技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種實(shí)驗(yàn)裝置，具體涉及一種二氧化碳、咸水及巖石反應(yīng)動(dòng)力學(xué)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：
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在全球氣候變化背景下，溫室氣體特別是二氧化碳的減排已經(jīng)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，而大規(guī)模的二氧化碳捕集和封存也成了世界范圍內(nèi)很多政府機(jī)構(gòu)和工業(yè)部門慎重考慮的選擇之一。二氧化碳的地質(zhì)埋存特別是深部咸水層作為其天然儲(chǔ)庫(kù)是最有效及最具發(fā)展?jié)摿Φ倪x擇之一，據(jù)國(guó)際能源署（iea）和政府間氣候變化專門委員會(huì)（ipcc）評(píng)估報(bào)告，全球咸水層二氧化碳儲(chǔ)量可達(dá)400—10000gt。二氧化碳深部咸水層埋存是一項(xiàng)新興的地質(zhì)工程，其基礎(chǔ)地質(zhì)學(xué)問(wèn)題包括二氧化碳地質(zhì)埋存的基本原理，封存場(chǎng)所選擇的基本原則，儲(chǔ)層和蓋層的基本地質(zhì)和水文地質(zhì)學(xué)問(wèn)題，地質(zhì)體的構(gòu)造穩(wěn)定性以及二氧化碳埋存過(guò)程中的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

然而，二氧化碳與深部咸水流體之間的溶解埋存機(jī)理、影響因素以及動(dòng)態(tài)熱動(dòng)力學(xué)特性等基礎(chǔ)性問(wèn)題目前尚不清楚，且相關(guān)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)二氧化碳與咸水之間相互作用機(jī)理的方法和手段尚不成熟和完備。因此，設(shè)計(jì)一種新型在線傳感監(jiān)測(cè)裝置來(lái)研究二氧化碳在埋存過(guò)程中咸水折射率，溫度，壓力，ph以及化學(xué)成分變化對(duì)于揭示co2深部咸水埋存機(jī)理、評(píng)價(jià)埋存潛力有著極其重要的科學(xué)理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明彌補(bǔ)和改善了上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種高靈敏度，結(jié)構(gòu)合理，易集成化，并能夠在線監(jiān)測(cè)二氧化碳埋存過(guò)程中咸水折射率、溫度、壓力以及ph變化的光纖傳感實(shí)驗(yàn)裝置。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種二氧化碳、咸水及巖石反應(yīng)動(dòng)力學(xué)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置，包括計(jì)算機(jī)、寬帶光源及光譜解調(diào)儀，寬帶光源通過(guò)普通單模光纖與1×4光纖耦合器的輸入端連接，1×4光纖耦合器的四個(gè)輸出端分別通過(guò)普通單模光纖與光纖光柵、微結(jié)構(gòu)光纖表面等離子體共振傳感器、熊貓型保偏光纖溫度傳感器及橢圓芯保偏光纖壓力傳感器的一端連接，光纖光柵、微結(jié)構(gòu)光纖表面等離子體共振傳感器、熊貓型保偏光纖溫度傳感器及橢圓芯保偏光纖壓力傳感器的另一端分別通過(guò)普通單模光纖與4×1光纖耦合器的四個(gè)輸入端連接，4×1光纖耦合器的輸出端通過(guò)普通單模光纖與光譜解調(diào)儀連接，光譜解調(diào)儀通過(guò)數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)連接；所述的1×4光纖耦合器和4×1光纖耦合器位于固定架內(nèi)；所述的光纖光柵粘貼于懸臂梁上，懸臂梁固定于固定架上。

所述的懸臂梁由ph敏感性高分子材料制成，懸臂梁和光纖光柵組成ph傳感器，其中光纖光柵的長(zhǎng)度為20mm，懸臂梁延光纖光柵方向長(zhǎng)30mm，且體積隨著咸水ph的變化而變化。

所述微結(jié)構(gòu)光纖表面等離子體共振傳感器的包層設(shè)有大圓形空氣孔和兩個(gè)對(duì)稱分布的待測(cè)液通道，待測(cè)液通道的內(nèi)壁上鍍有金膜，待測(cè)液通道的外側(cè)設(shè)有開(kāi)環(huán)通道；大圓形空氣孔呈四個(gè)八邊形排列，在每個(gè)八邊形的中心分別設(shè)有一個(gè)小圓形空氣孔，大圓形空氣孔的直徑大于小圓形空氣孔的直徑，包層的背景材料為二氧化硅，微結(jié)構(gòu)光纖表面等離子體共振傳感器的長(zhǎng)度為20mm。

所述熊貓型保偏光纖溫度傳感器的包層內(nèi)有纖芯和兩個(gè)應(yīng)力區(qū)，熊貓型保偏光纖溫度傳感器的長(zhǎng)度為20mm，其為應(yīng)力雙折射型。

所述橢圓芯保偏光纖壓力傳感器的包層內(nèi)有橢圓纖芯，橢圓芯保偏光纖壓力傳感器的長(zhǎng)度為20mm，其為幾何雙折射型。

本發(fā)明的有益效果：

（1）、實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)裝置傳感部分以光纖為主，耐腐蝕性強(qiáng)、響應(yīng)速度快、不受電磁干擾、可反復(fù)使用，體積小，易實(shí)現(xiàn)裝置的集成化和小型化。

（2）、微結(jié)構(gòu)光纖表面等離子體共振傳感器具有開(kāi)環(huán)待測(cè)溶液通道，并且克服了內(nèi)部鍍膜類型的微結(jié)構(gòu)光纖咸水無(wú)法直接進(jìn)入的難題。

（3）、微結(jié)構(gòu)光纖表面等離子體共振傳感器有很高的折射率分辨率，能夠準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)到在二氧化碳埋存過(guò)程中咸水折射率的變化。

（4）、ph傳感器使用ph敏感性高分子材料制作的懸臂梁的體積能隨著ph的變化而快速變化，而且體積變化可恢復(fù)，在不同的酸堿環(huán)境下都有很長(zhǎng)的使用壽命。

附圖說(shuō)明：

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明中ph傳感器的示意圖。

圖3是本發(fā)明微結(jié)構(gòu)光纖表面等離子體共振傳感器的示意圖。

圖4是本發(fā)明中熊貓型保偏光纖溫度傳感器的示意圖。

圖5是本發(fā)明中橢圓芯保偏光纖壓力傳感器的示意圖。

具體實(shí)施方式：

參照各圖，一種二氧化碳、咸水及巖石反應(yīng)動(dòng)力學(xué)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置，包括計(jì)算機(jī)1、寬帶光源4及光譜解調(diào)儀2，寬帶光源4通過(guò)普通單模光纖3與1×4光纖耦合器5的輸入端連接，1×4光纖耦合器5的四個(gè)輸出端分別通過(guò)普通單模光纖3與光纖光柵7、微結(jié)構(gòu)光纖表面等離子體共振傳感器8、熊貓型保偏光纖溫度傳感器9及橢圓芯保偏光纖壓力傳感器10的一端連接，光纖光柵7、微結(jié)構(gòu)光纖表面等離子體共振傳感器8、熊貓型保偏光纖溫度傳感器9及橢圓芯保偏光纖壓力傳感器10的另一端分別通過(guò)普通單模光纖3與4×1光纖耦合器12的四個(gè)輸入端連接，4×1光纖耦合器12的輸出端通過(guò)普通單模光纖3與光譜解調(diào)儀2連接，光譜解調(diào)儀2通過(guò)數(shù)據(jù)線將數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)1；連接寬帶光源4和光譜解調(diào)儀2的普通單模光纖3從巖層14的二氧化碳注入管道15內(nèi)穿過(guò)；所述的1×4光纖耦合器5和4×1光纖耦合器12位于固定架6內(nèi)；所述的光纖光柵7粘貼于懸臂梁11上，懸臂梁11固定于固定架6上。

所述的微結(jié)構(gòu)光纖表面等離子體共振傳感器8的長(zhǎng)度為20mm，當(dāng)周圍咸水13的折射率發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)微結(jié)構(gòu)光纖的光由于表面等離子體共振而發(fā)生光譜損耗，通過(guò)觀察光譜的損耗可以得出周圍咸水13的折射率。

所述的ph傳感器包括光纖光柵7和ph敏感性高分子材料制成的懸臂梁11，光纖光柵7的長(zhǎng)度為20mm，當(dāng)周圍咸水13的ph發(fā)生變化時(shí)，懸臂梁11的體積會(huì)隨之發(fā)生微小的形變，粘貼的光纖光柵7也會(huì)發(fā)生微小的形變，使柵格間距或光纖纖芯中柵格的有效折射率發(fā)生變化，導(dǎo)致通過(guò)光纖光柵7的透射譜發(fā)生變化，通過(guò)觀察透射譜的變化可以分析出周圍咸水13的ph變化。

所述的熊貓型保偏光纖溫度傳感器9和橢圓芯保偏光纖壓力傳感器10的長(zhǎng)度均為20mm，當(dāng)周圍咸水13的溫度或者壓力發(fā)生改變時(shí)，通過(guò)兩種光纖傳感器的光的相位會(huì)發(fā)生變化，通過(guò)觀察相位的變化情況可以分析周圍咸水溫度或者壓力的變化。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種實(shí)驗(yàn)裝置，具體涉及一種二氧化碳、咸水及巖石反應(yīng)動(dòng)力學(xué)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置。包括計(jì)算機(jī)、寬帶光源及光譜解調(diào)儀，寬帶光源通過(guò)普通單模光纖與1×4光纖耦合器的輸入端連接，1×4光纖耦合器的四個(gè)輸出端分別通過(guò)普通單模光纖與光纖光柵、微結(jié)構(gòu)光纖表面等離子體共振傳感器、熊貓型保偏光纖溫度傳感器及橢圓芯保偏光纖壓力傳感器的一端連接，其另一端分別通過(guò)普通單模光纖與4×1光纖耦合器的四個(gè)輸入端連接，4×1光纖耦合器的輸出端通過(guò)普通單模光纖與光譜解調(diào)儀連接，光譜解調(diào)儀通過(guò)數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)連接；1×4光纖耦合器和4×1光纖耦合器位于固定架內(nèi)；光纖光柵粘貼于懸臂梁上，懸臂梁固定于固定架上。

技術(shù)研發(fā)人員：劉超;蘇魏全;汪發(fā)美;高新成;劉強(qiáng);牟海維
受保護(hù)的技術(shù)使用者：東北石油大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.04.19
技術(shù)公布日：2017.08.01