EA022899B1 - Усовершенствования в распределенном оптоволоконном считывании - Google Patents

Усовершенствования в распределенном оптоволоконном считывании Download PDF

Info

Publication number
EA022899B1
EA022899B1 EA201290327A EA201290327A EA022899B1 EA 022899 B1 EA022899 B1 EA 022899B1 EA 201290327 A EA201290327 A EA 201290327A EA 201290327 A EA201290327 A EA 201290327A EA 022899 B1 EA022899 B1 EA 022899B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
spatial resolution
fiber
pulses
optical
sensor
Prior art date
Application number
EA201290327A
Other languages
English (en)
Other versions
EA201290327A1 (ru
Inventor
Дэвид Джон ХИЛЛ
Магнус Макьюэн-Кинг
Original Assignee
Оптасенс Холдингз Лимитед
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Оптасенс Холдингз Лимитед filed Critical Оптасенс Холдингз Лимитед
Publication of EA201290327A1 publication Critical patent/EA201290327A1/ru
Publication of EA022899B1 publication Critical patent/EA022899B1/ru

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
    • G01D5/35338—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using other arrangements than interferometer arrangements
    • G01D5/35354—Sensor working in reflection
    • G01D5/35358—Sensor working in reflection using backscattering to detect the measured quantity
    • G01D5/35361—Sensor working in reflection using backscattering to detect the measured quantity using elastic backscattering to detect the measured quantity, e.g. using Rayleigh backscattering
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optical Transform (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

Изобретение относится к распределенному оптоволоконному датчику (104, 106), имеющему первое пространственное разрешение (301, 303) и второе, другое, пространственное разрешение (302, 304). Датчик, который может представлять собой распределенный акустический датчик, имеет оптический источник (112), выполненный с возможностью опрашивания оптического волокна (104) оптическим излучением, и детектор (116), выполненный с возможностью обнаружения оптического излучения, обратно рассеянного из волокна. Процессор (108) выполнен с возможностью обработки зарегистрированного обратно рассеянного излучения для обеспечения множества продольных считывающих участков волокна. Оптический источник и процессор приспособлены для обеспечения первого и второго пространственных разрешений, например изменяя длительность и/или разнесение оптических импульсов и ячейки анализа. Первое и второе пространственные разрешения можно обеспечивать последовательно или одновременно, и используемое пространственное разрешение можно изменять согласно стандартному шаблону или в ответ на регистрацию события.

Description

Настоящее изобретение относится к распределенному оптоволоконному считыванию и особенно - к распределенному оптоволоконному акустическому считыванию и к способу и устройству для расширения функциональных возможностей распределенных оптоволоконных датчиков.
Известны различные датчики, в которых применяются оптические волокна. В основе устройства многих таких датчиков лежат точечные оптоволоконные датчики или дискретные отражающие места, например волоконные решетки Брэгга и т.п., размещенные вдоль оптического волокна. Возвращенные сигналы из дискретных точечных датчиков или отражающих мест можно анализировать для обеспечения индикации температуры, деформации и/или вибрации вблизи дискретных датчиков или отражающих мест.
Для таких датчиков, в которых используются дискретные отражающие места или точечные оптоволоконные датчики, необходимо оптическое волокно, включающее в себя особым образом изготовленные считывающие участки. Кроме того, распределение датчиков в оптическом волокне является фиксированным.
Известны также полностью распределенные оптоволоконные датчики, в которых используется свойство рассеяния из отрезка непрерывного оптического волокна. Такие датчики позволяют использовать стандартный оптоволоконный кабель без преднамеренно внедренных отражающих мест, например волоконных решеток Брэгга и т.п. Все оптическое волокно, из которого можно регистрировать обратно рассеянный сигнал, можно использовать как часть датчика. Для разделения возвращенных сигналов на несколько временных ячеек обычно используются методы временного разделения, причем возвращенные сигналы в разных временных ячейках соответствуют разным участкам оптического волокна. Такие оптоволоконные датчики именуются распределенными оптоволоконными датчиками, поскольку возможности датчика полностью распределены по всему оптическому волокну. Используемый в этом описании изобретения термин распределенный оптоволоконный датчик означает датчик, в котором оптическое волокно само по себе образует датчик и который не базируется на наличии особых точечных датчиков или преднамеренно внедренных мест отражения или интерференции, т.е. собственно оптоволоконный датчик.
Известны различные типы распределенного оптоволоконного датчика, предложенные для использования в различных областях применения.
В патенте США № 5194847 описан распределенный оптоволоконный акустический датчик для обнаружения проникновения. Используется непрерывное оптическое волокно без каких-либо точечных датчиков или особых отражающих мест. В оптическое волокно запускается когерентный свет, и любой свет, рассеянный обратно по закону Рэлея в оптическом волокне, регистрируется и анализируется. Изменение обратно рассеянного света во временной ячейке свидетельствует о падении акустической волны или волны давления на соответствующий участок оптического волокна. Таким образом, можно регистрировать акустические возмущения на любом участке волокна.
В патентной заявке Великобритании № 2442745 описана система распределенного оптоволоконного акустического датчика, в которой акустические колебания регистрируются путем запуска множества групп импульсно-модулированных электромагнитных волн в стандартное оптическое волокно. Частота одного импульса в группе отличается от частоты другого импульса в группе. Рэлеевское обратное рассеяние света из внутренних отражающих мест в волокне дискретизируется и демодулируется на разности частот между импульсами в группе.
Таким образом, распределенное оптоволоконное считывание обеспечивает полезные и удобные решения считывания, позволяющие отслеживать большие отрезки оптического волокна с хорошим пространственным разрешением. Например, распределенный оптоволоконный акустический датчик, который, например, можно использовать для мониторинга трубопровода, может быть реализован посредством считывающих участков длиной 10 м в оптическом волокне протяженностью 40 км или более.
Задачей настоящего изобретения является обеспечение системы распределенного оптоволоконного считывания с повышенной гибкостью и/или улучшенными полезными свойствами.
Таким образом, согласно настоящему изобретению предусмотрен распределенный оптоволоконный датчик, содержащий оптический источник, выполненный с возможностью опрашивания оптического волокна оптическим излучением, детектор, выполненный с возможностью регистрации оптического излучения, обратно рассеянного из волокна, и процессор, выполненный с возможностью обработки зарегистрированного обратно рассеянного излучения для обеспечения множества продольных считывающих участков волокна, причем оптический источник и процессор приспособлены для обеспечения первого пространственного разрешения и, по меньшей мере, второго, другого, пространственного разрешения.
Распределенный оптоволоконный датчик настоящего изобретения передает оптическое излучение в считывающее оптическое волокно, регистрирует излучение, обратно рассеянное из волокна, и обрабатывает излучение для задания и генерации измерительных сигналов из каждого из множества продольных считывающих участков волокна, что является традиционным в распределенном оптоволоконном считывании. Таким образом, каждый продольный считывающий участок волокна можно рассматривать как отдельный датчик или канал передачи данных, и оптическое волокно по сути можно рассматривать как последовательность независимых датчиков (которые могут быть или не быть смежными). Однако со- 1 022899 гласно вариантам осуществления настоящего изобретения обеспечен датчик, демонстрирующий первое пространственное разрешение и/или второе, другое, пространственное разрешение. Другими словами, размер продольных считывающих участков волокна можно регулировать так, чтобы каждый считывающий участок волокна мог иметь либо первую длину, либо, по меньшей мере, вторую длину, отличную от первой. Разные варианты осуществления изобретения предусматривают различные подходы к управлению изменением пространственного разрешения. Ниже более подробно описаны такие методы, как временное изменение, адаптивное изменение в ответ на зарегистрированное событие, одновременное обеспечение множественных разрешений, например, за счет мультиплексирования по длине волны. В традиционном распределенном оптоволоконном считывании пространственное разрешение, т.е. базовая длина считывающих участков волокна, является фиксированным.
Оптический источник может быть выполнен с возможностью опрашивания оптического волокна одним или более импульсами оптического излучения. Каждый импульс эффективно освещает секцию волокна, и обратное рассеяние из этой секции волокна можно регистрировать с помощью детектора. В определенных вариантах осуществления длины продольных считывающих участков волокна определяются длительностью, или шириной, оптического импульса или импульсов, используемых для опрашивания волокна. В сущности, рассеяние, вызванное светом в середине импульса, будет достигать детектора в то же самое время, что и свет из других частей волокна, освещенных более ранними или поздними битами импульса.
Таким образом, оптический источник может быть выполнен с возможностью опрашивания оптического волокна импульсами оптического излучения первой длительности, а также опрашивания оптического волокна импульсами оптического излучения второй длительности. Изменяя длительность импульса оптического излучения, можно изменять пространственное разрешение датчика, т.е. длину считывающих участков волокна.
В распределенном акустическом датчике, например, описанном в ОВ № 2442745, пары импульсов используются для каждого опрашивания, с разностью частот между импульсами в паре. В определенных распределенных конфигурациях считывания используются пары импульсов, и относительные фазы обратно рассеянного света от каждой из пары импульсов можно использовать для обеспечения считанных данных. В таких вариантах осуществления длина продольных считывающих участков волокна связана с разнесением между импульсами в опрашивающей паре.
Таким образом, согласно вариантам осуществления изобретения оптический источник выполнен с возможностью опрашивания оптического волокна парами импульсов оптического излучения, имеющими заданное временное разнесение, причем опрашивание осуществляется парами импульсов первого временного разнесения, а также парами импульсов второго временного разнесения. В таких вариантах осуществления изменение временного разнесения приводит к изменению пространственного разрешения.
Разность частот обычно создается для импульсов в каждой паре для облегчения регистрации и обработки возвращенных сигналов. Импульсы в паре будут иметь конечную длительность, и временное разнесение предпочтительно задавать как разнесение между передними фронтами или, альтернативно, например, между центрами импульсов. Формирование надлежащего колебательного сигнала для опрашивающей пары импульсов предусматривает учет ряда факторов, например коэффициента заполнения, полной энергии, коэффициента поглощения и перекрывания частот. Таким образом, при изменении разнесение импульсов, другие факторы, например ширина импульса, также могут изменяться.
Оптический источник может быть выполнен с возможностью запуска одного или более импульсов первой длительности и/или разнесения в оптическое волокно для осуществления одного или более опросов волокна и последующего запуска одного или более импульсов второй длительности и/или разнесения в волокно для осуществления одного или более последующих опросов волокна.
Другими словами, датчик может осуществлять первое измерение или последовательность измерений с первым пространственным разрешением и затем осуществлять второе измерение или последовательность измерений со вторым пространственным разрешением. Таким образом, датчик обеспечивает первое пространственное разрешение в первое время и второе пространственное разрешение в более позднее время. Устройство может быть выполнено с возможностью периодического изменения длительности импульсов, например датчик может быть выполнен с возможностью использования первого пространственного разрешения для определенного количества измерений или определенной продолжительности времени и последующего использования второго пространственного разрешения для другого количества измерений или продолжительности времени. Дополнительно или альтернативно, датчик может быть выполнен с возможностью изменения пространственного разрешения в ответ на зарегистрированное событие. Например, датчик может иметь стандартное пространственное разрешение или стандартную процедуру для изменения пространственного разрешения, которая используется в нормальном режиме работы. В случае регистрации конкретного события (которая может быть просто любой регистрацией превышения определенного порога или может предусматривать регистрацию конкретного характеристического сигнала) пространственное разрешение может меняться на новое пространственное разрешение или новый шаблон изменения пространственного разрешения.
- 2 022899
Например, распределенный акустический датчик можно использовать со стандартным пространственным разрешением, например 10 м. Если акустический сигнал регистрируется в одном из продольных считывающих участков, имеющих длину 10 м, датчик может переходить к пространственному разрешению короче 10 м для обеспечения повышенной пространственной чувствительности, которая позволяет более точно идентифицировать и определять местоположение источника акустических сигналов. Альтернативно, датчик может быстро производить последовательность измерений в диапазоне разных пространственных разрешений. Акустический источник может вырабатывать характеристический сигнал, регистрируемый при одном пространственном разрешении, но не при другом, и/или сравнение отклика в диапазоне пространственных разрешений позволяет более точно классифицировать источник. Если датчик предназначен для изменения пространственного разрешения в ответ на зарегистрированное событие, то датчик может быть выполнен с возможностью обрабатывать только возвращенные сигналы из продольных считывающих участков волокна вблизи обнаруженного события. Переход к пространственному разрешению, которое значительно выше стандартного пространственного разрешения, может привести к увеличению объема обработки, необходимой для анализа возвращенных сигналов из всего считывающего волокна. Повышения служебной нагрузки обработки можно избежать, обращая внимание только на секцию оптического волокна, представляющую интерес.
В некоторых вариантах осуществления оптический источник может опрашивать оптическое волокно с использованием одного или более импульсов оптического излучения, имеющих первую длительность и/или разнесение, и одного или более импульсов оптического излучения, имеющих вторую длительность и/или разнесение, причем импульсы оптического излучения, имеющие первую длительность и/или разнесение, отличаются оптической характеристикой от импульсов второй длительности и/или разнесения. Оптическая характеристика может представлять собой разность частот между импульсами в группе опрашивающих импульсов и/или длинами волны импульсов. Оптическая характеристика допускает одновременное существование в волокне опрашивающих сигналов, обеспечивающих разные пространственные разрешения, и при этом позволяет различать и разделять их выводы на процессоре.
Таким образом, в случае использования единичного опрашивающего импульса оптический источник может быть выполнен с возможностью обеспечения импульсов первой длины волны, имеющих первую длительность, и импульсов второй длительности, имеющих вторую длину волны. Таким образом, излучение, рассеянное обратно по закону Рэлея из каждого импульса, можно разделять посредством разнесения по длине волны. Таким образом, волокно можно опрашивать при одном пространственном разрешении, в то время как это волокно также опрашивается при другом пространственном разрешении.
При использовании пар импульсов, например, описанных в СВ № 2442745, разность частот в парах импульсов может изменяться между последовательными парами импульсов таким образом, чтобы каждая пара импульсов давала уникальную несущую частоту. Как описано в СВ № 2442745, это позволяет более чем одной паре импульсов одновременно распространяться в волокне для обеспечения раздельных опросов. Однако в СВ № 2442745 не указано, что разнесение или длительность импульсов в отдельных парах импульсов можно изменять для обеспечения разных пространственных разрешений. Опять же, методы разнесения по длине волны также можно использовать для разделения возвращенных сигналов из разных пар импульсов.
Таким образом, считывающее волокно можно одновременно опрашивать с первым пространственным разрешением и вторым пространственным разрешением.
Опять же, может существовать стандартное пространственное разрешение, используемое для общего мониторинга. Например, можно использовать единичное пространственное разрешение, если и пока не зарегистрировано событие, представляющее интерес, в какой момент датчик может начать опрос одновременно на одной или более других пространственных частотах или с конкретным шаблоном изменения пространственной частоты, для классификации и/или определения местоположения источника возмущения. Опять же, следует заметить, что служебная нагрузка обработки, имеющая место при осуществлении анализа сигналов от многих продольных считывающих участков, может быть значительной. Таким образом, хотя можно отслеживать отрезок волокна с разрешением 1 м, например, может оказаться предпочтительным производить мониторинг со стандартным разрешением 10 м для регистрации любого возмущения и в случае регистрации возмущения использовать импульсы меньшей длительности, но анализировать только соответствующую секцию, представляющую интерес. В одном варианте осуществления оптический источник может в нормальном режиме работы передавать импульсы разной длительности, чтобы можно было одновременно использовать разные пространственные разрешения. Однако процессор может быть выполнен с возможностью обрабатывать только возвращенные сигналы, соответствующие более низкому пространственному разрешению, до регистрации события, представляющего интерес. В этот момент также могут обрабатываться соответствующие возвращенные сигналы от импульсов, соответствующих более высокому пространственному разрешению. Это позволяет избежать любой задержки в предписании оптическому источнику выводить импульсы меньшей длины волны и с любым временем задержки на распространение. На самом деле, данные, соответствующие возвратам от импульсов, обеспечивающих более высокое пространственное разрешение, могут сохраняться, по меньшей мере, на короткое время, благодаря чему, если событие регистрируется с более низким пространственным
- 3 022899 разрешением, можно обрабатывать одновременно сохраненные возвращенные сигналы для более высокого пространственного разрешения.
В то время как оптическое излучение, передаваемое оптическим источником, может, таким образом, физически задавать достижимое пространственное разрешение датчика, процессор также должен быть выполнен с возможностью преобразования возвращенных сигналов в надлежащие ячейки анализа. Таким образом, процессор предпочтительно выполнен с возможностью осуществления множества продольных считывающих участков волокна надлежащей длины, т.е. они соответствуют пространственному разрешению или по меньшей мере одному из возможных пространственных разрешений, заданных опрашивающим излучением. Процессор может быть выполнен с возможностью изменения временных ячеек анализа, используемых при обработке данных, в ответ на изменения опрашивающего оптического излучения.
Процессор может быть выполнен с возможностью усреднения данных из секции волокна, более длинной, чем минимально достижимые продольные считывающие участки оптического волокна. Например, если оптическое излучение, используемое для опрашивания оптического волокна, таково, что волокно можно разбить на дискретные секции волокна длиной 5 м, процессор, тем не менее, может быть выполнен с возможностью обеспечения только измерений, которые соответствуют отрезкам волокна длиной 15 м. В действительности, процессор просто суммирует или усредняет данные из трех соседних продольных считывающих участков волокна. Процессор также может быть выполнен с возможностью обеспечения измерений, которые должны соответствовать длинам волокна, которые меньше достижимого пространственного разрешения, хотя очевидно, что это просто соответствует отображению данных в другом виде и фактически не повышает точность датчика. В то время как изменение разрешения вывода данных можно, таким образом, реализовать с помощью процессора без какого-либо изменения опрашивающего излучения, настоящее изобретение относится к способам и устройству, позволяющим работать по меньшей мере с двумя разными пространственными разрешениями датчика, т.е. минимально достижимыми длинами каждого дискретного считывающего участка.
Процессор (или другой процессор) может быть выполнен с возможностью анализа возвращенных сигналов из каждого из продольных считывающих участков для регистрации событий, представляющих интерес. Регистрация события, представляющего интерес, может содержать идентификацию заранее определенной характеристики события в измерительных сигналах из одного или более продольных считывающих участков оптического волокна. Например, распределенный оптоволоконный акустический датчик может сравнивать измерительные сигналы, т.е. зарегистрированные акустические сигналы, из каждого продольного считывающего участка или групп соседних продольных считывающих участков с акустической сигнатурой события, представляющего интерес. Если измеренный сигнал совпадает или обладает достаточным сходством с акустической сигнатурой конкретного события, представляющего интерес, это можно считать регистрацией конкретного события, представляющего интерес.
Этот анализ может изменяться в зависимости от пространственного разрешения датчика. Например, характеристика, которая регистрируется в единичном продольном считывающем участке при более низком пространственном разрешении, может регистрироваться более чем в одном соседнем продольном считывающем участке при более высоком пространственном разрешении. Таким образом, заранее определенная характеристика события, представляющего интерес, может иметь пространственный элемент для нее.
Предпочтительно датчик является распределенным акустическим датчиком (ΌΆ8). Таким образом, детектор может быть выполнен с возможностью обнаружения (регистрации) излучения, рассеянного обратно по закону Рэлея из оптического волокна.
Предпочтительно процессор приспособлен для обработки обнаруженного обратно рассеянного излучения для получения акустического измерения из каждого из продольных считывающих участков. Процессор может быть приспособлен для осуществления способа, например, описанного в СВ № 2442745.
Настоящее изобретение также применимо к способу распределенного оптоволоконного считывания. Таким образом, согласно другому аспекту изобретения предусмотрен способ распределенного оптоволоконного считывания, содержащий этапы, на которых опрашивают оптическое волокно оптическим излучением, обнаруживают (регистрируют) оптическое излучение, рассеянное обратно из оптического волокна, и обрабатывают данные, соответствующие упомянутому зарегистрированному обратно рассеянному излучению, для обеспечения измерительного сигнала из каждого из множества продольных считывающих участков упомянутого оптического волокна, причем способ содержит этап, на котором обеспечивают упомянутые измерения с первым пространственным разрешением и вторым, другим, пространственным разрешением.
Способ согласно этому аспекту настоящего изобретения обеспечивает все те же преимущества и может использоваться в тех же самых вариантах осуществления, которые описаны выше в связи с первым аспектом изобретения.
В частности, этап опрашивания оптического волокна оптическим излучением может содержать запуск одного или более импульсов оптического излучения, имеющих первую длительность и/или разне- 4 022899 сение, в упомянутое оптическое волокно и запуск одного или более импульсов оптического излучения, имеющих вторую, другую длительность и/или разнесение, в упомянутое оптическое волокно. Как объяснено выше, разные колебательные сигналы, описанные длительностью и/или разнесением соответствующих опрашивающих сигналов, обеспечивают разные пространственные разрешения.
Способ может содержать запуск первого опрашивающего колебательного сигнала, обеспечивающего первое пространственное разрешение, и запуск второго опрашивающего колебательного сигнала, обеспечивающего второе пространственное разрешение, причем упомянутые первый и второй колебательные сигналы имеют разные оптические характеристики. Оптическая характеристика может представлять собой длину волны и/или разность частот между импульсами в паре.
Способ может содержать этап, на котором обеспечивают измерения с первым пространственным разрешением, после чего обеспечивают измерения со вторым пространственным разрешением.
Способ может содержать этап, на котором изменяют пространственное разрешение датчика согласно заранее определенному шаблону. Дополнительно или альтернативно, способ может предусматривать изменение пространственного разрешения в ответ на регистрацию события.
Способ может содержать этап, на котором обеспечивают упомянутые измерения со вторым пространственным разрешением только для участка волокна вблизи зарегистрированного события.
Способ может содержать этапы, на которых обеспечивают измерения с первым пространственным разрешением одновременно с измерениями со вторым пространственным разрешением.
Способ может содержать этап, на котором изменяют размер ячеек анализа, используемых процессором, для согласования с пространственным разрешением опрашивающего излучения.
Изобретение охватывает способы, устройство и/или использование, по существу, аналогичные описанным здесь со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Любой признак в одном аспекте изобретения можно применять к другим аспектам изобретения, в любой уместной комбинации. В частности, аспекты способа можно применять к аспектам устройства, и наоборот.
Кроме того, признаки, реализованные аппаратными средствами, можно в общем случае реализовать программными средствами, и наоборот. Следует соответственно истолковывать любую приведенную здесь ссылку на программные и аппаратные признаки.
Предпочтительные признаки настоящего изобретения будут описаны ниже, исключительно в порядке примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 иллюстрирует основные компоненты распределенного оптоволоконного датчика;
фиг. 2 иллюстрирует последовательность опрашивающих импульсов согласно одному варианту осуществления изобретения;
фиг. 3 иллюстрирует последовательность опрашивающих импульсов согласно другому варианту осуществления изобретения;
фиг. 4 иллюстрирует секцию считывающего волокна и разделение волокна на продольные считывающие участки с двумя разными пространственными разрешениями и фиг. 5 иллюстрирует последовательность опрашивающих импульсов согласно другому варианту осуществления изобретения.
На фиг. 1 схематически показана конфигурация распределенного оптоволоконного считывания. Один конец отрезка считывающего волокна 104 подключен к опросчику 106. Выходной сигнал опросчика 106 поступает на сигнальный процессор 108, который может быть совмещен с опросчиком или может быть удален от него, и, в необязательном порядке, пользовательский интерфейс/графический дисплей 110, который может быть практически реализован посредством надлежащим образом запрограммированного ПК. Пользовательский интерфейс может быть совмещен с сигнальным процессором или может быть удален от него.
Считывающее волокно 104 может иметь многокилометровую длину, которая в этом примере составляет приблизительно 40 км. Считывающее волокно является стандартным, немодифицированным одномодовым оптическим волокном, которое, например, традиционно используется в системах связи. В традиционных приложениях распределенных оптоволоконных датчиков считывающее волокно, по меньшей мере, частично содержится в среде, подлежащей мониторингу. Например, волокно 104 может быть зарыто в землю для обеспечения мониторинга периметра или мониторинга подземного имущества, например трубопровода и т.п.
Изобретение будет описано в связи с распределенным акустическим датчиком, хотя специалистам в данной области техники очевидно, что идеи изобретения в общем случае применимы к любому типу распределенного оптоволоконного датчика.
В ходе эксплуатации опросчик 106 запускает опрашивающее электромагнитное излучение, которое, например, может содержать последовательность оптических импульсов, имеющих выбранный частотный шаблон, в считывающее волокно. Оптические импульсы могут иметь частотный шаблон, описанный в патенте Великобритании № ОВ 2442745, содержание которого, таким образом, включено посредством ссылки. Как описано в ОВ № 2442745, явление рэлеевского обратного рассеяния приводит к тому, что некоторая часть света, поступающего в волокно, отражается обратно к опросчику, где она регистрирует- 5 022899 ся для обеспечения выходного сигнала, выражающего акустические возмущения вблизи волокна. Таким образом, опросчик удобно содержит по меньшей мере один лазер 112 и по меньшей мере один оптический модулятор 114 для генерации множества оптических импульсов, разделенных известной разностью оптических частот. Опросчик также содержит по меньшей мере один фотодетектор 116, выполненный с возможностью регистрации излучения, рассеянного обратно из внутренних мест рассеяния в волокне 104.
Сигнал от фотодетектора обрабатывается сигнальным процессором 108. Сигнальный процессор удобно демодулирует возвращенный сигнал на основании разности частот между оптическими импульсами, например, как описано в СВ № 2442745. Сигнальный процессор также может применять алгоритм развертывания фазы, как описано в СВ № 2442745.
Форма входного оптического сигнала и способ регистрации позволяют пространственно разбивать единое непрерывное волокно на дискретные продольные считывающие участки. Таким образом, акустический сигнал, считанный на одном считывающем участке, может обеспечиваться, по существу, независимо от считанного сигнала на соседнем участке.
Пространственное разрешение считывающих участков оптического волокна в основном зависит от колебательного сигнала излучения, используемого для опрашивания оптического волокна. Здесь под колебательным сигналом обычно подразумеваются форма и хронирование входных импульсов. Специалистам в данной области техники очевидно, что любой освещающий импульс оптического излучения конечной длительности будет означать, что определенная пространственная длина волокна одновременно освещается в какой-либо один момент времени. Таким образом, согласно определенным вариантам осуществления излучение, принимаемое на детекторе в какой-либо один момент времени, будет содержать излучение, рассеянное обратно из немного разных частей волокна разными частями опрашивающего импульса. Очевидно, скорость отклика и скорость дискретизации детектора могут влиять на пространственное разрешение, но в хорошо отрегулированной системе пространственное разрешение, по существу, зависит от длительности импульса в таких вариантах осуществления.
В некоторых вышеописанных конфигурациях разнесенные по времени пары импульсов используются для опрашивания испытуемого волокна. В этом подходе регистрация и обработка обычно осуществляются за счет интерференции света, прошедшего через данную секцию волокна, секцию, которая задана разнесением импульсов, со светом, не прошедшим через нее.
Зарегистрированные изменения фазы между интерферированным светом обеспечивают информацию, касающуюся возмущений данной секции волокна. Таким образом, пространственное разрешение датчика, т.е. длина каждого продольного считывающего участка, зависит от разнесения оптических импульсов. Выбор опрашивающего колебательного сигнала и, следовательно, пространственного разрешения волокна может зависеть от ряда факторов. Очевидно, назначенное приложение может влиять на выбор пространственного разрешения. Если приложение предназначено для регистрации событий очень больших масштабов, сравнительно большая пространственная длина считывания может быть приемлемой. Однако для других приложений может существовать диапазон полезных пространственных разрешений. Распределенные акустические датчики можно использовать в качестве систем обнаружения проникновения, например для охраны границ или периметров или для выявления потенциального вмешательства, например, в работу трубопровода. Распределенные акустические датчики также можно использовать для мониторинга потока и/или мониторинга состояния в связи с трубопроводом или другими линиями потока или для мониторинга состояния для различных зданий или конструкций.
Выбор пространственного разрешения также выражает компромисс между чувствительностью и шумом, а также длиной волокна, которое можно использовать в качестве считывающего волокна. Использование более длинных считывающих участков волокна означает, что каждый считывающий участок может быть более чувствительным, поскольку увеличивается длина волокна для регистрации падающего акустического возмущения. Однако чем длиннее считывающий участок волокна, тем больше величина шума. Если пространственный размер продольных считывающих участков слишком велик, дополнительный выигрыш в чувствительности может нивелироваться, поскольку акустический сигнал может ослабляться к концу считывающего участка, и дополнительный шум может преобладать. Однако слишком малый считывающий участок может выдавать лишь сравнительно слабый сигнал. Использование большого количества малых считывающих участков может увеличивать общее количество фактических датчиков. Это может значительно увеличивать служебную нагрузку обработки при определении акустических характеристик некоторых сигналов, представляющих интерес.
Диапазон датчика или длина волокна, которое можно опрашивать, также связаны с длительностью опрашивающих импульсов. Очевидно, что излучение, рассеянное обратно из любого участка оптического волокна, должно поступать на детектор, чтобы датчик имел возможность регистрировать влияние акустических возмущений на этот участок волокна. Очевидно, оптическое волокно будет демонстрировать некоторое ослабление (ослабление частично обусловлено процессами рэлеевского рассеяния на неоднородностях в волокне), и, таким образом, обратно рассеянное излучение будет ослабляться по мере распространения по волокну. Чем больше диапазон в волокно для данного считывающего участка, тем большее количество оптического волокна нужно пройти, чтобы достичь детектора, и, следовательно, тем
- 6 022899 больше ослабления обратного рассеяния. Для данной степени обратного рассеяния существует диапазон, за пределами которого ослабление на обратном пути к детектору слишком велико, и невозможно получить никакого полезного сигнала. Полное обратно рассеянное излучение из считывающего участка связано с интенсивностью опрашивающего излучения и длительностью импульса (более длинный импульс дает больше возможностей для обратного рассеяния).
Специалистам в данной области техники очевидно, что для распределенного акустического датчика, действующего на основе рэлеевского обратного рассеяния, опрашивающее излучение должно быть ниже порога нелинейности оптического волокна, и, таким образом, существует предел оптической мощности, которую можно передавать в волокно. Таким образом, для фиксированной интенсивности освещающего излучения степень обратного рассеяния связана с длительностью освещающего импульса.
При рассмотрении всех этих факторов выяснилось, что пространственное разрешение порядка 8-12 м особенно пригодно для большого числа применений распределенных акустических датчиков. Это пространственное разрешение позволяет использовать до 50 км или более стандартного телекоммуникационного волокна в качестве считывающего волокна и обеспечивает хороший баланс шума и чувствительности. Кроме того, для многих событий обнаружения проникновения и/или событий мониторинга состояния пространственное разрешение 8-12 м пригодно для предполагаемых сигналов, представляющих интерес, и не представляет чрезмерную служебную нагрузку обработки. Этот диапазон 8-12 м представляет особенно пригодное пространственное разрешение, что является признаком новизны.
Однако в некоторых областях применения, например при использовании в скважине, может потребоваться более высокое пространственное разрешение. Например, при использовании в скважине может быть предпочтительно пространственное разрешение порядка нескольких десятков сантиметров. В масштабах длины порядка нескольких километров, т.е. на глубинах скважин, такое пространственное разрешение может быть приемлемым.
Настоящее изобретение относится к распределенному оптоволоконному датчику, в частности к распределенному акустическому датчику, способному работать по меньшей мере при двух разных пространственных разрешениях. Это позволяет получать дополнительную информацию об источнике акустических возмущений и/или позволяет отслеживать разные части волокна с использованием разных пространственных разрешений.
Таким образом, в первом варианте осуществления настоящего изобретения оптический источник опросчика, т.е. лазер 116 и модулятор 114, может быть выполнен с возможностью генерации либо последовательности импульсов первой длительности, либо последовательности импульсов второй длительности. На фиг. 2 показан выходной сигнал лазера и модулятора.
Выходной сигнал модулятора 114 представляет собой последовательность импульсов 201, каждый из которых имеет первую длительность 11. Время между импульсами можно установить так, чтобы все обратно рассеянное излучение от одного импульса регистрировалось до того, как следующий импульс будет запущен в волокно.
Детектор принимает обратно рассеянное излучение из волокна и при обработке данных процессор делит данные на η ячеек анализа, каждая из которых имеет пространственную протяженность, пригодную для импульсов первой длительности 11. Таким образом, процессор обеспечивает сигнал акустического измерения из каждого из множества считывающих участков волокна с первым пространственным разрешением, например 10 м.
Однако после генерации одного или более импульсов 201 с первой длительностью лазер 112 и модулятор 114 выводят один или более импульсов 202 с другой длительностью 12. Кроме длительности каждого импульса, все остальные признаки импульса могут быть неизменными. Длительность импульсов можно регулировать, управляя лазером 112 так, чтобы он выдавал импульсы другой длительности, или можно использовать модулятор 114 или дополнительный оптический модулятор (не показан), что понятно специалисту в данной области техники.
Как показано, импульсы второй длительности имеют меньшую длительность для каждого импульса и, таким образом, обеспечивают более высокое пространственное разрешение.
В момент времени, когда лазер и модулятор начинают генерировать импульсы второй длительности, процессор изменяет размер ячеек анализа и, таким образом, создает последовательность измерительных сигналов из каждого из множества измерительных участков волокна с другим, более высоким пространственным разрешением, например 2 м.
На фиг. 3 проиллюстрированы колебательные сигналы для варианта осуществления, в которых генерируются пары импульсов. Выходной сигнал модулятора 114 представляет собой пару импульсов 301, имеющих разнесение δ1. Оба импульса пары имеют одинаковую длительность, но импульсы отличаются частотой для обеспечения известной разности частот. За ней, спустя короткое время, следует другая пара импульсов.
Время в парах импульсов можно установить так, чтобы все обратно рассеянное излучение от первой пары импульсов регистрировалось до того, как в волокно будет запущена следующая пара импульсов, и в этом случае каждая пара импульсов может быть идентична предыдущей паре импульсов. Альтернативно, как описано в ОВ № 2442745, пары импульсов можно запускать так, чтобы в любой момент
- 7 022899 времени в волокне распространялась более чем одна пара импульсов, и в этом случае все пары импульсов регулируются так, чтобы они имели разные разности частот.
Детектор принимает обратно рассеянное излучение из волокна, и процессор демодулирует обнаруженное (зарегистрированное) излучение на разности частот пары импульсов, как описано в СВ № 2442745. При обработке данных процессор делит данные на η ячеек анализа, каждая из которых имеет пространственную протяженность, пригодную для пар импульсов с первым разнесением δ1. Таким образом, процессор обеспечивает сигнал акустического измерения из каждого из множества считывающих участков волокна с первым пространственным разрешением, например 10 м.
Однако после генерации последовательности пар импульсов 301 с первым разнесением лазер 112 и модулятор 114 выводят одну или более пар импульсов 302 с другим разнесением δ2. Длительность отдельных импульсов в каждой из пар 302 может быть такой же, как в парах 301, однако при балансировании различных факторов, например полной энергии и частотного разнесения, длительность отдельных импульсов также может различаться. Как показано на фиг. 3, пары импульсов 302 со вторым разнесением имеют меньшую длительность для каждого импульса.
В момент времени, когда лазер и модулятор начинают генерировать пары импульсов со вторым разнесением, процессор изменяет размер ячеек анализа и, таким образом, создает последовательность измерительных сигналов из каждого из множества измерительных участков волокна с другим, более высоким пространственным разрешением, например 2 м.
Таким образом, датчик может переключаться между первым пространственным разрешением и вторым пространственным разрешением. Фиг. 4 иллюстрирует оптическое волокно 104 и указывает, как делится волокно на считывающие участки при первом пространственном разрешении 401 и как делится волокно при втором пространственном разрешении.
Датчик может быть выполнен с возможностью переключения между разными пространственными разрешениями согласно заранее определенному шаблону. Например, датчик может опрашивать волокно определенным количеством пар импульсов первой длительности и затем определенным количеством пар импульсов второй длительности. Альтернативно, датчик может работать с первым пространственным разрешением в качестве стандартного пространственного разрешения. При регистрации акустического события, превышающего определенный порог и/или согласующегося с определенной характеристикой в сигналах из любого из одного или более считывающих участков волокна, датчик может переключаться на второе пространственное разрешение.
Как следует из вышеприведенного описания, второе пространственное разрешение обеспечивает, в принципе, гораздо больше дискретных считывающих участков волокна и, таким образом, может приводить к значительной служебной нагрузке обработки.
Таким образом, в некоторых вариантах осуществления процессор может быть выполнен с возможностью обеспечения измерительных сигналов только из продольных считывающих участков вблизи зарегистрированного события.
Фиг. 4 иллюстрирует акустическое событие, происходящее в позиции А. Акустические волны регистрируются волокном 104. На графике 403 показана гистограмма, представляющая среднюю интенсивность акустического сигнала для каждого из считывающих участков волокна с первым пространственным разрешением. Можно видеть, что на соответствующем считывающем участке 405 регистрируется сравнительно большое возмущение. Затем процессор может переключиться на второе пространственное разрешение, но обрабатывать только сигналы, которые соответствуют считывающим участкам второго пространственного разрешения вблизи секции 405 волокна. На графике 404 показана гистограмма акустического сигнала для каждого из обработанных считывающих участков со вторым пространственным разрешением.
Можно видеть, что второе пространственное разрешение позволяет точнее определить местоположение акустического события вдоль волокна. Кроме того, анализ эволюции акустического сигнала по одному или более из этих считывающих участков позволяет выявлять характеристическую сигнатуру, которую можно использовать для классификации события, т.е. идентификации типа события, порождающего такой акустический отклик. Это позволяет процессору определить, является ли данное акустическое событие событием, представляющим интерес, например указывающим наличие вторжения или аварийного состояния, и, таким образом, нужно ли активировать автоматический сигнал тревоги.
Согласно фиг. 2 опросчик может переключаться между разными опрашивающими колебательными сигналами и, следовательно, между пространственными разрешениями либо в ответ на событие, либо согласно стандартному шаблону. Однако в другом варианте осуществления два пространственных разрешения можно одновременно реализовать в одном и том же волокне.
На фиг. 5 показан выходной сигнал опросчика согласно этому варианту осуществления изобретения. Первая пара импульсов 501, имеющих первую длительность, передается в волокно, как описано выше. Импульсы в первой паре импульсов имеют частоты ί1 и £2 соответственно. Сразу после передачи первой пары импульсов передается вторая пара импульсов 502. Импульсы во второй паре импульсов имеют другое разнесение и в необязательном порядке также другую длительность и имеют частоты £3 и
- 8 022899
Г4 соответственно. Частоты выбираются так, чтобы Г2-Г1 не было равно ни одному из ίί, Г2, Г3 или Г4 или Г4-Г3. Аналогично Г4-Г3 не равно Г1, Г2, Г3 или Г4. Как описано в СВ № 2442745, эта конфигурация позволяет почти одновременно передавать в волокно две пары импульсов (на самом деле, в другом устройстве это может происходить одновременно), но демодулировать отклик от каждой из них отдельно. Таким образом, можно обрабатывать возвращенные сигналы с первым пространственным разрешением, а можно обрабатывать также возвращенные сигналы со вторым пространственным разрешением для обеспечения одновременно двух пространственных разрешений.
Процессор может обеспечивать измерительные сигналы с обоими пространственными разрешениями для всего волокна и может использовать сигналы с обоими пространственными разрешениями для регистрации событий, представляющих интерес. Альтернативно, измерительные сигналы с одним из пространственных разрешений можно генерировать только для части оптического волокна. Например, представим себе, что оптическое волокно размещено на протяжении длины подземного трубопровода для обнаружения вмешательства в работу трубопровода и/или мониторинга состояния. Для большей части трубопровода пространственное разрешение 10 м или около того может быть приемлемым и обеспечивать оптимальный мониторинг. Однако в некоторых областях, где могут находиться другие установки или части трубопровода, особо подверженные опасности нарушения, может потребоваться иметь датчик с пространственным разрешением порядка 1 м. В этом варианте осуществления настоящего изобретения оптическое волокно можно опрашивать импульсами с разрешением 1 м и импульсами с разрешением 10 м. Возвращенные сигналы от импульсов с разрешением 10 м будут использоваться для большей части трубопровода, а импульсы с разрешением 1 м будут использоваться для критически важных участков.
Дополнительно или альтернативно, импульсы более высокого разрешение можно передавать, но не обрабатывать возвращенные сигналы, по меньшей мере, для секции волокна, пока событие не будет зарегистрировано. В этот момент соответствующие считывающие участки можно анализировать аналогично тому, как описано выше в связи с фиг. 3.
Во всех случаях разные пространственные разрешения, обеспечиваемые датчиком, могут быть заранее определенными, например может существовать стандартное разрешение, например 10 м, и высокое разрешение, например 1 м. Однако в некоторых вариантах осуществления пространственное разрешение можно определять в ответ на зарегистрированные сигналы. Например, процессор может анализировать сигналы с первым пространственным разрешением и на основании этого анализа выбирать пространственное разрешение для применения в будущем.
Конечно, из вышеприведенного рассмотрения следует, что в зависимости от того, в каком месте оптического волокна происходит событие и от полной длины волокна, изменение пространственного разрешения может изменяться по всему диапазону датчика. Таким образом, для частей оптического волокна, которые ориентированы на максимальный диапазон датчика при конкретном пространственном разрешении, может оказаться невозможным повысить пространственное разрешение до меньшей длины и по-прежнему принимать полезные сигналы. Однако использование двух или более разных пространственных разрешений все же может оказаться полезным для частей волокна, которые находятся в эффективном диапазоне при обоих разрешениях. Процессор можно запрограммировать последовательностью диапазонов отсечки для изменения пространственного разрешения определенных частей волокна, т.е. списком наибольших пространственных разрешений, пригодных для использования, если событие, представляющее интерес, происходит в определенном диапазоне.
Каждый признак, раскрытый в этом описании изобретения и (когда уместно) в формуле изобретения и чертежах, может быть обеспечен сам по себе или в любой уместной комбинации.

Claims (26)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Датчик для распределенной оптоволоконной системы, содержащий источник оптического излучения, выполненный с возможностью подачи импульсов для опрашивания оптического волокна; детектор, выполненный с возможностью обнаружения оптического излучения, обратно рассеянного из волокна; и процессор, выполненный с возможностью обработки обнаруженного обратно рассеянного излучения для обеспечения множества продольных считывающих участков волокна, причем оптический источник выполнен с возможностью подачи в оптическое волокно одного или более импульсов, имеющих характеристики, обеспечивающие первое пространственное разрешение, для осуществления одного или более опросов волокна, и с возможностью подачи в волокно одного или более импульсов, имеющих характеристики, обеспечивающие второе, отличное от первого, пространственное разрешение, для осуществления одного или более других опросов волокна, причем процессор выполнен с возможностью обеспечения обработки упомянутого обнаруженного обратно рассеянного излучения с первым пространственным разрешением и со вторым, отличным от первого, пространственным разрешением соответственно.
  2. 2. Датчик по п.1, в котором оптический источник выполнен с возможностью опрашивания оптического волокна импульсами оптического излучения первой длительности, а также опрашивания оптического волокна импульсами оптического излучения второй, отличной от первой длительности, причем упомянутые разные длительности обеспечивают упомянутые разные пространственные разрешения.
  3. 3. Датчик по п.1, в котором оптический источник выполнен с возможностью опрашивания оптического волокна парами импульсов оптического излучения, имеющими заданное временное разнесение, причем опрашивание осуществляется парами импульсов первого временного разнесения, а также парами импульсов, имеющими второе, отличное от первого, временное разнесение, причем упомянутые разные разнесения обеспечивают упомянутые разные пространственные разрешения.
  4. 4. Датчик по п.2 или 3, в котором оптический источник выполнен с возможностью подачи в оптическое волокно одного или более импульсов, обеспечивающих первое пространственное разрешение, для осуществления одного или более опросов волокна и последующей подачи в волокно одного или более импульсов, обеспечивающих второе, отличное от первого, пространственное разрешение, для осуществления одного или более последующих опросов волокна.
  5. 5. Датчик по любому из предыдущих пунктов, в котором датчик выполнен с возможностью осуществления первого измерения или последовательности измерений с первым пространственным разрешением и последующего осуществления второго измерения или последовательности измерений со вторым пространственным разрешением.
  6. 6. Датчик по любому из предыдущих пунктов, в котором датчик выполнен с возможностью периодического изменения пространственного разрешения.
  7. 7. Датчик по любому из предыдущих пунктов, в котором датчик выполнен с возможностью изменения пространственного разрешения в ответ на обнаруженное событие.
  8. 8. Датчик по любому из предыдущих пунктов, в котором упомянутые один или более импульсов, обеспечивающих первое пространственное разрешение, отличаются оптической характеристикой от одного или более импульсов, обеспечивающих второе пространственное разрешение.
  9. 9. Датчик по п.8, в котором оптическая характеристика содержит одно из разности частот между импульсами в группе опрашивающих импульсов и длины волны импульсов.
  10. 10. Датчик по любому из предыдущих пунктов, в котором датчик выполнен с возможностью одновременно обеспечивать первое пространственное разрешение и второе пространственное разрешение.
  11. 11. Датчик по любому из предыдущих пунктов, в котором процессор выполнен с возможностью обеспечения множества продольных считывающих участков волокна, длина которых согласуется с пространственным разрешением, обеспеченным опрашивающим излучением.
  12. 12. Датчик по п.11, в котором процессор выполнен с возможностью изменения временных ячеек анализа, используемых при обработке данных, в ответ на изменения опрашивающего оптического излучения.
  13. 13. Датчик по любому из предыдущих пунктов, в котором процессор выполнен с возможностью анализа измерительных сигналов из каждого из продольных считывающих участков для обнаружения событий, представляющих интерес.
  14. 14. Датчик по п.13, в котором процессор выполнен с возможностью изменения анализа в зависимости от пространственного разрешения измерительных сигналов.
  15. 15. Датчик по любому из предыдущих пунктов, в котором датчик является распределенным акустическим датчиком.
  16. 16. Датчик по п.15, в котором детектор выполнен с возможностью обнаружения излучения, рассеянного обратно по закону Рэлея из оптического волокна.
  17. 17. Способ распределенного оптоволоконного считывания, использующий датчик по п.1, содержащий этапы, на которых опрашивают оптическое волокно оптическим излучением; обнаруживают опти- 10 022899 ческое излучение, рассеянное обратно из оптического волокна; и обрабатывают данные, соответствующие упомянутому обнаруженному обратно рассеянному излучению, для приема измерительного сигнала из каждого из множества продольных считывающих участков упомянутого оптического волокна, причем способ содержит этап, на котором подают в оптическое волокно один или более импульсов, обеспечивающих первое пространственное разрешение, для осуществления одного или более опросов волокна и подают в волокно один или более импульсов, обеспечивающих второе, отличное от первого, пространственное разрешение, для осуществления одного или более других опросов, отличных от предыдущих, причем на упомянутом этапе обработки обрабатывают данные с первым пространственным разрешением или вторым пространственным разрешением соответственно.
  18. 18. Способ распределенного оптоволоконного считывания по п.17, в котором упомянутые один или более импульсов оптического излучения, обеспечивающих первое пространственное разрешение, имеют первую длительность и/или разнесение и упомянутые один или более импульсов оптического излучения, обеспечивающих второе пространственное разрешение, имеют вторую, отличную от первой, длительность и/или разнесение.
  19. 19. Способ распределенного оптоволоконного считывания по п.18, содержащий этапы, на которых подают одну или более пар импульсов, имеющих первую длительность, и подают одну или более пар импульсов, имеющих вторую длительность, причем пары импульсов, имеющие первую длительность, отличаются оптической характеристикой от пар импульсов, имеющих вторую длительность.
  20. 20. Способ распределенного оптоволоконного считывания по п.19, в котором оптическая характеристика содержит длину волны и/или разность частот между импульсами в паре.
  21. 21. Способ распределенного оптоволоконного считывания по любому из пп.17-20, содержащий этап, на котором выполняют измерения с первым пространственным разрешением, после чего выполняют измерения со вторым пространственным разрешением.
  22. 22. Способ распределенного оптоволоконного считывания по любому из пп.17-21, содержащий этап, на котором изменяют пространственное разрешение датчика согласно заранее определенному шаблону.
  23. 23. Способ распределенного оптоволоконного считывания по любому из пп.17-22, содержащий этап, на котором изменяют пространственное разрешение в ответ на обнаружение события.
  24. 24. Способ распределенного оптоволоконного считывания по п.23, содержащий этап, на котором выполняют упомянутые измерения со вторым пространственным разрешением только для участка волокна вблизи обнаруженного события.
  25. 25. Способ распределенного оптоволоконного считывания по любому из пп.17-24, содержащий этап, на котором выполняют измерения с первым пространственным разрешением одновременно с измерениями со вторым пространственным разрешением.
  26. 26. Способ распределенного оптоволоконного считывания по любому из пп.17-25, содержащий этап, на котором изменяют размер ячеек анализа, используемых процессором, для согласования с пространственным разрешением опрашивающего излучения.
EA201290327A 2009-11-13 2010-11-12 Усовершенствования в распределенном оптоволоконном считывании EA022899B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GBGB0919906.8A GB0919906D0 (en) 2009-11-13 2009-11-13 Improvements to distributed fibre optic sensing
PCT/GB2010/002087 WO2011058322A2 (en) 2009-11-13 2010-11-12 Improvements in distributed fibre optic sensing

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201290327A1 EA201290327A1 (ru) 2012-12-28
EA022899B1 true EA022899B1 (ru) 2016-03-31

Family

ID=41509338

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201290327A EA022899B1 (ru) 2009-11-13 2010-11-12 Усовершенствования в распределенном оптоволоконном считывании

Country Status (9)

Country Link
US (1) US8923663B2 (ru)
EP (1) EP2499466B1 (ru)
CN (1) CN102292621B (ru)
AU (1) AU2010317703C1 (ru)
BR (1) BR112012011225B8 (ru)
CA (1) CA2780610C (ru)
EA (1) EA022899B1 (ru)
GB (1) GB0919906D0 (ru)
WO (1) WO2011058322A2 (ru)

Families Citing this family (49)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2009334819B2 (en) 2008-12-31 2013-12-12 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Method for monitoring deformation of well equipment
WO2010091404A1 (en) 2009-02-09 2010-08-12 Shell Oil Company Method of detecting fluid in-flows downhole
AU2009339275B2 (en) 2009-02-09 2013-06-27 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Areal monitoring using distributed acoustic sensing
CA3175365A1 (en) 2009-05-27 2010-12-02 Silixa Ltd Method and apparatus for optical sensing
GB0919906D0 (en) * 2009-11-13 2009-12-30 Qinetiq Ltd Improvements to distributed fibre optic sensing
US9109944B2 (en) 2009-12-23 2015-08-18 Shell Oil Company Method and system for enhancing the spatial resolution of a fiber optical distributed acoustic sensing assembly
AU2010336498B2 (en) 2009-12-23 2014-11-20 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Detecting broadside and directional acoustic signals with a fiber optical distributed acoustic sensing (DAS) assembly
WO2011163286A1 (en) 2010-06-25 2011-12-29 Shell Oil Company Signal stacking in fiber optic distributed acoustic sensing
CA2809660C (en) 2010-09-01 2016-11-15 Schlumberger Canada Limited Distributed fiber optic sensor system with improved linearity
US9322702B2 (en) 2010-12-21 2016-04-26 Shell Oil Company Detecting the direction of acoustic signals with a fiber optical distributed acoustic sensing (DAS) assembly
WO2012087603A1 (en) 2010-12-21 2012-06-28 Shell Oil Company System and method for making distributed measurements using fiber optic cable
US9074462B2 (en) 2011-03-09 2015-07-07 Shell Oil Company Integrated fiber optic monitoring system for a wellsite and method of using same
WO2012156434A2 (en) 2011-05-18 2012-11-22 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Method and system for protecting a conduit in an annular space around a well casing
AU2012271016B2 (en) 2011-06-13 2014-12-04 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Hydraulic fracture monitoring using active seismic sources with receivers in the treatment well
CA2839212C (en) 2011-06-20 2019-09-10 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Fiber optic cable with increased directional sensitivity
GB201112161D0 (en) * 2011-07-15 2011-08-31 Qinetiq Ltd Portal monitoring
GB2506794B (en) 2011-08-09 2016-08-17 Shell Int Research Method and apparatus for measuring seismic parameters of a seismic vibrator
CN103988089B (zh) 2011-12-15 2017-12-05 国际壳牌研究有限公司 用光纤分布式声感测(das)组合检测横向声信号
GB201208418D0 (en) * 2012-05-14 2012-06-27 Optasence Holdings Ltd Radiation detector
US10088353B2 (en) 2012-08-01 2018-10-02 Shell Oil Company Cable comprising twisted sinusoid for use in distributed sensing
US9134197B2 (en) * 2013-01-15 2015-09-15 Exfo Inc. Bi-directional multi-pulsewidth optical time-domain reflectometer
GB201318254D0 (en) * 2013-10-15 2013-11-27 Silixa Ltd Optical fiber cable
GB2532031A (en) * 2014-11-05 2016-05-11 Cambridge Consultants System and method for detecting a change in shape of at least one predefined region of an optical fibre
GB201503861D0 (en) * 2015-03-06 2015-04-22 Silixa Ltd Method and apparatus for optical sensing
GB2539254A (en) * 2015-06-12 2016-12-14 Pimon Gmbh Method and apparatus for monitoring pipeline
GB201515505D0 (en) * 2015-09-01 2015-10-14 Optasense Holdings Ltd Distributed fibre optic sensing
US10359302B2 (en) 2015-12-18 2019-07-23 Schlumberger Technology Corporation Non-linear interactions with backscattered light
BR112018070577A2 (pt) 2016-04-07 2019-02-12 Bp Exploration Operating Company Limited detecção de localizações de ingresso de areia de fundo de poço
AU2017246521B2 (en) 2016-04-07 2023-02-02 Bp Exploration Operating Company Limited Detecting downhole sand ingress locations
US11127270B2 (en) 2016-11-11 2021-09-21 Carrier Corporation High sensitivity fiber optic based detection
US20180136122A1 (en) * 2016-11-11 2018-05-17 Kidde Technologies, Inc. High sensitivity fiber optic based detection
ES2919300T3 (es) 2016-11-11 2022-07-22 Carrier Corp Detección basada en fibra óptica de alta sensibilidad
EP3539108B1 (en) 2016-11-11 2020-08-12 Carrier Corporation High sensitivity fiber optic based detection
US11151853B2 (en) 2016-11-11 2021-10-19 Carrier Corporation High sensitivity fiber optic based detection
CA3058256C (en) 2017-03-31 2023-09-12 Bp Exploration Operating Company Limited Well and overburden monitoring using distributed acoustic sensors
WO2019005823A1 (en) 2017-06-26 2019-01-03 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York MILLIMETRIC SCALE LENGTH NETWORK COUPLER
WO2019190577A2 (en) 2017-06-26 2019-10-03 The Trustees of Columbia University in the City of the New York Densely-packed optical phased arrays via k-vector mismatch and metamaterial rods
AU2018321150A1 (en) 2017-08-23 2020-03-12 Bp Exploration Operating Company Limited Detecting downhole sand ingress locations
US11333636B2 (en) 2017-10-11 2022-05-17 Bp Exploration Operating Company Limited Detecting events using acoustic frequency domain features
US10935417B2 (en) * 2017-10-26 2021-03-02 Aiq Dienstleistungen Ug (Haftungsbeschränkt) Distributed acoustic sensing system using different coherent interrogating light patterns and corresponding sensing method
JP6791113B2 (ja) * 2017-12-27 2020-11-25 横河電機株式会社 光ファイバ特性測定装置及び光ファイバ特性測定方法
CN113330185A (zh) 2018-11-29 2021-08-31 Bp探索操作有限公司 利用机器学习使用das特征的事件检测
GB201820331D0 (en) 2018-12-13 2019-01-30 Bp Exploration Operating Co Ltd Distributed acoustic sensing autocalibration
WO2021073740A1 (en) 2019-10-17 2021-04-22 Lytt Limited Inflow detection using dts features
WO2021073741A1 (en) 2019-10-17 2021-04-22 Lytt Limited Fluid inflow characterization using hybrid das/dts measurements
WO2021093974A1 (en) 2019-11-15 2021-05-20 Lytt Limited Systems and methods for draw down improvements across wellbores
CN113218494A (zh) 2020-01-21 2021-08-06 中国科学院上海光学精密机械研究所 一种分布式光纤声传感***及信号处理方法
EP4165284A1 (en) 2020-06-11 2023-04-19 Lytt Limited Systems and methods for subterranean fluid flow characterization
EP4168647A1 (en) 2020-06-18 2023-04-26 Lytt Limited Event model training using in situ data

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4996419A (en) 1989-12-26 1991-02-26 United Technologies Corporation Distributed multiplexed optical fiber Bragg grating sensor arrangeement
US5194847A (en) 1991-07-29 1993-03-16 Texas A & M University System Apparatus and method for fiber optic intrusion sensing
AUPQ420699A0 (en) 1999-11-24 1999-12-16 Future Fibre Technologies Pty Ltd A method of perimeter barrier monitoring and systems formed for that purpose
CA2412041A1 (en) 2000-06-29 2002-07-25 Paulo S. Tubel Method and system for monitoring smart structures utilizing distributed optical sensors
US6601671B1 (en) 2000-07-10 2003-08-05 Weatherford/Lamb, Inc. Method and apparatus for seismically surveying an earth formation in relation to a borehole
US6466706B1 (en) * 2000-10-11 2002-10-15 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Pulsed system and method for fiber optic sensor
JP3930023B2 (ja) * 2002-11-01 2007-06-13 欣増 岸田 分布型光ファイバセンサシステム
DE602004028222D1 (de) * 2003-02-12 2010-09-02 Sensornet Ltd Verfahren und vorrichtung zur erzeugung und weiter für lange strecke messung
JP4463818B2 (ja) 2004-06-25 2010-05-19 ニューブレクス株式会社 分布型光ファイバセンサ
US7271884B2 (en) 2004-08-06 2007-09-18 The United States Of America Represented By The Secretary Of The Navy Natural fiber span reflectometer providing a virtual phase signal sensing array capability
GB0521713D0 (en) * 2005-10-25 2005-11-30 Qinetiq Ltd Traffic sensing and monitoring apparatus
GB0606010D0 (en) 2006-03-25 2006-05-03 Qinetiq Ltd Fibre-Optic Sensor Array
GB2442745B (en) * 2006-10-13 2011-04-06 At & T Corp Method and apparatus for acoustic sensing using multiple optical pulses
GB2442746B (en) * 2006-10-13 2011-04-06 At & T Corp Method and apparatus for acoustic sensing using multiple optical pulses
JP5122120B2 (ja) * 2006-12-13 2013-01-16 横河電機株式会社 光ファイバ特性測定装置
GB2445364B (en) 2006-12-29 2010-02-17 Schlumberger Holdings Fault-tolerant distributed fiber optic intrusion detection
US7504618B2 (en) * 2007-07-03 2009-03-17 Schlumberger Technology Corporation Distributed sensing in an optical fiber using brillouin scattering
CN101539631B (zh) 2009-04-30 2011-11-30 华中科技大学 一种地震监测装置
GB0919902D0 (en) * 2009-11-13 2009-12-30 Qinetiq Ltd Improvements in fibre optic cables for distributed sensing
GB0919904D0 (en) * 2009-11-13 2009-12-30 Qinetiq Ltd Determining lateral offset in distributed fibre optic acoustic sensing
GB0919899D0 (en) * 2009-11-13 2009-12-30 Qinetiq Ltd Fibre optic distributed sensing
GB0919906D0 (en) * 2009-11-13 2009-12-30 Qinetiq Ltd Improvements to distributed fibre optic sensing
GB201019117D0 (en) * 2010-11-11 2010-12-29 Fotech Solutions Ltd Distributed optical fibre sensor
GB2489749B (en) * 2011-04-08 2016-01-20 Optasense Holdings Ltd Fibre optic distributed sensing

Also Published As

Publication number Publication date
AU2010317703C1 (en) 2015-02-12
EA201290327A1 (ru) 2012-12-28
CA2780610C (en) 2017-12-19
BR112012011225A2 (pt) 2018-04-03
WO2011058322A2 (en) 2011-05-19
BR112012011225B1 (pt) 2020-01-21
CN102292621B (zh) 2015-02-25
EP2499466A2 (en) 2012-09-19
EP2499466B1 (en) 2014-02-12
WO2011058322A3 (en) 2011-07-28
GB0919906D0 (en) 2009-12-30
AU2010317703A1 (en) 2012-07-05
CA2780610A1 (en) 2011-05-19
BR112012011225B8 (pt) 2020-02-04
US8923663B2 (en) 2014-12-30
US20120230628A1 (en) 2012-09-13
AU2010317703B2 (en) 2014-06-19
CN102292621A (zh) 2011-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA022899B1 (ru) Усовершенствования в распределенном оптоволоконном считывании
RU2518978C2 (ru) Волоконно-оптическое акустическое измерение
EP3014222B1 (en) Improvements in fibre optic distributed sensing
EA024802B1 (ru) Распределенный оптоволоконный акустический датчик и способ определения направления и/или расстояния до источника акустической волны при распределенном оптоволоконном акустическом считывании с использованием указанного датчика
US9759824B2 (en) Seismic monitoring
IL174411A (en) Fibre-optic surveillance system
US9897470B2 (en) Device for characterizing a physical phenomenon by ablation of an optical fiber with bragg gratings having a total flux of reflected radiation measurement
US20230375378A1 (en) Fibre Optic Sensing

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM

MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): RU