CN209117221U - 一种高静压压差光纤传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种高静压压差光纤传感器，包括密封外壳和设于密封外壳内的密封腔，密封腔内设有压差检测机构和位移导杆，压差检测机构可带动位移导杆水平移动，压差检测机构与密封外壳的中心线平行，位移导杆与压差检测机构的中心线垂直；位移导杆上固设有反射镜支架，该反射镜支架的另一端插入密封外壳的内壁，且该端固设有反射镜，反射镜支架与压差检测机构的中心线平行，密封外壳上插有光学准直器，光学准直器的端面与反射镜的端面之间相互平行，光学准直器和反射镜之间形成光学谐振腔，光学准直器上连接有光纤，光纤连接有光纤传感器解调仪。本实用新型的光纤传感器具有响应速度快、精度高、高过载能力、成本低等优点。
Description
技术领域
本实用新型属于传感器技术领域，具体涉及一种高静压压差光纤传感器。
背景技术
在油气田开发过程设中，实时了解地面作业系统与井内各物理量的特征、状态，对勘探、生产提高效率以及降低成本极为重要，因此数据采集监测是实现精确施工与生产的重要保障，生产现场所用传感器的技术性能指标的优劣直接决定了各种工艺是否能够顺利完成、增产效果能否达标，企业的效率与利润能否稳健增长。
目前，市场上常用的电学传感器在井下恶劣的工作环境中，如高温、高压、地磁干扰等环境下长期工作存在诸多问题，且成本昂贵，不利于油气井智能化检测技术的提高和发展。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种高静压压差光纤传感器，克服现有技术中现有技术中存在的上述技术问题。
本实用新型提供的技术方案如下：
一种高静压压差光纤传感器，包括密封外壳和设于密封外壳内的密封腔，所述密封腔内设有压差检测机构和位移导杆，所述压差检测机构可带动位移导杆水平移动，所述压差检测机构与密封外壳的中心线平行，所述位移导杆与压差检测机构的中心线垂直；
所述位移导杆上固设有反射镜支架，该反射镜支架的另一端插入密封外壳的内壁，且该端固设有反射镜，所述反射镜支架与压差检测机构的中心线平行，所述密封外壳上靠近反射镜的端面上插有光学准直器，所述光学准直器的端面与反射镜的端面之间相互平行，所述光学准直器和反射镜之间形成光学谐振腔，所述光学准直器上连接有光纤，所述光纤连接有光纤传感器解调仪。
所述压差检测机构包括依次连通的压力高压端口、左弹性体管、导杆底座、右弹性体管和压力低压端口，所述压力高压端口和压力低压端口分别设于密封外壳的两端面上；所述位移导杆固设在导杆底座上。
所述密封外壳为圆柱型结构，包括左密封外壳和右密封外壳，所述左密封外壳与右密封外壳固定连接。
所述密封外壳的两端面上分别设有左支架和右支架，所述压力高压端口设于左支架上，所述压力低压端口设于右支架上，所述左弹性体管与左支架固定连接，所述右弹性体管与右支架固定连接。
所述光纤为耐高压高温铠装单模石英光纤。
所述左弹性体管和右弹性体管均采用铟钢材料。
所述左密封外壳和右密封外壳均由耐高压P91合金材料制造。
所述导杆底座采用铟钢材料。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型提供的这种高静压压差光纤传感器，在两个压力端口的压力存在压差时，导杆底座产生位移，同时，反射镜支架以及反射镜移动，导致光学谐振腔的间距发生变化，传感器输出光谱发生相位变化，从而检测光纤输出的光谱的相位变化即可检测压力差值的变化。
本实用新型的高静压压差光纤传感器的信号传输由光纤传输，因此不受外部电磁信号的干扰，光纤传感器本身为本质安全型，因此这种装置可以应用有害、易燃、易爆液体压力、密度的测定。
下面将结合附图做进一步详细说明。
附图说明
图1是本实用新型的一种实施方式结构示意图；
图2是压差检测机构的结构示意图。
图中：1、反射镜；2、反射镜支架；3、位移导杆；4、光学准直器；5、光纤；6、左密封外壳；7、左支架；8、右支架；9、压力高压端口；10、压力低压端口；11、右密封外壳；12、左弹性体管；13、导杆底座；14、右弹性体管；15、压力腔；16、光学谐振腔。
具体实施方式
在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语 “左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型创造的限制。
实施例1：
为了解决现有的电学传感器在工作中存在诸多问题以及成本昂贵的不足，本实施例提供了一种高静压压差光纤传感器，包括密封外壳和设于密封外壳内的密封腔，所述密封腔内设有压差检测机构和位移导杆3，所述压差检测机构可带动位移导杆3水平移动，所述压差检测机构与密封外壳的中心线平行，所述位移导杆3与压差检测机构的中心线垂直；
所述位移导杆3上固设有反射镜支架2，该反射镜支架2的另一端插入密封外壳的内壁，且该端固设有反射镜1，所述反射镜支架2与压差检测机构的中心线平行，所述密封外壳上靠近反射镜1的端面上插有光学准直器4，所述光学准直器4的端面与反射镜1的端面之间相互平行，所述光学准直器4和反射镜1之间形成光学谐振腔16，所述光学准直器4上连接有光纤5，所述光纤5连接有光纤传感器解调仪。
工作过程：
当被测两点压力作用于该传感器时，压差检测机构在压差的作用下，带动位移导杆3移动，从而带动反射镜支架2和反射镜1移动，此时，光学谐振腔16的间距发生变化，传感器的输出光谱发生相位变化，检测光纤5输出的光谱的相位变化即可监测压力差值的变化。
光纤传感器解调仪可将光纤传感器的实时动态的光信号转换为实时同步的电信号；其中有硬件、软件，最终将光纤传感器的信号通过PC（软件）给予显示、存储。光纤传感器解调仪为现有产品。
实施例2：
在实施例1的基础上，本实施例提供了一种高静压压差光纤传感器，所述压差检测机构包括依次连通的压力高压端口9、左弹性体管12、导杆底座13、右弹性体管14和压力低压端口10，所述压力高压端口9和压力低压端口10分别设于密封外壳的两端面上；所述位移导杆3固设在导杆底座13上。
当压力高压端口9和压力低压端口10的压力变化产生压差时，会导致左、右弹性体管14产生形变，使导杆底座13发生移动，当导杆底座13移动时，会使垂直固定在导杆底座13上的位移导杆3同时移动，从而带动反射镜支架2和反射镜1移动，此时，光学谐振腔16的间距发生变化，传感器的输出光谱发生相位变化，检测光纤5输出的光谱的相位变化即可监测压力差值的变化。
本实施例的传感器通过测量输出光谱的相位变化，反应被测点的压力差的变化，而且这种变化是实时连续的，因此它具有极高的测量精度和多种用途。
实施例3：
在实施例2的基础上，本实施例提供了一种高静压压差光纤传感器，所述密封外壳为圆柱型结构，包括左密封外壳6和右密封外壳11，所述左密封外壳6与右密封外壳11固定连接。
实施例4：
在实施例2的基础上，本实施例提供了一种高静压压差光纤传感器，所述密封外壳的两端面上分别设有左支架7和右支架8，所述压力高压端口9设于左支架7上，所述压力低压端口10设于右支架8上，所述左弹性体管12与左支架7固定连接，所述右弹性体管14与右支架8固定连接。
在本实施例中，左弹性体管12、右弹性体管14的一端分别与左支架7、右支架8上的压力高压端和压力低压端进行熔焊，另一端分别与导杆底座13的两端进行熔焊，从而形成两个相互独立的可随压力变化而产生机械形变的压力腔15。
实施例5：
在实施例1的基础上，本实施例提供了一种高静压压差光纤传感器，光纤5为耐高压高温铠装单模石英光纤。
该传感器的信号传输由光纤5传输，因此传感器不受外部电磁信号的干扰，光纤传感器本身为本质安全型，因此这种装置可以应用有害、易燃、易爆液体压力、密度的测定。
实施例6：
在实施例2的基础上，本实施例提供了一种高静压压差光纤传感器，左弹性体管12和右弹性体管14均采用铟钢材料。
一般压力传感器的弹性体（敏感体）的材料选用高锰系的弹性材料，本专利中传感器的弹性体选用的弹性材料是铟钢材料，此材料在-40~120度内线膨胀系数不大于1E-6 /℃ 同时又具有弹性特性。
实施例7：
在实施例3的基础上，本实施例提供了一种高静压压差光纤传感器，左密封外壳6和右密封外壳11均由耐高压P91合金材料制造。
本实用新型提供的光纤传感器可以工作在80~100Mpa压力下的高压井内环境，同时又能检测到0~20Kpa的差压值，以此实现井下的压力、密度、流量进行连续测量，具有测量精度高、成本低、使用方便等特点。
实施例8：
在实施例2的基础上，本实施例提供了一种高静压压差光纤传感器，导杆底座用铟钢材料。
铟钢材料在-40~120度内线膨胀系数不大于1E-6 /℃ 同时又具有弹性特性。
实施例9：
本实施例提供了一种高静压压差光纤传感器，如图1所示，包括密封外壳，密封外壳内部设置有密封腔，密封外壳两端面上分别设置有压力高压端口9和压力低压端口10；密封腔内设置有导杆底座13，导杆底座13轴心线与密封壳体的轴心线相互平行，导杆底座13的两端与压力高压端口9、压力低压端口10之间分别设置有左弹性体管12和右弹性体管14，左弹性体管12与压力高压端口9连通，右弹性体管14与压力低压端口10连通；导杆底座13上固定设置有位移导杆3，位移导杆3与导杆底座13相互垂直设置。
位移导杆3上固定设置有反射镜支架2，反射镜支架2的轴心线与导杆底座13的轴心线相互平行，反射镜支架2远离位移导杆3的一端插入密封外壳的内壁上，且所述反射镜支架2插入密封外壳内壁的一端固定设置有反射镜1；密封外壳上靠近反射镜1的端面上插入有光学准直器4，光学准直器4的端面与反射镜1的端面平行、且之间形成光学谐振腔16，且两端面之间同心、平行设置，光学准直器4上连接有光纤5。
如图2所示，本实用新型采用两个独立的压力腔15，通过导杆底座13、位移导杆3、反射镜支架2、反射镜1、光学准直器4形成光学谐振腔16，当被测两点压力作用于该传感器时，当传感器压力高压端口9、压力低压端口10的压力形成压力差时，导杆底座13发生位移；固定在导杆底座13上的位移导杆3、反射镜支架2以及反射镜支架2上的反射镜1同时移动，导致光学谐振腔16的间距发生变化，传感器的输出光谱发生相位变化；检测光纤5输出的光谱的相位变化即可监测被测罐体内介质的压力差值的变化。
反射镜支架2和反射镜1与密封外壳之间可相对滑动，从而实现光学谐振腔16的间距变化。该光学谐振腔16的间距为0.1~0.8mm。
该光纤传感器可以通过计算机建立网络化数据测量采集系统，从而可以对大型油库、液体化工原料储存基底等实施局域网络化监测，具有极大的实用性。
实施例10：
本实施例提供了一种压差监测方法，使用实施例2的高静压压差光纤传感器，当压力高压端口9和压力低压端口10的压力变化产生压差时，左弹性体管12和右弹性体管14产生形变，使导杆底座13发生移动，同时带动位移导杆3移动，使反射镜支架2和反射镜1同步移动，从而使光学谐振腔16的间距发生变化，输出光谱发生相位变化，通过光纤5输出的光谱的相位变化，之后光纤传感器解调仪将光信号转换为电信号，通过显示可实现压差监测。
实施例11：
本实施例提供了一种高静压压差光纤传感器的应用，利用压差，根据可用于测试液体的密度，式中，P 1 -P 2 为压差，g为重力加速度，H为液体内某点的深度。
将高静压压差光纤传感器的两个压力口（压力高压端口9和压力低压端口10）分别安装于被测储罐底部和其他相应位置，通过测量出储罐的两个点的压力，可以得到待测液体的密度。
综上所述，本实用新型提供的这种高静压压差光纤传感器，在两个压力端口的压力存在压差时，导杆底座产生位移，同时，反射镜支架以及反射镜移动，导致光学谐振腔的间距发生变化，传感器输出光谱发生相位变化，从而检测光纤输出的光谱的相位变化即可检测压力差值的变化。
高静压压差光纤传感器的信号传输由光纤5传输，因此不受外部电磁信号的干扰，光纤传感器本身为本质安全型，因此这种装置可以应用有害、易燃、易爆液体压力、密度的测定。
本实用新型的光纤传感器通过测量输出光谱的相位变化，反应被测点的压力差的变化，而且这种变化是实时连续的，因此它具有极高的测量精度和多种用途。同时，具有响应速度快、高过载能力、成本低等优点。
以上例举仅仅是对本实用新型的举例说明，并不构成对本实用新型的保护范围的限制，凡是与本实用新型相同或相似的设计均属于本实用新型的保护范围之内。实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。
Claims (8)
1.一种高静压压差光纤传感器，其特征在于：包括密封外壳和设于密封外壳内的密封腔，所述密封腔内设有压差检测机构和位移导杆（3），所述压差检测机构可带动位移导杆（3）水平移动，所述压差检测机构与密封外壳的中心线平行，所述位移导杆（3）与压差检测机构的中心线垂直；
所述位移导杆（3）上固设有反射镜支架（2），该反射镜支架（2）的另一端插入密封外壳的内壁，且该端固设有反射镜（1），所述反射镜支架（2）与压差检测机构的中心线平行，所述密封外壳上靠近反射镜（1）的端面上插有光学准直器（4），所述光学准直器（4）的端面与反射镜（1）的端面之间相互平行，所述光学准直器（4）和反射镜（1）之间形成光学谐振腔（16），所述光学准直器（4）上连接有光纤（5），所述光纤（5）连接有光纤传感器解调仪。
2.根据权利要求1所述的一种高静压压差光纤传感器，其特征在于：所述压差检测机构包括依次连通的压力高压端口（9）、左弹性体管（12）、导杆底座（13）、右弹性体管（14）和压力低压端口（10），所述压力高压端口（9）和压力低压端口（10）分别设于密封外壳的两端面上；所述位移导杆（3）固设在导杆底座（13）上。
3.根据权利要求1所述的一种高静压压差光纤传感器，其特征在于：所述密封外壳为圆柱型结构，包括左密封外壳（6）和右密封外壳（11），所述左密封外壳（6）与右密封外壳（11）固定连接。
4.根据权利要求2所述的一种高静压压差光纤传感器，其特征在于：所述密封外壳的两端面上分别设有左支架（7）和右支架（8），所述压力高压端口（9）设于左支架（7）上，所述压力低压端口（10）设于右支架（8）上，所述左弹性体管（12）与左支架（7）固定连接，所述右弹性体管（14）与右支架（8）固定连接。
5.根据权利要求1所述的一种高静压压差光纤传感器，其特征在于：所述光纤（5）为耐高压高温铠装单模石英光纤。
6.根据权利要求2所述的一种高静压压差光纤传感器，其特征在于：所述左弹性体管（12）和右弹性体管（14）均采用铟钢材料。
7.根据权利要求3所述的一种高静压压差光纤传感器，其特征在于：所述左密封外壳（6）和右密封外壳（11）均由耐高压P91合金材料制造。
8.根据权利要求2所述的一种高静压压差光纤传感器，其特征在于：所述导杆底座（13）采用铟钢材料。
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| CN201822203720.4U CN209117221U (zh) | 2018-12-26 | 2018-12-26 | 一种高静压压差光纤传感器 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109459165A (zh) * | 2018-12-26 | 2019-03-12 | 中国石油集团川庆钻探工程有限公司 | 一种高静压压差光纤传感器及压差监测方法和应用 |
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2018
- 2018-12-26 CN CN201822203720.4U patent/CN209117221U/zh active Active
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109459165A (zh) * | 2018-12-26 | 2019-03-12 | 中国石油集团川庆钻探工程有限公司 | 一种高静压压差光纤传感器及压差监测方法和应用 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20201102 Address after: 100007 Dongcheng District, Dongzhimen, China, North Street, No. 9 Oil Mansion, No. Patentee after: CHINA NATIONAL PETROLEUM Corp. Patentee after: CNPC Chuanqing Drilling Engineering Co.,Ltd. Address before: 610056 6 Chenghua District chase street, Chengdu, Sichuan Patentee before: CNPC Chuanqing Drilling Engineering Co.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right |