NO20120818A1

NO20120818A1 - Optisk fiber i borehull i undergrunnen og optisk interrogator for undersøkelser med tidsproporsjonal amplitudemodulasjon og frekvensområde reflektometri

Info

Publication number: NO20120818A1
Application number: NO20120818A
Authority: NO
Inventors: Brooks A Childers; Roger G Duncan; Robert M Harman
Original assignee: Baker Hughes Inc
Priority date: 2010-01-28
Filing date: 2012-07-17
Publication date: 2012-08-14
Also published as: BR112012018687A2; WO2011094268A2; NO343963B1; WO2011094268A3; BR112012018687B1; GB201212961D0; GB2490616B; CA2787828C; US20110181871A1; MY172736A; GB2490616A; US9267821B2; CA2787828A1

Abstract

En apparatur for å kunne estimere en parameter, der apparaturen vil innbefatte: et optisk fiber; en komponent som vil være i kommunikasjon med det optiske fibret og som vil være konfigurert til å kunne vekselvlrke med lys ved en bølgelengde som er relatert til den parameteren; og en optisk Interrogator som vil være i kommunikasjon med det optiske fibret og som vil være konfigurert for å: illuminere det optiske fibret med en rekke av lyslnnganger, hvor hver lyslnngang i rekken vil ha en vesentlig konstant unik optisk bølgelengde og tidsproporsjonal frekvens amplitude modulasjon; og ta i mot et resulterende lyssignal som vil være knyttet til hver lyslnngang i rekken; hvori de resulterende lyssignalene som er knyttet til rekken med lyssignaler vil bli brukt til å estimere parameteren.

Description

KRYSSREFERANSE

Denne søknaden krever fordel av innleveringsdato for US patentsøknadsnr.: 12/695613, innlevert 28. januar 2010 for «Kombinert tidsproporsjonal bærer og tidsproporsjonal modulasjonsfrekvens optisk frekvensområdereflektometri».

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

1. Område for oppfinnelsen

[0001]Den foreliggende oppfinnelsen gjelder interrogering av et optisk fiber for å kunne få informasjon om fibret eller anordninger som er i kommunikasjon med fibret. Mer spesielt, interrogering vil bli utført ved anvendelse av optisk reflektometri i et borehull som penetrerer jorden.

2. Beskrivelse av tidligere teknikk

[0002]I leting og produksjon av hydrokarboner vil det ofte være nødvendig å bore et borehull inn i jorden for å kunne få tilgang til hydrokarbonene. Utstyr og konstruksjoner, så som for eksempel foringsrør til borehull, vil generelt kunne bli anordnet inn i et borehull som en del av leting og produksjon. Dessverre vil det miljøet, som er til stede dypt nede i borehullet, sette ekstreme krav til det utstyret og de konstruksjonene som vil bli satt på plass inni der. For eksempel vil utstyr og konstruksjoner kunne bli utsatt for høye temperaturer, trykk og vibrasjoner, som vil kunne ha innvirkning på drift og levetid for disse.

[0003]For å kunne overvåke tilstanden for det utstyret og de konstruksjonene som vil bli anordnet nedihulls vil det kunne bli anvendt et fiberoptisk distribuert sensorsystem (DSS - «distributed sensing system»). Sensorfiber (et optisk fiber som inneholder sensorer, eller som i seg selv fungerer som en sensor), eller sensorer, vil kunne bli festet til utstyret og konstruksjonene på forskjellige steder, vanligvis ved forskjellige dybder, i borehullet. Sensorene vil kunne måle temperatur, trykk, belastninger og andre parametere. Ved for eksempel å måle en belastning, vil systemet kunne bestemme om foringsrøret til borehullet vil være i ferd med å bli deformert.

[0004]I en type av DSS, vil interferometri med tidsproporsjonal bølgelengde (av lys) kunne bli brukt til å interrogere en rekke med fiber Bragg gitter. Hvert fiber Bragg gitter (FBG - «fiber Bragg grating») i den rekken vil virke som en sensor. Det optiske fibret, i et eksempel, vil kunne være festet til foringsrør, eller vil kunne være pakket inn langs en lengde av foringsrøret. Etter hvert som hvert FBG blir utsatt for en endrende tilstand, vil de optiske karakteristikkene for hvert FBG endre seg i forhold til den endrete tilstanden. En sensorinterrogator vil kunne bli brukt til å måle de optiske karakteristikkene for hvert av de FBCene, for å kunne være i stand til å fastslå de endrede tilstandene.

[0005]Med konvensjonell tidsproporsjonal bølgelengde for optisk frekvensområdereflektometri (OFDR - «Optical Frequency Domain Reflectometry»), som også blir referert til som koherent OFDR, vil det være en lyskilde med tidsproporsjonal bølgelengde som er koplet til et optisk fiber. Det optiske fibret vil innbefatte en referansereflektor og en rekke med FBG'er. Den bølgelengden for det lyset som kommer fra lyskilden vil bli gjort tidsproporsjonal for å kunne interrogere hvert av FBCene. Referansereflektoren danner et interferometrisk hulrom, så som et Fabry - Perot hulrom, med hvert individuelle

FBG.

[0006]Etter hvert som bølgelengden for det lyset fra lyskilden blir gjort tidsproporsjonal vil det bli dannet et interferogram, med en frekvens for hvert interferometrisk hulrom som vil være proporsjonal med lengden av hulrommet for hvert FBG. Således vil spektraldata fra hvert FBG kunne bli modulert med en unik frekvens, som i siste instans vil tillate en individuell inspeksjon av FBCene gjennom konvensjonelle signalprosesseringsteknikker. En konvertering av spektraldataene til det romlige frekvensområdet gjennom en rask Fourier transformasjon («Fast Fourier Transform») gir en visning av fibret med ett sett av målinger, som innbefatter amplituden for det reflekterte lyset som en funksjon av avstand, og hvor avstanden vil være utledet fra tiden. På denne måten vil hvert FBG kunne bli overvåket og bli behandlet som en individuell sensor.

[0007] Dessverre vil den samme vibrasjonen, som har en negativ påvirkning på det utstyret som blir anordnet i et borehull, også kunne ha en negativ påvirkning på det koherente OFDR-systemet. Vibrasjonene vil kunne påvirke lyssignalene i det optiske fibret, og vil dermed begrense den brukbare lengden av det optiske fibret. De lengre fiberlengdene vil spesielt tilveiebringe en bedre anledning for at lyset får vekselvirkning med vibrasjonen, og som generelt vil føre til en større forvrengning med større lengder.

[0008]Det konvensjonelle koherente OFDR-systemet vil også kunne ha problemer som vil være relatert til ikke-lineær innstilling av de bølgelengdene med lys som vil bli sendt inn i fibret. Disse ulineæritetene vil kunne redusere instrumentenes gjengivelse.

[0009]Av denne grunn vil det være nødvendig med teknikker for å kunne interrogere et optisk fiber som vil redusere det optiske fibrets følsomhet for vibrasjoner, eller dets følsomhet for innstillingshastighetens ulineæriteter ved det lyset som vil bli brukt for interrogasjonen.

KORT OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

[0010]Det er her vist en apparatur som skal kunne estimere en parameter. Apparaturen innbefatter: et optisk fiber, en komponent som er i kommunikasjon med det optiske fibret og som vil bli konfigurert for å vekselvirke med lys som er ved en bølgelengde som er relatert til parameteren, og en optisk interrogator som er i kommunikasjon med det optiske fibret og som vil være konfigurert for og: illuminere det optiske fibret med en rekke lysinnganger, hvor hver lysinngang i rekken vil ha en vesentlig konstant unik bølgelengde og tidsproporsjonert frekvens amplitudemodulering, og ta i mot et resulterende lyssignal som hører til hver lysinngang i rekken, hvori de resulterende lyssignalene som hører til rekken med lysinnganger vil bli brukt til å kunne estimere parameteren.

[0011]Det vil her også bli vist en fremgangsmåte som vil kunne estimere en parameter. Fremgangsmåte innbefatter: å illuminere et optisk fiber med en rekke lysinnganger ved anvendelse av en optisk interrogator, hvor hver lysinngang i rekken vil ha en vesentlig konstant unik bølgelengde og tidsproporsjonal frekvens amplitude modulering, å ta i mot et resulterende lyssignal som hører til hver lysinngang i den rekken ved anvendelse av den optiske interrogatoren, å estimere parameteren fra de resulterende lyssignalene som hører til rekken med lysinnganger, hvori en komponent vil kunne være i kommunikasjon med det optiske fibret og vil være konfigurert for å kunne vekselvirke med lys ved en bølgelengde som er relatert til parameteren.

[0012]Det vil her videre bli vist et datamaskinavlesbart medium som har instruksjoner, som vil kunne bli utført av en datamaskin, for å kunne estimere en parameter, ved å implementere en fremgangsmåte som innbefatter: å illuminere et optisk fiber med en rekke lysinnganger, hvor hver lysinngang i rekken vil ha en vesentlig konstant unik bølgelengde og tidsproporsjonal frekvens amplitude modulering, hvori det optiske fibret vil være i kommunikasjon med en komponent som vil være konfigurert for å kunne vekselvirke med lys ved en bølgelengde som er relatert til parameteren, å ta i mot et resulterende lyssignal som hører til hver lysinngang i den rekken, og å estimere parameteren fra de resulterende lyssignalene som hører til den rekken med lysinnganger.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0013]Det som vil være omfattet, og som gjelder oppfinnelsen, vil bli spesielt påpekt og bli gjort tydelig krav på i de kravene som kommer på slutten av beskrivelsen. De foregående særtrekkene og fordelene ved oppfinnelsen, så vel som andre trekk, vil være innlysende ut fra den følgende detaljerte beskrivelsen som vil bli fulgt i sammenheng med de vedføyde tegningene, hvori like elementer vil være nummerert likt, og hvor:

[0014]Figurer 1A - 1D, som kollektivt vil bli referert til som Fig. 1, illustrerer grafer som viser aspekter ved de teknikkene som har blitt vist her,

[0015]Fig. 2 viser en utførelsesform, som vil kunne tjene som eksempel, av et optisk system som har et optisk fiber anordnet i et borehull som penetrerer jorden,

[0016]Fig. 3 viser aspekter ved en optisk interrogator,

[0017]Fig. 4 viser aspekter ved komponenter som er i kommunikasjon med det optiske fibret og som har blitt konfigurert for å kunne estimere en parameter, og

[0018]Fig. 5 presenterer et eksempel på en fremgangsmåte for å kunne estimere en parameter.

DETALJERT BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN

[0019]Det er her vist utførelsesformer, som vil kunne tjene som eksempler, ved teknikker for å kunne interrogere et optisk fiber. Teknikkene vil ikke være så følsomme for operasjonelle problemer, på grunn av vibrasjon av det optiske fibret, eller på grunn av ulineæriteter for en lyskilde som vil bli gjort tidsproporsjonal gjennom optiske bølgelengder, som i de konvensjonelle systemene for optisk frekvensområdereflektometri (OFDR).

[0020]Det optiske fibret vil kunne innbefatte flere typer av komponenter som vil kunne bli avlest av de teknikkene som har blitt beskrevet her. Generelt vil hver av disse komponentene kunne bli konfigurert for å kunne reflektere lys med et mønster av bølgelengder (eller optiske frekvenser) som vil være relatert til en verdi av den parameteren som vil bli målt. For eksempel vil hver enkelt av de komponentene kunne reflektere lys, ved å danne et interferometer, enten ved seg selv eller i kombinasjon med en referansereflektor. Siden mellomrommet for de reflekterende flatene på interferometeret vil bli endret på grunn av en endring av en parameter som blir følt, vil bølgelengden for det reflekterte lyset også bli endret i forhold til den parameteren som blir følt. Den følte parameteren vil dermed bli interferometrisk omkodet. Ikke-begrensende utførelsesformer av interferometeret vil kunne innbefatte et Mach - Zehnder interferometer og et Michelson interferometer.

[0021]Uttrykket «avlest», slik som det vil bli brukt her, vil være relatert til å oppnå en måling eller informasjon fra hver individuelle komponent eller fibersegment ved å tolke aspekter ved det lyset som har blitt tatt i mot derfra, så som dets størrelse, bølgelengde eller fase. Ikke-begrensende eksempler på komponentene vil innbefatte distribuerte sensorer så som fiber Bragg gitter (FBG'er), grenseflate komponenter og mekanismer så som skjøter og koblinger, den iboende Rayleigh-tilbakespredningen for fibret, og individuelle sensorer innenfor eller i kommunikasjon med det optiske fibret ved et hvilket som helst sted langs det optiske fibret. Iboende Rayleigh-tilbakespredning vil kunne forekomme i hele det optiske fibret, eller fra et eller flere segmenter i det optiske fibret. Således vil det optiske fibret i seg selv eller de(t) segment(ene) kunne virke som en sensor ved anvendelse av Rayleigh-tilbakespredningen, for å kunne kommunisere en verdi som har blitt målt av sensoren. Følgelig vil uttrykket «komponent» innbefatte det optiske fibret i seg selv eller de(t) segment(ene) av det optiske fibret. En komponent vil også kunne innbefatte en defekt inne i det optiske fibret, eller noen komponenter som er inni der, eller en endring i tilstanden for det optiske fibret.

[0022]Teknikkene, som vil innbefatte apparatur og fremgangsmåte, vil søke etter en illuminasjon av det optiske fibret med en kontinuerlig bølge av lysinnganger ved en vesentlig konstant første bølgelengde (eller optisk frekvens), hvor amplituden for den kontinuerlige bølgen vil være modulert. Et ikke-begrensende eksempel på moduleringen vil være den amplituden som er en sinusbølge som er ved en radiofrekvens (RF). Frekvensen for amplitudemoduleringen vil deretter bli gjort tidsproporsjonal (det vil si endret), og de resulterende signalene fra det optiske fibret vil bli tatt i mot. Således vil inngangslyset og de resulterende signalene bli dannet fra bølgeinnganger, og vil av denne grunn kunne bli ansett for å være i et optisk frekvensområde. Generelt vil amplituden og fasen for de resulterende signalene bli målt som en funksjon av modulasjonsfrekvensen.

[0023]De resulterende signalene vil kunne være Rayleigh-tilbakespredningen, slik som har blitt omtalt ovenfor, Raman-spredning og / eller Brillouin-spredning. I en utførelsesform vil det resulterende signalet kunne innbefatte refleksjoner som har blitt tatt i mot på den samme enden av det optiske fibret som ble brukt til å sende inngangslyset inn i det optiske fibret. I en annen utførelsesform vil det resulterende signalet bli tatt i mot ved den fjerne enden av det optiske fibret (det vil si ved den enden som er motsatt av der hvor inngangslyset ble sendt inn i det optiske fibret).

[0024]Et ikke-begrensende eksempel på en endring av modulasjonsfrekvensen vil kunne være en trinnvis endring. Således vil det mottatte lyset (det vil si signaler) kunne bli ansett for å være som respons på en trinninngang. Forskjellen mellom frekvenstrinn for trinnvise endringer vil kunne være konstant eller vil kunne variere. Oppløsningen for målingene for komponentene vil kunne bli øket ved å redusere forskjellen mellom frekvenstrinnene. Forskjellen mellom frekvenstrinnene vil kunne bli valgt ut for hånd eller bli gjort automatisk. I en utførelsesform vil forskjellen kunne være konstant, og vil kunne bli bestemt på forhånd. I en annen utførelsesform vil forskjellen kunne bli automatisk valgt ut i løpet av målingsprosessen, slik at en grov spredning vil kunne bli utført og deretter bli fulgt opp med en finere oppløst spredning dersom, for eksempel, noen aspekter ved målingen vil kunne tenkes å ha blitt endret.

[0025]Det lyset som har blitt tatt i mot, og som har blitt reflektert av det optiske fibret, vil kunne bli inverst transformert ved anvendelse av en matematisk algoritme av rask Fourier transformasjon (FFT) til et romlig frekvensområde som har tidsenheter. I en utførelsesform vil algoritmen være en Fourier transformasjon. Andre algoritmer vil også kunne bli brukt. I det romlige frekvensområdet vil tiden være relatert til det romlige stedet langsmed det segmentet som er av interesse i det optiske fibret, eller den komponenten som er av interesse, og som vil være illuminert av inngangslyset. Amplituden for det resulterende lyset (for eksempel reflektert lys) ved en romlige tid vil være relatert til den informasjonen som blir sendt av komponenten ved det romlige stedet som hører til den ene romlige tiden. Et første sett med avlesninger eller målinger vil bli dannet ut fra de refleksjonene (eller de resulterende signalene) fra inngangslyset ved den konstante første optiske bølgelengden.

[0026]Ikke alle komponenter vil kunne bli avlest ved å anvende den konstante første bølgelengden fordi noen komponenter vil kunne reflektere (eller sende) lys bare delvis eller ikke i det hele tatt, ved den optiske frekvensen eller det båndet med optiske frekvenser som er knyttet til moduleringen av den første optiske frekvensen. Dermed vil den optiske frekvensen for inngangslyset bli endret til en vesentlig konstant andre optiske bølgelengde, hvor amplituden også vil ha blitt modulert med en frekvens som har blitt gjort tidsproporsjonal. I en utførelsesform vil amplituden for inngangslyset ved den andre bølgelengden ha blitt modulert på tilsvarende måte som modulering av inngangslyset ved den første frekvensen. Ved å anvende inngangslyset ved den andre bølgelengden, vil reflektert lys bli tatt i mot og transformert, ved anvendelse av FFTen, til det romlige området hvor målingen eller informasjonen fra hver komponent eller fibersegment vil være knyttet til et romlig sted. Et andre sett med avlesninger vil bli dannet fra refleksjonene fra inngangslyset ved den konstante andre frekvensen.

[0027]Etter at det andre settet med avlesninger har blitt utført, vil det bli utført et tredje sett med avlesninger med inngangslyset i en tredje, vesentlig konstant bølgelengde med tidsproporsjonal frekvens amplitudemodulering. Tilsvarende, fjerde, femte, sjette, og så videre, sett med avlesninger vil også kunne bli utført ved henholdsvis fjerde, femte, sjette, og så videre, konstante eller halv-konstante bølgelengder, som hver for seg vil være av tidsproporsjonal frekvens amplitudemodulering. Dermed vil det kunne bli oppnådd multiple sett med avlesninger ved å illuminere det optiske fibret 12 med en rekke lysinnganger, hvor hver lysinngang i rekken vil ha en vesentlig konstant unik bølgelengde og tidsproporsjonal frekvens amplitudemodulering, og som vil ta i mot refleksjoner fra lys (eller lyssignaler) som vil være knyttet til hver lysinngang i rekken. De multiple settene med avlesninger vil deretter kunne bli satt sammen inn i et sammensatt sett med avlesninger, og som tilveiebringer et komplekst datasett som inneholder, blant andre parametere, amplitude for refleksjonen (eller transmisjonen) og romlige stedsdata for hver av komponentene som er i optisk kommunikasjon med det optiske fibret.

[0028]Det utvalgte antall settet med avlesninger ved forskjellige konstante bølgelengder vil være avhengig av en rekke faktorer, så som bølgelengden for det optiske fibret, antallet optiske komponenter som er i kommunikasjon med det optiske fibret, en ønskelig oppløsning for avlesningen, og et dynamisk område som er knyttet til målinger eller informasjon som har blitt oppnådd fra hver av de optiske komponentene. Generelt vil oppløsning av avlesningene øke med reduksjonen av forskjellen mellom de konstante bølgelengdene for disse lysinngangene. Tilsvarende, vil avlesningenes oppløsning også øke ved å redusere forskjellen mellom frekvenstrinnene i den tidsproporsjonale frekvensmoduleringen.

[0029]Det vil nå bli gjort en henvisning til Fig. 1, som illustrerer et eksempel på de teknikkene som har blitt vist her. Fig. 1A viser aspekter av resulterende lyssignaler 6 på grunn av illumineringen av det optiske fibret. Hvert resulterende lyssignal 6 vil være knyttet til et lysinngang som har en unik optisk bølgelengde ÅN. Hvert av de resulterende lyssignalene 6 inkluderer komplekse amplitude- og fasedata. Moditil ModNrepresenterer frekvenser, gjennom hvilke amplitudemoduleringen av lysinngang av bølgelengde An vil være tidsproporsjonal.

[0030]Fig. 1B viser aspekter ved transformasjonen for de resulterende lyssignalene 6 inn i det romlige frekvensområdet. I det romlige frekvensområdet vil hvert resulterende lyssignal inkludere en størrelse ved et sted Xnlangs det optiske fibret. Vertikale stykker med data ved posisjoner X1 og X2 er vist i henholdsvis Fig. 1C og 1D. Disse vertikale stykkene med data vil være relatert til den parameteren som vil være estimert ved deres respektive romlige lokasjon. Hvilket vil kunne ses fra figurer 1C og 1D, vil en reduksjon av det mellomrommet som er mellom den optiske bølgelengden K-\ til ÅN føre til en høyere oppløsning av de signalene som blir benyttet til å estimere den parameteren som vil være av interesse. Det mellomrommet som er mellom de optiske bølgelengdene Åi til ÅN vil kunne være konstant eller varierende. For eksempel vil mellomrommet kunne bli redusert slik at oppløsningen ved et ønskelig sted langs det optiske fibret vil kunne bli øket. Mellomrommet vil kunne bli regulert automatisk eller for hånd. I noen anvendelser vil det kunne være ønskelig å foreta en spredning som har en grov oppløsning, og deretter følge opp med en spredning som har en finere oppløsning dersom for eksempel noen aspekter ved målingen av lysinngang skulle variere kontinuerlig, om enn langsommere enn endringen i frekvensen forden tidsproporsjonale amplitudemoduleringen.

[0031]Det vil nå kunne bli gjort en henvisning til Fig. 2. Fig. 1 illustrerer et forenklet skjematisk diagram ev et optisk følesystem 10. Det optiske systemet 10 innbefatter en optisk interrogator 11 som vil være i optisk kommunikasjon med et optisk fiber 12. Det optiske fibret 12 er vist festet til et foringsrør 4 som har blitt anordnet i et borehull 2 som penetrerer jorden 3. Foringsrøret 4 representerer hva som helst av utstyr, apparaturer eller materiale som det optiske fibret 12 vil kunne bli brukt av seg selv eller i sammenheng med en optisk måleanordning 13 som det skal utføres målinger på. Ikke-begrensende utførelsesformer av denne type målinger innbefatter trykk, temperatur, belastninger, kraft, akselerasjon og form. Den optiske interrogatoren 11 vil kunne være konfigurert for å kunne sende lysinngang 5 inn i det optiske fibret 12, og til å ta i mot reflektert lys 6, som mer generelt vil bli referert til som de resulterende lyssignalene 6.

[0032]Fortsatt med referanse til Fig. 2, vil det være et datamaskinbasert prosesseringssystem 14 koplet til den optiske interrogatoren 11. Det datamaskinbaserte prosesseringssystemet 14 vil kunne bli konfigurert for å kunne prosessere det reflekterte lyset 6 som vil være tilknyttet hver lysinngang 5, og som vil ha en unik bølgelengde for å kunne tilveiebringe det multiple settet med avlesninger. For eksempel vil det datamaskinbaserte prosesseringssystemet 14 kunne utføre FFTen på hvert sett av reflektert lys som blir tatt i mot. Det datamaskinbaserte prosesseringssystemet 14 vil kunne stå alene for seg selv, eller vil kunne være innlemmet inne i den optiske interrogatoren.

[0033]Den optiske interrogatoren 11 vil kunne være konfigurert som én enhet eller som multiple enheter. For eksempel, i en utførelsesform vil den optiske interrogatoren 11 kunne bli konfigurert som én enhet som innbefatter en lyskilde og en fotodetektor. Den optiske interrogatoren 11 i denne konfigurasjonen vil kunne sende lys inn i, og ta i mot lys ut fra, den samme enden av det optiske fibret 12. I en annen utførelsesform vil den optiske interrogatoren 11 kunne bli konfigurert som to enheter, hvor en første enhet vil innbefatte en lyskilde som vil kunne være konfigurert for å kunne sende lys inn i det optiske fibret 12 ved en første ende og en andre enhet som innbefatter en fotodetektor som vil være konfigurert for å kunne ta i mot de resulterende lyssignalene 6 fra den andre enden av det optiske fibret 12 (det vil si den enden som er motsatt fra der det sendte lyset var inngang).

[0034]Det vil nå kunne bli gjort en henvisning til Fig. 3. Fig. 3 viser aspekter ved den optiske interrogatoren 11. Den optiske interrogatoren 11 innbefatter en lyskilde 20 med innstillbar bølgelengde (eller en frekvens), og vil være konfigurert for å kunne generere en kontinuerlig bølge av inngangslyset 5 som har en vesentlig konstant første frekvens. For å kunne modulere lysinngang 5, vil den optiske interrogatoren 11 innbefatte en modulator som vil være i optisk kommunikasjon med den innstillbare lyskilden 20. Lysinngang 5 vil bli modulert (generelt som en sinus bølge) ved en første modulasjonsfrekvens. Frekvensen for moduleringen vil deretter bli gjort tidsproporsjonal av modulatoren 21 til en andre modulasjonsfrekvens eller andre frekvenser, generelt i en trinnvis endring, selv om andre typer av endringer eller tidsproporsjonaldannelser, så som lineært proporsjonalt, vil kunne bli brukt. Generelt vil modulasjonsfrekvensene være i radiofrekvensområdet, selv om andre frekvenser også vil kunne bli brukt, ned til null Hertz. Det reflekterte lyset 6 vil bli tatt i mot fra det optiske fibret 12 som kommer fra endringen i frekvensen for moduleringen. På grunn av den modulerte kontinuerlige bølgen med bølgeinngangen 5, vil det reflekterte lyset 6 kunne bli ansett for å være i frekvensområdet. Den optiske interrogatoren 11 vil kunne ha en lyskilde 20 som er innstillbar for å kunne tilveiebringe mer enn en optisk bølgelengde med lysinngang 5 eller multiple lyskilder 20, som hver for seg vil være konfigurert for å kunne tilveiebringe en eller flere optiske bølgelengde av lysinngang 5.

[0035]Fortsatt med referanse til Fig. 3, vil det reflekterte lyset 6 bli detektert av en lysdetektor 22, og deretter inverst transformert av det datamaskinbaserte prosesseringssystemet 14 ved å anvende en FFT inn i tidsområdet. Ved å erkjenne at tid vil kunne bli korrelert med et romlig sted ved hjelp av flukttid, vil dermed refleksjoner kunne bli korrelert til et romlig sted langs det optiske fibret 12 for å kunne produsere et første sett med målinger. Som omtalt ovenfor, kan det hende at det første settet med målinger ikke inkluderer refleksjoner fra alle de optiske komponentene som er i kommunikasjon med det optiske fibret 12 på grunn av begrensninger i frekvensområdet som vil være knyttet til tidproporsjonal modulering av den kontinuerlige bølgen av lysinngang 5.

[0036]Et andre sett med målinger vil deretter kunne bli utført av den optiske interrogatoren 11 for å få flere målinger av de(n) optiske komponenten(e) 13. For det andre settet med målinger vil den innstillbare lyskilden 20 sende ut en kontinuerlig bølge av lysinngangen 5 ved en vesentlig konstant andre frekvens. Inngangslyset 5 ved den andre frekvensen vil deretter bli modulert ved en tidsproporsjonal frekvens av modulatoren 21. I en utførelsesform vil den tidsproporsjonale frekvensmoduleringen kunne bli benyttet for det første settet med målinger, imidlertid vil en annen modulering kunne bli brukt for å få andre interrogasjonskarakteristikker.

[0037]Multiple sett med avlesninger vil kunne bli oppnådd ettersom den innstillbare lyskilden 20 vil være konfigurert for å kunne sende ut en rekke av lysinngangene 5 inn i det optiske fibret 12, hvor hver lysinngang 5 vil ha en unik bølgelengde. For å komplettere den innstillbare lyskilden 20, vil lysdetektoren 22 bli konfigurert til å kunne ta i mot det reflekterte lyset 6 som vil være knyttet til hver unike frekvens av lysinngangen 5. Det datamaskinbaserte prosesseringssystemet 14 vil kunne være konfigurert for å kunne kombinere de multiple settene med avlesninger inn i et sammensatt sett med avlesninger som vil tilveiebringe en ønskelig oppløsning og dynamisk område for avlesningene av de optiske komponentene (13).

[0038]Det vil kunne være inkludert, men dette er ikke vist for enkelhets skyld, i den optiske interrogatoren 11 av Fig. 3, forskjellige optiske anordninger som er kjent innen faget, så som spektrumsanalysator, strålesplitter, lyssirkulator, pådragsmåler, fasemåler, linse, filter og fiberoptisk koplingsenhet, for eksempel.

[0039]Det vil nå kunne bli gjort en henvisning til Fig. 4. Fig. 4 viser aspekter ved forskjellige optiske komponenter 13 som er i kommunikasjon med det optiske fibret 12. Utførelsesformer, som vil kunne tjene som eksempler, av de optiske komponentene 13 innbefatter distribuerte FBCer 30, en optisk koplingsenhet (eller skjøt) 31, en individuell sensor 32, og en defekt 33.

[0040]Fig. 5 presenterer ett eksempel på en fremgangsmåte 40 for å kunne estimere en parameter. Fremgangsmåten 50 kaller opp (trinn 51) en illuminering av det optiske fibret 12 med en rekke av lysinngangene 5, hvor hver av de lysinngangene 5 i rekken vil ha en vesentlig konstant unik bølgelengde og amplitudemodulering med en tidsproporsjonal frekvens for modulering. Videre vil fremgangsmåten (50) kalle opp (trinn 52) et mottak av lysrefleksjoner 6 som vil være knyttet til hver lysinngang 5 i rekken. Videre vil fremgangsmåten (50) kalle opp (trinn 53) en estimering av den parameteren fra lysrefleksjonene 6 som er knyttet til hver lysinngang 5 i rekken.

[0041]Det optiske sensorsystemet 10 vil kunne tilveiebringe flere fordeler i forhold til sensorsystemer av tidligere teknikk. En fordel vil være at en bruker vil kunne velge ut en oppløsning som skal kunne brukes for å kunne få avlesninger av de(n) optiske komponenten(e) 13. Avlesningene vil kunne fås over hundrevis av meter eller mer i det optiske fibret 12. En annen fordel vil være at det vil kunne bli avlest komponenter 13 over et bredt sensorområde. Og dessuten, enda en fordel er at det optiske sensorsystemet 10 vil være relativt immunt for vibrasjoner av det optiske fibret 12, siden bølgelengden for lysinngangen vil bli holdt vesentlig konstant samtidig med at det tilhørende reflekterte lyset 6 vil bli tatt i mot og prosessert. Enda en fordel vil være at det optiske sensorsystemet 10 vil være immunt for ulineæriteter som er relatert til tidsproporsjonalisering av bølgelengden for lysinnganger ved tidligere teknikks sensorsystemer, også fordi bølgelengden for lysinngangen 5 vil bli holdt vesentlig konstant samtidig med at det tilhørende reflekterte lyset 6 vil kunne bli tatt i mot og bli prosessert.

[0042]Hastigheten for det optiske sensorsystemet 10 vil kunne bli forbedret ved å utføre målinger med to lysinnganger 5 samtidig (det vil si i parallell). Når det skal bli gjort målinger i parallell, vil en lyskilde 20 kunne bli benyttet, som kan sende ut lys med to eller flere forskjellige bølgelengder på samme tid. Alternativt vil mer enn én lyskilde 20 kunne bli brukt, hvor hver enkelt lyskilde 20 vil kunne sende ut lys med en fast bølgelengde. I tillegg vil en hvilken som helst kombinasjon av lyskilder 20, som har emisjon av en fast bølgelengde eller som har emisjon av multiple bølgelengder, også kunne bli brukt.

[0043]Som støtte for de lærdommene som er her, vil forskjellige analysekomponenter kunne bli brukt, inkludert et digitalt og / eller et analogt system. Systemet vil kunne ha komponenter, så som en prosessor, lagringsmedier, minne, inngang, utgang, kommunikasjonskopling, brukergrenseflater, programvare, signalprosessorer (digitale eller analoge) og andre slike komponenter (så som resistorer, kondensatorer, induktorer og annet), for å kunne sørge for drift og analyser av apparaturen og de fremgangsmåtene som vil bli vist her, på en hvilken som helst av flere måter som vil være anerkjent innen faget. Det vil være ansett at disse lærdommene vil kunne bli, men behøver ikke bli, implementert i sammenheng med et sett av instruksjoner, som vil kunne bli utført av en datamaskin, og som vil kunne være lagret på et datamaskinavlesbart medium, inkludert minner (ROM, RAM), - optiske (CD-ROM), eller magnetiske (disk, hard disk), eller en hvilken som helst annen type som, når disse blir utført vil gjøre at en datamaskin vil implementere fremgangsmåten i henhold til den foreliggende oppfinnelsen. Disse instruksjonene vil kunne sørge for drift av utstyr, regulering, data innsamling og analyse, og andre funksjoner som vil være ansett for å være relevante for en systemkonstruktør, -eier, -bruker eller annet slikt personell, i tillegg til de funksjonene som har blitt beskrevet i denne beskrivelsen.

[0044]Videre vil forskjellige andre komponenter kunne være innbefattet og bli påkalt for å kunne tilveiebringe for aspekter ved de lærdommene som har blitt vist her. For eksempel vil det kunne være inkludert en strøm- / kraftforsyning (for eksempel minst et av følgende: en generator, en fjernforsyning og et batteri), kjøleenhet, oppvarmingsenhet, bevegende kraft (så som en translasjonskraft, propellkraft eller en rotasjonskraft), magnet, elektromagnet, sensor, elektrode, transmitter, mottager, antenne, kontroller, optisk enhet, elektrisk enhet eller elektromagnetisk enhet, som støtte for de forskjellige aspektene som har blitt omtalt her eller som støtte for andre funksjoner som vil kunne gå utover det som har blitt beskrevet her.

[0045]Elementer av utførelsesformene har blitt introdusert med enten artiklene «en» eller «et». Artiklene er ment å bety at det vil finnes ett eller flere av de elementene. Uttrykkene «inkludert», «innbefattet» og «som har» er ment å være inkluderende slik at det vil kunne finnes ytterligere elementer enn de elementene som har blitt listet opp. Konjunksjonen «eller», når den blir brukt sammen med en liste av minst to uttrykk, er ment å bety et hvilket som helst uttrykk eller kombinasjon av uttrykk. Uttrykkene «første», «andre», «tredje» og så videre, har blitt brukt til å skille elementene og har ikke blitt brukt for å benevne en bestemt rekkefølge.

[0046]Det vil kunne erkjennes at de forskjellige komponentene eller teknologiene vil kunne tilveiebringe visse nødvendige eller fordelaktig funksjonalitet eller særtrekk. Følgelig vil disse funksjonene og særtrekkene, slik som det vil være behov for som støtte for de vedføyde krav og varianter av disse, kunne bli anerkjente for å kunne være iboende innbefattet som en del av de lærdommene som er her, og som en del av den oppfinnelsen som har blitt vist.

[0047]Mens oppfinnelsen har blitt beskrevet med henvisning til de utførelsesformene som vil kunne tjene som eksempler, vil det kunne bli forstått at forskjellige endringer vil kunne bli gjort, og ekvivalenter vil kunne bli substituert for elementer derav, uten å måtte avvike fra omfanget ved denne oppfinnelsen. I tillegg vil mange modifikasjoner kunne være anerkjente for å kunne tilpasse et spesielt instrument, situasjon eller materiale til de lærdommene som er ved oppfinnelsen, uten å måtte avvike fra det essensielle omfanget derav. Av denne grunn vil det være meningen at oppfinnelsen ikke skal være begrenset til den særskilte viste utførelsesformen, som den beste modusen som er tenkt ut for å kunne utføre denne oppfinnelsen, men at oppfinnelsen vil innbefatte alle utførelsesformer som faller innenfor omfanget av de vedføyde kravene.

Claims

1. En apparatur for å kunne estimere en parameter, der apparaturen vil være omfattet av: et optisk fiber; en komponent som er i kommunikasjon med det optiske fibret og som vil være konfigurert til å kunne vekselvirke med lys ved en bølgelengde som er relatert til parameteren; og en optisk interrogator som er kommunikasjon med det optiske fibret og som vil være konfigurert for å kunne: illuminere det optiske fibret med en rekke av lysinngang, hvor hver lysinngang i rekken vil ha en vesentlig konstant unik optisk bølgelengde og tidsproporsjonal amplitudemodulasjon; og ta i mot et resulterende lyssignal som vil være knyttet til hver lysinngang i rekken; hvori de resulterende lyssignalene som er knytter til rekken med lysinnganger vil bli brukt til å estimere parameteren.

2. Apparatur i henhold til krav 1, hvori det vil være en konstant differanse som separerer tilgrensende unike bølgelengder for lysinngangene i rekken.

3. Apparatur i henhold til krav 2, hvori den konstante differansen blir valgt ut for å kunne oppnå en utvalgt oppløsning av parameteren.

4. Apparatur i henhold til krav 1, hvori lysinngangene vil omfatte et område av bølgelengder som er valgt ut for å kunne oppnå et utvalgt dynamisk område av parameteren.

5. Apparatur i henhold til krav 1, hvori den tidsproporsjonale frekvens amplitudemodulasjonen for hver lysinngang i rekken er den samme.

6. Apparatur i henhold til krav 1, hvori den tidsproporsjonale frekvens amplitudemodulasjonen vil bli utført ved frekvenser som er i et område av radiofrekvenser.

7. Apparatur i henhold til krav 1, hvori den tidsproporsjonale frekvens amplitudemodulasjonen vil være omfattet av en trinnvis frekvensendring i frekvens.

8. Apparatur i henhold til krav 1, hvori den optiske interrogatoren vil være omfattet av en innstillbar lyskilde som har blitt konfigurert for å tilveiebringe rekken med lysinnganger.

9. Apparatur i henhold til krav 8, hvori den optiske interrogatoren vil være omfattet av en modulator som har blitt konfigurert for å kunne modulere amplituden for hver lysinngang i rekken med en tidsproporsjonal frekvens.

10. Apparatur i henhold til krav 1, hvori parameteren vil være omfattet av minst et av følgende: trykk, temperatur, belastning, kraft, akselerasjon, form, og en optisk respons fra det optisk fibret.

11. Apparatur i henhold til krav 1, hvori komponenten vil være omfattet av minst et av følgende: fiber Bragg gitter (FBG), en flerhet av distribuerte FBG'er, en koblingsenhet for det optiske fibret, en defekt i det optiske fibret, og minst et segment av det optiske fibret.

12. Apparatur i henhold til krav 1, som videre vil være omfattet av en prosessor som vil være konfigurert for å kunne transformere det resulterende lyssignalet som er knyttet til hver lysinngang i rekken fra et optisk frekvensområde inn i et romlig frekvensområde for å tilveiebringe et målingssett som svarer til hver lysinngang i rekken.

13. Apparatur i henhold til krav 12, hvori prosessoren videre vil være konfigurert for å kunne korrelere hvert resulterende lyssignal i hvert målingssett til et romlig sted langs det optiske fibret.

14. Apparatur i henhold til krav 13, hvori prosessoren videre vil være konfigurert for å kunne sette sammen målingssettene til et sammensatt målingssett som vil være omfattet av en størrelse og et romlig sted for hvert resulterende lyssignal som har blitt tatt i mot fra det optiske fibret.

15. Apparatur i henhold til krav 1, hvori det optiske fibret vil være konfigurert for å kunne bli anordnet i et borehull som penetrerer jorden.

16. En fremgangsmåte for å kunne estimere en parameter, der fremgangsmåten vil være omfattet av å kunne: illuminere det optiske fibret med en rekke av lysinngang, ved anvendelse av en optisk interrogator, og hvor hver lysinngang i rekken vil ha en vesentlig konstant unik optisk bølgelengde og tidsproporsjonal amplitudemodulasjon; ta i mot et resulterende lyssignal som vil være knyttet til hver lysinngang i rekken, ved anvendelse av den optiske interrogatoren; estimere parameteren fra de resulterende lyssignalene som er knyttet til rekken med lysinnganger; hvori en komponent vil være i kommunikasjon med det optiske fibret og vil være konfigurert for å kunne vekselvirke med lys ved en bølgelengde som er relatert til parameteren.

17. Fremgangsmåte i henhold til krav 16, som videre vil være omfattet av en transformasjon av de resulterende lyssignalene som er knyttet til rekken av lysinngang fra et frekvensområde inn i et romlig frekvensområde for å kunne tilveiebringe et målingssett som svarer til hver lysinngang i den rekken.

18. Fremgangsmåte i henhold til krav 17, hvori en rask Fourier transformasjon vil bli brukt til å utføre transformasjonen.

19. Fremgangsmåte i henhold til krav 17, som videre vil være omfattet av en korrelering av hvert resulterende lyssignal i hvert målingssett til et romlig sted langs det optiske fibret og sette sammen målingssettene til et sammensatt målingssett som vil være omfattet av en størrelse og et romlig sted for hver refleksjon som har blitt tatt i mot fra det optiske fibret.

20. Fremgangsmåte i henhold til krav 16, hvori lysinngangene vil være inngang inn i og vil bli tatt i mot fra den samme enden av det optiske fibret.

21. Fremgangsmåte i henhold til krav 16, hvori lysinngangene vil være inngang inn i det optiske fibret ved den første enden av det optiske fibret og de resulterende lyssignalene vil bli tatt i mot fra den andre enden av det optiske fibret.

22. Et datamaskinavlesbart medium som har instruksjoner, som kan utføres av en datamaskin, for å kunne estimere en parameter ved å implementere en fremgangsmåte som vil innbefatte: å illuminere et optisk fiber med en rekke lysinnganger, hvor hver lysinngang i rekken vil ha en vesentlig konstant unik bølgelengde og tidsproporsjonal frekvens amplitude modulasjon, hvori det optiske fibret vil være i kommunikasjon med en komponent som vil være konfigurert for å kunne vekselvirke med lys ved en bølgelengde som er relatert til parameteren; å ta i mot et resulterende lyssignal som hører til hver lysinngang i rekken; og å estimere parameteren fra de resulterende lyssignalene som hører til rekken med lysinnganger.