專利名稱：一種油田井下光纖流量傳感器的制作方法
技術領域：
:本發明涉及一種石油測井儀器，特別涉及一種油田井下光纖流量傳感器。
背景技術：
:目前用于液體流量測量的光纖傳感器有渦輪光纖流量傳感器、渦街光纖流量傳感器、多普勒光纖速度傳感器以及光纖光柵流量傳感器等。渦輪光纖流量傳感器結構簡單且信號處理方式簡單，但將光纖中的傳輸光通過空間光路投射到渦輪上，再接收反射光，以計數的方式實現流量測量，存在低流量渦輪無法啟動，以及石油對光的強烈吸收而導致反射光非常微弱等問題，因此無法滿足石油井下測試環境的要求。渦街光纖流量傳感器則利用流體通過某障礙物后形成兩個方向相反的渦流，對位于流體中的光纖產生振動或微彎，通過微彎損耗或振動頻率等探測實現流量的測量。這種方式需要將光纖放置石油中，由于光纖本身非常脆弱，因而也難以滿足石油井下測量環境的要求。多普勒光纖速度傳感器則利用光學多普勒效應，通過多普勒頻移量的測量，實現液體流速的精確測量，但同樣存在需要將光纖中傳輸的光投射到石油上，并接收其反射光來實現測量，同樣無法滿足石油井下流量測量的要求。作為目前使用最廣泛的光纖光柵傳感器也可以用來測量液體流量，其實現方法是在流體中安置壓力敏感元件，并將光纖光柵粘貼其上，在流體流動的作用下壓力敏感元件將產生應變，在應變作用下使光纖光柵反射波長的移動，測量出波長的移動就可實現流速和流量的測量。但存在光纖光柵高溫性能較差，以及安裝困難的問題，同樣難以滿足石油井下測量的環境要求
發明內容
:本發明要解決的技術問題是提供一種油田井下光纖流量傳感器，該裝置實現了不存在流體與光波的直接作用，能夠實現整體的密閉封裝，滿足高溫高壓惡劣環境下的流體流量測量，測量靈敏度高、測量精度高。克服了現有光纖傳感器無法滿足石油井下流量測量的環境要求的不足。本發明所采取的技術方案是:一種油田井下光纖流量傳感器，包括光源模塊；光源模塊與偏振控制器相連接，偏振控制器與光纖耦合器相連接，光纖耦合器分別與相位調制器、法拉第旋轉頭II和光電探測器相連接，相位調制器、法拉第旋轉器1、光纖壓力敏感頭I順次連接，法拉第旋轉頭II與光纖壓力敏感頭II相連接，光電探測器、放大電路、A/D轉換器、嵌入式計算機順次連接，光纖壓力敏感頭I和光纖壓力敏感頭II結構相同，光纖壓力敏感頭I和光纖壓力敏感頭II包括不銹鋼外殼，不銹鋼外殼內設置有耐高溫光纖，不銹鋼外殼和耐高溫光纖之間填充有密封材料，耐高溫光纖與自聚焦透鏡相連接，自聚焦透鏡前端設置增透膜玻璃板，增透膜玻璃板前端設置壓力敏感膜片。光源模塊采用波長為1310nm或1550nm的半導體激光器。光纖稱合器是分束比為50:50的2X2光纖稱合器。壓力 敏感膜片采用不銹鋼加工而成。
本發明的有益效果是:本發明由于不存在流體與光波的直接作用，因而能夠實現整體的密閉封裝，滿足高溫高壓惡劣環境下的流體流量測量，測量靈敏度高、測量精度高。
:下面結合附圖和具體實施方式
對本發明做進一步詳細的說明。圖1為本發明的結構示意圖。圖2為光纖壓力敏感頭的結構示意圖。
具體實施方式
:如圖1、圖2所示，一種油田井下光纖流量傳感器，包括光源模塊I ;光源模塊I與偏振控制器2相連接，偏振控制器2與光纖耦合器3相連接，光纖耦合器3分別與相位調制器4、法拉第旋轉頭II 7和光電探測器9相連接，相位調制器4、法拉第旋轉器I 5、光纖壓力敏感頭I 6順次連接，法拉第旋轉頭II 7與光纖壓力敏感頭II 8相連接，光電探測器9、放大電路10、A/D轉換器11、嵌入式計算機12順次連接，光纖壓力敏感頭I 6和光纖壓力敏感頭II 8結構相同，光纖壓力敏感頭I 6和光纖壓力敏感頭II 8包括不銹鋼外殼13，不銹鋼外殼13內設置有耐高溫光纖15,不銹鋼外殼13和耐高溫光纖15之間填充有密封材料14,耐高溫光纖15與自聚焦透鏡16相連接，自聚焦透鏡16前端設置增透膜玻璃板17，增透膜玻璃板17前端設置壓力敏感膜片18。光源模塊I采用波長為1310nm或1550nm的半導體激光器。光纖耦合器3是分束比為50:50的2X2光纖耦合器。壓力敏感膜片18采用不銹鋼加工而成，其功能是將作用其上的壓力轉換為應變，形成光程變化。偏振控制器2和法拉第旋轉器用于控制光源輸出光波的偏振態，降低光源隨機偏振態變化帶來的信號衰落。相位調制器4的作用是產生一個固定頻率的光波相位調制，實現隨機相位信號衰落的消除和基于載波相位解調算法的相位解調。光纖壓力敏感頭的功能是實現壓力的感知，并通過微小形變形成光程差。光電探測器9實現 將光信號到電信號的轉換。放大電路10實現電信號的放大，滿足后續電路處理的要求。A/D轉換器11實現對信號的高速采樣，實現模擬信號到數字信號的轉換。嵌入式計算機12，由嵌入式CPU板構成，對傳感數據處理與分析，實現流量的精確測量，并提供VGA、USB、RS232C、RJ45等數據接口。本發明使用時，半導體激光器發出功率、波長穩定的具有一定相干長度和功率的線偏振激光。經過偏振控制器2后,注入一個2X2光纖稱合器3,被分成兩路傳輸。一路通過光纖相位調制器4與光纖法拉第旋轉器I 5后，在光纖壓力敏感頭I 6中獲得流體壓力信息的加載，并反射回到光纖耦合器3中。另一路通過光纖法拉第旋轉器II 7后，在光纖壓力敏感頭II 8中獲得流體壓力信息的加載，同樣反射回到光纖耦合器3中，并與之前反射回的光干涉，再從光纖耦合器3進入光電探測器9，通過光電探測器9轉換為含有流速壓差信息的電信號，進入放大電路10和A/D轉換器11后，由嵌入式計算機12進行數據分析處理，輸出測量結果?？梢岳斫獾氖牵陨详P于本發明的具體描述，僅用于說明本發明而并非受限于本發明實施例所描述的技術方案，本領域的普通技術人員應當理解，仍然可以對本發明進行修改或等同替換，以達到相同的技術效果；只要滿足使用需要，都在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種油田井下光纖流量傳感器,包括光源模塊(I);其特征在于:光源模塊(I)與偏振控制器(2)相連接，偏振控制器(2)與光纖耦合器(3)相連接，光纖耦合器(3)分別與相位調制器(4)、法拉第旋轉頭II (7)和光電探測器(9)相連接，相位調制器(4)、法拉第旋轉器I (5)、光纖壓力敏感頭I (6)順次連接，法拉第旋轉頭II (7)與光纖壓力敏感頭II (8)相連接，光電探測器(9)、放大電路(10)、A/D轉換器(11)、嵌入式計算機(12)順次連接，光纖壓力敏感頭I (6)和光纖壓力敏感頭II (8)結構相同，光纖壓力敏感頭I (6)和光纖壓力敏感頭II (8)包括不銹鋼外殼(13)，不銹鋼外殼(13)內設置有耐高溫光纖(15)，不銹鋼外殼(13)和耐高溫光纖(15)之間填充有密封材料(14),耐高溫光纖(15)與自聚焦透鏡(16)相連接，自聚焦透鏡(16)前端設置增透膜玻璃板(17)，增透膜玻璃板(17)前端設置壓力敏感膜片(18)。
2.按照權利要求1所述的油田井下光纖流量傳感器，其特征在于:所述光源模塊(I)采用波長為1310nm或1550nm的半導體激光器。
3.按照權利要求1所述的油田井下光纖流量傳感器，其特征在于:所述光纖耦合器(3)是分束比為50:50的2X2光纖耦合器。
4.按照權利要求1所述的油田井下光纖流量傳感器，其特征在于:所述壓力敏感膜片(18)采用不銹鋼加工 而成。
全文摘要
本發明涉及一種石油測井儀器，特別涉及一種油田井下光纖流量傳感器。該裝置的光源模塊與偏振控制器相連接，偏振控制器與光纖耦合器相連接，光纖耦合器分別與相位調制器、法拉第旋轉頭Ⅱ和光電探測器相連接，相位調制器、法拉第旋轉器Ⅰ、光纖壓力敏感頭Ⅰ順次連接，法拉第旋轉頭Ⅱ與光纖壓力敏感頭Ⅱ相連接，光電探測器、放大電路、A/D轉換器、嵌入式計算機順次連接。本發明實現了不存在流體與光波的直接作用，能夠實現整體的密閉封裝，滿足高溫高壓惡劣環境下的流體流量測量，測量靈敏度高、測量精度高。克服了現有光纖傳感器無法滿足石油井下流量測量的環境要求的不足。
文檔編號G01F1/38GK103234590SQ20131017408
公開日2013年8月7日 申請日期2013年5月10日 優先權日2013年5月10日
發明者李天詩, 汪浩, 代志勇, 鄔洪亮, 張勝文, 江松元, 毛殿余, 宮繼剛, 馬銘強, 朱秀英, 趙俊堂, 郭洪敏, 楊留強, 鄭磊, 陶雙福, 周輝, 宋菲菲, 王少鶴, 李穎, 李華, 曹艷玲 申請人:中國石油集團長城鉆探工程有限公司
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