[發(fā)明專利]光纖光學聲感測

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200980141858.7
• 申請日: 2009-08-21
• 公開（公告）號: CN102197284B
• 公開（公告）日: 2016-10-26
• 發(fā)明（設計）人: D·J·希爾;M·麥克尤恩-金
• 申請（專利權(quán)）人: 光學感應器控股有限公司
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353;G01H9/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 王岳;蔣駿

技術領域

本發(fā)明涉及光纖光學（fibre?optic）聲感測，且更具體地涉及光纖光學分布式聲感測。

背景技術

各種基于光纖光學的聲傳感器是已知的。很多這種傳感器使用復雜的干涉測量技術和/或沿著光纖的長度布置的光纖光學點傳感器或反射部位來提供聲感測。

近來，提出了來自連續(xù)長度的光纖光學線纜的本征散射的使用，即使用標準光纖光學線纜而沒有諸如光纖（fibre）布拉格光柵等的有意引入的反射部位。GB專利申請公開號2,442,745描述了一種系統(tǒng)，其中通過將多組脈沖調(diào)制電磁波發(fā)射到標準光纖中來感測聲振動。一組內(nèi)的一個脈沖的頻率不同于該組中的另一脈沖的頻率。來自光纖內(nèi)的本征反射部位的光的瑞利（Rayleigh）反向散射以組中的脈沖之間的頻率差被采樣且解調(diào)。使用N個不同的分析倉（bin），每一個與特定長度的光纖相關聯(lián)，且各個分析倉中的聲干擾可以被檢測。

已提出了使用這種光纖分布式聲感測系統(tǒng)來進行油或氣體傳輸管線的周界監(jiān)控或監(jiān)控。然而一般地，這種聲系統(tǒng)已知用于檢測特定分析倉中的聲事件，例如用于指示被監(jiān)控的周界在特定點處已相交。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供光纖分布式聲感測系統(tǒng)的新應用以及與這種應用中使用的光纖分布式聲感測相關的方法和設備。

在本發(fā)明的第一方面中，提供一種在固體介質(zhì)中檢測P波和S波的方法，該方法包含：將至少第一光脈沖和第二光脈沖重復地發(fā)射到至少部分地位于所述固體介質(zhì)內(nèi)的光纖（optic?fibre）中，其中第一和第二脈沖具有第一光頻率差；檢測從光纖瑞利反向散射的光；分析反向散射的光以確定針對光纖的多個分立縱向感測部分中的每一個的干擾的測量；以及分析分立縱向感測部分中的干擾的演變以檢測P波和S波。

本發(fā)明的該第一方面因此提供一種檢測經(jīng)過諸如地面或由諸如混凝土等的材料形成的結(jié)構(gòu)的固體介質(zhì)傳播的P波和S波的方法。

P波和S波代表可以根據(jù)激勵的屬性而傳播經(jīng)過材料的不同類型的波。有時被稱為初波或者壓力波的P波是可以行進經(jīng)過固體、液體和氣體的壓縮波。有時被稱為次波或剪切波的S波是橫波且僅在固體材料中發(fā)生。注意，如此處使用的術語固體僅僅用于與液體和氣體區(qū)分且不意味著暗示某種連續(xù)材料。固體材料可以是集合體或諸如鹽、沙、淤泥等的膠質(zhì)混合物。

該方法使用光纖，該光纖例如可以是諸如將用于電信類型應用的未經(jīng)修改的光纖，其至少部分地位于固體介質(zhì)內(nèi)，即至少一些光纖位于材料內(nèi)。方便地，所有或大部分光纖位于介質(zhì)內(nèi)。

該方法涉及分布式聲感測。至少兩個光脈沖被發(fā)射到光纖中且瑞利反向散射輻射被檢測。為了確保輻射是瑞利反向散射輻射，使脈沖的光纖功率保持低于光纖的非線性閾值，即低于超過其將發(fā)生非線性光學效應的功率閾值。檢測的輻射被分析以確定針對光纖的多個分立縱向感測部分中的每一個的干擾的測量。確定的干擾是在光纖的該特定部分處影響光纖的機械振動的測量。光纖實際上用作沿著光纖的長度以規(guī)則間隔分布的一系列獨立聲傳感器。

如上所述，已知分布式聲感測在如下情形中使用：期望在光纖的感測部分處定位特定聲事件。

然而一般地，在這種已知的分布式聲感測（DAS）系統(tǒng)中，該處理查詢在光纖的感測部分內(nèi)發(fā)生的具有大于閾值的幅度的聲事件。

本發(fā)明部分地在于如下實現(xiàn)：DAS系統(tǒng)可以提供足夠的信息以允許對行進經(jīng)過介質(zhì)的P波和S波的檢測。常規(guī)的DAS系統(tǒng)不涉及對P波和S波二者的檢測。在常規(guī)的DAS系統(tǒng)中，被監(jiān)控的干擾可以是使得不生成具有大幅度的S波。

本發(fā)明的該方面的方法使用由DAS系統(tǒng)檢測的干擾的演變來識別P波和S波。P波和S波具有經(jīng)過材料的不同傳輸屬性且一般地S波比P波慢一個相對因子，盡管絕對速度取決于這些波傳播所經(jīng)過的確切材料。因而，如果遠程事件生成P波和S波二者，則P波將在S波之前入射。本發(fā)明的該方面利用這一事實以允許對P波和S波的檢測和識別。對于光纖的任何給定感測部分，由P波導致的干擾將在由S波導致的干擾之前發(fā)生。在常規(guī)的DAS系統(tǒng)中，在P波之后不久到達的任何入射S波將被看作是整體聲干擾的一部分，且不將被視為不同的體波。