[发明专利]一种光学液压检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及液体压力的检测技术，尤其涉及一种采用全光学系统的液体压力 检测装置及方法。

背景技术

压力是液压系统的重要参数之一，与系统的运行状态密切相关。在石油、煤 炭等矿产资源开采过程中需要对矿井下的液体压力、温度等参数进行实时监测， 了解井下油层的物理状态，从而优化开采方案，提高产量和采收率，并且保障矿 井开采的生产安全。

传统的电类压力传感器，由于电信号远距离传输不方便，需要在井下增加许 多二次仪表、中继器和电源等设备，传输成本高，且可靠性较低。随着开采深度 的不断增加，井下的温度、压力的升高，传统的电子式压力传感器无法在井下， 高温、高压、腐蚀、地磁和电干扰等恶劣环境下长期可靠的工作，难以满足工程 测量和生产的实际需要。光纤传感器具有抗干扰能力强、可靠性好、耐腐蚀、本 质安全防爆等优点，非常适合在油田测井等恶劣环境下使用。

鉴于此，为解决上述技术问题，本发明提供了一种在恶劣环境下采用全光学 系统的液体压力检测装置及方法。

发明内容

本发明主要解决的技术问题在于提供一种光学液压检测装置及方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种光学液压检测装置，包括：测量腔体、激光器、第一光接收电路、光栅 温度传感器和数据处理模块；

所述测量腔体顶部设有入光口和出光口，所述入光口处设有光纤阔束镜，所 述出光口处设有光接收器，测量腔体底部安装有活动板，所述活动板上至少设有 一面反射镜；

所述激光器通过第一传输光纤与所述光纤阔束镜相连，将所述激光器发出的 激光发送至光纤阔束镜，光纤阔束镜使激光阔束后发射至活动板的反射镜上，反 射镜再将激光反射至位于出光口处的光接收器上；

所述光接收器通过第二传输光纤与第一光接收电路相连，所述第一光接收电 路与所述数据处理模块相连，用以将所述光接收器接收到的光信号转换为电信 号，并发送至数据处理模块；

所述光栅温度传感器的输入端与所述光纤阔束镜相连，所述光栅温度传感器 的输出端与所述数据处理模块相连，用于检测测量腔体反射回来的激光，并将检 测到的带有温度信息的电信号发送至数据处理模块；

所述数据处理模块用于处理接收到的信号。

作为本发明的优选方案之一，所述光栅温度传感器包括：依次相连的FBG 光栅、M-Z干涉仪和第二光接收电路。

进一步地，所述光学液压检测装置还设有环路器，所述激光器发出的激光经 经由环路器发送至第一传输光纤；所述FBG光栅设置于第一传输光纤与光纤阔束 镜连接之处，测量腔体反射回来的激光经由FBG光栅反射后通过第一传输光纤传 输至环路器，再由环路器发送至M-Z干涉仪。

作为本发明的优选方案，所述测量腔体底部的活动板上依次设有第一反射镜 和第二反射镜，所述测量腔体顶部的入光口和出光口之间设有第三反射镜，激光 由入光口发射至活动板的第一反射镜上，第一反射镜将激光反射至测量腔体顶部 的第三反射镜上，第三反射镜将激光反射回活动板的第二反射镜上，由第二反射 镜再将激光发射至出光口。

进一步地，所述光纤阔束镜使激光发射至反射镜的入射角为20°-70°。

进一步地，所述激光器为1550nm激光器。

进一步地，所述数据处理模块为微型计算机。

一种采用上述装置的光学液压检测方法，包括如下步骤：

步骤一，使激光器发出激光，并将激光发送至光纤阔束镜使激光阔束后进入 测量腔体，激光由测量腔体的入光口发射至活动板的反射镜上，激光在测量腔体 内来回反射，最后再由活动板上的反射镜将激光反射至出光口，出光口处的光接 收器接收激光，并由第一光接收电路将该激光信号转换成电信号发送至数据处理 模块；

步骤二，光栅温度传感器探测由测量腔体入光口处反射回来的激光，并将得 到的电信号发送至数据处理模块；

步骤三，将测量腔体放入液体中检测，测量腔体的活动板与所测液体接触， 活动板受到液体压力，位置发生变化，其上的反射镜与入光口、出光口的相对位 置也发生变化，使出光口处光接收器接收到的激光光强发生变化；数据处理模块 通过记录光接收器接收到的激光强度的变化量则可得到活动板位置的变化量，从 而得到测量腔体体积的变化量ΔV；