一种井下轮辐式光纤光栅与法珀微腔温度压力传感器.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115901042A(43)申请公布日2023.04.04(21)申请号202211126617.9G01L11/02(2006.01)(22)申请日2022.09.16G01K11/32(2021.01)(71)申请人中海石油（中国）有限公司地址100010北京市东城区朝阳门北大街25号申请人中海石油（中国）有限公司北京研究中心(72)发明人李梦博许亮斌李中盛磊祥郝希宁罗洪斌邹明华田得强黎玉婷熊良明李立彤(74)专利代理机构北京纪凯知识产权代理有限公司11245专利代理师王春霞(51)Int.Cl.G01L1/24(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图1页(54)发明名称一种井下轮辐式光纤光栅与法珀微腔温度压力传感器(57)摘要本发明公开了一种井下轮辐式光纤光栅与法珀微腔温度压力传感器。所述传感器的结构如下：基座Ⅰ上设有光纤引出孔和进液口，基座Ⅱ上设有光纤引出孔；进液口内配合一端开口的弹性筒，弹性筒的底部与传压杆固定配合，传压杆的另一端固定配合轮辐式应变梁；通过弹性筒、传压杆和轮辐式应变梁的固定配合将弹性筒受到的轴向应变转变为轮辐式应变梁的切向应变；光纤上布置有光纤布拉格光栅和法珀微腔光纤，分别感测轮辐式应变梁产生的切向应变和温度。本发明通过薄壁弹性筒和轮辐式应变梁组合结构与温度补偿结构，有效降低了压力光栅的温度灵敏度，从而很大程度减少温度影响，提高井下高温环境下压力测量的量程和精度，同时通过法珀微腔光纤实现温度的精确测量。CN115901042ACN115901042A权利要求书1/1页1.一种井下轮辐式光纤光栅与法珀微腔温度压力传感器，包括依次配合的基座Ⅰ、基座Ⅲ和基座Ⅱ；所述基座Ⅰ上设有光纤引出孔Ⅰ和进液口，所述基座Ⅱ上设有光纤引出孔Ⅱ；所述进液口内配合一端开口的弹性筒，所述弹性筒的底部与传压杆固定配合，所述传压杆的另一端固定配合轮辐式应变梁，所述轮辐式应变梁固定于所述基座Ⅱ上；通过所述弹性筒、所述传压杆和所述轮辐式应变梁的固定配合将所述弹性筒受到的轴向应变转变为所述轮辐式应变梁的切向应变；光纤穿过所述光纤引出孔Ⅰ和所述光纤引出孔Ⅱ，所述光纤上布置有光纤布拉格光栅和法珀微腔光纤，所述光纤布拉格光栅用于感测所述轮辐式应变梁产生的切向应变，所述法珀微腔光纤通过L型悬臂梁固定在所述基座Ⅱ上，用于感测温度。2.根据权利要求1所述的温度压力传感器，其特征在于：所述弹性筒与所述基座Ⅰ通过激光焊接固定；所述L型悬臂梁与所述基座Ⅱ通过激光焊接固定；所述L型悬臂梁与所述法珀微腔光纤通过玻璃焊料固定。3.根据权利要求1或2所述的温度压力传感器，其特征在于：所述轮辐式应变梁包括至少一对对称设置的悬臂，在所述弹性筒的压力荷载下所述悬臂的侧面产生切向应变。4.根据权利要求3所述的温度压力传感器，其特征在于：所述光纤布拉格光栅与所述悬臂的中性面成45度，用于感测所述悬臂的切向应变；所述轮辐式应变梁的至少一个悬臂的两侧面分别设有互相垂直光纤光栅，用于温度等干扰变量的抵消。5.根据权利要求3或4所述的温度压力传感器，其特征在于：所述温度压力传感器还包括固定基座；所述固定基座与所述基座Ⅲ配合，用于压紧所述悬臂。2CN115901042A说明书1/4页一种井下轮辐式光纤光栅与法珀微腔温度压力传感器技术领域[0001]本发明涉及一种井下轮辐式光纤光栅与法珀微腔温度压力传感器，属于光纤传感领域。背景技术[0002]实时、在线对油井下压力和温度等参数变化进行监测，对于优化采油生产、提高油气采收率和产量具有重要的意义。传统的电子类传感器及其测井方式有很大局限性，无法在井下高温高压等恶劣的环境中正常工作，测量精度不高。光纤传感器具有结构简单、体积小、灵敏度高、抗电磁干扰、易于实现远距离传输和分布式测量、易于在恶劣环境中工作等优点。[0003]薄壁弹性筒结构是利用筒壁感受压力载荷发生弹性形变对压力进行测量，具有灵敏度高、精度高等优点。轮辐式应变梁结构是指利用应变梁对固体、气体和液体的压力进行测量的剪辐式传测压设备，表现出低外形、精度高、线性好、抗偏载、能实现过载保护等许多综合性优点。光纤法珀干涉传感器是基于多光束干涉而成的传感机理，具有体积小、测量范围广、制作简单等优点。[0004]近年，采用光纤光栅传感器和法珀微腔光纤传感器监测井下油水压力和温度已有应用，但其没有很好解决灵敏度和测量范围之间的矛盾。而且，传统的光纤压力传感器受温度‑压力交叉敏感性影响，压力测量灵敏度低，且不能满足实际工程应用环境中双参量测量的需求。发明内容[0005]本发明的目的是提供一种井下轮辐式光纤光栅与法珀微腔温度压力传感器，通过薄壁弹性筒和轮辐式应变梁增大量程和提高精度，并设计了法珀微腔光纤用于温度测量和补偿或轮辐式应