BR112012011229B1 - sensor acústico distribuído, e, método para determinar a origem de uma onda acústica em sensoreamento acústico distribuído - Google Patents

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Abstract

sensor acústico distribuído e, método para determinar a origem de uma onda acústica em sensoreamento acústico distribuído. são discritas técnicas para determinar deslocamento lateral a fonte de uma pertubação acústica em um sensor ótico de fibra acústico distribuído. o sensor compreende uma fonte ótica (112) para interrogar uma fibra ótica (104) e um detector (116) e processador (108) arranjados para detectar qualquer radiação retrodispersa e determinar um sinal de mediação para uma pluralidade de porções de detecção longitudinais discretas da fibra ótica. o processador é também arranjado para analisar os sinais de medição para identificar sinais correspondentes à mesma onda acústica que chega em diferentes partes da fibra e determinar , a partir do tempo de chegada da dita onda acústica , a direção e/ou distância da origem da dita onda acústica até a fibra ótica. a geometria da fibra pode ser arranjada para garantir que qualquer ambiquidade posicional possa ser resolvida e o uso de múltiplas fibras (501,502) é revelado.

Description

SENSOR ACÚSTICO DISTRIBUÍDO, E, MÉTODO PARA DETERMINAR A ORIGEM DE UMA ONDA ACÚSTICA EM SENSOREAMENTO ACÚSTICO DISTRIBUÍDO [001] Esta invenção se refere a sensoreamento acústico distribuído óptica de fibra e um métodos e aparelho para determinar o deslocamento lateral da origem de uma onda acústica incidente em um sensor acústico distribuído.
[002] Vários sensores utilizando fibras ópticas são conhecidos.
Muitos tais sensores baseiam-se em sensores de ponto óptico de fibra ou locais de reflexão discretos tais como redes de Bragg em fibra ou similares que são arranjados ao longo do comprimento de uma fibra óptica. Os retornos dos sensores de ponto ou locais de reflexão discretos podem ser analisados para prover uma indicação da temperatura, deformação e/ou vibração nas proximidades dos locais dos sensores ou de reflexão discretos.
[003] Tais sensores usando locais de reflexão ou sensores de ponto óptico de fibra discretos exigem que a fibra óptica incluindo as porções de sensor seja especialmente fabricada. Adicionalmente, a distribuição dos sensores na fibra óptica é fixa.
[004] Sensores ópticos de fibras completamente distribuídos são também conhecidos, nos quais a dispersão intrínseca de um comprimento contínuo de fibra óptica é usada. Tais sensores permitem o uso de cabo de fibra óptica padrão sem deliberadamente introduzir locais de reflexão tais como redes de Bragg em fibra ou similares. Toda a fibra óptica da qual um sinal retrodisperso pode ser detectado pode ser usada como parte do sensor. Técnicas de divisão de tempo são tipicamente usadas para dividir os retornos de sinais em inúmeras caixas de tempo, com os retornos em cada caixa de tempo correspondendo a uma porção diferente da fibra óptica. Tais sensores ópticos de fibra são referidos como sensores ópticos de fibra distribuídos, já que as opções de sensor são completamente distribuídas por toda a fibra
Petição 870190090293, de 11/09/2019, pág. 6/35 / 26 óptica. Na forma usada nesta especificação, os termos sensor óptico de fibra distribuído serão usados significando um sensor no qual a própria fibra óptica constitui o sensor e que não se baseia na presença de sensores de ponto ou locais de reflexão ou interferência deliberadamente introduzidos específicos, que é um sensor óptico de fibra intrínseco.
[005] Vários tipos de sensor óptico de fibra distribuído são conhecidos e têm sido propostos para uso em várias aplicações.
[006] A patente U.S. 5.194.847 descreve um sensor óptico de fibra acústico distribuído para sensoreamento de intrusão. Uma fibra óptica contínua sem nenhum sensor de ponto ou locais de reflexão específicos é usada. Luz coerente é lançada na fibra óptica e qualquer luz que passa por retrodispersão de Rayleigh dentro da fibra óptica é detectada e analisada. Uma mudança na luz retrodispersa em uma caixa de tempo é indicativa de uma onda acústica ou de pressão incidente na porção relevante da fibra óptica. Desta maneira, perturbações acústicas de qualquer porção da fibra podem ser detectadas.
[007] O relatório descritivo do pedido de patente GB 2.442.745 descreve um sistema de sensor óptico de fibra acústico distribuído em que vibrações acústicas são sensoreadas lançando uma pluralidade de grupos de ondas eletromagnéticas moduladas pelo pulso em uma fibra óptica padrão. A frequência de um pulso dentro de um grupo difere da frequência de um outro pulso no grupo. A retrodispersão de Rayleigh de luz de locais de reflexão intrínsecos dentro da fibra é amostrada e desmodulada na diferença de frequência entre os pulsos em um grupo.
[008] Sensoreamento óptico de fibra distribuída ou sensoreamento acústico distribuído (DAS) portanto provê soluções de sensoreamento adequadas e convenientes que podem monitorar grandes comprimentos de fibra óptica com boa resolução espacial. Por exemplo, um sensor acústico óptico de fibra distribuído, por exemplo, como que pode ser usado para
Petição 870190090293, de 11/09/2019, pág. 7/35 / 26 monitorar uma tubulação, pode ser implementado com porções de sensoreamento de 10 metros de comprimento em até 40 km ou mais de fibra óptica.
[009] Cada porção de sensoreamento pode detectar qualquer perturbação acústica incidente e tal sensor foi proposto para uso em sistemas de detecção de intrusão, sistemas de monitoramento de condição, supervisão sísmica e monitoramento operacional, isto é, monitoramento da operação de algum aparelho. Entretanto, um sensor acústico distribuído tal como descrito em GB2.442.745 basicamente indica se existe uma perturbação acústica em uma seção particular da fibra de sensoreamento. Isto provê uma indicação de onde ao longo da fibra um evento acústico ocorreu, mas não dá informação quanto ao ponto de origem da perturbação acústica em relação à fibra, isto é, não existe informação relativa ao deslocamento lateral da origem da perturbação acústica a partir da fibra - a que distância da fibra e/ou em qual direção.
[0010] É, portanto, um objetivo da presente invenção prover sensores ópticos de fibra acústico distribuídos que fornecem informação acerca do deslocamento lateral da fibra de sensoreamento da fonte de uma onda acústica.
[0011] Assim, de acordo com um primeiro aspecto da presente invenção, é provido um sensor acústico distribuído compreendendo uma primeira fibra óptica; uma fonte de radiação eletromagnética configurada para lançar radiação eletromagnética na dita primeira fibra óptica; um detector para detectar radiação eletromagnética retrodispersa pela dita primeira fibra óptica; e um processador configurado para: processar a radiação retrodispersa para determinar um sinal de medição para uma pluralidade de porções de sensoreamento longitudinais discretas da primeira fibra óptica; analisar o sinal de medição proveniente das ditas porções de sensoreamento longitudinais para identificar sinais correspondentes à mesma onda acústica que chega em
Petição 870190090293, de 11/09/2019, pág. 8/35 / 26 uma primeira pluralidade de porções de sensoreamento longitudinais e determinar, a partir do tempo de chegada da dita onda acústica nas porções de sensoreamento longitudinais da dita primeira pluralidade, a direção e/ou distância da origem da dita onda acústica até a fibra óptica.
[0012] O método da presente invenção assim provê um sensor acústico distribuído tal como da maneira descrita em GB 2.442.745. O sensor acústico distribuído lança radiação óptica em uma fibra óptica e detecta a radiação retrodispersa pela dita fibra e processa a radiação retrodispersa para prover uma pluralidade de porções de sensoreamento longitudinais. O sensor da presente invenção então analisa os sinais das porções de sensoreamento para identificar quaisquer sinais correspondentes à mesma onda acústica incidente em diferentes porções de sensoreamento. Se uma onda acústica não afetar mais de uma porção de sensoreamento longitudinal da fibra, o tempo de chegada da onda nas diferentes porções de sensoreamento da fibra pode ser usado para determinar a direção e/ou distância, isto é, o deslocamento lateral da fonte da onda acústica a partir da fibra óptica.
[0013] Na forma aqui usada, o termo onda acústica deve ser considerada incluindo qualquer onda de pressão ou sísmica e deve incluir qualquer perturbação mecânica ou vibracional propagante.
[0014] A presente invenção, portanto, usa técnicas de tempo de chegada para determinar a direção e/ou distância de uma onda acústica até a origem. Se ocorrer um evento acústico em uma localização particular, isto é, um evento que gera uma onda acústica, a onda acústica propagará para fora em todas direções sujeitas à mecânica de onda de pressão ou acústica normal. Uma onda pode ser incidente em várias porções de sensoreamento longitudinais da fibra e causar uma perturbação da fibra que pode ser detectada. Como diferentes partes da fibra de sensoreamento ficam posicionadas em diferentes localizações em relação a uma localização do evento acústico, o tempo que uma onda acústica leva para atingir diferentes
Petição 870190090293, de 11/09/2019, pág. 9/35 / 26 porções da fibra de sensoreamento variará. A diferença no tempo de chegada da onda acústica pode ser usada para determinar a distância da localização do evento acústico, isto é, a origem da onda acústica, a partir da fibra óptica.
[0015] Resumidamente, considerando que a velocidade de propagação da onda acústica não varia entre uma origem e cada qual das porções de sensoreamento da fibra, a diferença no tempo de chegada pode ser usada para determinar, em termos de tempo, a que distância a origem da onda acústica está da fibra óptica. Usando um valor para uma velocidade de propagação de uma onda acústica, o tempo pode ser convertido em uma distância. Os diferentes tempos de chegada podem ser transformados em diferenças no alcance até a origem antes de determinar o alcance geral até uma origem, ou o cálculo pode ser realizado em termos de tempo e então traduzido em uma distância.
[0016] A velocidade de propagação para uma onda acústica poderia ser um valor estimado padrão ou pode ter sido determinado previamente por meio de teste ou calibração.
[0017] A fim de determinar o deslocamento lateral, o processador preferivelmente usa o tempo de chegada da onda acústica em três ou mais diferentes porções de sensoreamento longitudinais que podem, por exemplo, ser três porções de sensoreamento longitudinais adjacentes.
[0018] O processador pode ser arranjado para considerar que a origem da onda acústica está em um plano particular. Por exemplo, se o sensor acústico distribuído tiver uma fibra enterrada para monitoramento do perímetro, digamos, pode-se considerar que todas fontes acústicas de interesse estão na superfície do terreno. Se a fibra não for enterrada no chão muito profundamente no terreno, pode-se, portanto, considerar que a fonte acústica está em um plano horizontal com a fibra sem erro significante.
[0019] Se os sinais usados na análise forem provenientes de porções de sensoreamento longitudinais da fibra que são colineares, haverá uma
Petição 870190090293, de 11/09/2019, pág. 10/35 / 26 ambiguidade na localização real da onda acústica, isto é, a distância da origem da onda acústica pode ser conhecida, mas a direção pode não ser conhecida. Mesmo no caso onde se considera que a fonte fica em um plano, pode haver ambiguidade quanto a qual lado da fibra a fonte da onda acústica está localizada.
[0020] Portanto, o processador preferivelmente usa o tempo de chegada da onda acústica em uma pluralidade de porções de sensoreamento longitudinais que não são colineares. Usando três ou mais porções de sensoreamento de fibra que não são colineares, isto é, que não poderiam ser aproximadas pelos sensores de pontos que ficam todos em uma linha reta, a ambiguidade posicional da fonte da onda acústica pode ser removida.
[0021] Em uma modalidade, portanto, a fibra óptica tem uma geometria de maneira tal que pelo menos algumas porções de sensoreamento longitudinais de fibra são deslocadas de suas porções de sensoreamento longitudinais vizinhas de fibra óptica. Por exemplo, cada dez ou outro número porções de sensoreamento longitudinais de fibra podem compreender pelo menos uma porção de sensoreamento longitudinal que é deslocada, isto é, não colinear com as outras.
[0022] Em uma modalidade, a fibra óptica pode ter um trajeto sinuoso de maneira tal que cada porção de sensoreamento longitudinal fique deslocada de pelo menos uma de suas porções de sensoreamento longitudinais vizinhas. [0023] Deve-se notar que o uso de uma geometria onde as porções longitudinais são deslocadas umas das outras em uma direção transversal permite que a direção da origem da fonte da onda acústica seja determinada, mesmo sem determinar a verdadeira distância até a origem. Por exemplo, imagine que a fibra serpenteie de maneira tal que quaisquer duas porções de sensoreamento longitudinais de fibra fiquem separadas por uma porção de sensoreamento longitudinal que é deslocada das outras duas em uma direção transversal. Com efeito, nesta situação, a fibra pode ser aproximada por uma
Petição 870190090293, de 11/09/2019, pág. 11/35 / 26 primeira fileira de sensores que tem ao longo um primeiro trajeto e uma segunda fileira intercalada de sensores ao longo de um segundo trajeto, que é deslocado do primeiro trajeto em uma direção transversal. Se uma onda acústica for incidente por qualquer lado, os sensores no trajeto no lado relevante a detectarão primeiro. Assim, um algoritmo de detecção muito simples pode ser usado para determinar em qual lado uma fonte acústica está localizada. Se uma fonte fosse localizada entre o primeiro e segundo trajetos, o atraso de tempo entre a chegada nos sensores do primeiro e segundo trajetos seria baixo e assim esta situação seria detectável. A presente invenção, portanto, pode prover um arranjo relativamente simples para detectar em qual lado do sensor uma fonte da onda acústica está.
[0024] O sensor pode compreender pelo menos uma segunda fibra óptica que fica disposta lado a lado com a primeira fibra óptica, mas espaçada em uma primeira direção. A segunda fibra óptica pode ser interrogada da mesma maneira que a primeira fibra óptica. O processador pode ser adaptado para detectar sinais de medição em porções de sensoreamento longitudinais da primeira e segunda fibras ópticas que correspondem à mesma onda acústica e determinar a direção da fonte de onda acústica com base no tempo de chegada nas primeira e segunda fibras.
[0025] O processador pode adicionalmente ser adaptado para usar sinais provenientes de porções de sensoreamento longitudinais tanto da primeira quanto da segunda fibra óptica na determinação do deslocamento lateral.
[0026] Em uma modalidade, pode haver uma terceira fibra óptica que fica disposta lado a lado com a primeira e segunda fibras ópticas, mas espaçada delas em uma segunda direção, substancialmente perpendicular à primeira direção. O processador pode usar sinais provenientes de todas três fibras de sensoreamento para determinar a localização da onda acústica em três dimensões.
Petição 870190090293, de 11/09/2019, pág. 12/35 / 26 [0027] Embora fibras separadas sejam uma maneira conveniente de alcançar múltiplas porções de sensoreamento longitudinais que ficam dispostas lado a lado uma com a outra, o mesmo efeito pode ser alcançado laçando uma única fibra de volta em si própria, possivelmente muitas vezes.
[0028] O uso de múltiplas fibras representa um outro aspecto da presente invenção. Assim, de acordo com um outro aspecto da invenção, é provido um sensor acústico distribuído compreendendo um primeiro comprimento de fibra óptica e um segundo comprimento de fibra óptica que ficam dispostos lado a lado com o primeiro comprimento de fibra óptica, mas separados dele em uma primeira direção; uma fonte de radiação eletromagnética configurada para lançar radiação eletromagnética no dito primeiro comprimento de fibra óptica e no dito segundo comprimento de fibra óptica; um aparelho detector para detectar radiação eletromagnética retrodispersa pelo dito primeiro comprimento de fibra óptica e o dito comprimento de fibra óptica; e um processador configurado para: processar dados correspondentes à radiação retrodispersa detectada para determinar um sinal de medição para cada qual de uma pluralidade de porções de sensoreamento longitudinais discretas de cada qual do primeiro comprimento de fibra óptica e do segundo comprimento de fibra óptica; analisar o sinal de medição proveniente das ditas porções de sensoreamento longitudinais para identificar sinais correspondentes à mesma onda acústica que chega em uma ou mais porções de sensoreamento longitudinais do primeiro comprimento de fibra óptica e uma ou mais porções de sensoreamento longitudinais do segundo comprimento de fibra óptica e determinar, a partir do tempo de chegada da dita onda acústica nas ditas porções de sensoreamento longitudinais, a direção e/ou distância da origem da dita onda acústica até a fibra óptica.
[0029] O primeiro e segundo comprimentos de fibra óptica podem compreender fibras ópticas separadas ou eles podem compreender diferentes
Petição 870190090293, de 11/09/2019, pág. 13/35 / 26 partes da mesma fibra óptica.
[0030] O processador pode simplesmente determinar a direção da onda acústica na primeira direção, isto é, em que lado dos dois comprimentos de fibra óptica está a origem da onda acústica, com base em qual comprimento de fibra óptica detecta a onda primeiro.
[0031] Adicionalmente, ou alternativamente, o processador pode ser arranjado para usar o tempo de chegada da onda acústica em uma pluralidade de porções de sensoreamento longitudinais do primeiro e/ou do segundo comprimento(s) de fibra óptica para determinar a distância até a origem.
[0032] Em uma modalidade, o sensor pode compreender um terceiro comprimento de fibra óptica que fica disposto lado a lado com o primeiro e segundo comprimentos de fibra óptica e deslocado deles em uma segunda direção, em que a segunda direção é perpendicular à primeira direção. O processador pode usar os retornos de todos três comprimentos de fibra óptica para determinar a localização da origem da onda acústica em três dimensões.
[0033] A distância até uma fonte da perturbação acústica pode também ser determinada considerando-se as características de frequências dos sinais acústicos detectados. Isto pode ser em adição ou em substituição à análise do tempo de chegada da perturbação acústica em diferentes porções de sensoreamento da fibra.
[0034] Sinais acústicos são atenuados quando propagam através do material, e a atenuação tipicamente depende da frequência. Para sinais acústicos que propagam através do terreno, por exemplo, até uma fibra enterrada, os componentes de alta frequência do sinal são no geral atenuados mais intensamente do que os componentes de baixa frequência. Assim, as características de frequências do sinal recebido podem ser usadas para determinar o alcance até uma fonte acústica. Portanto, em um outro aspecto da invenção, é provido um sensor acústico distribuído compreendendo uma fibra óptica; uma fonte de radiação eletromagnética configurada para lançar
Petição 870190090293, de 11/09/2019, pág. 14/35 / 26 radiação eletromagnética na dita primeira fibra óptica; um detector para detectar radiação eletromagnética retrodispersa pela dita primeira fibra óptica; e um processador configurado para: processar dados correspondentes à radiação retrodispersa detectada para determinar um sinal de medição para uma pluralidade de porções de sensoreamento longitudinais discretas da dita fibra óptica em que o dito processador é adaptado para realizar análise de frequência nos sinais de medição para determinar a localização de uma fonte acústica.
[0035] A indicação de alcance pode ser relativa, isto é, pode simplesmente indicar se uma fonte de uma perturbação acústica está mais próxima ou ainda mais afastada do que a fonte de uma outra perturbação acústica. Por exemplo, se um sinal recebido tiver um componente de alta frequência significante e um outro sinal recebido não tiver componente de alta frequência significante, então o sinal recebido com um componente de alta frequência pode ser considerado mais próximo do que aquele sem componente de alto sinal.
[0036] Claramente, a natureza do evento acústico que gera uma onda acústica é importante como um evento acústico que gera um sinal acústico de frequência predominantemente baixa de qualquer maneira pode não ter componentes de alta frequência significante. Também, a magnitude relativa da onda acústica inicial terá um impacto, uma maior perturbação ainda mais afastada pode levar a um maior componente de alta frequência que uma perturbação relativamente menor que ocorre perto do sensor. Entretanto, processar de sinais detectados de uma perturbação continuada, isto é, comparar um sinal recebido em um dado momento com aquele recebido da mesma perturbação em um tempo posterior, pode permitir uma detecção se a origem da perturbação está se movendo e, caso esteja, se está ficando mais perto ou ainda mais distante. Um componente de alta frequência que aumenta estavelmente da perturbação acústica detectada pode indicar que a fonte da
Petição 870190090293, de 11/09/2019, pág. 15/35 / 26 perturbação está se movendo para mais perto dessa seção da fibra.
[0037] Adicionalmente, muitas fontes acústicas produzem uma onda acústica inicial de banda relativamente larga com componentes de alta e baixa frequência e a razão relativa de componentes de baixa e alta frequência pode ser analisada. Assim, um sinal acústico que tem um componente de baixa frequência de grande magnitude e um componente de alta frequência de baixa magnitude pode representar um sinal relativamente distante, já que o componente de alta frequência foi significativamente atenuado, comparado com o componente de baixa frequência. Entretanto, um sinal com magnitudes relativamente iguais de componentes de baixa e alta frequência pode representar um sinal relativamente próximo, já que ambos componentes de alta e baixa frequência estão presentes sem atenuação significante.
[0038] Adicionalmente, a resposta de frequência de sinais de medição provenientes de outras partes da fibra pode ser usada para prover um grau de calibração. Por exemplo, imagine que uma perturbação acústica é detectada em uma primeira porção de sensoreamento da fibra em um primeiro momento e depois em um segundo sensoreamento diferente da fibra em um segundo momento. A análise do tempo de chegada para determinar um alcance geral ou diferença em alcance pode ser conduzida como anteriormente discutido. Adicionalmente, ou alternativamente, entretanto, as características de frequências dos sinais detectados nas duas diferentes porções de sensoreamento podem ser analisadas para determinar a atenuação relativa das partes de alta e baixa frequência do sinal. Isto pode ser usado para determinar as quantidades relativas de atenuação e consequentemente dar uma indicação do alcance até a fonte acústica.
[0039] Em algumas modalidades, análise da assinatura acústica pode ser aplicada nos sinais detectados a fim de detectar eventos acústicos específicos. Certos tipos de atividade produzem um tipo de sinal acústico particular com uma evolução particular com o tempo. Análise de sinal pode
Petição 870190090293, de 11/09/2019, pág. 16/35 / 26 ser usada para detectar eventos de um certo tipo, em cujo caso, as características espectrais esperadas da onda acústica original podem ser conhecidas, isto é, a razão relativa de componentes de baixa e alta frequência. Em tais casos, a razão relativa de componentes dos sinais detectados em várias bandas de frequência pode ser usada para dar uma indicação do alcance, que pode ser uma estimativa do alcance real, em vez de simplesmente uma medida relativa.
[0040] Em implementações relativamente simples, entretanto, especialmente onde a maioria dos eventos acústicos de interesse é do mesmo tipo geral, isto é, de uma magnitude e espectro similares, análise da frequência dos componentes pode ser usada diretamente para dar uma estimativa do alcance. Por exemplo, em uma banda de frequência relativamente alta particular, a presença de componentes significantes no sinal de medição pode indicar que uma fonte acústica está dentro de uma certa distância, digamos 5 m, por exemplo, onde a ausência de tais componentes significará que a fonte está ainda mais afastada.
[0041] É também possível detectar um componente DC nos sinais de medição. Um componente DC como este é tipicamente atribuído à ação de uma perturbação relativamente próxima e assim uma medição de DC pode também ser usada para determinar uma indicação de alcance, como anteriormente discutido.
[0042] Em uma outra modalidade, é provido um sensor acústico distribuído compreendendo um sensor acústico distribuído compreendendo uma fibra óptica; uma fonte de radiação eletromagnética configurada para lançar radiação eletromagnética na dita fibra óptica; um aparelho detector para detectar radiação eletromagnética retrodispersa pela dita fibra óptica; e um processador configurado para: processar dados correspondentes à radiação retrodispersa detectada para determinar um sinal de medição para uma pluralidade de porções de sensoreamento longitudinais discretas da dita fibra
Petição 870190090293, de 11/09/2019, pág. 17/35 / 26 óptica em que o dito processador é adaptado para realizar formação de feixe nos sinais de medição para determinar a localização de uma fonte acústica.
[0043] Como versados na técnica percebem, a formação de feixe é uma técnica que combina os retornos de sinais com deslocamentos e ponderações de fase apropriados para prover direcionalidade. Desta maneira, as porções de sensoreamento relevantes do sensor podem ser usadas como sensor acústico direcional. A direcionalidade pode ser variada mudando os deslocamentos e ponderações de fase aplicados nos retornos de sinais de maneira tal que o sensor possa efetivamente ser varrido em várias direções. Assim, a direção de uma fonte acústica pode ser encontrada determinando-se a direção que dá uma grande resposta. A distância pode ser determinada também determinando a direção de uma fonte usando uma coleção diferente de elementos de sensoreamento e triangulação.
[0044] A presente invenção também se refere a um método de determinar o deslocamento lateral de uma onda acústica detectada por um sensor acústico distribuído. Assim, em um outro aspecto da invenção, é provido um método de determinar deslocamento lateral de um evento acústico em sensoreamento acústico distribuído compreendendo as etapas de: obter dados correspondentes à radiação eletromagnética detectada que foi retrodispersa por uma fibra óptica; processar os ditos dados para fornecer um sinal de medição para cada qual de uma pluralidade de porções de sensoreamento longitudinais da fibra óptica; analisar os sinais de medição provenientes das ditas porções de sensoreamento longitudinais para identificar sinais correspondentes à mesma onda acústica que chega em uma primeira pluralidade de porções de sensoreamento longitudinais; e determinar, a partir do tempo de chegada da dita onda acústica nas porções de sensoreamento longitudinais da dita primeira pluralidade, a direção e/ou distância da origem da dita onda acústica até a fibra óptica.
[0045] Em ainda um outro aspecto da invenção, é provido um método
Petição 870190090293, de 11/09/2019, pág. 18/35 / 26 de determinar deslocamento lateral de um evento acústico em sensoreamento acústico distribuído compreendendo as etapas de: obter dados correspondentes à radiação eletromagnética detectada que foi retrodispersa por um primeiro comprimento de fibra óptica e radiação eletromagnética detectada que foi retrodispersa por um segundo comprimento de fibra óptica; processar os ditos dados para fornecer um sinal de medição para cada qual de uma pluralidade de porções de sensoreamento longitudinais de cada qual do primeiro comprimento de fibra óptica e do segundo comprimento de fibra óptica; analisar o sinal de medição proveniente das ditas porções de sensoreamento longitudinais para identificar sinais correspondentes à mesma onda acústica que chega em uma ou mais porções de sensoreamento longitudinais do primeiro comprimento de fibra óptica e uma ou mais porções de sensoreamento longitudinais do segundo comprimento de fibra óptica e determinar, a partir do tempo de chegada da dita onda acústica nas ditas porções de sensoreamento longitudinais, a direção e/ou distância da origem da dita onda acústica até a fibra óptica.
[0046] Os métodos desses aspectos da presente invenção proporcionam todas as vantagens e podem ser usados em todas as mesmas modalidades supradescritas com relação a outros aspectos da invenção.
[0047] A invenção estende-se a métodos, aparelho e/ou uso da maneira substancialmente aqui descrita com referência aos desenhos anexos. [0048] Qualquer recurso em um aspecto da invenção pode ser aplicado a outros aspectos da invenção, em qualquer combinação apropriada. Em particular, aspectos de métodos podem ser aplicados a aspectos de aparelhos, e vice-versa.
[0049] Além disso, recursos implementados em hardware podem no geral ser implementados em software, e vice-versa. Qualquer referência a recursos de software e hardware aqui deve ser interpretado dessa maneira.
[0050] Recursos preferidos da presente invenção serão agora
Petição 870190090293, de 11/09/2019, pág. 19/35 / 26 descritos, meramente a título de exemplo, com referência aos desenhos anexos, em que:
A figura 1 ilustra os componentes básicos de um sensor óptico de fibra distribuído;
A figura 2 ilustra uma fibra de sensoreamento e ilustra as porções de sensoreamento longitudinais da fibra;
A figura 3 ilustra os princípios de análise do tempo de chegada;
A figura 4 mostra uma geometria de fibra arranjada para resolver ambiguidade lateral;
As figuras 5a e 5b mostram vistas planas seccionais de um arranjo de múltiplas porções de sensoreamento paralelas;
A figura 6 mostra as porções de sensoreamento de uma fibra sendo usadas como arranjo de formação de feixe; e
A figura 7 ilustra a atenuação de frequência de um sinal acústico propagando através do terreno.
[0051] A figura 1 mostra um esquema de um arranjo de sensoreamento óptico de fibra distribuído. Um comprimento de fibra de sensoreamento 104 é conectado em uma extremidade em um interrogador 106. A saída do interrogador 106 é passada a um processador de sinal 108, que pode ser colocalizado com o interrogador, ou pode ser remoto dele, e opcionalmente uma interface de usuário/exibição gráfica 110, que, na prática, pode ser realizada por um PC devidamente especificado. A interface de usuário pode ser colocalizada com o processador de sinal, ou pode ser remota dele.
[0052] A fibra de sensoreamento 104 pode ter muitos quilômetros de comprimento e, neste exemplo, tem aproximadamente 40 km de comprimento. A fibra de sensoreamento é uma fibra óptica de modo simples não modificada padrão tal como as rotineiramente usadas em aplicações de
Petição 870190090293, de 11/09/2019, pág. 20/35 / 26 telecomunicações. Em aplicações convencionais de sensores distribuídos de fibra óptica, a fibra de sensoreamento é contida pelo menos parcialmente em um meio que se deseja monitorar. Por exemplo, a fibra 104 pode ser enterrada no chão para prover monitoramento de um perímetro ou monitoramento de um item enterrado tal como uma tubulação ou similares.
[0053] A invenção será descrita com relação a um sensor acústico distribuído, embora versados na técnica percebam que o preceito pode ser no geral aplicável a qualquer tipo de sensor óptico de fibra distribuído.
[0054] Em operação, o interrogador 106 lança radiação eletromagnética de interrogação, que pode, por exemplo, compreender uma série de pulsos ópticos com um padrão de frequência selecionado, na fibra de sensoreamento. Os pulsos ópticos podem ter um padrão de frequência descrito no relatório descritivo de patente GB2.442.745, cujos conteúdos estão por meio desta incorporados pela referência. Como descrito em GB2.442.745, o fenômeno de retrodispersão de Rayleigh faz com que uma certa fração da entrada de luz na fibra seja retrorrefletida no interrogador, onde ela é detectada para prover um sinal de saída que é representativo de perturbações acústicas nas proximidades da fibra. O interrogador, portanto, convenientemente compreende pelo menos um laser 112 e pelo menos um modulador óptico 114 para produzir uma pluralidade de pulsos ópticos separados por uma diferença de frequência óptica conhecida. O interrogador também compreende pelo menos um fotodetector 116 arranjado para detectar radiação que é retrodispersa pelos locais de dispersão intrínsecos dentro da fibra 104.
[0055] O sinal proveniente do fotodetector é processado pelo processador de sinal 108. O processador de sinal convenientemente desmodula o sinal retornado com base na diferença de frequência entre os pulsos ópticos tal como descrito em GB2.442.745. O processador de sinal pode também aplicar um algoritmo de desempacotamento de fases como
Petição 870190090293, de 11/09/2019, pág. 21/35 / 26 descrito em GB2.442.745.
[0056] A forma da entrada óptica e o método de detecção permitem que uma fibra contínua simples seja espacialmente resolvida em porções de sensoreamento longitudinais discretas. Ou seja, o sinal acústico sensoreado em uma porção de sensoreamento pode ser provido de forma substancialmente independente do sinal sensoreado em uma porção adjacente. [0057] O sensor descrito em GB2.442.745 entretanto somente dá informação com relação ao sinal acústico que afeta a fibra em cada localização de sensoreamento. Este sensor não dá informação com relação à posição relativa da fonte da perturbação acústica lateral à fibra.
[0058] A figura 2 ilustra um comprimento de fibra óptica 104 que é usado em uma fibra de sensoreamento em um sensor acústico distribuído. A fibra pode ser enterrada no chão e pode ser arranjada, por exemplo, ao longo do comprimento de uma tubulação e arranjada para monitorar interferência com a tubulação. Um evento que cria ondas acústicas ocorre na posição 201. As ondas acústicas propagam até a fibra 104 e causam uma mudança na radiação retrodispersa detectada. O sensor processa os retornos de sinais de cada qual de uma pluralidade de porções de sensoreamento da fibra para dar um sinal indicativo da intensidade acústica. O gráfico 203 mostra um histograma exemplar da intensidade acústica média de cada canal de sensoreamento em seção 202 da fibra por um curto período de tempo. Pode-se ver que a perturbação acústica causa um pico notável na intensidade acústica nos canais mais próximos da fonte do evento acústico. Isto pode ser usado para detectar uma ocorrência acústica e indica onde ao longo da fibra o evento ocorreu. Entretanto, isto não dá informação com relação ao deslocamento lateral da fonte do evento em relação à fibra. Um evento acústico que ocorre na posição 204 poderia dar origem exatamente à mesma intensidade acústica padrão. Para um sistema de monitoramento de tubulação, digamos, do deslocamento lateral pode ser importante. Escavação a uma certa distância da
Petição 870190090293, de 11/09/2019, pág. 22/35 / 26 tubulação pode ser a causa de preocupação e geraria um alarme. Entretanto, escavação que é relativamente distante da tubulação não seria uma causa de preocupação. Em muitas outras aplicações, a determinação do deslocamento lateral também seria vantajosa.
[0059] Assim, em uma modalidade da presente invenção, o processador é arranjado para determinar a extensão do deslocamento lateral com base no tempo de chegada dos sinais acústicos em diferentes porções de sensoreamento da fibra. Referindo-se à figura 3, está ilustrada uma seção de fibra de sensoreamento com três porções de sensoreamento discretas 301, 302 e 303 mostradas. Um evento acústico ocorre na posição A que gera uma onda acústica que propaga até a fibra de sensoreamento e é detectada pelas porções de sensoreamento da fibra.
[0060] Ficará claro que, considerando-se que a velocidade de propagação da onda acústica é a mesma em todas as direções, a onda será incidente na porção de sensoreamento 302 primeiro, já que esta está mais próxima da fonte. Ela será em seguida incidente na porção de sensoreamento 203 seguida de perto pela porção 201.
[0061] Ficará aparente que, como as porções de sensoreamento têm um comprimento finito, diferentes partes da porção de sensoreamento serão excitadas em diferentes tempos. Entretanto, como cada porção tem o mesmo comprimento, os retornos de cada porção de sensoreamento podem ser aproximados em um único retorno no centro da porção de sensoreamento. O processador é, portanto, arranjado para processar os retornos de sensores adjacentes para detectar retornos de sinais de diversas porções de sensoreamento adjacentes que parece ser atribuído ao mesmo estímulo acústico, por exemplo, uma mudança significante em uma porção de sensoreamento seguida em um curto tempo por mudanças significantes em cada porção de sensoreamento vizinha. O processador pode, portanto, identificar uma resposta acústica que é atribuída ao mesmo estímulo e assim
Petição 870190090293, de 11/09/2019, pág. 23/35 / 26 pode determinar o tempo de chegada em três ou mais das porções de sensoreamento relevantes.
[0062] A figura 3 ilustra o tempo de voo até o centro de cada porção de sensoreamento. O tempo que leva para uma onda acústica propagar da origem A até a porção de sensoreamento 302 é T. O tempo até a porção de sensoreamento 303 é ligeiramente maior, T + At1. O tempo de propagação até a porção de sensoreamento 301 é T + At2. Portanto, fica claro que, com base no tempo de chegada, o tempo de chegada na porção de sensoreamento 303 deve ser At1 depois do tempo de chegada na porção de sensoreamento 302. Similarmente, o tempo de chegada na porção de sensoreamento 301 é At2 mais atrasado que o tempo de chegada na porção de sensoreamento 302.
[0063] O processador pode traduzir o tempo de chegada diferente em uma distância com base na velocidade de propagação de ondas acústicas no meio relevante, isto é, se a fibra estiver enterrada, a velocidade de ondas acústicas no terreno é usada. Uma estimativa da média pode ser usada. Como aqui mencionado, isto baseia-se na suposição de que a velocidade de propagação de ondas acústicas é aproximadamente a mesma no material envolvendo a fibra. Nas escalas de comprimento de uns décimos de metros e para fornecer uma estimativa geral da localização de uma fonte acústica, isto é uma suposição razoável.
[0064] Em alguns casos, em vez de usar um valor médio, poderia ser usado um valor derivado por teste ou calibração. Por exemplo, uma vez desdobrado, o sensor pode ser calibrado usando uma fonte acústica de teste em uma localização conhecida. Isto pode permitir que qualquer variação significativa na velocidade de propagação acústica em diferentes partes da fibra seja identificada e levada em conta.
[0065] De qualquer maneira, os diferentes tempos de chegada podem ser traduzidos em um diferencial de distância, isto é, a determinação de quanto mais afastado a origem da onda acústica está do centro da porção de
Petição 870190090293, de 11/09/2019, pág. 24/35 / 26 sensoreamento 303 do que 302.
[0066] O processador pode então ser arranjado para determinar o deslocamento lateral da origem de uma fonte acústica. Essencialmente, percebe-se que, dado o tempo de chegada em quaisquer dois pontos, uma curva (em 2D) ou superfície (em 3D) de posições da fonte pode ser traçada. Para tomar um exemplo simplista, se o tempo de chegada em duas porções de sensoreamento for exatamente o mesmo, a origem fica em um plano (ou em uma linha bidimensional) que bissecciona as linhas que unem o centro das duas porções. O tempo de chegada em duas diferentes porções de sensoreamento é assim insuficiente para determinar o real deslocamento entretanto, com o tempo de chegada em pelo menos três porções de sensoreamento, o grau de deslocamento lateral pode ser determinado - por exemplo, uma primeira curva/superfície de possíveis localizações poderia ser traçada usando os diferentes tempos de chegada nas porções de sensoreamento 301 e 302 e uma outra curva/superfície traçada usando os diferentes tempos de chegada nas porções 302 e 303. Os pontos nos quais as duas curvas/superfícies encontram determina o deslocamento lateral, embora outras técnicas de multilateração, e mais eficientes, possam ser usadas. Mais de três diferentes tempos de chegada podem ser usados se disponíveis para potencialmente melhorar a precisão.
[0067] No exemplo mostrado na figura 3, entretanto, embora o valor do deslocamento lateral possa assim ser determinado, isto é, a que distância da fibra está a origem, o arranjo mostrado na figura 3 não resolverá em que direção da fibra a fonte da perturbação acústica está localizada. Puramente em duas dimensões a fonte poderia ser localizada em qualquer lado da fibra. Em algumas aplicações isto pode não ser um problema. Na aplicação de tubulação, o operador da tubulação pode não se importar em que lado da tubulação está localizada uma fonte acústica, mas somente a que distância está a fonte. Em uma aplicação como esta, pode-se considerar que qualquer
Petição 870190090293, de 11/09/2019, pág. 25/35 / 26 tipo de interferência potencial provavelmente é baseada na superfície ou pelo menos em um nível com a tubulação, consequentemente, o problema pode ser limitado a duas dimensões horizontais para reduzir a complexidade. Em alguns casos, o ambiente físico pode ser de maneira tal que a fonte acústica de qualquer maneira só possa derivar de um lado. Entretanto, em muitas aplicações, deseja-se determinar a real direção da fonte das ondas acústicas, pelo menos em duas dimensões.
[0068] Em uma modalidade alternativa, portanto a fibra óptica tem uma geometria que é não no geral retilínea e é arranjada de maneira tal que pelo menos algumas porções de sensoreamento de fibra óptica fiquem espaçadas uma da outra em uma direção transversal à fibra. A figura 4 mostra um exemplo onde a fibra óptica tem um trajeto sinuoso de maneira tal que porções de sensoreamento adjacentes que fiquem deslocadas uma da outra em uma direção transversal à fibra. Análise do tempo de chegada pode ser aplicada a porções de sensoreamento adjacentes da fibra 401, 402 e 403 da mesma maneira supradescrita - tendo-se em mente que os centros das porções de sensoreamento não são mais colineares. O deslocamento lateral pode ser determinado efetivamente da mesma maneira, mas o deslocamento das porções de sensoreamento significa que não existe ambiguidade lateral no resultado, pelo menos em duas dimensões. Novamente, dependendo da aplicação, todas fontes acústicas podem ser consideradas dispostas no plano contendo a fibra.
[0069] Em uma modalidade alternativa, o sensor pode compreender múltiplas porções de sensoreamento de fibra. As figuras 5a e 5b mostram uma vista seccional e uma plana, respectivamente, de múltiplas fibras ópticas enterradas para um sensor acústico distribuído, com a figura 5a mostrando uma seção ao longo da linha I-I da figura 5b. Uma primeira fibra 501 é arranjada para ficar disposta lado a lado, mas separada horizontalmente de uma segunda fibra 502. As duas fibras podem convenientemente ser
Petição 870190090293, de 11/09/2019, pág. 26/35 / 26 substancialmente paralelas e podem ser arranjadas de maneira tal que as porções de sensoreamento de cada fibra sejam do mesmo comprimento espacial e substancialmente alinhada. Um arranjo como este pode tornar o processamento mais fácil. Entretanto, as duas fibras podem ter diferentes variações de trajeto e podem ter porções de sensoreamento diferentemente dimensionadas, isto é, cada qual pode ter uma resolução espacial diferente, para prover funcionalidade adicional.
[0070] Um evento acústico A gerará ondas acústicas que serão incidentes nas fibras 501 e 502 e serão detectadas. Como mostrado na figura 5a, se a origem do evento acústico ficar localizada em um lado das duas fibras, esta será facilmente determinada pelo tempo de chegada nas fibras relevantes. No exemplo mostrado, as porções de sensoreamento de fibra 502 detectarão os sinais acústicos antes das porções de sensoreamento de fibra 501.
[0071] Obviamente, o processador precisará detectar que os sinais detectados pela fibra 502 são os mesmos sinais detectados pela fibra 501. Isto pode certamente ser complicado pelo fato de que a fibra 501 pode estar recebendo um ímpeto acústico diferente do outro lado do par de fibras. O processador pode, portanto, analisar as assinaturas acústicas das porções de sensoreamento das duas fibras para identificar respostas acústicas que correspondem ao mesmo evento.
[0072] O tempo de chegada em duas diferentes fibras pode, portanto ser usado para resolver qualquer ambiguidade lateral (na horizontal) e análise do tempo de chegada como anteriormente descrito pode ser usada para determinar a quantidade de deslocamento lateral.
[0073] O espaçamento das duas fibras pode ser ditado parcialmente pelo ambiente no qual as fibras são desdobradas. Entretanto, se as fibras ópticas 501 e 502 estiverem muito próximas uma da outra, pode não ser possível identificar distintamente o tempo de chegada em cada fibra por causa
Petição 870190090293, de 11/09/2019, pág. 27/35 / 26 do ruído e/ou erro de medição. Entretanto, se as fibras estiverem muito separadas, pode ser difícil correlacionar os sinais acústicos entre as diferentes fibras. Uma separação da ordem de 0,5m ou mais, digamos até alguns metros, pode ser desejável para algumas aplicações.
[0074] O uso de duas fibras ópticas horizontalmente separadas, portanto permite que o deslocamento lateral da fonte das ondas acústicas seja detectado e a direção horizontal relativa perpendicular às fibras. Como aqui mencionado, isto pode ser suficiente para muitas aplicações. Em algumas aplicações, entretanto, pode ser que se queira determinar a localização da origem de uma onda acústica em três dimensões. Por exemplo, quando usadas para aplicações de levantamento sísmico ou de fundo de poço, as fibras podem ser localizadas correndo verticalmente e a localização de um evento acústico pode ter que ser determinada em três dimensões, isto é, a que distância ao longo da fibra e também a localização da origem nas duas direções horizontais.
[0075] Isto poderia ser conseguido adicionando-se uma fibra extra que não é colinear com as outras duas fibras. A figura 5 ilustra que uma terceira fibra 503 poderia ser localizada espaçada da fibra 501 e 502 em uma direção perpendicular à direção de espaçamento de fibra 501 e 502. Isto permitiria que a localização de um evento acústico A fosse determinada em três dimensões.
[0076] Uma modalidade alternativa usa técnicas de formação de feixe para combinar os sinais de medição provenientes de uma pluralidade de diferentes porções de sensoreamento. A formação de feixe, como versados na técnica percebem, combina os retornos de sinais com diferentes fases e ponderações para prover direcionalidade do sensor, como ilustrado na figura
6. Desta maneira, os retornos das porções de sensoreamento 601 - 604 provêm uma certa direcionalidade desejada ao sensor. Comparando-se os retornos do sensoreamento quando combinados em diferentes direções, a localização de
Petição 870190090293, de 11/09/2019, pág. 28/35 / 26 uma fonte acústica pode ser determinada.
[0077] Uma modalidade ainda adicional usa análise de frequência dos retornos de medição de pelo menos uma porção de sensoreamento de fibra, preferivelmente a porção de sensoreamento com o sinal de medição de maior magnitude para uma perturbação acústica particular, para determinar uma indicação de alcance.
[0078] Em modalidades da invenção onde a fibra de sensoreamento é embutida em um meio, a propagação de uma onda acústica a partir da fonte até a fibra através do meio atenuará o sinal, e o grau de atenuação tipicamente dependerá da frequência. Assim, sinais acústicos propagando através do terreno serão atenuados mais fortemente a altas frequências do que a baixas frequências. Os sinais de medição podem, portanto ser divididos em duas ou mais bandas espectrais distintas e a energia relativa de cada banda comparada a fim de dar uma indicação do alcance até a fonte.
[0079] A figura 7 ilustra como a análise de apenas duas bandas de frequência pode ser usada para dar uma indicação de alcance. A figura 7 ilustra as energias relativas de um sinal acústico em duas bandas de frequência em três diferentes distâncias de propagação através do terreno, por exemplo, a) na fonte, b) a uma primeira distância d e c) a uma segunda distância de 2d.
[0080] Na fonte (a), a energia das duas bandas de frequência é praticamente a mesma, embora exista mais energia neste caso na banda de baixa frequência. A natureza exata das características espectrais da onda acústica original pode, em alguns casos, ser conhecida, por exemplo, quando se tenta detectar tipos particulares de evento, ou se a análise de assinatura determinar o tipo de evento. Em outros casos, entretanto, o espalhamento espectral original pode não ser conhecido exatamente, mas pode ser razoável considerar que existe pelo menos espalhamento de energia nas frequências acústicas.
Petição 870190090293, de 11/09/2019, pág. 29/35 / 26 [0081] Depois da propagação (b) por uma distância d, existe atenuação do sinal acústico em ambas bandas de frequência, mas existe um grau de atenuação muito maior na banda de alta frequência. Depois de continuidade da propagação (c) de forma que o sinal tenha percorrido uma distância 2d, o sinal na banda de alta frequência pode ter sido completamente atenuado. Existe ainda um certo sinal de baixa frequência, entretanto, que pode ser detectado.
[0082] Análise das características de frequências pode, portanto ser usada para dar uma indicação de alcance. Esta indicação poderia ser relativa, isto é, na comparação de sinais de uma perturbação que são gerados com o tempo se o sinal inicialmente tiver um espalhamento de frequência que parece com o gráfico (c) e então evolui para parecer com o gráfico (b) isto pode ser considerado uma indicação que a fonte está se aproximando.
[0083] Entretanto, a indicação pode também ser quantitativa. Por exemplo, se o sinal detectado tiver um perfil de frequência que casa com o gráfico (b), o fato de que existe ainda alguma energia na banda relevante de frequência alta pode indicar um limite superior na distância da fonte acústica da fibra de sensoreamento. Para fontes acústicas típicas, isto é, eventos de magnitude não grande tais como terremotos, pode haver um limite de distância além do qual não é de se esperar nenhum componente de alta frequência. Assim, a detecção de um componente de alta frequência significará que a fonte acústica está mais próxima do que este limite de alcance.
[0084] O valor real do limite de alcance dependerá do material no qual a fibra está embutida e também da frequência de interesse, mas versados na técnica poderão facilmente determinar uma série de patamares limites para frequências particulares em um meio particular.
[0085] É também possível detectar um componente DC nos sinais de medição. Um componente DC como este é tipicamente atribuído à ação de
Petição 870190090293, de 11/09/2019, pág. 30/35 / 26 uma perturbação relativamente próxima e assim uma medição de DC pode também ser usada para determinar uma indicação de alcance como anteriormente discutido.
[0086] Deve-se notar que as modalidades supramencionadas ilustram, em vez de limitar, a invenção, e que versados na técnica poderão projetar muitas modalidade alternativas sem fugir do escopo das reivindicações anexas. A palavra compreendendo não exclui a presença de elementos ou etapas além daquelas listadas em uma reivindicação, um ou uma não excluem uma pluralidade, e um único processador ou outra unidade pode preencher as funções de diversas unidades citadas nas reivindicações. Qualquer sinal de referência nas reivindicações não deve ser interpretado de maneira a limitar seu escopo.
[0087] Nota-se também que cada recurso revelado na descrição, e, onde apropriado, nas reivindicações e desenhos, pode ser provido independentemente ou em qualquer combinação apropriada.

Claims (11)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Sensor acústico distribuído compreendendo:
    um primeiro comprimento de fibra óptica (501), uma fonte de radiação eletromagnética (112, 114), um aparelho detector (116) e um processador (108);
    caracterizado pelo fato de que compreende um segundo comprimento de fibra óptica (502) que fica dispostos lateralmente ao primeiro comprimento de fibra óptica, mas separado dele em uma primeira direção;
    em que a fonte de radiação eletromagnética (112, 114) é configurada para lançar radiação eletromagnética no primeiro comprimento de fibra óptica e no segundo comprimento de fibra óptica;
    em que o aparelho detector (116) detecta radiação eletromagnética retrodispersa pelo primeiro comprimento de fibra óptica e pelo segundo comprimento de fibra óptica; e o processador (108) é configurado para:
    processar dados correspondentes à radiação retrodispersa detectada para determinar um sinal de medição para cada qual de uma pluralidade de porções de sensoreamento longitudinais discretas de cada qual do primeiro comprimento de fibra óptica e do segundo comprimento de fibra óptica;
    analisar o sinal de medição proveniente das porções de sensoreamento longitudinais para identificar sinais correspondentes à mesma onda acústica que chega em uma ou mais porções de sensoreamento longitudinais do primeiro comprimento de fibra óptica e uma ou mais porções de sensoreamento longitudinais do segundo comprimento de fibra óptica; e determinar, a partir do tempo de chegada da onda acústica nas porções de sensoreamento longitudinais, a direção e/ou distância da origem da onda acústica até a fibra óptica.
  2. 2. Sensor acústico distribuído, de acordo com a reivindicação
    Petição 870190090293, de 11/09/2019, pág. 32/35
    2 / 3
    1, caracterizado pelo fato de que o primeiro e segundo comprimentos de fibra óptica compreendem fibras ópticas separadas.
  3. 3. Sensor acústico distribuído, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro e segundo comprimentos de fibra óptica compreendem diferentes partes da mesma fibra óptica.
  4. 4. Sensor acústico distribuído, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o processador determina a direção da onda acústica na primeira direção com base em qual comprimento de fibra óptica detecta a onda primeiro.
  5. 5. Sensor acústico distribuído, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o processador é configurado para usar o tempo de chegada da onda acústica em uma pluralidade de porções de sensoreamento longitudinais do primeiro e/ou do segundo comprimento(s) de fibra óptica para determinar a distância até a origem da onda acústica.
  6. 6. Sensor acústico distribuído, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que compreende um terceiro comprimento de fibra óptica (503) que fica disposto lateralmente ao primeiro e segundo comprimentos de fibra óptica e deslocado deles em uma segunda direção, em que a segunda direção é perpendicular à primeira direção.
  7. 7. Sensor acústico distribuído, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o processador é configurado para usar os retornos de todos três comprimentos de fibra óptica para determinar a localização da origem da onda acústica em três dimensões.
  8. 8. Sensor acústico distribuído, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o processador usa o tempo de chegada e um valor representando a velocidade de propagação de uma onda acústica para determinar o desvio lateral.
    Petição 870190090293, de 11/09/2019, pág. 33/35
    3 / 3
  9. 9. Sensor acústico distribuído, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o valor representando a velocidade de propagação da acústica onda é um valor determinado previamente através de teste ou calibração e armazenado pelo processador.
  10. 10. Sensor acústico distribuído, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o processador é ainda configurado para executar análises de frequência nos sinais medidos para determinar a distância da origem da onda acústica.
  11. 11. Método para determinar a origem de uma onda acústica em sensoreamento acústico distribuído, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: obter dados correspondentes à radiação eletromagnética detectada que foi retrodispersa por um primeiro comprimento de fibra óptica (501) e radiação eletromagnética detectada que foi retrodispersa por um segundo comprimento de fibra óptica (501) disposto lateralmente ao primeiro comprimento de fibra óptica, mas separado dele em uma primeira direção; processar os dados para fornecer um sinal de medição para cada qual de uma pluralidade de porções de sensoreamento longitudinais de cada qual do primeiro comprimento de fibra óptica e do segundo comprimento de fibra óptica; analisar o sinal de medição proveniente das porções de sensoreamento longitudinais para identificar sinais correspondentes à mesma onda acústica que chega em uma ou mais porções de sensoreamento longitudinais do primeiro comprimento de fibra óptica e uma ou mais porções de sensoreamento longitudinais do segundo comprimento de fibra óptica e determinar, a partir do tempo de chegada da onda acústica nas ditas porções de sensoreamento longitudinais, a direção e/ou distância da origem da onda acústica até a fibra óptica.
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