PT808410E - Aparelho para determinar a curvatura de um furo alongado tal como um furo perfurado por exemplo na rocha - Google Patents

Description

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DESCRICÃO “Aparelho para determinar a curvatura de um furo alongado, tal como um furo perfurado por exemplo na rocha” O invento refere-se a um aparelho do tipo definido no preâmbulo da reivindicação 1.

Os aparelhos deste tipo encontram utilidade nas operações de prospecção de minério e na investigação e acção de mapear depósitos de minério e outros tipos de depósitos. É claro que é importante, quando se investigam por exemplo depósitos de minério, estar consciente da extensão direccional real dos furos de teste que são perfurados com esta finalidade, por exemplo a localização do furo a diferentes profundidades, por forma a mapear eficazmente os depósitos. Tais furos perfurados têm sempre secções curvas e por isso é necessário determinar a extensão longitudinal real do furo perfurado. A este respeito, era utilizado anteriormente um aparelho do tipo explicado pelo documento SE-C-387698 (7304122-0), em que um aparelho de sonda é movido para diferentes secções longitudinais do furo e é construído para se conformar com a curvatura do furo. A curvatura ou inclinação da sonda é determinada com o auxilio de uma câmara que observa um objectivo na sonda, em que o deslocamento transversal relativo do objectivo provocado por curvatura da sonda constitui uma medição da curvatura do furo perfurado.

De modo a proporcionar um resultado de medição preciso e, ao mesmo tempo, minimizar o custo total da exploração preliminar, a sonda conhecida tem de ter um diâmetro relativamente grande. Naturalmente, o diâmetro do furo perfurado de teste tem de ser correspondentemente grande e sabe-se bem que o custo para perfurar o furo de teste aumenta com o aumento dos diâmetros de furo. É por isso, em geral, favorável no aspecto do custo utilizar furos perfurados estreitos para este fim sem prejudicar a precisão com que a curvatura do furo é determinada ao longo do seu comprimento. É por isso um objectivo do presente invento proporcionar um aparelho de sonda do tipo acima referido que combine a alta precisão de medição com um diâmetro pequeno mas eficaz.

Um objectivo adicional do invento consiste em proporcionar um aparelho que seja muito flexível, magneticamente insensitivo, favorável à produção e independente da 2 87 202 ΕΡ 0 808 410/ΡΤ temperatura e que permita que as medições sejam feitas em vários pontos ao longo da sonda de uma maneira simples.

Estes objectivos são conseguidos com o presente invento tal como definido na reivindicação 1 que se segue. Encontram-se definidas nas reivindicações dependentes concretizações adicionais do invento.

Tal como se entenderá, o invento não está restringido somente à determinação da extensão longitudinal de furos perfurados na rocha, mas pode ser utilizado ainda em geral para determinar a curvatura de qualquer forma de canal ou passagem. Num caso extremo, um canal ou passagem desses pode ter de maneira concebível a forma de uma ranhura, em que a sonda real pode ser rígida na direcção da largura da ranhura quando é apenas essencialmente necessário obter informação no que diz respeito à curvatura da fenda, apenas num plano em ângulo recto relativamente à direcção da largura da ranhura.

De acordo com o invento, uma secção de fibra óptica é ajustada dentro ou sobre o corpo de sonda a uma distância da sua linha neutral de inclinação, de preferência perto da superfície exterior do corpo de sonda. A secção de fibra óptica é montada na direcção do comprimento da sonda. Consequentemente, à medida que a sonda se inclina, a secção de fibra óptica irá ser ajustada para uma mudança no comprimento que é representativa da extensão para a qual a sonda se inclina num plano axial abraçado pela secção de fibra óptica e pelo eixo de sonda. Por eixo de sonda quer-se dizer a sua linha neutral de inclinação, isto é, os centros de gravidade das respectivas áreas de secção transversal de sonda. De acordo com o invento, a curvatura do canal é avaliada pelo cálculo da mudança física na distância entre dois dispositivos de reflexão parcial (por exemplo grades) numa fibra óptica, mas a curvatura é medida opticamente de tal modo que o resultado da medição irá compreender em primeiro lugar a mudança óptica na distância entre os dispositivos de reflexão parcial. É importante indicar que esta mudança óptica na distância não corresponde somente à mudança física na distância mas também é influenciada pelo facto de as propriedades ópticas da fibra, tais como o índice refractivo, serem também afectadas pela inclinação física da fibra. Devido ao facto das secções de fibra óptica terem dispositivos de reflexão parcial separados, podem ser medidas interferometricamente as mudanças no comprimento da secção de fibra óptica entre os dispositivos dc reflexão como resultado da inclinação da secção no plano axial através da sonda na qual a secção se encontra. No caso do presente invento, a curvatura do canal resulta em mudanças no núcleo da fibra óptica utilizada, o que por seu tumo resulta numa “assinatura electromagnético” que pode ser medida. Isto resulta num acoplamento muito mais pronunciado entre a magnitude medida, isto é, a curvatura, e a luz transportada na fibra, e com isso as condições para a provisão de um sensor de alta precisão c tambcm permitindo 3 87 202 ΕΡ 0 808 410/ΡΤ que seja dada à sonda um diâmetro relativamente pequeno e com isso conceder as vantagens acima referidas. A utilização de duas secções de fibra em diferentes planos axiais permite assim que seja calculada a inclinação da sonda e a posição da inclinação à volta do eixo de sonda. Os dois planos axiais podem ser convenientemente separados segundo por exemplo um ângulo de 90°. O corpo de sonda também é influenciado por tensões de corte na presença de grandes forças de esticamento. Tendo em vista isto, pode ser apropriado proporcionar a sonda com três secções de fibra óptica (que têm pares associados de dispositivos de reflexão) em diferentes planos axiais, por exemplo, e preferivelmente em planos axiais equidistantemente separados. A US-A-4 927 232 descreve uma técnica não relacionada de monitorizar um encanamento enterrado no que diz respeito aos movimentos de solo com o auxílio de uma fibra óptica na superfície do encanamento ao longo do seu comprimento. O núcleo da fibra óptica é envolvido por revestimento a qual, quando sujeita a forças radiais, muda a “assinatura electro-óptica” da fibra óptica, de tal modo que uma indicação de uma mudança nas forças radiais que actuam no encanamento pode ser obtida ao medir tais mudanças na “assinatura electro-óptica” da fibra óptica. A US-A-4 806 012 descreve um calibre de esforço de fibra óptica. A fibra óptica é fixa a uma estrutura ou embutida na mesma, por exemplo uma placa, a qual se destina a ser monitorizada no que diz respeito à distribuição do esforço ao longo da fibra. O cabo de núcleo da fibra óptica é provido de diferentes formações de grade ao longo do seu comprimento. Quando a fibra numa tal secção de grade é sujeita a esforço e quando a fibra é sujeita a uma mudança na temperatura, o afastamento entre as linhas de grade na grade irá mudar de modo a causar uma mudança no comprimento de onda de reflexão da grade e desse modo permitir que o esforço que actua nas várias formações de grade seja medido opticamente. Um calibre de esforço de fibra óptica deste tipo tem uma sensibilidade relativamente baixa.

Também é conhecido o modo de medir esforço com o chamado interferômetro Fizeau, o qual compreende em princípio uma fibra óptica que tem dispositivos de reflexão parcial afastados longitudinalmente, por exemplo grades, de modo a permitir que o esforço que actua na fibra seja determinado interferometricame.nt.e ao detectar as mudanças no comprimento da fibra entre duas grades. A sonda do aparelho do invento pode ser realizada de modo estreito, o que é altamente significativo na redução do custo dos testes de perfuração, por exemplo na acção de mapear um depósito, tal como um depósito de minério. Uma vantagem importante da

87 202 ΕΡ 0 808 410/ΡΤ utilização de uma fibra óptica de acordo com o invento é que a parte de sensor real do aparelho pode ser incluída como uma instalação permanente que tem um tempo de vida suficientemente longo, a um custo razoável. Por exemplo, é de interesse poder controlar-se regularmente os movimentos e os deslocamentos nas formações de rocha e nas camadas da terra ao longo de períodos de tempo relativamente longos, por exemplo na construção de grandes diques e estradas, ao mover a sonda para secções longitudinais mutuamente sequenciais dos furos ali perfurados e medir a curvatura dos furos perfurados. A parte de processamento do sinal relativamente mais dispendiosa do equipamento pode então ser ligada temporariamente ao sensor quando o processo de medição real estiver para ser realizado.

Uma outra vantagem concedida pela utilização acima descrita de uma parte de sensor que inclui uma fibra óptica que tem meios de reflexão no aparelho de sonda é que uma longa fila de elementos de sensor (compreendendo cada um deles uma secção de fibra óptica que tem por exemplo duas grades separadas) pode ser multiplexada numa única fibra. Isto permite a construção de uma sonda/sensor que está apto a medir a curvatura num grande número de localizações ao longo de uma longa distância. Devido ao facto de um grande número de sensores serem multiplexados num sensor/sonda comprido e devido ao facto de os diferentes elementos de sensor utilizarem grades diferentes, as medições podem ser efectuadas muito mais rapidamente do que era conseguido anteriormente. Um processo de medição efectuado de acordo com a técnica conhecida é muito mais laborioso. A operação multiplex pode ser utilizada para medição, por exemplo, da diferença de trajecto ou da diferença de tempo entre a luz que entra e a luz reflectida pelas grades, quando as referidas grades são idênticas mas estão localizadas em diferentes posições ao longo da fibra óptica. Em alternativa, a operação multiplex pode basear-se em diferentes comprimentos de onda de reflexão para grades de frequências mutuamente diferentes.

Uma outra vantagem concedida pela utilização de secções de fibra óptica que têm meios de reflexão mutuamente afastados, tais como espelhos num interferômetro, é a que possibilita que seja definida uma distância de medição ao longo da qual é obtido o valor médio da curvatura. Isto evita o problema das não homogeneidades locais.

Uma vantagem adicional das grades de fibra é que as mesmas podem ser produzidas em massa. Isto permite que as grades sejam produzidas na fibra (permite que as grades sejam inscritas na fibra) num grande número de localizações ao longo da fibra óptica, o que pode ter um comprimento medido em quilómetros, a um custo extra relativamente baixo. As grades podem ser formadas ao expor a fibra interferometricamente à luz UV. Na produção 5 87 202 ΕΡ 0 808 410/ΡΤ de um sensor dentro do âmbito do presente invento, a parte de sensor pode ser produzida desse modo a um custo muito baixo.

Numa concretização do aparelho do invento, a sonda pode ser muito mais curta do que o canal cuja curvatura/extensão longitudinal se pretende determinar, em que a sonda é movida para diferentes posições ao longo do comprimento do canal, em que a curvatura do canal é registada nas referidas diferentes posições, e em que a posição rotacional da sonda nas referidas posições diferentes é também convenientemente registada. Tomar-se-á evidente a partir do que se seguiu que a sonda de uma concretização fundamental possa funcionar com meios de reflexão parcial, por exemplo grades, localizadas em posições axialmente separadas. Será também evidente a partir do que se seguiu que a sonda pode ser provida de grades/meios de reflexão numa pluralidade ou multiplicidade de posições axialmente separadas ao longo das fibras ópticas de sentir esforço, de modo a permitir que a curvatura seja medida em muitas posições axiais diferentes ao longo da sonda e ao longo do canal com o mesmo requisito de distância entre os pontos de medição de curvatura e sem necessitar de mover axialmente a sonda real.

Tal como indicado no que se segue, a sonda pode ser configurada com uma multiplicidade de meios de reflexão parcial, por exemplo vários milhares de meios de reflexão ou pares dos mesmos em localizações separadas ao longo da fibra óptica/fibras ópticas da sonda, de modo a permitir que a sonda seja fabricada em comprimentos acima dos vários milhares de metros. Isto concede a possibilidade favorável de colocar a sonda na formação de rocha ou na própria formação de solo ao longo de um comprimento ou distância de particular interesse e ser ali deixada permanentemente ou por um período de tempo longo. Isto permite que a curvatura da sonda seja rapidamente determinada e, ao determinar frequentemente a curvatura da sonda, permite mudanças importantes na curvatura que ocorrem na formação de solo/formação de rocha na qual a sonda é colocada para serem observadas e determinadas. Tais sistemas de monitorização encontram utilidade, por exemplo, nos trabalhos de escavação de túneis e trabalhos semelhantes, em que um ou mais furos são perfurados conjuntamente mas do lado de fora da referida extensão de túnel, e em que as sondas inventivas extensas podem ser inseridas dentro destes furos de teste e ali deixadas, de modo a se poder estabelecer a ocorrência de mudanças ao determinar frequentemente a curvatura da sonda, e a magnitude ou o perigo apresentado por estas mudanças em ligação com e devido à escavação continuada/deslocamento por explosão do túnel, de modo a permitir que as contramedidas necessárias sejam tomadas antes dos riscos ou das desvantagens da mudança na curvatura/acomodamento do solo atingirem um estado perigoso.

87 202 ΕΡ Ο 808 410/ΡΤ 6 Ο invento será descrito em maior detalhe no que se segue com referência às concretizações exemplificativas do mesmo e também com referência aos desenhos anexos, nos quais: a fig. 1 é uma vista esquemática em corte longitudinal de uma sonda inventiva; a fig. 2 é uma ilustração esquemática da unidade de controlo incluída na sonda; as figs. 3A-C ilustram quatro configurações diferentes de um corpo de sonda tubular com fibras ópticas montadas à superfície e alojadas numa tubagem protectiva; as figs. 4A e 4B ilustram dois exemplos de elementos de sensor compreendidos por fibras ópticas nas quais se encontram dispostos meios de reflexão mutuamente afastados; e as figs. 5A-C ilustram a intensidade da luz como uma função do comprimento de onda da luz que entra, reflectida e transmitida nuns meios de reflexão de tipo grade.

Numa concretização simples, a sonda 1 compreende uma tubagem protectiva 4, por exemplo tubagem de bronze ou tubagem compreendida por um compósito de fibra de vidro o qual, apesar de ser rígido, é suficientemente flexível para permitir que a tubagem se conforme à mesma curvatura que a curvatura de um furo perfurado dentro do qual a sonda é inserida. A sonda tem essencialmente o mesmo diâmetro que o furo perfurado, de modo a que a sonda possa seguir de perto a curvatura do referido furo. A sonda inclui um corpo de sonda 3 que no presente caso é compreendido por um varão flexível circular cilíndrico na forma de uma conduta de paredes grossas cujos diâmetros interior e exterior são conhecidos. O corpo de sonda 3 é mantido concentricamente na tubagem protectiva 4 por meio de elementos tubulares de espaçamento 5. Os elementos de espaçamento 5 podem ter a forma de chumaceiras de deslize que permitem que o corpo de sonda 3 rode relativamente à tubagem protectiva 4. As fibras ópticas 31-34 estão fixas ao corpo de sonda cilíndrico 3, por exemplo embutidas no mesmo ou coladas ao mesmo. As fibras são presas sobre/dentro do corpo 3 de uma maneira tal que as fibras irão dobrar-se quando o corpo é sujeito a esforço. As fibras 31-34 prolongam-se de modo paralelo relativamente à linha neutral de inclinação do corpo, em que cada uma deis fibras está espaçada a uma distância constante ao longo do seu comprimento a partir do eixo do corpo 3 (a linha neutral de inclinação do corpo) ao longo da sua distância de medição. A fig. 3A pode ser considerada como sendo uma vista em corte transversal do corpo de sonda tubular 3 da fig. 1, e pode ser visto a partir da fig. 3A que as fibras 31 e 32 7 87 202 ΕΡ 0 808 410/ΡΤ permanecem respectivamente na superfície interior e na superfície exterior do corpo 3 num plano axial 41 do corpo 3 que se prolonga através do seu eixo de inclinação neutral 44. Correspondentemente, as fibras 33 e 34 encontram-se num plano axial 42 do corpo 3, estando estes planos 41, 42 mutuamente separados, de preferência segundo um ângulo de 90°. No caso da configuração ilustrada na fig. 3A, as fibras encontram-se em respectivos planos axiais no mesmo lado do eixo 44.

Fazendo de novo referência à fig. 1, poderá ver-se que as fibras 31-34 estão ligadas a uma unidade de processamento de sinal.

Cada uma das fibras ópticas inclui uns meios de reflexão parcial 8a, 8b, 22a, 22b dispostos em duas posições predeterminadas A e B respectivamente ao longo do corpo 3.

Tal como mostrado na fig. 4A, os referidos meios de reflexão parcial podem compreender grades de fibra respectivas 8a e 8b. A luz que entra 19 é reflectida parcialmente pela grade 8a e dá origem a um feixe de luz 20a dirigido de modo oposto, e a outra grade 8b dá origem a um feixe de luz 20b dirigido de modo oposto de uma maneira semelhante, em que parte da luz é transmitida como indicado em 21.

Numa concretização alternativa (fig. 4B), podem ser incorporados nas fibras espelhos de reflexão parcial 22a e 22b em respectivas posições A e B, por exemplo ao cortar a fibra óptica e depois aplicar uma camada de, por exemplo, T1O2 por deposição de vapor nas superfícies cortadas, e depois disso soldar as extremidades das fibras conjuntamente de modo a que a camada depositada por vapor irá estabelecer um espelho de reflexão parcial.

Tal como se verá a partir da fig. 2, a luz que vem das fontes de luz 9a, 9b é conduzida através de fibras ópticas 15 para uma pastilha óptica 16, onde a luz é distribuída para as fibras de sensor 31, 32 por intermédio de uma pluralidade de comutadores de guia de onda ou acopladores 17. Depois de ter sido reflectida nos elementos de grade 8a, 8b, a luz 19 volta como sinais 20a, 20b que são distribuídos de novo aos detectores 11 pela pastilha 16 e depois disso amplificados em respectivos andares de amplificador 12, tal como mostrado na fig. 4A. O sinal resultante é finalmente processado electronicamente no processador 13. As fontes de luz 9a, 9b são conduzidas com a ajuda de componentes electrónicos de controlo 14, os quais asseguram com que 0 comprimento de onda da fonte de luz laser seja mantido constante, com o auxilio de uma grade de referência 18.

As grades de fibra 8a, 8b têm uma característica espectral larga em relação à fonte de luz 9. O par de grades 8a, 8b irá funcionar como um par de espelhos na fibra quando o

87 202 ΕΡ 0 808 410/ΡΤ 8 comprimento de onda da fonte de luz 9 for escolhido perto do comprimento de onda central das grades 8a, 8b. Quando a reflectância das grades é relativamente baixa, de modo a permitir que as reflexões múltiplas sejam ignoradas, os dois meios de reflexão, as grades 8a e a fibra formam o chamado interferômetro Fizeau. A posição de fase entre os dois feixes de luz reflectidos 20a, 20b é linearmente dependente da distância entre as grades 8a, 8b e desse modo linearmente dependente do esforço que actua na fibra óptica. A diferença de fase rcflecte assim a inclinação do corpo de sonda 3 entre os pares de grades. Os dois feixes de luz reflectidos 20a, 20b são assim conduzidos de volta para o detector 10, onde se permite que os mesmos interfiram. A este respeito, o comprimento de coerência da fonte de luz será preferivelmente maior do que duas vezes a distância entre as grades 8a, 8b. O processador 13 funciona para produzir um valor de medição de inclinação. O sinal detectado é sinusoidalmente dependente da diferença de fase (franjas de interferência) e o processamento dos sinais é principalmente para contar as franjas de interferência e para verificar a localização das franjas de interferência. Uma vantagem importante concedida pela técnica de medição interferométrica é que é suficientemente sensível ou responsiva a permitir que sejam medidas inclinações muito pequenas ou, por outras palavras, grandes raios de curvatura.

Uma desvantagem, contudo, é a dependência periódica do sinal quando da inclinação. Como resultado, o método de medição não dá um valor absoluto mas apenas valores de medição relativos. Contudo, esta fraqueza pode ser ultrapassada de várias formas. Uma forma consiste em utilizar o comprimento de onda interferometricamente. Tal como o nome implica, são então necessários dois comprimentos de onda, sendo estes comprimentos de onda obtidos quer pela utilização de duas fontes de luz mutuamente independentes 9a, 9b (c.f. fig. 2) quer pela utilização de uma fonte de luz que pode ser afinada em relação ao comprimento de onda de modo a conseguir uma função de correspondência.

Ao medir a posição da franja em ambos os comprimentos de onda, é possível determinar em que franja o interferômetro se encontra localizado na ordem de franja de uma maneira quase absoluta sobre uma gama de medição suficientemente ampla. Este método também pode ser aplicado para se assegurar da direcção em que as franjas se movem. Um outro método consiste na utilização das grades 8a, 8b incluídas no interferômetro Fizeau, e em particular as características espectrais da grade. Ao utilizar uma fonte de luz que se pode afinar, ou ao utilizar uma detecção espectroscópica, isto é, uma detecção dependente do comprimento de onda, é possível, por exemplo, estabelecer o comprimento de onda central da grade. O comprimento de onda central é assim o comprimento de onda dependente do esforço e pode ser estabelecido um valor absoluto da inclinação de fibra ao medir este comprimento de onda central. Contudo, este método não é tão preciso como o método 9 87 202 ΒΡ 0 808 410/ΡΤ interferométrico, mas pode ser utilizado para proporcionar um valor de início aproximado. O método, contudo, pode ser utilizado com vantagem em combinação com duas interferometrias de comprimento de onda para obter medições extremamente precisas do valor absoluto do esforço na fibra. A utilização de duas secções de fibra óptica paralelas mutuamente separadas 31, 32 num plano axial 41 com meios de reflexão em porções iguais ao longo da sonda, concede a vantagem de que qualquer mudança na temperatura irá afectar as duas fibras 31, 32 na mesma extensão, enquanto que a inclinação do corpo de sonda 3 irá induzir diferentes esforços nas respectivas fibras 31, 32. Pode assim ser obtido um sinal de medição de tensão independente da temperatura a partir dos interferômetros construídos a partir das fibras 31, 32, subsequente ao processamento de sinal correspondente. A configuração de acordo com a fig. 3B pode ser considerada para mostrar que as secções de fibra 32 e 34 foram movidas de modo paralelo entre si nos seus respectivos planos axiais 41, 42 para a região da superfície exterior do corpo de sonda 3. Todas as secções de fibra activas 31 -34 irão por este meio ser localizadas à maior distância possível do eixo 44, permitindo desse modo que o diâmetro do corpo de sonda seja minimizado.

No caso da configuração da fig. 3C é disposto um par adicional de secções de fibra 35, 36 num plano axial 43 que compreende o eixo 44, em que as fibras 35, 36 se encontram paralelas com e ao longo das geratrizes do corpo 3. No caso da configuração da fig. 3C, os três pares de secções de fibra 31, 32; 33, 34; 35, 36 são dispostos em planos afastados de modo equidistante. A informação adicional obtida pelos sensores 35, 36 no “terceiro” plano axial pode ser utilizada para compensar quaisquer erros que possam ocorrer como resultado das tensões de corte geradas quando o corpo de sensor é sujeito a uma forte inclinação, isto é, é dado um raio de curvatura relativamente pequeno.

Foram descritas concretizações exemplificadoras nas quais as secções de fibra óptica sensíveis ao esforço se encontram em pelo menos dois planos axiais angularmente separados que se prolongam através da linha de inclinação mútua da sonda, de modo a permitir que a inclinação/curvatura da sonda seja medida em três dimensões. Uma secção de fibra adicional/ intcrfcrômetro de Fizeau foi incluído para proporcionar compensação de temperatura do sinal de medição.

Entender-se-á, contudo, que o corpo de sonda 3 não necessita necessariamente de ser simetricamente rotacional. Pode assim ser pois é sabido antecipadamente que a curvatura do canal a ser medida será muito maior num certo plano do que num outro plano c que o corpo 10 87 202 ΕΡ 0 808 410/ΡΤ de sonda pode ser construído harmoniosamente, por exemplo, de modo que pode ser dada ao corpo uma secção transversal elíptica. Ao dar ao corpo de sonda 3 uma forma bem definida e ao dar também às secções de fibra 31, 34 uma posição bem definida, a inclinação pode ser calculada com a ajuda de modelos conhecidos para inclinar objectos tipo viga. Contudo, isto não exclui a possibilidade de obter a relação entre os sinais resultantes e a curvatura com o auxílio de um processo de calibração em vez disso. Em certas circunstâncias, isto pode até ser um complemento necessário para os cálculos de modelo.

As figs. 5A-C ilustram a intensidade da luz como uma função do comprimento de onda para a luz transmitida e reflectida que entra numa grade. A grade 8 consiste numa variação de índice refractivo periódico que foi inscrito no núcleo de fibra 23 por meio de luz UV interferente. Quando a luz que é emanada a partir de uma fonte de luz de banda larga, isto é, luz que tem um espectro largo (fig. 5A), cai na grade 8, apenas o comprimento de onda 31 que é duas vezes tão longo quanto a periodicidade da grade será reflectido de volta (fig. 5B). Quando a grade 8 é sujeita a esforço, o comprimento de onda reflectivo irá aumentar e a mudança no comprimento de onda 39 da luz reflectida irá constituir uma medição do esforço. A comutação de fase entre os feixes de luz reflectidos ou raios indica assim esforço, isto é, a inclinação do corpo de sonda 3. Num aspecto técnico de medição, uma tal diferença de fase apenas pode ser estabelecida por detecção coerente. A fig. 5C ilustra luz transmitida através da grade 8. São possíveis modificações dentro do âmbito do invento.

Apesar da concretização ilustrada ilustrar um processo de medição baseado em luz reflectida, será obvio que o processo de medição pode igualmente ser levado a cabo com base na luz transmitida. Além do mais, os interferômetros podem, como é obvio, ser ligados em série se os meios de reflexão forem construídos de acordo com técnicas conhecidas, de tal modo que os referidos meios e os seus sinais de medição podem ser identificados. A orientação do corpo de sensor (3) não é totalmente determinada pelo estabelecimento da sua curvatura, uma vez que o corpo de sonda pode rodar em tomo do seu eixo à medida que é movido através do canal de medição (o furo perfurado na rocha). Consequcntcmcnte, o aparelho de sonda irá preferivelmente ser suplementado quer com um giroscópio 51 quer com um nível de bolha de ar que irá fornecer informação relacionada com a posição rotacional da sonda.

Subsequentemente ao processamento no detector 10, a informação relacionada com a curvatura e possivelmente com a posição rotacional da sonda pode ser registada na sonda ou 11 87 202 ΕΡ 0 808 410/ΡΤ transmitida convencionalmente sobre fios ou fibras ou por radio para um receptor operado à distância, por exemplo numa extremidade acessível do canal.

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Claims (14)

1. 87 202 ΕΡ 0 808 410/ΡΤ 1/3 REIVINDICAÇÕES 1 . Aparelho para determinar a curvatura num canal alongado, tal como um furo perfurado na rocha, por exemplo, incluindo o referido aparelho uma sonda flexível (1) que se pretende que assuma a curvatura do canal quando inserida dentro do mesmo, em que a sonda (1) tem meios (3, 31, 10) para sentir a curvatura da sonda e com isso a curvatura do canal, entre pelo menos duas posições afastadas longitudinalmente (A, B) na sonda (1), caracterizado por os referidos meios incluírem uma secção de fibra óptica (31) que se encontra ligada a um corpo de sonda (3) que se pode inclinar, disposto na sonda (1) e ligado à referida sonda, de modo a acompanhar a inclinação ou curvatura da referida sonda, em que a secção de fibra óptica (31) se prolonga de modo paralelo com e a uma distância constante do eixo neutral de inclinação (44) do corpo de sonda (3), de modo que o esforço da secção de fibra irá proporcionar uma medição da inclinação do corpo de sonda (3) num plano axial (41) que inclui a secção de fibra (31); por a secção de fibra óptica (31) ter dois meios de reflexão parcial (8a, 8b; 22a, 22b) nas referidas posições (A, B) ao longo da sonda; e por os meios (10) estarem ligados à secção de fibra óptica para determinação interferométrica da mudança na distância entre os meios de reflexão parcial na secção de fibra (31); e por os meios (32, 10) serem proporcionados para compensação da influência da temperatura na mudança na distância entre os meios de reflexão parcial.
2. 2 . Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os meios de compensação que influenciam a temperatura incluírem uma secção de fibra óptica (32) adicional que é idêntica à secção de fibra óptica (31) mencionada em primeiro lugar, e que se prolonga de modo paralelo com os mesmos no mesmo plano axial (41), em que a referida secção de fibra adicional tem meios de reflexão parcial (8a, 8b; 22a, 22b) preferivelmente também nas referidas posições (A, B) ao longo da sonda, pelo que a diferença em esforço entre as duas secções de fibra óptica (31, 32) proporciona um valor de medição independente da extensão a que a sonda inclina no plano axial.
3. 3 . Aparelho de acordo com a reivindicação 1 ou reivindicação 2, caracterizado por a distância entre as posições de sonda (A, B) ser pelo menos dez vezes o raio do corpo de sonda (3) relativamente à secção de fibra óptica de medição de tensão radialmente mais interior (32); c por a dimensão em corte transversal da sonda no plano de inclinação ser menos de 5 cm e maior do que 0,1 cm.
4. 4 . Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por os meios de reflexão compreenderem grades de fibra que têm uma largura de linha de pelo menos 0,2 mm.

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5. 5 . Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por o eixo do corpo de sonda ser definido pelos centros de gravidade da área em cone transversal do corpo de sonda; e por as secções de fibra respectivas entre os referidos meios de reflexão terem uma distância bem definida, preferivelmente constante, a partir do eixo de sonda para a linha média da secção de fibra.
6. 6 . Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por compreender duas fontes de luz (9a, 9b) de diferentes comprimentos de onda para determinar a diferença de fase para a luz reflectida a partir de pares respectivos de meios de reflexão sobre uma área dinâmica maior do que Pi.
7. 7 . Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por os meios de reflexão (8a, 8b) da secção de fibra óptica serem construídos para determinar o comprimento de onda óptico que é reflectido por uma das grades e para comparar este comprimento de onda com um comprimento de onda de calibragem que a grade tem num estado não curvado da sonda, para estabelecer um valor absoluto aproximado do sinal de medição gerado interferometricamente a partir do par de grades (8a, 8b) na secção de fibra óptica (31).
8. 8 . Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por a sonda (1) incluir uma fibra óptica que permanece livre de carga quando a sonda se inclina ou curva; e por esta fibra livre de carga incluir uma grade (8) de periodicidade calibrada que funciona como uma referência para avaliar um valor de inclinação absoluto de uma sonda cuja secção de fibra óptica (31) tem meios de reflexão na forma de grades.
9. 9 . Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado por a sonda incluir pelo menos duas secções de fibra sensíveis à inclinação, tendo cada uma delas um par de meios de reflexão parcial; e por as referidas secções (31, 33) se encontrarem em planos axiais mutuamente espaçados (41, 42), de modo a que a inclinação do corpo de sonda possa ser determinada em três dimensões.
10. 10 . Aparelho de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por o referido aparelho incluir três secções de fibra óptica (31, 33, 35) que se encontram em planos axiais mutuamente espaçados para medir a inclinação do corpo de sonda nos referidos planos axiais respectivos, estando os referidos planos preferivelmente afastados por intermédio de ângulos iguais. 87 202 ΕΡ 0 808 410/ΡΤ 3/3
11. 11 . Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado por a secção de fibra óptica sensível ao esforço ter mais de dois meios de reflexão parcial separados longitudinalmente, em que mudanças na distância entre os meios de reflexão parcial em diferentes secções longitudinais da secção de fibra óptica são sentidas com a ajuda de uma técnica de operação multiplex.
12. 12 . Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado por a sonda incluir meios para sentirem a orientação do corpo de sonda (3) em tomo do seu eixo.
13. 13 . Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado por a sonda ter um comprimento que é mais pequeno do que o comprimento do canal cuja curvatura se destina a ser determinada ao longo do seu comprimento; e por a sonda (1) poder ser movida para posições diferentes ao longo do canal para determinar a curvatura do referido canal nas respectivas posições da sonda; e por o aparelho poder ser ligado a meios para registar a curvatura do canal nas referidas posições da sonda.
14. 14 . Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado por a sonda (1) ter um comprimento de medição que é pelo menos igualmente tão extenso quanto o canal; e por o canal ter uma pluralidade de meios de reflexão parcial espaçados ao longo do comprimento da sonda, de modo a permitir que a curvatura ou inclinação da sonda seja medida numa pluralidade de localizações mutuamente espaçadas ao longo da sonda colocada no canal, pelo que a medição da curvatura/extensão do canal ao longo de essencialmente todo o seu comprimento pode ser efectuada sem mover a sonda no canal. Lisboa, . Por REFLEXINSTRUMENT AB -O AGENTE OFICIAL-