NO343961B1

NO343961B1 - Interferometriske sensorer med flere spalter for måling av trykk og/eller temperatur i et brønnhull

Info

Publication number: NO343961B1
Application number: NO20121189A
Authority: NO
Inventors: Brooks Childers; Daniel Homa; Robert M Harman; Lance A Beckner
Original assignee: Baker Hughes A Ge Co Llc
Priority date: 2010-05-03
Filing date: 2012-10-16
Publication date: 2019-07-29
Also published as: US8793102B2; GB201218179D0; BR112012028076A2; US20130311095A1; DK179975B1; DK201200683A; MY165330A; NO20121189A1; US20110172959A1; CA2798018A1; WO2011139468A3; GB2493468B; GB2493468A; WO2011139468A2; CA2798018C; BR112012028076B1

Description

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

1. Oppfinnelsens område

[0001] Foreliggende oppfinnelse vedrører en forbedret EFPI-(Extrinsic Fabry-Perot Interferometer)-sensor. Mer spesifikt er EFPI-sensoren innrettet for å utplasseres i et borehull penetrert eller boret inn i jordgrunnen.

2. Beskrivelse av beslektet teknikk

[0002] Ved leting etter og produksjon av hydrokarboner er det ofte nødvendig å bore et borehull inn i jordgrunnen for å komme til hydrokarbonene. Utstyr og strukturer, som for eksempel brønnfôringsrør, blir i alminnelighet satt inn i et borehull som en del av letingen og produksjonen. Miljøet som råder dypt inne i borehullet kan imidlertid stille ekstreme krav til utstyret og strukturene som plasseres der inne. For eksempel kan utstyret og strukturene bli utsatt for høye temperaturer og trykk som kan påvirke driften av og levetiden til disse.

[0003] US 6,056,436 vedrører kaskadebølgeledersensorer med ulike følsomheter til temperatur og belastning og som produserer uavhengige temperatur- og belastningsmålinger. I en utførelse er en første sensor dannet av et første optisk materiale som har en tilsvarende første følbar termomekanisk respons, og en andre sensor er dannet av et andre optisk materiale som har en tilsvarende andre følbar termomekanisk respons. De første og andre termomekaniske responsene er tilstrekkelig forskjellige for å produsere uavhengige temperatur- og belastningsmålinger. Siden optiske fibre tåler det tøffe nedihullsmiljøet velges ofte sensorer som anvender optiske fibre for nedihullsanvendelser. Én type sensor som anvender optiske fibre er EFPI-(Extrinsic Fabry-Perot Interferometer)-sensoren. EFPI-sensoren kan måle trykk eller temperatur, for eksempel ved å måle en forskyvning av ett optisk fiber i forhold til et annet optisk fiber.

[0004] Et eksempel på en EFPI-sensor 10 fra kjent teknikk er illustrert i figur 1. EFPI-sensoren 10 innbefatter et kapillarrør 11. Inne i kapillarrøret 11 ved den ene enden er det anordnet et optisk singelmodusfiber 12. Ved den andre enden av hulkjernefiberet 11 er det anordnet et optisk multimodusfiber 13. Et Fabry-Perot-(FP)-hulrom er dannet mellom endene av de optiske fibrene 12 og 13 inne i kapillarrøret 11. Det optiske singelmodusfiberet 12 forsyner innsendt lys til FP-hulrommet og mottar lysrefleksjoner fra FP-hulrommet. Det optiske multimodusfiberet 13 tjener som en reflektor. Kapillarrøret 11 er innrettet for å lede de optiske fibrene 12 og 13 til og fra hverandre basert på påføring av en ytre eller ekstern kraft samtidig som linjeføringen av fibrene opprettholdes.

[0005] Det innsendte lyset kommer inn i det optiske singelmodusfiberet 12 og blir delvis reflektert av en første glass/luft-grenseflate 14 og genererer første reflektert utgående lys 15. Det innsendte lyset som ikke blir reflektert av den første glass/luftgrenseflaten 14 vandrer gjennom FP-hulrommet og blir reflektert av en andre glass/luft-grenseflate 16 og genererer andre reflektert utgående lys 17. Det første utgående refleksjonslyset 15 interfererer med det andre utgående refleksjonslyset 17 og skaper et interferensmønster eller interferogram som avhenger av en forskjell i de optiske veilengdene tilbakelagt av de utgående refleksjonslysene 15 og 17. Styrken til den totale lysutgangen som følge av interferensmønsteret er relatert til forskjellen mellom de to optiske banene. Ved å måle styrken til den totale lysutgangen kan forskyvningen av det optiske singelmodusfiberet 12 i forhold til det optiske multimodusfiberet 13 måles. En egenskap så som temperatur eller trykk kan derfor estimeres ved måle endringen i styrken til den totale lysutgangen.

KORT OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

[0006] Hovedtrekkene ved den foreliggende oppfinnelse fremgår av de selvstendige patentkrav. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige krav. Det vises en anordning for å estimere en egenskap. Anordningen innbefatter et hult kjernerør og en inngangs- eller innkommende lysleder beliggende i hvert fall delvis inne i det hule kjernerøret. Anordningen innbefatter også en andre spalte beliggende inne i det hule kjernerøret og atskilt fra den innkommende lyslederen med en luftspaltebredde. Den andre spalten dannes av et første fastformig materiale og har en andre spaltebredde. Anordningen innbefatter også en tredje spalte beliggende i hvert fall delvis inne i det hule kjernerøret og lengre vekk fra den innkommende lyslederen enn den andre spalten. Den tredje spalten dannes av et andre fastformig materiale og har en tredje spaltebredde.

[0007] Det vises også et system for å estimere en egenskap, som innbefatter et hult kjernerør og en inngangs- eller innkommende lysleder beliggende i hvert fall delvis inne i det hule kjernerøret. Systemet innbefatter også en andre spalte beliggende inne i det hule kjernerøret og atskilt fra den innkommende lyslederen av en luftspaltebredde. Den andre spalten dannes av et første fastformig materiale og har en andre spaltebredde. Systemet innbefatter også en tredje spalte beliggende i hvert fall delvis inne i det hule kjernerøret og lengre vekk fra det innkommende eller inngangsfiberet enn den andre spalten. Den tredje spalten dannes av et andre fastformig materiale og har en tredje spaltebredde. Videre innbefatter systemet en lyskilde i optisk kommunikasjon med den innkommende lyslederen og innrettet for å sende ut et inngangs- eller inngående lyssignal, og en lysdetektor i optisk kommunikasjon med det inngangs- eller innkommende fiberet og innrettet for å detektere lysrefleksjoner av det inngående lyssignalet, der lysrefleksjonene er relatert til luftspalten, den andre spalten og den tredje spalten.

[0008] Det angis kun som et videre eksempel en datamaskinbasert fremgangsmåte for å estimere en egenskap, som omfatter å: motta ved en databehandlingsanordning en serie av dataverdier basert på amplituden til reflektert lys fra en sensor som omfatter en luftspalte, en andre spalte og en tredje spalte; forsyne et estimat av bredden til luftspalten, et estimat av bredden til den andre spalten og et estimat av bredden til den tredje spalten til en kurvetilpasningsalgoritme på databehandlingsanordningen; motta foreløpige spaltebredder for den andre og den tredje spalten; verifisere den foreløpige spaltebredden for den tredje spalten for å oppnå en verifisert tredje spaltebredde; og forsyne et revidert estimat av luftspaltens bredde til kurvetilpasningsalgoritmen, der det reviderte estimatet er basert på den verifiserte tredje spalten.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0009] Innholdet her, som betraktes som oppfinnelsen, er spesifikt angitt og krevet beskyttelse for i kravene som følger beskrivelsen. De ovennevnte og andre trekk og fordeler med oppfinnelsen vil tydeliggjøres av den følgende detaljerte beskrivelsen sett sammen med de vedlagte tegningene, der like elementer er gitt like henvisningstall og hvor:

[0010] Figur 1 illustrerer en EFPI-sensor fra kjent teknikk;

[0011] Figur 2 illustrerer et eksempel på utførelse av et EFPI-sensorsystem med sensoren anordnet i et borehull som krysser gjennom jorden;

[0012] Figur 3 illustrerer et eksempel på en EFPI-sensor ifølge en utførelsesform;

[0013] Figur 4 viser et spalteområde i sensoren vist i figur 3; og

[0014] Figur 5 er et flytdiagram av en fremgangsmåte ifølge en utførelsesform.

DETALJERT BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN

[0015] Det henvises nå til figur 2. Figur 2 illustrerer et eksempel på utførelse av et EFPI-sensorsystem 20. EFPI-sensorsystemet 20 innbefatter en EFPI-sensor 21 innrettet for å utplasseres i et borehull 2 som krysser gjennom jordgrunnen 3. Å være innrettet for bruk i borehullet 2 omfatter å være funksjonell ved de høye temperaturene og trykkene som møtes nede i hullet.

[0016] Fortsatt med henvisning til figur 2 er EFPI-sensoren 21 koblet til optoelektronikk på overflaten ved hjelp av et optisk kommunikasjonsfiber 22. I en alternativ utførelsesform kan noe av eller all optoelektronikken befinne seg nedihulls. Overflate-optoelektronikken innbefatter en lyskilde 23, så som en laserdiode, og en lysdetektor 24. Lyskilden 23 er innrettet for å avgi inngangslys til EFPI-sensoren 21 mens lysdetektoren 24 er innrettet for å motta og måle lysrefleksjoner fra sensoren 21. En optisk kobler 25 er innrettet for å koble lyskilden 23 og lysdetektoren 24 til det optiske kommunikasjonsfiberet 22. Et dataprosesseringssystem 26 kan være koblet til lyskilden 23 og lysdetektoren 24 og innrettet for å betjene EFPI-sensorsystemet 20.

Videre kan dataprosesseringssystemet 26 prosessere interferensmønstre generert av lysrefleksjoner fra EFPI-sensoren 21 for å estimere en egenskap som måles.

[0017] Som angitt over kan EFPI-sensorer produsere sinusformede interefrensmønstre hvor fasen er avhengig av en parameter av interesse som modulerer den optiske veilengden, f.eks. fysisk lengde eller brytningsindeks. Som følge av den periodiske karakteren til sinusmønsteret kan verdiene for parametrene som oppnås av dagens algoritmer og dagens sensorer ha diskrete feil basert på feiltolkning av den interferometriske stripe-ordenen. En nullte ordens periferi- eller ytter- eller interferensstripe (fringe) representerer null optisk veilengdeforskjell og en første ordens periferieller ytter- eller interferensstripe (fringe) representerer en optisk veilengdeforskjell på én midlere bølgelengde for lyskilden. Disse feiltolkningene av periferi- eller ytter- eller stripe-ordenen (frigne order) kalles gjerne for "løsningssprang" og kan være en kilde til feil. Videre, som følge av muligheten for løsningssprang, kan ikke slike sensorer egentlig klassifiseres som absolutte sensorer siden feiltolkningen av interferensstripene, når den først foreligger, kan vedvare og kreve ytterligere informasjon for å finne tilbake til rett stipe-orden.

[0018] Utførelsesformer som vises her tilveiebringer en sensor med flere spalter og en fremgangsmåte som reduserer eller fjerner problemene beskrevet over. I en utførelsesform innbefatter sensoren minst tre "spalter". Med en "spalte", som betegnelsen anvendes her, menes bredden til et materiale eller luftrom beliggende mellom to refleksjonsflater. Refleksjonene kan være forårsaket for eksempel av en overgang fra et fastformig materiale til luft eller omvendt, et reflekterende materiale forskjøvet i den optiske banen, eller en endring i materialet som danner den optiske banen.

[0019] Figur 3 viser et snitt gjennom en EFPI-sensor 30 ifølge en utførelsesform. Mer detaljert innbefatter EFPI-sensoren ("sensoren") en inngangs- eller innkommende lysleder 31. Den innkommende lyslederen 31 kan i en utførelsesform omfatte en optisk bølgelederkjerne 32. Bølgelederkjernen 32 kan naturligvis utelates i en utførelsesform. Den optiske bølgelederkjernen 32 kan være et optisk singelmodusfiber som forsyner inngangslys til sensoren og mottar lysrefleksjoner fra de flere spaltene i sensoren 30. Den innkommende lyslederen 31 kan ha en indre andel 33 som sitter inne i det hule kjernerøret 34. Det hule kjernerøret 34 kan ha et sirkulært tverrsnitt i en utførelsesform. Det hule kjernerøret 34 vil naturligvis kunne ha andre tverrsnittsformer. I en utførelsesform er det hule kjernerøret 34 laget av et glassmateriale. I en utførelsesform har den indre andelen 33 en mindre utvendig diameter enn det hule kjernerøret 34. I en slik utførelsesform kan den utvendige diameteren til den indre andelen være mindre enn den innvendige diameteren til det hule kjernerøret 34 slik at det er et komprimeringsrom 36 mellom disse. Komprimeringsrommet 36 beskytter den indre andelen 33 mot sammenpressing når sensoren 30 utsettes for trykk.

[0020] I en annen utførelsesform har inngangsfiberet 31 en avsmalning fra den første andelen 31 til den ene enden av den indre andelen 33 for å hindre kontakt mellom hver av inngangsfiberet og det hule kjernerøret 34. Avsmalningen kan isolere den innvendige overflaten i det hule kjernerøret 34 over 360 grader rundt lengdeaksen til fra det første fiberet 31. Den indre andelen 33 i figur 3 kan således beskrives som å være "periferisk" (dvs. relatert til periferien) isolert fra det hule kjernerøret 34. I en utførelsesform kan en løsning av hydrogenfluorsyre bli anvendt for å etse det optiske fiberet 31 for å skape avsmalningen.

[0021] Sensoren 30 kan også ha et spalteområde 35. Spalteområdet 35 kan omfatte en luftspalte 37. Luftspalten 37 atskiller det første fiberet fra to eller flere materialer som forårsaker to eller flere refleksjoner. Som vist i figur 3 danner de to materialene, et første materiale 38 og et andre materiale 39, den andre og den tredje spalten som vil bli beskrevet nedenfor og forårsaker tre refleksjoner. Refleksjonene vil bli vist mer i detalj nedenfor.

[0022] De to materialene 38 og 39 er typisk smeltet eller sammenføyet på annen måte eller er laget av det samme materialet med en reflektor anordnet mellom seg. I en utførelsesform er det andre materialet 39 smeltet eller på annen måte koblet til det hule kjernerøret 34. I en utførelsesform er det hule kjernerøret 34 og én eller begge av det første materialet 38 og det andre materialet 39 laget av glass eller et glassliknende materiale.

[0023] Når sensoren 30 utsettes for endringer i trykk (f.eks. et hydrostatisk trykk), kan den totale størrelsen til sensoren 30 variere. Spesielt kan det hule kjernerøret 34 bli presset sammen etter hvert som trykket øker. I tillegg kan også det andre materialet 39 bli presset sammen etter hvert som trykket øker. I en utførelsesform, som følge av komprimeringsrommet 36, trenger imidlertid ikke den indre andelen 33 og det første materialet 38 bli presset sammen etter hvert som trykket øker. I tillegg, som følge av sammenpressingen av det hule kjernerøret 34, kan bredden til luftspalten 37 bli mindre.

[0024] Typiske EFPI-sensorer fra kjent teknikk hadde kun én eller to optiske veilengder. Veilengdene ble demodulert for å bestemme temperatur og en andre parameter, så som trykk. For å redusere løsningshoppene nevnt over, kan i en utførelsesform spalteområdet 35 inneholde tre eller flere spalter. I en utførelsesform inneholder spalteområdet 35 kun tre spalter.

[0025] I en utførelsesform har det hule kjernerøret 34 en utvendig diameter på omtrent to millimeter. Når den utvendige diameteren til det hule kjernerøret 34 er to millimeter, vil de optiske fibrene inne i røret 34 derfor ha utvendige diametre som er mindre enn én millimeter i tilpasning til veggtykkelsen til røret 34.

[0026] I en utførelsesform er EFPI-sensoren 30 tilvirket som et mikroelektromekanisk system (MEMS) ved hjelp av teknikker som anvendes for tilvirkning av halvlederanordninger. Eksempler på varianter av disse teknikkene omfatter fotolitografi, etsing (etching) og mikromaskinering.

[0027] Figur 4 viser en detaljert betraktning av spalteområdet 35 vist i figur 3. Spalteområdet 35 inneholder en luftspalte 37 med spaltebredde Wg1, en andre spalte med bredde Wg2 og dannet av det første materialet 38, og en tredje spalte med bredde Wg3 og dannet av det andre materialet 39. Som angitt over vil sammenpressing (eller ekspansjon) av luftspalten 37 og det andre materialet 39 som følge av trykkvariasjoner forårsake variasjoner i deres respektive spaltebredder. Overgangene mellom den indre andelen 33 og luftspalten 37, luftspalten 37 og det andre materialet 38, og det andre materialet 38 og det tredje materialet 39 definerer tre refleksjonsflater, henholdsvis en første refleksjonsflate 50, en andre refleksjonsflate 51 og en tredje refleksjonsflate 52. En fjerde refleksjonsflate 53 dannes av overgangen fra det tredje materialet 39 til luft eller et annet materiale.

[0028] Nærmere bestemt befinner luftspalten 37 seg mellom den indre andre andelen 33 og det første materialet 39 og har en bredde Wg1. Sagt på en annen måte har luftspalten 37 en bredde Wg1 definert som avstanden mellom den første refleksjonsflaten 50 og den andre refleksjonsflaten 51. Den første refleksjonsflaten 50 forårsaker en første refleksjon 43 og den andre refleksjonsflaten 51 forårsaker en andre refleksjon 44. Den første refleksjonen 43 interfererer med den andre refleksjonen 44 og skaper et interferensmønster eller interferogram som avhenger av en forskjell i de optiske veilengdene tilbakelagt av den første refleksjonen 43. Denne forskjellen er lik Wg1.

[0029] Tilsvarende forårsaker overgangen mellom det første materialet 38 og det andre materialet 39 ved den tredje refleksjonsflaten 52 en tredje refleksjon 45. Denne tredje refleksjonen 45 skaper også en interferens som kan bli anvendt for å bestemme Wg2. For å lette beskrivelsen vil det første materialet 38 også bli omtalt som den andre spalten.

[0030] Endelig forårsaker overgangen mellom det andre materialet 39 og det utenforliggende miljøet ved den fjerde refleksjonsflaten 53 en fjerde refleksjon 46. Denne fjerde refleksjonen 46 skaper også en interferens som kan bli anvendt for å bestemme Wg3. For å lette beskrivelsen vil det andre materialet 39 også bli omtalt som den tredje spalten.

[0031] I en utførelsesform er skilleplaten 40 en optisk reflektor. I en slik utførelsesform kan det første materialet 38 og det andre materialet 39 være det samme materialet. Skilleplaten 40 kan inneholde gull, titanoksid eller silisiumnitrid for å bevirke til refleksjoner i overgangen mellom det andre og det tredje materialet, henholdsvis 38 og 39, som resulterer i den tredje refleksjonen 45. Skilleplaten 40 kan også være én fra en klasse av bredbåndede dielektriske flerlagsreflektorer.

[0032] I en annen utførelsesform har det første materialet 38 en annen brytningsindeks enn det andre materialet 39. Forskjellen i brytningsindeks forårsaker den tredje refleksjonen 45. I en slik utførelsesform kan skilleplaten 40 utelates. I en utførelsesform er både det første materialet 38 og det andre materialet 39 glass eller et glassliknende materiale. For eksempel kan både det første materialet 38 og det andre materialet 39 være laget av silika. I en annen utførelsesform kan det første materialet 38 være et amorft eller krystallinsk materiale som ikke er glass, for eksempel silisium.

[0033] I bruk blir trykk påført på utsiden av sensoren 30 (figur 3). Dette trykket kan forårsake sammenpressing av røret 34 og av den tredje spalten 39. Det første materialet (den andre spalten) 38 er imidlertid ikke direkte koblet til et trykk. Følgelig kan bredden Wg2 til det andre materialet 38 bli anvendt som en temperaturmåler. Både luftspalten 37 og det andre materialet (den tredje spalten) 39 kan bli anvendt som trykkmåler. I en utførelsesform gir den tredje spalten et grovt estimat av trykket, og luftspalten 37, basert på det grove estimatet, blir anvendt for mer presise trykkmålinger.

[0034] Det må forstås at utførelsen vist i figur 4 kun er en illustrasjon. For eksempel er ikke spredningen av lysstrålene fra kjernen 32 og refleksjonenes vinkel og posisjon ment å være begrensende. Videre kan i en utførelsesform kjernen 32 utelates dersom kollimert lys blir forsynt til sensoren 30.

[0035] I bruk, for å bestemme verdiene for Wg1, Wg2og Wg3, blir faktiske datapunkter samlet inn og deretter kan kurvetilpasningsmetoder bli anvendt. I en utførelsesform kan en ikke-lineær minste kvadratbasert kurvetilpasningsmetode bli anvendt.

[0036] Som fagmannen vil forstå krever ikke-lineære kurvetilpasningsmetoder innledende estimater for de ukjente variablene. I tillegg er temperaturen typisk nødvendig for å utføre et temperaturkompenseringstrinn. For å oppnå en ønsket presisjon er endringene av spaltebredde typisk mange ganger kildens midlere bølgelengdespenn og dekker mange interferensstripe-ordener (fringe orders). Dersom det første og det andre materialet er innrettet (dvs. dimensjonert) slik at deres bredde kun kan endre seg mindre enn én interferensstripe-orden over enhver forventet temperatur- eller trykkvariasjon, kan spaltebreddene bestemt i et første trinn i algoritmen som skal beskrives nedenfor bli anvendt for å innlede et andre trinn i algoritmen med tilstrekkelig nøyaktighet til å garantere både en entydig løsning og ønsket presisjon. For dette formål kan bredden til andre og tredje spalte, henholdsvis Wg2og Wg3, velges slik at en forventet temperatur- eller trykkendring over disse breddene ikke vil variere mer enn én interferensstripe-orden.

[0037] I en utførelsesform kan sensoren 30 være utformet slik at luftspalten 37 har en bredde på omtrent 160 μm, det første materialet 38 har en bredde på omtrent 300 μm og det andre materialet 39 har en bredde på omtrent 700 μm. Disse verdiene kan naturligvis endres basert på materialet som anvendes og de forventede ytre eller eksterne forholdene som sensoren 30 kan bli utsatt for.

[0038] Ifølge en utførelsesform anvendes en totrinns metode for å bestemme bredden til spaltene. I det første trinnet blir en innledende løsning funnet for alle spaltene Wg1, Wg2og Wg3. Gitt at bredden til de første og andre materialene ikke kan variere med mer enn én enkelt interferensstripe-orden, kan de innledende løsningene for disse verdiene (Wg2 og Wg3) bli korrigert ved å addere eller subtrahere et heltalls multiplum av halve den midlere bølgelengden til kilden for å plassere spalteverdiene Wg2og Wg3innenfor korrekt fysisk område. Algoritmen blir gjentatt og alle de resulterende spalteverdiene er ved den korrekte absolutte interferensstripe-ordenen, slik at en nøyaktig og meget presis verdi kan oppnås.

[0039] I kjent teknikk, når bare to spalter (en luftspalte for trykk og en spalte med fastformig materiale for temperatur) ble anvendt, kunne en fouriertransformasjon av utgangssignalet bli anvendt for å bestemme dets frekvensinnhold. Fra frekvensinnholdet ble det funnet estimater av spaltebreddene. Disse estimatene ble så anvendt som utgangspunkt i kurvetilpasningsmetoden. Resultatet av kurvetilpasningen ga løsninger for spaltebredder og således målingen av den fysiske egenskapen av interesse. Imidlertid, som beskrevet over, kan variasjonen i spaltene være større enn lengden til en interferensstripe (fringe length). Disse resultatene kunne derfor inneholde løsningssprang.

[0040] Figur 5 viser et flytdiagram av en fremgangsmåte ifølge foreliggende oppfinnelse. I et trinn 52 blir en serie av dataverdier samlet inn. Disse dataverdiene kan være basert for eksempel på målinger av utmatingen når frekvensen til det innsendte lyset varieres. I kjent teknikk var det fra disse verdiene spektralinnholdet ble samlet inn og således fra disse de innledende estimatene for spaltene ble bestemt for kurvetilpasning. I en utførelsesform blir dataverdiene mottatt fra en sensor med minst tre spalter. I en utførelsesform har sensoren én luftspalte og to spalter (andre og tredje spalter) dannet av fastformige materialer.

[0041] I et trinn 54 blir det gjort et estimat av den andre og den tredje spalten. Dette estimatet kan bli bestemt på mange måter. I en utførelsesform kan fourieranalyse bli anvendt i estimeringen. I en annen utførelsesform, dersom breddene til den andre og den tredje spalten er valgt slik at de ikke kan variere mer enn interferensstripe-orden, kan et estimat for disse variablene oppnås ved å velge en hvilken som helst verdi innenfor breddevariasjonsområdet for spaltebredden. For eksempel kan estimatet være fra midten av breddevariasjonsområdet. I en utførelsesform kan en verdi i midten av variasjonsområdet for luftspalten bli valgt.

[0042] I et trinn 56 blir spaltebreddeestimatene sendt til en kurvetilpasningsmetode. Selvfølgelig kan andre verdier, så som reflektiviteten til hver av overflatene og modusfeltradien til den inngangs- eller innkommende bølgelederen bli sendt.

[0043] I et trinn 58 blir foreløpige spaltebredder for de to spaltene med fastformig materiale mottatt som et resultat av kurvetilpasningsmetoden. Luftspaltens bredde kan også bli mottatt, men blir i en utførelsesform ikke ihensyntatt. I et trinn 60 blir det bestemt om noen av de to verdiene for spalten med fastformig materiale er utenfor det mulige området. I så fall blir halvparten av den midlere bølgelengden til det innsendte lyset lagt til eller trukket fra inntil verdiene er innenfor de mulige områdene, i et trinn 62. I motsatt fall går fremgangsmåten videre til trinn 514. Trinnene 60 til 62 kan omtales som "verifisering" av spaltene.

[0044] I trinn 64 blir kurvetilpasningsmetoden utført på nytt. I denne iterasjonen blir lengden til den tredje spalten som endelig bestemt i enten trinn 58 eller 62 omregnet til en motsvarende luftspaltebredde. Verdiene for de andre og tredje breddene anvendt i denne iterasjonen er de bestemt i trinn 58 eller 62.

[0045] I et trinn 66 blir den endelige luftspaltebredden bestemt og kan betraktes som en absolutt løsning.

[0046] I støtte for idéene her kan forskjellige analysekomponenter bli anvendt, herunder et digitalt og/eller et analogt system. For eksempel, og igjen med henvisning til figur 2, kan optoelektronikken, så som lyskilden 23, lysdetektoren 24, eller dataprosesseringssystemet 25, omfatte det digitale og/eller analoge systemet. Systemet kan ha komponenter så som en prosessor, lagringsmedier, minne, innmating, utmating, kommunikasjonsforbindelser (kabelbaserte, trådløse, pulset slam, optiske eller annet), brukergrensesnitt, dataprogrammer, signalprosessorer (digitale eller analoge) og andre slike komponenter (så som resistorer, kondensatorer, induktorer og annet) for å muliggjøre bruk av og analyse med anordningene og fremgangsmåtene vist her på en hvilken som helst av flere mulige måter velkjent for fagmannen. Det anses at disse idéene kan, men ikke trenger å bli, realisert i forbindelse med et sett av datamaskineksekverbare instruksjoner lagret på et datamaskinlesbart medium, herunder minne (ROM, RAM), optiske (CD-ROM), eller magnetiske (platelagre, harddisker), eller en hvilken som helst annen type som når de blir eksekvert, bevirker en datamaskin til å utføre fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse. Disse instruksjonene kan sørge for aktivering av utstyr, styring, innsamling og analyse av data og andre funksjoner som anses som relevante av en utvikler, eier eller bruker av systemet og annet slikt personell, i tillegg til funksjonene beskrevet i denne beskrivelsen.

[0047] Videre kan forskjellige andre komponenter innlemmes og bli anvendt for å muliggjøre aspekter ved idéene her. For eksempel kan en kraftforsyning (f.eks. minst én av en generator, en fjernforsyning og et batteri), kjølekomponent, oppvarmingskomponent, drivkraft (så som en translatorisk kraft, fremdriftskraft eller en rotasjonskraft), magnet, elektromagnet, sensor, elektrode, sender, mottaker, sender/mottakerenhet, antenne, styringsenhet, optisk enhet, optisk kobling, optisk spleis, optisk linse, elektrisk enhet eller elektromekanisk enhet innlemmes i støtte for de forskjellige aspekter omtalt her eller i støtte for andre funksjoner utover denne beskrivelsen.

[0048] Elementer i utførelsesformene har blitt introdusert med ubestemte entallsformer. Entallsformen er ment å innebære at det kan være ett eller flere av elementene. Betegnelser som "innbefatter", "omfatter", "inkluderer", "har" og "med" og liknende er ment inkluderende slik at det kan være ytterligere elementer utover de angitte elementene. Konjunksjonen "eller", når den anvendes med en opplisting av minst to termer, er ment å bety et hvilket som helst element eller en hvilken som helst kombinasjon av elementer. Betegnelsene "første" og "andre" anvendes for å skille elementer og anvendes ikke for å angi en bestemt rekkefølge. Betegnelsen "kobling" vedrører to anordninger som enten er direkte koblet sammen eller indirekte koblet sammen via én eller flere mellomliggende anordninger.

[0049] Det vil forstås at de forskjellige komponenter eller teknologier kan muliggjøre bestemte nødvendige eller nyttige funksjoner eller trekk. Følgelig skal disse funksjonene og trekkene, som kan være nødvendige i støtte for de vedføyde kravene og variasjoner av disse, forstås som naturlig innlemmet som en del av idéene her og en del av den viste oppfinnelsen.

[0050] Selv om oppfinnelsen har blitt beskrevet med støtte i eksempler på utførelser, vil det forstås at forskjellige endringer kan gjøres og at ekvivalenter kan bli anvendt i stedet for elementer i disse uten å fjerne seg fra oppfinnelsens ramme definert av de vedføyde kravene. I tillegg vil mange modifikasjoner sees for å tilpasse et gitt instrument, scenario eller materiale i oppfinnelsen uten å fjerne seg fra dennes ramme definert av de vedføyde kravene. Det er derfor meningen at oppfinnelsen ikke skal begrenses til den konkrete utførelsesformen omtalt den forventet beste måte å realisere denne oppfinnelsen, men at oppfinnelsen skal omfatte alle utførelsesformer som faller innenfor rammen definert av de vedføyde kravene.

Claims

PATENTKRAV

1. Anordning for estimering av en egenskap, slik som for eksempel temperatur og/eller trykk, hvor anordningen omfatter:

et hult kjernerør (34);

en innkommende lysleder (31) anordnet i hvert fall delvis inne i det hule kjernerøret (34);

en første luftspalte (37) beliggende inne i det hule kjernerøret (34);

en andre spalte (38) beliggende inne i det hule kjernerøret (34) og atskilt fra den innkommende lyslederen (31) av den første luftspalten (37) som har en første luftspaltebredde (Wg1), der den andre spalten (38) er dannet av et første fastformig materiale (38) og har en andre spaltebredde (Wg2);

en tredje spalte (39) i hvert fall delvis beliggende inne i det hule kjernerøret (34) og lengre vekk fra den innkommende lyslederen (31) enn den andre spalten (38), der den tredje spalten (39) er dannet av et andre fastformig materiale (39) og har en tredje spaltebredde (Wg3); og

et reflekterende lag (40) anordnet mellom den andre spalten (38) og den tredje spalten (39).

2. Anordning ifølge krav 1, der det første fastformige materialet (38) er det samme som det andre fastformige materialet (39).

3. Anordning ifølge krav 1, der det første fastformige materialet (38) er forskjellig fra det andre fastformige materialet (39).

4. Anordning ifølge krav 3, der den andre spalten (38) står i direkte kontakt med den tredje spalten (39).

5. Anordning ifølge krav 1, der den andre spaltebredden (Wg2) kan variere som følge av en endring i en ekstern eller ytre betingelse.

6. Anordning ifølge krav 5, der den andre spaltebredden (Wg2) ikke kan variere mer enn én interferensstripe-orden for en midlere bølgelengde av lys forsynt til den innkommende lyslederen (31).

7. Anordning ifølge krav 5 eller 6, der den ytre betingelsen er temperatur.

8. Anordning ifølge krav 1, der den tredje spaltebredden (Wg3) kan variere som følge av en endring i en ekstern eller ytre betingelse.

9. Anordning ifølge krav 8, der den tredje spaltebredden (Wg3) ikke kan variere mer enn én interferensstripe-orden for en midlere bølgelengde av lys forsynt til inngangsfiberet (31).

10. Anordning ifølge krav 8 eller 9, der den ytre betingelsen er trykk eller temperatur.

11. Anordning ifølge krav 1, der anordningen er innrettet for å bli utplassert i et borehull (2) penetrert eller boret inn i jordgrunnen (3).

12. Anordning ifølge krav 1, der den utvendige diameteren til det innkommende eller inngangsfiberet (31) er mindre enn én millimeter.

13. System (20) for estimering av en egenskap, slik som for eksempel temperatur og/eller trykk, hvor systemet omfatter:

et hult kjernerør (34);

en første luftspalte (37) beliggende inne i det hule kjernerøret (34);

en tredje spalte (39) beliggende i hvert fall delvis inne i det hule kjernerøret (34) og lengre vekk fra den innkommende lyslederen (31) enn den andre spalten (38), der den tredje spalten (39) er dannet av et andre fastformig materiale (39) og har en tredje spaltebredde (Wg3);

et reflekterende lag (40) anordnet mellom den andre spalten (38) og den tredje spalten (39);

en lyskilde (23) i optisk kommunikasjon med den innkommende lyslederen (31) og innrettet for å sende ut eller transmittere et inngående lyssignal; og

en lysdetektor (24) i optisk kommunikasjon med den innkommende lyslederen (31) og innrettet for å detektere lysrefleksjoner av det inngående lyssignalet, der lysrefleksjonene er relatert til den første luftspaltebredden (Wg1), den andre spaltebredden (Wg2) og den tredje spaltebredden (Wg3).

14. System ifølge krav 13, der det første fastformige materialet (38) er det samme som det andre fastformige materialet (39).

15. System ifølge krav 13, der det første fastformige materialet (38) er forskjellig fra det andre fastformige materialet (39).

16. System ifølge krav 15, der den andre spalten (38) står i direkte kontakt med den tredje spalten (39).