油氣田勘探、生產(chǎn)測井在資源勘探開發(fā)和高效采油等方面具有重要的意義。井下多參量檢測有助于全面認(rèn)識地下地質(zhì)面貌、發(fā)現(xiàn)和評價油氣層、獲取鉆井、錄井第一性資料。光纖傳感器因為自身的優(yōu)勢(體積小、抗電磁干擾、靈敏度高、易于復(fù)用等特點)將在該領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。本論文研究中,制作了基于干涉型和光纖Bragg光柵型(FBG)的光纖傳感器,分別實現(xiàn)了多種參量的測量,對這些光纖傳感器進(jìn)行了深入的結(jié)構(gòu)特性和實驗測量研究。本論文的主要研究工作包括：1.制作了兩種光纖溫度傳感器。(1)通過在單模光纖端面涂覆一定厚度的聚乙烯醇(PVA)薄膜制作了一種Fabry-Perot (FP)干涉結(jié)構(gòu),由于PVA材料較大的熟膨脹系數(shù),該FP干涉結(jié)構(gòu)對環(huán)境溫度變化具有高靈敏響應(yīng)特性。此外,可以通過改變腔體的長度改善該結(jié)構(gòu)的溫度靈敏度,實驗測得溫度靈敏度可達(dá)319 pm/℃。但由于PVA材料在高溫(>100℃)時會發(fā)生醇解等反應(yīng),影響傳感性能。(2)為了能夠滿足高溫測量需求,選擇保偏光子晶體光纖(可耐高溫至1100℃)作為傳感光纖,干涉結(jié)構(gòu)的制作主要是通過將一段6 cm長的保偏光子晶體光纖與單模光纖熔接,基于Sagn...

【文章頁數(shù)】：127 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 研究意義
    1.2 光纖傳感概述
    1.3 光纖傳感類型
        1.3.1 干涉型光纖結(jié)構(gòu)
        1.3.2 FBG傳感類型
    1.4 井中光纖檢測環(huán)境參量
    1.5 井中光纖傳感發(fā)展方向及關(guān)鍵技術(shù)
    1.6 研究內(nèi)容
    1.7 論文結(jié)構(gòu)
第二章 理論基礎(chǔ)
    2.1 非均勻光波導(dǎo)的模式耦合方程
    2.2 幾種干涉結(jié)構(gòu)機(jī)理
        2.2.1 多模干涉結(jié)構(gòu)
        2.2.2 FP干涉結(jié)構(gòu)
        2.2.3 MZ干涉和MI干涉結(jié)構(gòu)
        2.2.4 SAGNAC干涉結(jié)構(gòu)
    2.3 FBG原理及刻寫技術(shù)
        2.3.1 FBG原理
        2.3.2 FBG刻寫技術(shù)
第三章 光纖溫度傳感器研究
    3.1 基于FP干涉的微型光纖溫度傳感器
        3.1.1 FP干涉結(jié)構(gòu)制作
        3.1.2 FP干涉特性和傳感原理
        3.1.3 溫度測量實驗
    3.2 基于保偏光子晶體光纖的超高溫傳感器
        3.2.1 傳感系統(tǒng)理論分析
        3.2.2 溫度測量實驗及討論
    3.3 本章小結(jié)
第四章 光纖折射率傳感器研究
    4.1 溫度自校準(zhǔn)的多模干涉型折射率傳感器
        4.1.1 傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計和制作
        4.1.2 干涉結(jié)構(gòu)傳感原理
        4.1.3 折射率和溫度測量實驗
    4.2 基于MZ干涉的光纖折射率傳感器
        4.2.1 傳感結(jié)構(gòu)的設(shè)計和制作
        4.2.2 MZ干涉特性及其折射率傳感原理
        4.2.3 折射率測量實驗與討論
    4.3 基于多模FBG包層模復(fù)耦合的折射率傳感器
        4.3.1 傳感器設(shè)計和制作
        4.3.2 折射率測量實驗及討論
    4.4 基于光纖纖芯失配的準(zhǔn)MI干涉?zhèn)鞲衅?br>        4.4.1 準(zhǔn)MI干涉結(jié)構(gòu)的制作和光譜特性
        4.4.2 液位測量實驗及結(jié)果討論
        4.4.3 溫度測量
        4.4.4 基于細(xì)芯光纖的準(zhǔn)MI干涉結(jié)構(gòu)
        4.4.5 實驗測量及討論
    4.5 本章小結(jié)
第五章 光纖應(yīng)變傳感器研究
    5.1 基于FBG包層模復(fù)耦合的位移和溫度同時測量
        5.1.1 光譜特性及傳感原理
        5.1.2 位移和溫度同時測量實驗
    5.2 基于刻寫在細(xì)芯光纖上的FBG的位移傳感器
        5.2.1 FBG的刻寫及反射機(jī)理
        5.2.2 位移測量實驗
    5.3 基于保偏FBG的正交極化耦合的矢量壓力傳感器
        5.3.1 保偏FBG傳感系統(tǒng)
        5.3.2 橫向應(yīng)力測量和討論
    5.4 基于保偏光子晶體光纖的角度傳感器
        5.4.1 傳感系統(tǒng)理論分析
        5.4.2 實驗及討論
        5.4.3 混合型干涉結(jié)構(gòu)
        5.4.4 角度測量實驗研究
    5.5 方向相關(guān)的包層FBG振動傳感儀
        5.5.1 FBG刻寫
        5.5.2 加速度測量
    5.6 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望及下一步研究工作計劃
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間取得的科研成果
致謝



本文編號：3942827