光纤光栅在石油和化行业工中的应用.pptVIP

光纤传感技术在石油行业中的应用 一、概述石化行业对传感器性能的要求 石油化工行业对传感器的需求非常庞大，在石油的勘探和开发过程中需要用到大量的传感器或者传感器系统，比如用于海底物质结构探测的各种地震波采集系统，用于测量原油油井的各种温度传感器和压力传感器等等。 在石油产品的在加工和输送过程中，也需要大量的传感器和分析仪器用于生产过程控制、产品质量监控和安全监控，比如用于化学品分析的各类红外光谱仪、用于流量控制的各类流量计和用于温度、压力测量传感器等，以及用于输油管道输油安全实时监测的传感器。 尽管上述具体应用的技术参数要求和指标都各不一样，但大部分传感器都要暴露在一个恶劣的工作环境中：或者要经受高温高压的考验，或者要适应易燃易爆和强腐蚀的环境并且安全正常工作，或者要24小时连续工作，或者要适应风吹日晒雨淋冰冻等全天候的气候环境。这些恶劣的应用工作环境对传感器本身提出了苛刻的要求，也给光电传感器的应用创造了一个更广阔的空间。 在检测原油井方面，传统的电子式温度和压力传感器都是利用数据电缆把传感器逐步放入到油井中检测，然后通过一定的通信方式通过数据电缆将数据传回地面仪器。但是采用光纤传感器有明显的，巨大的优势。 这类电传检测方式存在诸多缺点： （1）作业效率低——要逐点检测 （2）控制难度大——传感器的数量过多 （3）数据传输难——从井下到地面的控制系统长 达几千米或数十千米，电缆传输数据率很低。 （4）测井成本高——测井设备过高，检测过程需要停止生产，从而降低了生产效率。 在石油和化学品的勘测、加工还有输送过程中，也需要实时快速地监测物质的某些组成成分比例、化学性质，或者需要实时获得设备的某些物理参数，从而判断生产的可行性、有效性和安全性。 对于传统的检测方式，对于传感器都暴露在强电磁环境和周围空气中带有的诸如重金属、化合物、燃化油蒸汽等物质当中，极易受到非测量外界因素的影响，使得灵敏度大大下降。而且一般的传感设备较大且不易在油井中布置，或者需要直接采集原始样本并带回实验室检测，而且各类仪器的价格比较昂贵，所以光电传感技术在物质成分分析方面也有巨大的应用前景，不但能满足有较高的精度要求检测，同时可以节省大量的人力物力。 二、光传感器的优点及应用 光纤光栅传感器的特点： 　 (1)抗电磁干扰:一般电磁辐射的频率比光波低许多，所以在光纤中传输的光信号不受电磁干扰的影响。 　 (2)电绝缘性能好，安全可靠:光纤本身是由电介质构成的，而且无需电源驱动，因此适宜于在易燃易爆的油、气、化工生产中使用。 　 (3)耐腐蚀，化学性能稳定:由于制作光纤的材料一石英具有极高的化学稳定性，因此光纤传感器适宜于在较恶劣环境中使用。 　 (4)体积小、重量轻，几何形状可塑。 　 (5)传输损耗小:可实现远距离遥控监测。 　 (6)传输容量大:可实现多点分布式测量。 　 (7)测量范围广:可测量温度、压强、应变、应力、流量、 流速、电流、 电压、液位、液体浓度、成分等。 1 光纤光栅技术原理 这里只以FBG（光纤布拉格光栅）为例，通过外界参量对布拉格中心波长的调制来获取传感信息，也即FBG是一种波长调制型光纤传感器 。由耦合模理论可知，光纤布拉格光栅（FBG）的中心反射波长为: 式中neff为导模的有效折射率，Λ为光栅周期。当波长满足布拉格条件时，入射光将被光纤光栅反射回原路。光纤光栅的中心反射波长λB随neff和Λ的改变而变，因为FBG对的温度和应力都是敏感的。通过测量反射前后波长的变化，就可以获得对应的温度和应力的变化情况。 （1）光纤光栅温度传感器 常用的电传类温度传感器主要是热电偶温度传感器和热敏电阻温度传感器。光纤温度传感与传统的传感器相比有众多的优点，比如灵敏度高，体积小，耐腐蚀，抗电磁辐射，光路可弯曲，便于遥测等等。基于光纤光栅技术的温度传感器，采用波长编码技术，同时消除了光源功率波动及系统损耗的影响，适用于长期监测;而且多个光纤光栅组成的温度传感系统，采用一根光缆，可实现准分布式测量。 制作要求：温度也是直接影响光纤光栅波长变化的因素，人们常常直接将裸光纤光栅作为温度传感器直接应用。同光纤光栅应变传感器一样，光纤光栅温度传感器也需要进行封装，封装技术的主要作用和目的是保护和增敏。人们希望光纤光栅能够具有较强的机械强度和较长的寿命，与此同时，还希望能在光纤传感中通过适