一种用于油气井持气率测量的高可靠性光纤探针

针对油气井下油气水三相流的持气率测量,设计开发了一种高可靠性的光纤探针。探针敏感探头采用锥形蓝宝石结构,蓝宝石敏感探头与过渡管,以及过渡管与保护套管间均采用金基焊料焊接密封。对研制的光纤探针进行了可靠性实验和油气水三相流持气率测试,结果表明,该光纤探针可以承受高温(150℃)、高压(100MPa)环境,具有较高可靠性。管柱内的油气水三相流呈段塞流型,持气率为46%。该研究验证了光纤探针应用于油气井持气率测量的可行性,为后续的工程应用推广提供了理论依据和实际指导。     

基于光纤传感器的油气水三相流持气率测井仪

针对测井过程中油气水三相流的含气率的测量问题,本文研究了用于测量含气率的集流型光纤探针测井仪器。首先设计了测井仪器的系统,并对光纤探针法测含气率原理做了分析,其次确定了光纤探针测量含气率的最优探头角度,最后设计了光纤探针传感器驱动电路。     

一种新型光纤光栅F-P电流传感器系统

基于磁致伸缩效应和F-P干涉原理,对传统内腔式光纤F-P传感器进行了改进,通过在一根单模光纤上制作两个参数完全相同的光纤布拉格光栅(FBG),作为F-P腔的两个反射面,设计出一种新型光纤电流传感器.与传统的基于F-P干涉仪原理的光纤传感器相比,该传感器不再将光强作为直接测量值,而是通过测量光强变化频率(数字量)实现对电流强度的测量,避免了直接测量模拟信号带来的较大误差,使传感器具有较强的抗干扰能力和稳定性.首先分析了该传感器的工作原理,然后给出了传感器系统的设计方案,最后用实验进行了验证,当交流电流在0～3 A变化时,实验数据与理论计算的结果相当吻合.     

基于分布式光纤缠绕技术的油水两相测量

油水两相的流量与相含率测量一直以来都是石油开发的难点,本文提出将分布式光纤声波传感(distributed acoustic sensing,DAS) 技术用于油水两相流体的油管管壁信号的采集与传输,湍流涡流作用和流体声波信号的叠加可使管壁缠绕的光纤发生轴向拉伸,测得光纤相位幅值用于计算混合流量与相含率。为了提高光纤对振动信号 的测量精度,设计了一种缠绕光纤传感模型,分析了缠绕螺距与紧密缠绕的圈数两个参数对管壁振动幅值与声波沿光纤轴向传播速度的影响,实验验证了其中3种缠绕方式,可知间隔螺距0.02 m紧密缠绕4圈时可以更准确实现管壁振动与流体声波传播速度的测量,测得的光纤相位幅值标准差与管内流量曲线拟合度均达94%,计算的声速与含油率的关系曲线与理论完全相符。     

测量大数值孔径光学系统小光斑的方法

介绍了一种小孔扫描测量大数值孔径光学系统小光斑的方法。利用近场光学显微镜的光纤探针采样技术和压电陶瓷扫描技术 ,可对光学系统小光斑的光强分布进行高空间分辨的测量。由于光纤探针采样点的大小为几十纳米或更小 ,压电陶瓷扫描间距为几纳米或更小 ,因此该方法特别适合大数值孔径光学系统小光斑的测量。实验证明 ,采用该方法 ,测量的空间分辨率可达 5 0～ 10 0nm左右。     

基于蒙特卡罗模拟的光纤浊度传感器

在后向散射式浊度测量方法的基础上,采用光纤传感技术,设计了一种Y形光纤束探头结构的浊度传感器,并在光纤束探头前端配置平面镜作为光反射配合目标。根据朗伯比尔定律通过实验研究了消光系数与浊度的线性关系,基于蒙特卡罗法建立了待测液中的光子散射模型,模拟不同检测情形下的传感器接收光强,优化得到光纤束到平面镜的最佳距离。标定接收光强与消光系数的关系曲线用于测量。此法简单高效,能检测消光系数低至0.059cm-1的水质,平面镜的有效使用将传感器灵敏度提高10倍以上。此传感器可用于便携式检测,结合空分和时分复用技术可实现在线监测。     

一种用于真空度测量的光纤传感器

介绍了一种用于测量真空度的光纤传感器,该传感器利用参考腔室中金属薄膜随系统真空度变化而产生线性形变的原理,采用一对450μm芯径的光学光纤分别做发射与接收光纤,通过测量基于光纤和金属薄膜的相对位移对反射光强信号的调制量,来确定真空度的变化。给出了该传感器探头的结构设计,并通过实验确定了光纤的最佳排列方式及初始位置。实验表明,在一定条件下该传感器所测得的反射光强信号和真空度的变化呈线性关系,并且具有良好的重复性。     

新型智能结构中埋入式曲率光纤传感器的研究

研制了一种新型埋入式曲率光纤传感器,以结构的曲率变形对传感器的输出光强实现强度调制。提出了该传感器的传感机理,对传感器的结构作了改进。将此传感器埋入树脂基复合材料板内部,测量板的弯曲变形。设计了一种智能结构中光纤出口和入口处的新型结构和保护方法。利用此曲率传感器组成准分布式传感系统检测智能结构的形状变化,重建智能结构的形状。     

双通道抛物线型多模光纤位移传感器输出特性

本文根据稳态输入条件下光纤输出光强的远场分布导出了发射光纤折射率为抛物线型分布时,双通道非对称光强反射式位移传感器的输出特性参量ф与移位d的关系,理论计算和实际测量的表明,输出特性曲线不存在所谓的光峰结构,输出特性参量φ与位移d是一一对应的单值关系。这种光纤位移传感器的灵敏度仅决定于传感器的结构参数,与不纤中传输的光强无关。改变传感器的结构参数即可改变传感器的测量范围和灵敏度。     

微型反射式横向位移光纤传感器研究

提出了一种测量横向位移的微型反射式光纤传感器，可用于测量物体相对传感器轴线垂直方向的微位移变化量。从光纤出射光场的光强分布函数出发，用数值积分的方法求解出了反射式横向位移传感器的光强调制曲线，进而设计了光纤传感探头和电路。结果表明，传感器的测量线性范围是1mm，分辨率达lμm。     

光纤表面等离子体波共振温度传感器的研究

根据液体折射率随温度变化而改变的特性，提出了一种基于表面等离子体波共振(SPR)效应的新型光纤温度传感器，分析了表面等离子体波共振光纤探头感应环境温度变化的原理。对表面等离子体波共振探头结构进行了优化设计，并进行了相关实验，为实现高折射率液体介质的感温测试和扩大测温范围提供依据。通过自行设计的一套光纤温度传感测试系统，得到系统输出的表面等离子体波共振光谱信号随温度变化的特性曲线，并提出对共振波长和最小光强反射率进行实时双参数测量的方法。实验结果表明，该测试系统具有结构简单、全光纤化、易远程测量等优点。     

基于保偏光纤模式干涉的温度传感技术

基于Sagnac光纤干涉仪偏振非互易的光纤温度传感器的理论、方案和相关技术,利用光强度直接测量的信号检测技术,实现了单点温度传感并进行了实验验证.实验和测试表明:这种温度传感器达到了0.01℃的温度分辨率和稳定性,通过改变温度传感头的长度和传感保偏光纤的双折射率,可方便地调节其测量范围.同时又提出了一种新的反射型保偏光纤温度传感方案并研制出微小型保偏光纤温度传感头.在此基础上,实现了多点温度测量,研制出大型变压器绕组温度监控用多点温度传感系统,在0～200 ℃的温度范围内达到了0.5℃的测量精度和分辨率,研制的传感头满足高电压绝缘和热油、热蒸汽的恶劣环境要求.     

变压器油中溶解一氧化碳气体的光纤传感技术

为了满足变压器中绝缘纸板因过热或者放电故障产生的一氧化碳气体的在线监测需求, 提出了一种基于光纤光声传感的油中溶解一氧化碳气体检测技术。采用光声光谱气体检测技术、并结合光纤传感和膜分离技术, 设计了集成油气分离和气体检测功能于一体的光纤光声传感探头, 油中溶解的一氧化碳气体通过油气分离膜进入到光纤探头中的微型气腔; 采用两根光纤将探头连接到解调仪器, 分别传输近红外激发光和探测光; 气体吸收光能产生的光声信号被光纤法布里-珀罗传感器探测, 并被设计的光纤光声解调模块进行信号处理, 获得系统对一氧化碳气体体积分数的检测灵敏度为0.345pm/10-6。结果表明, 所设计的光纤传感系统对油中溶解一氧化碳气体体积分数检出限达到5×10-6。该研究具有精度高、抗电磁干扰、脱气简单的优势, 为变压器油中溶解一氧化碳气体的检测提供了新方法。     

基于光声光谱法的光纤气体传感器研究

论述了光声光谱信号的产生。提出用光纤相位传感器代替传统的微音器检测光声信号 ,讨论了光纤中光波的相位变化与光声信号的关系。设计了光学长程结构 ,有效增加了对光功率的吸收。用染料激光器作光源对SO2气体浓度进行测量。实验表明 ,最低检测灵敏度可达 1 2× 10 -10 。由于采用光谱技术与光纤技术相结合 ,使研制的传感器具有较高的灵敏度 ,信号的传输通道具有强的抗电磁干扰及防燃防爆能力。气体探头体积小 ,响应速度较快。信号处理电路具有较强的抑制噪声干扰能力。该传感器及其系统在灵敏度、精度、响应时间等性能指标上达到了检测气体含量要求     

Design of distributed Raman temperature sensing system based on single-mode optical fiber

The distributed optical fiber temperature sensor system based on Raman scattering has developed rapidly since it was invented in 1970s. The optical wavelengths used in most of the distributed temperature optical fiber sensor system based on the Raman scattering are around from 840 to 1330 nm, and the system operates with multimode optical fibers. However, this wavelength range is not suitable for long-distance transmission due to the high attenuation and dispersion of the transmission optical fiber. A novel distributed optical fiber Raman temperature sensor system based on standard single-mode optical fiber is proposed. The system employs the wavelength of 1550 nm as the probe light and the standard communication optical fiber as the sensing medium to increase the sensing distance. This system mainly includes three modules: the probe light transmitting module, the light magnifying and transmission module, and the signal acquisition module.     

Oblique-tip fiber-optic sensors for multiphase fluid discrimination

This paper describes several novel designs of fiberoptic sensor made from standard silica fibers with plane oblique facets polished at the fiber tip, and various surface treatments. All use the phenomenon of total internal reflection (TIR) to distinguish drops, bubbles or other moieties of immiscible fluids in a multiphase flow, on the basis of contrast in refractive index. Surface treatments for control of wettability can be critical to some of the conceptions. Depending on the geometry chosen, sensors with quasibinary outputs may be made to distinguish various pairs of immiscible fluids (liquid/gas or oil/“not-oil”). Sensor pairs may then be used for discrimination of three mutually immiscible phases (oil, water, gas) in complex flows. Example outputs from prototype sensors in laboratory test flows are shown     

压力式光纤液位传感器

压力式光纤液位传感器是根据液体高度不同产生的压强不同的原理来检测液位的.由于光纤具有耐高温、耐腐蚀等优点,因此压力式光纤液位传感器可以与液体接触,这便使它具有了更为广泛的应用前景.文章综述了六种压力式液位传感器,并介绍了它们的原理、结构、特点和发展状况.     

Design of Laser Radar Fiber Optic Liquid Level Sensor System

A novel fiber optic liquid level sensor based on laser radar(ladar)is reported here.Using the perfect technique of ladar in which the phase of amplitude modulated light wave reflected from the liquid suface is compared with that of original modulation signal,the disance can be measured precisely.A special symmetric compensating coaxial optical system is proposed to eliminate many adverse effects.It realized the one-time electronic-free optical measurement on a simulated oil tank and achieves an accuracy of 0.3%.,within a temperature range of -10℃- 40℃ over a measuring of 0-10m。     

光纤形态传感器研究进展

光纤形态传感技术是解决柔性体形态测量、光电缆实时形态跟踪、医疗介入针轨迹实时跟踪等3D形态恢复问题的创新型技术方案。光纤形态传感技术以光纤作为敏感元件,传感器具有结构简单、易于嵌入安装、测量不需要视觉接触、耐腐蚀,以及抗电磁干扰等优点,适用于水下、地下等复杂环境中的大尺度结构形态测量。近年来,光纤形态传感器受到了越来越多的关注,文章综述了光纤形态传感技术的最新研究进展,以一维曲率传感器、全向型曲率传感器和空间形态传感器为线索,介绍了各阶段传感器的研究现状以及面临的挑战。