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专利名称：一种光纤探针传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种光纤探针传感器，该光纤探针传感器可用于油井井下油气水三相流持气率测量，也可以作为液位仪用于检测液面。
背景技术：
首先，目前中国许多油田已处于综合含水率90%以上的高含水阶段，当油井中压力低于油的泡点压力时，将会有天然气从油中析出，从而产生油气水三相流动。在这种情况下，必须对油井井下油气水三相流的持气率进行测量，以及时了解和掌握各产层的生产状况，进而合理调整油井的开发方案。目前测量多相流持气率的常用方法是快关阀门法，该方法是在多相流流动管道测量段的两端安装两个同时动作的快关阀，当多相流体的流动达到稳定时，同时关闭这两个阀门，通过气液分离装置便可求出这两个阀门间流体的平均持气率。快关阀门法具有准确、高效的优点，但该方法在测量时需要切断多相流体的正常流动，因此不能对油井井下油气水三相流持气率进行实时、在线测量。光纤传感技术是伴随着光导纤维和光通讯技术的发展而逐步形成的，是本世纪70年代末发展起来的一门崭新的技术。该技术首先利用被测量对光纤内传输的光进行调制，使传输光的强度、相位、频率或偏振态等特性发生变化；之后再对已调制的光信号进行检测，从中得出被测量。但是由于现有用于持气率测量的光纤传感器使用了体积较大的半导体激光器、光电池和分光镜等器件，因此无法实现传感器的小型封装，导致其不能在油井井下的狭小空间内使用。由此可见，为 满足油田生产的实际要求，迫切需要研究一种能够实时、在线测量油井井下油气水三相流体持气率的新方法和技术。另外，在石油、化工等领域的一些生产、存储和装卸等环节，需要对上限或下限液位的测量报警。
发明内容本实用新型的目的是针对上述现状，提供一种能在油井井下的狭小空间内对油气水三相流复杂流体的持气率进行测量的光纤探针传感器，同时该光纤探针传感器也可用于检测液面。本实用新型的目的是通过以下方式实现的本实用新型包括敏感探头、光纤耦合器、光源和光探测器，其中敏感探头和光纤耦合器被封装在不锈钢保护套管内，光源和光探测器被封装在与不锈钢保护套管连接的不锈钢密封筒内。所述敏感探头的材质为蓝宝石光纤或石英光纤，其直径为200 μ m 1200 μ m，敏感探头尖端呈圆锥形，敏感探头顶端夹角为15° 115° ；所述不锈钢保护套管的外径为2mm 3mm，被封装的敏感探头顶端裸露部分长度为 3mm 5mm ；所述不锈钢密封筒的外径为8mm ; 不锈钢保护套管经由固定盘根与不锈钢密封筒相连；所述光纤耦合器包括Y形光纤耦合器和集束型光纤耦合器。所述Y形光纤耦合器采用一根芯径为200 μ m 1200 μ m和两根芯径为100 μ m 800 μ m的能量石英光纤耦合，其透过光谱范围为300nm 1800nm，数值孔径为O. 22，耐温范围为_190°C 380°C ；所述集束型光纤耦合器采用七根芯径为ΙΟΟμπι 500μπι能量石英光纤制作，其中三根能量石英光纤与光源连接，另四根能量石英光纤与光探测器连接，其透过光谱范围为300nm 1800nm，数值孔径为O. 22，耐温范围为-190。。 380 °C ；所述光源发射光波长范围为320nm 1600nm，峰值波长为880nm，输出功率密度范围为1. 65 4. 5mff/cm2 ;光探测器接收的光波长范围为320nm 1600nm，峰值波长为880nm ；所述光源和光探测器的耐温范围均为-55° +125° ；所述本实用新型的光纤探针传感器整体耐温-55° +125°，耐压O 30Mpa。本实用新型是基于全反射原理，利用气相液相介质对光线的折射率不同，通过检测反射光线强度的变化来测量多相流的持气率。光探测器根据回光强度输出幅值不等的电压信号，根据此信号电平的高低，即可判断出敏感探头所接触的介质是气相还是液相，进而计算出油井井下油气水三相流的持气率，或用于检测液面。本实用新型的优点是灵敏度高、光损耗少、测量精度高、性能可靠、抗电磁干扰、耐腐蚀、防油污、耐高压、耐高温、电绝缘性好、安全防爆、使用寿命长、结构精巧、体积小、重量轻、耗电少，可在油井井下的狭小空间内对油气水三相流的持气率进行实时在线测量，也可对液面进行检测。

图1是本实用新型一种光纤探针传感器结构示意图；图2是本实用新型一种光纤探针传感器光路结构图；图3是本实用新型一种光纤探针传感器的集束型光纤耦合器结构图；图4是本实用新型一种光纤探针传感器的Y形光纤耦合器结构图。
具体实施方式
结合附图和实施对本实用新型一种光纤探针传感器加以说明参照图1，本实用新型一种光纤探针传感器主要由敏感探头1、光纤耦合器2、光源6以及光探测器7构成。其中敏感探头1、光纤耦合器2被封装在不锈钢保护套管3内，光源6和光探测器7被封装在不锈钢密封筒5内。8、9和10为输入输出电缆，其中8为供电线，9为信号线，10为公共端。不锈钢保护套管3经由固定盘根4与不锈钢密封筒5相连，既保护了光纤又便于安装，同时还增加了产品的机械强度。参照图2，本实用新型一种光纤探针传感器光路结构图。光源6发出的光线经由光纤耦合器2到达敏感探头I并与被测介质接触，反射光线再经由光纤耦合器2被光探测器7接收。[0028]参照图3，本实用新型一种光纤探针传感器的集束型光纤耦合器2采用七根芯径为100 μ m 500 μ m能量石英光纤11、12、13、14、15、16、17制作成光纤束，其中三根能量石英光纤11、13、15与光源连接，另四根能量石英光纤12、14、16、17与光探测器连接，横截面如图3b所示。参照图4，本实用新型一种光纤探针传感器的Y形光纤耦合器2采用一根芯径为200 μ m 1200 μ m的能量石英光纤18和两根芯径为100 μ m 800 μ m的能量石英光纤19、20耦合制成。 注所用光纤耦合器采用Y形光纤耦合器和集束型光纤耦合器这两种光纤耦合器其中之一即可。
权利要求1.一种光纤探针传感器，包括敏感探头、光纤耦合器、光源和光探测器，其中敏感探头和耦合器被封装在不锈钢保护套管内，光源和光探测器被封装在与不锈钢保护套管连接的不锈钢密封筒内。
2.根据权利要求1所述的一种光纤探针传感器，其特征是所述敏感探头的材质为蓝宝石光纤或石英光纤，其直径为200 μ m 1200 μ m，敏感探头尖端呈圆锥形，敏感探头顶端夹角为15° 115°。
3.根据权利要求2所述的一种光纤探针传感器，其特征是所述不锈钢保护套管的外径为2mm 3mm,被封装的敏感探头顶端裸露部分长度为3mm 5mm。
4.根据权利要求3所述的一种光纤探针传感器，其特征是所述不锈钢密封筒的外径为 8mm η
5.根据权利要求1或4所述的一种光纤探针传感器，其特征是不锈钢保护套管经由固定盘根与不锈钢密封筒相连。
6.根据权利要求5所述的一种光纤探针传感器，其特征是所述光纤耦合器为Y形光纤耦合器或为集束型光纤耦合器。
7.根据权利要求6所述的一种光纤探针传感器，其特征是所述Y形光纤耦合器采用一根芯径为200 μ m 1200 μ m和两根芯径为100 μ m 800 μ m的能量石英光纤耦合，其透过光谱范围为300nm 1800nm，数值孔径为O. 22，耐温范围为_190°C 380°C。
8.根据权利要求6所述的一种光纤探针传感器，其特征是所述集束型光纤耦合器采用七根芯径为100 μ m 500 μ m能量石英光纤制作，其中三根能量石英光纤与光源连接，另四根能量石英光纤与光探测器连接，其透过光谱范围为300nm 1800nm，数值孔径为O. 22，耐温范围为_190°C 380°C。
9.根据权利要求7或8所述的一种光纤探针传感器，其特征是所述光源发射光波长范围为320nm 1600nm，峰值波长为880nm，输出功率密度范围为1. 65 4. 5mff/cm2 ;光探测器接收的光波长范围为320nm 1600nm，峰值波长为880nm。
10.根据权利要求9所述的一种光纤探针传感器，其特征是所述光源和光探测器的耐温范围均为-55° +125° ;光纤探针传感器整体耐温-55° +125°，耐压O 30Mpa。
专利摘要本实用新型涉及一种光纤探针传感器，该光纤探针传感器由敏感探头、光纤耦合器、光源和光探测器组成，其中敏感探头和耦合器被封装在不锈钢保护套管内，光源和光探测器被封装在与不锈钢保护套管连接的不锈钢密封筒内。其优点是灵敏度高、光损耗少、测量精度高、性能可靠、抗电磁干扰、耐腐蚀、防油污、耐高压、耐高温、电绝缘性好、安全防爆、使用寿命长、结构精巧、体积小、重量轻、耗电少。本光纤探针传感器可应用于在油井井下的狭小空间内对油气水三相流的持气率进行实时在线测量，也可作为液位仪用于液面检测。
文档编号G01N21/41GK202886279SQ20122047079
公开日2013年4月17日 申请日期2012年9月14日 优先权日2012年9月14日
发明者李英伟, 孔令富, 刘兴斌, 杜胜雪, 于莉娜, 安东杰, 王游江, 李明泽, 王炎 申请人:燕山大学