[发明专利]用于纤维感测的定制分布式放大

说明书

一种在光纤感测系统中提供在线拉曼放大的方法，其包括以下过程：生成具有探测波长的探测光；将所述探测光发射到光纤中；以相应泵浦波长生成至少一种拉曼泵浦光，所述泵浦波长比所述探测波长短；以相应种子波长生成至少一种拉曼种子光，所述种子波长在所述泵浦波长和所述探测波长之间；将所述拉曼泵浦光发射到所述光纤中；将所述拉曼种子光发射到所述光纤中；以及沿着所述光纤传播所述拉曼泵浦光、所述拉曼种子光和所述探测光，以实现由所述探测光沿着所述光纤传播时产生的信号光的分布式拉曼放大。

交叉引用

本申请要求于2017年9月29日提交的以色列专利申请号254803的优先权。

技术领域

本公开的技术一般涉及长距离光纤感测系统，并且具体地，涉及用于改进光纤感测系统的距离而无需外部放大的方法和系统。

背景技术

许多产业领域现在使用光纤传感器(本文中简称为FOS)以用于需要在长距离上进行感测的应用。这包括分布式声感测系统、温度感测系统、泄漏检测系统、用于监测桥梁、建筑物、铁路等的结构稳定性的系统。长距离光纤感测应用可以包括用于确定在运送汽油和水之类的液体和气体的管道中的精确的泄漏位置的管道感测系统，以及用于检测边境上的侵入的边境检测系统。

光纤感测系统利用光纤电缆(也已知是且称为光纤或感测纤维)在长距离上从沿着光纤电缆设置的传感器运载信息。传感器可以是点式传感器、光纤布拉格光栅(本文中简称为FBG)等。所运载的信息本质上是光和与光有关的特性，其被提供给处理器以用于处理信息。例如，到达处理器的光的特性(诸如FBG反射振幅或谐振位移)的差异可以用于测量温度或应力。在其他光纤感测系统中，不是感测来自离散传感器的光，而是由从光纤的整个长度散射的光的散射强度、谐振或干涉图案来运载信息。在这个意义上，光纤感测系统是分布式感测系统。在这种类型的感测系统中，整个光纤可以用作连续的传感器阵列或分布式光纤传感器(本文中简称为DFOS)。在DFOS系统中，诸如瑞利散射、拉曼散射和布里渊散射之类的不同的已知物理散射现象可以用于产生信号光，该信号光可以被测量用于感测目的。例如，沿着感测纤维的瑞利背向散射图案的扰动或相位变化图可以被生成并用于检测管子中的气体泄漏、入侵者、隧道中火的存在等等。可选地，物理参数(诸如温度、应力、压力等)可以由沿着感测纤维的上述散射现象中的一者的变化来确定。沿着感测纤维的温度图可以通过测量前向散射或背向散射光的布里渊散射谐振的位移或通过测量沿着感测纤维的拉曼散射的相对振幅来生成。在DFOS系统中，所接收到的信号一定与感测纤维中的散射事件的位置相关联，因此实现了沿着感测纤维确定位置。这可以通过使用探测脉冲并分析时域中的散射信号来实现。在背向散射信号的情况下，这种方法被称为光时域反射法(本文中简称为OTDR)。在分析前向散射信号的情况下，该方法被称为光时域分析(本文中简称为OTDA)。使信号与感测纤维中的位置相关联的可选方式是通过扫描激光信号并分析频域中的所测量的信号，如例如在称为光频域反射法(本文中简称为OFDR)的方法中实现的。

其中分析前向散射信号(诸如OTDA)的光纤感测系统必须允许在两端都接入感测纤维，或者实现环几何结构，或者具有在两个纤维端部处的两个不同的控制中心，每种情况都需要电力和在它们之间的通信。这种感测系统的示例是布里渊OTDA系统(本文中简称为BOTDA)。其中测量背向散射信号的光纤感测系统可以被设计成使得该系统需要接入感测纤维的仅一端，其中探测脉冲或光束都从第一控制中心发射和接收。这些种类的系统在光纤的第二端无法接入或难以接入的情形中是有用的。这样的情形的示例包括管道、深钻系统、边境和道路，其中在光纤的第二端处铺设必需的基础设施(诸如电力和通信系统)是不可能的、存在问题的或昂贵的。也要注意因为这样的配置，在需要电力和通信系统的控制中心之间的距离可以是在不需要接入光纤的两端的情况下的感测纤维长度的两倍。