[發(fā)明專利]一種基于低啟動(dòng)流光纖光柵流量傳感器及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910876284.3
• 申請(qǐng)日: 2019-09-17
• 公開（公告）號(hào): CN110579250A
• 公開（公告）日: 2019-12-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 喬學(xué)光;馬雯雯;張?zhí)煳?/a>;周銳;高宏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北大學(xué)
• 主分類號(hào): G01F1/66
• 分類號(hào): G01F1/66;G01F1/68
• 代理公司: 61202 西安西達(dá)專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 劉華

一種基于低啟動(dòng)流光纖光柵流量傳感器及其制備方法，光纖光柵具有很好的溫度線性響應(yīng)特性，而MHC加熱陶瓷具有很好的加熱和傳熱特性，將光纖光柵封裝在加熱陶瓷管的中心，空隙部分填充用高導(dǎo)熱材料納米鎢粉，制成光纖光柵流量傳感器。當(dāng)流體流過傳感器的過程中帶走部分熱量，導(dǎo)致光纖光柵的波長(zhǎng)發(fā)生漂移。其中光柵被保護(hù)在陶瓷套管中避免與流體直接接觸，同時(shí)避免了流體對(duì)光纖光柵沖擊彎曲干擾。該傳感器的外徑5.5mm,長(zhǎng)度70mm，相比傳統(tǒng)光纖流量傳感器，該傳感器體積小有效減少湍流對(duì)傳感器測(cè)量的影響。本發(fā)明為光電復(fù)合光纜的光纖光柵流量傳感器，傳感器成本低，體積小，耐腐蝕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高，響應(yīng)時(shí)間快，適用于流量范圍5?100 m³/d實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光纖傳感器技術(shù)領(lǐng)域，涉及基于熱線式傳感機(jī)理的適應(yīng)于低啟動(dòng)流速下的光纖光柵流量傳感器，具體涉及一種基于低啟動(dòng)流光纖光柵流量傳感器及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著石油不斷開采，淺層能源已被開采完，人類又向深層能源開始不斷挖掘，井下石油和表面管道系統(tǒng)的石油生產(chǎn)是產(chǎn)油率的關(guān)鍵測(cè)量參數(shù)，在一個(gè)大的動(dòng)態(tài)范圍，單相或多相流體流量的實(shí)時(shí)在線的監(jiān)測(cè)測(cè)量，并使其具有精度高，可靠性好，成本效益低，是一個(gè)瓶頸問題，它對(duì)石油工業(yè)實(shí)現(xiàn)全面的經(jīng)濟(jì)潛力能產(chǎn)生重大影響。通常情況下，傳統(tǒng)的單相流體流量計(jì)的電信號(hào)輸出操作是電氣傳感元件和機(jī)械設(shè)備的組合。流體流動(dòng)是通過監(jiān)測(cè)參數(shù)的變化，如渦輪的頻率,渦旋脫落引起的振動(dòng)頻率，或者流體流動(dòng)引起的壓力。由于油井油田是在惡劣的環(huán)境下，包括高壓、空間狹小和腐蝕性物質(zhì)的存在，所以如電氣葉輪式流量計(jì)，渦輪流量計(jì)，基于振動(dòng)的流量計(jì)和皮托管流量計(jì)都是不適合應(yīng)用的。新型光纖流量傳感器是一種新的光學(xué)傳感器，由于流體的光信號(hào)強(qiáng)度，頻率，相位和波長(zhǎng)調(diào)制的特點(diǎn)，它有別于傳統(tǒng)的流量傳感器具有耐腐蝕，小巧，抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)。但對(duì)于深層油田的產(chǎn)油率低，因此對(duì)傳感器的靈敏度要求更高，現(xiàn)有的光纖流量傳感器不能滿足低啟動(dòng)流的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于低啟動(dòng)流光纖光柵流量傳感器及其制備方法，克服5-100m³/d的低啟動(dòng)流、大范圍的流量傳感器，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高靈敏度并響應(yīng)時(shí)間快的用于實(shí)時(shí)井中的基于熱線式傳感機(jī)理的光纖光柵流量傳感器。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種基于低啟動(dòng)流光纖光柵流量傳感器，包括高溫陶瓷金屬陶瓷發(fā)熱體氧化鋁加熱管（1），其特征在于，高溫陶瓷金屬陶瓷發(fā)熱體氧化鋁加熱管（1）內(nèi)懸空光纖光柵（3），電極引腳（4）相反端通過353膠體將光纖光柵（3）固定在高溫陶瓷金屬陶瓷發(fā)熱體氧化鋁加熱管（1）中心，光纖光柵（3）與高溫陶瓷金屬陶瓷發(fā)熱體氧化鋁加熱管（1）之間縫隙填充高純納米鎢粉（2），導(dǎo)線連接電極引腳（4）。

一種基于低啟動(dòng)流光纖光柵流量傳感器的制作方法，其特征在于，包括以下步驟：

1）將光纖光柵（3）懸空在高溫陶瓷金屬陶瓷發(fā)熱體氧化鋁加熱管（1）中；

2）然后在電極引腳的相反端用353膠體將光纖光柵（3）固定在高溫陶瓷金屬陶瓷發(fā)熱體氧化鋁加熱管（1）的中心；

3）然后將高純納米鎢粉（2）填充高溫陶瓷金屬陶瓷發(fā)熱體氧化鋁加熱管（1）與光纖光柵（3）之間的空隙，用細(xì)鐵絲壓實(shí)鎢粉（2），最后用導(dǎo)線連接電極引腳（4），傳感器制作完成。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明基于熱線式傳感機(jī)理和高靈敏度光纖光柵溫度結(jié)合的高靈敏度光纖低啟動(dòng)流流量傳感器，該傳感器適用于現(xiàn)有的光電復(fù)合光纜井中測(cè)試需求，傳感器靈敏度高、響應(yīng)時(shí)間快以及體積小實(shí)現(xiàn)了油田開采的實(shí)時(shí)流速監(jiān)測(cè)。實(shí)現(xiàn)了流量檢測(cè)范圍為5-100m³/d，流速范圍約0.073m/s-0.147m/s的測(cè)量。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的光纖光柵流量傳感器示意圖。