超高温高压光纤光栅传感器结构封装及偶联材料研究

本课题以研究用于光纤光栅传感器结构与封装的超高温高压铌基恒弹机敏材料，石英纳米粒子-硅烷偶联剂粘接材料为主要目的，通过对铌基合金材料及石英-硅烷偶联粘接材料的力学、化学与热学性能研究；耐化学蚀饰、高温抗氧化、高温恒弹性能研究；光纤光栅、铌基合金、偶联粘接材料三者之间的关联性与恒弹极限温度性能研究，确定铌基恒弹机敏材料多组分配方，石英-硅烷偶联剂多组分配方；提出改进铌基合金材料与石英-硅烷偶联剂的制作技术和工艺，优化基于铌基合金材料的光纤光栅传感器结构设计与封装工艺，解决光纤光栅传感器的大范围、高灵敏度、在强腐蚀和易氧化等各种特殊环境下安全实现高压或微压、高温或低温的高精度检测等技术难题，制作一套在超高温（400℃）高压（100MPa）油气井下"永久"、实时、动态监测地层压力温度变化的光纤光栅传感器。配以本课题组自行研制的光纤宽带光源、信号解调与控制仪器，在油田现场测试应用。

本课题研究了用于“光纤光栅传感器结构与封装”的超高温高压铌基恒弹机敏材料和石英纳米粒子-硅烷偶联剂粘接材料。课题组通过对铌基合金材料及石英-硅烷偶联粘接材料的力学、化学与热学性能研究；耐化学蚀饰、高温抗氧化、高温恒弹性能研究；光纤光栅、铌基合金、偶联粘接材料三者之间的关联性与恒弹极限温度性能研究，取得了以下主要研究成果：（1）确定了铌基恒弹机敏材料多组分配方，石英-硅烷偶联剂多组分配方；（2）提出了改进铌基合金材料与石英-硅烷偶联剂的制作技术和工艺；（3）优化了基于铌基合金材料的光纤光栅传感器结构设计与封装工艺，解决了光纤光栅传感器的大范围、高灵敏度、在强腐蚀和易氧化等各种特殊环境下安全实现高压或微压、高温或低温的高精度检测等技术难题；（4）制作了一套在超高温（400℃）高压（100MPa）油气井下“永久”、实时、动态监测地层压力温度变化的光纤光栅传感器系统。配以本课题组自行研制的光纤宽带光源、信号解调与控制仪器，在长庆油田、辽河油田现场进行了油气井下测试。（5）发表科研论文33篇，其中SCI收录24篇。申请国家发明专利9项，培养硕士研究生13名，博士研究生4名。完成了立项合同确定的相关内容。