专利名称：用于流体和/或气体速度测量的光纤传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于流体/气体速度测量的光纤传感器，所述光纤传感器能 够应用于流体/气体流动测量系统，并且可以用于水或天然气消耗监测，尤 其是用于意欲供管道和油/气井中的流体/气体流动监测使用的测量系统。
背景技术：
光纤传感器已知用作以沿光纤设置的网格为基础的转换器(光波导
管)(US 6271766， G 01 D 5/353, 07.08. 2001)。
在已知的装置中，以光纤栅格形式的每一光纤学转换器取决于它的空 间周期而反射不同的波长。来自光发射体的宽带光信号沿光纤传播，并且 每一转换器反射处于某一波长带的部分此信号。反射的波进入到谐波分析 器中。具体地，纤维间的布拉格网格(inter-fiberBragg，slattices)被用作光纤 转换器。
已知的工程解决办法意欲用于监测油或气井环境中的各种电-物理参 数，g卩，介质压力和温度、介质流动振动。
此装置的缺点在于，用于此装置的光纤传感器不能对气体/流体流动速 度的变化进行监测。
一种包括至少一个布拉格纤维网格的光纤气体/流体流动速率测量传 感器按照其工程实质而成为与所要求保护的本发明最接近的发明(US 20050145039, G 01 F 1/00, 07.07.2005)。该已知的工程解决办法的特征在于 一种用于流体/气体流率测量的光纤传感器，并且该解决办法包括含布拉格 纤维网格的光纤(纤维光波导管)。
该己知光纤的缺点在于对控制参数中的轻微变化的灵敏性。
发明内容
3本发明旨在开发和生产一种性能数据改进的光纤气体/流体流率测量 传感器。
从工程的观点，此任务的解决将使得传感器灵敏性增加。
本工程结果是通过提供用于光纤气体/流体流率测量传感器的布拉格 纤维网格实现的，所述光纤气体/流体流率测量传感器包含至少一个布拉格 纤维网格，以及机械应力集中器，所述的机械应加力在光纤内在光纤与气 体/流体流相互作用期间产生。
本发明的区别性特征在于，布拉格纤维网格备有机械应力集中器，所 述的机械应力在光纤内在光纤与气体/流体流相互作用期间产生。结果，在 气体/流体流率轻微改变时，光纤中的机械应力以及因而布拉格纤维网格中 的机械应力显著增加，因而导致反射波的频率改变。
有利的是，机械应力集中器以其横截面尺寸大于光纤直径的元件形式 制备，所述机械应力集中器被放置在布拉格网格附近。
有利的是，机械应力集中器应当具有空气动力学形状，例如球体或椭 圆体。
有利的是，将布拉格网格放置在可以以空心圆筒体或管的形式的保护
壳体(protective enclosure)中。
优选地，光纤应当备有由金属、碳、陶瓷、塑料或聚酰胺制成的保护 壳体。
图1显示根据本发明生产的光纤气体/流体流率测量传感器布置；和 图2显示用于光纤(光波导管)和布拉格网格在壳体中的固定的选择。
具体实施例方式
图1中所示的光纤气体/流体流率测量传感器包括光纤(光波导管)(l);
至少一个布拉格纤维网格(2);以及空气动力学形状的机械应力集中器(3)。 按照图2，光纤气体/流体流率测量传感器备有保护壳体(4)。 其中具有至少一个布拉格纤维网格(2)的光纤是该传感器的基础。布拉
格纤维网格(2)是沿光纤(l)分布并且受气体/流体流影响的敏感元件；结果，
4产生在光纤(1)和布拉格纤维网格(2)中的机械应力。在稳定状态下，即在受 控的气体/流体的恒定流率下，布拉格纤维网格(2)的周期是稳定的。布拉 格纤维网格(2)中的机械应力由在流动的流体/气体和位于流中的光纤(l)之 间出现的摩擦力产生。光纤(1)备有安装在布拉格纤维网格(2)附近的机械应
力集中器。气体/流体流率一旦改变，布拉格纤维网格(2)的空间周期就也
改变，这反过来改变了反射波的频率。机械应力集中器的安装引起了布拉 格纤维网格的空间周期的更显著变化。从布拉格纤维网格反射的信号进入 到接收器例如谐波分析器中。
按照所建议的发明，该传感器可以是电缆或测井系统的一部分，其可 以安装在永久基础上的管道中或在测量正在进行时的管道中。
按照所建议的发明，该传感器可以通过在应用己知技术的情况下使用 任意已知方法制造，并且不需要特殊的设备或成套装备。
权利要求
1. 一种光纤气体/流体流率测量传感器，其包括含有至少一个布拉格纤维网格的光纤，其中所述布拉格纤维网格备有机械应力集中器，所述的机械应力在光纤与气体/流体流相互作用期间在光纤内产生。
2. 根据权利要求1所述的传感器，其中所述机械应力集中器以其横截 面尺寸大于光纤直径的元件形式制成，并且被放置在布拉格网格附近。
3. 根据权利要求1所述的传感器，其中所述机械应力集中器具有空气 动力学形状。
4. 根据权利要求2所述的传感器，其中所述机械应力集中器具有球体 或椭圆体-样形状。
5. 根据权利要求1所述的传感器，其中布拉格纤维网格被放置到保护 壳体中。
6. 根据权利要求5所述的传感器，其中所述保护壳体被制成空心圆筒 体或管。
7. 根据权利要求1所述的传感器，其中光纤安置有保护涂层。
8. 根据权利要求7所述的传感器，其中所述保护涂层由金属制成。
9. 根据权利要求7所述的传感器，其中所述保护涂层由碳制成。
10. 根据权利要求7所述的传感器，其中所述保护涂层由陶瓷制成。
11. 根据权利要求7所述的传感器，其中所述保护涂层由塑料制成。
12. 根据权利要求7所述的传感器，其中所述保护涂层由聚酰胺制成。
全文摘要
本发明涉及光纤流体/气体流率测量传感器，并且用于气体/流体流动测量系统，以及可以用于水或天然气消耗监测，尤其是用于意欲供管道和油/气井中的流体/气体流动监测使用的测量系统。所述传感器包括含有至少一个布拉格纤维网格的光纤，其中所述布拉格纤维网格备有至少一个机械应力集中器，所述的机械应力在光纤内在光纤与气体/流体流相互作用期间产生。结果，所述传感器灵敏性增加。
文档编号G02B1/10GK101509790SQ200810009949
公开日2009年8月19日 申请日期2008年2月15日 优先权日2008年2月15日
发明者伊万·尼科林, 吾拉蒂米尔·捷尔特奇伊, 扬·库恩·德希泽勒 申请人:普拉德研究及开发股份有限公司