一种基于光纤微弱磁场传感的磁定位测井装置的制造方法
【技术领域】
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[0001]本发明涉及光纤传感技术领域，特别涉及一种基于光纤微弱磁场传感的磁定位测井装置。
【背景技术】
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[0002]磁场测量技术的应用已经深入到工业、农业、国防以及生物、医学、宇航等各个部门。实现微弱磁场测量的技术与方法很多，如磁通门法、磁光栗法、超导量子器件干涉法。但很多特殊环境的磁场测量，如高温高压油井管道磁定位的测试，常规电子式测量仪器受温度限制、电磁干扰以及信号传输等限制，很难实现高精度、高可靠性的测量，甚至无法完成测量。光纤传感器具有高灵敏度、高精度、大动态范围、抗电磁干扰以及耐高温高压等显著技术优势，受到了世界范围内的关注，虽然国内外都开展了相关的研究，但国内还相对比较落后，相关的报道也比较少。而国外的报道中一般都缺乏具体的工艺参数和实验结果。
[0003]目前用于测量磁场的光纤传感器有基于磁致伸缩效应的Mach-Zehnder干涉型光纤磁场传感器、基于磁致伸缩效应Michelson干涉型光纤磁场传感器、Fabry-Perot干涉型光纤磁场传感器和布拉格光栅光纤磁场传感器等。
[0004]基于磁致伸缩效应的Mach-Zehnder干涉型光纤磁场传感器和Michelson干涉型光纤传感器的基本原理一致。这两种传感器结构简单，但受环境如震动、光纤弯曲等影响较大，光在光路中传输时偏振态随机变化等均影响测量结果的稳定性。Fabry-Perot干涉型光纤磁场传感器稳定性好，但测量精度相对较低。基于布拉格光栅光纤磁场传感器结构简单、灵敏度不高，且存在与温度的交叉敏感性。
【发明内容】
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[0005]本发明要解决的技术问题是提供一种基于光纤微弱磁场传感的磁定位测井装置，该装置实现了能够在高温、高压、强电磁干扰等恶劣环境下进行磁定位测井，通过光纤FBGF-P腔磁敏感结构在磁场作用下腔长改变，结合高精度光波相位信号解调，精确测量出磁场大小并实现井下接箍精确定位，稳定性好。克服了现有测量磁场的光纤传感器测量精度低，稳定性差的不足。
[0006]本发明所采取的技术方案是:一种基于光纤微弱磁场传感的磁定位测井装置，包括光纤传感光源、偏振控制器和嵌入式CPU处理器；光纤传感光源、偏振控制器、光纤环形器、光纤FBG F-P磁敏感传感器顺次连接，光纤环形器与光纤耦合器相连接，光纤耦合器分别与法拉第旋转镜1、相位调制器、光电探测器相连接，相位调制器与法拉第旋转镜II相连接，光电探测器、A/D数据采集卡、嵌入式CPU处理器顺次连接；光纤FBG F-P磁敏感传感器包括一根光纤，在光纤上间隔一定长度刻写反射中心波长、反射率以及反射光谱带宽一致的两个光纤光栅，两个光纤光栅之间的光纤形成光纤FBG F-P腔，在石英玻璃做成的骨架的两侧放置两片磁致伸缩片，在两个磁致伸缩片外侧缠绕光纤形成一个光纤环带，光纤环带通过粘接剂与磁致伸缩片粘贴在一起。
[0007]光纤传感光源采用半导体光源。
[0008]本发明的有益效果是:本发明能够在高温、高压、强电磁干扰等恶劣环境下进行磁定位测井，通过光纤FBG F-P腔磁敏感结构在磁场作用下腔长改变，结合高精度光波相位信号解调，精确测量出磁场大小并实现井下接箍精确定位，稳定性好。
【附图说明】
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[0009]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步详细的说明。
[0010]图1为本发明的结构示意图。
[0011 ] 图2为光纤FBG F-P磁敏感传感器的结构示意图。
【具体实施方式】
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[0012]如图1、图2所示，一种基于光纤微弱磁场传感的磁定位测井装置，包括光纤传感光源1、偏振控制器2和嵌入式CPU处理器6 ;光纤传感光源1、偏振控制器2、光纤环形器10、光纤FBG F-P磁敏感传感器11顺次连接，光纤环形器10与光纤耦合器9相连接，光纤耦合器9分别与法拉第旋转镜I 3、相位调制器5、光电探测器8相连接，相位调制器5与法拉第旋转镜II 4相连接，光电探测器8、A/D数据采集卡7、嵌入式CPU处理器6顺次连接；光纤FBG F-P磁敏感传感器11包括一根光纤16，在光纤16上间隔一定长度刻写反射中心波长、反射率以及反射光谱带宽一致的两个光纤光栅，两个光纤光栅之间的光纤形成光纤FBGF-P腔，在石英玻璃做成的骨架12的两侧放置两片磁致伸缩片15，在两个磁致伸缩片15外侧缠绕光纤16形成一个光纤环带14，光纤环带14通过粘接剂13与磁致伸缩片15粘贴在一起。磁致伸缩片15是在其周围磁场状态发生改变时，宏观上表现为尺寸或体积的微小变化，并只对磁场敏感而对压强和温度不敏感的材料制成。光纤传感光源1采用半导体光源。光源输出功率的稳定性对测量精度影响很大，为保证测量的精确度必须使用稳定性光源。
[0013]使用时，光纤传感光源1发射出来的光经过偏振控制器2进行偏振态调节后经光纤环形器10送到光纤FBG F-P磁敏感传感器11中，在任意时刻，光纤FBG F-P磁敏感传感器11中的两个光栅分别向后反射两组光束，经光纤环形器10进入光纤耦合器9中，进入光纤耦合器9的两束光分别进入法拉第旋转镜I 3和相位调制器5、法拉第旋转镜II 4，进入法拉第旋转镜I 3反射后回到光纤耦合器9，进入相位调制器5调制后经法拉第旋转镜II 4反射再次被相位调制器5调制，最后回到光纤耦合器9，回到光纤耦合器9的光波有一部分满足干涉条件在光纤耦合器9处发生干涉，当外界磁场强度发生变化时，由于磁性材料磁致伸缩效应对光纤的拉伸作用，两光束之间的光程发生改变，最终在干涉效应中表现为相位变化。光纤耦合器9处的干涉光信号通过光电探测器8转化为电信号，模拟电信号在A/D数据采集卡7中经A/D转换为数字信号，最后送入嵌入式CPU处理器6进行信号处理，处理结果为所测试磁场变化情况。
[0014]可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于光纤微弱磁场传感的磁定位测井装置，包括光纤传感光源(1)、偏振控制器(2)和嵌入式CPU处理器￠);其特征在于:光纤传感光源(1)、偏振控制器(2)、光纤环形器(10)、光纤FBG F-P磁敏感传感器(11)顺次连接，光纤环形器(10)与光纤耦合器(9)相连接，光纤耦合器(9)分别与法拉第旋转镜I (3)、相位调制器(5)、光电探测器(8)相连接，相位调制器(5)与法拉第旋转镜II⑷相连接，光电探测器(8)、A/D数据采集卡(7)、嵌入式CPU处理器(6)顺次连接；光纤FBG F-P磁敏感传感器(11)包括一根光纤(16)，在光纤(16)上间隔一定长度刻写反射中心波长、反射率以及反射光谱带宽一致的两个光纤光栅，两个光纤光栅之间的光纤形成光纤FBG F-P腔，在石英玻璃做成的骨架(12)的两侧放置两片磁致伸缩片(15)，在两个磁致伸缩片(15)外侧缠绕光纤(16)形成一个光纤环带(14)，光纤环带(14)通过粘接剂(13)与磁致伸缩片(15)粘贴在一起。2.按照权利要求1所述的基于光纤微弱磁场传感的磁定位测井装置，其特征在于:所述光纤传感光源(1)采用半导体光源。
【专利摘要】本发明涉及光纤传感技术领域，特别涉及一种基于光纤微弱磁场传感的磁定位测井装置。该装置的光纤传感光源、偏振控制器、光纤环形器、光纤FBG？F-P磁敏感传感器顺次连接，光纤环形器与光纤耦合器相连接，光纤耦合器分别与法拉第旋转镜Ⅰ、相位调制器、光电探测器相连接，相位调制器与法拉第旋转镜Ⅱ相连接，光电探测器、A/D数据采集卡、嵌入式CPU处理器顺次连接。本发明实现了能够在高温、高压、强电磁干扰等恶劣环境下进行磁定位测井，通过光纤FBG？F-P腔磁敏感结构在磁场作用下腔长改变，结合高精度光波相位信号解调，精确测量出磁场大小并实现井下接箍精确定位，稳定性好。
【IPC分类】E21B47/092, G01R33/032
【公开号】CN105388433
【申请号】CN201510685801
【发明人】朱秀英, 代志勇, 江松元, 宫继刚, 田雕, 邬洪亮, 李保吉, 杨留强, 衣贵涛, 金英花, 周辉, 郑磊, 耿奇, 苏宇, 张磊, 夏巧林, 王鑫, 安素玲, 赵智夫, 李一腾, 李厚霖, 郑宇 , 孙畅, 邹佳儒, 袁春, 王海滨, 刘育含, 桑久强, 韩铭
【申请人】中国石油集团长城钻探工程有限公司
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年10月20日