[发明专利]光纤温度压力传感器

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，涉及一种光纤温度压力传感器，尤其适用于油气井下温度、压力参数的监测。

背景技术

目前我国在监测油井下温度、压力参数时，因电子传感器具有测量精度高、显示方法直观以及获取资料可靠的特点，是目前应用最广泛的井下测量仪之一。而电子类传感器通常是由电子元器件组装而成，电路板尺寸相对较大、寿命短、易损坏、易被外界干扰，下入油气井的深度有限、能长期工作温度较低；电子类传感器为有源带电设备，在井下易燃易爆环境中，具有电打火的安全隐患。

基于FBG和光纤F-P腔的光纤传感器具有寿命长、传输距离长、不带电、耐恶劣环境和抗电磁干扰等特点，适于在航空航天、高温油气井和国防等领域的监测应用。通过特殊的封装结构，使其对待测参量敏感，通过FBG波长的变化以及F-P腔腔长的变化实现参数监测，例如温度、压力、应变、加速度等。目前，国内外在油气井监测过程中，大多通过FBG监测温度，井下温度发生变化时，FBG的波长发生变化；通过F-P腔监测压力，井下压力发生变化时光纤F-P腔的腔长发生变化，致使光谱发生变化，通过软件对光谱进行采集、分析和计算，最终得到井下的温度和压力值。

光纤F-P腔与FBG作为传感器的传感器探头，其材料为石英，封装时需要先将其用胶粘接或玻璃焊料高温熔化等固定于金属基体上，然后对传感器探头和金属基体进行密封保护。在进行监测时，传感器探头需要和被测介质直接接触，胶和玻璃焊料与油井下的液气成分在高温下发生化学反应，从而使其固定密封作用失效，传感器损坏；玻璃管在生产过产中，难免会有轻微缺陷，而油井下氢离子浓度又特别高，氢分子会在玻璃管中扩散，扩散同时与缺陷会发生化学反应，产生氢损，使信号衰减严重，甚至消失。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的光纤温度压力传感器，采用表面镀膜且一端封闭的金属波纹管将被测介质进行隔离，使传感器传感器探头F-P腔与腐蚀性弱的介质(作为保护介质)直接接触，同时金属波纹管也实现压力传导。被测介质压力发生变化经过波纹管传导给保护介质，最终作用在传感器传感器探头F-P腔上，F-P腔腔长发生变化，经过解调得出压力值；当温度变化时FBG波长发生变化，经过解调得出温度值。具有尺寸小、精度高、寿命长、长期监测稳定性好等特点，特适用于油井下温度和压力监测。

本发明所采用的技术方案是：一种光纤温度压力传感器，它包括进压圆筒、主体套筒和传压装置，进压圆筒和主体套筒左端通过螺纹联接，进压圆筒和主体套筒的套叠部位设置有第一密封圈，进压圆筒和主体套筒的对接部通过激光焊接实现密封；传压装置自主体套筒左端插入与主体套筒内腔的台阶面配合，通过进压圆筒挤压传压装置并使传压装置和主体套筒接触面产生金属变形实现密封；

其特征是所述传压装置包括金属波纹管、锥形法兰、压紧锥块和铜垫圈；锥形法兰分为第一段和第二段，第一段设置成截圆台，截圆台的斜面形成第二外锥面，第二段设置成圆柱，锥形法兰内腔设置有阶梯孔，在第二段的端面上位于外表面与阶梯孔之间设置有第二环状凹槽，第二环状凹槽的横截面为V形；压紧锥块分为第一段和第二段，第一段设置为锥度为5°的截圆台，截圆台的斜面形成第一外锥面，第二段为圆柱；金属波纹管材质为不锈钢，表面镀金，金属波纹管一端封闭、一端开口，金属波纹管封闭端的内径小于开口端内径，金属波纹管开口端外表面与锥形法兰内孔为间隙配合，金属波纹管开口端内表面与压紧锥块的第二段外表面过盈配合；将金属波纹管插入到锥形法兰中，再将压紧锥块压人金属波纹管中，金属波纹管第二段端面、压紧锥块第二段端面以及锥形法兰阶梯孔中的大孔底面三者齐平，用激光焊接机对三者缝隙处进行激光焊接，形成均匀密实的第四焊缝。

本方案的具体特点还有，所述进压圆筒包括第一端和第二端,第一端直径小于第二端直径，第一端圆周方向上设置有外螺纹和密封圈槽，第一端端面上设置有第一V形凹槽，所述进压圆筒中心沿轴向设置有光孔，在进压圆筒侧面设置有螺纹孔，用于和其它设备进行连接和传输被测介质。