光纤传感器原理及其运用实例
　光纤传感器由光源、入射光纤、出射光纤、光调制器、光勘探器以及解调制器构成。其根柢原理是将光源的光经入射光纤送人调制区，光在调制区内与外界被测参数彼此效果，使光的光学性质(如强度、波长、频率、相位、偏正态等)发作改动而成为被调制的信号光，再经出射光纤送入光勘探器、解调器而取得被测参数。
　　光纤传感器按传感原理可分为两类：一类是传光型(非功用型)传感器[2]，另一类是传感型(功用型)传感器[3]。在传光型光纤传感器中，光纤仅作为光的传输媒质，对被测信号的感触是靠其它活络元件来结束的，这种传感器中出射光纤和入射光纤是不连续的，两者之间的调制器是光谱改动的活络元件或其它性质的活络元件。在传感型光纤传感器中光纤兼有对被测信号的活络及光信号的传输效果，将信号的“感”和“传” 合而为一，因而这类传感器中光纤是连续的。
　　因为这两种传感器中光纤所起的效果纷歧样，对光纤的央求也纷歧样。在传光型传感器中光纤只起传光的效果，选用通讯光纤乃至通常的多模光纤就能满意央求，而活络元件能够很活络地选用优异的材料来结束，因而这类传感器的活络度能够做得很高，但需求较多的光耦合器件，构造较凌乱；传感型光纤传感器的构造相对来说比照简略，可少用一些耦合器件，但对光纤的央求较高，通常需选用对被测信号活络、传输特性又好的分外光纤。到如今连续，实习中大大都选用前者，但跟着光纤制作技能的改善，传感型光纤传感器也必将得到广泛的运用。
　　按光在光纤中被调制的原理纷歧样，光纤传感器可分为：强度调制型、相位调制型、偏振态调制型、频率调制型、波长调制型等。迄令连续，光纤传感器能够测定的物理量已达七十多种。
光纤传感器的运用
　　恰是因为光纤传感用具有如此之多的利益，使得其运用范畴十分广泛，触及石油化工、电力、医学、土木匠程等很多范畴。
　　1 光纤传感器在石油化工体系的运用
　　在石油化工体系中， 因为井下环境具有高温、高压、化学腐蚀以及电磁烦扰强等特征，使得惯例传感器难以在井下极好地表现效果。可是光纤自身不带电，体小质轻，易曲折，抗电磁烦扰、抗辐射功用好。分外适适宜易燃易爆、空间受严峻绑缚及强电磁烦扰等恶劣环境下运用，因而光纤传感器在油井参数丈量中表现着不行替代的效果，它将成为可运用于油气勘探及石油测井等范畴的一项具有宽广商场远景的新技能。
　　1.1 光纤传感器在油气勘探[4]中的运用
　　光纤传感器因为其抗高温才调、多通络、散布式的感应才调，以及只需求较小的空间即可满意其运用条件的特征，使得在勘探钻井方面分外一同的优势。
　　运用光纤传感器能够制成井下分光计，散布式温度传感器及光纤压力传感器等适用于这种分外作业央求的产品。
　　(1) 井下分光计
　　流体剖析仪如图1所示，可用于了解前期开发进程中的原油构成成分。它由两个传感器构成：一个是吸收光谱分光纤，另一个是荧光和气体勘探器。井下贱体经过地层探针被引进出油管，光学传感器用于剖分出油管内的流体。流体剖析分光计则供应了原位井下贱体剖析，并对地层流体的评价加以改善。
　　(2) 散布式温度传感器
　　光纤散布式温度传感器是井下运用最为盛行的光纤传感器。运用实例是监测灌水蒸气重油开掘体系。蒸汽被写入重油层用以下降油的黏度，使稠油能够开掘出来。井下蒸汽温度可高达250℃ 以上。

　　图1 流体剖析仪构造
　　(3) 压力传感器
　　侧孔光纤式压力传感器如今正在研制中，其首要极力于超高温文井下压力监测使命。
　　如今依据光纤传感器现已呈现别的商业产品，例如，用于多相流丈量和散布式动态应变丈量的光纤探针。其高可靠性和高效低耗的技能优势是光纤产品在油田运用上取得成功的要害要素。
　　1.2 光纤传感器在石油测井中的运用
　　石油测井是石油工业最根柢和最要害的环节之一，压力、温度、流量等参量是油气井下的首要物理量，经过抢先的技能办法对这些量进行长时刻的实时监测，及时获取油气井下信息，对石油工业具有极为首要的含义[5]。
　　光纤传感器对电磁烦扰不活络并且能接受极点条件，包含高温、高压以及剧烈的冲击与振荡，能够高精度地丈量井筒和井场环境参数，一同，光纤传感用具有散布式丈量才调．能够丈量被丈量的空间散布，给出剖面信息。并且，光纤传感器横截面积小，外形短，在井筒中占有空间极小[6]。而这些特性都是传统的电子传感器在井下的恶劣环境下所不具有的。
　　运用光纤传感器能够进行井下贱量丈量、温度丈量、压力丈量、含水(气)丈量、密度丈量、声波丈量等。
　　(1) 流量丈量
　　因为光的强度、相位、频率、波长等特性在光纤传输的进程中会遭到流量的调制，运用必定的光查看办法把调制量改换成电信号，就能够求出流体的流量，这即是光纤流量计的作业原理[7]。
　　(2) 温度及压力丈量
　　散布式光纤丈量体系(DTS)运用光纤后向拉曼散射的温度效应，能够对光纤地址的温度场进行实时监测，EFPI型(非本征型F-P干与)、FBG型光纤传感器为波长编码型传感器，具有活络度高、可一同丈量压力、温度、应力等多个参量的特征[8]。
　　光纤热色温度传感器是由白光源、多模光纤构成的反射式温度传感器；光纤辐射式温度传感器运用黑体辐射能量，其非触摸，可测瞬问温度，照料速度快，不需求热平衡时刻，可用于高温丈量；半导体吸收式光纤温度传感器运用其半导体材料的吸收边波长跟着温度的添加而向较长波长位移的特性，挑选恰当的半导体发光二极管，使其光谱计划刚好落在吸收边的区域，这么透过半导体的光强就跟着温度的添加而削减[9]。
　　(3) 含水(气)率及密度丈量
　　U型光纤的传输功率随外界介质折射率改动而改动，光波作为信息载体，与混合流体电阻率、流型及水质无关，依据该原理的光纤持率／密度传感器从实质上处理了现有持率存在的高含水无分辩率和放射性物质的运用疑问，对于多相流体油、水、气的折射率各纷歧样，因而混合流体的折射率会跟着油、水、气份额的改动而改动。因而这种折射率调制型光纤传感器不只能测流体持率，可一同测流体密度，其精度较高。
　　(4) 声波丈量
　　地震波在纷歧样的介质中传达，接纳到的地震波波形就会纷歧样，依据纷歧样的地震波形状，可辨认地层堆积序列和堆积构造，为储层定位、区别窜槽、查看套管破损及开裂、射孔层位及断定流体流量等。VSP地震测井，即是把检波器放人井中，经过地上击发的地震波或运用井中流体活动等发作的微颤抖，由井中的检波器接纳地震信号。耐久井下光纤三重量地震丈量具有高的活络度和方向性，能发作高精度的空间图画，不只能供应近井眼图画，并且能供应井眼周围地层图画，丈量计划能达数千公里。它能饱尝恶劣环境条件，且没有可移动部件和井下电子器件，能饱尝强的冲击和颤抖，可设备在凌乱的完井管柱极小的空间4光纤传感器在电力体系的运用
　　电力体系网络构造凌乱、散布面广，在高压电力线和电力通讯网络上存在着各式各样的风险，因而，对体系内各种线路、网络进行散布式监测显得尤为首要。
　　1 在高压电缆温度和应变丈量中的运用
　　如今，国外(首要是英国、日本等)已运用激光喇曼光谱效应研宣告散布式光纤温度传感器产品。而国内也在生动地翻开这方面的研讨作业。国内把散布式光纤温度传感技能引进电力体系电缆测温的研讨作业仅仅刚刚开端。
　　联络到中国南边区域上一年所遭遭到的雪灾来思考，假定能在高压电缆上并行地铺设传感光缆，对电力体系电缆、铁塔等设备的温度、压力等参量进行实时丈量，就能够做到及时排险，然后尽或许削减经济扔掉。可见，光纤传感器在电力体系将具有广泛的运用远景。
　　在志趣状况下，光纤应被置于尽或许挨近电缆缆芯的方位，以更精确地丈量电缆的实习温度。对于直埋动力电缆来说，表贴式光纤虽然不能精确地反映电缆负载的改动，可是对电缆埋设处土壤热阻率的改动比照活络，并且能够削减光纤的设备本钱。
　　2 在电功率传感器中的运用
　　电功率是反映电力体系中能量改换与传输的根柢电量，电功率丈量是电力计量的一项首要内容。跟着电力工业的活络翻开，传统的电磁丈量办法日益显显露其固有的绑缚性，如电绝缘、电磁烦扰、磁饱满等疑问，因而咱们一贯在极力于寻觅丈量电功率的新办法。能够说光纤传感器的呈现给咱们处理这一疑问带来了福音。
　　光纤电功率传感器的首要特征是：因为电功率传感一同触及电压、电流2个电量，因而通常需求一同思考电光、磁光效应，一同运用2种传感介质或1种多功用介质作为活络元件，这使得光纤电功率传感头的构造相对凌乱；光纤电功率传感器的光传感信号中有时一同包含电压、电流信号，因而其信号查看与处理办法也将比照凌乱[10]。
　　3 在电力体系光缆监测中的运用
　　电力体系光缆品种繁复，加傍边国地域宽广，各地环境区别很大，所以光缆的环境也很凌乱，其间温度和应力是影响光缆功用的首要环境要素。因而，在监测光纤断点的一同也对光缆地址温度和应力状况进行监测，可见对光缆的缺点预警及维护含义深远。
　　经过丈量沿光纤长度方向的布里渊散射光的频移和强度，可得到光纤的温度和应变信息，且传感间隔较远，所以有深远的工程研讨价值。
　　依据布里渊光时域反射(BOTDR)的散布式光纤传感体系[11]，选用相干查看技能，体系原理如图1所示。

　　图1 依据BOTDR传感体系原理
　　BOTDR光纤传感体系丈量的是光纤的自觉布里渊散射信号，其信号强度十分纤细，但能够选用相干查看技能跋涉体系信噪比。这种计划可单光源、单端作业，体系简略，结束便当，并且可一同监测光纤断点、损耗、温度和应变。

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