JP2004069685A - 光ファイバー分散型センサーを使用した測定値の測定及び較正方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】光ファイバー分散型センサーを使用して温度等のパラメータを測定する場合の精度を向上させる。
【解決手段】本発明によれば、後方散乱波長及び独立したセンサーを使用して光ファイバーセンサーを使用してキャリブレーション及び測定を行う方法が提供される。本発明方法は、ループ又は直線的な形状で配置された光ファイバーセンサーに適用可能であり、且つ温度を包含する測定を行う場合に有用である。
【選択図】 図1
【解決手段】本発明によれば、後方散乱波長及び独立したセンサーを使用して光ファイバーセンサーを使用してキャリブレーション及び測定を行う方法が提供される。本発明方法は、ループ又は直線的な形状で配置された光ファイバーセンサーに適用可能であり、且つ温度を包含する測定を行う場合に有用である。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバー分散型センサー、及び光ファイバー分散型センサーを使用してパラメータを測定する方法及びパラメータの測定値を較正する方法に関するものである。特に、光ファイバー分散型温度センサーを使用して温度を測定する方法及び温度測定値を較正する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
光ファイバーは、典型的に、コアと、該コアを取囲む同心状のクラッディングと、該クラッディングを取囲む同心状の保護ジャケット又はバッファとを有している。通常、コアはある屈折率を有する透明なガラス又はプラスチックから構成されており、且つクラッディングは異なる屈折率を有する透明なガラス又はプラスチックから構成されている。コア及びクラッディングの相対的な屈折率が主に光ファイバーの機能及び性能を決定する。光ビームが光ファイバー内に導入されると、その光の速度及び方向は異なる屈折率を有する媒体の界面において変化する。両方の媒体の屈折率が既知である場合には、スネルの法則を使用して反射角度及び屈折角度を予測することが可能である。光ファイバーにある光伝搬特性を与えるために媒体の夫々の屈折率を変化させることが知られている。典型的に、最小のパワー損失のために、光が光ファイバーのコアを介して主に伝播することが望ましい。屈折率に加えて、光ファイバーのコアを介しての光の伝播に影響を与えるその他のファクターは、コア及びクラッディングの寸法、光の波長、光の磁界ベクトル及び光の電界ベクトル、光ファイバーの形態、欠陥の存在、曲げ、捻り、皺又は折り目等の環境的効果を包含している。
【0003】
光ファイバーの1つの利点は、ファイバーの長さに沿っての環境的効果に関する興味のあるパラメータに関する情報を決定することの能力である。光ファイバー内に光エネルギを導入し且つ光ファイバーに沿っての種々の距離から返される後方散乱光を受取ることにより測定が行われる。後方散乱光の特性を特定の距離における興味のあるパラメータに関連付けるために、それから光がファイバーに沿って返される距離を決定するために光時間領域反射率計(OTDR)を使用することが知られている。このような方法は公知であり且つ発明者がHartoget al.の米国特許第4,823,166号及び発明者がHartogである米国特許第5,592,282号において記載されており、尚、これらの特許の記載内容全体を引用によって本明細書に取込む。OTDRにおいては、光エネルギのパルスが光ファイバーへ導入され且つファイバーから帰還する後方散乱光エネルギが時間の関数として観察され、それはそれから後方散乱光が受取られるファイバーに沿っての距離に比例している。この後方散乱光はレイリー(Rayleigh)スペクトル、ブリュアン(Brillouin)スペクトル、及びラマン(Raman)スペクトルを包含している。ラマンスペクトルは最も温度に感応性があり、スペクトルの強度は温度と共に変化するが、3つのタイプの後方散乱光の全ては温度情報を包含している。
【0004】
光ファイバー(FO)センサーは、環境的効果が、光ファイバーを介して伝播した光の振幅、位相、周波数、スペクトル内容、又は偏光を変化させることが可能であるという事実を使用している。光ファイバーセンサーは、内因的なものと外因的なものとに分類することが可能である。内因的センサーは、光ファイバーの特性のみに依存することにより周囲の環境的効果を測定し、一方外因的センサーは別の装置と結合されて環境的効果を光ファイバーにおける光の特性における変化へ変換させる。内因的光ファイバー分散型温度センサー(DTS)は公知である。このような1つの装置は発明者がSaiである米国特許第5,825,804号に記載されており、尚その特許の開示内容全体を引用により本明細書に取込む。このようなセンサーはマルチモードファイバー(MMF)か又は単一モードファイバー(SMF)とすることが可能である。単一モード光ファイバーは比較的小さな直径を有しており且つ1つの空間的伝播モードをサポートするに過ぎない。マルチモードファイバーは比較的大きな直径を有するコアを有しており且つ軸方向ではない光線又はモードがコアを介して伝播することを許容する。
【0005】
典型的に、温度を測定するためにラマンスペクトルが使用され、次式の如くに後方散乱光のラマンスペクトルのストークス成分とアンチストークス成分との間の比に基づいて温度分布が計算される。
【0006】
【数1】
【0007】
尚、βは係数であり、hはプランクの定数であり、νはラマンシフト波長数であり、kはボルツマン定数であり、Tは絶対温度であり、Iasはアンチストークス成分であり、Isはストークス成分である。ストークスとアンチストークスとの比Is/IasはSARとして記載される。式1を使用して、そこから後方散乱が発生した光ファイバーに沿っての位置における温度を決定することが可能である。
【0008】
光ファイバー(FO)分散型センサーに沿っての温度を測定するために、光エネルギがファイバー内に導入され且つ後方散乱された光が励起される。後方散乱信号(光)は、そこから後方散乱が発生したファイバーに沿っての点に関連する情報を包含している。この光を検知し且つ時間シーケンス信号として処理する。従って、光ファイバーに沿っての一次元温度分布が測定される。後方散乱した光の中において、典型的に、ラマンスペクトルは光指向性カップラーによって測定装置へ転送され、それにより、ラマン後方散乱光におけるストークス光及びアンチストークス光がフィルタによって分離され、夫々の光電変換器によって検知され且つそれらの関連する振幅に比例して電気的信号へ変換される。これらの後方散乱された光の成分の間の比に基づいて、又は後方散乱した光のラマンスペクトルの1つの成分のみの測定に基づいて、温度分布を計算することは公知である。
【0009】
光ファイバーにおいては、後方散乱したストークス及びアンチストークス波長に異なる影響を与えることが可能な損失が存在している。例えば、光ファイバーに導入された光エネルギは、当然、ファイバーを介して伝達する期間中に減衰する。又、曲がり又は接続部等の環境的ストレスに起因する損失が存在する場合がある。これらの損失は測定した後方散乱ストークス及びアンチストークス強度から異なって減算する。これらのストークス波長とアンチストークス波長との間のファイバーの減衰における差異は、FO分散型センサーに沿っての測定したパラメータにおけるエラーを回避するために対処されねばならない。
【0010】
FO分散型センサーを使用して得られたパラメータ測定値は、真のパラメータ測定値と光ファイバー分散型センサーに関して有害な影響によって発生された測定エラーとを有している。限定的なものではない例として、このような有害な影響は、スプライス又はベンド、ファイバーにおける歪み、経年変化又は環境的条件から発生する減衰における変化、時間に関しての測定におけるドリフト、水素混入、又は環境的条件に起因するエネルギ損失を包含している場合がある。このようなエラーはファイバーに沿っての距離に関して累積的である。ある種の測定エラーは、製造業者又は材質構成情報、ベースラインテスト又はスプライス位置等の既知の要素の追跡に基づいて予測することが可能であるが、その他の有害な影響及びそれらが導入する測定エラーの発生及び効果を評価することは困難である。ボアホール(穿孔)パラメータの分散型測定値を得るためにボアホール内に光ファイバーを配置させることが知られており、且つ光ファイバー分散型センサーがボアホール内に配置される場合には、これらの有害な影響及びそれらが関連する測定エラーに対する考慮を行うことが特に困難であることが理解される。FO分散型センサーを較正する方法に対する必要性が存在しており、且つ分散型温度測定において使用するためにボアホール内に配置される光ファイバーを較正する方法に対する必要性が存在している。
【0011】
1つの補正方法が発明者Tanabe et al.である米国特許第5,102,232号に記載されている。然しながら、この方法は光ファイバー温度基準点を既知の温度に維持することを必要としている。このような基準点を維持することが現実的でない場合がある。例えば、光ファイバーがボアホール内に配置されるようなダウンホール適用例においては、基準点を既知の温度に維持することは不可能な場合がある。
【0012】
ボアホールにおいてFO分散型センサーを使用してパラメータを正確に決定するためのロバスト即ち堅牢な方法が必要とされている。パラメータ測定の精度は、測定における変化を考慮するために使用されるアルゴリズム又は方法論によって制限される場合があり、このような方法論における制限は、光ファイバーが直線的な形態又はループ形態でボアホール内に配置されるか否かに拘わらずに存在する。FO分散型センサーを使用して得られたパラメータ測定値を較正する方法は有用である。パラメータ測定値のキャリブレーション即ち較正を包含するFO分散型センサーを使用して得られたパラメータを測定する方法も有用である。光ファイバー分散型温度センサー(FO−DTS)を使用して得られた温度測定値を較正する方法及び測定値のキャリブレーション即ち較正を包含するFO−DTSを使用して温度を測定する方法に対する特定の必要性が存在している。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の点に鑑みなされたものであって、上述した如き従来技術の欠点を解消し、光ファイバー分散型センサーを使用して得られたパラメータ測定値を較正する方法及びキャリブレーション即ち較正を包含するパラメータ測定を行う方法を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、FO分散型センサーを使用してパラメータを測定する方法が提供され、本方法は、FO分散型センサーに沿って興味のあるパラメータを測定し、FO分散型センサーの長さに沿って位置されている独立したセンサーを使用して前記興味のあるパラメータを測定し、前記独立したセンサーによってなされたパラメータ測定値と前記独立したセンサーの位置における分散型センサーによってなされたパラメータ測定値との間のパラメータ測定値におけるΔT1を決定し、且つΔT1によってFO分散型センサーによって決定されたパラメータ測定値を調整する、上記各ステップを有している。1実施例においては、FO分散型センサーがボアホール即ち穿孔内に配置される。特定の実施例においては、該独立したセンサーはボアホール内の特定の興味のある区域内の位置に配置される。1実施例においては、該興味のあるパラメータは温度であり、該FO分散型センサーは光ファイバー分散型温度センサー(FO−DTS)であり、ΔT1は独立した温度センサーによって測定された温度とFO−DTSによって測定した温度との間の差である。
【0015】
本発明の別の形態によれば、光ファイバー分散型センサーを較正する方法が提供され、該方法は、FO分散型センサーに沿って興味のあるパラメータを測定し、FO分散型センサーの長さに沿って位置されている独立したセンサーを使用して前記パラメータを測定し、前記独立したセンサーによってなされたパラメータ測定値と前記独立したセンサーの位置における前記分散型センサーによってなされたパラメータ測定値との間の差ΔT1を決定し、ΔT1を使用して光ファイバー分散型センサーによって決定されたパラメータ測定値を調整する、上記各ステップを有している。1実施例においては、該FO分散型センサーがボアホール内に配置される。別の実施例においては、該独立したセンサーはボアホール内の特定の興味のある区域内の位置に配置される。1つの特定の実施例においては、該興味のあるパラメータは温度であり、該FO分散型センサーはFO−DTSであり、ΔT1は、独立した温度センサーによって測定した温度とFO−DTSによって測定した温度との間の差である。
【0016】
本発明の1つの形態によれば、FO分散型センサーを較正する方法が提供され、該方法は、FO分散型センサーへストークス波長における光エネルギを供給し、ストークス波長における後方散乱信号を受取り且つ測定し、FO分散型センサーへアンチストークス波長における光エネルギを供給し、アンチストークス波長における後方散乱信号を受取り且つその強度を測定し、OTDRを使用してFO分散型センサーに沿っての点における後方散乱ストークス及びアンチストークス波長の間の減衰比を計算し、異なる時間においてこれらのステップを繰返し行い、ストークス波長及びアンチストークス波長の時間に関する減衰比における変化を計算し、ストークス波長及びアンチストークス波長の減衰比における時間に関しての前記計算した変化をFO分散型センサーを使用して行ったパラメータ測定値に対して適用する、上記各ステップを有している。このキャリブレーション即ち較正方法の1つの特性の特定の実施例は、該パラメータが温度であり且つFO分散型センサーがFO−DTSである場合である。
【0017】
本発明の1つの形態によれば、FO−DTSを使用して温度を測定する方法が提供され、該方法は、ストークス波長における光エネルギをFO−DTSへ供給し、ストークス波長における後方散乱信号を受取り且つその強度を測定し、アンチストークス波長における光エネルギをFO−DTSへ供給し、アンチストークス波長における後方散乱信号を受取り且つその強度を測定し、OTDRを使用して光ファイバーに沿っての点におけるストークス波長及びアンチストークス波長における後方散乱信号の間の減衰比を計算し、異なる時間においてこれらのステップを繰返し行い、ストークス波長及びアンチストークス波長の時間に関しての減衰比における変化を計算し、ストークス波長及びアンチストークス波長の減衰比における計算した変化をFO−DTSに沿っての温度測定値に適用する、上記各ステップを包含している。
【0018】
本発明の別の形態によれば、補正したSARを計算する方法が提供され、該方法は、ストークス波長における光エネルギを光ファイバーへ供給し、ストークス波長における後方散乱信号を受取り且つその強度を測定し、アンチストークス波長における光エネルギを光ファイバーへ供給し、アンチストークス波長における後方散乱信号を受取り且つその強度を測定し、OTDRを使用して光ファイバーに沿っての点において後方散乱ストークス波長及びアンチストークス波長の間の減衰比を計算し、異なる時間においてこれらのステップを繰返し行い、ストークス波長及びアンチストークス波長の時間に関しての減衰比における変化を計算し、測定したSARを補正係数で乗算する、上記各ステップを有しており、該補正係数がストークス波長とアンチストークス波長の減衰比における時間に関しての計算した変化を有している。
【0019】
本発明の1つの形態によればFO−DTSに沿って温度を決定する方法が提供され、該方法は、FO−DTSに沿って温度を測定し、少なくとも1個の独立した温度センサーを使用してFO−DTSに沿った1つ又はそれ以上の位置において温度を測定し、該少なくとも1個の独立した温度センサーの各々を使用して測定した温度と該少なくとも1個の独立した温度センサーの夫々の位置におけるFO−DTSに沿って測定した温度との間の差ΔT1iを決定し、且つiが装備した独立した温度センサーの数として、ΔT1iだけFO−DTSによって測定した温度を調整する、上記各ステップを有している。
【0020】
本発明の別の形態によれば、FO−DTSを較正する方法が提供され、該方法は、FO−DTSに沿って温度を測定し、少なくとも1個の独立した温度センサーを使用してFO−DTSに沿った1個又はそれ以上の位置における温度を測定し、該少なくとも1個の独立した温度センサーの各々を使用して測定した温度と該少なくとも1個の独立した温度センサーの夫々の位置においてFO−DTSに沿って測定した温度との間の差ΔT1iを決定し、iが装備した独立した温度センサーの数としてΔT1iを使用してFO−DTSによって決定した温度を較正する、上記各ステップを有している。
【0021】
本発明は、温度を決定する方法を提供しており、該方法は、FO−DTSに沿って温度を測定し、FO−DTSにおける少なくとも1個のファイバーブラッググレーチング(FBG)を使用してFO−DTSに沿った1つ又はそれ以上の位置における温度を測定し、該少なくとも1個のFBGを使用して測定した温度と各夫々のFBG位置におけるFO−DTSに沿って測定した温度との間の差ΔT2jを決定し、jが装備したFBG温度センサーの数であるとしてΔT2jを使用してFO−DTSによって測定した温度を調整する、上記各ステップを有している。
【0022】
本発明の別の形態によればFO−DTSを較正する方法が提供され、該方法は、FO−DTSに沿って温度を測定し、FO−DTSにおける少なくとも1個のFBGを使用し、少なくとも1個のFBGを使用してFO−DTSに沿った1つ又はそれ以上の位置における温度を測定し、該少なくとも1個のFBGを使用して測定した温度と該少なくとも1個のFBGの夫々の位置におけるFO−DTSに沿って測定した温度との間の差ΔT2jを決定し、jが装備したFBG温度センサーの数であるとしてΔT2jを使用してFO−DTSを使用して測定した温度を調整する、上記各ステップを有している。
【0023】
本発明の別の形態によればFO−DTSに沿って温度を決定する方法が提供され、該方法は、FO−DTSに沿って温度を測定し、少なくとも1個の独立した温度センサーを使用してFO−DTSに沿った1つ又はそれ以上の位置における温度を測定し、該少なくとも1個の独立した温度センサーの各々によって測定した温度と該少なくとも1個の独立した温度センサーの夫々の位置におけるFO−DTSに沿って測定した温度との間の差ΔT1iを決定し、FO−DTS内に少なくとも1個のFBGを設け、少なくとも1個のFBGを使用してFO−DTSに沿った1つ又はそれ以上の位置において温度を測定し、該少なくとも1個のFBGの各々を使用して測定した温度と該少なくとも1個のFBGの夫々の位置におけるFO−DTSに沿って測定した温度との間の差ΔT2jを決定し、iが独立した温度センサーの数であり且つjが装備したFBG温度センサーの数であるとしてΔT1i及びΔT2jに基づいてFO−DTSによって測定した温度を調整する、上記各ステップを有している。
【0024】
本発明の別の形態によれば光ファイバー分散型センサーを較正する方法が提供され、該方法は、分散型センサーに沿ってパラメータを測定し、少なくとも1個の独立したセンサーを使用して前記パラメータを測定し、該光ファイバー分散型センサーに少なくとも1個のFBGを設け且つ該少なくとも1個のFBGを使用して前記パラメータを測定し、該少なくとも1個の独立したセンサーの各々を使用して測定したパラメータと該少なくとも1個の独立したセンサーの位置におけるFO分散型センサーに沿って測定したパラメータとの間の差ΔT1iを決定し、該少なくとも1個のFBGの各々を使用して測定したパラメータと該少なくとも1個のFBGの位置においてFO分散型センサーに沿って測定したパラメータとの間の差ΔT2jを決定し、iが独立した温度センサーの数であり且つjが装備したFBGの数であるとしてΔT1iを使用し且つΔT2jを使用してFO分散型センサーによって決定したパラメータ測定値を較正する、上記各ステップを有している。
【0025】
本発明の別の形態のよればFO−DTSに沿って温度を測定する方法が提供され、該方法は、FO−DTSの一端部内に光エネルギを供給し且つ前方方向に伝達させ、光ファイバー分散型温度センサーに沿った位置iにおいて光信号を測定し、前方方向における増分的損失変化を決定し、FO−DTSの他端部内に光エネルギを供給し且つ逆方向に伝達させ、FO−DTSに沿った位置iにおいて光信号を測定し、前方方向及び逆方向において位置iにおける増分的損失変化を計算し、位置iにおいてFO−DTSによって測定した温度に対して位置iにおいて増分的損失変化によりFO−DTSにより測定した温度を調整する、上記各ステップを有している。
【0026】
本発明の更に別の形態によればFO分散型センサーを較正する方法が提供され、該方法は、光ファイバーの一端部内にエネルギを供給し且つ前方方向に伝達させ、FO分散型センサーに沿った位置iにおいて光信号を測定し、前方方向において興味のあるパラメータの増分的損失変化を決定し、FO分散型センサーの他端部内に光エネルギを供給し且つ逆方向に伝達させ、光ファイバー分散型センサーに沿った位置iにおいて光信号を測定し、逆方向において興味のあるパラメータの増分的損失変化を計算し、位置iにおいてFO分散型センサーによって行った興味のあるパラメータの測定値に対して位置iにおいて増分的損失変化を適用する、上記各ステップを有している。
【0027】
好適には、該増分的損失変化をストークス、アンチストークス、又はストークス波長及びアンチストークス波長において、又はストークス/アンチストークスの比に関して決定する。特定の実施形態においては、光ファイバー分散型センサーをボアホール内に設け、該センサーによって測定するパラメータがボアホールパラメータであって、ボアホールパラメータとしては、温度、圧力、又は流体組成等がある。
【0028】
【発明の実施の形態】
FO分散型センサーを使用する場合の懸念事項は、マイクロベンディング損失又は水素の混入によって発生されるスペクトルに沿ってのファイバーの非一様的な減衰等のファイバー特性における変化に起因する配置した後のFO分散型センサーのキャリブレーション即ち較正が失われる可能性である。この懸念事項は、特に、ボアホール(穿孔)環境内にFO分散型センサーを長期間配置させる場合に特に問題となる。何故ならば、光ファイバー即ちFOにおける変化を容易にモニタすることは不可能であり、高温及び高圧等の厳しい条件がボアホール環境内において発生し、且つFOを交換する費用がかなりのものとなる場合があるからである。このような懸念事項は、現場においてFO分散型センサーを使用して行った測定値を補正するためのキャリブレーション即ち較正方法によって最小とさせることが可能である。このようなキャリブレーション即ち較正方法は、時間に関してSARにおける予測した変化を計算し、FO分散型センサーに沿って少なくとも1個の較正用のセンサー又はFBGを設け、ループ形態FO分散型センサー及びその組み合わせの各端部から測定値を与えることを包含している。
【0029】
次に図1を参照すると、本発明に基づく第一実施例が示されている。FO−DTSに関して説明するが、本発明方法はその他のタイプのFO分散型センサーに対しても適用可能であることを理解すべきである。光ファイバー分散型温度センサー20を、温度を測定すべき各区域を介して通過するように配置させる。光エネルギ供給源がFO−DTS内に光エネルギを導入し且つ後方散乱信号22が光ファイバーに沿っての光エネルギの帰還によって発生される。後方散乱信号から、ストークス波長及びアンチストークス波長における応答が決定され且つFO−DTSに沿っての温度分布が式1を使用して決定される。
【0030】
DTS光学的エレクトロニクスモジュール10がFO−DTS20に接続して示されている。ストークス波長において光を出力することが可能なパルス型光源12がDTS光学的エレクトロニクスモジュール10及びFO−DTS20へ接続している。同様に、アンチストークス波長において光を出力することが可能なパルス型光源14がDTS光学的エレクトロニクスモジュール10及び光ファイバー分散型温度センサー20へ接続している。本発明方法を温度測定及びストークス波長及びアンチストークス波長における後方散乱光の使用について説明するが、本発明は、その他の分散型パラメータ測定値及びその他の波長スペクトルについて適用することが可能であることを理解すべきである。
【0031】
光パルスがストークス波長光源12から供給され、ストークス波長における後方散乱光22の強度がDTS光学的エレクトロニクスモジュール10によって測定される。光パルスがアンチストークス波長光源14から供給され、アンチストークス波長における後方散乱光22の強度がDTS光学的エレクトロニクスモジュール10によって測定される。ストークス波長及びアンチストークス波長が供給される順番は問題ではない。OTDR技術を使用して、DTS光学的エレクトロニクスモジュール10がFO−DTS20に沿っての種々の点においてストークス波長とアンチストークス波長との減衰比を計算する。この減衰比はメモリ16内に格納される。既知の後の時間においてこの処理が再度繰返し行われ、この2番目のイベントからの減衰比が記録され且つメモリ16内に格納される。2番目のイベントからの減衰比がプロセッサ18を使用して1番目のイベントからの減衰比と比較され、時間に関しての減衰比の変化が決定される。
【0032】
例えばダウンホールパラメータをモニタするためにボアホール内に配置されている場合のようにFO−DTSの位置が静止状態に止まるものと仮定すると、この時間に関しての減衰比の変化は、FO−DTSを使用して後に行われた測定値を較正するために使用することが可能である。時間に関しての減衰比における変化を初期的な測定以後経過した時間期間で乗算することにより、補正係数ΔARを決定することが可能である。
【0033】
この補正係数を使用して、補正されたSARは以下のようにして計算することが可能である。
【0034】
【数2】
【0035】
尚、SARmeasuredは後の時間において測定したSARである。補正したSARは、現場においてFO−DTSにより後の時間に測定した温度をより正確に決定するために式1において使用することが可能である。
【0036】
別の実施例においては、可変同調光源がストークス波長及びアンチストークス波長において光を供給する。この実施例においては、別々のストークス光源12及びアンチストークス光源14の代わりに、ストークス波長及びアンチストークス波長において光を供給するために使用される。このような可変同調パルス型光源の1つはパルス型可変同調レーザーである。
【0037】
本発明の別の実施例ではFO分散型センサーを提供しており、更にDTSの長さに沿って測定値を較正することが可能な少なくとも1個のゲージを提供している。この較正用の測定は、FO分散型センサー内に埋め込まれた少なくとも1個のファイバーブラッググレーチング、又は少なくとも1個の独立したセンサー、又はそれらの組合わせを提供することにより実施することが可能である。構成体の温度又は歪み等のパラメータを検知するために光ファイバー内にFBGを埋設することは公知である。このような光ファイバーグレーチングシステムは発明者Udd及びClarkの米国特許第5,380,995号において記載されており、尚その特許の記載内容全体を引用により本明細書に取込む。又、グレーチングの反射波長が屈折率における変化に起因して温度と共に変化し且つグレーチングのスペーシングが温度により変化することは公知である。
【0038】
分散型温度センサーシステムはMMF又はSMFを使用することが可能であるが、MMFを使用することがより一般的である。単一モードファイバーは比較的小さな直径のコアを有しており、且つMMFは比較的大きなコア直径を有している。本発明の1実施例はFO−DTSに沿って温度の測定値を決定する方法であり、該方法は少なくとも1個のFBGを使用することを包含している。光ファイバー分散型温度センサーがSMFである場合には、単一で且つ容易に認識可能な温度ピークがFBGによって表示される。光ファイバー分散型温度センサーがMMFである場合には、FBGセンサーによって複数個のピークが表示され、温度の読みにおける区別の程度は多少低下する。本発明はSMF、MMF、又はそれらの組合わせを使用することを意図している。
【0039】
図2に示したように、1つの特定の実施例は、SMFのセグメント34とMMFのセグメント36とを有するFO−DTSを提供することであり、少なくとも1個のFBGがSMF34内に配置されている。この形態は、MMFとSMFとを使用する利点を組み合わせている。図2を参照すると、統合システム28は光源30とスペクトルアナライザー32を有しており、SMF34へ接続している。光源30は、例えば、LED、同調可能レーザー、又はレーザーダイオードとすることが可能であり、一方スペクトルアナライザー32は、例えば、ファブリーペローフィルタ、音響−光学的フィルタ、又は光学的スペクトルアナライザー(OSA)とすることが可能である。MMF36はSMF34へ接続している。MMFとSMFとの間の接続38を形成する方法としては、例えばスプライシング又はコネクタの使用等がある。少なくとも1個のFBG40がSMF34内に配置される。
【0040】
SMFの性能と、質問システム28及びFBGセンサー40の間にMMFを付加したSMFの性能とを比較するために2つのテストを実施した。図3は1つのテストにおいて反映された正規化したスペクトルを示しており、その場合に、SMFとFBGとを有する第一の場合42及びSMFとそのSMF及びFBGの間に挿入したMMFとを有する第二の場合44に対して、光エネルギをケーブル内に入力させ且つFBG40を使用してスペクトルを測定した。図3は、スペクトルの形状及び中心波長における変化に関して顕著な劣化が存在しなかったことを示している。
【0041】
別のテストにおいては、光エネルギをケーブル内へ入力させ且つスペクトルを測定した。図4は2つの場合におけるFBGによって反映されたスペクトルを示している。第一の場合50においては、FBG40をSMF34内に設け、それを光源30とOSA32とを有する統合システム28へ直接的に接続させ、且つスペクトルを測定した。第二の場合52においては、FBG40をSMF34内に設け、それを光源30とOSA32とを有する統合システム28へ接続されているMMF36へ接続させ、且つスペクトルを測定した。これらの場合に対して、SMFスペクトル50及びMMFを有するSMFスペクトル52に対してのパワーにおける差異はFBG中心波長において約10dBであることが分かった。接続損失は約2.5dBであることが推定された。
【0042】
FBGを使用するダウンホールキャリブレーションの場合のDTSシステムに対する1つの可能な形態を図5に示してある。この分散型温度センサーシステムはDTS光学的エレクトロニクスモジュール60、OSA62、MMFか又はSMFのいずれかとすることが可能なFO−DTS64を有している。FO分散型センサーがMMFである場合には、ある長さのSMF66をMMFケーブルの端部に設けることが可能である。好適には、少なくとも1個のFBG68を設ける。SMFの長さ66がMMFに関連して設けられる場合には、好適には、FBG68がSMFの長さの上に設けられる。然しながら、理解すべきことであるが、本発明は、SMFの長さのみならずMMFの長さの上に少なくとも1個のFBG68を設けることを包含しており、且つSMFを関連して使用することなしにMMFの上に少なくとも1個のFBG68を設けることを包含している。各少なくとも1個のFBGはその特定の位置においての温度の測定値を与える。
【0043】
特定の位置においての温度を測定するために独立した温度センサー72が使用される。この独立した温度センサーは、光ファイバー温度センサーか、又は例えば電気的クオーツセンサー又は結晶クオーツゲージを有するセンサー等の別のタイプの温度センサーとすることが可能である。高度に精密且つ高度に正確な温度測定が所望される特定の場合においては、DTSよりもより精密且つ正確な温度測定値を与えることが可能なタイプのゲージを設けることが可能である。独立した温度センサー72の温度の読み及び独立した温度センサー72の位置における光ファイバー分散型温度センサー64の温度の読みを比較することが可能であり且つΔT1として差を計算することが可能である。この差は、分散型温度センサーによって得られた温度の読みに対してΔT1を適用することによりFO−DTS64の長さに沿ってFO−DTS64を較正するために使用することが可能である。
【0044】
少なくとも1個のFBG68を設けることにより、FBG温度測定値及びその位置におけるFO−DTSの温度測定値の差ΔT2を計算することにより少なくとも1個のFBGの位置において温度の補正を決定することが可能である。別の方法は、少なくとも2つのセンサーの間の長さに沿ってのΔT1及びΔT2の平均を適用することによりFO−DTSを較正することである。このような平均はDTSに沿っての温度の読みの相対的な位置に基づいて、算術平均又は重み付け(加重)平均とすることが可能である。一方、ΔT1及びΔT2はDSTに沿って空間的に適用することが可能であり、又はΔT1又はΔT2のいずれかをDTSに沿っての種々の位置において適用することが可能である。特にΔT1及びΔT2は、独立したセンサー又はFBGの位置の間、又はスプライス、接続又はベンド等の物理的特徴の既知の位置において適用することが可能である。
【0045】
図5に示した例はFBGと2個の独立したセンサーとを有しているが、本発明は、又、複数個のFBG及びFO−DTSに沿っての複数個の独立したセンサーを使用することを包含している。このような場合において、ΔT1iはi番目の独立した温度センサーとi番目の独立したセンサーの位置におけるFO−DTSの間の温度測値における差を表わしており、且つΔT2jはj番目のFBGとj番目のFBGの位置におけるFO−DTSとの間の温度測定値における差を表わしている。FO−DTSのキャリブレーション即ち較正は、ΔT1i及びΔT2jの算術平均又は重み付け平均を適用し、ΔT1i及びΔT2jの関数を適用し、又は光ファイバーにおけるスプライスの位置等のFO−DTSの既知の特性に基づいてΔT1i及びΔT2jを空間的に適用することにより行うことが可能である。
【0046】
本発明の1実施例において、光ファイバDTS及び3個の独立した温度ゲージが垂直セクションと水平セクションの両方を有する水平なウエル(孔井)内に配置させた。垂直セクションはケーシングを設け且つ水平セクションにおいてはグラベルパックチュービングを使用した。水平セクションを3つのゾーンに分離するためにパッカー及び流れ制御弁を使用した。FO−DTSをダウンホールの全長に沿って配置させた。この例ではFO−DTSに対してシングルエンド型の形態を使用したが、ループ形態を使用することも可能であった。電気的クオーツ圧力及び温度ゲージを3つの水平なゾーン各々に設けた。この例においては、電気的クオーツ圧力及び温度ゲージは流れ制御装置と関連していたが、このような関連性は制限的なものではない。その他のゲージ形態及び配置とすることは本発明の範囲内のものである。
【0047】
図6は地表からボアホール内への距離の関数としてこの実施例におけるDTSによって測定した温度を示している。水平セクションは、温度プロファイルがほぼ平坦である図6の部分とほぼ相関させることが可能であり、それは約1050メーターから全体的な深さへかけてである。温度プロファイル(分布)のこのセクションにおいては、3つの温度スパイクが存在しており、それらはFO−DTSにおける3個のスプライスと相関している。センサーの長さに沿ってのスプライスの位置は後に検討するために配置期間中に注意することが可能であるが、これらのスプライスはスプライス近くの局所的な区域においての分散型センサーのキャリブレーション即ち較正が喪失することに寄与する。キャリブレーション即ち較正の喪失が発生する可能性のある同様の局所的な区域としては、ベンド、歪み又はその他の光ファイバー分散型センサーに悪影響を与える部分である。
【0048】
図7は制御した条件下において測定し且つ製造業者の情報として提供されるベースライン温度基準と比較した全体的なDTSプロファイルにわたって約6℃の比較的一定なオフセットを示している。このことは、理想的な条件下において、FO−DTSは約1℃内の精度を提供することが可能である実質的な変動を表わしている。独立した温度センサーを使用することはこのオフセットに対する補正を行うことを可能とした。温度を、0.1℃未満の精度で1000メーター近くの独立した電気的温度ゲージを使用して測定し、且つ独立したゲージの温度測定とFO−DTSによって測定した温度との間の差として補正を計算した。次いで、全体的なDTSプロファイルをこの補正でオフセットさせ、且つダウンホール温度ゲージによって決定した正しい温度に設定した。
【0049】
図8はダウンホール内のDTSの部分に対し2つの異なる時間において採取したDTS測定値のオフセットを示している。図6におけるDTS温度測定におけるスパイクによって示されるように、FO−DTSにおけるスプライス近くの位置においてボアホール内の温度を測定するために3個の電気的クオーツ圧力及び温度ゲージを使用した。これらのゲージは約0.1℃の精度を有しており、それによりFO−DTS測定値をFO−DTSシステムの精度内のレベルへ補正することを可能とした。
【0050】
本発明の1実施例は、図6におけるスプライス又は光ファイバー損失等の物理的障害から全体的な温度エラーに対する補正を行うため、及びファイバー全長にわたってのDTS測定値の精度を独立した基準ゲージのレベル、即ち1℃より実質的に良好なレベルへ増加させるために、独立した温度ゲージからの温度測定値を使用することを意図している。本発明は、シングルエンド型及びループ型の両方のDTS形態とすることを意図している。
【0051】
本発明の別の実施例は、ループ形態に配置されたFO−DTSに沿っての補正された温度測定値を得るための方法を提供しており、それは、光ファイバーの両方の端部からの測定値を使用することを意図している。この方法は、ファイバーループの両端部からの後方散乱信号(光)から採取された測定値を使用して光ファイバーに沿っての累積的なエラーを推定することを包含している。
【0052】
一般的に、FO分散型センサーに沿って、点iにおける後方散乱エネルギEiは次式で表わされる。
【0053】
【数3】
【0054】
尚、Einputは入力パワーであり、Fiは点iにおける後方散乱係数であり且つ種々の光ファイバーに対して公知の温度の関数であり且つ
【数3a】
【0055】
は入力点からiへの分散型ファイバーに沿っての加法的エラーである。入力パワーEinputを測定することが可能である。又、特定の波長における後方散乱信号はFO分散型センサーに沿っての点において測定することが可能である。一方、例えばSAR等の特定の波長の比をFO分散型センサーに沿っての点において測定することが可能である。典型的に、この測定点はエネルギ入力点である。エネルギEinputを入力した後に、後方散乱エネルギEiが発生し、且つ後方散乱エネルギからの信号を測定することが可能であり、入力点において測定した後方散乱信号は任意の点iに対してSi=ln(Ei)として示される。この点iからの測定した後方散乱信号は、点iにおける信号Si及び測定点からiへの分散型ファイバーに沿っての信号の加法的エラー即ち損失を包含している。本発明のこの実施例は、点iへの分散型ファイバーに沿っての加法的エラーを推定し且つこの推定及び測定した後方散乱信号を使用して点iにおける真の信号Siを計算する方法を提供している。
【0056】
後方散乱信号Sと入力エネルギとの間の関係は以下の如くに公知である。
【0057】
【数4】
【0058】
尚、Siはiにおける後方散乱エネルギであり且つFiは点iにおける後方散乱係数である。Siを決定するために本発明方法を使用し、且つEinputを測定することにより、Fiを計算することが可能である。次いで、種々のタイプ及び形態の光ファイバーに対する既知の製造又はベースライン基準関数と共にFiを使用して点iにおける温度を決定することが可能である。
【0059】
本発明の1つの方法によれば、ループの一端部、例えば端部Yにおいて光エネルギパルスを供給し、且つ光ファイバーに沿っての点iにおける後方散乱波長を記録する。1例として、この方法は、ループ形態の光ファイバーの各端部からにおけるストークス波長及びアンチストークス波長を測定することに関連して説明する。本発明の技術的範囲内に入るものとして特に明示的に意図したものであるが、この方法は、例えば温度測定、その他の波長の測定、又はSAR等の波長に関連した変数の測定等の累積的エラーを示す場合のあるその他のタイプの測定に対しても適用される。又、本発明は、ストークス波長のみの測定、アンチストークス波長のみの測定、又はSARのみの場合に使用することが可能であることも意図されている。
【0060】
ストークス信号の寄与分はSとして示され且つアンチストークス信号の寄与分はAとして示される。この方法は、ループ光ファイバーセンサーの一方の端部、例えば端部Yへ光エネルギを供給することを包含している。端部Yにおいて受取られた後方散乱信号を記録し、且つ1つの点iと次の点i+1との間の信号の強度又は損失の変化を使用して、2つのアレイ、即ちストークス波長における信号に対してのSyとアンチストークス波長における信号に対してAyをポピュレート(populate)、即ちデータを入力させる。次いで、光ファイバーループの他方の端部、例えば端部Zにおいて光エネルギを供給し、且つ光ファイバーに沿っての点において後方散乱波長を記録する。端部Zにおいて受取られた後方散乱信号を記録し、且つ1つの点iと次の点i+1との間の信号強度又は損失の変化を使用して2つのアレイ、即ちストークス波長における信号に対してのSzとアンチストークス波長における信号に対してAzとをポピュレート(データ入力)させる。
【0061】
1つの点iと次の点i+1との間の損失変化は、ストークス信号及びアンチストークス信号に対するアレイES及びアレイEAによって表わされ、尚Eは点iと点i+1との間の強度又は損失における差を表わしている。
【0062】
k個の点からなるアレイの場合には、次式が成立する。
【0063】
【数5】
【0064】
光ファイバーに沿っての与えられた点iにおいて、端部Y及びZにおいて等価な光エネルギを仮定すると、端部Yから決定したストークス測定値と端部Zから決定したストークス測定値との間の差は次式で表わされる。
【0065】
【数9】
【0066】
且つ端部Yから決定したアンチストークス測定値と端部Zから決定したアンチストークス測定値との間の差は次式で表わされる。
【0067】
【数10】
【0068】
各要素のインクリメント即ち増分は、各点に対しての損失寄与分の2倍を与える。即ち、
【数11】
【0069】
このことは、温度のみに起因する信号寄与分の推定を以下の如くに行うことを可能とする。
【0070】
【数13】
【0071】
ストークス信号及びアンチストークス信号の両方から抽出した信号に対する損失寄与分に基づいて、SARを計算することが可能であり且つ各点における温度をこれら2つの波長に対する差分的損失係数を知ることの必要性なしに式1を使用して推定することが可能である。エラーが累積的なものである限り、温度情報を得るために既に処理したデータに対する損失の影響に対する補正を行うために同一の方法を使用することが可能である。
【0072】
同様に、本発明は、前方方向及び逆方向におけるSARの直接的測定及び温度に起因する信号損失寄与分の推定を以下の如くに行うことを包含している。
【0073】
k個の点からなるアレイの場合、
【数15】
【0074】
各要素のインクリメント即ち増分は各点に対する損失寄与分の2倍を与え、即ち、
【数17】
【0075】
このことは、以下の如くに温度のみに起因する信号寄与分の推定を行うことを可能とする。
【0076】
【数18】
【0077】
図9は、光ファイバーの一端部において入力したエネルギ(前方方向と呼称される)及び光ファイバーの反対側の端部において入力したエネルギ(逆方向と呼称される)から回収したデータ及び本発明を使用して補正したデータの1例を示している。この場合に、ファイバーはその長さに沿って約305mにおいて冷水を通過しており且つ該ファイバーはその長さに沿って約305mにおいて高温炉を介して通過している。
【0078】
該炉の直前及び直後においてファイバー長に沿って約325m及び約360mにおいてファイバーを鉛筆の周りにコイル状とさせることによって局所的な高い損失の領域を誘発させた。主に高い損失点においてのストークスデータ及びアンチストークスデータに対する減衰における差に起因して前方データと後方データとは一致していない。ストークス及びアンチストークスの生のデータを使用することなしにデータを補正した。
【0079】
本発明の実施例を相補的な形態で結合可能であることは本発明の技術的範囲内のものとして意図されている。例えば、ストークス波長及びアンチストークス波長における光を供給すること、後方散乱信号を測定すること、アレイをポピュレート(データ入力)すること、及びエラーを計算することに関連して、独立的な温度測定位置において計算したエラーを較正するために独立した温度測定を与えることが可能である。本発明はボアホールにおいて同時的に又は異なる時間においてこのような複数の実施例を与えることにより温度の測定又はボアホール特性の較正を行うことを意図している。本発明は、更に、SMF、MMF、又はSMFとMMFとの組合わせを有するFO−DTSを使用することを意図している。
【0080】
以上、本発明の具体的実施の態様について詳細に説明したが、本発明は、これら具体例にのみ制限されるべきものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱することなしに種々の変形が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図1】ストークス波長及びアンチストークス波長における光パルスを使用する本発明の1実施例を示した概略図。
【図2】FO−DTS内にFBGが設けられている本発明の1実施例を示した概略図。
【図3】単一モード光ファイバーにおいてFBGを使用した場合に得られる正規化したスペクトルとマルチモード光ファイバーにおいてFBGを使用した場合に得られる正規化したスペクトルとを示したグラフ図。
【図4】単一モード光ファイバーとマルチモード光ファイバーとを使用したFBGによって得られるスペクトルを示したグラフ図。
【図5】FBGを使用するダウンホールキャリブレーションを有するFO−DTSシステムに対する1つの可能な形態を示した概略図。
【図6】ボアホール内のFO−DTSの配置例に対して距離の関数としての温度及びエラーを示したグラフ図。
【図7】ボアホール内のFO−DTSの配置例に対して距離の関数としての温度及びエラーを示したグラフ図。
【図8】ボアホール内のFO−DTSの配置例に対して距離の関数としての温度及びエラーを示したグラフ図。
【図9】前方方向及び逆方向の両方において回収した温度データ及びストークス波長とアンチストークス波長の間の増分的損失変化に対して補正したテ゛ータを示したグラフ図。
【符号の説明】
10 DTS光学的エレクトロニクスモジュール
12 ストークス波長光源
14 アンチストークス波長光源
16 メモリ
18 プロセッサ
20 光ファイバー分散型温度センサー
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバー分散型センサー、及び光ファイバー分散型センサーを使用してパラメータを測定する方法及びパラメータの測定値を較正する方法に関するものである。特に、光ファイバー分散型温度センサーを使用して温度を測定する方法及び温度測定値を較正する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
光ファイバーは、典型的に、コアと、該コアを取囲む同心状のクラッディングと、該クラッディングを取囲む同心状の保護ジャケット又はバッファとを有している。通常、コアはある屈折率を有する透明なガラス又はプラスチックから構成されており、且つクラッディングは異なる屈折率を有する透明なガラス又はプラスチックから構成されている。コア及びクラッディングの相対的な屈折率が主に光ファイバーの機能及び性能を決定する。光ビームが光ファイバー内に導入されると、その光の速度及び方向は異なる屈折率を有する媒体の界面において変化する。両方の媒体の屈折率が既知である場合には、スネルの法則を使用して反射角度及び屈折角度を予測することが可能である。光ファイバーにある光伝搬特性を与えるために媒体の夫々の屈折率を変化させることが知られている。典型的に、最小のパワー損失のために、光が光ファイバーのコアを介して主に伝播することが望ましい。屈折率に加えて、光ファイバーのコアを介しての光の伝播に影響を与えるその他のファクターは、コア及びクラッディングの寸法、光の波長、光の磁界ベクトル及び光の電界ベクトル、光ファイバーの形態、欠陥の存在、曲げ、捻り、皺又は折り目等の環境的効果を包含している。
【0003】
光ファイバーの1つの利点は、ファイバーの長さに沿っての環境的効果に関する興味のあるパラメータに関する情報を決定することの能力である。光ファイバー内に光エネルギを導入し且つ光ファイバーに沿っての種々の距離から返される後方散乱光を受取ることにより測定が行われる。後方散乱光の特性を特定の距離における興味のあるパラメータに関連付けるために、それから光がファイバーに沿って返される距離を決定するために光時間領域反射率計(OTDR)を使用することが知られている。このような方法は公知であり且つ発明者がHartoget al.の米国特許第4,823,166号及び発明者がHartogである米国特許第5,592,282号において記載されており、尚、これらの特許の記載内容全体を引用によって本明細書に取込む。OTDRにおいては、光エネルギのパルスが光ファイバーへ導入され且つファイバーから帰還する後方散乱光エネルギが時間の関数として観察され、それはそれから後方散乱光が受取られるファイバーに沿っての距離に比例している。この後方散乱光はレイリー(Rayleigh)スペクトル、ブリュアン(Brillouin)スペクトル、及びラマン(Raman)スペクトルを包含している。ラマンスペクトルは最も温度に感応性があり、スペクトルの強度は温度と共に変化するが、3つのタイプの後方散乱光の全ては温度情報を包含している。
【0004】
光ファイバー(FO)センサーは、環境的効果が、光ファイバーを介して伝播した光の振幅、位相、周波数、スペクトル内容、又は偏光を変化させることが可能であるという事実を使用している。光ファイバーセンサーは、内因的なものと外因的なものとに分類することが可能である。内因的センサーは、光ファイバーの特性のみに依存することにより周囲の環境的効果を測定し、一方外因的センサーは別の装置と結合されて環境的効果を光ファイバーにおける光の特性における変化へ変換させる。内因的光ファイバー分散型温度センサー(DTS)は公知である。このような1つの装置は発明者がSaiである米国特許第5,825,804号に記載されており、尚その特許の開示内容全体を引用により本明細書に取込む。このようなセンサーはマルチモードファイバー(MMF)か又は単一モードファイバー(SMF)とすることが可能である。単一モード光ファイバーは比較的小さな直径を有しており且つ1つの空間的伝播モードをサポートするに過ぎない。マルチモードファイバーは比較的大きな直径を有するコアを有しており且つ軸方向ではない光線又はモードがコアを介して伝播することを許容する。
【0005】
典型的に、温度を測定するためにラマンスペクトルが使用され、次式の如くに後方散乱光のラマンスペクトルのストークス成分とアンチストークス成分との間の比に基づいて温度分布が計算される。
【0006】
【数1】
【0007】
尚、βは係数であり、hはプランクの定数であり、νはラマンシフト波長数であり、kはボルツマン定数であり、Tは絶対温度であり、Iasはアンチストークス成分であり、Isはストークス成分である。ストークスとアンチストークスとの比Is/IasはSARとして記載される。式1を使用して、そこから後方散乱が発生した光ファイバーに沿っての位置における温度を決定することが可能である。
【0008】
光ファイバー(FO)分散型センサーに沿っての温度を測定するために、光エネルギがファイバー内に導入され且つ後方散乱された光が励起される。後方散乱信号(光)は、そこから後方散乱が発生したファイバーに沿っての点に関連する情報を包含している。この光を検知し且つ時間シーケンス信号として処理する。従って、光ファイバーに沿っての一次元温度分布が測定される。後方散乱した光の中において、典型的に、ラマンスペクトルは光指向性カップラーによって測定装置へ転送され、それにより、ラマン後方散乱光におけるストークス光及びアンチストークス光がフィルタによって分離され、夫々の光電変換器によって検知され且つそれらの関連する振幅に比例して電気的信号へ変換される。これらの後方散乱された光の成分の間の比に基づいて、又は後方散乱した光のラマンスペクトルの1つの成分のみの測定に基づいて、温度分布を計算することは公知である。
【0009】
光ファイバーにおいては、後方散乱したストークス及びアンチストークス波長に異なる影響を与えることが可能な損失が存在している。例えば、光ファイバーに導入された光エネルギは、当然、ファイバーを介して伝達する期間中に減衰する。又、曲がり又は接続部等の環境的ストレスに起因する損失が存在する場合がある。これらの損失は測定した後方散乱ストークス及びアンチストークス強度から異なって減算する。これらのストークス波長とアンチストークス波長との間のファイバーの減衰における差異は、FO分散型センサーに沿っての測定したパラメータにおけるエラーを回避するために対処されねばならない。
【0010】
FO分散型センサーを使用して得られたパラメータ測定値は、真のパラメータ測定値と光ファイバー分散型センサーに関して有害な影響によって発生された測定エラーとを有している。限定的なものではない例として、このような有害な影響は、スプライス又はベンド、ファイバーにおける歪み、経年変化又は環境的条件から発生する減衰における変化、時間に関しての測定におけるドリフト、水素混入、又は環境的条件に起因するエネルギ損失を包含している場合がある。このようなエラーはファイバーに沿っての距離に関して累積的である。ある種の測定エラーは、製造業者又は材質構成情報、ベースラインテスト又はスプライス位置等の既知の要素の追跡に基づいて予測することが可能であるが、その他の有害な影響及びそれらが導入する測定エラーの発生及び効果を評価することは困難である。ボアホール(穿孔)パラメータの分散型測定値を得るためにボアホール内に光ファイバーを配置させることが知られており、且つ光ファイバー分散型センサーがボアホール内に配置される場合には、これらの有害な影響及びそれらが関連する測定エラーに対する考慮を行うことが特に困難であることが理解される。FO分散型センサーを較正する方法に対する必要性が存在しており、且つ分散型温度測定において使用するためにボアホール内に配置される光ファイバーを較正する方法に対する必要性が存在している。
【0011】
1つの補正方法が発明者Tanabe et al.である米国特許第5,102,232号に記載されている。然しながら、この方法は光ファイバー温度基準点を既知の温度に維持することを必要としている。このような基準点を維持することが現実的でない場合がある。例えば、光ファイバーがボアホール内に配置されるようなダウンホール適用例においては、基準点を既知の温度に維持することは不可能な場合がある。
【0012】
ボアホールにおいてFO分散型センサーを使用してパラメータを正確に決定するためのロバスト即ち堅牢な方法が必要とされている。パラメータ測定の精度は、測定における変化を考慮するために使用されるアルゴリズム又は方法論によって制限される場合があり、このような方法論における制限は、光ファイバーが直線的な形態又はループ形態でボアホール内に配置されるか否かに拘わらずに存在する。FO分散型センサーを使用して得られたパラメータ測定値を較正する方法は有用である。パラメータ測定値のキャリブレーション即ち較正を包含するFO分散型センサーを使用して得られたパラメータを測定する方法も有用である。光ファイバー分散型温度センサー(FO−DTS)を使用して得られた温度測定値を較正する方法及び測定値のキャリブレーション即ち較正を包含するFO−DTSを使用して温度を測定する方法に対する特定の必要性が存在している。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の点に鑑みなされたものであって、上述した如き従来技術の欠点を解消し、光ファイバー分散型センサーを使用して得られたパラメータ測定値を較正する方法及びキャリブレーション即ち較正を包含するパラメータ測定を行う方法を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、FO分散型センサーを使用してパラメータを測定する方法が提供され、本方法は、FO分散型センサーに沿って興味のあるパラメータを測定し、FO分散型センサーの長さに沿って位置されている独立したセンサーを使用して前記興味のあるパラメータを測定し、前記独立したセンサーによってなされたパラメータ測定値と前記独立したセンサーの位置における分散型センサーによってなされたパラメータ測定値との間のパラメータ測定値におけるΔT1を決定し、且つΔT1によってFO分散型センサーによって決定されたパラメータ測定値を調整する、上記各ステップを有している。1実施例においては、FO分散型センサーがボアホール即ち穿孔内に配置される。特定の実施例においては、該独立したセンサーはボアホール内の特定の興味のある区域内の位置に配置される。1実施例においては、該興味のあるパラメータは温度であり、該FO分散型センサーは光ファイバー分散型温度センサー(FO−DTS)であり、ΔT1は独立した温度センサーによって測定された温度とFO−DTSによって測定した温度との間の差である。
【0015】
本発明の別の形態によれば、光ファイバー分散型センサーを較正する方法が提供され、該方法は、FO分散型センサーに沿って興味のあるパラメータを測定し、FO分散型センサーの長さに沿って位置されている独立したセンサーを使用して前記パラメータを測定し、前記独立したセンサーによってなされたパラメータ測定値と前記独立したセンサーの位置における前記分散型センサーによってなされたパラメータ測定値との間の差ΔT1を決定し、ΔT1を使用して光ファイバー分散型センサーによって決定されたパラメータ測定値を調整する、上記各ステップを有している。1実施例においては、該FO分散型センサーがボアホール内に配置される。別の実施例においては、該独立したセンサーはボアホール内の特定の興味のある区域内の位置に配置される。1つの特定の実施例においては、該興味のあるパラメータは温度であり、該FO分散型センサーはFO−DTSであり、ΔT1は、独立した温度センサーによって測定した温度とFO−DTSによって測定した温度との間の差である。
【0016】
本発明の1つの形態によれば、FO分散型センサーを較正する方法が提供され、該方法は、FO分散型センサーへストークス波長における光エネルギを供給し、ストークス波長における後方散乱信号を受取り且つ測定し、FO分散型センサーへアンチストークス波長における光エネルギを供給し、アンチストークス波長における後方散乱信号を受取り且つその強度を測定し、OTDRを使用してFO分散型センサーに沿っての点における後方散乱ストークス及びアンチストークス波長の間の減衰比を計算し、異なる時間においてこれらのステップを繰返し行い、ストークス波長及びアンチストークス波長の時間に関する減衰比における変化を計算し、ストークス波長及びアンチストークス波長の減衰比における時間に関しての前記計算した変化をFO分散型センサーを使用して行ったパラメータ測定値に対して適用する、上記各ステップを有している。このキャリブレーション即ち較正方法の1つの特性の特定の実施例は、該パラメータが温度であり且つFO分散型センサーがFO−DTSである場合である。
【0017】
本発明の1つの形態によれば、FO−DTSを使用して温度を測定する方法が提供され、該方法は、ストークス波長における光エネルギをFO−DTSへ供給し、ストークス波長における後方散乱信号を受取り且つその強度を測定し、アンチストークス波長における光エネルギをFO−DTSへ供給し、アンチストークス波長における後方散乱信号を受取り且つその強度を測定し、OTDRを使用して光ファイバーに沿っての点におけるストークス波長及びアンチストークス波長における後方散乱信号の間の減衰比を計算し、異なる時間においてこれらのステップを繰返し行い、ストークス波長及びアンチストークス波長の時間に関しての減衰比における変化を計算し、ストークス波長及びアンチストークス波長の減衰比における計算した変化をFO−DTSに沿っての温度測定値に適用する、上記各ステップを包含している。
【0018】
本発明の別の形態によれば、補正したSARを計算する方法が提供され、該方法は、ストークス波長における光エネルギを光ファイバーへ供給し、ストークス波長における後方散乱信号を受取り且つその強度を測定し、アンチストークス波長における光エネルギを光ファイバーへ供給し、アンチストークス波長における後方散乱信号を受取り且つその強度を測定し、OTDRを使用して光ファイバーに沿っての点において後方散乱ストークス波長及びアンチストークス波長の間の減衰比を計算し、異なる時間においてこれらのステップを繰返し行い、ストークス波長及びアンチストークス波長の時間に関しての減衰比における変化を計算し、測定したSARを補正係数で乗算する、上記各ステップを有しており、該補正係数がストークス波長とアンチストークス波長の減衰比における時間に関しての計算した変化を有している。
【0019】
本発明の1つの形態によればFO−DTSに沿って温度を決定する方法が提供され、該方法は、FO−DTSに沿って温度を測定し、少なくとも1個の独立した温度センサーを使用してFO−DTSに沿った1つ又はそれ以上の位置において温度を測定し、該少なくとも1個の独立した温度センサーの各々を使用して測定した温度と該少なくとも1個の独立した温度センサーの夫々の位置におけるFO−DTSに沿って測定した温度との間の差ΔT1iを決定し、且つiが装備した独立した温度センサーの数として、ΔT1iだけFO−DTSによって測定した温度を調整する、上記各ステップを有している。
【0020】
本発明の別の形態によれば、FO−DTSを較正する方法が提供され、該方法は、FO−DTSに沿って温度を測定し、少なくとも1個の独立した温度センサーを使用してFO−DTSに沿った1個又はそれ以上の位置における温度を測定し、該少なくとも1個の独立した温度センサーの各々を使用して測定した温度と該少なくとも1個の独立した温度センサーの夫々の位置においてFO−DTSに沿って測定した温度との間の差ΔT1iを決定し、iが装備した独立した温度センサーの数としてΔT1iを使用してFO−DTSによって決定した温度を較正する、上記各ステップを有している。
【0021】
本発明は、温度を決定する方法を提供しており、該方法は、FO−DTSに沿って温度を測定し、FO−DTSにおける少なくとも1個のファイバーブラッググレーチング(FBG)を使用してFO−DTSに沿った1つ又はそれ以上の位置における温度を測定し、該少なくとも1個のFBGを使用して測定した温度と各夫々のFBG位置におけるFO−DTSに沿って測定した温度との間の差ΔT2jを決定し、jが装備したFBG温度センサーの数であるとしてΔT2jを使用してFO−DTSによって測定した温度を調整する、上記各ステップを有している。
【0022】
本発明の別の形態によればFO−DTSを較正する方法が提供され、該方法は、FO−DTSに沿って温度を測定し、FO−DTSにおける少なくとも1個のFBGを使用し、少なくとも1個のFBGを使用してFO−DTSに沿った1つ又はそれ以上の位置における温度を測定し、該少なくとも1個のFBGを使用して測定した温度と該少なくとも1個のFBGの夫々の位置におけるFO−DTSに沿って測定した温度との間の差ΔT2jを決定し、jが装備したFBG温度センサーの数であるとしてΔT2jを使用してFO−DTSを使用して測定した温度を調整する、上記各ステップを有している。
【0023】
本発明の別の形態によればFO−DTSに沿って温度を決定する方法が提供され、該方法は、FO−DTSに沿って温度を測定し、少なくとも1個の独立した温度センサーを使用してFO−DTSに沿った1つ又はそれ以上の位置における温度を測定し、該少なくとも1個の独立した温度センサーの各々によって測定した温度と該少なくとも1個の独立した温度センサーの夫々の位置におけるFO−DTSに沿って測定した温度との間の差ΔT1iを決定し、FO−DTS内に少なくとも1個のFBGを設け、少なくとも1個のFBGを使用してFO−DTSに沿った1つ又はそれ以上の位置において温度を測定し、該少なくとも1個のFBGの各々を使用して測定した温度と該少なくとも1個のFBGの夫々の位置におけるFO−DTSに沿って測定した温度との間の差ΔT2jを決定し、iが独立した温度センサーの数であり且つjが装備したFBG温度センサーの数であるとしてΔT1i及びΔT2jに基づいてFO−DTSによって測定した温度を調整する、上記各ステップを有している。
【0024】
本発明の別の形態によれば光ファイバー分散型センサーを較正する方法が提供され、該方法は、分散型センサーに沿ってパラメータを測定し、少なくとも1個の独立したセンサーを使用して前記パラメータを測定し、該光ファイバー分散型センサーに少なくとも1個のFBGを設け且つ該少なくとも1個のFBGを使用して前記パラメータを測定し、該少なくとも1個の独立したセンサーの各々を使用して測定したパラメータと該少なくとも1個の独立したセンサーの位置におけるFO分散型センサーに沿って測定したパラメータとの間の差ΔT1iを決定し、該少なくとも1個のFBGの各々を使用して測定したパラメータと該少なくとも1個のFBGの位置においてFO分散型センサーに沿って測定したパラメータとの間の差ΔT2jを決定し、iが独立した温度センサーの数であり且つjが装備したFBGの数であるとしてΔT1iを使用し且つΔT2jを使用してFO分散型センサーによって決定したパラメータ測定値を較正する、上記各ステップを有している。
【0025】
本発明の別の形態のよればFO−DTSに沿って温度を測定する方法が提供され、該方法は、FO−DTSの一端部内に光エネルギを供給し且つ前方方向に伝達させ、光ファイバー分散型温度センサーに沿った位置iにおいて光信号を測定し、前方方向における増分的損失変化を決定し、FO−DTSの他端部内に光エネルギを供給し且つ逆方向に伝達させ、FO−DTSに沿った位置iにおいて光信号を測定し、前方方向及び逆方向において位置iにおける増分的損失変化を計算し、位置iにおいてFO−DTSによって測定した温度に対して位置iにおいて増分的損失変化によりFO−DTSにより測定した温度を調整する、上記各ステップを有している。
【0026】
本発明の更に別の形態によればFO分散型センサーを較正する方法が提供され、該方法は、光ファイバーの一端部内にエネルギを供給し且つ前方方向に伝達させ、FO分散型センサーに沿った位置iにおいて光信号を測定し、前方方向において興味のあるパラメータの増分的損失変化を決定し、FO分散型センサーの他端部内に光エネルギを供給し且つ逆方向に伝達させ、光ファイバー分散型センサーに沿った位置iにおいて光信号を測定し、逆方向において興味のあるパラメータの増分的損失変化を計算し、位置iにおいてFO分散型センサーによって行った興味のあるパラメータの測定値に対して位置iにおいて増分的損失変化を適用する、上記各ステップを有している。
【0027】
好適には、該増分的損失変化をストークス、アンチストークス、又はストークス波長及びアンチストークス波長において、又はストークス/アンチストークスの比に関して決定する。特定の実施形態においては、光ファイバー分散型センサーをボアホール内に設け、該センサーによって測定するパラメータがボアホールパラメータであって、ボアホールパラメータとしては、温度、圧力、又は流体組成等がある。
【0028】
【発明の実施の形態】
FO分散型センサーを使用する場合の懸念事項は、マイクロベンディング損失又は水素の混入によって発生されるスペクトルに沿ってのファイバーの非一様的な減衰等のファイバー特性における変化に起因する配置した後のFO分散型センサーのキャリブレーション即ち較正が失われる可能性である。この懸念事項は、特に、ボアホール(穿孔)環境内にFO分散型センサーを長期間配置させる場合に特に問題となる。何故ならば、光ファイバー即ちFOにおける変化を容易にモニタすることは不可能であり、高温及び高圧等の厳しい条件がボアホール環境内において発生し、且つFOを交換する費用がかなりのものとなる場合があるからである。このような懸念事項は、現場においてFO分散型センサーを使用して行った測定値を補正するためのキャリブレーション即ち較正方法によって最小とさせることが可能である。このようなキャリブレーション即ち較正方法は、時間に関してSARにおける予測した変化を計算し、FO分散型センサーに沿って少なくとも1個の較正用のセンサー又はFBGを設け、ループ形態FO分散型センサー及びその組み合わせの各端部から測定値を与えることを包含している。
【0029】
次に図1を参照すると、本発明に基づく第一実施例が示されている。FO−DTSに関して説明するが、本発明方法はその他のタイプのFO分散型センサーに対しても適用可能であることを理解すべきである。光ファイバー分散型温度センサー20を、温度を測定すべき各区域を介して通過するように配置させる。光エネルギ供給源がFO−DTS内に光エネルギを導入し且つ後方散乱信号22が光ファイバーに沿っての光エネルギの帰還によって発生される。後方散乱信号から、ストークス波長及びアンチストークス波長における応答が決定され且つFO−DTSに沿っての温度分布が式1を使用して決定される。
【0030】
DTS光学的エレクトロニクスモジュール10がFO−DTS20に接続して示されている。ストークス波長において光を出力することが可能なパルス型光源12がDTS光学的エレクトロニクスモジュール10及びFO−DTS20へ接続している。同様に、アンチストークス波長において光を出力することが可能なパルス型光源14がDTS光学的エレクトロニクスモジュール10及び光ファイバー分散型温度センサー20へ接続している。本発明方法を温度測定及びストークス波長及びアンチストークス波長における後方散乱光の使用について説明するが、本発明は、その他の分散型パラメータ測定値及びその他の波長スペクトルについて適用することが可能であることを理解すべきである。
【0031】
光パルスがストークス波長光源12から供給され、ストークス波長における後方散乱光22の強度がDTS光学的エレクトロニクスモジュール10によって測定される。光パルスがアンチストークス波長光源14から供給され、アンチストークス波長における後方散乱光22の強度がDTS光学的エレクトロニクスモジュール10によって測定される。ストークス波長及びアンチストークス波長が供給される順番は問題ではない。OTDR技術を使用して、DTS光学的エレクトロニクスモジュール10がFO−DTS20に沿っての種々の点においてストークス波長とアンチストークス波長との減衰比を計算する。この減衰比はメモリ16内に格納される。既知の後の時間においてこの処理が再度繰返し行われ、この2番目のイベントからの減衰比が記録され且つメモリ16内に格納される。2番目のイベントからの減衰比がプロセッサ18を使用して1番目のイベントからの減衰比と比較され、時間に関しての減衰比の変化が決定される。
【0032】
例えばダウンホールパラメータをモニタするためにボアホール内に配置されている場合のようにFO−DTSの位置が静止状態に止まるものと仮定すると、この時間に関しての減衰比の変化は、FO−DTSを使用して後に行われた測定値を較正するために使用することが可能である。時間に関しての減衰比における変化を初期的な測定以後経過した時間期間で乗算することにより、補正係数ΔARを決定することが可能である。
【0033】
この補正係数を使用して、補正されたSARは以下のようにして計算することが可能である。
【0034】
【数2】
【0035】
尚、SARmeasuredは後の時間において測定したSARである。補正したSARは、現場においてFO−DTSにより後の時間に測定した温度をより正確に決定するために式1において使用することが可能である。
【0036】
別の実施例においては、可変同調光源がストークス波長及びアンチストークス波長において光を供給する。この実施例においては、別々のストークス光源12及びアンチストークス光源14の代わりに、ストークス波長及びアンチストークス波長において光を供給するために使用される。このような可変同調パルス型光源の1つはパルス型可変同調レーザーである。
【0037】
本発明の別の実施例ではFO分散型センサーを提供しており、更にDTSの長さに沿って測定値を較正することが可能な少なくとも1個のゲージを提供している。この較正用の測定は、FO分散型センサー内に埋め込まれた少なくとも1個のファイバーブラッググレーチング、又は少なくとも1個の独立したセンサー、又はそれらの組合わせを提供することにより実施することが可能である。構成体の温度又は歪み等のパラメータを検知するために光ファイバー内にFBGを埋設することは公知である。このような光ファイバーグレーチングシステムは発明者Udd及びClarkの米国特許第5,380,995号において記載されており、尚その特許の記載内容全体を引用により本明細書に取込む。又、グレーチングの反射波長が屈折率における変化に起因して温度と共に変化し且つグレーチングのスペーシングが温度により変化することは公知である。
【0038】
分散型温度センサーシステムはMMF又はSMFを使用することが可能であるが、MMFを使用することがより一般的である。単一モードファイバーは比較的小さな直径のコアを有しており、且つMMFは比較的大きなコア直径を有している。本発明の1実施例はFO−DTSに沿って温度の測定値を決定する方法であり、該方法は少なくとも1個のFBGを使用することを包含している。光ファイバー分散型温度センサーがSMFである場合には、単一で且つ容易に認識可能な温度ピークがFBGによって表示される。光ファイバー分散型温度センサーがMMFである場合には、FBGセンサーによって複数個のピークが表示され、温度の読みにおける区別の程度は多少低下する。本発明はSMF、MMF、又はそれらの組合わせを使用することを意図している。
【0039】
図2に示したように、1つの特定の実施例は、SMFのセグメント34とMMFのセグメント36とを有するFO−DTSを提供することであり、少なくとも1個のFBGがSMF34内に配置されている。この形態は、MMFとSMFとを使用する利点を組み合わせている。図2を参照すると、統合システム28は光源30とスペクトルアナライザー32を有しており、SMF34へ接続している。光源30は、例えば、LED、同調可能レーザー、又はレーザーダイオードとすることが可能であり、一方スペクトルアナライザー32は、例えば、ファブリーペローフィルタ、音響−光学的フィルタ、又は光学的スペクトルアナライザー(OSA)とすることが可能である。MMF36はSMF34へ接続している。MMFとSMFとの間の接続38を形成する方法としては、例えばスプライシング又はコネクタの使用等がある。少なくとも1個のFBG40がSMF34内に配置される。
【0040】
SMFの性能と、質問システム28及びFBGセンサー40の間にMMFを付加したSMFの性能とを比較するために2つのテストを実施した。図3は1つのテストにおいて反映された正規化したスペクトルを示しており、その場合に、SMFとFBGとを有する第一の場合42及びSMFとそのSMF及びFBGの間に挿入したMMFとを有する第二の場合44に対して、光エネルギをケーブル内に入力させ且つFBG40を使用してスペクトルを測定した。図3は、スペクトルの形状及び中心波長における変化に関して顕著な劣化が存在しなかったことを示している。
【0041】
別のテストにおいては、光エネルギをケーブル内へ入力させ且つスペクトルを測定した。図4は2つの場合におけるFBGによって反映されたスペクトルを示している。第一の場合50においては、FBG40をSMF34内に設け、それを光源30とOSA32とを有する統合システム28へ直接的に接続させ、且つスペクトルを測定した。第二の場合52においては、FBG40をSMF34内に設け、それを光源30とOSA32とを有する統合システム28へ接続されているMMF36へ接続させ、且つスペクトルを測定した。これらの場合に対して、SMFスペクトル50及びMMFを有するSMFスペクトル52に対してのパワーにおける差異はFBG中心波長において約10dBであることが分かった。接続損失は約2.5dBであることが推定された。
【0042】
FBGを使用するダウンホールキャリブレーションの場合のDTSシステムに対する1つの可能な形態を図5に示してある。この分散型温度センサーシステムはDTS光学的エレクトロニクスモジュール60、OSA62、MMFか又はSMFのいずれかとすることが可能なFO−DTS64を有している。FO分散型センサーがMMFである場合には、ある長さのSMF66をMMFケーブルの端部に設けることが可能である。好適には、少なくとも1個のFBG68を設ける。SMFの長さ66がMMFに関連して設けられる場合には、好適には、FBG68がSMFの長さの上に設けられる。然しながら、理解すべきことであるが、本発明は、SMFの長さのみならずMMFの長さの上に少なくとも1個のFBG68を設けることを包含しており、且つSMFを関連して使用することなしにMMFの上に少なくとも1個のFBG68を設けることを包含している。各少なくとも1個のFBGはその特定の位置においての温度の測定値を与える。
【0043】
特定の位置においての温度を測定するために独立した温度センサー72が使用される。この独立した温度センサーは、光ファイバー温度センサーか、又は例えば電気的クオーツセンサー又は結晶クオーツゲージを有するセンサー等の別のタイプの温度センサーとすることが可能である。高度に精密且つ高度に正確な温度測定が所望される特定の場合においては、DTSよりもより精密且つ正確な温度測定値を与えることが可能なタイプのゲージを設けることが可能である。独立した温度センサー72の温度の読み及び独立した温度センサー72の位置における光ファイバー分散型温度センサー64の温度の読みを比較することが可能であり且つΔT1として差を計算することが可能である。この差は、分散型温度センサーによって得られた温度の読みに対してΔT1を適用することによりFO−DTS64の長さに沿ってFO−DTS64を較正するために使用することが可能である。
【0044】
少なくとも1個のFBG68を設けることにより、FBG温度測定値及びその位置におけるFO−DTSの温度測定値の差ΔT2を計算することにより少なくとも1個のFBGの位置において温度の補正を決定することが可能である。別の方法は、少なくとも2つのセンサーの間の長さに沿ってのΔT1及びΔT2の平均を適用することによりFO−DTSを較正することである。このような平均はDTSに沿っての温度の読みの相対的な位置に基づいて、算術平均又は重み付け(加重)平均とすることが可能である。一方、ΔT1及びΔT2はDSTに沿って空間的に適用することが可能であり、又はΔT1又はΔT2のいずれかをDTSに沿っての種々の位置において適用することが可能である。特にΔT1及びΔT2は、独立したセンサー又はFBGの位置の間、又はスプライス、接続又はベンド等の物理的特徴の既知の位置において適用することが可能である。
【0045】
図5に示した例はFBGと2個の独立したセンサーとを有しているが、本発明は、又、複数個のFBG及びFO−DTSに沿っての複数個の独立したセンサーを使用することを包含している。このような場合において、ΔT1iはi番目の独立した温度センサーとi番目の独立したセンサーの位置におけるFO−DTSの間の温度測値における差を表わしており、且つΔT2jはj番目のFBGとj番目のFBGの位置におけるFO−DTSとの間の温度測定値における差を表わしている。FO−DTSのキャリブレーション即ち較正は、ΔT1i及びΔT2jの算術平均又は重み付け平均を適用し、ΔT1i及びΔT2jの関数を適用し、又は光ファイバーにおけるスプライスの位置等のFO−DTSの既知の特性に基づいてΔT1i及びΔT2jを空間的に適用することにより行うことが可能である。
【0046】
本発明の1実施例において、光ファイバDTS及び3個の独立した温度ゲージが垂直セクションと水平セクションの両方を有する水平なウエル(孔井)内に配置させた。垂直セクションはケーシングを設け且つ水平セクションにおいてはグラベルパックチュービングを使用した。水平セクションを3つのゾーンに分離するためにパッカー及び流れ制御弁を使用した。FO−DTSをダウンホールの全長に沿って配置させた。この例ではFO−DTSに対してシングルエンド型の形態を使用したが、ループ形態を使用することも可能であった。電気的クオーツ圧力及び温度ゲージを3つの水平なゾーン各々に設けた。この例においては、電気的クオーツ圧力及び温度ゲージは流れ制御装置と関連していたが、このような関連性は制限的なものではない。その他のゲージ形態及び配置とすることは本発明の範囲内のものである。
【0047】
図6は地表からボアホール内への距離の関数としてこの実施例におけるDTSによって測定した温度を示している。水平セクションは、温度プロファイルがほぼ平坦である図6の部分とほぼ相関させることが可能であり、それは約1050メーターから全体的な深さへかけてである。温度プロファイル(分布)のこのセクションにおいては、3つの温度スパイクが存在しており、それらはFO−DTSにおける3個のスプライスと相関している。センサーの長さに沿ってのスプライスの位置は後に検討するために配置期間中に注意することが可能であるが、これらのスプライスはスプライス近くの局所的な区域においての分散型センサーのキャリブレーション即ち較正が喪失することに寄与する。キャリブレーション即ち較正の喪失が発生する可能性のある同様の局所的な区域としては、ベンド、歪み又はその他の光ファイバー分散型センサーに悪影響を与える部分である。
【0048】
図7は制御した条件下において測定し且つ製造業者の情報として提供されるベースライン温度基準と比較した全体的なDTSプロファイルにわたって約6℃の比較的一定なオフセットを示している。このことは、理想的な条件下において、FO−DTSは約1℃内の精度を提供することが可能である実質的な変動を表わしている。独立した温度センサーを使用することはこのオフセットに対する補正を行うことを可能とした。温度を、0.1℃未満の精度で1000メーター近くの独立した電気的温度ゲージを使用して測定し、且つ独立したゲージの温度測定とFO−DTSによって測定した温度との間の差として補正を計算した。次いで、全体的なDTSプロファイルをこの補正でオフセットさせ、且つダウンホール温度ゲージによって決定した正しい温度に設定した。
【0049】
図8はダウンホール内のDTSの部分に対し2つの異なる時間において採取したDTS測定値のオフセットを示している。図6におけるDTS温度測定におけるスパイクによって示されるように、FO−DTSにおけるスプライス近くの位置においてボアホール内の温度を測定するために3個の電気的クオーツ圧力及び温度ゲージを使用した。これらのゲージは約0.1℃の精度を有しており、それによりFO−DTS測定値をFO−DTSシステムの精度内のレベルへ補正することを可能とした。
【0050】
本発明の1実施例は、図6におけるスプライス又は光ファイバー損失等の物理的障害から全体的な温度エラーに対する補正を行うため、及びファイバー全長にわたってのDTS測定値の精度を独立した基準ゲージのレベル、即ち1℃より実質的に良好なレベルへ増加させるために、独立した温度ゲージからの温度測定値を使用することを意図している。本発明は、シングルエンド型及びループ型の両方のDTS形態とすることを意図している。
【0051】
本発明の別の実施例は、ループ形態に配置されたFO−DTSに沿っての補正された温度測定値を得るための方法を提供しており、それは、光ファイバーの両方の端部からの測定値を使用することを意図している。この方法は、ファイバーループの両端部からの後方散乱信号(光)から採取された測定値を使用して光ファイバーに沿っての累積的なエラーを推定することを包含している。
【0052】
一般的に、FO分散型センサーに沿って、点iにおける後方散乱エネルギEiは次式で表わされる。
【0053】
【数3】
【0054】
尚、Einputは入力パワーであり、Fiは点iにおける後方散乱係数であり且つ種々の光ファイバーに対して公知の温度の関数であり且つ
【数3a】
【0055】
は入力点からiへの分散型ファイバーに沿っての加法的エラーである。入力パワーEinputを測定することが可能である。又、特定の波長における後方散乱信号はFO分散型センサーに沿っての点において測定することが可能である。一方、例えばSAR等の特定の波長の比をFO分散型センサーに沿っての点において測定することが可能である。典型的に、この測定点はエネルギ入力点である。エネルギEinputを入力した後に、後方散乱エネルギEiが発生し、且つ後方散乱エネルギからの信号を測定することが可能であり、入力点において測定した後方散乱信号は任意の点iに対してSi=ln(Ei)として示される。この点iからの測定した後方散乱信号は、点iにおける信号Si及び測定点からiへの分散型ファイバーに沿っての信号の加法的エラー即ち損失を包含している。本発明のこの実施例は、点iへの分散型ファイバーに沿っての加法的エラーを推定し且つこの推定及び測定した後方散乱信号を使用して点iにおける真の信号Siを計算する方法を提供している。
【0056】
後方散乱信号Sと入力エネルギとの間の関係は以下の如くに公知である。
【0057】
【数4】
【0058】
尚、Siはiにおける後方散乱エネルギであり且つFiは点iにおける後方散乱係数である。Siを決定するために本発明方法を使用し、且つEinputを測定することにより、Fiを計算することが可能である。次いで、種々のタイプ及び形態の光ファイバーに対する既知の製造又はベースライン基準関数と共にFiを使用して点iにおける温度を決定することが可能である。
【0059】
本発明の1つの方法によれば、ループの一端部、例えば端部Yにおいて光エネルギパルスを供給し、且つ光ファイバーに沿っての点iにおける後方散乱波長を記録する。1例として、この方法は、ループ形態の光ファイバーの各端部からにおけるストークス波長及びアンチストークス波長を測定することに関連して説明する。本発明の技術的範囲内に入るものとして特に明示的に意図したものであるが、この方法は、例えば温度測定、その他の波長の測定、又はSAR等の波長に関連した変数の測定等の累積的エラーを示す場合のあるその他のタイプの測定に対しても適用される。又、本発明は、ストークス波長のみの測定、アンチストークス波長のみの測定、又はSARのみの場合に使用することが可能であることも意図されている。
【0060】
ストークス信号の寄与分はSとして示され且つアンチストークス信号の寄与分はAとして示される。この方法は、ループ光ファイバーセンサーの一方の端部、例えば端部Yへ光エネルギを供給することを包含している。端部Yにおいて受取られた後方散乱信号を記録し、且つ1つの点iと次の点i+1との間の信号の強度又は損失の変化を使用して、2つのアレイ、即ちストークス波長における信号に対してのSyとアンチストークス波長における信号に対してAyをポピュレート(populate)、即ちデータを入力させる。次いで、光ファイバーループの他方の端部、例えば端部Zにおいて光エネルギを供給し、且つ光ファイバーに沿っての点において後方散乱波長を記録する。端部Zにおいて受取られた後方散乱信号を記録し、且つ1つの点iと次の点i+1との間の信号強度又は損失の変化を使用して2つのアレイ、即ちストークス波長における信号に対してのSzとアンチストークス波長における信号に対してAzとをポピュレート(データ入力)させる。
【0061】
1つの点iと次の点i+1との間の損失変化は、ストークス信号及びアンチストークス信号に対するアレイES及びアレイEAによって表わされ、尚Eは点iと点i+1との間の強度又は損失における差を表わしている。
【0062】
k個の点からなるアレイの場合には、次式が成立する。
【0063】
【数5】
【0064】
光ファイバーに沿っての与えられた点iにおいて、端部Y及びZにおいて等価な光エネルギを仮定すると、端部Yから決定したストークス測定値と端部Zから決定したストークス測定値との間の差は次式で表わされる。
【0065】
【数9】
【0066】
且つ端部Yから決定したアンチストークス測定値と端部Zから決定したアンチストークス測定値との間の差は次式で表わされる。
【0067】
【数10】
【0068】
各要素のインクリメント即ち増分は、各点に対しての損失寄与分の2倍を与える。即ち、
【数11】
【0069】
このことは、温度のみに起因する信号寄与分の推定を以下の如くに行うことを可能とする。
【0070】
【数13】
【0071】
ストークス信号及びアンチストークス信号の両方から抽出した信号に対する損失寄与分に基づいて、SARを計算することが可能であり且つ各点における温度をこれら2つの波長に対する差分的損失係数を知ることの必要性なしに式1を使用して推定することが可能である。エラーが累積的なものである限り、温度情報を得るために既に処理したデータに対する損失の影響に対する補正を行うために同一の方法を使用することが可能である。
【0072】
同様に、本発明は、前方方向及び逆方向におけるSARの直接的測定及び温度に起因する信号損失寄与分の推定を以下の如くに行うことを包含している。
【0073】
k個の点からなるアレイの場合、
【数15】
【0074】
各要素のインクリメント即ち増分は各点に対する損失寄与分の2倍を与え、即ち、
【数17】
【0075】
このことは、以下の如くに温度のみに起因する信号寄与分の推定を行うことを可能とする。
【0076】
【数18】
【0077】
図9は、光ファイバーの一端部において入力したエネルギ(前方方向と呼称される)及び光ファイバーの反対側の端部において入力したエネルギ(逆方向と呼称される)から回収したデータ及び本発明を使用して補正したデータの1例を示している。この場合に、ファイバーはその長さに沿って約305mにおいて冷水を通過しており且つ該ファイバーはその長さに沿って約305mにおいて高温炉を介して通過している。
【0078】
該炉の直前及び直後においてファイバー長に沿って約325m及び約360mにおいてファイバーを鉛筆の周りにコイル状とさせることによって局所的な高い損失の領域を誘発させた。主に高い損失点においてのストークスデータ及びアンチストークスデータに対する減衰における差に起因して前方データと後方データとは一致していない。ストークス及びアンチストークスの生のデータを使用することなしにデータを補正した。
【0079】
本発明の実施例を相補的な形態で結合可能であることは本発明の技術的範囲内のものとして意図されている。例えば、ストークス波長及びアンチストークス波長における光を供給すること、後方散乱信号を測定すること、アレイをポピュレート(データ入力)すること、及びエラーを計算することに関連して、独立的な温度測定位置において計算したエラーを較正するために独立した温度測定を与えることが可能である。本発明はボアホールにおいて同時的に又は異なる時間においてこのような複数の実施例を与えることにより温度の測定又はボアホール特性の較正を行うことを意図している。本発明は、更に、SMF、MMF、又はSMFとMMFとの組合わせを有するFO−DTSを使用することを意図している。
【0080】
以上、本発明の具体的実施の態様について詳細に説明したが、本発明は、これら具体例にのみ制限されるべきものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱することなしに種々の変形が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図1】ストークス波長及びアンチストークス波長における光パルスを使用する本発明の1実施例を示した概略図。
【図2】FO−DTS内にFBGが設けられている本発明の1実施例を示した概略図。
【図3】単一モード光ファイバーにおいてFBGを使用した場合に得られる正規化したスペクトルとマルチモード光ファイバーにおいてFBGを使用した場合に得られる正規化したスペクトルとを示したグラフ図。
【図4】単一モード光ファイバーとマルチモード光ファイバーとを使用したFBGによって得られるスペクトルを示したグラフ図。
【図5】FBGを使用するダウンホールキャリブレーションを有するFO−DTSシステムに対する1つの可能な形態を示した概略図。
【図6】ボアホール内のFO−DTSの配置例に対して距離の関数としての温度及びエラーを示したグラフ図。
【図7】ボアホール内のFO−DTSの配置例に対して距離の関数としての温度及びエラーを示したグラフ図。
【図8】ボアホール内のFO−DTSの配置例に対して距離の関数としての温度及びエラーを示したグラフ図。
【図9】前方方向及び逆方向の両方において回収した温度データ及びストークス波長とアンチストークス波長の間の増分的損失変化に対して補正したテ゛ータを示したグラフ図。
【符号の説明】
10 DTS光学的エレクトロニクスモジュール
12 ストークス波長光源
14 アンチストークス波長光源
16 メモリ
18 プロセッサ
20 光ファイバー分散型温度センサー
Claims (48)
- 光ファイバー分散型温度センサーを使用して温度を決定する方法において、
(a)ストークス波長における光学的エネルギを光ファイバー分散型温度センサーへ供給し、
(b)ストークス波長における後方散乱信号を受取り且つその強度を測定し、
(c)アンチストークス波長における光学的エネルギを前記光ファイバー分散型温度センサーへ供給し、
(d)アンチストークス波長における後方散乱信号を受取り且つその強度を測定し、
(e)光ファイバーに沿っての選択した位置においてストークス波長とアンチストークス波長における後方散乱信号の間の減衰比を計算し、
(f)(a)乃至(e)のステップを異なる時間において繰返し行い、
(g)ストークス波長及びアンチストークス波長の時間に関しての減衰比における変化を計算し、
(h)測定したSARと前記時間に関しての減衰比における変化とを乗算することにより補正したSARを計算し、
(i)前記補正したSARを使用して前記光ファイバー分散型温度センサーによって測定した温度を調整する、
ことを特徴とする方法。 - 請求項1において、可変同調光源がストークス波長における前記光エネルギ及びアンチストークス波長における前記光エネルギを供給することを特徴とする方法。
- 請求項1において、前記光ファイバー分散型温度センサーがボアホール内に配置されていることを特徴とする方法。
- 光ファイバー分散型温度センサーの測定値を較正する方法において、
(a)ストークス波長における光エネルギを光ファイバー分散型温度センサーへ供給し、
(b)ストークス波長における後方散乱信号を受取り且つその強度を測定し、
(c)アンチストークス波長における光エネルギを前記光ファイバー分散型温度センサーへ供給し、
(d)アンチストークス波長における後方散乱信号を受取り且つその強度を測定し、
(e)光ファイバーに沿っての選択した位置においてストークス波長及びアンチストークス波長における後方散乱信号の間の減衰比を計算し、
(f)(a)乃至(e)のステップを異なる時間において繰返し行い、
(g)ストークス波長及びアンチストークス波長の時間に関しての減衰比における変化を計算し、
(h)光ファイバー分散型温度センサーを使用して温度を測定し、
(i)測定したSARと前記時間に関しての減衰比における変化とを乗算することにより補正したSARを計算する、
ことを特徴とする方法。 - 請求項4において、可変同調光源がストークス波長における前記光エネルギ及びアンチストークス波長における前記光エネルギを供給することを特徴とする方法。
- 請求項4において、前記光ファイバー分散型温度センサーがボアホール内に配置されていることを特徴とする方法。
- 光ファイバー分散型温度センサーに沿って温度を決定する方法において、
(a)光ファイバー分散型温度センサーを使用して温度を測定し、
(b)前記光ファイバー分散型温度センサーに沿って位置されている独立した温度センサーを使用して温度を測定し、
(c)前記独立した温度センサーの位置において前記光ファイバー分散型温度センサーによって測定した温度と前記独立した温度センサーによって測定した温度との値の温度差ΔT1を計算し、
(d)ΔT1を使用して前記光ファイバー分散型温度センサーによって測定した温度を調整する、
ことを特徴とする方法。 - 請求項7において、前記光ファイバー分散型温度センサーがボアホール内に配置されていることを特徴とする方法。
- 請求項7において、前記光ファイバ−分散型温度センサーが、更に、ファイバーブラッググレーチングを有していることを特徴とする方法。
- 光ファイバー分散型センサー測定値を較正する方法において、
(a)光ファイバー分散型センサーに沿っての興味のあるパラメータを測定し、
(b)独立したセンサーにより前記興味のあるパラメータを測定し、
(c)前記独立したセンサーの位置においての前記光ファイバー分散型センサーによって測定した興味のあるパラメータと前記独立したセンサーによって測定した興味のあるパラメータの間の差ΔT1を決定し、
(d)ΔT1を使用して前記光ファイバー分散型センサーによって測定した興味のあるパラメータを調整する、
ことを特徴とする方法。 - 請求項10において、前記光ファイバー分散型センサーがボアホール内に配置されていることを特徴とする方法。
- 請求項10において、前記光ファイバー分散型センサーが、更に、ファイバーブラッググレーチングを有していることを特徴とする方法。
- 請求項10において、前記興味のあるパラメータが温度であることを特徴とする方法。
- 請求項10において、前記興味のあるパラメータが圧力であることを特徴とする方法。
- 請求項11において、前記独立したセンサーが前記ボアホール内の特定の興味のある位置に配置されていることを特徴とする方法。
- ボアホール内に配置されている較正した光ファイバー分散型温度センサーにおいて、少なくとも1個のファイバーブラッググレーチングを有する光ファイバー分散型温度センサー及び前記ボアホール内に配置されている少なくとも1個の独立した温度センサーを有していることを特徴とする光ファイバー分散型温度センサー。
- ボアホールパラメータを正確に決定する方法において、
(a)ボアホール内に光ファイバー分散型センサーを配置し、
(b)前記光ファイバー分散型センサーに沿って前記ボアホール内に独立したセンサーを設け、
(c)前記光ファイバー分散型センサーを使用してボアホールパラメータを測定し、
(d)前記独立したセンサーを使用して前記ボアホールパラメータを測定し、その場合に前記独立したセンサーは前記光ファイバー分散型センサーよりも一層正確な測定値を与え、
(e)前記独立したセンサーによって行われたボアホールパラメータの測定と前記独立したセンサーの位置における前記光ファイバー分散型センサーを使用して行われたボアホールパラメータの測定との間の差を計算し、
(f)前記差によって前記光ファイバー分散型センサーを使用して行われたボアホールパラメータの測定値を調整する、
ことを特徴とする方法。 - 請求項17において、前記ボアホールパラメータが温度であることを特徴とする方法。
- 請求項17において、前記ボアホールパラメータが圧力であることを特徴とする方法。
- 請求項17において、前記光ファイバー分散型センサーが、更に、FBGを有していることを特徴とする方法。
- 光ファイバー分散型センサーに沿っての興味のあるパラメータを決定する方法において、
(a)光ファイバー分散型センサーへ光エネルギを供給し、
(b)前記光ファイバー分散型センサーを使用して興味のあるパラメータを測定し、
(c)前記光ファイバー分散型センサーにおける少なくとも1個のファイバーブラッググレーチングを使用して前記興味のあるパラメータを測定し、
(d)jがファイバーブラッググレーチングの数であるとして、少なくとも1個のファイバーブラッググレーチング基準の位置における前記光ファイバー分散型センサーを使用して測定した興味のあるパラメータと前記少なくとも1個のファイバーブラッググレーチングによって測定した興味のあるパラメータとの間の興味のあるパラメータの差ΔT2jを決定し、
(e)ΔT2jを使用して前記光ファイバー分散型センサーによって行われた興味のあるパラメータの測定値を調整する、
ことを特徴とする方法。 - 請求項21において、前記光ファイバー分散型センサーがボアホール内に配置されていることを特徴とする方法。
- 請求項21において、前記ボアホールパラメータが温度であることを特徴とする方法。
- 請求項21において、前記ボアホールパラメータが圧力であることを特徴とする方法。
- 請求項21において、前記光ファイバー分散型センサーが単一モードファイバーであることを特徴とする方法。
- 請求項21において、前記光ファイバー分散型センサーがマルチモードファイバーであることを特徴とする方法。
- 請求項21において、前記光ファイバー分散型センサーが単一モードファイバーとマルチモードファイバーとの組合わせであることを特徴とする方法。
- 光ファイバー分散型温度センサーに沿って温度を決定する方法において、
(a)光ファイバー分散型温度センサーへ光エネルギを供給し、
(b)前記光ファイバー分散型温度センサーを使用して温度を測定し、
(c)前記光ファイバー分散型温度センサーに沿って位置されている少なくとも1個の独立した温度センサーを使用して温度を測定し、
(d)前記光ファイバー分散型温度センサーにおける少なくとも1個のファイバーブラッググレーチング温度を使用して温度を測定し、
(e)iが独立した温度センサーの数であるとして、前記少なくとも1個の独立した温度センサーの位置における前記光ファイバー分散型温度センサーによって測定した温度と前記少なくとも1個の独立した温度センサーによって測定した温度との間の温度差ΔT1jを決定し、
(f)jがファイバーブラッググレーチングの数であるとして、前記少なくとも1個のファイバーブラッググレーチング基準の位置における前記分散型温度センサーによって測定した温度と前記少なくとも1個のファイバーブラッググレーチングによって測定した温度との間の温度差ΔT2jを決定し、
(g)ΔT1i及びΔT2jを使用して前記光ファイバー分散型温度センサーによって測定した温度を調整する、
ことを特徴とする方法。 - 請求項28において、前記光ファイバー分散型センサーによって測定した温度に対する調整をi個の独立した温度センサーの位置とj個のファイバーブラッググレーチングの位置との間において行うことを特徴とする方法。
- 請求項28において、前記光ファイバー分散型温度センサーがボアホール内に配置されていることを特徴とする方法。
- 請求項28において、前記光ファイバー分散型センサーによって測定した温度に対する調整が、前記光ファイバー分散型温度センサーに沿って空間的に異なることを特徴とする方法。
- 請求項31において、前記光ファイバー分散型温度センサーの既知の特徴の位置に基づいて前記調整が空間的に変化することを特長とする方法。
- 光ファイバー分散型温度センサーの測定値を較正する方法において、
(a)光ファイバー分散型温度センサーへ光エネルギを供給し、
(b)前記光ファイバー分散型温度センサーに沿って位置されている少なくとも1個の独立した温度センサーを使用して温度を測定し、
(c)前記光ファイバー分散型温度センサーにおける少なくとも1個のファイバーブラッググレーチングを使用して温度を測定し、
(d)前記少なくとも1個の独立した温度センサーによって測定した温度と前記少なくとも1個のファイバーブラッググレーチングによって測定した温度を使用して前記光ファイバー分散型温度センサーによって測定した温度を調整する、ことを特徴とする方法。 - 請求項33において、前記光ファイバー分散型センサーがボアホール内に配置されていることを特徴とする方法。
- 光ファイバー分散型温度センサーに沿って温度を決定する方法において、
(a)光ファイバー分散型温度センサーの一端部内に光エネルギを供給し且つ前方方向に伝達させ、
(b)ストークス波長における後方散乱信号を測定し、
(c)前方方向において光エネルギ入力から前記センサーに沿っての種々の点においてのストークス波長においての信号における増分的損失を決定し且つアレイをポピュレートし、
(d)アンチストークス波長における後方散乱信号を測定し、
(e)前方方向において光エネルギ入力から前記センサーに沿っての種々の点においてのアンチストークス波長における信号においての増分的損失を決定し且つアレイをポピュレートし、
(f)前記光ファイバー分散型温度センサーの他端内に光エネルギを供給し且つ逆方向に伝達させ、
(g)ストークス波長における後方散乱信号を測定し、
(h)逆方向においての光エネルギ入力から前記センサーに沿っての種々の点においてのストークス波長における信号においての増分的損失を決定し且つアレイをポピュレートし、
(i)アンチストークス波長においての後方散乱信号を測定し、
(j)逆方向において光エネルギ入力から前記センサーに沿っての種々の点においてのアンチストークス波長においての信号における増分的損失を決定し且つアレイをポピュレートし、
(k)前記センサーに沿っての任意の与えられた点に関して前方方向及び逆方向においてのストークス波長における測定増分的損失変化の間の差を決定し、
(l)前記センサーに沿っての任意の与えられた点に対して前方方向及び逆方向におけるアンチストークス波長においての測定増分的損失変化の間の差を決定し、
(m)次式により、
(n)次式によって、
(o)前記光ファイバー分散型温度センサーを使用して温度を測定し、
(p)補正したストークスSi及びアンチストークスAi波長を使用して測定した温度を調整する、
ことを特徴とする方法。 - 請求項35において、可変同調光源がストークス波長における前記光エネルギ及びアンチストークス波長における前記光エネルギを供給することを特徴とする方法。
- 請求項35において、前記光ファイバー分散型温度センサーがボアホール内に配置されていることを特徴とする方法。
- 請求項35において、前記光ファイバー分散型温度センサーが、更に、ファイバーブラッググレーチングを有していることを特徴とする方法。
- 光ファイバー分散型温度センサー測定値を較正する方法において、
(a)光ファイバー分散型温度センサーの一端部内に光エネルギを供給し、
(b)前記一端部においてストークス波長及びアンチストークス波長における後方散乱信号を受取り且つストークス波長における信号のアレイ及びアンチストークス波長における信号のアレイをポピュレートし、
(c)前記光ファイバー分散型温度センサーの他端部内に光を供給し、
(d)前記他端部においてストークス波長及びアンチストークス波長における後方散乱信号を受取り且つストークス波長における信号のアレイ及びアンチストークス波長における信号のアレイをポピュレートし、
(e)次式により、
(f)次式により、
ことを特徴とする方法。 - 光ファイバー分散型センサーに沿っての興味のあるパラメータを測定する方法において、
(a)光ファイバー分散型センサーの一方の端部内に光エネルギを供給し且つ前方方向に伝達させ、
(b)後方散乱信号を測定し、
(c)前記センサーに沿っての種々の点において前方方向における光エネルギ入力から信号における増分的損失を決定し且つアレイをポピュレートし、
(d)前記光ファイバー分散型センサーの他方の端部内に光エネルギを供給し且つ逆方向に伝達させ、
(e)後方散乱信号を測定し、
(f)前記センサーに沿っての種々の点において逆方向においての光エネルギ入力から信号における増分的損失を決定し且つアレイをポピュレートし、
(g)前記光ファイバー分散型センサーに沿っての任意の与えられた点に対して逆方向における信号においての信号においての増分的損失及び前方方向においての信号における増分的損失の平均を決定し、
(h)前記平均によって前記光ファイバー分散型センサーを使用して行ったパラメータ測定値を調整する、
ことを特徴とする方法。 - 請求項40において、前記後方散乱信号がストークス波長において測定されることを特徴とする方法。
- 請求項40において、前記後方散乱信号がアンチストークス波長において測定されることを特徴とする方法。
- 請求項40において、前記後方散乱信号がストークス波長及びアンチストークス波長において測定されることを特徴とする方法。
- 請求項40において、前記後方散乱信号がSARとして測定されることを特徴とする方法。
- 請求項40において、可変同調光源が光エネルギを供給することを特徴とする方法。
- 請求項40において、前記光ファイバー分散型センサーがボアホール内に配置されることを特徴とする方法。
- 請求項40において、前記光ファイバー分散型センサーが、更に、ファイバーブラッググレーチングを有していることを特徴とする方法。
- 請求項40において、前記光ファイバー分散型センサーが、更に、独立したセンサーを有していることを特徴とする方法。
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