[发明专利]使用环回来延伸海底电缆中的DAS范围

说明书

提供了一种使用环回来延伸海底光缆中的分布式声学传感(DAS)范围的技术。例如，通过沿着第一光纤的多个跨度发送和放大DAS信号，将DAS信号经由高损耗环回架构从第一光纤路由或旁路到与第一光纤不同的第二光纤，并且沿着相同的多个跨度返回和放大DAS信号回到DAS设备，可以延伸DAS范围。然后，DAS设备可以接收和处理DAS信号，以检测DAS环境中的任何变化。环回配置可以基于不同类型的环回架构。

技术领域

本公开的实施例涉及光学通信系统的领域。更具体地，本公开至少涉及用于使用环回来延伸海底光缆中的分布式声学传感(DAS)的范围的技术。

背景技术

在分布式声学传感(DAS)系统中，光缆可用于提供实时或近实时分布式应变传感。换言之，光缆本身可用作传感元件以在DAS环境(例如，陆地环境、海底环境)中检测或监测不同类型的中断、干扰、奇异性、活动、自然发生事件、声学振动等。为此，一种耦合到DAS系统中的光缆的光电设备可以在DAS环境中的特定距离上检测和处理反射光信号(例如声频应变信号)。

例如，DAS系统可以基于瑞利(Rayleigh)散射(另外，也被称为基于瑞利散射的DAS系统)。在该系统中，相干激光脉冲可以沿着光纤传送，并且光纤内的散射部位可以致使光纤充当分布式干涉仪，例如具有近似等于脉冲长度的标距长度的分布式干涉仪。任何反射光的强度可以被测量为激光脉冲的传输之后的时间函数，这被称为相干瑞利光学时域反射测量(COTDR)。

当激光脉冲已经行进了光纤的整个长度并且返回时，下一激光脉冲可以沿着光纤传送。来自相同的光纤区域中的连续激光脉冲的反射强度的变化可以是由光纤的该区段的光路长度的变化造成的。基于瑞利散射的DAS系统通常对光纤中的应变和温度两者的变化敏感，并且因此，测量可以在光纤中的所有区段处几乎同时由光电设备进行。

在基于瑞利散射的DAS系统中，激光脉冲可以随着其沿着光纤传播而衰减，其中典型的衰减可以针对在1550纳米上工作的单模光纤，表现出每千米大约0.2dB的光学损耗。因为激光脉冲必须沿着光纤进行两次穿过，所以每千米的光缆长度可以引起大约0.4dB的光学损耗。因此，DAS系统中的光电设备的“最大范围”对应于：在反射脉冲的振幅变得过低时，使得光电设备不可能从中获得或解密清除信号。最大范围通常上为距离所耦合的光电设备的大约40至50km之间，或者无论何时范围达到大约10至12dB的总光学损耗时。因此，DAS系统中的DAS范围和传感能力被显著地限制了，并且在大多数情况下，传感范围受限于单个光纤跨度。

为了考虑这种限制，常规的DAS解决方案可以将许多独立的光电设备连串或链接在一起以覆盖期望的范围，其中每个独立的光电设备监测其相应的范围受限的光纤跨度。因此，光电设备及其所耦合的光纤中的每个实际上形成并且充当分离的DAS系统。这种常规的解决方案不但极其昂贵(例如，由于延伸期望的范围需要越来越多的独立的光电设备及相关组件)，而且其设计在水下或海底的环境或应用中也是禁止和不切实际的(或甚至是不可能的)。

发明内容

提供了用于延伸海底光缆中的分布式声学传感(DAS)范围的技术。例如，通过沿着第一光纤的多个跨度发送和放大DAS信号，将DAS信号经由高损耗环回架构从第一光纤路由或旁路到与第一光纤不同的第二光纤，并且沿着相同的多个跨度返回和放大DAS信号回到DAS设备，可以延伸DAS范围。然后，DAS设备可以接收和处理DAS信号，以检测DAS环境中的任何变化。环回配置可以基于不同类型的环回架构。

在一个实施例中，一种系统可以包括：第一光纤，其中第一光纤可以提供分布式声学传感(DAS)信号在第一方向上传播的发送路径；以及第二光纤，其中第二光纤可以提供DAS信号在与第一方向相反的第二方向上传播的返回路径。系统可以进一步包括至少第一光学放大器，其被耦合到第一光纤并且沿着第一光纤布置；至少第二光学放大器，其被耦合到第二光纤并且沿着第二光纤布置；以及具有第一端和第二端的环回光纤，其中环回光纤的第一端可以在第一耦合点处被耦合到第一光纤，并且其中环回光纤的第二端可以在第二耦合点处被耦合到第二光纤。