[发明专利]光纤分布式感测

说明书

技术领域

本发明涉及光纤分布式感测，并且特别地涉及用于确定所述光纤上的相位调制的方法和设备，并且尤其涉及光纤分布式声学感测。

背景技术

光纤分布式声学传感器是已知的。此类传感器用光辐射来询问光纤并测量由影响光纤的声波引起的对辐射的改变。

美国专利US5,194,847（Texas A & M大学）描述了用辐射的重复相干脉冲来询问光纤并检测在光纤内被Raleigh反向散射的任何辐射。每次用单个脉冲来询问光纤，并分析反向散射辐射的振幅以检测由声/压力波引起的光纤的任何扰动。本文件教导的是能够出于周界监视目的使用掩埋式光纤作为分布式声学传感器。

英国专利申请GB2,222,247（Plessey）描述了另一分布式光纤传感器，其中，通过沿着光纤传输光脉冲来感测诸如声波的环境参数中的变化。本文件描述的是可以向光纤中传输两个紧密间隔的脉冲，第一脉冲具有与第二脉冲不同的频率。来自光纤内的脉冲的反向散射能够在载波频率下被检测和分析，该载波频率等于询问脉冲之间的频率差。在检测器处接收到的信号能够被选通并处理以确定表示影响光纤的期望区段的环境参数中的变化的信息。

英国专利申请GB2,442,745（AT & T）描述了使用光纤的分布式声学感测。本文件再次教导了脉冲对的使用，其中，脉冲对的各个脉冲具有不同的频率。反向散射信号在载波频率下被分析，该载波频率对应于脉冲对中的脉冲之间的频率差。本文件教导了在脉冲对中的脉冲之间的已知频率差下向所检测的反向散射信号施加复解调以提供用于载波频率的同相（I）和正交（Q）信号。这些然后被转换以提供信号的相位和振幅。然后监视来自相同光纤区段的连续样本的相位以确定入射在该光纤区段上的任何声信号。

本文件（GB2,442,745）教导的是脉冲对中的脉冲之间的频率差应与脉冲宽度有关。给出了20m宽度的脉冲和至少5MHz的一对中的脉冲之间的频率差的示例。

虽然在GB2,442,745中所描述的技术是有用的，但在某些情况下，在此类光纤传感器中所固有的基带结构，即所检测反向散射中的随机但系统化图案，能够掩蔽或破坏载波信号并减小传感器的信噪比。系统的此基带结构部分地由光纤中的散射部位的随机分布、由热漂移等所引起，并且因此不能被消除。通过使用例如约几百MHz的较高载波频率，能够缓解系统的测量信号和基带噪声的交叉的效应。然而，此类高载波频率的使用将要求超过几百MHz的检测器采样率。这不仅将要求用于询问器单元的非常快速的部件并大大地增加所需的处理量，而且高得多的检测器带宽也将影响检测器的灵敏度。

发明内容

本发明提供了用于光纤分布式传感器的改进方法和设备，尤其是缓解上述缺点中的至少一些的分布式声学传感器。

因此，根据本发明的第一方面，提供了一种分布式光纤传感器设备，包括：光源，被配置成在使用中向光纤中发射询问辐射；采样检测器，被配置成在使用中对从所述光纤内反向散射的询问辐射进行采样；以及处理器，被配置成确定用于所述光纤的至少一个空间感测部分的任何相位调制，其中，所述处理器被配置成：在每次发射之后取得与从感兴趣空间感测部分的至少一部分反向散射的辐射相对应的多个样本；将所述多个样本划分成多个处理通道；处理所述多个处理通道中的至少一些以确定用于所述通道的至少相位数据；向来自所述处理通道的所述数据施加质量度量；以及基于施加所述质量度量的结果将用于所述通道的所确定的相位数据组合成用于所述感兴趣空间感测部分的总相位值。

在使用中，分布式光纤传感器反复地用询问辐射来询问光纤并检测从光纤内反向散射的任何询问辐射，如在分布式光纤传感器中惯常的那样。传感器分析来自询问辐射的不同发射的从光纤反向散射的辐射以确定对于感兴趣感测部分而言在所检测辐射中是否存在任何相位调制。