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[pt] MONITORAMENTO DE RISERS FLEXÍVEIS COM SENSORES A FIBRA ÓPTICA / [en] MONITORING FLEXIBLE RISERS WITH OPTICAL FIBER SENSORS20 October 2011 (has links)
[pt] O interesse no monitoramento da integridade estrutural de risers flexíveis
tem crescido significativamente nos últimos anos. Para dutos que já estão
atingindo sua vida de projeto, sistemas de monitoramento podem fornecer
alertas antecipados de possíveis falhas e também auxiliar o operador na
programação de paradas para manutenção. Diferentes técnicas estão sendo
testadas pelos operadores de dutos flexíveis tais como inspeção visual
automatizada, monitoramento de vibrações e emissão acústica, além de técnicas
baseadas em métodos eletromagnéticos. Algumas destas técnicas já estão
sendo implementadas em unidades de exploração e produção marítimas no
Brasil e em outros países. A presente contribuição aborda o monitoramento
contínuo e em tempo real utilizando sensores a fibra óptica (Redes de Bragg)
para detectar a ruptura dos arames nas armaduras de tração de risers flexíveis.
Duas linhas são seguidas, monitoramento direto e monitoramento indireto. O
monitoramento indireto consiste na instrumentação da capa polimérica do riser,
de forma não intrusiva, e avalia possíveis alterações na mesma, causadas pelo
rompimento dos arames. Para isso foi desenvolvido um transdutor, denominado
Colar 3D, capaz de detectar variações no diâmetro externo, elongação e torção
no duto. A técnica de monitoramento direto é denominada MODA
(Monitoramento Óptico Direto nos Arames). Nesta técnica os arames são
instrumentados individualmente com os sensores ópticos, que monitoram as
tensões/deformações dos mesmos, assim, rompimentos de arames e
comportamentos inesperados podem ser facilmente detectados. Resultados de
ensaios em escala real mostraram que a probabilidade de detecção do
monitoramento indireto aumenta significativamente quando o sistema é
empregado em conjunto com outros tipos de monitoramento indireto. Os
resultados de laboratório para o monitoramento direto apontaram alta
sensibilidade e confiabilidade do sistema, que já foi instalado em três
plataformas operadas pela Petrobra na Bacia de Campos. / [en] The interest in structural health monitoring of flexible risers has grown
significantly in recent years. For ducts that are already reaching their design life,
monitoring systems can provide early warnings of potential failures and also
assist the operator in scheduling downtime. Different techniques are being tested
by operators of flexible pipes such as automated visual inspection, vibration
monitoring and acoustic emission, in addition to techniques based on
electromagnetic methods. Some of these techniques are already being
implemented in units of maritime exploration and production in Brazil and other
countries. This contribution discusses the continuous monitoring and real-time
using optical fiber sensors (FBGs) to detect the breaking of wires in the tensile
armor of flexible risers. Two lines are followed, direct monitoring and indirect
monitoring. The proposed indirect monitoring technique consists in the nonintrusive
instrumentation of the riser’s polymeric outer sheath, which will provide
strain signals that change due to the breaking of wires in the armor layer. For
that, a transducer capable of detecting variations in the outer diameter, as well as
stretching and twisting in the duct was developed. In the direct monitoring
technique, all the wires in the external armor layer are individually instrumented
with optical sensors that continuously monitor their strains, so that any
disruptions of wires and unexpected behavior can be easily detected. Results of
full scale laboratory tests showed that the probability of detection of indirect
monitoring increases significantly when the system is used in conjunction with
other types of indirect monitoring. The laboratory results for the direct monitoring
showed high sensitivity and reliability of the system, which has already been
installed in three oil rigs operated by Petrobras in the Campos Basin.
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[en] CONTROL OF THE SATURATION POWER OF SEMICONDUCTOR OPTICAL AMPLIFIERS IN PULSED REGIME / [pt] CONTROLE DE POTÊNCIA DE SATURAÇÃO DE AMPLIFICADORES ÓPTICOS SEMICONDUTORES EM REGIME PULSADOGRETER CAPOTE MASTRAPA 25 April 2016 (has links)
[pt] A crescente demanda do uso de sistemas de comunicação óptica, seja
pelo aumento do número de usuários ou pela quantidade de informação enviada,
requer um aumento substancial na necessidade de desenvolvimento de
novos sistemas e componentes. A reectometria óptica no domínio do tempo
(OTDR) é a técnica mais empregada para detecção de falhas em enlaces de
fibra óptica. Em alguns tipos de rede óptica, como é o caso das redes ópticas
passivas (PONs), as perdas nos enlaces são muito elevadas devido à presença
de splitters, que dividem o sinal para cada usuário (no cenário FTTH) ou
cada grupo de usuários (FTTB / FTTA), o que diminui consideravelmente a
máxima distância atingida pelo OTDR. Em termos de componentes aplicados
à comunicação óptica, aqueles utilizados para a amplificação óptica são de
grande importância. Entre eles estão presentes os amplificadores ópticos de
semicondutores. Uma forma de vencer as limitações impostas pelas altas
perdas está no emprego de um amplificador óptico semicondutor (SOA), que
ao mesmo tempo amplifica o sinal e funciona como uma chave, inibindo a
emissão de ASE nos intervalos entre os pulsos do OTDR. Ainda assim, o
ganho adicional pode ser insuficiente devido à baixa potência de saturação
do SOA. Neste trabalho, será desenvolvido experimentalmente um método
para superar a limitação de saturação de um SOA e permitir maiores ganhos
de amplificação para pulsos de OTDR. O conceito básico consiste em
se aproveitar do fato de que o ciclo de uso de um OTDR é relativamente
baixo, o que permite subdividir os pulsos em sub-pulsos, amplificá-los um a
um e depois recombiná-los, de forma transparente ao OTDR. Com base na
ideia proposta acima, nesta dissertação de mestrado terão avaliados métodos
usando a polarização e o comprimento de onda dos pulsos. / [en] The growing demand of using optical communication systems, either by
increasing the number of users or the amount of information sent, requires a
substantial increase in the need to develop new systems and components. The
optical time domain re
ectometry (OTDR) is the most common technique
for detecting faults in fiber optic links. In some types of optical network,
such as passive optical networks (PONs), losses in the links are very high
due to the presence of splitters that divide the signal to each user (in FTTH
scenario) or each user group ( FTTB / FTTA), which considerably reduces
the maximum distance reached by the OTDR. In terms of components used
for optical communication, those used for optical amplification is of great
importance. Among them are present optical semiconductor amplifiers. One
way to overcome the limitations imposed by high losses is the use of a
semiconductor optical amplifier (SOA), which at the same time amplifies the
signal and acts as a key, inhibiting the emission ASE in the intervals between
the OTDR pulses. Still, the additional gain may be insufficient due to low
saturation power SOA. This work will develop experimentally a method to
overcome the limitation of saturation of an SOA and allow higher amplification
gains for OTDR pulse. The basic concept is to take advantage of the fact that
the use of an OTDR cycle is relatively low, which allows to split the pulses into
sub-pulses, amplify them one by one and then recombine them in a transparent
manner to the OTDR. Based on the idea proposed above, this master thesis
will be evaluated using methods polarization and wavelength of the pulses.
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[en] STUDY OF DIFFUSION OF HYDROGEN IN OPTICAL FIBERS / [pt] ESTUDO DA DIFUSÃO DO HIDROGÊNIO EM FIBRAS ÓPTICASHENRIQUE FREIRE DE ANDRADE MASELLI PENNA 22 January 2015 (has links)
[pt] A Indústria do Petróleo e Gás vem implementando sensores a fibra óptica com o intuito de otimizar sua produção através do monitoramento do campo petrolífero em diversas aplicações. Entretanto, há um desafio na implementação de sensores à fibra óptica em locais com presença de compostos como o ácido sulfídrico (H2S). Tal substância, em contato com a umidade, pode gerar reações químicas que resultem na formação de hidrogênio (H2), que ao difundir-se nas fibras ópticas, pode comprometer a capacidade de transmissão do sinal óptico devido à interação deste composto com a estrutura atômica da sílica. O presente trabalho estudou os efeitos de difusão de hidrogênio em quatro diferentes tipos de fibras ópticas, a fim de entender as atenuações induzidas por este processo. Este estudo foi realizado utilizando dois métodos experimentais: a avaliação do desempenho dos sensores de temperatura distribuída (DTS) e a análise dos perfis de atenuação do sinal óptico no infravermelho quando as fibras ópticas foram submetidas a diferentes condições de temperatura e pressão de hidrogênio. Dentre as fibras ópticas estudadas, destaca-se a fibra óptica monomodo especial em tubo de metal (FIMT), que não apresentou atenuações significativas e alterações em sua composição estrutural ao ser exposta a presença de diferentes pressões de hidrogênio e diversas temperaturas. / [en] The Oil and Gas Industry is implementing fiber optic sensors, in order to optimize their production by monitoring oilfield in various applications. However, there is a challenge in the implementation of fiber optic sensors in places with presence of compounds such as hydrogen sulphide (H2S). Such a substance in contact with moisture can cause chemical reactions that result in the formation of hydrogen (H2), whicht spread in to optical fibers, may affect the transmission capacity of the optical signal due to interaction of this compound with the atomic structure of silica. In order to understand such effects, this dissertation studied the impacts of hydrogen diffusion in four fiber optics. This study was conducted using two experimental methods: An evaluation of performance of distributed temperature sensors (DTS) and analysis of the profiles of attenuation of the optical signal in the infrared when the optical fibers were subjected to different conditions of temperature and hydrogen pressure. Among the studied optical fibers, the single mode special optical fiber in metal tube (FIMT) stands out because it s showed no significant attenuation and changes in its structural composition when exposed to different hydrogen pressures and various temperatures.
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[en] DEVELOPMENT OF A FIBER OPTIC SENSOR TO DETERMINE PHASE CHANGES OF CARBON DIOXIDE (CO2) / [pt] DESENVOLVIMENTO DE UM SENSOR DE FIBRA ÓPTICA PARA DETERMINAR MUDANÇAS DE FASE DO DIÓXIDO DE CARBONO (CO2)DARIO PRADA PARRA 20 May 2019 (has links)
[pt] É desenvolvido um sensor baseado na tecnologia da fibra óptica que detecta a mudança de fase do CO2. O sensor é composto de uma fibra óptica monomodo e uma bancada experimental composta por três sistemas: óptico, eletrônico e mecânico, para facilitar a adquisição das medidas. A grandeza utilizada para detectar a mudança de fase do CO2 foi o índice de refração, para isto é utilizado um refratômetro que mede o índice de refração de substâncias e fundamentado na refração de Fresnel. Além disso, foi necessária uma calibração do sensor empregando-se substâncias padrão de índice de refração conhecidos na faixa de 1,26 a 1,40, além da calibração de índice de refração unitário para o ar. Para observar a mudança de fase do CO2, testou-se o CO2 mudando a temperatura na faixa entre -40 Celsius e 21 Celsius a e pressões entre 100 kPa a 5700 kPa. O sistema operou de acordo com as expectativas, detectando corretamente o índice de refração do CO2 para as fases de gás e líquido. / [en] An optical fiber technology-based sensor that can detect phase changes of CO2 was developed. The sensor is comprised of a singlemode fiber and an experimental setup composed of three systems: optical, electronic and mechanical, which helped with the data acquisition. The quantity used to detect phase changes of CO2 was the refractive index. For this purpose, a refractometer, a device that measures the substance s refractive index based on Fresnel s reflection, was used. Moreover, it was necessary to calibrate the sensor using standard substances with well known refractive indices in the range from 1.26 to 1.40.To observe phase changes of CO2, this substance was tested changing the temperature in a range from 21 degrees C to -40 degrees C and the pressure from 100 kPa to 570 kPa.The system performed in accordance with the expectations, detecting properly the refractive index of CO2 for the liquid and gas phases.
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[en] METALLIC NANOPARTICLES FOR FIBER OPTIC CHEMICAL SENSING / [pt] NANOPARTÍCULAS METÁLICAS PARA SENSORIAMENTO QUÍMICO A FIBRA ÓPTICAALEXANDRE DE RESENDE CAMARA 23 May 2019 (has links)
[pt] Neste trabalho é apresentado um estudo sobre nanopartículas metálicas,
passando brevemente pela Teoria de Maxwell-Garnett do meio efetivo além
de ter sido feita uma pequena pesquisa acerca dos trabalhos já
existentes nessa área. É apresentada ainda uma proposta de um sensor à
fibra óptica baseado no fenômeno da Ressonância Plasmonica de Superfície
Localizada, que utiliza essas nanopartículas cujas propriedades ópticas
são sensíveis às mudanças das características do meio onde estão
imersas. Esse tipo de sensor é uma ferramenta simples e muito eficiente,
além de ser de baixo custo financeiro. A descrição deste sensor mostra
ainda três processos distintos de fabricação dessas nanopartículas, as
configurações utilizadas para a aquisição dos dados experimentais, e a
análise dos mesmos, incluindo a simulação computacional feita para o
melhor entendimento dos resultados obtidos. / [en] In this work a study about metallic nanoparticles is presented. A brief
revision of the Maxwell-Garnett Theory for the effective medium is made, in
addition to a bibliographical research concerning the existing works on the
topic. A proposal of a fiber optic sensor based in the Localized Surface
Plasmon Resonance phenomena using these metallic nanoparticles, whose optic
properties are sensible to changes in the medium in which they are immersed,
is also made. This kind of sensor is a simple and efficient tool, in
addition to also having low financial cost. Three distinct processes for
fabrication of these nanoparticles are discussed. The setups used for the
acquisition of the experimental data and the analysis of this data,
including the computational simulation made to improve the understanding of
the obtained results, are also discussed.
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[en] MONITORING IN HYBRID FIBER-COPPER ACCESS NETWORKS / [pt] MONITORAMENTO EM REDES DE ACESSO HÍBRIDAS FIBRA ÓPTICA-CABO DE COBREANDREA DANIELA BALDIVIESO MIRANDA 06 March 2017 (has links)
[pt] Neste trabalho apresenta-se o desenvolvimento experimental de um método de monitoramento que permite localizar as posições das falhas tanto no enlace da fibra óptica como no cabo de cobre, no contexto de transmissão de sinais de rádio analógicos em redes móveis MFH (Mobile Fronthaul) de fibra óptica estendidas por cabos de cobre. O conceito MFH baseia-se na transmissão de sinais de rádio analógicos usando frequências intermediárias para a fibra e para o cabo de cobre e uma unidade de conversão opto/elétrica simples, a fim de utilizar as instalações de cabos de cobre já existentes. O método propõe alocar o sinal de monitoramento varrendo a frequência numa banda determinada a um canal de subportadora óptica. O sinal de monitoramento é utilizado para determinar tanto as características da fibra através do sinal retroespalhado, como também, as características do enlace de cabo de cobre através da técnica de refletômetria no domínio da frequência (FDR: Frequency Domain Reflectrometry). Os resultados mostraram que a técnica de monitoramento híbrido proposta é adequada para as Redes de Rádio Acesso (RAN: Radio Access Networks) que utilizam uma arquitetura de multiplexação em comprimento de onda e subportadora WDM/SCM-PON foi usada. O monitoramento da fibra em serviço apresentou uma resolução espacial de 10 m e uma faixa dinâmica de aproximadamente 9 dB e o monitoramento do cabo apresentou um erro inferior a 1 metro na localização de falhas de ruptura do cabo. / [en] This work shows the experimental development of a monitoring method that allows locate positions of failures in both optical fiber and copper cable links in the context of analogue radio signal transmission over fiber-extended copper mobile fronthaul networks (MFH). The MFH concept is based on transmission of radio signals using unique intermediate frequencies for the fiber and copper cable and a simple optical/electrical conversion unit in order to use existing copper cable installations. The method proposes to allocate the monitoring signal sweeping the frequency in a chosen band to a subcarrier channel. The monitoring signal is used to determine both, the fiber characteristics through the backscattering signal and also the copper cable link characteristics by the Frequency Domain Reflectometry (FDR) technique. The results show that the hybrid monitoring technique is suitable for copper cable-extended radio access network, for which the WDM / SCM-PON technology has been used. In-service fiber monitoring is achievable with a spatial resolution of 10 m and a dynamic range of approximately 9dB. Open circuit faults in the copper line were localized with better than 1-m accuracy.
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[pt] ANÁLISE METROLÓGICA DE REDES DE BRAGG DE ALTA TEMPERATURA VOLTADAS PARA APLICAÇÕES EM SENSORIAMENTO / [en] METROLOGICAL ANALYSIS OF HIGH TEMPERATURE FIBER BRAGG GRATINGS FOR SENSING APPLICATIONS16 December 2011 (has links)
[pt] A presente tese tem por objetivo estabelecer uma metodologia de
caracterização metrológica de redes de Bragg do tipo I, tipo II e tipo regenerada
estimando e validando estatisticamente o resultado de medição para medições de
altas temperaturas voltadas para aplicações em sensoriamento. Além das
telecomunicações, as fibras óticas estão sendo empregadas em aplicações de
sensoriamento, visto que, a sílica que as compõem apresenta grande eficiência
como meio de transmissão de dados. A crescente demanda por medição em alta
temperatura nos processos industriais possibilitou o desenvolvimento de novas
tecnologias de medição além das tecnologias tradicionais já utilizadas atualmente.
Desta forma, criaram-se as condições necessárias para se introduzir uma nova
tecnologia de medição de temperatura com redes de Bragg que apresenta algumas
vantagens se comparadas com as tecnologias tradicionais de medição. Apesar de
já existirem várias pesquisas a respeito de medição de temperatura com redes de
Bragg, nenhuma delas aprofundou as questões metrológicas com as respectivas
estimativas das incertezas de medição que envolve todo o processo de medição e
caracterização de redes de Bragg em alta temperatura. A adaptação de um sistema
tradicional de calibração de instrumentos de medição de temperatura foi projetado
e desenvolvido, de tal forma que possibilitou a caracterização dos diferentes tipos
de redes. Observou-se que os resultados de medição e as estimativas das
incertezas de medição obtidos para todas as redes, se aproximaram
satisfatoriamente dos modelos teóricos utilizados, confirmando a adequação dos
sistemas de medição de temperatura e sensoriamento ótico. / [en] This thesis aims to establish a methodology for the metrological
characterization of Bragg gratings type I, type II and type regenerated statistically
thereby estimating and validating the measurement results for high temperature
sensing applications. Beyond telecommunications applications, optical fibers are
still used for optical sensing, since the silica fiber has great optical efficiency for
data transmission. The growing demand for high-temperature measurements in
industrial processes has enabled the development of new measurement
technologies beyond the traditional technologies already in use today. Thus were
created the conditions necessary to introduce a new technology of temperature
measurement with Bragg gratings which presents some advantages compared with
traditional technologies of measurement. Although there are several prior studies
none of those examined the by others about temperature measurement with Bragg
gratings, metrological issues, and is particular, the estimate of the measurement
uncertainties surrounding the whole process of measurement and characterization
of Bragg gratings at high temperature. The adaptation of a traditional system of
calibration instruments for temperature measurement was developed and designed
in such a way that allowed the characterization of different types of gratings. It
was observed that the measurement results and the estimated uncertainties of the
measurements obtained for all gratings, successfully approached the theoretical
models used, confirming the adequacy of the measurement of temperature and
optical sensing.
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[en] METROPOLITAN SERVICE ETHERNET OPERATOR / [pt] OPERADORA ETHERNET DE SERVIÇO METROPOLITANOLUIS ANTONIO FRANCA SILVA 16 December 2005 (has links)
[pt] Este trabalho apresenta as principais características de
um sistema telefônico
de voz baseado na tecnologia TDM e de um sistema de
comunicações ópticas
baseado em no protocolo Ethernet. Os dois sistemas são
comparados
economicamente. A solução Ethernet foi então escolhida e
avaliada para ser
instalada priorizando sua utilização na área central do
Rio de Janeiro em
aplicações corporativas. Aplicações residenciais também
foram avaliadas, com
menor ênfase. / [en] This work shows the legacy telephone system and optical
communication
system based on the Ethernet protocol major
characteristics, compares both in
technical and economically aspects. Then, the
implementation of an optical
network based on the Ethernet protocol in some areas of
Rio de Janeiro is
assessed.
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[en] EFFECTS AND APPLICATIONS OF NON-HOMOGENEOUS STRAINS IN BRAGG GRATINGS / [pt] EFEITOS E APLICAÇÕES DE DEFORMAÇÕES NÃO HOMOGÊNEAS EM REDES DE BRAGGADRIANO FERNANDES PINHO 21 September 2005 (has links)
[pt] Redes de Bragg em fibras ópticas (RBF) são formadas por
modulações periódicas
introduzidas no índice de refração do núcleo de fibras
ópticas. Estes componentes
comportam-se como filtros espectrais de banda passante, ou
seja, quando iluminados por
um sinal óptico de banda larga, refletem apenas uma fina
fatia espectral de luz, cujo
centro, o comprimento de onda de Bragg, é proporcional ao
período espacial da
modulação no índice de refração. As RBF têm encontrado
aplicações importantes no
sensoriamento das mais diversas grandezas, sendo hoje
utilizadas em sistemas de
monitoramento para vários segmentos industriais, tais como
os setores de petróleo e gás,
construção civil e aeroespacial, que, estima-se, respondem
em conjunto por cerca de 70%
destas aplicações. Em diversas situações o sensoriamento
com RBF baseia-se em
medidas indiretas da grandeza de interesse, sendo
empregados mecanismos de
transdução que transformam variações do mensurando em
deformações na fibra óptica.
Nestes casos, um problema que deve ser tratado com atenção
é o acoplamento entre
temperatura e deformação, uma vez que as RBF são sensíveis
a estas duas variáveis. Não
raro, a alternativa é utilizar simultaneamente duas RBF
para obter-se a compensação de
temperatura na medida de deformação.
Este trabalho apresenta um estudo sobre deformações não
homogêneas em redes de
Bragg e discute aplicações de duas técnicas que podem ser
utilizadas como alternativas
para eliminar o efeito da temperatura no sensoriamento de
deformação com apenas uma
RBF. A primeira delas explora a birrefringência óptica
induzida na RBF por
carregamentos transversais à fibra óptica. A segunda
baseia-se nos efeitos sobre o
espectro refletido pela rede de Bragg quando submetida a
um campo de deformações
longitudinais não uniformes ao longo da direção axial da
fibra óptica. No trabalho são
apresentados protótipos e dispositivos que exploram tais
técnicas para a medida simultânea de pressão e
temperatura. Esses protótipos foram projetados com auxílio
de
ferramentas CAD e modelados utilizando-se o método de
elementos finitos em conjunto
com a teoria de modos acoplados da Rede de Bragg. As
previsões obtidas utilizando-se
estes modelos mostraram-se bastante próximas dos
resultados das implementações
experimentais dos protótipos, indicando que a metodologia
de modelagem desenvolvida
pode ser aplicada nos projetos de transdutores baseados
nas duas técnicas estudadas. / [en] Fiber Bragg gratings (FBG) are modulations in the
effective refractive index of
optical fibers, introduced in a small length along the
fiber core. Such components operate
as narrow band reflective filters, that is, when
illuminated by a broad-band light source,
they reflect a narrow spectral band centered at a specific
wavelength, the Bragg
wavelength. This wavelength is proportional to the spatial
period of the refractive index
modulation. Fiber Bragg gratings have find an increasing
number of applications as
sensors for different quantities, and today are being
employed as part of permanent, real
time monitoring systems in various industrial segments.
The oil and gas sector, together
with civil infrastructure and aeronautics and aerospace,
account for almost 70% of this
applications. In a number of situations, FBG sensing is
based on indirect measurements
of the quantity being monitored, and a transduction
mechanism is employed to transform
changes in the measured quantity in strain sensed by the
optical fiber. Since the FBG is
sensitive to strain and temperature, proper temperature
compensation is always
necessary. Usually, a second grating is employed to
simultaneously measure temperature
and strain, performing the required compensation.
This thesis presents a study on effects due to non-
homogeneous strains in the
Bragg grating and discusses application of two different
techniques, based on these
effects, to allow temperature compensated strain
measurement using a single FBG. The
first technique explores strain induced optical
birefringence when the fiber is loaded
transversely. The second technique is based on changes in
the spectral shape of the light
signal reflected by the grating when subjected to non
homogeneous axial strain fields.
Prototypes of pressure and temperature transducers based
on these techniques have been
developed. These prototypes have been designed by
employing CAD techniques and
modeled using the finite element method in conjunction
with the theory of coupled
modes for fiber Bragg gratings. Comparisons between
results provided by theoretical models and experimental
realizations of the prototypes are very close,
demonstrating that
the developed approach can be applied to design
transducers based on the discussed
techniques. Results obtained with the proposed pressure
and temperature sensors are also
encouraging indicating that the two techniques are
suitable for industrial applications.
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[en] DEVELOPMENT OF OPTICAL FIBER TRANSDUCERS FOR INTELLIGENT WELL COMPLETION / [pt] DESENVOLVIMENTO DE TRANSDUTORES A FIBRA ÓPTICA PARA COMPLETAÇÃO INTELIGENTE DE POÇOSROBERTH WALDO ANGULO LLERENA 30 December 2004 (has links)
[pt] O setor de petróleo e gás apresenta diversas oportunidades
de aplicação para os sensores a fibra óptica. Algumas
características inerentes às fibras ópticas, como baixo
peso, flexibilidade, longa distância de transmissão, baixa
reatividade do material, isolamento elétrico, imunidade
eletromagnética e alta capacidade de multiplexação, podem
ser determinantes em diversas situações, seja nos segmentos
de exploração, transporte, refino ou distribuição. As
principais operadoras internacionais do setor identificaram
a tecnologia de Sensores a Fibra Óptica como elemento chave
para viabilizar, com toda a funcionalidade esperada, a
instalação de sistemas de completação inteligente de poços
de petróleo (produção ou injeção). O sensoriamento do poço
permite obter, a qualquer momento, informações precisas
sobre diversas grandezas, entre outras a pressão,
temperatura, vazão, pH ou mesmo a posição de válvulas que
controlam o fluxo através do poço. A monitoração em tempo
real do poço é parte da estratégia de automação do processo
de produção do campo de petróleo. Esta é uma tendência que
no futuro próximo aponta para a exploração de campos de
petróleo inteligentes, onde a produção por vários poços de
um mesmo reservatório realizase de forma otimizada e
automatizada, reduzindo custos, e aumentando fatores de
recuperação das reservas de hidrocarbonetos fósseis. O
presente trabalho se insere neste contexto, e apresenta a
concepção, desenvolvimento e resultados de testes de dois
protótipos de transdutores de fundo do poço para integrar
um sistema de completação inteligente baseado na tecnologia
de sensoriamento utilizando redes de Bragg em fibras
ópticas. O primeiro deles destina-se à medida da pressão
diferencial num sensor de vazão do tipo Venturi. Resultados
de testes com protótipos do transdutor demonstraram que ele
pode operar numa faixa de mais ou menos 5 bar de pressão diferencial,
sob pressões médias de até 21 MPa e temperaturas de 90
graus Celsius com resolução de 0,06 por cento do fundo de escala. O segundo
transdutor desenvolvido, aplica-se à medida da posição de
abertura e fechamento de uma válvula controladora de fluxo
tipo camisa deslizante (sliding sleeves). Duas técnicas
foram investigadas. A primeira delas, para aplicações mais
gerais, baseia-se no uso de atuadores magnetoestrictivos. A
segunda procurou atender a um projeto específico para este
tipo de válvula, em cuja concepção utiliza-se uma mola
elástica para exercer a força de restituição contra um
atuador hidráulico. Neste caso, optou-se por desenvolver
uma célula de carga instrumentada com redes de Bragg. Nos
testes realizados foram obtidos resultados satisfatórios em
termos de sensibilidade e resolução, tendo-se chegado para
esta última a valores próximos de 0,03 mm num curso de 70
mm (0,04 por cento do fundo de escala). / [en] Optical fibers are finding a growing range of new
applications in the petroleum industry, which include, not
only those already well established in telecommunications,
but also in novel sensing technologies. Possibility of dense
multiplexing, continuous distributed measurements, long
distances between measurement points and electronic
circuits, and explosion risk free, are some of the
characteristics shared by different types of optical fiber
sensors. The major global oil and gas operators and service
companies have elected optical fiber sensing as one of the
key enablers to implement with all the expected
functionality and reliability the novel technology of
intelligent well completion. Continuous well monitoring
allows the operator to access, at any time during the well
life, important information regarding different process
variables, such as pressure, temperature, flow-rate, pH, or
even the position of sliding sleeves valves that control
the flow through the well. This is part of the automation
strategy to optimize production in the whole reservoir, a
technological trend that points towards the concept of an
intelligent oil field and that, in the near future, will be
applied to the integrated management of production from
several wells in the same reservoir, contributing to reduce
intervention costs, and increasing recovery factors of
fossil hydro-carbon reserves. The present work is inserted
in this context, and reports the conception, development
and results of tests conducted with prototypes of two
different optical fiber transducers to be integrated in an
intelligent well completion system. The first one is a
Bragg grating differential pressure transducer, which has
been developed to measure pressure drop across a Venturi
flow-meter inserted in the production tubing. Test results
with prototypes have demonstrated that the transducer may
be applied to measure differential pressures in the range
of more or less 5 bar, under static (average) pressures up to 21 MPa
and temperatures below 90 Celsius Degree, with 0.06 percent full-scale
resolution. The second development is a displacement
transducer applied to measure the opening position of
sliding sleeves valves. Two different measurement
principles were investigated. The first, intended to
general applications of displacement measurements, relied
on the use of magnetostrictive actuators and fiber Bragg
grating sensors. The second displacement transducer applies
to a specific type of valve, which employs a mechanical
spring to provide recovery forces to a hydraulic actuator.
The proposed solution was based on the use of a load cell
instrumented with fiber Bragg gratings. Tests results
demonstrated that the prototype transducer was capable of
resolving changes in displacement as lower as 0.03 mm in a
full-range of 70 mm, approximately 0.04 percent full-scale
resolution.
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