基于迈克尔逊干涉型光纤流量传感器的研究

摘要

现代流量测量对其测量精度、可靠性、动态范围以及应用环境等方面提出了越来越高的要求，特别是针对高温、高压石油井下流量测量，发展成熟可靠的测量技术变得日益重要。光纤流量传感器具有精度高、灵敏度高、耐高温、耐高压、抗电磁干扰等显著特点，在测井领域得到广泛的关注。
　　论文针对石油井下流量测量，提出一种压差型光纤流量传感方法，采用流速压差结合光干涉测量实现流体流量的精确测量。对传感方法、光路结构、信号解调方法等进行深入的理论和实验研究，研究结果证明该方法能实现流量的准确测量，通过传感头封装结构的设计可以满足石油井下流量测量的环境要求。主要研究内容如下：
　　1．提出流速压差结合迈克尔逊干涉仪解调的光纤流量传感方法，通过建立压差干涉型光纤流量传感器的理论模型，开展了双光路干涉以及信号解调的仿真分析，为系统设计奠定基础。
　　2．采用光偏振控制结合法拉第旋转器对偏振随机信号衰落进行控制。通过采用偏振控制器和在迈克尔逊干涉仪末端插入法拉第旋转器，有效地消除偏振信号衰落。
　　3．开展了干涉型光纤流量传感器的相位解调方法研究。一方面采用相位载波生成调制（PGC）实现随机相位信号衰落地有效消除，对交变信号进行高精度相位解调。另一方面采用双波长复用结合闭环补偿，实现直流信号的高精度相位解调。
　　4．开展了高温、高压压力敏感传感头设计与制作。采用压力敏感膜片结合光空间耦合实现流体压力的光波相位调制，保证传感光路的全封闭封装，满足高温、高压的测试环境需要。
　　5．编制了基于相位载波生成调制（PGC）算法的软件模块，开展流量测试实验，理论分析和实验结果表明流速压差结合光波相位解调能实现流体流量的高灵敏度测量。

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第一章 绪 论

1.1 流量测试技术

1.2 光纤流量传感器技术及其发展

1.3 本课题的研究意义

1.4 本课题的研究内容

第二章 压差干涉型光纤流量传感器的理论模型

2.1压差流量测量原理

2.2干涉型压差光纤流量传感器

2.3 光相位调制的干涉测量原理

2.4 本章小结

第三章 压差干涉型光纤流量传感器相位解调方法研究

3.1消除偏振衰落技术研究

3.2 法拉第旋转镜（FRM）消除偏振衰落

3.3偏振态变化对迈克尔逊干涉仪的影响实验

3.4 干涉型光纤传感器信号解调方法研究

3.5 相位生成载波检测技术

3.6 结合PGC的迈克尔逊干涉仪的干涉实验

3.7 本章小结

第四章 干涉型光纤流量传感器系统设计

4.1 系统总体方案和核心器件的选择

4.2 光收发模块的设计

4.3 光纤干涉仪模块的设计

4.4 信号处理模块的设计

4.5 压差式光纤流量传感头的设计

4.6 本章小结

第五章 干涉型流量传感系统的实验研究分析

5.1 高频交变信号的检测实验

5.2 低频直流信号的调制解调实验

5.3 本章小结

结论及展望

致谢

参考文献