一種單光源光纖分布溫度與定點(diǎn)壓力測量系統(tǒng)及方法
【專利摘要】一種單光源光纖分布溫度與定點(diǎn)壓力測量系統(tǒng)及方法，屬于光纖傳感【技術(shù)領(lǐng)域】。其特征是利用半導(dǎo)體激光器的受激輻射光作為分布溫度測量的光源，利用同一光源的自發(fā)輻射光作為壓力測量的光源，實(shí)現(xiàn)單一光源對光纖分布溫度和定點(diǎn)壓力的分時或同時復(fù)用測量；利用斯托克斯濾光片和反斯托克斯濾光片將分布溫度測量光譜與定點(diǎn)壓力測量的干涉譜分離而互不干擾，從而實(shí)現(xiàn)單根光纖測量。本發(fā)明的效果和益處是采用單個光源和單根光纖即可實(shí)現(xiàn)分布溫度與定點(diǎn)壓力測量，復(fù)用結(jié)構(gòu)簡單可靠，易于實(shí)現(xiàn)光纖溫度-壓力解調(diào)儀一體化，有效降低光纖傳感器測井系統(tǒng)的成本，在油氣田光纖測井領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說明】
一種單光源光纖分布溫度與定點(diǎn)壓力測量系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光纖傳感【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種用單個光源實(shí)現(xiàn)分布溫度與定點(diǎn)壓力測量的系統(tǒng)及方法，特別涉及一種適用于油氣井中光纖分布溫度與定點(diǎn)壓力測量的系統(tǒng)及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]油井下溫度和壓力是油氣資源開發(fā)中的基本油藏工程參量，其實(shí)時、高精度測量對于確定油層的位置、厚度、含水層的深度以及確定注水/汽層作業(yè)等具有重要意義。然而隨著油田的不斷開采，油氣井深度的不斷增加，傳統(tǒng)的電子式傳感器由于在高溫環(huán)境下存在漂移大、精度低和壽命短等問題，難以滿足井下永久性監(jiān)測的需要。
[0003]光纖傳感器由于具有耐高溫、抗電磁干擾、靈敏度高、體積小、易于串/并聯(lián)復(fù)用和連續(xù)分布測量，容易形成傳感器網(wǎng)絡(luò)等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于油氣井的監(jiān)測。近年來，光纖傳感技術(shù)在油田測井應(yīng)用領(lǐng)域取得了眾多進(jìn)展，其中比較成熟的用于測井的光纖傳感器主要有基于光纖法布里-拍羅干涉儀或光纖布拉格光柵的壓力傳感器，以及基于光纖拉曼散射原理的分布式光纖溫度傳感器。
[0004]目前，世界上許多油田開采已進(jìn)入到中后期階段，未開采的油田中也大多是稠油田。在稠油田的生產(chǎn)過程中，通常采用對油井注入高溫蒸汽或者地下燃燒驅(qū)油的方法，井下溫度高達(dá)300°C以上，在如此惡劣的環(huán)境中，必須采用耐高溫及抗“氫損”的特種光纖，然而這些特種光纖大都十分昂貴。而目前通常采用兩根光纖分別進(jìn)行分布溫度和壓力測量。另夕卜，光纖分布溫度與壓力傳感解調(diào)儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格昂貴。因此，減少光纖的使用數(shù)量并開發(fā)低成本的傳感復(fù)用解調(diào)儀器，能夠顯著降低光纖測井系統(tǒng)的造價，從而對光纖傳感器在測井中的大規(guī)模普及應(yīng)用有重要意義。針對這個問題，從事光纖傳感器測井應(yīng)用研究的多個油田服務(wù)公司及科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行了相關(guān)研究，嘗試通過光纖傳感器的經(jīng)濟(jì)型復(fù)用，組網(wǎng)等減少光纖用量。目前已有一些復(fù)用方案被提出，文獻(xiàn)Zhao Y, Liao Y, Lai S.Simultaneousmeasurement of down—hole high pressure and temperature with a bulk—modulusand FBG sensor[J].Photonics Technology Letters, IEEE, 2002，14(11):1584-1586、專利“光纖溫度與壓力二參量永久式油井傳感器”(專利申請?zhí)?200710178421.3)以及專利“一種新型光纖溫度壓力傳感器”(專利申請?zhí)?200910230529.1)中都提出了基于復(fù)用技術(shù)的光纖溫度、壓力同時復(fù)用測量的方案。然而這些方案中實(shí)現(xiàn)的溫度及壓力測量均是單點(diǎn)式測量。文獻(xiàn) Zhou X, Yu Q, Peng ff.Simultaneous measurement of down-holepressure and distributed temperature with a single fiber.Measurement Science andTechnology, 2012，23(8):085102中提出了一種利用單根光纖將分布溫度與壓力傳感復(fù)用的方法，但是該方法需要組合兩臺單獨(dú)的解調(diào)儀器，分別使用兩個不同頻段的光源對分布溫度和壓力進(jìn)行解調(diào)，并需特殊定制寬帶光纖波分復(fù)用器。對于在測井中使用單一激光光源進(jìn)行光纖溫度和壓力一體化復(fù)用解調(diào)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)單根光纖分布溫度與定點(diǎn)壓力同時復(fù)用測量的方案尚未見涉及。因而，設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉的分布溫度與定點(diǎn)壓力測量系統(tǒng)在油田光纖測井領(lǐng)域具有重要的實(shí)際應(yīng)用價值。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提出一種結(jié)構(gòu)簡單的適用于油氣井中分布溫度與定點(diǎn)壓力測量的系統(tǒng)及方法，旨在簡化光纖溫度和壓力測井系統(tǒng)的構(gòu)成，提高測量系統(tǒng)性能，并有效降低光纖傳感測井系統(tǒng)的成本，為光纖傳感器在油氣田中的應(yīng)用拓展更大的空間。本發(fā)明提出一種單光源光纖分布溫度與定點(diǎn)壓力測量系統(tǒng)，主要包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、通信電路、信號采集與處理電路、光源、光源驅(qū)動電路、環(huán)形器、微型光纖光譜儀、斯托克斯濾光片、反斯托克斯濾光片、測溫光纖、光纖壓力傳感頭和探測器模塊。
[0006]信號采集與處理電路將處理后的所有信息通過通信電路傳輸?shù)接?jì)算機(jī)系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過通信電路向信號采集與處理電路發(fā)出指令；信號采集與處理電路控制光源驅(qū)動電路和微型光纖光譜儀，并采集來自微型光纖光譜儀和探測器模塊的信號；光源驅(qū)動電路接收信號采集與處理電路產(chǎn)生的調(diào)制信號驅(qū)動光源；光源的發(fā)射光經(jīng)過環(huán)形器，被斯托克斯濾光片和反斯托克斯濾光片反射，再經(jīng)過測溫光纖到達(dá)光纖壓力傳感頭；光纖壓力傳感頭反射的干涉信號被反斯托克斯濾光片和斯托克斯濾光片反射，并從環(huán)形器入射到微型光纖光譜儀；信號采集與處理電路從微型光纖光譜儀采集光譜數(shù)據(jù)并處理；探測器模塊分別接收從斯托克斯濾光片和反斯托克斯濾光片濾出的拉曼信號，信號采集與處理電路將來自探測器模塊的電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并處理。
[0007]所述光源是一種半導(dǎo)體激光器，所述光源發(fā)射的受激輻射光作為分布溫度測量的探測光源，自發(fā)輻射光作為定點(diǎn)壓力測量的寬譜光源。
[0008]所述斯托克斯濾光片和所述反斯托克斯濾光片的中心波長遠(yuǎn)離所述光源的中心波長約幾十納米，使其濾光范圍與所述光纖壓力傳感頭的干涉光譜范圍沒有重疊。
[0009]所述斯托克斯濾光片和所述反斯托克斯濾光片的透射端對所述光源激光波長的隔離度高于60dB，消除后向瑞利散射光的干擾。
[0010]所述光纖壓力傳感頭是基于非本征光纖法布里-珀羅干涉腔結(jié)構(gòu)的。
[0011]單光源光纖分布溫度與定點(diǎn)壓力分時復(fù)用測量方法如下:
[0012]進(jìn)行定點(diǎn)壓力測量時，控制光源驅(qū)動電路對光源施加小于激光振蕩閾值的工作電流，光源發(fā)射的寬譜自發(fā)輻射光經(jīng)過環(huán)形器，被斯托克斯濾光片和反斯托克斯濾光片反射，經(jīng)過測溫光纖到達(dá)光纖壓力傳感頭，光纖壓力傳感頭反射的干涉光，再被反斯托克斯濾光片和斯托克斯濾光片反射，并從環(huán)形器入射到微型光纖光譜儀，信號采集與處理電路從微型光纖光譜儀采集光譜數(shù)據(jù)后進(jìn)行壓力解調(diào)；進(jìn)行分布溫度測量時，控制光源驅(qū)動電路對光源施加高于激光振蕩閾值的驅(qū)動電流，光源發(fā)射的脈沖激光，經(jīng)過環(huán)形器，被斯托克斯濾光片和反斯托克斯濾光片反射，在測溫光纖中產(chǎn)生的后向拉曼散射光，被斯托克斯濾光片和反斯托克斯濾光片的透射端分別濾出，探測器模塊將探測的后向散射拉曼光信號轉(zhuǎn)換為電信號，信號采集與處理電路將采集的電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再通過反斯托克斯光強(qiáng)和斯托克斯光強(qiáng)的比值解調(diào)出分布溫度信息。
[0013]單光源光纖分布溫度與定點(diǎn)壓力同時復(fù)用測量方法如下:
[0014]控制光源驅(qū)動電路對光源施加周期重復(fù)電流，光源發(fā)射大功率的脈沖光，經(jīng)過環(huán)形器，被斯托克斯濾光片和反斯托克斯濾光片反射，到達(dá)測溫光纖，在測溫光纖中產(chǎn)生的后向拉曼散射光，在斯托克斯濾光片和反斯托克斯濾光片的透射端被分別濾出，探測器模塊將探測的后向散射拉曼光信號轉(zhuǎn)換為電信號，同時，脈沖光到達(dá)光纖壓力傳感頭，光纖壓力傳感頭反射的干涉光，再被反斯托克斯濾光片和斯托克斯濾光片反射，并從環(huán)形器入射到微型光纖光譜儀，信號采集與處理電路同時采集來自微型光纖光譜儀和探測器模塊的信號，對分布溫度和定點(diǎn)壓力進(jìn)行同步解調(diào)。
[0015]本發(fā)明的原理如下:光源發(fā)射的受激輻射光作為分布溫度測量的探測光源，自發(fā)輻射光作為定點(diǎn)壓力測量的寬譜光源。由于用于壓力傳感的干涉光譜范圍和用于分布溫度傳感的拉曼光譜范圍互不重疊，可使分布溫度與定點(diǎn)壓力測量互不影響。并利用所述斯托克斯濾光片和所述反斯托克斯濾光片將拉曼光譜與法布里-珀羅干涉譜分離，從而實(shí)現(xiàn)單根光纖測量。
[0016]非相干光頻域反射技術(shù)可以替代上述方法中的光時域反射技術(shù)，用于對分布溫度測量的空間定位。區(qū)別在于所述光源的調(diào)制形式，基于非相干光頻域反射技術(shù)的分布式溫度傳感器需要對所述光源進(jìn)行步進(jìn)頻率調(diào)制，使其發(fā)射連續(xù)激光。發(fā)射光中的受激輻射用于分布溫度測量，發(fā)射光中同時包含的自發(fā)輻射光成分用于定點(diǎn)壓力測量。
[0017]所述分時復(fù)用測量法和所述同時復(fù)用測量法各具優(yōu)勢。對于所述同時復(fù)用測量法，其優(yōu)勢在于可同時對分布溫度和定點(diǎn)壓力進(jìn)行測量，但是由于光纖壓力傳感器的非本征光纖法布里-珀羅干涉光譜中存在所述光源的窄帶激光干擾信號，需要對光譜信號進(jìn)行扣除處理。而在所述分時復(fù)用測量法中，則不存在這一問題。
[0018]本發(fā)明的效果和益處是，采用單一光源和單根光纖即可實(shí)現(xiàn)分布溫度與定點(diǎn)壓力的測量。利用半導(dǎo)體激光器在小電流驅(qū)動或激光發(fā)射時伴生的寬譜自發(fā)輻射光進(jìn)行壓力傳感測量；利用斯托克斯濾光片和反斯托克斯濾光片將分布溫度測量的拉曼光譜與光纖端點(diǎn)壓力測量的法布里-珀羅干涉譜分離因而互不干擾。實(shí)現(xiàn)了高性能的分布溫度-壓力一體化解調(diào)儀設(shè)計(jì)，有效的簡化了光纖測井系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和成本，在油氣田測井領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]附圖1是本發(fā)明的示意圖。
[0020]附圖2是光源與反射光信號的光譜分布示意圖。
[0021]附圖3是分布溫度與定點(diǎn)壓力分時復(fù)用測量的光源調(diào)制電流隨時間變化示意圖。
[0022]附圖4是分布溫度與定點(diǎn)壓力分時復(fù)用測量的非本征光纖法布里-珀羅腔干涉
-1'TfeP曰。
[0023]附圖5是分布溫度與定點(diǎn)壓力同時復(fù)用測量的光源調(diào)制電流隨時間變化示意圖。
[0024]附圖6是分布溫度與定點(diǎn)壓力同時復(fù)用測量的非本征光纖法布里-珀羅腔干涉
-1'TfeP曰。
[0025]圖中:101光源；102光源驅(qū)動電路；103環(huán)形器；104微型光纖光譜儀；105斯托克斯濾光片；106反斯托克斯濾光片；107探測器模塊；108測溫光纖；109光纖壓力傳感頭；110信號采集與處理電路；111通信電路；112計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；201光纖法布里-珀羅腔干涉光譜范圍；202光纖法布里-珀羅腔干涉光譜范圍；203光纖法布里-珀羅腔干涉光譜范圍。

【具體實(shí)施方式】
[0026]以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0027]—種單光源光纖分布溫度與定點(diǎn)壓力測量系統(tǒng)，主要包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)112、通信電路111、信號采集與處理電路110、光源101、光源驅(qū)動電路102、環(huán)形器103、微型光纖光譜儀104、斯托克斯濾光片105、反斯托克斯濾光片106、測溫光纖108、光纖壓力傳感頭109和探測器模塊107 ；
[0028]信號采集與處理電路110將處理后的所有信息通過通信電路111傳輸?shù)接?jì)算機(jī)系統(tǒng)112 ;計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過通信電路111向信號采集與處理電路110發(fā)出指令；信號采集與處理電路110控制光源驅(qū)動電路102和微型光纖光譜儀104，并采集來自微型光纖光譜儀104和探測器模塊107的信號；光源驅(qū)動電路102接收信號采集與處理電路110產(chǎn)生的調(diào)制信號驅(qū)動光源101 ;光源101的發(fā)射光經(jīng)過環(huán)形器103，被斯托克斯濾光片105和反斯托克斯濾光片106反射，再經(jīng)過測溫光纖108到達(dá)光纖壓力傳感頭109 ;光纖壓力傳感頭109反射的干涉信號被反斯托克斯濾光片106和斯托克斯濾光片105反射，并從環(huán)形器103入射到微型光纖光譜儀104 ;信號采集與處理電路110從微型光纖光譜儀104采集光譜數(shù)據(jù)并處理；探測器模塊107分別接收從斯托克斯濾光片105和反斯托克斯濾光片106濾出的拉曼信號，信號采集與處理電路110將來自探測器模塊107的電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并處理。
[0029]其中光源101是中心波長為974nm的法布里珀羅腔半導(dǎo)體激光器，其閾值電流為35mA。環(huán)形器103的中心波長為980nm，帶寬為±30nm。微型光纖光譜儀104是美國OceanOptics公司的HR2000+微型光纖光譜儀。斯托克斯濾光片105是中心波長為1020nm、帶寬為10nm的帶通濾光片。反斯托克斯濾光片106是中心波長為930nm、帶寬為16nm的帶通濾光片。探測器模塊107由兩個硅基雪崩光電二極管及其低噪聲跨導(dǎo)放大電路組成，帶寬為100MHz。
[0030]測溫光纖108采用日本住友電氣公司生產(chǎn)的耐高溫特種光纖，光纖壓力傳感頭109采用大連理工大學(xué)研制的光纖法布里-珀羅腔壓力傳感器。
[0031]分布溫度和定點(diǎn)壓力的信號解調(diào)可同時被信號采集與處理電路110完成。通信電路111包括USB通信和網(wǎng)絡(luò)通信，解調(diào)值可通過USB或網(wǎng)線傳輸?shù)接?jì)算機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步地分析與處理。
[0032]本發(fā)明實(shí)施例的單光源光纖分布溫度與定點(diǎn)壓力測量儀中分布溫度測量采用基于光時域反射計(jì)的光纖分布式傳感技術(shù)，壓力測量采用非本征法布里-珀羅干涉光纖傳感技術(shù)。具體測量原理如下:
[0033]對于分時復(fù)用測量法，進(jìn)行定點(diǎn)壓力測量時，控制光源驅(qū)動電路102對光源101施加30mA電流，光源101發(fā)射的自發(fā)輻射光通過環(huán)形器103，并被斯托克斯濾光片105和反斯托克斯濾光片106反射，經(jīng)過測溫光纖108到達(dá)光纖壓力傳感頭109，被法布里-珀羅傳感頭反射的白光干涉信號，再被斯托克斯濾光片105和反斯托克斯濾光片106反射，從環(huán)形器103入射到微型光纖光譜儀104。信號采集與處理電路110從微型光纖光譜儀104采集寬譜的干涉光譜數(shù)據(jù)，并進(jìn)行壓力解調(diào)。
[0034]接下來進(jìn)行分布溫度測量，控制光源驅(qū)動電路102對光源101施加峰值為2A的周期重復(fù)電流，光源101發(fā)射的中心波長為974nm、脈寬為20ns的脈沖激光通過環(huán)形器103，并被斯托克斯濾光片105和反斯托克斯濾光片106反射，經(jīng)過測溫光纖108，后向散射拉曼信號在斯托克斯濾光片105和反斯托克斯濾光片106的透射端被分別濾出，探測器模塊107將探測的后向散射拉曼光信號轉(zhuǎn)換為電信號，信號采集與處理電路110將采集的電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再通過反斯托克斯光強(qiáng)和斯托克斯光強(qiáng)的比值解調(diào)出分布溫度信息。
[0035]附圖2是光源與反射光信號的光譜分布示意圖。用于壓力傳感的光纖法布里-珀羅腔干涉光譜范圍201是945-1005nm,而用于分布溫度傳感的拉曼反斯托克斯光譜范圍202是922-938nm，拉曼斯托克斯光譜范圍203是1015_1025nm，上述干涉光譜與拉曼光譜范圍互不重疊，可使分布溫度與定點(diǎn)壓力測量互不影響。
[0036]附圖3是進(jìn)行分布溫度與定點(diǎn)壓力分時復(fù)用測量的光源調(diào)制電流隨時間變化示意圖。前200s用于分布溫度測量，后5s用于定點(diǎn)壓力測量，205s為一個測量周期，該過程周期重復(fù)。
[0037]附圖4是進(jìn)行分布溫度與定點(diǎn)壓力分時復(fù)用測量的非本征光纖法布里-珀羅腔干涉譜。
[0038]對于同時復(fù)用測量法，控制光源驅(qū)動電路102對光源101施加30-2000mA的周期重復(fù)電流，光源101發(fā)射的高功率脈沖激光經(jīng)過環(huán)形器103，被斯托克斯濾光片105和反斯托克斯濾光片106反射，到達(dá)測溫光纖108，在測溫光纖108中產(chǎn)生的后向拉曼散射光，在斯托克斯濾光片105和反斯托克斯濾光片106的透射端被分別濾出，探測器模塊107將探測的后向散射拉曼光信號轉(zhuǎn)換為電信號，同時，脈沖光到達(dá)光纖壓力傳感頭109，光纖壓力傳感頭109反射的干涉光，再被反斯托克斯濾光片106和斯托克斯濾光片105反射，并從環(huán)形器103入射到微型光纖光譜儀104，信號采集與處理電路110同時采集來自微型光纖光譜儀104和探測器模塊107的信號，對分布溫度和定點(diǎn)壓力進(jìn)行同步解調(diào)。其中，光源101被30mA電流驅(qū)動的自發(fā)輻射光用于定點(diǎn)壓力解調(diào)，對壓力傳感頭反射光譜的解調(diào)方法與分時復(fù)用測量法基本相同，不同之處是壓力傳感頭的法布里-珀羅干涉光譜中存在中心波長位于973-975nm的窄帶激光干擾信號，需要在光譜數(shù)據(jù)處理中予以扣除。
[0039]附圖5是分布溫度與定點(diǎn)壓力同時復(fù)用測量的光源調(diào)制電流隨時間變化示意圖。相比于附圖3，分布溫度測量周期與定點(diǎn)壓力測量周期獨(dú)立，分布溫度測量周期為200s，定點(diǎn)壓力測量周期為5s。
[0040]附圖6是進(jìn)行分布溫度與定點(diǎn)壓力同時復(fù)用測量的非本征光纖法布里-珀羅腔干涉譜。相比于附圖4，在973-975nm處存在一個激光尖峰信號。
[0041]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種單光源光纖分布溫度與定點(diǎn)壓力測量系統(tǒng)，主要包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(112)、通信電路(111)、信號采集與處理電路(110)、光源(101)、光源驅(qū)動電路(102)、環(huán)形器(103)、微型光纖光譜儀(104)、斯托克斯濾光片(105)、反斯托克斯濾光片(106)、測溫光纖(108)、光纖壓力傳感頭(109)和探測器模塊(107);其特征在于，信號采集與處理電路(110)將處理后的所有信息通過通信電路(111)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)系統(tǒng)(112);計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過通信電路(111)向信號采集與處理電路(110)發(fā)出指令；信號采集與處理電路(110)控制光源驅(qū)動電路(102)和微型光纖光譜儀(104)，并采集來自微型光纖光譜儀(104)和探測器模塊(107)的信號；光源驅(qū)動電路(102)接收信號采集與處理電路(110)產(chǎn)生的調(diào)制信號驅(qū)動光源(101);光源(101)的發(fā)射光經(jīng)過環(huán)形器(103)，被斯托克斯濾光片(105)和反斯托克斯濾光片(106)反射，再經(jīng)過測溫光纖(108)到達(dá)光纖壓力傳感頭(109);光纖壓力傳感頭(109)反射的干涉信號被反斯托克斯濾光片(106)和斯托克斯濾光片(105)反射，并從環(huán)形器(103)入射到微型光纖光譜儀(104);信號采集與處理電路(110)從微型光纖光譜儀(104)采集光譜數(shù)據(jù)并處理；探測器模塊(107)分別接收從斯托克斯濾光片(105)和反斯托克斯濾光片(106)濾出的拉曼光信號，信號采集與處理電路(110)將探測器模塊(107)的電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并處理；光源(101)是一種半導(dǎo)體激光器，光源(101)發(fā)射的受激輻射光作為分布溫度測量的探測光源，自發(fā)輻射光作為定點(diǎn)壓力測量的寬譜光源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單光源光纖分布溫度與定點(diǎn)壓力測量方法，其特征在于，可進(jìn)行分時復(fù)用測量，具體方法如下: 進(jìn)行定點(diǎn)壓力測量時，控制光源驅(qū)動電路(102)對光源(101)施加小于激光振蕩閾值的工作電流，光源(101)發(fā)射的寬譜自發(fā)輻射光經(jīng)過環(huán)形器(103)，被斯托克斯濾光片(105)和反斯托克斯濾光片(106)反射，經(jīng)過測溫光纖(108)到達(dá)光纖壓力傳感頭(109)，光纖壓力傳感頭(109)反射的干涉光，再被反斯托克斯濾光片(106)和斯托克斯濾光片(105)反射，并從環(huán)形器(103)入射到微型光纖光譜儀(104)，信號采集與處理電路(110)從微型光纖光譜儀(104)采集光譜數(shù)據(jù)后進(jìn)行壓力解調(diào)；進(jìn)行分布溫度測量時，控制光源驅(qū)動電路(102)對光源(101)施加高于激光振蕩閾值的驅(qū)動電流，光源(101)發(fā)射的脈沖激光經(jīng)過環(huán)形器(103)，被斯托克斯濾光片(105)和反斯托克斯濾光片(106)反射，在測溫光纖(108)中產(chǎn)生的后向拉曼散射光,被斯托克斯濾光片(105)和反斯托克斯濾光片(106)的透射端分別濾出，探測器模塊(107)將探測的后向散射拉曼光信號轉(zhuǎn)換為電信號，信號采集與處理電路(110)將采集的電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再通過反斯托克斯光強(qiáng)和斯托克斯光強(qiáng)的比值解調(diào)出分布溫度信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單光源光纖分布溫度與定點(diǎn)壓力測量方法，其特征在于，可進(jìn)行同時復(fù)用測量，具體方法如下: 控制光源驅(qū)動電路(102)對光源(101)施加周期重復(fù)電流，光源(101)發(fā)射的大功率脈沖光，經(jīng)過環(huán)形器(103)，被斯托克斯濾光片(105)和反斯托克斯濾光片(106)反射，到達(dá)測溫光纖(108)，在測溫光纖(108)中產(chǎn)生的后向拉曼散射光，在斯托克斯濾光片(105)和反斯托克斯濾光片(106)的透射端被分別濾出，探測器模塊(107)將探測的后向散射拉曼光信號轉(zhuǎn)換為電信號，同時，脈沖光到達(dá)光纖壓力傳感頭(109)，光纖壓力傳感頭(109)反射的干涉光，再被反斯托克斯濾光片(106)和斯托克斯濾光片(105)反射，并從環(huán)形器(103)入射到微型光纖光譜儀(104)，信號采集與處理電路(110)同時采集來自微型光纖光譜儀(104)和探測器模塊(107)的信號，對分布溫度和定點(diǎn)壓力進(jìn)行同步解調(diào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單光源光纖分布溫度與定點(diǎn)壓力測量系統(tǒng)，其特征在于所述斯托克斯濾光片(105)和所述反斯托克斯濾光片(106)的中心波長遠(yuǎn)離所述光源(101)的中心波長約幾十納米，使其濾光范圍與光纖壓力傳感頭(109)反射的干涉光譜范圍沒有重疊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單光源光纖分布溫度與定點(diǎn)壓力測量系統(tǒng)，其特征在于所述斯托克斯濾光片(105)和所述反斯托克斯濾光片(106)的透射端對所述光源(101)激光波長的隔離度高于60dB，消除后向瑞利散射光的干擾。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單光源光纖分布溫度與定點(diǎn)壓力測量系統(tǒng)，其特征在于所述光纖壓力傳感頭(109)是基于非本征光纖法布里-珀羅干涉腔結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】E21B47/06GK104389588SQ201410649544
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月14日
【發(fā)明者】陳珂, 周新磊, 于清旭 申請人:大連理工大學(xué)