【摘要】：在油氣生產(chǎn)過程中,大量使用了壓力、溫度傳感器,與這些常規(guī)傳感器相比,光纖光柵傳感器具有抗電磁干擾能力強(qiáng)、耐腐蝕性好、體積小、一次安裝永久性測(cè)量、可實(shí)現(xiàn)分布式測(cè)量等優(yōu)點(diǎn),光纖光柵傳感器成為一種新興技術(shù)特別適用于石油生產(chǎn)過程。并且使用復(fù)用技術(shù)構(gòu)成光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò),可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)井層溫度、壓力的多點(diǎn)實(shí)時(shí)測(cè)量,為解決石油生產(chǎn)過程中的井下傳感技術(shù)屏障具有一定的實(shí)際意義。本文以光纖光柵的應(yīng)用為背景,從光纖光柵的基本理論和性質(zhì)出發(fā),主要對(duì)光纖光柵傳感技術(shù)的特點(diǎn)、應(yīng)用發(fā)展進(jìn)行了相應(yīng)的闡述,論證了光纖光柵傳感系統(tǒng)研究的重要意義。詳細(xì)闡述了基于反射式光纖光柵傳感技術(shù)的基本原理,給出目前針對(duì)其測(cè)量過程中溫度、壓力交叉敏感性問題所采取的解決方法,對(duì)傳感網(wǎng)絡(luò)中的幾種復(fù)用技術(shù)和幾種常用的光纖光柵傳感解調(diào)技術(shù)進(jìn)行介紹,分析對(duì)比了三種解調(diào)方法的優(yōu)缺點(diǎn),總結(jié)出了光纖光柵傳感技術(shù)在油氣生產(chǎn)過程中將會(huì)發(fā)揮越來越大的作用。另外在油氣生產(chǎn)中,隨著當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,結(jié)合光纖光柵傳感技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù),為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制,同時(shí)為提高氣舉采油的采收率和降低生產(chǎn)成本,需要對(duì)井口注氣流量進(jìn)行控制,本文設(shè)計(jì)了以STM32微控制器為控制核心的氣體流量控制系統(tǒng)。文中詳細(xì)介紹了流量控制的原理與特性,對(duì)系統(tǒng)中的核心電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)和全面的介紹分析。通過使用增量式PID的控制方法來控制電動(dòng)閥的開度,以達(dá)到控制流量的目的,并通過具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析說明流量控制的可行性。微控制器通過AT指令驅(qū)動(dòng)ESP8266 WIFI模塊,使單口井監(jiān)控終端與上位機(jī)之間形成局域網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)終端與上位機(jī)的通信。使用VS軟件和C#語言進(jìn)行上位機(jī)軟件的編寫,對(duì)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信進(jìn)行了設(shè)計(jì)。通過數(shù)據(jù)庫的使用,對(duì)測(cè)量的一些參數(shù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ),對(duì)數(shù)據(jù)處理,按照時(shí)間先后生成生產(chǎn)報(bào)表。通過選擇上位機(jī)中的曲線繪制,可對(duì)指定的參數(shù)的信息進(jìn)行曲線顯示,可以更加直觀的分析其一段時(shí)間內(nèi)的變化趨勢(shì)。文中分析了光纖光柵傳感技術(shù)在油氣生產(chǎn)中的應(yīng)用情況,結(jié)合氣舉采油技術(shù),設(shè)計(jì)了基于井下光纖光柵傳感技術(shù)和井口氣體流量控制技術(shù)的測(cè)控網(wǎng)絡(luò),旨在監(jiān)測(cè)氣舉采油的詳細(xì)生產(chǎn)過程參數(shù),為推動(dòng)氣舉采油提供技術(shù)參考。
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP212;TE93
【圖文】：

圖 1 光纖光柵傳感原理Figure 1 Fiber Bragg Grating Principle of Sensing如圖 2 所示，在反射式傳感過程中，光源發(fā)出的光波信號(hào)直接或者經(jīng)過傳輸通道由連接器（3dB 耦合器）進(jìn)入傳感光柵，傳感光柵在應(yīng)變和溫度等外界靜態(tài)、準(zhǔn)靜態(tài)或時(shí)變的作用下，將光波進(jìn)行調(diào)制；然后，光纖光柵將光波調(diào)制成帶有外場(chǎng)信息的光信號(hào)反射回來，再由耦合器進(jìn)入接收通道而被探測(cè)器接收解調(diào)并輸出相關(guān)信息。因?yàn)榘送鈭?chǎng)作用的信息光譜被探測(cè)器所接收，所以對(duì)探測(cè)器檢測(cè)出的光譜進(jìn)行分析，就能夠獲取環(huán)境信息�；诜瓷涫降膫鞲邢到y(tǒng)由于僅用一根光纖就能獲得傳感信息，無須回路，并且可實(shí)現(xiàn)時(shí)分復(fù)用和波分復(fù)用，具有安裝方便、測(cè)量穩(wěn)定可靠的優(yōu)勢(shì)。光源耦合器光纖光柵

32 位 ARMCortex-M4 內(nèi)核和高級(jí)模擬外設(shè)，使得微處理器具有較高的靈活性。該系列處理器通過整合快速 12 位 5 MSPS 和精密 16 位 sigma-deltaADC、12 位 D/A轉(zhuǎn)換器、4 個(gè) USART 接口、3 個(gè) IIC 接口、3 個(gè) SPI 接口、可編程增益放大器（4檔增益、精確度為 1%）、快速 50 ns 比較器和工作頻率為 144 MHz 的多功能時(shí)鐘控制單元實(shí)現(xiàn)了嵌入式 DSC 設(shè)計(jì)創(chuàng)新，從而實(shí)現(xiàn)了最佳集成。STM32 最小系統(tǒng)原理圖如圖 15 所示。

3.4.2 電壓型信號(hào)采集與處理電路為了便于在實(shí)驗(yàn)室的調(diào)試與實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)過程中選用的壓力傳感器的測(cè)量范圍0-2.5MPa，傳感器輸出 0-10V 直流電壓。由于 STM32 內(nèi)部 AD 采集的參考電壓為3.3V，當(dāng)輸入壓力過大，即傳感器輸出超過 3.3V 直流電壓時(shí)，AD 模塊不能正常工作。為了解決這一問題，在壓力信號(hào)采集過程中，利用電阻分壓原理，將輸入AD 采集的電壓范圍調(diào)整為 0-2.5V 直流電壓。信號(hào)最后經(jīng)過電壓跟隨器與低通濾波后送入 AD 進(jìn)行采樣。如圖 16 所示。

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本文編號(hào)：2795990