蔚蓝仕永久式井下温度压力系统

北京蔚蓝仕科技有限公司地址：北京市海淀区北太平庄18号城建大厦B座1606联系电话：82274688传真：82274966WEB：蔚蓝仕井下温度压力传感器本项目将开发包括油井温度压力监测传感器、温度压力光解调仪、适用于油井工作环境的耐高温抗恶劣环境的光缆、可视化的软件的光纤永久式温度压力监测系统。其中将基于光纤法布里－帕罗（FiberFabry-Perot）技术原理和光纤光栅技术传感原理，实现具有同时测量温度压力二参量功能的传感器，突破高温高压环境下的温度监测的局限，首次把井下温度压力测量实用化。基于光谱复用和频分复用结合，实现对串接在单个光纤上多个传感器的正确解调功能，实现了分布式温度压力测量。通过对光纤刻蚀技术、光纤熔接技术、传感器热处理工艺技术的研究及传感器结构的研究，大大提高整个系统对温度和压力的测量精度。基于最先进的labview工具实现油井环境软件监测系统。本项目技术难度大，涉及了测温测压的理论研究，光学、机械、电子等方面的技术研究，结构和生产加工工艺研究等内容，涉及的技术研究领域的范围非常广泛。本项目在关键技术上具有多项重大创新，突破了国内局限于光纤光栅传感器的限制，首次实现了可以测量温度压力二参量小体积的传感器，实现了单个光纤连接多个温度压力传感器的分布式测温系统，成功解决了补偿温度串扰问题；极大降低传感器的插入损耗和高温压力漂移问题；极大提高了系统在恶劣环境下的使用寿命长期。基于光纤法布里－帕罗（FiberFabry-Perot）技术的传感器原理本项目传感头设计使用了先进的法布里－帕罗腔（FP）技术。假定一个FP测量仪的空腔长度为d，由这台一起所反射的光在CCD组合器中与具有d长度的空腔相联的像素上得到最大的传播，也就是说空间分布的横向为止长度为d的FP空腔中得以最大传播。如下图所示，FP空腔长度的变化被转化成一系列具北京蔚蓝仕科技有限公司地址：北京市海淀区北太平庄18号城建大厦B座1606联系电话：82274688传真：82274966WEB：有最大传播的像素的位移。图基于FP技术传感头原理图FP光学原理图测压原理本传感器核心测压元件为法帕腔结构，如下图所示：图法帕腔传感器结构图该传感器由尾纤和信号传输光纤之间所形成的法帕腔腔长来反应当前传感器所承受压力的大小，他们外面由一小截毛细玻璃管来对其进行封装，在毛细玻璃管与光纤连接处进行密封处理，以上整个的元件就构成了法帕腔传感器，根据封装方式的不同可以让其只对温度敏感或者是只对压力敏感。就压力传感器而言，其原理如下图所示：图压力传感器受压力示意图图中的压力传感器在工作的时候其右端会在毛细玻璃管的外圆处进行圆周方向的密封，这样当有外界压力作用在传感器上的时候就会如上图所示，右端由于已经密封处理了，传感器的右端面将不会有压力的作用。从图中可以看出在毛细玻璃管周向的压力对毛细玻璃管的作用力处于平衡状态，对尾纤和信号传输光纤端面之间的距离是不会产生任何影响的，对腔长产生影响的是来自于毛细玻璃管左端面压力的作用，这样当压力变大时，毛细玻璃管在压力的作用下将会被压缩，这也就导致了尾纤和信号传输光纤端面之间的北京蔚蓝仕科技有限公司地址：北京市海淀区北太平庄18号城建大厦B座1606联系电话：82274688传真：82274966WEB：距离减小。简单描述就是压力增加，腔长减小。反之，当压力减小的时候，尾纤和信号传输光纤端面之间的距离也会增加，描述出来就是压力减小，腔长增大，从这上面的分析可以看出来外界的压力值和传感器的腔长之间有某种对应关系。每一支传感器加工制造出来，我们都需要对其进行标定，以确定压力和腔长确切的对应关系公式。由于本传感器只是担负着测量压力的目的，当外界温度产生变化的时候要求该压力传感器对温度的敏感性很小，甚至于根本不受温度的影响，对于以上传感器的结构来说，由于毛细玻璃管是跟光纤同种材质的，这样，当外界的温度产生变化时，该压力传感器真正受温度影响的仅仅是法帕腔腔长这部分受到毛细玻璃管热膨胀的影响，其余部分受热膨胀的影响可以互相抵消，当将尾纤和信号传输光纤端面之间的距离变得很小的时候温度对腔长产生的影响将会很小，这样该压力传感器由于此种封装方式将会只对压力敏感而不对温度敏感，使传感器的性能得到很大的提升。测温原理对于光纤温度传感器来说，它的测温原理相对简单，它是通过FBG（光纤布拉格光栅）来实现温度的测量的。FBG是用一束紫外光照射到光纤上，这样紫外光就会在光纤的表面产生栅区，而此栅区正是温度测量的核心，当激光通过信号传输光纤到达栅区后，反射回去的光谱将会发生变化，通过光谱仪可以看出FBG反射光谱中对应反射尖峰处的波长。北京蔚蓝仕科技有限公司地址：北京市海淀区北太平庄18号城建大厦B座1606联系电话：82274688传真：82274966WEB：这些峰值波长随着应变和温度的改变而改变。当温度升高或应变增大时，FBG传感器的峰值波长变长；当温度降低或应变减小时，FBG传感器的峰值波长变短。图传感器测温原理通过标定我们也可以得出温度和FBG波长的一一对应曲线，通过跟压力传感器同样的方法，只要得出波长值，我们就能在标定曲线上查找出当前的温度值。