油氣井中超結(jié)構(gòu)光纖光柵傳感器系統(tǒng)的應(yīng)用研究.pdf

1、本文對光纖光柵傳感技術(shù)及其理論進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，提出了基于超結(jié)構(gòu)光纖光柵的傳感器在油氣井中進(jìn)行壓力、溫度測量的方案。系統(tǒng)分析了影響超結(jié)構(gòu)光纖光柵光譜的各種參數(shù)，并進(jìn)行了大量的仿真和實驗，實現(xiàn)了具有高靈敏度和良好線性度的超結(jié)構(gòu)光纖光柵傳感器。主要內(nèi)容包括：光纖光柵的基本理論和性質(zhì)及其傳感應(yīng)用，光柵傳感器的傳感原理和解調(diào)方法，超結(jié)構(gòu)光纖光柵的光譜特性研究，超結(jié)構(gòu)光纖光柵傳感器對油氣井中壓力、溫度等參量進(jìn)行測量的仿真和實驗研究。 首先

2、對光纖光柵的發(fā)展概況進(jìn)行了回顧和分析，對主流的成柵技術(shù)和光柵種類進(jìn)行了研究和探討；隨后對光纖光柵傳感技術(shù)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了回顧和展望，分析和比較了目前應(yīng)用于油氣井下進(jìn)行溫度和壓力測量的各種傳感器。通過分析和比較發(fā)現(xiàn)光纖光柵傳感技術(shù)是進(jìn)行油氣井下溫度、壓力測量的最佳方案，具有很好的發(fā)展前景。 從理論上對超結(jié)構(gòu)光纖光柵進(jìn)行了詳細(xì)的分析和研究。以Maxwell方程組為基礎(chǔ)，推導(dǎo)出了光波導(dǎo)中的幅度耦合模方程組，并具體應(yīng)用到光纖光柵波導(dǎo)結(jié)構(gòu)

3、中，推導(dǎo)出了布拉格光纖光柵的幅度耦合模方程組和反射譜表達(dá)式。在此基礎(chǔ)上，通過傳輸矩陣法對超結(jié)構(gòu)光纖光柵進(jìn)行了嚴(yán)密的分析，得到了超結(jié)構(gòu)光柵的反射譜表達(dá)式，為超結(jié)構(gòu)光柵的傳感應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。 對光纖光柵的溫度、壓力、應(yīng)變傳感機(jī)理進(jìn)行了嚴(yán)密的理論推導(dǎo)和證明，得出了外界參量變化和光柵光譜之間的密切關(guān)系，為測量方案和解調(diào)方法的創(chuàng)新提供了理論依據(jù)。分析研究了多種主流解調(diào)方法的優(yōu)缺點，提供了不同場合下解調(diào)方案的選擇。 油氣井下超結(jié)

4、構(gòu)光纖光柵傳感器溫度、應(yīng)力測量研究。詳細(xì)分析了光柵各參數(shù)對超結(jié)構(gòu)光柵反射光譜的影響；然后分析了油氣井中溫度、應(yīng)力等參量對光柵參數(shù)的影響，從而建立了油氣井中各參量與超結(jié)構(gòu)光柵光譜之間的關(guān)系。通過大量的仿真和實驗，實現(xiàn)了高靈敏度(M<,11>=44nm/Mpa,．M<,12>=0.025nm/℃，M<,21>=28.13dBm/Mpa，M<,22>=0.17dBm/℃)和良好線性度的超結(jié)構(gòu)光纖光柵傳感器，驗證了超結(jié)構(gòu)光纖光柵傳感器在油氣井中