[发明专利]在干涉型传感系统中运动补偿的方法及装置

说明书

本申请要求2011年12月5日提交的美国临时专利申请序列号61/566,860和2012年3月23日提交的美国临时专利申请序列号61/614,662的优先权，这些申请的内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及干涉型传感应用。一种示例应用为光频域反射计(OFDR)传感应用。

背景技术

光频域反射计(OFDR)已经证明是在光纤中以高空间分辨率来测量应变的有效系统。例如，参见美国专利6545760、6566648、5798521和7538883。该高分辨率性能已经被证明在形状传感应用中非常有用。例如，参见美国专利7772541、7781724和美国专利申请20110109898。在美国专利申请20110247427中描述了在单芯光纤中的简单的应变传感应用。

OFDR通过在激光调谐的宽频率范围内获取数据来实现高空间分辨率。在大多数应用中，该调谐随着激光在一定频率范围内进行扫频而发生。在使用该技术时，假设在扫频的时间期间测试光纤是静态的或者无变化的。然而，如果在激光扫频的时间期间正在被测量的系统发生变化，那么所得到的测量结果可能质量降低。此类改变可以归因于测试光纤的移动或者连接测试光纤与仪器的光纤引线的移动。在存在时变变化里实现更高质量的测量将是可取的。

发明内容

示例的实施例包括用于测量经受时变干扰的传感光波导的参数的方法及光学解调/询问(interrogation)系统。示例的时变干扰是传感光波导的运动。光学解调系统包括光学干涉解调器和光学检测电路，该光学检测电路耦合到光学干涉解调器，用于为一定长度的传感光波导检测光学干涉测量信号。数据处理电路接收来自光学检测电路的干涉测量信号，并且产生该一定长度的传感光波导的干涉测量数据集。该干涉测量数据集被变换到谱域，并且从变换的干涉测量数据集确定时变信号。补偿信号从时变信号确定，并且该补偿信号被用于为干涉测量数据集补偿时域干扰，以提高参数的测量。

在一个示例实施方式中，光学解调系统是基于光频域反射的系统，该系统包括解调光源，并且其中光学干涉测量信号表示沿传感光波导作为时间的函数的背散射幅度。

在非限制实施例中，处理电路通过将干涉测量数据集与干涉参考数据集进行比较来确定时变信号。为干涉测量数据集中的反射事件确定干涉测量数据集，并且接收到的干涉数据在反射事件周围被加窗。时变信号可以是相位信号，在此情况下，数据处理电路被配置成通过展开(unwrap)相位信号而从变换的干涉测量数据集中提取相位信号，并且通过从展开的相位信号去除线性拟合确定描述对传感器的干扰的非线性信号。在该示例中，非线性信号是补偿信号。然后，数据处理电路可以从干涉测量数据集减去非线性信号，以便为干涉测量数据集补偿时变干扰。

在另外的示例的实施例中，时变信号是相位信号，数据处理电路被配置成通过与谱域中的基线数据比较而从谱域中的变换的干涉测量数据中提取相位信号。

在其他的示例实施例中，数据处理电路被配置成：将干涉测量数据集分为多个测量数据段；变换每个段；将变换的测量段的多个与对应的参考谱数据段结合；对结合的段求平均；从平均的段中确定相位响应；以及基于相位响应确定时变信号。此外，数据处理电路可以被配置成确定施加于测量数据段的应变，其中该应变表明在相邻的测量数据段的响应之间的未对准的量，并且使用测量的应变来对准谱域中的测量数据段的响应。

在另外的示例实施例中，数据处理电路被配置成比较谱域中的每个数据段与对应的参考数据段；确定时间延迟，该时间延迟表明在时域中的参考数据段与数据段之间的未对准的量；以及使用测量的时间延迟对准时域中的参考数据段和数据段。

在传感光波导为光纤的示例中，其中数据处理电路可以被配置成为干涉测量数据集补偿在光纤上的应变。

在优选的但仍然为示例性的实施例中，数据处理电路被配置成确定沿着传感光波导的运动、时间延迟以及应变，并且补偿沿着传感光波导的累积运动、时间不对准以及应变。

附图说明

图1是基于光频域反射计(OFDR)的传感系统的非限制示例，其中传感器经历时变干扰。

图2使用OFDR系统的非限制的、示例的分布式测量过程的流程图。

图3是使用OFDR测量的理想的单反射峰的理论幅度与光学延迟的图。

图4是被展开(unwrapped)后的显示线性相位响应的图3所示的相位的图。

图5是来自单个反射器的幅度与延迟的图，在单个反射器中在获取扫频期间相位已因一些时变变化而产生失真。