CN106461495A - 纤维光学分布式感测 - Google Patents

Abstract

描述了一种分布式纤维光学感测的方法。在示例中，一系列询问被发射到光学纤维中，每个询问包括至少一个脉冲对中的询问辐射，其中脉冲对的脉冲以其之间的时间间隔被引入到光学纤维。对从其反向散射的辐射进行采样，以便从每个询问获得至少一个采样。确定采样中的相位调制并且隔离低于阈值频率的相位调制的分量。可以使用这样的感测方法，例如来监控光学纤维的温度中的改变。

Description

纤维光学分布式感测

本申请涉及纤维光学分布式感测，并且特别地但不排他地涉及用于使用纤维光学分布式感测来检测变化诸如温度或应变变化的方法和装置。

纤维光学感测是已知技术，这里用询问（interrogating）辐射来询问被部署为感测纤维的光学纤维。从纤维出射的辐射被检测和分析以确定作用在光学纤维上的环境改变。某些纤维光学传感器依赖于纤维之内的被故意引入的特征（例如纤维布拉格光栅或诸如此类）来引起从纤维中的点的反射。然而在纤维光学分布式传感器中，从纤维之内的固有散射地点反向散射的辐射被检测到。感测功能因此遍及纤维而分布，并且各种感测部分的空间分辨率和布置取决于所应用的处理和询问辐射的特性。

用于分布式温度感测（DTS）的纤维光学传感器是已知的。这些依赖于检测已经遭受布里渊和/或拉曼散射的光。通过着眼于斯托克斯/反斯托克斯分量的振幅和/或布里渊频移的特性，可以确定纤维的给定感测部分的绝对温度。DTS是具有一系列应用的有用技术，但大多数DTS***要求相对长的时间平均（典型地，几十秒或更多）以提供期望的精度，意味着这样的DTS***对于检测温度中的相对快的变化来说不太有用。而且，即使在若干分钟的求平均下，DTS***的分辨率典型地是0.01℃或更低。

用于分布式声学感测（DAS）的纤维光学传感器也是已知的，包括基于从光学纤维之内的各种固有散射地点的光的瑞利反向散射的传感器。诸如由入射声波引起的纤维的机械振动将更改散射地点的分布，从而导致瑞利反向散射光的性质中的可检测的改变。分析这样的改变允许作用在光学纤维的感测部分上的振动/声学刺激被检测到。

英国专利申请GB2,442,745(AT&T)描述使用光学纤维的分布式声学感测。此文献讲授脉冲对的使用，其中脉冲对的个别脉冲具有不同频率。此文献讲授在脉冲对中的脉冲之间的已知频率差处解调所检测到的反向散射信号以提供针对载频的同相（I）和正交（Q）信号。然后这些被转换以提供载波信号的相位和振幅。然后监控来自纤维的相同区段的连续采样的相位以确定入射在纤维的该区段上的任何声信号。

国际专利申请WO2012/137022和WO2012/137021也描述DAS方法和装置，其涉及将询问辐射（其可以是脉冲对）发射到光学纤维中。在WO2012/137021中，对应于每个感兴趣的感测部分的多个采样被获得，并且根据质量度量被组合以给出针对纤维的该区段的总输出，其中所述质量度量可以是来自信道的所处理的数据的相似性的程度的量度。在WO2012/137022中，包括至少第一和第二脉冲对的询问辐射被发射到光学纤维中。生成该第一和第二脉冲对使得第一脉冲对的脉冲的相位关系相对于第二脉冲对的脉冲的相位关系具有预定的相对相位差。

US2009/132183描述使用光学纤维中的布里渊反向散射来确定温度，其可以补充有从窄带瑞利反向散射和/或拉曼散射获得的信息。

所有以上文献都通过引用在许可的最大可能的范围内被并入本文中。

根据本发明的一个方面，提供一种分布式纤维光学感测的方法，包括：执行对光学纤维的一系列询问，每个询问包括将包括至少一个询问脉冲对发射到纤维中，其中脉冲对的脉冲以其之间的时间间隔被引入到光学纤维；对被从所述纤维之内瑞利反向散射的光学辐射进行采样以从每个询问获得至少一个采样；以及确定采样中的任何相位调制，其中确定相位调制的步骤包括隔离低于阈值频率的相位调制的分量。

如将领会到的，这样的方法将识别低频率相移，即对纤维的给定区段之内的路径长度的相对慢作用的改变。这可以包括应变或温度改变。这样的传感器可以例如被用于通过检测归因于焦耳-汤姆逊效应的温度中的改变（例如通过将纤维布置在管道中或管道附近）来检测管道中的漏泄。与此相反，因此在已知的DAS***下，正是仅较低频率相位改变被考虑。

在已知的DAS***中，相位改变信息的较低频率范围经常被忽略，或被作为噪声滤出，以便获得在相位改变信息的上频率范围中发现的声信号。然而，并且如对于技术人员将熟悉的，某些现有技术DAS***已经在数据处理中采用低通滤波器来恢复相位。特别地，在IQ处理中，低通滤波器被用来去除2ω分量，以及由输入信号中任何DC项乘以正弦和余弦项以形成I和Q分量引起的在ω处的任何分量。然而，在这样的示例中，低通滤波不具有使采样的相位调制的低频分量与相位调制的较高频分量隔离（例如隔离低于阈值频率的相位调制）的效应——替代地，其去除数据处理中所创建的赝象。

优选地，该方法包括从每个询问获得多个采样，该采样中的每个在发射脉冲对以后的不同时间被获得。这允许纤维的不同部分被监控。该采样中的每个优选地包括干涉信号，其包括来自第一脉冲的反向散射的辐射和来自第二脉冲的反向散射的辐射。这是优点，由于其允许该纤维之内的脉冲对的脉冲之间的纤维的部分被考虑。

由于给定询问的采样中的每个优选地与纤维的部分有关。在由于纤维的不同（例如连续的）询问的与纤维的相同部分有关的采样之间可以确定任何相位改变。这是确定在纤维的该部分上的任何相位调制的便利方式。

在一个实施例中，该方法可以包括确定例如在纤维中的或在纤维附近的温度改变的方法。该方法可以进一步包括使用相位改变与纤维的温度改变之间的预定关系来确定温度改变。

在另一个实施例中，该方法可以包括确定纤维的应变的改变的方法。这样的改变也可以是相对慢作用的，并且因此显然为低频相位改变。

在一些实施例中，该方法可以包括执行低通滤波以隔离低于阈值频率的低频分量。在这样的实施例中，在隔离相位调制的较低频分量的步骤中，该阈值可以在近似0.1Hz到1 Hz之间。在其他示例中，该阈值可以在近似0.1Hz到2 Hz之间或在近似0.1到5 Hz之间。将领会的是，可以参考如下各项来确定该阈值：（i）要被保留的感兴趣非信号和/或（ii）可以影响纤维的部分之内的光程长度但对特定感测功能没有影响的可能信号的频率。例如，在近似0.1Hz到1 Hz之间的频率截止将导致与可以入射在被测纤维上的声波有关的大多数声学数据被去除。然而，可以将该阈值选择成足够高以包括感兴趣的信号区中的最快作用的改变（例如，所预期的或要被监控的最快作用的温度改变）。

该阈值频率可以因此取决于在其中布置纤维的环境（例如，地面上探测器一般可以具有与地面下探测器不同的阈值），并且预期的信号的类型将入射在其上。

如以上提到的，在一些实施例中，该方法可以包括执行低通滤波以隔离低频分量。这是隔离低频分量的便利方式。然而，在一些示例中，低频温度信号可以是主要信号，如特别在DAS的“井下”应用中，特别在致密气井中已经发现的。在这样的情况下，较低频信号的隔离可以不要求关于频率对信号滤波。

在一个实施例中，采样的步骤可以包括对反向散射的辐射中的经相位调制的载波信号进行采样。此载波信号优选地与在连续脉冲对期间从纤维的给定部分（给定信道）返回的辐射有关，因此可以在脉冲对的每次发射之后的相同时间获得。可以存在多个这样的所生成的“信道”信号以允许监控光学纤维的不同部分。

该方法可以进一步包括解调信道信号，例如通过将该信道信号乘以载频处的正弦和余弦项以提供同相（I）和正交（Q）项。这些项可以被低通滤波以隔离低频调制（即在I和Q项被组合来确定相位调制之前）。虽然一旦已经确定相位调制就可以附加地或替选地执行低通滤波，但在组合I和Q项之前对它们进行滤波可以改善解调的稳定性。

在一些实施例中，脉冲对的脉冲可以具有相互的频率差。这是优点，由于其允许容易地识别返回的干涉信号。确定跨源自纤维的相同部分的来自不同脉冲对的采样的相位调制允许确定该部分中的光程中的任何改变。

在一些实施例中，该方法可以进一步包括补偿询问辐射中的噪声。这是特别有利的，如果噪声信号可能位于感兴趣的信号带中的话。

特别地，在优选实施例中，询问辐射的源可以包括激光器，并且该方法可以包括识别激光器相位噪声和在处理该信号中补偿激光器相位噪声。激光器相位噪声归因于生成询问辐射的激光器的波长中的慢漂移。这可以施加与慢作用刺激相似的相移，并且因此可能难以与感兴趣的信号（例如，应变或温度改变）区分开。

此外，在一些实施例中激光器相位噪声可以是在低频处（例如，在1 Hz以下）的相位改变信号的显著分量。然而，相位噪声产生遍及纤维相同的信号。因此，该方法可以包括提供纤维的部分，其至少大体上被保护不受至少一些其他慢作用的改变（例如，在温度稳定环境中以屏蔽温度改变），以及使用从纤维的此有屏蔽的区段的反向散射信号来提供激光器相位噪声的指示。

由于激光器相位噪声遍及纤维是一致的，确定激光器相位噪声的替选的或附加的方法可以包括计算从纤维的至少某部分，并且可能地每个部分（即每个信道）返回的平均信号。在一些实施例中，来自纤维的某些（优选地大多数）部分的信号可以被用来确定平均值，但从那些部分返回的信号可以被排除，所述那些部分具有来自其他源的高水平的低频信号（诸如，感兴趣的信号）或归因于低载波信号的高水平噪声。这些方法具有不要求纤维的有屏蔽的区段的优点，但假设用来计算平均值的纤维的部分中的感兴趣的低频信号是不相关的（由于例如如果整个纤维遭受相同温度改变，则此温度信号跨所有信道也将是一致的，并且难以与噪声区分）。

该方法可以包括通过从所获得的采样减去预定的噪声信号来补偿激光器相位噪声。这因此允许更容易识别其他低频信号，诸如温度改变。如将由技术人员领会的，可以在已经获得感兴趣的信号之后例如通过取I和Q分量的反正切来执行补偿激光器相位噪声的步骤。

在一个示例中，该方法进一步包括获得从纤维的感兴趣的感测部分（例如，测量结果信道）反向散射的辐射的多个多样性采样（即一些不同的采样），以及处理所述多样性采样以提供针对该感测部分的总测量值。这样的方法可以包括将多个采样分到多个处理信道中，每个处理信道对应于源自纤维的区段的采样（这里区段被布置为至少部分与感兴趣的纤维感测部分重叠）。该方法可以进一步包括处理所述多个处理信道中的至少一些来至少确定针对所述信道的相位数据；对来自处理信道的数据应用质量度量；以及基于应用所述质量度量的结果将针对所述信道的所确定的相位数据组合成针对感兴趣的纤维部分的总相位值。

因此，针对一个感兴趣的部分获得若干读数，其可以来自纤维的重叠区段（信道）。可以如在WO2012/137021中更详细地描述的那样使用这个技术作为多样性处理的形式。由于针对每个感兴趣的部分（该感兴趣的部分使得刺激可能影响所有这些采样/信道）来取得若干读数，可以根据质量度量来使用结果以确保差质量信号（例如遭受“衰落”的信号，其中破坏性干扰发生在针对至少脉冲的反射的辐射中，从而导致低载波信号）不过度地影响针对纤维的该部分的结果。该方法基于如下观察：感兴趣的信号将被观察，并且在若干信道上（即沿着纤维的长度）是相当一致的。

在WO2012/137021中，信号被高通滤波以去除任何DC偏置。由于这也可能去除在当前实施例中所期望的感兴趣的慢作用信号，可以不执行这样的滤波而质量度量替代地可以基于如下各项：高频处的信号水平的确定（其中较低水平是有利的），或在低频（例如2-20Hz）处的信号与在高频处的信号之间的比率（其中较高的比率是有利的），或信号的关于时间的最大微分（其中低值是有利的）。

在一些实施例中，质量度量起作用以选择要组合的最佳信道（例如超过阈值的信道，或最佳n个信道，其中n是整数）。在这样的实施例中，该方法可以进一步包括将DC偏置（其可以是负偏置）添加到通过使用质量度量选择的信道的平均值，可以确定该质量度量使得当所选择的信道改变时，处理器确定新选择的信道组与先前选择的信道组的平均值之间的差并且改变DC偏置以使得数据中不存在阶跃。可以进一步期望的是逐渐减小该改变，使得DC偏置在针对给定的感兴趣的纤维部分的一些连续的采样上被改变。

这样的“质量度量”和相关联的方法也可以用在其他DAS***和方法中。

在其他实施例中，特别是包括解调经相位调制的载波（信道）信号的实施例中，解调中的失败可以被检测到并且这可能被用作质量度量。解调中这样的失败可以由2π相位改变来指示或由低载波-噪声比来预期。来自遭受解调失败的信道的数据可以用来自未遭受解调失败的一个或多个其他（例如相邻）信道的数据来代替。当考虑任何频率范围处（即在本文所描述的低频范围处以及在较高频率，例如声学的，频率范围处）的反向散射的辐射时，去除差相位信息的这样的方法可以是有利的，并且因此可以用在其他DAS方法中。

在一些实施例中，高频相位改变数据可以被保留，并且在单独的处理步骤中，该方法也可以被布置为检测声信号并且可以包括：针对所述光学纤维的至少一个感测部分，比较来自一个或多个询问脉冲的采样的所检测到的相位和/或强度以提供指示作用在该感测部分上的任何声学刺激的测量结果信号。在一些应用中，声信号可以与所检测到的低频效应相关以提供对感兴趣的事件的识别。例如如所提到的，感测纤维可以沿着管道路径来布置，并且检测局部温度改变（例如归因于逸出高压（pressured）气体的冷却效应）或局部应变改变（例如由归因于逸出气体的地面***而引起）可以用作漏泄的可能指示符。也可以分析来自光学纤维的这样的部分的声信号来检测与漏泄相关联的特征声信号以提供漏泄检测中的信心。在另一个示例中，纤维电缆可以被安装在油井或气井下并且用来监控由到井中或沿着井的流体的运动所引起的温度改变。这样的测量结果可以用来提供关于包括当水力压裂（fracking）时的跨井连通以及流动的各种过程的信息。

在一些实施例中，温度感测可以是次要检测效果。例如，光学纤维可以被至少部分地部署在材料之内或耦合到该材料，所述材料响应于一定刺激或在一定组分的存在下表现温度改变。例如，纤维的区段可以涂覆有在给定化学组分的存在下表现放热或吸热反应的材料。在经涂覆的区段中任何显著的温度改变可以指示该组分的存在。纤维的区段也可以未被涂覆以提供环境温度改变的控制指示（或可以另外提供没有涂层的单独的纤维）。因此，该方法可以被间接布置为感测组分的存在。

根据本发明的第二方面，提供一种分布式纤维光学传感器装置，其包括：光源，其配置成在使用中将一系列询问发射到光学纤维中，其中每个询问包括至少一个脉冲对，其中脉冲对的脉冲以其之间的时间间隔被引入到光学纤维；采样探测器，其配置成在使用中对由于询问被从所述光学纤维之内瑞利反向散射的辐射进行采样；处理器，其配置成确定采样中的任何相位调制，所述处理器被布置成隔离低于阈值频率的相位调制的分量。

这样的传感器可以例如用于通过检测温度中的改变来检测管道中的漏泄，这里纤维被布置在管道中或管道附近。温度中的改变将与其他干扰（归因于地球运动或入射声波或诸如此类的振动）——慢作用改变有关，其因此将导致对反向散射信号的相位的低频改变。

因此，在一个实施例中，该传感器装置是温度传感器装置。在这样的示例中，该处理器可以进一步被布置成使用相位改变与纤维的温度之间的预定关系来确定温度改变。

在这样的实施例中，该处理器包括至少一个低通滤波器，其布置成隔离相位调制的频率分量。（一个或多个）这样的滤波器可以被布置成隔离低于阈值的频率分量。该阈值可以例如在近似0.1Hz到1 Hz之间。在其他示例中，（一个或多个）低通滤波器可以被布置成隔离低于在近似0.1Hz到2 Hz之间的阈值的预定相位调制的分量。

在一个实施例中，采样探测器可以被配置成在使用中以预定载频对从所述光学纤维之内反向散射的询问辐射进行采样；并且处理器被布置成通过将信道信号乘以载频处的正弦和余弦项以提供同相（I）和正交（Q）项来解调经相位调制的载波信号（信道信号），并且I和Q项被传递到被布置成隔离低频调制的（一个或多个）低通滤波器。

在一些实施例中，脉冲对的脉冲可以具有相互的频率差。

在一些实施例中，该传感器装置可以被布置成补偿询问辐射中的噪声。特别地，在优选实施例中，光源可以包括激光器，并且处理器可以被布置成估计激光器相位噪声并且在处理信号时补偿激光器相位噪声。处理器可以被布置成通过对某些或所有信道的平均信号求平均，和/或根据确定从另外被保护不受至少一些低频信号的影响（例如在温度稳定环境中）的纤维的部分返回的信号来估计激光器相位噪声。处理器可以进一步被布置成例如通过从所获得的采样减去所估计的噪声信号来补偿噪声。

在一个示例中，处理器进一步被布置成在每次发射以后获得针对每个询问的多个采样，并且将所述针对每个询问的多个采样分到多个处理信道中，每个处理信道对应于从纤维的区段返回的采样，其中每个区段至少部分地位于感兴趣的纤维部分中（这里区段可以是重叠区段）。处理器可以进一步被布置成处理所述多个处理信道中的至少一些来至少确定针对所述信道的相位数据；对来自处理信道的数据应用质量度量；以及基于应用所述质量度量的结果来将针对所述信道的所确定的相位数据组合成针对感兴趣的纤维部分的总相位值。该方法可以针对沿着纤维的不同的感兴趣部分被重复。

在优选实施例中，质量度量起作用以选择要组合的最佳信道（例如根据阈值，或最佳n个信道）。在这样的实施例中，处理器可以进一步被布置成将DC偏置添加到通过使用质量度量所选择的信道的平均值，该质量度量可以被确定使得当所选择的信道改变时，处理器确定新的选择的与先前选择的信道组的平均值之间的差并且改变DC偏置使得数据中不存在阶跃改变。可以进一步期望逐渐减小该数据。为此，处理电路可以被布置成使DC偏置在针对给定的感兴趣的部分的一些连续采样之间逐渐变化。

在一些实施例中，传感器也可以被布置成检测声信号，并且处理器可以被布置成比较来自一个或多个询问脉冲的针对所述光学纤维的至少一个感测部分的所检测到的相位和/或强度来提供指示作用在该感测部分上的任何声学刺激的测量结果信号。

在一些实施例中，温度感测可以是次要检测效果。例如，光学纤维可以被至少部分地部署在材料之内或耦合到该材料，所述材料响应于一定刺激或在一定组分的存在下表现温度改变。例如，纤维的区段可以涂覆有材料，所述材料在给定化学组分的存在下表现放热或吸热反应。在经涂覆的区段中任何显著的温度改变可以指示该组分的存在。纤维的区段也可以未被涂覆以提供环境温度改变的控制指示。因此，传感器可以被间接布置为感测组分的存在。

本发明的此方面的该装置提供与以上描述的方法相同的优点并且可以以任何或所有相同的方式和/或针对与以上描述的相同的应用来使用。

根据本发明的一个方面，提供漏泄检测装置，其包括根据本发明的第二方面的分布式纤维光学传感器装置，其在使用中被布置为沿着管道的路径平放并且检测局部温度改变。

该漏泄检测装置可以包括本发明的第二方面的任何特征，并且特别地可以进一步布置成检测声信号。这样的声信号也可以提供漏泄的指示。该装置可以因此被布置成使声学事件与温度改变事件相关。这可以帮助检测漏泄或增加漏泄已经发生的确定性，或另外可以提供关于漏泄的性质和/或严重性的进一步的指示。

现在将关于附图仅作为示例来描述本发明，其中：

图1图示在本发明的实施例中使用的分布式声学传感器的部件；

图2图示在本发明的实施例中使用的询问脉冲对配置；

图3图示这样的脉冲对如何设置传感器的最大空间分辨率；

图4图示来自纤维之内的反向散射信号的起始点（origin）；

图5图示根据本发明的实施例的从一系列脉冲对的发射的返回；

图6图示处理针对传感器信道的所检测到的信号的一个实施例；

图7图示包括大体上被保护不受至少一些低频信号的影响的纤维部分的传感器的一个实施例；

图8示出逐渐减小第一与第二数据块之间的改变的示例；

图9图示包括涂层的纤维的一个实施例；

图10示出根据本发明的一个实施例的漏泄检测装置；以及

图11示出本发明的另一个实施例，这里纤维被安装在附近具有第二井的油井或气井中。

图1示出分布式纤维光学感测布置的简图。某一长度的感测纤维101被可拆卸地连接在询问器单元100的一端。使用常规纤维光学耦合装置将感测纤维101耦合到询问器单元100的输出/输入。询问器单元100被布置为发射相干光学辐射的脉冲到感测纤维101中并且检测来自所述脉冲的在光学纤维101之内被反向散射的任何辐射。对于基于瑞利散射的纤维光学分布式感测装置，该询问器单元100将检测已经从纤维101之内被瑞利反向散射的辐射。为了生成光学脉冲，询问器单元100包括至少一个激光器102。由光学调制器103接收该激光器的输出，该光学调制器103生成脉冲配置，如稍后将描述的那样。从光学调制器103输出的脉冲然后例如经由环行器104被传输到感测纤维101中。

注意到，如在本文中所使用的，术语“光学的”并不限制于可见光谱，并且光学辐射包括红外辐射、紫外辐射和电磁波谱的其他区。

纤维中的光的部分然后被从纤维101之内的散射地点反向散射。在简单模型中，散射地点的数目可以被认为用以确定可能发生的散射量，并且这样的散射地点的分布确定干涉。刺激可以导致纤维的有关区段之内的光程长度的改变（其可以是纤维的部分中的折射率中的改变和/或长度中的物理改变）。在这个简单的模型中，这可以被认为是改变散射地点的间隔但对数目没有任何显著影响。结果是干涉特性中的改变。实际上，刺激导致纤维的相关区段中的光程长度改变可以被看作使由该纤维区段之内的各种散射地点限定的虚拟干涉仪的偏置点变化。

从在感测纤维101之内传播的所述光学脉冲被反向散射的任何光学辐射再次例如经由环行器104被指引到至少一个光电探测器105。该探测器输出被模拟-数字变换器（ADC）106采样，并且来自ADC 106的采样被传递到处理电路107以便处理。该处理电路107处理探测器采样来确定针对多个分析仓（bin）中的每个的相位值，每个分析仓对应于光学纤维101的感兴趣的不同长度感测部分。处理电路107包括低通滤波器108，以及噪声补偿器109。将被注意到的是，询问器单元100可以包括各种其他部件，诸如放大器、衰减器、附加的滤波器等。但为了在解释询问器单元100的一般功能时清楚起见，在图1中已经省略了这样的部件。

在本发明的实施例中，激光器102和调制器103被配置成以特定发射速率产生至少一系列脉冲对。每个脉冲对至少包括第一脉冲和第二脉冲，并且优选地第一和第二脉冲在时间上彼此分开，如在图2中所图示。图2示出处于第一频率F1并且具有持续时间d1的第一脉冲201，短时间以后其跟随着具有第二频率F2并且具有第二持续时间d2的第二脉冲202。在一些实施例中，两个脉冲F1、F2的频率是相等的，而在其他实施例中它们是不同的，如稍后将解释的那样。优选地两个脉冲d1、d2的持续时间（以及因此该空间宽度）彼此相等，尽管情况不需要是这样。两个脉冲201、202具有等于Ts的时间上的间隔（如所示出的那样，Ts表示脉冲的前沿之间的时间间隔）。

当具有此类型的配置的脉冲对在光学纤维101之内传播时，一些光将被从光学纤维101之内的固有散射地点自脉冲中的每个散射。此反向散射光中的至少一些将被引导回到光学纤维101的开头部分，在这里其可以被检测到。在任何情况下，到达探测器105的光可以包括从第一范围的散射地点自第一脉冲散射的光和从第二范围的散射地点自第二脉冲散射的光。

图3图示脉冲对在光学纤维101中的传播并且示出相对于时间的沿着纤维101的距离。线301和302分别图示第一脉冲的前沿和后沿，并且线303和304分别图示第二脉冲的前沿和后沿。因此在时间t₀处第一脉冲的前沿进入光学纤维101，并且在t₁处第一脉冲的后沿进入纤维101。t₀与t₁之间的时间因此对应于第一脉冲的持续时间，即d1。在时间t₂处第二脉冲的前沿进入纤维101，并且在t₃处第二脉冲的后沿进入光学纤维101。因此t₂与t₃之间的时间等于第二脉冲持续时间d2，并且t₀与t₂之间的时间等于脉冲间隔时间Ts。脉冲以等于c/n的速度在纤维101中传播，这里c是光速并且n是光学纤维101的有效折射率。因此线301、302、303和304的斜率等于c/n。这意味着在纤维101中第一和第二脉冲将具有分别等于W₁和W₂的宽度，其由线301与302之间的以及线303与304之间的垂直距离表示。

当脉冲在光学纤维101中传播时，一些光将朝向纤维101的起点被反向散射。此反向散射的光也将以等于c/n的速度行进。考虑到达探测器105的光。线305表示光的轨迹，其可以有可能在时刻t₄处在光学纤维101的起点处被接收到。位于线305上的在某一时间和距离处发生的到纤维101中的任何反向散射可以在相同时刻t₄处在纤维101的起点处被接收。因此可以看到的是来自在第一时间范围处被第一脉冲照射的纤维101的第一区段的光将与从在不同的时间范围处被第二脉冲照射的纤维101的第二不同区段散射的光一致。还可以看到的是，由于当脉冲其本身向前传播时，从脉冲散射的任何光以相同速率向后行进到光学纤维101的起点，纤维101的第一区段的宽度等于纤维101中的第一脉冲的宽度的一半（即W₁/2），并且同样地纤维101的第二区段的宽度等于纤维101中的第二脉冲的宽度的一半（即W₂/2）。而且纤维101的第一与第二区段之间的物理间隔等于纤维101中的脉冲的物理间隔的一半。

这意味着，如在图4中所图示的，在任何情况下，在光学纤维101的起点处接收到的反向散射的光对应于在纤维101中的从被第一脉冲照射的散射地点的第一贡献区段401的以及而且从被第二脉冲照射的散射地点的第二贡献区段402的反向散射。散射地点的这些贡献区段之间的距离被称为标距长度L_G。如所图示的，可以在散射地点的区段401和402的中部之间测量标距长度。

在任何情况下在探测器105处接收到的反向散射信号因此是由来自所有这些散射地点的散射光的组合引起的干涉信号。实际上，在任何情况下的反向散射信号对应于来自由区段401和402之内的散射地点的位置限定的移动干涉仪（travelling interferometer）的信号。将领会的是，由箭头表示的来自第二位置402的所有散射地点的反向散射（其都将处于频率F2）可以被认为进行干涉以产生来自第二散射地点的复合信号，并且同样地，来自第一区段401的所有散射地点的反向散射（其都将处于频率F1）可以被认为进行干涉以产生来自第一散射地点的复合信号。这两个复合信号然后也将进行干涉。

对光学纤维的任何干扰，例如由于光学纤维101中的温度改变导致的应变或热膨胀或折射率中的改变，将引起光程长度改变，这因此可以对由移动干涉仪生成的干涉信号进行相位调制。如将理解的，发生在光学纤维101上直到散射地点的第二区段402的位置的任何相位改变将同样地影响来自纤维101的第一区段401和第二区段402的光。然而，第一区段401与第二区段402之间的纤维101的区段上的任何相位调制Φ(t)将仅影响来自第一区段401的光。这可以引起干涉信号的相位中的改变。检测来自纤维101的特定区段的干涉信号中的相位改变因此可以被用作在光学纤维101上（以及更特别地在导致干涉信号的两个脉冲之间的纤维的区段中）的光程长度改变的指示，并且因此被用作纤维101的该区段处的状况（温度、应变、声音等）的指示。然而，在原理上，并且如技术人员将意识到的，可以使用单个脉冲。

这样的基于相位的传感器具有提供对入射刺激的线性且定量响应的优点。

在这个实施例中，该脉冲配置使得第一脉冲的频率与第二脉冲的频率不同，即F1≠F2。这将导致具有处于等于脉冲之间的频率差（|F1-F2|）频率的分量的反向散射干涉信号。通过监控在此频率处的反向散射，归因于路径长度改变的任何相位调制可以被检测到。

因此在本发明的这个实施例中，一系列脉冲对被发射到光学纤维101中，其中该系列中的每个脉冲对具有相同的频率配置，即频率F1和持续时间d1的脉冲，时间Ts以后跟随着频率F2和持续时间d2的脉冲。到光学纤维101中的脉冲对的发射速率（也称为ping速率）与这些脉冲对的载频有关以使得连续发射之间的时间等于载频处的信号发展（evolve）达预定相位量所花费的时间。ping速率也与要被询问的纤维的长度有关：优选地，每次发射之间的时间至少是光脉冲到达该纤维的远端和反向散射以从那里返回所需要的时间。通常选择载频为ping速率的四分之一以使得其位于奈奎斯特频带的中部。

本发明的这个实施例依赖于在脉冲对的连续发射之间正被保持的感兴趣带宽之内的载波。因此脉冲对被发射到光学纤维101中并且在探测器105处接收到的反向散射信号被以间隔采样以提供多个信道，每个信道对应于光学纤维101之内的散射地点的不同组（虽然组可能重叠）。可以由纤维长度来确定ping速率然后通常选择载频为ping速率的四分之一。这意味着，在一定间隔（其对应于载频处的信号改变预定相位量所花费的时间）后，另一个脉冲对被发射到光学纤维101中以及在发射后以相同间隔获得别的多个采样。这被重复达监控光学纤维101所需要的那么长。

对于每个信道（由在发射脉冲对后的一定采样时间限定）连续探测器输出将提供处于由脉冲对的脉冲之间的频率差限定的频率的经相位调制的信道信号，例如使用调制器103来调制频率，如在我们先前提交的申请WO2012/137022和WO2012/137021中更详细地描述的，该申请通过引用在许可的最大可能的范围内被并入本文中。

每个信道信号因此与纤维的部分（该部分可以是分立的、相连的、重叠的或以任何其他方式布置的）有关，并且如果随着时间被监控，则其中的相位改变指示该部分中的光程长度改变。

如还在我们先前提交的申请WO2012/137022和WO2012/137021中所描述的，在一对的脉冲之间可能存在相对相位差，并且此相对相位差可以从一个脉冲对到下一个脉冲对改变。在提供处理优势的一种布置中，载频被布置成ping速率的四分之一使得载频处的信号在连续脉冲对的发射之间在相位方面发展达90°。这也允许调制带宽的高效使用。

图5图示本发明的这个实施例如何操作。图5图示来自具有如以上所描述的频率配置的脉冲对的一系列连续发射的经采样的探测器输出，其中该对中的脉冲之间的频率差等于ping速率（即脉冲对的发射速率）的四分之一。在示出的示例中，ping速率是20 kHz，其可以是关于长度约5km或更短的光学纤维101的长度使用以便确保仅一个脉冲对或来自该脉冲对的反向散射在任一时间在纤维101之内传播的典型ping速率。

因此，在此示例中，每50μs发射脉冲对到光学纤维101中并且检测到在脉冲对传播通过纤维101时由它生成的反向散射返回信号。在脉冲对的每次发射之后，以相对高的速率（例如约80-100MHz）对该探测器输出进行采样以检测来自纤维101之内多个不同位置的反向散射信号。

在光学纤维101中的任何给定位置处，可以在载频处观察到反向散射强度因发射而异。通过比较来自不同脉冲对的来自光学纤维101的相同区段的反向散射干涉信号，可以检测到载波信号。图5图示通过采用在每个脉冲对的发射之后的相同时间获得的适当的采样，可以检测到处于等于发射速率的四分之一的频率的载波信号。这个载波信号将如以上所描述的通过影响纤维101的相关区段的任何路径长度改变而被相位调制，并且因此通过随着时间监控此载波信号的相位，可以检测到光学纤维101的相关区段中的任何路径长度改变。

图6图示可以由处理电路107如何处理此经调制载波信号来确定针对单个信道的载波信号的相位的一个实施例。表示针对传感器的一个信道（即纤维部分）的经调制载波信号的采样可以被高通滤波601以去除任何DC或低频处的分量。经滤波的信号然后可以被分到两个处理信道中，并且每个信道中的信号可以乘以载频处的正弦602和余弦603函数以便分别生成正交（Q）或同相（I）分量，如在复解调方案中已知的。在已知相位差是90°的场合，这仅包括乘以0、+1或-1。作为结果的I和Q信号然后可以在通过直角到极坐标（RP）转换606而转换成相位值之前被I和Q分量低通滤波器604和605低通滤波。

RP转换也以可选地生成幅度值。因此输出信号根本上是在从0 Hz到上限（其由滤波器604和605确定）的频率范围上以弧度测量的相移。

在用于检测声信号（即DAS）的相似感测技术中，此相移，Φ₀，可以典型地被高通滤波。这被认为是有利的，由于其消除位于低频区中的噪声信号。然而，在当前应用中，正是低频改变是感兴趣的，并且因此相位值被低通滤波以去除声学效应并且为此数据被传递到低通滤波器607。在实践中，高频信号部分可以被保留并且被单独处理以用于声学感测，因此提供组合的DAS和温度（和/或其他慢作用的改变）传感器。低通滤波器的截止频率优选地是预定的。将由技术人员领会到的是，在声信号与温度信号之间不存在良好定义的差别，并且因此可以根据意图的操作环境确定截止。然而，典型地该边界可以被取为0.1与1 Hz之间的某处。以下对此进行进一步描述。

在替选的实施例中，I和Q分量低通滤波器604和605的阈值可以被选择为隔离，或大体上隔离，相位信号的低频分量，并且可以不要求随后的相位值低通滤波器607。如技术人员将领会的，这样的滤波器被提供以去除在产生I和Ｑ分量的混合阶段中生成的“倍频”分量，并且还可以用来去除由任何剩余低频输入信号乘以正弦和余弦项导致的载频处的任何分量。为此，该阈值一般被设置为小于载频。例如，低通滤波器可以被设置为具有在载波信号频率（其可以例如在千赫兹范围中）的1/3处的截止，这将保持处于该频率以及以下的施加光学纤维中的路径长度改变的所有信号。然而，在这个实施例中，正是低频信号是感兴趣的，低通滤波器604和605而可以具有低得多的截止，例如100 Hz或更低。如下文所解释的，这也帮助改善解调的稳定性。

解调过程的稳定性取决于足够的光已经被从两个脉冲反向散射以生成具有足够的载波-噪声比的载波。再次看图4，从第二脉冲反射的光是来自区402中的所有散射地点的光的组合。这些散射地点有效地随机分布在纤维101之内。对于纤维101的某些区段，反向散射的光将倾向于相长干涉从而给出来自第二脉冲的大的反向散射水平，而对于其他区段将存在更多相消干涉从而导致低得多的反向散射水平。如果来自两个脉冲中的任一个的反向散射的光下降，则通过将它们混合在一起生成的载波水平将降低。较低载波水平将意味着I和Q分量变得更有噪声，并且如果噪声水平变得太大则从它们获得的相位将示出一系列2π弧度跳跃由此损坏数据。这些2π跳跃发生的可能性与I和Q分量上的总噪声水平逆相关。由于该噪声是宽带的，可以通过使用针对图6中的滤波器604和605的较低频截止来降低其水平。因此降低此带宽降低在数据中生成2π跳跃的机会并且因此改善解调过程的稳定性。

隔离低频信号的任务可以在I和Q分量低通滤波器604、605和相位值低通滤波器607之间分担，或者可以由I和Q分量低通滤波器604、605或者由相位值低通滤波器607来执行。然而，正是仅降低I和Q分量低通滤波器604、605的截止阈值改善解调的稳定性，如以上所描述的。

还将领会到的是，被选择用于滤波的阈值取决于感兴趣信号。一般而言，（一个或多个）滤波器应该被设计成保留所有感兴趣的信号。考虑到温度的示例，因此，当设计该***时，应该考虑所预期的温度变化和纤维起反应所用的速度，以及所选择的保持预期改变的最快改变值的上频率阈值。

在某些示例中，温度信号将是主要信号。已经发现在致密气井井下DAS感测中情况是这样。在这样的示例中，可以可能的是通过移除其他信号，例如有效地把它们归类为噪声，来隔离感兴趣的低频信号。

假设低频相位改变主要归因于温度改变，可以根据经适当滤波的数据然后将其乘以纤维电缆的预定温度/相位关系来确定温度变化。该温度/相位关系将取决于所使用的纤维电缆。一般地，针对裸纤维的温度/相位关系是众所周知的，但如果额外涂层被放置在其上或者如果其被包括在电缆结构中，则该温度/相位关系可以被修改。可以计算或用实验方法测量针对特定电缆的温度/相位关系。如果特定分布式感测***的主要目标是测量温度改变，则可以使用会随着温度生成大的相位中的改变的纤维。这可以例如通过使用带有具有高热膨胀系数的材料（其可以是用来增强该效应的相对厚的涂层）的涂层的纤维来获得。

知晓实际温度变化可以是有用的，因为其使来自不同位置的信号能够被比较，这又可以帮助增进对各种过程如何引起在感测纤维周围的温度变化的更好理解。

因此对于双脉冲***来说，对于任何信号幅度都可以执行相位到温度的转换。对于单脉冲***来说，这是不可能的，由于众所周知的信号衰落问题。然而，对于导致信号的绕（wrapping）的大的慢温度变化，可能的是估计相位改变速率并且因此估计在单脉冲***中的温度改变。

如果激光器102和/或调制器103表现了随时间的频率漂移，则这将导致脉冲频率的未知调制。在常规DAS传感器中，频率中任何这样的变化因此将更改各种信道的响应，如以上所讨论的。由于激光器的频率漂移发生在相对长的时间尺度内，这导致（大约几十Hz或更低的）低频噪声信号。因此，对于声学监控，噪声信号其自身可能不是显著的问题，由于其位于与感兴趣信号的不同波段时，但当测量低频效应诸如温度改变时，可能噪声信号其自身是显著的问题。为了降低此噪声，该询问***（例如询问器单元100）可以使用尽可能稳定的激光器。然而，替选地或附加地，可以期望的是检测并且可能地补偿这样的激光器噪声的效应。

如以上所指出的，在声学感测***中，相位数据可以被高通滤波。这主要是为了去除***噪声，其位于声学感测***中的感兴趣信号（即音频信号）之外但位于与这个示例中的感兴趣的信号（温度或慢应变）相同频带中。在小于1 Hz的频率下（这里热信号占优势），激光器相位噪声可以是总噪声水平的显著分量（常常是主要分量，特别地如果使用不太稳定的激光器的话），并且因此在一些实施例中可以采取附加处理步骤来去除这。

对于双脉冲***，激光器相位噪声产生遍及纤维相同的信号，因此其可以被去除，如果被测纤维的任何区段处于温度稳定环境（例如，被深埋在地下或者使其温度受控）的话。在图7中图示这样的***，其中被测纤维101具有有屏蔽的区段700，其在此示例中是深埋区段。该有屏蔽的区段也可以与应变隔离，例如通过以使得传到盒子上的任何应变未被传输到纤维这样的方式在所述盒子中安装纤维线圈。这可以例如通过使用在盒子与纤维之间的非常顺从的耦合来完成。来自有屏蔽的纤维部分700的低频信号因此提供激光器相位噪声的估计，并且这可以通过噪声补偿器109被从其他纤维信道的信号减去以从所有其他测量结果信道去除激光器相位噪声。

替选地或附加地，采用所有采样或采样中的一些（即，来自沿着纤维的长度的其每个部分或信道）的平均信号可以做出激光器相位噪声的估计，虽然这种方法假设在纤维的不同区段处的温度变化不相关。如以上概述的，该估计可以由噪声补偿器109使用来去除噪声。

在特别描述在WO2012/137021中的双脉冲***中，对应于每个感兴趣的感测部分的多个采样被获得（这些采样可以从纤维的重叠区段获得），并且被指定为分离的信道用于处理。信道可以根据质量度量被组合，该质量度量可以是来自信道的所处理数据的相似性的程度的量度。这允许例如由于载波信号的衰落而具有高噪声水平的采样被忽视或者在最终结果中被给出低评价。

信号被DC耦合并且漂移离开零点，因此每一个都可能具有不同偏置。为了确保该DC偏置对于信号不占优势（并且因此特别影响确定哪些信号与其他信号最相似），所描述的过程首先将所有数据传递通过高通滤波器（其可以被设置在例如1 Hz处）。

这样的高通滤波器也可以去除热信息。因此，在低频相位调制的情况下，为了确保保留此信息但维持在WO2012/137021中描述的方法的益处，可以在不进行高通滤波的情况下实施该方法。代替选择最相似的信道，质量度量可以基于如下各项：高频处的信号水平的确定（其中较低水平是有利的），或在低频（例如2-20Hz）处的信号、高频处的信号之间的比率（其中较高比率是有利的），或信号关于时间的最大微分。这些方法不受DC偏置水平影响并且基于如下事实：归因于物理干扰的大多数信号在低频处具有较高水平，而取决于可变载波水平的***噪声具有较平坦的频谱。

在没有附加处理的情况下，当在用于组合的信道的选择中存在改变时，在输出信号中也可能存在阶跃（step），因为新信道组一般将具有与旧组不同的平均偏置。

因此DC偏置可以被添加到所选择的信道的平均值以给出输出信号。当设置信道改变时，为了避免输出中的阶跃改变，可以考虑新组与旧组的平均值之间的差，并且DC偏置可以被设置以去除任何阶跃改变。特别地，可以考虑信道的若干连续采样的平均值，并且可以使DC偏置改变在一些这样的采样组上平滑以使得在数据中不存在阶跃，有效地使数据从信道的旧组到新组逐渐减小产生较平滑的接合。

在图8中示出这样的逐渐减小的具体事例。在此示例中，必须使用第一数据块来确定质量度量（其中块是其中信道的选择未改变的任何长度的时间）。在图8的示例中，示出重叠达20个采样的两个数据块。虽然平均水平已经被调整为匹配，但重叠区不是相同的，因此从使用第一块到使用第二块的简单改变将导致突变，即数据中的阶跃改变。因此生成针对重叠区的“接合区”数据。最初，在接合区中，生成与第一块的信号相同的信号。中途通过该重叠这逐渐改变为针对两个块的信号的平均值，并且最终在该重叠的末端处匹配第二块中的信号。

可以在滚动（rolling）基础上或周期地确定质量度量。在任何事件中，接合区中采样的数量可以低于任何块长度以便确保块长度使得可以避免在接合区期间的多个改变。这可以通过设定最小块长度、或设定有助于接合的采样数量、或者设定其两者而被控制，并且可以预是预定的或根据所收集的数据而变化。

如将领会的，这样的质量度量被用来确保确保在经处理的数据中强调“良好质量”数据。然而，在其他示例中，在已经识别“坏数据”之后，其可以简单地用来自周围信道的“好数据”来代替。

例如，如以上指出的，可以通过查找采样之间的多个2π的阶跃来识别解调失败。在实践中，这可以发生在若干采样上，使得可以在来自不同脉冲对的5个、10个或更多采样上做出完全2π改变。因此，用于检测改变的阈值可以被设置在2π以下，例如2π改变的60%，跨来自不同脉冲对的五个采样的差被测量，尽管取决于数据组和采样率其他阈值和采样间隔可以是适当的。

可以从例如一秒的时间帧之内考虑采样（尽管对于给定的采样组其他周期可以是适当的）。如果检测到解调失败的特性，可以简单地以未表现该特性的一个或多个相邻信道来代替此数据。在一个示例中，如果两个邻近信道尚未表现该特性，则可以使用这些信道的平均值。如果没有邻近信道是“良好的”，则可以使用来自最接近良好的信道的数据。如关于图8所描述的，可能期望调整或逐渐减小在数据组之间的接合。

在以这种方式“修复”以后，该数据可以被降采样（downsample）（例如，被按100抽取（decimated by 100））。可以通过使用信号处理工具诸如MATLAB中的抽取工具或诸如此类来使用一个或多个有限脉冲响应（FIR）滤波器来执行这样的降采样。可以执行附加的滤波和/或归一化（normalisation）。

在这样的抽取以后，数据中的趋势将显而易见。将注意的是，此技术依赖如下事实：相对少的信道会遭受解调失败，但这与所观察到的结果一致。还已经被观察到的是，遭受解调失败的信道可以保持在那个状态达某时间，例如数小时。

在一些情况下，这样的方法将比例如使用根据质量度量的加权平均值的方法保持更多初始数据。

可以使用其他方法来帮助识别可能遭受解调失败的数据。例如，可以识别具有低载波-噪声比（CNR）的信道，该低载波-噪声比典型地在解调失败的周期之前和之后被观察到。因此，CNR可以用来指示解调失败的预期状态，和/或表现低CNR的数据可以被代替，如以上关于解调失败所概述的那样。

在一些实施例中，温度感测可以是次要检测效果。例如，并且如在图9中所示出，光学纤维101可以被至少部分地部署在材料之内或耦合到该材料，该材料响应于一定刺激或在一定化合物的存在下表现温度改变。如所图示的，纤维101的区段包括经涂覆区段800，并且在此示例中被涂覆有在该化合物的存在下表现放热或吸热反应的材料。在经涂覆的区段800中任何显著的温度改变可以指示该化合物的存在。纤维101的未经涂覆部分可以提供环境温度改变的控制指示。在其他示例中，可能存在多于一个的经涂覆区段800，并且（一个或多个）经涂覆区段800可以被布置成对不同化合物进行响应，或仅被布置成增强纤维对环境温度改变的响应，或诸如此类。

图10示出根据本发明的一个方面的漏泄检测装置的实施例。在这个实施例中，沿着管道900来布置纤维101。在传感器装置100旁边，如上文所描述的，是DAS装置901，其被布置为确定来自脉冲的声信号，如将为技术人员所熟悉的。虽然纤维101可以包含被布置为分离返回信号的结点，并且信号部分然后可以被分别处理，但是分离将降低返回的光学信号并且因此增加噪声水平。因此，在信号处理中可以优选地执行信号分离以获得不同频率分量。为此，以上所描述的被低通滤波器去除的信号的高频部分可以被保留和发送用于由DAS装置901单独处理以提供声信号。

图11示出本发明进一步的实施例，其中感测纤维101被安装在油井或气井1101中，并且用来监控由到井中或沿着井的流体的运动所引起的温度改变。这样的测量结果可以用来提供关于一些井下过程的信息，诸如在不同深度处的流速。而且，如由本领域技术人员所知，需要一些类型的现场水力压裂来释放油或气体。如果在附近的井1102中执行水力压裂并且水力压裂1103到达井1101，则这也可能引起可以被检测到的温度改变并且这将为水力压裂操作者提供关于距井1102的水力压裂已经到达的距离的有用信息。

请注意，如在此说明书中所使用的，将采用术语询问来意指发射询问辐射到纤维中并且检测来自该纤维的反向散射信号的情况。典型地，询问可以包括单个脉冲或多个具有相对小间距的不同脉冲。在这样的传感器中，来自两个脉冲的反向散射信号被意图在探测器105处干涉以提供测量结果信号，但是连续的询问又被布置成以便不干涉。例如因此，在以上描述的实施例中，该一系列脉冲对中的第一脉冲对具有相同的频率配置，即第一脉冲在频率F1处并且第二脉冲在频率F2处，然后如果来自两个不同脉冲对的反向散射信号同时入射在探测器105上，则反向散射信号将在相关载频处与别的干涉。因此，可以限制脉冲对的发射速率以便确保在任一时间来自仅一个脉冲对的辐射存在于光学纤维101中。

然而，可以关于正被以交错间隔发射的不同波长的脉冲使用波分复用技术，使得多个脉冲可以同时在纤维中传播。实际上，在第一波长处的第一系列询问可以与在第二波长处的第二系列的询问交织。然而，仅比较来自相同波长的脉冲的反向散射强度来确定强度中的任何改变以检测任何刺激，并且在任何时间每个波长的仅一个询问正在感测纤维之内传播。在针对第一和第二询问的感兴趣频率处，来自第一询问的反向散射信号不与第二询问的反向散射信号干涉（尽管在其他频率处可能存在某些效应）。这可以导致由于以ping速率的第一系列询问的第一测量结果，以及由于也以ping速率的第二系列询问的交织的第二测量结果。两个测量结果信号可以用比ping速率更快的更新速率被组合以提供单个测量结果信号。

代替组合或选择来自多个信道（其每个表示纤维的不同（虽然可能重叠）的区段）的数据以提供单个输出信号，可以在多个波长处获得测量结果，然后针对纤维的相同区段的来自每个波长的信号可以相似地被组合。关于使用哪些波长信道的决定可以再次基于质量度量。多个波长的该使用具有如下优点：正被组合的所有测量结果用于恰好相同纤维区段。

应该注意的是，以上关于光学纤维中的反向散射所给出的解释是感测纤维中的各种相互作用的相对简单化的解释，以突出提供基于强度的瑞利“DAS”传感器的各种信道的操作点中的变化的若干因素。应该考虑到的是在响应中可以存在变化，即对于给定信道，对给定输入刺激的响应可以是非线性的，并且而且信道的增益，即对于给定刺激的量强度改变是可变的。

在一些实施例中，除了提供对温度或慢作用应变变化的感测之外，还可以操作该传感器来检测作用在感测纤维上的声学刺激。

本发明的实施例可以被布置为针对分布式纤维光学传感器的询问器单元的部分，或者被布置为这样的询问器单元的添加或改装。本发明的实施例可以被实施为温度改变传感器或分布式声学传感器，具有组合DAS/温度变化能力的传感器。该方法可以通过软件来实施。此外，如果分布式温度感测（DTS）***被用来测量相同纤维或附近纤维上的温度，则DTS和DAS温度测量结果可以被有利地组合，DTS提供绝对温度并且DAS提供关于太小和/或太快而无法由DTS测量的改变的信息。

已经关于各种实施例描述了本发明。除非明确陈述，否则所描述的各种特征可以被组合在一起，并且可以在其他实施例中采用来自一个实施例的特征。

应该注意的是，以上提到的实施例对本发明进行举例说明而不限制本发明，并且在不脱离所附权利要求的范围的情况下，本领域技术人员将能够设计许多替选的实施例。词“包括”不排除不同于在权利要求中列举的元件或步骤的元件或步骤的存在，“一”或“一个”不排除多个，并且单个特征或其他单元可以完成在权利要求中叙述的若干单元的功能。权利要求中的任何参考数字或标记不应被理解为以便限制其范围。

Claims (24)

1.一种分布式纤维光学感测的方法，包括：执行对光学纤维的一系列询问，每个询问包括将包括至少一个脉冲对的询问辐射发射到纤维中，其中脉冲对的脉冲以其之间的时间间隔被引入到光学纤维；以及对从所述纤维之内瑞利反向散射的辐射进行采样以从每个询问获得至少一个采样；以及确定采样中的任何相位调制，其中确定相位调制的步骤包括隔离低于阈值频率的相位调制的分量。

2.根据权利要求1的方法，包括使用相位调制的经隔离的分量来监控温度改变。

3.根据权利要求1或权利要求2的方法，其中隔离低于阈值频率的相位调制的分量的步骤包括至少一个低通滤波的步骤。

4.根据权利要求1到3中任一项的方法，其中采样的步骤从每个询问获得多个采样，在发射脉冲对以后的不同时间获得采样中的每个，并且处理器被布置成形成至少一个信道信号，其包括在发射每个脉冲对以后的大体上相同时间获得的反向散射辐射的采样；并且确定相位调制的步骤包括对信道信号解调。

5.根据权利要求4的方法，其中解调的步骤包括确定信道信号的同相和正交分量以及从其确定相位调制。

6.根据权利要求5的方法，其中隔离低于阈值频率的相位调制的分量的步骤包括对同相和正交分量进行低通滤波。

7.根据任一前述权利要求的方法，其中被采样的辐射是由从脉冲对的脉冲反向散射的辐射的干涉引起的干涉信号。

8.根据任一前述权利要求的方法，其进一步包括补偿询问辐射中的噪声。

9.根据权利要求8的方法，其包括：提供纤维的部分，其至少大体上被保护不受导致低于阈值频率的相位调制的至少一些效应的影响；以及使用来自纤维的此有屏蔽的区段的反向散射信号来提供激光器相位噪声的指示。

10.根据权利要求8或权利要求9的方法，其包括确定从纤维的至少一些部分返回的平均信号，以及使用该平均信号来提供对激光器相位噪声的估计。

11.根据任一前述权利要求的方法，其进一步包括将多个采样分到多个处理信道中，每个处理信道对应于源自纤维的区段的采样，这里区段被布置成至少部分与感兴趣的纤维感测部分重叠。

12.根据权利要求11的方法，其进一步包括：处理所述多个处理信道中的至少一些来至少确定针对所述信道的相位数据；对来自处理信道的数据应用质量度量；以及基于应用所述质量度量的结果将针对所述信道的所确定的相位数据组合成针对感兴趣的纤维部分的总相位值。

13.根据权利要求12的方法，其中所述质量度量基于如下中的至少一项：（i）高频处的信号水平的确定，（ii）在低频处的信号与高频处的信号之间的比率，以及（iii）信号关于时间的最大微分。

14.根据权利要求12或13的方法，其包括使用质量度量来选择要被组合的最佳信道，并且进一步包括通过将DC偏置添加到通过使用质量度量所选择的信道的平均值来产生输出数据，其中当所选择的信道改变时，处理器确定新选择的信道组与先前选择的信道组的平均值之间的差并且调整DC偏置以获得在从新选择的信道组与先前选择的信道组所获得的输出数据之间的平滑过渡。

15.根据权利要求4或当权利要求5到14从属于权利要求4时其中的任一项的方法，所述方法包括确定至少一个信道中的解调中的失败，并且在确定相位调制的步骤中，用来自至少一个其他信道的相位数据代替关于其中确定解调失败的信道的相位数据。

16.根据任一前述权利要求的方法，其包括确定纤维中的温度改变的方法，该方法进一步包括使用相位改变与纤维的温度改变之间的预定关系来确定温度改变。

17.一种分布式纤维光学传感器装置，包括：

光源，其配置成在使用中将一系列询问发射到光学纤维中，其中每个询问包括脉冲对，其中脉冲对的脉冲以其之间的时间间隔被引入到光学纤维；

采样探测器，其配置成在使用中对由于询问被从所述光学纤维之内瑞利反向散射的辐射进行采样；以及

处理器，其配置成确定采样中的任何相位调制，以及隔离低于阈值频率的相位调制的分量。

18.根据权利要求17的分布式纤维光学传感器装置，其中所述采样探测器被配置成在发射每个脉冲对之后的大体上相同时间对反向散射辐射进行采样，并且处理器被布置成形成至少一个信道信号，其包括在发射每个脉冲对之后的大体上相同时间获得的反向散射辐射的采样；并且所述信道信号被解调以确定针对该信道信号的相位调制。

19.根据权利要求18的分布式纤维光学传感器装置，其中所述信道信号是由于从该一系列脉冲对中的每个脉冲对反向散射的辐射之间的干涉产生的经相位调制的载波信号。

20.根据权利要求19的分布式纤维光学传感器装置，其中所述处理器被布置成解调所述信道信号以从其导出同相和正交项。

21.根据权利要求20的分布式纤维光学传感器装置，其中至少一个低通滤波器被布置成对所述同相和正交项滤波。

22.根据权利要求17到21中的任一项的分布式纤维光学传感器装置，其中所述光源包括激光器，并且所述处理器被布置成估计激光器相位噪声。

23.包括根据权利要求17到22中的任一项的分布式纤维光学传感器装置的漏泄检测装置，其中所述纤维被布置成在使用中沿着管道的路径平放，并且所述处理器被布置成检测纤维中的局部温度改变。

24.一种井监控装置，包括根据权利要求17到22中的任一项的分布式纤维光学传感器装置，其中纤维被安装在油井或气井下并且被用来监控由到井中或沿着井的流体的运动所引起的温度改变。