CN102695946B - 信号处理 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了用于对从光学传感器返回的光脉冲进行处理的方法和装置。其中将光脉冲施加给两个干涉仪布置，第一干涉仪简单地布置成将两个脉冲叠加并且检测第一生成值，并且另一个干涉仪布置成在将这两个脉冲叠加以便检测第二生成值以前施加大约π/2的相对相移。相对相移是通过移动这两个脉冲其中一个或两个的相位而施加的。将第一生成值和第二生成值进行相除以获得代表传感器状态的第三值。还描述了使用这种装置来处理返回脉冲的地震传感器阵列。

Description

信号处理
技术领域
本发明涉及信号处理，具体地说，涉及一系列信号脉冲中的多个脉冲之间的相位差测量，以及寻找从传感器阵列中的多个传感器返回的信号的处理中的效用。
具体地说，本发明可在地震感应阵列中应用，地震感应阵列使用在某一区域内的多个已知位置布置的多个地震传感器来检测来自地下岩层的反射地震波，以便产生地下结构的图像。
背景技术
纤维光学传感器阵列是大家知道的，其中每个传感器包括光纤的线圈D(图1A中示意性示出)，镜子在线圈的每个端部与光纤联接。将光脉冲P(图1B)施加至光纤F的输入端，然后该单个输入脉冲P沿光纤F传播，在镜子M1和M2上反射，致使在光纤的输入端产生一对回程脉冲R1和R2，每个镜子产生一个脉冲。返回的第一脉冲R1来自传感器线圈D和输入端I/O之间的镜子M1，并且是从输入端传播到该第一镜子并返回的光线。返回的第二脉冲R2来自传感器线圈D更远处(从输入端看时)的镜子M2，并且是从输入端I/O传播经过传感器线圈D，到达该第二镜子M2，返回经过传感器线圈D，然后到达输入端I/O的光线。
已经开发出探测这种纤维光学传感器阵列的技术，在这种技术中，将具有类似波长但是在光学频率上稍稍不同的两个光脉冲P1和P2(图1C)输入到传感器阵列内，将脉冲之间的间隔布置成便于第一脉冲P1在镜子M2上的反射脉冲-回程脉冲R1M2与第二输入脉冲P2在镜子M1上的反射脉冲-回程脉冲R2M1同时回到输入端I/O，并且叠加在回程脉冲R2M1上。通过使脉冲P1和P2具有不同频率f1和f2，所叠加的脉冲表现干涉拍频f2-f1。返回拍音相对于所施加的光学差音的相位表示，当信号脉冲P1穿过传感器线圈D两次而形成回程脉冲R1M2时，传感器线圈D对信号脉冲P1造成的延迟长度。因此，该相位延迟代表纤维光学延迟线圈D的长度。本领域技术人员将明白，为了准确确定相移，必须在一个完整的循环周期内观测拍音。
然而这项技术具有两个固有局限。第一，所得到相位差是整个差拍周期内相位差的平均值，而不是真正的瞬时测量值。第二，如果在测量期间相位差改变超过2π，那么称作“过量程”的情况发生，不能准确地重建传感器相位。
发明内容
本发明试图提供一种探测光学传感器或传感器阵列的方法，该方法提供每个传感器线圈的长度的瞬时测量。
瞬时测量技术相对于前面技术的优势是探测光学传感器所需的重复速率下降，因此通过使用时分复用技术，可以探测更多光学传感器。可选地，可以用较高频率探测类似数量的传感器(即在相同的时间间隔内更多次探测)。在光学传感器阵列中，这可能意味着能够在单根光纤中放置更多光学传感器并且能够由单个波长的光寻址这些更多光学传感器。于是对给定阵列中的传感器进行寻址所需的光纤总数可以显著减少。
根据本发明的第一方面，本发明提供了一种用于对来自光学传感器的第一光信号脉冲和第二光信号脉冲进行处理的装置，其包括：
第一干涉仪，在所述第一干涉仪中所述第一脉冲和所述第二脉冲叠加并且检测第一值；
用于施加所述第一脉冲和所述第二脉冲之间的相对相移的组件；
第二干涉仪，在所述第二干涉仪中经相对相移的脉冲叠加并且检测第二值；
用于用所述第二值除所述第一值以便产生第三值的组件；以及
用于根据所述第三值获得代表所述光学传感器的状态的数据的组件。
可以以多种方式施加相对相移。在第一可选中，向其中一个脉冲施加相移，而不对另一个进行处理。在第二可选中，向其中一个脉冲施加第一方向的相移，并且向另一个脉冲施加相反方向的相移。优选地，这两个相移具有相同的量值。在第三可选中，向两个脉冲施加相同方向的相移，但是这些相移将具有不同量值。
本发明的第二方面提供一种用于确定光学传感器中的光程长度的方法，在该方法中向传感器施加的探测光脉冲产生未被所述传感器改变的第一回程光脉冲和被传感器改变第二回程光脉冲，所述方法包括下列步骤：将所述第一回程光脉冲和所述第二回程光脉冲叠加并且检测该结果作为第一值；向所述第一回程光脉冲和所述第二回程光脉冲其中之一施加相移，以产生第三光脉冲；将所述第三光脉冲叠加在所述第一回程脉冲和所述第二回程脉冲其中另一个上并且检测该结果作为第二值；以及使用所述第一值和所述第二值来获得代表传感器的瞬时光程长度测量值的第三值。
在一个实施例中，除了向回程脉冲其中之一施加相移以外，向回程光脉冲中的另一个施加不同相移，两个经相移的光脉冲叠加并且检测该结果作为第二值。所述不同相移可以是在相反方向具有相同量值的相移，或者可以是在相同方向具有不同量值的相移。
本发明的第三方面提供一种地震感应阵列，包括多个光学传感器以及用于响应于输入脉冲对从传感器阵列的每个传感器返回的一系列光脉冲进行处理的装置，所述装置包括：
第一干涉仪，在所述第一干涉仪中第一脉冲和第二脉冲叠加并且检测第一值；
用于向所述第一脉冲和所述第二脉冲其中之一施加相移的组件；
第二干涉仪，在所述第二干涉仪中所述第一脉冲和所述第二脉冲中的另一个和经相移的脉冲叠加并且检测第二值；
用于用所述第二值除所述第一值以产生第三值的组件；以及
用于根据所述第三值获得代表所述光学传感器的状态的数据的组件。
本发明的另一方面提供一种用于响应于输入脉冲对从传感器阵列的多个传感器返回的一系列光脉冲进行处理的装置，所述装置包括：
第一干涉仪，在所述第一干涉仪中所述第一脉冲和所述第二脉冲叠加并且检测第一值；
用于在所述第一脉冲和所述第二脉冲之间施加相对相移的组件；
第二干涉仪，在所述第二干涉仪中经相对相移的第一脉冲和第二脉冲叠加并且检测第二值；
用于用所述第二值除所述第一值以产生第三值的组件；以及
用于根据所述第三值获得代表所述光学传感器的状态的数据的组件。
与前面类似，相对相移可以通过向其中一个脉冲施加相移来产生，或者可以通过向两个脉冲施加不同相移来产生。
可以预见本发明的各个实施例，在各个实施例中，向传感器施加的光脉冲包括两个不同波长的分量，并且所产生的回程脉冲包括每个波长的被解复用器分离的和叠加的分量。可以将向传感器施加的光脉冲的两个分量之间的波长差选择为任意值。在优选的实施例中，该波长差是50GHz。
通过向光的回程脉冲的两个或多个不同波长分量同时应用上述方法，从而获得两个或多个不同的“第三值”。可以对“第三值”进行计算，以便产生代表传感器状态的瞬时测量值。
附图说明
现在将对照附图详细地描述本发明的实施例，其中：
图1A到图1C是上面提到的关于现有技术的示意图；
图2是海底地震阵列的示意立体图；
图3是穿过光纤的两个不同波长的光的示意说明；
图4A示出在本发明实施例中向地震阵列施加的光脉冲之间的波长和时序关系；
图4B示出从地震阵列中的传感器返回的光脉冲之间的时序关系；
图4C示出根据本发明的一个实施例用于对返回的信号脉冲进行解码的布置；
图5示出根据本发明的第二实施例用于对返回的信号脉冲进行解码的布置；
图6示出根据本发明的第三实施例用于对返回的信号脉冲进行解码的另一布置；以及
图7示出根据本发明的第四实施例用于对返回的信号脉冲进行解码的布置。
具体实施方式
现在参考附图，图2是示出在海底部署的地震阵列的示意图。地震阵列1包括在海底以基本平行直线的形式放置的多条地震电缆2。沿每条电缆2每隔一定距离放置感应组件3。每个感应组件3包括加速度计和压力传感器，以检测海底中的地震震动以及海水中的声波。感应组件3通过地震电缆2内的光纤与操作系统4相连。在所示的实施例中，操作系统4安置在平台5上并且通过立管6连接，但是操作系统可以设置在例如船上，或者如果感兴趣的区域足够靠近海岸，那么可以设置在陆地上。操作系统4可以永久附接到地震阵列1的地震电缆2上。可选地，操作系统4可以可释放地连接到地震阵列1上，使得同一操作系统可以转移并且选择性地连接到多个不同地震阵列上。操作系统4提供被引导至感应组件3内的传感器的输入光脉冲，并且接收回程脉冲串并且使回程脉冲串关联，以提供与地震阵列1下面的岩层有关的地震数据。虽然所示出的实现是在海底部署的地震传感器阵列，但是本发明还可适用于在陆地部署的传感器阵列以及由水中的船只拖拽的阵列。
传感器组件中的每个传感器包括一卷光纤，该卷光纤布置成便于当传感器经历加速或压力变化时(例如当地震波影响传感器时)调整光纤长度。传感器是通过测量光纤的长度来探测的，并且所提供的技术试图提供一种测量光纤瞬时长度而不是测量一段时间间隔内光纤的平均长度的装置。
图3示意性示出了具有瞬时往返长度l(t)的传感器线圈光纤F。该线圈是通过施加两个不同波长λ1和λ2的光脉冲来探测的。形成该线圈的光纤的总长度l(t)可以表达为：
λ1xμλ1.x  (n+α/2∏)
其中，n是整数，α是瞬时相位角(以弧度为单位)，并且μλ1是光纤对于具有波长λ1的光的折射率。换句话说，形成该线圈的光纤的长度l(t)使得波长λ1的光的n个完整波长加上波长λ1的一部分α填满该线圈。
类似地，对于具有波长λ2的光来说，波长λ2的光的m个完整波长加上波长λ2的一部分β填满该线圈。因此，形成该线圈的光纤的长度l(t)可以用数学形式表达为：
λ2xμλ2x  (m+β/2∏)
其中，m是整数，β是瞬时相位角(以弧度为单位)，并且μλ2是光纤对于具有波长λ2的光的折射率。由于具有两种波长的光在同一线圈中存在，所以该线圈的长度l瞬时地随时间t改变如下：
l(t)＝μλ1.λ1.(n+α/2∏)＝μλ2.λ2.(m+β/2∏)
其中，0≤α＜2∏，0≤β＜2∏，μλ1和μλ2分别是光纤对于具有波长λ1和λ2的光的折射率。
现在如果选择波长λ1和λ2和传感器线圈的长度，使得在传感器的满刻度偏转时在传感器线圈中持有的波长λ2的全部波长数等于在传感器线圈中持有的波长λ1的全部波长数，那么在每个时刻，n等于m。于是通过在相同时刻测量α和β，能够使用上面的公式计算n，并且通过按需要替换n和α或β，能够唯一地获得那个时刻的l(t)。通过此方法，即使在快速变化时，也总是能够准确确定在传感器中持有的总光学相位。
通过忽略光纤材料对于波长λ1的光的折射率μ与波长λ2的光的折射率μ相比的任何差异并且假设μλ1＝μλ2简化计算。
为了测量α和β，必须测量已经通过传感器线圈的光和未通过传感器线圈的光之间的光学相位差。
图4C示出用于执行这种瞬时测量的第一装置。
在图4C中，通过光纤F输入来自传感器阵列的信号脉冲。脉冲被送至第一耦合器C41，第一耦合器C41对信号进行分束并且将信号送至第二耦合器C42和第三耦合器C43。
耦合器C42具有三条输出分支，一条通往第一镜子M41，第二条通往第一延迟线圈D41，然后通往第二镜子M42。耦合器C42的第三条输出分支通往波分解复用器45，波分解复用器45馈接检测器阵列47。
类似地，耦合器C43具有三条输出分支，一条通往第三镜子M43。耦合器C43的第二条分支通往π/4移相器48，π/4移相器48然后将信号送至第二延迟线圈D42，然后送至第四镜子M44。耦合器C42的第三条输出分支通往波分解复用器46，波分解复用器46馈接第二检测器阵列49。
检测器阵列47和49中的检测器可以是传统光学“平方律”检测器。
在工作时，包含至少两个波长的信号脉冲沿光纤F进入，在耦合器C41处分束，以便送至耦合器C42和C43。在耦合器C42这里，将信号送至第一镜子M41，在第一镜子M41这里将信号反射回至耦合器C42，然后继续传递至解复用器45，在解复用器45这里将信号分束成分离的波长分量，然后将分离的波长分量送至检测器阵列47的各个检测器D1、D3。同时，将收到的信号从耦合器C42送至第一延迟线圈D41，并且在第二镜子M42上反射，以至再次通过第一延迟线圈D41并且返回耦合器C42。然后耦合器C42将经延迟的信号送至解复用器45，在解复用器45这里同样将信号分束成分离的波长分量，然后将分离的波长分量送至检测器阵列47的各个检测器D1、D3。
因此，检测器阵列47的各个检测器D1、D3接收它们各自的信号波长分量，接着接收它们各自的经延迟信号的波长分量。
以类似的方式，检测器阵列49的检测器D2、D4首先接收经过耦合器C43和第三镜子M43的信号脉冲，然后接收经过移相器48和第二延迟线圈D42、在第四镜子M44上反射并且返回经过第二延迟线圈D42和移相器48的经延迟和经移相的信号。信号每次穿过移相器48时，信号相位改变π/4。因此，当经延迟和经移相的信号到达复用器46时，其相对于从第三镜子M43返回的信号，已经经历延迟加上π/2的总相移。
尽管本说明书提到π/2的相位改变，但是本领域技术人员将理解，稍稍大于π/2或稍稍小于π/2的相位差也许可在可忽略的性能下降的条件下接受。
图4A示出向传感器阵列施加的两个输入脉冲P1和P2。在该实施例中，脉冲P1和P2具有100ns的持续时间，并且相隔时间I进入传感器阵列内。图4B示出响应于输入脉冲P1和P2从阵列中的传感器返回的四个脉冲的序列。回程脉冲R1M1(第一脉冲P1在传感器的第一镜子M1上的反射)在时间间隔I以后跟随回程脉冲R2M1(脉冲P2在第一镜子上的反射)。从第一回程脉冲起间隔时间d，第三回程脉冲R1M2(第一脉冲P1在传感器的第二镜子M2上的反射)到达。类似地，在第一回程脉冲R1M1后I+d的时间间隔，第四回程脉冲R2M2(第二脉冲P2在传感器的第二镜子上的反射)到达。延迟d由传感器线圈的长度控制，并且关于延迟d设置间隔I，使得来自每个传感器的回程脉冲分离地回到探测器，从而能够在探测器那里单独地处理。对施加脉冲的时序以及与阵列中各个传感器连接的光纤长度进行设置，使得每个回程脉冲分离地到达检测器。可以在阵列的各个传感器之间引入延迟线圈，以便在返回的各对脉冲之间获得期望的分离。
响应于所施加的每个脉冲P1或P2，传感器阵列的每个传感器返回两个脉冲，第一组是未经过传感器的感应线圈的R1M1、R2M1，第二组是经过传感器线圈两次的R1M2、R2M2。
在上面介绍的现有技术布置中，通过施加相隔等于由传感器线圈导致的标称延迟的时间间隔的两个脉冲，对传感器阵列进行探测，使得回程脉冲串包括多个叠加的脉冲对。在本发明的布置中，以被选择成便于回程脉冲分离的时间间隔向传感器阵列施加探测脉冲，并且传感器阵列中的每个传感器首先返回“未被改变”的脉冲R1M1、R2M1，然后返回经过传感器线圈的“被改变”的脉冲R1M2、R2M2。从下面的描述中将清楚，这些回程脉冲的时间分离对于本发明的处理方法是重要的。
本领域的技术人员将明白，图4C中示出的装置包括一对干涉仪。那串回程脉冲由耦合器C41分束，并且送至这两个干涉仪。
在“上面”的干涉仪(其由耦合器C42、第一延迟线圈D41、第一镜子M41和第二镜子M42构成)中，从位于传感器阵列的传感器线圈紧前面的镜子上返回的“未被改变”的脉冲R1M1，被延迟数量d并且叠加在从位于该传感器阵列的该传感器线圈紧后面的镜子上返回的“被改变”的脉冲R1M2上。延迟线圈D41实现回程脉冲的这种叠加。
上面干涉仪的检测器D1和D3对于各个波长λ1和λ2测量经叠加的信号。
在“下面”的干涉仪(其由耦合器C43、移相器48、第二延迟线圈D42、第三镜子M43和第四镜子M44构成)中，“未被改变”的脉冲R1M1经过移相器48和延迟线圈D42，在第四镜子M44上反射，返回经过该延迟线圈和移相器，到达耦合器C43。“被改变”的脉冲R1M2在第三镜子M43上反射并且与经移相的“未被改变”的脉冲R1M1同时到达耦合器C43，并且这两个脉冲叠加并被送至解复用器46，解复用器46将经叠加的脉冲对分束成其λ1和λ2的波长分量，并且将每个波长分量引导至各自的检测器D2或D4。
下面的干涉仪的检测器D2和D4对于各个波长λ1和λ2测量第一回程信号和第二回程信号之间具有π/2总相移的叠加信号。
因此，D1(检测器阵列47中的)测量λ1的“同相”信号，D2(检测器阵列49中的)测量λ1的经π/2移相的信号。类似地，D3(检测器阵列47中的)和D4(检测器阵列49中的)测量同样的λ2信号，所有这些测量代表相同时刻的瞬时值。
本领域的技术人员将明白，通过用D2测量的瞬时值除以D1测量的值，有可能计算tanα。类似地，通过用D3测量的瞬时值除以D4测量的值，有可能计算tanβ。因此我们得到：
α = a tan ( D 2 D 1 ) , β = a tan ( D 3 D 4 )
于是，通过寻找满足的最大整数n，计算周期总数。
于是能够用α和/或β替换n，以使用
l(t)＝μλ1.λ1.(n+α/2∏)＝μλ2.λ2.(m+β/2∏)
寻找l(t)的瞬时值，
其中，对于所有预期的l(t)而言，n＝m。本领域的技术人员将明白，当施加具有差频f的两个输入脉冲时，从回程脉冲R2M1+R1M2中解调的l(t)的值也会由f调制。这可以用于检测器噪声降低。
图5、图6和图7示出对接收到的光脉冲进行处理的光学元件的可选布置。在描述这些图时，将使用相同的附图标记来描述与图4B中看到的那些元件对应的元件。
在图5中，“上面的干涉仪”按照与图4相同的方式布置，耦合器C42接收来自耦合器C41的信号，将这些信号传递至第一镜子M41、延迟线圈D41和第二镜子M42。来自镜子M41和M42的回程信号由耦合器C42发送至解复用器45和检测器阵列47，在检测器阵列47中，检测器D1和D3分别使用波长λ1和λ2对传感器进行探测。
“下面的干涉仪”与图4中的“下面的干涉仪”不同，因为移相器48和延迟线圈D42位于干涉仪的不同分支。在该实施例中，复用器首先接收来自移相器48和第三镜子M43的经移相的信号，然后接收来自第四镜子M44的经延迟的信号。然而，当这些回程信号叠加时，不管是否一个信号被移相而另一个信号被延迟，或者是否一个信号在未处理的情况下传给复用器而另一个信号既被移相又被延迟，检测器D2和D4的检测结果都是相同的。
图6示出用于处理回程信号脉冲的第三可选布置。在该布置中，从阵列沿光纤F返回的脉冲被送至第一耦合器C41。耦合器C41的一条分支通往延迟线圈D6，然后通往第二耦合器C62。第一耦合器C41的另一条分支通往第三耦合器C63。
第三耦合器C63的一条输出分支通往π/2移相器60，π/2移相器60接着联接到第四耦合器C64的一条输入分支。第四耦合器C64的另一条输入分支被供给来自第二耦合器C62的经延迟的信号，并且第四耦合器C64的输出被送至解复用器46，解复用器46将波长分离并且将它们送至检测器D2和D4。
第三耦合器C63的另一条输出分支通往第五耦合器C65的一条输入分支。第五耦合器C65的另一个输入分支被供给来自耦合器C62的经延迟的信号，并且第五耦合器C65的输出被送至解复用器45，解复用器45将波长分离并且将它们送至检测器D1和D3。
如图4中的布置一样，由耦合器C41、延迟线圈D6、耦合器C62、耦合器C63和耦合器C65构成的干涉仪的检测器D1和D3对于各个波长λ1和λ2测量经叠加的信号。未经处理的信号通过耦合器C41和C63被送给耦合器C65，而经延迟的信号通过延迟线圈D6和耦合器C62被送给耦合器C65。
由耦合器C41、延迟线圈D6、耦合器C62和C63、移相器60和耦合器C64构成的干涉仪的检测器D2和D4对于各个波长λ1和λ2测量具有π/2总相移的叠加信号。经延迟的信号通过延迟线圈D6和耦合器C62被送给耦合器C64，而经相移的信号通过耦合器C41、耦合器C63和移相器60被送给耦合器C64。
图7示出用于提供输出以便计算α和β值的另一布置。在该实施例中，将每个“未被改变”的脉冲延迟并叠加在通过向脉冲在正向或负向施加π/4的相移而“被改变”的脉冲上，使得当对检测器D1和D3的输出以及检测器D2和D4的输出进行相除时，结果仍是tanα或tanβ。
在图7所示的布置中，来自阵列的信号被输入给耦合器C71并从耦合器C71那里带到第二耦合器C72和第三耦合器C73的各个输入分支。
耦合器C72的一条输出分支通往延迟线圈D7的一端，延迟线圈D7的另一端与耦合器C73相连。
耦合器C72的另一条输出分支通往第一声光调制器74(上频移)，第一声光调制器74向光信号添加RF信号R1。来自第一声光调制器74的光信号被带到第二声光调制器75(下频移)，第二声光调制器75从光信号中减去RF信号R1。在“Optical phase shifting with acousto-optic devices(通过声光设备的光学相移)”(Li等人，2005年1月15日，“OPTICS LETTERS”，Vo1.30，No.2)中介绍的AOM工作将导致相位差将增加，因此穿过调制器74然后穿过调制器75的光将在相同方向经历两次连续的π/8相移，结果产生π/4的总相移。如果将信号R1和R2调谐到声光调制器的特征频率，但是具有π/8的相对总相移，那么从调制器74发出的光将具有与进入调制器75的光相同的波长，但是在“正”向具有π/4的生成相移。来自第二声光调制器75的信号被送给耦合器73。
这两个声光调制器74和75由共同的RF源78驱动，每个声光调制器的驱动信号分别经过移相器76和77，移相器76和77分别向调制器74和75施加相反方向的π/8的相移。由于调制器74和75是以“背对背”方式联接的，所以经过这两个调制器的脉冲经历相同方向的两次连续的π/8相移，结果产生π/4的总相移。
耦合器C72还馈接波长解复用器46，波长解复用器46接着馈接检测器阵列49中的检测器D2和D4。类似地，耦合器C73还馈接波长解复用器45，波长解复用器45接着馈接检测器阵列47中的检测器D1和D3。
声光调制器74和75是双向设备，当然像延迟线圈D7一样。在该布置中，耦合器C71将沿光纤F到达的信号分束成两个部分。沿右侧的光纤FR(如图中可见)传播的那部分信号到达耦合器C72，在耦合器C72这里将这部分信号分束和送给上面的FCU中央光纤和下面的FCL中央光纤。上面的光纤FCU使信号经过延迟线圈D7，因此延迟信号将到达耦合器C73。下面的光纤FCL使信号经过那对背对背的声光调制器74和75。在调制器74中，向信号施加π/4的“负”相移，然后将经相移的信号传给第二声光调制器75，在第二声光调制器75中进一步施加π/4的“负”相移。然后将信号(具有π/2的总负相移)传给耦合器73，在耦合器73这里将信号输出给波长解复用器45并送给检测器阵列47的检测器D1和D3。
类似地，沿左侧的光纤FL(如图中可见)传播的那部分信号到达耦合器C73，在耦合器C73这里将这部分信号分束和送给上面的中央光纤FCU和下面的中央光纤FCL。上面的光纤FCU使信号经过延迟线圈D7，因此延迟信号将到达耦合器C72。下面的光纤FCL使信号经过那对背对背的声光调制器74和75，这次从与前面描述的信号的方向相反的方向。在调制器74中，向信号施加π/8的“正”相移，然后将经相移的信号传给第二声光调制器75，在第二声光调制器75这里进一步施加π/8的“正”相移。然后将信号(具有π/4的总正相移)传给耦合器73，在耦合器73这里将信号输出给波长解复用器45并送给检测器阵列47的检测器D1和D3。
与前面描述的实施例中一样，延迟线圈D7的用途是保证从每个传感器那里到达的“未被改变”的脉冲R1M1被延迟，使得其与“被改变”的脉冲R1M2同时到达耦合器72或73，或者R2M1与R2M2同时到达，然后将叠加的脉冲施加给解复用器46和45，然后施加到检测器上。
在另一可选实施例中，与图7的情况类似，可以将延迟线圈D7置于下面的中央光纤FCL内，而不是在上面的中央光纤FCU内。在这种布置中，从每个传感器那里到达的“未被改变”的脉冲R1M1(或R2M1)被延迟和相移，并且与“被改变”的脉冲R1M2(或R2M2)同时到达耦合器72或73，以便进行叠加并且传给解复用器46或45，以及传给检测器。
在图4C所示的实施例中，示出可选附加特征，在该可选附加特征中，每个检测器阵列47和49中的检测器Df用于反馈控制系统，以便控制移相器48。在该图解示出的布置中，将具有与λ1或λ2不同的波长的控制光线在不经过传感器阵列的情况下，或者以相隔导致控制光脉冲在检测器Df那里叠加的时间长度的脉冲形式或者连续地，直接施加给光纤F。然后可以对叠加的脉冲对之间的相位差或者连续光线的叠加部分进行测量，并且将该测量结果传送给控制单元50，控制单元50可用来控制移相器48施加的相位差。当移相器48是PZT设备时，可以有利地采用这种反馈控制布置。图7中示出了类似布置，在图7中，控制单元50接收来自两个检测器阵列中的检测器Df的输入，并且向RF源78输出控制信号来控制由声光调制器74和75施加的相移。图7中示出的反馈控制是可选的，而可以不是必需的。
除PZT设备和声光调制器以外，还可以通过相位调制材料(例如铌酸锂)实现相移。

Claims (15)

1.一种用于通过对来自光学地震传感器的第一光信号脉冲和第二光信号脉冲进行处理来确定所述光学地震传感器的光程长度的装置，包括：
第一干涉仪，在所述第一干涉仪中所述第一脉冲和所述第二脉冲叠加并且在第一检测器组件处检测第一值；
第二干涉仪，包括用于施加所述第一脉冲和所述第二脉冲之间的相对相移的组件，在所述第二干涉仪中经相对相移的所述第一脉冲和所述第二脉冲叠加并且在第二检测器组件处检测第二值；
用于用所述第二值除所述第一值以便产生第三值的组件；以及
用于根据所述第三值获得代表所述光学地震传感器的光程长度的数据的组件。
2.根据权利要求1所述的装置，其中
所述第一干涉仪包括在第一方向上向所述第一脉冲和所述第二脉冲其中之一施加预定相移的组件，用于叠加所述第一脉冲和所述第二脉冲的组件以及用于检测第一值的第一检测器组件；
所述第二干涉仪包括在与所述第一方向相反的第二方向上向所述第一脉冲和所述第二脉冲其中之一施加预定相移的组件，用于叠加所述第一脉冲和所述第二脉冲的组件以及用于检测第二值的第二检测器组件。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的装置，其中所述第一干涉仪和所述第二干涉仪包括用于向所述第一脉冲施加延迟的延迟组件。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的装置，其中所述用于施加相移的组件可用来向所述第一脉冲或向所述第二脉冲施加相移。
5.根据权利要求1或权利要求2所述的装置，其中所述第一检测器组件和所述第二检测器组件中的每个包括解复用器和检测器。
6.一种用于确定光学地震传感器中的光程长度的方法，其中向所述光学地震传感器施加的探测光脉冲产生未被所述光学地震传感器改变的第一回程光脉冲以及被所述光学地震传感器改变的第二回程光脉冲，所述方法包括下列步骤：
将所述第一回程光脉冲和所述第二回程光脉冲叠加并且检测该结果作为第一值；
向所述第一回程光脉冲和所述第二回程光脉冲其中之一施加相移，以产生第三光脉冲；
将所述第三光脉冲叠加在所述第一回程光脉冲和所述第二回程光脉冲其中另一个上并且检测该结果作为第二值；以及
用所述第二值除所述第一值来获得代表所述光学地震传感器的瞬时光程长度的测量值的第三值。
7.一种用于确定光学地震传感器中的光程长度的方法，其中向所述光学地震传感器施加的探测光脉冲产生未被所述光学地震传感器改变的第一回程光脉冲和被所述光学地震传感器改变的第二回程光脉冲，所述方法包括下列步骤：
向所述第一回程光脉冲施加第一方向的预定相移，以产生第三光脉冲；
向所述第二回程光脉冲施加与所述第一方向相反的第二方向的预定相移，以产生第四光脉冲；
将所述第三光脉冲叠加在所述第二回程光脉冲上并且检测该结果作为第一值；
将所述第四光脉冲叠加在所述第一回程光脉冲上并且检测该结果作为第二值；以及
用所述第二值除所述第一值，以获得代表所述光学地震传感器中的光程长度的第三值。
8.根据权利要求6或权利要求7所述的方法，包括向所述第一回程光脉冲施加时间延迟以便使这两个回程光脉冲叠加的步骤。
9.根据权利要求6或权利要求7所述的方法，其中每个光脉冲包括具有不同波长的多个光脉冲分量，并且其中检测步骤包括对经叠加的多对脉冲进行解复用，以获得与每个波长分量对应的值。
10.根据权利要求9所述的方法，其中对来自不同波长分量的对应值进行计算，以在满标度的输入信号幅度内确定所述光学地震传感器的光程长度的准确测量值。
11.根据权利要求9所述的方法，其中每个光脉冲包括波长相差50GHz的两个光脉冲分量。
12.一种地震感应阵列，包括多个光学地震传感器以及用于通过对来自所述阵列的光学地震传感器的第一光信号脉冲和第二光信号脉冲进行处理来确定所述光学地震传感器的光程长度的装置，所述装置包括：
第一干涉仪，在所述第一干涉仪中所述第一光信号脉冲和所述第二光信号脉冲叠加并且在第一检测器组件处检测第一值；
第二干涉仪，包括用于向所述第一光信号脉冲和所述第二光信号脉冲其中之一施加相移的组件，在所述第二干涉仪中所述第一光信号脉冲和所述第二光信号脉冲其中另一个和经相移的光信号脉冲叠加并且在第二检测器组件处检测第二值；
用于用所述第二值除所述第一值以便产生第三值的组件；和
用于根据所述第三值获得代表所述光学地震传感器的光程长度的数据的组件。
13.一种地震感应阵列，包括具有各自光程长度的多个光学地震传感器和用于通过对来自所述阵列的至少一个光学地震传感器的第一光信号脉冲和第二光信号脉冲进行处理来确定所述至少一个光学地震传感器的光程长度的装置，其中每个光信号脉冲包括具有不同波长的多个光信号脉冲分量，所述装置包括：
第一干涉仪，在所述第一干涉仪中所述第一光信号脉冲和所述第二光信号脉冲叠加；
第一解复用器，用于将经叠加的所述第一光信号脉冲和所述第二光信号脉冲的波长分量分离；
第一检测器组件，用于检测与经叠加的所述第一光信号脉冲和所述第二光信号脉冲的波长分量中的每一个对应的各自的第一值；
用于向所述第一光信号脉冲和所述第二光信号脉冲其中之一施加相移的组件；
第二干涉仪，在所述第二干涉仪中所述第一光信号脉冲和所述第二光信号脉冲其中另一个与经相移的光信号脉冲叠加；
第二解复用器，用于将叠加过的经相移的光信号脉冲与另一个光信号脉冲的波长分量分离；
第二检测器组件，用于检测与叠加过的经相移的光信号脉冲与另一个光信号脉冲的波长分量中的每一个对应的各自的第二值；
确定组件，用于通过用与每个波长分量对应的第二值除与该波长分量对应的第一值，确定与每个波长分量对应的并且代表所述至少一个光学地震传感器的瞬时光程长度的测量值的各自的第三值；以及
用于根据所述第三值获得代表所述光学地震传感器的光程长度的数据的组件。
14.根据权利要求13所述的地震感应阵列，其中所施加的相移是π/2弧度。
15.一种操作光学地震感应阵列的方法，其中向所述阵列施加的包括具有不同波长的多个光信号脉冲分量的探测光脉冲从至少一个光学地震传感器那里产生未被所述光学地震传感器改变的第一回程光脉冲和被所述光学地震传感器改变的第二回程光脉冲，所述方法包括下列步骤：
将所述第一回程光脉冲与所述第二回程光脉冲叠加；
将经叠加的所述第一回程光脉冲和所述第二回程光脉冲的波长分量分离；
检测与经叠加的所述第一回程光脉冲和所述第二回程光脉冲的波长分量中每一个对应的各自的第一值；
向所述第一回程光脉冲和所述第二回程光脉冲其中之一施加第一方向的预定相移，以产生第三光脉冲；
将所述第三光脉冲叠加在所述第一回程光脉冲和所述第二回程光脉冲其中另一个上；
将经叠加的所述第三光脉冲和另一个光脉冲的波长分量分离；
检测与经叠加的所述第三光脉冲和另一个光脉冲的波长分量中每一个对应的各自的第二值；以及
通过用与每个波长分量对应的第二值除与该波长分量对应的第一值，确定与每个波长分量对应的并且代表所述光学地震传感器的光程长度的瞬时测量值的各自的第三值；以及
根据所述第三值获得代表所述光学地震传感器的光程长度的数据。
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