與傳統(tǒng)的傳感器相比,光纖傳感器具有的優(yōu)點(diǎn):
(1) 靈敏度高
由于光是一種波長(zhǎng)極短的電磁波,通過光的相位便得到其光學(xué)長(zhǎng)度。以光纖干涉儀為例,由于所使用的光纖直徑很小,受到微小的機(jī)械外力的作用或溫度變化時(shí)其光學(xué)長(zhǎng)度要發(fā)生變化,從而引起較大的相位變化。
假設(shè)用1 0米的光纖,l℃的變化引起1000ard的相位變化,若能夠檢測(cè)出的最小相位變化為0.01ard,那么所能測(cè)出的最小溫度變化為l 0℃ ,可見其靈敏度之高。
(2) 抗電磁干擾、電絕緣、耐腐蝕、本質(zhì)安全
由于光纖傳感器是利用光波傳輸信息,而光纖又是電絕緣、耐腐蝕的傳輸媒質(zhì),并且安全可靠,這使它可以方便有效地用于各種大型機(jī)電、石油化工、礦井等強(qiáng)電磁干擾和易燃易爆等惡劣環(huán)境中。
(3) 測(cè)量速度快
光的傳播速度且能傳送二維信息,因此可用于高速測(cè)量。對(duì)雷達(dá)等信號(hào)
的分析要求具有的檢測(cè)速率,應(yīng)用電子學(xué)的方法難以實(shí)現(xiàn),利用光的衍射現(xiàn)象的高速頻譜分析便可解決。
(4) 信息容量大
被測(cè)信號(hào)以光波為載體,而光的頻率,所容納的頻帶很寬,同一根光纖可以傳輸多路信號(hào)。
(5)適用于惡劣環(huán)境
光纖是一種電介質(zhì),耐高壓、耐腐蝕、抗電磁干擾,可用于其它傳感器所不適應(yīng)的惡劣環(huán)境中。
此外,光纖傳感器還具有質(zhì)量輕、體積小、可繞曲、測(cè)量對(duì)象廣泛、復(fù)用性好、成本低等特點(diǎn)。
光纖傳感器的應(yīng)用
正是由于光纖傳感器擁有如此之多的優(yōu)點(diǎn),使得其應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛,涉及石油化工、電力、醫(yī)學(xué)、土木工程等諸多領(lǐng)域。
1、光纖傳感器在石油化工系統(tǒng)的應(yīng)用
在石油化工系統(tǒng)中, 由于井下環(huán)境具有高溫、高壓、化學(xué)腐蝕以及電磁干擾強(qiáng)等特點(diǎn),使得常規(guī)傳感器難以在井下很好地發(fā)揮作用。
然而光纖本身不帶電,體小質(zhì)輕,易彎曲,抗電磁干擾、抗輻射性能好。
特別適合于易燃易爆、空間受嚴(yán)格限制及強(qiáng)電磁干擾等惡劣環(huán)境下使用,因此光纖傳感器在油井參數(shù)測(cè)量中發(fā)揮著不可替代的作用
它將成為可應(yīng)用于油氣勘探及石油測(cè)井等領(lǐng)域的一項(xiàng)具有廣闊市場(chǎng)前景的新技術(shù)。
1.1 光纖傳感器在油氣勘探[4]中的應(yīng)用
光纖傳感器由于其抗高溫能力、多通絡(luò)、分布式的感應(yīng)能力,以及只需要較小的空間即可滿足其使用條件的特點(diǎn),使得在勘探鉆井方面尤其的優(yōu)勢(shì)。
應(yīng)用光纖傳感器可以制成井下分光計(jì),分布式溫度傳感器及光纖壓力傳感器等適用于這種特殊作業(yè)要求的產(chǎn)品。
(1) 井下分光計(jì)
流體分析儀如圖1所示,可用于了解初期開發(fā)過程中的原油組成成分。
它由兩個(gè)傳感器合成:一個(gè)是吸收光譜分光纖,另一個(gè)是熒光和氣體探測(cè)器。
井下流體通過地層探針被引入出油管,光學(xué)傳感器用于分析出油管內(nèi)的流體。
流體分析分光計(jì)則提供了原位井下流體分析,并對(duì)地層流體的評(píng)估加以改進(jìn)。
(2) 分布式溫度傳感器
光纖分布式溫度傳感器是井下應(yīng)用的光纖傳感器。
應(yīng)用實(shí)例是監(jiān)測(cè)注水蒸氣重油開采系統(tǒng)。蒸汽被注入重油層用以降低油的黏度,使稠油能夠開采出來。井下蒸汽溫度可高達(dá)250℃ 以上。
(3) 壓力傳感器
側(cè)孔光纖式壓力傳感器目前正在研發(fā)中,其主要致力于超高溫和井下壓力監(jiān)測(cè)任務(wù)。
目前基于光纖傳感器已經(jīng)出現(xiàn)其他商業(yè)產(chǎn)品,例如,用于多相流測(cè)量和分布式動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量的光纖探針。其高可靠性和高效低耗的技術(shù)優(yōu)勢(shì)是光纖產(chǎn)品在油田應(yīng)用上取得成功的關(guān)鍵因素。