灵敏度可变干涉仪系统技术方案

灵敏度可变光学传感器可以具有传感器的一个或者多个部分的与每个相应传感器部分的所选择的环境至少部分相对应的相应的实际灵敏度。一些公开的传感器具有沿着传感器纵向延伸的多个光学管道。光学管道中的至少一个光学管道可以具有至少一个纵向延伸段，该至少一个纵向延伸段具有与相邻纵向延伸段的光学性质不同的一个或者多个光学和/或机械性质，从而向管道提供纵向变化信号传播特性。具有这样的光学管道的光学传感器可以表现纵向变化实际灵敏度。然而这样的传感器可以例如在传感器的每个相应部分表现与选择的环境对应的实际灵敏度时表现基本上恒定的表观灵敏度。创新传感器可以提供虚假或者滋扰报警的低发生率、准确位置和幅值信息以及其它优点。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】灵敏度可变干涉仪系统相关申请本申请要求对均于2010年10月14日提交的第61/393,298号美国临时专利申请和第61/393,321号美国临时专利申请(下文称为“系统专利申请”)的优先权，通过引用将这些申请的内容结合于此如同出于所有目的而完全记载于此。
技术介绍
这里公开的创新涉及干涉仪系统，并且更具体地而非排他地涉及具有灵敏度可变传感器的光纤干涉仪系统。一些创新干涉仪系统被配置为检测和/或定位扰动(例如对安全边界的扰动、比如防护装置上的“抽头(tap)”、从管线的泄漏、桥梁的结构完整性的改变、对通信线路的扰动、输送带的操作改变、对表面或者声噪声的影响以及其它扰动)。在一些实例中，这样的系统可以被配置为使用一个无源传感器在例如上至约65公里(km)的距离内检测和/或定位，而使用在相反方向上延伸的第一和第二无源传感器在例如上至约130km的距离内检测和/或定位。大多数光学管道(例如光纤)沿着它们的长度具有基本上一致(例如不变)的性质从而使这样的光学管道适合于需要均匀性质的广泛各种应用(例如通信、干涉仪)。这一均匀性是用于光纤的现代高质量制造工艺、在光纤上的涂层和其中通常装入光纤的线缆的各种保护套以及许多因素的结果。在用作配置为检测扰动的传感器时，这样的纵向均匀光学管道通常无论沿着传感器的长度何处施加扰动都以一致的方式对给定的扰动做出响应。在许多应用中，给定的传感器的不同部分可以暴露于相应不同的环境。例如传感器的一部分可以例如定位于水下，另一部分可以定位于地下，而又一部分可以定位于地上(例如暴露于大气)。在这样的应用中，已知的传感器可以例如根据环境和传感器被扰动的哪个部分而对给定的扰动做出不同的响应。因此，利用具有均匀灵敏度的已知传感器，特别是如果周围环境沿着传感器的长度变化，则可能难以辨别任何特定扰动的一个或者多个特性(例如幅度、位置等)。因而，已知的光纤传感器可能易于引发“虚假”或者“滋扰”报警。虽然可以在数学上过滤一些环境影响以减少虚假和滋扰报警率，但是这样的算法可能计算量大并且可能导致间歇式操作。另外，这样的数学过滤可能未令人满意地减少虚假或者滋扰报警的出现。因而仍然需要配置成延伸穿过一个以上的环境而又无论环境如何都对给定的扰动相似地做出响应的传感器、例如无源光纤传感器。涉及传感器系统的其它需求也未得到满足。
技术实现思路
公开创新光学传感器和有关干涉仪系统，这些光学传感器和干涉仪系统解决上文指出的和其它需要中的一个或者多个需要。这样的创新一些实施例包括一种传感器，该传感器具有沿着它的长度变化的实际灵敏度。一种沿着其长度具有基本上恒定性质的传感器通常沿着它的长度具有基本上恒定实际灵敏度。可以经过一个环境与经过另一环境不同地向传感器输送给定的扰动从而使传感器的对这样的扰动的响应表现为依赖于环境。另外，具有纵向一致性质的传感器在暴露于给定的环境的一个部分中表现与传感器的定位于另一环境中的另一部分表现的表观灵敏度不同的表观灵敏度。如这里所用，“实际灵敏度”意味着传感器在选择的参考环境中对给定的扰动的响应的测量。如这里所用，“表观灵敏度”意味着传感器在任意环境中对给定的扰动的响应的测量。例如掩埋于地下的单模干涉仪可以响应于给定的物理扰动产生10个干涉条纹。定位于地上的相同干涉仪(或者其部分)可以响应于相似扰动产生500个干涉条纹。与具有纵向均匀光学性质的传感器对照，具有纵向变化光学性质和对应纵向变化实际灵敏度的传感器可以在传感器经过多种环境延伸时提供基本上恒定的表观灵敏度。公开创新光学传感器，其中传感器的一个或者多个部分的相应的实际灵敏度至少部分对应于相应传感器部分的选择的环境。例如一些公开的传感器具有沿着传感器纵向延伸的多个光学管道。光学管道中的至少一个光学管道可以具有至少一个纵向延伸段，该至少一个纵向延伸段具有与相邻纵向延伸段的光学性质不同的一个或者多个光学和/或机械性质(例如双折射、光纤涂层、护套等)，因此向管道提供纵向变化信号传播特性。具有一个或者多个这样的光学管道的光学传感器可以表现纵向变化实际灵敏度。然而这样的传感器可以比如在传感器经过多个环境延伸(例如如管线可以的那样)时、特别是在传感器的每个相应部分表现与选择的环境对应的实际灵敏度时表现基本上恒定的表观灵敏度。这样的创新传感器可以提供虚假或者滋扰报警的低发生率以及准确位置和幅值信息。一些创新系统包括一种用于用具有依赖于位置的实际灵敏度的传感器检测扰动的方法。利用这样的创新系统的一些实施例，可以确定扰动的位置，并且在一些实例中，也可以在传感器跨越多种环境(例如地上、地下、水下和经过开放大气)时确定这样的扰动的幅值。一些公开的传感器被无源地终止(terminated)并且配置为远离有源部件延伸例如上至和甚至多于约50km。一些公开的系统具有相对于彼此沿相反方向从有源部件延伸的两个这样的传感器，从而提供在例如上至约100-130km的大距离内的扰动检测能力。前述以及其它特征和优点将从参照附图进行的下文具体描述中变得更清楚。附图说明附图示出这里公开的创新系统的各方面，除非具体标识为示出来自现有技术的已知特征。图1示出这里所公开类型的创新干涉仪的方面。图2示出这里所公开类型的另一创新干涉仪系统的方面。图3示出可商业获得的MachZehnder干涉仪的示意图示，该干涉仪被配置为使用具有有源地匹配的偏振状态的反向传播光学信号。图4示出被配置为提供随着纵向位置而变化的实际灵敏度的传感器的方面；在放大图中示出该传感器的部分。图5A示出沿着图4中的线5A-5A截取的横截面图。图5B示出图5A中的横截面图而标识光学管道的若干不同配对。每个唯一组合向光缆提供对应的唯一实际灵敏度。图6示出沿着图4中的线6-6截取的横截面图。图7示出这里所公开类型的传感器，该传感器安装时在各种环境之中延伸以例如监视管线。具体实施方式这里通过参照示例实施例的方式描述与光学管道和干涉仪系统有关的各种原理。可以在各种配置中并入所公开的原理中的一个或者多个原理以实现一个或者多个性能特性。所公开的涉及边界安全应用的光学管道和干涉仪系统的实施例仅为用来举例说明这里描述的创新原理中的一个或者多个原理的例子。一些实施例可以同样适用于许多其它应用、例如检测管线中的泄漏、检测结构中的故障、检测对地表面的扰动、检测输送带的操作改变等。这里所公开的一些创新光学管道可以与已知的干涉仪配置组合以提供至今仍不可实现的性能水平。下文描述的这样的创新组合的例子。干涉仪系统概述如这里公开的干涉仪系统可以通过比较已经经过第一(例如“参考”)光学管道与第二(例如“传感器”)光学管道的所观测的第一和第二光学信号之间的相移来检测对传感器部分的扰动。在这里公开的系统中，第一光学管道与第二光学管道之间的一个或者多个光学和/或机械性质不同。例如，图1所示的创新干涉仪100配置为具有无源部分130a和如在上文所标识的系统专利申请中所公开的有源部分132a的混合Michelson/Mach-Zehnder干涉仪。图2所示的干涉仪100a也配置为具有无源部分130b和包括偏振加扰器的有源部分132b的混合Michelson/Mach-Zehnder干涉仪。如图1和2中所示，系统100、100a包括远离相应有源部分132a、132b本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.10.14 US 61/393,321;2010.10.14 US 61/393,2981.一种在具有纵向可变实际灵敏度的光纤线缆中的光纤传感器，所述光纤传感器包括：具有第一信号传播特性的第一光纤光学地耦合到具有第二信号传播特性的第二光纤，使得光能够从所述第一光纤向所述第二光纤传递；具有第三信号传播特性的第三光纤光学地耦合到具有第四信号传播特性的第四光纤；其中所述第一光纤和所述第三光纤定义具有对应第一实际灵敏度的第一参考-传感器光纤对，并且所述第二光纤和所述第四光纤定义具有对应第二实际灵敏度的第二参考-传感器光纤对。2.根据权利要求1所述的光纤传感器，其中所述第一实际灵敏度不同于所述第二实际灵敏度。3.根据权利要求1所述的光纤传感器，其中所述第三光纤和所述第四光纤具有相互不同的信号传播特性。4.根据权利要求1所述的光纤传感器，其中所述第一光纤和第三光纤具有相同的信号传播特性。5.根据权利要求1所述的光纤传感器，其中所述第二光纤和第四光纤具有相同的信号传播特性。6.根据权利要求4所述的光纤传感器，其中所述第一光纤和第三光纤中的每个光纤是相应的松套管光纤或者相应的紧包光纤。7.根据权利要求1所述的光纤传感器，其中所述第一光纤是松套管光纤，并且所述第二光纤是紧包光纤。8.根据权利要求1所述的光纤传感器，还包括光纤熔接头或者操作地耦合所述第一光纤和所述第二光纤的机械耦合。9.一种光纤线缆，包括：第一部分，包括具有第一实际灵敏度的第一参考-传感器光纤对；第二部分，包括具有第二实际灵敏度的第二参考-传感器光纤对；其中，所述第一参考-传感器光纤对光学地耦合到所述第二参考-传感器光纤对，使得所述线缆的实际灵敏度在第一部分和所述第二部分之间有所不同。10.根据权利要求9所述的光纤线缆，进一步包括：第一光学耦合和第二光学耦合，其中所述第一光学耦合将所述第一部分的所述光纤对的一个光纤光学地耦合到所述第二部分的所述光纤对的一个光纤，并且所述第二光学耦合将所述第一部分的所述光纤对的另一光纤光学地耦合到所述第二部分的所述光纤对的另一光纤。11.根据权利要求9所述的光纤线缆，其中所述第一部分中的所述光纤对中的至少一个光纤和/或所述第二部分中的所述光纤对中的至少一个光纤是相应的松套管光纤。12.根据权利要求9所述的光纤线缆，其中所述第一部分中的所述光纤对中的至少一个光纤和/或所述第二部分中的所述光纤对中的至少一个光纤是相应的紧包光纤。13.根据权利要求9所述的光纤线缆，其中在所述第一部分中的所述参考-传感器光纤对之间的间距不同于在所述第二部分中的所述参考-传感器光纤对之间的间距。14.根据权利要求9所述的光纤线缆，其中每个光纤是单模光纤。15.根据权利要求9所述的光纤线缆，其中所述第一部分包括多个第一松套管光纤，以及所述参考-传感器光纤对中的至少一个光纤包括所述多个第一松套管光纤之一。16.根据权利要求9所述的光纤线缆，其中所述第一部分包括多个第一紧包光纤，以及所述参考-传感器光纤对中的至少一个光纤包括所述多个第一紧包光纤之一。17.根据权利要求9所述的光纤线缆，其中所述第一部分和所述第二部分分别包括多个第一松套管光纤和多个第二松套管光纤；以及其中所述第一部分和所述第二部分分别包括多个第一紧包光纤和多个第二紧包光纤。18.根据权利要求17所述的光纤线缆，其中所述第一参考-传感器对与所述第二参考-传感器对之间的操作耦合包括在所述第一松套管光纤之一与所述第二紧包光纤之一之间的第一操作耦合。19.根据权利要求18所述的光纤线缆，其中所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·塔潘斯，
申请(专利权)人：森西斯光纤公司，
类型：
国别省市：