一种光纤光栅温度传感器的封装结构.pdf

本发明涉及一种光纤光栅温度传感器的封装结构，包括保护管、中空管、光纤连接头，保护管通过管阀件与中空管的一端密封连接，中空管的另一端也通过管阀件与光纤连接头密封连接；其中在保护管里面还设有裸光纤光栅支撑架，该裸光纤光栅支撑架通过其底座粘贴或焊接于保护管的内壁，裸光纤光栅用胶粘贴或焊接在裸光纤光栅支撑架上，其传输段光纤通过中空管连接到光纤连接头，且裸光纤光栅支撑架除底座和保护管内壁接触外，其余部分均不与保护管接触，这样光纤光栅就仅受温度作用，基本消除了应力对光纤光栅的影响。本发明封装的光纤光栅温度传感器稳定性、可靠性高，方便分布式布网测量，对应力不敏感，有效防止水浸、氢浸，适合恶劣环境。

1、  一种光纤光栅温度传感器的封装结构，其特征在于包括保护管(3)、中空管(7)、光纤连接头(6)，所述保护管(3)通过一管阀件(5)与所述中空管(7)的一端密封连接，所述中空管(7)的另一端也通过一管阀件(5)与所述光纤连接头(6)密封连接；在所述保护管(3)的里面还设有裸光纤光栅支撑架(2)，所述裸光纤光栅支撑架(2)的底座固定在所述保护管(3)的内壁，在所述裸光纤光栅支撑架(2)上固定有裸光纤光栅(1)，其传输段光纤(8)通过所述中空管(7)连接到所述光纤连接头(6)。

2、  根据权利要求1所述的光纤光栅温度传感器的封装结构，其特征在于所述的裸光纤光栅支撑架(2)由上、中、下三部分构成，上部为支撑裸光纤光栅部分，下部为底座，中部为连接上下两部分的连接棒，其底座与所述保护管(3)的内壁相粘贴或焊接接触；所述裸光纤光栅支撑架(2)的高度约等于保护管(3)的内半径。

3、  根据权利要求2所述的光纤光栅温度传感器的封装结构，其特征在于所述的裸光纤光栅支撑架(2)的上部支撑裸光纤光栅部分为平板长方形状或带一凹槽的平板长方形状或方便灌封胶的圆筒状。

4、  根据权利要求1所述的光纤光栅温度传感器的封装结构，其特征在于所述的裸光纤光栅支撑架(2)由玻璃或金属材料制成。

5、  根据权利要求1、2或3所述的光纤光栅温度传感器的封装结构，其特征在于在所述的保护管(3)的端口处还设有保护管堵头(4)，所述裸光纤光栅(1)的传输光纤在所述保护管(3)的端口处用所述保护管堵头(4)固定。

6、  根据权利要求5所述的光纤光栅温度传感器的封装结构，其特征在于在所述的保护管堵头(4)的材料为陶瓷或聚四氟乙烯。

7、  根据权利要求1、2或3所述的光纤光栅温度传感器的封装结构，其特征在于所述的中空管(7)为中空不锈钢管，其内部装满光纤用油膏。

一种光纤光栅温度传感器的封装结构
技术领域
本发明涉及一种光纤布拉格(Bragg)光栅温度传感器的封装技术，尤其涉及一种适合油气井下的光纤光栅温度传感器的封装结构。
背景技术
温度是工农业生产的一个十分重要的参数，因此对温度的有效监测就成了许多工农业生产部门进行正常生产作业的一个不可回避的问题。在石油产出过程中，对产油井温度的有效、实时、动态、在线、分布式监测显得尤为重要，通过对温度的测量和分析，可以评价生产井产层动态，精确地测量井壁温度剖面，有些情况下还可以反映井的长期生产特性。
目前国内各油田公司基本上都采用电子式仪器进行井下温度测量。随着开采深度和程度的不断增加，油气井下的温度不断升高，现在广泛使用的电子式温度测量仪器就会出现长期工作漂移问题、可靠性问题。发展耐高温电子设备受到技术和巨大投入费用的制约，而且每次测量时，生产井必须停产，这样就会造成生产间断，作业时间减少，油气产量下降。另外井下作业和生产成本过高，测量数据不能实时、在线、动态、准确地反映井下动态情况。油田开发和作业者只能利用这些已经“过时”的、有限的信息来修改油田开发模型，制定开发计划，从而延误了作业最佳的时机，给生产带来了巨大的损失。
而光纤布拉格光栅温度传感器由于具有耐高温、抗腐蚀、抗干扰、井下无需电子部分、本质安全、尺寸小、易于复用等诸多优点，非常适合于油气井下温度参量的长期测量。通过一跟光纤就可以实现实时、在线、动态、分布式地测量井下温度物理参数。但是由于光纤布拉格光栅本质脆弱，容易折断；存在交叉敏感问题，即环境温度和应变的变化都能导致布拉格(Bragg)中心波长的漂移；通常在石油生产井中，光纤布拉格光栅工作在高温、高压、酸、碱等恶劣环境中。因此，必须寻找一种有效的封装方式，能对光纤光栅进行有效保护和去应力影响(即仅让光栅受温度因素影响)封装，保证光纤布拉格光栅温度传感器在恶劣环境下长时间正常工作。
现有的光纤布拉格光栅温度传感器封装仅能在相对不恶劣的环境下使用，例如，温度上限为100℃，不能承受压力，不能耐酸碱等，对应力的屏蔽也不理想。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种体积小、结构简单、性能稳定、能消除应力影响、能承受高压、能防止光纤水浸和氢浸、适应恶劣环境的光纤布拉格光栅温度传感器的封装结构，尤其是适应石油生产井中高温、高压、酸、碱等恶劣环境的光纤布拉格光栅的封装结构。
为实现上述目的，本发明提供了一种光纤光栅温度传感器的封装结构，其包括保护管、中空管、光纤连接头，保护管通过管阀件与中空管的一端密封连接，中空管的另一端也通过管阀件与光纤连接头密封连接；其中：在保护管的里面还设有裸光纤光栅支撑架，该裸光纤光栅支撑架的底座固定在保护管的内壁，在所述裸光纤光栅支撑架上固定有裸光纤光栅，其传输光纤部分通过中空管连接到光纤连接头。
在该封装结构中，所述的裸光纤光栅支撑架由上、中、下三部分构成，上部为支撑裸光纤光栅部分，下部为底座，中部为连接上下两部分的连接棒，其底座与保护管的内壁相粘贴或焊接接触；该裸光纤光栅支撑架的高度约等于保护管的内半径。裸光纤光栅支撑架的上部支撑裸光纤光栅部分为平板长方形状或带一凹槽的平板长方形状或方便灌封胶的圆筒状。裸光纤光栅支撑架可采用玻璃或金属材料。
上述封装结构中所述的保护管的端口处还设有保护管堵头，裸光纤光栅的传输光纤在保护管的端口处用保护管堵头固定。保护管堵头的材料为陶瓷或聚四氟乙烯；所述封装结构的中空管为中空不锈钢管，其内部装满光纤用油膏。
在本发明的技术方案中，裸光纤光栅用胶粘贴或焊接在裸光纤光栅支撑架上，裸光纤光栅支撑架通过其底座粘贴或焊接保护管的内壁，且裸光纤光栅支撑架除底座和保护管内壁接触外，其余部分均不与保护管接触，这样可完全消除纵向应力对光栅的影响，基本上消除轴向应力对光栅的影响。从保护管内引出的温度传感器的传输光纤部分用内部装满光纤用油膏的中空不锈钢管保护，不锈钢管和光纤光栅温度传感器保护管之间用管阀件密封连接。中空不锈钢管和特制的光纤连接头之间也通过管阀件相连接。
本发明的光纤光栅温度传感器的封装结构具有许多独特的优点：
①稳定性、可靠性高；
②体积和外形可根据工程需要改变；
③方便分布式布网测量；
④不受应力影响；
⑤能承受高压；
⑥能有效防止水浸、氢浸对光纤性质的改变；
⑦适合恶劣环境，尤其适合油气井下高温、高压、酸、碱等恶劣环境测温时对光纤光栅温度传感器封装的特殊要求。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1是本发明的光纤光栅温度传感器的封装结构示意图。
图中：
1、裸光纤光栅；    2、裸光纤光栅支撑架；
3、保护管；        4、保护管堵头；
5、管阀件；        6、光纤连接头；
7、中空管；        8、传输段光纤；
9、光纤用油膏。
具体实施方式
图1为本发明的光纤光栅温度传感器的封装结构，尤其是适合油气井下光纤光栅温度传感器的封装结构，它包括：裸光纤光栅1、保护管3、在保护管3内不受应力作用的裸光纤光栅支撑架2、中空管7、管阀件5、带一细孔的保护管堵头4、光纤用油膏9、光纤连接头6。裸光纤光栅1用胶粘贴或焊接在裸光纤光栅支撑架2的上部，裸光纤光栅支撑架2通过其底座粘贴或焊接于保护管3的内壁，且裸光纤光栅支撑架2除底座和保护管3内壁接触外，其余部分都不和保护管3接触。从保护管3内引出的温度传感器的传输光纤部分用内部装满光纤用油膏9的不锈钢中空管7保护，不锈钢中空管7和光纤光栅温度传感器保护管3之间用管阀件5密封连接。光纤连接头6为特质光纤连接头，其尾部和不锈钢中空管7通过管阀件5高压密封连接。不锈钢中空管7内充满光纤用油膏9既能对光纤起到保护作用，又能防止光纤发生水浸和氢浸。带一细孔的保护管堵头4能对光纤起到固定作用。通过光纤连接头6可串联多个同样的光纤布拉格光栅温度传感器。
根据工程上对光纤光栅温度传感器温敏性要求不同，裸光纤光栅支撑架2可用玻璃或金属材料制造。根据工程上对光纤光栅温度传感器温敏性要求不同，裸光纤光栅支撑架2的上部支撑裸光纤光栅部分可做成平板长方形状或带一凹槽的平板长方形状或方便灌封胶(可影响裸光纤光栅温敏性)的圆筒状或其他方便灌封胶的形状。裸光纤光栅支撑架2中部连接棒部分越细越好。这样连接棒可有效卸掉底座传递过来的力，致使裸光纤光栅支撑架2上部支撑裸光纤光栅部分不受力的作用，基本上消除应变对测量结果的影响。裸光纤光栅支撑架2下部底座可为适合粘贴或焊接在保护管3内壁的任何形状，例如，长条带状、弧形、正方形。
光纤光栅的传输段光纤8在保护管3的端处用保护管堵头4固定，防止光纤受轴向应力时来回移动。制作材料可为陶瓷或聚四氟乙烯或其他材料。
传输段光纤8可为裸光纤和带保护套的光纤。光纤连接头6为特制，其尾端能和不锈钢中空管7通过管阀件5严密密封。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。