[发明专利]抑制传输信号不稳定性所产生噪声的方法和装置

说明书

本发明涉及抑制传输信号不稳定性所产生噪声的方法和装置。公开了一种用于使用系统测量来自提供分布式背向反射的光纤的响应的方法，系统包括：包括激光器的光源、光学接收器和处理单元。该方法包括：建立分布式背向反射处理的初始参数。该方法还包括：使用光源生成询问信号和光学本地振荡器，询问信号由询问相量表示并且光学本地振荡器由本地振荡器相量表示；将询问信号传输到光纤中；以及将光学本地振荡器与来自光纤的反射光混合，并且利用光学接收器检测混合积以实现接收器输出信号。该方法还包括：执行表征询问相量的测量；基于测量结果来更新分布式背向反射处理的参数，使得询问相量的波动对来自光纤的所测量响应的影响被减小；以及将分布式背向反射处理应用于接收器输出信号。最后，该方法包括：从分布式背向反射处理输出中提取来自光纤的响应。还公开了一种用于测量来自提供分布式背向反射的光纤的响应的系统。

技术领域

本发明涉及在包括相干接收器的光纤传感器系统中抑制源引起的噪声。

背景技术

由于其通用分布式性质，光纤传感器系统已经被部署在许多不同的应用中。这种系统通常包括窄带激光源、调制激光并检测来自传感器光纤的反射光的部件。来自光纤的反射光可以被做成分布式的或准分布式的，即，沿着光纤的潜在的大量点。此外，若干光纤传感器可以沿着单根光纤被复用，因此有可能减少光纤的数目和复杂性以及笨重的引入电缆等。

一类光纤传感器系统从被测光纤收集光纤本身固有的反射信号。具体地，光纤中自然发生的和不可避免的密度变化会引起瑞利背向散射。测量由于压力或应变扰动光纤而导致的沿着光纤的瑞利背向散射响应变化的技术通常表示为分布式声学感测(DAS)。当光纤拉紧时，会调制瑞利背向散射响应的功率和相位。如US9,170,149 B2中所公开的，测量相位在响应的线性方面具有优势。

一类准分布式光纤传感器系统基于沿着阵列中的一个或多个光纤布置的一系列反射器。反射器可以是例如光纤布拉格光栅(FBG)、接头或其他类型的光纤扰动，导致反射率大于沿着光纤的固有背向散射级别。来自反射器的反射信号可以例如在干涉传感器布置中使用以推断距离或者到反射器或反射器集合之间的距离的变型。

检测来自传感器光纤的反射信号可以通过对反射信号进行直接功率测量，或通过来自相同或另一激光源的本地振荡器(LO)参考光对反射信号进行相干光学混合来实现。相干方法的优势在于，可以通过更改LO功率来调整光学电平，从而给出优化接收器的信噪比(SNR)的部件。在相干系统中，反射相位相对于的是本地振荡器的相位，并且局部应变被计算为光纤上的两个闭合点之间的相位差。

分布式感测系统可以沿着光纤具有数千个甚或成千上万个已解析的传感器点/区域。空间分辨率通常在0.5–20m的范围内。为了实现对传感器通道的独立测量，对激光进行调制。存在若干方式来调制信号以实现所需的空间分辨率。最常见的是相干光学时域反射仪(c-OTDR)，其中调制器生成短脉冲，其中脉冲的宽度定义空间分辨率。当接收到来自整个传感器光纤的反射响应时，会生成新脉冲。c-OTDR技术的缺点是询问信号的占空比由传感器通道的数目直接给定，例如，具有1000个传感器通道的系统给出仅为0.1％的占空比。

增大占空比的一种方式是询问扫频信号。在这种情况下，空间分辨率不是由脉冲宽度给出的，而是由扫描的带宽给出的。通过这种方式，与c-OTDR相比，测量范围可以大大扩展。如US 10,247,581B2中所公开的，占空比甚至可以是100％。

这种系统中的噪声有两个主要影响。首先，由于非常少的反射光，接收器处的散粒噪声对来自传感器光纤的远端点的反射信号起主要作用。这种噪声会因光纤中的传播损耗而增加，并最终定义测量范围。第二个主要的噪声影响是激光器和调制器的源噪声，尤其是激光器的频率噪声。