[发明专利]用于分布式声感测的准基模操作的多模光纤

说明书

系统和方法包括：通过由分布式声传感器(DAS)发送而发送多个光脉冲，其中，在与由所述DAS使用的多模光纤(MMF)相关联的输入端口处发送光脉冲，并且其中，激发所述MMF的基模。由所述DAS收集多个后向散射的瑞利信号。将所述瑞利信号记录为输出强度分布图。通过分析所记录的输出强度分布图，确定沿所述MMF的经历振动的位置和对应的振动参数。

优先权要求

本申请要求于2019年3月7日递交的美国专利申请No.16/295,212的优先权，其全部内容由此通过引用并入。

技术领域

本公开涉及设计基于相位敏感光时域反射测定法(Φ-OTDR)的分布式声传感器(DAS)系统，具体涉及使用多模光纤(MMF)设计基于Φ-OTDR的DAS系统。

背景技术

光纤DAS系统已经在诸如油气工业和实时结构健康监测之类的无数工业应用中广泛使用。光纤DAS系统使用Φ-OTDR进行设计，并且通过将激光的脉冲发送到光纤中来将瑞利散射用于感测声振动。因为这个光的脉冲沿光纤行进，所以光纤内的互作用导致了被称为后向散射的光反射。这样的反射可以通过由局部声能引起的在光纤内的应变(或振动)事件来确定。后向散射光行进返回到DAS系统，在DAS系统中在瑞利频率下对其进行采样。将后向散射事件准确地映射到光纤距离所花费的时间被称为光时域反射测定法(OTDR)。因此，所产生的OTDR迹线的每个点与沿光纤的长度的唯一的空间位置相对应。如果声振动在沿光纤的长度的某些点处与光纤进行物理接触，则后向散射的相位将按比例变化。以这种方式，通过测量瑞利后向散射的相位，结合光分析的时间，可以在沿光纤的长度的任一点感测声振动的信号(例如，幅度和频率)。

发明内容

本公开的实施方式总体针对使用MMF设计基于Φ-OTDR的DAS系统。具体地，在这样设计的DAS系统中，仅在MMF中激发基模，从而仅收集与所激发的基模相关联的后向散射的瑞利信号。以这种方式，MMF在准基模(QFM)状态下操作，以表现得与标准单模光纤(SMF)类似，并且符合基于Φ-OTDR的DAS的操作原理要求。

在一些实施方式中，多个光脉冲通过由DAS发送来进行发送，其中，在与由DAS使用的MMF相关联的输入端口处发送光脉冲，并且其中，激发所述MMF的基模。由所述DAS收集多个后向散射的瑞利信号。将所述瑞利信号记录为输出强度分布图。通过分析所记录的输出强度分布图，确定沿所述MMF的经历振动的位置和对应的振动参数。

所描述的主题的实施方式，包括之前描述的实施方式，可以使用以下实现：计算机实现的方法；存储用于执行所述计算机实现的方法的计算机可读指令的非暂时性计算机可读介质；以及计算机实现的系统，该系统包括一个或多个计算机存储设备，所述一个或多个计算机存储设备与一个或多个计算机交互操作地耦合并且具有有形的非暂时性机器可读介质，所述可读介质存储指令，所述指令当由所述一个或多个计算机执行时，执行所述计算机实现的方法/所述非暂时性机器可读介质上存储的计算机可读指令。

可以实现本说明书中描述的主题以实现以下优点中的一个或多个。首先，与SMF相比，安装和维护MMF更便宜；因此，商业上希望在DAS系统中使用便宜且已经安装的MMF来代替SMF。此外，因为MMF非线性功率阈值比标准SMF的非线性功率阈值要大很多，所以与典型的基于SMF的DAS系统相比，人们可以以较大的功率泵浦脉冲，以向DAS系统提供更长的感测距离和更好的空间分辨率。此外，仅在MMF内激发基模可以减轻正常操作的MMF中发现的模间耦合和色散的影响。此外，因为MMF的纤芯直径大于SMF的纤芯直径，所以MMF内部传播的光比由SMF引导的光更靠近周围环境。因此，基于MMF的DAS对环境振动侵入比基于SMF的DAS更灵敏。

在具体实施方式、权利要求书和附图中阐述本说明书的主题的一个或多个实施方式的细节。基于具体实施方式、权利要求书和附图，本主题的其他特征、方面和优点对于本领域的普通技术人员将变得显而易见。

附图说明