CN100592037C - 具有磁致伸缩材料的光纤位置变换器和位置校准方法 - Google Patents

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Abstract

一种光纤位置变换器，包括：磁或电磁组件，磁致伸缩材料的一个或多个片段，光纤布拉格光栅传感器，对磁场不可穿透的材料的杆，以及光纤。一个或多个传感器被固定在磁致伸缩材料的片段上，所述磁致伸缩材料的片段固定到一个杆上，而且可能仅纵向放置。光纤布拉格光栅传感器具有不同的波长并且由相同的光纤制成。所包含的磁或电磁组件可由NdFeB(钕硼铁)或TbDyFe(铽、镝和铁)的金属合金，如TX，Terphenol-D或其它材料制成。本发明被应用到油井中的控制流量阀，并且其还涉及变换器的位置的校准方法。

Description

具有磁致伸缩材料的光纤位置变换器和位置校准方法
技术领域
本发明涉及位置变换器，校准变换器的方法和测量在陆上和离岸设施中的深井中的设备的位置的方法。本发明特别是有关流量控制阀(称为“节流器”)的应用。
背景技术
有些制造商已经商业上开发了基于干涉量度学或光强度的光纤位置变换器。Fiso的位置变换器属于该第一个类别，如在文献“Fiso’sWhite-Light Fabry-Perot Fiber-Optics Sensors”；Fiso TechnologiesInc.中的描述。“Philtec Fiber optic Displacements Sensors”，PhiltecInc.2002中给出的Philtec位置变换器当前使用光强度测量法。其它未达到商业状态的众所周知的设备有：基于干涉量度学的臂上(on anarm)变换器，在文献F.Ruan；Y.Zhou；Y.Loy；S.Mei，Ch.Liaw和J.Liu的“A Precision Fiber Optic Displacement Sensor Based onReciprocal Interferometry”；Optics Communication，No.176，pp105-112，2000中描述，以及基于反射棱镜的变换器，在Y.Takamatsu；K.Tomota和T.Yamashita的“Fiber-optic PositionSensor；Sensors and Actuators”，N°A21-A23，pp435-437，1990中描述。
基于干涉量度学的变换器依赖于开口的使用，从该开口光从光纤射出并将被某种类型的反射镜反射。这就带来一个缺陷，因为反射镜可以相对于光纤位移，导致需要机械地对准光束以及导致与光学表面(光纤和反射镜的尖端)的洁净度有关的问题。此外，如果处理必须要放置在光纤末端的变换器，串行复用是不可能的。
光纤线相对于表面的角度不重合的高度灵敏性是基于需要可视均匀目标表面的光强度的变换器的一个缺陷，当表面反射较弱时结果精度降低。
铁磁材料在多数情况下可能发生的磁致伸缩是经受磁场的一个片段的长度的变化；磁致伸缩材料响应于在发现该片段的区域中磁场强度的变化而膨胀或收缩。这种效应相对于所施加的场是对称的，仅在一个方向上有失真而与磁场信号无关。
已经存在某些应用，这些应用利用这些磁致伸缩材料(例如在构造用于测量磁场和扭矩的设备中)，但迄今为止，极少有应用足够大得用作位置传感器。在这些应用中发现有专利JP10253399-A和US6232769-BI，而且这些专利在以下文献中描述：Koshi Kondo的“Dynamic behavior of Terfenol-D”；J.of Alloys and Compounds 258(1997)56-60；E.Hristoforou，H.Chiriac，M.Neagu，V.Karayannis的“On the calibration of positon sensor based onmagnetic delay lines”；Sensors and Actuator，A 59(1997)89-93；E.Hristoforou，D.Niarchos，H.Chiriac，M.Neagu的“A coilymagnetostrictive delay line arrangement for sensing applications”；Sensors and Actuator A 91(2001)91-94以及H.Chiriac，C.S.Marinescu的“New positon sensor based on ultra acousticstanding waves in FeSiB amorphous wires”；Sensors and Actuator 81(2000)174-175。所有这些引证的上述应用都是基于通过用磁致伸缩材料做成的连杆(杆/棒)或波导进行的声波传播的原理。这些传感器组件是感应的或光的，而且位置是通过测量与发射组件、线轴或磁或电磁组件的位置相关的时间间隔来确定的。它们都需要一个电子电路与该测量位置相邻而且具有30mm到300mm之间的动态范围。
同样，在专利US 5,821,743中描述的位置测量设备是这样一种设备，它包括通过测量的场延伸的磁致伸缩波导和用于产生显示磁铁的位置的信号的设备。其具有压电陶瓷组件。
专利US 5,394,488提出了速度传感器，并且J.Mora，A.Díez，J.L.Cruz，M.V.Andrés的文献“A Magnetostrictive sensorinterrogated by fber gratings for DC-current and Temperaturediscrimination”；IEEE Photonics Tech.Letters 12(2000)1680-1682不涉及位置的测量。它们解决了上面提到的基于磁致伸缩材料和光纤布拉格光栅传感器的联合使用的问题。
通过包含来自其光学幻象的信息，光纤布拉格光栅传感器提供了一种很容易被复用的绝对测量，具有传统的传感系统已经被视为无法胜任的应用。光纤布拉格光栅传感器的波长变化值通过以下公式与温度的变化和失真相关：
ΔλB/λB＝K1ΔT+K2e
其中λB是传感器反射的波长的值，米为单位，ΔT是温度变化，单位为℃，且表示传感器所经受的失真，单位m/m，而K1和K2是取决于特定部件的常数。
在当前已知的不同类型的位置变换器中使用了各种技术：电容的、光学的、感应的和光纤的。
流行的技术是使用电感应作为功能原理。这种类型的位置变换器相比其它类型的位置变换器的主要优点是其高阻抗品质，因为由于缺乏物理接触，在传感器组件上的磨损极少。其相对于前面那些变换器的最大优点是在潮湿环境和振动中在恶劣条件下其性能不改变地工作。然而，它们易受电磁干扰的影响。
最近的技术是基于光纤。存在不仅一种而是多种技术，它们共同使用光纤作为用于测量的光导。在这些技术中，有一些是基于布拉格网络的，但是迄今为止它们尚未被应用于位置变换器。
除了其良好的性能和构成简单之外，光纤传感器和变换器的最大优点是在靠近测量点处没有电信号，这使得这些传感器和变换器对保密类的领域内的应用是完全安全的。
发明内容
本发明的一个目的是利用高可靠的、健壮的光纤开发一种基于布拉格网络技术的位置变换器，尤其适合于油井内侧的流出控制阀。
本发明一方面提供一种光纤位置变换器，用于基于磁致伸缩材料的特性的单轴移动，并且使用布拉格网络作为传感组件。
磁场源和磁致伸缩材料片段(与光纤布拉格光栅传感器相连)之间的相对位置的变化引起了该片段的尺寸的变化，这将诱发由光纤布拉格光栅传感器所反射的波长的变化。当磁场的空间相关性已知时，由这些传感器所反射的波长将与已经发生的位移相关。本发明还提供用于校准光纤位置变换器的位置的方法。
本发明提供一种位置变换器，包括：磁或电磁组件；磁致伸缩材料的至少一个片段；至少两个光纤布拉格光栅传感器；支撑组件；以及光纤；其中所述两个传感器中的至少其中之一被固定于所述磁致伸缩材料的至少一个片段，所述磁致伸缩材料的至少一个片段由所述支撑组件支撑，并且所述支撑组件相对于所述磁或电磁组件的移动被限制于单个轴。
本发明还提供一种用于位置变换器的校准方法，所述位置变换器包括：磁或电磁组件；磁致伸缩材料的至少一个片段；至少两个光纤布拉格光栅传感器；支撑组件；以及光纤；其中所述两个光纤布拉格传感器的至少其中之一被固定于磁致伸缩材料的至少一个片段，所述磁致伸缩材料的至少一个片段由所述支撑组件支撑；并且所述支撑组件相对于所述磁或电磁组件的移动被限制于单个轴，所述方法包括：利用分别固定于所述磁致伸缩材料的至少一个片段上的至少一个传感器执行预校准，以便该传感器的每个温度校准曲线已经内置了磁致伸缩材料的热畸变效应，并且利用由每个传感器所反射的波长以及参考由每个传感器所经历的畸变的信息，对每个传感器应用以下公式：
ΔλB/λB＝K1ΔT+K2e     (公式I)。
本发明另外提供一种用于位置变换器的校准方法，所述位置变换器包括：磁或电磁组件；磁致伸缩材料的至少一个片段；至少两个光纤布拉格光栅传感器；支撑组件；以及光纤；其中所述两个传感器的至少其中一个被固定于所述磁致伸缩材料的至少一个片段，所述磁致伸缩材料的至少一个片段由所述支撑组件支撑，以及所述支撑组件相对于所述磁或电磁组件的移动被限制于单个轴。该方法包括：利用其中一个波长采取的值作为所述支撑组件4相对于所述磁或电磁组件的相对位置的函数来校准，其中可能的温度效应被扣除。
附图说明
通过仔细研究以下对本发明的当前优选的示例性实施例的详细说明连同附图，本发明的上述以及其它目的和优点将被更完整地理解，其中：
图1是根据本发明的示例性实施例的位置变换器的基本配置图；
图2是根据本发明的示例性实施例的位置变换器的基本配置的第一变型图；
图3是根据本发明的示例性实施例的位置变换器的基本配置的第二变型图；
图4是根据本发明的示例性实施例的位置变换器的基本配置的第二变型所构造的模块的连接图；
图5是根据本发明的示例性实施例的位置变换器的基本配置的第三变型图；
图6是根据本发明的示例性实施例的位置变换器的基本配置的第三变型所构造的模块的连接图；
图7是在根据本发明的示例性实施例的位置变换器的基本配置中，来自两个光纤布拉格光栅传感器的波长测量作为位置的函数的曲线图实例；
图8是在根据本发明的示例性实施例的位置变换器的基本配置的应用中磁场的空间相关性的曲线图实例；
图9是在根据本发明的示例性实施例的位置变换器的基本配置的第三变型的应用中磁场的空间相关性的曲线图实例；
图10是在根据本发明的示例性实施例的位置变换器的基本配置的第三变型的应用中，来自两个光纤布拉格光栅传感器的波长测量作为位置的函数的曲线图实例；以及
图11是在根据本发明的示例性实施例的位置变换器的基本配置的第三变型的应用中，与来自两个光纤布拉格光栅传感器的波长测量与该位置之差相关的曲线图实例。
具体实施方式
下面详细说明在流量控制阀中具有磁致伸缩材料和光纤布拉格光栅传感器的光纤位置变换器，其适合用于深井的陆上和离岸设施。本发明当然并不受限于此，而且本说明书仅通过举例给出的。
该位置变换器耐高压和高温，具有高灵敏度，构造简单，紧凑，并且使用具有磁致伸缩材料的光纤布拉格光栅传感器(FBG)。
本发明所基于的原理与磁场源和与一个或多个光纤布拉格光栅传感器相连的磁致伸缩材料的片段之间的相对位移有关。磁场源和磁致伸缩材料的片段之间的相对位置的变化引起该片段的尺寸的变化，为此，在其所相连的传感器中，诱发由光纤布拉格光栅传感器所反射的波长的改变。一旦磁场的空间相关性已知，则由该传感器所反射的波长与已经发生的位移相关。
由于温度是可能引起光纤布拉格光栅传感器的波长变化的一个因素，本发明的特征在于使用至少两个光纤布拉格光栅传感器，以确保针对温度的影响所必要的补偿。
该传感器可以由永久磁铁和/或通过施加磁场(例如，通过利用电磁铁)制造。
优选光纤布拉格光栅传感器由相同的光纤制成。这样更为有利是因为其完全简化，允许省去光学连接组件，而且由于测量通过该同一光纤的其它长度的可能性。
图1示出了根据本发明一个示例性实施例的位置变换器的基本配置图。磁或电磁组件下文中称为磁铁1，优选由NdFeB(钕硼铁)制成，以及支撑组件4，其为杆状并且优选为对磁场不可穿透的材料制成，它们被支撑并被对准使得它们仅经受沿杆4所确定的纵轴的相对位移。磁致伸缩材料2的一个片段被固定于杆4的末端，杆4可以由例如TbDyFe(铽、镝和铁)的金属合金，如TX，Terphenol-D或其它材料制成。磁铁1和杆4的末端足够近使得它们之间的相对位移引起可由读取系统6测量的磁致伸缩材料2的该片段的尺寸的变化。光纤布拉格光栅传感器3.1和3.2具有不同的波长，分别等于λ1和λ2，而且在此实施例它们由相同的光纤5制成。在图1所提出的本发明的基本配置中，仅有一个光纤布拉格光栅传感器(3.2)被固定于磁致伸缩材料2的片段。固定哪个传感器没有关系，可以是第一个或第二个传感器。固定的方法可以例如利用环氧树脂或者氰丙烯酸胶，或者通过某些其它可用于将传感器连接到你想要测量的畸变或温度范围的片段上的方法。举例来说，在图1中，传感器3.2被固定于磁致伸缩材料2的一个片段，而传感器3.1没有固定。这意味着传感器3.1将经历λ1波长的变化，作为温度的变化的函数，而传感器3.2除了有这种类型的变化，还将具有在经受变形时修正的λ2波长，这种修正是在由磁场内的变化所引起的磁致伸缩材料2的片段的膨胀或收缩之后发生的。
举例来说，在图1中，传感器3.2放置在轴向，并且与杆4所确定的轴对准。由于磁致伸缩材料在其所浸入的磁场内的变化的作用下经历了尺寸的变化，然而保持其体积不变，传感器3.2(其固定于磁致伸缩材料2的该片段)，可以在任何方向上对准。
读取系统6通过光纤5发送光束。当光束到达传感器3.1时，部分入射光在传感器3.1的λ1波长处被反射，而该入射光的其余部分被透射，到达传感器3.2。当光落在传感器3.2上时，同样的过程发生：部分入射光在传感器3.2的λ2波长处被反射，而该入射光的其余部分被透射，沿光纤5传输。由每个传感器(3.1和3.2)反射的光被读取系统6重新捕获，在此进行分析。
读取系统6的一种可能配置包括宽带光源，耦合器，以及分析和检测系统。作为选择，根据本发明一个示例性实施例的位置变换器可操作连接到任何可应用的配置，用于光纤布拉格光栅传感器的询问。
当磁铁1和杆4之间发生位移时，读取系统将测量λ2的不同读数。
如果在传感器3.1和3.2的区域内出现温度变化，读取系统6将测量λ1和λ2的不同读数。根据本发明一个示例性实施例的该设备根据温度被预先校准，即，给出根据该温度预先知道的关于λ1和λ2的信息的曲线。在本发明的这个基本配置中，预先校准在固定于磁致伸缩材料2的该片段的传感器3.2处实施，使得针对传感器3.2的温度校准曲线已经考虑了磁致伸缩材料2的该片段上的热畸变的影响。由于在传感器3.1和3.2之间的短距离中没有实际的温度梯度，当公式(I)被连续应用于传感器3.1和3.2时，其允许温度补偿并且识别λ2部分的变化，很显然，这是由于磁场对磁致伸缩材料2的该片段的影响。
在图1所示的基本配置中，λ2波长采用的作为杆4相对于磁铁1的相对位置的函数的值，同时已经扣除可能的温度的影响，提供了一种根据本发明的示例性实施例的该设备的位置的校准曲线。
图7的曲线是校正曲线的一个实例，其根据本发明的基本配置的一个应用来构造，并使用实心的磁铁1。该位置标记的零点是在当磁铁1与磁致伸缩材料2的该片段相邻放置时。该组件生成一个磁场，诸如图中所提供的磁场，作为轴向距离的函数，如图8的曲线图所示。由于在这个应用中该场是沿轴线长度衰减的，杆4与磁铁1之间的相对距离的增加引起轴向上磁致伸缩材料2的该片段的尺寸的减小。如果温度保持不变，而且传感器3.2保持在轴向方向上对准，如图1所示，将出现λ2的值的减小。这就是图7的曲线所示出的，包括对前面描述的温度的补偿。
在下面描述的本发明的基本配置的所有三种变型的情况下，光的通路与前面对本发明的基本配置所描述的相同：读取系统6发射的部分光在它们各自的波长λ1和λ2处被传感器3.1和3.2反射，然后返回读取系统6，在此进行分析。
在图2所示的本发明的基本配置的第一变型中，这种变型与图1所示的基本配置之间的唯一差别是这两个光纤布拉格光栅传感器3.1和3.2每个均固定于磁致伸缩材料2的同一片段之上。在这个配置(图2)中，传感器3.1和3.2在不同方向对准。它们应该不平行。通过这种方式，当磁铁1和杆4之间出现相对位移时，由于在磁致伸缩材料2的该片段上的磁效应，传感器3.1和3.2都将经受不同变形。每个传感器3.1和3.2将在传感器3.1或3.2被校准的方向上受到磁致伸缩材料2的该片段的尺寸变化的影响。通过这种方式，在图2所示的变型中，当磁铁1和杆4之间出现位移时，读取系统6将分别测量λ1和λ2的不同读数。当在传感器的区域中存在温度变化时，读取系统6还将测量来自λ1和λ2的读数范围，但是，由于磁铁1和杆4之间的位置的相对变化，该范围不会遵循同一变化图。
由磁效应在传感器3.1和3.2上引起的不同畸变与磁致伸缩材料片段2的恒定体积相关。如上所述，该设备根据温度被预先校准。在本发明的基本配置的这个第一变型(图2)中，预先校准是在固定于磁致伸缩材料2的该片段的传感器3.1和3.2处实施的，如此使得对于这些传感器的各自的温度校准曲线已经考虑了磁致伸缩材料2的该片段之上的热畸变的影响。利用由传感器3.1和3.2所反射的波长值，以及有关每个传感器所经受的畸变的信息，对每个传感器应用同一公式(I)，执行对本发明的基本配置的温度的影响进行补偿的同一方法。由于波长λ1和λ2在函数中是与磁致伸缩材料片段2的体积相关，因此是使用λ1还是λ2来构建该设备的位置的校准曲线没有关系。所选择的波长值，λ1或λ2，假定杆4相对于磁铁1的位置的函数，其中已经扣除了温度的可能影响，将提供在图2所示的第一变型中根据本发明的一个示例性实施例的该设备的位置的校准曲线。
图3提出了根据本发明一个示例性实施例的设备的基本配置的第二变型。该变型可以看作是在如图1所示的本发明的基本配置中连接两个相同模块的结果，除了不是仅使用磁致伸缩材料2的一个片段，在图3所示的该变型中，使用两个相同的磁致伸缩材料的片段2.1和2.2，每个片段都被固定于杆4的末端之一。在磁致伸缩材料(2.1和2.2)的上述片段的每一个片段中，分别固定了光纤布拉格光栅传感器(3.1和3.2)。图3中，传感器3.1和3.2都在同一方向上对准，与杆4平行，这仅仅作为一种容易对准的方法的实例。传感器3.1和3.2可以在不同方向上定向，并且可以彼此不同。作出一种更为复杂的选择并不会给出更好的优势。磁铁1由杆4支撑并且与杆4平行放置，由此使得二者之间的相对位移发生在由杆4的移动所确定的唯一方向上。在本发明的该配置中，磁致伸缩材料2.1和2.2的片段将经历与磁铁1相对的每个片段的不同位置的函数上的不同畸变。随着一个片段移动靠近该磁铁，另一个片段将远离磁铁，反之亦然。
与图1所提出的本发明的基本配置相比，并且与图2所示的第一变型相比，图3所示的这种变型提出了允许扩展动态范围的优点，因为磁致伸缩材料2.1的片段上的磁场的影响的减小，例如，由于片段21和磁铁1之间的距离较大，可以通过增大磁致伸缩材料(2.2)的另一片段上的影响来补偿。
图3所示的本发明的这种配置还使得可能通过像这样连接多个模块更进一步地扩展动态范围。具有不同波长的多个光纤布拉格光栅传感器均被固定于沿杆4间隔的磁致伸缩材料的各个片段之一，如图4所示。由读取系统6所捕获的各个传感器的波长的变化提供了关于磁铁1与杆4之间的相对位移的信息。将使用的传感器的数量、它们之间的距离以及它们的波长的值都可计算作为特定给定的应用的函数。下面将更为详细地描述对于该组各个不同连接的模块的相对于位置的校准。
如前所述，根据本发明的该示例性实施例的设备根据温度被预先校准。在本发明的基本配置的这种第二变型中，该预先校准是通过分别固定于磁致伸缩材料(2.1和2.2)的片段上的两个传感器3.1和3.2执行的，使得这些温度传感器的各自的校准曲线已经考虑了磁致伸缩材料(2.1和2.2)的各个片段的热畸变的影响。利用来自传感器3.1和3.2所反射的波长的值，以及涉及每个传感器所经受的变形的信息，将公式(I)应用于每一个传感器。下面结合对根据本发明一个示例性实施例的该设备的第三变型的描述详细，描述用于校准该设备的第二变型的位置的过程。
图5提出了根据本发明一个示例性实施例的该设备的基本配置的第三变型。在该变型中，以前面关于本发明的基本配置的第二变型描述的相同方式，将磁致伸缩材料2.1和2.2的片段以及光纤布拉格光栅传感器3.1和3.2放置在杆4的末端。通过类似的方式，允许沿杆4所确定的轴在磁铁1和杆4之间相对位移。然而，在图4的这种配置中，可以为柱状形状的磁铁1例如有一个孔，该孔优选在其中心位置，使得杆4可以穿过。与图3所示的磁铁1绕杆4外侧运转的配置相比，图5所示的配置显示了在磁铁1和磁致伸缩材料(2.1和2.2)的片段之间提供更大的接近性的优点，这增强了磁场，从而引起动态范围的增大。此外，在第二变型中已经描述了模拟形式。图5所示的本发明的基本配置的第三变型还使得能够通过像这样连接多个模块更进一步地扩展动态范围。图6示出了类似于本发明的基本配置的第三变型的模块的连接图。对于这组各个连接模块的位置的相对校准将通过一系列校准曲线给出，每条曲线都是利用按照这种方式覆盖杆的整个长度的一对连续的传感器构成的。下面将详细描述对这对传感器(3.1和3.2)的校准曲线的构成。
在本发明的基本配置的这种第三变型中，预先校准是基于温度而且是通过分别固定于磁致伸缩材料(2.1和2.2)的片段上的两个传感器(3.1和3.2)以如同前面对于第二变型的相同方式执行的，使得这些温度传感器的各自的校准曲线已经考虑了磁致伸缩材料(2.1和2.2)的各个片段的热畸变的影响。利用来自传感器3.1和3.2的反射波长的值，以及涉及每个传感器所经受的变形的信息，将公式(I)应用每个传感器。
然而，磁铁1的更为复杂的几何结构还转化为空间相关性更复杂的磁场。图9示出了对于根据本发明的基本配置的这个第三变型的应用磁场的变化与距离的曲线图。在图10中，在由同一应用获得的测量构成的情况下，可以看到在其中一个传感器的波长与杆4相对于磁铁1的位置之间不存在一一对应关系。这个问题可以通过在传感器(3.1和3.2)的波长差(λ1-λ2)与该位置之间建立一种关系来解决。然后，执行一个迭代处理，该处理改变了传感器3.1和3.2之间的距离，目的是使位置的动态范围最大化，从而保持波长差与该位置之间的一一对应关系。通过考虑传感器3.1和3.2的波长之间的这种差异，仍然存在补偿温度的可能影响的优点。从形成图9和图10的基础的同一应用构成的图11的曲线是有关在根据本发明的一个示例性实施例的基本配置的该第三变型中传感器3.1和3.2的波长之差与该位置的实例。可以看到在λ1-λ2上的位置之间存在有用的一一对应关系。
与现有的位置变换器相比，本发明提出了由于光纤技术获取的多种优势：结构非常简单，尺寸和重量减小，可以在例如高温的侵蚀性环境中进行测量的可能性，以及采用远程读取的可能性，在测量点无需电子电路。此外，与基于电感的变换器相比，本发明避免了在测量位置附近使用电缆和电子电路。然而，通过以与这些变换器相同的方式，本发明能够提供高精度和可信的测量，因为由于没有与磁场源物理接触，传感组件不会磨损。
根据本发明的示例性实施例的该设备由于现有光纤变换器的使用提供了另外的优势：可以很容易被复用，不管它们是否洁净或者具有高反射质量，它们都不会出现表面问题，而且由于光是停留在光纤内部的，无需进行机械校准。
本文中已经公开并优选杆状(例如，柱状杆)的支撑组件，然而，可以使用用于支撑磁致伸缩材料并且使其沿单个轴相对于磁铁移动的任何设备。
虽然已经结合当前被认为是最现实和优选的实施例描述了本发明，应理解的是，本发明并不局限于上述公开的实施例，而是相反，本发明旨在覆盖在所附权利要求书的精神和范围内所包含的各种修正和等同配置。
本申请基于2005年5月17日提出的巴西专利申请No.PI0501790-4的内容，并要求该申请的优先权，而且其内容在此引入作为参考。

Claims (20)

1.一种位置变换器，包括：
磁组件；
磁致伸缩材料的至少一个片段；
至少两个光纤布拉格光栅传感器；
支撑组件；以及
光纤；
其中所述两个传感器中的至少一个被固定到所述磁致伸缩材料的至少一个片段，所述磁致伸缩材料的至少一个片段由所述支撑组件支撑，并且所述支撑组件相对于所述磁组件的移动被限制于单个轴。
2.根据权利要求1的位置变换器，其中所述至少两个光纤布拉格光栅传感器具有不同的波长。
3.根据权利要求1或2的位置变换器，其中所述光纤布拉格光栅传感器由相同的光纤制成。
4.根据权利要求1的位置变换器，还包括远程读取系统，所述远程读取系统包含宽带光源，耦合器，以及光谱分析和检测系统。
5.根据权利要求1的位置变换器，还包括用于光纤布拉格光栅传感器的询问的可应用的配置。
6.根据权利要求1的位置变换器，其中仅提供磁致伸缩材料的单个片段，并且仅仅其中一个光纤布拉格光栅传感器固定在所述片段上。
7.根据权利要求1的位置变换器，其中仅提供磁致伸缩材料的单个片段，并且两个光纤布拉格光栅传感器均固定于所述片段，定向于不同的方向。
8.根据权利要求1的位置变换器，其中，所述磁致伸缩材料的至少一个片段是至少两个磁致伸缩材料片段，并且每个所述光纤布拉格光栅传感器被固定到磁致伸缩材料的不同片段。
9.根据权利要求1的位置变换器，其中所述支撑组件为一个杆，并且仅允许所述杆在其纵轴方向上移动。
10.根据权利要求1的位置变换器，其中所述支撑组件由对磁场不可穿透的材料制成。
11.根据权利要求9的位置变换器，其中所述磁致伸缩材料的多个片段沿杆被间隔，使得所述杆的位置相对于所述磁组件一对一标识。
12.根据权利要求9的位置变换器，其中所述磁组件是实心的并且位于所述杆的前面或侧面。
13.根据权利要求9的位置变换器，其中所述磁组件包含孔并且被所述杆穿过。
14.根据权利要求1的位置变换器，其中所述磁组件由NdFeB(钕硼铁)制成。
15.根据前述权利要求1的位置变换器，其中所述磁致伸缩材料的多个片段由TbDyFe(铽、镝和铁)的金属合金制成。
16.根据权利要求15的位置变换器，其中所述磁致伸缩材料的多个片段由TX或Terphenol-D制成。
17.一种流出控制阀，包括前述权利要求中的任何一项的位置传感器。
18.一种油井，包括权利要求17的流出控制阀。
19.一种用于位置变换器的校准方法，所述位置变换器包括：
磁组件；
磁致伸缩材料的至少一个片段；
至少两个光纤布拉格光栅传感器；
支撑组件；以及
光纤；
其中所述两个传感器中的至少一个被固定到所述磁致伸缩材料的至少一个片段，所述磁致伸缩材料的至少一个片段由所述支撑组件支撑，并且所述支撑组件相对于所述磁组件的移动被限制于单个轴，所述方法包括：
利用分别固定于所述磁致伸缩材料的至少一个片段上的至少一个传感器执行预校准，使得所述传感器的每个温度校准曲线已经内置了所述磁致伸缩材料效应，并且利用由每个传感器所反射的波长以及参考由每个传感器所经历的畸变的信息，对每个传感器应用以下公式：
ΔλB/λB＝K1ΔT+K2e    (公式I)
其中，λB是传感器反射的波长的值，ΔλB是传感器反射的波长的值的变化，ΔT是温度变化，K1和K2e是取决于特定部件的常数。
20.一种用于位置变换器的校准方法，所述位置变换器包括：
磁组件；
磁致伸缩材料的至少一个片段；
至少两个光纤布拉格光栅传感器；
支撑组件；以及
光纤；
其中所述两个传感器中的至少一个被固定到所述磁致伸缩材料的至少一个片段，所述磁致伸缩材料的至少一个片段由所述支撑组件支撑，并且所述支撑组件相对于所述磁组件的移动被限制于单个轴，
所述方法包括：
利用被所述至少两个光纤布拉格光栅传感器反射的一个波长采用的值进行校准，其中所述值是所述支撑组件对于所述磁组件的相对位置的函数，并且温度效应被扣除。
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