[發明專利]一種光纖溫度壓力傳感器及其探頭

有效

• 申請號: 201210064655.6
• 申請日: 2012-03-13
• 公開（公告）號: CN102587893A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 趙維崧;劉小會;呂京生
• 申請（專利權）人: 山東省科學院激光研究所
• 主分類號: E21B47/06
• 分類號: E21B47/06
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司 37205
• 代理人: 曲志波

技術領域

本發明涉及到一種光纖溫度壓力傳感器及其探頭。

背景技術

目前我國在稠油井井下溫度壓力監測中，主要使用電子類傳感器。但是稠油井井下環境非常惡劣，井下的高溫、高壓以及液氣腐蝕容易導致井下傳感器的失效，電子類傳感器往往采用存儲式測量，這種測量方式需要將傳感器放入保溫瓶內，然后放入井下，在一定時間段內測量，超過這個時間段則必須將傳感器從井下取出，否則就會失效，而且無法實現實時在線監測。目前國外有一些電子類傳感器可以作到實時在線監測，但是使用這種傳感器測量時，也需要將傳感器放入保溫瓶中，同時也有測量的時間限制，無法作到長期實時在線監測。

光纖傳感器，因其采用石英玻璃光纖作為傳感器核心元件，故而對于高溫高壓以及液氣腐蝕的耐受能力遠遠高于電子類傳感器。目前應用于油井測量的光纖傳感器分為兩種：光纖光柵傳感器和光纖法布里帕羅腔傳感器。光纖光柵傳感器是通過對光纖光柵的特殊封裝使其對待測參量敏感，并通過光纖光柵波長的變化來測量待測參量的大小及方向，例如溫度、應變、應力、位移、速度和加速度等。光纖光柵的封裝方式決定了光纖光柵傳感器的性能，如測量精度、量程、穩定性、工作環境影響、使用壽命等等。目前光纖光柵的封裝方式一般有兩種：膠封裝以及金屬化封裝。膠封裝就是使用膠將光柵兩端固定的方式，金屬化封裝就是利用化學鍍將光柵兩端鍍上金屬層，然后利用金屬層進行焊接固定的方式。然而經過膠封裝和金屬化封裝的光纖光柵傳感器在高溫環境下都會發生明顯的蠕變現象，即封裝固定點移動，這就造成了零點漂移，對傳感器的精度和穩定性有很大的影響，不適用于油井井下環境的測量。相對來說，目前用于油井測量的光纖法布里帕羅腔傳感器核心元件是由高純石英玻璃制成，傳統結構一般是將兩根單模石英光纖通過膠封裝或者焊接封裝的方式固定在一根石英玻璃管內。這種傳感器具有耐高溫、量程大、精度高、穩定性和重復性好、使用壽命長等優點。但是，光纖法布里帕羅腔與金屬外殼的封裝方式一直以來都是通過膠粘或者金屬化封裝的方式實現密封固定，在油田的長期應用中發現，這兩種聯接方式在油井中并不穩定，非常容易在封裝的位置造成泄露，因為膠會與油井中的液氣成分在高溫下發生化學反應，即液氣成分會對膠造成腐蝕，油井中的液氣就會沿腐蝕部位流入傳感器內部，從而造成光纖法布里帕羅腔傳感器的損壞以及信號傳輸的中斷；而金屬化封裝的傳感器探頭在金屬化封裝部位易受井下液氣腐蝕，也很容易泄露。鑒于玻璃焊接采用的玻璃焊料具有耐高溫、耐腐蝕、密封性能好等特點，光纖法布里帕羅腔傳感器封裝的最佳方案，是采用玻璃焊接的方式將光纖法布里帕羅腔與傳感器金屬部件密封固定在一起。但是光纖法布里帕羅腔的材質主要是石英玻璃，其熱膨脹系數與金屬差異很大，在進行玻璃焊接的時候，焊接部位的高溫與急速降溫現象很容易造成光纖法布里帕羅腔的損壞，致使其失效或者無法耐受高溫高壓。

另一方面，傳統的光纖法布里帕羅腔傳感器的這種封裝方式決定了傳感器核心元件與金屬外殼聯接之后不可拆卸，必須將傳感器整體封裝完畢之后才能進行測試以及標定，若在測試及標定過程中發生傳感器失效或者損壞的情況，則必須將整只傳感器報廢，大大降低了成品率，延長了產品生產周期。

發明內容

本發明的目的是為了提供一種油井下實用的光纖溫度壓力傳感器探頭，采用玻璃焊接及機械卡緊密封的封裝工藝，具有徑向尺寸小、密封性好、測量精度高、使用壽命長、長期監測穩定性好等特點，并可適用于所有流體壓強及溫度的實時在線測量。傳感器探頭的核心元件為獨立元件，可以獨立進行測試及標定，與金屬外殼封裝聯接后，可以用于油井的測量。

本發明所采用的技術方案是：一種光纖溫度壓力傳感器探頭，它包括主體保護套筒以及固定設置于主體保護套筒一端的主體套筒，其特征是在主體套筒兩端分別固定設置有光纖法布里帕羅腔保護套筒和光纖光柵保護件，光纖法布里帕羅腔保護套筒插入到主體保護套筒中；

在光纖法布里帕羅腔保護套筒上與主體套筒相對的一端固定設置有石英玻璃進壓管；

在主體套筒中固定設置插芯，在插芯中設置有由石英玻璃毛細管以及自石英玻璃毛細管兩端插入并固定的第一光纖段和第二光纖段，在石英玻璃毛細管中保持間隔的第一光纖段和第二光纖段組成光纖法布里帕羅腔；所述插芯與石英玻璃毛細管之間的配合方式為間隙配合且使用玻璃焊料焊接的方式密封固定；

在第一光纖段上設置有光柵，光柵兩端用高溫密封膠粘接在光纖光柵保護件上且使所述光柵保持一定弧度的彎曲，并處于不受力自由狀態，作為光纖溫度傳感器。