[发明专利]参数感测和监测

说明书

本发明涉及用于监测与结构相关的至少一个参数的方法和装置。特别但不完全地，本发明涉及一种用于监测位于结构上或中的光纤系统的方法，从而获得表示结构中的应变和/或温度的数据。

有许多技术领域中，不时地或连续地监测与结构相关的一个或多个参数是有用的。例如，不时地，应重复或连续地监测桥梁、路面、地面区域、灯柱、风力发电机叶片、游艇桅杆、悬挂电源电缆等，使得能够识别表示结构的任何潜在问题的信息，然后采取补救行动。

希望进行监测的另一种类型的结构是，在海上生产领域中的石油和天然气工业中使用的类型的无粘结柔性管。这种柔性管包括其一个或多个端部具有端部配件的一段柔性管体。柔性管可以用作流动线（flow line）、立管、跳线（jumper）等。日益需要监测这种管道的动态行为。监测应变（张力，strain）和/或温度和/或一些其它参数是评估管道的过去、当前和/或未来性能的方法。

对于所有结构，将会经历许多不同力。这可能会导致非常复杂的负载，并包括但并不限于；自重、内部压力、张紧力（tension）、涡激振动、弯曲、扭曲等。

已建议用于监测与这种结构相关的参数的一种方法是，使用光纤系统。光纤可以用作应变测量仪、温度计、温度指示器，且可进行应变测量，这可根据光纤被探测且区域/传感器布置在光纤中的方式而被局部化、分布或半分布。WO2009/068907公开了一种方法，其中，光纤可绕柔性管螺旋缠绕，且可确定从与管道相关的参数中采集的某些测量，所述专利的公开内容整体并入本文。

虽然这样的系统确实可使与管道相关的某些参数得以确定，但是该光学系统能够使用的范围受到限制。其中一个原因是，光纤本质上是比较脆弱的，并且如果正被监测的基础结构很容易出现大量的机械运动，则可在光纤中引起机械应力和应变，导致产生纤维故障。

因此，到目前为止，光纤用途受到的限制是，对于光纤运动的不适当的限制。

此外，虽然光纤螺旋地缠绕在结构（如在WO2009/068907中所示的柔性管）的主体周围的方法可一定程度地减少通过光纤看到的峰值应变，但是其本质上的限制在于，如果一段螺旋线与所使用的光时域反射仪/光时域分析仪系统的辨别长度配合不良，则它们不可沿单一轴线而用于在周向不连续结构上应用的测量或提供准确数据。

根据制造商的建议，基于光纤电缆的极限拉伸应变（UTS）的应变限制目前处于1％的范围内。因此，使用市售的光纤来测量1％以上的应变需要一种方法，其可减少纤维经受的应变量，从而提高其测量超出其UTS限值的应变水平的能力。

本发明的目的是，至少部分地缓解上述问题。

本发明的某些实施例的目的是，提供一种方法，用于减缩光纤经受的应变，从而在监测系统的任何部件没有故障的情况下，使得基础结构可被拉紧，且该应变可被监测和测量。

本发明的某些实施例的一个目的是，提供一种装置和方法，用于监测与细长结构（诸如但不限于，柔性管、涡轮机叶片、飞机机翼、游艇桅杆等）相关的参数。

本发明的某些实施例的目的是，提供一种基于光纤的参数测量/监测系统，该系统提供了一个很好的分辨度，也就是说，提供了目标结构的每个单位长度的大量数据点，另外还有，将所经历的应变从光纤监测系统的基础结构去耦。

本发明的某些实施例的目的是，提供一种局部化、半分布或分布的应变测量系统，其能够利用光纤系统中的布拉格光栅（Bragg gratings）和/或布里渊散射（Brillouin scattering）。

本发明的某些实施例的目的是，提供一种方法和装置，用于监测与基础结构相关的温度和/或应变和/或其它一些参数。

根据本发明的第一方面，提供了一种装置，用于监测与细长结构相关的至少一个参数的装置，所述装置包括：

沿与细长目标结构相关的纵向结构轴线设置的至少一个细长支撑体元件；和沿与至少一个支撑体元件相关的纵向主体元件轴线基本上螺旋设置的至少一个光纤元件。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于监测与细长结构相关的至少一个参数，其包括以下步骤：提供沿与细长目标结构相关的纵向结构轴线的至少一个细长支撑体元件，其包括沿与主体元件相关的纵向主体元件轴线基本上螺旋设置的至少一个光纤元件；以及经由感测系统，监测与纤维元件相关的至少一个特征，所述特征表示与细长结构相关的参数。