西安石油大学硕士学位论文光纤光栅温度应变传感增敏与区分测量技术研究姓名：郭团申请学位级别：硕士专业：测试计量技术及仪器指导教师：乔学光20040515论文题目：光纤光栅温度应变传感增敏与区分测量技术研究专业：硕士生：指导教师：摘要光纤光栅传感技术是伴随着光纤通信技术发展而另辟蹊径的一种崭新的传感技术。这种传感器除具有一般光纤传感器的优点之外，还具有本征自相干能力强和在一根光纤上实现多点复用、多参量分布式测量的独特优势，可实现温度、压力等诸多物理量的实时在线检测，具有巨大的发展潜力。温度和应变传感是光纤光栅传感最为主要和直接的应用。由于光纤光栅温度和应变响应灵敏度低并且存在交叉敏感问题，如何提高温度应变响应灵敏度和对这两种参量加以区分是光纤光栅传感技术走向实际应用所必需解决的问题。本文阐述了光纤光栅温度和应变传感的响应机理，对光纤光栅的纤芯材料选择，光纤光栅的写入方法及封装方法几个方面进行了综合评述，在此基础上讨论了实现光纤光栅温度和应变传感增敏的基本原理和方法。包括通过长周期／Ｂｒａｇｇ光栅融合测量，选用对温度和应变灵敏的纤芯材料，超短脉冲激光逐点写入法，选用热膨胀系数高和弹性模量低的特种聚合材料封装以及封装结构设计等。首次提出并试验验证了利用Ｂｒａｇｇ反射波带宽展宽技术实现单光纤光栅温度和压力同时区分测量的新方法。通过聚合物材料将光栅粘接于双孔悬臂梁非均匀应变区，在压力作用下悬臂梁带动光栅发生非均匀应变，使Ｂｒａｇｇ反射波波长漂移的同时带宽展宽，而温度变化仅引起反射波波长漂移。实验得到温度分辨率为１．７℃，压力分辨率为Ｏ．３８Ｎ，线性度高于９９．６％，多次测量展宽波型稳定，重复性好。结合光纤光栅传感技术的本质突出特点和石油工业测量要求，讨论了其在油气生产、储运中温度和压力检测、测井技术、地震波检测、长距离油气管线监测等方面的应用。基于非均匀应变Ｂｒａｇｇ反射波展宽原理设计了一种新颖的曲臂梁光纤光栅液位传感器，测量精度±３ｍｍ，结构简单，可实现油水液位的连续直接测量。关键词：光纤光栅温度应变传感增敏区分测量液位传感论文类型：应用基础资助项目：１．国家高技术研究发展计划（８６３计划）项目：“油气管线光纤光栅智能传感系统研究（２００２从３１３１５０）”；２．国家自然科学基金项目：“油气井下光纤光栅分布式压力温度传感器的理论与实验研究（６９８７７０２５）”：３．国家教育部科学技术重点项目：“油气井下光纤光栅分布式压强和温度多参量同时区分探测传感系统研究（０２１９０）”；４．陕西省自然科学基金项目：“天然气管道分布式光纤光栅压力传感器研究（２０００Ｃ３４）”；５．陕西省教育厅项目：“油气管线分布式光纤光栅智能传感系统研究（０２ＪＫｌ５８）”；６．西安市工业科技攻关计划项目：“油气井下分布式光纤光栅压强温度传感系统增敏技术研究（ＧＧ２００１２６）”。Ｓｕｂｊｅｃｔ：ＩｍｐｒｏｖｅｄＳｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙａｎｄＤｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｉｏｎＳｅｎｓｉｎｇｏｎＦｉｂｅｒＧｒａｔｉｎｇＳｅｎｓｉｎｇｔｏＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄＳｔｒａｉｎＳｐｅｃｉａｌｉｔｙ：Ｎａｍｅ：９“ｐ衫阮虎门Ｉｎｓｔｒｕｃｔｏｒ：｛如让龅嗜似学ＡＢＳＴＲＡＣＴＷｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｏｐｔｉｃｆｉｂｅｒｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｆｉｂｅｒＢｒａｇｇｇｒａｔｉｎｇｆＦＢＧ）ｓｅｎｓｉｎｇｈａｓｂｅｃａｍｅａｎｏｖｅｌｏｎｅａｍｏｎｇｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｍｅｔｈｏｄｓ．Ｂｅｓｉｄｅｔｈｅｎｏｒｍａｌａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｏｐｔｉｃｆｉｂｅｒｓｅｎｓｏｒｓ，ｉｔＣａｌｌａｃｑｕｉｒｅｔｈｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｓｅｖｅｒａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｓｕｃｈａｓｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｓｔｒａｉｎｅｔａｌａｎｄａｃｈｉｅｖｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｓｅｎｓｉｎｇｗｉｔｈｏｎｌｙｏｎｅｆｉｂｅｒ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ＦＢＧｓｅｎｓｉｎｇｈａｓａｗｉｄｅｕｓｅｉｎｍｏｄｅｍｉｎｄｕｓｔｒｙ．ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｓｔｒａｉｎｓｅｎｓｉｎｇｉｓｔｈｅｍｏｓｔｉｍｐｏｒｔａｎｔａｎｄｄｉｒｅｃｔｕｓｅｏｆＦＢＧｓｅｎｓｉｎｇ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｌｏｗｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙａｎｄｃｒｏｓｓｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｔｏｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｓｔｒａｉｎｂｅｃｏｍｅｓａｓｅｒｉｏｕｓｐｒｏｂｌｅｍｉｎｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．ＨｏｗｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙａｎｄｔｈｅｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｉｏｎｏｆｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｓｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｏｔｈｅｐｒａｃｔｉｃａｌａｂｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＦＢＧｓｅｎｓｉｎｇ．ＩｎｔＩｌｉｓｐａｐｅｒ，ｔＩｌｅｒ