光纤传感器的应用.docxVIP

/************************************************/介 绍 光 纤　 　 近 /************************************************/ 介 绍 光 纤 　 　 近年 来 ， 传 感 器 在 朝 着 灵 敏 、 精 确 、 适 应 性 强 、 小 巧 和 智 能 化 的 方 向 发 展 。 在 这 一 过 程 中 ， 光 纤 传 感 器 这 个 传 感 器 家 族 的 新 成 员 倍 受 青 睐 。 光 纤 具 有 很 多 优 异 的 性 能 ， 例 如 ： 抗 电 磁 干 扰 和 原 子 辐 射 的 性 能 ， 径 细 、 质 软 、 重 量 轻 的 机 械 性 能 ； 绝 缘 、 无 感 应 的 电 气 性 能 ； 耐 水 、 耐 高 温 、 耐 腐 蚀 的 化 学 性 能 等 ， 它 能 够 在 人 达 不 到 的 地 方 （ 如 高 温 区 ） ， 或 者 对 人 有 害 的 地 区 （ 如 核 辐 射 区 ） ， 起 到 人 的 耳 目 的 作 用 ， 而 且 还 能 超 越 人 的 生 理 界 限 ， 接 收 人 的 感 官 所 感 受 不 到 的 外 界 信 息 。 优 点 　 　 一。 灵 敏 度 较 高 ； 　 　 二。 几 何 形 状 具 有 多 方 面 的 适 应 性 ， 可 以 制 成 任 意 形 状 的 光 纤 传 感 器 ； 　 　 四。 可 以 用 于 高 压 、 电 气 噪 声 、 高 温 、 腐 蚀 、 或 其 它 的 恶 劣 环 境 ； 五 。 而 且 具 有 与 光 纤 遥 测 技 术 的 内 在 相 容 性 。 　 　 三。 可 以 制 造 传 感 各 种 不 同 物 理 信 息 （ 声 、 磁 、 温 度 、 旋 转 等 ） 的 器 件 ； 应用范围：光纤传感器应用领域非常广泛，涉及石油化工、电力、医学、土木工程等诸多 领域。 /***************************应用（正题）*****************************/ 4.1 光纤传感器在石油化工系统的应用 在 石 油 化 工 系统 中， 由 于 井下 环 境 具 有高 温 、 高 压、 化学 腐蚀 以及 电 磁 干 扰 强 等 特 点 ， 使 得常 规传 感器 难 以 在 井 下 很好 地发 挥作 用。 然 而 光 纤 本 身 不 带电 ， 体 小 质 轻 ， 易 弯 曲 ，抗 电磁 干扰 、 抗 辐 射 性 能好 。特 别适 合于 易 燃 易 爆 、 空 间 受严 格 限 制 及 强 电 磁 干 扰 等恶 劣环 境下 使 用 。 4.1.1 光纤传感器在油气勘探 [4] 中的应用 应用光纤传感器可以制成井下分光计，分布式温度传感器及光纤压力传感器等适用于 这种特殊作业要求的产品。 (1) 井下分光计 它由两个传感器合成：一个是吸收光谱分光纤，另一个是荧光和气体探测器。井下流 体通过地层探针被引入出油管，光学传感器用于分析出油管内的流体。流体分析分光计则 提供了原位井下流体分析，并对地层流体的评估加以改进。 (2) 分布式温度传感器 光纤分布式温度传感器是井下应用最为流行的光纤传感器。应用实例是监测注水蒸气 重油开采系统。蒸汽被注入重油层用以降低油的黏度，使稠油能够开采出来。井下蒸汽温 度可高达 250℃ 以上。 [5] [5] 图 1 流体分析仪构造 (3) 压力传感器 侧孔光纤式压力传感器其主要致力于超高温和井下压力监测任务，但目前正在研发 中 4.1.2 光纤传感器在石油测井中的应用 石油测井是石油工业最基本和最关键的环节之一，压力、温度、流量等参量是油气井 下的重要物理量，通过先进的技术手段对这些量进行长期的实时监测，及时获取油气井下 信息，对石油工业具有极为重要的意义 。 利用光纤传感器可以进行井下流量测量、温度测量、压力测量、含水(气)测量、密度 测量、声波测量等。 (1) 流量测量 由于光的强度、相位、频率、波长等特性在光纤传输的过程中会受到流量的调制，利 用一定的光检测方法把调制量转换成电信号，就可以求出流体的流量，这就是光纤流量计 的工作原理 [7] 。 (2) 温度及压力测量 分布式光纤测量系统(DTS)利用光纤后向拉曼散射的温度效应，可以对光纤所在的温 度场进行实时监测。 光纤热色温度传感器是由白光源、多模光纤组成的反射式温度传感器；光纤辐射式温 度传感器利用黑体辐射能量，其非接触，可测瞬问温度，响应速度快，不需要热平衡时间， 可用于高温测量。 (3) 含水(气)率及密度测量 U 型光纤的传输功率随外界介质折射率变化而变化，光波作为信息载体，与混合流体 电阻率、流型及水质无关，