[發(fā)明專利]參數(shù)感測和監(jiān)測

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201180053214.X
• 申請日: 2011-10-25
• 公開（公告）號: CN103348087A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 杰弗里·史蒂芬·格雷厄姆;安德魯·詹姆斯·達頓-洛夫特;尤普爾·尚蒂拉爾·費爾南多;喬治·卡拉貝拉斯;加里·邁克爾·霍蘭德;理查德·阿拉斯代爾·克萊門茨
• 申請（專利權(quán)）人: 韋爾斯特里姆國際有限公司
• 主分類號: E21B17/01
• 分類號: E21B17/01;E21B47/07;E21B47/135;E21B47/007;F16L11/12;G01B11/16;G01M5/00
• 代理公司: 北京康信知識產(chǎn)權(quán)代理有限責任公司 11240
• 代理人: 余剛;李靜

本發(fā)明涉及用于監(jiān)測與結(jié)構(gòu)相關(guān)的至少一個參數(shù)的方法和裝置。特別但不完全地，本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)測位于結(jié)構(gòu)上或中的光纖系統(tǒng)的方法，從而獲得表示結(jié)構(gòu)中的應變和/或溫度的數(shù)據(jù)。

有許多技術(shù)領(lǐng)域中，不時地或連續(xù)地監(jiān)測與結(jié)構(gòu)相關(guān)的一個或多個參數(shù)是有用的。例如，不時地，應重復或連續(xù)地監(jiān)測橋梁、路面、地面區(qū)域、燈柱、風力發(fā)電機葉片、游艇桅桿、懸掛電源電纜等，使得能夠識別表示結(jié)構(gòu)的任何潛在問題的信息，然后采取補救行動。

希望進行監(jiān)測的另一種類型的結(jié)構(gòu)是，在海上生產(chǎn)領(lǐng)域中的石油和天然氣工業(yè)中使用的類型的無粘結(jié)柔性管。這種柔性管包括其一個或多個端部具有端部配件的一段柔性管體。柔性管可以用作流動線（flow?line）、立管、跳線（jumper）等。日益需要監(jiān)測這種管道的動態(tài)行為。監(jiān)測應變（張力，strain）和/或溫度和/或一些其它參數(shù)是評估管道的過去、當前和/或未來性能的方法。

對于所有結(jié)構(gòu)，將會經(jīng)歷許多不同力。這可能會導致非常復雜的負載，并包括但并不限于；自重、內(nèi)部壓力、張緊力（tension）、渦激振動、彎曲、扭曲等。

已建議用于監(jiān)測與這種結(jié)構(gòu)相關(guān)的參數(shù)的一種方法是，使用光纖系統(tǒng)。光纖可以用作應變測量儀、溫度計、溫度指示器，且可進行應變測量，這可根據(jù)光纖被探測且區(qū)域/傳感器布置在光纖中的方式而被局部化、分布或半分布。WO2009/068907公開了一種方法，其中，光纖可繞柔性管螺旋纏繞，且可確定從與管道相關(guān)的參數(shù)中采集的某些測量，所述專利的公開內(nèi)容整體并入本文。

雖然這樣的系統(tǒng)確實可使與管道相關(guān)的某些參數(shù)得以確定，但是該光學系統(tǒng)能夠使用的范圍受到限制。其中一個原因是，光纖本質(zhì)上是比較脆弱的，并且如果正被監(jiān)測的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)很容易出現(xiàn)大量的機械運動，則可在光纖中引起機械應力和應變，導致產(chǎn)生纖維故障。

因此，到目前為止，光纖用途受到的限制是，對于光纖運動的不適當?shù)南拗啤?/p>

此外，雖然光纖螺旋地纏繞在結(jié)構(gòu)（如在WO2009/068907中所示的柔性管）的主體周圍的方法可一定程度地減少通過光纖看到的峰值應變，但是其本質(zhì)上的限制在于，如果一段螺旋線與所使用的光時域反射儀/光時域分析儀系統(tǒng)的辨別長度配合不良，則它們不可沿單一軸線而用于在周向不連續(xù)結(jié)構(gòu)上應用的測量或提供準確數(shù)據(jù)。

根據(jù)制造商的建議，基于光纖電纜的極限拉伸應變（UTS）的應變限制目前處于1％的范圍內(nèi)。因此，使用市售的光纖來測量1％以上的應變需要一種方法，其可減少纖維經(jīng)受的應變量，從而提高其測量超出其UTS限值的應變水平的能力。

本發(fā)明的目的是，至少部分地緩解上述問題。

本發(fā)明的某些實施例的目的是，提供一種方法，用于減縮光纖經(jīng)受的應變，從而在監(jiān)測系統(tǒng)的任何部件沒有故障的情況下，使得基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)可被拉緊，且該應變可被監(jiān)測和測量。

本發(fā)明的某些實施例的一個目的是，提供一種裝置和方法，用于監(jiān)測與細長結(jié)構(gòu)（諸如但不限于，柔性管、渦輪機葉片、飛機機翼、游艇桅桿等）相關(guān)的參數(shù)。

本發(fā)明的某些實施例的目的是，提供一種基于光纖的參數(shù)測量/監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)提供了一個很好的分辨度，也就是說，提供了目標結(jié)構(gòu)的每個單位長度的大量數(shù)據(jù)點，另外還有，將所經(jīng)歷的應變從光纖監(jiān)測系統(tǒng)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)去耦。

本發(fā)明的某些實施例的目的是，提供一種局部化、半分布或分布的應變測量系統(tǒng)，其能夠利用光纖系統(tǒng)中的布拉格光柵（Bragg?gratings）和/或布里淵散射（Brillouin?scattering）。

本發(fā)明的某些實施例的目的是，提供一種方法和裝置，用于監(jiān)測與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)相關(guān)的溫度和/或應變和/或其它一些參數(shù)。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種裝置，用于監(jiān)測與細長結(jié)構(gòu)相關(guān)的至少一個參數(shù)的裝置，所述裝置包括：

沿與細長目標結(jié)構(gòu)相關(guān)的縱向結(jié)構(gòu)軸線設(shè)置的至少一個細長支撐體元件；和沿與至少一個支撐體元件相關(guān)的縱向主體元件軸線基本上螺旋設(shè)置的至少一個光纖元件。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于監(jiān)測與細長結(jié)構(gòu)相關(guān)的至少一個參數(shù)，其包括以下步驟：提供沿與細長目標結(jié)構(gòu)相關(guān)的縱向結(jié)構(gòu)軸線的至少一個細長支撐體元件，其包括沿與主體元件相關(guān)的縱向主體元件軸線基本上螺旋設(shè)置的至少一個光纖元件；以及經(jīng)由感測系統(tǒng)，監(jiān)測與纖維元件相關(guān)的至少一個特征，所述特征表示與細長結(jié)構(gòu)相關(guān)的參數(shù)。