专利名称：分布式光纤感测中的改进的制作方法
技术领域：
本发明涉及光纤分布式感测，且尤其涉及光纤分布式声学感测和用于改进分布式光纤传感器的功能的方法和设备。
背景技术：
利用光纤的各种传感器是已知的。很多这种传感器依赖于沿着光纤长度布置的光纤点传感器或离散反射位点，诸如光纤布拉格光栅等。来自离散点传感器或反射位点的返回可以被分析以提供离散传感器或反射位点附近的温度、张力和/或振动的指示。使用离散反射位点的这种传感器或光纤点传感器需要包括专门制作的传感器部分的光纤。而且，光纤内传感器的分布是固定的。在其中使用来自连续长度的光纤的本征散射的完全的分布式光纤传感器也是已知的。这种传感器允许标准光纤线缆的使用而无需刻意引入的反射位点，诸如光纤布拉格光栅等。可以从其检测反向散射信号的整个光纤可以用作传感器的一部分。时分技术典型地用于将信号返回分成多个时间块(time bin)，其中每个时间块中的返回对应于光纤的不同部分。这种光纤传感器被称为分布式光纤传感器，因为传感器选项完全贯穿整个光纤分布。当在本说明书中使用时，术语分布式光纤传感器将表示光纤本身构成传感器且其不依赖于特定点传感器或刻意引入的反射或干涉位点的存在的传感器，即，本征光纤传感器。各种类型的分布式光纤传感器是已知的且被提议用在各种应用中。美国专利No. 5，194，847描述了用于入侵感测的分布式声学光纤传感器。使用没有任何点传感器或专门反射位点的连续光纤。相干光被投射到光纤中且在光纤内瑞利反向散射的任何光被检测和分析。时间块中反向散射光中的变化指示入射到光纤的相关部分上的声学或压力波。以这种方式，光纤的任何部分处的声学扰动可以被检测。英国专利申请公开No. 2，442. 745描述了一种分布式声学光纤传感器系统，其中通过向标准光纤投射多组脉冲调制电磁波来感测声学振动。一组中的一个脉冲的频率不同于该组中另一脉冲的频率。来自光纤内的本征反射位点的光的瑞利反向散射被采样且以组中各脉冲之间的频率差解调制。因此分布式光纤感测提供可以以良好空间分辨率来监测长的长度的光纤的有用和便利的感测解决方案。例如当可用于监测管道时，分布式光纤声学传感器例如可以使用 IOm至高达40km或更长的光纤的感测部分实现。
发明内容
本发明的目的是提供具有增加的灵活性和/或效用的分布式光纤感测系统。因而，根据本发明，提供一种分布式光纤传感器，包含光源，配置成使用光学辐射询问光纤；检测器，配置成检测从光纤内反向散射的光学辐射；以及处理器，配置成处理所检测的反向散射辐射以提供光纤的多个纵向感测部分，其中光源和处理器适于提供第一空间分辨率和至少第二不同的空间分辨率。
本发明的分布式光纤传感器向感测光纤发射光学辐射，检测从光纤内反向散射的辐射且处理辐射从而定义和产生来自光纤的多个纵向感测部分中的每一个的测量信号，这在分布式光纤感测中是常规的。光纤的每个纵向感测部分因此可以被认为是单独的传感器或数据信道且光纤可以有效地看作一系列独立的传感器(其可以连续或可以不连续)。然而，在本发明的实施例中，提供呈现第一空间分辨率和/或第二不同空间分辨率的传感器。 换句话说，光纤的纵向感测部分的尺寸是可配置的，以使得光纤的每个感测部分可以是第一长度或不同于第一长度的至少第二长度。本发明的不同实施例以不同方式控制空间分辨率中的变化。在下面更详细描述诸如时间变化、响应于检测事件的自适应变化、例如通过波长复用同时提供多个分辨率之类的技术。在常规分布式光纤感测中，空间分辨率即光纤的感测部分的基本长度是固定的。光源可以布置成使用光学辐射的一个或多个脉冲询问光纤。每个脉冲有效地照射光纤的区段且来自光纤的该区段的反向散射可以被检测器检测。在某些实施例中，光纤的纵向感测部分的长度由用于询问光纤的光学脉冲或多个脉冲的持续时间或宽度决定。本质上脉冲中间的光导致的散射将与来自将较早或较迟的脉冲位照射的光纤的其他部分的光同时到达检测器。因而，光源可以配置成使用第一持续时间的光学辐射的脉冲询问光纤且还使用第二持续时间的光学辐射的脉冲询问光纤。通过改变光学辐射的脉冲的持续时间，传感器的空间分辨率即光纤的感测部分的长度可以变化。在诸如GB2，442，745中描述的分布式声学传感器中，脉冲对被用于每次询问，对中的每个脉冲之间具有频率差。在某些分布式感测布置中，接着使用脉冲对，且来自脉冲对中的每一个的反向散射光的相对相位可以用于提供感测的数据。在这种实施例中，光纤的纵向感测部分的长度与询问对中脉冲之间的间隔相关。因此，在本发明的实施例中，光源被配置成使用具有限定的时间间隔的光学辐射的脉冲对询问光纤，且其中使用第一时间间隔的脉冲对且还使用第二时间间隔的脉冲对执行询问。在这种实施例中，时间间隔中的变化实现空间分辨率中的变化。频率差典型地施加在每个对中的脉冲上以促进信号返回的检测和处理。该对中的脉冲将具有有限持续时间，且时间间隔优选地定义为前沿之间或备选地例如脉冲的中心之间的间隔。设计用于询问脉冲对的合适的波形涉及考虑很多因素，例如诸如记号空间比、总能量、消光比和频率交叠。因此，在改变脉冲间隔中，诸如脉冲宽度的其他因素也可以变化。光源被布置为将第一持续时间和/或间隔的一个或多个脉冲投射到光纤中以执行光纤的一个或多个询问且然后随后将第二持续时间和/或间隔的一个或多个脉冲投射到光纤中以执行光纤的一个或多个随后询问。换句话说，传感器可以以第一空间分辨率执行第一测量或测量系列，且然后随后以第二空间分辨率执行第二测量或测量系列。因而，传感器在第一时间提供第一空间分辨率且在稍后的时间提供第二空间分辨率。设备可以布置为周期性地改变脉冲的持续时间， 例如，传感器可以配置成对于某一数目的测量或某一时间长度使用第一空间分辨率且然后对于另一数目的测量或时间量使用第二空间分辨率。另外或备选地，传感器可以配置成响应于检测的事件改变空间分辨率。例如，传感器可以具有在正常操作中使用的缺省空间分辨率或用于改变空间分辨率的缺省例程。如果检测到特定事件(其可以简单地是某一阈值之上的任何检测或可以涉及检测特定特性信号)，空间分辨率可以变化为新的空间分辨率或改变空间分辨率的新模式。例如，分布式声学传感器可以与比如IOm的缺省空间分辨率一起使用。如果在长度为IOm的纵向感测部分之一中检测到声学信号，则传感器可以变化为短于IOm的空间分辨率以获得更好的空间灵敏度，这可以允许声学信号的源被更精确地识别和定位。备选地， 传感器可以快速在一系列不同的空间分辨率下获得一系列测量。声学源可以产生在一个空间分辨率下明显但在另一空间分辨率下不明显的特性信号和/或在一系列空间分辨率下的响应的比较可以允许源被更精确地分类。如果传感器响应于检测事件而改变空间分辨率，则传感器可以布置为仅处理来自检测事件附近的光纤的纵向感测部分的返回。移动到比缺省空间分辨率短的多的空间分辨率将增加来自待分析的整个感测光纤的返回所需要的处理量。增加的处理开销可以通过仅集中于感兴趣的光纤的区段而避免。 在一些实施例中，光源可以使用具有第一持续时间和/或间隔的光学辐射的一个或多个脉冲以及具有第二持续时间和/或间隔的光学辐射的一个或多个脉冲询问光纤，其中具有第一持续时间和/或间隔的光学辐射的脉冲与第二持续时间和/或间隔的脉冲具有不同的光学特性。光学特性可以是一组询问脉冲中的脉冲之间的频率差和/或脉冲的波长。光学特性允许导致不同空间分辨率的询问信号同时在光纤中存在，但是对于它们的输出在处理器将被区分和分离。当使用单个询问脉冲时，光源因此可以配置成提供具有第一持续时间的第一波长的脉冲和具有第二波长的第二持续时间的脉冲。以这种方式，来自每一个脉冲的瑞利反向散射辐射可以通过波长分割而分离。因而，光纤可以以一个空间分辨率询问，同时还以不同空间分辨率询问该光纤。在如GB 2，442，745中所述使用脉冲对的情况中，脉冲对之间的频率差可以在连续脉冲对之间变化，使得每个脉冲对导致唯一的载频。如GB 2，442，745中所述，这允许多于一个脉冲对同时在光纤内传播以提供分离的询问。然而GB 2，442，745没有教导在分离脉冲对中脉冲的间隔或持续时间可以变化以提供不同的空间分辨率。同样，波长分割技术也可以用于分离来自不同脉冲对的返回。以这种方式，可以以第一空间分辨率和第二空间分辨率同时询问传感器光纤。同样，可以存在用于一般监测的缺省空间分辨率。例如，可以使用单个空间分辨率，除非且直到检测到感兴趣的事件为止，此时，传感器可以开始以一个或多个其他空间频率或以变化的空间频率的特定模式同时进行询问，以对扰动源进行分类和/或定位。同样应当注意，在分析来自很多纵向感测部分的信号中涉及的处理开销可能显著。因而，尽管可以以Im分辨率监测光纤的长度，但比如可能优选的是以缺省的IOm监测以检测任何扰动， 且如果检测到扰动，则使用较短持续时间的脉冲，而且分析感兴趣的相关区段。在一个实施例中，在正常操作中，光源可以发射不同持续时间的脉冲以允许不同空间分辨率的同时使用。然而，处理器可以布置为仅处理对应于较长空间分辨率的返回，直到检测到感兴趣的事件为止。此时，来自对应于较短空间分辨率的脉冲的相关返回也可以被处理。这避免了在构建光源以输出较短波长脉冲中的任何延迟以及飞行时间(time of flight)延迟。实际上， 对应于来自提供较短空间分辨率的脉冲的返回的数据可以被至少短时间地存储，使得如果以较长空间分辨率检测到事件，则可以处理对于较短空间分辨率的存储的同期返回。
尽管光源发射的光学辐射因此可以物理地定义传感器的可实现的空间分辨率，但处理器还应配置成将信号返回处理成合适的分析块(analysis bin)。因此，处理器优选地配置成实现适当长度的光纤的多个纵向感测部分，即，它们对应于询问辐射定义的空间分辨率或可能的空间分辨率的至少之一。处理器可以布置成响应于询问光学辐射中的变化来变更在处理数据中使用的时间分析块。处理器可以布置成平均来自比光纤的最小可实现纵向感测部分长的光纤的区段的数据。例如，如果用于询问光纤的光学辐射使得光纤可以分解成离散的5m的光纤区段， 则处理器可以仍然布置为仅提供对应于15m长的光纤的测量。实际上，处理器仅求和或平均来自光纤的三个相邻纵向感测部分的数据。处理器还可以配置成提供意图对应于比可实现空间分辨率短的光纤长度的测量，尽管将意识到，这简单地对应于以不同方式显示数据且不实际增加传感器的精度。尽管数据报告的分辨率中的变化因此可以通过处理器实现而无需对询问辐射做任何改变，但本发明涉及使用传感器的至少两个不同空间分辨率(即每个离散感测部分的最小可实现长度)可操作的方法和设备。处理器(或另一处理器)可以布置为分析来自纵向感测部分中的每一个的信号返回以检测感兴趣的事件。检测感兴趣的事件可以包含识别来自光纤的一个或多个纵向感测部分的测量信号中的事件的预定特性。例如，分布式光纤声学传感器可以将来自每个纵向感测部分或相邻纵向感测部分组的测量信号(即检测的声学信号)与感兴趣的事件的声学签名进行比较。如果测量的信号匹配或充分相似于感兴趣的特定事件的声学签名，则这可以看作是感兴趣的特定事件的检测。该分析可以根据传感器的空间分辨率变化。例如，以较长空间分辨率在单个纵向感测部分中检测的特性可以以较短空间分辨率在多于一个相邻感测部分中被检测。因此， 感兴趣事件的预定特性可以具有与之相关的空间元素。优选地，传感器是分布式声学传感器(DAS)。检测器因此可以配置成检测从光纤内瑞利反向散射的辐射。优选地，处理器适于处理检测的反向散射辐射以得出来自纵向感测部分中的每一个的声学测量。处理器可以适于执行诸如GB 2，442，745中描述的方法。本发明还应用于分布式光纤感测的方法。因而，根据本发明的另一方面，提供一种分布式光纤感测的方法，包含以下步骤使用光学辐射询问光纤；检测从光纤反向散射的光学辐射；以及处理对应于所述检测到的反向散射辐射的数据以提供来自所述光纤的多个纵向感测部分中的每一个的测量信号，其中该方法包含以第一空间分辨率和第二不同空间分辨率提供所述测量。本发明的该方面的方法提供与上面本发明的第一方面描述的全部相同优点且可以用在所有相同实施例中。具体而言，使用光学辐射询问光纤的步骤可以包含将具有第一持续时间和/或间隔的光学辐射的一个或多个脉冲投射到所述光纤中以及将具有第二不同持续时间和/或间隔的光学辐射的一个或多个脉冲投射到所述光纤中。如上面所解释，相应询问信号的持续时间和/或间隔描述的不同波形导致不同的空间分辨率。该方法包含投射导致第一空间分辨率的第一询问波形和投射导致第二空间分辨率的第二询问波形，其中所述第一和第二波形具有不同的光学特性。光学特性可以是该对中的脉冲之间的频率差和/或波长。
7
该方法可以包含以第一空间分辨率提供测量且然后随后以第二空间分辨率提供测量。该方法可以包 含以预定模式改变传感器的空间分辨率。另外或附加地，该方法可以涉及响应于对事件的检测改变空间分辨率。该方法可以包含仅针对检测事件附近的一部分光纤以第二空间分辨率提供所述测量。该方法可以包含与以第二空间分辨率测量的同时以第一空间分辨率提供测量。该方法可以包含改变处理器使用的分析块的大小以匹配询问辐射的空间分辨率。本发明基本上扩展到如此处参考附图描述的方法、设备和/或用途。在本发明的一个方面中的任何特征可以以任何适当组合应用于本发明的其他方面。具体而言，方法方面可以应用于设备方面，且反之亦然。而且，硬件中实现的特征一般可以以软件实现，且反之亦然。此处对于软件和硬件特征的任何弓I用也应相应地理解。
现在将参考附图纯粹通过示例的方式描述本发明的优选特征，附图中 图1示出分布式光纤传感器的基本组件；
图2示出根据本发明的一个实施例的一系列询问脉冲； 图3示出根据本发明的另一实施例的一系列询问脉冲；
图4示出感测光纤的区段以及在两个不同空间分辨率下将光纤分成纵向感测部分；以
及
图5示出根据本发明的另一实施例的一系列询问脉冲。
具体实施例方式图1示出分布式光纤感测布置的示意图。感测光纤104的长度在一端连接到询问器106。来自询问器106的输出被传递到可以与询问器定位在一起或者可以与其远离的信号处理器108以及可选的用户接口 /图形显示器110，其实际上可以通过适当的专用PC实现的。用户接口可以与信号处理器定位在一起或者可以与其远离。感测光纤104在长度方面可以是很多公里，且在该示例中约为40km长。感测光纤是诸如在电信应用中常规使用的标准的未经修改的单模光纤。在光学分布式传感器的常规应用中，感测光纤至少部分地包含在希望被监测的介质中。例如，光纤104可以掩埋在地中以提供周界的监测或诸如管道等的掩埋资产的监测。将关于分布式声学传感器描述本发明，然而本领域技术人员应当意识到本教导可以一般性地应用于任何类型的分布式光纤传感器。在操作中，询问器106将询问电磁辐射投射到感测光纤中，该询问电磁辐射例如可以包含具有所选频率模式的一系列光学脉冲。光学脉冲可以具有如其内容通过弓I用结合于此的GB专利公开GB 2，442，745中描述的频率模式。如GB 2，442，745所述，瑞利反向散射现象导致输入到光纤中的光的某一部分被反射回询问器，在那里它被检测以提供代表光纤附近的声学扰动的输出信号。询问器因此方便地包含至少一个激光器112和至少一个光学调制器114，其用于产生通过已知光学频率差分离的多个光学脉冲。询问器还包含布置为检测从光纤104内的本征散射位点反向散射的辐射的至少一个光电检测器116。来自光电检测器的信号被信号处理器108处理。信号处理器基于各光学脉冲之间的频率差方便地解调制返回的信号，诸如GB 2，442，745中描述的。信号处理器还可以应用如GB 2，442，745中描述的相位展开算法。光学输入的形式和检测的方法允许单个连续光纤空间地分解成离散的纵向感测部分。即，在一个感测部分感测的声学信号可以与在相邻部分处的感测信号基本无关地提{共。光纤的感测部分的空间分辨率极大地依赖于用于询问光纤的辐射的波形。此处波形典型地表示输入脉冲的形状和时序。本领域技术人员应当意识到，有限持续时间的光学辐射的任何照射脉冲将意味着某一空间长度的光纤在任何一个时间被同时照射。因而，考虑某些实施例，在任何一个时间在检测器处接收的辐射将包含通过询问脉冲的不同部分从光纤的稍不相同的部分反向散射的辐射。很明显，检测器的响应速度和采样速度可以实现空间分辨率，但是在良好调节的系统中，在这些实施例中，空间分辨率有效地基于脉冲持续时间。在如上所述的一些布置中，时间隔开的脉冲对用于询问待测光纤。在该方法中，检测和处理典型地通过将经过光纤的给定区段(该区段由脉冲间隔定义)的光与不经过该区段光的干涉来执行。干涉光之间的检测的相位变化提供关于光纤的给定区段的扰动的信息。因此，传感器的空间分辨率，即每个纵向感测部分的长度，依赖于光学脉冲的间隔。询问波形的选择以及因此光纤的空间分辨率的选择可以依赖于很多因素。很明显，意图的应用可以影响空间分辨率的选择。如果应用是用于检测非常大尺度的事件，则相对大的空间感测长度是可以接受的。然而，对于其他应用，可以存在一系列有用的空间分辨率。分布式声学传感器可以用作入侵检测系统，也就是说例如用于保护边界或周界或者检测与管道的潜在干扰。分布式声学传感器还用于与管道或其他流动线相关的流动监测和/ 或情况监测或者用于各种建筑或结构的情况监测。空间分辨率的选择还表示灵敏度以及噪声和可以用作感测光纤的光纤长度之间的折中。光纤的较长感测部分的使用意味着每个感测部分可以是更加灵敏的——因为存在更多的光纤来检测入射的声学扰动。然而，光纤的感测部分越长，噪声量越大。如果纵向感测部分的空间尺寸太大，则附加的灵敏度增益可能被抵消(offset)，因为声学信号在朝向感测部分的末端可能衰减且附加噪声可能占优势。而感测部分太小可能仅呈现相对小的信号。而且，较小感测部分的使用可能增加有效传感器的整体数目。这在确定感兴趣的一些信号的声学特征中可能显著增加处理开销。传感器的范围或可以被询问的光纤长度，还涉及询问脉冲的持续时间。若所意识到的那样，从光纤的任何部分反向散射的辐射必须使其到达检测器以使得传感器能够检测声学扰动对于光纤的该部分的影响。很明显，光纤将呈现某些衰减(某些衰减是由于来自光纤中的不均勻性的瑞利散射过程)且因而反向散射辐射将随着它行进经过光纤而衰减。对于给定感测部分，进入光纤的范围越大，到达检测器的被横跨的光纤的数目越大，且因此反向散射的衰减越大。对于给定程度的反向散射，将存在一范围，超出该范围，到达检测器的返回途中的衰减太大且不能获得可用信号。来自感测部分的总反向散射辐射与询问辐射的强度和脉冲的持续时间相关(较长的脉冲为反向散射提供更多的机会)。如本领域技术人员将意识到的，对于依赖于瑞利反向散射的分布式声学传感器， 询问辐射应低于用于光纤的非线性阈值且因而对于可以发射到光纤中的光学功率存在限制。因此，对于固定强度的照射辐射，反向散射的程度与照射脉冲的持续时间相关。权衡所有这些因素发现，约8_12m的空间分辨率尤其适于分布式声学传感器的很多应用。该空间分辨率允许高达50km或更长的标准电信光纤用作感测光纤且提供噪声和灵敏度的良好平衡。而且对于很多入侵检测事件和/或情况监测事件，8-12m的空间分辨率适于感兴趣的期望信号且不代表不适当的处理开销。该8-12m的范围表示特别适合的空间分辨率是新颖的认可。然而，在诸如井下应用的一些应用中，较短的空间分辨率可能是适当的。例如，在井下应用中，约几十厘米的空间分辨率可能是优选的。在约几公里的长度(即钻孔的深度) 尺度上，这种空间分辨率是可接受的。本发明涉及以至少两个不同空间分辨率可操作的分布式光纤传感器，尤其是分布式声学传感器。这可以允许关于声学扰动源的附加信息被检测和或可以允许使用不同的空间分辨率监测光纤的不同部分。因此，在本发明的第一实施例中，询问器即激光器116和调制器114的光源可以布置为产生一系列第一持续时间的脉冲或一系列第二持续时间的脉冲。参考图2，示出激光器和调制器的输出。调制器114的输出是均具有第一持续时间、的一系列脉冲201。脉冲之间的时间可以布置为使得来自一个脉冲的所有反向散射在下一脉冲被投射到光纤中之前被检测到。检测器接收来自光纤的反向散射辐射，且在处理数据中处理器将该数据分成η个分析块(analysis bin)，每个分析块具有适合于第一持续时间、的脉冲的空间范围。处理器因此提供具有来自第一空间分辨率比如IOm的光纤的多个感测部分中的每一个的声学测量信号。然而，在产生具有第一持续时间的一个或多个脉冲201之后，激光器112和调制器 114输出具有不同持续时间t2的一个或多个脉冲202。除了每个脉冲的持续时间之外，脉冲的所有其他特征可以不变。脉冲的持续时间可以通过控制激光器112来控制以输出不同持续时间的脉冲，或者如本领域技术人员所理解的那样，可以使用调制器114或附加光学调制器(未示出)。如所述，第二持续时间的脉冲对于每个脉冲具有较短持续时间且因而实现较短的空间分辨率。在激光器和调制器开始产生第二持续时间的脉冲时，处理器改变分析块的大小且因而产生具有来自不同较短空间分辨率例如比如an的光纤的多个测量部分中的每一个的
一系列测量信号。参考图3，示出用于产生脉冲对的实施例的波形。调制器114的输出是具有间隔 δ ！的一对脉冲301。该对的每个脉冲具有相同的持续时间，但是每个脉冲是不同的频率以提供已知频率差。在这之后是短时间后的另一脉冲对。脉冲对之间的时间可以布置为使得在下一脉冲对投射到光纤中之前，来自第一脉冲对的所有反向散射被检测到，在这种情况中，每个脉冲对可以与前一脉冲对相同。备选地，如GB2，442，745中所述，脉冲对可以被投射，使得在任何时间多于一个脉冲对在光纤中传播，在每种情况中，脉冲对布置为具有不同频率差。如GB2，442，745中所述，检测器接收来自光纤的反向散射辐射且处理器以脉冲对的频率差解调制检测的辐射。在处理数据中，处理器将数据分成η个分析块，每个 分析块具有适合于第一间隔S工的脉冲对的空间范围。处理器因此提供具有来自第一空间分辨率比如IOm的光纤的多个感测部分中的每一个的声学测量信号。然而，在产生具有第一间隔的一系列脉冲对301之后，激光器112和调制器114输出具有不同间隔S2的一个或多个脉冲对302。每一个对302中的各个脉冲的持续时间可以与对301中的相同，然而，在平衡诸如总能量和频率间隔这样的各种因素时，各个脉冲的持续时间也可以不同。如图3所示，第二间隔的脉冲对302对于每个脉冲具有较短的持续时间。在激光器和调制器开始产生第二间隔的脉冲对时，处理器改变分析块的大小且因而产生具有来自不同较短的空间分辨率(例如比如2m)的光纤的多个测量部分中的每一个的一系列测量信号。以这种方式，传感器可以在第一空间分辨率和第二空间分辨率之间交换。图4示出光纤104且指示光纤如何被分成第一空间分辨率410中的感测部分以及处于第二空间分辨率的光纤的分割。传感器可以布置为以预定模式在不同空间分辨率之间交换。例如，传感器可以使用某一数目的第一持续时间的脉冲对接着是某一数目的第二持续时间的脉冲对询问光纤。 备选地，传感器可以以作为缺省空间分辨率的第一空间分辨率操作。如果声学事件高于某一阈值和/或在来自光纤的感测部分中的任何一个或多个的信号中检测到匹配某一特性， 则传感器可以交换到第二空间分辨率。从前面的描述可以清楚地知道，第二空间分辨率潜在地提供光纤的更多的离散的感测部分且因而可以导致显著的处理开销。因此在一些实施例中，处理器可以布置为提供仅来自检测事件附近的纵向感测部分的测量信号。图4示出在位置A处发生的声学事件。声学波将被光纤104检测。图403示出代表对于处于第一空间分辨率的光纤的各感测部分中的每一个的平均声学信号强度的柱状图。 可以看出，在相关感测部分405中检测到相对大的扰动。处理器然后可以切换到第二空间分辨率，但是仅处理对应于光纤的区段405附近的第二空间分辨率的感测部分的信号。图 404示出对于处于第二空间分辨率的处理的感测部分中的每一个的声学信号的柱状图。可以看出，在第二空间分辨率可以更清晰地确定沿着光纤的声学事件的位置。而且，在这些感测部分中的一个或多个上的声学信号的演变的分析可以揭示特性签名，其可以用于分类事件，即识别将产生这种声学响应的事件的类型。这可以使得处理器能够确定声学事件是否是感兴趣的事件，例如，指示入侵者或故障情况且因而应当产生自动警报。如图2所示，询问器可以在不同询问波形之间，且因此在或者响应于事件或者作为标准模式的部分的空间分辨率之间交换。然而，在另一实施例中，两个空间分辨率可以在相同的光纤中同时实现。图5示出根据本发明的该实施例的询问器的输出。如上所述，具有第一持续时间的第一脉冲对501被发射到光纤中。第一脉冲对中的脉冲分别具有频率4和f2。在第一脉冲对被发射之后立即发射第二脉冲对502。第二脉冲对中的脉冲具有不同的间隔以及可选地还具有不同的持续时间，且分别还具有频率f3和f4。频率被选择为使得f2_f\不等于f\、 f2> f3或f4或f4_f3中的任何一个。类似地，f4"f3不等于fi> f2> f3或f4。如GB 2，442，745 所述，这种布置可以允许两个脉冲对几乎同时被发射到光纤(实际上在不同设备中它们可以是同时的)，但是来自每一个的响应被单独解调制。以这种方式，处于第一空间分辨率的信号返回可以被处理且处于第二空间分辨率的信号返回也可以被处理以提供两个同步的空间分辨率。处理器可以针对整个光纤以两个空间分辨率提供测量信号，且可以以两个空间分辨率使用信号来检测感兴趣的事件。备选地，可以仅针对光纤的一部分产生处于空间分辨率之一的测量信号。例如假设光纤沿着掩埋管道的长度部署以用于检测与管道的干扰和/ 或情况监测。对于大多数管道，IOm左右的空间分辨率是可接受的且提供优化监测。然而对于某些区域，可能存在倾向于特定应力的其他机器或者管道的部分，可能希望具有约Im的空间分辨率的传感器。在本发明的该实施例中，光纤可以使用Im脉冲和IOm脉冲来询问。 来自IOm脉冲的返回将用于大多数管道但来自Im脉冲的返回从将用于敏感部分。另外或备选地，较短分辨率脉冲可以被发射，但是对于光纤的至少一区段，返回不被处理，直到检测到事件为止。此时，适当的感测部分可以以上面关于图3的描述的类似方式分析。在所有实例中，传感器提供的不同空间分辨率可以是预定的，例如，可以存在比如 IOm的缺省分辨率和比如Im的精细分辨率。然而，在一些实施例中，可以响应于检测的信号确定空间分辨率。例如，处理器可以以第一空间分辨率分析信号且基于该分析选择未来应用的空间分辨率。当然从上的讨论应当意识到，取决于光纤中发生事件的地点以及光纤的总长度， 改变空间分辨率可以改变传感器的总范围。因此，对于接近处于特定空间分辨率的传感器的最大范围的光纤的部分，可能不可能将空间分辨率减小到较短长度且仍接收可用信号。 然而，对于在两个分辨率处于有效范围内的光纤的部分，两个或多个不同空间分辨率的使用仍是有益的。处理器可以使用用于改变光纤的某些部分的空间分辨率的一系列截止范围 (即如果感兴趣的事件发生在某一范围发生则可用的最短空间分辨率的列表)来编程。说明书以及(当合适时)权利要求和附图中公开的每个特征可以独立地提供或者以任何合适的组合提供。
1权利要求
1.一种分布式光纤传感器，包含光源，其配置成使用光学辐射询问光纤；检测器，其配置成检测从光纤内反向散射的光学辐射；以及处理器，其配置成处理检测的反向散射辐射以提供光纤的多个纵向感测部分，其中光源和处理器适于提供第一空间分辨率和至少第二不同空间分辨率。
2.根据权利要求1所述的分布式光纤传感器，其中光源配置成使用第一持续时间的光学辐射的脉冲询问光纤且还使用第二不同持续时间的光学辐射的脉冲询问光纤，所述不同持续时间实现所述不同的空间分辨率。
3.根据权利要求1所述的分布式光纤传感器，其中光源配置成使用具有限定的时间间隔的光学辐射脉冲对询问光纤，且其中使用第一时间间隔的脉冲对且还使用第二不同时间间隔的脉冲对执行询问，所述不同时间间隔实现所述不同空间分辨率。
4.根据权利要求2或3所述的分布式光纤传感器，其中光源配置成将实现第一空间分辨率的一个或多个脉冲投射到光纤中以执行光纤的一个或多个询问且然后随后将实现第二空间分辨率的一个或多个脉冲投射到光纤中以执行光纤的一个或多个随后询问。
5.根据前述任一项权利要求所述的分布式光纤传感器，其中传感器适于以第一空间分辨率执行第一测量或测量系列，且然后随后以第二空间分辨率执行第二测量或测量系列。
6.根据前述任一项权利要求所述的分布式光纤传感器，其中传感器配置成周期性地改变传感器的空间分辨率。
7.根据前述任一项权利要求所述的分布式光纤传感器，其中传感器配置成响应于检测事件改变传感器的空间分辨率。
8.根据前述任一项权利要求所述的分布式光纤传感器，其中光源配置成使用实现第一空间分辨率的第一波形和实现第二不同空间分辨率的第二波形询问光纤，其中第一波形具有与第二波形不同的光学特性。
9.根据权利要求8所述的分布式光纤传感器，其中光学特性包含询问脉冲组中各脉冲之间的频率差和脉冲的波长中的一个。
10.根据前述任一项权利要求所述的分布式光纤传感器，其中传感器同时提供第一空间分辨率和第二空间分辨率。
11.根据前述任一项权利要求所述的分布式光纤传感器，其中处理器配置成提供具有匹配由询问辐射提供的空间分辨率的长度的光纤的多个纵向感测部分。
12.根据权利要求11所述的分布式光纤传感器，其中处理器配置成响应于询问光学辐射中的变化变更在处理数据中使用的分析块。
13.根据前述任一项权利要求所述的分布式光纤传感器，其中处理器布置成分析来自纵向感测部分中的每一个的测量信号以检测感兴趣的事件。
14.根据权利要求13所述的分布式光纤传感器，其中处理器布置成根据测量信号的空间分辨率改变分析。
15.根据前述任一项权利要求所述的分布式光纤传感器，其中传感器是分布式声学传感器。
16.根据权利要求15所述的分布式光纤传感器，其中检测器配置成检测从光纤内瑞利反向散射的辐射。
17.—种分布式光纤感测的方法，包含以下步骤使用光学辐射询问光纤；检测从光纤反向散射的光学辐射；以及处理对应于所述检测的反向散射辐射的数据以提供来自所述光纤的多个纵向感测部分中的每一个的测量信号，其中该方法包含以第一空间分辨率和第二不同空间分辨率提供所述测量。
18.根据权利要求17所述的分布式光纤感测的方法，其中使用光学辐射询问光纤的步骤包含将具有第一持续时间和/或间隔的光学辐射的一个或多个脉冲投射到所述光纤中以及将具有第二不同持续时间和/或间隔的光学辐射的一个或多个脉冲投射到所述光纤中。
19.根据权利要求18所述的分布式光纤感测的方法，包含投射具有第一持续时间的一个或多个脉冲对以及投射具有第二持续时间的一个或多个脉冲对，其中具有第一持续时间的脉冲对具有与具有第二持续时间的脉冲对不同的光学特性。
20.根据权利要求19所述的分布式光纤感测的方法，其中光学特性包含该对中脉冲之间的频率差和/或波长。
21.根据权利要求17至20中的任一项所述的分布式光纤感测的方法，包含以第一空间分辨率提供测量且然后随后以第二空间分辨率提供测量。
22.根据权利要求17至21中的任一项所述的分布式光纤感测的方法，包含以预定模式改变传感器的空间分辨率。
23.根据权利要求17至22中的任一项所述的分布式光纤感测的方法，包含响应于对事件的检测改变空间分辨率的步骤。
24.根据权利要求23所述的分布式光纤感测的方法，包含仅针对检测事件附近的一部分光纤以第二空间分辨率提供所述测量。
25.根据权利要求17至M中的任一项所述的分布式光纤感测的方法，包含与以第二空间分辨率测量的同时以第一空间分辨率提供测量。
26.根据权利要求17至25中的任一项所述的分布式光纤感测的方法，包含改变由处理器使用的分析块的大小以匹配询问辐射的空间分辨率。
全文摘要
本发明涉及具有第一空间分辨率(301，303)和第二不同空间分辨率(302，304)的分布式光纤传感器(104，106)。可以是分布式声学传感器的传感器具有配置成使用光学辐射询问光纤(104)的光源(112)和配置成检测从光纤内反向散射的光学辐射的检测器(116)。处理器(108)配置成处理检测的反向散射辐射以提供光纤的多个纵向感测部分。光源和处理器适于例如通过改变光学脉冲和分析块的持续时间和/间隔提供第一和第二空间分辨率。第一和第二空间分辨率可以顺序或同时提供且使用的空间分辨率可以作为缺省模式的部分或者响应于检测事件而变化。
文档编号G08B13/186GK102292621SQ201080005142
公开日2011年12月21日 申请日期2010年11月12日 优先权日2009年11月13日
发明者J. 希尔 D., 麦尤恩-金 M. 申请人:秦内蒂克有限公司