本发明涉及传感器保护技术领域，特别涉及一种耐高温高压光纤全自动智能传感保护系统。
背景技术：
随着油田的不断开采，油气井的深度不断增加，井下温度和压力也相应升高，受限于传统电类传感器的尺寸、结构和测试范围，无法实现对油气井下温度、压力等特征参量进行实时、高精度监测。由于光纤具有重量轻、直径小、对结构材料影响小、灵敏度高、抗腐蚀、耐高温、抗电磁干扰、频带宽及可传感多种参数等优点，光纤传感测试技术已经成为油田开发越来越受到重视的技术，可实现对全井筒温度、井下定点压力、分布式振动信息等井下信息的测量。
然而，由于光纤本身较脆弱，加之井下应用环境多为高温高压条件下的狭小空间，工作环境恶劣，时常会造成光缆及光纤传感器的损坏，降低了测试的成功率，甚至无法正常工作，施工现场不得不重新对管柱进行上提下放作业以更换传感器，浪费相应的人力物力成本。
目前国内暂未见用于油气井测试的光纤智能传感系统及网络结构的相关报道。以往光纤传感器应用于油气井测试领域，均未见设计任何智能保护装置，而是直接将传感光纤或传感器按照施工设计置于被测环境中即油井或气井预定深度。因此，设计一种相应的光纤智能传感保护装置具有十分重要的意义。因此，本发明专利的目的在于设计一种能够为测量不同参数的光纤传感器提供智能保护的传感装置。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种用于井下实时测量、并且能够为不同类型的光纤传感器提供全自动智能保护的耐高温高压光纤全自动智能传感保护系统。
为此，本发明技术方案如下：
一种耐高温高压光纤全自动智能传感保护系统，包括设置在地面控制箱内的控制系统和位于井下的传感系统；所述控制系统包括、n个波分复用器、n个光开关、光源、光纤环形器、光电探测器、微处理器和光纤耦合器；n的数量与待保护的光纤传感器的数量一致；其中，
所述光源和所述光电探测器分别通过所述光纤环形器与所述光纤耦合器连接，使所述光源发出的光信号只能通过所述光纤环形器传送至所述光纤耦合器，而返回至所述光纤耦合器的光信号只能通过所述光纤环形器传送至所述光电探测器；
所述光纤耦合器具有n个端口，分别与n个波分复用器连接；
用于解调待保护光纤传感器的n个传感器解调仪分别通过一个波分复用器与一个光开关连接；每个光开关包括两个用于与传感器连接的可选传输端口；
所述微处理器分别与所述光电探测器和n个光开关连接；
所述传感系统包括n个备用光纤传感器，且每个备用光纤传感器分别与待保护的光纤传感器一一对应且完全相同；每个备用光纤传感器分别对应一个光开关且与所述光开关的一个端口连接，并使所述光开关的另一个端口与完全相同的待保护光纤传感器连接；在每个待保护的光纤传感器和每个备用光纤传感器的光纤尾端均镀有一层耐高温的金属反射膜。所述传感系统采用无源设计，完全满足高温高压环境下长期工作。
进一步地，该系统还包括设置在中心控制室内的工控机；所述工控机分别与n个传感器解调仪和微处理器连接。
进一步地，所述光源为激光光源。
进一步地，所述耐高温的金属反射膜为镀金膜。
进一步地，所述传感器解调仪发出的传感信号的工作波段和所述光源发出的光信号的工作波段为互不干扰的不同波段。
该耐高温高压光纤全自动智能传感保护系统通过光路结构的设计将不同传感器反射回的信号功率值区分开，作为发生故障时的判断依据，自动向光开关发出切换指令，将传感通道即传感信号切换至备用通道，整个过程时间很短，不影响传感器正常工作；同时，由于将传感部分与控制部分区分为设置在地上和地下的两部分，使进入井下的传感系统采用无源设计，保证其能够保持在高温高压环境下长期工作。
附图说明
图1为本发明的实施例1中设计的耐高温高压光纤全自动智能传感保护系统用于光纤传感器保护的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
如图1所示为针对反射型光纤传感器设计的耐高温高压光纤全自动智能传感保护系统。该系统中加载的光纤传感器用于对全井筒温度及多点压力的长期测量，其主要包括传感部分和解调部分；其中，传感部分包括一个由单根单模光纤构成的光纤分布式温度传感器和一个由单根单模光纤和两个串联在单模光纤上的光栅传感器构成的光纤布拉格光栅点式压力传感器；解调部分包括分别与两个传感器连接用于分别解调光纤分布式温度传感器501和光纤布拉格光栅点式压力传感器1001的传感信息的两个传感器解调仪2。
具体地，该耐高温高压光纤全自动智能传感保护系统，包括设置在地面控制箱1内的控制系统、位于井下的传感系统和设置在中心控制室内用于人机交互操作的工控机11；其中，两个传感器解调仪2也设置在地面控制箱1内。
控制系统包括激光光源7、光纤环形器8、光电探测器9、微处理器12、光纤耦合器13、两个传感器解调仪2、两个波分复用器3和两个光开关4；传感系统包括两根与待保护光纤传感器完全相同的备用光纤传感器，具体包括一个由单根单模光纤构成的备用光纤分布式温度传感器502和一个由单根单模光纤和两个串联在单模光纤上的备用光栅传感器构成的备用光纤布拉格光栅点式压力传感器1002。其中，光纤分布式温度传感器501和备用光纤分布式温度传感器502为第一组传感器单元，光纤布拉格光栅点式压力传感器1001和备用光纤布拉格光栅点式压力传感器1002为第二组传感器单元。当需要进行井下测量时，光纤分布式温度传感器501、备用光纤分布式温度传感器502、光纤布拉格光栅点式压力传感器1001和备用光纤布拉格光栅点式压力传感器1002采用捆绑为一束的方式送入井下，用于对进行相应数据进行测量；
光纤环形器8具有能够实现两种光信号导向的三个端口，使激光光源7和光电探测器9分别通过光纤环形器8与光纤耦合器13连接；使激光光源7发出的光信号通过光纤环形器8导向至与光纤耦合器13连接的端口，而返回至光纤耦合器13的光信号则通过光纤环形器8导向至与光电探测器9连接的端口，具体来说，利用光纤环形器8，使激光光源7发出的单侧光信号只能通过光纤环形器8传送至光纤耦合器13，而返回的光信号则只能通过光纤环形器8传送至光电探测器9进行检测；其中，激光光源7为连续光，即持续发出单色光信号，使各通道光纤时刻处于被监测状态。
由于待保护的光纤传感器为光纤分布式温度传感器501和光纤布拉格光栅点式压力传感器1001，共两条；因此，对应完成光路检测和控制的两个波分复用器3包括第一波分复用器和第二波分复用器，两个光开关4包括第一光开关和第二光开关；具体地，第一波分复用器和第二波分复用器分别与光纤耦合器13连接；第一波分复用器与第一光开关连接，第一光开关包括两个用于与传感器连接的可选传输端口，该两个端口分别与第一组传感器单元中的光纤分布式温度传感器501和备用光纤分布式温度传感器502的信号入射端连接；而第二波分复用器与第二光开关连接，第二光开关也包括两个用于与传感器连接的可选传输端口，该两个端口分别与第二组传感器单元中的光纤布拉格光栅点式压力传感器1001和备用光纤布拉格光栅点式压力传感器1002的信号入射端连接。
微处理器12分别与光电探测器9以及第一光开关和第二光开关连接，用于对光电探测器9接收到的光信号结果进行判断，并反馈至第一光开关或第二光开关，改变可选传输端口的连接状态。具体地，微处理器12可选用c8051f系列单片机，通过加载如上所述指令模式对应的控制程序实现对光纤传感器连通通道的调节。
由于系统对各通道健康状态的监测是基于对反射回的监控信号光强度的探测，，因此，在光纤分布式温度传感器501、备用光纤分布式温度传感器502、光纤布拉格光栅点式压力传感器1001和备用光纤布拉格光栅点式压力传感器1002的光纤尾端均镀有一层耐高温的反射镀金膜6。
原解调部分两个传感器解调仪2，一个与第一波分复用器连接，另一个与第二波分复用器连接，通过波分复用器和光开关向与光开关处于连通状态下的传感器或备用传感器传输传感信号，以实现对自传感器或备用传感器传回的传感信号进行解调，完成对全井筒温度及多点压力的测量。其中，在波分复用器3处，传感器解调仪2发出的传感信号和单色监控光信号合并成一束，通过光开关传输至传感器。
利用上述第一波分复用器和第二波分复用器实现将传送至光纤耦合器13处的单色光信号分为两条光路传输分支，并实现分别对两个待保护传感器的工作状态进行持续监测；具体地，通过光纤耦合器13将进入光纤耦合器13的单色光信号按一定比例分成两路光强度不同的光信号，并通过两个波分复用器3分别进入两条光路传输分支；在初始状态下，第一波分复用器通过第一光开关与光纤分布式温度传感器501连通，使进入第一波分复用器的光信号通过第一光开关传输至光纤分布式温度传感器501上，利用光信号反射原理，如果光纤分布式温度传感器501工作正常，光信号经尾端反射回来后依次经过第一光开关、第一波分复用器、光纤耦合器和光纤环形器，最终反馈至光电探测器9；当光电探测器9接收到相应光强度的光信号时，微处理器12不改变第一光开关的端口连接状态；而当光电探测器9未接收到相应光强度的光信号时，微处理器12改变第一光开关的端口连接状态，使第一波分复用器通过第一光开关与备用光纤分布式温度传感器502连通，以恢复传感器的正常工作状态，此时，与第一波分复用器连接的传感器解调仪2发出的传感器信号在第一波分复用器处与单侧光信号合并为一束后通过第一光开关传输至备用光纤分布式温度传感器502。
同理，在初始状态下，第二波分复用器通过第一光开关与光纤布拉格光栅点式压力传感器1001连通，使进入第二波分复用器的光信号通过第二光开关传输至光纤布拉格光栅点式压力传感器1001上，利用光信号反射原理，如果光光纤布拉格光栅点式压力传感器1001工作正常，光信号经尾端反射回来后依次经过第二光开关、第二波分复用器、光纤耦合器和光纤环形器，最终反馈至光电探测器9；当光电探测器9接收到相应光强度的光信号时，微处理器12不改变第二光开关的端口连接状态；而当光电探测器9未接收到相应光强度的光信号时，微处理器12改变第二光开关的端口连接状态，使第二波分复用器通过第二光开关与备用光纤布拉格光栅点式压力传感器1002连通，以恢复传感器的正常工作状态，此时，与第二波分复用器连接的传感器解调仪2发出的传感器信号在第二波分复用器处与单侧光信号合并为一束后通过第二光开关传输至备用光纤布拉格光栅点式压力传感器1002。
为避免传感信号与光信号之间相互干扰，一般将传感器解调仪2发出的传感信号的工作波段和激光光源7发出的光信号的工作波段设置为互不发生干扰的不同波段。
中心控制室内的工控机11；工控机11分别与两个传感器解调仪2和微处理器12数据线连接；通过人机交互的方式，对控制系统的实时监控状况和光纤连通状态进行了解，同时也可以根据需要人为对传感器解调仪2的运行参数和光开关4的连通状态进行修改。