一种光纤温度-压力二参量测井传感器的制作方法

本技术具体涉及一种光纤温度-压力二参量测井传感器。

背景技术：

1、光纤传感器是以光信号作为被测对象的信号载体，以光纤光路作为信号传输的传输单元。光纤传感器的基本工作原理是利用外界的被测参数，如压力、温度、声波、液位、应力应变、折射率等与光纤传感器中的光纤或连接到光纤上的调制器相互作用转变为可以进行测量的光信号，通过测量光纤中传输光信号的光学性质的变化，如光强度、波长、频率、相位、偏振态等，从而得到被测参数的信息。在石油化工领域中，由于光纤传感器本身具有不带电，体积小，抗电磁干扰和辐射能力强等特点，在油气勘探、油井流量测量、天然气温度及压强测量中发挥着重要作用。

2、在整个光纤传感器家族中，存在着最具有代表性的三种以干涉仪为传感部件和基本工作原理的干涉光纤传感器，分别为：迈克尔逊(michelson)干涉仪、法布里-珀罗干涉仪(fabry-perotinterferometer,fpi)和马赫-曾德尔(mach-zehnder)干涉仪，其中法布里-珀罗干涉仪以其灵敏度高，结构简单，加工工艺成本较低等优点被广泛研究与应用。而光纤干涉仪的工作原理是外界物理场的变化使得光纤内部传输的光波的光程发生变化，引起干涉光谱相位信息的变化，通过对这种相位变化信息的采集和分析来实现传感。

3、目前，智能井单点压力和温度光纤传感器的结构主要是基于一种以光纤光栅和光纤f-p干涉腔相隔一定距离依次串联在同一根光纤上的级联结构。其中，光纤光栅用于测量环境温度，光纤f-p干涉腔用于测量环境压力。由于f-p干涉腔具有较大的温度串扰，因此需要用光纤光栅测量出的环境温度来补偿光纤f-p干涉腔的压力测量结果，从而得到正确的环境压力值。这种结构存在两个主要问题：1.由于智能井光纤传感器采用的都是高相干性、长相干距离的激光光源，因此如果光纤光栅与光纤f-p干涉腔的间距过小，则光纤光栅的反射光与光纤f-p干涉腔的反射光在同一根光纤中将发生干涉，极大地影响温度测量精度，进而影响压力环温补偿的精度，从而影响压力值的精度。为了避免两个光纤传感器之间的干涉，必须使得两个光纤传感器之间的间距大于激光光源的相干距离，其典型值为600mm。但是当两个光纤传感器相隔一定距离，则无法保证两个光纤传感器感知到的环境温度为同一值。因此，对光纤传感器的环温补偿会出现偏差，从而影响压力值的精度。2.光纤f-p干涉腔是基于石英玻璃及金属材料制作而成，因此可以长期工作在较高温度，如300℃。光纤光栅的工作原理是基于紫外线固化在光纤中的一种折射率周期性调制的结构，而这种折射率的结构在长期高温工况下会弱化甚至消失，大大降低了光纤传感器的信噪比，从而影响测温测压精度。因此光纤光栅长期工作的最高温度一般不超过150℃。

4、综上所述，以上两个问题使得同类光纤传感器的尺寸偏大、精度不高以及最高工作温度偏低。从目前油田的发展趋势来看，有限的井下空间要容纳越来越多的控制管道和仪器线缆，因此对光纤传感器的尺寸要求会逐渐苛刻。随着油井的深度逐渐增加，作业温度将越来越高，高于150℃的油井数量在逐步增加；而基于光纤光栅的光纤传感器因为性能的影响，直接限制了其在智能井系统中的应用。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是解决现有光纤传感器由于尺寸偏大、精度不高以及最高工作温度偏低，难以满足智能井系统应用的技术问题，而提供一种光纤温度-压力二参量测井传感器。

2、为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案为：

3、一种光纤温度-压力二参量测井传感器，其特殊之处在于：包括端盖、温度传感头、第一石英管、本体、膜片、尾柄、碟形弹簧以及光纤；

4、所述端盖连接在本体的后端，膜片设置在本体的前端；

5、所述光纤的前端端面与膜片的内端面之间形成第一f-p腔；

6、所述温度传感头的一端穿过端盖设置于所述本体内；

7、所述第一石英管设置于本体内部，第一石英管的尾部通过尾柄与碟形弹簧连接；

8、所述碟形弹簧通过固定件设置于本体的后端；

9、所述光纤的一端从后端向前端依次穿过端盖、碟形弹簧、尾柄、第一石英管至本体前端与第一f-p腔连接；

10、所述光纤的另一端连接外部设备；

11、所述温度传感头的另一端连接外部设备。

12、进一步地，所述温度传感头包括入射光纤、反射光纤和第二石英管；

13、所示第二石英管的一端穿过端盖设置于本体内；

14、所述入射光纤的一端和反射光纤均设置于第二石英管内部，且入射光纤和反射光纤之间形成第二f-p腔；

15、所述入射光纤的另一端连接外部设备。

16、进一步地，所述第一f-p腔的轴向长度大于等于5μm。

17、进一步地，所述第二f-p腔的轴向长度大于等于5μm。

18、进一步地，所述入射光纤和反射光线与第二石英管均采用激光熔融固定。

19、进一步地，所述入射光纤和反射光纤的两端端部均镀膜。

20、进一步地，所述温度传感头采用毛细管结构的非本征型型式；

21、所述端盖、本体、膜片、尾柄、碟形弹簧与固定件的材料均为invar36。

22、进一步地，还包括密封件；所述密封件设置于本体的外部。

23、与现有技术相比，本实用新型技术方案的有益效果是：

24、1、本实用新型光纤温度-压力二参量测井传感器，温度传感头与碟形弹簧采用相互独立的组合型式，可以解决温度和压力的串扰问题。

25、2、本实用新型光纤温度-压力二参量测井传感器，温度传感头采用热熔焊接的激光微加工技术，将入射光纤、反射光纤与准直的第二石英管环形焊接固定，有别于现有技术的环氧树脂粘接固定方式，避免了环氧树脂受温度等因素的影响，改善了efpi光纤传感器的温度稳定性和时间稳定性。

26、3、本实用新型光纤温度-压力二参量测井传感器，温度传感头采用毛细管结构的非本征型(efpi，extrinsicfabry-perotinterferometer)型式，有别于现有技术的气泡型光纤f-p腔结构型式，避免了气泡型f-p腔因电弧放电的不稳定性，使得相关参数难以精确控制，且玻璃气泡极为脆弱、容易损坏的问题，而毛细管结构的非本征型型式结构简单，制作成本更低。

27、4、本实用新型光纤温度-压力二参量测井传感器，碟形弹簧主要采用invar36材料，兼顾良好的热稳定性、高强度及良好的导热性。

28、5、本实用新型光纤温度-压力二参量测井传感器，采用碟形弹簧结构为光学组件提供机械保护，减小外界冲击/应力。

29、6、本实用新型光纤温度-压力二参量测井传感器，温度传感头采用efpi可在300℃高温环境长期稳定工作，非常适合在油气井下苛刻环境中应用。

30、7、本实用新型光纤温度-压力二参量测井传感器，灵敏度高，结构简单，加工工艺成本较低、测量精度稳定、可靠。

31、8、本实用新型光纤温度-压力二参量测井传感器，可应用在航空航天、道路桥梁、医用器械等领域。