[发明专利]光学纤维感测

说明书

技术领域

本发明涉及光学纤维感测装置和方法。

背景技术

纤维传感器可用于一系列的应用，例如地球物理学应用(代替或者在地震检波器或水听器旁边)、安防应用(诸如周界安防)以及监测应用。监测功能的一个示例是监测基础设施，包括监测复杂系统，诸如铁路。例如，纤维传感器可用来检测轨道上的列车或其它移动资产的存在和位置。此外，这种传感器可以提供资产状况监测，例如确定由资产产生的识别标志(signature)频率是否与“正常的”频率匹配。传感器也可以提供更加一般的基础设施监测，例如监测落石、滑坡、隧道和桥梁崩塌情境以及监测经授权的和未经授权的运动(即“听”轨道上经授权的人员或者侵入者)。

分布式声感测(DAS)采用了具有一段纵向纤维，其被光学方式询问，以提供沿其长度的声/振动活动的感测。纤维的长度典型地是单模纤维，并且通常没有任何反射镜、反射器、光栅，或者沿其长度光学性质无改变。为了解释接收到的信号，纤维的长度为了处理的目的而被划分为多个通道。

在分布式声感测中，可以利用瑞利后向散射现象。由于标准光学纤维中的随机不均匀性，来自注入到纤维中的脉冲的少量光从沿着纤维长度的许多位置被反射回来，导致响应于单个输入脉冲的连续返回信号。如果沿着纤维出现扰动，其在该点处改变后向散射光。这种改变可以在接收器处被检测到，并且可以根据其来表征源扰动信号。

声感测装置可以用例如长度为大约40km的纵向纤维来操作，并且可以能够将感测的数据解析到大约10m的长度中(基于返回信号被检测到的时间)。在这种示例中，每10m长度可以被询问以提供沿着纤维长度的实时数据。

由于纤维不具有不连续性，对应于每个通道的纤维段的长度和布置由纤维的询问确定。这些可以根据纤维的物理布置以及(在可适用的情况下)其监测的资产进行选择，并且也根据需要监测的类型进行选择。每个纤维部分的长度(即通道分辨率)可以通过调节感测装置的操作参数(诸如输入脉冲宽度和占空比)来改变，而未对纤维做任何改变。

分布式感测能够提供长程、高分辨率、高灵敏度的监测。

其它的纤维感测技术包括基于布里渊的感测、基于纤维布拉格光栅的感测(其中，纤维被修改以包括间隔的纤维布拉格光栅)和外差干涉仪(其中，已通过纤维的特定部分的光和尚未通过的光发生干涉，并且监测共同的相位差)。

这里描述的纤维感测装置包括：

感测纤维；

执行器，用以利用声测试信号激发该纤维的一部分；

询问单元，用以利用光学辐射询问感测纤维，并且检测从纤维返回的光学信号，以及

包括评估模块的处理电路，用以分析从纤维的受激部分返回的光学信号，并且基于所述信号确定该装置的至少一个操作特征。

在一个示例中，所述评估模块可以被布置成评估指示声扰动的信号是否从受激部分返回。当纤维部分已被激发时，可以假定应当存在显示声扰动的信号。因此不存在这种信号指示装置未按照期望起作用。这可以是因为纤维已经破损，或者检测器和/或光学辐射源未起作用。在这种示例中，所述装置有效地对其自身执行完整性监测。在这种情况下，所述操作特征可以是装置是有功能的或无功能的指示。

在一些示例中，所述评估模块可以被布置成评估返回的信号，以执行涉及对装置生能的一种形式的“质量保证”。在这种示例中，所述操作特征可以指示系统的灵敏度。在这种示例中，执行器测试信号可以被布置成测试装置的预定操作范围。在一个示例中，执行器测试信号可以具有预期信号(即期望装置接收和/或检测到的声信号)的至少一个属性(频率、幅值、频率和/或幅值中的特征变化等等)。如果这种测试信号被正确地检测，则操作者可以确信测试信号所基于的预期信号如果入射到纤维上，也将被检测到。

供替代地或者附加地，所述评估模块可以被布置成评估装置的校准。所述评估模块可以例如被布置成分析检测到的信号，并且基于分析来优化询问单元在一个或多个操作范围内的性能。例如，所述询问单元和/或处理电路可以改变询问单元的操作参数(脉冲频率、脉冲间隔、取样频率、感测通道的长度、信号解码算法等)，直到执行器测试信号按照要求/期望被解码。

这种装置具有的优势是它能够容易地被测试，以确保它是起作用的或合乎所要求的标准或者按照所要求的方式起作用的。

在一个示例中，所述评估模块可以被布置成将来自受激部分的所检测到的信号的至少一个特征与至少一个预定的特征进行比较。