混合分布式声学测试制造技术

本说明书的主题内容尤其可以具体实施在一种方法中，该方法包括：基于在沿少模光纤的第一位置处少模光纤以振动频率的振动从少模光纤中分离出一组背散射的瑞利信号；基于在沿少模光纤的第二位置处少模光纤的温度，从少模光纤分离出一组背散射的斯托克斯拉曼信号和反斯托克斯拉曼信号；检测分离的瑞利信号和拉曼信号；基于检测该组背散射的瑞利迹线，确定第一位置、振动的频率和振动的幅度中的至少一个；以及基于检测该组背散射的拉曼信号，确定第二位置处的温度。第二位置处的温度。第二位置处的温度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】混合分布式声学测试
[0001]优先权要求
[0002]本申请要求2019年1月30日提交的美国专利申请第16/262,477号的优先权，其全部内容通过引用方式并入本文中。


[0003]本说明书涉及光纤振动和温度传感器。

技术介绍

[0004]在分布式感测的现有方法中，光纤范例是特别独特的，因为它具有许多优点，包括抗电磁干扰、微型尺寸、恶劣环境操作和大规模复用的能力。
[0005]一种应用是使用相敏光时域反射计(Φ
‑
OTDR)设计的光纤分布式声学传感器(DAS)。基于Φ
‑
OTDR的DAS已经部署在诸如实时结构健康监测、石油和天然气行业以及航空航天运输等应用中。其工作原理由将窄线宽激光器生成的一系列光脉冲发射到被测光纤(FUT)中组成。在FUT输入端口处，连续的瑞利背散射迹线被记录在时域中。由于在注入脉冲持续时间内散射中心反射的信号的相干干扰，每条瑞利迹线都具有类似散斑的轮廓。在没有沿FUT侵入(诸如没有折射率扰动)的情况下，记录的瑞利迹线在理想情况下是相同的。当沿FUT的某个位置施加声学信号时，该位置的有效折射率会发生变化，因此可以通过观察记录迹线中对应散斑的强度波动来感知声学信号的振动侵入。
[0006]另一应用是分布式温度感测(DTS)。其工作原理包括向FUT发射一系列光脉冲。脉冲被FUT的热激发背散射。在FUT输入端口处，将背散射的斯托克斯拉曼信号和反斯托克斯拉曼信号进行比较以确定FUT的温度。
[0007]光纤内拉曼信号的背散射功率比瑞利信号的背散射功率小约40dB(分贝)。因此，在DTS系统中，所采用的泵浦功率会在单模光纤(SMF)中引起非线性。诸如受激拉曼散射之类的这种光纤非线性会抑制DTS系统的正常运行。替代地，与SMF相比表现出相对更大的非线性阈值的多模光纤(MMF)可用于DTS系统。然而，基于MMF的DAS系统很难提供，因为MMF支持传播大量模式，并且每个模式都会遇到对瑞利信号有害的独立干扰行为。

技术实现思路

[0008]一般而言，本文献描述了用于光纤振动和温度感测的技术和系统。
[0009]在第一方面，一种用于远程感测振动和温度的方法包括：基于在沿少模光纤的第一位置处少模光纤以振动频率的振动，通过波分复用滤波器从少模光纤中分离出一组背散射的瑞利信号。基于在沿少模光纤的第二位置处的少模光纤的温度，由波分复用滤波器分离出一组背散射的斯托克斯拉曼信号和反斯托克斯拉曼信号。检测分离的瑞利信号，并且检测分离的斯托克斯拉曼信号和反斯托克斯拉曼信号。基于检测该组背散射的瑞利迹线，确定振动在少模光纤中的第一位置、振动频率和振动的幅度中的至少一个。然后基于检测该组背散射的斯托克斯拉曼信号和反斯托克斯拉曼信号，确定在第二位置处少模光纤的温
度。
[0010]各种实现方式可以包括以下特征中的一些、全部或不包括。该方法还可以包括从少模光纤中解复用分离的背散射的瑞利信号，并且将解复用的瑞利信号提供给单模光纤，其中，检测分离的瑞利信号还包括检测来自单模光纤的解复用的分离的瑞利信号。该方法还可以包括：从少模光纤中解复用分离的背散射的斯托克斯拉曼信号和背散射的反斯托克斯拉曼信号，并且将解复用的斯托克斯拉曼信号和反斯托克斯拉曼信号提供给单模光纤，其中，检测分离的斯托克斯拉曼信号和反斯托克斯拉曼信号还可以包括：检测解复用的分离的斯托克斯拉曼信号和反斯托克斯拉曼信号。该方法还可以包括：通过单模光纤以预定频率传输一组光脉冲，并且通过模式复用器将光脉冲作为预定模式注入少模光纤。通过单模光纤以预定频率传输一组光脉冲可以包括由光源生成连续波光，由第一光调制器将连续波光转换成具有预定频率的该组光脉冲，由光放大器放大该组光脉冲，将光脉冲引导到光环行器的第一端口，并且由光环行器将光脉冲引导到与单模光纤进行光学连通的光环行器的第二端口。该方法还可以包括：在光环行器的第二端口处接收背散射的瑞利信号，并且将背散射的瑞利信号引导到光环行器的第三端口，其中，检测分离的瑞利信号还可以包括从第三端口接收分离的瑞利信号。通过单模光纤以预定频率传输该组光脉冲可以包括由第一光发射器通过第一单模光纤将第一组光脉冲传输到复用器的第一端口，并且该方法还可以包括通过第二单模光纤将第二组光脉冲传输到复用器的第二端口。
[0011]在第二实现方式中，振动和温度传感器系统包括：第一单模光纤；具有预定长度的少模光纤；第一光脉冲发生器，其被配置成向单模光纤提供第一组光脉冲；复用器，其被配置成将在第一复用器端口处从第一单模光纤接收的光脉冲复用到少模光纤；波分复用滤波器，其被配置成从少模光纤接收并分离背散射的瑞利信号、背散射的斯托克斯拉曼信号和背散射的反斯托克斯拉曼信号；以及解复用器，其被配置成在第一解复用器端口处将背散射的瑞利信号、背散射的斯托克斯拉曼信号和背散射的反斯托克斯拉曼信号中的至少一个从少模光纤解复用到第一单模光纤。第一传感器被配置成基于背散射的瑞利信号确定少模光纤中的振动的第一位置、振动频率和振动幅度中的至少一个，并且第二传感器被配置成基于背散射的斯托克斯拉曼信号和背散射的反斯托克斯拉曼信号确定少模光纤中的第二位置和第二位置处的温度中的至少一个。
[0012]各种实施例可以包括以下特征中的一些、全部或不包括。第一传感器可以被配置成在第一解复用器端口处从解复用器接收解复用的背散射的瑞利信号。第二传感器可以被配置成在第一解复用器端口处从解复用器接收解复用的背散射的斯托克斯拉曼信号和解复用的背散射的反斯托克斯拉曼信号。第二传感器可以被配置成从波分复用滤波器接收分离的背散射的斯托克斯拉曼信号和分离的背散射的反斯托克斯拉曼信号。振动传感器还可以包括第二单模光纤；第二光脉冲发生器，其被配置成向单模光纤提供第二组光脉冲，其中，复用器还被配置成将在第二复用器端口处从第二单模光纤接收的光脉冲复用到少模光纤，并且其中，复用器还被配置成在第二解复用器端口处将背散射的瑞利信号、背散射的斯托克斯拉曼信号和背散射的反斯托克斯拉曼信号中的至少一个从少模光纤复用到第二单模光纤；第三传感器，其被配置成基于背散射的斯托克斯拉曼信号和背散射的反斯托克斯拉曼信号确定少模光纤中的第三位置和第三位置处的温度中的至少一个。第三传感器可以被配置成在第二解复用器端口处从解复用器接收解复用的背散射的斯托克斯拉曼信号和
解复用的背散射的反斯托克斯拉曼信号。第三传感器可以被配置成从波分复用滤波器接收分离的背散射的斯托克斯拉曼信号和分离的背散射的反斯托克斯拉曼信号。振动传感器还可以包括第四传感器，其被配置成基于背散射的瑞利信号来确定少模光纤中的振动的第四位置、振动的频率和振动的幅度中的至少一个。第四传感器可以被配置成在第二解复用器端口处从解复用器接收解复用的背散射的瑞利信号。
[0013]在第三方面，用计算机程序来一种编码非暂时性计算机存储介质。该程序包括指令，该指令在由数据处理设备执行时使数据处理设备执行操作。操作包括基于在沿少模光纤的第一位置处少模光纤以振动频率的振动，通过波分复用滤波器从少模光纤中分离出一组本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种远程感测方法，包括：基于在沿少模光纤的第一位置处所述少模光纤以振动频率的振动，通过波分复用滤波器从所述少模光纤中分离出多个背散射的瑞利信号；基于在沿所述少模光纤的第二位置处所述少模光纤的温度，由所述波分复用滤波器从所述少模光纤中分离出多个背散射的斯托克斯拉曼信号和反斯托克斯拉曼信号；检测分离的瑞利信号；检测分离的斯托克斯拉曼信号和反斯托克斯拉曼信号；基于检测多个背散射的瑞利迹线，确定所述振动在所述少模光纤中的所述第一位置、所述振动的频率和所述振动的幅度中的至少一个；以及基于检测所述多个背散射的斯托克斯拉曼信号和反斯托克斯拉曼信号，确定在所述第二位置处所述少模光纤的温度。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：从所述少模光纤中解复用分离的背散射的瑞利信号；以及将解复用的瑞利信号提供给单模光纤；其中，检测所述分离的瑞利信号还包括检测来自所述单模光纤的解复用的分离的瑞利信号。3.根据权利要求2所述的方法，还包括：从所述少模光纤中解复用分离的背散射的斯托克斯拉曼信号和背散射的反斯托克斯拉曼信号；以及将解复用的斯托克斯拉曼信号和反斯托克斯拉曼信号提供给所述单模光纤；其中，检测所述分离的斯托克斯拉曼信号和反斯托克斯拉曼信号还包括检测解复用的分离的斯托克斯拉曼信号和反斯托克斯拉曼信号。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，还包括：通过单模光纤以预定频率传输多个光脉冲；以及通过模式复用器将所述光脉冲作为预定模式注入所述少模光纤。5.根据权利要求4所述的方法，其中，通过单模光纤以预定频率传输多个光脉冲包括：由光源生成连续波光；由第一光调制器将所述连续波光转换成具有所述预定频率的所述多个光脉冲；由光放大器放大所述多个光脉冲；将所述光脉冲引导到光环行器的第一端口；以及由所述光环行器将所述光脉冲引导到与所述单模光纤进行光学连通的所述光环行器的第二端口。6.根据权利要求5所述的方法，还包括：在所述光环行器的第二端口处接收所述背散射的瑞利信号；以及将所述背散射的瑞利信号引导到所述光环行器的第三端口；其中，检测所述分离的瑞利信号还包括从所述第三端口接收所述分离的瑞利信号。7.根据权利要求4至6中任一项所述的方法，其中，通过单模光纤以预定频率传输多个光脉冲包括由第一光传输器通过第一单模光纤将第一多个光脉冲传输到所述复用器的第一端口，并且所述方法还包括通过第二单模光纤将第二多个光脉冲传输到所述复用器的第
二端口。8.一种传感器系统，包括：第一单模光纤；具有预定长度的少模光纤；第一光脉冲发生器，被配置成向所述单模光纤提供第一多个光脉冲；复用器，被配置成将在第一复用器端口处从所述第一单模光纤接收的光脉冲复用到所述少模光纤；波分复用滤波器，被配置成从所述少模光纤接收并分离背散射的瑞利信号、背散射的斯托克斯拉曼信号和背散射的反斯托克斯拉曼信号；解复用器，被配置成在第一解复用器端口处将背散射的瑞利信号、背散射的斯托克斯拉曼信号和背散射的反斯托克斯拉曼信号中的至少一个从所述少模光纤解复用到所述第一单模光纤；第一传感器，被配置成基于所述背散射的瑞利信号来确定所述少模光纤中的振动的第一位置、所述振动的频率和所述振动的幅度中的至少一个；第二传感器，被配置成基于背散射的斯托克斯拉曼信号和背散射的反斯托克斯拉曼信号来确定所述少模光纤中的第二位置和所述第二位置处的温度中的至少一个。9.根据权利要求8所述的传感器系统，其中，所述第一传感器被配置成在所述第一解复用器端口处从所述解复用器接收解复用的背散射的瑞利信号。10.根据权利要求8或9所述的传感器系统，其中，所述第二传感器被配置成在所述第一解复用器端口处从所述解复用器接收解复用的背散射的斯托克斯拉曼信号和解复用的背散射的反斯托克斯拉曼信号。11.根据权利要求8至10中任一项所述的传感器系统，其中，所述第二传感器被配置成从所述波分复用滤波器接收分离的背散射的斯托克斯拉曼信号和分离的背散射的反斯托克斯拉曼信号。12.根据权利要求8至11中任一项所述的传感器系统，还包括：第二单模光纤；第二光脉冲发生器，被配置成向所述单模光纤提供第二多个光脉冲，其中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：佛罗德，
申请(专利权)人：阿卜杜拉国王科技大学，
类型：发明
国别省市：