耐高温光纤光栅压力传感器制造技术

一种耐高温光纤光栅压力传感器，包括光纤光栅、薄壁圆筒、保护套筒、连接卡套和进油卡头，薄壁圆筒位于保护套筒内，光纤光栅粘贴在薄壁圆筒外表面，进油卡头与保护套筒密封连接，述进油卡头与薄壁圆筒连接，薄壁圆筒左端部分设计为空心结构，薄壁圆筒右端部分设计为实心结构，连接卡套与保护套筒右端连接。本实用新型专利技术的优点是，能够在高温、高压恶劣环境下进行温度与压力双参量测量，实现稠油热采特殊应用环境下温度与压力实时在线监测目的，同时满足测量的高精度、高灵敏度及大范围要求。

【技术实现步骤摘要】

：本技术属于光纤光栅传感器
，具体讲是一种耐高温光纤光栅压力传感器。
技术介绍
：光纤光栅是近年来发展极为迅速的一种新型光纤无源器件。随着光纤光栅制造技术的不断完善，应用成果的日益增长，光纤光栅已成为目前最具发展前途的光纤无源器件之一。光纤光栅是利用光纤材料的光敏性，使光纤内部产生纵向永久性周期性或非周期性折射率变化而制成的。由于光纤光栅是在光纤内部形成的，具有全光纤化、插入损耗低、成本低的优点，并且通过对光栅结构的设计可以得到满足特定需要的各种光谱特性，因而在民用建筑、桥梁大坝、以及航空航天等领域都有着广阔的应用前景。光纤光栅的应用促成了光纤传感系统的全光纤化、微型化、集成化以及网络化，因此光栅传感技术一经提出，便很快受到青睐，并作为一门新兴的技术迅速崛起，成为目前光纤传感中增长最快的领域之一。然而，到目前为止，国内对光纤光栅传感器的研究相对落后，研究内容也大多集中在温度及应变传感方面。相对而言，对光纤光栅压力传感器、双参量传感器的研究还属于探索阶段，急需对耐高温光纤光栅压力传感器进行研究，以满足稠油热采特殊应用环境的温度和压力的实时监测的需求。鉴于耐高温光纤光栅压力传感器的传统测量方法大部分只是针对温度、压力等单参量进行测量，对温度、压力双参量的测量技术研究的相对较少，因此，传感器测量的范围、精度以及灵敏度不能同时满足现实的测量环境要求，而且存在的误差较大。另外，耐高温光纤光栅压力传感器的传统加工制作工艺较为复杂，且传感器的结构、外观、加工工艺等的设计都需要进一步的优化；同时，传感器封装工艺设计方面也存在着不合理之处，导致测量的精度、灵敏度降低。
技术实现思路
：本技术要解决的技术问题是，提供一种能够在高温、高压恶劣环境下进行温度与压力双参量测量，实现稠油热采特殊应用环境下温度与压力实时在线监测目的，同时满足测量的高精度、高灵敏度及大范围要求的耐高温光纤光栅压力传感器。本技术的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的耐高温光纤光栅压力传感器，它包括光纤光栅，其中，压力传感器还包括薄壁圆筒、保护套筒和进油卡头，薄壁圆筒位于保护套筒内，光纤光栅粘贴在薄壁圆筒外表面，进油卡头与保护套筒密封连接，进油卡头与薄壁圆筒连接，薄壁圆筒左端部分设计为空心结构，薄壁圆筒右端部分设计为实心结构。采用以上结构后，与现有技术相比，本技术具有以下优点：1、本技术耐高温光纤光栅压力传感器基于分布式光纤测温技术和光纤光栅传感技术，通过将光纤光栅粘贴在薄壁圆筒的轴向方向上，从而实现稠油热采特殊应用环境下温度与压力实时在线监测的目的。2、在传感探头温度补偿技术方面，本技术耐高温光纤光栅压力传感器将光纤光栅粘贴在薄壁圆筒外表面，且薄壁圆筒左端部分设计为空心结构以便测量压力，右端部分设计为实心结构以便测量温度，由于光纤光栅材料一致，对温度的响应度一致，故在同一环境里，光纤光栅压力传感器和光纤光栅温度传感器对温度的响应是一样的，不受压力的光纤光栅温度传感器给感压的光纤光栅压力传感器提供温度补偿，即可消除温度对压力传感器的影响，从而使本技术能够在高温、高压恶劣环境下进行温度与压力双参量测量。3、本技术耐高温光纤光栅压力传感器中设计的薄壁圆筒结构，一方面不但满足了测量的可行性，同时也满足了测量的高精度和大范围的要求；另一方面结构中保护套筒对光纤光栅起到了保护作用，避免了外部环境对其产生的破坏。4、本技术耐高温光纤光栅压力传感器在关键部位，即进油卡头与保护套筒连接处，采用密闭封装的设计，大幅度提高了光纤光栅压力传感器测量的压力范围和测量的精度，具有重要的实用价值和经济价值。优选地，本技术所述的耐高温光纤光栅压力传感器，其中，薄壁圆筒左端空心部分的轴向长度与薄壁圆筒右端实心部分的轴向长度可相等。轴向长度相等的好处是保证空心部分的应变达到较大的变形量，从而实现稠油环境的压力测量范围。优选地，本技术所述的耐高温光纤光栅压力传感器，其中，薄壁圆筒右端实心部分的尾部可设计有圆形凸台，圆形凸台上可设置有至少一个与保护套筒筒腔相通的通孔。设计圆形凸台的作用是防止稠油进入薄壁圆筒后产生环向振动，而设置通孔的好处是方便光纤的穿入。优选地，本技术所述的耐高温光纤光栅压力传感器，其中，薄壁圆筒选用的材料可为LY16硬铝合金。LY硬铝合金有较强的防腐蚀性能，并且弹性模量满足稠油环境压力测量的需要。优选地，本技术所述的耐高温光纤光栅压力传感器，其中，进油卡头与保护套筒密封连接可采用以下具体结构：进油卡头与保护套筒之间为螺纹连接，且在螺纹连接处涂覆高温胶。这种密封结构可以进一步提高本技术测量的压力范围和测量的精度。优选地，本技术所述的耐高温光纤光栅压力传感器，其中，保护套筒和进油卡头选用的材料均可为304不锈钢。优选地，本技术所述的耐高温光纤光栅压力传感器，其中，压力传感器还可包括一个连接卡套，连接卡套与保护套筒右端连接。连接卡套式为了能够实现多点分布式测量而进行的设计，从而可以实现远距离的问题与压力的测量。优选地，本技术所述的耐高温光纤光栅压力传感器，其中，连接卡套选用的材料为304不锈钢。304不锈钢的有较强的抗拉强度和屈服强度，并且防腐蚀性能良好。附图说明：图1为本技术耐高温光纤光栅压力传感器的结构示意图；图2为本技术耐高温光纤光栅压力传感器中薄壁圆筒的结构示意图；图3为本技术耐高温光纤光栅压力传感器中保护套筒的结构示意图；图4为本技术耐高温光纤光栅压力传感器中进油卡头的结构示意图；图5为本技术耐高温光纤光栅压力传感器中连接卡套的结构示意图；图6为图2中“A”部位的放大结构示意图；图7为本技术耐高温光纤光栅压力传感器设计步骤流程示意图；图8为光纤光栅传感原理示意图。具体实施方式：下面结合附图和具体实施方式对本技术耐高温光纤光栅压力传感器作进一步详细说明：如图1、图2、图3、图4和图5所示，本技术耐高温光纤光栅压力传感器包括光纤光栅7、薄壁圆筒1、保护套筒2、进油卡头3以及连接卡套4。薄壁圆筒1是测量温度和压力的增敏元件，本技术使用高温胶将光纤光栅7封装固定在在薄壁圆筒1外表面，在封装过程中需要给光纤光栅施加一定量的预应力，从而使传感器量程满足使用要求。外表面粘贴有光纤光栅7的薄壁圆筒1位于保护套筒2内。薄壁圆筒1左端部分设计为空心结构以便测量压力，薄壁圆筒1右端部分设计为实心结构以便测量温度，薄壁圆筒1左右两端分别设计空心结构和实心结构的作用是可消除温度对压力传感器的影响，达到温度补偿的目的。进油卡头3与保护套筒2之间为螺纹连接，且在螺纹连接处涂覆高温胶，进油卡头3与薄壁圆筒1之间为过盈配合。进油卡头3的作用是保证稠油能够平稳地进入到薄壁圆筒1内。连接卡套4与保护套筒2右端螺纹连接，保护套筒2一方面是为了保护内部的薄壁圆筒1，防止外界环境对其造成污染和破坏，另一方面是为了保护薄壁圆筒1表面上的光纤光栅7，以免遭到破坏而发生断裂等现象，连接卡套4是为了能够实现多点分布式测量而进行的设计，最终实现远距离的温度与压力的测量。本技术耐高温光纤光栅压力传感器中薄壁圆筒1选用的材料为LY16硬铝合金，保护套筒2、进油卡头3和连接卡套4选用的材料均为3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐高温光纤光栅压力传感器，包括光纤光栅(7)，其特征在于：压力传感器还包括薄壁圆筒(1)、保护套筒(2)和进油卡头(3)，所述薄壁圆筒(1)位于保护套筒(2)内，所述光纤光栅(7)粘贴在薄壁圆筒(1)外表面，所述进油卡头(3)与保护套筒(2)密封连接，所述进油卡头(3)与薄壁圆筒(1)连接，所述薄壁圆筒(1)左端部分设计为空心结构，所述薄壁圆筒(1)右端部分设计为实心结构。

【技术特征摘要】
1.一种耐高温光纤光栅压力传感器，包括光纤光栅(7)，其特征在于：压力传感器还包括薄壁圆筒(1)、保护套筒(2)和进油卡头(3)，所述薄壁圆筒(1)位于保护套筒(2)内，所述光纤光栅(7)粘贴在薄壁圆筒(1)外表面，所述进油卡头(3)与保护套筒(2)密封连接，所述进油卡头(3)与薄壁圆筒(1)连接，所述薄壁圆筒(1)左端部分设计为空心结构，所述薄壁圆筒(1)右端部分设计为实心结构。2.根据权利要求1所述的耐高温光纤光栅压力传感器，其特征在于：所述薄壁圆筒(1)左端空心部分的轴向长度与薄壁圆筒(1)右端实心部分的轴向长度相等。3.根据权利要求1所述的耐高温光纤光栅压力传感器，其特征在于：所述薄壁圆筒(1)右端实心部分的尾部设计有圆形凸台(6)，所述圆形凸台(6)上设置有至少一个与保护套筒...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘磊，胡传龙，于紧长，刘亚南，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第八研究所，
类型：新型
国别省市：安徽;34