[發明專利]光纖感測系統及其操作方法

無效

• 申請號: 201380023537.3
• 申請日: 2013-05-03
• 公開（公告）號: CN104541151A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: E·L·戈德納;A·H·謝爾貝特錢;E·烏德;S·P·勞特
• 申請（專利權）人: 美國地震系統有限公司
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41;G01P15/093;G01V1/18;G01B9/02
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 林金朝;王英

相關申請的交叉引用

本申請要求于2012年5月4日提交的美國臨時申請No.61/642760的優先權的權益，該美國臨時申請的內容通過引用并入本申請中。

技術領域

本發明總體上涉及光纖感測系統，并且更具體地，涉及特別適用于高溫環境中的光纖感測系統及其使用方法。

背景技術

基于電子地震檢波器的光纖感測系統是本領域中所公知的，并且在很多應用中都有使用。例如，光纖感測系統以及包括電子地震檢波器的光纖感測系統用于在諸如用于石油、天然氣和地熱能(例如，增強的地熱回收)生產的水利壓裂之類的操作期間利用垂直地震剖面法和微地震事件對地下結構進行成像。然而，傳統的電子工具、甚至一些光學工具都受到不能在超過100℃的高溫下承受長時間工作的影響。

因此，期望的是提供用于高溫應用中的改進的光纖感測系統。

發明內容

根據本發明的示例性實施例，提供了光纖感測系統。光纖感測系統包括適合于提供多種波長的光信號的光源。光纖感測系統還包括多個波長抽頭，其用于將光信號分成多個波長中的每個波長上的信號部分。光纖感測系統還包括多個光傳感器，光傳感器中的每個光傳感器被配置為接收多個波長中的相應波長上的信號部分的其中之一。光纖感測系統還包括多個波長合束器，其用于將來自多個光傳感器的信號部分(例如，返回的信號部分)組合成重新組合的(例如，多波長)信號。光纖感測系統中還包括用于接收重新組合的信號的光接收器(或者多個光接收器)。光纖感測系統中包括位于光源與光接收器之間的一個或多個光纖路徑。

所述光接收器(其可以被認為是返回光學器件)可以包括用于將光接收器所接收到的多波長信號分成單獨的信號的光學器件，其中每個單獨的信號在不同波長上。光接收器還可以包括信號處理，其用于將單獨的信號部分轉換成與在所述傳感器中的每個傳感器處所測量的物理量(例如，加速度、速度、動態壓力變化等)成比例的電子信號。

根據本發明的另一個示例性實施例，提供了操作光纖感測系統的方法。所述方法包括如下步驟：(a)從光源發射光信號，以使光信號包括多個波長；(b)利用多個波長抽頭將光信號分成多個波長中的每個波長上的信號部分；(c)在多個光傳感器中的相應光傳感器處接收信號部分中的信號部分；(d)利用多個波長合束器將來自多個光傳感器的信號部分組合成重新組合的信號；以及(e)在光接收器處接收重新組合的信號。

應該理解的是，上文的總體描述和下文的具體實施方式是本發明的示例，而不是對本發明的限制。

附圖說明

通過結合附圖來閱讀以下具體實施方式可以很好地理解本發明。要強調的是，根據慣例，附圖的各種特征并未按比例繪制。相反，為了清晰起見，各種特征的尺寸被任意地放大或縮小。附圖中包括如下各圖：

圖1是根據本發明的示例性實施例的光纖感測系統的方框圖；

圖2是根據本發明的示例性實施例的具有階梯式結構的光纖感測系統的方框圖；

圖3是根據本發明的示例性實施例的多路復用光源的方框圖；

圖4是根據本發明的示例性實施例的邁克爾遜干涉儀傳感器的方框圖；

圖5是根據本發明的示例性實施例的馬赫-曾德爾干涉儀傳感器的方框圖；

圖6是根據本發明的示例性實施例的可以用于光纖感測系統中的光纖加速度計的方框圖；

圖7是根據本發明的示例性實施例的光纖感測系統的多路復用結構的方框圖；

圖8是示出了根據本發明的示例性實施例的光纖感測系統的三傳感器模塊的方框圖；

圖9是示出了根據本發明的示例性實施例的光纖感測系統的三軸模塊的方框圖；

圖10是示出了根據本發明的示例性實施例的輸入信號和返回信號波分結構的方框圖；以及

圖11-13是示出了根據本發明的各種示例性實施例的用于光纖感測系統的各種多路復用結構的方框圖。

具體實施方式

如下文將詳細解釋的，根據本發明的某些示例性實施例，提供了改進的光纖感測系統，所述改進的光纖感測系統包含一系列波長抽頭，以將光信號分成多個信號部分(例如，窄線寬輸出信號部分)。例如，波長抽頭用于剝離光信號的單獨的波長(例如，波分復用)，其中每個單獨的波長可以用于光傳感器中的感測(例如，用于感測光傳感器經受的加速度)(例如，其中光傳感器可以包括光纖加速度計、換能器等)。在一個特定示例中，光傳感器可以是光纖水聽器(例如，包括涂覆有帶孔隙的彈性體的光纖)。