[发明专利]使用参考光纤干涉数据配准测量的光纤干涉数据

说明书

本申请公开用于具有纤芯的光纤的系统和方法，该纤芯具有沿纤芯写入的多个紧密间隔的光栅，多个光栅在纤芯中创建重复的图案。存储器存储预定的参考反射数据和测量反射数据，测量反射数据是针对一定长度的纤芯确定的并且是从与从纤芯接收的散射反射对应的干涉图案检测的。数据处理电路从测量反射数据中减少或移除与由于纤芯中的重复图案引起的反射对应的信息，以产生经滤波的测量数据。经滤波的测量数据的一个或多个部分与参考反射数据的一个或多个部分相关联，以产生多个相关值。确定多个相关值中的最大值，并且识别与最大相关值对应的沿光纤的位置。

相关申请

本专利申请要求于2015年4月2日提交的题目为“REGISTERING MEASURED OPTICALFIBER INTERFEROMETRIC DATA WITH REFERENCE OPTICAL FIBER INTERFEROMETRIC DATA(使用参考光纤干涉数据配准测量的光纤干涉数据)”的美国临时专利申请62/142,062的提交日的优先权和权益，该专利申请以其整体通过引用并入本文。

技术领域

该技术涉及光纤感测。

背景技术

光学应变感测是用于测量由例如光纤的张力、压缩或温度的变化引起的波导的物理变形的技术。这可以采用标准的单芯光纤或多芯光纤进行。多芯光纤包括嵌入单光纤内的多个独立波导或纤芯。沿纤芯长度的连续测量可以通过使用扫描波长干涉法解释纤芯的光学响应来得到。通过了解沿光纤长度的纤芯的相对位置的知识，针对每个光纤的这些独立应变信号可以被结合以获得施加到多芯光纤的应变分布的测量。光纤的应变分布是指在高(例如，小于50微米)的样本分辨率下沿光纤的长度施加的弯曲应变、扭转应变和/或轴向应变的测量。在称为光学位置和/或形状感测的技术中，例如在Froggatt等人的共同转让的美国专利8,773,650中有详细描述，该专利通过引用并入本文，该应变分布信息可以用于重建光纤的三维位置。

为了形状感测中的最佳实践，来自每个纤芯的当前获得的测量数据应该与针对该纤芯的先前获得的参考测量数据准确对齐或配准。形状感测光纤可以包含沿每个纤芯半连续写入的光纤布拉格光栅。这些光栅沿光纤的长度形成重复图案。这种重复在配准数据方面提出了挑战，因为光纤上的一个位置可能看起来与光纤上的另一位置非常相似(具有相同或相似的图案)。事实上，如果在当前测量数据和参考数据之间执行简单的空间互相关，则在布拉格光栅重叠之处的布拉格光栅宽度的倍数处通常与相关峰值具有很强的相关性。

图1是示出具有半连续布拉格光栅的光纤芯的示例性互相关幅度对测量距离对参考数据的曲线图。当整个光栅重叠时，相关性通常很强并且达到峰值，在该示例中峰值在大约每20mm处。

发明内容

需要的是能够精确地识别沿包括多个光栅的光纤的特定位置的技术，这些光栅可以与针对那些相同位置的对应的参考数据精确地匹配。

示例性实施例涉及用于配准具有纤芯的光纤的数据处理系统，该纤芯包括沿纤芯写入的多个紧密间隔的光栅，该光栅在纤芯中创建重复图案，该数据处理系统包括存储器，存储器被配置成存储预定的参考反射数据和测量反射数据，所述测量反射数据是针对一定长度的纤芯确定的并且是从与从纤芯接收的散射反射对应的干涉图案检测到的。数据处理电路，其耦合到所述存储器，并且被配置成从测量反射数据中减少或移除与由于在纤芯中的重复图案引起的反射对应的信息，以产生经滤波的测量数据，将经滤波的测量数据的一个或多个部分与参考反射数据的一个或多个部分相关联，以产生多个相关值，确定多个相关值中的哪个是最大相关值，以及识别与最大相关值对应的沿纤芯的位置。

例如，数据处理电路可以从参考反射数据中减少或移除与由于在多个光栅中的重复信号引起的反射对应的信息，以产生经滤波的参考数据，并且将经滤波的测量数据的一组选择段与经滤波的参考反射数据的一个选择段相关联，以产生多个相关值，或者将经滤波的测量数据的一个选择段与经滤波的参考反射数据的一组选择段相关联，以产生多个相关值。