NO339813B1

NO339813B1 - Apparater og fremgangsmåter for distribuert temperaturavføling

Info

Publication number: NO339813B1
Application number: NO20062476A
Authority: NO
Inventors: Arthur H Hartog; Yuehua Chen
Original assignee: Sensor Highway Ltd
Priority date: 2003-11-26
Filing date: 2006-05-30
Publication date: 2017-02-06
Also published as: GB0327461D0; CA2547131A1; WO2005054801A1; NO20062476L; BRPI0416942A; GB2408571A; GB2408571B; CA2547131C; US20070229816A1; US7412117B2

Description

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

Teknisk område

Foreliggende oppfinnelse vedrører anordninger for distribuert temperaturav-føling og fremgangsmåter for bruk av anordningene til å utføre distribuert tempera-turavføling.

Beskrivelse av beslektet teknikk

Distribuert temperaturavføling (DTS, distributed temperature sensing) er en temperaturmåleteknikk som benytter en optisk fiber som temperatursensor, og som utnytter Raman-spredning inne i fiberen til å bestemme temperaturen. Teknik-ken er beskrevet i Dakin, J.P. mfl.: "Distributed Optical Fiber Råman Temperature Sensor using semiconductor light source and detector"; Electronics Letters 21,

(1985), pp. 569-570, og GP-patentsøknad 2140554A. En avfølingsfiber blir utplassert i et miljø av interesse hvor temperaturen skal måles. En puls med avfølings-lys, typisk en høyenergipuls fra en laser, blir sendt inn i fiberen og forplanter seg i denne. Lyset utsettes for en spredning i fiberen hvorfra flere signaler resulterer. Rayleigh-tilbakespredning gir tilbakeforplantningslys ved den opprinnelige avføl-ingsbølgelengden. Raman-spredning frembringer lys ved to Raman-forskjøvne bølgelengder, Stokes- og anti-Stokes-signaler, hvis amplitude er temperaturavhen-gig. Denne spredningen blir generert i både forover- og bakover-retningene. De tilbakespredte Raman-signalene blir detektert etter hvert som de kommer ut av inn-føringsenden til fiberen. Tiden mellom innføring og deteksjon er proporsjonal med den avstand som er tilbakelagt av lyset i fiberen, slik at den umiddelbare Raman-amplituden kan relateres til posisjonen langs fiberen for den opprinnelige spred-ningshendelsen. En distribuert profil av temperatur langs fiberen blir dermed oppnådd. Anti-Stokes-signalet er mer følsomt for temperaturendringer enn Stokes-komponenten, slik at førstnevnte vanligvis blir målt, og ytterligere forbedring blir ofte oppnådd ved å måle begge og beregne forholdet mellom anti-Stokes- og Stokes-signalene. Systemer med dobbelte ender blir vanligvis anvendt, hvor fiberen er utplassert i en sløyfe, og målinger blir tatt fra begge ender av fiberen. Et DTS dobbeltendesystem er beskrevet i P. di Vita, U. Rossi, "The backscattering technique: its field of applicability in fibre diagnostics and attenuation measure- ment"; Optical and Quantum Electronics 11 (1980), pp. 17-22. Sammenligning av de to målingene kan gjøres for å ta hensyn til tap i fiberen, som i motsetning til temperatureffektene, opptrer med motsatt fortegn betraktet fra motsatte ender av fiberen.

Et DTS-system innbefatter typisk filtre utformet for å fjerne uønsket tilbake-forplantende lys ved innføringsenden av fiberen. Dette gjelder hovedsakelig blokkering av lys ved målebølgelengden, for å forkaste Rayleigh-tilbakespredningen og også Fresnel-refleksjonene av målepulsen mens Raman-signalene tillates å passere gjennom.

Fresnel-refleksjoner kan oppstå i det tilfelle at den optiske fiberen innbefatter én eller flere optiske koplingsanordninger eller kontakter som brukes til å skjøte sammen seksjoner av fiber. Disse anordningene kan ha uønsket høy reflektivitet, og vil reflektere en del av alt lys som forplanter seg fremover. Refleksjoner av målepulsen kan som nevnt tas hensyn til med egnet filtrering.

Det lyset som forplanter seg fremover, innbefatter imidlertid også den foroverrettede Raman-spredningen. Dette signalet inneholder den samme energi som Raman-tilbakespredningen, og forplanter seg hovedsakelig sammen med målepulsen. Et par med foroverspredte Raman-pulser (Stokes- og anti-Stokes-komponentene) bygges derfor opp med energi omtrent lik den tidsintegrerte effekten til Raman-tilbakespredningssignalene. Toppeffekten til de foroverrettede Raman-pulsene kan dermed være mange ganger øyeblikkseffekten til de tilbakespredte signalene.

Disse pulsene vil gjennomgå Fresnel-refleksjon ved enhver koplingsanordning eller andre reflekterende elementer langs avfølingsfiberen, slik at tilbakefor-plantningskomponentene ved Stokes- og anti-Stokes-bølgelengdene blir tilveiebrakt. Disse vil bli detektert sammen med ekte Stokes- og anti-Stokes-tilbakespredte signaler, og kan ikke skjelnes fra disse. Det detekterte, tilbakespredte, temperaturavhengige signalet blir dermed avbrutt ved posisjonen til koplingsanordningen, noe som gir en unøyaktig temperaturmåling ved dette punktet. Detektoren eller detektorene som anvendes, er videre vanligvis meget følsomme for å muliggjøre deteksjon av Raman-tilbakespredning som har meget lavere effekt enn den opprinnelige målepulsen. Fresnel-refleksjon av den meget høyere, foroverrettede Raman-spredningen gir en tilbakeforplantet komponent med høy effekt, som kan mette detektorene eller etterfølgende forforsterkere, eller eventuelt etterfølgende kretser. De umiddelbart tilbakespredte signalene går tapt, og også en viss mengde av de etterfølgende tilbakespredte signalene under den tid det tar for detektoren å gjenvinne og gjenoppta sin vanlige drift.

Jo høyere reflektiviteten til koplingsanordningen er, jo høyere vil de uønskede effektene være. For et system med en enkelt ende er effektene også avheng-ige av posisjonen til koplingsanordningen langs fiberen. I hvilken grad effektene er problematiske, vil avhenge av den nøyaktigheten som ønskes for temperaturmål-ingen. For noen anvendelser kan en nøyaktighet på 0,1 K være nødvendig, og Fresnel-refleksjoner vil typisk ikke tillate dette nøyaktighetsnivået å bli oppnådd.

Det er derfor behov for å ta hensyn til problemet med Fresnel-refleksjoner fra fiberkoplingsanordninger og andre reflekterende komponenter, slik at mer nøy-aktige DTS-temperaturmålinger kan utføres.

KORT OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

Et første aspekt ved foreliggende oppfinnelse er følgelig rettet mot en avføl-ingsfiber for bruk i et distribuert temperaturavfølingssystem, hvor det distribuerte avfølingssystemet innbefatter en optisk kilde for å sende lys inn i en ende av avfølingsfiberen, omfattende: en optisk fiber for rommessig utvidet utplassering i et måleområde, hvor den optiske fiberen innbefatter: et reflekterende element; og et oppkveilet fiberparti tilknyttet det reflekterende elementet og posisjonert ved det reflekterende elementet på den distale siden fra den optiske kilden, hvor det oppkveilede fiberpartiet hovedsakelig ikke bidrar noe til den rommessige utstrekningen av den optiske fiberen når den er utplassert.

Et andre aspekt ved den foreliggende oppfinnelse er rettet mot et distribuert temperaturavfølingssystem omfattende en avfølingsfiber omfatterende en optisk fiber for rommessig utstrakt utplassering inne i et måleområde, hvor den optiske fiberen innbefatter et reflekterende element, og et oppkveilet fiberparti tilknyttet det reflekterende elementet og posisjonert ved det reflekterende elementet på den distale siden fra den optiske kilden, hvor det oppkveilede fiberpartiet hovedsakelig ikke bidrar noe til den rommessige utstrekningen av den optiske fiberen når den er utplassert, en optisk kilde innrettet for å sende målelyspulser inn i den proksimale ende av avfølingsfiberen og en detektor innrettet for å detektere lys utsendt fra den proksimale ende av avfølingsfiberen og som stammer fra tilbakespredning av målelyset inne i avfølingsfiberen, idet det detekterte lyset indikerer temperatur langs den rommessige utstrekning av avfølingsfiberen, og for å generere et utgangssignal som er representativt for det detekterte lyset.

Et tredje aspekt ved den foreliggende oppfinnelse er rettet mot en fremgangsmåte for distribuert temperaturavføling, omfattende å utplassere en optisk fiber i et måleområde i en rommessig utstrakt utplassering, idet den optiske fiberen innbefatter et reflekterende element og et oppkveilet fiberparti tilknyttet det reflekterende elementet og posisjonert ved én distal side av det reflekterende elementet, hvor det oppkveilede fiberpartiet hovedsakelig ikke bidrar noe til den rommessige utstrekningen av den utplasserte optiske fiberen, å sende en målelyspuls inn i enden av den optiske fiberen på den side av det reflekterende elementet som er motsatt av det oppkveilede fiberpartiet, å detektere lys utsendt fra enden av den optiske fiberen på den side av det reflekterende element som er motsatt det oppkveilede fiberpartiet og som oppstår fra tilbakespredning av målelyset inne i den optiske fiberen, hvor det detekterte lyset indikerer temperatur langs den rommessige utstrekningen av den optiske fiberen, å generere et utgangssignal som er representativt for det detekterte lyset, å fjerne, fra utgangssignalet, en del som svarer til det detekterte lyset som er mottatt fra det oppkveilede fiberpartiet, og å bestemme en temperaturprofil langs den rommessige utstrekning av fiberen, fra utgangssignalet.

Foretrukkede utførelsesformer er angitt ved kravene 2-11, 13-16 og 18-26.

Det oppkveilede fiberpartiet er, fordi det ikke har noen rommessig lengde i måleretningen, effektivt redundant med hensyn til å fremskaffe en temperaturprofil over utstrekningen av avfølingsfiberen. Lys forplanter seg imidlertid langs den, og den tilveiebringer Raman-tilbakespredning, akkurat som resten av avfølingsfiberen gjør. Denne tilbakespredningen vil bli detektert ved fiberenden som vanlig, men hvis eventuell metning av detektoren i det distribuerte temperaturavfølings-systemet (DTS) inntreffer på grunn av refleksjoner fra det umiddelbart foregående reflekterende elementet, vil tilbakespredningen fra kveilen eller spolen ankomme detektoren mens detektoren gjenvinner sin normale drift. Den avbrutte delen av det detekterte signalet svarer derfor til lys mottatt fra spolen eller kveilen, som ikke er nødvendig for temperaturprofilen. Denne delen av signalet kan derfor forkastes uten tap av nyttige temperaturdata, noe som gjør det mulig å fjerne avbrytelsen for å etterlate en ønsket god kvalitetsprofil over lengden av avfølingsfiberen.

Det beskrives at den optiske fiberen kan være forsynt med en koplingsanordning ved sin proksimale ende for å kople den optiske fiberen til en distribuert temperaturavfølingssystem-enhet. Dette gjør det mulig å feste og løsne avfølings-fiberen fra en DTS-systemenhet når og hvis det er nødvendig, f.eks. ved transport, service og reparasjon av systemet, utskifting med en alternativ avfølingsfiber eller erstatning ved skade eller feil.

Avfølingsfiberen kan innbefatte flere reflekterende elementer som alle kan bidra til å avbryte målesignalet og oversvømme detektoren. Dette kan tas hensyn til ved å tilveiebringe en fiberkveil etter hvert reflekterende element. Den optiske fiberen innbefatter derfor fordelaktig én eller flere ytterligere reflekterende elementer, og et oppkveilet fiberparti tilknyttet hver og én av de flere ytterligere reflekterende elementer og posisjonert ved en distal side av det tilordnede, ytterligere reflekterende elementet.

Mange DTS-teknikker benytter en dobbeltendeløsning som innebærer å fremskaffe målinger fra begge ender av en avfølingsfiber, og å sammenligne resultatene for å fjerne uønskede effekter slik som fiberoverføringstap. I dette tilfelle er det hensiktsmessig å tilveiebringe fiberkveiler på hver side av hvert reflekterende element, slik at signalavbrytelsen kan fjernes for hver forplantningsretning. Tilveie-bringelse av kveiler eller spoler i par gjør det videre mulig å bruke fiberen fra hver ende selv i en DTS-enkeltendeteknikk uten at det er nødvendig å kontrollere at fiberorienteringen er korrekt. I en utførelse innbefatter derfor den optiske fiberen videre et ytterligere oppkveilet fiberparti tilknyttet det eller hvert reflekterende element og posisjonert i nærheten av en proksimal side av sitt tilordnede reflekterende element, idet det ytterligere oppkveilede fiberpartiet bidrar hovedsakelig ingenting til den rommessige utstrekningen av den optiske fiberen når den er utplassert. For å lette dobbeltendebruk og ingen endespesifikk enkeltendebruk, er den optiske fiberen videre forsynt med en koplingsanordning ved sin distale ende for å kople den optiske fiberen til en distribuert temperaturavfølingssystem-enhet.

For å fremskaffe maksimal eliminering av det avbrutte signalet, bør DTS-systemdetektoren fortrinnsvis fullstendig ha gjenopprettet sin normale drift ved det tidspunktet den begynner å motta tilbakespredt lys fra etterkveilseksjonen av fiberen, så kveillengden blir fortrinnsvis valgt tilsvarende. Den aktuelle kveillengden som er nødvendig for dette, vil være avhengig av et antall faktorer, innbefattende gjenopprettelsestiden til detektoren i DTS-systemet, reflektiviteten til det reflekterende partiet, effekten til pulsene som sendes inn i avfølingsfiberen, og den ønskede nøyaktigheten av temperaturmålingene. Det eller hvert oppkveilet fiberparti kan derfor ha en lengde i området fra 1 m til 500 m, 1 m til 100 m eller 1 m til 50 m, f.eks.

For å oppnå en avfølingsfiber med en ønsket lengde, kan det være nødven-dig å sammenføye individuelle partier av optisk fiber ende-mot-ende. Skjøting av fibere kan også være nødvendig hvis en fiberseksjon må erstattes eller hvis diskrete fibersensorer eller andre enkeltanordninger er bygd inn i avfølingsfiberen. Det vil derfor være kløvde fiberender langs lengden avfølingsfiberen; disse kan forårsake Fresnel-refleksjon av innfallende lys og dermed bidra til problemet med forstyrrelse av det målte Raman-signlet. I noen utførelser omfatter derfor én eller flere av det eller hvert reflekterende element en skjøt mellom to partier med optisk fiber.

Denne uønskede refleksjonen fra fiberendene kan imidlertid reduseres ved å tilveiebringe vinklede endefasetter slik at innfallende lys blir reflektert bort med en vinkel i stedet for å bli returnert langs fiberen til detektoren. Skjøten kan derfor med fordel omfatte sammenstøtende endefasetter av de to partiene med optisk fiber, der hver fasett er anordnet i en vinkel til en langsgående akse for den optiske fiberen for å redusere tilbakerefleksjon av innfallende lys.

For enhver type skjøt kan videre skjøten hensiktsmessig være implementert via en optisk fiberkonnektor.

Som diskutert ovenfor bør lengden av fiberkveilen fortrinnsvis velges under henvisning til gjenvinningstiden til detektoren etter metning. Under bruk blir derfor

detektoren fortrinnsvis mettet av Raman-spredt lys fra det eller hvert reflekterende element og har en gjenvinningstid etter metning, og det eller hvert oppkveilet fiberparti har en lengde som ikke er mindre enn en avstand som Raman-spredt lys kan forplante seg i avfølingsfiberen under gjenvinningstiden.

Etter generering kan detektorutgangssignalet behandles på passende måte for å tilveiebringe den ønskede temperaturprofilen fra målesignalet. Behandlingen kan hensiktsmessig utføres helt eller delvis integrert med DTS-systemet, eller måledataene kan alternativt lagres eller overføres eller kopieres til andre steder for behandling, på et fjerntliggende sted og/eller på et senere tidspunkt. Ifølge forskjellige utførelser kan derfor systemet videre omfatte en prosessor innrettet for å motta utgangssignalet fra detektoren og for å bestemme en temperaturprofil langs den rommessige utstrekningen av fiberen fra utgangssignalet, eller systemet kan videre omfatte en prosessor innrettet for å motta utgangssignalet fra detektoren og fjerne fra utgangssignalet en del eller deler som svarer til det detekterte lys mottatt fra det eller hvert oppkveilet fiberparti, og eventuelt ytterligere innrettet for å bestemme en temperaturprofil langs den rommessige utstrekningen av fiberen, fra utgangssignalet.

Det beskrives en fremgangsmåte for distribuert temperaturavføling som omfatter: å utplassere en optisk fiber i et måleområde i en rommessig utvidet utplassering, idet den optiske fiberen innbefatter et reflekterende element og et oppkveilet fiberparti tilknyttet det reflekterende elementet og posisjonert ved siden av en distal side av det reflekterende elementet, hvor det oppkveilede fiberpartiet hovedsakelig ikke bidrar til den rommessige utstrekningen av den utplasserte optiske fiberen; å sende en puls med målelys inn i en proksimal ende av den optiske fiberen; å detektere lys som utsendes fra den proksimale enden av den optiske fiberen, som oppstår fra Raman-spredning av målelyset i den optiske fiberen, idet det detekterte lyset indikerer temperatur langs den rommessig utstrekningen av den optiske fiberen; å generere et utgangssignal som er representativt for det detekterte lyset; å fjerne fra utgangssignalet en del som svarer til detektert lys mottatt fra det oppkveilede fiberpartiet; og bestemme en temperaturprofil langs den rommessige utstrekning v fiberen, fra utgangssignalet.

Det beskrives at detekteringen kan utføres ved å bruke en detektor som blir mettet av Raman-spredt lys reflektert fra det reflekterende elementet og har en gjenvinningstid etter metning, og det oppkveilede fiberpartiet har en lengde ikke mindre enn en avstand som det Raman-spredte lyset kan forplante seg i den optiske fiberen under gjenvinningstiden. Den optiske fiberen kan videre innbefatte ett eller flere ytterligere reflekterende elementer og et oppkveilet parti tilknyttet med hvert av det ene eller de flere ytterligere reflekterende elementene, og posisjonert ved siden av en distal side av sitt tilordnede ytterligere reflekterende element.

Om ønsket, kan fremgangsmåten utvides til distribuert temperatur-dobbelt-endeavføling i hvilket tilfelle fiberkveilene fortrinnsvis er anordnet på hver side av de reflekterende elementene. Den optiske fiberen kan dermed videre innbefatte et ytterligere oppkveilet fiberparti tilordnet det eller hvert reflekterende element og posisjonert ved siden av en proksimal side av dets tilordnede reflekterende element, idet det ytterligere oppkveilede fiberpartiet ikke i særlig grad bidrar til den rommessige utstrekningen av den utplasserte optiske fiberen, og fremgangsmåten kan videre omfatte: å sende en puls med målelys inn i en distal ende av den optiske fiberen; detektere lys utsendt fra den distale ende av den optiske fiberen og som oppstår fra Raman-spredning av målelyset inne i den optiske fiberen, idet det detekterte lyset indikerer temperaturen langs den rommessige utstrekningen av den optiske fiberen; å generere et annet utgangssignal som er representativt for det detekterte lyset fra den distale ende av fiberen; å fjerne fra det annet utgangssignal deler som svarer til detektert lys mottatt fra det oppkveilede fiberpartiet og det ytterligere oppkveilede partiet; å fjerne fra utgangssignalet en del som svarer til detektert lys mottatt fra det ytterligere oppkveilede partiet; og bestemme en temperaturprofil langs den rommessige utstrekningen av fiberen, fra utgangssignalet og det andre utgangssignalet.

Det beskrives at fremgangsmåten kan innbefatte å utplassere en avfølings-fiber med noen av eller alle de forskjellige trekk som er skissert ovenfor.

Det beskrives en avfølingsfiber for bruk i et distribuert temperaturavfølings-system, omfattende: en optisk fiber for rommessig utvidet utplassering inne i et måleområde, sammensatt av to optiske fiberpartier sammenføyd ved hjelp av en skjøt som omfatter mot hverandres støtende endefasetter på de to optiske fiberpartiene, hvor hver fasett er anordnet med en vinkel til den langsgående aksen av den optiske fiberen for å redusere tilbakerefleksjon av innfallende lys.

Bruken av vinklede fiberendefasetter i skjøter mellom partier av optiske fibere kan redusere uønsket refleksjon til et akseptabelt nivå, f.eks. med hensyn til en ønsket nøyaktighetsgrad av temperaturmålingene som er fremskaffet med av-følingsfiberen, eller endog eliminere refleksjonen fullstendig. En avfølingsfiber kan derfor brukes til å forbedre kvaliteten av de distribuerte temperaturmålingene.

Den optiske fiberen kan videre omfatte ett eller flere ytterligere optiske fiberpartier sekvensielt sammenføyd med de nevnte to optiske fiberpartiene ved hjelp av én eller flere skjøter som omfatter mot hverandre vendende endefasetter på til-støtende optiske fiberpartier, hvor hver fasett er anordnet i en vinkel til en langsgående akse for den optiske fiberen, for å redusere tilbakerefleksjon av innfallende lys. Flere fiberpartier kan brukes for å oppnå en nødvendig fiberlengde eller for innbefatte ytterligere komponenter, f.eks. den eller hver skjøt kan være implementert via en optisk fiberkoplingsanordning.

Den optiske fiberen kan videre være forsynt med en koplingsanordning ved sin proksimale ende for å forbinde den optiske fiberen med en distribuert tempera-turavfølingssystem-enhet, og/eller en koplingsanordning ved sin distale ende for å forbinde den optiske fiberen med en distribuert temperaturavfølingssystem-enhet.

Det beskrives et distribuert temperaturavfølingssystem omfattende: en avfølingsfiber; en optisk kilde drevet for å sende pulser med målelys inn i en proksimal ende av avfølingsfiberen; og en detektor innrettet for å detektere lys utsendt fra den proksimale enden av avfølingsfiberen som oppstår fra Raman-spredningen av målelyset inne i avfølingsfiberen, idet det detekterte lyset indikerer temperatur langs den rommessige utstrekningen av avfølingsfiberen, og for å generere et utgangssignal som er representativt for det detekterte lyset. Systemet kan videre omfatte en prosessor innrettet for å motta utgangssignalet fra detektoren og bestemme en temperaturprofil langs den rommessige utstrekningen av fiberen, fra utgangssignalet.

Det beskrives en fremgangsmåte for distribuert temperaturavføling, omfattende: å utplassere en optisk fiber i et måleområde i en rommessig utvidet utplassering, idet den optiske fiberen er sammensatt av to optiske fiberpartier sammenføyd ved hjelp av en skjøt som omfatter tilstøtende endefasetter i de to optiske fiberpartiene, der hver fasett er anordnet med en vinkel til den optiske fiberens langsgående akse for å redusere tilbakerefleksjon av innfallende lys; å sende en puls med målelys inn i en proksimal ende av den optiske fiberen; å detektere lys utsendt fra den proksimale ende av den optiske fiberen og som er oppstått fra Raman-spredning av målelyset inne i den optiske fiberen, idet det detekterte lyset indikerer temperatur langs den rommessige utstrekningen av den optiske fiberen; generering av et utgangssignal som er representativt for det detekterte lyset; og bestemme en temperaturprofil langs den rommessige utstrekningen av fiberen, fra utgangssignalet.

Den optiske fiberen kan videre omfatte ett eller flere ytterligere optiske fiberpartier som sekvensielt er sammenføyd med de to optiske fiberpartiene ved hjelp av én eller flere skjøter som omfatter tilstøtende endefasetter av tilstøtende optiske fiberpartier, der hver fasett er anordnet i en vinkel til en langsgående akse for den optiske fiberen for å redusere tilbakerefleksjon av innfallende lys. Den eller hver skjøt kan være implementert via en optisk fiberkoplingsanordning.

For distribuert temperatur-dobbeltendeavføling kan fremgangsmåten videre omfatte: å sende ut en puls med målelys inn i en distal ende av den optiske fiberen; å detektere lys utsendt fra den distale ende av den optiske fiberen som er oppstått fra Raman-spredning av målelyset inne i den optiske fiberen, idet det detekterte lyset indikerer temperaturen langs den rommessige utstrekningen av den optiske fiberen; å generere et annet utgangssignal som er representativt for det detekterte lyset fra den distale ende av fiberen; og å bestemme en temperaturprofil langs den rommessige utstrekningen av fiberen, fra utgangssignalet og det andre utgangssignalet.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

For å gi en bedre forståelse av oppfinnelsen og for å vise hvordan denne kan utføres, vises det nå som et eksempel til de vedføyde tegningene, hvor: Fig. 1 viser en skjematisk representasjon av et eksempel på et DTS-enkeltendesystem hvor utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse kan implementeres; Fig. 2 viser en skjematisk representasjon av et eksempel på et DTS-dobbeltendesystem, hvor utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse kan implementeres; Fig. 3A viser en skjematisk representasjon av en DTS-anordning brukt til å ta forsøksmålinger som viser et behov for foreliggende oppfinnelse; Fig. 3B, 3C og 3D viser diagrammer over forsøksmålinger av Fresnel-reflektert Raman-spredt lys fremskaffet ved å bruke anordningen på fig. 3A; Fig. 4A viser en skjematisk representasjon av en første utførelsesform av en DTS-avfølingsfiber i henhold til foreliggende oppfinnelse; Fig. 4B og 4C viser eksempler på diagrammer av temperaturmålinger fremskaffet ved å bruke avfølingsfiberen på fig. 4A; Fig. 5A viser en skjematisk representasjon av en annen utførelsesform av en DTS-avfølingsfiber i henhold til foreliggende oppfinnelse; Fig. 5B viser et eksempel på et diagram for en temperaturmåling fremskaffet ved å bruke avfølingsfiberen på fig. 5A; Fig. 6A og 6B viser skjematiske representasjoner av DTS-avfølingsfibere i henhold til ytterligere utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse; og Fig. 7 viser en skjematisk representasjon av en DTS-avfølingsfiber i henhold til nok en ytterligere utførelsesform av foreliggende oppfinnelse.

DETALJERT BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN

D istribuerte tem peraturavf ø I ingssystem er

Fig. 1 viser en skjematisk representasjon av et eksempel på et distribuert temperaturavfølingssystem (DTS-system) eller anordning. Systemet 10 omfatter en avfølingsfiber 12 som omfatter en lengde med optisk fiber for rommessig utvidet utplassering i et måleområde eller et målemiljø. Avfølingsfiberen er med andre ord, når den er utplassert, anordnet for å strekke seg gjennom måleområdet ved å følge en linje langs hvilken det er ønskelig å måle en temperaturprofil. Fiberen kan være enkeltmodus eller multimodus, selv om multimodus generelt blir foretrukket

for DTS-teknikker. En proksimal ende av fiberen 12 er forbundet med en optisk koplingsanordning 14, slik som en bølgelengdedelings-multiplekser; en smeltet fiberkoplingsanordning eller en hurtig optisk bryter. Koplingsanordningen 14 tillater pulser med målelys 16, generert av en optisk kilde 18, slik som en laser, å bli sendt inn i fiberen 12. Etter utsendelse forplanter en puls seg langs lengden av fiberen 12, underkastet Raman-spredning ved alle punkter. Amplituden til Raman-spredningslyset er proporsjonal med den lokale temperaturen ved sprednings-punktet, slik at en tid/avstand-oppløst måling av mengden med Raman-spredning indikerer temperaturen langs fiberen. Tilbakespredte deler av det Raman-spredte lyset sammen med Rayleigh-tilbakespredningslys ved målepuls-bølgelengden, forplanter seg bakover langs fiberen 12 til den proksimale ende, hvor koplingsanordningen 14 dirigerer det returnerte lyset 20 bort fra den optiske kilden 18 og til en fotodetektor 22. Ett eller flere filtre 24 er anordnet foran fotodetektoren 22 for å fjerne lys ved sondebølgelengden, og bare etterlate lys ved Raman-tilbakespredningsbølgelengdene 26 (fortrinnsvis både anti-Stokes- og Stokes-

komponentene, selv om bare én komponent kan brukes) for deteksjon. (Der hvor både anti-Stokes- og Stokes-komponentene blir målt, er det generelt nødvendig med enten et bevegelig filter for sekvensielt å måle komponentene, eller lyset må splittes i to kanaler, hvor forsynt med sin egen detektor og forforsterker). Fotodetektoren 22 genererer et signal (eller flere signaler) som reaksjon på det detekterte lyset. Det detekterte signalet blir matet til en prosessor 28 hvor signalbehandlingen blir utført for å bestemme en temperaturprofil langs fiberen, med sikte på å tilveiebringe en ønsket distribuert temperaturmåling. Behandlingen kan innbefatte beregning av avstand langs fiberen 12 fra tidsinformasjonen i det detekterte signalet, beregning av anti-Stokes/Stokes-forholdet for forbedret nøyaktighet, og/eller beregninger for å ta hensyn til tap i fiberen 12. Prosessoren 28 kan utføre all den behandling som er nødvendig for å returnere målingen i et ønsket format, eller kan ut-føre ingen eller bare en del av behandlingen, og sende og/eller lagre signaldata for behandling av en fjerntliggende prosessor eller lignende. Prosessoren 28 kan videre være forbundet med den optiske kilden 18 for utsendelse av styresignaler til den optiske kilden 18 for å styre utsendelse av målepulsene. Prosessoren 28 kan være implementert som elektroniske kretser, datamaskinprogramvare eller en kombinasjon av de to.

Med unntak av den optiske fiberen 12 kan noen av eller alle komponentene

i DTS-systemet befinne seg sammen i en enkelt DTS-enhet 30. Enheten 30 kan innbefatte en koplingsanordning ved hjelp av hvilken fiberen 12 er forbundet med enheten for å muliggjøre alternative fibere å bli brukt med den sammen enheten, og/eller for å muliggjøre enkel utskifting av fiberen 12.

Systemet på fig. 1 er et DTS-enkeltendesystem hvor en proksimal ende av fiberen 12 er lokalisert ved DTS-enheten, og en distal ende av fiberen er posisjonert fjerntliggende i måleområdet. Et alternativ er et DTS-dobbeltendesystem. I et slikt system er fiberen utplassert i en sløyfe slik at både de proksimale og distale endene er lokalisert ved DTS-enheten. Enheten er utformet slik at målepulser kan sendes inn og mottas fra den proksimale ende av fiberen, som beskrevet ovenfor for enkeltendesystemet, og også kan sendes inn i og mottas fra den distale ende av fiberen slik at målinger kan tas fra begge ender av fiberen. Sammenligning av disse målingene kan gjøre det mulig å ta hensyn til forskjellige fibertap siden tap generelt har forskjellige effekter betraktet fra hver fiberende, mens temperaturinformasjonen er den samme.

Et dobbeltendesystem kan implementeres ved å tilveiebringe separate optiske kilder og detektorer for hver fiberende, med egnet kopling. Et enklere arran-gement er imidlertid å tilveiebringe et enkelt sett med komponenter, som i et enkeltendesystem, og en koplingsanordning innrettet for å kople komponentene til den ene eller den andre enden av fiberen etter ønske. Fig. 2 viser en dobbeltende-anordning 32 av denne typen, hvor en fiber 34 er anordnet i en sløyfe med sine to ender forbundet til en koplingsanordning 36 som kan kople hver av endene til en optisk kilde 18 eller en detektor 22.

I begge systemtypene kan det være nødvendig å tilveiebringe én eller flere skjøter eller forbindelser i avfølingsfiberen, f.eks. for å tilveiebringe en tilstrekkelig lengde av fiberen eller for å tilføye komponenter slik som diskrete sensorer. Dette kan utføres ved å bruke optiske konnektorer eller fiberkoplingsanordninger. I alle fall vil fiberendene ved en skjøt forårsake Fresnel-refleksjon av lys som forplanter seg forover. Det reflekterte lyset forplanter seg tilbake langs fiberen til den proksimale ende, hvor det blir dirigert til fotodetektoren. Lys ved andre bølgelengder enn Råman-, Stokes- og anti-Stokes-bølgelengder, slik som refleksjon av målepulsen selv, kan lett elimineres ved å bruke passende filtre. Fresnel-refleksjon av forover-spredt Raman-lys har imidlertid den samme bølgelengde som det tilbakespredte Raman-lyset slik at det ikke kan filtreres ut. Det foroverrettede Raman-lyset akku-muleres som en puls og har meget høyere effekt enn det tilbakespredte Raman-signalet, slik at når den blir reflektert, kan en betydelig andel av lyset returneres til detektoren hvor det er i stand til å ødelegge temperaturinformasjonen i tilbakespredningen som kommer fra posisjonen til skjøten, og også å mette detektoren slik at en etterfølgende del av tilbakespredningen ikke kan detekteres riktig. Temperaturmålinger fra en potensielt viktig seksjon av fiberen kan derved gå tapt.

Raman-foroverspredning

Forsøk er blitt utført for å vise virkningen av Fresnel-refleksjon av Raman-foroverspredning på DTS-målinger.

Fig. 3A viser en skjematisk representasjon av en anordning som er brukt til å utføre forsøkene. En DTS-systemenhet 40 innbefatter en pulset høyeffektslaser innrettet for å generere målepulser ved 1064 nm. Denne målebølgelengden frembringer et anti-Stokes-signal ved 1015 nm. Målepulsene blir sendt inn i en avføl-ingsfiber 42 som har en lengde på omkring 2,3 km. I tillegg ble fire filterkonfigura-sjoner testet, anordnet ved den distale ende av fiberen, som følger:

A: ingen filtre

B: båndpassfilter ved 1015 nm

C: båndpassfilter ved 1064 nm

D: båndpassfilter ved 1015 nm og båndpassfilter ved 1064 nm.

Anti-Stokes-filtre (B) ved 1015 nm ble brukt med ytterligere 20 meter med fiber for å tilveiebringe en tidsforsinkelse for å separere pulsene for å lette sam-menligningen. Fiberarrangementene er terminert med en -14 dB reflektor 46 ved den distale ende av fiberen 42, for å tilveiebringe en Fresnel-refleksjon.

Lys returnert ved anti-Stokes-bølgelengden ble detektert for hver filterkonfi-gurasjon. Resultatene er vist på fig. 3B, som plottinger A, B, C og D av amplituden til det detekterte lyset som en funksjon av lengden L langs fiberen 42. Retningene for lysforplantningen er indikert ved hjelp av pilene. Fra dette kan det ses at Raman-foroverspredningen inntreffer ved alle punkter langs fiberen. Når dette spredte lyset møter reflektoren, blir det reflektert tilbake for å gi foroverspredte Raman-signaler i bakoverretningen. Fresnel-refleksjon av pumpepulsen som forplanter seg forover, bidrar ytterligere til det tilbakevendende lyset ved anti-Stokes-bølgelengden siden denne delen av målepulsen vil gjennomgå Raman-spredning når den forplanter seg tilbake til utsendelsesenden av fiberen, hvorav en del vil være foroverspredning i retning av utsendelsesenden. Generelt sagt er bidragene til det endelig detekterte lyset fra disse to kildene like.

Ytterligere forsøk benyttet en avfølingsfiber omfattende to seksjoner på omkring 2 km hver med optisk fiber skjøtt med en fiberkonnektor med en reflektivitet lik -27dB. Fig. 3C viser et diagram over den målte amplituden til anti-Stokes-signalet returnert fra en del av avfølingsfiberen omkring skjøten. En større spiss kan ses ved posisjonen til konnektoren, forårsaket av den tilbakereflekterte Raman-foroverspredningen. Bakgrunnsnivået for diagrammet viser den ekte Raman-tilbakespredningen.

I praksis blir temperaturmålinger vanligvis fremskaffet fra et forhold mellom anti-Stokes- og Stokes-signalene. Begge bølgelengder blir derfor målt, og forhol det blir bestemt. Dette er proporsjonalt med temperaturen slik at temperaturprofilen over fiberlengden kan beregnes fra forholdet. Fig. 3D viser resultatene av denne beregningen for ant-Stokes-målingen på fig. 3C. Fra dette kan det ses at temperaturprofilen er forstyrret i nærheten av konnektoren, selv om den optiske pulsvarigheten i dette tilfelle svarer til mindre enn 2 m. Forstyrrelsen er ikke begrenset til den nøyaktige posisjonen av konnektoren. Den strekker seg forbi kon-nektorposisjonen fordi Fresnel-reflektert lys metter den sensitive fotodetektoren slik at Raman-lys som er tilbakespredt fra punkter like forbi konnektoren, og som derfor vil ankomme ved fotodetektoren like etter Fresnel-refleksjonen, ikke blir detektert. Størrelsen og varigheten av forstyrrelsen vil være avhengig av reflek-tivitetsnivået til skjøten, og spesifikasjonen til fotodetektoren. For et enkelende-system er effekten verre for en skjøt langt fra DTS-enheten. Tilbakespredt lys om kommer fra fjerntliggende deler av fiberen, er svekket av fiberoverføingstap slik at fotodetektoren når et høyt gjenvinningsnivå før deteksjon av tilbakespredning blir gjenopptatt. Gjenvinningstiden blir med andre ord økt slik at en større lengde av fiberen blir påvirket. Påvirkede lengder kan være fra noen få meter til noen få hundre meter avhengig av DTS-systemet.

Første utførelsesform

For å ta hensyn til problemet med temperaturmålinger avbrutt av Fresnel-refleksjoner, anordnes det i henhold til foreliggende oppfinnelse et parti med oppkveilet fiber i avfølingsfiberen umiddelbart etter skjøten, eller et annet reflekterende element, dvs. på den distale side av det reflekterende elementet i forhold til forplantningsretningen til forovermålepulsen. Lengden av det oppkveilede partiet blir bestemt slik at den tid det tar for lys å forplante seg langs dette, fortrinnsvis stemmer overens med eller overskrider den tid det tar for fotodetektoren å komme seg fra overbelastningen av Fresnel-refleksjoner fra det reflekterende elementet. Dette vil være avhengig av reflektiviteten til elementet, som bestemmer amplituden til Fresnel-refleksjonen, og av gjenvinningstiden til fotodetektoren etter mottakelse av et metningssignal med denne amplituden.

Fig. 4A viser en del av en avfølingsfiber i henhold til denne utførelsesfor-men. Avfølingsfiberen 50 omfatter et proksimalt parti 50a med en lengde La, og et distalt parti 50b med en lengde Lb, skjøtt sammen med en konnektor eller en kop lingsanordning 52, som har en viss reflektivitet slik at den vil frembringe betydelig retroreflektert Fresnel-refleksjon av innfallende lys, for derved å sende lyset tilbake langs fiberen. Det distale partiet 50b av fiberen 50 innbefatter et oppkveilet fiberparti 54 som befinner seg ved siden av den distale siden av konnektoren 52 og har en total ikke oppkveilet lengde Lc.

Når en målepuls, under drift, blir sendt inn i den proksimale ende av den utplasserte avfølingsfiberen, vil derfor fotodetektoren innledningsvis motta og detektere Raman-tilbakespredning fra partiet av avfølingsfiberen som er på den proksimale siden av skjøten, og vil være i stand til å funksjonere riktig for å detektere dette lyset. Så vil Fresnel-refleksjonen av Raman-foroverspredningen nå fotodetektoren og ødelegge den ekte tilbakespredningen. Fotodetektoren vil også sann-synligvis gå i metning, og vil dermed for en periode være ute av stand til detektere ytterligere Raman-tilbakespredning, som nå kommer tilbake fra den del av fiberen som følger umiddelbart etter skjøten. Denne delen er fiberkveilen. Fotodetektoren gjenvinner sin vanlige operasjon, og kan så detektere tilbakespredningen igjen. Ved dette tidspunkt stammer det tilbakespredte lyset fra den siste delen av kveilen eller fra starten av det etterfølgende, distale parti av avfølingsfiberen (avhengig av om kveillengden overskrider eller stemmer overens med fotodetektorens gjenvinningstid).

Det totale, tilbakespredte signalet vil derfor, som forventet, ha en forstyrret del i nærheten av skjøten, som svarer til fiberkveilen. Fig. 4B viser en plotting av en resulterende måling som viser god temperaturmåling over det første parti av fiberen, La, avbrutt måling over spolen for avstand Lc, og god måling over den gjenværende delen, Lb. Kveilen har imidlertid en kjent lengde og kjent posisjon langs avfølingsfiberen. Den del av det detekterte signalet som stammer fra kveilen, dvs. som svarer til detektert lys mottatt fra kveilen, kan derfor fjernes fra den totale målingen for derved å fjerne den avbrutte delen av signalet. Fordi denne forkastede delen av fiberen er anordnet som en spole eller kveil, har den hovedsakelig ingen rommessig utstrekning langs den utplasserte optiske fiberen, som definerer måleprofilen. Den aktuelle utplasserte utstrekningen av avfølingsfiberen er i stedet definert av La+Lb. Fjerning av den del av målesignalet som svarer til feilen, resulterer derfor ikke i tap av noen del av den distribuerte målingen. De to delene av signalet som er fremskaffet fra hver side av kveilen kan derimot slås sammen for å gi den direkte temperaturprofilen distribuert over lengden av avføl-ingsfiberen, hvor lengden svarer til den rommessige utstrekningen av avfølings-fiberen i måleområdet La+Lb(i motsetning til den aktuelle fiberlengden La+Lb+Lc, som innbefatter lengden av kveilen). Fig. 4C viser plottingen på fig. 4B korrigert på denne måten.

Fjerning av den relevante delen av den målte og detekterte Raman-tilbakespredningen kan lett implementeres ved hjelp av en hvilken som helst prosessor som brukes til å håndtere måledata, f.eks. ved å tilveiebringe programvare som kan identifisere og forkaste de distribuerte dataene basert på informasjon ved-rørende lengden og posisjonen av kveilen. Fjerningen kan utføres ved et hvilket som helst hensiktsmessig punkt under behandlingen av måledataene. Den del av signalet som er mottatt fra kveilen, kan f.eks. fjernes fra råmålingsdataene, kan-skje umiddelbart før mottakelse av målesignalet av prosessoren. Dette er fordelaktig ved at uønskede data ikke må lagres og heller ikke behøver beregninger å bli utført på uønskede data. Alternativt kan fjerningen utføres ved et hvilket som helst senere punkt, f.eks. etter endelig beregning av temperaturprofilen. Disse forskjellige funksjonene kan utføres av en hvilken som helst prosessor som er innbefattet i DTS-systemet som brukes til å utføre målingen, eller ved hjelp av én eller flere alternative prosessorer som måledataene blir overført til.

Lengden av kveilen kan videre bestemmes i forhold til det ønskede nøyaktig-hetsnivået til temperaturmålingene. Lavere nøyaktighetskrav kan bety at fotodetektoren ikke må være fullstendig tilbakeført til sin vanlige driftstilstand før den kan ta nyttige målinger.

Som et eksempel, er konnektoren som har -27 dB reflektivitet og hvis profil er vist på fig. 3D, krever en kveillengde større enn 50 m. Et stort lengdeområde kan imidlertid være egnet avhengig av karakteristikkene til DTS-systemet som en helhet. Det oppkveilede fiberpartiet kan ha en lengde i området fra 1 m til 50 m, fra 1 m til 100 m eller fra 1 m til 500 m, f.eks.

Ytterligere utførelsesformer

Den første utførelsesformen som er beskrevet ovenfor, benytter en enkelt fiberkveil på én side av skjøten i avfølingsfiberen. Dette er passende for et DTS-enkeltendesystem fordi kveilen alltid vil være på den distale side av skjøten. I et DTS-dobbeltendesystem vil derimot den første utførelsesform en oppføre seg som krevet i bare én retning. Ifølge en annen utførelsesform er derfor en annen kveil tilveiebrakt på den andre siden av skjøten. På denne måten er det alltid en kveil tilgjengelig for å romme gjenvinningstiden til fotodetektoren uten hensyn til hvilken ende av fiberen blir brukt som innføringsende. Måledata fremskaffet fra den andre kveilen som befinner seg foran skjøten i forhold til målepulsforplantningsretningen, kan fjernes fra den totale målingen på samme måte som for den første kveilen, siden dens lengde og posisjon vil være kjent. Denne kveilen opptar ingen rommessig utstrekning i måleområdet, slik at data fremskaffet fra denne er redundante med hensyn til den ønskede temperaturprofilen, og bør fjernes. For dobbeltende-drift med en slik fiber blir en måling tatt fra hver ende av avfølingsfiberen, og for hvert resulterende utgangssignal fra detektoren, blir de to delene som svarer til de to kveilene fjernet. Fig. 5A viser en del av en avfølingsfiber i henhold til den andre utførelses-formen, som er egnet for bruk med et DTS-dobbeltendesystem (selv om det kan brukes i et enkeltendearrangement hvis begge spolene eller kveilene blir tatt hensyn til ved behandling av målingene). Avfølingsfiberen 50 omfatter, som før, et proksimalt parti 50a med lengde La, og et distalt parti 50b med lengde Lb, skjøtt sammen ved hjelp av en konnektor 52. En første fiberkveil 54a med en ikke oppkveilet lengde lik Lcer posisjonert ved den distale siden av skjøten, i det distale parti 50b av fiberen, og en annen fiberkveil 54b med en ikke oppkveilet lengde Lder posisjonert ved den proksimale siden av skjøten i det proksimale partiet 50a av fiberen. Fig. 5B viser et eksempel på et diagram over en temperaturmåling fremskaffet fra avfølingsfiberen på fig. 5A, for en målepuls som forplanter seg fra venstre til høyre som antydet med pilen P. Normale temperaturmålinger opptrer i den første del av lengden La, svarende til det proksimale fiberpartiet 50a. Dette blir fulgt først av et hovedsakelig flatt parti for lengden av den andre kveilen 50b, Ld, og deretter av et avbrutt parti over forlengelsen Lcav den første kveilen 54a. Til slutt gjenopptas normale målinger for det siste, distale fiberpartiet 50b. Den andre kveilen gir et hovedsakelig flatt resultat fordi det hovedsakelig opptar en enkelt posisjon langs lengden av fiberen som alle har den samme temperaturen. Etter-følgende behandling fjerner de to delene av målingen som svarer til de to kveilene, og bringer de proksimale og distale fiberpartiene sammen for å ankomme til en profil lik den på fig. 4C.

Oppfinnelsen er heller ikke begrenset til en enkelt skjøt eller sammenkop-ling i avfølingsfiberen. En avfølingsfiber kan innbefatte mer enn én skjøt, spesielt hvis den er meget lang. I dette tilfelle kan en kveil eller et par kveiler være anordnet for hver skjøt, avhengig om avfølingsfiberen er for et DTS-enkeltendesystem eller et DTS-dobbeltendesystem. Fig. 6A viser en skjematisk representasjon av et eksempel på en enkeltende-avfølingsfiber 60 med tre skjøter 62 og tre tilhørende kveiler 64, og fig. 6B viser en skjematisk representasjon av et eksempel på en dob-beltendeavfølingsfiber 70 som har to skjøter 72 og to par med tilhørende kveiler 74. I begge tilfeller kan flere skjøter også tenkes. For hensiktsmessighetens skyld kan avfølingsfiberen også være forsynt med en konnektor ved én eller begge ender, for å kople fiberen til en enhet i et DTS-system. Enheten kan være selvsten-dig med avfølingsfiberen som en separat enhet som kan festes til eller fjernes etter behov. For dobbeltendebruk bør konnektorer være anordnet på både de proksimale og distale endene av avfølingsfiberen (se fig. 6B som viser konnektorer 68 ved hver ende). En slik fiber kan også anvendes til enkeltendebruk der én av endene er betegnet som den proksimale ende for å forbindes med en DTS-enhet. For en utpekt enkeltendefiber med en kveil pr. skjøt, er en enkelt konnektor ved den proksimale ende imidlertid tilstrekkelig (se fig. 6A).

Ytterligere forfining kan innføres ved å redusere Fresnel-refleksjonene i seg selv. Én måte å gjøre dette på, er å implementere en fiberskjøt ved å bruke vinklede, polerte endefasetter av skjøtepartiene. Ifølge denne utførelsesformen er de to tilstøtende endefasettene av de skjøtte fibrene polert eller på annen måte utformet som butte vinkler med hensyn til den langsgående aksen til fibrene. Innfallende lys reflektert av én slik vinklet overflate vil bli dirigert bort fra forplantnings-aksen til den optiske fiberen, og dermed blir den ikke tilbakereflektert til fotodetektoren. Dette er i motsetning til en konvensjonell plan, perpendikulært polert fiberende som vil reflektere det innfallende lyset tilbake i motsatt retning, direkte til fotodetektoren. Vinkelpolering vil dermed redusere eller eventuelt fullstendig eliminere tilbakeforplantning av Fresnel-refleksjon av den foroverspredte Raman-spredningen. Vinkelpolering kan redusere reflektiviteten til en fiberskjøt ned til

-60 dB eller mindre.

Uansett om enden av fasettene til fiberen er vinkelpolert for å redusere tilbakerefleksjon, kan fiberskjøter oppnås på en nyttig måte via en optisk fiberkonnektor. Fig. 7 er en skjematisk representasjon av en vinklet, polert optisk konnektor 80 som viser hvordan de tilstøtende endene 82 av to partier av fiberen 84 er polert for å definere en vinkel i forhold til den langsgående aksen, representert ved den stiplede linjen. Optiske konnektorer kan også brukes for å sammenføye flate, perpendikulære fiberender. Videre kan skjøter oppnås på andre måter, slik som ved å sammensmelte eller båndere fiberendene til hverandre.

I henhold til forskjellige utførelsesformer kan derfor en skjøt i en avfølings-fiber utføres med vinklede, polerte fiberender, eventuelt implementert ved bruk av en konnektor, og fiberkveiler kan være anordnet på én eller begge sider av konnektoren for enkeltende- eller dobbeltende-avføling.

Anvendelsen av hurtig gjenvinningsfotodetektorer og forforsterkere kan videre tas i betraktning.

Fotodetektoren hvis funksjon er å omforme innfallende lys til et representativt elektrisk signal, kan være utformet slik at den kommer seg hurtigere fra metning forårsaket av de intense signalene som er reflektert fra en fiberskjøt, og dermed tilveiebringe en mer troverdig reproduksjon av det etterfølgende optiske signalet. Utformingen av en fotodetektor er imidlertid en øvelse i utform ingskom pram is-ser, og i å redusere gjenvinningstiden, idet støyytelsen uunngåelig blir forringet. Dette reduserer nøyaktigheten av temperaturprofilen over hele lengden av fiberen, ikke bare i nærheten av skjøten. De utførelsesformene som er beskrevet ovenfor, blir derfor betraktet å være foretrukne teknikker med hensyn til total systemytelse siden enhver reduksjon i ytelse som et resultat fra å tilføye fiberkveiler på én eller begge sider av en skjøt på grunn av økte forplantningstap og etterfølgende reduksjon i styrke av de optiske signalene, generelt vil være langt lavere enn forringelsen i støy fra fotodetektoren hvis den blir fremskyndet tilstrekkelig for å eliminere behovet for fiberkveiler. I noen tilfeller kan imidlertid bruk av en hurtigere fotodetektor i forbindelse med fiberkveiler bli foretrukket hvis de uhensiktsmessig lange fiberkveilene på annen måte f.eks. er nødvendig.

Selv om utførelsesformer av oppfinnelsen er blitt diskutert i forbindelse med eksempelet på skjøter mellom partier av optiske fibere, typisk implementert med optiske fiberkonnektorer eller koplingsanordninger, har oppfinnelsen et bredere anvendelsesområde siden den kan anvendes i et hvilket som helst reflekterende element i avfølingsfiberen som produser uønsket tilbakerefleksjon av Raman-spredt lys som bøyer seg forover. Ethvert slikt reflekterende element vil frembringe potensiell metning av fotodetektoren og avbryte målesignalet, med følgende redu-sert nøyaktighet av den målte temperaturprofilen. Dette kan tas hensyn til ved å bruke utførelsesform ene av foreliggende oppfinnelse uansett beskaffenheten til det elementet som frembringer refleksjonen.

Distribuerte temperatursensorer er i utstrakt bruk for å fremskaffe temperaturprofiler. Forbedret nøyaktighet, som tilveiebringes ved hjelp av foreliggende oppfinnelse, er naturligvis gunstig på de fleste områder. En spesiell anvendelse er i det område som gjelder overvåkning av temperaturprofiler i oljebrønner, hvor målinger av meget små endringer i temperatur vanligvis blir brukt til å utlede fluid-strømningshastighet i forskjellige seksjoner av en brønn. Kjennskap til fluidstrøm-ningshastigheten er av stor betydning i oljeproduksjon, siden hastigheten og volu-met av produksjonen kan forutsies, og eventuelle problemer som forårsaker en strømningsendring, slik som blokkering av borehullet av utfellingsdannelse, kan identifiseres. Høy temperaturmålingsnøyaktighet er ønskelig for å muliggjøre strømningshastighets- og andre parametere å bli bestemt så nøyaktig som mulig, slik at foreliggende oppfinnelse vil være fordelaktig i blant annet oljeindustri-anvendelser.

Claims

1. Avfølingsfiber for bruk i et distribuert temperaturavfølingssystem, hvor det distribuerte avfølingssystemet innbefatter en optisk kilde for å sende lys inn i en ende av avfølingsfiberen, karakterisert vedat avfølingsfiberen omfatter: en optisk fiber for rommessig utstrakt utplassering inne i et måleområde, hvor den optiske fiberen innbefatter: et reflekterende element; og et oppkveilet fiberparti tilknyttet det reflekterende elementet og posisjonert ved det reflekterende elementet på den distale siden fra den optiske kilden, hvor det oppkveilede fiberpartiet hovedsakelig ikke bidrar noe til den rommessige utstrekningen av den optiske fiberen når den er utplassert.

2. Avfølingsfiber ifølge krav 1, hvor den optiske fiberen er forsynt med en konnektor ved sin ende på den side av det reflekterende elementet som er motsatt det oppkveilede fiberpartiet, for å forbinde den optiske fiberen med en distribuert temperaturavfølingssystem-enhet.

3. Avfølingsfiber ifølge krav 1 eller krav 2, hvor den optiske fiberen innbefatter ett eller flere ytterligere reflekterende elementer, og et oppkveilet fiberparti tilknyttet hvert av det ene eller de flere ytterligere reflekterende elementene og posisjonert ved det tilhørende ytterligere reflekterende elementet på den side som er distal fra den optiske kilden.

4. Avfølingsfiber ifølge et av de foregående krav, hvor den optiske fiberen innbefatter et ytterligere oppkveilet fiberparti tilknyttet det eller hvert reflekterende element og posisjonert ved det tilhørende reflekterende element på den side som er proksimal i forhold til den optiske kilden, hvor det ytterligere oppkveilede fiberpartiet hovedsakelig ikke bidrar noe til den rommessige utstrekning av den optiske fiberen når den er utplassert.

5. Avfølingsfiber ifølge et av de foregående krav, hvor den optiske fiberen er forsynt med en konnektor ved sin ende på den side av det reflekterende elementet som er distalt fra den optiske kilden, for å forbinde den optiske fiberen med en distribuert temperaturavfølingssystem-enhet.

6. Avfølingsfiber ifølge et av kravene 1 til 5, hvor den eller hvert oppkveilet fiberparti har en lengde i området fra 1 m til 500 m.

7. Avfølingsfiber ifølge et av kravene 1 til 5, hvor det eller hvert oppkveilet fiberparti har en lengde i området fra 1 m til 100 m.

8. Avfølingsfiber ifølge et av kravene 1 til 5, hvor det eller hvert oppkveilet fiberparti har en lengde i området f ra 1 m til 50 m.

9. Avfølingsfiber ifølge et av de foregående krav, hvor ett eller flere av det eller hvert reflekterende element omfatter en skjøt mellom to optiske fiberpartier.

10. Avfølingsfiber ifølge krav 9, hvor skjøten omfatter tilstøtende endefasetter på de to optiske fiberpartiene, der hver fasett er anordnet i en spiss vinkel til en langsgående akse for den optiske fiberen for å redusere tilbakespredning av innfallende lys.

11. Avfølingsfiber ifølge krav 9 eller krav 10, hvor skjøten er implementert via en optisk fiberkonnektor.

12. Distribuert temperaturavfølingssystem, karakterisert ved: en avfølingsfiber ifølge ett av kravene 1 til 11; en optisk kilde innrettet for å sende målelyspulser inn i den proksimale ende av avfølingsfiberen; og en detektor innrettet for å detektere lys utsendt fra den proksimale ende av avfølingsfiberen og som stammer fra tilbakespredning av målelyset inne i avfølings-fiberen, idet det detekterte lyset indikerer temperatur langs den rommessige utstrekning av avfølingsfiberen, og for å generere et utgangssignal som er representativt for det detekterte lyset.

13. System ifølge krav 12, hvor detektoren under bruk blir mettet med lys reflektert fra det eller hvert reflekterende element og har en gjenvinningstid etter metning, og hvor det eller hvert oppkveilet fiberparti har en lengde som ikke mindre enn en avstand som det tilbakespredte lyset kan forplante seg i avfølingsfiberen under gjenvinningstiden.

14. System ifølge krav 12 eller krav 13, og videre omfattende en prosessor innrettet for å motta utgangssignalet fra detektoren og for å bestemme en temperaturprofil langs den rommessige utstrekning av fiberen, fra utgangssignalet.

15. System ifølge krav 12 eller krav 13, og videre omfattende en prosessor innrettet for å motta utgangssignalet fra detektoren og for å fjerne, fra utgangssignalet, en del eller deler som representerer detektert lys mottatt fra det eller hvert oppkveilet fiberparti.

16. System ifølge krav 15, hvor prosessoren videre er innrettet for å bestemme en temperaturprofil langs den rommessige utstrekning av fiberen, fra utgangssignalet.

17. Fremgangsmåte for distribuert temperaturavføling, karakterisert ved: å utplassere en optisk fiber i et måleområde i en rommessig utstrakt utplassering, idet den optiske fiberen innbefatter et reflekterende element og et oppkveilet fiberparti tilknyttet det reflekterende elementet og posisjonert ved én distal side av det reflekterende elementet, hvor det oppkveilede fiberpartiet hovedsakelig ikke bidrar noe til den rommessige utstrekningen av den utplasserte optiske fiberen; å sende en målelyspuls inn i enden av den optiske fiberen på den side av det reflekterende elementet som er motsatt av det oppkveilede fiberpartiet; å detektere lys utsendt fra enden av den optiske fiberen på den side av det reflekterende element som er motsatt det oppkveilede fiberpartiet og som oppstår fra tilbakespredning av målelyset inne i den optiske fiberen, hvor det detekterte lyset indikerer temperatur langs den rommessige utstrekningen av den optiske fiberen; å generere et utgangssignal som er representativt for det detekterte lyset; å fjerne, fra utgangssignalet, en del som svarer til det detekterte lyset som er mottatt fra det oppkveilede fiberpartiet; og å bestemme en temperaturprofil langs den rommessige utstrekning av fiberen, fra utgangssignalet.

18. Fremgangsmåte for distribuert temperaturavføling ifølge krav 17, hvor detekteringen blir utført ved å bruke en detektor som blir mettet med lys reflektert fra det reflekterende elementet, og som har en gjenvinningstid etter metning, og hvor det oppkveilede fiberpartiet har en lengde som ikke er mindre enn en avstand som det tilbakespredte lyset kan forplante seg over i løpet av gjenvinningstiden.

19. Fremgangsmåte ifølge krav 17 eller krav 18, hvor den optiske fiberen innbefatter ett eller flere ytterligere reflekterende elementer og et oppkveilet fiberparti tilordnet hvert av det ene eller de flere ytterligere reflekterende elementene, og posisjonert ved det ytterligere tilordnede reflekterende elementet på den side som er distal fra den ende av den optiske fiberen som målelyspulsen blir sendt inn fra.

20. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 17, 18 eller 19, hvor den optiske fiberen innbefatter et ytterligere oppkveilet fiberparti tilordnet det eller hvert reflekterende element og posisjonert ved det eller dets tilhørende reflekterende elementet på den side som er motsatt av det oppkveilede fiberpartiet, hvor det ytterligere oppkveilede fiberpartiet hovedsakelig ikke bidrar noe til den rommessige utstrekning av den utplasserte optiske fiberen, hvor fremgangsmåten videre omfatter: å sende en annen målelyspuls inn i den ende av den optiske fiberen på den side av det eller hvert reflekterende element som er motsatt av det ytterligere oppkveilede fiberpartiet; å detektere lys utsendt fra den ende av den optiske fiberen som er på den side av det eller hvert reflekterende element motsatt av det ytterligere oppkveilede fiberpartiet, som stammer fra tilbakespredning av sondelyset inne i den optiske fiberen, hvor det detekterte lyset indikerer temperaturen langs den rommessige utstrekning av den optiske fiberen; å generere et annet utgangssignal som er representativt for det detekterte lyset fra enden av den optiske fiberen på den side av det eller hvert reflekterende element motsatt av det ytterligere oppkveilede fiberpartiet; å fjerne, fra det andre utgangssignalet, deler som svarer til detektert lys mottatt fra det oppkveilede fiberpartiet og det ytterligere oppkveilede fiberpartiet; å fjerne, fra utgangssignalet, en del som svarer til detektert lys mottatt fra det ytterligere oppkveilede partiet; og å bestemme en temperaturprofil langs den rommessige utstrekning av fiberen, fra utgangssignalet og det andre utgangssignalet.

21. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 17 til 20, hvor hvert oppkveilet fiberparti har en lengde i området fra 1 m til 500 m.

22. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 17 til 20, hvor det eller hvert oppkveilet fiberparti har en lengde i området fra 1 m til 100 m.

23. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 17 til 20, hvor det eller hvert oppkveilet fiberparti har en lengde i området fra 1 m til 50 m.

24. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 17 til 23, hvor ett eller flere av det eller hvert reflekterende element omfatter en skjøt mellom to optiske fiberpartier.

25. Fremgangsmåte ifølge krav 24, hvor skjøten omfatter motstøtende endefasetter på de to optiske fiberpartiene, der hver fasett er anordnet i en spiss vinkel til en langsgående akse for den optiske fiberen for å redusere tilbakespredning av innfallende lys.

26. Fremgangsmåte ifølge krav 24 eller krav 25, hvor skjøten er realisert via en optisk fiberkonnektor.