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。     

用于油井相含率测量的光纤探针传感器研究

针对地面成熟三相流相含率测量传感器无法适应井下高温高压腐蚀的复杂环境,现有井下测量设备复杂,需要多种传感器和探头联合才能实现三相流相含率测量的问题,设计了一种光纤探针传感器。以蓝宝石作为光纤探针的前端敏感材料,利用气相和液相对光的折射率不同,通过检测探针反射光的光强来分辨光纤探针处于气相还是液相。通过检测经探针耦合进光纤的荧光光强分辨水相还是油相,从而实现单一探针传感器对油井内油相、水相、气相三相相含率的测量。     

高温高压油气井下光纤光栅传感器的应用研究

设计并研制了耐高温、高压、防腐蚀、抗氧化和具有温度补偿功能的双光纤光栅(FBG)传感器.采用高温恒弹合金作为FBG的基底材料和耐高温、高强度的粘接胶,将压力传感FBG和温度传感FBG与基底材料封装为一体,组成温度和压力双FBG传感器.实验室标定表明,压力检测范围为0~20MPa,温度检测范围为0~315℃;压力响应灵敏...     

新型高灵敏长周期光纤光栅溶胶凝胶气敏传感器

通过在长周期光纤光栅包层外涂覆一层溶胶凝胶气敏薄膜,设计了一种新型高灵敏光气敏传感器,折射率分辨率高达10-8.研究了传感器灵敏度随薄膜参数与光栅参量的变化关系,给出了高灵敏度所需的最佳参数设计范围.实验上成功制作了镀膜光纤光栅乙醇传感器.     

基于光纤传感器的变压器油在线监测

变压器油的击穿监测对变压器运行起着至关重要的作用。尽早发现变压器油中的击穿故障可以防止变压器的灾难性损失。本文介绍了一种基于光纤传感器的变压器绝缘击穿监测方法,击穿电压测量试验采用符合IEC156标准的间距为2.5mm的双球形电极。采用阶跃折射率多模聚合物光纤传感器,对六种变压器油进行监测,观察变压器油击穿前后光纤传感器输出电压的变化。结果表明,变压器油发生击穿后,由于变压器油含水量增加,折射率增大,光纤传感器输出电压增加。因此,可以通过光纤传感器来实现变压器油的在线监测。     

基于长周期光纤光栅的光纤液位传感器

为了测量液位在警戒值附近变化的情况, 采用新款光纤熔接机制作了一种基于锥形结构的长周期光纤光栅测量液位的光纤传感器, 对传感器进行了理论分析, 搭建了液位传感实验系统, 根据传感器对外界环境的折射率灵敏度, 测量浸没在液体中的光纤长度。结果表明, 在0 mm~12 mm的液位测量范围内, 光纤液位传感器的峰值波长灵敏度和透射功率灵敏度分别是0.700 nm/mm和1.377 dB/nm。该传感器对液位变化测量较为准确, 且采用刻栅方式可有效解决传统长周期光纤光栅中存在的非对称模耦合和偏振依赖性高等问题, 同时具有制作简单、成本低和应用前景广泛等优点。     

基于光纤光栅的分布式传感器

分布式传感器是光纤光栅的重要应用方面之一。本文较全面地介绍光纤光栅分布传感器的各种结构和检测方法，分析讨论了它们的特点和性能。     

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...     

基于倾斜光纤光栅的温度不敏感振动传感器

提出了一种基于倾斜光纤光栅与多模光纤相结合的温度不敏感振动传感器,其振动传感头是在倾斜光纤光栅与单模光纤之间加入一小段多模光纤所组成。倾斜光纤光栅的反射光谱有布拉格模和包层模两部分组成,其中多模光纤的作用是将倾斜光纤光栅反射包层模耦合到单模光纤的基模。倾斜光纤光栅包层模对外界振动很敏感,通过传感器的包层模平均输出功率完成对外界振动物理量测量。由于采用强度解调的方式,可以大大降低传感器装置的复杂性。实验表明：当传感器温度从20 ℃上升到70 ℃时,传感器的输出平均光功率均方根误差为0.01 μW,其反射光谱平均输出功率影响很小,故可以避免外界温度对测量结果的影响。     

一种光纤树脂流动监测传感器

开发了一种用于树脂流动监测的新型光纤传感器。该传感器由普通多模光纤制作而成,介绍了该传感器工作原理与制作方法。利用该传感器进行了工艺监测实验,结果表明,该传感器能很好地捕捉到树脂流动前峰的发展,适合用于树脂流动监测。     

光纤传感器在机械设备检测中的应用

阐述了光纤传感器在国内外桥梁检测及其他领域中的应用状况,并论述了光纤传感器在诸多重要领域中可发挥的独特优势.此外,还对光纤传感器的基本组成、原理、分类及工作特点进行了介绍.由于在大型机械设备的检测中,不能破坏检测对象,因而重点介绍了光纤传感器在大型机械设备检测中的应用.根据光纤传感器的诸多特点及在桥梁检测中的应用,光纤传感器能够满足机械设备的检测要求,实现对机械设备的无损检测.     

基于双光纤布拉格光栅的流速传感器

设计了一种基于双光纤布拉格光栅的新型流速传感器,它包括双光纤光栅压强传感机构和文丘里管.导出了双光纤布拉格光栅的波长漂移差与流速的关系.压强传感机构中的密闭铝箔管横截面两边的压力差导致等腰三角形悬臂梁变形,从而导致安装在悬臂梁两边的光纤布拉格光栅的布拉格波长漂移.通过检测两个布拉格光栅的波长漂移差,得到被测流体的流速.双光纤布拉格光栅通过补偿温度效应,解决了光纤布拉格光栅传感器的交叉敏感问题.该流速传感器的动态测量范围为8～200mm/s.实验表明,双光纤布拉格光栅的中心波长随流速的增加分别向长波和短波方向漂移,而带宽几乎不变,实验和理论符合得较好,该设计方案是切实可行的.

Abstract：

By using the fiber grating pressure sensing setup and Venturi tube,a novel flow velocity sensor based on double fiber Bragg gratings (FBGs) is proposed.The relationship between the flow velocity and the wavelength shift difference is derived.The pressure difference of the two sides of the cross section of the aluminum foil tube in the pressure sensing setup results in the distortion of an isosceles triangle cantilever structure.And the distortion results in the Bragg wavelength shift of the FBGs mounted at either side of the cantilever.By monitoring the wavelength shift difference of the two FBGs,the flow velocity can be obtained.The cross sensitive problem can be solved by compensating the temperature effect.Experimental results are in good agreement with theoretical analysis.The central wavelength of two FBGs shifts to the shorter and longer wavelength respectively with the rise of the flow velocity,while the bandwidth is almost unchanged.The experimental results verify the feasibility of the proposed sensor with a measurement range of 8~200 mm/s.     

一种基于微弯效应的光纤液位传感器的研制

研制了一种用于测量储油罐油位的光纤传感系统，介绍了完整的研制过程。传感头是利用光纤的微弯效应制成的压力传感器，用耐油铝塑管对光纤和传感头进行封装。样机实测显示，最大非线性度为2．9％，灵敏度为14．5mV／l0．8mV／kPa。本系统结构简单，成本低廉，非常适用于要求防燃、防爆和耐腐蚀等场合的液位测量。     

A Passive Optical Fiber Current Sensor Based on YIG

A research on passive optical fiber current sensor based on magneto-optical crystal and a new design of light path of the sensor head are presented. Both methods of dual-channel optical detection of the polarization state of the output light and signal processing are proposed. Signal processing can obtain the linear output of the current measurement of the wire more conveniently. Theoretical analysis on the magnetooptical fiber current sensor is given, followed by experiments. After that, further analysis is made according to the results, which leads to clarifying the exiting problems and their placements.     

基于U形塑料光纤的氧气传感器

报道了一种基于荧光猝灭原理的光纤氧气传感器.采用塑料光纤作为传感和传光元件进行氧气传感,传感头制成U形.以邻菲咯啉钌作为荧光标记物,用溶胶-凝胶法制备敏感材料.采用相移法来实现对荧光寿命的测定.测量了不同弯曲半径传感头对氧气传感的灵敏度,发现当U形光纤的弯曲半径较小时系统的灵敏度较高.对荧光寿命和氧气浓度的关系进行了测量,发现二者呈哑线性关系,提出双荧光体模型解释这一实验现象.     

一种基于双模干涉的光纤折射率传感器

为实现高灵敏度的折射率测量,设计了一种基于双模干涉的光纤折射率传感器,该传感器为单模-多模-单模光纤(SMS)结构,其中单模光纤和多模光纤具有相同的直径和纤芯折射率。剥去多模光纤的包层,将其置于待测环境中,多模光纤中激发出的两个模式之间会发生干涉,当待测环境折射率发生变化时,干涉谱中的波谷会发生移动,可根据光谱中波谷的移动量来实现对折射率的测量。利用FDTD Solutions软件进行仿真模拟,得到不同折射率下的干涉谱,结果表明,位于1517.32nm的干涉谷对折射率的敏感度为1848.2nm/RIU,最小分辨率误差仅为2.74×10-5RIU。该传感器较传统光纤传感器而言,结构简单,有着高灵敏度、低分辨率误差等优点,应用前景广阔。     

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.