专利名称：一种准分布式光纤光栅温度传感器的封装结构的制作方法
技术领域：
本实用新型属于光纤传感技术领域，涉及一种准分布式光纤光栅温度传感器的 封装技术，尤其涉及一种适合油气井下测温的准分布式光纤光栅温度传感器的封装结 构。
背景技术：
在油藏工业中，对产油井温度的实时、动态、在线、分布式监测，了解井下油 层的物理状态，是优化采油技术方案，提高油气产量和采收率的重要措施之一。在某些 油田的生产过程中，为了提高石油产量，需要对油井注入高温蒸汽或者火烧加热，井下 温度高达300°C以上。由于传统的电子式温度测量仪器在高温高压环境中可靠性差、抗干 扰能力弱和寿命短，不能满足井下测量的需要。光纤光栅(FBG)传感技术是近年来在工业界被证实的一种高精度、高可靠性、 抗干扰和适用恶劣工作环境的新型传感技术，基于FBG的光纤传感器具有能够大规模 复用的特点，即可以在一根信号传输光纤上级联多支传感器，实现多传感器或多参数测 量。将多支FBG温度传感器级联用于油井下重要区段的多点温度测量，相对电子温度测 量方法，具有耐高温(可达300°C)、测量温度点多，以及可做永久性温度测量的优点； 相对基于拉曼散射的光纤连续温度测量方法(DTS)，具有测量精度高，耐高温，长期稳 定性好的特点，特别适合应用于有针对性的高温井下重点区段的永久性监测。但是由于光纤光栅本身脆弱，容易折断，在实际应用中，未做任何防护的光纤 光栅温度传感器容易受到外力的挤压和剪力而被破坏；光纤光栅还存在一定的温度-应 变交叉敏感性，在进行精确温度测量时必须屏蔽掉外界应力或者光纤受拉伸引起的光栅 布拉格波长的变化；另外，在石油生产井中，光纤光栅温度传感器要工作在高温、高 压、酸、碱、水汽等恶劣环境中。因此，必须寻找一种有效的封装方式来解决上述问 题。
实用新型内容针对现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种结构简单、耐久性 好、能消除应力影响、能适应恶劣环境中测温需要的准分布式光纤光栅温度传感器的封 装结构和方法。特别是适应石油生产井中高温、高压、强腐蚀等恶劣环境的准分布式光 纤光栅温度传感器的封装结构。为实现上述目的，本实用新型的准分布式光纤光栅温度传感器的封装结构由多 个光纤光栅温度传感器串联而成，每个光纤光栅温度传感器的光纤光栅和光纤光栅温度 传感器的连接端容置于石英玻璃毛细管中并密封固定。进一步，所述光纤光栅温度传感器之间焊接连接。进一步，所述封装结构设置一个或多个石英毛细管。进一步，所述封装结构设置多个石英毛细管，每一石英毛细管中容置一所述光
3纤光栅温度传感器的光纤光栅和光纤光栅温度传感器的连接端。进一步，所述石英毛细管中能够容置多个光纤光栅温度传感器的光纤光栅和光 纤光栅温度传感器的连接端。进一步，所述石英玻璃毛细管的长度为50mm-100mm，内径130_170um，壁厚 100-300um。进一步，所述封装结构的外侧包覆一不锈钢管，该不锈钢管外侧包覆铝层，铝 层外侧再包覆一不锈钢管。本实用新型的效果和益处是，采用石英玻璃毛细管封装的单个光纤光栅温度传 感器，具有重复性好、耐高温、体积小、灵敏度和量程范围适合高温测井要求，测量精 度高的优点；对由多光纤光栅串联而成的准分布式测温结构采用的三次金属包覆封装结 构，克服了光纤、光栅易断，易受外界应变影响等缺点，具有结构简单，造价低廉，能 有效防止水浸、氢浸对光纤性质的改变等特点，能适应恶劣环境，尤其是油气井下高温 (300°C)、高压(IOOMPa)、酸、碱等恶劣环境中测温时对光纤光栅温度传感器封装的特 殊要求。
图1是石英玻璃毛细管封装结构示意图；图中1是光纤光栅长尾纤侧(带涂敷)；2是石英玻璃毛细管；3是光纤光栅； 4是光纤光栅短尾纤侧(已去涂敷)；5是光纤连接焊点；6是另一光纤光栅的长尾纤侧； 7是耐高温胶或者用C02激光束热熔而成的固定密封点。图2是用C02激光束进行石英毛细管与光纤热熔固定装置示意图；图中8是用于控制C02激光器的微型计算机；9是高频脉冲C02激光器；10 是五维可调的石英毛细管夹持器；11是封装着光纤光栅的石英毛细管；12是C02激光束 分束、反射系统；13是光纤；14是C02激光束。图3是对准分布式测温结构采用的三次金属包覆封装结构示意图。图中15是石英毛细管封装的光栅串联而成的准分布式光纤光栅温度传感器系 统；16是不锈钢管；17是铝管；18是厚壁不锈钢管。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细说明本实用新型的最佳实施例。单个光纤光栅温度传感器封装(见图1)的具体做法是(1)切割一段长为 50-100mm,内径130_150um，壁厚100_300um的石英玻璃毛细管2 ； (2)将光纤光栅3 — 侧尾纤从距栅区大于15_处剪断，形成短尾纤侧4; (3)去除短尾纤段涂覆层，用纯净 水/酒精擦拭干净；(5)将石英毛细管2穿套至光栅长尾纤侧1带涂覆层段；(6)用光纤 切刀在短尾纤侧4切割光纤，之后将其放到光纤熔接机上；(7)将下一个光栅的长尾纤侧 6去涂覆，切平整端面，与(6)中处理好的端面用光纤熔接机焊接，形成焊点5; (8)将 石英毛细管2套回至光栅短尾纤侧4，确保石英毛细管2覆盖住光栅3及焊点5; (9)采 用耐高温高强度胶7或者用C02激光束热熔技术将石英毛细管的两端与光纤固定密封。 其中采用C02激光束热熔固定技术(见图2)的具体做法为首先，采用分振幅的方法将一束高频(20k-24kHz)C02脉冲激光束14用部分反射镜分成三束强度均等的三束脉冲激 光，并通过反射镜组12反射形成相交于一点的且在同一平面中互成120度角的三束高频 C02脉冲激光；然后将石英毛细管11及光纤13夹持在五维可调的石英毛细管夹持器10 上，调节石英毛细管夹持器10，使石英毛细管11 一端处于三束高频C02脉冲激光的交点 上；通过微型计算机8设定C02激光器9的工作参数，比如工作频率、占空比和激光脉 冲等，进行石英毛细管与光纤间的加热固定；最后通过同样的操作将石英毛细管的另一 端与光纤进行热熔固定。按照上述对单个光纤光栅封装的方法进行封装的同时，多个光纤光栅已经串联 而成了准分布式温度测量结构。对由此而形成的准分布式测温结构，采用三次金属包覆 结构进行封装(见图3)，其具体做法是首先采用壁厚0.2-0.3mm的不锈钢管16对准 分布式光纤光栅温度传感器系统15进行一次包覆；然后采用铝管17进行与一次不锈钢 管16外径紧密结合的包覆；两次包覆都是采用成熟光缆加工工艺完成。最后采用穿套方 法，将经过两次包覆的传感器穿套入厚壁耐压不锈钢管18中。本实施例中采用的石英玻璃毛细管可以为一根很长的毛细管将多个光纤光栅容 置于一根毛细管中，也可以对应每一段光纤光栅设置一根毛细管，无论如何变形均不脱 离本实用新型的权利要求的保护范围。需要指出的是根据本实用新型的具体实施方式
所做出的任何变形，均不脱离本 实用新型的精神以及权利要求记载的范围。
权利要求1.一种准分布式光纤光栅温度传感器的封装结构，其特征在于，由多个光纤光栅温 度传感器串联而成，每个光纤光栅温度传感器的光纤光栅和光纤光栅温度传感器的连接 端容置于石英玻璃毛细管中并密封固定。
2.如权利要求1所述的准分布式光纤光栅温度传感器的封装结构，其特征在于，所述 光纤光栅温度传感器之间焊接连接。
3.如权利要求1所述的准分布式光纤光栅温度传感器的封装结构，其特征在于，所述 封装结构设置一个或多个石英毛细管。
4.如权利要求3所述的准分布式光纤光栅温度传感器的封装结构，其特征在于，所述 封装结构设置多个石英毛细管，每一石英毛细管中容置一所述光纤光栅温度传感器的光 纤光栅和光纤光栅温度传感器的连接端。
5.如权利要求3所述的准分布式光纤光栅温度传感器的封装结构，其特征在于，所述 石英毛细管中能够容置多个光纤光栅温度传感器的光纤光栅和光纤光栅温度传感器的连 接端。
6.如权利要求1所述的准分布式光纤光栅温度传感器的封装结构，其特征在于，所述 石英玻璃毛细管的长度为50mm-100mm，内径130_170um，壁厚100_300um。
7.如权利要求1所述的准分布式光纤光栅温度传感器的封装结构，其特征在于，所述 封装结构的外侧包覆一不锈钢管，该不锈钢管外侧包覆铝层，铝层外侧再包覆一不锈钢管。
8.如权利要求7所述的准分布式光纤光栅温度传感器的封装结构，其特征在于，所述 封装结构外侧包覆的不锈钢管壁厚0.2-0.3mm。
专利摘要本实用新型公开了一种准分布式光纤光栅温度传感器的封装结构，它包括采用石英玻璃毛细管对单个光纤光栅温度传感器的封装结构及采用三次金属包覆技术对准分布式光纤光栅温度传感器的封装结构。对单个光纤光栅温度传感器采用的石英玻璃毛细管封装结构具有温度灵敏度和量程范围适合高温油井测量要求，重复性好、耐高温、体积小、测量精度高等优点。对由多个光纤光栅串联而成的准分布式光纤光栅温度传感器采用的三次金属包覆封装结构包括一次不锈钢管包覆，二次铝合金管包覆及三次厚壁不锈钢管包覆，这种封装结构简单，对应力和外界压力变化不敏感，能适应恶劣环境，尤其是油气井下高温(300℃)、高压(100MPa)、酸、碱等恶劣环境中对光纤光栅温度传感器封装的特殊要求。
文档编号G01K11/32GK201794579SQ20102020733
公开日2011年4月13日 申请日期2010年5月28日 优先权日2010年5月28日
发明者于清旭, 周新磊 申请人:北京康华盛鸿能源科技发展有限公司