[發明專利]抑制本地振蕩器不穩定性所產生噪聲的方法和裝置

有效

• 申請號: 202010589879.3
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN112146689B
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: E·龍內克萊夫;O·H·瓦加德
• 申請（專利權）人: 阿爾卡塔爾海底網絡公司
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 馬明月

本申請涉及抑制本地振蕩器不穩定性所產生噪聲的方法和裝置。公開了一種用于使用系統測量來自提供分布式背向反射的光纖的響應的方法，該系統包括：包括激光器的光源、光學接收器和處理單元。該方法包括：使用光源生成詢問信號和光學本地振蕩器，詢問信號由詢問相量表示并且光學本地振蕩器由本地振蕩器相量表示；將詢問信號傳輸到所述光纖中；以及將光學本地振蕩器與來自光纖的反射光混合，并且利用光學接收器檢測混合積以實現接收器輸出信號。所述方法進一步包括：執行表征所述本地振蕩器相量的波動的測量；基于測量結果處理接收器輸出信號以提供校正的接收器輸出信號，使得本地振蕩器相量的波動對校正的接收器輸出信號的影響被減小；以及將分布式背向反射處理應用于校正的接收器輸出信號。最后，該方法包括：從分布式背向反射處理輸出中提取來自光纖的響應。還公開了一種用于測量來自提供分布式背向反射的光纖的響應的系統。

技術領域

本發明涉及在包括相干接收器的光纖傳感器系統中抑制源引起的噪聲。

背景技術

由于其通用分布式性質，光纖傳感器系統已經被部署在許多不同的應用中。這種系統通常包括窄帶激光源、調制激光并檢測來自傳感器光纖的反射光的部件。來自光纖的反射光可以被做成分布式的或準分布式的，即，沿著光纖的潛在的大量點。此外，若干光纖傳感器可以沿著單根光纖被復用，因此有可能減少光纖的數目和復雜性以及笨重的引入電纜等。

一類光纖傳感器系統從被測光纖收集光纖本身固有的反射信號。具體地，光纖中自然發生的和不可避免的密度變化會引起瑞利背向散射。測量由于壓力或應變擾動光纖而導致的沿著光纖的瑞利背向散射響應變化的技術通常表示為分布式聲學感測(DAS)。當光纖拉緊時，會調制瑞利背向散射響應的功率和相位。如US 9,170,149 B2中所公開的，測量相位在響應的線性方面具有優勢。

一類準分布式光纖傳感器系統基于沿著陣列中的一個或多個光纖布置的一系列反射器。反射器可以是例如光纖布拉格光柵(FBG)、接頭或其他類型的光纖擾動，導致反射率大于沿著光纖的固有背向散射級別。來自反射器的反射信號可以例如在干涉傳感器布置中使用以推斷距離或者到反射器或反射器集合之間的距離的變型。

檢測來自傳感器光纖的反射信號可以通過對反射信號進行直接功率測量，或通過來自相同或另一激光源的本地振蕩器(LO)參考光對反射信號進行相干光學混合來實現。相干方法的優勢在于，可以通過更改LO功率來調整光學電平，從而給出優化接收器的信噪比(SNR)的部件。在相干系統中，反射相位相對于的是本地振蕩器的相位，并且局部應變被計算為光纖上的兩個閉合點之間的相位差。

分布式感測系統可以沿著光纖具有數千個甚或成千上萬個已解析的傳感器點/區域。空間分辨率通常在0.5–20 m的范圍內。為了實現對傳感器通道的獨立測量，對激光進行調制。存在若干方式來調制信號以實現所需的空間分辨率。最常見的是相干光學時域反射儀(c-OTDR)，其中調制器生成短脈沖，其中脈沖的寬度定義空間分辨率。當接收到來自整個傳感器光纖的反射響應時，會生成新脈沖。c-OTDR技術的缺點是詢問信號的占空比由傳感器通道的數目直接給定，例如，具有1000個傳感器通道的系統給出僅為0.1％的占空比。

增大占空比的一種方式是詢問掃頻信號。在這種情況下，空間分辨率不是由脈沖寬度給出的，而是由掃描的帶寬給出的。通過這種方式，與c-OTDR相比，測量范圍可以大大擴展。如US 10,247,581 B2中所公開的，占空比甚至可以是100％。

這種系統中的噪聲有兩個主要影響。首先，由于非常少的反射光，接收器處的散粒噪聲對來自傳感器光纖的遠端點的反射信號起主要作用。這種噪聲會因光纖中的傳播損耗而增加，并最終定義測量范圍。第二個主要的噪聲影響是激光器和調制器的源噪聲，尤其是激光器的頻率噪聲。