DE69927274T2

DE69927274T2 - Nichtintrusiver faseroptischer drucksensor zur messung von druckänderungen in einem rohr

Info

Publication number: DE69927274T2
Application number: DE69927274T
Authority: DE
Inventors: S. Rebecca McGUINN; L. Daniel GYSLING; R. Charles WINSTON; R. Allen DAVIS; M. John FAUSTINO
Original assignee: Cidra Corp
Current assignee: Cidra Corp
Priority date: 1998-06-26
Filing date: 1999-06-28
Publication date: 2006-06-22
Anticipated expiration: 2019-06-29
Also published as: EP1099101A1; US20030038231A1; CN1307678A; CA2335469C; NO20006621D0; EP1099101B1; AU754039B2; NO322412B1; DE69927274D1; CA2335469A1; WO2000000799A8; AU5457799A; WO2000000799A9; NO20006621L; CN1140785C; US6959604B2; RU2001102591A; WO2000000799A1

Description

Diese Anmeldung ist eine continuation-in-part-Anmeldung einer gleichzeitig anhängigen US-Gemeinschaftspatentanmeldung mit der Seriennummer 09/105,525 mit dem Titel „Non-Intrusive Fiber Optic Pressure Sensor for Measuring Pressure Inside, Outside and Across Pipes", angemeldet am 26. Juni, 1998.
Technisches Gebiet
Diese Erfindung bezieht sich auf das Erfassen von Druck um Rohre herum und ins Besondere auf einen nichtintrusiven faseroptischen Drucksensor zur Messung von unsteten Drücken in einem Rohr.
Zugrunde liegender Stand der Technik
In der Öl- und Gasindustrie ist bekannt, dass die Messung von Fluiddruck in einem Bohrlochrohr nützlich für die Erforschung und Produktion von Öl und Gas ist. Typische Drucksensoren erfordern jedoch das Bohren eines Loches in das Rohr, um den Druck an den Sensor zu bringen, oder das Einsetzen des Sensors oder eines Teils davon in das Rohr. Bohrlöcher in den Rohren können kostspielig sein und dem System Fehlerarten hinzufügen. Dementsprechend wäre es wünschenswert Druck in einem Rohr auf eine nicht eindringende Weise zu messen.
US-A-4 950 883 offenbart eine faseroptische Sensoranordnung, die eine optische Faser mit einer Mehrzahl von Sensoren aufweist, von denen jeder eine Sensorfaserlänge und einen spiralförmigen Sensorteil hat. Die spiralförmigen Teile sind an einer Überwachungsstelle eines Körpers, wie z.B. einer Festkör perstruktur oder eines Körpers aus Flüssigkeit oder Gas, eingebettet. Die Länge von jedem Sensorteil ist für einen Resonanzaufbau von Licht darin bei bestimmten Wellenlängen, die sich innerhalb des Sperrbandbereichs des speziellen Sensors befinden.
US-A-5 723 857 offenbart ein Verfahren zum Messen von Rissen oder punktförmigen Spannungen in zu überwachenden Strukturen, wie z.B. Flugzeugkomponenten. Dort wird eine Mehrzahl von optischen Fasern in einer parallelen, koplanaren Anordnung angeordnet und mindestens eine Lichtquelle wirft Licht in die Anordnung von optischen Fasern. Risse oder Spannungspunkte ändern die Eigenschaft des sich durch die optischen Fasern der Anordnung ausbreitenden Lichts. An den optischen Fasern der Anordnung vorgesehene Bragg-Gitter erlauben die Lokalisierung von Rissen oder Spannungspunkten.
Zusammenfassung der Erfindung
Aufgaben der vorliegenden Erfindung umfassen die Vorsehung eines nichtintrusiven Drucksensors zum Messen von unstetem Druck in Rohren.
Die vorliegende Erfindung sieht ein Gerät nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 8 vor, beide zum Messen eines unsteten Drucks in einem Rohr.
Die Erfindung schafft ein Gerät zum Messen eines unsteten Drucks in einem Rohr, wobei das Gerät eine Mehrzahl von faseroptischen Sensoren aufweist, die um mindestens einen Teil eines Umfangs von dem Rohr gewickelt sind, wobei jeder Sensor ein Signal verfügbar macht, das den unsteten Druck anzeigt, wobei alle besagten Sensoren an unterschiedlichen axialen Positionen entlang des Rohrs angeordnet sind und den unsteten Druck an jeder der axialen Positionen messen.
Die Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Messen von unstetem Druck in einem Rohr, wobei das Verfahren das Wickeln einer Mehrzahl von vorherbestimmten Längen von mindestens einer optischen Faser um das Rohr herum aufweist, wobei jede der vorherbestimmten Längen an einer unterschiedlichen axialen Position entlang dem Rohr um das Rohr herum gewickelt ist, wobei druckbedingte Änderungen in den besagten Längen von der mindestens einen optischen Faser gemessen werden und wobei der unstete Druck von jeder der Längen der optischen Faser bestimmt wird.
Ebenfalls gemäß der vorliegenden Erfindung ändert sich eine Länge der optischen Faser, wenn sich der zu messende Druck ändert. Weiterhin gemäß der vorliegenden Erfindung ist innerhalb der Faser ein reflektierendes Element mit einer in Beziehung zum Druck stehenden Reflexionswellenlänge angeordnet.
Die vorliegende Erfindung schafft eine deutliche Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik, indem sie einen nichtintrusiven Drucksensor für das Messen von unstetem Druck in einem Rohr mittels faseroptischem Erfassen verfügbar macht. Die vorliegende Erfindung beseitigt außerdem den Bedarf an jeglichen elektronischen Komponenten im Bohrloch, wodurch die Zuverlässigkeit der Messung verbessert wird. Darüber hinaus ist die vorliegende Erfindung verglichen mit elektrischen Systemen von Natur aus sicher und explosionssicher. Die vorliegende Erfindung kann außerdem einen umfangsmäßig gemittelten Druck und/oder axial Bemittelten unsteten Druck über eine vorherbestimmte axiale Länge des Rohrs verfügbar machen. Eine umfangsmäßige Mittlung filtert natürlich Druckstörungen, wie z.B. die, die mit querlaufenden Rohrvibrationen, Strömungsgeräuschen und höherdimensionalen akustischen Schwingungen in Verbindung stehen. Dieses Merkmal ist nützlich für das Messen der Ausbreitung von eindimensionalen akustischen Wellen. Folglich ermöglicht die vorliegende Erfindung die Messung von unstetem Druck in Echtzeit für die Erkundung und Produktion von Öl und Gas und oder für andere Anwendungen, bei denen ein Fluid (in flüssiger Form oder in Gasform) in einem Rohr oder in einer Leitung fließt.
Die vorhergehenden und anderen Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden angesichts der folgenden detaillierten Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen davon deutlicher werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Seitenansicht eines Rohrs mit optischer Faser, die an jeder Stelle zur Messung von unstetem Druck um das Rohr herum gewickelt ist, und mit einem Paar Bragg-Gittern um jede optische Umwicklung herum, gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Querschnittsendansicht eines Rohrs, die den Innendruck Pin und den Außendruck Pout zeigt, gemäß der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine Seitenansicht eines Rohrs mit optischer Faser, die an jeder Stelle zur Messung von unstetem Druck um das Rohr herum gewickelt ist, mit einem einzelnen Bragg-Gitter zwischen jedem Paar von optischen Umwicklungen, gemäß der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine Seitenansicht eines Rohrs mit optischer Faser, die an jeder Stelle zur Messung von unstetem Druck um das Rohr herum gewickelt ist, ohne Bragg-Gitter um jede der Umwicklungen, gemäß der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine alternative Geometrie einer optischen Umwicklung aus 1, 3 in der Geometrie eines Heizkörperrohrs, gemäß der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine alternative Geometrie einer optischen Umwicklung aus 1, 3 in der Geometrie einer Rennbahn, gemäß der vorliegenden Erfindung.
7 ist eine Querschnittsendansicht eines Rohrs, das mit einer optischen Faser entsprechend 5, 6 umwickelt ist, gemäß der vorliegenden Erfindung.
8 ist eine Seitenansicht eines Rohrs mit einem Paar Gittern an jeder axialen Sensorstelle gemäß der vorliegenden Erfindung.
9 ist eine Seitenansicht eines Rohrs mit einem einzelnen Gitter an jeder axialen Sensorstelle gemäß der vorliegenden Erfindung.
Beste Ausführungsweise der Erfindung
Mit Bezug auf 1 ist ein Rohr (oder eine Leitung) 12 mit einer Mehrzahl von nichtintrusiven verteilten, auf Fasergittern basierenden Drucksensoren 18-24 vorgesehen, die entlang des Rohrs 12 angeordnet sind. Jeder der Drucksensoren 18-24 weist entsprechende Wicklungen 302-308 mit einer vorherbestimmten Länge auf, die um das Rohr 12 herum gewickelt sind. Jeder der Sensoren 18-24 weist ein oder mehrere Bragg-Gitter 310-324 mit vorherbestimmten Reflexionswellenlängen λ₁, λ₂, λ₃, λ₄ auf, die ihnen zugeordnet sind.
Die Gitter 310-324 sind ähnlich dem Gitter, des in dem Glenn et al erteilten US-Patent Nr. 4,725,110 mit dem Titel „Method for Impressing Gratings Within Fiber Optics" beschrieben; es kann jedoch je nach Wunsch jedes beliebige in die Faser 300 eingebettete wellenlängenmäßig abstimmbare Gitter oder reflektierende Element verwendet werden. Ein Bragg-Gitter reflektiert Bekannterweise ein vorherbestimmtes Lichtwellenlängenband mit einer zentralen Spitzenreflexionswellenlänge λb und lässt die übrigen Wellenlängen des einfallenden Lichtes (innerhalb eines vorherbestimmten Wellenlängenbereiches) durch. Dementsprechend breitet sich zugeführtes Licht 40 entlang der Faser 300 zu den Sensoren 18-24 hin aus und die Gitter 310-324 reflektieren das Licht 42 entlang der Faser 300 zurück.
Immer noch mit Bezug auf 1 können die optischen Drucksensoren 18-24 auf Bragg-Gittern basierende Drucksensoren sein, wie z.B. die in der gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung, Seriennummer 08/925,598, mit dem Titel „High Sensivity Fiber Optic Pressure Sensor For Use In Harch Environments", angemeldet am 8. September 1997. Alternativ können die Sensoren 18-24 optische Spannungsmessgeräte sein, die an der äußeren oder der inneren Wand des Rohrs befestigt oder darin eingebettet sein können und die die Rohrwandspannung messen. In einer Ausführungsform der vorliegenden Er findung können die faseroptischen Drucksensoren 18-24 individuell verbunden oder unter Verwendung von Wellenlängen-Multiplex-Verfahren (WDM von englisch, wavelength division multiplexing'), Zeit-Multiplex-Verfahren (TDM von englisch, time division multiplex') oder beliebigen anderen optischen Multiplex-Techniken (nachstehend eingehender besprochen) entlang einer oder mehrerer Fasern im Multiplexverfahren angeordnet sein.
Mit Bezug auf 2 können die faseroptischen Drucksensoren 18-24 ( 1,3,4,7,8,9) die unsteten (oder dynamischen oder Wechsel-) Druckveränderungen Pin innerhalb des Rohres 12 durch Messen der elastischen Expansion und Kontraktion, wie durch Pfeile 350 dargestellt, des Durchmessers (und folglich des Umfangs, wie durch Pfeile 351 dargestellt) des Rohrs 12 messen. Im Allgemeinen würden die Spannungsmessgeräte die Rohrwandverbiegung in jede beliebige Richtung als Antwort auf den unsteten Druck innerhalb des Rohrs 12 messen. Die elastische Expansion und Kontraktion des Rohrs 12 werden an der Stelle des Spannungsmessgeräts bei einer Veränderung des inneren Drucks Pin gemessen und somit wird die lokale Spannung (axiale Spannung, Ringspannung oder Spannung unter einem Winkel zur Achse) an dem Rohr 12 gemessen, die durch das Verbiegen in die durch die Pfeile 351 angezeigten Richtungen verursacht werden. Das Ausmaß der Änderung im Umfang wird verschiedenartig durch die Ringstärke des Rohrs 12, den inneren Druck Pin, den äußeren Druck Pout außerhalb des Rohrs 12, die Dicke Tw der Rohrwand 352 und die Steifheit oder das Modul des Rohrmaterials bestimmt. Folglich können die Dicke der Rohrwand 352 und das Rohrmaterial in den Sensorabschnitten 14, 16 (1) auf Basis der erwünschten Empfindlichkeit der Sensoren und anderer Faktoren eingestellt werden und können sich von der Wanddicke oder dem Material des Rohrs 12 außerhalb der Sensorbereiche 14, 16 unterschieden.
Mit Bezug auf 1,3,4 werden alternative Anordnungen von optischen Spannungsmessgerät-Drucksensoren gezeigt. Die faseroptischen Drucksensoren 18-24 können mittels einer optischen Faser 300 konfiguriert werden, die an jeder der Drucksensorstellen um das Rohr 12 gewunden oder gewickelt und daran befestigt sind, wie durch die Spulen oder Umwicklungen 302-308 für den jeweiligen Druck P₁, P₂, P₃, P₄ gezeigt. Die Faserumwicklungen 302-308 sind so um das Rohr 12 gewickelt, dass sich die Länge jeder der Faserumwicklungen 302-308 mit Änderungen in der Rohrringspannung als Antwort auf Veränderungen des unsteten Drucks innerhalb des Rohrs 12 ändert und folglich der innere Rohrdruck an der jeweiligen axialen Stelle gemessen wird. Solche Faserlängenänderungen werden mittels bekannter optischer Messtechniken, wie nachstehend erörtert, gemessen. Jede der Umwicklungen misst im Wesentlichen den umfangsmäßig gemittelten Druck innerhalb des Rohrs 12 an einer entsprechenden axialen Stelle an dem Rohr 12. Die Umwicklungen machen auch axial gemittelten Druck über die axiale Länge einer gegebenen Umwicklung verfügbar. Während die Struktur des Rohrs 12 ein gewisses räumliches Filtern von kurzen Wellenlängenstörungen verfügbar macht, haben wir festgestellt, dass das Grundprinzip der Arbeitsweise der Erfindung im Wesentlichen das gleiche bleibt wie das für die hierin vorhergehend beschriebenen Punktsensoren.
Mit Bezug auf 1 können sich für Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, in denen die Umwicklungen 302-308 in Reihe geschaltet sind, die Bragg-Gitter-Paare (310, 312), (314, 316), (318, 320), (322, 324) entlang der Faser 300 an entgegengesetzten Enden jeder der jeweiligen Umwicklungen 302, 304, 306, 308 befinden. Die Gitter-Paare werden verwendet zum Multiplexen der Drucksignale P₁, P₂, P₃, P₄, um die individuellen Umwicklungen von optischen Rücklaufsignalen zu identifizieren. Das erste Gitter-Paar 310, 312 um die Umwicklung 302 kann eine gemeinsame Reflexionswellenlänge λ₁ haben und das zweite Gitter-Paar 314, 316 um die Umwicklung 304 kann eine gemeinsame Reflexionswellenlänge λ₂ haben, die sich aber von der des ersten Gitterpaars 310, 312 unterscheidet. Auf ähnliche Weise kann das dritte Gitter-Paar 318, 320 um die Umwicklung 306 eine gemeinsame Reflexionswellenlänge λ₃ haben, die sich von λ₁ und λ₂ unterscheidet, und das vierte Gitter-Paar 322, 324 um die Umwicklung 308 kann eine gemeinsame Reflexionswellenlänge λ₄ haben, die sich von λ₁, λ₂, λ₃ unterscheidet.
Mit Bezug auf 2 kann anstatt eines jeder Umwicklung zugeordneten unterschiedlichen Paars von Reflexionswellenlängen eine Reihe von Bragg-Gittern 360-368 mit nur einem Gitter zwischen jeder der Umwicklungen 302-308 verwendet werden, die alle eine gemeinsame Reflexionswellenlänge λ₁ haben.
Mit Bezug auf 1 und 3 können die Umwicklungen 302-308 mit den Gittern 310-324 (1) oder mit den Gittern 360-368 (3) auf zahlreiche bekannte Weisen konfiguriert werden, um die Faserlänge oder die Änderung der Faserlänge genau zu messen, wie z.B. eine interferometrische Anordnung, eine Fabry Perot-Anordnung, eine Laufzeit-Anordnung oder andere bekannte Anordnungen. Ein Beispiel für eine Fabry Perot-Technik ist in dem Glenn erteilten US-Patent Nr. 4,950,883 "Fiber Optic Sensor Arrangement Having Reflective Gratings Responsive to Particular Wavelengths" beschrieben. Ein Beispiel für Laufzeit (oder Zeit-Multiplexverfahren; TDM) wäre das, in dem ein optischer Impuls mit einer Wellenlänge die Faser 300 hinunter geleitet wird und eine Reihe von optischen Impulsen entlang der Faser 300 rückreflektiert werden. Die Länge jeder Umwicklung kann dann durch die Zeitverzögerung zwischen jedem Rückkehrimpuls bestimmt werden.
Alternativ können ein Teil oder die gesamte Faser zwischen den Gittern (oder einschließlich der Gitter oder die ganze Faser, falls erwünscht) mit einer Seltene-Erde-Dotiersubstanz (wie z.B. Erbium) dotiert werden, um einen abstimmbaren Faserlaser zu schaffen, wie z.B. in dem Bell et al erteilten US-Patent Nr. 5,317,576, "Continuously Tunable Single Mode Rare-Earth Doped Laser Arrangement" oder in dem Bell et al erteilten US-Patent Nr. 5,513,913, "Active Multipoint Fiber Laser Sensor" oder wie in dem Bell et al erteilten US-Patent Nr. 5,564,832, "Birefringent Active Fiber Laser Sensor" beschrieben.
Während die Gitter 310-324 in den 1,3 bezüglich des Rohrs 12 axial ausgerichtet gezeigt sind, können sie entlang des Rohrs 12 axial, umfangsmäßig oder in jeglicher anderer Ausrichtung ausgerichtet werden. Je nach Aus richtung kann das Gitter Deformationen in der Rohrwand 352 (nur in 7 gezeigt) mit veränderlichen Empfindlichkeitsniveaus messen. Wenn die Gitter-Reflexionswellenlänge mit inneren Druckänderungen variiert, können solche Veränderungen für bestimmte Konfigurationen (z.B. Faserlaser) erwünscht sein oder können in der optischen Messtechnik für andere Konfigurationen kompensiert werden, z.B. durch Zulassen eines vorherbestimmten Bereichs in der Reflexionswellenlängenverschiebung für jedes Gitter-Paar. Alternativ kann anstatt der Reihenschaltung jede der Umwicklungen parallel geschaltet werden, z.B. durch die Verwendung von optischen Kopplern (nicht gezeigt) vor jeder der Umwicklungen, von denen jeder mit der gemeinsamen Faser 300 gekoppelt ist.
Mit Bezug auf 4 können die Sensoren 18-24 alternativ auch durch Umwickeln des Rohrs 12 mit den Umwicklungen 302-308 ohne die Verwendung von Bragg-Gittern als ein rein interferometrischer Sensor geformt werden, wobei den separaten Umwicklungen 302, 304, 306, 308 je separate Fasern 330, 332, 334, 336 zugeführt werden können. In dieser besonderen Ausführungsform können bekannte interferometrische Techniken verwendet werden, um die Länge oder die Änderung der Länge der Faser 300 um das Rohr 12 herum auf Grund von Druckänderungen zu bestimmen, wie z.B. die interferometrischen Techniken von Mach Zehnder oder Michaelson, wie z.B. beschrieben in dem Carroll erteilten US-Patent Nr. 5,218,197 mit dem Titel "Method and Apparatus for the Non-invasive Measurement of Pressure Inside Pipes Using a Fiber Optic Interferometer Sensor". Die interferometrischen Umwicklungen können multiplext sein, wie in Dandridge, et al, "Fiber Optic Sensors for Navy Applications", IEEE, Feb. 1991 oder Dandridge, et al, "Multiplexed Interferometric Fiber Sensor Arrays", SPIE, Band 1586, 1991, Seiten 176-183 beschrieben. Andere Techniken für die Bestimmung der Änderung der Faserlänge können verwendet werden. Es können auch optische Bezugsspulen (nicht gezeigt) für bestimmte interferometrische Lösungen verwendet werden und können sich auch an dem oder um das Rohr 12 herum befinden, können aber so gestaltet sein, dass sie gegenüber Druckveränderungen unempfindlich sind.
Mit Bezug auf 5 und 6 können, anstatt dass die Umwicklungen 302-308 vollständig um das Rohr 12 herum gewickelte optische Faserspulen sind, die Umwicklungen 302-308 alternative Geometrien haben, wie z.B. eine "Kühlschlangen"-Geometrie (5) oder eine "Rennbahn"-Geometrie (6), die in einer Seitenansicht gezeigt sind, als ob das Rohr 12 axial geschnitten und flach gelegt wäre. In dieser besonderen Ausführungsform muss, wie am besten mit Bezug auf 7 gezeigt, der faseroptische Drucksensor 302 nicht unbedingt 360 Grad um das Rohr herum gewickelt sein, sondern kann über einem mit dem Pfeil 50 dargestellten vorherbestimmten Teil des Umfangs des Rohrs 12 angeordnet sein. Der faseroptische Drucksensor 302 hat eine ausreichend lange Länge, um die Änderungen des Rohrumfangs optisch zu detektieren. Wenn erwünscht, können andere Geometrien für die Umwicklungen und die Konfigurationen des faseroptischen Sensors verwendet werden. Auch kann für jegliche Geometrie der hierin beschriebenen Umwicklungen je nach der erwünschten Gesamtfaserlänge mehr als eine Faserschicht verwendet werden. Die erwünschte axiale Länge jeglicher bestimmten Umwicklung ist je nach den Eigenschaften des zu messenden Wechseldrucks eingestellt, zum Beispiel die Axial- oder Kohärenzlänge einer von einem Strudel verursachten zu messen- den Druckstörung.
Mit Bezug auf 8 und 9 umfassen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Konfigurationen, in denen anstatt der Verwendung der Umwicklungen 302-308 die Faser 300 kürzere Abschnitte haben kann, die um wenigstens einen Teil des Umfangs des Rohrs 12 herum angeordnet sind, die Änderungen am Rohrumfang optisch wahrnehmen können. Es liegt ferner innerhalb des Anwendungsbereichs der vorliegenden Erfindung, dass Sensoren eine optische Faser 300 aufweisen können, die in einem spiralförmigen Muster (nicht gezeigt) um das Rohr 12 angeordnet ist. Wie hierin obenstehend erörtert, verändert die Ausrichtung des die Spannung wahrnehmenden Elements die Empfindlichkeit gegenüber dem durch die Übergänge des unsteten Drucks in dem Rohr 12 verursachten Verbiegungen in der Rohrwand 352.
Ins Besondere mit Bezug auf 8 befinden sich die Bragg-Gitter-Paare (310, 312), (314, 316) (318, 320) (322, 324) entlang der Faser 300, wobei sich Abschnitte 380-386 der Faser 300 je zwischen einem entsprechenden der Gitter-Paare befinden. In diesem Fall können bekannte Fabry Perot-Techniken, interferometrische Techniken, Laufzeit- oder Faserlasersensortechniken verwendet werden, um die Spannung in dem Rohr zu messen auf eine Art, die der in den oben genannten Referenzen beschriebenen ähnlich ist.
Mit Bezug auf 9 können alternativ Einzelgitter 370-376 an dem Rohr angeordnet sein und für das Erfassen der unsteten Veränderungen der Spannung in dem Rohr 12 (und folglich des unsteten Drucks innerhalb des Rohrs) an den Sensorstellen verwendet werden. Wenn pro Sensor ein einzelnes Gitter verwendet wird, wird die Gitter-Reflexionswellenlängen-Verschiebung Indikativ für Änderungen des Rohrdurchmessers und folglich des Drucks.
Jegliche andere Techniken oder Konfigurationen für ein optisches Spannungsmessgerät können verwendet werden. Der Typ der Technik des optischen Spannungsmessgeräts und der Analyselösung für optische Signale ist nicht entscheidend für die vorliegende Erfindung und der Anwendungsbereich der Erfindung soll nicht auf irgendeine bestimmte Technik oder irgendeine bestimmte Lösung beschränkt sein.
Für jegliche der hierin beschriebenen Ausführungsformen können die Drucksensoren durch Haftmittel, Klebstoff, Epoxydharz, Klebeband oder andere geeignete Mittel zur Befestigung an dem Rohr befestigt sein, um einen geeigneten Kontakt zwischen dem Sensor und dem Rohr 12 sicherzustellen. Die Sensoren können alternativ entfernbar oder permanent befestigt sein, mittels bekannter mechanischer Techniken, wie z.B. mechanischer Befestigungsmittel, federbelastete, geklammerte, zweischalige Anordnung, durch Umreifen oder andere äquivalente Methoden. Alternativ können die optischen Fasern und/oder Gitter in einem Verbundrohr eingebettet sein. Wenn erwünscht, können die Gitter für bestimmte Anwendungen von dem Rohr 12 abgetrennt (oder spannungsmäßig oder akustisch isoliert) werden.
Die vorliegende Erfindung kann verwendet werden, um jeden beliebigen Parameter (oder jede Eigenschaft) des Inhalts des Rohrs zu messen, der mit unstetem (Wechsel-, dynamischem oder zeitvariierenden) Druck in Verbindung steht. Zum Beispiel kann die vorliegende Erfindung verwendet werden, um mit dem Sensor zu messen, wenn ein flüssiges oder festes klumpenartiges Gebilde das Rohr durchläuft, und zwar auf Grund der verursachten dynamischen Druckwelle.
Anstatt eines Rohrs kann auch jede beliebige Leitung für die Beförderung eines Fluids (wobei ein Fluid als Flüssigkeit oder Gas definiert ist) verwendet werden, wenn erwünscht. Ferner sollte verstanden werden, dass die vorliegende Erfindung bei optischer Reflexion und/oder Übertragung verwendet werden kann. Auch wenn die Erfindung unter Verwendung von vier Drucksensoren dargestellt wurde, sollte auch verstanden werden, dass je nach Anwendung auch mehr oder weniger Sensoren verwendet werden können.
Es sollte verstanden werden, dass jegliche der hierin hinsichtlich einer bestimmten Ausführungsform beschriebenen Merkmale, Eigenschaften, Alternativen oder Modifizierungen auch mit jeglicher anderer hierin beschriebener Ausführungsform angewandt, verwendet oder in sie aufgenommen werden können.
Auch wenn die Erfindung in Bezug auf exemplarische Ausführungsformen davon beschrieben und erläutert wurde, können die vorhergehenden und verschiedene andere Hinzufügungen dazu und Weglassungen davon gemacht werden, ohne von dem Anwendungsbereich der beanspruchten Erfindung abzuweichen.

Claims

Gerät zum Messen eines unsteten Drucks innerhalb eines Rohres (12), wobei das Gerät aufweist: eine Vielzahl von faseroptischen Sensoren (302, 304, ...; 380, 382, ...), die um mindestens einen Teil eines Umfangs von besagtem Rohr (12) gewickelt sind, wobei jeder Sensor (302, 304, ...; 380, 382, ...) so angeordnet ist, dass er ein Signal verfügbar macht, das Indikativ für besagten unsteten Druck ist; die besagten Sensoren (302, 304, ...; 380, 382, ...) sind je an einer anderen axialen Position entlang des besagten Rohrs (12) positioniert und sind so angeordnet, dass sie besagten unsteten Druck an jeder besagten axialen Position messen.
Gerät nach Anspruch 1, wobei eine Länge einer optischen Faser (300), die einen bestimmten faseroptischen Sensor (302, 304, ...; 380, 382, ...) bildet, so angeordnet ist, dass sie sich als Antwort auf besagten unsteten Druck innerhalb von besagtem Rohr ändert.
Gerät nach Anspruch 2, ferner aufweisend eine Mehrzahl von innerhalb von besagter Faser (300) angeordneten reflektierenden Elementen (310, 312, ...; 370, 372, ...), die eine Reflexionswellenlänge haben, die in Beziehung zu besagtem unsteten Druck steht.
Gerät nach Anspruch 2, ferner aufweisend eine Mehrzahl von innerhalb von besagter Faser (300) angeordneten reflektierenden Elementen (310, 312, ...; 370, 372, ...), die eine Reflexionswellenlänge haben, die sich als Antwort auf besagten unsteten Druck ändert.
Gerät nach Anspruch 1, wobei besagte faseroptische Sensoren (302, 304, ...; 380, 382, ...) an einer axialen Position entlang des besagten Rohrs (12) einen umfangsmäßig gemittelten unsteten Druck messen.
Gerät nach Anspruch 1, wobei besagte faseroptische Sensoren (302, 304, ...; 380, 382, ...) entlang einer vorherbestimmten axialen Länge von besagtem Rohr (12) einen axial gemittelten unsteten Druck messen.
Gerät nach Anspruch 1, wobei jedes der besagten reflektierenden Elemente (310, 312, ...; 370, 372, ...) ein Faser-Bragg-Gitter aufweist.
Verfahren zum Messen von schwankendem Druck innerhalb eines Rohrs (12), wobei das Verfahren aufweist: Das Wickeln einer Mehrzahl von vorherbestimmten Längen von mindestens einer optischen Faser (300) um das Rohr (12), wobei jede der vorherbestimmten Längen an einer anderen axialen Position entlang des besagten Rohres (12) um besagtes Rohr (12) gewickelt wird; Das Messen von druckbedingten Änderungen in besagten Längen von besagter mindestens einer optischen Faser (300); und die Bestimmung von besagtem schwankendem Druck von jeder der besagten Längen von besagter optischer Faser (300).
Verfahren nach Anspruch 8, wobei besagte Faser (300) eine Mehrzahl von reflektierenden Elementen (310, 312, ...; 370, 372, ...) hat, die darin eingebettet sind.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei besagte reflektierende Elemente (310, 312, ...; 370, 372, ...) ein Faser-Bragg-Gitter aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei besagtes Verfahren ferner das Messen eines umfangsmäßig Bemittelten Drucks an gegebenen axialen Längen entlang des Rohrs (12) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei besagtes Verfahren ferner das Messen eines axial Bemittelten Drucks an gegebenen axialen Stellen entlang des Rohrs (12) aufweist.