NO323869B1 - Anordning og fremgangsmate for trykkmaling - Google Patents

Description

OPPFINNELSENS BAKGRUNN

OPPFINNELSENS OMRÅDE

Foreliggende oppfinnelse gjelder hovedsakelig ikke-akustiske, optiske trykkfølere, og spesielt en rekkekopling av ikke-akustiske optiske trykkfølere for å måle med trykk på flere steder langs følerrekkens forløp.

BESKRIVELSE AV BESLEKTET TEKNIKK

På det området som gjelder trykkfølere med redusert størrelse, er det velkjent å bruke piezoresistivt eller kapasitivt anvisningsutstyr for å måle trykk. Når det gjelder piezoresistive trykkfølere utsettes et diafragma for det påførte trykk, og den mekaniske påkjenning av diafragmaet måles for å bestemme størrelsen av det trykk som virker på diafragmaet. Avfølingen av graden av diafragmaets mekaniske påkjenning innebærer imidlertid et antall problemer. Følere av denne type har for eksempel en stor tverrfølsomhet for innmonterings-påkjenninger som kan begrense følerens nøyaktighet. Videre har de resistive elementer en tendens til å være temperaturfølsomme ved høye temperaturer, hvilket gjør at høytemperatur-anvendelser også vil medføre unøyaktigheter.

Kapasitive trykkfølere anvender også en kondensator med variabelt gap mellom et diafragma og en nærliggende andre kondensatorplate. Når trykk virker på diafragmaet, da vil diafragmaets utbøyningsgrad bli målt ut ifra kapasitansen av kondensatoren med variabelt gap for å bestemme det trykk som virker på diafragmaet. Disse trykkfølere har også flere ulemper. For det første er elektrisitet påkrevet for å drive disse følere til å oppnå de tilsiktede måleverdier. Under visse forhold, slik som ved fjerntliggende plasseringer, vil dette kreve overføring over store avstander, og det er da ikke hensiktsmessig eller praktisk å anvende en trykkføler som krever elektrisitet, slik at disse typer trykkfølere ikke alltid vil være enkle å anvende. I tillegg til at de også har en tendens til å være følsomme for innmonteringspåvirkninger, har de også en tendens til å være unøyaktige ved høytemperaturanvendelse på grunn av temperaturens påvirkninger på deres avlesninger. Elektriske følere krever elektriske kontakter utformet av et ledende materiale for å festes til føleren, hvilket begrenser valgmulighetene for den materialetype som skal anvendes ved dannelse av disse kontakter. I ekstreme omgivelser, slik som under sterkt korroderende forhold, kan det da være vanskelig og kostnadskrevende å fremstille en trykkføler med elektrisk kontakt og med den ønskede følsomhet, samtidig som den også skal være motstandsdyktig ovenfor de korroderende påvirkninger.

Mange av de trykkfølere som nå anvendes og som er utført for å være meget nøyaktig, er også ytterst dyre. For eksempel nåværende trykkfølere som utnytter kvarts-resonansfrekvens, og hvor resonansfrekvensen er en funksjon av det trykk som påføres føleren, har en en-fots dybdenøyaktighet på 0,5 psi.

Disse resonansfrekvens-trykkfølere er kostbare og store. Dette gjør dem uegnet for anvendelser hvor det er begrenset plass.

For å redusere de uheldige forhold som foreligger ved elektriske trykkfølere, har det vært anvendt optiske trykkfølere for å nedsette virkningene på trykkfølernes følsomhet ved vanskelige omgivelser og forhøyede temperaturer. Slike optiske trykkfølere utnytter interferensfenomener ved en viss lysbølgelengde for å bestemme det trykk som virker på vedkommende føler. Lysbølgelengden overføres til den optiske trykkføler, hvor et trykkfølsomt speil er plassert inne i et interferrometer. Når speilets posisjon forandres på grunn av det trykk som viker på speilet, vil gapet inne i interferrometeret forandres, hvilket vil bringe interferensen av lysbølgelengden i interferometeret til å forandres. Trykket bestemmes som en funksjon av interferensen ved å sammenligne interferens-lyssignalet med en forut bestemt verdi.

Fra US 4,545,253 A1 er kjent en fiberoptisk modulator og datamultiplekser, og fra WO 92/07236 A1 er kjent en optisk fiberreflektoranordning. Optiske trykkfølere er kjent fra JP 08 304203 A og Rao Y.J. et al., "Development of prototype fiber-optic-based Fizeau pressure sensors with temperature compensation and signal recovery by coherence reading", Journal of lightwave technology., vol. 12, no. 9, September 1994 (1994-09), sidene 1685-1695, XP000484347, IEEE, New York, US, ISSN 0733-8724. FR 2.734.373 A1 viseren optisk kopling brukt som sensor. DE 39 24 185 C1 viser en fiberoptisk trykkføler, og må anses som den mest nærliggende kjente teknikk.

Støy og tap i lyssignaler vil imidlertid opptre når lyset med bølgelengde som nevnt i det ovenstående, overføres over store avstander. Interferens-lyssignalet som sammenlignes med den forut bestemte verdi er ikke identisk med signalutgangen fra føleren, på grunn av tap og støy som opptrer i signalet. Unøyaktige trykkmålinger kan fremkomme ved trykkfølere av denne type.

Det foreligger således et behov for en ikke-elektrisk og kontaktløs trykkføler som ikke lider av de uheldige virkninger som foreligger ved tidligere trykkfølere som krever elektrisk tilslutning. Videre er det et behov for en ytterst nøyaktig og kompakt optisk trykkføler som ikke påvirkes av tap som opptrer ved overføring av det optiske signal.

FORMÅLET FOR OG SAMMENFATNING AV OPPFINNELSEN

Det er et hovedformål for foreliggende oppfinnelse å overvinne de ovenfor nevnte mangler som foreligger ved den kjente teknikk.

Et annet formål for foreliggende oppfinnelse er å frembringe en ikke-elektrisk trykkføler som nedsetter til et minimum virkningene av vanskelige omgivelser og forhøyet temperatur på trykkfølerens følsomhet.

Det er enda et annet formål for foreliggende oppfinnelse å frembringe en kompakt og prisbillig samt nøyaktig optisk trykkføler.

Et ytterligere formål for foreliggende oppfinnelse er å frembringe en optisk trykkføler som gjør det mulig å oppnå ytterst nøyaktige trykkmålinger på fjerntliggende steder ved at det tas hensyn til støy og tap som har sammenheng med overføring av et optisk trykksignal over større avstander.

Det er enda et annet formål for foreliggende oppfinnelse å frembringe en optisk trykkføler som utnytter et referansesignal som overføres sammen med det optiske trykksignal fra det fjerntliggende sted med det formål å gjøre det mulig å ta hensyn til den støy og de tap som har sammenheng med den avstand signalene overføres over.

Det er enda et annet formål for foreliggende oppfinnelse å frembringe en rekke av optiske trykkfølere som gjør det mulig å oppnå nøyaktige trykkmålinger på forskjellige fjerntliggende steder, og å overføre disse verdier langs en enkelt optisk bane.

Disse, såvel som ytterligere formål og fordeler ved foreliggende oppfinnelse oppnås ved å frembringe en trykkmåleanordning og en fremgangsmåte slik som definert nøyaktig i de vedføyde selvstendige patentkravene 1 og 13. Gunstige utførelsesformer av oppfinnelsens aspekter fremgår av de vedføyde uselvstendige patentkravene.

I oppfinnelsen utnyttes optiske, ikke-akustiske trykkfølere med minst en laserlyskilde som frembringer et pulserende lyssignal som overføres langs en lysoverførende kabel. En optisk kopler er forbundet med den lysoverførende kabel for avgrening av i det minste en del av det pulserende lyssignal som vandrer gjennom den lysoverførende kabel. En optisk trykkføler er koplet til den optiske kopler, slik at den avgrenende del av det pulserende lyssignal overføres inn i den optiske trykkføler. Den optiske trykkføler mottar den avgrenende del av det pulserende lyssignal og reflekterer et trykk-angivende signal tilbake inn i den optiske kopler. Dette trykk-angivende signal er en funksjon av det trykk som virker på den optiske trykkføler. Den avgrenende del av det pulserte lyssignal som vandrer gjennom den optiske kopler avgis også til en trykkfølsom reflektor som er tilsluttet den optiske kopler. Den trykkfølsomme reflektor mottar den avgrenede del av det pulserende lyssignal og reflekterer et referansesignal som er hovedsakelig identisk med det avgrenede parti av det pulserende lyssignal tilbake inn i den optiske kopler. Det trykk-angivende signal og referansesignalene reflekteres gjennom den optiske kopler inn i den lysoverførende kabel som et par av ikke-overlappende pulserende signaler. En signaldetektor er tilsluttet den lysoverførende kabel for å oppta paret av trykkangivende signal og referansesignal som forplanter seg gjennom den lysoverførende kabel. Det opptatte trykkangivende signal sammenlignes med det opptatte referansesignal for å fastlegge det trykk som virker på den optiske trykkføler, hvorpå et signal som angir det fastlagte trykk avgis som utgangssignal.

I en alternativ utførelse er flere optisk kopiere forbundet med den lysoverførende kabel på forskjellige steder fordelt i innbyrdes avstand med det formål å avgrene i det minste en del av det pulserende lyssignal på disse steder langs den lysoverførende kabel. Hver av disse flere optiske kopiere omfatter en tilordnet optisk trykkføler som en trykk-ufølsom reflektor, slik at flere par av ikke-overlappende signaler blir tilført den lysoverførende kabel. Dette gjør det mulig å måle trykk på flere steder langs den optiske kabel. Disse flere par av ikke-overlappende signaler blir tidsdelte multiplekset slik at hvert signalpar kan opptas fra en eneste lysoverførende kabel uten at signalparene påvirker hverandre.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

Formålene for og særtrekkene ved foreliggende oppfinnelse, som antas å være ny, er særlig angitt i de etterfølgende patentkrav. Foreliggende oppfinnelses-gjenstand, både med hensyn til dens oppbygning og dens virkemåte, vil imidlertid sammen med dens ytterligere formål og fordeler best kunne forstås ut ifra den følgende beskrivelse sett i sammenheng med de vedføyde tegninger, hvor de samme henvisningstall angir tilsvarende deler i samtlige tegningsfigurer, og hvor: Fig. 1 skjematisk viser en foretrukket utførelse av TDM-rekken av optiske

trykkfølere i henhold til fl oppfinnelse.

Fig. 2 viser skjematisk et pulserende lyssignal som vandrer gjennom en lysoverførende fram til en rekke av optiske trykkfølere som er vist i figur 1. Fig. 3 viser skjematisk retursignalene fra den rekke av optiske trykkfølere som er vist i figur 1.

DETALJERT BESKRIVELSE AV DE FORETRUKNE UTFØRELSER

Følgende beskrivelse er gitt for å gjøre det mulig for en hvilken som helst fagkyndig person å utføre og gjøre bruk av oppfinnelsen, samt angir de beste utførelser som oppfinnerne har funnet frem til ved utførelse av sin oppfinnelse. Forskjellige modifikasjoner vil imidlertid lett kunne erkjennes av fagfolk på området, da de alminnelige prinsipper for foreliggende oppfinnelse er blitt fastlagt her spesielt med det formål å kunne frembringe en nøyaktig og kostnadseffektiv rekkekopling av optiske trykkfølere.

Det skal nå henvises til figurene 1 og 2, hvor det skjematisk er vist en fortrukket utførelse av trykkmåleinnretning 10 i henhold til foreliggende oppfinnelse. Denne trykkmåleinnretning lOomfatter en laserlyskilde 12, som frembringer et pulserende lyssignal 14 og avgir dette pulserende lyssignal 14 til en lysoverførende kabel 16. Puls-lyssignalet 14 overføres langs overføringskabelen 16 slik som en fiberoptisk kabel, som er tilsluttet laseriyskilden 12. I den foretrukne utførelse av foreliggende oppfinnelse utgjøres lysoverføringskabelen 16 av en enkeltmodus optisk fiber. Det vil imidlertid forstås av fagkyndige på området optisk transmisjon at andre lignende optiske overføringskabler kan anvendes. Laseriyskilden 12 er fortrinnsvis en halvleder-laser med fordelt tilbakekopling (DFB) eller lignende lyskilde. Puls-lyssignalet 14 har fortrinnsvis en bølgelengde mellom 1,3 og 1,55 |xm på grunn av de lave overføringstap og tilpassbarheten for det pulserende lyssignal 14 ved slike bølgelengder. Andre bølgelengder med lignende egenskaper kan imidlertid også anvendes.

En optisk kopler 18 er tilsluttet den lysoverførende kabel 16 for utkopling av i det minste en del 20 av det pulserende lyssignal 14 som vandrer gjennom den

lysoverførende kabel 16. Den optiske kopler 18 kan omfatte en hvilken som helst type påsmeltet fiberkopler som tapper ut lys fra lyssignal som vandrer gjennom en annen fiber. Det avkoplede parti 20 av det pulserende lyssignal 14 føres gjennom en optisk fordeler 19 med det formål å jevnet fordele den avkoplede del 20 av puls-lyssignalet 14 på to uavhengige fiberkanaler 21a og 21b. Den optiske fordeler 19 kan omfatte en dobbeltrettet 3dB-kopler, kjent som en Y-kopler eller en 3dB-deler, fremstilt av en standard enkeltmodus-fiber. Denne optiske fordeler 19 har to separate utganger, nemlig 21a og 21b, som hver mottar halvparten av den avgrenede del 20 av det pulserende lyssignal 14 som tilføres den optiske fordeler 19. En optisk trykkføler 22 er forbundet med den optiske kopler 18 gjennom den optiske fordeler 19 og dens utgang 21a, slik at utgangssignalet 21a overføres inn i den optiske trykkføler 22.

Den optiske trykkføler 22 er fortrinnsvis en kompakt Fabry-Perot optisk føler av den type som er angitt i artikkelen «A Silicon Pressure Sensor With An Interferometric Optical Readout,» av B. Halg og offentliggjort i Transducers '91, 91 Int. Conf. Solid State Sens. Actuators, International Conference on Solid-State Sensors and Actuators, San Francisco, CA, 24-28. juni 1991 (IEEE katalog nr. 91CH2817-5, sidene 682-684). Den optiske trykkføler 22 omfatter et Fabry-Perot interferometer med et variabelt gap som er anordnet mellom et trykkfølsomt reflekterende silisium-mikromembran og et faststående, delvis gjennomsiktig speil. Det utgangssignal 21a som overføres inn i den optiske trykkføler 22 vandrer gjennom det faste speil inn i gapet hvor utgangssignalet 21a reflekteres bort fra silisium-mikromembranet tilbake inn i gapet og trer ut av interferometeret gjennom det delvis gjennomsiktige speil. Utgangssignalet 21 interfererer med seg selv med sin utgang gjennom gapet i den optiske trykkføler 22, hvor interferensen finner sted sinuslignende og interferensfasen bestemmes av gapet mellom de reflekterende flater. Graden av signalinterferens avhenger således av bredden av gapet mellom de reflekterende flater. Bredden av dette gap varierer med bevegelsen av silisium-mikromembranet, hvis posisjon er en funksjon av det trykk som virker på mikromembranet. Fasen av den interferens som finner sted i utgangssignalet 21 er også en funksjon av det trykk som virker på den optiske trykkføler 22. Interferenspatriet 24 av utgangssignalet 21a reflekteres ut av den optiske trykkføler 22 tilbake til den optiske fordeler 19, slik som vist i figur 3, hvor da interferenspartiet 24 er et trykkangivende signal. En gradert indeksstav (GRIN) eller annen linende linse kan være posisjonsinnstilt like foran den optiske trykkføler 22 for å gi effektiv lydkopling fra fiberen inn i den optiske trykkføler 22 samt tilbake til fiberen, slik at utgangssignalet 21a og interferenspartiet 24 av utgangssignalet 21 passerer gjennom GRIN-staven henholdsvis ved innløpet inn i og utløpet ut fra den optiske trykkføler 22.

Det utgangssignal 21b som er avdelt fra den avkoplede del 22 av puls-lyssignalet 14 av den optiske fordeler 19 avgis til en trykk-ufølsom reflektor 26 som er forbundet med den optiske fordeler 19. Denne trykk-ufølsomme reflektor 26 reflekterer et referansesignal 28, som hovedsakelig er lik utgangssignalet 21b, og således også utgangssignalet 21a, tilbake til den optiske fordeler 19. Den trykk-ufølsomme reflektor kan for eksempel omfatte et faststående endespeil eller en annen lignende lysreflekterende innretning. Det trykkangivende signal 24 og referansesignalet 28 reflekteres tilbake til den optiske fordeler 19, hvor de kombineres som et par ikke-overlappende pulssignaler 30. Lengden av forplantningsbanene for utgangssignalene 21a og 21b er ikke innbyrdes tilpasset, slik at det vil ta lenger tid for referansesignalet 28 å bli reflektert tilbake til den optiske fordeler 19, enn det tar for det trykkangivende signal 24, for derved å sikre at de to signaler ikke overlapper hverandre. Ett par av ikke-overlappende pulssignaler 30 forplanter seg gjennom den optiske kopler 18 og inn i den lysoverførende kabel 16.

Paret av ikke-overlappende pulserende signaler 30 vil vandre langs den lysoverførende kabel 16 i motsatt retning av det pulserende lyssignal 19, slik at paret av ikke-overlappende pulssignaler 30 vil vandre i retning mot laseriyskilden 12, slik som vist i figur 3. Forplantningsretningen av de forskjellige signaler er angitt ved retningsvisende piler som er vist i figurene 2 og 3. En optisk kopler 31, som er lik den optiske kopler 18, avgrener paret av ikke-overlappende pulser 30 og avgir signalparet 30 til en signaldetektor 32, slik som en fotodiode-mottaker eller annen lignende innretning, med det formål å måle intensiteten av de mottatte lyssignaler. Detektoren 32 mottar signalparet 30 som består av det trykkangivende signal og referansesignalet og som vandrer gjennom den lysoverførende kabel 16, fastlegger intensiteten av de mottatte signaler og avgir tilsvarende utgangssignaler til en signalbehandlingsinnretning 34, slik som en mikroprosessor CPU eller lignende innretning, som er forbundet med signaldetektoren 32. Signalbehandlings-innretningen 34 sammenligner intensiteten av det mottatte trykkangivende signal 24 med intensiteten av referansesignalet 28 ved å frembringe forholdet mellom det trykkangivende signal 24 og referansesignalet 28, for derved å bestemme det trykk som virker på den optiske trykkføler 22. Signalforholdet kan så sammenlignes med forut bestemte verdier som er lagret i signalbehandlingsinnretning 34 for å kunne fastlegge det målte trykk. Signalbehandlingsinnretningen 34 kan motta mange par av ikke-overlappende pulserende signaler 30 å oppnå en middelverdi for de målte trykk, slik som ved integrering av de mottatte signaler 30 over tid. Dette gjør det mulig å oppnå mer nøyaktige verdier for den målte trykkverdi ved hver optisk trykkføler 22, da middelverdien vil kunne ta hensyn til mindre avvik i det målte trykk.

Som beskrevet ovenfor, vil det trykkangivende signal 24 som reflekteres fra den optiske trykkføler 22 være en funksjon av det trykk som virker på den optiske trykkføler 22, hvor fasen av interferensen i det utgangssignal 21a for den avgrenede signaldel 20 som kommer frem til den optiske trykkføler 22, er avhengig av variasjonen mellom de reflekterende flater i den optiske trykkføler 22. Puls-lyssignalet 14 som forplantes inn i den optiske trykkføler, samt intensiteten av det trykkangivende signal 24 som reflekteres ut fra den optiske trykkføler 22, varierer som en sinusfunksjon med variasjonen av gapet. Utgangssignalet 21a som reflekteres inne i den optiske trykkføler 22, vil interferere enten konstruktivt eller destruktivt med seg selv, avhengig av gapets bredde og bølgelengden av utgangssignalet 21a. Ved å måle intensiteten av det trykkangivende signal 24 som reflekteres ut fra den optiske trykkføler 22, kan fasen av interferensen i utgangs-lyssignalet 21a fastlegges, hvilket gjør det mulig å bestemme bredden og gapet, og i sin tur det trykk som virker på den optiske trykkføler 22.

For å kunne nøyaktig bestemme intensiteten av det trykkangivende signal 24 som avgis fra den optiske trykkføler 22, sammenlignet med intensiteten av den avgrenede signaldel 20 som trenger inn i den optiske trykkføler 22, vil den trykk-ufølsomme reflektor 26 reflektere et referansesignal 28 som er hovedsakelig helt likt det utgangssignal 21a som mottas av den optiske trykkføler 22. Ved å sammenligne det trykkangivende signal 24 med dette referansesignal 28, kan det kompenseres for tap og støy som typisk påvirker et signal som overføres over lengre avstander. Da den avgrenede signaldel 20 av det pulserende lyssignal 14 oppdeles i helt like utgangssignaler 21a og 21b som overføres henholdsvis til den optiske trykkføler 22 og reflektoren 26, vil både det trykkangivende signal 24 og referansesignalet 28 som reflekteres tilbake inn i den lysoverførende kabel være utsatt for samme tap som påføres av den avgrenede signaldel 20 av puls-lyssignalet 14. På lignende måte vil både det trykkangivende signal 24 og referansesignalet 28 være utsatt for samme tap og støypåvirkning når de overføres tilbake til signaldetektoren 32. Referansesignalet 28 gjør det således mulig å oppnå en mer nøyaktig fremgangsmåte for å måle intensiteten av det trykkangivende signal 24, idet bruk av et referansesignal 28 om forplantes sammen med sitt tilhørende trykkangivende signal 24 gjør det mulig å måle små intensitetsforandringer i det pulserende lyssignal 14 ved å ta hensyn til overføringstap og støy.

Som vist i figurene 1 til og med 3, vil en rekke av optiske trykkfølere 22 kunne anvendes for å måle flere trykk på forskjellige steder langs lysoverføringskabelen 16. I denne alternative utførelse av foreliggende oppfinnelse er flere optiske kopiere 16 tilsluttet lysoverføringskabelen 16 på forskjellige steder med innbyrdes mellomrom for derved å avgrene i det minste en del av det pulsede lyssignal 14 på slike steder. Forplantningen av det pulserende lyssignal 14 langs overføringskabelen 16 samt gjennom rekken av optiske trykkfølere 22 er anskueliggjort i figurene 2 og 3. Hver av de forskjellige optiske kopiere 18 omfatter en tilhørende optisk fordeler 19, optisk trykkføler 22 samt trykk-ufølsom reflektor 26 koplet til denne, slik at flere par av ikke-overlappende signaler 30a, 30b, 30c etc. reflekteres tilbake inn i lysoverføringskabelen 16. De forskjellige par av ikke-overlappende signaler 30a, 30b, 30c etc. vandrer tilbake til signalbehandlings-innretningen, hvor et signalforhold fastlegges for hvert signalpar 30a, 30b og 30c etc. Dette gjør det mulig å utlede en trykkmåleverdi uavhengig av plasseringen av vedkommende trykkføler, da bruk av referansesignalet 28 vil sørge for at det blir tatt hensyn til overføringsstøy og forplantningstap.

De forskjellige par av ikke-overlappende signaler 30a, 30b, 30c, etc. blir tidsdelt multipleksert som et pulset retursignal 36, slik at hvert par av signalet 30 kan tas ut fra en optisk enkeltmodus-fiber 16 uten at de forskjellige signalpar 30a, 30b, 30c påvirker hverandre. Utgangssignalene fra de forskjellige følere behøver således ikke å moduleres for å kunne oppnå adskilte trykkmålinger fra de forskjellige følere, slik det ofte var påkrevet ved tidligere kjente trykkføler-rekker. Den tidsdelte multipleksing av signalet som anvendes i henhold til foreliggende oppfinnelse, gjør det videre mulig for et enkelt pulserende signal 14 og overføres, samt flere par av ikke-overlappende signaler 30 å returneres langs en eneste enkeltmodus-fiber. Flere fibre er således ikke påkrevet, i de tilfeller hvor tidligere en separat fiber måtte være tilsluttet til hver av de forskjellige trykkfølere.

Det pulserende lyssignal 14 bør optimalt ha en linjebredde på noen få GHz. For smal linjebredde kan forårsake polariseringsproblemer, mens større linjebredder gjør det mulig for det pulserende lyssignal å bli depolarisert. For stor linjebredde er imidlertid ikke ønskelig på grunn av støy. Pulslyssignalet 14 bør være så polarisasjons-ufølsomt som mulig, idet det pulserende lyssignal 14 kan blir ført gjennom en polarisasjons-omkastningsinnretning 15 for å kaste om polariseringen av lyssignalet når det kommer ut fra sin kilde. Ved en hvilken som helst teknikk for depolarisering av lyssignalet 14 kan anvendes av innretningen 15 for polariserings-omkastning. Polariseirngsomkastnings-innretningen 15 kan for eksempel dele lyssignalet 14 i to innbyrdes ortogonale, lineært polariserte signaler med grovt sett samme amplitude, samt føre lyssignalene gjennom separate forplantningsbaner for å frembringe en mistilpasning mellom dem, slik at de innbyrdes ortogonale komponenter av lyssignalene vil bli tidsforskjøvet i forhold til hverandre. De to signaler kombineres ved enden av de separate forplantningsbaner, hvor de vil være inkoherente i forhold til hverandre, og disse inkoherente kombinerte signaler vil da omkaste polariseringen av lyssignalet 14. Innretningen 15 for polariserings-omkastning kan benytte et polariserings-opprettholdende (PM) interferometer hvor det lyssignal 14 som kommer inn i polariseringsomkastnings-innretningen 15 deles opp i to signaler ved anvendelse av en PM-kopler. De to signaler overføres langs to PM-fibergrener som er mistilpasset i forhold til hverandre. Lyssignalet 14 vil for eksempel være polarisert langs PM-fiberens hurtige akse, og en PM-inngangskopler vil overføre stort sett like amplituder av dette hurtigakse-polariserte lys til hver av de to del-signaler i de innbyrdes mistilpassede interferometergrener av PM-fiberen. Mellom PM-inngangskopleren og en PM-utgangskopler inneholder en av de mistilpassede interferometergrener av PM-fiberen en skjøt hvor fiberorienteringen blir dreiet 90° om overføringsaksen. I denne interferometergren blir det lys som avgis til utgangskopleren polarisert langs den langsomme akse for PM-fiberen. Utgangskopleren vil da kombinere stort sett like store amplituder av lys som er polarisert langs henholdsvis den hurtige og den langsomme akse. I tillegg til å være ortogonalt polarisert i forhold til hverandre, vil disse to signaler være inkoherente i forhold til hverandre hvis bane-mistilpasningen mellom de to fibere er tilstrekkelig stor. Lyset blir da upolarisert.

Mistilpasningen mellom de to interferometergrener av PM-fiberen må fastlegges med en viss omhu. Den må være kort sammenlignet med lengdeutstrekningen av det pulserende lyssignal 14, slik at signalene overlapper hverandre nesten fullstendig når de kommer ut av interferometeret. Linjebredden av laseriyskilden må være tilstrekkelig bred til at den mister koherens ovenfor denne mistilpasning. I den foretrukne utførelse av foreliggende oppfinnelse, anvendes en pulset DFB-laser som laserlyskilde, da dens linjebredde på noen få GHz er forenlig med denne fremgangsmåte for polariserings-regulering.

Den andel av puls-lyssignalet 14 som avgrenes ved hver optisk kopler 18, kan reguleres varierende i avhengighet av følerrekkens lengdeutstrekning samt antall optiske trykkfølere 22 som utgjør rekken. På denne måte blir det mulig å utjevne de trykkangivende signaler 24 som tilbakeføres fra de forskjellige optiske trykkfølere. Videre er det ønskelig at de optiske trykkfølere 20 kan utveksles innbyrdes, slik at den andel 20 av det pulserende lyssignal som tappes ut ved hver optisk kopler vil være lik 1/N, hvor N er antall optiske trykkfølere som anvendes. Den trykkmålende anordning 10 i henhold til foreliggende oppfinnelse kan være i stand til å håndtere et hvilket som helst antall optiske trykkfølere 22, hvor antallet optiske trykkfølere 22 i ett hvilket som helst antall fra 1 til 100 kan anvendes sammen med en enkeltmodus-fiber som lysoverførende kabel 16.

Trykkmåleanordningen 10 i henhold til foreliggende oppfinnelse utnytter bare optiske egenskaper for å måle trykk på forskjellige steder. Elektrisk effekt behøver således ikke å tilføres noen av de optiske trykkfølere 22, slik at det er bare behov for å tilslutte en optisk fiber til de optiske trykkfølere 22. Trykkmåleinnretningen 10 i henhold til foreliggende oppfinnelse utnytter også utelukkende ikke-akustiske elementer, hvilket gjør det mulig å bruke trykkmåleanordningen 10 i akustisk utstyr for trykkmålinger uavhengig av de akustiske elementer som virker på trykkfølerne.

Ut ifra det foregående kan det innses at en koplingsrekke av ikke-akustiske, optiske trykkfølere som er utformet i samsvar med foreliggende oppfinnelse vil danne en kompakt, kostnadsvennlig og ikke-elektrisk trykkmåleanordning som er i stand til å måle trykk på flere steder under anvendelse av en eneste optisk fiber. Ved å danne en slik rekke av ikke-akustiske, optiske trykkfølere i samsvar med foreliggende oppfinnelse, kan det videre oppnås trykkmålinger som er følsomme for små trykkforandringer ved å anvende et referansesignal som overføres sammen med et trykksignal for derved å kunne ta hensyn til støy og tap som har sammenheng med overføring av et optisk signal over større avstander.

I hver av de ovenfor angitte utførelser, er de forskjellige plasseringer og oppbygninger av trykkmåleanordningen i henhold til foreliggende oppfinnelse beskrevet separat i hvert tilfelle. Det er imidlertid helt i samsvar med oppfinnernes hensikt at de forskjellige aspekter ved de ulike utførelser som er beskrevet her kan kombineres med de øvrige utførelser som er beskrevet.

Claims (15)

1. Trykkmåleanordning, hvilken anordning omfatter: en laserlyskilde for å frembringe et pulserende lyssignal, en lysoverførende kabel som er forbundet med laseriyskilden for å overføre det pulserende lyssignalet, en optisk, ikke-akustisk trykkføler med en optisk fordeler som er tilsluttet den lysoverførende kabelen for oppdeling av det pulserende lyssignalet i første og andre utgangssignaler, en optisk trykkføler som er forbundet med den optiske fordeleren for å motta det første utgangssignal og reflektere tilbake et trykkangivende, pulserende signal gjennom den optiske fordeleren inn i den lysoverførende kabelen, karakterisert veden trykk-ufølsom reflektor som er tilsluttet den optiske fordeleren for å motta det andre utgangssignalet og reflektere dette tilbake som et pulserende referansesignal gjennom den optiske fordeleren inn i den lysoverførende kabelen slik at det ikke overlapper med det trykkangivende, pulserende signalet, signalmottakende utstyr for å motta det ikke-overlappende trykkangivende og pulserende signalet og det pulserende referansesignalet fra den lysoverførende kabelen, og en trykkbestemmende innretning som er forbundet med det signalmottakende utstyret for å sammenligne det trykkangivende, pulserende signalet med det pulserende referansesignalet for derved å fastlegge det trykk som virker på den optiske trykkføleren.

2. Trykkmåleanordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at laseriyskilden er en laser med fordelt tilbakekopling og det pulserende lyssignalet genereres med en bølgelengde på 1,5 eller 1,3 nm.

3. Trykkmåleanordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at den optiske trykkføleren er en optisk Fabry-Perot trykkføler.

4. Trykkmåleanordning som angitt i krav 3, karakterisert ved at den optiske Fabry-Perot trykkføleren omfatter et trykkfølsomt bevegelig silisiumspeil samt et faststående, delvis gjennomsiktig speil med et gap hvor det opptrer signalinterferens mellom signaler som reflekteres fra speilene.

5. Trykkmåleanordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at den trykk-ufølsomme reflektoren er et faststående endespeil.

6. Trykkmåleanordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at den lysoverførende kabelen er en optisk enkeltmodus-fiber.

7. Trykkmåleanordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at den videre omfatter flere optiske, ikke-akustiske trykkfølere koplet til den lysoverførende kabelen med avstand fra hverandre, slik at trykk kan måles på forskjellige steder langs lengden av den lysoverførende kabelen.

8. Trykkmåleanordning som angitt i krav 7, karakterisert ved at de ikke-overlappende, pulserende signaler er tids-delt multiplekset slik at par av ikke-overlappende, pulserende signaler kan sendes langs en optisk, enkel modus-fiber uten å interferere med hverandre.

9. Trykkmåleanordning som angitt i krav 7, karakterisert ved at laseriyskilden er en laser med fordelt tilbakekopling, og det pulserende lyssignal genereres med en bølgelengde på 1,5 eller 1,3 nm.

10. Trykkmåleanordning som angitt i krav 7, karakterisert ved at den optiske trykkføleren er en optisk Fabry-Perot trykkføler.

11. Trykkmåleanordning som angitt i krav 10, karakterisert ved at den optiske Fabry-Perot trykkføleren omfatter et trykkfølsomt bevegelig silisiumspeil, samt et faststående, delvis gjennomsiktig speil med et gap hvor signalinterferens opptrer mellom signaler som reflekteres fra speilene.

12. Trykkmåleanordning som angitt i krav 7, karakterisert ved at staver med gradert brytningsindeks (GRIN) er koplet for å bevirke effektiv lyskopling mellom den lysoverførende kabelen og hver av de optiske, ikke-akustiske trykkfølerne.

13. Fremgangsmåte for å måle trykk på et fjerntliggende sted, omfattende de følgende prosesstrinn: generering av et pulserende lyssignal fra en laserlyskilde, overføring av det pulserende lyssignalet gjennom en lysoverførende kabel som er koplet til laseriyskilden, avgrening av minst en del av det pulserende lyssignalet fra den lysoverfør-ende kabelen, oppdeling av den avgrenede delen av det pulserende lyssignal i like store første og andre lyssignaler og overføring av det første lyssignalet til en optisk trykkføler og det andre lyssignalet til en trykk-ufølsom reflektor, karakterisert ved at den optiske trykkføleren reflekterer et trykkangivende, pulserende signal tilbake i den lysoverførende kabelen, og den trykk-ufølsomme reflektoren reflekterer et pulserende referansesignal tilbake inn i den lysoverførende kabel, som et par av ikke-overlappende, pulserende signaler, det trykkangivende, pulserende signalet og det pulserende referansesignalet mottas fra den lysoverførende kabel, og det trykkangivende, pulserende signalet sammenlignes med det pulserende referansesignalet for å bestemme det trykk som virker på den optiske trykkføleren.

14. Fremgangsmåte som angitt i krav 13, karakterisert ved at den videre omfatter følgende prosesstrinn: avgrening av minst en del av det pulserende lyssignalet fra den lysoverfør-ende kabel på flere steder langs den lysoverførende kabelen, avgivelse av hver av de avgrenede delene av det pulserende lyssignalet til en tilordnet optisk trykkføler og en tilhørende trykk-ufølsom reflektor, hvor hvert par av optisk trykkføler og trykk-ufølsom reflektor reflekterer henholdsvis et trykkangivende, pulserende signal og et pulserende referansesignal som et par av ikke-overlappende, pulserende signaler i retur inn i den lysoverførende kabelen.

15. Fremgangsmåte som angitt i krav 14, karakterisert ved at den videre omfatter et prosesstrinn som går ut på tids-delt multipleksing av par av ikke-overlappende, pulserende retursignaler for å overføre parene av pulserende retursignaler gjennom den lysoverførende kabel uten å interferere med hverandre.