ВНУТРИСКВАЖЕННЫЙ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ТЕМПЕРАТУРЫ

Полезная модель относится к измерительной технике, предназначена для непрерывного измерения температуры различных физических сред и может быть использована, в частности, для измерения температуры на внутренней поверхности стенки скважины.
Известно устройство для исследования скважины по инфракрасному излучению [RU 2315179, C1, E21B 47/00, E21B 47/06, 20.01.2008], состоящий из оптического волокна с записанной вблизи его свободного торца волоконной решетки Брэгга и, по меньшей мере, одной трубки из фторопласта, соединенных между собой посредством клея.
Недостатком устройства является его относительно узкие функциональные возможности, поскольку не обеспечивается определения температурного профиля внутренней поверхности стенки скважины.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному является волоконно-оптический датчик температуры [RU 140576, U1, G01K 11/32, 10.05.2014], содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде волоконно-оптического световода с полиамидным покрытием и с записанной в нем волоконно-оптической решеткой Брэгга, при этом, он снабжен корпусом, представляющим собой электрокорундовый или шамотный тигель, причем, внешняя стенка тигля выполнена либо гладкой и световод расположен непосредственно на его внешней стенке, либо со спиралевидным каналом, внутри которого по всей длине расположен световод, в котором записано не менее двух спектрально- и пространственно-разнесенных волоконно-оптических решеток Брэгга и он закреплен в спиралевидном канале или на внешней стенке корпуса в некоторых точках без предварительного натяжения и без деформаций при креплении в свободно подвешенном состоянии, точки крепления определены местами расположения волоконно-оптических решеток Брэгга в световоде, которые расположены в вертикальной проекции на одной линии, образуя вертикальный массив, а свободный конец световода имеет термоизоляцию до точки ввода его в корпус датчика и один конец датчика герметично соединен с системой измерения, оснащенной источником вводимого в волоконно-оптический световод оптического излучения и средствами измерений параметров оптического излучения - спектра отражения волоконно-оптических решеток Брэгга, возвратившегося из волоконно-оптического световода.
Недостатком устройства является его относительно узкие функциональные возможности, поскольку не обеспечивается определения температурного профиля внутренней поверхности стенки скважины.
Задача, которая решается в предложенной полезной модели, направлена на расширение функциональных возможностей путем определения температурного профиля внутренней поверхности стенки скважины.
Требуемый технический результат заключается в расширении функциональных возможностей.
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что, в устройстве, содержащем цилиндрический корпус, измерительный элемент и волоконно-оптический световод со средствами ввода в волоконно-оптический световод излучения от оптического источника излучения и вывода в измерительный элемент отраженного из волоконно-оптического световода оптического излучения, а также термочувствительные элементы, выполненные в виде участков упомянутого волоконно-оптического световода с записанными на этих участках волоконно-оптическими решетками Брэгга, согласно полезной модели, волоконно-оптический световод закреплен на внутренней поверхности цилиндрического корпуса в виде змейки из вертикальных витков, на каждом из которых размещен соответствующий ему термочувствительный элемент, цилиндрический корпус выполнен из теплопроводного материала, а измерительный элемент выполнен в виде стробируемого спектрометра, причем, в волоконно-оптический световод вводится излучение от импульсного источника оптического излучения, который синхронизирован со стробируемыи спектрометром.
На чертеже представлена функциональная схема внутрискваженного волоконно-оптического датчика температуры.
Внутрискваженный волоконно-оптический датчик температуры содержит цилиндрический корпус 1, волоконно-оптический световод 2, а также термочувствительные элементы 3, выполненные в виде участков упомянутого волоконно-оптического световода с записанными на этих участках волоконно-оптическими решетками Брэгга, причем, волоконно-оптический световод 2 закреплен на внутренней поверхности цилиндрического корпуса 1 из теплопроводного материала в виде змейки из вертикальных витков, на каждом из которых размещен, по крайней мере, один соответствующий ему термочувствительный элемент 3.
Число термочувствительных элементов 3 может быть несколько на каждом витке, что позволяет снимать профиль температур не только по горизонтали, но и по вертикали, т.е. получать развертку распределения температур по поверхности цилиндрического корпуса 1.
Кроме того, внутрискваженный волоконно-оптический датчик температуры снабжен измерительным элементом 4 и средствами 5 ввода в волоконно-оптический световод 2 импульсного оптического излучения и вывода из волоконно-оптический световода 2 отраженного импульсного оптического излучения с последующей подачей в измерительный элемент 4.
Во внутрискваженном волоконно-оптическом датчике температуры средства 5 ввода в оптический световод 2 импульсного оптического излучения и вывода из него отраженного импульсного оптического излучения могут быть выполнены, в частности, в виде последовательно соединенных источника 6 импульсного оптического излучения (лазера) и оптического разделителя 7, работающего по принципу полупрозрачного зеркала.
Измерительный элемент 4 внутрискваженного волоконно-оптического датчика температуры, в частном случае, может быть выполнен в виде последовательно соединенных генератора 8 стробирующего импульса и анализатора 9 спектра, причем, генератор 8 стробирующего импульса и источник 6 импульсного оптического излучения выполнены взаимно синхронизированными, а вход анализатора 9 спектра оптически соединен с выходом оптического разделителя 7.
Работает внутрискваженный волоконно-оптический датчик температуры следующим образом.
Излучение источника 6 импульсного оптического излучения (лазера) через оптический разделитель 7 водят в волоконно-оптический световод 2.
По длине волоконно-оптического световода 1 распределены термочувствительные элементы 3, выполненные в виде участков упомянутого волоконно-оптического световода с записанными на этих участках волоконно-оптическими решетками Брэгга. На каждом витке размещен, по крайней мере, один соответствующий ему термочувствительный элемент 3, как это показано на чертеже. Но число термочувствительных элементов 3 может быть несколько на каждом витке, что позволяет снимать профиль температур не только по горизонтали, но и по вертикали, т.е. получать развертку распределения температур по поверхности цилиндрического корпуса 1. Каждая волоконно-оптическая решетка Брэгга своей является спектральным фильтром, полосы отражения которых, а следовательно и число опорные волоконно-оптических решеток Брэгга, преимущественно равномерно располагают по заданному спектру излучения, который выбирают из требуемого диапазона измеряемых температур. При изменении температуры спектральные кривые волоконно-оптических решеток Брэгга смещаются в том или ином направлении, приводя к изменению уровня выходных сигналов анализатора 9 спектра, которые фиксируют уровень сигналов в спектре отраженного оптического излучения.
Источник 6 импульсного оптического излучения (лазер) синхронизирован с генератором 8 стробирующего импульса, вырабатывающий эти импульсы в моменты времени, которые соответствуют приходу отраженных импульсов от термочувствительных элементов 3. Скорость света в волоконно-оптического световоде 1 пропорциональна показателю преломления сердцевины, который постоянен по длине. Таким образом, по частоте отраженного импульса, фиксируемого анализатором 9 спектра в соответствующие моменты времени, можно судить о температурах в точках установки соответствующих термочувствительных элементов 3. Пространственное разрешение пропорционально импульсу света, вводимому в оптическое волокно. Число термочувствительных элементов 3 может быть несколько на каждом витке, что позволяет снимать профиль температур не только по горизонтали, но и по вертикали, т.е. получать развертку распределения температур по поверхности цилиндрического корпуса 1, что соответствует развертке распределения температур по внутренней поверхности стенки скважины.
Таким образом, благодаря введению дополнительных технических средств (в частности, тем, что, волоконно-оптический световод закреплен на внутренней поверхности цилиндрического корпуса в виде змейки из вертикальных витков, на каждом из которых размещен соответствующий ему термочувствительный элемент, цилиндрический корпус выполнен из теплопроводного материала, а измерительный элемент выполнен в виде стробируемого спектрометра, причем, в волоконно-оптический световод вводится излучение от импульсного источника оптического излучения, который синхронизирован со стробируемыи спектрометром) достигается требуемый технический результат, заключающийся в расширении функциональных возможностей, поскольку обеспечивается не только определение температуры в отдельной точке, а определяется температурный профиль внутренней поверхности стенки скважины.