CN101523183A - 使用跟踪信号测量来自光纤的布里渊反向散射 - Google Patents

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Abstract

一种用于测量来自光纤(18)的布里渊反向散射的方法，包括：对第一信号和第二信号进行混频以产生具有差频ΔF(t)的差频信号，所述第一信号的频率fβ(t)表示从所配置的光纤接收的反向散射光中的布里渊散射频移，所述第二信号的频率为fi(t)与先前从光纤测量的布里渊散射频移以相同方式随时间变化，该差频ΔF(t)的标称恒定值对应于所接收的光具有与先前测量的频移匹配的布里渊散射频移的情形。采集该差频信号并进行处理以确定布里渊散射频移的性质和产生该频移的相应物理参数。可以用光学方式或电学方式执行混频。用于采集差频信号的技术包括利用平行频率测量通道和快速数字采样。

Description

使用跟踪信号测量来自光纤的布里渊反向散射
技术领域
本发明涉及一种用于测量来自光时域反射所采用的光纤的布里渊反向散射光的方法和设备。
背景技术
光时域反射(OTDR)是一种使用光纤进行各种参数的远程测量的技术。将光探查脉冲发射到光纤的一端，将光纤配置为穿过感兴趣的区域，例如下至油井。该脉冲沿光纤传播，从沿光纤的长度的点反向散射部分光，并且将其返回到发射端，在发射端探测该部分光。在光返回时，对到达散射点并返回的传播时间进行记录，从而能够利用在光纤中的传播速度来计算散射点的位置。同样，诸如温度、应变、和压力等各种物理参数对光如何散射具有影响，包括产生拉曼和布里渊散射频移。根据这些频移的大小、宽度和强度，能够计算参数的值。因此，通过进行从时间到距离的适当转换，能够获得沿着光纤长度的物理参数的分布图。
在基于布里渊散射的OTDR中，在散射光谱中测量一个或多个布里渊散射线。这些线的频率相对于探查脉冲的频率发生了移动。根据测量的布里渊散射谱，至少能够提取单条线或多条线的强度和宽度以及频移的大小，并使用该信息来确定沿光纤的物理参数。
通常，通过直接探测来测量布里渊散射信号，其中布里渊散射光直接入射到光探测器上，或者通过外差探测来测量布里渊散射信号，其中将布里渊散射信号与来自本地振荡器的信号混合并且传递所产生的差频信号用于探测。
一种测量技术使用光鉴别，其中光学滤波器在Mach-Zehnder干涉仪的两臂之间切换光，并且根据从每个臂出现的光信号的相对强度来获得布里渊散射线的中心频率的估算值[1]。一种相似的过程改为依赖于电鉴别[2]。
基于鉴别器的技术的问题是需要使用宽的输入频谱，以捕获整个范围的潜在的输出信号频率。所需的宽的带宽往往使性能退化。
其它技术基于频率扫描和对每次扫描的强度/时间信号的记录。例如，在将过滤的光传递到探测器前，可以在期望的频谱上扫描光学滤波器。光学滤波器可以是Fabry-Perot干涉计，与探查脉冲的脉冲重复频率相比，对Fabry-Perot干涉计的扫描较慢。对于每个脉冲，进行一系列与时间/沿光纤的距离相关的强度测量，并且还可以在每个频率处对数个脉冲进行平均。对滤波器的每个位置进行一系列的记录，由此能够构成针对沿光纤的每个位置的布里渊散射谱[3]。
替代方法[4、5]使用微波外差方法，其中在光电二极管上混合反向散射光，从而产生从光域到微波域转移信息的拍频谱。对电学本地振荡器进行频率扫描，并且微波接收器部分传递被进一步放大、过滤并探测的固定中频，从而产生准-DC信号。后者在系统带宽内提供与沿光纤的位置相关的功率指示。
对于此各种扫描方法，由于必须在两个维度中对信号进行平均，所以数据采集时间一般较慢。取决于频偏域中的采样间隔和将要覆盖的频率跨度，这可能是一个冗长的过程，在此期间采集必须的但很少使用的信息。对于沿光纤的每个位置，必须观察大的频率范围以确保发现移频，但是频率线本身只占有该范围的一小部分。必须进行线外面的测量以定位该线，但是线外面的测量不包含关于被测量参数的信息。
发明内容
相应地，本发明的第一方面涉及一种用于测量来自光纤的布里渊反向散射的方法，包括：将频率为f0的相干光探查脉冲发射到光纤中；接收来自所述光纤的反向散射光，所述反向散射光包括至少一个因布里渊散射频移而从f0偏移到频率fB(t)的布里渊散射谱线，所述布里渊散射谱线随时间/沿所述光纤的距离而变化；产生表示fB(t)的第一信号；利用定义先前测量的布里渊散射频移的信息产生频率为f1(t)的第二信号，所述第二信号与先前从所述光纤测量的布里渊散射频移fB(t)-f0以相同方式随时间变化；混合所述第一信号和所述第二信号以产生差频为ΔF(t)＝fB(t)-f1(t)的差频信号，其中ΔF(t)相对时间而言具有标称恒定值，该标称恒定值对应于所接收的反向散射光具有与所述先前测量的布里渊散射频移匹配的布里渊散射频移；采集所述差频信号；以及处理所述差频信号以确定所接收的反向散射光的所述布里渊散射谱线的一个或多个性质。
对布里渊反向散射与跟踪布里渊反向散射的先前测量的频率进行混频将测量有效地约束到预计在大多数情况下会包含该布里渊散射频率或至少与其交迭的已知频率窗口。这样，与根据常规布里渊散射测量技术扫描的可能布里渊散射频率的整个范围相比，极大地减小了定位布里渊散射频率需要观察的频率范围。由此大大减少了必需的测量时间和数据处理量。
所述方法还可以包括：利用与通过处理所述差频信号所确定的布里渊散射谱线有关的信息来对定义先前测量的布里渊散射频移的信息进行更新，由此更新所述第二信号的频率f1(t)。例如，该方法可以包括：针对一个或多个t值，确定通过混合所述第一信号和第二信号获得的所述差频ΔF(t)的实际值与标称值ΔF(t)之间的差异δ；以及利用这样确定的δ值来对定义先前测量的布里渊散射频移的信息进行更新，由此更新所述第二信号的频率f1(t)。通过这种方式，可以适应一次测量和下一次测量之间由光纤环境变化导致的布里渊散射频移的任何变化，从而在长期内维持对所接收的反向散射的频率跟踪，从而将所接收的光保持在观察频率窗口之内。
在一些实施例中，产生表示fB(t)的第一信号的步骤包括：产生频率为fL的相干光并将其引导到光探测器上；将所接收的反向散射光引导到所述光探测器上以便与频率为fL的所述相干光混合，并产生差频为Δfi(t)＝fB(t)-fL的中间信号；以及将所述光探测器的频率为Δfi(t)的电输出用作所述第一信号；产生所述第二信号的步骤包括：将定义先前测量的布里渊散射频移的信息应用于电振荡器，以产生频率为f1(t)的电信号；以及混合所述第一信号和所述第二信号以产生差频信号的步骤包括：将所述光探测器的电输出与来自所述电振荡器的电信号混合，以产生差频为ΔF(t)的电信号。因此，这种实施例利用了电信号的混频，由此在与跟踪先前测量的布里渊散射频移的电信号混合之前，将所接收的反向散射通过中频混频级转换成微波频域中的电信号。差频Δfi(t)可以小于100GHz。
此外，频率f0可以等于频率fL。常规上就此而言，可以使用单个光源来产生频率为fL的相干光以及发射到光纤中的频率为f0的探查脉冲。
或者，可以使用不同的光源来产生这两种光输出。例如，可以通过如下步骤产生频率为fL的相干光：调制用于产生发射到光纤中的探查脉冲的光源的输出，从而产生调制边带；将第二光源注入锁定到调制边带之一；以及将所述第二光源的输出用作频率为fL的相干光。
在其他实施例中，产生表示fB(t)的第一信号的步骤包括：获取所接收的反向散射光；产生第二信号的步骤包括：将定义先前测量的布里渊散射频移的信息应用于可调谐光源，以产生频率为f1(t)的相干光信号；以及混合所述第一信号和所述第二信号以产生差频信号的步骤包括：将所接收的反向散射光引导到光探测器上并将所述相干光信号引导到同一光探测器上，以产生差频为ΔF(t)的电信号。这种方式利用了光学域中的混频，由此将所接收的反向散射直接与跟踪先前测量的布里渊散射频移的光信号混合。光探测产生了具有感兴趣的差频的电信号，从而适于根据本发明各实施例的采集和处理。
所述方法还可以包括：在处理所述差频信号之前，将来自所述光探测器的差频为ΔF(t)的电信号与来自电学本地振荡器的具有恒定频率fC的输出进行混合，以将所述差频ΔF(t)降低到更低频率ΔF2(t)。这有利于获得具有适于通过快速模数采样进行采集的频率的差频信号。
对于光学域中的差频混合而言，可以调制用于产生频率为f1(t)的相干光信号的可调谐光源以及用于产生发射到光纤中的探查脉冲的光源之一的输出，以产生调制边带；将所述可调谐光源和所述光源中的另一个注入锁定到所述调制边带之一；以及利用定义先前测量的布里渊散射频移的信息来控制所述调制的频率，以产生频率为f1(t)的所述相干光信号。
一旦获得了差频信号，就可以采取各种方式来记录和处理数据。在一些实施例中，采集差频信号的步骤包括：对所述差频信号进行数字化以获得差频信号的多个样本；而处理所述差频信号的步骤包括：对所述样本进行数字信号处理。可以使用快速模数转换器来为该简单技术产生适当数量的样本，从而给出具有有用精度水平的结果。例如，可以利用至少为ΔF(t)的预计最大值两倍的采样速率来对所述差频信号进行数字化。
在其他实施例中，采集所述差频信号的步骤包括：将所述差频信号分成多个通道，每个通道覆盖单独的频带；逐个探测所述差频信号在每个通道中的部分；以及对所述差频信号的每个探测到的部分进行数字化以获得每个通道的多个样本；而处理所述差频信号的步骤包括：相对于时间对来自每个通道的所述样本进行数字信号处理，以确定所述布里渊散射谱线的一个或多个性质。
在又一个实施例中，可以将差频信号通过一电路，该电路的输出电压取决于差频ΔF(t)的瞬间值。与现有技术的方法相反，在本发明中，可以将鉴别器的范围从布里渊散射移频的可能值的整个范围限制到仅针对差频预料的那些范围。这使得有效带宽大大减小，从而使得系统噪声大大减小。
利用所述差频信号确定的所述布里渊散射谱线的一个或多个性质可以包括如下各项中的至少一项：布里渊散射频率fB(t)；所述布里渊散射谱线的强度；以及所述布里渊散射谱线的线宽。
所述方法还可以包括：利用所述布里渊散射谱线的一个或多个确定的性质来计算作用于所述光纤的一个或多个物理参数的值，并将时间转换成沿所述光纤的距离，以获得在所述光纤的长度上所述一个或多个物理参数的分布的指示。
而且，所述方法还可以包括：针对另外的连续探查脉冲，重复所述方法，并在多个探查脉冲上进行平均，以便更精确地确定所述布里渊散射谱线的一个或多个性质和/或一个或多个物理参数。
在一些实施例中，所述方法还可以包括：在将探查脉冲发射到光纤中之前，通过如下步骤来测量由光纤产生的布里渊散射频移以获得定义布里渊散射频移的信息：a)将频率为f0的相干光探查脉冲发射到所述光纤中；b)从所述光纤接收反向散射光，所述反向散射光包括因布里渊散射频移而从f0偏移到频率fB(t)的至少一个布里渊散射谱线；c)产生表示fB(t)的初始信号；d)至少在从所述光纤的最远部分接收到反向散射光所花的时间内产生处于恒定频率fC的另一信号；e)混合所述初始信号和所述另一信号以产生差频为ΔFi(t)＝fB(t)-fC的差频信号；f)采集所述差频信号ΔFi(t)；g)针对在用于采集所述差频信号的设备带宽之内产生差频信号的fC的可能值范围上的多个fC值，重复步骤a)到f)；h)处理所采集的差频信号，以确定所述布里渊散射频移随时间/沿光纤的距离的分布；以及i)存储定义所确定的布里渊散射频移的信息，以用于产生频率为f1(t)的第二信号。可以认为这些额外在先步骤包括学习或校准阶段，其中，通过进行详细测量，包括针对沿光纤的每个点对整个相关频率范围进行完全扫描，从而获得在光纤上的布里渊散射频率分布全图，以给出定义布里渊散射频移的必需信息，该信息使得利用频率跟踪进行的后续测量比常规完全频率扫描或基于鉴别器的测量快得多。
本发明的第二方面涉及一种用于测量来自光纤的布里渊反向散射的设备，包括：光源，用于产生具有频率f0的相干光探查脉冲并且将探查脉冲发射到光纤中；反向散射接收部件，用于从所述光纤接收反向散射光并由此产生表示fB(t)的第一信号，其中所述反向散射光包括因布里渊散射频移而从f0偏移到频率fB(t)的至少一个布里渊散射谱线；可编程本地振荡器；存储器阵列，用于存储定义先前从所述光纤测量的布里渊散射频移fB(t)-f0的信息，所述存储器阵列连接到所述可编程本地振荡器，从而所存储的信息能够使得所述可编程本地振荡器产生第二信号，所述第二信号的频率f1(t)与先前测量的布里渊散射频移以相同方式随时间变化；混频器，用于接收和混合所述第一信号和所述第二信号以产生差频为ΔF(t)＝fB(t)-f1(t)的差频信号，其中ΔF(t)相对时间而言具有标称恒定值，该标称恒定值对应于所接收的反向散射光具有与所述先前测量的布里渊散射频移匹配的布里渊散射频移；采集系统，用于从所述混频器接收所述差频信号并记录所述差频信号；以及处理器，用于处理所记录的差频信号以确定所接收的反向散射光的所述布里渊散射谱线的一个或多个性质并相应地更新所述存储器阵列。
附图说明
为了更好地理解本发明，并且为了示出如何实施本发明，以举例的方式参考附图，在附图中：
图1示出了根据本发明第一实施例的用于实施布里渊反向散射测量的设备的示意图；
图2示出了根据本发明另一实施例的用于实施布里渊反向散射测量的设备的示意图；以及
图3示出了根据本发明又一实施例的用于实施布里渊反向散射测量的设备的示意图。
具体实施方式
本发明提出了通过对接收到的反向布里渊散射光与频变信号进行外差作用(混频)来测量来自光纤的布里渊散射偏移频谱，该频变信号实时跟踪布里渊散射频移沿光纤长度的预期变化(等价于预期的随时间变化)。这样，对于沿光纤的所有点而言，仅考虑由跟踪信号界定的小频率窗口，且该窗口会发生移动以跟踪布里渊散射线。因此，在每个点仅测量整个可能布里渊散射频率范围的相关部分，从而消除了为沿光纤的每个点而扫描整个频率范围来定位该点的布里渊散射线的方法所进行的大量冗余测量。与利用鉴频器直接测量布里渊散射频率的备选方案相比，本发明降低了必需带宽，从而提高了信噪比。
利用前面获得的相关光纤的布里渊散射频谱的测量(校准或学习测量)来产生频率随时间变化的跟踪信号，该跟踪信号沿着光纤长度跟踪布里渊散射频移，从而实现上述目的。将与先前测量相关的信息应用于本地振荡器以产生跟踪信号，然后将跟踪信号与接收到的反向散射光进行外差作用。如下文关于各实施例所进一步解释的，可以用光学或电学方法执行外差作用。
如果没有或几乎没有变化影响到光纤以及影响到光纤在学习测量和本测量之间产生的布里渊散射频移，跟踪信号将会精确地或非常接近地跟踪来自光纤的布里渊散射线的频率。因此，外差作用产生的差频将在光纤的整个长度上大致恒定。由例如光纤的温度或应变的变化导致的布里渊散射频移的任何变动将导致所接收的布里渊散射线从其学习测量中的位置移走，并且跟踪信号将不再与接收到的光匹配。对于光纤中产生布里渊散射频移的条件已经变化的那些部分，差频将会不同于标称恒定值。因此，外差信号的频率测量将指示出光纤中的、已经存在偏离学习测量变化的任何部分。偏离标称恒定差频的变动大小对应于条件变化的大小，从而可以从光纤长度上差频的测量中导出本地条件沿光纤长度的测量。
注意，可以选择跟踪信号使其匹配学习测量的频率，使得该差频的标称恒定值为零。或者，跟踪信号可以(例如，通过在其中包括DC频率分量)偏离于学习测量，从而给出大于零的标称恒定值；这种布置往往会简化采集和处理差频期间采用的任何信号处理。
第一示例性实施例
图1示出了根据本发明实施例的用于实施测量方法的设备的示意图。
用于产生窄带相干光(诸如激光)的光源10产生频率为f0的输出光束。将光束引导到分束器12(诸如3dB光纤分束器)，该分束器12将输出光束分成用于发射到所配置的光纤中的第一部分和将与接收的、从光纤返回的光相混合的第二部分。第一部分通过脉冲形成单元14，该脉冲形成单元14产生具有所期望的重复频率、脉冲持续时间和功率的光学探查脉冲，以适合于探查所配置的光纤，从而获得布里渊反向散射。在该实例中，脉冲形成单元14包括两个脉冲发生器/门，其间具有放大器；然而能够使用光学部件的任何所需的组合来产生所需的输出。然后，将频率为f0的脉冲发送到光学循环器16，光学循环器16具有连接到所配置的光纤18的第一端口16a。从而，可以将脉冲发射到光纤18中。虽然光学循环器是优选的器件，但是也可以使用能够实现期望功能的其它装置，例如功率分配器或有源器件(例如，声光偏转器)。
光学循环器16的第二端口16b连接到光束组合器20(诸如3dB光纤分束器)，还连接该光束组合器20以从分束器12接收来自光源10的光束的第二部分。将光束组合器20的输出布置为用于将光引导到光探测器22上，光探测器22例如是快速光电二极管。
因此，在使用中，光源10产生了被分成两部分的输出光束。第一部分通过脉冲形成单元14，以形成探查脉冲，经由光学循环器16的第一端口16a将该探查脉冲发射到光纤18中。每个脉冲沿光纤18的长度传播，在传播期间从光纤18的每个部分产生布里渊反向散射。反向散射返回到光纤的发射端，在第一端口16a处由光学循环器16接收该反向散射，并且从第二端口16b引出该反向散射，并将该反向散射引入到光束组合器20中。可选地，在接收的反向散射到达光束组合器20之前，放大所接收的反向散射。在光束组合器20中，接收的布里渊反向散射与来自光源10的频率为f0的输出光束的第二部分相混合。布里渊反向散射包括至少一个处于布里渊散射频率fB(t)的布里渊散射谱线，其中时间变化源自从光纤18返回的光的时间-距离对应关系以及随沿光纤的位置的布里渊散射频移的变化(光纤的不同部分的温度、应变等不同)。将混合光引导到光探测器22上，该光探测器22具有表示入射于其上的光的电输出。因此混合产生了电信号，该电信号是差频为Δfi(t)＝fB(t)-f0的中频信号。这被称为第一信号，其包含关于布里渊散射频率和光纤产生的布里渊散射频移的信息，因此第一信号表示fB(t)。例如，对于产生对应于波长1550nm的频率f0的输出光束的光源10而言，该差频将为11GHz左右。
虽然在该实例中，将所接收的布里渊散射光与来自光源10的频率为f0的光混合以产生第一信号，但是也可以使用独立光源，同样产生频率为f0的光，或者产生不同光频率fL的光。如果使用独立光源，则可以对产生光探查脉冲的第一光源的输出进行调制以产生调制边带，并且用于产生要与所接收的布里渊散射光混合的频率为f0或fL的光的第二光源被注入锁定到调制边带之一。在每种情形中，效果是相同的：两个光信号的混合产生频率比所述光信号频率低的电信号。优选地，将f0和fL选择成使得第一信号的频率小于约100GHz，即，第一信号处于微波域。
返回图1，光探测器22的输出连接到混合器24。还连接到混合器24的是电学本地振荡器26。本地振荡器26被编程以产生频率为f1(t)的信号，该信号与先前从光纤18产生和测量的布里渊散射频移fB(t)-f0以同样的方式随时间变化。因此，被称为第二信号的该信号沿光纤18的长度跟踪布里渊散射频移。在该实例中，本地振荡器26是经由数模转换器28连接到存储器阵列30的压控振荡器，存储器阵列30中存储了描述先前测量的布里渊散射频移的信息。时钟32连接到存储器阵列30和数模转换器28，从而读出存储器阵列30存储的信息并传递到本地振荡器26，使得第二信号与用于正确跟踪布里渊散射频移的第一信号同步。适当的本地振荡器的实例为可快速调谐的压控振荡器，例如Hittite HMC588LC4B，其调谐范围为8.0GHz到12.5GHz，调谐带宽为65MHz，可快速调谐的压控振荡器快到足以沿着光纤用优于0.6m的空间分辨率来跟踪布里渊散射频率的变化。然而，作为替代，也可以使用其他振荡器和方法来将关于先前测得的频移的信息应用于振荡器以产生第二信号的跟踪。
在从光探测器22接收到第一信号并从本地振荡器26接收到第二信号时，混合器24产生具有时变差频ΔF(t)＝fB(t)-f1(t)的差频信号。因为将频率为f1(t)的第二信号设置成沿光纤长度跟踪布里渊散射频率，根据较早的测量，差频ΔF(t)具有标称恒定值，该标称恒定值对应于当前测量的布里渊散射频移与先前的频移匹配的情况，其中在两次测量时间之间未发生作用于光纤18并导致布里渊散射频移的物理参数扰动。当在沿光纤的对应点处布里渊散射频移有变化时，发生偏离标称恒定值的变化。
一旦在混合器24中产生了差频信号，就采集该差频信号并对其加以处理，以确定与沿光纤的布里渊散射频移有关的性质，例如布里渊散射线的强度、频率和线宽。通过这些性质，可以利用预先确立的布里渊散射性质和参数之间的校准关系来计算物理参数值，例如温度、应变和压力，以实现沿光纤长度的一个或多个参数的分布式测量。
在图1的实施例中，利用若干平行频道来实现差频信号的采集以供后续处理。将差频信号传递到带通滤波器34，以在被分成多个平行通道36之前消除采集系统带宽之外的任何频率成分，其中各个平行通道覆盖单独但相邻的频带。于是，按照频率划分差频信号中的电能，这样能够执行实时频率测定。在图1中，示出了N个通道(通道136a、……、通道i36b、……、通道N36c)。例如，可以使用八个通道(N＝8)，但其他数量的通道可能是优选的。对于八个通道而言，每个通道的中心频率可以间隔大约10-15MHz。
这样，图1的设备还包括信号分配器35，用于在N个通道之间分配带通滤波器34的输出。于是，每个通道i包括次级混合器38，其接收来自信号分配器35的输入信号以及来自次级电学本地振荡器40的信号。将每个本地振荡器40设置为不同的频率，使得每个通道中的混合过程选择用于该通道的相关频带。然后，在所得的差频信号被微波探测器44探测之前，通过放大器42传递所得的差频信号。进一步在放大器46中放大探测器44的输出，利用模数转换器48对放大后的信号进行采样和数字化。将转换器48产生的数字化样本存储在存储单元50中，其中每个通道36具有其自己的存储单元。变换器48的输出是一系列波形，其定义了在相对于初级电学本地振荡器26的频率的各个偏移频率处的光功率的量。存储单元50共同构成存储器阵列。
存储器阵列将数字化样本传送到处理器52，处理器52用于执行利用样本确定布里渊反向散射的期望性质(强度、频率、线宽等)所需的信号处理，并可能进一步利用这些性质来确定作用于光纤18的一个或多个物理参数的值(温度、压力、应变等)。
模数转换器48还连接到时钟32，时钟32连接到应用于初级本地振荡器26的存储器阵列30。由此，使来自本地振荡器26的第二信号与数据采集同步，从而维持频率跟踪。
一般地，图1(以及下文所述的其他实施例)的设备的第一次使用或测量周期是要获得学习测量或校准测量，这给出了定义布里渊散射频移的、用于产生跟踪信号的信息。这要求该设备工作在常规方式，以采集沿光纤长度的布里渊散射谱的详细全图。为此，在每个个体探查脉冲期间，将初级本地振荡器26的频率保持恒定，但在脉冲之间在布里渊反向散射的整个相关频率范围上对初级本地振荡器26的频率进行扫描。然后对所得信号进行适当采集和处理，以给出与沿光纤的位置和频率偏移(相对于初始脉冲频率f0的布里渊散射频移)两者相关的布里渊散射强度的三维全图。然后，进一步的处理(例如，将沿光纤的每个点的数据拟合到洛伦兹谱形)针对沿光纤的所有位置确定布里渊散射峰值频率。然后，将该信息存储在存储器阵列30中，以供该设备的后续操作使用。
换言之，在后续测量周期期间，将存储器阵列30中存储的数据应用于初级本地振荡器26以产生频率为f1(t)的第二信号，从而沿光纤跟踪所接收的布里渊散射光。于是，在将探查脉冲沿光纤18发射下去之后，以选定的速率依次将存储器阵列30中的数据读出并施加给本地振荡器26，其中所选定的速率与距返回当前反向散射的光纤处的距离相匹配；这个过程是由时钟32控制的。例如，如果要以2m的空间分辨率对光纤采样，至少需要每隔20ns从存储器阵列30读出一个存储器位置。优选地，以一定格式在存储器阵列中存储数据，该格式可用于直接对数模转换器28编程，以产生依赖于时间的波形，从而调谐用作初级本地振荡器26的压控振荡器。结果，压控振荡器26可以将频率为f1(t)的第二信号安排到相对于平行测量通道36的预定位置上。
如上所述，预计从长期上看(从一个测量周期到下一个测量周期)布里渊散射频率和频移会发生变化，这是因为在光纤18的环境中会发生物理变化。于是，从初始学习测量导出的第二信号将开始较不精确地跟踪布里渊散射频率。为了解决这个问题，更新存储器阵列30中的信息以保持第二信号的跟踪能力。
可以通过将从当前测量周期新获得的频率数据与存储器阵列30中存储的信息加以比较并针对光纤上的每个点确定差异δ来实现这一目的。对于δ不为零的那些位置，可以用新值替换存储器阵列中的现有值。然后，接下来的测量周期将比如果未进行更新的情况下具有更精确的跟踪。如果测量周期之间的变化是微小的，那么可以针对每个测量周期进行更新，或更加定期地进行更新，或者仅在探测到显著变化时进行更新。而且，可以在其他值之间进行用于确定更新值δ的比较(如果存储器阵列30中存储的信息与上述实例不同，那么可能需要这种处理)，例如在差频的当前值与其标称恒定值之间进行比较。
根据本发明跟踪布里渊散射频移的目的是产生标称恒定且大致已知的差频，从而对于沿光纤的每个点无需考虑宽的频率范围。相反，对于沿光纤的每个点仅需要考虑所预料的、差频所在的小频率窗口。与针对每个位置扫描整个可能频率范围的常规方法相比，这大大减少了测量时间并降低了复杂性。
因此，就此而言，可以假设：所考虑的物理参数的任何变化相对于在学习测量中记录的变化不会超过特定水平。这为所接收的布里渊反向散射与跟踪信号之间的频差赋予了对应的最大尺寸，因此这为差频相对于其标称恒定值的变化赋予了最大尺寸。于是，在配置该设备以采集和处理差频时，可以参考所预料的最大尺寸来设置要监测的频率带宽。为了实现该目的，优选将测量系统的频率带宽选择为使其覆盖所预料峰值的两侧直到充分低的水平，使得首先可以通过测量来确定峰值本身，第二可以适应跟踪中的频率变化。
然而，可能存在如下情形，即，光纤的一部分受到影响，造成参数变化如此大，从而使得差频在测量带宽之外。在这种情况下，将不可能利用所获得的测量为光纤的该部分确定布里渊散射频移的性质以及基本的物理参数。
然而，可以容易地解决这个问题。差频具有洛伦兹线型，该洛伦兹线型从中央峰值缓慢下降。因此，即使失去了峰值，也有可能差频频谱的至少一部分将落在测量带宽之内。通过考虑在整个测量窗口上所俘获频谱部分的斜率，可以判断峰值是位于高频一侧还是低频一侧。可以使用关于差频的该信息来沿适当的方向调节跟踪信号的频率，以更好地匹配特定光纤位置处的布里渊散射频移，从而使该点的差频在测量带宽之内，以便在整个光纤长度上进行后续测量。如果在学习测量期间布里渊散射线相对于其位置偏移非常远，可能需要进行一次以上的调节。此外，差频峰值可能落在测量窗口之外很远，使得不能确定跟踪频率中所需变化的方向。不是进行随机选择，而是优选在可能频率的整个范围上简单扫描测量值以定位差频。仅需要针对沿光纤的特定点这样做，沿光纤其他地方的采集不受影响。因此，测量时间的增加仅是微小的，总时间仍然远小于针对沿光纤的每个点扫描整个频率范围的常规方法。
第二示例性实施例
图2示出了根据本发明的设备的第二实施例的示意图。与图1相比，类似部件使用了类似的附图标记。
第二实施例采用与图1相同的装置，利用光源10产生探查脉冲并将其发送到光纤18中，对光源10的输出进行门控和放大，以产生脉冲并经由循环器16将脉冲发送到光纤18中。同样，在光纤端部接收返回的布里渊散射光并由循环器将其传递到光束组合器20。
而且，采集部件和处理部件与图1中的相同。在将差频信号ΔF(t)在多个平行频率通道36之间进行划分之前，通过带通滤波器34传递该差频信号ΔF(t)，所述多个平行频率通道36产生数字化样本，从存储器单元50的阵列将数字化样本传送到处理器52。
再次与图1相同，处理器52还连接到存储器阵列30，存储器阵列30存储在先前测量周期期间由光纤18产生的布里渊散射频移值的信息。使用该信息对压控振荡器26进行编程。而且，时钟32将频率测量通道与存储器阵列30和数模转换器28连接起来，以保持跟踪信号与所接收的布里渊散射光同步。
第二实施例与第一实施例的不同之处在于获得差频ΔF(t)的方式。如上所述，在第一实施例中，混合第一信号和第二信号以产生处于ΔF(t)的差频信号是以电学方式进行的。频率为f1(t)的第二信号是电学本地振荡器的直接输出，而表示布里渊散射频率fB(t)的第一信号是通过在光探测器中对处于fB(t)的布里渊散射光与频率为fL(其中fL可以等于f0)的另一光信号进行差频混合以产生频率在微波范围中的电输出来获得的。
相反，在第二实施例中，混合第一信号和第二信号是以光学方式进行的。表示fB(t)的第一信号是光纤18的直接输出，即，接收到的处于fB(t)的布里渊散射光。第二信号也是光信号，将存储器阵列30编程的电学本地振荡器26的输出施加到可调谐光源以给出可变频率光输出f1(t)，该光输出f1(t)具有与从先前测量周期发生的布里渊散射频移匹配所需的频率变化，从而获得该第二信号。然后，将第一信号和第二信号混合到一起以产生适当形式的期望差频信号，供该设备的采集部件处理。
在图2的实例中，分束器12同样位于光源10的输出光束中。相反，将不用于探查脉冲的输出光束的一部分引导到移频器54。移频器54被施加了电学本地振荡器26的输出，从而移频器54的输出，即第二信号是具有必要的、频率随时间变化的光信号，这与存储器阵列30中存储的先前记录的布里渊散射频移一样。
然后，利用光束组合器20和混合器24将第一信号和第二信号混合在一起，其中混合器24包括用于接收光束组合器20的输出的光探测器。在将光探测器24的电输出传递到带通滤波器34并接下来分配给采集频率通道36之前(如参考图1所述)，在放大器33中放大该电输出(这是任选的)。
可以采用任何适当的用于产生频率为f1(t)的适当变化的光信号的方法。例如，移频器54可以包括电光调制器，作为由来自本地振荡器26的微波频率信号驱动的调相器或调幅器而工作。在任一种情况下，在调制器输出中产生至少一个边带，通过改变所施加的微波频率，可以调节边带的频率并将其用作第二信号。或者，可以使用单独的光源，而不是直接从光源10的处于f0的输出中得到第二信号。如刚刚描述的那样，调制主光源10的输出，不过将第二光源注入锁定到调制器输出，并将该光源的输出用作第二信号。这种方式实现了对第二信号强度和频率的独立控制[6]。然而，对于注入锁定实施例而言，两个光源哪个为主哪个为从并不重要。因此，作为另一备选方案，可以将用于产生探查脉冲的光源10注入锁定到用于产生第二信号的单独调制光源。
光频偏移提供的优点在于：来自光探测器24的电频率处于比布里渊散射频移更低的频率处，这减小了噪声并允许采用更低成本的采集设备。更平坦的频率响应也是可能的。此外，因为一旦完成了初始学习测量就仅使用采集设备中的电频谱很窄的部分，因此使电(微波)分量传输的变化对布里渊散射测量的影响最小化，这样提高了测量的精度。
可以应用在光频混合实施例中的另一备选方案是在光探测器24与带宽滤波器34之间加入另一混合器，加上产生恒定频率的信号的另一电学本地振荡器。在混合器中将该信号与来自光探测器的差频信号ΔF(t)混合，以产生另一差频信号ΔF2(t)，所述另一差频信号ΔF2(t)具有标称恒定但比ΔF(t)低的频率。这种频率的降低减小了噪声和部件成本。
第三示例性实施例
参考第一示例性实施例和第二示例性实施例描述的频率通道采集方法的备选方案是全数字采集方法，该方法采用模数转换器以足以执行频率分析的速率采集差频信号。可以将这种方法应用于第一示例性实施例的电混合技术或应用于第二示例性实施例的光混合方法。
图3示出了使用全数字采集的设备的示意图，出于示例的目的，仅结合图1的电频率混合方法对其加以描述(全数字采集同样适用于其他电混合装置和适用于包括图2所示方式的光混合)。因此，图3示出了很多与图1共同的特征，包括脉冲产生和发射部件、光探测器22中的中间差频混合以及混合器24中的电差频混合，其中所述混合器24从由时钟控制的存储器阵列30和数模转换器28控制的电学本地振荡器26接收第二信号(跟踪信号)。
然而，在该实例中，将混合器24的差频为ΔF(t)的标称恒定输出传送到次级电混合器60。次级电混合器60也从次级本地振荡器62接收恒定频率信号，因此该恒定频率信号与差频信号ΔF(t)混合。在通过带通滤波器66和另一放大器68传递所得的次级差频信号之前，在放大器64中对该次级差频信号进行放大。差频信号的混合和滤波旨在使频率处于适于模数转换的范围内(注意，如果降低的频率对探测设备是有益的，那么也可以将信号探测之前用于下变频的该次级混频与通道探测装置一起使用)。通过将修改的差频信号传递到快速模数转换器70来执行该转换，其中适当选择转换器使其适于对修改的差频信号进行采样。例如，以每秒250兆个样本工作的转换器可以接受频率在0-100MHz范围内的修改差频信号。至少是输入信号频率的预计最高值两倍的采样速率对实现准确确定布里渊散射性质而言是有用的。因此，可以将次级混合器60进行的修改用来降低差频信号的频率并使其更容易被转换器70管理。
转换器70以快的速率采集数据并产生样本。样本的时间间距(由转换器的采样速率决定)可以对应于沿光纤的期望空间分辨率。或者，可以将样本分成组，其中每组的时长是确定空间分辨率的时间窗口，对窗口之内的所有样本一起处理，以针对光纤的对应部分给出布里渊散射特征值。例如，如果需要10m的空间分辨率，则对应于100ns的采集时间，可以针对光纤的每段采集25个样本(假设采样速率为每秒250兆个样本)。然后在存储器72中存储这些样本并将其传送到用于数据处理的处理器52，以确定布里渊散射性质并还可能确定物理参数。该处理例如可以包括数据的傅里叶变换以及拟合到功率谱，但可以使用任何适当的数据处理技术。
同前述实施例一样，为了更新跟踪操作，将处理器连接到用于对本地振荡器26进行编程的存储器阵列30。而且，利用时钟32对用于样本采集的模数转换器70与存储器阵列30和控制本地振荡器26的数模转换器28一起定时，以确保跟踪保持与所接收的布里渊散射光同步。
其他实施例
本发明并不局限于参照图1、图2和图3所描述的实施例。可以使用任何方案：其中，将从所接收的布里渊散射线的频率导出的并因此表示该频率的信号(第一信号)与从较早测量周期中测量的布里渊散射线的频率导出的并因此表示该频率的信号(第二信号)混合。可以用光学或电学方式混合各种信号，通过在外差作用之前进行和频或差频混合，可以将所述各种信号偏移到其他频率范围(例如从光学频率到微波频率)。如果需要使所产生的差频信号在特定的频率范围内或在所选采集技术所用的范围内，可以在外差作用之后进行进一步的频移。根据需要，还可以包括各种滤波和/或放大级(光学和电学)。此外，可以使用除本文所述的平行通道方式和全数字方式之外的采集技术和频率确定方法。
对于任一实施例，可以执行多个测量周期，即对于多个探查脉冲重复测量过程(使用先前测量的结果对跟踪进行或不进行更新)，以及对所确定的布里渊散射性质和/或物理参数进行平均，以便获得性质和/或参数的改善确定。
参考文献
[1]H.H.Kee，G.P.Lees and TP.Newson，＂All-fiber system for simultaneousinterrogation of distributed strain and temperature sensing by spontaneousBrillouin scattering＂，Optics Letters，2000，25(10)，pp 695-697.
[2]WO 2005/106396.
[3]T.Parker et al，＂S imultaneous distributed measurement of strain andtemperature from noise-initiated Brillouin scattering in optical fibers＂，IEEE Journal of Quantum Electronics，1998，34(4)，pp 645-659.
[4]S.M.Maugham，H.H.Kee，and T.P Newson，＂A calibrated 27-km distributedfiber temperature sensor based on microwave heterodyne detection ofspontaneous Brillouin backscattered power＂，IEEE Photonics TechnologyLetters，2001，13(5)，pp 511-513.
[5]M.N.Alahbabi et al，＂High spatial resolution microwave detection systemfor Brillouin-based distributed temperature and strain sensors＂MeasurementScience & Technology，2004，15(8)，pp 1539-1543.
[6]L.Thevenaz et al.，“Novel schemes for optical signal generation using laserinjection locking with application to Brillouin sensing”，MeasurementScience & Technology，2004，15，pp 1519-24.

Claims (35)

1、一种用于测量来自光纤的布里渊反向散射的方法，包括：
将频率为f0的相干光探查脉冲发射到光纤中；
接收来自所述光纤的反向散射光，所述反向散射光包括至少一个因布里渊散射频移而从f0偏移到频率fB(t)的布里渊散射谱线，所述布里渊散射谱线随时间/沿所述光纤的距离而变化；
产生表示fB(t)的第一信号；
利用定义先前测量的布里渊散射频移的信息产生频率为f1(t)的第二信号，所述第二信号与先前从所述光纤测量的布里渊散射频移fB(t)-f0以相同方式随时间变化；
混合所述第一信号和所述第二信号以产生差频为ΔF(t)＝fB(t)-f1(t)的差频信号，其中ΔF(t)相对时间而言具有标称恒定值，该标称恒定值对应于所接收的反向散射光具有与所述先前测量的布里渊散射频移匹配的布里渊散射频移；
采集所述差频信号；以及
处理所述差频信号以确定所接收的反向散射光的所述布里渊散射谱线的一个或多个性质。
2、根据权利要求1所述的方法，还包括：利用与通过处理所述差频信号所确定的所述布里渊散射谱线有关的信息来对定义所述先前测量的布里渊散射频移的所述信息进行更新，由此更新所述第二信号的所述频率f1(t)。
3、根据权利要求2所述的方法，还包括：
针对一个或多个t值，确定通过混合所述第一信号和第二信号获得的所述差频ΔF(t)的实际值与所述标称值ΔF(t)之间的差异δ；以及
利用这样确定的δ值来对定义所述先前测量的布里渊散射频移的所述信息进行更新，由此更新所述第二信号的所述频率f1(t)。
4、根据权利要求1所述的方法，其中：
产生表示fB(t)的所述第一信号的步骤包括：产生频率为fL的相干光并将其引导到光探测器上；将所接收的反向散射光引导到所述光探测器上以便与频率为fL的所述相干光混合，并产生差频为Δfi(t)＝fB(t)-fL的中间信号；以及将所述光探测器的频率为Δfi(t)的电输出用作所述第一信号；
产生所述第二信号的步骤包括：将定义所述先前测量的布里渊散射频移的所述信息应用于电振荡器，以产生频率为f1(t)的电信号；以及
混合所述第一信号和所述第二信号以产生差频信号的步骤包括：将所述光探测器的所述电输出与来自所述电振荡器的所述电信号混合，以产生差频为ΔF(t)的电信号。
5、根据权利要求4所述的方法，其中所述差频Δfi(t)小于100GHz。
6、根据权利要求4所述的方法，其中f0＝fL。
7、根据权利要求6所述的方法，包括：使用单个光源来产生频率为fL的所述相干光和发射到所述光纤中的频率为f0的所述探查脉冲。
8、根据权利要求4所述的方法，其中通过如下步骤产生频率为fL的所述相干光：
调制用于产生发射到所述光纤中的所述探查脉冲的光源的输出，从而产生调制边带；
将第二光源注入锁定到所述调制边带之一；以及
将所述第二光源的输出用作频率为fL的所述相干光。
9、根据权利要求1所述的方法，其中：
产生表示fB(t)的所述第一信号的步骤包括：获取所接收的反向散射光；
产生所述第二信号的步骤包括：将定义所述先前测量的布里渊散射频移的所述信息应用于可调谐光源，以产生频率为f1(t)的相干光信号；以及
混合所述第一信号和所述第二信号以产生差频信号的步骤包括：将所接收的反向散射光引导到光探测器上并将所述相干光信号引导到同一光探测器上，以产生差频为ΔF(t)的电信号。
10、根据权利要求9所述的方法，还包括：在处理所述差频信号之前，将来自所述光探测器的差频为ΔF(t)的所述电信号与来自电学本地振荡器的具有恒定频率fC的输出进行混合，以将所述差频ΔF(t)降低到更低频率ΔF2(t)。
11、根据权利要求9所述的方法，其中：
调制用于产生频率为f1(t)的所述相干光信号的所述可调谐光源以及用于产生发射到所述光纤中的所述探查脉冲的光源之一的输出，以产生调制边带；
将所述可调谐光源和所述光源中的另一个注入锁定到所述调制边带之一；以及
利用定义所述先前测量的布里渊散射频移的所述信息来控制所述调制的频率，以产生频率为f1(t)的所述相干光信号。
12、根据权利要求1所述的方法，其中：
采集所述差频信号的步骤包括：对所述差频信号进行数字化以获得所述差频信号的多个样本；以及
处理所述差频信号的步骤包括：对所述样本进行数字信号处理。
13、根据权利要求12所述的方法，其中利用至少为ΔF(t)的预计最大值两倍的采样速率来对所述差频信号进行数字化。
14、根据权利要求1所述的方法，其中：
采集所述差频信号的步骤包括：
将所述差频信号分成多个通道，每个通道覆盖单独的频带；
逐个探测所述差频信号在每个通道中的部分；以及
对所述差频信号的每个探测到的部分进行数字化以获得每个通道的多个样本；以及
处理所述差频信号的步骤包括：相对于时间对来自每个通道的所述样本进行数字信号处理，以确定所述布里渊散射谱线的一个或多个性质。
15、根据权利要求1所述的方法，其中：
采集所述差频信号的步骤包括：
将所述差频信号传递通过将频率转换成电压的电路；以及
对所述电压进行数字化；以及
处理所述差频信号的步骤包括：缩放所述数字化的电压以提供所述布里渊散射频移的量度。
16、根据权利要求1所述的方法，其中：利用所述差频信号确定的所述布里渊散射谱线的所述一个或多个性质包括如下各项中的至少一项：布里渊散射频率fB(t)；所述布里渊散射谱线的强度；以及所述布里渊散射谱线的线宽。
17、根据权利要求1所述的方法，还包括：利用所述布里渊散射谱线的所述一个或多个确定的性质来计算作用于所述光纤的一个或多个物理参数的值，并将时间转换成沿所述光纤的距离，以获得在所述光纤的长度上所述一个或多个物理参数的分布的指示。
18、根据权利要求1所述的方法，还包括：针对另外的连续探查脉冲，重复所述方法，并在多个探查脉冲上进行平均，以便更精确地确定所述布里渊散射谱线的所述一个或多个性质和/或所述一个或多个物理参数。
19、根据权利要求1所述的方法，还包括：在将探查脉冲发射到所述光纤中之前，通过如下步骤来测量由所述光纤产生的所述布里渊散射频移以获得定义所述布里渊散射频移的信息：
a)将频率为f0的相干光探查脉冲发射到所述光纤中；
b)从所述光纤接收反向散射光，所述反向散射光包括因布里渊散射频移而从f0偏移到频率fB(t)的至少一个布里渊散射谱线；
c)产生表示fB(t)的初始信号；
d)至少在从所述光纤的最远部分接收到反向散射光所花的时间内产生处于恒定频率fC的另一信号；
e)混合所述初始信号和所述另一信号以产生差频为ΔFi(t)＝fB(t)-fC的差频信号；
f)采集所述差频信号ΔFi(t)；
g)针对在用于采集所述差频信号的设备带宽之内产生差频信号的fC的可能值范围上的多个fC值，重复步骤a)到f)；
h)处理所采集的差频信号，以确定所述布里渊散射频移随时间/沿光纤的距离的分布；以及
i)存储定义所确定的布里渊散射频移的信息，以用于产生频率为f1(t)的所述第二信号。
20、一种用于测量来自光纤的布里渊反向散射的设备，包括：
光源，用于产生具有频率f0的相干光探查脉冲并且将所述探查脉冲发射到光纤中；
反向散射接收部件，用于从所述光纤接收反向散射光并由此产生表示fB(t)的第一信号，其中所述反向散射光包括因布里渊散射频移而从f0偏移到频率fB(t)的至少一个布里渊散射谱线；
可编程本地振荡器；
存储器阵列，用于存储定义先前从所述光纤测量的布里渊散射频移fB(t)-f0的信息，所述存储器阵列连接到所述可编程本地振荡器，从而所存储的信息能够使得所述可编程本地振荡器产生第二信号，所述第二信号的频率f1(t)与所述先前测量的布里渊散射频移以相同方式随时间变化；
混频器，用于接收和混合所述第一信号和所述第二信号以产生差频为ΔF(t)＝fB(t)-f1(t)的差频信号，其中ΔF(t)相对时间而言具有标称恒定值，该标称恒定值对应于所接收的反向散射光具有与所述先前测量的布里渊散射频移匹配的布里渊散射频移；
采集系统，用于从所述混频器接收所述差频信号并记录所述差频信号；以及
处理器，用于处理所记录的差频信号以确定所接收的反向散射光的所述布里渊散射谱线的一个或多个性质。
21、根据权利要求20所述的设备，其中所述处理器还用于：利用与通过处理所述差频信号所确定的所述布里渊散射谱线有关的信息来对定义所述先前测量的布里渊散射频移的所述信息进行更新，由此更新所述第二信号的所述频率f1(t)。
22、根据权利要求21所述的设备，其中所述处理器还用于：针对一个或多个t值，确定通过混合所述第一信号和第二信号获得的所述差频ΔF(t)的实际值与所述标称值ΔF(t)之间的差异δ；以及利用δ值来对存储在所述存储器阵列中的、定义所述先前测量的布里渊散射频移的信息进行更新，由此更新由所述可编程本地振荡器产生的所述频率f1(t)。
23、根据权利要求20所述的设备，其中：
所述反向散射接收部件包括：
光源，用于产生频率为fL的相干光；以及
光探测器，用于接收频率为fL的所述相干光和所接收的反向散射光，使得所述相干光和所述反向散射光经过混频，并且用于产生中间差频为Δfi(t)＝fB(t)-fL的电输出，所述电输出包括所述第一信号；
所述可编程本地振荡器包括用于产生频率为f1(t)的电信号的电振荡器，所述电信号包括所述第二信号；并且
所述混频器用于进行电信号的差频混合并产生差频为ΔF(t)的电信号。
24、根据权利要求23所述的设备，其中选择所述频率fL以给出小于100GHz的中间差频Δfi(t)。
25、根据权利要求23所述的设备，其中f0＝fL。
26、根据权利要求25所述的设备，其中用于产生探查脉冲的光源和用于产生频率为fL的相干光的光源是同一光源。
27、根据权利要求23所述的设备，其中将用于产生频率为fL的相干光的所述光源注入锁定到用于产生探查脉冲的所述光源的调制输出的调制边带。
28、根据权利要求20所述的设备，其中：
所述反向散射接收部件包括用于从所述光纤接收反向散射光并对其进行引导以使得所述第一信号包括所述反向散射光的部件；
所述可编程本地振荡器包括用于产生频率为f1(t)的光信号的可调谐光源，所述光信号包括所述第二信号；并且
所述混频器包括光探测器，所述光探测器用于接收和混合所述反向散射光和所述光信号并产生差频为ΔF(t)的电信号。
29、根据权利要求28所述的设备，还包括：
次级电学本地振荡器，用于产生具有恒定频率fC的输出；以及
次级混频器，用于接收所述次级电学本地振荡器的输出并将所述次级电学本地振荡器的输出与来自所述光探测器的差频为ΔF(t)的电信号混合，以在所述采集系统接收所述差频信号之前将所述差频ΔF(t)降低到较低频率ΔF2(t)。
30、根据权利要求28所述的设备，其中：
调制用于产生频率为f1(t)的所述光信号的所述可调谐光源以及用于产生探查脉冲的所述光源之一的输出，以产生调制边带；
将所述可调谐光源和所述光源的另一个注入锁定到所述调制边带之一；以及
利用所述存储器阵列中存储的定义所述先前测量的布里渊散射频移的信息来控制所述调制的频率，以产生频率为f1(t)的所述光信号。
31、根据权利要求20所述的设备，其中：
所述采集系统包括模数转换器和存储器阵列，所述模数转换器用于对所接收的差频信号进行数字化以产生所述差频信号的多个样本，所述存储器阵列记录所述样本；并且
所述处理器用于对所述样本进行数字信号处理。
32、根据权利要求31所述的设备，其中所述模数转换器用于以至少为ΔF(t)的预计最大值两倍的采样速率对所接收的差频信号进行数字化。
33、根据权利要求20所述的设备，其中：
所述采集系统包括：
多个平行的频率通道，每个通道覆盖单独的频带且每个通道包括：
具有相关联的电学本地振荡器的电学混频器，其中每个电学本地振荡器产生不同频率的信号，使得所述电学混频器充当界定每个通道的频带的滤波器；
探测器，用于探测所述电学混频器的输出；
模数转换器，用于对所述探测器的所述输出进行数字化以产生多个样本；以及
记录所述样本的存储器；以及
信号分配器，用于划分从所述混频器接收的所述差频信号并在所述通道之间分配所述差频信号；并且
其中所述处理器用于相对于时间对来自每个通道的所述样本进行数字信号处理，以确定所述布里渊散射谱线的一个或多个性质。
34、根据权利要求20所述的设备，其中利用所述差频信号确定的所述布里渊散射谱线的所述一个或多个性质包括如下各项中的至少一项：布里渊散射频率fB(t)；所述布里渊散射谱线的强度；以及所述布里渊散射谱线的线宽。
35、根据权利要求20所述的设备，其中所述处理器还用于：利用所述布里渊散射谱线的所述一个或多个确定的性质来计算作用于所述光纤的一个或多个物理参数的值，并将时间转换成沿所述光纤的距离，以获得在所述光纤的长度上所述一个或多个物理参数的分布的指示。
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