RU2205374C2 - Волоконно-оптические датчики давления и система измерения давления, их включающая - Google Patents

Волоконно-оптические датчики давления и система измерения давления, их включающая Download PDF

Info

Publication number
RU2205374C2
RU2205374C2 RU2000102711/28A RU2000102711A RU2205374C2 RU 2205374 C2 RU2205374 C2 RU 2205374C2 RU 2000102711/28 A RU2000102711/28 A RU 2000102711/28A RU 2000102711 A RU2000102711 A RU 2000102711A RU 2205374 C2 RU2205374 C2 RU 2205374C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
core
fiber optic
optic sensor
pressure
fiber
Prior art date
Application number
RU2000102711/28A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2000102711A (ru
Inventor
Роберт Дж. ШРОЕДЕР (US)
Роберт Дж. ШРОЕДЕР
Эрик УДД (US)
Эрик УДД
Original Assignee
Шлюмбергер Текнолоджи Б.В.
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 Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. filed Critical Шлюмбергер Текнолоджи Б.В.
Publication of RU2000102711A publication Critical patent/RU2000102711A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2205374C2 publication Critical patent/RU2205374C2/ru

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/24Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
    • G01L1/242Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet the material being an optical fibre
    • G01L1/246Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet the material being an optical fibre using integrated gratings, e.g. Bragg gratings
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D3/00Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups
    • G01D3/028Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups mitigating undesired influences, e.g. temperature, pressure
    • G01D3/036Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups mitigating undesired influences, e.g. temperature, pressure on measuring arrangements themselves
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/344Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells using polarisation
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/353Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
    • G01D5/35306Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using an interferometer arrangement
    • G01D5/35309Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using an interferometer arrangement using multiple waves interferometer
    • G01D5/35316Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using an interferometer arrangement using multiple waves interferometer using a Bragg gratings
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L11/00Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00
    • G01L11/02Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00 by optical means
    • G01L11/025Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00 by optical means using a pressure-sensitive optical fibre

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)
  • Optical Transform (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

Изобретение используется в системах контроля состояния окружающей среды. Волоконно-оптический датчик содержит сердцевину оптического волокна, имеющую, по меньшей мере, одну решетку, сформированную вдоль, по меньшей мере, одной ее части, первую оболочку, окружающую указанную сердцевину и содержащую средство, воспринимающее давление, для преобразования изотропных сил давления в анизотропные силы давления на указанную сердцевину, двулучепреломляющее средство для улучшения двойного лучепреломления в указанной сердцевине. Двулучепреломляющее средство может включать в себя вторую эллиптическую оболочку между указанной сердцевиной и указанной первой оболочкой или средство, имеющее пару продольных стержней, встроенных в первую оболочку. Средство, воспринимающее давление, включает в себя пару продольных отверстий или чувствительный к давлению материал, или капиллярную трубку, окружающую указанную первую оболочку, причем указанная капиллярная трубка имеет пару продольных отверстий, по существу параллельных указанной оболочке. Способ измерения давления или поперечной деформации включает в себя направление света от источника света в сердцевину волоконно-оптического датчика с решеткой на сердцевине волокна, оптическое присоединение анализатора спектра к волоконно-оптическому датчику с решеткой, измерение расстояния между двумя спектральными пиками, детектируемыми анализатором спектра. Обеспечено повышение разрешения и динамического диапазона. 7 с. и 20 з.п. ф-лы, 28 ил.

Description

Изобретение относится к волоконно-оптическим датчикам давления. Более конкретно, изобретение относится к волоконно-оптическим датчикам давления, имеющим улучшенное разрешение и динамический диапазон.
Техника волоконно-оптических датчиков развивалась одновременно с техникой волоконно-оптической дальней связи. Физические свойства оптических волокон, которые позволяют им служить в качестве волноводов для светового излучения, подвергаются воздействию влияния окружающей среды, такого, как температура, давление и деформация. Эти свойства оптических волокон, которые могут рассматриваться как недостаток по отношению к осуществлению дальней связи, являются важным преимуществом по отношению к производству волоконных оптических датчиков.
Оптические волокна, независимо от того, используются они в дальней связи или как датчики состояния окружающей среды, в основном, включают цилиндрическую сердцевину, концентрическую цилиндрическую оболочку, окружающую сердцевину, и концентрический цилиндрический защитный кожух, окружающий оболочку. Сердцевина изготавливается из прозрачного стекла или пластика, имеющего определенный показатель преломления. Оболочка также изготавливается из прозрачного стекла или пластика, но имеет показатель преломления, отличный от показателя преломления сердцевины, меньший по величине. Способность оптического волокна служить в качестве изгибаемого волновода в наибольшей степени определяется относительными показателями преломления сердцевины и оболочки.
Показатель преломления прозрачной среды представляет собой отношение скорости света в вакууме к скорости света в среде. После того, как световой пучок попадает в среду, изменение скорости вызывает изменение направления распространения пучка. Более конкретно, по мере того, как световой пучок переходит из одной среды в другую, пучок изменяет направление распространения на границе раздела двух сред. В дополнение к изменению направления на границе раздела двух сред, часть падающего светового излучения отражается на границе раздела так, что энергия пучка, проходящего через вторую среду, уменьшается (сумма энергий преломленного и отраженного пучков должна равняться энергии падающего пучка). Углы отражения и преломления могут быть предсказаны на основе закона Снеллиуса, если показатели преломления обеих сред известны.
За счет изменения показателей преломления двух соседних сред угол преломления и угол отражения пучка, проходящего к границе раздела двух сред, может быть изменен таким образом, что интенсивность света, входящего во вторую среду, приближается к нулю и, по существу, весь свет отражается на границе раздела. Наоборот, для любых двух прозрачных сред существует критический угол падения на их границу раздела, при котором, или при угле, меньшем этого критического, по существу все падающее излучение отражается. Это явление, известное как полное внутреннее отражение, используется при выборе показателей преломления сердцевины и оболочки в оптических волокнах, так что световое излучение может распространяться через сердцевину волокна с минимальными потерями мощности.
Множество других факторов воздействует на распространение светового излучения через сердцевину оптического волокна, включая размеры сердцевины и оболочки, длину волны светового излучения, вектора магнитного поля светового излучения и вектора электрического поля светового излучения. Кроме того, многие физические законы, используемые для определения идеального распространения света через волновод (оптическое волокно), предполагают наличие "идеального" волновода, т.е. прямого волновода с абсолютной симметрией и без дефектов. Например, диаметр сердцевины будет определяться тем, является ли волоконная оптическая система "одномодовой" или "многомодовой". Термины "одномодовый" и "многомодовый" относятся к размерной ориентации лучей, распространяющихся через волокно. Одномодовые волокна имеют сердцевину относительно малого диаметра (2-12 мкм) и поддерживают при распространении только одну аксиальную моду. Многомодовые волокна имеют сердцевину относительно большого диаметра (25-75 микрон) и дают возможность неаксиальным лучам или модам распространяться через сердцевину. Так называемые "одномодовые волокна" в действительности являются двухмодовыми волокнами в том смысле, что существуют два состояния оптической поляризации, соответствующих излучению, которое может распространяться через сердцевину. В идеальном прямом, свободном от дефектов волокне с абсолютной круговой симметрией скорость распространения света не зависит от направления поляризации.
Волокно с эллиптической сердцевиной будет иметь два предпочтительных направления поляризации (вдоль главной оси и вдоль второстепенной оси). Линейно поляризованный свет, излучаемый в волокно с любым другим направлением поляризации, будет распространяться в виде двух отдельных мод, которые проходят со слегка отличающимися скоростями. Про такой тип волокна говорят, что оно имеет "двойное лучепреломление моды". В реальном волокне этого типа даже идеально поляризованный свет будет соединяться с другой модой из-за дефектов границы раздела сердцевины-оболочки, флуктуации показателя преломления и других механизмов. Статические и динамические изменения поляризации могут иметь место вдоль всей длины волокна. На протяжении данного расстояния фазы двух мод будут проходить полный цикл, находясь в фазе или в противофазе. Это расстояние известно как "длина биений". Большая длина биений связана с малым двойным лучепреломлением и малая длина биений связана с большим двойным лучепреломлением. Двулучепреломляющие оптические волокна так же известны, как "сохраняющие поляризацию волокна" или "поляризационно-поддерживающие (ПП) волокна". Двойное лучепреломление достигается за счет создания сердцевины с эллиптическим поперечным сечением или за счет создания круглой сердцевины с оболочкой, которая вызывает давление на сердцевину. Например, оболочка может быть снабжена двумя параллельными элементами для создания давления, имеющими продольные оси, которые лежат в той же плоскости, что и ось сердцевины.
Как упомянуто выше, волоконно-оптические датчики используют тот факт, что воздействие окружающей среды может изменять амплитуду, фазу, частоту, спектральный состав или поляризацию света, распространяющегося через оптическое волокно. Основные преимущества волоконно-оптических датчиков заключаются в возможности иметь небольшой вес, быть очень маленькими, пассивными, энергетически эффективными, выносливыми и невосприимчивыми к интерференции электромагнитных волн. Кроме того, волоконно-оптические датчики имеют потенциал для очень высокой чувствительности, большого динамического диапазона и широкой полосы пропускания. Кроме того, определенный класс волоконных датчиков может распределяться или разделяться вдоль длины волокна. Они также могут встраиваться в материал.
В современном состоянии техники волоконно-оптические датчики могут классифицироваться как "внешние" или "внутренние". Внешние датчики полагаются на некоторое другое устройство, которое подсоединяется к волоконной оптической системе для того, чтобы преобразовать воздействия окружающей среды в изменения свойств светового пучка в волоконной оптической системе. Внутренние датчики полагаются только на свойства оптического волокна для того, чтобы измерять воздействия окружающей среды. Известные волоконно-оптические датчики включают датчики линейного положения, датчики полярной координаты, датчики уровня жидкости, температурные датчики, датчики деформаций, волоконно-оптические гироскопы и датчики давления.
Один тип волоконно-оптических датчиков давления имеет преимущество, состоящее в том, что давление окружающей среды создает деформацию кожуха оптического волокна, который деформирует оболочку, тем самым деформируя сердцевину и изменяя двойное лучепреломление волокна. Патент США 4659923, выданный Jr. Hicks, описывает волоконно-оптический интерферометрический датчик, который способен измерять давление. Устройство, в основном, включает в себя одномодовую волоконно-оптическую систему, источник света, первый поляризатор, второй поляризатор и детектор световой интенсивности. Первый поляризатор используется для поляризации излучения источника света под углом, который составляет 45o по отношению к двум модам волоконной оптической системы, после чего свет направляется на один конец волокна. Второй поляризатор располагается на другом конце волокна и поляризует свет, выходящий из волокна, под тем же самым углом, что и первый поляризатор, перед тем как он детектируется детектором интенсивности. Когда сила прикладывается к волокну в радиальном направлении, двойное лучепреломление волокна изменяется, это изменяет длину биений и, таким образом, интенсивность поляризованного света, наблюдаемую с помощью датчика интенсивности. В альтернативном варианте реализации расщепитель пучка располагается между источником света и первым поляризатором, и второй поляризатор заменяется зеркалом, подсоединяемым ко второму концу волоконной оптической системы. В соответствии с альтернативным вариантом реализации детектор и источник могут быть расположены на одном и том же конце волоконной оптической системы. Не приводятся никакие данные, касающиеся чувствительности (разрешения) или динамического диапазона предлагаемых датчиков. Однако предполагается, что воздействие давления на двойное лучепреломление может быть слишком малым для измерения при относительно низких давлениях. Описываются различные структуры для установки волокна таким образом, что изотропные силы преобразуются в анизотропные силы для получения двойного лучепреломления и для усиления эффекта.
Одна из структур, используемых для этой цели, предлагается в патенте 923 и описывается более подробно Jansen и Dabkiewicz в статье, озаглавленной "High Pressure Fiber Optic Sensor with Side Hole Fiber", опубликованной SPIE Proceedings, Fiber Optic Sensors II, Vol. 798, pp. 56-60, 1987. Волокно с боковыми отверстиями представляет собой волоконно-оптическую систему, имеющую оболочку, которая содержит два параллельных отверстия, которые распространяются по длине волокна и являются параллельными сердцевине. Оси отверстий и сердцевины лежат в общей плоскости. Эта геометрия приводит к преобразованию внешнего гидростатического давления в анизотропное действие на сердцевину, тем самым вызывая двойное лучепреломление. Jansen и Dabkiewicz представляют датчик, имеющий точность ±0,5% в диапазоне давлений 100-1000 бар (10-100 МПа, 1450-14500 psi) и верхний предел 200 МПа без повреждения волокна. Однако при давлении ниже 10 МПа двойное лучепреломление имеет тенденцию становиться недетектируемым или несуществующим.
Одна из проблем, связанных с волоконно-оптическими датчиками давления на основе двойного лучепреломления, состоит в том, что температура также воздействует на двойное лучепреломление сердцевины. Таким образом, в определенных заявках, где изменяемыми являются как температура, так и давление, для компенсации воздействия температуры на двойное лучепреломление должны проводиться измерения. Патент США 5515459, выданный Farhadiroushan, описывает датчик давления, который включает два волокна с отверстиями в стенках, которые соединены друг с другом сквозным образом так, что продольная ось каждого из них повернута на 90o по отношению к другому, т.е. боковые отверстия и сердцевина одного волокна лежат в плоскости, которая перпендикулярна плоскости, в которой лежат боковые отверстия и сердцевина другого волокна. Боковые отверстия в одном из волокон герметически закрываются, и боковые отверстия в другом волокне остаются открытыми. Закрытие одного из боковых отверстий волокна заставляет сердцевину внутри этого волокна воспринимать давление, отличное от давления, которое воспринимает сердцевина внутри волокна с открытыми боковыми отверстиями. Суммарная фазовая задержка светового излучения при прохождении через два соединенных волокна уравновешивает воздействие температуры на присущее двум волокнам двойное лучепреломление, как объясняется Dakin и Wade в статье, которая озаглавлена "Compensated Polarimetric Sensor Using Polarization Maintaining Fiber in a Differential Configuration", опубликованной в Electron. Lett, Vol. 20, No.l, pp.51-53 (1984). Farhadiroushan не описывает никаких данных, касающихся чувствительности или динамического диапазона предлагаемого волоконно-оптического датчика давления.
Другой тип волоконно-оптических датчиков давления использует решетки внутри сердцевины волокна, как описывается в патенте США 5380995, выданном Udd и др. , полное описание которого упомянуто здесь для сведения. Брегговские решетки внутри сердцевины формируются в волоконной оптической системе за счет легирования оптического волокна таким материалом, как двуокись германия, и последующего воздействия на боковую поверхность волокна интерференционной картины для получения синусоидальных изменений показателя преломления сердцевины.
В настоящее время существуют два известных метода создания интерференционной картины: с помощью голографического изображения и фазовой шаблонной решетки. Голографическое изображение использует два лазерных пучка с малой длиной волны (обычно 240 нм), из которых формируется изображение через боковую поверхность сердцевины волокна для получения интерференционной картины. Яркие полосы интерференционной картины заставляют показатель преломления сердцевины быть "модулированным", что приводит к формированию решетки волокна. Аналогичные результаты получаются при использовании коротких импульсов лазерного излучения, записывающих решетки волокна линия за линией за счет использования фазовых шаблонов. При настройке расстояния между интерференционными полосами интерференционной картины периодический показатель преломления может изменяться, как требуется. Реальный процесс, при котором показатель преломления изменяется, не является хорошо понятным, но он представляет собой процесс, зависящий от проявлений в различных классах волокон, которые могут действовать в диапазонах температур вплоть до 500-800oС перед тем, как решетка исчезает.
Воздействия окружающей среды, связанные с температурой и деформацией, заставляют волокно удлиняться или стягиваться, что изменяет период решетки и, таким образом, изменяет спектральный состав светового излучения, передаваемого или отражаемого решеткой волокна. В частности, для изменения температур ΔT и напряжения ε дробный сдвиг брэгговской длины волны дается уравнением 1, приведенным ниже, где α представляет собой коэффициент теплового расширения волокна, ξ представляет собой тепловой оптический коэффициент или (dn/dT) материала сердцевины из легированной двуокиси кремния и Рe представляет собой коэффициент оптической чувствительности.
Figure 00000002

Для температуры изменение показателя преломления представляет собой доминирующий эффект, причем изменение приблизительно в пятнадцать раз превышает коэффициент расширения. Как сообщалось W.W. Morey, Distributed Fiber grating Sensors, Proceedings of the Seventh Optical Fiber Sensors Conference, pp. 285-288, Австралия, декабрь 1990, температурные отклики решеток волокна изменяются в зависимости от типа волокна, но было обнаружено, что отклики являются линейными вплоть до температуры 500oС. Типичные температурные отклики составляют 0.0043 мм/oС при длине 833 нм для Andrew PM волокна и 0.0074 нм/oС для Corning Flex Core волокна при длине 824 нм. Когда решетка волокна деформируется, брэгговская длина волны изменяется для фотоупругого возбуждения изменения показателя преломления. Для двуокиси кремния коэффициент оптической чувствительности составляет 0,22. Брэгговская длина волны изменяется при натяжении, которое измерялось вплоть до давления 310,28 МПа, давая сдвиг для спада 2,3 нм из 5,2•10-4 нм на микродеформацию при длине 820 нм. Кроме того, также описывается, как световое излучение, отраженное от множества решеток, распределенных вдоль длины волоконной оптической системы, может быть разделено для создания множества пространственно разделенных датчиков в отдельной оптической цепочке.
В патенте США 5380995, выданном Udd и др., объясняется использование удаленной решетки, которая располагается так, чтобы воспринимать действие окружающей среды, такое, как деформация или температура, и локальной решетки, которая располагается так, чтобы не испытывать воздействие окружающей среды. Спектральные огибающие обеих решеток сравниваются, и воздействие деформации и температуры на удаленную решетку тем самым может быть разделено. Патент '995 также объясняет использование двух накладывающихся решеток волокна различных длин волн, таких, как 1,3 и 1,5 мкм, для измерения двух типов воздействий окружающей среды, таких как деформация и температура, в одной точке.
Еще один способ для разделения воздействий деформации и температуры описывается в патенте США 5591965, выданном Udd, полное описание которого полностью упоминается здесь для сведения. Патент '965 объясняет использование пары решеток, записанных по существу в одном и том же положении в двулучепреломляющем волокне. Когда двулучепреломляющее волокно обеспечивается решеткой, появляются два спектральных пика (один для каждой оси поляризации), изменения температуры и продольной деформации воздействуют на расстояние между пиками, так же, как и на сдвиг длин волн пиков. Как объясняется в патенте '965, двулучепреломляющее волокно, снабженное двумя спектрально разделенными решетками, дает четыре спектральных выходных сигнала (пика). Спектральные детекторы, такие, как эталоны Фабри-Перо, подсоединенные к волокну, детектируют четыре спектральных выходных сигнала. Спектральные выходные сигналы анализируются, и решаются четыре уравнения для определения воздействия на волокно как температуры, так и деформации.
Несмотря на то, что ни патент '995, ни патент '965 конкретно не относятся к датчикам давления, показывалось, что сверхвысокое гидростатическое давление вызывает дробные изменения физической длины волоконной оптической системы и, таким образом, вызывает дробное изменение брэгговской длины волны решетки, входящей в состав сердцевины волокна. Например, M.G. Xu и др. Optical In-Fibre Grating High Pressure Sensor, Electron. Lett., Vol. 29, No. 4, pp. 398-399 (1993), показывают, как волоконно-оптический датчик на основе брэгговской решетки может быть использован для измерения очень высокого давления. В частности, Xu и др. показывают простой датчик с решеткой, расположенной внутри волокна, который проявляет линейный сдвиг брэгговской длины волны 3,04•10-3 мм/МПа. Динамический диапазон и чувствительность датчика непосредственно не описываются Xu и др. Авторы действительно конкретно утверждают, что гораздо большая компенсация воздействия температуры необходима для того, чтобы их датчик был полезным, и что реальное преимущество их датчика является очевидным только при сверхвысоком давлении.
Из приведенного выше обсуждения квалифицированный специалист соберет информацию о том, что чувствительность и динамический диапазон волоконно-оптических датчиков подвергаются воздействию многих параметров.
Следовательно, целью изобретения является создание волоконно-оптического датчика давления и системы измерения давления.
Еще одной целью изобретения является создание волоконно-оптического датчика давления, который имеет высокое разрешение и широкий динамический диапазон и который используется в системе измерения давления.
Еще одной целью изобретения является создание волоконно-оптического датчика давления, который включает волоконно-оптическую систему с решеткой.
Еще одной целью изобретения является создание волоконно-оптического датчика давления, который включает волоконно-оптическую решетку, имеющую высокое разрешение и широкий динамический диапазон.
Еще одной целью изобретения является создание волоконно-оптического датчика давления, имеющего присущую ему способность компенсации температуры.
Еще одной целью изобретения является создание волоконно-оптического датчика, который имеет улучшенный отклик на поперечную деформацию.
Еще одной целью изобретения является создание волоконно-оптического датчика давления, который оказывается выносливым и недорогим.
В соответствии с этими целями, которые будут обсуждаться подробно ниже, волоконно-оптический датчик давления в соответствии с настоящим изобретением включает волоконно-оптическую сердцевину, имеющую одну или много записанных на ней решеток, устройство для улучшения двойного лучепреломления сердцевины и устройство для преобразования изотропных сил давления в анизотропные силы на сердцевине волокна. Волоконно-оптический датчик давления, в соответствии с изобретением, преимущественно используется в сочетании с источником света (таким, как светодиод, лазер или лазерный диод) и спектральной демодуляционной системой для того, чтобы детектировать давление окружающей среды по отношению к волоконно-оптическому датчику давления.
В соответствии с первым вариантом реализации изобретения, сердцевина обеспечивается первой эллиптической оболочкой, которая действует как устройство для улучшения двойного лучепреломления, и вторая круглая оболочка размещается над первой оболочкой. Вторая оболочка обеспечивается парой продольных отверстий, которые создают устройство для преобразования изотропных сил давления в анизотропные силы на сердцевине волокна. Отверстия располагаются так, что их продольные оси лежат в той же плоскости, что и продольная ось сердцевины. Эллиптическая оболочка может быть расположена с ее главной, либо второстепенной осью, лежащей в той же плоскости, что и оси отверстий и сердцевины.
В соответствии со вторым вариантом реализации, сердцевина обеспечивается круглой оболочкой, которая включает пару продольных отверстий, так же, как и пару порождающих двулучепреломление стержней. Отверстия располагаются так, что их продольные оси лежат в первой плоскости, которая также включает продольную ось сердцевины. Стержни располагаются таким образом, что их продольные оси лежат во второй плоскости, которая также включает продольную ось сердцевины. Отверстия и стержни предпочтительно располагаются таким образом, что вторая плоскость и первая плоскость пересекаются друг с другом под прямым углом.
В соответствии с третьим вариантом реализации, продольные отверстия в оболочке формируются либо с V-формой, либо с С-формой поперечного сечения.
В соответствии с четвертым вариантом реализации, создается волокно с асимметричными боковыми отверстиями, (поддерживающее поляризацию) ПП волокно.
В соответствии с пятым вариантом реализации, традиционная двулучепреломляющая волоконно-оптическая система с решеткой располагается внутри капиллярной трубки, имеющей пару герметично закрытых продольных отверстий.
В соответствии с шестым вариантом реализации, оболочка завышенного размера создается на одномодовом волокне. Оболочка обеспечивается отверстиями для воздуха завышенного размера и элементами для создания давления. Отверстия для воздуха заделываются, и волокно подсоединяется к одномодовому волокну нормального размера.
В соответствии с седьмым вариантом реализации, волокно с асимметричными боковыми отверстиями с эллиптической оболочкой сердцевины встраивается в жесткий поддерживающий материал и имеет часть поверхности, подвергающуюся воздействию, и на этой поверхности монтируется мембрана для восприятия давления.
В соответствии с восьмым вариантом реализации, одномодовое волокно с боковыми отверстиями встраивается в жесткий поддерживающий материал, и на части его поверхности, подвергающейся воздействию, монтируется мембрана для восприятия давления. Жесткий поддерживающий материал зажимается механическим устройством, что приводит к двойному лучепреломлению в сердцевине волокна.
В соответствии с девятым вариантом реализации, волокно с боковыми отверстиями закатывается в мягкое (с низкой температурой плавления) стекло, при этом часть его поверхности может испытывать воздействие.
В соответствии с десятым вариантом реализации, волокно с боковыми отверстиями располагается между базовым плечом и плечом рычага. Плечо рычага действует как усилитель давления, вызывающего двойное лучепреломление в сердцевине волокна.
В соответствии с одиннадцатым вариантом реализации, волокно с боковыми отверстиями располагается в цилиндрической стеклянной трубке, которая затем расплющивается и приобретает эллиптическое поперечное сечение, что деформирует сердцевину и вызывает двойное лучепреломление.
В соответствии с двенадцатым вариантом реализации, пара заделанных капиллярных трубок присоединяется к боковым сторонам одномодового или ПП волокна.
В соответствии с тринадцатым вариантом реализации, части оболочки ПП волокна дробятся или вытравливаются и заменяются материалом, чувствительным к давлению.
В соответствии с изобретением, волоконно-оптический датчик может быть подсоединен к волоконно-оптическому выводу так, что датчик давления может быть расположен на расстоянии от других частей системы измерения. Кроме того, несколько датчиков давления, в соответствии с изобретением, могут размещаться таким образом и подсоединяться к волоконно-оптическому выводу так, что множество положений, в которых может определяться давление, может быть разделено в одном волоконно-оптическом волноводе.
Датчик давления, в соответствии с изобретением, может использоваться в сейсмологии и акустике для определения давления в одной точке или во многих точках, или он может использоваться в других приложениях, где требуется широкий динамический диапазон и высокое разрешение измерения давления.
Квалифицированные специалисты также оценят, что изобретение улучшит отклик решетки на магнитные или электрические поля для измерения во множестве точек, когда на датчик наносятся подходящие покрытия.
Дополнительные цели и преимущества изобретения станут очевидными для квалифицированных специалистов при ссылке на подробное описание, сопровождаемое чертежами.
Фиг. 1 представляет собой схематичный вид волоконно-оптической системы измерения давления в соответствии с изобретением;
фиг. 2 представляет собой график спектрального состава светового излучения, отраженного от одной брэгговской решетки в волоконно-оптической системе, не поддерживающей поляризацию;
фиг. 3 представляет собой график воздействия гидростатического давления на длину волны излучения, отраженного от одной брэгговской решетки;
фиг. 4 представляет собой график воздействия температуры на длину волны излучения, отраженного от одной брэгговской решетки;
фиг. 5 представляет собой график спектрального состава светового излучения, отраженного от одной брэгговской решетки, в волоконно-оптической системе с двойным лучепреломлением;
фиг. 6 представляет собой график изменения значений длины волны и расстояния от одного пика до другого спектрального состава светового излучения, отраженного от одной брэгговской решетки в волоконной оптической системе с боковыми отверстиями;
фиг. 7a-7d являются графиками спектрального состава светового излучения, отраженного от одной брэгговской решетки в волоконной оптической системе с боковыми отверстиями, при различных гидростатических давлениях;
фиг.8 представляет собой график, показывающий абсолютное изменение длины волны света, отраженного от одной брэгговской решетки в трех различных типах волоконно-оптических систем;
фиг. 9 представляет собой схематичное изображение поперечного сечения первого варианта реализации волоконно-оптического датчика давления в соответствии с изобретением;
фиг. 10 представляет собой изображение поперечного сечения альтернативного первого варианта реализации волоконно-оптического датчика давления в соответствии с изобретением;
фиг. 11 представляет собой схематичное изображение поперечного сечения второго варианта реализации волоконно-оптического датчика давления в соответствии с изобретением;
фиг. 12 представляет собой схематичное изображение поперечного сечения третьего варианта реализации волоконно-оптического датчика давления в соответствии с изобретением;
фиг. 13 представляет собой схематичное изображение поперечного сечения альтернативного третьего варианта реализации волоконно-оптического датчика давления в соответствии с изобретением;
фиг. 14 представляет собой схематичное изображение поперечного сечения четвертого варианта реализации волоконно-оптического датчика давления в соответствии с изобретением;
фиг. 15 представляет собой схематичное изображение пятого варианта реализации волоконно-оптического датчика давления в соответствии с изобретением;
фиг.16 представляет собой схематичное изображение шестого варианта реализации волоконно-оптического датчика давления в соответствии с изобретением;
фиг. 17 представляет собой схематичное изображение поперечного сечения седьмого варианта реализации волоконно-оптического датчика давления в соответствии с изобретением;
фиг. 18 представляет собой схематичное изображение поперечного сечения восьмого варианта реализации волоконно-оптического датчика давления в соответствии с изобретением;
фиг. 19 представляет собой схематичное изображение поперечного сечения девятого варианта реализации волоконно-оптического датчика давления в соответствии с изобретением;
фиг. 20 представляет собой схематичное изображение поперечного сечения десятого варианта реализации волоконно-оптического датчика давления в соответствии с изобретением;
фиг. 21 представляет собой схематичное изображение поперечного сечения одиннадцатого варианта реализации волоконно-оптического датчика давления в соответствии с изобретением;
фиг. 22 представляет собой схематичное изображение поперечного сечения альтернативного одиннадцатого варианта реализации волоконно-оптического датчика давления в соответствии с изобретением;
фиг. 23 представляет собой схематичное изображение двенадцатого варианта реализации волоконно-оптического датчика давления в соответствии с изобретением;
фиг. 24 представляет собой схематичное изображение продольного сечения тринадцатого варианта реализации волоконно-оптического датчика давления в соответствии с изобретением;
фиг. 25 представляет собой схематичное изображение поперечного сечения тринадцатого варианта реализации волоконно-оптического датчика давления в соответствии с изобретением.
Со ссылкой на фиг. 1 типичная волоконно-оптическая система измерения давления 10 в соответствии с изобретением в основном включает источник света 12, анализатор спектра 14, волоконный расщепитель пучка 16, ограничитель слабого обратного отражения 20 и один или более волоконно-оптических датчиков давления, использующих двойное лучепреломление 22 (22' и т.д.), каждый из которых имеет одну или более решеток 24, 26 (24', 26' и т.д.). Источник света 12 может быть, например, светодиодом, перестраиваемым лазером или лазерным диодом. Преимущественным является использование источника с относительно широким спектром, который позволяет применять множество решеток различных длин волн. Анализатор спектра 14 может быть эталоном Фабри-Перо или другим типом известного устройства. Ограничитель слабого обратного отражения 20 может быть такого типа, как описанный в патенте США 4834493, выданном Udd u др. Количество датчиков и количество решеток в каждом датчике не является критическим, пока есть в наличии, по крайней мере, один датчик с одной решеткой.
В соответствии с изобретением, волоконно-оптический датчик давления 22 также обеспечивается новым устройством, которое дает улучшенную чувствительность и динамический диапазон, как описано более подробно ниже со ссылкой на оставшиеся чертежи. Компоненты системы измерения давления 10 располагаются по существу так, как показано на фиг.1. Источник света 12 направляет световой пучок через расщепитель пучка 16 таким образом, что световой пучок входит через один конец волоконно-оптического датчика давления 22. Спектральная часть света отражается назад решеткой (ами) 24 (26) к расщепителю пучка 16, который направляет отраженный свет на анализатор спектра 14. В зависимости от количества различных решеток 24(26), созданных на волокне, анализатор спектра будет детектировать одну или более пар спектральных пиков. Длина волны пиков и их сдвиг по отношению друг к другу будут изменяться на основе давления, приложенного к волоконно-оптическому датчику давления 22.
Настоящее изобретение основано на части результатов экспериментов, осуществленных изобретателями на спектральных сдвигах, наблюдаемых в традиционных волокнах с решетками, которые подвергались воздействию гидростатического давления. Типичная решетка, используемая в экспериментах, имела полную ширину на уровне полумаксимума 0,2 нм и пиковую отражательную способность (максимальный коэффициент отражения) приблизительно 50%. Фиг.2 показывает спектр отражения такой решетки, когда она освещается источником широкополосного излучения 1,3 мкм. Ожидалось, что пиковое значение длины волны будет сдвигаться линейно в ответ на изменения температуры и деформации вплоть до 500oС и 310,28 МПа в соответствии с уравнением 1, приведенным выше. Фиг.3 и 4 иллюстрируют, как изменяется пиковое значение длины волны света, отраженного брэгговской решеткой в ответ на изменения давления и температуры.
Следующий эксперимент включает решетку, записанную на поддерживающем поляризацию волокне в диапазоне длин волн 1,55 мкм. Как ожидалось, двойное лучепреломление поддерживающего поляризацию волокна заставляло решетку отражать свет назад вдоль двух ортогональных осей с различными показателями преломления так, что в спектре отраженного света появились два различных пика. Фиг. 5 иллюстрирует спектральный состав света, отраженного от одной брэгговской решетки в поддерживающем поляризацию волокне.
В дальнейших экспериментах на трех различных типах поддерживающего поляризацию волокна было обнаружено, что в одном поддерживающем поляризацию волокне с решеткой влияние гидростатического давления заставляло расстояние между спектральными пиками уменьшаться и пиковое значение длины волны сдвигаться в сторону более коротких длин волн. Кроме того, было обнаружено, что изменение значения длины волны для двух пиков было намного больше, чем изменение интервала между пиками, приблизительно в 5 раз. Поддерживающие поляризацию волокна, используемые в испытаниях, представляли собой волокна на основе стержней для создания воздействия, где оболочка волокна создавалась с парой продольных, создающих напряжение стержней, которые приводят к появлению двойного лучепреломления в сердцевине. Испытания также осуществлялись с поддерживающими поляризацию волокнами с эллиптическими сердцевинами и цилиндрической оболочкой, что дало идентичные результаты. Дополнительные испытания осуществлялись при использовании поддерживающего поляризацию волокна на основе стрежня, которое промышленно выпускалось без стержней, для формирования волокна с двумя заполненными воздухом боковыми отверстиями. Было обнаружено, что для этого типа волокна изменение пикового значения длины волны было намного меньше, чем изменение интервала между пиками, приблизительно в 4,5 раза. Эти результаты для модифицированного Corning SH4 волокна показаны на фиг.6, где крутой график представляет собой изменение интервала от пика к пику и плоский график представляет собой изменение пикового значения длины волны. Однако также наблюдалось, что волокна с боковыми отверстиями не создают два различаемых спектральных пика ниже 20, 69 МПа при использовании демодуляционного оборудования, дающего возможность в то же время проводить испытания.
Фиг. 7а-7d иллюстрируют спектр светового излучения, отраженного одной брэгговской решеткой в волокне с боковым отверстием, подвергавшимся воздействию гидростатических давлений 55,16 кПа, 20 МПа, 40,54 МПа и 68,09 МПа соответственно. Из этих чертежей будет понятно, что при давлениях, меньших или равных 20 МПа, спектральный состав отраженного излучения не проявляет два различных пика. Эксперименты осуществлялись при использовании анализатора спектра Ando Optical Spectrum Analyzer и демодулятора на основе волоконного эталона Фабри-Перо Queennsgate Fabry-Perot. Несмотря на то, что возможно, чтобы демодуляторы с более высоким разрешением были способны обнаруживать два различных пика, целью экспериментов и настоящего изобретения было обнаружение способа улучшения разрешения и динамического диапазона волоконно-оптического датчика давления, при использовании в то же время легкодоступной техники демодуляции. Тем не менее, было отмечено, что по мере возрастания давления к точке, где обнаруживается вызываемое двойное лучепреломление, ширина отдельного пика увеличивается. Следовательно, также можно осуществить точные измерения в отсутствие двух различных пиков за счет измерения ширины (уширения или сужения) отдельного пика.
Сравнительные результаты были получены для абсолютного значения сдвига длины волны в зависимости от давления для трех различных типов волокон, каждое из которых имеет брэгговскую решетку одной и той же длины волны. Фиг.8 показывает результаты экспериментов со стандартным SMF-28 волокном, поддерживающим поляризацию волокном и не поддерживающим поляризацию волокном с боковым отверстием. Как показано с помощью возрастающих наклонов (сдвиг длины волны в мм/пси), поддерживающее поляризацию волокно проявляет лучший отклик (разрешение или чувствительность), чем стандартное волокно, имеющее тот же самый тип брэгговской решетки. Кроме того, волокно с боковыми отверстиями проявило заметно более хороший отклик, чем отклик поддерживающего поляризацию волокна, имеющего тот же самый тип брэгговской решетки. Эти результаты испытаний привели к выводу, что волокна с боковыми отверстиями предлагают большее разрешение в измерении давления и что стандартное одномодовое волокно с решеткой демонстрирует лучший динамический диапазон по сравнению с волокном с боковыми отверстиями (вниз до 0 кПа), но обеспечивает только очень грубое разрешение давления, потому что измерения должны проводиться при использовании отдельного спектрального пика.
Со ссылкой теперь на фиг.9 и 10 первая реализация волоконно-оптического датчика давления 122 в соответствии с изобретением включает сердцевину 123, которая обеспечивается одной или более решетками (не показаны). Сердцевина окружается первой эллиптической оболочкой 126, которая вызывает появление двойного лучепреломления. Первая оболочка 126 окружается второй цилиндрической оболочкой 128, которая снабжается двумя продольными цилиндрическими боковыми отверстиями 130, 132, которые преобразуют изотропные силы давления в анизотропные силы. В соответствии с вариантом реализации, показанным на фиг. 9, сердцевина 123, первая оболочка 126, вторая оболочка 128 и боковые отверстия 130, 132 располагаются с продольными осями, лежащими в общей плоскости и со второстепенной осью первой оболочки 126, лежащей в общей плоскости. Альтернативный первый вариант реализации 122а, показанный на фиг. 10, по существу является тем же самым вариантом реализации 122 с аналогичными ссылочными позициями, относящимися к аналогичным частям, но с главной осью первой оболочки 126а, лежащей в общей плоскости. Волоконные оптические системы 122, 122а проявляют улучшенное разрешение и динамический диапазон при использовании в такой системе измерения давления, как показана на фиг.1. В частности, волоконные оптические системы 122, 122а способны создать хорошее разрешение давления с динамическим диапазоном от 0 кПа, по крайней мере, до 68,95 МПа.
Со ссылкой теперь на фиг.11 второй вариант реализации волоконно-оптического датчика давления 222 в соответствии с изобретением включает сердцевину 223, которая обеспечивается одной или более решетками (не показаны). Сердцевина 223 обеспечивается оболочкой 228, которая имеет пару вызывающих двойное лучепреломление стержней 226, 226', так же, как и пару продольных цилиндрических боковых отверстий 230, 232, которые преобразуют изотропные силы давления в анизотропные силы давления. Как показано на фиг.11, сердцевина 223, оболочка 228 и вызывающие напряжение стержни 226, 226' располагаются с продольными осями, лежащими в общей первой плоскости; и продольные оси сердцевины 223, оболочки 228 и продольных боковых отверстий 230, 232 лежат во второй плоскости, которая является ортогональной к первой плоскости. Волоконно-оптический датчик давления 222 проявляет улучшенное разрешение и динамический диапазон при использовании в такой системе измерения давления, как показанная на фиг.1.
Со ссылкой теперь на фиг.12 третий вариант реализации волоконно-оптического датчика давления 322 аналогичен варианту реализации 222 с аналогичными ссылочными позициями, относящимися к аналогичным частям. Однако в соответствии с этим вариантом реализации боковые отверстия 330, 332 не являются цилиндрическими, а имеют поперечное сечение С-формы, которое преобразует изотропные силы в анизотропные силы, которые концентрируются на сердцевине 323. Третий альтернативный вариант реализации 322а, показанный на фиг. 13, является аналогичным варианту реализации 322 с аналогичными ссылочными позициями, относящимися к аналогичным частям. В соответствии с этим вариантом реализации, боковые отверстия 330а, 332а имеют поперечное сечение V-формы, которое преобразует изотропные силы в анизотропные силы, которые концентрируются на сердцевине 32За. Волоконно-оптические датчики давления 322, 322а проявляют улучшенное разрешение и динамический диапазон при использовании в такой системе измерения давления, как показанная на фиг.1.
Фиг.14 показывает четвертый вариант реализации волоконно-оптического датчика 422, который является аналогичным второму варианту реализации 222 с аналогичными ссылочными позициями, относящимися к аналогичным частям. Однако в соответствии с этим вариантом реализации, боковые отверстия 430, 432 являются симметричными по размеру и расположению. В частности, боковое отверстие 432 имеет меньший диаметр поперечного сечения, чем боковое отверстие 430. Кроме того, продольная ось бокового отверстия 432 не лежит в общей плоскости с боковым отверстием 430 и сердцевиной 423. Волоконно-оптический датчик давления 422 проявляет улучшенное разрешение и динамический диапазон при использовании в такой системе измерения давления, как показанная на фиг. 1.
Обращаясь к фиг. 15, пятая реализация волоконно-оптического датчика давления 522 в соответствии с изобретением включает поддерживающую поляризацию волоконно-оптическую систему 521, имеющую сердцевину 523, которая снабжается одной или более решетками 524 и парой создающих напряжение стержней (не показаны). Поддерживающая поляризацию волоконно-оптическая система 521 вставляется в капиллярную трубку 525, которая снабжается двумя продольными цилиндрическими боковыми отверстиями 530, 532, которые преобразуют изотропные силы давления в анизотропные силы. Концы боковых отверстий закупориваются эпоксидной смолой 531а, 531b, 533a, 533b или герметизируются любым другим подходящим способом. Волоконно-оптический датчик давления 522 проявляет улучшенное разрешение и динамический диапазон при использовании в такой системе измерения давления, как показанная на фиг.1.
Шестой вариант реализации волоконно-оптического датчика давления 622 показан на фиг.16. В соответствии с этим вариантом реализации поддерживающее поляризацию волокно 621, имеющее сердцевину 623 с записанными одной или более решетками 624, снабжается оболочкой завышенного размера 628, которая имеет боковые отверстия завышенного размера 630, 632. Боковые отверстия загерметизированы за счет подсоединения волокна 621 к двум частям одномодового волокна 640, 642, которые имеют один и тот же диаметр завышенного размера. Концы одномодовых волокон затем подсоединяются к волокнам дальней связи с изменяющимся показателем преломления 644, 646. Волоконно-оптический датчик давления 622 проявляет улучшенное разрешение и динамический диапазон при использовании в такой системе измерения давления, как показанная на фиг.1.
Обращаясь теперь к фиг.17, седьмой вариант реализации волоконно-оптического датчика давления 722 включает поддерживающее поляризацию волокно 721, имеющее сердцевину с одной или более решетками (не показаны), первую эллиптическую оболочку 726, окружающую сердцевину, и вторую оболочку 728, окружающую первую оболочку. Вторая оболочка снабжается
асимметричными боковыми отверстиями 730, 732 и монтируется в жестком поддерживающем материале 750 с частью поверхности, которая подвергается внешнему воздействию. Гибкая диафрагма 752 прикрепляется к поддерживающему материалу 750 и покрывает подвергающуюся воздействию часть оболочки 728. Давление, прикладываемое к диафрагме 752, преобразуется в поперечную деформацию в сердцевине 723. Волоконно-оптический датчик давления 722 проявляет - улучшенное разрешение и динамический диапазон при использовании в такой системе измерения давления, как показанная на фиг.1.
Фиг. 18 показывает восьмой вариант реализации волоконно-оптического датчика давления 822, который включает однотипное волокно 821, имеющее сердцевину 823 с одной или более решетками (не показаны) и оболочку 828 с парой боковых отверстий 830, 832. Оболочка 828 монтируется на жестком поддерживающем материале 850 с частью поверхности, которая подвергается воздействию. Гибкая диафрагма 852 прикрепляется к поддерживающему материалу 850 и покрывает подвергающуюся воздействию часть оболочки 828. Поддерживающий материал 850 монтируется в механической конструкции 854 (такой, как струбцина или тиски), которая создает напряжение в поддерживающем материале 850, оболочке 828 и сердцевине 823 для появления двойного лучепреломления в сердцевине. Давление, прикладываемое к диафрагме 852, преобразуется в поперечную деформацию в сердцевине 823. Волоконно-оптический датчик давления 822 проявляет улучшенное разрешение и динамический диапазон при использовании в такой системе измерения давления, как показанная на фиг.1.
Обращаясь теперь к фиг.19, девятый вариант реализации волоконно-оптического датчика давления 922 включает в себя одномодовое волокно 921, имеющее сердцевину 923 с одной или более решетками (не показаны) и оболочку 928 с парой боковых отверстий 930, 932. Оболочка 928 заворачивается в кусок стекла 950, имеющего низкую температуру плавления по отношению к оболочке, оставляя часть поверхности оболочки, подвергающейся воздействию. Стекло действует как элемент, индуцирующий деформацию, которая приводит к появлению двойного лучепреломления в сердцевине 923. Давление, прикладываемое к подвергающейся воздействию поверхности оболочки, преобразуется в поперечную деформацию в сердцевине 923. Диафрагма (не показана) может быть прикреплена к стеклу, покрывающему подвергающуюся воздействию поверхность оболочки. Волоконно-оптический датчик давления 822 проявляет улучшенное разрешение и динамический диапазон при использовании в такой системе измерения давления, как показанная на фиг.1.
Фиг.20 показывает десятый вариант реализации волоконно-оптического датчика давления 1022, который включает в себя одномодовое волокно 1021, имеющее сердцевину 1023 с одной или более решетками (не показаны) и оболочку 1028 с парой боковых отверстий 1030, 1032. Оболочка 1028 содержится на жестком поддерживающем материале 1050, таком, как пластина с V-образной выемкой 1051, и плечо рычага 1052 монтируется над оболочкой 1028. Давление, прилагаемое к свободному концу плеча рычага 1052, преобразуется в поперечную деформацию в сердцевине 1023. Волоконно-оптический датчик давления 1022 проявляет улучшенное разрешение и динамический диапазон при использовании в такой системе измерения давления, как показанная на фиг.1.
Обращаясь теперь к фиг.21, одиннадцатый вариант реализации волоконно-оптического датчика давления 1122 включает в себя одномодовое волокно 1121, имеющее сердцевину 1123 с одной или более решетками (не показаны) и оболочку 1128 с парой боковых отверстий 1130, 1132. Оболочка 1128 вставляется в капиллярную втулку из стекла 1150, имеющую низкую температуру плавления по отношению к оболочке. Стекло 1150 нагревается и сворачивается для формирования эллиптического внешнего стеклянного кожуха. Стеклянный кожух действует как элемент, индуцирующий деформацию, которая приводит к появлению двойного лучепреломления в сердцевине 1123, которая, как предполагается, имеет эллиптическое поперечное сечение. Предполагается, что боковые отверстия 1130, 1132 также имеют эллиптическое поперечное сечение после того, как стеклянный кожух нагревается и сворачивается. Давление, прикладываемое к кожуху 1150, преобразуется в поперечную деформацию в сердцевине 1123. Как показано на фиг. 21, кожух 1150 формируется таким образом, что главная ось его эллиптического поперечного сечения лежит в общей плоскости, которая включает продольные оси сердцевины 1123 и боковых отверстий 1130, 1132. На фиг.22 показан альтернативный одиннадцатый вариант реализации 1122а, где аналогичные ссылочные позиции относятся к аналогичным частям. Как показано на фиг.22, кожух 1150а формируется таким образом, что второстепенная ось его эклиптического поперечного сечения лежит в общей плоскости, которая включает продольные оси сердцевины 1123а и боковых отверстий 1130а, 1132а. Волоконно-оптические датчики давления 1122, 1122а проявляют улучшенное разрешение и динамический диапазон при использовании в такой системе измерения давления, как показанная на фиг.1.
Фиг. 23 показывает двенадцатый вариант реализации волоконно-оптического датчика давления 1222, который включает поддерживающее поляризацию волокно 1221, имеющее сердцевину 1223 с одной или более решетками (не показаны) и оболочку 1228 с парой продольных стрежней, индуцирующих напряжение 1226, 1226'. Пара капиллярных трубок 1260, 1262, каждая из которых имеет наконечник 1260а, 1260b, 1262а, 1262b, присоединяется к боковым поверхностям оболочки 1228. Волоконно-оптический датчик давления 1222 проявляет улучшенное разрешение и динамический диапазон при использовании в такой системе измерения давления, как показанная на фиг.1.
Обращаясь теперь к фиг.24 и 25, тринадцатый вариант реализации волоконно-оптического датчика давления 1322 включает волокно 1321, поддерживающее поляризацию, имеющее сердцевину 1323 с одной или более решетками 1324 и оболочку 1328 с парой продольных, индуцирующих напряжение стержней 1326, 1326'. Две части 1331, 1333 оболочки 1328 измельчаются или вытравливаются и наполняются чувствительным к давлению материалом 1330, 1332, т.е. материалом, более чувствительным к давлению, чем оболочка, таким, как нейлон. Давление, прилагаемое к материалу 1330, 1332, преобразуется в поперечную деформацию сердцевины 1323. Волоконно-оптический датчик давления 1322 проявляет улучшенное разрешение и динамический диапазон при использовании в такой системе измерения давления, как показанная на фиг.1.
Здесь были описаны и проиллюстрированы несколько вариантов реализации волоконно-оптического датчика давления, имеющего улучшенное разрешение и динамический диапазон и волоконно-оптической системы измерения давления, использующей этот датчик. Хотя были описаны конкретные варианты реализации изобретения, не подразумевается, что изобретение ими ограничивается, поскольку подразумевается, что изобретение является настолько широким в своем объеме, насколько позволит техника, и что описание читается подобным образом.
Например, описанная система измерения давления является просто примером системы, в которой может быть использован волоконно-оптический датчик давления. Квалифицированные специалисты оценят, что волоконно-оптический датчик давления в соответствии с изобретением может быть преимущественно использован в других типах систем измерения давления. Кроме того, будет понятно, что множество решеток может использоваться в отдельном оптическом волноводе для обеспечения измерения давления из отдельных точек в отдельном волноводе. Квалифицированные специалисты также поймут, что маленькие волоконно-оптические датчики давления в соответствии с изобретением могут присоединяться к волоконным оптическим системам связи с переменным показателем преломления и располагаться в точке детектирования относительно далеко от спектрального анализатора(ов).
Следовательно, квалифицированные специалисты оценят, что и другие модификации могут быть сделаны для созданного изобретения без отступления от его сути и объема, таким образом, как это сформулировано в формуле изобретения.

Claims (27)

1. Волоконно-оптический датчик, отличающийся тем, что содержит a) сердцевину оптического волокна, имеющую по меньшей мере одну решетку, сформированную вдоль по меньшей мере одной ее части; b) первую оболочку, окружающую указанную сердцевину и содержащую средство, воспринимающее давление, для преобразования изотропных сил давления в анизотропные силы давления на указанную сердцевину; c) двулучепреломляющее средство для улучшения двойного лучепреломления в указанной сердцевине.
2. Волоконно-оптический датчик по п. 1, отличающийся тем, что указанное двулучепреломляющее средство включает в себя вторую эллиптическую оболочку между указанной сердцевиной и указанной первой оболочкой и указанное средство, воспринимающее давление, включает в себя пару продольных отверстий.
3. Волоконно-оптический датчик по п. 2, отличающийся тем, что указанные продольные отверстия расположены таким образом, что их продольные оси лежат в той же плоскости, что и продольная ось сердцевины.
4. Волоконно-оптический датчик по п. 3, отличающийся тем, что указанная эллиптическая оболочка имеет большую ось, лежащую в той же плоскости, что и оси указанных отверстий и указанной сердцевины.
5. Волоконно-оптический датчик по п. 3, отличающийся тем, что указанная эллиптическая оболочка имеет меньшую ось, лежащую в той же плоскости, что и оси указанных отверстий и указанной сердцевины.
6. Волоконно-оптический датчик по п. 1, отличающийся тем, что указанное двулучепреломляющее средство включает в себя пару продольных стержней, встроенных в указанную первую оболочку, и указанное средство, воспринимающее давление, включает в себя пару продольных отверстий.
7. Волоконно-оптический датчик по п. 6, отличающийся тем, что указанные отверстия расположены так, что их продольные оси лежат в первой плоскости, которая также включает в себя продольную ось сердцевины, указанные стрежни расположены таким образом, что их продольные оси лежат во второй плоскости, которая также включает в себя продольную ось указанной сердцевины, и указанная вторая плоскость и указанная первая плоскость пересекаются друг с другом под углом.
8. Волоконно-оптический датчик по п. 6, отличающийся тем, что указанные продольные отверстия имеют поперечное сечение V-формы.
9. Волоконно-оптический датчик по п. 6, отличающийся тем, что указанные продольные отверстия имеют поперечное сечение С-формы.
10. Волоконно-оптический датчик по п. 6, отличающийся тем, что указанные продольные отверстия имеют различные диаметры.
11. Волоконно-оптический датчик по п. 6, отличающийся тем, что указанные отверстия расположены таким образом, что их продольные оси лежат в первой плоскости, которая не включает в себя продольную ось указанной сердцевины.
12. Волоконно-оптический датчик, отличающийся тем, что содержит а) сердцевину оптического волокна, имеющую по меньшей мере одну решетку, сформированную вдоль по меньшей мере одной ее части; b) первую оболочку, окружающую указанную сердцевину; c) двулучепреломляющее средство для улучшения двойного лучепреломления в указанной сердцевине, имеющее вторую эллиптическую оболочку между указанной сердцевиной и указанной первой оболочкой; d) средство, воспринимающее давление, для преобразования изотропных сил давления в анизотропные силы давления на указанную сердцевину, причем средство, воспринимающее давление, включает в себя капиллярную трубку, окружающую указанную первую оболочку, причем указанная капиллярная трубка имеет пару продольных отверстий, по существу, параллельных указанной оболочке.
13. Волоконно-оптический датчик по п. 12, отличающийся тем, что концы указанных отверстий герметично закрыты.
14. Волоконно-оптический датчик по п. 2, отличающийся тем, что также содержит e) жесткий поддерживающий элемент; f) гибкую мембрану, в котором указанная первая оболочка расположена между указанной гибкой мембраной и указанным жестким поддерживающим элементом.
15. Волоконно-оптический датчик по п. 1, отличающийся тем, что указанное двулучепреломляющее средство включает в себя механическую конструкцию, расположенную так, чтобы прикладывать силу к указанной первой оболочке, и указанное средство, воспринимающее давление, включает в себя пару продольных отверстий.
16. Волоконно-оптический датчик по п. 1, отличающийся тем, что указанное двулучепреломляющее средство включает в себя мягкий стеклянный элемент, расположенный так, чтобы прикладывать силу к указанной первой оболочке, и указанное средство, воспринимающее давление, включает в себя пару продольных отверстий.
17. Волоконно-оптический датчик по п. 15, отличающийся тем, что указанная механическая конструкция включает в себя зажимной элемент.
18. Волоконно-оптический датчик по п. 15, отличающийся тем, что указанная механическая конструкция включает в себя жесткое базовое плечо и рычаг плеча, причем указанная первая оболочка расположена между указанным базовым плечом и рычагом плеча.
19. Волоконно-оптический датчик по п. 1, отличающийся тем, что указанное двулучепреломляющее средство включает в себя эллиптическую стеклянную трубку, окружающую указанную первую оболочку, и указанное средство, воспринимающее давление, включает в себя пару продольных отверстий.
20. Волоконно-оптический датчик по п. 19, отличающийся тем, что продольные оси указанных отверстий и указанной сердцевины лежат в первой плоскости, которая включает в себя большую ось указанной эллиптической стеклянной трубки.
21. Волоконно-оптический датчик по п. 19, отличающийся тем, что продольные оси указанных отверстий и указанной сердцевины лежат в первой плоскости, которая включает в себя меньшую ось указанной эллиптической стеклянной трубки.
22. Волоконно-оптический датчик, отличающийся тем, что содержит a) сердцевину оптического волокна, имеющую по меньшей мере одну решетку, сформированную вдоль по меньшей мере одной ее части; b) первую оболочку, окружающую указанную сердцевину; c) двулучепреломляющее средство для улучшения двойного лучепреломления в указанной сердцевине, имеющее пару продольных стержней, встроенных в указанную первую оболочку; и d) средство, воспринимающее давление, для преобразования изотропных сил давления в анизотропные силы давления на указанную сердцевину, причем указанное средство, воспринимающее давление, включает в себя пару капиллярных трубок, присоединенных к указанной первой оболочке.
23. Волоконно-оптический датчик, отличающийся тем, что содержит a) сердцевину оптического волокна, имеющую по меньшей мере одну решетку, сформированную вдоль по меньшей мере одной ее части; b) первую оболочку, окружающую указанную сердцевину; c) двулучепреломляющее средство для улучшения двойного лучепреломления в указанной сердцевине, имеющее пару продольных стержней, встроенных в указанную первую оболочку; и d) средство, воспринимающее давление, для преобразования изотропных сил давления в анизотропные силы давления на указанную сердцевину, причем указанное средство, воспринимающее давление, включает в себя чувствительный к давлению материал, заполняющий вытравленную или фрезерованную часть указанной первой оболочки.
24. Волоконно-оптическая система измерения для измерения давления или поперечной деформации, отличающаяся тем, что содержит a) источник света; b) анализатор спектра и c) волоконно-оптический датчик, включающий в себя i) сердцевину оптического волокна, имеющую по меньшей мере одну решетку, сформированную по меньшей мере вдоль одной ее части, ii) первую оболочку, окружающую указанную сердцевину, iii) двулучепреломляющее средство для улучшения двойного лучепреломления в указанной сердцевине и iv) средство, воспринимающее давление, для преобразования изотропных сил давления в анизотропные силы давления на указанную сердцевину, в которой указанный источник света расположен так, чтобы направлять свет в указанную сердцевину, и указанный анализатор спектра расположен так, чтобы детектировать световое излучение, выходящее из указанной сердцевины.
25. Волоконно-оптическая система измерения по п. 24, отличающаяся тем, что также содержит d) расщепитель пучка и e) ограничитель слабого обратного отражения, в которой указанная сердцевина имеет первый и второй концы, указанный расщепитель пучка расположен между указанным источником света и указанным первым концом указанной сердцевины, указанный ограничитель слабого обратного отражения расположен на указанном втором конце указанной сердцевины и указанный анализатор спектра расположен по отношению к указанному расщепителю пучка таким образом, что свет от указанного источника света входит в указанный первый конец указанной сердцевины и по меньшей мере часть указанного света отражается указанной по меньшей мере одной решеткой назад от указанного первого конца указанной сердцевины через указанный расщепитель пучка к указанному анализатору спектра.
26. Способ измерения давления или поперечной деформации, отличающийся тем, что включает в себя a) оптическое присоединение волоконно-оптического датчика с решеткой к источнику света; b) направление света от источника света в сердцевину волоконно-оптического датчика с решеткой; c) оптическое присоединение анализатора спектра к волоконно-оптическому датчику с решеткой и d) измерение ширины одного или многих спектральных пиков, детектируемых анализатором спектра, для определения давления или поперечной деформации, внешней по отношению к волоконно-оптическому датчику с решеткой.
27. Способ измерения давления или поперечной деформации, отличающийся тем, что включает в себя a) получение волоконно-оптического датчика с решеткой, имеющего средство двойного лучепреломления для улучшения двойного лучепреломления в сердцевине и средство, воспринимающее давление, для преобразования изотропных сил давления в анизотропные силы давления на сердцевину; b) оптическое присоединение волоконно-оптического датчика с решеткой к источнику света; c) направление света от источника света в сердцевину волоконно-оптического датчика с решеткой; d) оптическое присоединение анализатора спектра к волоконно-оптическому датчику с решеткой и e) измерение расстояния между двумя спектральными пиками, детектируемыми анализатором спектра, для определения давления или поперечной деформации, внешней по отношению к волоконно-оптическому датчику с решеткой.
RU2000102711/28A 1997-07-07 1998-07-02 Волоконно-оптические датчики давления и система измерения давления, их включающая RU2205374C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/888,566 1997-07-07
US08/888,566 US5841131A (en) 1997-07-07 1997-07-07 Fiber optic pressure transducers and pressure sensing system incorporating same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2000102711A RU2000102711A (ru) 2002-01-27
RU2205374C2 true RU2205374C2 (ru) 2003-05-27

Family

ID=25393424

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2000102711/28A RU2205374C2 (ru) 1997-07-07 1998-07-02 Волоконно-оптические датчики давления и система измерения давления, их включающая

Country Status (10)

Country Link
US (1) US5841131A (ru)
EP (1) EP0995091A1 (ru)
JP (1) JP2002504663A (ru)
CN (1) CN1135373C (ru)
AU (1) AU8288398A (ru)
CA (1) CA2295919A1 (ru)
ID (1) ID26513A (ru)
NO (1) NO20000039L (ru)
RU (1) RU2205374C2 (ru)
WO (1) WO1999002953A1 (ru)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008024031A1 (fr) * 2006-08-16 2008-02-28 Schlumberger Holdings Limited Capteur à fibre optique de vitesse d'écoulement de liquide et/ou de gaz
US20120143524A1 (en) * 2010-12-03 2012-06-07 Baker Hughes Incorporated Determination of Strain Components for Different Deformation Modes Using a Filter
RU2473874C2 (ru) * 2008-07-02 2013-01-27 Бейкер Хьюз Инкорпорейтед Распределенные оптические датчики давления и температуры
US9103736B2 (en) 2010-12-03 2015-08-11 Baker Hughes Incorporated Modeling an interpretation of real time compaction modeling data from multi-section monitoring system
RU2571448C1 (ru) * 2014-08-05 2015-12-20 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" Микромеханический волоконно-оптический датчик давления
RU2628734C1 (ru) * 2016-11-09 2017-08-21 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" Волоконно-оптический датчик давления
RU2664684C1 (ru) * 2017-09-04 2018-08-21 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" Волоконно-оптический датчик давления
RU203379U1 (ru) * 2020-12-15 2021-04-01 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" Волоконно-оптическое устройство контроля давления
RU203603U1 (ru) * 2020-12-15 2021-04-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" Волоконно-оптическое устройство измерения давления
RU203788U1 (ru) * 2020-12-15 2021-04-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" Волоконно-оптическое устройство измерения давления
RU2786690C1 (ru) * 2022-02-07 2022-12-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пензенский государственный университет" Волоконно-оптический датчик деформации

Families Citing this family (104)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6218661B1 (en) * 1996-09-09 2001-04-17 Schlumberger Technology Corporation Methods and apparatus for mechanically enhancing the sensitivity of transversely loaded fiber optic sensors
US6144026A (en) * 1997-10-17 2000-11-07 Blue Road Research Fiber optic grating corrosion and chemical sensor
US6335524B1 (en) 1997-10-22 2002-01-01 Blue Road Research High speed demodulation systems for fiber optic grating sensors
NO313024B1 (no) * 1997-12-19 2002-07-29 Optoplan As Fremgangsmate for anvendelse av en optisk fiber som hydrostatisk trykkfoler
US6385368B1 (en) * 1998-02-20 2002-05-07 Lucent Technologies, Inc. Method and apparatus for modulating signal strength within optical systems
DE19807891A1 (de) * 1998-02-25 1999-08-26 Abb Research Ltd Faserlaser-Drucksensor
US6208776B1 (en) * 1998-04-08 2001-03-27 Physical Optics Corporation Birefringent fiber grating sensor and detection system
US6072922A (en) * 1998-06-19 2000-06-06 Science And Engineering Applications Company, Inc. Cryogenic fiber optic temperature sensor
JP2002533779A (ja) 1998-12-04 2002-10-08 シドラ コーポレイション 管に収容されたファイバ回折格子
BR9915956B1 (pt) 1998-12-04 2011-10-18 sensor de pressão, e, método para sensoriar pressão.
JP4522588B2 (ja) * 1998-12-04 2010-08-11 シドラ コーポレイション 圧縮同調式のブラッグ回折格子およびレーザ
WO2000033034A1 (en) * 1998-12-04 2000-06-08 Cidra Corporation Pressure-isolated bragg grating temperature sensor
US6278811B1 (en) 1998-12-04 2001-08-21 Arthur D. Hay Fiber optic bragg grating pressure sensor
KR20010080688A (ko) 1998-12-04 2001-08-22 추후제출 압축 조정된 브래그 격자 및 레이저
US6982996B1 (en) * 1999-12-06 2006-01-03 Weatherford/Lamb, Inc. Large diameter optical waveguide, grating, and laser
US6249624B1 (en) 1998-12-04 2001-06-19 Cidra Corporation Method and apparatus for forming a Bragg grating with high intensity light
US6298184B1 (en) 1998-12-04 2001-10-02 Cidra Corporation Method and apparatus for forming a tube-encased bragg grating
JP4615726B2 (ja) 1998-12-04 2011-01-19 ウェザーフォード/ラム インコーポレーテッド ブラッグ回折格子圧力センサ
US6490931B1 (en) 1998-12-04 2002-12-10 Weatherford/Lamb, Inc. Fused tension-based fiber grating pressure sensor
US6810178B2 (en) * 1998-12-04 2004-10-26 Cidra Corporation Large diameter optical waveguide having blazed grating therein
DE69942749D1 (de) 1998-12-04 2010-10-21 Cidra Corp Spannungsisolierter temperatursensor mit einem bragg-gitter
CA2353504C (en) * 1998-12-04 2007-09-11 Cidra Corporation Compression-tuned bragg grating and laser
US6271766B1 (en) 1998-12-23 2001-08-07 Cidra Corporation Distributed selectable latent fiber optic sensors
US6954574B1 (en) 1999-02-19 2005-10-11 Crystal Fibre A/S Photonic crystal fibres
DE19939583A1 (de) * 1999-02-24 2000-09-14 Siemens Ag Bragg-Gitter-Vorrichtung zum Messen einer mechanischen Kraft sowie Anwendung und Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung
US6233746B1 (en) 1999-03-22 2001-05-22 Halliburton Energy Services, Inc. Multiplexed fiber optic transducer for use in a well and method
US6363180B1 (en) 1999-04-30 2002-03-26 Schlumberger Technology Corporation Methods and apparatus for enhancing dynamic range, sensitivity, accuracy, and resolution in fiber optic sensor systems
US6246048B1 (en) * 1999-05-18 2001-06-12 Schlumberger Technology Corporation Methods and apparatus for mechanically enhancing the sensitivity of longitudinally loaded fiber optic sensors
US6996316B2 (en) * 1999-09-20 2006-02-07 Cidra Corporation Large diameter D-shaped optical waveguide and coupler
US6439055B1 (en) 1999-11-15 2002-08-27 Weatherford/Lamb, Inc. Pressure sensor assembly structure to insulate a pressure sensing device from harsh environments
US6626043B1 (en) * 2000-01-31 2003-09-30 Weatherford/Lamb, Inc. Fluid diffusion resistant glass-encased fiber optic sensor
US6506313B1 (en) * 2000-02-01 2003-01-14 Pacific Wave Industries, Inc. Ultraminiature fiber optic pressure transducer and method of fabrication
US6304686B1 (en) 2000-02-09 2001-10-16 Schlumberger Technology Corporation Methods and apparatus for measuring differential pressure with fiber optic sensor systems
US6946645B2 (en) * 2000-12-20 2005-09-20 Schlumberger Technology Corporation Measuring system with sweeping comb filter and multiplexer
AU2001221524B2 (en) * 2000-12-22 2005-02-24 Vestas Wind Systems A/S Fibre-optical strain gauge and method for the production of said strain gauge
NO316775B1 (no) * 2001-06-11 2004-05-03 Optoplan As Fremgangsmate for belegging av en fiber med fiberoptisk Bragg-Gitter (FBG)
US6658171B2 (en) 2001-06-14 2003-12-02 Ericsson Telecomunicacoes S.A. Optical fiber bragg grating polarizer
SE0102613D0 (sv) * 2001-07-25 2001-07-25 Proximion Fiber Optics Ab Fibre optical grating
US20030039747A1 (en) * 2001-08-27 2003-02-27 Optinel Systems,Inc. Method of enhancing waveguide photosensitivity and waveguide having enhanced photosensitivity
US7327922B2 (en) * 2001-10-09 2008-02-05 Crystal Fibre A/S Hermetically sealed optical fibre with voids or holes, method of its production, and its use
WO2003100488A1 (en) * 2002-05-23 2003-12-04 Crystal Fibre A/S Optical waveguide, method of its production, and its use
US7062126B2 (en) * 2002-06-07 2006-06-13 Kersey Alan D Tunable optical filter having large diameter optical waveguide with bragg grating and being configured for reducing the bulk modulus of compressibility thereof
US20030234921A1 (en) 2002-06-21 2003-12-25 Tsutomu Yamate Method for measuring and calibrating measurements using optical fiber distributed sensor
CA2497842C (en) * 2002-09-06 2012-07-10 Anbo Wang Intrinsic fabry-perot optical fiber sensors and their multiplexing
US6898339B2 (en) * 2002-12-16 2005-05-24 Schlumberger Technology Corporation Multiple mode pre-loadable fiber optic pressure and temperature sensor
US6931188B2 (en) 2003-02-21 2005-08-16 Weatherford/Lamb, Inc. Side-hole cane waveguide sensor
US7200309B2 (en) * 2003-06-19 2007-04-03 Corning Incorporated Single polarization and polarization maintaining optical fibers and system utilizing same
DE602004022669D1 (de) * 2003-06-19 2009-10-01 Corning Inc Einzelpolarisations-lichtfaser und system
EP1700146B1 (en) * 2003-12-19 2013-04-10 NKT Photonics A/S Photonic crystal fibres comprising stress elements
US7196318B2 (en) * 2004-07-16 2007-03-27 Kin-Man Yip Fiber-optic sensing system
EP1795878A4 (en) * 2004-09-08 2010-04-28 Hitachi Cable FIBER OPTIC SHOCK DETECTION SENSOR
US20060197012A1 (en) * 2005-03-04 2006-09-07 Eric Udd Shear and pressure/transverse strain fiber grating sensors
GB2427910B (en) * 2005-07-02 2008-03-12 Sensor Highway Ltd Fiber optic temperature and pressure sensor and system incorporating same
US7171091B1 (en) * 2005-08-15 2007-01-30 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Tuned cladding fiber amplifier and laser
US7382957B2 (en) * 2006-01-30 2008-06-03 Corning Incorporated Rare earth doped double clad optical fiber with plurality of air holes and stress rods
US8573313B2 (en) * 2006-04-03 2013-11-05 Schlumberger Technology Corporation Well servicing methods and systems
US20080118214A1 (en) * 2006-04-20 2008-05-22 Peng Chen Optical fiber for detecting stress and associated method
US7412142B2 (en) * 2006-05-19 2008-08-12 Corning Incorporated Optical fiber with plurality of air holes and stress rods
US7310456B1 (en) * 2006-06-02 2007-12-18 Baker Hughes Incorporated Multi-core optical fiber pressure sensor
US7510011B2 (en) * 2006-07-06 2009-03-31 Schlumberger Technology Corporation Well servicing methods and systems employing a triggerable filter medium sealing composition
DE102006031812A1 (de) * 2006-07-07 2008-01-17 Leoni Ag Sensorsystem und Sensorelement
JP4923960B2 (ja) * 2006-10-31 2012-04-25 日立電線株式会社 衝撃検知光ファイバセンサ
US7840102B2 (en) 2007-01-16 2010-11-23 Baker Hughes Incorporated Distributed optical pressure and temperature sensors
DE102007008464B4 (de) * 2007-02-19 2012-01-05 Hottinger Baldwin Messtechnik Gmbh Optischer Dehnungsmessstreifen
JP2008224413A (ja) * 2007-03-13 2008-09-25 Denso Corp プリント基板製造装置およびプリント基板製造方法
US20090028489A1 (en) * 2007-07-17 2009-01-29 Eric Udd High speed fiber optic grating sensor system
EP2073000A1 (en) 2007-12-20 2009-06-24 Nederlandse Organisatie voor toegepast- natuurwetenschappelijk onderzoek TNO Coated waveguide for optical detection
EP2075549A1 (en) 2007-12-28 2009-07-01 Nederlandse Organisatie voor toegepast- natuurwetenschappelijk onderzoek TNO Shape memory sensor
JP2012503207A (ja) * 2008-09-23 2012-02-02 フォイト パテント ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング 光学的なロールカバーセンサシステムを備える工業用ロール
EP2202548A1 (en) 2008-12-23 2010-06-30 Nederlandse Organisatie voor Toegepast-Natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO Distributed optical chemical sensor
EP2486222A4 (en) * 2009-10-05 2016-06-08 Nat Oilwell Varco Denmark Is FREE AND FLEXIBLE ELEODUCEL SYSTEM HAVING FIBER OPTIC SENSOR INSTALLED INSIDE
US8849073B2 (en) 2009-10-12 2014-09-30 Schlumberger Technology Corporation Pressure and measurement by means of an optical fiber
WO2011060817A1 (en) * 2009-11-19 2011-05-26 Vrije Universiteit Brussel Optical fiber structure for sensors
US8326095B2 (en) * 2010-02-08 2012-12-04 Schlumberger Technology Corporation Tilt meter including optical fiber sections
US8369671B2 (en) * 2010-02-26 2013-02-05 General Electric Company Hermetically sealed fiber sensing cable
GB201019117D0 (en) 2010-11-11 2010-12-29 Fotech Solutions Ltd Distributed optical fibre sensor
EP2500314A1 (en) 2011-03-14 2012-09-19 Nederlandse Organisatie voor toegepast -natuurwetenschappelijk onderzoek TNO Photonic crystal sensor
CN102261978B (zh) * 2011-04-28 2013-01-30 浙江师范大学 基于双芯双孔光纤实现液压传感的方法及装置
US9417103B2 (en) 2011-09-20 2016-08-16 Schlumberger Technology Corporation Multiple spectrum channel, multiple sensor fiber optic monitoring system
CN103162878B (zh) * 2011-12-11 2015-12-09 黄辉 一种光纤压力传感器及其制备方法
CN102868447B (zh) * 2012-09-24 2015-07-15 深圳太辰光通信股份有限公司 一种光纤光栅追踪器与光纤线路故障检测方法
AT513732B1 (de) * 2012-11-27 2015-05-15 Fct Fiber Cable Technology Gmbh Verfahren zur ortsaufgelösten Druckmessung
WO2014111230A1 (en) * 2013-01-16 2014-07-24 Omnisens Sa A sensing cable
CN105143833B (zh) * 2013-04-26 2018-04-03 魏克控股公司 具有纵向应变诱导夹套的光纤光栅传感器以及包括这种传感器的传感器***和结构
CN103411727B (zh) * 2013-07-26 2015-08-05 西北工业大学 用于压气机压力测量的光纤压力传感器及其测量方法
CN103983385B (zh) * 2014-05-07 2016-05-18 王东方 一种椭球形光纤压力传感器及检测光纤故障压力点的方法
WO2015183090A1 (en) 2014-05-28 2015-12-03 Nederlandse Organisatie Voor Toegepast-Natuurwetenschappelijk Onderzoek Tno A fiber bragg grating optical sensor having a nanoporous coating
CN104089725A (zh) * 2014-07-25 2014-10-08 绵阳彬华科技有限公司 结构稳定的温度传感器
WO2016070110A1 (en) 2014-10-31 2016-05-06 Lake Region Medical, Inc. Fiber bragg grating multi-point pressure sensing guidewire with birefringent component
US10267694B2 (en) * 2016-01-15 2019-04-23 The United States Of America As Represented By The Administrator Of Nasa Micrometeoroid and orbital debris impact detection and location using fiber optic strain sensing
CN106154402B (zh) * 2016-07-04 2019-03-29 北京航空航天大学 一种基于应力缓冲区的低磁敏感性实芯保偏光子晶体光纤
US20180088360A1 (en) * 2016-09-29 2018-03-29 Ofs Fitel, Llc Polarization Maintaining Optical Fiber With Non-Symmetric Stress Applying Parts
US9964698B1 (en) * 2016-10-28 2018-05-08 The Boeing Company Multicore optical fiber cable strain enhancement
CN106709624B (zh) * 2016-11-19 2020-07-03 国网河南省电力公司周口供电公司 一种接地线智能管理***
US20180360382A1 (en) * 2017-06-18 2018-12-20 Pixart Imaging Inc. Optical measurement device with pressure feedback function
US10557343B2 (en) 2017-08-25 2020-02-11 Schlumberger Technology Corporation Sensor construction for distributed pressure sensing
GB2568524B (en) * 2017-11-20 2019-11-06 Smart Fibres Ltd A method for forming a pressure sensor
CN110006562B (zh) * 2019-02-28 2020-11-20 北京大学 一种基于模式耦合的分布式光纤传感***
CN110160685A (zh) * 2019-06-04 2019-08-23 深圳大学 光纤光栅方向性压力传感器、光纤光栅制备方法及装置
WO2020243896A1 (zh) * 2019-06-04 2020-12-10 深圳大学 光纤光栅方向性压力传感器、光纤光栅制备方法及装置
CN110296778B (zh) * 2019-06-19 2020-07-10 华中科技大学 一种无源压力传感纤维及其制备方法
CN110307921B (zh) * 2019-07-02 2021-01-22 运城学院 一种压力传感器
CN112924082B (zh) * 2021-01-25 2021-09-28 广东海洋大学 一种基于悬浮芯光纤和边孔光纤的高灵敏度气压传感器
FR3125879B1 (fr) 2021-07-29 2024-01-12 Commissariat Energie Atomique Dispositif de mesure de pression hydrostatique, notamment absolue et/ou de température et procédé de mesure associé

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4360247A (en) * 1981-01-19 1982-11-23 Gould Inc. Evanescent fiber optic pressure sensor apparatus
US4659923A (en) * 1981-03-09 1987-04-21 Polaroid Corporation Fiber optic interferometer transducer
GB9203471D0 (en) * 1992-02-19 1992-04-08 Sensor Dynamics Ltd Optical fibre pressure sensor
US5380995A (en) * 1992-10-20 1995-01-10 Mcdonnell Douglas Corporation Fiber optic grating sensor systems for sensing environmental effects
SE502778C2 (sv) * 1993-10-14 1996-01-08 Ericsson Telefon Ab L M Optisk fiber för användning som givare jämte förfarande för framställning av en optisk fiber för användning som givare
FR2715730B1 (fr) * 1994-02-01 1996-03-01 Thomson Csf Capteur de pression à fibre optique bobinée.
US5591965A (en) * 1995-05-08 1997-01-07 Udd; Eric Multiparameter sensor system using a multiple grating fiber optic birefringent fiber
US5828059A (en) * 1996-09-09 1998-10-27 Udd; Eric Transverse strain measurements using fiber optic grating based sensors

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2454613A (en) * 2006-08-16 2009-05-13 Schlumberger Holdings Fiber-optic sensor for measuring liquid and/or gas flow rate
GB2454613B (en) * 2006-08-16 2011-05-25 Schlumberger Holdings Fiber-optic transducer for fluid and/or gas velocity measure ment
WO2008024031A1 (fr) * 2006-08-16 2008-02-28 Schlumberger Holdings Limited Capteur à fibre optique de vitesse d'écoulement de liquide et/ou de gaz
RU2473874C2 (ru) * 2008-07-02 2013-01-27 Бейкер Хьюз Инкорпорейтед Распределенные оптические датчики давления и температуры
US9557239B2 (en) * 2010-12-03 2017-01-31 Baker Hughes Incorporated Determination of strain components for different deformation modes using a filter
US20120143524A1 (en) * 2010-12-03 2012-06-07 Baker Hughes Incorporated Determination of Strain Components for Different Deformation Modes Using a Filter
US9103736B2 (en) 2010-12-03 2015-08-11 Baker Hughes Incorporated Modeling an interpretation of real time compaction modeling data from multi-section monitoring system
RU2571448C1 (ru) * 2014-08-05 2015-12-20 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" Микромеханический волоконно-оптический датчик давления
RU2628734C1 (ru) * 2016-11-09 2017-08-21 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" Волоконно-оптический датчик давления
RU2664684C1 (ru) * 2017-09-04 2018-08-21 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" Волоконно-оптический датчик давления
RU203379U1 (ru) * 2020-12-15 2021-04-01 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" Волоконно-оптическое устройство контроля давления
RU203603U1 (ru) * 2020-12-15 2021-04-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" Волоконно-оптическое устройство измерения давления
RU203788U1 (ru) * 2020-12-15 2021-04-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" Волоконно-оптическое устройство измерения давления
RU2786690C1 (ru) * 2022-02-07 2022-12-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пензенский государственный университет" Волоконно-оптический датчик деформации

Also Published As

Publication number Publication date
AU8288398A (en) 1999-02-08
EP0995091A1 (en) 2000-04-26
CN1269881A (zh) 2000-10-11
US5841131A (en) 1998-11-24
CA2295919A1 (en) 1999-01-21
JP2002504663A (ja) 2002-02-12
NO20000039L (no) 2000-03-07
ID26513A (id) 2001-01-11
WO1999002953A1 (en) 1999-01-21
CN1135373C (zh) 2004-01-21
NO20000039D0 (no) 2000-01-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2205374C2 (ru) Волоконно-оптические датчики давления и система измерения давления, их включающая
US6304686B1 (en) Methods and apparatus for measuring differential pressure with fiber optic sensor systems
US6218661B1 (en) Methods and apparatus for mechanically enhancing the sensitivity of transversely loaded fiber optic sensors
US7684656B2 (en) Fiber optic temperature and pressure sensor and system incorporating same
EP0144509B1 (en) Fiber optic interferometer transducer
US6898339B2 (en) Multiple mode pre-loadable fiber optic pressure and temperature sensor
JP4083809B2 (ja) 光ファイバーグレーチング横歪みセンサーシステム
US5132529A (en) Fiber-optic strain gauge with attached ends and unattached microbend section
EP0007312B1 (en) Optical sensing apparatus
EP1175599B1 (en) Methods and apparatus for enhancing dynamic range, sensitivity, accuracy, and resolution in fiber optic sensor systems
US6647800B2 (en) Temperature insensitive fiber-optic torque and strain sensor
RU2000102711A (ru) Волоконно-оптические датчики давления и система измерения давления, их включающая
EP0434504A1 (fr) Capteur à fibre optique
Ouyang et al. Highly sensitive two-axis bending sensor based on arc-induced long period fiber grating in dual side-hole fiber
US5589931A (en) System to determine environmental pressure and birefringent-biased cladded optical sensor for use therein
Rajan Introduction to optical fiber sensors
RU2811364C1 (ru) Способ измерения гидростатического давления и волоконно-оптический датчик гидростатического давления
MXPA00000257A (en) Fiber optic pressure transducers and pressure sensing system incorporating same
Shlyagin et al. Fiber optic sensor activities at Mexican research center CICESE
Todd Optical‐Based Sensing
Shlyagin et al. FBER-OPTICINTERFERMETRIC QUASI-DISTRIBUTED SENSOR USING POLARIZATION-MAINTAINING FIBER
Ramakrishnan et al. Design of a surface attachable hybrid fiber sensor packaged in a polyimide film for engineering applications

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20050703