[發(fā)明專利]利用適用于高溫的光纖的傳感系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200680052332.8
• 申請日: 2006-12-06
• 公開（公告）號: CN101336385A
• 公開（公告）日: 2008-12-31
• 發(fā)明（設計）人: M·法哈蒂勞山;T·R·帕科;M·蒙達諾斯
• 申請（專利權）人: 傳感網(wǎng)絡有限公司
• 主分類號: G02B6/44
• 分類號: G02B6/44;G02B6/02;G01D5/26
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 杜娟

相關申請

本發(fā)明涉及2004年2月11日提出、公布號WO?2004/073172、發(fā)明名稱為“為遠程測量生成和發(fā)送高能光脈沖的方法和裝置(Method?and?Apparatus?for?Generation?and?Transmission?of?HighEnergy?Optical?Pulses?for?Long?Range?Measurements)”(參考SENS006)、2005年3月22日提出、公布號WO?2005/106396、發(fā)明名稱為“分布式光傳感系統(tǒng)中布里淵頻率的直接測量(Direct?Measurementof?Brillouin?Frequency?in?Distributed?Optical?Sensing?System)”(參考SENS?007)、和2005年7月7日提出、PCT公布號PCT/GB2005/050107、發(fā)明名稱為“干涉棒(Intervention?Rod)”(參考SENS?008)的先前提出案例，特此全文引用，以供參考。

技術領域

本發(fā)明涉及傳感系統(tǒng)、傳感方法、和適用于高溫環(huán)境的傳感光纖。

背景技術

在工業(yè)上需要長距離測量像應變或溫度那樣的條件和所有點上的其它條件。典型使用是監(jiān)視油氣井、長纜線和管道。可以顯示或分析測量結果和將它們用于推斷結構的條件。分布式溫度傳感器(DTS)常常將光纖中散射光的拉曼(Raman)或布里淵(Brillouin)成分用作確定溫度的手段。這里，向光纖發(fā)射來自光源的光線，并且分析散射回到光源的少量光線。通過使用脈沖光和測量隨時間而變的返回信號，可以將背散射光與沿著光纖的距離相關聯(lián)。這種背散射光包含彈性散射的成分(瑞利(Rayleigh)光)、和頻率相對于源光向上和向下移動的成分(分別是拉曼和布里淵反斯托克斯(anti-Stokes)和斯托克斯(Stokes)光，也稱為非彈性散射光)。返回拉曼成分的功率是溫度相關的，因此，分析這些成分可以得出溫度。返回布里淵成分的功率和頻率是應變和溫度相關的，因此，分析這兩種成分可以獨立得出溫度和應變。這樣的系統(tǒng)已經(jīng)存在許多年了。

典型的光纖由一層包層內的芯線和此后的一個或多個緩沖層組成。芯線為光線提供通路。包層將光線限制在芯線內。緩沖層為芯線和包層兩者提供機械和環(huán)境保護。典型單模光纖(SMF)由含有直徑為125±2微米(μm)的包層和在包層的中心上含有直徑為8±1μm的芯線的精密壓制玻璃組成。緩沖層通常由涂覆在包層外表面上的柔性聚合物組成。大多數(shù)商用光纖由聚合物涂層的緩沖層制成。對于像聚酰亞胺那樣的特殊聚合物材料，這種類型的光纖在正常大氣壓下在高達300℃的溫度下可以提供良好的性能。但是，在300℃以上和在多水或大含量氫環(huán)境下，由于涂層的惡化和/或氫的進入，光纖的性能顯著變差。眾所周知，對于較高工作溫度和較高抗氫進入性，在光纖上使用金屬涂層。在這種情況下，讓光纖穿過熔點低于光纖的一罐(pot)熔融金屬。隨著金屬凝固，在光纖周圍形成厚金屬涂層。但是，由于金屬和光纖材料的膨脹系數(shù)不同，金屬涂層將附加應力施加在光纖上，通常導致更大的光損。另一個問題是，由于在光纖中金屬涂層引起脆弱點的幾率較高、和常用涂覆設備的能力的局限性，使生產(chǎn)連續(xù)長光纖的能力下降。

此外，眾所周知，纖維光纜在像在向下打眼(down-hole)光纖傳感應用中遇到的那些那樣的惡劣環(huán)境下可以惡化。正如在美國專利第6,404,961號中所討論的那樣，向下打眼環(huán)境條件可以包括超過130℃的溫度、超過1000巴的流體靜壓、振動、腐蝕性化學性質、和氫的高分壓的存在性。長期以來，人們已經(jīng)證明了氫對光纖的光學性能的有害影響，尤其在遠程通信工業(yè)的海底設施中。為了防止光纖受氫影響，像碳涂層等那樣的密封涂層和屏障已經(jīng)用于使氫的影響最小化。但是，這樣的水下環(huán)境是寒冷的。在在惡劣向下打眼環(huán)境下經(jīng)歷的升高溫度下，這樣的涂層喪失了它們的抗氫滲透性。另外，在這樣的高溫下，氫對光纖的影響可能加速和加強。

美國專利第6,404,961號建議使用包括含有包含在其中的一條或多條光纖的內不透鋼管的芯線，周圍保護層包括外不透鋼管和位于外管和內管之間的像聚四氟乙烯那樣的一層緩沖材料，緩沖材料維持一般處在外管內的中心上的內管和提供內管和外管之間的機械連接以防止它們之間的相對運動。可以給內鋼管涂上像碳那樣的低氫滲透性材料，使氫的進入達到最小。可以給碳涂上聚合物的保護層，以防止像碳擦破那樣的傷害。