具有两步式评估的分布式光学传感的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及分布式光学传感的领域。
【背景技术】
[0002] 分布式光学传感系统为测量例如温度该样的基本量（primaryquantity)的光电 装置，其通过诸如起到线性传感器作用的光纤该样的光波导管的方式进行。举例来说，使用 拉曼效应确定沿着在长度上可W为数千米的光纤的温度是已知的。
[0003]光学快报 2010,Vo. 18,No. 10,P. 9747ff.中的D.Hwang等人的文章一Novel auto-correlationmethodinafiber-opticdistributed-temperaturesensorusing reflectedAntiStrokesRamanScatteringII描述了一种方法，其用于使用反斯托克斯拉 曼背散射及其出现的反射信号自动校正光纤光学分布式温度传感器。该个方法处理两个部 分的测量信号，一个部分是正常的背散射反斯托克斯信号W及另一个部分为反射信号，其 不仅消减了由于光纤的微小弯曲或损害导致的局部损失的效应而且消减了差分衰减。由于 相同波长的光线被用于抵偿在传送介质中的局部变化，所W其不存在固有的差分衰减。该 自动校正概念通过在不同的弯曲点上的弯曲试验来验证。
[0004] 电气与电子工程师协会（I邸巧光子学技术快报，Vol. 23,No. 9, 2011上的Marcelo A.Soto等人的文章一High-PerformanceRaman-BasedDistributedFiber-OpticSensing UnderaLoopSchemeUsingAnti-StrokesLi曲tonlyII。光纤的两个端部都已经通过 1X2的光开关连接到传感器，其允许脉冲在向前和向后的两个方向上可选择地发送。在向 前和向后方向中的标准化的反斯托克斯痕量（trace)被计算。该回路方案被描述，其在反 射镜方案上是有利的，其中该光脉冲由于在反射镜方案中的双向的光路径通过反射镜被反 射，但是光纤的后端部必须通过传感器进入。
[0005] W02006/045340A1设及测量在测试的光学装置值UT)的分布式物理特性（T(X))。 因此，包含在传输波长上的一系列光学脉冲的探测信号被发射到DUT中，从DUT返回的相 应的光学响应被检测并在第一响应Q波长范围上的至少第一响应信号从该光学响应中被 分离，其中该第一响应波长范围不包含传输波长，第一相关函数由与第一响应信号相关的y W及该探测信号确定，W及该分布式物理特性在该第一相关函数的基础上确定。所描述的 方法可W进一步包含在第二响应波长上分离第二响应函数W及通过关联该第二响应信号 和该探测信号确定第二相关函数，W及基于第一相关函数和第二相关函数确定该分布式物 理特性。
[0006]EP0 692 705B1号专利文件公开了一种方法，其用于评估用于确定背散射媒介 的温度曲线的光学背散射信号。该光源的光线相对于时间在其振幅上被调制。该被评估的 信号进行了傅里叶变换。
[0007]EP0 300 529A1号专利文件公开了一种测量温度的方法，其包含将光输入脉冲 发射进入到温度传感元件中并获得在元件中的该个位置上的温度，其源于所述位置上的散 射的光强度，元件的一部分被维持在已知的温度上W便于提供在元件的其他位置上进行温 度测量的参考，从而避免执行该方法的装置的校准所产生的困难。
[0008]GB2 400 906A号专利文件公开了一种获得分布式测量的方法，其包含在感兴趣 的测量区域中布置光纤，W及W第一波长和高能级发射第一光学信号进入光纤中，W第二 波长发射第二光学信号进入光纤中，W及W第=波长和低能级发射第=光学信号进入光纤 中。该些光学信号在该第二波长上产生背散射光，第二波长由表不被测量的参数的第一光 学信号的拉曼散射引发，该些光学信号在该第一波长上产生背散射光，该第一波长由第一 光学信号的瑞利散射引发，该些光学信号在第二波长上产生背散射光，该第二波长由第二 光学信号的瑞利散射引发，W及该些光学信号在第一波长上产生背散射光，该第一波长由 第=光学信号的瑞利散射引发。该背散射光被检测W产生四个输出信号，W及最终的输出 信号通过将该拉曼散射信号归一化为函数得到，该函数来自于=个瑞利散射信号，其移除 了波长依赖效应和非线性损耗。
[0009]W0 2009/092436A1号专利文件设及分布式温度传感，其使用不同于波导管的拉曼 频移的两个波长。与常规的信号输入波长法相比，其中当传送到检测器时，与斯托克斯线和 反斯托克斯线相关的光线经历相应的电磁福射束的不同的衰减和传播速度（在时间上和/ 或在空间上），示例性的实施例应用具有频率n和f2的相继的激励信号，然而f2-n大约 为v，v为材料的拉曼频移。结果为，检测器一看到II对于两个测量值的本质上相同的衰减 和传播速度，W及光纤的衰减和分散效应可W被至少部分地取消。
【发明内容】
[0010] 考虑到W上所描述的状况，存在对分布式光学传感技术改进的需求，其能够提供 所感兴趣的基本量（例如，温度）的高信号质量或精度，同时实质上避免或至少减少了已知 的分布式传感技术的问题和缺点。该个需求可能通过按照独立权利要求的主题解决。此处 所公开的主题的有利的实施例通过从属权利要求描述。此外，与一些方法相关联的增加的 测量时间（双波长需要在第二波长上的测量值或者经典的分布式光学传感（例如，分布式 温度传感，DT巧如果不是与反斯托克斯福射记录同步完成的话则需要用于斯托克斯福射记 录的附加时间）还可W通过此处公开的主题的实施例减少。用于第二波长激光的需要的 功率还可W被减少同时可W获得相似的或更好的噪声标准。于是此处所公开的主题的益处 可W为在测量结果中的更好的信噪比，福射源或其任意组合的较短测量时间或较低功率等 级。福射源（例如，激光器）的较低功率等级可W进一步降低系统的成本。在下文中一斯 托克斯II被缩写为一SIIW及一反斯托克斯II被缩写为一ASII。
[0011] 根据此处公开的主题的第一方面的实施例，其提供了用于确定沿着波导管的基本 量的分布式光学传感装置，该分布式光学传感装置包含；适于将电磁福射禪合进入到波导 管中从而在波导管中产生（例如，通过与波导管的相互作用）第一响应福射和第二响应福 射的电磁福射源，该第二响应福射与该第一响应福射不同；适于提供表示第一响应福射的 第一测量信号的检测装置；该检测装置进一步适于提供表示第二响应福射的第二测量信 号；评估单元，其适于基于该第一测量信号和第二测量信号获得第二量；该评估单元进一 步适于基于该第二量W及第一测量信号和第二测量信号中的至少一个获得基本量。
[0012] 根据此处公开的主题的第二方面的实施例，用于沿着波导管的基本量的间隙分布 式确定的分布式光学传感方法被提供，该方法包含：将电磁福射禪合到波导管中从而产生 第一响应福射和不同于第一响应福射的第二响应福射；提供表示第一响应福射的第一测量 信号W及表示第二响应福射的第二测量信号；基于该第一测量信号和该第二测量信号获得 第二量；W及基于该第二量和该第一测量信号和该第二测量信号中的至少一个获得基本 量。
[0013]根据此处公开的主题的第=方面的实施例，当在诸如计算机该样的数据处理系统 上运行时，其提供了用于控制和执行根据此处公开的主题的一个或多个实施例的方法的计 算机程序。
[0014]此处公开的主题的该些方面基于该样的想法，基本量的信号质量可W通过首先获 得不同于基本量被优化的第二量来增加。举例来说，例如如果该第二量比该基本量在时间 上变化的更慢，则该第二量可W在长于基本量的时段上被平均。
[0015]根据一个实施例，该第一测量信号表示沿着波导管的第一响应福射产生的空间分 布W及该第二测量信号表示沿着波导管的第二响应福射产生的空间分布。
[0016]根据一个实施例，该电磁福射为红外线福射。然而，应当理解的是，电磁福射的波 长被选择W对用于该应用的相关参数进行优化。
[0017]根据一个实施例，该评估单元适用于对第一测量信号取样W便基于该第一测量信 号产生多个第一值；W及该评估单元适用于对该第二测量信号取样W便基于该第二测量信 号产生多个第二值；其中该第一值和第二值中的每一个与波导管的空间区域对应。
[0018]根据实施例，该评估单元适用于基于来自多个第一值的一个第一值W及基于来自 多个第二值的一个第二值获得第二量的值，其中该第一值、第二值和由其获得的第二量对 应于波导管的相同的空间区域。举例来说，根据实施例，根据对应于该相同的空间区域的第 一值与第二值计算该第二量。
[0019]根据一个实施例，获得用于波导管的空间区域的第二量的值包括（i)计算对应于 空间区域的第一值与第二值的比率；和/或（ii)计算对应于空间区域的第一值和第二值的 差。根据一个实施例，获得该第二量的值包括在各个值的对数上执行前述的计算（i)和/ 或m)。
[0020] 根据一个实施例，该第二量为与沿着（i)电磁福射、（ii)该第一响应福射W及 (iii)该第二响应福射中的至少一个的沿波导管的损耗相关或来源于该损耗的量。
[0021] 根据一个实施例，该电磁福射包括第一电磁福射和在例如波长上不同于第一电磁 福射的第二电磁福射。
[0022] 根据一个实施例，在下文中也被称为双波长法，该第一值相当于来自第一波长的 第一电磁福射的第一响应福射（例如，相当于AS响应）W及该第二值相当于来自第二波长 的第二电磁福射的第二响应福射（例如，相当于S响应），其中该第二波长可W被例如可选 择地挑选W匹配来自于第一波长的AS波长（在W0 2009/092436A1中详细描述）。该第二 量接着可W例如通过在线性空间（在对数空间对应于算术平均值）中的第一波长和第二波 长上的光纤损耗的几何平均值来描述。该第二量可W作为由基本的拉曼理论产生的第一值 和第二值之间（在线性空间中）的加权差分来计算。在该点上，考虑到例如对不同的激光 功率、滤波器损耗或装置的检测器响应度，一加权II意味着第一值和第二值相互之间可W 通过因数被归一化。该基本量（例如，温度）可W接着由第一值（例如，AS痕量）和第二 量（例如，损耗痕量）来计算。
[0023] 按照进一步的实施例，该评估单元适于基于第二量和（i)来自多个第一量中的一 个第一量W及（ii)来自多个第二量中的一个第二量中的至少一个获得基本量的值，其中 该第二量的值，第一值和第二值中的至少一个，W及从其中获得的基本量的值对应于波导 管的相同空间区域。
[0024] 根据一个实施例，获得用于波导管的空间区域的基本量的值包括基于与空间区域 对应的第二量修正对应于空间区域的第一值和第二值中的至少一个，从而产生对应于空间 区域的第一修正值和/或第二修正值。
[00巧]根据一个实施例，修正第一值和第二值中的至少一个通过根据第一值和第二量计 算第一修正值和/或通过根据第二值和第二量计算第二修正值（所有的都对应于空间区 域）来计算。使用术语一修正II在此由于根据实施例，该第一值和第二值包括不期望的分 量（component)，例如，损耗分量，其通过计算各自的修正的第一和/或第二值至少部分地 被移除，从而进行第一值和/或第二值的一修正II。
[0026] 根据一个实施例，获得用于波导管的空间区域的基本量包括根据对应于空间区域 的第一修正量和对应于空间区域的第二修正量的至少一个计算基本量。
[0027] 根据一个实施例，获得用于波导管的空间区域的基本量包括计算对应于空间区域 的第一修正值和第二修正值的加权平均值，例如通过计算对应于空间区域的第一修正值和 第二修正值的加权和或加权积。根据一个实施例，该加权值通过评估单元选择W便改进所 产生的基本量的信噪比。在其他实施例中，该加权值在评估单元中被预编程。
[0028] 根据一个实施例，该评估单元适于根据与各个第