RU157556U1 - FIBER OPTICAL PRESSURE DISTRIBUTION SENSOR - Google Patents

FIBER OPTICAL PRESSURE DISTRIBUTION SENSOR Download PDF

Info

Publication number
RU157556U1
RU157556U1 RU2015131060/28U RU2015131060U RU157556U1 RU 157556 U1 RU157556 U1 RU 157556U1 RU 2015131060/28 U RU2015131060/28 U RU 2015131060/28U RU 2015131060 U RU2015131060 U RU 2015131060U RU 157556 U1 RU157556 U1 RU 157556U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
core
sensor
sensor according
pressure
optical fiber
Prior art date
Application number
RU2015131060/28U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Николаевич Наумов
Original Assignee
Александр Николаевич Наумов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Александр Николаевич Наумов filed Critical Александр Николаевич Наумов
Priority to RU2015131060/28U priority Critical patent/RU157556U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU157556U1 publication Critical patent/RU157556U1/en

Links

Images

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)
  • Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)

Abstract

1. Волоконно-оптический сенсор распределения давления, содержащий цилиндрический сердечник и по меньшей мере одно чувствительное к деформации оптическое волокно, которое намотано на сердечник по винтовой линии и закреплено на сердечнике, отличающийся тем, что сердечник представляет собой герметичную трубку, загерметизированную с торцов и заполненную заданным флюидом под заданным давлением, а сенсор содержит датчик давления флюида внутри сердечника.2. Сенсор по п. 1, отличающийся тем, что сердечник выполнен из металла.3. Сенсор по п. 1, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере одно дополнительное, чувствительное к температуре оптическое волокно.4. Сенсор по п. 1, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере одно дополнительное, расположенное продольно чувствительное к деформации оптическое волокно, которое механически связано с сердечником.5. Сенсор по п. 1, отличающийся тем, что содержит устройство для контроля давления в сердечнике.6. Сенсор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве заполняющего сердечник флюида используется ацетон, бензол, метиловый спирт, этан, аммиак или азот.7. Сенсор по п. 1, отличающийся тем, что содержит наружную защитную оболочку.8. Сенсор по п. 1, отличающийся тем, что намотанное на сердечник по винтовой линии чувствительное к деформации оптическое волокно расположено внутри механически связанной с ним защитной металлической трубки.9. Сенсор по п. 1, отличающийся тем, что датчик давления флюида внутри сердечника представляет собой манометр, расположенный на конце сенсора и подсоединенный к внутреннему объему сердечника.1. Fiber optic pressure distribution sensor containing a cylindrical core and at least one deformation-sensitive optical fiber that is wound around the core in a helical line and fixed to the core, characterized in that the core is a sealed tube sealed from the ends and filled a given fluid under a given pressure, and the sensor contains a fluid pressure sensor inside the core. 2. The sensor according to claim 1, characterized in that the core is made of metal. 3. The sensor according to claim 1, characterized in that it contains at least one additional, temperature-sensitive optical fiber. The sensor according to claim 1, characterized in that it contains at least one additional optical fiber which is longitudinally sensitive to deformation and which is mechanically connected to the core. The sensor according to claim 1, characterized in that it comprises a device for monitoring core pressure. The sensor according to claim 1, characterized in that acetone, benzene, methyl alcohol, ethane, ammonia or nitrogen are used as the core filling fluid. The sensor according to claim 1, characterized in that it contains an outer protective shell. The sensor according to claim 1, characterized in that the optical fiber wound around the core in a helix sensitive to deformation is located inside a protective metal tube mechanically connected to it. A sensor according to claim 1, characterized in that the fluid pressure sensor inside the core is a pressure gauge located at the end of the sensor and connected to the internal volume of the core.

Description

Полезная модель относится к сенсорам, а именно к конструкциям волоконно-оптических сенсоров распределения гидростатического давления на основе регистрации распределения по длине оптического волокна компонент тонкой структуры рассеянного оптического излучения. Сенсор может применяться для мониторинга и каротажа углеводородных скважин.The invention relates to sensors, namely, to designs of fiber-optic sensors for hydrostatic pressure distribution based on recording the distribution of the fine structure of scattered optical radiation along the length of the optical fiber. The sensor can be used for monitoring and logging of hydrocarbon wells.

Для измерения распределения давления используется специальная конструкция волоконно-оптического кабеля, преобразующая гидростатическое давление в деформацию чувствительного оптического волокна. Для измерения распределения деформации чувствительного оптического волокна используются методы на основе регистрации распределения параметров тонкой структуры рассеянного излучения, а именно рассеяния Рэлея (РР), комбинационного рассеяния (КР, или рассеяния Рамана) и рассеяния Мандельштама-Бриллюэна (РМБ). Определение места, в котором измеряется физический параметр (давление, деформация, температура), происходит на основе пересчета времени задержки от зондирования до регистрации сигнала рассеяния в расстояние, которое соответствует пути светового излучения по оптическому волокну от анализатора до места рассеяния и обратно.To measure the pressure distribution, a special fiber optic cable design is used that converts hydrostatic pressure to deformation of a sensitive optical fiber. To measure the strain distribution of the sensitive optical fiber, methods are used based on recording the distribution of the fine structure parameters of the scattered radiation, namely, Rayleigh scattering (PP), Raman scattering (Raman scattering, or Raman scattering) and Mandelstam-Brillouin scattering (RMB). The location at which the physical parameter is measured (pressure, deformation, temperature) is based on recalculating the delay time from sensing to recording the scattering signal to a distance that corresponds to the path of light radiation along the optical fiber from the analyzer to the scattering point and vice versa.

Эффект РР - когерентное рассеяние света без изменения длины волны на частицах, неоднородностях или других объектах, размеры которых меньше длины волны. При использовании свойств когерентности рассеяния, оптическое волокно играет роль распределенного интерферометра, отраженный от которого сигнал содержит информацию о температуре и деформации в точке рассеяния. Для точного определения деформации и, соответственно, давления, требуется измерение профиля температуры и вычитание температурного вклада в сигнал, то есть термокомпенсация. При защите оптического волокна от внешних механических воздействий, сигнал дает информацию исключительно о температуре.The PP effect is coherent light scattering without changing the wavelength of particles, inhomogeneities, or other objects that are smaller than the wavelength. When using the properties of scattering coherence, the optical fiber plays the role of a distributed interferometer, the reflected signal from which contains information about the temperature and strain at the scattering point. To accurately determine the deformation and, accordingly, the pressure, it is necessary to measure the temperature profile and subtract the temperature contribution to the signal, that is, temperature compensation. When protecting an optical fiber from external mechanical influences, the signal gives information exclusively about temperature.

Эффект КР обусловлен взаимодействием излучения с тепловыми молекулярными колебаниями в среде. Для измерения используется зависимость от температуры отношения амплитуд антистоксовой и стоксовой компонент сигнала комбинационного рассеяния. Сигнал КР содержит информацию только о температуре в точке рассеяния. Данный эффект может использоваться для измерения распределения температуры в том числе для термокомпенсации при измерении распределения деформации и, соответственно, распределения давления.The Raman effect is due to the interaction of radiation with thermal molecular vibrations in the medium. For measurement, the temperature dependence of the amplitude ratio of the anti-Stokes and Stokes components of the Raman signal is used. The Raman signal contains information only about the temperature at the scattering point. This effect can be used to measure the temperature distribution, including thermal compensation for measuring the strain distribution and, accordingly, the pressure distribution.

Рассеяние Мандельштама-Бриллюэна в оптическом волокне можно рассматривать как дифракцию света на движущейся решетке, созданной акустической волной. Таким образом, отраженный сигнал испытывает доплеровский сдвиг по частоте, поскольку решетка движется со скоростью звука. Скорость звука напрямую связана с плотностью материала и зависит как от его температуры, так и от внутреннего механического напряжения (деформации). В результате величина частотного Бриллюэновского сдвига несет информацию о температуре и деформации в точке рассеяния. Для точного определения деформации и, соответственно, давления, требуется измерение профиля температуры и вычитание температурного вклада в Бриллюэновский сдвиг частоты, то есть термокомпенсация. При защите оптического волокна от внешних механических воздействий, Бриллюэновский сдвиг зависит исключительно от температуры.Mandelstam-Brillouin scattering in an optical fiber can be considered as light diffraction by a moving grating created by an acoustic wave. Thus, the reflected signal experiences a Doppler frequency shift, since the grating moves with the speed of sound. The speed of sound is directly related to the density of the material and depends both on its temperature and on internal mechanical stress (deformation). As a result, the magnitude of the Brillouin frequency shift carries information about the temperature and strain at the scattering point. To accurately determine the deformation and, accordingly, the pressure, it is necessary to measure the temperature profile and subtract the temperature contribution to the Brillouin frequency shift, i.e., thermal compensation. When protecting an optical fiber from external mechanical influences, the Brillouin shift depends solely on temperature.

Существуют коммерчески доступные устройства опроса (анализаторы) на основе РР (см. например, URL: http://lunainc.com/growth-area/strain-and-temperatore-sensing/. дата обращения 22/07/2015; URL: http://www.neubrex.com/htm/products/pro-nbx7000.htm, дата обращения 22/07/2015), на основе РМБ (см. например, URL: http://www.ozoptics.com/ALLNEW_PDF/DTS0115RU.pdf, дата обращения 22/07/2015; URL: http://www.neubrex.com/htm/products/pro-nbx-lineup.htm, дата обращения 22/07/2015; URL: http://omnisens.ch/ditest/3511-ditest-aim.php, дата обращения 22/07/2015), и на основе КР (см. например, URL: http://www.lios-support.com/LIOS_WELL_DONE_Oil_and_Gas_EN.pdf, дата обращения 22/07/2015; URL: http://silixa.com/technology/ultima-dts/, дата обращения 22/07/2015; URL: http://www.sensornet.co.uk/technology/distributed-temperature-sensing, дата обращения 22/07/2015), которые подключаются к волоконно-оптическим сенсорам на основе регистрации распределения по длине оптического волокна компонент тонкой структуры рассеянного оптического излучения.There are commercially available polling devices (analyzers) based on PP (see, for example, URL: http://lunainc.com/growth-area/strain-and-temperatore-sensing/. Accessed 07/22/2015; URL: http : //www.neubrex.com/htm/products/pro-nbx7000.htm, accessed 07/22/2015), based on the RMB (see, for example, URL: http://www.ozoptics.com/ALLNEW_PDF/ DTS0115RU.pdf, accessed 07/22/2015; URL: http://www.neubrex.com/htm/products/pro-nbx-lineup.htm, accessed 07/22/2015; URL: http: // omnisens.ch/ditest/3511-ditest-aim.php, accessed 22/07/2015), and based on the Kyrgyz Republic (see, for example, URL: http://www.lios-support.com/LIOS_WELL_DONE_Oil_and_Gas_EN.pdf, reference date 07/22/2015; URL: http://silixa.com/technology/ultima-dts/, reference date 07/22/2015; URL: http://www.sensornet.co.uk/techn ology / distributed-temperature-sensing, accessed 07/22/2015), which are connected to fiber-optic sensors based on recording the distribution of the fine structure of the scattered optical radiation along the length of the optical fiber.

Известен распределенный волоконно-оптический сенсор давления (патент РФ №135129, дата публикации 27.11.2013) для систем мониторинга геофизических скважин на основе регистрации параметров тонкой структуры рассеянного излучения. Известный сенсор содержит сердечник, в виде гибкой трубки, оптическое волокно для измерения давления, спирально намотанное на сердечник. Оптическое волокно, спирально намотано на сердечник с переменным шагом, причем участки с минимальным шагом намотки служат для измерения распределения давления, а участки с максимальным шагом намотки служат для компенсации продольных деформаций. Недостатком известного является ограниченный диапазон измеряемых давлений, который определяется механическими свойствами сенсора, которые постоянны. Другим недостатком известного сенсора является недостаточная защищенность сенсора от повышенного внешнего давления, под действием которого может развиться неустойчивость и сердечник в виде трубки разрушится (схлогшется).Known distributed fiber-optic pressure sensor (RF patent No. 135129, publication date 11/27/2013) for monitoring systems of geophysical wells based on recording parameters of the fine structure of the scattered radiation. The known sensor contains a core, in the form of a flexible tube, an optical fiber for measuring pressure, spirally wound around the core. The optical fiber is spirally wound around the core with a variable pitch, with sections with a minimum winding pitch used to measure the pressure distribution, and sections with a maximum winding pitch used to compensate for longitudinal deformations. A disadvantage of the known is the limited range of measured pressures, which is determined by the mechanical properties of the sensor, which are constant. Another disadvantage of the known sensor is the lack of protection of the sensor from increased external pressure, under the influence of which instability can develop and the core in the form of a tube will collapse (collapse).

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является сенсорный волоконно-оптический кабель (URL: http://www.neubrex.com/pdf/SEAFOM_Houston_20080218_Neubrex_Paul.pdf http://www.neubrex.com/pdf/SEAFOM_Houston_20080218_Neubrex_Paul.pdf. дата обращения 21.07.2015 и URL: http://www.neubrex.com/htm/products/pro-fiber_6.htm. дата обращения 21.07.2015), предназначенный для измерения распределения гидростатического давления, который содержит центральный силовой элемент, расположенные вблизи его два связных оптических волокна, два свободно уложенных оптических волокна, чувствительных к температуре и два оптических волокна, чувствительных к деформации растяжения сжатия. Затем, поверх силового элемента и указанных волокон нанесен цилиндрический слой эластичного материала, на который намотано по винтовой линии два оптических волокна, чувствительных к деформации растяжения/сжатия. Кроме того, сенсор защищен наружной оболочкой. Принцип работы сенсора следующий. При помощи анализатора РМБ измеряются профили температуры и деформации вдоль соответствующих волокон. Под действием внешнего гидростатического давления слой эластичного материала сжимается, что приводит к деформации продольного сжатия намотанных на него оптических волокон. Учет распределения продольной деформации растяжения/сжатия сенсора и распределения температуры вдоль сенсора позволяет по деформации продольного сжатия намотанных по винтовой линии оптических волокон однозначно определить распределение давление вдоль сенсорного кабеля.The closest technical solution (prototype) is a touch fiber optic cable (URL: http://www.neubrex.com/pdf/SEAFOM_Houston_20080218_Neubrex_Paul.pdf http://www.neubrex.com/pdf/SEAFOM_Houston_20080218_Neubrex_Paul.07pdf. .2015 and URL: http://www.neubrex.com/htm/products/pro-fiber_6.htm. Access date 07/21/2015), designed to measure the distribution of hydrostatic pressure, which contains a central force element located near its two connected optical fibers, two freely laid temperature sensitive optical fibers and two optical fibers, a sensor GOVERNMENTAL compression to tensile strain. Then, on top of the power element and these fibers, a cylindrical layer of elastic material is applied, on which two optical fibers sensitive to tensile / compressive strain are wound in a helical line. In addition, the sensor is protected by an outer shell. The principle of operation of the sensor is as follows. Using the RMB analyzer, temperature and strain profiles are measured along the corresponding fibers. Under the action of external hydrostatic pressure, the layer of elastic material is compressed, which leads to a deformation of the longitudinal compression of the optical fibers wound on it. Taking into account the distribution of the longitudinal tensile / compression strain of the sensor and the temperature distribution along the sensor allows the pressure distribution along the sensor cable to be uniquely determined from the longitudinal compression strain of the optical fibers wound along the helical line.

Недостатком известного сенсорного кабеля является малый диапазон измеряемых давлений (до 20 атм) и малый диапазон допустимых рабочих температур (от 5 C до 60 C), что делает невозможным его применение для мониторинга или каротажа большинства нефтяных и газовых скважин.A disadvantage of the known sensor cable is the small range of measured pressures (up to 20 atm) and the small range of permissible operating temperatures (from 5 C to 60 C), which makes it impossible to use it for monitoring or logging of most oil and gas wells.

Поставленная задача состояла в разработке волоконно-оптического сенсора для измерения распределения давления с увеличенным диапазоном измеряемых давлений, стойкого к повышенному давлению и работоспособного в увеличенном диапазоне температур, чтобы сделать возможным его применение для мониторинга и каротажа нефтяных и газовых скважин.The task was to develop a fiber-optic sensor for measuring pressure distribution with an increased range of measured pressures, which is resistant to increased pressure and is operable in an increased temperature range to make it possible to use it for monitoring and logging oil and gas wells.

Технический результат достигается за счет того, что волоконно-оптический сенсор распределения давления, содержит цилиндрический сердечник и по меньшей мере одно чувствительное к деформации оптическое волокно, которое намотано на сердечник по винтовой линии и закреплено на сердечнике, причем сердечник представляет собой герметичную трубку, загерметизированную с торцов и заполненную заданным флюидом под заданным давлением, а сенсор содержит давления флюида внутри сердечника.The technical result is achieved due to the fact that the fiber-optic pressure distribution sensor contains a cylindrical core and at least one deformation-sensitive optical fiber that is wound around the core in a helical line and fixed to the core, the core being a sealed tube sealed with ends and filled with a given fluid under a given pressure, and the sensor contains fluid pressure inside the core.

Сердечник может быть выполнен из металла. Сенсор может содержать по меньшей мере одно дополнительное, чувствительное к температуре оптическое волокно. Сенсор может содержать по меньшей мере одно дополнительное, расположенное продольно чувствительное к деформации оптическое волокно, которое механически связано с сердечником. Сенсор может содержать устройство для контроля давления в сердечнике. В качестве заполняющего сердечник флюида может использоваться ацетон, бензол, метиловый спирт, этан, аммиак или азот. Также, сенсор может содержать наружную защитную оболочку. Намотанное на сердечник по винтовой линии чувствительное к деформации оптическое волокно может быть расположено внутри механически связанной с ним защитной металлической трубки. Датчик давления флюида внутри сердечника может представлять собой манометр, расположенный на конце сенсора и подсоединенный к внутреннему объему сердечника.The core may be made of metal. The sensor may comprise at least one additional temperature sensitive optical fiber. The sensor may contain at least one additional, located longitudinally sensitive to deformation of the optical fiber, which is mechanically connected to the core. The sensor may comprise a device for monitoring core pressure. Acetone, benzene, methyl alcohol, ethane, ammonia or nitrogen may be used as the core core fluid. Also, the sensor may comprise an outer protective sheath. Sensitive to deformation, an optical fiber wound around a core along a helix can be located inside a protective metal tube mechanically connected to it. The fluid pressure sensor inside the core may be a pressure gauge located at the end of the sensor and connected to the internal volume of the core.

Полезная модель иллюстрируется чертежом:The utility model is illustrated in the drawing:

на фиг. 1 показан волоконно-оптический сенсор распределения давления;in FIG. 1 shows a fiber optic pressure distribution sensor;

Заявленный волоконно-оптический сенсор распределения давления, содержит цилиндрический сердечник 1, на который по винтовой линии намотано чувствительное к деформации оптическое волокно 2. Оптическое волокно 2 закреплено на сердечнике 1. Сердечник 1 представляет собой герметичную трубку, загерметизированную с торцов и заполненную заданным флюидом под заданным давлением. Также, сенсор содержит датчик давления флюида внутри сердечника 3.The inventive fiber-optic pressure distribution sensor contains a cylindrical core 1, on which a strain-sensitive optical fiber 2 is wound along a helix. Optical fiber 2 is mounted on the core 1. Core 1 is a sealed tube sealed from the ends and filled with a predetermined fluid under a predetermined pressure. Also, the sensor contains a fluid pressure sensor inside the core 3.

Дополнительное, чувствительное к температуре оптическое волокно 4 расположено продольно под наружной защитной оболочкой 7. Дополнительное, расположенное продольно чувствительное к деформации оптическое волокно 5, которое механически связано с сердечником, расположено под наружной защитной оболочкой 7. Датчик 3 давления флюида внутри сердечника 1, который может представлять собой манометр, и устройство 6 для контроля давления в сердечнике 1 подсоединено к внутреннему герметичному объему сердечника 1.An additional temperature-sensitive optical fiber 4 is located longitudinally under the outer protective sheath 7. An additional, longitudinally sensitive to optical fiber 5, which is mechanically connected to the core, is located under the outer protective sheath 7. The fluid pressure sensor 3 inside the core 1, which can be a manometer, and the device 6 for monitoring pressure in the core 1 is connected to the inner sealed volume of the core 1.

Принцип действия волоконно-оптического сенсора распределения давления, следующий. Под действием внешнего гидростатического давления с среде, в которую помещен сенсор -происходит сжатие сенсора по его сечению, вследствие чего радиус цилиндрического сердечника 1 уменьшается, а закрепленное на нем чувствительное к деформации оптическое волокно 2, которое намотано на сердечник 1 по винтовой линии, испытывает деформацию продольного сжатия, распределение которой регистрируется описанными выше методами на основе регистрации распределения параметров тонкой структуры рассеянного излучения. На основании данных по распределению деформации волокна 2 рассчитывается распределение внешнего давления вдоль сенсора. Заполнение сердечника 1, который представляет собой герметичную трубку, загерметизированную с торцов, заданным флюидом под заданным давлением, позволяет повысить стойкость сенсора к внешнему давлению и увеличить диапазон измеряемых давлений. Диапазон измеряемых давлений увеличивается в том числе за счет того, что оптическое волокно 2 и сердечник 1 за счет внутреннего давления находятся предварительно напряженном состоянии (состоянии растяжения). Датчик 3 давления флюида внутри сердечника сенсора используется для контроля состояния сердечника 1 и калибровки измеряемого распределения давлений.The principle of operation of the fiber optic pressure distribution sensor is as follows. Under the influence of external hydrostatic pressure with the medium into which the sensor is placed, the sensor is compressed over its cross section, as a result of which the radius of the cylindrical core 1 decreases, and the optical fiber 2 that is sensitive to deformation and wound around the core 1 along a helix undergoes deformation longitudinal compression, the distribution of which is recorded by the methods described above based on recording the distribution of the parameters of the fine structure of the scattered radiation. Based on the data on the distribution of deformation of fiber 2, the distribution of external pressure along the sensor is calculated. Filling the core 1, which is a sealed tube, sealed at the ends, with a given fluid under a given pressure, can increase the resistance of the sensor to external pressure and increase the range of measured pressures. The range of measured pressures increases, including due to the fact that the optical fiber 2 and the core 1 due to internal pressure are in a pre-stressed state (tensile state). The fluid pressure sensor 3 inside the sensor core is used to monitor the state of core 1 and calibrate the measured pressure distribution.

Для обеспечения стойкости к повышенным давлениям в широком диапазоне температур сердечник 1 может быть выполнен из металла.To ensure resistance to high pressures in a wide temperature range, the core 1 can be made of metal.

Дополнительное, чувствительное к температуре, оптическое волокно 4 используется для измерения распределения температуры вдоль сенсора при помощи описанных выше методов на основе регистрации распределения параметров тонкой структуры рассеянного излучения. Измеренное распределение температуры используется для целей термокомпенсации при измерении распределения деформации и, следовательно, давления. Также, измеренное распределение температуры может использоваться само по себе, например, при мониторинге или каротаже нефтяных или газовых скважин.An additional temperature-sensitive optical fiber 4 is used to measure the temperature distribution along the sensor using the methods described above based on recording the distribution of the fine structure parameters of the scattered radiation. The measured temperature distribution is used for thermal compensation in measuring the distribution of deformation and therefore pressure. Also, the measured temperature distribution can be used on its own, for example, when monitoring or logging oil or gas wells.

Дополнительное, расположенное продольно чувствительное к деформации оптическое волокно 5, механически связано с сердечником и используется для измерения распределения деформации растяжения/сжатия сенсора при помощи описанных выше методов на основе регистрации распределения параметров тонкой структуры рассеянного излучения. Измеренное распределение деформации растяжения/сжатия сенсора используется для целей компенсации его влияния на результаты измерении распределения деформации оптического волокна 2 и, следовательно, давления.An additional optical fiber 5 located longitudinally sensitive to deformation is mechanically connected to the core and is used to measure the distribution of tensile / compression strain of the sensor using the methods described above based on recording the distribution of the fine structure parameters of the scattered radiation. The measured distribution of the tensile / compression strain of the sensor is used to compensate for its effect on the measurement results of the strain distribution of the optical fiber 2 and, therefore, the pressure.

Устройство 6 для контроля давления в сердечнике используется для изменения давления флюида внутри сердечника (внутреннего давления), за счет чего контролируется величина деформации сердечника 1 и оптического волокна 2, что, во-первых, обеспечивает безопасную эксплуатацию сенсора, например, путем повышения внутреннего давления при повышении измеряемого внешнего давления, а во-вторых обеспечивает оперативную подстройку оптимальных условий измерения давления, которая достигается в определенных заранее диапазонах деформаций оптического волокна 2 и сердечника 1, зависящих как от внешнего, так и от внутреннего давления.The device 6 for monitoring the pressure in the core is used to change the fluid pressure inside the core (internal pressure), due to which the magnitude of the deformation of the core 1 and the optical fiber 2 is controlled, which, firstly, ensures the safe operation of the sensor, for example, by increasing the internal pressure at increasing the measured external pressure, and secondly, provides operational adjustment of the optimal conditions for measuring pressure, which is achieved in predetermined ranges of optical deformations fiber 2 and core 1, depending on both external and internal pressure.

В качестве заполняющих сердечник предпочтительно использование флюидов с малой вязкостью. Так, при использовании сенсора расположенного в горизонтальной плоскости при измерении медленных процессов предпочтительно, в силу большей безопасности и простоты контроля давления, использовать малосжимаемые жидкие флюиды, например ацетон, бензол, метиловый спирт.As filling core, it is preferable to use fluids with low viscosity. So, when using a sensor located in a horizontal plane when measuring slow processes, it is preferable, due to greater safety and simplicity of pressure control, to use low-compressible liquid fluids, such as acetone, benzene, methyl alcohol.

При использовании сенсора, разные участки которого расположены на разной высоте необходимо учитывать силу гравитации, приводящую к зависимости внутреннего давления в сердечнике 1 от высоты, которую можно рассчитать известными методами зная плотность флюида (которая в общем случае зависит от температуры) и геометрии расположения сенсора. В этом случае предпочтительно использовать газообразный флюид с малой плотностью, например, этан, аммиак или азот, использование которого не вызывает сильной зависимости давления от высоты, так что в некоторых случаях ей можно пренебречь.When using a sensor whose different sections are located at different heights, it is necessary to take into account the force of gravity, which leads to the dependence of the internal pressure in the core 1 on the height, which can be calculated using known methods knowing the density of the fluid (which generally depends on temperature) and the geometry of the sensor. In this case, it is preferable to use a gaseous fluid with a low density, for example ethane, ammonia or nitrogen, the use of which does not cause a strong dependence of pressure on height, so that in some cases it can be neglected.

Заметим, что использование флюида с малой вязкостью позволяет измерять более быстрые процессы, так как при меньшей вязкости давление внутри сердечника стабилизируется быстрее.Note that the use of a fluid with a low viscosity makes it possible to measure faster processes, since at a lower viscosity the pressure inside the core stabilizes faster.

Для защиты намотанного на сердечник 1 по винтовой линии чувствительного к деформации оптического волокна 2 от внешних механических воздействия и от воздействия агрессивных сред, в частотности водорода, проникновение которого может привести к росту километрического затухания в волокне 2, данное волокно 2 может быть расположено внутри механически связанной с ним защитной металлической трубки.To protect the optical fiber 2 sensitive to deformation of the optical fiber 2 wound around the core 1 along a helix from external mechanical influences and from the effects of aggressive media, in the frequency of hydrogen, the penetration of which can lead to an increase in kilometer attenuation in fiber 2, this fiber 2 can be located inside mechanically connected with it a protective metal tube.

Датчик 6 давления флюида внутри сердечника 1 может быть выполнен в виде манометра, например, со стрелочным указателем, который подсоединен к внутреннему объему сердечника на конце сенсора. Возможно также использование и других известных методов определения внутреннего давления в сердечнике 1.The fluid pressure sensor 6 inside the core 1 can be made in the form of a manometer, for example, with a pointer, which is connected to the internal volume of the core at the end of the sensor. You can also use other known methods for determining the internal pressure in the core 1.

Преимуществом заявленного сенсора является возможность его изготовления с использованием известных технологий. Так, уже известны (см. прототип) способы изготовления сенсора в виде цилиндрического сердечника с чувствительным к деформации оптическом волокном, которое намотано на сердечник по винтовой линии и закреплено на нем, с дополнительном, чувствительном к температуре оптическом волокном и дополнительном, расположенном продольно чувствительном к деформации оптическом волокном, которое механически связано с сердечником. Изготовление сердечника в виде металлической трубки, например, из нержавеющей стали, возможно (в том числе длиной в несколько километров) на оборудовании для изготовления оптического грозотроса (см. URL: http://nsw.com/Portals/0/Dokumente/NSW_Aerial%20Cables%20and%20Systems.pdf дата обращения 23.07.2015) или фазного провода (см. Патент РФ на полезную модель №124033, опубликован 10.01.2013).An advantage of the claimed sensor is the possibility of its manufacture using known technologies. So, methods are already known (see prototype) for manufacturing a sensor in the form of a cylindrical core with a strain-sensitive optical fiber that is wound around the core in a helical line and mounted on it, with an additional temperature-sensitive optical fiber and an additional one located longitudinally sensitive to optical fiber deformation, which is mechanically connected to the core. The manufacture of a core in the form of a metal tube, for example, stainless steel, is possible (including a few kilometers long) on equipment for the manufacture of an optical lightning cable (see URL: http://nsw.com/Portals/0/Dokumente/NSW_Aerial% 20Cables% 20and% 20Systems.pdf accessed July 23, 2015) or phase wire (see RF Patent for Utility Model No. 124033, published January 10, 2013).

В качестве датчика давления флюида внутри сердечника может быть использован традиционный манометр (см. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B0%D0%BD%D0%BE%D0%BC%D0%B5%D1%82%D1%80. дата обращения 23.07.2015), расположенный на конце сенсора и подсоединенный к внутреннему объему сердечника. В качестве устройства для контроля давления в сердечнике может быть использован традиционный редуктор давления газа или жидкости. Герметизация трубки сердечника с торцов, а также подключение к нему датчика давления (манометра), устройства контроля давления могут быть выполнены при помощи стандартных рукавов, трубок и фитингов высокого давления, применяемых в современных гидравлических системах (см., например, URL: http://www.hydravia.ru/products/trubnye_soedineniya_ugol_konusa_24/, дата обращения 23.07.2015).A traditional pressure gauge can be used as a fluid pressure sensor inside the core (see URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B0%D0%BD%D0%BE%D0%BC% D0% B5% D1% 82% D1% 80 (accessed July 23, 2015), located at the end of the sensor and connected to the internal volume of the core. As a device for controlling core pressure, a conventional gas or liquid pressure reducer can be used. Sealing the core tube from the ends, as well as connecting a pressure sensor (manometer) to it, pressure monitoring devices can be performed using standard hoses, tubes and high pressure fittings used in modern hydraulic systems (see, for example, URL: http: / /www.hydravia.ru/products/trubnye_soedineniya_ugol_konusa_24/, accessed 07.23.2015).

Изготовление чувствительного к деформации оптического волокна, расположенного внутри механически связанной с ним защитной металлической трубки, возможно на оборудовании, аналогичном используемому для производства известных распределенных сенсоров деформации (см. Патент РФ на полезную модель №124033, опубликован 10.01.2013, см. URL: http://lscom.ru/smc_v4.html, дата обращения 23.07.2015).The manufacture of a strain-sensitive optical fiber located inside a protective metal tube mechanically connected to it is possible on equipment similar to that used for the production of known distributed strain sensors (see RF Patent Utility Model No. 124033, published January 10, 2013, see URL: http : //lscom.ru/smc_v4.html, accessed July 23, 2015).

Наружная защитная оболочка сенсора может представлять собой одну из традиционных конструкций, используемых для геофизических кабелей или оптических кабелей связи и может содержать, например, сплошную оболочку из полимера, броню, в виде повива из проволок или в виде металлической гофрированной ленты. Наружная защитная оболочка сенсора может выполнена на традиционном оборудовании применяемом при производстве геофизических кабелей или оптических кабелей связи.The outer protective sheath of the sensor may be one of the traditional designs used for geophysical cables or optical communication cables and may contain, for example, a continuous sheath of polymer, armor, in the form of a wound from wires or in the form of corrugated metal tape. The outer protective sheath of the sensor can be performed on traditional equipment used in the production of geophysical cables or optical communication cables.

Claims (9)

1. Волоконно-оптический сенсор распределения давления, содержащий цилиндрический сердечник и по меньшей мере одно чувствительное к деформации оптическое волокно, которое намотано на сердечник по винтовой линии и закреплено на сердечнике, отличающийся тем, что сердечник представляет собой герметичную трубку, загерметизированную с торцов и заполненную заданным флюидом под заданным давлением, а сенсор содержит датчик давления флюида внутри сердечника.1. Fiber optic pressure distribution sensor containing a cylindrical core and at least one deformation-sensitive optical fiber that is wound around the core in a helical line and fixed to the core, characterized in that the core is a sealed tube sealed from the ends and filled a given fluid under a given pressure, and the sensor contains a fluid pressure sensor inside the core. 2. Сенсор по п. 1, отличающийся тем, что сердечник выполнен из металла.2. The sensor according to claim 1, characterized in that the core is made of metal. 3. Сенсор по п. 1, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере одно дополнительное, чувствительное к температуре оптическое волокно.3. The sensor according to claim 1, characterized in that it contains at least one additional, temperature-sensitive optical fiber. 4. Сенсор по п. 1, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере одно дополнительное, расположенное продольно чувствительное к деформации оптическое волокно, которое механически связано с сердечником.4. The sensor according to claim 1, characterized in that it contains at least one additional, located longitudinally sensitive to the deformation of the optical fiber, which is mechanically connected to the core. 5. Сенсор по п. 1, отличающийся тем, что содержит устройство для контроля давления в сердечнике.5. The sensor according to claim 1, characterized in that it comprises a device for monitoring core pressure. 6. Сенсор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве заполняющего сердечник флюида используется ацетон, бензол, метиловый спирт, этан, аммиак или азот.6. The sensor according to claim 1, characterized in that acetone, benzene, methyl alcohol, ethane, ammonia or nitrogen are used as the core filling fluid. 7. Сенсор по п. 1, отличающийся тем, что содержит наружную защитную оболочку.7. The sensor according to claim 1, characterized in that it contains an outer protective shell. 8. Сенсор по п. 1, отличающийся тем, что намотанное на сердечник по винтовой линии чувствительное к деформации оптическое волокно расположено внутри механически связанной с ним защитной металлической трубки.8. The sensor according to claim 1, characterized in that the optical fiber wound around the core in a helix sensitive to deformation is located inside a protective metal tube mechanically connected to it. 9. Сенсор по п. 1, отличающийся тем, что датчик давления флюида внутри сердечника представляет собой манометр, расположенный на конце сенсора и подсоединенный к внутреннему объему сердечника.
Figure 00000001
9. The sensor according to claim 1, characterized in that the fluid pressure sensor inside the core is a pressure gauge located at the end of the sensor and connected to the internal volume of the core.
Figure 00000001
RU2015131060/28U 2015-07-28 2015-07-28 FIBER OPTICAL PRESSURE DISTRIBUTION SENSOR RU157556U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015131060/28U RU157556U1 (en) 2015-07-28 2015-07-28 FIBER OPTICAL PRESSURE DISTRIBUTION SENSOR

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015131060/28U RU157556U1 (en) 2015-07-28 2015-07-28 FIBER OPTICAL PRESSURE DISTRIBUTION SENSOR

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU157556U1 true RU157556U1 (en) 2015-12-10

Family

ID=54846001

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015131060/28U RU157556U1 (en) 2015-07-28 2015-07-28 FIBER OPTICAL PRESSURE DISTRIBUTION SENSOR

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU157556U1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2621931C1 (en) * 2016-04-28 2017-06-08 Акционерное общество "Авиаавтоматика" имени В.В. Тарасова" Control device of stress-strain condition of aircraft structure
US11714029B2 (en) 2020-03-27 2023-08-01 Saudi Arabian Oil Company Core holder for real-time measurement and visualization

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2621931C1 (en) * 2016-04-28 2017-06-08 Акционерное общество "Авиаавтоматика" имени В.В. Тарасова" Control device of stress-strain condition of aircraft structure
US11714029B2 (en) 2020-03-27 2023-08-01 Saudi Arabian Oil Company Core holder for real-time measurement and visualization

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US12066308B2 (en) Distributed optical fibre vibration sensor
US11125637B2 (en) Distributed pressure sensing
US10472947B2 (en) Deformation measurement method and apparatus
CA2849317C (en) Monitoring structural shape or deformations with helical-core optical fiber
CN110462344A (en) Cable for distributed sensing
CA2894563C (en) Distributed strain and temperature sensing system
EP3470796A1 (en) Cable for measuring pressure, temperature, and strain distribution of material
EP2703797A1 (en) Pressure sensing assembly
KR101498386B1 (en) Monitoring system of cryogenic liquid storage tank using fiber bragg grating sensor
GB2584574A (en) Acoustically enhanced optical cables
RU157556U1 (en) FIBER OPTICAL PRESSURE DISTRIBUTION SENSOR
US20150323405A1 (en) A Method for Locally Resolved Pressure Measurement
RU161075U1 (en) FIBER OPTICAL DEFORMATION DISTRIBUTION SENSOR
RU158854U1 (en) FIBER OPTICAL TEMPERATURE DISTRIBUTION SENSOR
US20140352443A1 (en) Pipe wall thickness measurement
RU171511U1 (en) Fiber optic combo sensor
RU185213U1 (en) Fiber-optic combined distributed temperature and strain sensor with high spatial resolution
RU161073U1 (en) DISTRIBUTED FIBER OPTICAL TEMPERATURE SENSOR
RU163713U1 (en) UNDERWATER CABLE WITH INTEGRATED FIBER OPTICAL SENSORS FOR TEMPERATURE AND DEFORMATION DISTRIBUTION
Smith Jr High temperature sensor based on Fabry-Perot interferometer in ceramic coaxial cable

Legal Events

Date Code Title Description
MM9K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20170729