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。     

基于物质吸光度的气液两相流相含率测量模型

为了建立近红外信号特性与气液两相流不同流型相含率的关系,本文基于朗伯-比尔定律及物质的吸光度,对近红外接收信号与气液两相流相含率的关系进行了探究.将八通道近红外检测装置安装在河北大学多相流实验系统,并针对泡状流、环状流、弹状流三种流型下共87组工况点进行了多组实验,针对不同流型建立了相应的相含率测量模型,其中泡状流模型...     

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。     

用于测量折射率的光纤迈克尔逊干涉型传感器

提出了一种基于单模光纤-四芯光纤-薄芯光纤(SMF-FCF-TCF)迈克尔逊干涉结构的折射率传感器。采用直接熔接的方式将各光纤进行熔接,由于各光纤之间纤芯的直径不匹配,因此在光纤的熔接处会发生光的激发和耦合。薄芯光纤端面涂覆有一层银面反射膜并用紫外固化胶进行保护来增强光在端面的反射率。四芯光纤作为传感结构中的耦合器,激发了更多的光进入薄芯光纤的包层中,提升了传感器的灵敏度。对传感器的折射率和温度传感特性分别进行了实验探究,实验结果表明,在折射率1.3333~1.3794范围内的灵敏度为137.317 nm/RIU,线性度为0.999,并且温度对传感器的影响较小。该传感结构熔接方式简单,在折射率测量领域具有一定的应用前景。     

微型光纤F-P传感器用于材料热膨胀系数的测量

针对传统方法测量材料热膨胀系数受外界环境因素 影响较大和测试方法较为复杂,提出了 一种采用微型光纤法布里-珀罗(F-P)传感器测定光纤自身以及金属Al件热膨胀系数的 新方法。 采用HF腐蚀光纤的方式制作F-P传感器的工艺,在30～120℃的温度 范围内测得裸光纤的热膨胀系数为 5.2E-8K-1,同时将F-P传感器粘贴在金属Al件上,测得金属Al的热膨胀系数为23.25 E-8K-1。实验结果对比材 料自身在常温下的理论值具备很高的一致性,分析了误差产生的原因。实验结果表明,微型 光纤F-P传感器的制作工艺简单,测试方法稳定可靠,同时可以推广至高低温等恶劣环境下 的应用。     

探针式结构极大倾角光纤光栅传感器特性研究

针对透射式极大倾角光纤光栅(ExTFG)在工程应用中结构不紧凑、使用不便等问题,该文提出了基于探针式结构的ExTFG传感器。分析了探针式结构的ExTFG的光路原理,提出其制作方法,搭建了探针式结构ExTFG的传感系统,实验研究了在距离ExTFG末端不同位置进行切割并镀银膜构成的传感器探针光谱特性,使用毛细管封装端面,增加传感器稳定性;最后分析探针式结构ExTFG的折射率传感特性。结果表明,对应的切割端面距离栅区越近,谐振峰的损耗越小;相比透射式ExTFG,探针式结构ExTFG的TM模和TE模的折射率灵敏度分别提高了约11.21%与8.09%,在实际应用中更适用。     

用于单细胞研究的纳米光纤生物传感器

介绍了用于单细胞研究的纳米光纤生物传感器及其进展,系统给出了纳米光纤生物传感器的构成、原理和在检测单细胞方面的应用.     

光纤探针粗糙度测量原理的探讨

本文利用光纤传感技术提出了粗糙度测量的一种新原理－“光纤探针”针描法粗糙度测量原理。文中给出了基本理论分析和初步实验结果。     

光纤倏逝波传感器探针灵敏度分析

针对直线型光纤探针结构特点,从倏逝波场能量的角度对探针的灵敏度进行理论建模,推导出探针平均倏逝波吸收系数的表达式.在此基础上从探针锥型长度与纤芯半径的匹配关系、入射角度、溶液折射率这几个方面对灵敏度的影响进行实例计算.计算结果表明:在探针长度一定时,合理的选择锥型长度与纤芯半径能有效地提高探针灵敏度,实例中最高有接近69倍的差别.同时入射角越靠近全反射角,溶液折射率越大,则探针的灵敏度越高.最后通过实验研究表明,实验结果与理论计算具有一致性.     

用于海洋井下温度检测的反射式光纤传感器及补偿技术

利用半导体材料吸收光谱的临界极限值随温度变化发生移动而导致出射光强改变的特性 ,实现了海洋井下温度的检测。描述了反射式光纤传感器的结构和测量原理。提出了共光路参考测量结构的设计和节点式误差补偿技术 ,详细的理论分析表明 ,提出的传感器系统可以有效地改善光源强度波动、光电探测器件的响应度和电路的放大倍数差异等对测量带来的误差影响 ,从而可以适应海洋井下长期恶劣的工作环境 ,保证一定的测量稳定性。该传感器可以实现 - 2 0～ 175℃的温度测量范围。     

差分吸收式光纤甲烷气体传感器的研究

根据甲烷气体的吸收光谱 ,研究了用 L ED作光源的差分吸收式光纤甲烷气体传感器。选择两个同型号 L ED光源作为差分吸收信号 ,光源驱动器自动实行交替斩波。建立了气体浓度差分吸收的数学模型 ,给出了甲烷气体浓度的测量结果。实验表明该仪器的测量灵敏度达到 2× 10 - 4。     

基于双波长解调的光纤干涉型传声器研究

提出了一种基于双波长解调的光纤法布里-珀罗(Fabry-Perot,FP)干涉型传声器,采用归一化算法和微分交叉相乘处理(DCM)算法,实现了声信号的准确还原.在归一化算法中,利用椭圆拟合,实现了两路波长光信号的归一化,减小了激光器输出波动对光纤FP干涉型传声器输出特性的影响;在DCM算法中,通过信号处理及滤波,实现了声信号的准确输出,减小了温度等环境因素对光纤FP干涉型传声器输出特性的影响.在实验中,采用对比法,测试了基于双波长解调的光纤FP干涉型传声器的特性,结果显示器件实现了灵敏度为210 mV/Pa、频率响应为100～3 15 0 H z的声信号测量,能够很好地应用于语音识别、噪声测量、空气声探测等领域.     

pH光纤化学传感器研究进展

介绍了pH光纤化学传感器的检测原理、酸碱指示剂的作用机理及其固定方法,比较了固定不同酸碱指示剂制备的pH光纤化学传感器的性能,并介绍了pH光纤化学传感器的几种光学检测方法,重点阐述了pH敏感材料和pH检测方法上的最新进展,最后展望了pH光纤化学传感器今后的研究发展趋势。     

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。     

光纤甲烷气体传感器

本文介绍了基于干涉法和光谱吸收法的光纤甲烷气体传感器系统的原理、设计和系统结构,并对它们进行了比较。采用光学测量方法,不仅能精确测量甲烷气体浓度,而且安全可靠。尤其在1．6654μm波长处,采用光谱吸收法测量甲烷气体浓度,可使传感系统的灵敏度变得更高。     

基于光纤的温度传感器

简单介绍了光纤温度传感器的原理及分类,并分别介绍了光纤Fabry-perot干涉型温度传感器、半导体吸收型光纤温度传感器、光纤光栅温度传感器的工作原理及最近几年来的研究现状,阐述了各种温度传感器的机理、实验装置和研究结果,最后对其进行了对比分析.     

基于菲涅耳反射的准分布式光纤温度传感器

基于菲涅耳反射原理和光时域反射(OTDR)技术,提出了一种新型的、结构简单的准分布式光纤温度传感器.传感器由两个端面抛光的光纤对接构成,并在两端面间隙中填充温敏材料.传感器周围温度变化改变温敏材料的折射率,从而引起菲涅耳反射强度的变化.将三个传感头串联,利用OTDR探测各传感器菲涅耳反射的微弱变化实现温度传感和传感器定位.在-30～80℃范围内,随着温度升高,该系统各个传感头的菲涅耳反射强度单调增大,且温度传感特性具有良好的重复性,同时具有极低的附加损耗.     

梯度折射率光纤探针的光学特征参数

解析梯度折射率(GRIN)光纤探针的光学特征参数,用于光学相干层析技术(OCT)探头超小型化的研究。在概述由单模光纤、无芯光纤和GRIN光纤镜头构成的GRIN光纤探针模型的基础上,定义GRIN光纤探针的工作距离和聚焦光斑尺寸等光学特征参数,并用高斯光束复参数矩阵变换的方法推导探针光学特征参数的数学表达式,提出了探针光学特征参数的验证方法。结果显示,当无芯光纤和GRIN光纤镜头长度分别为0.48mm和0.17mm时,理论计算的工作距离和聚焦光斑尺寸分别为1.05mm和28.2μm;实验测得的工作距离和聚焦光斑尺寸分别为1.0mm和28μm。理论计算与实测结果吻合,验证了GRIN光纤探针光学特征参数及其解析方法的有效性。