專利名稱：：內(nèi)壓式溫度補(bǔ)償高溫高壓光纖光柵傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于光纖傳SH
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及到同時(shí)區(qū)分觀糧高溫高壓的光纖光柵傳感器。
背景技術(shù)：
：光纖光柵傳感器可以對(duì)壓強(qiáng)、溫度、應(yīng)力、位移、應(yīng)變、流速、流量、粘度等諸多物理翻行檢測(cè)，由于它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、耐腐蝕、抗電磁干擾能力強(qiáng)、易實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用、組建分布式監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)等許多優(yōu)點(diǎn)，自20世紀(jì)70年代問世以來，受到國內(nèi)外的普遍關(guān)注，目前，正在致力于光纖光柵傳感器的開發(fā)與應(yīng)用研究。清華大學(xué)趙勇等人曾提出利用置于自由彈性圓筒型壓力換能器內(nèi)的懸臂梁結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)壓力與鵬同時(shí)檢湖啲光纖光柵傳感器，這種纟鵬壓力傳感器，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，所檢測(cè)的溫度范圍不夠高。石油是人類賴以生存和發(fā)展的重要能源，隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，油氣的科學(xué)開發(fā)顯得日趨重要。減少修井作業(yè)和關(guān)井次數(shù)，乃至減少原油的泄漏，以增加原油累計(jì)產(chǎn)量，這就需要利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)對(duì)油氣井下的壓力和溫度實(shí)施長(zhǎng)期跟蹤監(jiān)測(cè)，隨時(shí)進(jìn)行狀態(tài)分析，提高石油及油氣的采出率，是提高原油開采經(jīng)濟(jì)效益的重要途徑。因此，用于遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)油氣井下M和壓強(qiáng)，實(shí)施鄉(xiāng)巨離長(zhǎng)期監(jiān)控，是目前國內(nèi)外普遍關(guān)注和研究的熱點(diǎn)課題之一，許多研究者正致力于研制用于井下監(jiān)測(cè)高溫高壓傳感系統(tǒng)。傳統(tǒng)的方法多采用電測(cè)方法，易受井下高溫環(huán)境和電磁干擾等條件的限制，目前，采用光纖光柵取代電測(cè)方法已經(jīng)倍受國內(nèi)外的關(guān)注，但迄今為止，在國內(nèi)用于稠油注氣高溫高壓井下適宜寬量程范圍進(jìn)行檢測(cè)溫度和壓力的光纖光柵傳感器，尚未見報(bào)道?，F(xiàn)有的光纖光柵M傳感器最高只能檢測(cè)250°C，不能適應(yīng)在油井下30(TC以上的溫度檢測(cè)，光纖光柵壓力傳感器的檢測(cè)壓力低，基于彈性基底的光纖光柵傳感器和光纖光柵壓力傳感器輸出與輸入特性曲線的遲滯回線引起較大的遲滯誤差和非線性誤差。現(xiàn)有的對(duì)^it和壓力同時(shí)區(qū)分測(cè)量的光纖光柵溫度壓力傳感器，由于受，和壓力的交叉敏感相互影響，使得這種光纖光柵,壓力傳感器的靈敏度低，檢測(cè)誤差大，檢測(cè)范圍小。高溫高壓光纖光柵溫度壓力傳感器當(dāng)前需迫切解決的一個(gè)技術(shù)問題是同時(shí)提高光纖光柵傳感器檢測(cè)溫度和壓力的范圍、檢測(cè)精度、穩(wěn)定性以及安全可靠性。高溫高壓光纖光柵溫度壓力傳感器當(dāng)前需迫切解決的另一個(gè)技術(shù)問題是消除傳感器輸出與輸入特性曲線的遲滯回線弓l起的遲滯誤差和非線性^，消除光纖光柵同時(shí)對(duì)溫度和壓力的交叉敏感的影響。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服上述光纖光柵傳感器的缺點(diǎn)，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、成本低、檢測(cè)范圍大、靈敏度高、耐腐蝕、安全可靠、高溫高壓同時(shí)區(qū)分測(cè)量的內(nèi)壓式溫度補(bǔ)償高溫高壓光纖光柵傳感器。解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是在殼體的徑向加工有進(jìn)油孔，殼體的左端設(shè)置安裝有左毛細(xì)鋼管的左聯(lián)接頭、右端設(shè)置安裝有右毛細(xì)鋼管的右聯(lián)接頭，在殼體內(nèi)設(shè)置邊沿加工有軸向孔且位于進(jìn)油L側(cè)面的彈性基底，在一根光導(dǎo)纖維上制作有壓力傳感光纖光柵和溫度傳感光纖光柵，光導(dǎo)纖維從左毛細(xì)鋼管穿入設(shè)置在彈性基底的外側(cè)面，光導(dǎo)纖維的另一端從右毛細(xì)鋼管穿出殼體外。本發(fā)明的彈性基底為在一個(gè)管狀體的壓力光纖光柵基底的一端設(shè)置有聯(lián)接盤、另一端設(shè)置有溫度光纖光柵基底，聯(lián)接盤中心孔與壓力光纖光柵基底內(nèi)相聯(lián)通，聯(lián)接盤的邊沿軸向加工有位于壓力光纖光柵基底外側(cè)的軸向？L左毛細(xì)鋼管的右端設(shè)置在該軸向孔內(nèi)。本發(fā)明的壓力光纖光柵基底為圓柱管狀體，溫度光纖光柵基底為圓柱體，壓力傳感光纖光柵設(shè)置在壓力光纖光柵基底的夕卜表面，St傳感光纖光柵設(shè)置在t^光纖光柵基底的外表面。本發(fā)明的壓力光纖光柵基底的壁厚d為0.82ram、長(zhǎng)度a為3060mm、光纖光柵基底的長(zhǎng)度b為1520mm。本發(fā)明的壓力光纖光柵基底和溫度光纖光柵基底為同一種材料制成。本發(fā)明的制作壓力光纖光柵基底和溫度光纖光柵基底材料的熱脹系數(shù)與光導(dǎo)纖維的熱脹系數(shù)適配，且在-4040(TC溫度范圍內(nèi)恒定。本發(fā)明的Mit傳感光纖光柵的制作波長(zhǎng)為14301650跳壓力傳感光纖光柵的制作波長(zhǎng)為14351655nm，,傳感光纖光柵的制作波長(zhǎng)至少小于壓力傳感光纖光柵的制作波長(zhǎng)3.5nm。本發(fā)明采用在一根光導(dǎo)纖維上制作壓力傳感光纖光柵和，傳感光纖光柵，壓力傳感光纖光柵設(shè)置在彈性基底的外表面，溫度傳感光纖光柵設(shè)置在彈性基底的端部外表面，當(dāng)離壓力同時(shí)變化時(shí)，驢傳感光纖光柵只對(duì)驢的變化產(chǎn)生響應(yīng)，而壓力傳感光纖光柵既會(huì)對(duì)鵬變化產(chǎn)生響應(yīng)，也會(huì)對(duì)壓力變化產(chǎn)生響應(yīng)，用鵬傳感光纖光柵測(cè)ff^值消除壓力傳感光纖光柵測(cè)壓力時(shí)對(duì)鵬的同時(shí)感觀値，從而得到壓力監(jiān)測(cè)值。制作彈性基底材料的熱脹系數(shù)與光導(dǎo)纖維的熱脹系,配，彈性基底的屈服強(qiáng)度高，這些將大大提高了本發(fā)明的壓力和驢領(lǐng)懂范圍，克服了現(xiàn)有傳感器的齊性遲滯效應(yīng)，提高了其輸入與輸出特性的統(tǒng)性度，采用M補(bǔ)償光纖光柵實(shí)現(xiàn)壓力與鵬同時(shí)區(qū)分觀懂，改善了重復(fù)性和穩(wěn)定性，提高了測(cè)量精度；光纖光柵的尾纖與光纜的配接使用，光信號(hào)可通過光纖傳輸?shù)洁l(xiāng)巨離實(shí)施在線檢測(cè)和實(shí)時(shí)監(jiān)控。本發(fā)明經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)室測(cè)試和在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行高溫高壓油井下實(shí)際檢測(cè)，壓力檢測(cè)范圍為0100MPa，溫度檢測(cè)范圍為-30+350°C;壓力靈敏系數(shù)為12pm/MPa，溫度靈敏系數(shù)為llpm/t:，壓力絕對(duì)精度為士0.2MPa，溫度絕對(duì)精度為士O.5'C，外形采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，為無源全光器件，安裝在井下進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。本發(fā)明具有簡(jiǎn)單緊湊、體積小、安全性好、不受電磁干擾、測(cè)試精度較高、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，可在油井下推廣應(yīng)用。圖1是發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1中彈性基底5的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是井下溫度壓力現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試曲線。圖4是井下溫度標(biāo)定曲線。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明不限于這些實(shí)施例。實(shí)施例1在圖1中，本實(shí)施例的內(nèi)壓式溫度補(bǔ)償高溫高壓光纖光柵傳感器由光導(dǎo)纖維l、6左毛細(xì)鋼管2、左聯(lián)接頭3、進(jìn)油孔4、彈性基底5、殼體6、壓力傳感光纖光柵7、溫度傳感光纖光柵8、右聯(lián)接頭9、右毛細(xì)鋼管10聯(lián)接構(gòu)成。在殼體6的左頓帳向加工有進(jìn)油孔4，油氣井下的石油和天然氣可從進(jìn)油孑US入到殼體6內(nèi)，殼體6的兩端加工有螺紋，在殼體6內(nèi)通過螺紋聯(lián)接安竊彈性基底5，彈性基底5與殼體6內(nèi)通過螺紋聯(lián)接后其左端與殼體6內(nèi)焊接密封，彈性基底5的左端應(yīng)位于進(jìn)油孔的右側(cè)。齊性基底5的左端邊沿軸向夕卜偵咖工有軸向孔，殼體6的左端通過螺紋聯(lián)接安^t左聯(lián)接頭3，殼體6的右端通過螺紋聯(lián)接安裝有右聯(lián)接頭9，左聯(lián)接頭3和右聯(lián)接頭9的中心位置加工有中心L左毛細(xì)鋼管2的左端安裝在左聯(lián)接頭3的中心孔內(nèi)，左毛細(xì)鋼管2的右端安M彈性基底5上的軸向孔內(nèi)，右聯(lián)接頭9的中心孔安裝有右毛細(xì)鋼管10。一根光導(dǎo)纖維1的左側(cè)上寫有壓力傳感光纖光柵7，壓力傳感光纖光柵7的審lj作波長(zhǎng)為1551跳壓力傳感光纖光柵7用于感受流經(jīng)彈性基底5內(nèi)石油、天然氣的壓力和皿，一根光導(dǎo)纖維l的右側(cè)上寫有纟驢傳感光纖光柵8，溫度傳感光纖光柵8的制作波長(zhǎng)為1537跳纟鵬傳感光纖光柵8只用于感受井下石油、天然氣的纟Ug。一根光導(dǎo)纖維UA^毛細(xì)鋼管2穿入經(jīng)彈性基底5的外側(cè)面，光導(dǎo)纖維1的另一端從右毛細(xì)鋼管10穿出殼體6外。殼體6的左端與左聯(lián)接頭3焊接密封，殼體6的右端與右聯(lián)接頭9焊接密封。在圖1、2中，本實(shí)施例的彈性基底5是由聯(lián)接盤5-1、壓力光纖光柵基底5-2、溫度光纖光柵基底5-3連為一體構(gòu)成，壓力光纖光柵基底5-2為管狀體，溫度光纖光柵基底5-3為圓柱體，壓力光纖光柵基底5-2的一端與聯(lián)接盤5-1連為一體、另一端與溫度光纖光柵基底5-3連為一體，聯(lián)接盤5-1的徑向外側(cè)加工有螺紋，用于與殼體6內(nèi)相聯(lián)接，聯(lián)接盤5-1中心孔的內(nèi)徑與壓力光纖光柵基底5-2的內(nèi)徑相同且相聯(lián)通，聯(lián)接盤5-l的邊沿軸向加工有軸向孔，該軸向孔位于壓力光纖光柵基底5-2外側(cè)面，左毛細(xì)鋼管2的右端插入該軸向孔內(nèi)。壓力光纖光柵基底5-2的壁厚d為1.4mm、長(zhǎng)度a為45mm，溫度光纖光柵基底5-3的長(zhǎng)度b為18mm。壓力光纖光柵基底5-2和溫度光纖光柵基底5-3為同一種材料制成，制作壓力光纖光柵基底5-2和溫度光纖光柵基底5-3材料的熱脹系數(shù)為4.8xlO-6〃C，與光導(dǎo)纖維1的熱脹系數(shù)相適配，且在-4040(TC溫度范圍內(nèi)恒定，壓力傳感光纖光柵7用383膠粘接在壓力光纖光柵基底5-2的外表面，Mit傳感光纖光柵8的一端用383有機(jī)膠粘接在溫度光纖光柵基底5-3的外表面、另一端為自由端，型號(hào)為383膠為市場(chǎng)銷售的商品，由北京利恩和通信有限公司生產(chǎn)。實(shí)施例2在本實(shí)施例中，壓力光纖光柵基底5-2的壁厚d為0.8mm、長(zhǎng)度a為30mm,溫度光纖光柵基底5-3的長(zhǎng)度b為15跳驢傳感光纖光柵8的制作波長(zhǎng)為1430nm，壓力傳感光纖光柵7的制作波長(zhǎng)為1435nm。其它零部件以及零部件的聯(lián)接關(guān)系與實(shí)施例1相同。實(shí)施例3在本實(shí)施例中，壓力光纖光柵基底5-2的壁厚d為2ram、長(zhǎng)度a為60mm，光纖光柵基底5-3的長(zhǎng)度b為20mm。M^傳感光纖光柵8的制作波長(zhǎng)為1650nm，壓力傳感光纖光柵7的制作波長(zhǎng)為1655nm。其它零部件以及零部件的聯(lián)接關(guān)系與實(shí)施例1相同。實(shí)施例4在本實(shí)施例中，壓力光纖光柵基底5-2的壁厚d為0.8mm、長(zhǎng)度a為60腿，溫度光纖光柵基底5-3的長(zhǎng)度b為20mm。溫度傳感光纖光柵8的制作波長(zhǎng)為1430nm，壓力傳感光纖光柵7的制作波長(zhǎng)為1655nm。其它零部件以及零部件的聯(lián)接關(guān)系與實(shí)施例1相同。實(shí)施例5在本實(shí)施例中，壓力光纖光柵基底5-2的壁厚d為2mm、長(zhǎng)度a為30mm，溫度光纖光柵基底5-3的長(zhǎng)度b為20mm。其它零部件以及零部件的聯(lián)接關(guān)系與實(shí)施例1相同。實(shí)施例6在本實(shí)施例中，壓力光纖光柵基底5-2的壁厚d為2咖、長(zhǎng)度a為60mm，光纖光柵基底5-3的長(zhǎng)度b為15mm。其它零部件以及零部件的聯(lián)接關(guān)系與實(shí)施例1相同。實(shí)施例7在本實(shí)施例中，壓力光纖光柵基底5-2的壁厚d為0.8mm、長(zhǎng)度a為30mm，溫度光纖光柵基底5-3的長(zhǎng)度b為20m。其它零部件以及零部件的聯(lián)接關(guān)系與實(shí)施例1相同。實(shí)施例8在本實(shí)施例中，壓力光纖光M底5-2的壁厚d為2ram、長(zhǎng)度a為30ram，■光纖光柵基底5-3的長(zhǎng)度b為15mm。其它零部件以及零部件的聯(lián)接關(guān)系與實(shí)施例1相同。實(shí)施例9在本實(shí)施例中，壓力光纖光柵基底5-2的壁厚d為0.8ram、長(zhǎng)度a為60mm，溫度光纖光柵基底5-3的長(zhǎng)度b為15mm。其它零部件以及零部件的聯(lián)接關(guān)系與實(shí)施例1相同。本發(fā)明的工作原理如下將本發(fā)明放入井下浸入油層時(shí)，油經(jīng)殼體6的進(jìn)油孔4流入彈性基底5的壓力光纖光柵基底5-2內(nèi)，對(duì)壓力光纖光^S底5-2內(nèi)側(cè)施以均布的內(nèi)壓力，壓力光纖光柵基底5-2由于內(nèi)外形成壓強(qiáng)差而產(chǎn)生應(yīng)變，由于壓力傳感光纖光柵7沿壓力光纖光柵基底5-2的軸向粘貼，壓力光纖光柵基底5-2的軸向應(yīng)變傳遞并耦合到壓力傳感光纖光柵7沿其軸向產(chǎn)生伸縮應(yīng)變，'使布拉格波長(zhǎng)向長(zhǎng)波(壓力增大)或短波(壓力減小)方向漂移，此漂移的光信號(hào)通過光纜傳送到井口地面，由地面設(shè)置的解調(diào)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，隨著井下油層壓力和溫度變化分別弓l起壓力傳感光纖光柵7和溫度傳感光纖光柵8的波長(zhǎng)變化，通過信號(hào)處理單元即可獲得待測(cè)井中原油的壓力和溫度。將設(shè)置在井內(nèi)不同深度本發(fā)明的，補(bǔ)償高溫高壓光纖光柵傳,相互串聯(lián)接，可建立井下多點(diǎn)溫度和壓力分布測(cè)量網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。為了驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果，發(fā)明人采用本發(fā)明實(shí)施例1制備的內(nèi)壓式溫度補(bǔ)償高溫高壓光纖光柵傳感器在實(shí)驗(yàn)室和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了升溫升壓、降溫降壓各種試驗(yàn)，各種試驗(yàn)如下實(shí)驗(yàn)儀器寬帶光源，型號(hào)為ASE"CL-10-021140，由深圳朗光利技有限公司生產(chǎn)；耦合器，型號(hào)為WP15500202A1000，由無限光通訊(深圳)有限公司生產(chǎn)；光譜儀，型號(hào)為MS9710C，由安立公司生產(chǎn)；高溫高壓反應(yīng)裝置，型號(hào)為GY-1型，由南通華興石油儀器有限公司生產(chǎn)。1、用本發(fā)明檢測(cè)溫度實(shí)驗(yàn)將溫度補(bǔ)償高溫高壓光纖光柵傳感器方M高溫高壓反應(yīng)裝置內(nèi)，在0MPa壓力下，采用穩(wěn)態(tài)測(cè)溫法，由室》顯逐步升至350°C，然后由35(TC逐步降至室溫，用光譜儀檢測(cè)壓力傳感光纖光柵7、溫度傳感光纖光柵8隨溫度變化的波長(zhǎng)c測(cè)試結(jié)果見表l。表l升溫rc)26.642.050.359.473.181.291.7102.2111.3124.1130.5146.3155.0168.8178.3188.5199:9209.5218.9232.5245.1257.72"70,3282.9295.5308.0320.6333.2351.80MPa時(shí)壓力傳感光纖光柵7和溫度傳感光纖光柵8Xt溫度響應(yīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)壓力光柵(nm)1551.18511551.39301551.47491551.61781551.81721551.96711552.09011552.23941552.36871552.55041552.6413552.86571552.98921553.18521553.32011553.46491553.62681553.76311553.89661554.09021554.26891554.44761554.62631554.80501554.98371555.16241555.34111555.48641555.7485鵬光柵(nm)1537.85551538.02331538.09211538.20591538.36921538.49551538.59281538.70971538.96381539.03801539.22131539.32221539.48231539.59251539.71081539.84301539.95441540.06341540.22161540.36761540.51361540.65951540.80551540.95151541.09751541.24341541.33941541.5522降溫(。C)29.643.151.559.473.781.490.8103.0119.3128.6140.6152.3164.4177.3188.9201.3209.9219.3228.6240.7252.8264.9277.02狄1301.2313.3325.4337.5349.6壓力光柵(nm)1551.18981551.63731551.80061551.95741552.06551552.19581552.46701552.59821552.76741552.93231553.10291553.28481553.44841553.66351553.74451553.87701554.00771554.17841554.34901554.54621554.69041554.86111555.03181555,32781555.37311555.54381555.7145鵬光柵(nm)1537.87641538.02521538.11711538.22601538.38971538.48621538.57761538.68851538.90301539.02191539.14581539.27921539.41721539.56421539.69651539.83781539.93591540.04301540.19441540.28671540.44991540.56261540.70061540.78081540.97661541.11461541.25261541.39061541.5286由表1可見，在OMPa的壓力，升降溫過程中，壓力傳感光纖光柵7、溫度傳感光纖光柵8的反射波長(zhǎng)隨溫度變化線性可逆，壓力傳感光纖光柵7升溫;i=0.0142r+1550.7940，A=0.01157+1537.5375,;1=0.01427+1550.7725，義=0.01+1537.5429，線性擬合度:線性擬合度:線性擬合度-線性擬合度-i2=0.9999，溫度傳感光纖光柵8升溫i2=0.9998;壓力傳感光纖光柵7降溫i2=0.9997;溫度傳感光纖光柵8降溫壓力傳感光纖光柵7溫度響應(yīng)iz=0.9998靈敏度為0.014nm/°C。溫度傳感光纖光柵8對(duì)溫度響應(yīng)靈敏度0.01lnm/°C。將溫度補(bǔ)償高溫高壓光纖光柵傳感器方M高溫高壓反應(yīng)裝置內(nèi)，在50MPa壓力條件下，采用穩(wěn)態(tài)測(cè)溫法，由室溫逐步升至350°C，然后由35(TC逐步降至室溫，用光譜儀檢測(cè)壓力傳感光纖光柵7、離傳感光纖光柵8的反針波長(zhǎng)。測(cè)試和計(jì)算結(jié)果見表2。表2壓力為50MPa時(shí)壓力傳感光纖光柵7和^傳感光纖光柵8対、溫度響應(yīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>由表2可見，在50MPa壓力，升降溫過程中，壓力傳感光纖光柵7、溫度傳感光纖光柵8的反射波長(zhǎng)隨溫度變化線性可逆，壓力傳感光纖光柵7升溫/1=0.0142r+1551.3868，線性擬合度及2=0.9999;溫度傳感光纖光柵8升溫A=0.0116r+1537.5230，線性擬合度i2=0.9999;壓力傳感光纖光柵7降溫;U0.014ir+155L3872，線性擬合度及2=0.9999;溫度傳感光纖光柵8降溫義=0.01147+1537.5421，統(tǒng)性擬合度i2=0.9998。壓力傳感光纖光柵7t鵬響應(yīng)靈敏度為0.014nm/°C，^M^傳感光纖光柵8對(duì)溫度響應(yīng)靈敏度0.01lnm/°C。將鵬補(bǔ)償高溫高壓光纖光柵傳麟方從高溫高壓反應(yīng)裝置內(nèi)，在100MPa壓力，采用穩(wěn)態(tài)測(cè)溫法，由室溫逐步升至350°C，然后由35(TC逐步降至室溫，用光譜儀檢測(cè)壓力傳感光纖光柵7、皿傳感光纖光柵8的反射波長(zhǎng)，測(cè)試和計(jì)算結(jié)果見表3。表3100MPa時(shí)壓力傳感光纖光柵7和溫度傳感光纖光柵8對(duì)m響應(yīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)升溫(t)壓力光柵(nm)fiS光柵(nm).降溫rc)壓力光柵(nm)離光柵(nm:261552.35741537.82629.31552.40071537.86136.51552.50651537.947739.51552.54461537.978344.41552.61661538.037648.61552.67051538.08153.61552.73341538.134558.11552.79061538.180464.21552.8991538.2722701552.97321538.331974.81553.04861538.393880.81553.12451538.454783.91553.19161538.511288.41553.24581538.554195.21553.33241538.633198.71553.37151538.6635111.41553.57011538.8166109,51553.53251538,7838121.51553.71351538.93371201553.68051538細(xì)51341553.8911539.0487129.11553.80951539.0095146.51554.06851539.2237139.61553.97791539.1304156.51554.21051539.33971521554.13231539.2428173.31554.48911539.504616531554.32051539.4261811554.55841539.624服21554.54921539.59681941554.7431539.7747194.61554.73191539.7221203.81554.88221539.8884203.51554,85761539.8646211.71554.99431539.9801213.21554.9941539.976222.81555.1521540.1088224.21555.17911540.1024237.81555.32541540.2831233.61555.28281540.2411250.41555.57411540.42912461555.45771540.3537262.91555.72131540.5539256.81555.61031540.4781275.31555.89721540.7176268.91555.7811540.6073287.81556.00451540.84242821555鄰561540.7679300.41556.2246154L0095293.61556.12931540.9314313.31556.43751541.159305.31556.29451541馬1326.21556.62051541.3084318.81556.44481541.1612332.41556.72831541.3602330.51556.64861541.32533391556.8021541.4568342.61556.81811541.4639349.91556.95661541.5431350.31556.92731541.5628由表3可見，在100MPa壓力，升降溫過程中，壓力傳感光纖光柵7、驢傳感光纖光柵8的反射波長(zhǎng)隨溫度變化線性可逆，壓力傳感光纖光柵7升溫/l=0.0142r+1551.9901，線性擬合度i2=0.9998;溫度傳感光纖光柵8升溫;1=0.01167+1537.5242，線性擬合度i2=0.9999;壓力傳感光纖光柵7降溫12/l=0.014ir+1551.9922，線性擬合度及2=0.9999;溫度傳感光纖光柵8降溫義=0.0115r+1537.5227，線性擬合度及2=0.9998。壓力傳感光纖光柵7)(t鵬響應(yīng)靈敏度為0.014nm/°C。溫度傳感光纖光柵8對(duì)溫度響應(yīng)靈敏度0.01lnm/°C。綜合表l、表2和表3的結(jié)果可知，當(dāng)壓力分別為OMPa、50MPa和100MPa時(shí)，在升降溫過程中，壓力傳感光纖光柵7、溫度傳感光纖光柵8的反射波長(zhǎng)隨溫度變化線性相關(guān)，可逆性說明升降溫過程已消除光纖光柵傳感系統(tǒng)的皿遲滯效應(yīng)，表明該基底材料的熱脹系數(shù)在很寬溫度范圍內(nèi)保持恒定，且與石英光纖熱脹系數(shù)相適配。壓力傳感光纖光柵7驗(yàn)響應(yīng)靈敏一致性，表明壓力傳感光纖光柵7檢測(cè)壓力時(shí)外溫度具有良好的可補(bǔ)償性，與裸光柵的溫度響應(yīng)靈敏度0.011nmAC相比，壓力傳感光纖光柵7對(duì)溫度響應(yīng)略有增敏。2.用本發(fā)明檢測(cè)幾種溫度的壓強(qiáng)實(shí)驗(yàn)將溫度補(bǔ)償高溫高壓光纖光柵傳感器方J(A高溫高壓反應(yīng)裝置內(nèi)實(shí)施M^控制，在控制纟驢為2rc相對(duì)直定剝牛下進(jìn)行加壓和Mffi測(cè)試，用光譜儀檢測(cè)壓力傳感光纖光柵7、溫度傳感光纖光柵8的反射波長(zhǎng)，測(cè)試和計(jì)算結(jié)果見表4。表42rC壓力傳感光纖光柵7和溫度傳感光纖光柵8對(duì)壓力響應(yīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)升壓壓力光柵溫度光柵溫度降壓壓力光柵溫度光柵》鵬補(bǔ)償后的壓力檢測(cè)值(。c)(MPa)(nm)(nm)('c)(MPa)(nm)(nm)升壓降壓21.001551.10381537.788220.901551.10411537.78701550.81041550.812221.051551.16391537.7鵬21.051551.16461537.78851550.87031550.謂21.0101551.22611537.789121.0101551.22461537.78841550.93161550.931021.0151551.28591537.788521.0151551.28661537.78891550.99211550.992421.2201551.34571537.790521.0201551.34951537.78851551.04951551.055721.1251551,40591537.790021.1251551.40771537.78981551.環(huán)1551.112321.1301551.46461537.7鵬21.3301551.46881537.79181551.16911551.171021.3351551.52561537.791721.3351551.52861537.79211551.22791551.230421.2401551.58401537.791521.3401551.59031537.79191551.28661551.292421.4451551.64491537.793021.4451551.65081537.79361551.34561551.350821.3501551.70481537.792021.4501551.71241537.79331551.40671551.412821.5551551.76651537.794121.5551551.77371537.79431551.46591551.472821.5601551.82671537.794321.6601551.83351537.79581551.52581551.530821.5651551.88591537.794521.7651551.89671537.79631551.58481551.593421.5701551.94581537.794721.7701551.95671537.79701551.64441551,652521,7751552.00771537.796321.8751552.01621537.79811551.70441551.710721.6801552.06671537.796121.9801552.07771537.79901551.76361551.771121.6851552.12571537.795921.8851552.13781537,79821551.82291551.832121.9901552.18811537,798621.9901552.19841537.79881551.88191551.892021.9951552.25091537.799422.0951552.25931537.79981551.94381551.951721.91001552.31051537.799322.01001552.31891537.80051552.00351552.0104由表4可見，在2rc的溫度下，升降壓力過程中，壓力傳感光纖光柵7的反射波長(zhǎng)隨壓力變化線性可逆，加壓義=0.0119尸+1550.8114，線性擬合度及2=1.000;減壓義=0.0120尸+1550.8122，線性擬合度/2=1.000。壓力響應(yīng)靈敏度為0.012nm/MPa。將驢補(bǔ)償高溫高壓光纖光柵傳感器方iA高溫高壓反應(yīng)裝置內(nèi)實(shí)施驢控制，在控制鵬為15(TC相對(duì)恒定割牛下進(jìn)行加壓和Mffi測(cè)試，用光譜儀檢測(cè)壓力傳感光纖光柵7、溫度傳感光纖光柵8的波長(zhǎng)，測(cè)試和計(jì)算結(jié)果見表5。表515(TC壓力傳感光纖光柵7和，傳感光纖光柵8對(duì)壓力響應(yīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)鰣升壓壓力光柵離光柵降壓壓力光柵溫度光柵鵬補(bǔ)償后的壓力檢測(cè)值(°c)(MPa)(nm)('c)(MPa)(nm)(nm)升壓降壓150.601552.93241539.2660150.301552.92961539.26261550.82421550.8255150.651552.99121539.2662150.351552.98921539.26291550.88271550.8848150.5101553.05221539.2655150.4101553.04931539.26371550.94461550.9439150.6151553.11361539.2660150.5151553.11201539.26471551.00541551.0054150,4201553.17171539.2641150.4201553.17281539,26431551.06581551.0667150.6251553.23171539.2663150.6251553.23031539.26591551.12311551.1222150.6301553,29051539.2664150.6301553.29271539.26571551.18181551.1848150.6351553.35181539.2667150.6351553.35401539.26641551.24271551,2453150.6401553.41101539.2660150.8401553.41331539.26801551.30281551.3026150.7451553.46991539.2673150.7451553.47311539.26781551.36011551.3627150.7501553.53021539.2678150.8501553.53461539.26831551.41981551.4235150.8551553.59041539.2679150.8551553.59461539.26871551.47981551.4831150.7601553.65221539.2678151.0601553.65471539.27021551.54181551.5413150.8651553.71051539.2681150,9651553.71581539.26971551.59971551.6030150.8701553.77031539.2684151.0701553.77541539.27091551.65911551.6612150,9751553.82931539.2697150.9751553.83511539.26991551.71651551.7221150.9801553.88921539.2697150.9801553.89551539.26961551.77641551.7829151.0851553.94981539,2709151.1851553.95651539.27131551.83561551.8418151.0901554.01001539.271215U901554.01491539.27131551.89541551.9002151.0951554.06991539.270715U951554.07541539.27161551.95591551.9603151.11001554.12991539.2717151.11001554.13621539.27151552.01471552.0212由表5可見，在15(TC的溫度下，升降壓力過程中，壓力傳感光纖光柵7的反射波長(zhǎng)隨壓力變化線性可逆，加壓；i=0.0119P+1550.8257，統(tǒng)性擬合度i2=1.000;減壓/1=0.0120尸+1550.8255;線性擬合度i2=1.000;壓力響應(yīng)靈敏度為0.012nm/MPa。將溫度補(bǔ)償高溫高壓光纖光柵傳感器放入高溫高壓反應(yīng)裝置內(nèi)實(shí)施溫度控制，在控制纟鵬為35(TC相對(duì)恒定斜牛下進(jìn)行加壓和艦觀賦，用光譜儀檢測(cè)壓力傳感光纖光柵7、溫度傳感光纖光柵8的波長(zhǎng)，測(cè)試和計(jì)算結(jié)果見表6。表635(TC壓力傳感光纖光柵7和溫度傳感光纖光柵8對(duì)壓力響應(yīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>由表6可見，在35(TC的^if下，升降壓力過程中，壓力傳感光纖光柵7的反射波長(zhǎng)隨壓力變化線性可逆，加壓；1=0.0119P+1550.8221，線性擬合度i2=1.000減壓A=0.0120P+1550.8095，線性擬合度i2=1.000，壓力響應(yīng)靈敏度為0.012nm/MPa。綜合表4、表5和表6的結(jié)果可知，當(dāng)纟鵬分別為2rC、15(TC和35(TC時(shí)，在升降壓過程中，壓力傳感光纖光柵7的反射波長(zhǎng)隨壓力變化是線性相關(guān)的，線性可逆說明升降壓力過程已消除光纖光柵傳感系統(tǒng)的應(yīng)力遲滯效應(yīng)，是實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償?shù)谋匾獥l件，壓力響應(yīng)靈敏度的一致性，表明用該壓力傳感光纖光柵7檢測(cè)壓力具有高穩(wěn)定性和重復(fù)性。3.用本發(fā)明檢驗(yàn)溫度補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)將本發(fā)明放久高溫高壓反應(yīng)裝置內(nèi)，當(dāng)纟Ug壓力同時(shí)變化時(shí)，，傳感光纖光柵8只對(duì)纟鵬的變化產(chǎn)生響應(yīng)，而壓力傳感光纖光柵7既會(huì)對(duì)鵬變化產(chǎn)生響應(yīng)，也會(huì)對(duì)壓力變化產(chǎn)生響應(yīng)，用溫度傳感光纖光柵8測(cè)得溫度值補(bǔ)償壓力傳感光纖光柵7測(cè)壓力時(shí)對(duì)、溫度同時(shí)感測(cè)值，由溫度補(bǔ)償公式~-》(；—；。)經(jīng)計(jì)算得出壓力傳感光纖光柵7只對(duì)壓力變化的監(jiān)測(cè)值，見表4、表5和表6中的"溫度補(bǔ)償后的壓力檢測(cè)值"欄目中的數(shù)據(jù)。式中心壓力柵檢測(cè)壓力表征的波長(zhǎng)，^為壓力傳感光纖光柵7同時(shí)感測(cè)壓力和溫度的表征的波長(zhǎng)，^為壓力傳感光纖光柵7Xt溫度響應(yīng)靈敏度，』為溫度傳感光纖光柵8對(duì)溫度響應(yīng)靈敏度，^為^jg傳感光纖光柵8檢測(cè)溫度表征的波長(zhǎng)。々。為溫度柵在(TC的波長(zhǎng)。本實(shí)施例在遼河油田進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比檢測(cè)溫度和壓力試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3。由于該油井未注高壓蒸汽，因此，井下壓力決定于水壓，由圖3可見，測(cè)得油井壓力隨深度增加呈線性增加，和實(shí)際情況相符。測(cè)得油井下皿隨深度變化曲線與該井的標(biāo)定曲線(圖4)相吻合。權(quán)利要求1、一種內(nèi)壓式溫度補(bǔ)償高溫高壓光纖光柵傳感器，其特征在于在殼體(6)的徑向加工有進(jìn)油孔(4)，殼體(6)的左端設(shè)置安裝有左毛細(xì)鋼管(2)的左聯(lián)接頭(3)、右端設(shè)置安裝有右毛細(xì)鋼管(10)的右聯(lián)接頭(9)，在殼體(6)內(nèi)設(shè)置邊沿加工有軸向孔且位于進(jìn)油孔(4)側(cè)面的彈性基底(5)，在一根光導(dǎo)纖維(1)上制作有壓力傳感光纖光柵(7)和溫度傳感光纖光柵(8)，光導(dǎo)纖維(1)從左毛細(xì)鋼管(2)穿入設(shè)置在彈性基底(5)的外側(cè)面，光導(dǎo)纖維(1)的另一端從右毛細(xì)鋼管(10)穿出殼體(6)外。2、按照權(quán)利要求1所述的內(nèi)壓式鵬補(bǔ)償高溫高壓光纖光柵傳繊，其特征在于所說的彈性基底(5)為在一個(gè)管狀體的壓力光纖光柵基底(5-2)的一端設(shè)置有聯(lián)接盤(5-1)、另一端設(shè)置有溫度光纖光柵基底(5-3)，聯(lián)接盤(5-1)中心孔與壓力光纖光柵基底(5-2)內(nèi)相聯(lián)通，聯(lián)接盤(5-1)的邊沿軸向加工有位于壓力光纖光柵基底(5-2)外側(cè)的軸向？L，左毛細(xì)鋼管(2)的右端設(shè)置在該軸向孔內(nèi)。3、按照權(quán)利要求2所述的內(nèi)壓式溫度補(bǔ)償高溫高壓光纖光柵傳感器，其特征在于所說的壓力光纖光柵基底(5-2)為圓柱管狀體，^it光纖光柵基底(5-3)為圓柱體，壓力傳感光纖光柵(7)設(shè)置在壓力光纖光柵基底(5-2)的外表面，溫度傳感光纖光柵(8)設(shè)置在溫度光纖光柵基底(5-3)的外表面。4、按照權(quán)利要求2或所述的內(nèi)壓式^g補(bǔ)償高溫高壓光纖光柵傳感器，其特征在于所說的壓力光纖光柵基底(5-2)的壁厚(d)為0.82mm、長(zhǎng)度(a)為3060mm、溫度光纖光柵基底(5-3)的長(zhǎng)度(b)為1520rnrn。5、按照權(quán)利要求2或3或4所述的內(nèi)壓式纟顯度補(bǔ)償高溫高壓光纖光柵傳感器，其特征在于所說的壓力光纖光柵基底(5-2)和溫度光纖光柵基底(5-3)為同一種材料制成。6、按照權(quán)利要求2或3或4所述的內(nèi)壓式鵬補(bǔ)償高溫高壓光纖光柵傳感器，其特征在于所說的制作壓力光纖光柵基底(5-2)和溫度光纖光柵基底(5-3)材料的熱脹系數(shù)與光導(dǎo)纖維(1)的熱脹系數(shù)適配，且在-4040(TC溫度范圍內(nèi)恒定。7、按照權(quán)利要求5所述的內(nèi)壓式溫度補(bǔ)償高溫高壓光纖光柵傳感器，其特征在于所說的制作壓力光纖光柵基底(5-2)和溫度光纖光柵基底(5-3)材料的熱脹系數(shù)與光導(dǎo)纖維(1)的熱脹系數(shù)適配，且在-4040(rC顯度范圍內(nèi)恒定。8、按照權(quán)利要求1或3所述的內(nèi)壓式溫度補(bǔ)償高溫高壓光纖光柵傳感器，其特征在于所說的溫度傳感光纖光柵(8)的制作波長(zhǎng)為14301650nm，壓力傳感光纖光柵(7)的制作波長(zhǎng)為14351655nm，驢傳感光纖光柵(6)的制作波長(zhǎng)至少小于壓力傳感光纖光柵(9)的制作波長(zhǎng)3.5nm。全文摘要一種內(nèi)壓式溫度補(bǔ)償高溫高壓光纖光柵傳感器，在殼體的徑向加工有進(jìn)油孔，殼體的左端設(shè)置安裝有左毛細(xì)鋼管的左聯(lián)接頭、右端設(shè)置安裝有右毛細(xì)鋼管的右聯(lián)接頭，在殼體內(nèi)設(shè)置邊沿加工有軸向孔且位于進(jìn)油孔側(cè)面的彈性基底，在一根光導(dǎo)纖維上制作有壓力傳感光纖光柵和溫度傳感光纖光柵，光導(dǎo)纖維從左毛細(xì)鋼管穿入設(shè)置在彈性基底的外側(cè)面，光導(dǎo)纖維的另一端從右毛細(xì)鋼管穿出殼體外。本發(fā)明經(jīng)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試和在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行高溫高壓油井下實(shí)際檢測(cè)，壓力檢測(cè)范圍為0～100MPa，溫度檢測(cè)范圍為-30～+350℃；壓力靈敏系數(shù)為14pm/MPa，溫度靈敏系數(shù)為12pm/℃，壓力絕對(duì)精度為±0.2MPa，溫度絕對(duì)精度為±0.5℃，可在油井下推廣應(yīng)用。文檔編號(hào)G01L11/02GK101324188SQ20081015047公開日2008年12月17日申請(qǐng)日期2008年7月28日優(yōu)先權(quán)日2008年7月28日發(fā)明者喬學(xué)光,馮德全,紅周,宋利娜,偉樊,王向宇,王宏亮申請(qǐng)人:西安石油大學(xué)