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球拍型悬臂梁光纤Fabry-Perot腔声传感器的研究

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光通信技术 2025年

作者：殷泽轩西安石油大学理学院，陕西省油气资源光纤探测工程技术研究中心

本文提出了一种球拍型悬臂梁光纤F-P腔声传感器，该球拍型悬臂梁相比矩形悬臂梁具有更大的受压面积和反光面积，具有更高的声压灵敏度。使用COMSOL仿真软件对悬臂梁进行仿真建模，对其模态振型进行了分析。通过螺旋测微计调整F-P腔长使... 详细信息

本文提出了一种球拍型悬臂梁光纤F-P腔声传感器，该球拍型悬臂梁相比矩形悬臂梁具有更大的受压面积和反光面积，具有更高的声压灵敏度。使用COMSOL仿真软件对悬臂梁进行仿真建模，对其模态振型进行了分析。通过螺旋测微计调整F-P腔长使传感器工作在线性区间。测试结果表明，该悬臂梁光纤F-P腔声传感器的谐振频率为1750 Hz。在1400 Hz、0.01 Pa～0.17 Pa声压范围的灵敏度为3619.57 mV/Pa，线性度为0.9998。在0.17 Pa、1400 Hz声压条件下的信噪比（SNR）和最小可检测声压（MDP）分别为55.6 dB和6.8 μPa/Hz1/2。该声传感器可用于谐振频率为1400 Hz的悬臂增强型光声光谱系统（CEPAS）。

关键词： Fabry-Perot腔声传感器球拍型悬臂梁谐振频率最小可检测声压

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吸液式降当量循环密度工具及降压机理研究

石油机械 2025年第2期53卷 44-49,58页

作者：窦亮彬程学彬彭先波王婷陈景杨方勇西安石油大学石油工程学院陕西省西安市710065 中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室西部低渗—特低渗透油藏开发与治理教育部工程研究中心

为进一步控制当量循环密度(Equivalent Circulating Density,简称ECD)值,设计了一套高温高压井新型环空降压井下工具——吸液式降ECD工具。利用该工具可以实现当量循环钻井液的井底压力接近其静水压力,进而实现更深的钻井深度。该工具... 详细信息

为进一步控制当量循环密度(Equivalent Circulating Density,简称ECD)值,设计了一套高温高压井新型环空降压井下工具——吸液式降ECD工具。利用该工具可以实现当量循环钻井液的井底压力接近其静水压力,进而实现更深的钻井深度。该工具主要由涡轮马达、叶片、环空密封、钻柱组成。其工作原理为:利用其吸液作用及由涡轮提取循环流体液压能量,将能量转化为机械能,进而产生抽吸力来提高井底环空内的钻井液流动能量,降低当量循环密度。基于SolidWorks flow simulation分析模拟了不同钻井液密度、排量、工具尺寸下压降特征变化。模拟结果表明,钻井液密度为1.2 g/cm^(3)时,其降压效果达到了1.95 MPa;钻井液密度为1.5 g/cm^(3)时,降压大约1.8 MPa;钻井液密度为1.8 g/cm^(3)时,降压大约2.39 MPa。钻井液排量为1500~2500 L/min时,最高可降压3.06 MPa。对2种不同工具尺寸(Ф90.5、Ф215.9 mm),钻井液流经吸液式降ECD工具时,压降几乎没有变化,尺寸增大其压降效果略有降低,但对压降影响不大,且主要受等排量下流速的影响。研究结果可为高温高压钻井提供技术参考。

关键词：当量循环密度(ECD) 环空降压降压工具吸液式降ECD工具高温高压

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基于单模光纤探针的气液两相流持气率成像方法

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光通信技术 2025年第1期49卷 78-82页

作者：邢文举陈强刘国权高宏乔学光西安石油大学理学院陕西省油气资源光纤探测工程技术研究中心中国石油测井有限责任公司测井技术研究院西北大学物理学院

针对传统阵列式光纤探针在测量气液两相流持气率时存在的点位覆盖不足及对流场造成干扰的问题，提出了一种基于单模光纤探针的气液两相流持气率成像方法。该方法利用单模光纤探针对选定的关键位置进行精确测量，并采用克里金插值算法对... 详细信息

针对传统阵列式光纤探针在测量气液两相流持气率时存在的点位覆盖不足及对流场造成干扰的问题，提出了一种基于单模光纤探针的气液两相流持气率成像方法。该方法利用单模光纤探针对选定的关键位置进行精确测量，并采用克里金插值算法对未直接测量区域的持气率进行估算，从而实现成像。实验结果表明，在气流量设定为0.2 L/min、0.3 L/min、0.4 L/min和0.5 L/min的情况下，此方法能够生成高质量的持气率图像，成功实现了测量区域内持气率分布的可视化。

关键词：光纤探针克里金插值算法持气率成像

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页岩油藏体积压裂后返排数值模拟方法

大庆石油地质与开发 2025年第1期44卷 159-167页

作者：赵国翔姚约东齐银薛小佳陶亮陈文斌拜杰孙居正中国石油大学(北京)石油工程学院北京102249 油气资源与探测国家重点实验室北京102249 中国石油长庆油田公司油气工艺研究院陕西西安710016 中国石油新疆油田公司采气一厂新疆克拉玛依834000

大规模体积压裂技术是目前实现页岩油藏高效开发的关键,而如何描述、表征体积压裂形成的复杂裂缝网络并深入认识压裂后的返排特征是页岩油藏开发亟待解决的问题。针对页岩油藏压裂后返排特征的表征问题,考虑压裂液注入及返排过程中的裂... 详细信息

大规模体积压裂技术是目前实现页岩油藏高效开发的关键,而如何描述、表征体积压裂形成的复杂裂缝网络并深入认识压裂后的返排特征是页岩油藏开发亟待解决的问题。针对页岩油藏压裂后返排特征的表征问题,考虑压裂液注入及返排过程中的裂缝张开-闭合特征及基质非线性渗流特征,定量评价了储层物性参数及复杂裂缝形态对压裂后返排特征的影响。结果表明:三维复杂裂缝网络可由裂缝中心点坐标、裂缝倾角、裂缝方位角及边界形状进行刻画,并可通过随机模拟及连通性识别生成连通裂缝网络,同时,考虑裂缝张开-闭合特征是实现压裂液注入―返排全流程有效模拟的关键,孤立的天然裂缝对压裂后返排特征的影响可以忽略,且裂缝形状的变化对压裂后返排动态有明显影响。研究成果能够较好地表征流体在复杂裂缝形状缝网中的压裂后返排特征,可以应用于体积压裂页岩油藏的开发动态模拟。

关键词：页岩油藏体积压裂复杂缝网裂缝张开-闭合机理压裂后返排

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分布式光纤温度传感信号小波去噪方法

西安石油大学学报（自然科学版） 2024年第3期39卷 137-142页

作者：肖家悦傅海威陈苗李根程嘉慧西安石油大学陕西省油气资源光纤探测工程研究中心陕西省油气井测控技术重点实验室陕西西安710065

在分布式光纤拉曼温度传感系统中,反斯托克斯光包含了温度信息,但其强度相对较弱,易受到噪声干扰。传统的信号去噪方法往往会滤除系统所具有的原始特征。针对这一问题,本文提出了改进的小波阈值方法,将3sigm准则与传统算法相结合。在该... 详细信息

在分布式光纤拉曼温度传感系统中,反斯托克斯光包含了温度信息,但其强度相对较弱,易受到噪声干扰。传统的信号去噪方法往往会滤除系统所具有的原始特征。针对这一问题,本文提出了改进的小波阈值方法,将3sigm准则与传统算法相结合。在该算法中,对信号进行小波分解,再对分解的各层小波系数进行阈值处理,使用3sigm值来区分有用信号和噪声,然后进行小波重构,实现信号去噪。在7 km长的多模光纤上进行温度测量实验,使用改进的算法对数据进行分析。结果表明,改进的方法处理后的温度波动平均为0.991℃,相较于传统算法得到的2.422℃,提高了1.431℃。与传统算法相比,3sigm准则算法提高了测温精度,并为阈值的选择提供了新的思路,使阈值的选择更具统计意义。

关键词：分布式光纤传感测温精度小波阈值信号去噪

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一种全光纤拼接结构的MZI液位温度传感器

光电子．激光 2024年第3期35卷 252-257页

作者：申展魏长胜任瑛冯岩佩温俊梁刘颖刚西安石油大学陕西省油气资源光纤探测工程研究中心和陕西省油气井测控技术重点实验室陕西西安710065

本文设计并制作了一种基于光纤马赫-曾德尔干涉仪(Mach-Zehnder interferometer, MZI)的光纤液位温度传感器。该结构是由熔接在单模光纤(single-mode fibers, SMFs)之间的一段无芯光纤(no-core fiber, NCF)和一段多模光纤(multi-mode fi... 详细信息

本文设计并制作了一种基于光纤马赫-曾德尔干涉仪(Mach-Zehnder interferometer, MZI)的光纤液位温度传感器。该结构是由熔接在单模光纤(single-mode fibers, SMFs)之间的一段无芯光纤(no-core fiber, NCF)和一段多模光纤(multi-mode fiber, MMF)拼接而成。由于周围环境液位和温度的变化会导致干涉仪传输光模式改变,进而引起干涉光谱条纹移动。通过检测干涉光谱的两个谷值波长的漂移情况,便可获得液位和温度响应的灵敏度,利用灵敏度系数矩阵可实现对液位和温度的同时测量。研究表明,当液位升高时,干涉光谱发生红移;在0—36 mm液位变化范围内,其最大液位响应灵敏度为208.38pm/mm。当温度升高时,干涉光谱依然保持红移现象;在30—70℃温度变化范围内,其最大温度响应灵敏度为29.67 pm/℃。该传感器结构具有灵敏度高、测量范围大、制造简单、成本低以及液位温度同时测量等优点,在传感领域具有应用潜力。

关键词：光纤马赫-曾德尔干涉仪(MZI) 液位温度同时测量

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基于弱反射光纤光栅的温度传感解调系统

光通信研究 2024年

作者：程嘉慧傅海威陈苗李根肖家悦西安石油大学陕西省油气资源光纤探测工程研究中心西安石油大学陕西省油气井测控技术重点实验室

【目的】本研究旨在设计并搭建一种针对弱反射光纤光栅（WFBG）的传感解调系统，该系统通过创新的测量流程优化，实现对微弱反射信号的高精度采集与处理，旨在提高温度传感的灵敏度和线性度，同时确保系统的稳定性和重复性。【方法】研... 详细信息

【目的】本研究旨在设计并搭建一种针对弱反射光纤光栅（WFBG）的传感解调系统，该系统通过创新的测量流程优化，实现对微弱反射信号的高精度采集与处理，旨在提高温度传感的灵敏度和线性度，同时确保系统的稳定性和重复性。【方法】研究中，我们首先构建了一个基于光电转换器的信号采集系统，该系统能够将WFBG的微弱反射信号转换并放大为电压信号。随后，通过单片机实现了对放大后的电压信号的高效采集。引入误差理论并优化重复测量次数，有效降低了随机误差的影响。同时采取措施减少了测量带来的潜在延时，确保快速准确的数据处理。此外，进行了温度响应特性的实验研究，评估系统在30℃-80℃范围内的性能。【结果】实验结果表明，所设计的传感解调系统在温度测量范围内表现出优异的性能。具体而言，系统展现出的温度灵敏度高达11.55 pm/℃，且线性度高达0.99262，这表明了其在温度测量上的高精度和良好的线性特性。此外，系统的稳定性与重复性经过严格测试，进一步证实了其在实际应用场景中的可靠性和有效性。【结论】综上所述，本研究成功设计并实现了一种结构简单、成本效益高的弱反射光纤光栅传感解调系统。该系统不仅在温度传感方面表现出高精度和高稳定性，而且其创新的结构和优化的测量流程也使其适用于弱光栅传感阵列信号的解调。这一研究成果对于推动光纤传感技术的发展具有重要意义。

关键词：弱反射光纤光栅单片机解调温度

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光纤布喇格光栅的低温传感特性研究

压电与声光 2020年第6期42卷 787-790页

作者：李博文刘颖刚宋小亚傅海威贾振安高宏西安石油大学陕西省油气资源光纤探测工程研究中心陕西省油气井测控技术重点实验室陕西西安710065

为了解决光纤光栅在低温环境中的应用问题,该文从光纤布喇格光栅(FBG)的传感理论出发,通过深入分析了FBG在-60~25℃时热光系数和热膨胀系数的变化。采用2根未封装的FBG进行实验验证,得到了FBG在低温环境下的响应情况。研究结果表明,FBG... 详细信息

为了解决光纤光栅在低温环境中的应用问题,该文从光纤布喇格光栅(FBG)的传感理论出发,通过深入分析了FBG在-60~25℃时热光系数和热膨胀系数的变化。采用2根未封装的FBG进行实验验证,得到了FBG在低温环境下的响应情况。研究结果表明,FBG在低温环境下具有良好的响应和重复性,这对FBG在低温环境中的应用具有重要指导意义。

关键词：光纤布喇格光栅(FBG) 低温热光系数热膨胀系数

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光纤拼接结构型应变不敏感温度传感器

压电与声光 2021年第1期43卷 99-103页

作者：宋小亚刘颖刚李博文黄亮董婧斐禹大宽冯德全西安石油大学陕西省油气资源光纤探测工程研究中心和陕西省油气井测控技术重点实验室陕西西安710065

设计并制作了一种基于七芯光纤的应变不敏感温度传感器。该传感器将一段七芯光纤与两段单模光纤进行熔接,通过优化熔接参数在熔接点处形成两个分别充当光路分束器和耦合器的凸锥结构,构成了马赫-曾德尔干涉仪(MZI)。实验研究了该传感器... 详细信息

设计并制作了一种基于七芯光纤的应变不敏感温度传感器。该传感器将一段七芯光纤与两段单模光纤进行熔接,通过优化熔接参数在熔接点处形成两个分别充当光路分束器和耦合器的凸锥结构,构成了马赫-曾德尔干涉仪(MZI)。实验研究了该传感器对温度和应变的响应特性。结果表明,传感器的光谱对应变不敏感,但传感器对温度具有良好的线性响应特性,在40~200℃内,其谐振光谱波长随温度升高线性红移,对应温度灵敏度达到93.11 pm/℃,波长漂移线性度达99.4%。

关键词：光纤传感器七芯光纤温度应变不敏感马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)传感器