油气水三相流持率光纤表面等离子体共振传感器的设计与研究答辩(国家大学生创新计划项目答辩)讲课稿

各位领导(lǐnɡdǎo)、各位老师大家(dàjiā)好！2009年全国大学生创新(chuàngxīn)项目大庆石油学院第一页，共15页。油气水三相流持率光纤表面等离子体共振(gòngzhèn)传感器的设计与研究大庆石油学院电子(diànzǐ)科学学院汇报人：孙刚国家(guójiā)大学生创新性实验计划DepartmentofElectronicScienceandTechnology

第二页，共15页。一、项目组员二、立项意义三、立项依据四、研究内容五、研究方案六、预期成果七、经费预算汇报提纲第三页，共15页。一、项目(xiàngmù)组成员项目组长：孙刚(07级)项目成员：李朋强(07级)邱成(07级) 张子华(08级)指导教师(jiàoshī)：刘超博士第四页，共15页。二、立项意义DepartmentofElectronicScienceandTechnology

石油是世界各国亟需的重要资源，关系国家的发展和未来。为确保油田开采持续稳产，我国大部分油田采用注水或蒸汽辅助重力泄油(SAGD)的方法(fāngfǎ)以提高产收率。然而，注水或注汽导致油井内多相流体的流动状态发生显著变化，高含水和油气水三相流问题日益突出。因此，实时准确测量油气水三相流的持率是高含水油田开采阶段亟待解决的首要问题，对确定产水层位、采取措施以提高油气产量、降低石油开采成本至关重要。第五页，共15页。光纤表面等离子共振传感器是近年来发展起来的一种新型光学传感器，对介质的折射率微小变化极其敏感。基于油气水混合流体折射率随其三相比例变化而改变的特性，光纤表面等离子体共振传感器不但可以(kěyǐ)准确测定油气水多相流体的持率，且具有体积小、灵敏度高、抗电磁辐射、实时在线检测等特点。因此，研究基于光纤表面等离子体共振技术的油气水三相流持率传感器具有重要的科学理论意义和实际价值，应用前景广阔。立项意义第六页，共15页。三、立项依据DepartmentofElectronicScienceandTechnology

(1)SPR传感器原理：右图中的棱镜(léngjìng)(折射率为n1)起光学波导器件的作用，它由非吸收性的光学材料构成。在棱镜(léngjìng)底部镀一层厚度在50nm左右的高反射率的金属薄膜(一般为金或银，折射率为n)做为传感器的传感面，与待测样品(折射率为n2)相接触。当入射光是一束P偏振光并以一定角度入射到棱镜(léngjìng)时，利用光在玻璃界面处发生全内反射时的倏逝波，可以引发金属表面的自由电子产生表面等离子体。第七页，共15页。立项依据

在入射角或波长为某一适当值的条件(tiáojiàn)下，入射光的波向量与金属膜内表面等离子体波的振荡频率相匹配时，二者将发生共振，入射光被吸收，使反射光能量急剧下降，在反射光谱上出现共振峰(即反射强度最低值)。当紧靠在金属薄膜表面的介质折射率不同时，共振峰位置将不同。第八页，共15页。立项依据DepartmentofElectronicScienceandTechnology

(2)光纤耦合式SPR传感器的原理(yuánlǐ)与结构:SPR测量所用的支持体通常是棱镜。但是棱镜耦合式SPR传感器体积较大。光纤耦合式SPR传感器则可使器件微型化，与传输光纤相连实现数据的远程采集，因此成为传感器发展的主要方向。第九页，共15页。四、研究内容油水三相流持率光纤表面等离子体共振传感器光纤表面等离子共振传感器敏感元件的制作光强调制光纤表面等离子共振传感器测试平台的建立不同比例油气水流体折射率的测定试验数据处理与多相流持率的确定。第十页，共15页。五、研究方案采用试验、定性模型与理论计算相结合的研究方法，从光纤传感器敏感元件的制作入手，将光纤包层剥蚀掉以裸露出纤芯。采用超高真空磁控溅射设备在纤芯四周沉积厚度约为50nm左右的高反射率Au膜，利用扫描电子显微镜观察Au膜的表面形貌以优化沉积工艺，获得高质量表面等离子共振Au膜。以半导体激光器作光源、光纤线圈偏振控制器调整偏振状态，硅光电二极管和光谱分析仪为检测器，配备光纤表面等离子共振传感元件，搭建(dājiàn)油气水多相流体折射率测试平台，对样品进行测量。考察表面等离子共振吸收光强度与不同比例油气水的折射率之间的函数关系，评价多相流体的持率。第十一页，共15页。六、项目预期(yùqī)成果1.光纤表面等离子共振传感器敏感区域厚度均匀高反射率金属薄膜沉积工艺的优化与确定。 2.搭建光强调制式光纤表面等离子体共振传感器系统测试平台。 3.确定表面等离子共振吸收光强度与不同比例油气水的折射率之间的函数(hánshù)关系，揭示油气水多相流流体折射率与持率之间的内在联系。 4.发表论文1-2篇。第十二页，共15页。七、项目经费(jīngfèi)预算预算支出科目金额（万元）理由能源、材料费0.4000购买靶材、光线等材料试验外协费0.2000膜厚检测、光谱测试等资料、印刷费0.1000文献检索、资料复印等费用出版、鉴定、验收0.3000论文版费用、鉴定费总计1.0000第十三页，共15页。致谢(zhìxiè)特别感谢我的指导老师，同时，我要感