光纤光学声感测制造技术

本发明专利技术涉及用于检测固体介质中的Ｐ波和Ｓ波的光纤光学分布式声感测。通过将光脉冲发射到光纤中且检测从中瑞利反向散射的辐射，可以使用未经修改的光纤来实现分布式声感测。通过分析在分析仓中的返回，可以在光纤的多个分立纵向片段中检测到声干扰。本发明专利技术把这种光纤分布式声感测延伸对Ｓ波和Ｐ波的检测。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及光纤光学(fibre optic)声感测，且更具体地涉及光纤光学分布式声感测。
技术介绍
各种基于光纤光学的声传感器是已知的。很多这种传感器使用复杂的干涉测量技术和/或沿着光纤的长度布置的光纤光学点传感器或反射部位来提供声感测。近来，提出了来自连续长度的光纤光学线缆的本征散射的使用，即使用标准光纤光学线缆而没有诸如光纤(fibre)布拉格光栅等的有意引入的反射部位。GB专利申请公开号2，442，745描述了一种系统，其中通过将多组脉冲调制电磁波发射到标准光纤中来感测声振动。一组内的一个脉冲的频率不同于该组中的另一脉冲的频率。来自光纤内的本征反射部位的光的瑞利(Rayleigh)反向散射以组中的脉冲之间的频率差被采样且解调。使用N 个不同的分析仓(bin)，每一个与特定长度的光纤相关联，且各个分析仓中的声干扰可以被检测。已提出了使用这种光纤分布式声感测系统来进行油或气体传输管线的周界监控或监控。然而一般地，这种声系统已知用于检测特定分析仓中的声事件，例如用于指示被监控的周界在特定点处已相交。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供光纤分布式声感测系统的新应用以及与这种应用中使用的光纤分布式声感测相关的方法和设备。在本专利技术的第一方面中，提供一种在固体介质中检测P波和S波的方法，该方法包含将至少第一光脉冲和第二光脉冲重复地发射到至少部分地位于所述固体介质内的光纤(optic fibre)中，其中第一和第二脉冲具有第一光频率差；检测从光纤瑞利反向散射的光；分析反向散射的光以确定针对光纤的多个分立纵向感测部分中的每一个的干扰的测量；以及分析分立纵向感测部分中的干扰的演变以检测P波和S波。本专利技术的该第一方面因此提供一种检测经过诸如地面或由诸如混凝土等的材料形成的结构的固体介质传播的P波和S波的方法。P波和S波代表可以根据激励的属性而传播经过材料的不同类型的波。有时被称为初波或者压力波的P波是可以行进经过固体、液体和气体的压缩波。有时被称为次波或剪切波的S波是横波且仅在固体材料中发生。注意，如此处使用的术语固体仅仅用于与液体和气体区分且不意味着暗示某种连续材料。固体材料可以是集合体或诸如盐、沙、淤泥等的胶质混合物。该方法使用光纤，该光纤例如可以是诸如将用于电信类型应用的未经修改的光纤，其至少部分地位于固体介质内，即至少一些光纤位于材料内。方便地，所有或大部分光纤位于介质内。该方法涉及分布式声感测。至少两个光脉冲被发射到光纤中且瑞利反向散射辐射被检测。为了确保辐射是瑞利反向散射辐射，使脉冲的光纤功率保持低于光纤的非线性阈值，即低于超过其将发生非线性光学效应的功率阈值。检测的辐射被分析以确定针对光纤的多个分立纵向感测部分中的每一个的干扰的测量。确定的干扰是在光纤的该特定部分处影响光纤的机械振动的测量。光纤实际上用作沿着光纤的长度以规则间隔分布的一系列独立声传感器。如上所述，已知分布式声感测在如下情形中使用期望在光纤的感测部分处定位特定声事件。然而一般地，在这种已知的分布式声感测(DAS)系统中，该处理查询在光纤的感测部分内发生的具有大于阈值的幅度的声事件。本专利技术部分地在于如下实现DAS系统可以提供足够的信息以允许对行进经过介质的P波和S波的检测。常规的DAS系统不涉及对P波和S波二者的检测。在常规的DAS 系统中，被监控的干扰可以是使得不生成具有大幅度的S波。本专利技术的该方面的方法使用由DAS系统检测的干扰的演变来识别P波和S波。P 波和S波具有经过材料的不同传输属性且一般地S波比P波慢一个相对因子，尽管绝对速度取决于这些波传播所经过的确切材料。因而，如果远程事件生成P波和S波二者，则P波将在S波之前入射。本专利技术的该方面利用这一事实以允许对P波和S波的检测和识别。对于光纤的任何给定感测部分，由P波导致的干扰将在由S波导致的干扰之前发生。在常规的DAS系统中，在P波之后不久到达的任何入射S波将被看作是整体声干扰的一部分，且不将被视为不同的体波。该方法因此可以包含在光纤的多个分立纵向感测部分中识别第一系列干扰，接着是第二相关系列干扰。换句话说，该方法包含检测由P波导致的干扰，接着是由S波导致的干扰。第二系列干扰与第一系列干扰相关之处在于在第一和第二系列的每一个中，基本相同的分立纵向感测部分以基本相同的顺序经历干扰。换句话说，如果来自特定源的P波撞击到光纤上，则它可以以特定顺序导致光各个纤片段中的干扰。例如，设想P波从侧面入射的线性光纤。在第一时间周期中，P波可以撞击到第一感测部分上，其中在该点处检测所得到的相对大幅度干扰。在接着的时间周期中，P波可以到达在第一感测部分的任何一侧的光纤片段。在后续的时间周期中，该波可以撞击到越来越远离第一片段的片段。在某一点处，S波将到达且撞击到第一片段上，导致第一片段处的另一大干扰。S波然后将渐进地撞击到相邻片段以及然后更远离的片段上且因此将发生类似系列干扰。本专利技术利用这种特性的系列干扰来识别P波和S波。上述简单示例没有考虑到可能应用于入射波的不同部分的传播速度的变化。例如，对于经过地面行进的P波和S波，这些波行进所经过的岩石或者其他材料的类型将影响这些波的传播速度。因而，当P波的一些部分比如(say)可能行进经过不同的材料到P波的其他部分时，波前可以具有上面指示的更复杂形式。而且，P波的波前可能不同于S波的波前。然而一般地，基本相同的分立感测部分将由于P波和由于S波而以基本相同的顺序受到影响。本专利技术的该方面因此使用若干不同分立感测部分中的干扰的检测来检测和识别特定事件(在这种情况下为P波和S波的入射)。因为S波比P波传播得慢，所以第二系列干扰具有比第一系列干扰更慢的演变，即4与对于由于P波引起的干扰相比，对于由于S波引起的干扰，在一个感测部分与另一远程感测部分处检测的干扰之间的时间差将更长。干扰的演变速率中的这种变化还可以用于识别由于P波和S波引起的干扰。显然，经历由于P波和S波引起的干扰的光纤感测部分的数目将取决于当P波和S 波到达光纤时它们的相对强度以及感测部分的空间尺寸。分立感测部分的空间尺寸由发射到光纤中的脉冲限定。最小空间尺寸部分地取决于光纤的长度。脉冲在功率方面受到限制以便不会导致光纤中的非线性效应，且对于给定脉冲宽度，将存在超过其就不能可靠检测反向散射辐射的最大长度。分立感测部分的空间尺寸在很多实施例中可以小于或等于30m， 且在某些实施例中小于或等于20m或10m。在某些实施例中，光纤被询问以提供大于或等于 20km的距离上的感测数据，并且在其他实施例中大于或等于30km或40km的距离是可实现的。该方法可以包含分析分立纵向感测部分的干扰演变以及每个分立纵向感测部分的位置以识别第一波前接着是第二较慢波前。换句话说，如果已知分立感测部分的相对位置，则可以确定P波和S波的实际波前。P波和S波将一般地预期具有类似形状的波前，但是它们将以不同的传播速率前进。该方法可以包含确定第一波前和第二波前之一或二者的弯曲度的步骤。如果光纤以直线布置来布置，则分立感测部分的相对位置简单地对应于相关感测部分的范围。然而，其他光纤布置是可能的，诸如环形或曲线布置，且在这种情况下光纤的几何形状可以存储在存储器或查找表等中。该方法可以包含分析检测的P波和S波以确定P波和S波的来源的另外步本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．　一种在固体介质中检测Ｐ波和Ｓ波的方法，包含：将至少第一光脉冲和第二光脉冲重复地发射到至少部分地位于所述固体介质内的光纤中，其中第一和第二脉冲具有第一光频率差；检测从光纤瑞利反向散射的光；分析反向散射的光以确定针对光纤的多个分立纵向感测部分中的每一个的干扰的测量；以及分析分立纵向感测部分中的干扰的演变以检测Ｐ波和Ｓ波。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·J·希尔，
申请(专利权)人：秦内蒂克有限公司，
类型：发明
国别省市：GB