油氣水三相流持率光纖表面等離子體共振傳感器的設(shè)計與研究答辯(國家大學(xué)生創(chuàng)新計劃項目答辯)講課稿

各位領(lǐng)導(dǎo)(lǐnɡdǎo)、各位老師大家(dàjiā)好！2009年全國大學(xué)生創(chuàng)新(chuàngxīn)項目大慶石油學(xué)院第一頁，共15頁。油氣水三相流持率光纖表面等離子體共振(gòngzhèn)傳感器的設(shè)計與研究大慶石油學(xué)院電子(diànzǐ)科學(xué)學(xué)院匯報人：孫剛國家(guójiā)大學(xué)生創(chuàng)新性實驗計劃DepartmentofElectronicScienceandTechnology

第二頁，共15頁。一、項目組員二、立項意義三、立項依據(jù)四、研究內(nèi)容五、研究方案六、預(yù)期成果七、經(jīng)費預(yù)算匯報提綱第三頁，共15頁。一、項目(xiàngmù)組成員項目組長：孫剛(07級)項目成員：李朋強(07級)邱成(07級) 張子華(08級)指導(dǎo)教師(jiàoshī)：劉超博士第四頁，共15頁。二、立項意義DepartmentofElectronicScienceandTechnology

石油是世界各國亟需的重要資源，關(guān)系國家的發(fā)展和未來。為確保油田開采持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)，我國大部分油田采用注水或蒸汽輔助重力泄油(SAGD)的方法(fāngfǎ)以提高產(chǎn)收率。然而，注水或注汽導(dǎo)致油井內(nèi)多相流體的流動狀態(tài)發(fā)生顯著變化，高含水和油氣水三相流問題日益突出。因此，實時準確測量油氣水三相流的持率是高含水油田開采階段亟待解決的首要問題，對確定產(chǎn)水層位、采取措施以提高油氣產(chǎn)量、降低石油開采成本至關(guān)重要。第五頁，共15頁。光纖表面等離子共振傳感器是近年來發(fā)展起來的一種新型光學(xué)傳感器，對介質(zhì)的折射率微小變化極其敏感。基于油氣水混合流體折射率隨其三相比例變化而改變的特性，光纖表面等離子體共振傳感器不但可以(kěyǐ)準確測定油氣水多相流體的持率，且具有體積小、靈敏度高、抗電磁輻射、實時在線檢測等特點。因此，研究基于光纖表面等離子體共振技術(shù)的油氣水三相流持率傳感器具有重要的科學(xué)理論意義和實際價值，應(yīng)用前景廣闊。立項意義第六頁，共15頁。三、立項依據(jù)DepartmentofElectronicScienceandTechnology

(1)SPR傳感器原理：右圖中的棱鏡(léngjìng)(折射率為n1)起光學(xué)波導(dǎo)器件的作用，它由非吸收性的光學(xué)材料構(gòu)成。在棱鏡(léngjìng)底部鍍一層厚度在50nm左右的高反射率的金屬薄膜(一般為金或銀，折射率為n)做為傳感器的傳感面，與待測樣品(折射率為n2)相接觸。當入射光是一束P偏振光并以一定角度入射到棱鏡(léngjìng)時，利用光在玻璃界面處發(fā)生全內(nèi)反射時的倏逝波，可以引發(fā)金屬表面的自由電子產(chǎn)生表面等離子體。第七頁，共15頁。立項依據(jù)

在入射角或波長為某一適當值的條件(tiáojiàn)下，入射光的波向量與金屬膜內(nèi)表面等離子體波的振蕩頻率相匹配時，二者將發(fā)生共振，入射光被吸收，使反射光能量急劇下降，在反射光譜上出現(xiàn)共振峰(即反射強度最低值)。當緊靠在金屬薄膜表面的介質(zhì)折射率不同時，共振峰位置將不同。第八頁，共15頁。立項依據(jù)DepartmentofElectronicScienceandTechnology

(2)光纖耦合式SPR傳感器的原理(yuánlǐ)與結(jié)構(gòu):SPR測量所用的支持體通常是棱鏡。但是棱鏡耦合式SPR傳感器體積較大。光纖耦合式SPR傳感器則可使器件微型化，與傳輸光纖相連實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程采集，因此成為傳感器發(fā)展的主要方向。第九頁，共15頁。四、研究內(nèi)容油水三相流持率光纖表面等離子體共振傳感器光纖表面等離子共振傳感器敏感元件的制作光強調(diào)制光纖表面等離子共振傳感器測試平臺的建立不同比例油氣水流體折射率的測定試驗數(shù)據(jù)處理與多相流持率的確定。第十頁，共15頁。五、研究方案采用試驗、定性模型與理論計算相結(jié)合的研究方法，從光纖傳感器敏感元件的制作入手，將光纖包層剝蝕掉以裸露出纖芯。采用超高真空磁控濺射設(shè)備在纖芯四周沉積厚度約為50nm左右的高反射率Au膜，利用掃描電子顯微鏡觀察Au膜的表面形貌以優(yōu)化沉積工藝，獲得高質(zhì)量表面等離子共振Au膜。以半導(dǎo)體激光器作光源、光纖線圈偏振控制器調(diào)整偏振狀態(tài)，硅光電二極管和光譜分析儀為檢測器，配備光纖表面等離子共振傳感元件，搭建(dājiàn)油氣水多相流體折射率測試平臺，對樣品進行測量?？疾毂砻娴入x子共振吸收光強度與不同比例油氣水的折射率之間的函數(shù)關(guān)系，評價多相流體的持率。第十一頁，共15頁。六、項目預(yù)期(yùqī)成果1.光纖表面等離子共振傳感器敏感區(qū)域厚度均勻高反射率金屬薄膜沉積工藝的優(yōu)化與確定。 2.搭建光強調(diào)制式光纖表面等離子體共振傳感器系統(tǒng)測試平臺。 3.確定表面等離子共振吸收光強度與不同比例油氣水的折射率之間的函數(shù)(hánshù)關(guān)系，揭示油氣水多相流流體折射率與持率之間的內(nèi)在聯(lián)系。 4.發(fā)表論文1-2篇。第十二頁，共15頁。七、項目經(jīng)費(jīngfèi)預(yù)算預(yù)算支出科目金額（萬元）理由能源、材料費0.4000購買靶材、光線等材料試驗外協(xié)費0.2000膜厚檢測、光譜測試等資料、印刷費0.1000文獻檢索、資料復(fù)印等費用出版、鑒定、驗收0.3000論文版費用、鑒定費總計1.0000第十三頁，共15頁。致謝(zhìxiè)特別感謝我的指導(dǎo)老師，同時，我要感