[发明专利]光纤和纤维光学感测

说明书

公开了例如用在分布式声学传感器中用于分布式感测的具有改进性能的纤维光缆。在一个实施例中，纤维光缆（210）包括纤芯（208）和包层（206），所述纤芯（208）和包层（206）布置在缓冲材料（202）内并被包壳（204）包围，并且被布置为使得纤芯从光缆的中心偏移。与位于光缆的中心处的纤芯相比，通过将纤芯从包壳的中心偏移，可以最大化纤芯上的任何弯曲效果。

技术领域

本发明涉及适合用于分布式纤维光学（fibre optic）感测、尤其适合用于分布式声学纤维光学感测的光纤和纤维光缆，并且涉及用于分布式纤维光学传感器的光纤和/或纤维光缆的设计、应用和制造的增强。

背景技术

已知利用光纤的各种传感器。许多这种传感器依赖于沿光纤的长度布置的纤维光学点传感器或离散反射站点，例如光纤布喇格光栅等。可以对来自离散点传感器或反射站点的返回进行分析，以提供离散传感器或反射站点附近的温度、应变和/或振动的指示。

还已知完全分布式的纤维光学传感器，其中，使用了来自光纤的连续长度的本征散射。这种传感器允许使用标准纤维光缆，而无需有意引入诸如光纤布喇格光栅等反射站点。可从中检测到背向散射信号的整个光纤可以用作传感器的一部分。典型地，使用时分技术将信号返回划分为多个时间箱（bin），其中，每个时间箱中的返回与光纤的不同部分相对应。这种纤维光学传感器被称作分布式纤维光学传感器，这是由于传感器选项完全分布在整个光纤中。如本说明书中所使用，术语分布式纤维光学传感器将用于表示以下传感器：其中，光纤自身构成传感器，并且该传感器不依赖于具体点传感器或者有意引入的反射或干扰站点（即本征纤维光学传感器）的存在。

美国专利No. 5,194,847描述了一种用于入侵感测的分布式声学纤维光学传感器。使用了不具有任何点传感器或具体反射站点的连续光纤。将相干光发射至光纤中，并检测和分析在光纤内瑞利背向散射的任何光。时间箱中的背向散射光的改变指示入射到光纤的相关部分上的声波或压力波。这样，可以检测到光纤的任何部分的声扰动。

英国专利申请公开No. 2,442,745描述了一种分布式声学纤维光学传感器系统，其中，通过将多组脉冲调制电磁波发射至标准光纤中来感测声振动。组内的一个脉冲的频率不同于组中的另一脉冲的频率。以组中的脉冲之间的频率差对来自光纤内的本征反射站点的光的瑞利背向散射进行采样和解调。

美国专利No. 6,380,534描述了一种分布式纤维光学应变和温度感测系统，其分析被发射至光纤中的光的布里渊背向散射频率分布，以确定沿着感测光纤的各个部分的温度和应变，感测光纤可以嵌入到结构内。

WO02/057805描述了在多种应用中使用分布式纤维光学温度、应变和/或声学传感器，这些应用包括：监测油气工业中的流线的参数。

因此，分布式纤维光学感测或分布式声学感测（DAS）提供了可监测光纤的较长长度的有用且方便的感测解决方案。可以使用标准电信光纤，例如单模125μm光纤，这意味着感测光纤相对便宜且容易可用，并且在一些实例中，有可能将现有光纤用于比如说声学监测。

在一些实例中，尽管使用标准电信纤维光缆可能不提供最优感测。因此，本发明的目的是提供用于分布式纤维光学感测的改进光纤和纤维光缆。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种光纤，包括纤芯、包围所述纤芯的包层和包围所述包层的包壳，其中，所述纤芯从所述光纤的中心偏移。

本领域技术人员将认识到，光纤包括纤芯，纤芯在操作的波长处光透射，由具有与纤芯不同的折射率的包层材料包围，纤芯和包层一起协作以引导光纤的纤芯内的光辐射。包层总体由包壳材料包围以保护光纤。包壳可以包括包层与外包壳之间的缓冲材料。标准光纤在光纤的中心处具有纤芯，并在制造容限内总体上截面对称。