NO323332B1 - Trykkmaler for a avfole trykket til et system. - Google Patents

Abstract

Sammendrag En Bourdonrørtrykkmåler er montert for å avføle trykket til et system. Bourdonrøret er tilkoplet til i det minste en optisk belastningssensor som er montert for å bli belastet av bevegelse av Bourdonrøret slik at når Bourdonrøret er utsatt for trykket til systemet vil bevegelse av røret som respons på systemtrykk forårsake en belastning i den optiske sensoren. Den optiske sensoren reagerer på belastningen og et innmatet optisk signal og tilveiebringer et optisk belastningssignal som er direkte proporsjonalt med trykket. En optisk referanse eller temperaturkompensasjonssensor er isolert fra belastningen tilknyttet trykket til systemet og reagerer på temperaturen til systemet for å forårsake en temperaturindusert belastning. Den optiske referansesensoren reagerer på den temperaturinduserte belastningen og det innmatede optiske signalet og tilveiebringer et optisk temperatursignal som er direkte proporsjonalt med temperaturen til systemet. Det optiske temperatursignalet er tilveiebrakt for temperaturkompensasjon av det optiske belastningssignalet. De optiske sensorene omfatter en optisk fiber som har intrinsike Bragg gittersensorer tilformet i den optiske fiberen. Den optiske fiberen er festet til et referansepunkt og til Bourdonrøret slik at endringer i posisjonen til røret endrer belastningen på den optiske fiberen hvilket resulterer i et bølgelengdeskifte til lys som reflekteres av Bragg gittere. Størrelsen på bølgelengdeskiftet er direkte proporsjonalt med en trykkendring.

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, Bourdon-rør, kvartssensorer og hybrider av disse. F.eks. finnes det Bourdon-rørutforminger 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.

Som eksempler på kjent teknikk kan det vises til JP 03 249 531 A og US 5,414,507 A, hvorav den første publikasjonen angår en Bourdon-trykksensor hvor en optisk fiber er festet langs et C-formet Bourdon-rør. Bourdon-røret har et inntakshull. Den reflekterende overflate er plassert i den bevegelige enden av det C-formede Bourdon-røret, mens en lyskilde og en fotodetektor er koblet til den optiske fiberen i den andre enden av den optiske fiberen. Ved endring av trykk fra inntakshullet, endrer det C-formede Bourdon-røret og dermed den optiske fiberen, form. Når den optiske fiberen endrer form, endres også mengden lys tapt i fibrene. Trykket kan således måles ved å holde lysmengden tapt i fiberen.

Den andre publikasjonen vedrører en fiberoptisk trykksensor hvor det benyttes et interferometer-element. Trykksensoren består av en sylinder med trykkammer og en åpning i den ene enden av sylinderen for utligning av trykk. En belg internt i sylinderen er montert i en forseglet utførelse i den andre enden av sylinderen. Ved endret trykk endres posisjonen til belgens bevegelige endeflate. Et stag overfører bevegelsene til belgens bevegelige endeflate. Staget overfører bevegelsen til en polymerfesteanordning til en detek-sjonsfiber via en temperaturkompensator og en stressavlaster. En sølvrefleksjonsanord-ning er montert i polymerfesteanordningen i enden av deteksjonsfiberen. I den andre enden av deteksjonsfiberen er det også en fiberholder og en stressavlaster. Trykksensoren måler trykk ved å måle strekk i deteksjonsfiberen og registrerer samtidig et signal fra en referansefiber. Overføring av trykk til bevegelse som angis overført via en belg, kan også overføres via et Bourdon-rør.

En annen Bourdon-rørutforming anvender bevegelsen til Bourdon-røret til å påvirke et kvartskrystalt. 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. Utformingsvariasjonene til anordningene ovenfor går på endring av resonans eller belastning via belastningsmålere.

Selv om påliteligheten til det elementære Bourdon-røret er svært høy, er klebemidlene og de elektroniske komponentene som anvendes i dagens Bourdon-rørkvartskrystalhit-forminger 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 kvartskrystall 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 kvartskrystall 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 mil-jøer 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 fjerntligg-ende sted for behandling. Det er derfor frembrakt en meget pålitelig og nøyaktig 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.

Bourdon-rørtrykkmåleren 10 i henhold til oppfinnelsen er spesielt velegnet for drift i et høytemperatur-, høytrykks- og/eller hasardiøst miljø for å tilveiebringe pålitelige trykk-indikasjoner. Med henvisning til fig. 1 beror oppfinnelsen på det grunnleggende prinsip-pet til et Bourdon-rør 11 når én 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 Bourdon-røret 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 Bourdon-røret 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 Bourdon-røret 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 Bourdon-røret 11 være utformet slik at kompensasjonsmontasjen 25 ikke er nødvendig.

I utførelsen av oppfinnelsen som er illustrert på flg. 1 er det anordnet en monteringsstolpe 30 for å opplagre Bourdon-røret 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 Bourdon-røret 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 Bourdon-røret 11. Den andre enden 45 tit 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 Bourdon-røret 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 flg. 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 Bourdon-røret 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 forbelastning 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 an-vendelse 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 måleobjektet 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 koblerne, eller variasjoner i kildeintensiteten. I mot-setning til dette avhenger intensitetsbaserte avfølingsanordninger av totale lysnivåer og blir påvirket av tap i de tilkoplede fiberne, av tap i koblerne, og av variasjoner i kildeintensiteten.

Det refereres også til fig. 2, og trykkmåleren 10 er posisjonert ved en distal ende av ka-pillarrøret 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 bredbånd-kilde av lys 149, slik som den lysemitterende dioden (LED) og passende utstyr for leve-ring av signallys til Bragg-gitrene 75,85 innbefattet i en kjerne av den optiske fiberen 50.1 tillegg omfatter det optiske signalbehandlingsutstyret 100 passende optisk signal-analyseutstyr 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 høyoppløsningsavføling for transiente trykkfluktuasjoner, i den utstrekning som dynamisk trykk kan avføles av et Bourdon-rør. Hvert av Bragg gitrene 75,85 virker som en resonansreflektor 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 kobler 122. Denne kobleren 122 retter lys til målermontasjen 10, og retter de reflekterte optiske komponentene fra Bragg-gittersensorene 75,85 til det optiske signalanalyseutstyret 150 innbefattende bølgelengdeovervåknings-subsystemer 124 og 126. Et av bølglengdeover-våkningssystemene 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 trykkover-våkning, i den grad Bourdon-røret 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 smalbånd-filter, som frembringer et mål på Bragg-bølgelengden til signallyset reflektert av Bragg gitrene 75,86. Statisk trykk kan avledes fra differensialendringen til Bragg-bølgeleng-dene frembrakt av Bragg-gitteret 75, mens temperaturen bestemmes direkte fra et mål av Bragg-bølgelengden til Bragg-gitteret 85. Temperaturmålingen kan anvendes for å tem-perarurkompensere trykkmålingen.

En del av de returnerte optiske komponentene blir avdelt ved bruk av en kobler 123, til en alternativ bølgetengdediskriminator 126 for derved å tilveiebringe høyoppløsnings-overvåkning av bølgelengdeskiftet. For å kunne separere responsene til de forskjellige gitrene 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 gitrene i systemet analyseres individuelt. Alternativt kunne det anvendes en bølgelengdedivisjonsde-multipl ekser ved å separere bølgelengdekomponentene på separate fibere, som så kunne bli analysert via separate høyoppløsningsbølgelengdediskirminatorer. Som eksempel på typen bølgelengdediskriminatorer som er egnet til dette formålet, er den interferome-triske 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. 4,996,419, 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 gitrene. Disse fremgangsmåter kan generelt klassifiseres t de følgende fire kategorier: 1. Direkte spektroskopi ved bruk av konvensjonelle dispersive elementer slik som Hnje-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 kobler; 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 Bragg-bølgelengdeskiftet (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 gitrene 75,85. F.eks. kan den distale enden 136 til fiberen 50 være kløvet i en vinkel slik at endeflaten ikke er perpendi-kulær 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 brytningsindekstilpass-ede materialet.

Som beskrevet ovenfor består hvert Bragg-gitter 75, 85 av en periodisk variasjon av brytningsindeksen til fiberkjernematerialet (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 Bourdon-røret 11, kan bølgelengdeendringen til den sentrale reflekterte bølgelengden relateres til trykkendringen, som forårsaket bevegelsen av Bourdon-røret 11.

Det refereres nå til fig. 3 hvor en andre utførelse av Bourdon-rørtrykkmåleren i henhold til oppfinnelsen er illustrert. I den andre utførelsen av oppfinnelsen som er illustrert på fig. 3, er Bourdon-røret 311 av den samme grunnleggende konfigurasjon som Bourdon-røret 11 på fig. 1. Den optiske fiberen 350 er imidlertid sveiset eller på annen måte festet direkte til overflaten av Bourdon-røret 311 over en lengde av Bourdon-røret som starter f. eks. fra et område inntil monteringsstedet 332 og som strekker seg til den frie enden 314 av Bourdon-røret 311. Et Bragg-gitter 375 er tilformet i den optiske fiberen 350 i lengden av optisk fiber som er montert direkte på overflaten av Bourdon-røret 311. Når Bourdon-røret 311 blir utsatt for trykket til omgivelsene vil derfor endringer i posisjonen til Bourdon-røret 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 Bourdon-røret 311 og et monteringssted 380 på monteringsstolpen 330. Denne tilleggslengden av optisk fiber omfatter et andre Brag-gitter 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 temperaturkompensa-sjonssignal fra Bragg-gitteret 385.

Som med de to Bragg gitrene 75,85 i den første utførelsen av oppfinnelsen illustrert på

fig. 1, er de to Bragg gitrene 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 ut-førelsen av oppfinnelsen danner Bourdon-røret 411 noe mer av en komplett bue hvor den frie ende 414 til Bourdon-røret termineres omtrent ved slutten av sirkelen som dan-nes av Bourdon-røret 411. Som respons på endringer i trykket i en omgivelse som blir overvåket av Bourdon-røret 411, vil den frie enden til Bourdon-røret 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 Bourdon-røret 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 Bourdon-røret 411. Det andre Bragg fibergitteret 475 er tilformet i den optiske fiberen mellom monteringsstedet 427 på den frie enden 414 av Bourdon-røret 411 og monteringsstedet 426 på den andre monteringsstolpen 422. Begge Bragg-fibergitrene 475,476 er montert under en forspenning av lik størrelse. Når posisjonen til Bourdon-røret 411 endrer seg på grunn av endringer i trykket i omgivelsene som blir overvåket, vil endringen i posisjonen til den frie enden 414 til Bourdon-røret 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 utførelsene av oppfinnelsen, er det også et temperaturkompensasjons Bragg-gitter 485 (referansegitter) 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 Bragg-fibergittere montert under en initial belastning forbundet mellom to referanse-steder og den frie enden til et spiralformet Bourdon-rør. Endringer i posisjonen til den

frie enden til Bourdon-røret tilknyttet endringer i trykket i omgivelsene endrer belastningen i Bragg-gitrene, idet økning av belastningen i et av Bragg gitrene 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 Bourdon-rør 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 refleksivt 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 Bourdon-røret 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 an-ordning, kalt et Fabry-Perot interferometer, kan så tilveiebringe en høysensitivitetsinn-retning for detektering av belastning i den optiske fiberen, og det resulterende optiske faseskiftet kan detekteres ved bruk av standard interferrometerinstrumentasjonsteknik-ker. 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 intrakjeme 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 Bourdon-rør, kan ethvert egnet Bourdon-rør anvendes med oppfinnelsen forutsatt 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 Bourdon-røret og et referansested, eller alternativt i en fiber montert direkte på overflaten til Bourdon-røret. Enhver egnet konfigurering av den optiske fiberen som inneholder Bragg-gitteret og Bourdon-røret kan imidlertid anvendes forutsatt at endringene i Bourdon-røret som respons på trykket i omgivelsene er nøyak-tig koplet til Bragg-gitteret i fiberen.

Selv om trykkmåleren i henhold til oppfinnelsen er beskrevet her som vel egnet for an-vendelse i en høytemperaturomgivelse, vil den også være vel egnet for enhver annen an-vendelse av et Bourdon-rør hvor det er ønskelig med en høyst nøyaktig og pålitelig må-ling av systemtemperatur.

Claims (11)

1. Trykkmåler for å avføle trykket i et system, omfattende: et Bourdon-rør som har en fast åpen ende som er utsatt for trykket i et system og en fri ende, hvor en posisjon av den frie enden er relatert til systemtrykket, og hvor i det minste en optisk belastningssensor er montert slik at den blir belastet av bevegelse av den frie enden slik at Bourdon-røret er utsatt for systemtrykket, og vil ved bevegelse av den frie enden som respons på systemtrykk forårsake en belastning i den optiske belastningssensoren; og den optiske belastningssensoren reagerer på belastningen og på et innmatet optisk signal for å tilveiebringe et optisk belastningssignal som er indikerende for systemtrykket, karakterisert ved at den optiske belastningssensoren omfatter en optisk fiber som har i det minste et intrinsik Bragg-gitter tilformet i den optiske fiberen.

2. Trykkmåler i henhold til krav 1, karakterisert ved at en lengde av den optiske fiberen som inneholder Bragg-gitteret er festet mellom et referansested og den frie enden slik at endringer i posisjonen til den frie enden endrer belastningen i lengden av optisk fiber hvilket resulterer i et bølgelengdeskifte i det innmatede optiske signalet reflektert av Bragg-gitteret, hvor størrelsen på bølgelengdeskiftet er indikerende for en endring i systemtrykket.

3. Trykkmåler i henhold til krav 2, karakterisert ved at lengden til den optiske fiberen er montert mellom den frie enden av Bourdon-røret og referansestedet under en startbelastning, og at denne startbelastningen endrer seg som respons på endringer av posisjonen til den frie enden.

4. Trykkmåler i henhold til krav 3, karakterisert ved at et referanse Bragg-gitter er isolert fra belastning tilknyttet systemtrykket og som reagerer på temperaturen til systemet for å forårsake en temperatuirndusert belastning, hvor dette Bragg-gitteret reagerer på den temperatuirnduserte belastningen og det innmatede optiske signalet for å tilveiebringe et optisk temperatursignal som er indikerende for temperaturen til systemet.

5. Trykkmåler i henhold til krav 4, karakterisert ved at det optiske temperatursignalet er tilveiebrakt for temperaturkompensasjon av det optiske belastningssignalet.

6. Trykkmåler i henhold til krav 1, karakterisert ved at en lengde av den optiske fiberen som inneholder Bragg-gitteret er festet til en måleflate av Bourdon-røret slik at endringer i posisjonen til den frie enden endrer belastningen i denne lengden av optisk fiber hvilket resulterer i et bølgelengdeskifte i det innmatede optiske signalet reflektert av Bragg-gitteret, og hvor størrelsen på bølgelengdeskiftet er indikerende for en endring i systemtrykk.

7. Trykkmåler i henhold til krav 6, karakterisert ved at et referanse Bragg-gitter er isolert fra belastning tilknyttet systemtemperaturen og reagerer på temperaturen til systemet for å forårsake en temperaturindusert belastning, og hvor dette referanse Bragg-gitteret reagerer på temperaturindusert belastning og det innmatede optiske signalet for å tilveiebringe et optisk temperatursignal som er indikerende for temperaturen til systemet.

8. Trykkmåler i henhold til krav 7, karakterisert ved at det optiske temperatursignalet er tilveiebrakt for temperaturkompensasjon av det optiske belastningssignalet.

9. 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 temperatuirnduserte belastningen og det innmatede optiske signalet for å tilveiebringe et optisk temperatursignal som er indikerende for temperaturen til systemet.

10. Trykkmåler i henhold til krav 9, karakterisert ved at de optiske sensorene omfatter en optisk fiber som har intrinsike Bragg-gittere tilformet i den optiske fiberen.

11. Trykkmåler i henhold til krav 9, karakterisert ved optiske signalbehandlingsinnretninger som reagerer på det optiske belastningssignalet og det optiske temperatursignalet for å tilveiebringe et trykksignal og et temperatursignal som er indikerende for henholdsvis trykket og temperaturen til systemet.