一种井下轮辐式光纤光栅与法珀微腔温度压力传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种井下轮辐式光纤光栅与法珀微腔温度压力传感器。所述传感器的结构如下：基座Ⅰ上设有光纤引出孔和进液口，基座Ⅱ上设有光纤引出孔；进液口内配合一端开口的弹性筒，弹性筒的底部与传压杆固定配合，传压杆的另一端固定配合轮辐式应变梁；通过弹性筒、传压杆和轮辐式应变梁的固定配合将弹性筒受到的轴向应变转变为轮辐式应变梁的切向应变；光纤上布置有光纤布拉格光栅和法珀微腔光纤，分别感测轮辐式应变梁产生的切向应变和温度。本发明专利技术通过薄壁弹性筒和轮辐式应变梁组合结构与温度补偿结构，有效降低了压力光栅的温度灵敏度，从而很大程度减少温度影响，提高井下高温环境下压力测量的量程和精度，同时通过法珀微腔光纤实现温度的精确测量。微腔光纤实现温度的精确测量。微腔光纤实现温度的精确测量。

【技术实现步骤摘要】
一种井下轮辐式光纤光栅与法珀微腔温度压力传感器


[0001]本专利技术涉及一种井下轮辐式光纤光栅与法珀微腔温度压力传感器，属于光纤传感领域。

技术介绍

[0002]实时、在线对油井下压力和温度等参数变化进行监测，对于优化采油生产、提高油气采收率和产量具有重要的意义。传统的电子类传感器及其测井方式有很大局限性，无法在井下高温高压等恶劣的环境中正常工作，测量精度不高。光纤传感器具有结构简单、体积小、灵敏度高、抗电磁干扰、易于实现远距离传输和分布式测量、易于在恶劣环境中工作等优点。
[0003]薄壁弹性筒结构是利用筒壁感受压力载荷发生弹性形变对压力进行测量，具有灵敏度高、精度高等优点。轮辐式应变梁结构是指利用应变梁对固体、气体和液体的压力进行测量的剪辐式传测压设备，表现出低外形、精度高、线性好、抗偏载、能实现过载保护等许多综合性优点。光纤法珀干涉传感器是基于多光束干涉而成的传感机理，具有体积小、测量范围广、制作简单等优点。
[0004]近年，采用光纤光栅传感器和法珀微腔光纤传感器监测井下油水压力和温度已有应用，但其没有很好解决灵敏度和测量范围之间的矛盾。而且，传统的光纤压力传感器受温度
‑
压力交叉敏感性影响，压力测量灵敏度低，且不能满足实际工程应用环境中双参量测量的需求。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种井下轮辐式光纤光栅与法珀微腔温度压力传感器，通过薄壁弹性筒和轮辐式应变梁增大量程和提高精度，并设计了法珀微腔光纤用于温度测量和补偿或轮辐式应变梁粘贴双光纤光栅进行温度干扰变量的抵消，提高了可靠性。
[0006]本专利技术提供的井下轮辐式光纤光栅与法珀微腔温度压力传感器，包括依次配合的基座Ⅰ、基座Ⅲ和基座Ⅱ；
[0007]所述基座Ⅰ上设有光纤引出孔Ⅰ和进液口，所述基座Ⅱ上设有光纤引出孔Ⅱ；
[0008]所述进液口内配合一端开口的弹性筒，所述弹性筒的底部与传压杆固定配合，所述传压杆的另一端固定配合轮辐式应变梁，所述轮辐式应变梁固定于所述基座Ⅱ上；通过所述弹性筒、所述传压杆和所述轮辐式应变梁的固定配合将所述弹性筒受到的轴向应变转变为所述轮辐式应变梁的切向应变；
[0009]光纤穿过所述光纤引出孔Ⅰ和所述光纤引出孔Ⅱ，所述光纤上布置有光纤布拉格光栅和法珀微腔光纤，所述光纤布拉格光栅用于感测所述轮辐式应变梁产生的切向应变，所述法珀微腔光纤通过L型悬臂梁固定在所述基座Ⅱ上，用于感测温度；
[0010]所述弹性筒于感受筒内的压力载荷，并转化为筒末端的位移；
[0011]所述用于传递所述弹性筒的应变。
[0012]上述的温度压力传感器中，所述弹性筒与所述基座Ⅰ通过激光焊接固定，防止外侧井液进入传感器内部；
[0013]所述基座Ⅲ与所述基座Ⅰ和所述基座Ⅱ通过激光焊接连接，用于防止外侧井液进入；
[0014]所述L型悬臂梁与所述基座Ⅱ通过激光焊接固定；
[0015]所述L型悬臂梁与所述法珀微腔光纤通过玻璃焊料固定。
[0016]上述的温度压力传感器中，所述轮辐式应变梁包括至少一对对称设置的悬臂，在所述弹性筒的压力荷载下所述悬臂的侧面产生切向应变。
[0017]上述的温度压力传感器中，所述光纤布拉格光栅与所述悬臂的中性面成45度，用于感测所述悬臂的切向应变；
[0018]所述轮辐式应变梁的至少一个悬臂的两侧面分别设有互相垂直光纤光栅，用于温度等干扰变量的抵消。
[0019]上述的温度压力传感器中，所述温度压力传感器还包括固定基座；
[0020]所述固定基座与所述基座Ⅲ配合，用于压紧所述悬臂。
[0021]上述的温度压力传感器中，所述弹性筒、所述传压杆、所述基座Ⅰ、所述基座Ⅱ和所述基座Ⅲ均设置为圆柱形。
[0022]上述的温度压力传感器中，所述传压杆设置在所述弹性筒底部的中心，能够精准的传递上覆压力，受力结构更加稳定；
[0023]所述传压杆与所述轮辐式应变梁一体加工成型；
[0024]本专利技术提供的井下轮辐式光纤光栅与法珀微腔温度压力传感器，通过设计薄壁弹性筒和轮辐式应变梁组合结构与温度补偿结构，有效降低了压力光栅的温度灵敏度，从而很大程度地减少了温度影响，提高了井下高温环境下压力测量的量程和精度，同时通过法珀微腔光纤实现温度的精确测量。
附图说明
[0025]图1是本专利技术井下轮辐式光纤光栅与法珀微腔温度压力传感器的结构示意图。
[0026]图2是本专利技术光纤光栅液气压力传感器沿应变梁中心线的剖视图。
[0027]图3是本专利技术光纤光栅液气压力传感器正视图。
[0028]图中，1为外部连接头，2为基座一，3为光纤引出孔，4为进液口，5为薄壁弹性筒，6为基座三，7为传压杆，8为轮辐式应变梁，9为承压柱，10为固定基座，11为L型悬臂梁，12为基座二，13为光纤引出孔，14为外部连接头，15为光纤布拉格光栅，16为法珀微腔光纤光栅。
具体实施方式
[0029]下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
[0030]下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
[0031]如图1所示，本专利技术提供的井下轮辐式光纤光栅与法珀微腔温度压力传感器的总体结构图，其包括：
[0032]薄壁弹性筒5，用于感受筒内的压力载荷，并转化为筒末端的位移；
[0033]轮辐式应变梁8，包括一对或多对对称设置的悬臂，压力荷载使得悬臂侧面产生切
向应变；
[0034]光纤布拉格光栅15，用于感测切向应变，法珀微腔光纤，用于感测温度；
[0035]进液口4，用于井液流入薄壁弹性筒5；
[0036]传压杆7，用于传递薄壁弹性筒5的应变；
[0037]轮辐式承压柱9，用于感受传压杆7传递的压力载荷；
[0038]固定基座10，用于固定轮辐式应变梁8；
[0039]L型悬臂梁11，用于固定法珀微腔光纤光栅16；
[0040]基座一2，用于流体的流入和薄壁弹性筒5的固定，并引出光纤；
[0041]基座二12，用于固定L型悬臂梁11，并引出光纤；
[0042]基座三6，用于固定轮辐式应变梁8和连接基座一2和基座二12。
[0043]如2图所示，本专利技术提供的井下轮辐式光纤光栅与法珀微腔温度压力传感器薄壁弹性筒的结构图，其能够将筒内的压力转化为筒末端的位移。根据力学知识，通过改变弹性筒的内径和筒壁厚度来控制传感器的量程和灵敏度，应变与各参数的关系如下：
[0044][0045]其中，ε为薄壁弹性筒的轴向应变，r为弹性筒的半径，h1为弹性筒的厚度，E1为弹性筒材料的弹性模量，μ泊松比，p为井液压力。
[0046]如图3所示，本专利技术提供的井下轮辐式光纤光栅与法珀微腔温度压力传感器轮辐式应变梁的结构图，其通过传压杆7感受来自薄壁弹性筒5的应变信号，然后发生形变，光纤布拉格光栅15能够将加在其上的应变转换为其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种井下轮辐式光纤光栅与法珀微腔温度压力传感器，包括依次配合的基座Ⅰ、基座Ⅲ和基座Ⅱ；所述基座Ⅰ上设有光纤引出孔Ⅰ和进液口，所述基座Ⅱ上设有光纤引出孔Ⅱ；所述进液口内配合一端开口的弹性筒，所述弹性筒的底部与传压杆固定配合，所述传压杆的另一端固定配合轮辐式应变梁，所述轮辐式应变梁固定于所述基座Ⅱ上；通过所述弹性筒、所述传压杆和所述轮辐式应变梁的固定配合将所述弹性筒受到的轴向应变转变为所述轮辐式应变梁的切向应变；光纤穿过所述光纤引出孔Ⅰ和所述光纤引出孔Ⅱ，所述光纤上布置有光纤布拉格光栅和法珀微腔光纤，所述光纤布拉格光栅用于感测所述轮辐式应变梁产生的切向应变，所述法珀微腔光纤通过L型悬臂梁固定在所述基座Ⅱ上，用于感测温度。2.根据权利要求1所述的温度压力传感器...

【专利技术属性】
技术研发人员：李梦博，许亮斌，李中，盛磊祥，郝希宁，罗洪斌，邹明华，田得强，黎玉婷，熊良明，李立彤，
申请(专利权)人：中海石油中国有限公司北京研究中心，
类型：发明
国别省市：