毫米左右長(zhǎng)，其功能是密封光纖光柵傳感頭1的纖芯兩側(cè)的兩個(gè)對(duì)稱的貫通孔，以保證外部液體不進(jìn)入貫通孔內(nèi)，而另一端的單模傳輸光纖2不僅具有密封光纖光柵傳感頭1的纖芯兩側(cè)的兩個(gè)對(duì)稱的貫通孔，同時(shí)還具有傳輸傳感信號(hào)到主機(jī)的作用。光纖光柵傳感頭1的兩端與單模傳輸光纖2是通過(guò)熔接而連接。
由光纖光柵傳感頭1、單模傳輸光纖2、硅油3、耐油柔性橡膠護(hù)套4、和多孔金屬保護(hù)罩5組成光纖光柵傳感元15，保證了光纖光柵溫度壓力傳感元的可靠性，使它既具有獲得傳感信號(hào)的功能，同時(shí)又可以防止外界的可能對(duì)光纖光柵溫度、壓力傳感元的損壞。
耐油護(hù)套4在上帽10與不銹鋼管6的交接處分為上下兩部分，為了保證護(hù)套4在上帽10內(nèi)的壓力和在不銹鋼管6內(nèi)的壓力與光纖光柵傳感頭1的環(huán)境壓力相同，在不銹鋼管6的上部分還開(kāi)有多個(gè)小孔。
所述的單模傳輸光纖2是涂炭光纖，它可以防止在高壓下氫原子滲入傳輸光纜2內(nèi)。
以上所述僅是本發(fā)明較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改，等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種高壓流體檢測(cè)的光纖光柵溫度-壓力傳感器，其特征在于，包括有由多孔金屬保護(hù)罩(5)、位于保護(hù)罩(5)內(nèi)的護(hù)套(4)、充滿護(hù)套(4)內(nèi)的硅油(3)、以及設(shè)置在護(hù)套(4)內(nèi)的由雙孔單模光敏光纖構(gòu)成的光纖光柵傳感頭(1)和連接在光纖光柵傳感頭(1)兩端的單模傳輸光纖(2)組成的光纖光柵傳感元(15)；封裝光纖光柵傳感元(15)的不銹鋼管(6)；設(shè)置在不銹鋼管(6)底端的金屬網(wǎng)罩(7)和用于將金屬網(wǎng)罩(7)固定在不銹鋼管(6)底端的鎖緊螺母(9)；設(shè)置在不銹鋼管(6)頂端的光纜銜接管(12)，和蓋在光纜銜接管(12)上的上帽(10)，在上帽(10)的頂端形成有凸出的光纖光柵傳感頭的出線管(11)，其中，光纖光柵傳感元(15)貫穿光纜銜接管(12)至上帽(10)內(nèi)，此端的單模傳輸光纖(2)從出線管(11)伸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓流體檢測(cè)的光纖光柵溫度-壓力傳感器，其特征在于，所述的構(gòu)成光纖光柵傳感頭(1)的雙孔單模光敏光纖，其結(jié)構(gòu)是在單模光敏光纖的纖芯兩側(cè)形成有與纖芯平行且對(duì)稱的軸向貫通孔，此貫通孔使光纖光柵傳感頭(1)對(duì)外界壓力有雙折射效應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓流體檢測(cè)的光纖光柵溫度-壓力傳感器，其特征在于，所述的不銹鋼管(6)的厚度為5mm以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓流體檢測(cè)的光纖光柵溫度-壓力傳感器，其特征在于，所述的護(hù)套(4)為耐油護(hù)套。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓流體檢測(cè)的光纖光柵溫度-壓力傳感器，其特征在于，所述的單模傳輸光纖(2)是涂炭光纖。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓流體檢測(cè)的光纖光柵溫度-壓力傳感器，其特征在于，所述的光纖光柵傳感頭(1)的兩端與單模傳輸光纖(2)是通過(guò)熔接而連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓流體檢測(cè)的光纖光柵溫度-壓力傳感器，其特征在于，所述的護(hù)套(4)在上帽(10)與不銹鋼管(6)的交接處分為上下兩部分，為了保證護(hù)套(4)在上帽(10)內(nèi)的壓力和在不銹鋼管(6)內(nèi)的壓力與光纖光柵傳感頭(1)的環(huán)境壓力相同，在不銹鋼管(6)的上部分還開(kāi)有多個(gè)小孔。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種高壓流體檢測(cè)的光纖光柵溫度－壓力傳感器，包括有由多孔金屬保護(hù)罩、位于保護(hù)罩內(nèi)的護(hù)套、充滿護(hù)套內(nèi)的硅油、以及設(shè)置在護(hù)套內(nèi)的由雙孔單模光敏光纖構(gòu)成的光纖光柵傳感頭和連接在光纖光柵傳感頭兩端的單模傳輸光纖組成的光纖光柵傳感元；封裝光纖光柵傳感元的不銹鋼管；設(shè)置在不銹鋼管底端的金屬網(wǎng)罩和用于將金屬網(wǎng)罩固定在不銹鋼管底端的鎖緊螺母；設(shè)置在不銹鋼管頂端的光纜銜接管，和蓋在光纜銜接管上的上帽，在上帽的頂端形成有凸出的光纖光柵傳感頭的出線管，其中，光纖光柵傳感元貫穿光纜銜接管至上帽內(nèi)，此端的單模傳輸光纖從出線管伸出。本發(fā)明測(cè)量高精度、壓力范圍大，不存在很大壓差的空間，可靠性高，使用壽命長(zhǎng)。
文檔編號(hào)E21B47/06GK1908370SQ20061001519
公開(kāi)日2007年2月7日 申請(qǐng)日期2006年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月4日
發(fā)明者董蘇姍, 郭轉(zhuǎn)運(yùn), 張強(qiáng), 馬琳萍 申請(qǐng)人:天津愛(ài)天光電子科技有限公司