随钻光纤光栅温度传感器的研究与设计

发布时间：2021-02-01 11:36

　　光纤光栅传感技术是在光纤通讯技术的基础上发展起来的一种光纤传感技术,其原理是基于外界物理参量对光纤布拉格波长的调制来获取传感信息。相比于光纤通讯技术的大红大紫,光纤光栅传感技术则是方兴未艾。自1989年首次使用光纤光栅传感器以来,光纤光栅传感器因其探头小、不受电磁干扰、不受化学腐蚀影响、易于与光纤耦合通信、灵敏度高等优点引起了世界范围内专家和学者们的广泛关注。到目前为止,光纤光栅传感器已在土木结构质量检测、飞机燃料存储箱监测、航天飞机监测、医学影像检测、矿井油井温度检测等领域进行了广泛的应用,也取得了一定的成绩,且仍有广大的应用前景和发展潜力。本文主要研究光纤光栅传感器在随钻测量中的应用,旨在实现石油钻探作业时,钻进过程中钻头附近井筒温度的实时采集。以便于在钻探录井时,结合井筒压力等其它实时采集的录井参数,有效预警井喷、井漏等钻井安全事故,提高石油钻探作业的安全性。目前市场上存在的光纤光栅传感器多为宽带光源、传感器、解调系统三者分离的状态,且解调装置往往体积较大,难以满足随钻测量的现场要求。本文针对现有光纤光栅传感器的这些缺点,对光纤布拉格光栅温度传感器的宽带光源、温度传感和波长解调电... 

【文章来源】：长江大学湖北省

【文章页数】：89 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

光纤的结构

第 2 章 光纤布拉格光栅温度传感器2.1 光纤布拉格光栅传感原理光纤布拉格光栅是一种具有窄带滤波能力的反射型光无源器件，其物理结构见图 2-1。光纤中的布拉格光栅相当于在光纤内放置了窄带反射或透射滤波器，也可以类比为反射镜。之所以能够在光纤内部写入布拉格光栅，是因为在光纤中掺杂了具有光敏特性的杂质，一般会掺杂锗原子。当使用紫外线照射掺杂有锗原子的光纤时，达到一定条件后，被照射到的掺杂有锗原子的光纤的折射率将会发生变化，就会在纤芯中形成一个光栅。将紫外线按照一定方式排列成空间干涉条纹对纤芯进行照射，就可以形成沿轴心方向周其分布的空间相位光栅，也称之为立体折射率光栅，这样方式形成的光纤布拉格光栅的反射率能达到 90%以上，且带宽小于200MHz[51,52,53]。被反射的光的中心波长称之为布拉格波长，布拉格波长之外的光谱则不会被反射，会顺着光纤布拉格光栅透射出去。图 2-2 为输入的宽带光以及经过光纤布拉格光栅反射和透射的光曲线。

第 2 章 光纤布拉格光栅温度传感器2.1 光纤布拉格光栅传感原理光纤布拉格光栅是一种具有窄带滤波能力的反射型光无源器件，其物理结构见图 2-1。光纤中的布拉格光栅相当于在光纤内放置了窄带反射或透射滤波器，也可以类比为反射镜。之所以能够在光纤内部写入布拉格光栅，是因为在光纤中掺杂了具有光敏特性的杂质，一般会掺杂锗原子。当使用紫外线照射掺杂有锗原子的光纤时，达到一定条件后，被照射到的掺杂有锗原子的光纤的折射率将会发生变化，就会在纤芯中形成一个光栅。将紫外线按照一定方式排列成空间干涉条纹对纤芯进行照射，就可以形成沿轴心方向周其分布的空间相位光栅，也称之为立体折射率光栅，这样方式形成的光纤布拉格光栅的反射率能达到 90%以上，且带宽小于200MHz[51,52,53]。被反射的光的中心波长称之为布拉格波长，布拉格波长之外的光谱则不会被反射，会顺着光纤布拉格光栅透射出去。图 2-2 为输入的宽带光以及经过光纤布拉格光栅反射和透射的光曲线。

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3012709