NO320475B1 - Trykkmaler for a avfole trykket til et system - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelsen angår trykkmålere og mer spesielt en trykkmåler av den art som angitt i innledningen til patentkrav 1.

I mange prosesser eller testprosedyrer kan behovet for å måle et spesielt eller generelt trykk være ytterst viktig for å styre den respektive prosessen eller for å forstå forholdene som gjennomgås. En rekke forskjellige trykksensorutforminger blir vanlig brukt for å måle et slikt trykk, innbefattende belastningstrykksensorer, Bourdonrør, kvartssensorer og hybrider av disse. F.eks. finnes det Bourdonrørutforminger hvor et rør er åpent og fastgjort i en ende, hvor det indre av røret er utsatt for systemtrykk for trykkovervåk-ning. Den andre enden av røret er lukket og kan beveges fritt. Når røret blir utsatt for systemtrykk, er bevegelsen til rørets frie ende direkte relatert til størrelsen på systemtrykket. Den frie enden til røret kan være tilkoplet via en direkte virkende mekanisk kopling som er koplet til viser som beveger seg over en kalibrert skalaangivelse for å gi en indikasjon på systemtrykket.

En annen Bourdonrørutforming anvender bevegelsen til Bourdonrøret til å påvirke et quartskrystall. Endringen i reaktansen til krystallet som er under påkjenning kan måles lokalt inne i trykkmåleren og refereres elektronisk til en kalibrert oppslagstabell for det virkelige trykket. Utformingsvariasj onene til anordningene ovenfor går på endring av resonans eller belastning via belastningsmålere.

Som eksempler på kjent teknikk, kan det vises til publikasjonene JP 03 249531 A og US 5,414,507 hvor det fra den første publikasjonen er kjent en Bourdon trykksensor hvor en optisk fiber er festet langs et C-formet Bourdonrør som har et inntakshull. En reflekterende overflate er plassert i den bevegelige enden av det C-formet Bourdonrøret mens en lyskilde og en fotodetektor er koplet til den optiske fiberen i den andre enden av den optiske fiberen. Ved endring av trykk fra inntakshullet endrer det C-formet Bourdonrø reret og dermed også den optiske fiberen form. Når den optiske fiberen endre form, end-res også mengden lys tapt i fiberen.

Den andre publikasjonen gjelder en fiberoptisk trykksensor hvor det benyttes et interfe-rometerelement. Trykksensoren består av en sylinder med et trykkammer og en åpning i ene enden av sylinderen for utlikning av trykk. Det er videre tilveiebrakt en deteksjons fiber og trykksensoren måler trykk ved å måle strekk i deteksjonsfiberen og registrerer samtidig et signal fra en optisk referanse fiber. Overføringen av trykk til bevegelse skjer via en belg, men kan også skje via et Bourdonrør.

Selv om påliteligheten til det elementære Bourdonrøret er svært høy, er klebemidlene og de elektroniske komponentene som anvendes i dagens Bourdonrørquartskrystallutfor-minger svært utsatt for feil, spesielt ved høye lokale eller omgivende temperaturer. F.eks., ved temperaturer høyere enn 125°C vil de elektroniske kretsene tilordnet en trykkmåler eller et quartskrystall bli svekket slik at påliteligheten til systemet settes i fare både når det gjelder nøyaktighet og funksjonalitet. I tillegg vil de forskjellige klebe eller festemidlene som anvendes med en slik trykkmåler eller quartskrystall kunne bli utsatt for feil ved temperaturer som er høyere enn 125°C. Det er derfor et behov for en pålitelig trykksensorutforming, som er spesielt egnet for bruk under forhold med høy lokal eller omgivelsestemperatur.

Dette oppnås med en trykkmåler av den innledningsvis nevnte art som er kjennetegnet ved trekkene angitt i karakteristikken til det selvstendige patentkrav 1.

Fordelaktige utførelser av oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige patentkravene.

Den foreliggende oppfinnelsen tilveiebringer en vesentlig forbedring sammenlignet med kjent teknikk. En enkel trykkmåler er tilveiebrakt som er spesielt egnet for bruk i miljø-er med høy temperatur, høyt trykk eller annen skadelig påvirkning. I tillegg er måleren i henhold til den foreliggende oppfinnelsen enkel å temperaturkompensere slik at det tilveiebringes et pålitelig og nøyaktig trykksignal. Det er ikke noe krav om å anordne elektronisk behandlingsutstyr direkte på målestedet siden lyssignalene som reflekteres av de optiske belastningssensorene i måleren kan overføres via en optisk fiber til et fjerntliggende sted for behandling. Det er derfor frembrakt en meget pålitelig og nøyak-tig trykkmåler. Den optiske fiberen og sensorene som anvendes med oppfinnelsen kan fungere over et bredt temperaturområde, og derfor kan målerne i henhold til oppfinnelsen anvendes på steder som både er hasardiøse og med høy temperatur.

De forutgående og andre formål, egenskaper og fordeler med den foreliggende oppfinnelsen vil bli mer tydelige i lys av den etterfølgende detaljerte beskrivelsen av eksem-pelutførelser av oppfinnelsen, som illustrert i de medfølgende tegningene. Fig. 1 er et tverrsnitt av en trykkmåler som anvender optiske belastningssensorer i henhold til den foreliggende oppfinnelsen; Fig. 2 er et skjematisk blokkdiagram over optisk signalbehandlingsutstyr som anvendes med trykkmåleren på fig. 1; Fig. 3 er et tverrsnitt av en andre utførelse av en trykkmåler som anvender optiske belastningssensorer i henhold til den foreliggende oppfinnelsen; Fig. 4 er et tverrsnitt, delvis atskilt, av en tredje utførelse av en trykkmåler som anvender optiske belastningssensorer i henhold til den foreliggende oppfinnelsen; Fig. 5 er et tverrsnitt, delvis atskilt, av en fjerde utførelse av en trykkmåler som anvender optiske belastningssensorer i henhold til den foreliggende oppfinnelsen; Fig. 6 er et tverrsnitt, delvis atskilt, av en femte utførelse av en trykkmåler som anvender optiske belastningssensorer i henhold til den foreliggende oppfinnelsen; og Fig. 7 er et tverrsnitt, delvis i atskilt, av trykkventilen i henhold til fig. 1 hvor det anvendes et par Braggittere for å danne en optisk belastningssensor.

Bourdonrørtrykkmåleren 10 i henhold til oppfinnelsen er spesielt velegnet for drift i et høytemperatur, høytrykk og/eller hasardiøst miljø for å tilveiebringe pålitelige trykkin-dikasjoner. Med henvisning til fig. 1 beror oppfinnelsen på det grunnleggende prinsippet til et Bourdonrør 11 når en ende av røret 12 er åpent for trykket til omgivelsene som skal overvåkes og den andre enden til røret 14 er lukket og kan beveges fritt. I eksempelet på fig. 1 er Bourdonrøret 11 i form av en bue 16 og den åpne enden til røret 12 er festet, f.eks. til en basis eller et monteringselement 20 og den lukkede enden til røret 14 kan bevege seg fritt. Når den åpne enden til røret 12 blir utsatt for trykket til systemet som overvåkes, vil den lukkede enden til røret 14 bevege seg som respons på endringer i systemtrykket.

I eksempelet på den foreliggende oppfinnelsen er en motvekt eller kompensasjonsmon-tasje 25, innbefattende justerbare vekter i multiple akser 26,27 anordnet for å minimali-sere treghetsvirkninger på Bourdonrøret 11 på grunn av vibrasjon. En hvilken som helst egnet kompensasjonsteknikk, slik som den illustrerte konvensjonelle treaksekompensa-sjonsteknikker, kan anvendes i oppfinnelsen for å stabilisere enhver vibrasjonsindusert defleksjon av røret 11. Derfor motvirker kompensasjonsmontasjen endringer i respons-egenskapene til Bourdonrøret 11 på trykket til omgivelsene basert på orienteringen til den totale trykkmåleren 10 og eventuelle treghetseffekter. Dersom trykkmåleren 10 alltid vil være plassert i en kjent orientering og ikke vil være utsatt for vibrasjon eller andre treghetseffekter, kan Bourdonrøret 11 være utformet slik at kompensasjonsmontasjen 25 ikke er nødvendig.

I utførelsen av oppfinnelsen som er illustrert på fig. 1 er det anordnet en monteringsstolpe 30 for å opplagre Bourdonrøret 11 på et monteringssted 32. Den andre enden 33 av

monteringsstolpen 30 er festet til basisen 20. Monteringsstolpen 30 er laget av et materiale med høy styrke og som har lav termisk ekspansjonskoeffisient slik at det ikke reagerer på høytemperaturomgivelsene. I tillegg er monteringsstolpen 30 utformet slik at den minimaliserer bevegelsen av Bourdonrøret 11 som respons på vibrasjon eller annen mekanisk påvirkning som måleren 10 er utsatt for.

Et hus 35 er montert på basisen 20 for å inneslutte Bourdonrøret 11. Den andre enden 45 til huset 35 omfatter en monterings- og pakningsmontasje 47 gjennom hvilken det passerer en optisk fiber 50.1 pakningsmontasjen 47 passerer den optiske fiberen 50 gjennom en høytrykks optisk fiberpakning 52 for derved å tette de indre omgivelsene til måleren 10 fullstendig. Enden til pakningsmontasjen 47 er utstyrt med en montasje 55 for montering av et høystyrkekapilærrør 57, f.eks. via en låsemutter 59. Huset 35, basisen 20, pakningen 47, kapillærrøret 50 og det medfølgende monteringsutstyret kan være laget av høytemperatur, trykk og kollisjonsmotstandsdyktig materiale, slik som rustfritt stål. Huset 35 kan være montert på basisen 20 og tettet til denne via en sveis 63.1 tillegg kan en O-ringstetning 65 være anordnet mellom pakningsmontasjen 57 og huset 35 for å derved å tilveiebringe en trykktett forsegling. Det indre rommet 69 til måleren 10 dannet av huset 35, basisen 20 og pakningsmontasjen 47 skaper et kammer, som kan tømmes for derved å tilveiebringe en absolutt trykkmåler. Alternativt kan det indre rommet 69 være fylt med en innrørt gass til et kjent trykk, etter ønske.

Den optiske fiberen 50 er montert på et første monteringssted 70 til den frie enden 14 til Bourdonrøret 11 og på et andre monteringssted 72 til monteringsstoplen 30. Den optiske fiberen 50 er montert på monteringsstedene ved hjelp av dertil egnede høy styrke, høy temperaturresistente monteringsinnretninger, slik som høytemperaturklebemiddel, sveis, eller andre egnede monteringsinnretninger. Et Bragg gitter 75 er tilformet i fiberen 50 mellom det første og andre monteringsstedet 70,72.1 utførelsen av oppfinnelsen som er illustrert på fig. 1 er den første lengden 78 til fiberen 50 mellom det første og andre monteringsstedet 70, 72 som inneholder Bragg gitteret 75 montert slik at den er under en forspent tilstand når Bourdon røret 11 ikke er utsatt for systemtrykk. Ved å montere fiberlengden 78 under en forspenning, er Bragg gitteret 75 under en kjent startspenning og endringer i spenningen i Bragg gitteret 75 tilknyttet endringer i Bourdonrøret 11 som igjen er knyttet til endringer i trykket, er enkle å bestemme. En andre lengde 80 av fibere 50 er tilkoplet mellom det andre monteringsstedet 72 og et tredje monteringssted 82 ved hjelp av en egnet monteringsmåte som beskrevet ovenfor. Et andre Bragg gitter 85 er tilformet i den andre lengden 80 av fiberen 50. Den andre lengden 80 av fiberen 50 er montert slik at den ikke er under en forbelastning, og også slik at den ikke er utsatt for belastning tilknyttet trykket til systemet. Derfor er hensikten med det andre Bragg gitteret 85 bare at det skal bli utsatt for en endring i belastningen tilknyttet temperaturen, og at det er isolert fra belastninger forårsaket av andre innvirkninger.

Som kjent for fagkyndige på området er fibergitteret (Bragg gitteret) godt egnet for anvendelse som belastningsavfølingselementer. Når et fibergitter blir opplyst, reflekterer gitteret et smalt bånd av lys som har en spesifisert sentral bølgelengde. En måleverdi slik som en belastning indusert av trykket eller temperatur vil imidlertid indusere en perturbasjon til gittersensoravstanden på grunn av den totale fiberforlengelsen, og til brytningsindeksen til glasset på grunn av fotoelastiske effekter, hvilket sammen endrer bølgelengden til lyset som reflekteres av gitteret. Verdien til måleobj ektet er direkte relatert til bølgelengden som reflekteres av gitteret og kan bestemmes ved å detektere bølgelengden til det reflekterte lyset.

Som ytterligere kjent på området, har den bølgelengdekodede naturen til utgangen fra fibergitteret fordeler sammenlignet med intensitetbaserte avfølingsteknikker på grunn av selvreferansenaturen til utgangen eller utgangssignalet. Denne avfølte informasjonen er kodet direkte i bølgelengden, hvilket er en absolutt parameter som ikke er avhengig av totale lysnivåer, tap i fiberne eller koplerne, eller variasjoner i kildeintensiteten. I mot-setning til dette avhenger intensitetbaserte avfølingsanordninger av totale lysnivåer og blir påvirket av tap i de tilkoplede fiberne, av tap i koplerne, og av variasjoner i kildeintensiteten.

Det refereres også til fig. 2, og trykkmåleren 10 er posisjonert ved en distal ende av ka-pillærrøret 57 og er koplet til optisk signalbehandlingsutstyr 100 via den optiske fiberen 50 og velkjent kapillærrørleveringsutstyr 102. Leveringsutstyret 102 blir brukt for å le-vere trykkmåleren 10 og kapillærrøret 57 til et miljø eller en omgivelse som skal overvåkes, slik det ugjestmilde miljøet i et borehull til en olje og/eller gassbrønn (ikke vist), og for leveringen av optiske signaler mellom det optiske signalbehandlingsutstyret 100 og trykkmåleren 10, enten direkte eller via grensesnittutstyret 102, etter behov.

Det optiske signalbehandlingsutstyret 100 innbefatter som et minimum en bredbåndkil-de av lys 149, slik som den lysemitterende dioden (LED) og passende utstyr for levering av signallys til Bragg gitterne 75,85 innbefattet i en kjerne av den optiske fiberen 50.1 tillegg omfatter det optiske signalbehandlingsutstyret 100 passende optisk signalanaly-seutstyr 150 for å analysere retursignalene fra Bragg gitrene 75,85.

Fig. 2 viser et arrangement for å overvåke bølgelengdeskiftene frembrakt av Bragg gittersensorene 75,85 for å tilveiebringe både statisk trykk og temperaturovervåkning, sammen med høyoppløsningavføling for transiente trykkfluktuasjoner, i den utstrekning som dynamisk trykk kan avføles av et Bourdonrør. Hvert av Bragg gitterne 75,85 virker som en resonans reflektor og arbeider som en sensor montert for å respondere på den måten som er beskrevet her.

Lys fra den optiske bredbåndskilden 149 blir koplet til fiberen 50 via en kopler 122. Denne kopleren 122 retter lys til målermontasjen 10, og retter de reflekterte optiske komponentene fra Bragg gittersensorene 75,85 til det optiske signalanalyseutstyret 150 innbefattende bølgelengdeovervåkningssubsystemer 124 og 126. Et av bølglengdeover-våkingssystemene 124 tillater detekteringen av bølgelengdeskilter til Bragg gitterele-mentene ved bruk av "absolutt" fremgangsmåte for statisk parameterovervåkning (f.eks. trykk og temperatur). Det andre bølgelengdeovervåkningssystemet 126 sørger for detektering av svake dynamisk induserte endringer for transient eller dynamisk trykkovervåk-ning, i den graden Bourdonrøret 11 er i stand til å reagere på trykktransienter.

For å kunne overvåke statiske bølgelengdeskifter blir de returnerte optiske komponentene rettet inn i en optisk bølgelengde analysator 124, slik som et skannende smalbåndfil-ter, som frembringer et mål på Braggbølgelengden til signallyset reflektert av Bragg gitterne 75,86. Statisk trykk kan avledes fra differensialendringen til Braggbølgelengde-ne frembrakt av Bragg-gitteret 75, mens temperaturen bestemmes direkte fra et mål av Braggbølgelengden til Bragg gitteret 85. Temperaturmålingen kan anvendes for å temperaturkompensere trykkmålingen.

En del av de returnerte optiske komponentene blir avdelt ved bruk av en kopler 123, til en alternativ bølgelengdediskriminator 126 for derved å tilveiebringe høyoppløsnings-overvåkning av bølgelengdeskiftet. For å kunne separere responsene til de forskjellige gitterne 75,85, blir en del av de returnerte optiske komponentene fra gitrene rettet til et bølgelengdefilter eller en ruter 125. Denne anordningen separerer de optiske signalene frembrakt av hvert Bragg gitter ved hjelp av selektiv filtrering. Båndpassene til denne anordningen er vide nok til å sikre at under normale driftsforhold (fullt temperatur og trykkområder), passerer alltid det optiske signalet frembrakt av f.eks. gitteret 75. Ut-gangssignalene fra ruteren kan så analyseres ved bruk av sensitive bølgelengdediskrimi-natorer 126 for å bestemme bølgelengdemodulasjonseffekter på grunn av vibrasjon eller dynamisk trykk. Ved å avstemme filterets 125 passbånd kan de separate gitterne i systemet analyseres individuelt. Alternativt kunne det anvendes en bølgelengdedivisjons-demultiplekser ved å separere bølgelengdekomponentene på separate fibere, som så kunne bli analysert via separate høyoppløsningsbølgelengdediskirminatorer. Som ek-sempel på typen bølgelengdediskriminatorer som er egnet til dette formålet, er den inter-ferrometriske detekteringsrfemgangsmåten som er beskrevet i US-patent nr. 5,361,130, hvis fremstilling herved er innlemmet som referanse.

Selv om det ovenfor er beskrevet en spesifikk utførelse av det optiske signalbehandlingsutstyret 100, kan andre optiske signalanalyseteknikker anvendes med den foreliggende oppfinnelsen slik som den nødvendige maskinvare og programvare for å imple-mentere det optiske signaldiagnoseutstyret som er beskrevet i US-patentene nr. 4,996,619; 5,401,956; 5,426,297; og/eller 5,493,390, hvis fremstillinger herved er innlemmet som referanser.

Som vel kjent på området, er det forskjellige optiske signalanalyserfemgangsmåter som kan anvendes for å analysere retursignalene fra de fiberoptiske Bragg gitterne. Disse fremgangsmåter kan generelt klassifiseres i de følgende fire kategorier: 1. Direkte spektroskopi ved bruk av konvensjonelle dispersive elementer slik som linje-gittere, prismer etc., og en lineær rekke av fotodetektorelementet eller en CCD rekke; 2. Passiv optisk filtrering ved bruk av optikk eller en fiberanordning med bølgelengde-avhengig overføringsfunksjon, slik som en WDM kopler; 3. Sporing ved bruk av et avstembart filter slik som f.eks. et skanne Fabry-Perot filter, et akusto-optisk filter, slik som filteret beskrevet i det ovenfor angitte US-patent nr. 5,493,390 eller Bragg fibergitterbaserte filtre; og

4. Interferometrisk detektering.

Den bestemte teknikken som anvendes vil variere, og vil avhenge av størrelsen på Braggbølgelengdeskiftet (som avhenger av sensorsensitiviteten og styrken på den målte verdien) og frekvensområdet til den målte verdien som skal detekteres.

Det returneres nå til fig. 1 hvor en distal ende 136 av fiberen 50, montert f.eks. på det tredje monteringsstedet 82 er terminert på en antireflekterende måte for å forhindre in-terferens med de reflekterte bølgelengdene fra Bragg gitterne 75,85. F.eks. kan den distale enden 136 til fiberen 50 være kløvet i en vinkel slik at endeflaten ikke er perpen-dikulær på fiberaksen. Alternativt kan den distale enden 136 til fiberen 50 være belagt med et materiale som er tilpasset brytningsindeksen til fiberen, og således tillater lys å slippe ut av fiberen uten tilbakerefleksjon, og så bli utlevert i det brymingsindekstilpas-sede materialet.

Som beskrevet ovenfor består hvert Bragg gitter 75, 85 av en periodisk variasjon av brytningsindeksen til fiberkjeraematerialet (dvs. en variasjon av lyshastigheten i fiber-kjernen), som danner et ressonant hulrom for bestemte sentrale bølgelengder til lys som korresponderer med bestemte periodiske gitteravstander. Et slik ressonant hulrom vil så reflektere bare lys med denne bestemte sentrale bølgelengden X samtidig som lys med alle de andre bølgelengdene tillates å passere uten betydelig dempning. Det er vel kjent at dersom belastning blir påført det reflekterende gitteret vil det oppstå en endring i den sentrale bølgelengden til ressonanthulrommet på grunn av en endring i den periodiske avstanden til gitteret, hvilket vil vise seg som en bølgelengdeendring i det reflekterte lyset. Dersom belastningen er frembrakt av en endring i belastningen på fiberen, slik som ved hjelp av Bourdonrøret 11, kan bølgelengdeendringen til den sentrale reflekterte bølgelengden relateres til trykkendringen, som forårsaket bevegelsen av Bourdonrøret 11.

Det refereres nå til fig. 3 hvor en andre utførelse av Bourdonrørtrykkmåleren i henhold til oppfinnelsen er illustrert. I den andre utførelsen av oppfinnelsen som er illustrert på fig. 3, er Bourdonrøret 311 av den samme grunnleggende konfigurasjon som Bourdonrøret 11 på fig. 1. Den optiske fiberen 350 er imidlertid sveiset eller på annen måte festet direkte til overflaten av Bourdonrøret 311 over en lengde av Bourdonrøret som starter f. eks. fra et område inntil monteringsstedet 332 og som strekker seg til den frie enden 314 av Bourdonrøret 311. Et Bragg gitter 375 er tilformet i den optiske fiberen 350 i lengden av optisk fiber som er montert direkte på overflaten av Bourdonrøret 311. Når Bourdonrøret 311 blir utsatt for trykket til omgivelsene vil derfor endringer i posisjonen til Bourdonrøret påvirke belastningen i Bragg gitteret 375 og derved tilveiebringe en indikasjon på trykket i omgivelsene. En tilleggslengde av den optiske fiberen 350 er montert mellom den frie enden 314 av Bourdonrøret 311 og et monteringssted 380 på monteringsstolpen 330. Denne tilleggslengden av optisk fiber omfatter et andre Braggitter 385. Lengden av optisk fiber som inneholder det andre Bragg gitteret 385 er montert slik at Bragg gitteret 385 ikke blir utsatt for noen belastning som skyldes trykket i omgivelsene, og den eneste belastningen som Bragg gitteret 385 blir utsatt for er tilordnet temperaturen til omgivelsene. Derfor kan det tilveiebringes et temperaturkompensasjonssignal fra Bragg gitteret 385.

Som med de to Bragg gitterne 75,85 i den første utførelsen av oppfinnelsen illustrert på fig. 1, er de to Bragg gitterne 375,385 i den andre utførelsen av oppfinnelsen illustrert på fig. 3, valgt slik at de reflekterer optiske signaler innenfor valgt optiske bølgelengdeom-råder, hvor områdene ikke er overlappende og forskjellig fra hverandre slik at de reflekterte optiske signalene fra de to forskjellige Bragg gittersensorene lett kan differensieres fra hverandre.

Det refereres nå til fig. 4 hvor en tredje utførelse av oppfinnelsen er illustrert. I denne utførelsen av oppfinnelsen danner Bourdonrøret 411 noe mer av en komplett bue hvor den frie ende 414 til Bourdonrøret termineres omtrent ved slutten av sirkelen som dan-nes av Bourdonrøret 411. Som respons på endringer i trykket i en omgivelse som blir overvåket av Bourdonrøret 411, vil den frie enden til Bourdonrøret 414 bevege seg generelt langs sin akse 415. Et par monteringsstolper 421,422 er forbundet med basisen 420, og den optiske fiberen 450 er montert langs aksen 415 mellom et monteringssted 425 på en monteringsstolpe 421 og et monteringssted 426 på den andre monteringsstolpen 422. Den optiske fiberen er også montert på et monteringssted 427 på den frie enden 414 av Bourdonrøret 411. Et par Bragg fibergittere 475,476 er tilformet i den optiske fiberen mellom monteringsstolpene 421 og 422. Et Bragg fibergitter er tilformet i fiberen mellom den første monteringsstolpen 421 og monteringsstedet 427 på den frie enden 414 av Bourdonrøret 411. Det andre Bragg fibergitteret 475 er tilformet i den optiske fiberen mellom monteringsstedet 427 på den frie enden 414 av Bourdonrøret 411 og monteringsstedet 426 på den andre monteringsstolpen 422. Begge Braggfibergitrene 475, 476 er montert under en forspenning av lik størrelse. Når posisjonen til Bourdonrø-ret 411 endrer seg på grunn av endringer i trykket i omgivelsene som blir overvåket, vil endringen i posisjonen til den frie enden 414 til Bourdonrøret 411 endre belastningen i Braggfibergitrene 475,476 slik at belastningen i et fibergitter blir økt mens belastningen i det andre fibergitteret blir minsket. Denne belastningsovervåkningsteknikken gir en svært pålitelig og nøyaktig indikasjon på trykket i omgivelsene. Som ved de andre utfø-reisene av oppfinnelsen, er det også et temperaturkompensasjons Bragg gitter 485 (refe-ransegitter) tilformet i den optiske fiberen 450 ved enden av den optiske fiberen for å tilveiebringe temperaturkompensasjon for trykkmålingene.

Fig. 5 illustrerer en fjerde utførelse av oppfinnelsen som er tilsvarende utførelsen av oppfinnelsen illustrert på fig. 4.1 utførelsen av oppfinnelsen som er illustrert på fig. 5 er to Braggfibergittere montert under en initial belastning forbundet mellom to referanse-steder og den frie enden til et spiralformet Bourdonrør. Endringer i posisjonen til den frie enden til Bourdonrøret tilknyttet endringer i trykket i omgivelsene endrer belastningen i Bragg gitrene, idet økning av belastningen i et av Bragg gitterne vil minske belastningen i det andre Bragg gitteret. Et temperaturkompensasjons Bragg gitter er også tilveiebrakt.

Det refereres til fig. 6 hvor en femte utførelse av oppfinnelsen, et spiralformet Bourdonrør blir brukt med et par Bragg gitter montert i forskjellige akser fra hverandre. Et temperaturkompensasjons Bragg gitter er også tilveiebrakt.

Det refereres nå til fig. 7. Selv om oppfinnelsen er illustrert med bruk av et enkelt re-fleksivt gitter 75 (fig. 1), kan oppfinnelsen som forklart her i en alternativ utførelse an-vende et par refleksive gitter 75a og 75b innenfor den samme fiberlengden 78a, og således danne et ressonant hulrom av lenger lengde. Et slikt ressonant hulrom vil også reflektere lys med en bestemt bølgelengde som korresponderer til den sentrale bølgeleng-den X til de refleksive gitrene 75a, 75b. En endring i hulromslengden forårsaket av bevegelse av Bourdonrøret 1 la vil resultere i et faseskifte i det reflekterte lyset på grunn av endringen av den optiske banelengden innenfor det refleksive hulrommet. En slik anordning, kalt et Fabry-Perot interferometer, kan så tilveiebringe en høysensitivitet-sinnretning for detektering av belastning i den optiske fiberen, og det resulterende optiske faseskiftet kan detekteres ved bruk av standard interferrometerinstrumentasjonstek-nikker. Således er det mulig med denne teknikken å realisere en trykktransduser med passiv temperaturkompensasjon, som har økt trykksensitivitet sammenlignet med den tidligere beskrevne anordningen på fig. 1 som anvender et enkelt intrakjerne reflekterende gitter. Alternativt kan paret av Bragg gittere bli brukt for å danne et element for detektering, f.eks. ved å posisjonere en Erbium dopet lengde av optisk fiber mellom paret av Bragg gittere.

Selv om oppfinnelsen er beskrevet her ved at det brukes enten et sirkulært (bue) eller spiralformet Bourdonrør, kan ethvert egnet Bourdonrør anvendes med oppfinnelsen fo-rutsatt at røret responderer på omgivelsene for å frembringe en belastning i en optisk sensor. Oppfinnelsen er beskrevet her under bruk av Bragg gittersensorer montert i en fiber mellom en fri ende av Bourdonrøret og et referansested, eller alternativt i en fiber montert direkte på overflaten til Bourdonrøret. Enhver egnet konfigurering av den optiske fiberen som inneholder Bragg gitteret og Bourdonrøret kan imidlertid anvendes fo-rutsatt at endringene i Bourdonrøret som respons på trykket i omgivelsene er nøyaktig koplet til Bragg gitteret i fiberen.

Selv om trykkmåleren i henhold til oppfinnelsen er beskrevet her som vel egnet for anvendelse i en høytemperaturomgivelse, vil den også være vel egnet for enhver annen anvendelse av et Bourdonrør hvor det er ønskelig med en høyst nøyaktig og pålitelig måling av systemtemperatur.

Claims (7)

1. Trykkmåler for å avføle trykket til et system, omfattende: et Bourdonrør som har en fast åpen ende som er utsatt for systemtrykket og en fri ende, og hvor en posisjon til den frie enden er relatert til systemtrykket, karakterisert ved at en flerhet av optiske belastningssensorer er montert for å bli belastet av bevegelse av den frie enden og slik at når Bourdonrøret blir utsatt for systemtrykket forårsaker bevegelse av den frie enden som respons på systemtrykket og belastningen på i det minste en av de optiske belastningssensorene øker mens belastningen på i det minste en optisk belastningssensor blir redusert; og hvor de optiske belastningssensorene reagerer på belastningene og på et innmatet optisk signal for å tilveiebringe optiske belastningssig-naler som er indikerende for systemtrykket.

2. Trykkmåler i henhold til krav 1, karakterisert ved at de optiske belastningssensorene omfatter en optisk fiber som har intrinsike Bragg gittere tilformet i den optiske fiberen.

3. Trykkmåler i henhold til krav 1, karakterisert ved at en optisk referansesensor er isolert fra belastningen tilknyttet systemtrykket og som reagerer på temperaturen til systemet for å forårsake en temperaturindusert belastning, og hvor denne optiske referansesensoren reagerer på den temperaturinduserte belastningen og det innmatede optiske signalet for å tilveiebringe et optisk temperatursignal som er indikerende for temperaturen til systemet.

4. Trykkmåler i henhold til krav 2, karakterisert ved at den i det minste ene optiske belastningssensoren omfatter en første lengde av den optiske fiberen som inneholder i det minste et Bragg gitter som er festet mellom et første referansested og den frie enden og at den i det minste ene tilleggsoptiske belastningssensoren omfatter en andre lengde av den optiske fiberen som inneholder i det minste et Bragg gitter som er festet mellom et andre referansested og den frie enden slik at endringer i posisjonen til den frie enden endrer belastningen i den første og andre lengden av optisk fiber hvilket resulterer i et bølgelengdeskifte til det innmatede optiske signalet reflektert av Bragg gitterne, og hvor størrelsen på bølgelengdeskiftet er indikerende for en endring i systemtrykk.

5. Trykkmåler i henhold til krav 4, karakterisert ved at den første og andre lengden av optisk fiber er montert mellom den frie enden av Bourdonrøret og henholdsvis det første og andre referansestedet, under en initial eller startbe-lastning, og at startbelastningen endrer seg som respons på endringer i posisjonen til den frie enden.

6. Trykkmåler i henhold til krav 5, karakterisert ved at et referanse Bragg gitter er tilformet i den optiske fiberen isolert fra belastningen tilknyttet systemtrykket og som reagerer på temperaturen til systemet for å forårsake en temperaturindusert belastning, og dette referanse Bragg gittere reagerer på den temperaturinduserte belastningen og det innmatede optiske signalet for å tilveiebringe et optisk temperatursignal som er indikerende for temperaturen til systemet.

7. Trykkmåler i henhold til krav 6, karakterisert ved at det optiske temperatursignalet er tilveiebrakt for temperaturkompensasjon av de optiske belastningssignalene.