温度压力双参数一体化测量光纤传感技术研究

发布时间：2022-07-20 15:20

　　光纤传感器已经广泛地应用于建筑桥梁、生物医学、石油石化等众多领域,近年来更是以日新月异的发展态势深入到工业生产的各个环节中去。本文针对石油井下高温高压环境,利用光纤光栅与光纤法珀腔级联结构研制温度压力双参量一体化测量光纤传感系统。主要研究内容有如下四个方面:温度压力传感器基本理论与传感原理;温度压力传感器的制作、封装与性能优化;温度压力传感信号分析与处理;温度压力传感器高温、高压测试试验。本文首先回顾了光纤传感的历史和发展,着种调研了温度压力双参数光纤传感器的国内外研究和应用进展,说明了石油井下温度压力传感器的应用前景。之后根据本文提出的传感器的特殊结构分别对光纤光栅和法珀腔压力传感器做了基本的原理分析,论证光纤光栅作为温度压力传感器温度敏感单元以及法珀腔作为压力敏感单元的传感原理。深入地对法珀腔的不同制作方式做出对比分析,确定了最合适的法珀腔制作方法。并通过实验,提出一种优化法珀干涉仪反射光谱的方法。在对传感器的封装方面,针对井下恶劣的环境,利用高温光纤、钢管、法兰和波纹管作为封装材料,可以很好地保护光纤不受外力破坏。接着,针对本温压传感器的特殊光谱提出一种温度、压力双参数解调方法,... 

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 光纤传感技术研究背景
    1.2 光纤布拉格光栅温度传感器的研究进展
    1.3 光纤法布里-珀罗压力传感器的研究进展
    1.4 井下温度压力一体化测量光纤传感器的研究现状
    1.5 本课题的研究意义及主要研究内容
        1.5.1 本课题研究意义
        1.5.2 本课题主要研究内容
第2章 温度压力一体化测量光纤传感器总体方案设计
    2.1 技术目标
    2.2 温度压力光纤传感器制备
    2.3 温度压力光纤传感器封装
    2.4 温度压力光纤传感器信号解调
        2.4.1 波长解调原理
        2.4.2 寻峰算法
    2.5 信号解调软件设计
    2.6 小结
第3章 光纤法布里-珀罗传感器原理及制备技术
    3.1 光纤法布里-珀罗干涉仪原理分析
        3.1.1 光纤法布里-珀罗干涉仪原理
        3.1.2 自由光谱范围
        3.1.3 法布里-珀罗传感器压力灵敏度分析
    3.2 光纤法布里-珀罗传感器制备技术
        3.2.1 电弧放电制备法布里-珀罗压力传感器
        3.2.2 石英薄膜转移法制备法布里-珀罗压力传感器
        3.2.3 光纤端面研磨法制备法布里-珀罗压力传感器
        3.2.4 法布里-珀罗压力传感器技术方案选型
    3.3 光纤法布里-珀罗传感器传感特性研究
        3.3.1 压力传感特性研究
        3.3.2 温度传感特性研究
    3.4 光纤法布里-珀罗传感器性能优化
    3.5 本章小结
第4章 光纤布拉格光栅传感原理及其制备技术
    4.1 光纤布拉格光栅传感原理分析
        4.1.1 光纤光栅温度传感原理
        4.1.2 光纤光栅轴向应变传感原理
        4.1.3 光纤光栅压力传感原理
    4.2 光纤光栅制作
        4.2.1 红外飞秒激光相位掩模板写制光纤光栅
        4.2.2 紫外飞秒激光相位掩模板制备光纤光栅
        4.2.3 光纤光栅温度传感器技术方案选型
    4.3 光纤光栅温度测试
    4.4 本章小结
第5章 温度压力一体化测量光纤传感器测试实验
    5.1 测试系统搭建
        5.1.1 温压测试系统
        5.1.2 温度标定装置
        5.1.3 信号解调系统
    5.2 传感器测试实验
        5.2.1 温度响应测试
        5.2.2 压力响应测试
        5.2.3 交叉敏感问题
    5.3 小结
第6章 总结和展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间的研究成果



本文编号：3664236