CN213209300U - 集成光纤测温与检波功能的井下光纤光栅传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种集成光纤测温与检波功能的井下光纤光栅传感器，包括外壳，以及密封在外壳内的三支光纤光栅振动传感器和光纤光栅温度传感器，三支光纤光栅振动传感器均包含第一光纤光栅、质量块和铰链，该质量块通过该铰链连接固定在外壳内壁上，该质量块带有延长梁，该第一光纤光栅一端固定在该延长梁上，另一端固定在检波器外壳上，光纤光栅温度传感器包括第二光纤光栅和高温胶，该光纤光栅温度传感器采用该高温胶粘在外壳的内壁板上，保持该第二光纤光栅弯曲状态。该集成光纤测温与检波功能的井下光纤光栅传感器可测量X、Y、Z三个方向的微振动波，并可测量环境的实时温度，利用获得的温度信息，对三分量光纤光栅检波器灵敏度进行校正。
Description
技术领域
本实用新型涉及油田开发技术领域，特别是涉及到一种集成光纤测温与检波功能的井下光纤光栅传感器。
背景技术
在油气勘探领域，地震勘探技术是目前最为有效的一种方法。微振动传感器(检波器)作为地震勘探的关键设备，其作用是测量人为激发震源的直达波或各地层反射波，并转换为电信号输出，为油气藏的勘探开发提供准确的地质情报。目前，微地震监测技术主要依赖电子式监测仪器，存在价格昂贵、稳定性差、不耐高低温等局限。相比于电子检波器，光纤检波器具有灵敏度高、噪声低、带宽宽、动态范围大，且抗电磁干扰、易于大规模组网等优点，在地震物探领域得到了越来越多的青睐，成为石油勘探领域的新利器。
井下环境恶劣，比如在4000米的深度，温度可以达到200℃以上，温度变化会对光纤检波器的灵敏度产生影响，在实际应用中需要实时测温，对光纤检波器的灵敏度、中心波长等参数进行校正。
在申请号：CN201621138059.8的中国专利申请中，涉及到一种光纤光栅传感系统，其特征在于，包括密集波分复用器、光纤光栅传感器阵列、用于根据接收到的温度调节量及预设的初始工作温度调节所述密集波分复用器的工作温度的温度监控装置及用于获取所述光纤光栅传感器阵列的工作温度的变化量，并根据预设规则获得温度调节量，将所述温度调节量发送给所述温度监控装置的控制器，所述光纤光栅传感器阵列、所述控制器及所述温度监控装置均与所述密集波分复用器耦合，所述控制器与所述温度监控装置耦合。该发明的温度传感器不是与光纤光栅传感器一体化的光纤温度传感器，需占用额外的体积，采集的温度信息是为了调节密集波分服用器的带宽波长。
为此我们发明了一种新的集成光纤测温与检波功能的井下光纤光栅传感器，解决了以上技术问题。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种集成光纤检波器和光纤实时测温功能的集成光纤测温与检波功能的井下光纤光栅传感器。
本实用新型的目的可通过如下技术措施来实现：集成光纤测温与检波功能的井下光纤光栅传感器，该集成光纤测温与检波功能的井下光纤光栅传感器包括外壳，以及密封在该外壳内的三支光纤光栅振动传感器和光纤光栅温度传感器，所述的三支光纤光栅振动传感器均包含第一光纤光栅、质量块和铰链，该质量块通过该铰链连接固定在该外壳内壁上，该质量块带有延长梁，该第一光纤光栅一端固定在该延长梁上，另一端固定在检波器外壳上，该光纤光栅温度传感器包括第二光纤光栅和高温胶，该光纤光栅温度传感器采用该高温胶粘在该外壳的内壁板上，保持该第二光纤光栅弯曲状态。
本实用新型的目的还可通过如下技术措施来实现：
所述的三支光纤光栅振动传感器为三个FBG的中心波长分别为1553nm、1556nm、1559nm的振动FBG传感器。
该光纤光栅温度传感器为FBG中心波长为1545nm的温度传感器。
该外壳的壳内灌有硅油阻尼脂，以提高该光纤光栅振动传感器的频响灵敏度的平坦度。
所述的三支光纤光栅振动传感器和该光纤光栅温度传感器采用一根光纤进行串联。
所述的三支光纤光栅振动传感器分别沿XYZ方向垂直放置，测量XYZ方向上的振动信号。
本实用新型中的集成光纤测温与检波功能的井下光纤光栅传感器，可以测量X、Y、Z三个方向的微振动波，并可以测量环境的实时温度，利用获得的温度信息，对三分量光纤光栅检波器灵敏度进行校正。温度变化会导致硅油的阻尼值发生变化，影响振动传感器的灵敏度变化；温度变化还会导致光纤光栅的中心波长发生漂移，在井下高温环境下，中心波长可能漂移出原有测量区间。本发明通过在光纤光栅振动传感器上串联一支光纤光栅温度传感器，实时监测井下温度，可以有效调整振动传感器的灵敏度及波长变化，实现准确测量的目的。
附图说明
图1为本实用新型的集成光纤测温与检波功能的井下光纤光栅传感器的一具体实施例的示意图；
图2为本发明的一具体实施例中光纤光栅振动传感器的结构示意图；
图3为本发明的一具体实施例中光纤光栅温度传感器的结构示意图。
图中，1外壳，2光纤光栅振动传感器，3光纤光栅温度传感器，4单模光纤，5光纤光栅，6质量块，7铰链，8质量块延长梁，9外壳内壁板，10高温胶。
具体实施方式
为使本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。
如图1、2、3所示，为本实用新型的集成光纤测温与检波功能的井下光纤光栅传感器的结构图。该集成光纤测温与检波功能的井下光纤光栅传感器由外壳1，光纤光栅振动传感器2，光纤光栅温度传感器3，单模光纤4，光纤光栅5，质量块6，铰链7，质量块延长梁8，外壳内壁板9，高温胶10组成。
外壳1的筒内密封有四个光纤光栅传感器，其中三个是振动FBG传感器2,FBG的中心波长分别为1553nm、1556nm、1559nm；一个传感器是温度传感器3，FBG中心波长为1545nm,四个传感器采用同一根单模光纤4进行串联，壳内灌有硅油阻尼脂，用来提高振动传感器的频响灵敏度的平坦度。其中振动传感器中光纤光栅5通过质量块延长梁8与质量块6连接，质量块6通过铰链连接固定。光纤FBG温度传感器中光纤光栅5用高温胶10粘在外壳内壁板9上，保持光纤光栅5弯曲状态。不同方向的微震动信号引起质量块6振动，质量块6振动对光纤光栅引起应力变化。温度及振动应力引起的光栅波长变化信号通过单模光纤4传回解调端进行信号解调。通过将光纤光栅温度传感器集成到光纤光栅振动传感器中，可以实时测试现场环境温度，通过温度数据对振动器进行实时校正，得到更准确的测试效果。
质量块6作为惯性敏感元件，通过金属铰链7与检波器外壳连接。质量块6带有质量块延长梁8，光纤一端固定在延长梁上，另一端固定在检波器外壳上。当外壳随外界微震动信号震动时，质量块6在惯性力的作用下绕铰链相对外壳转动，从而通过延长梁拉动与之连接的FBG,使其轴向应变发生变化，导致FBG中心波长变化。
FBG温度传感器，光纤上温度、应变的变化会引起光纤Bragg光栅的周期Λ和折射率neff的变化，从而使光纤光栅反射光的中心波长λB发生变化，通过检测λB的变化，就可以获得相应的温度信息，这就是用光纤Bragg光栅检测温度的基本原理。
当光纤上无应变，温度变化ΔT时，由热膨胀效应引起的光栅周期的变化ΔΛ为:
ΔΛ＝α·Λ·ΔT (2)
式中α为光纤的热膨胀系数。由热光效应引起的有效折射率的变化Δneff为：
Δneff＝ξ·neff·ΔT (3)
式中ξ为光纤的热光系数，表示折射率随温度的变化率。把式(2)和式(3)代入式(1)得：
式中KT为光纤Bragg光栅的温度系数，由此可见，波长的漂移与温度的变化成线性关系。
光纤光栅波长与温度有非常稳定的对应关系，只要是自由态(不受应力)的FBG，就是一个非常好的传感器。所以，用FBG设计温度传感器，有结构简单、精度高的特点。
FBG的两端用高温胶粘接在金属基底上，中间拱起适当高度，保证在温度测试范围内，FBG始终保持弯曲状态。
由于井下温度可以达到200℃以上，FBG振动传感器的中心波长会受到温度变化影响，阻尼用的硅油也会受到温度变化影响，使振动传感器的波长灵敏度产生变化，利用FBG温度传感器对井下工作环境进行实时测温，可以根据温度数据有效校正FBG地震检波器的灵敏度。
Claims (6)
1.集成光纤测温与检波功能的井下光纤光栅传感器，其特征在于，该集成光纤测温与检波功能的井下光纤光栅传感器包括外壳，以及密封在该外壳内的三支光纤光栅振动传感器和光纤光栅温度传感器，所述的三支光纤光栅振动传感器均包含第一光纤光栅、质量块和铰链，该质量块通过该铰链连接固定在该外壳内壁上，该质量块带有延长梁，该第一光纤光栅一端固定在该延长梁上，另一端固定在检波器外壳上，该光纤光栅温度传感器包括第二光纤光栅和高温胶，该光纤光栅温度传感器采用该高温胶粘在该外壳的内壁板上，保持该第二光纤光栅弯曲状态。
2.根据权利要求1所述的集成光纤测温与检波功能的井下光纤光栅传感器，其特征在于，所述的三支光纤光栅振动传感器为三个FBG的中心波长分别为1553nm、1556nm、1559nm的振动FBG传感器。
3.根据权利要求1所述的集成光纤测温与检波功能的井下光纤光栅传感器，其特征在于，该光纤光栅温度传感器为FBG中心波长为1545nm的温度传感器。
4.根据权利要求1所述的集成光纤测温与检波功能的井下光纤光栅传感器，其特征在于，该外壳的壳内灌有硅油阻尼脂，以提高该光纤光栅振动传感器的频响灵敏度的平坦度。
5.根据权利要求1所述的集成光纤测温与检波功能的井下光纤光栅传感器，其特征在于，所述的三支光纤光栅振动传感器和该光纤光栅温度传感器采用一根光纤进行串联。
6.根据权利要求1所述的集成光纤测温与检波功能的井下光纤光栅传感器，其特征在于，所述的三支光纤光栅振动传感器分别沿XYZ方向垂直放置，测量XYZ方向上的振动信号。
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| CN213209300U true CN213209300U (zh) | 2021-05-14 |
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| CN202022272890.5U Active CN213209300U (zh) | 2020-10-13 | 2020-10-13 | 集成光纤测温与检波功能的井下光纤光栅传感器 |
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2020
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