專利名稱：一種光纖光柵傳感應力測試裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于應力檢測技術領域，涉及一種利用光纖光柵傳感技術進行應力檢測的測試裝置，特別涉及一種利用光纖光柵傳感技術對石油機械設備結(jié)構(gòu)件如石油鉆機的井架、鉆臺進行應力多點分布測試裝置。
背景技術：
石油機械設備結(jié)構(gòu)件，如石油鉆機、修井機的井架、鉆臺，工作環(huán)境復雜，既承受交變管柱載荷，又承受風雨侵蝕，經(jīng)常拆裝及轉(zhuǎn)運，結(jié)構(gòu)件的工作能力，在不同年限、不同工況會有所不同，因此對其進行調(diào)試及工作過程中關鍵受力部位應力檢測及監(jiān)測對保證其可靠性及安全性尤為重要。已知技術中，采用電阻應變片傳感器對此類結(jié)構(gòu)件進行定期檢測。檢測時，將電阻應變片粘貼在結(jié)構(gòu)件關鍵部位裸露的表面上，然后通過屏蔽導線連接到數(shù)據(jù)采集器，通過配套采集與分析軟件，測出相應部位應變值，再把應變值人為換算成應力值。由于這種檢測方法采用的是電類傳感器，其測量精度受濕度、溫度、井場磁場、線路損耗的影響很大，尤其是對于電動鉆機或電動修井機，磁場影響有可能導致數(shù)據(jù)完全不真實，且下雨天根本無法測試，因而應用電阻應變片傳感器的應力測試裝置對長期工作在野外的設備適應性差，應用范圍窄，同時也無法實現(xiàn)實時監(jiān)測。

發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種不受外界環(huán)境因素的影響，數(shù)據(jù)真實可靠，可實現(xiàn)多點應力動態(tài)在線監(jiān)測和實時評估的光纖光柵傳感應力測試裝置。
本實用新型是這樣實現(xiàn)的包括光纖光柵傳感器陣列、光纖光柵解調(diào)器、光纖、計算機，光纖光柵傳感器陣列由串接在一根光纖中并1固定在結(jié)構(gòu)件各應力測試點表面的光纖光柵傳感器FBG構(gòu)成，所述的光纖光柵解調(diào)器由發(fā)光管、Y型分路器、可調(diào)波長選擇器、探測器及接口電路集成一體，發(fā)光管同Y型分路器通過光纖連接，探測器、可調(diào)波長選擇器、Y型分路器依次通過光纖連接，Y型分路器另一端口是光纖光柵解調(diào)器的光柵輸入端口，串接各光纖光柵傳感器FBG的光纖與光纖光柵解調(diào)器的光柵輸入端口連接，所述的接口電路與可調(diào)波長選擇器、探測器連接，接口電路設置有接口，計算機通過接口與光纖光柵解調(diào)器連接。
上述的串接各光纖光柵傳感器FBG的光纖的外部還套裝保護管路，保護管路由保護盒、塑膠管、硬管、硬膠管、快卸接頭組成，保護盒罩裝在光纖光柵傳感器FBG上，保護管路非拆卸部位采用硬管，需拆卸部位采用硬塑管與快卸接頭連接，光纖光柵傳感器引出端與硬管之間用塑膠管連接。
上述的計算機還可與聲光報警裝置連接，當應力值超過設定值時，進行聲光報警。
上述串接在光纖上的光纖光柵傳感器FBG與光纖的連接可采用熔融焊接，光纖與光纖光柵解調(diào)器的光柵輸入端口的連接采用標準的PC/APC插頭插座連接。
工作原理光纖光柵傳感器應用于應力測試的機理是應變是光纖光柵能夠直接敏感的一個物理量，當被測物體應變發(fā)生變化時，固定在物體上的光纖光柵傳感器探頭受到拉伸或壓縮而導致光纖光柵周期、有效折射率變化，從而引起光纖光柵中心波長改變，由于光纖光柵中心波長隨應變變化關系是線性的，因此通過監(jiān)測光纖光柵反射光的波長，可得到光纖光柵所在處的應變結(jié)果。
光纖光柵解調(diào)器的發(fā)光管發(fā)出的寬帶光譜經(jīng)Y型分路器后到達光纖光柵傳感器陣列，每個光纖光柵傳感器FBG反射回來的反射光經(jīng)Y型分路器的另一端口耦合進入可調(diào)波長選擇器，各反射光的波長信號經(jīng)過可調(diào)波長選擇器后被探測器接收、探測、采樣，通過接口電路將采樣數(shù)據(jù)送到計算機，計算機通過分析軟件進行計算分析，得出應力測量結(jié)果，通過系統(tǒng)軟件，還可對數(shù)據(jù)進行實時顯示、存儲、繪制實時曲線及實物模型。當被測應力達到或超過結(jié)構(gòu)件的設定應力值時，計算機給聲光報警裝置發(fā)出報警信號，聲光報警器報警，指導設備使用及維護。
本實用新型將光纖光柵傳感技術應用于石油機械設備結(jié)構(gòu)件應力測試，其光纖光柵傳感特性決定了它具有以下優(yōu)點1、由于光纖光柵傳感器檢測量是波長信息，屬于數(shù)字量，因此傳感信息不受光源起伏、光纖彎曲損耗、接頭連接損耗和探測器老化等因素影響，使得測試數(shù)據(jù)長期真實可靠。
2、由于光纖光柵的本質(zhì)防爆、抗電磁干擾、抗腐蝕、耐高溫與低溫特性，使其適應于井場惡劣環(huán)境應用，解決了傳統(tǒng)的電阻應變片傳感器受溫度、濕度、磁場影響測試失真或無法完成測試的問題，特別適用于電驅(qū)動鉆機、電驅(qū)動修井機。
3、能方便使用波分復用技術，在一根光纖中串接多個光纖光柵傳感器進行多點分布式檢測，提高了光纖的傳輸容量，而不象電阻應變片傳感器需要大量的導線。
4、多個光纖光柵傳感器串接在一根光纖中進行多點分布式檢測，傳感信號可以傳輸?shù)奖O(jiān)控室進行數(shù)據(jù)實時顯示、存儲，還可繪制實時曲線及實物模型、聲光報警，實現(xiàn)了實時監(jiān)測，提高了石油設備的安全性和可靠性。

圖1是本實用新型傳感測試裝置示意圖圖2是本實用新型的光纖保護管路結(jié)構(gòu)示意圖具體實施方式如圖1所示，本實用新型由光纖光柵傳感器陣列1、光纖光柵解調(diào)器2、光纖8、計算機9、10、聲光報警裝置11組成，光纖光柵傳感器陣列1由串接在一根光纖8上并粘接在石油鉆機井架、鉆臺等關鍵受力部位表面的光纖光柵傳感器FBG1、FBG2、FBG3……FBGn組成，光纖光柵傳感器FBG與光纖8采用熔融焊接，光纖光柵解調(diào)器2由發(fā)光管3、Y型分路器4、可調(diào)波長選擇器5、探測器6、接口電路7集成一體，發(fā)光管3同Y型分路器4通過光纖連接，探測器6、可調(diào)波長選擇器5、Y型分路器4依次通過光纖連接，Y型分路器4另一端口是光纖光柵解調(diào)器2的光柵輸入端口，光纖8與光纖光柵解調(diào)器2的光柵輸入端口采用標準的PC/APC插頭插座連接，接口電路7與可調(diào)波長選擇器5、探測器6連接，接口電路7設置有接口，安裝在司鉆房的計算機9和安裝在監(jiān)理室的計算機10分別通過接口與光纖光柵解調(diào)器2連接，計算機9與聲光報警裝置11連接。
如圖2所示，光纖8的外部套裝保護管路，保護管路由保護盒12、塑膠管13、硬管14、硬膠管15、快卸接頭16組成，保護盒12罩裝在光纖光柵傳感器FBG上，保護管路非拆卸部位采用硬管14連接，需拆卸部位采用硬膠管15與快卸接頭16連接，光纖光柵傳感器FBG引出端與硬管14之間用塑膠管13連接。光纖8外部套裝保護管路，是為了適應油田設備野外惡劣作業(yè)環(huán)境，保證測試裝置的長期使用。
權(quán)利要求1.一種光纖光柵傳感應力測試裝置，包括光纖光柵傳感器陣列(1)、光纖光柵解調(diào)器(2)、光纖(8)、計算機(9)、(10)，其特征在于所述的光纖光柵傳感器陣列(1)由串接在光纖(8)中并固定在應力測試點表面的光纖光柵傳感器FBG構(gòu)成，所述的光纖光柵解調(diào)器(2)由發(fā)光管(3)、Y型分路器(4)、可調(diào)波長選擇器(5)、探測器(6)及接口電路(7)集成一體，發(fā)光管(3)同Y型分路器(4)通過光纖連接，探測器(6)、可調(diào)波長選擇器(5)、Y型分路器(4)依次通過光纖連接，Y型分路器(4)另一端口是光纖光柵解調(diào)器(2)的光柵輸入端口，串接各光纖光柵傳感器FBG的光纖(8)與光纖光柵解調(diào)器(2)的光柵輸入端口連接，所述的接口電路(7)與可調(diào)波長選擇器(5)、探測器(6)連接，接口電路(7)設置有接口，計算機(9)、(10)通過接口與光纖光柵解調(diào)器(2)連接。
2.如權(quán)利要求1所述的光纖光柵傳感應力測試裝置，其特征在于所述的串接各光纖光柵傳感器FBG的光纖(8)的外部套裝保護管路，保護管路由保護盒(12)、塑膠管(13)、硬管(14)、硬膠管(15)、快卸接頭(16)組成，保護盒(12)罩裝在光纖光柵傳感器FBG上，保護管路非拆卸部位采用硬管(14)連接，需拆卸部位采用硬膠管(15)與快卸接頭(16)連接，光纖光柵傳感器FBG引出端與硬管(14)之間用塑膠管(13)連接。
3.如權(quán)利要求1所述的光纖光柵傳感應力測試裝置，其特征在于所述的計算機(9)還與聲光報警裝置(11)連接。
4.如權(quán)利要求1所述的光纖光柵傳感應力測試裝置，其特征在于所述的串接在光纖(8)上的光纖光柵傳感器FBG與光纖(8)的連接采用熔融焊接，所述的串接各光纖光柵傳感器FBG的光纖(8)與光纖光柵解調(diào)器(2)的光柵輸入端口的連接采用標準的PC/APC插頭插座連接。
專利摘要光纖光柵傳感應力測試裝置包括光纖光柵傳感器陣列、光纖光柵解調(diào)器、光纖、計算機。傳感器陣列由串接在光纖中并固定在各應力測試點表面的光纖光柵傳感器構(gòu)成，光纖光柵解調(diào)器由發(fā)光管、Y型分路器、可調(diào)波長選擇器、探測器及接口電路集成一體，傳感器陣列、計算機分別與光纖光柵解調(diào)器連接。發(fā)光管發(fā)出的寬帶光譜經(jīng)Y型分路器后到達光纖光柵傳感器陣列，各傳感器反射回來的反射光經(jīng)Y型分路器的另一端口耦合進入可調(diào)波長選擇器，經(jīng)可調(diào)波長選擇器后被探測器接收、探測、采樣，通過接口電路將采樣數(shù)據(jù)送到計算機分析計算，得出應力測量結(jié)果。本實用新型不受外界環(huán)境因素的影響，測試數(shù)據(jù)真實可靠，可實現(xiàn)多點應力動態(tài)在線監(jiān)測和實時評估。
文檔編號G01D5/26GK2775629SQ20052000598
公開日2006年4月26日 申請日期2005年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月18日
發(fā)明者何軍國, 張勇, 唐大鵬, 余利軍, 唐德志, 陳安標, 張珺 申請人:南陽二機石油裝備(集團)有限公司