【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光纤传感，具体涉及到一种油气井用高灵敏管式光纤光栅温度传感器。
技术介绍
1、温度是七个基本物理量之一，在油气田开发中温度测井是重要的参数之一，常用于生产井产层动态评价、套管的窜槽、漏失情况判断、砂压裂的压后评估等。
2、目前，在油气井温度测量中最为常用的仍是电学类温度传感器，典型的如热电偶、铂电阻、半导体温度传感器等，这类传感器易受电磁干扰、灵敏度低且不能长期耐受高温。而光纤光栅温度传感器由于具有抗电磁干扰、抗腐蚀、耐高温、灵敏度高、复用能力强、体积小、重量轻、易于嵌入材料内部等诸多优点，因此在油气井测量中具有明显的优势。光纤光栅本质具有温度敏感特性，但在不经过任何封装增敏的情况下，其温度灵敏度只有10pm/℃左右，不能满足高精度温度测量的要求。为此，人们不断研究提高光纤光栅测温灵敏度的方法，已报道的有单金属基底封装、聚合物封装和双金属基底封装等多种增敏方法。
3、申请号为2021112016636的中国专利公开了一种“双f形光纤光栅温度传感器”。它由两个具有不同热膨胀系数材质的f形结构件和光纤光栅组成，两个f形结构件中部固定在一起呈中心对称布置，两根光纤光栅分别固定于两个f形结构件的首尾两端。当温度发生变化时，两个f形结构件由于热膨胀系数不同将产生相对位移的变化，并带动固定于其之间的光纤光栅产生应变的变化，提高了温度传感器的灵敏度。这种结构虽然提高了光纤光栅温度传感的灵敏度，但是由于f形结构的固有特点，导致其体积较大，光纤光栅在固定于两f形结构件的首尾两端时比较困难，且中间还需要进行弯曲
4、申请号为cn202010954557.4的中国专利公开了一种“基于双金属悬臂梁的fbg温度传感器及其应用”。它通过搭建热双金属悬臂梁且使得光纤布拉格光栅在热双金属悬臂梁的固定端与自由端之间的方向上进行延伸，利用热双金属片受热形变的特性，为光纤布拉格光栅引入额外的形变量，从而提高光纤布拉格光栅的传感灵敏度。这种传感器由于光纤光栅的额外形变取决于双金属悬臂梁的热形变，因此灵敏度提升有限。专利中仅介绍了“光纤布拉格光栅敷设于热双金属片处”或“光纤布拉格光栅与热双金属片焊接连接”，而未对悬臂梁的类型及光栅粘贴的位置进行说明，存在引起光纤光栅啁啾而影响传感器正常使用的可能。
5、申请号为cn200810105788.7的中国专利公开了一种“工作于高、低温的高灵敏度光纤光栅温度传感器的制作方法”。它采用特殊的双金属结构，可通过调节光纤光栅的预松长度，调节传感器的开始工作的温度，故灵敏度很高。但该方法受限于普通光纤光栅的抗拉强度，故制作的传感器的量程较小，且该传感器在设置工作温度范围时的位移调整以1/100mm为单位，对封装操作的要求很高。
6、申请号为cn202111201664.0的中国专利公开了一种“冷热伸长型光纤光栅温度传感器”。这种传感器在两个安装件之间的间隙分别固定有两个光纤光栅，利用安装体之间的热膨胀系数差异实现了温度升高与降低时，总有一个光纤光栅处于拉伸状态，避免了啁啾及初始的大预应力，且灵敏度较高。但是该传感器中光纤光栅分别固定在第一安装件平台和第二安装件凸台的外表面，光纤光栅极易在安装及使用过程中被损坏。同时，第一安装件平台要大于第二安装件，所以传感器整体体积较大，不易在油气井下狭小空间使用。
7、整体而言，目前已有的光纤光栅温度传感器存在体积较大、灵敏度或量程不够、对光纤缺乏足够保护等问题，不能满足油气井下大量程高灵敏温度监测的需要。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有光纤光栅温度传感器的缺点，提供一种结构简单、体积小、对光纤具有保护作用、可灵活调整测量量程与灵敏度的油气井用管式光纤光栅温度传感器。
2、解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种油气井用高灵敏管式光纤光栅温度传感器，感温管一内套装有感温管二，感温管一端侧壁上加工有矩形缺口一，在感温管一内感温管二的一端位于矩形缺口一中部，感温管二另一端侧壁上加工有矩形缺口二，矩形缺口二与矩形缺口一位于同一侧，感温管一的另一端位于矩形缺口二中部，感温管一与感温管二内轴向通过四个固定点固定有光纤，在矩形缺口一处感温管一上设置有第一固定点a、感温管二一端端部上设置有第二固定点b，在矩形缺口二处感温管一另一端端部设置有第三固定点c、感温管二上设置有第四固定点d，第一固定点a与第二固定点b之间的光纤上刻写有第一光栅且呈悬空状态，第三固定点c与第四固定点d之间的光纤上刻写有第二光栅且呈悬空状态；所述感温管一和感温管二为热膨胀系数不同。
3、作为一种优选的技术方案，所述第一光栅和第二光栅通过飞秒激光器直接在未剥离涂覆层的光纤上刻写制成。
4、作为一种优选的技术方案，所述第一光栅和第二光栅的栅区长度相等为1mm～10mm、中心波长之差≥3nm。
5、作为一种优选的技术方案，所述感温管一内径与感温管二外径之差为0.1mm。
6、作为一种优选的技术方案，所述感温管一侧壁上矩形缺口一正对的另一侧加工有两个封装口一，两个封装口一分别对准第一固定点a和第二固定点b，感温管二一端端部设置有与第二固定点b所对应的封装口一重合的u型槽一；所述感温管二侧壁上矩形缺口二正对的另一侧加工有两个封装口二，两个封装口二分别对准第三固定点c和第四固定点d，感温管一另一端端部设置有与第三固定点c所对应的封装口二重合的u型槽二。
7、作为一种优选的技术方案，所述感温管一和所述感温管二通过螺纹紧固联接件固定联接。
8、作为一种优选的技术方案，所述螺纹紧固联接件位于感温管一和感温管二组成整体的轴向中部。
9、作为一种优选的技术方案，所述感温管一的材料为铝合金、不锈钢中的一种及所述感温管二的材料为因瓦合金、碳纤维中的一种或所述感温管一的材料为因瓦合金、碳纤维中的一种及所述感温管二的材料为铝合金、不锈钢中的一种。
10、作为一种优选的技术方案，所述感温管一和所述感温管二的厚度相等为0.1mm～0.5mm。
11、作为一种优选的技术方案，所述传感器在升温环境下的灵敏度s↑为：
12、
13、式中，l2为感温管一的有效长度，l3为感温管二的有效长度，peff为光纤的有效弹光系数，ξ为光纤材料的热光系数，α是光纤材料的热膨胀系数，α2和α3分别为感温管一和感温管二的热膨胀系数，l12为第二光栅的有效长度，λb-12为第二光栅在定标温度下且无外加应力时的布拉格中心波长；
14、所述传感器在降温环境下的灵敏度s↓为：
15、
16、式中，λb-11为第一光栅在定标温度下且无外加应力时的布拉格中心波长。
17、本专利技术的有益效果如下：
18、本专利技术的两个感温管之间具有热膨胀系数差，可以将温度引起两个感温管的相对位移变化转换为封装于本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种油气井用高灵敏管式光纤光栅温度传感器，其特征在于：感温管一(2)内套装有感温管二(3)，感温管一(2)端侧壁上加工有矩形缺口一(21)，在感温管一(2)内感温管二(3)的一端位于矩形缺口一(21)中部，感温管二(3)另一端侧壁上加工有矩形缺口二(31)，矩形缺口二(31)与矩形缺口一(21)位于同一侧，感温管一(2)的另一端位于矩形缺口二(31)中部，感温管一(2)与感温管二(3)内轴向通过四个固定点固定有光纤(1)，在矩形缺口一(21)处感温管一(2)上设置有第一固定点A、感温管二(3)一端端部上设置有第二固定点B，在矩形缺口二(31)处感温管一(2)另一端端部设置有第三固定点C、感温管二(3)上设置有第四固定点D，第一固定点A与第二固定点B之间的光纤(1)上刻写有第一光栅(11)且呈悬空状态，第三固定点C与第四固定点D之间的光纤(1)上刻写有第二光栅(12)且呈悬空状态；所述感温管一(2)和感温管二(3)为热膨胀系数不同。
2.根据权利要求1所述油气井用高灵敏管式光纤光栅温度传感器，其特征在于：所述第一光栅(11)和第二光栅(12)通过飞秒激光器直接在未剥
3.根据权利要求1所述油气井用高灵敏管式光纤光栅温度传感器，其特征在于：所述第一光栅(11)和第二光栅(12)的栅区长度相等为1mm～10mm、中心波长之差≥3nm。
4.根据权利要求1所述油气井用高灵敏管式光纤光栅温度传感器，其特征在于：所述感温管一(2)内径与感温管二(3)外径之差为0.1mm。
5.根据权利要求1所述油气井用高灵敏管式光纤光栅温度传感器，其特征在于：所述感温管一(2)侧壁上矩形缺口一(21)正对的另一侧加工有两个封装口一(6)，两个封装口一(6)分别对准第一固定点A和第二固定点B，感温管二(3)一端端部设置有与第二固定点B所对应的封装口一(6)重合的U型槽一(32)；所述感温管二(3)侧壁上矩形缺口二(31)正对的另一侧加工有两个封装口二(4)，两个封装口二(4)分别对准第三固定点C和第四固定点D，感温管一(2)另一端端部设置有与第三固定点C所对应的封装口二(4)重合的U型槽二(22)。
6.根据权利要求1所述油气井用高灵敏管式光纤光栅温度传感器，其特征在于：所述感温管一(2)和所述感温管二(3)通过螺纹紧固联接件(5)固定联接。
7.根据权利要求1所述油气井用高灵敏管式光纤光栅温度传感器，其特征在于：所述螺纹紧固联接件(5)位于感温管一(2)和感温管二(3)组成整体的轴向中部。
8.根据权利要求1～7任一项所述油气井用高灵敏管式光纤光栅温度传感器，其特征在于，所述感温管一(2)的材料为铝合金、不锈钢中的一种及所述感温管二(3)的材料为因瓦合金、碳纤维中的一种或所述感温管一(2)的材料为因瓦合金、碳纤维中的一种及所述感温管二(3)的材料为铝合金、不锈钢中的一种。
9.根据权利要求8所述油气井用高灵敏管式光纤光栅温度传感器，其特征在于，所述感温管一(2)和所述感温管二(3)的厚度相等为0.1mm～0.5mm。
10.根据权利要求8所述油气井用高灵敏管式光纤光栅温度传感器，其特征在于，所述传感器在升温环境下的灵敏度S↑为：
...【技术特征摘要】
1.一种油气井用高灵敏管式光纤光栅温度传感器，其特征在于：感温管一(2)内套装有感温管二(3)，感温管一(2)端侧壁上加工有矩形缺口一(21)，在感温管一(2)内感温管二(3)的一端位于矩形缺口一(21)中部，感温管二(3)另一端侧壁上加工有矩形缺口二(31)，矩形缺口二(31)与矩形缺口一(21)位于同一侧，感温管一(2)的另一端位于矩形缺口二(31)中部，感温管一(2)与感温管二(3)内轴向通过四个固定点固定有光纤(1)，在矩形缺口一(21)处感温管一(2)上设置有第一固定点a、感温管二(3)一端端部上设置有第二固定点b，在矩形缺口二(31)处感温管一(2)另一端端部设置有第三固定点c、感温管二(3)上设置有第四固定点d，第一固定点a与第二固定点b之间的光纤(1)上刻写有第一光栅(11)且呈悬空状态，第三固定点c与第四固定点d之间的光纤(1)上刻写有第二光栅(12)且呈悬空状态；所述感温管一(2)和感温管二(3)为热膨胀系数不同。
2.根据权利要求1所述油气井用高灵敏管式光纤光栅温度传感器，其特征在于：所述第一光栅(11)和第二光栅(12)通过飞秒激光器直接在未剥离涂覆层的光纤(1)上刻写制成。
3.根据权利要求1所述油气井用高灵敏管式光纤光栅温度传感器，其特征在于：所述第一光栅(11)和第二光栅(12)的栅区长度相等为1mm～10mm、中心波长之差≥3nm。
4.根据权利要求1所述油气井用高灵敏管式光纤光栅温度传感器，其特征在于：所述感温管一(2)内径与感温管二(3)外径之差为0.1mm。
5.根据权利要求1所述油气井用...
【专利技术属性】
技术研发人员：乔学光，陈强，王若晖，周锐，高宏，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：
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