CN103261835A - 灵敏度可变干涉仪系统 - Google Patents

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Abstract

灵敏度可变光学传感器可以具有传感器的一个或者多个部分的与每个相应传感器部分的所选择的环境至少部分相对应的相应的实际灵敏度。一些公开的传感器具有沿着传感器纵向延伸的多个光学管道。光学管道中的至少一个光学管道可以具有至少一个纵向延伸段，该至少一个纵向延伸段具有与相邻纵向延伸段的光学性质不同的一个或者多个光学和/或机械性质，从而向管道提供纵向变化信号传播特性。具有这样的光学管道的光学传感器可以表现纵向变化实际灵敏度。然而这样的传感器可以例如在传感器的每个相应部分表现与选择的环境对应的实际灵敏度时表现基本上恒定的表观灵敏度。创新传感器可以提供虚假或者滋扰报警的低发生率、准确位置和幅值信息以及其它优点。

Description

灵敏度可变干涉仪系统
相关申请
本申请要求对均于2010年10月14日提交的第61/393,298号美国临时专利申请和第61/393,321号美国临时专利申请(下文称为“系统专利申请”)的优先权，通过引用将这些申请的内容结合于此如同出于所有目的而完全记载于此。
背景技术
这里公开的创新涉及干涉仪系统，并且更具体地而非排他地涉及具有灵敏度可变传感器的光纤干涉仪系统。一些创新干涉仪系统被配置为检测和/或定位扰动(例如对安全边界的扰动、比如防护装置上的“抽头(tap)”、从管线的泄漏、桥梁的结构完整性的改变、对通信线路的扰动、输送带的操作改变、对表面或者声噪声的影响以及其它扰动)。在一些实例中，这样的系统可以被配置为使用一个无源传感器在例如上至约65公里(km)的距离内检测和/或定位，而使用在相反方向上延伸的第一和第二无源传感器在例如上至约130km的距离内检测和/或定位。
大多数光学管道(例如光纤)沿着它们的长度具有基本上一致(例如不变)的性质从而使这样的光学管道适合于需要均匀性质的广泛各种应用(例如通信、干涉仪)。这一均匀性是用于光纤的现代高质量制造工艺、在光纤上的涂层和其中通常装入光纤的线缆的各种保护套以及许多因素的结果。在用作配置为检测扰动的传感器时，这样的纵向均匀光学管道通常无论沿着传感器的长度何处施加扰动都以一致的方式对给定的扰动做出响应。
在许多应用中，给定的传感器的不同部分可以暴露于相应不同的环境。例如传感器的一部分可以例如定位于水下，另一部分可以定位于地下，而又一部分可以定位于地上(例如暴露于大气)。在这样的应用中，已知的传感器可以例如根据环境和传感器被扰动的哪个部分而对给定的扰动做出不同的响应。因此，利用具有均匀灵敏度的已知传感器，特别是如果周围环境沿着传感器的长度变化，则可能难以辨别任何特定扰动的一个或者多个特性(例如幅度、位置等)。因而，已知的光纤传感器可能易于引发“虚假”或者“滋扰”报警。虽然可以在数学上过滤一些环境影响以减少虚假和滋扰报警率，但是这样的算法可能计算量大并且可能导致间歇式操作。另外，这样的数学过滤可能未令人满意地减少虚假或者滋扰报警的出现。
因而仍然需要配置成延伸穿过一个以上的环境而又无论环境如何都对给定的扰动相似地做出响应的传感器、例如无源光纤传感器。涉及传感器系统的其它需求也未得到满足。
发明内容
公开创新光学传感器和有关干涉仪系统，这些光学传感器和干涉仪系统解决上文指出的和其它需要中的一个或者多个需要。这样的创新一些实施例包括一种传感器，该传感器具有沿着它的长度变化的实际灵敏度。
一种沿着其长度具有基本上恒定性质的传感器通常沿着它的长度具有基本上恒定实际灵敏度。可以经过一个环境与经过另一环境不同地向传感器输送给定的扰动从而使传感器的对这样的扰动的响应表现为依赖于环境。另外，具有纵向一致性质的传感器在暴露于给定的环境的一个部分中表现与传感器的定位于另一环境中的另一部分表现的表观灵敏度不同的表观灵敏度。如这里所用，“实际灵敏度”意味着传感器在选择的参考环境中对给定的扰动的响应的测量。如这里所用，“表观灵敏度”意味着传感器在任意环境中对给定的扰动的响应的测量。例如掩埋于地下的单模干涉仪可以响应于给定的物理扰动产生10个干涉条纹。定位于地上的相同干涉仪(或者其部分)可以响应于相似扰动产生500个干涉条纹。
与具有纵向均匀光学性质的传感器对照，具有纵向变化光学性质和对应纵向变化实际灵敏度的传感器可以在传感器经过多种环境延伸时提供基本上恒定的表观灵敏度。公开创新光学传感器，其中传感器的一个或者多个部分的相应的实际灵敏度至少部分对应于相应传感器部分的选择的环境。
例如一些公开的传感器具有沿着传感器纵向延伸的多个光学管道。光学管道中的至少一个光学管道可以具有至少一个纵向延伸段，该至少一个纵向延伸段具有与相邻纵向延伸段的光学性质不同的一个或者多个光学和/或机械性质(例如双折射、光纤涂层、护套等)，因此向管道提供纵向变化信号传播特性。具有一个或者多个这样的光学管道的光学传感器可以表现纵向变化实际灵敏度。然而这样的传感器可以比如在传感器经过多个环境延伸(例如如管线可以的那样)时、特别是在传感器的每个相应部分表现与选择的环境对应的实际灵敏度时表现基本上恒定的表观灵敏度。这样的创新传感器可以提供虚假或者滋扰报警的低发生率以及准确位置和幅值信息。
一些创新系统包括一种用于用具有依赖于位置的实际灵敏度的传感器检测扰动的方法。利用这样的创新系统的一些实施例，可以确定扰动的位置，并且在一些实例中，也可以在传感器跨越多种环境(例如地上、地下、水下和经过开放大气)时确定这样的扰动的幅值。
一些公开的传感器被无源地终止(terminated)并且配置为远离有源部件延伸例如上至和甚至多于约50km。一些公开的系统具有相对于彼此沿相反方向从有源部件延伸的两个这样的传感器，从而提供在例如上至约100-130km的大距离内的扰动检测能力。
前述以及其它特征和优点将从参照附图进行的下文具体描述中变得更清楚。
附图说明
附图示出这里公开的创新系统的各方面，除非具体标识为示出来自现有技术的已知特征。
图1示出这里所公开类型的创新干涉仪的方面。
图2示出这里所公开类型的另一创新干涉仪系统的方面。
图3示出可商业获得的Mach Zehnder干涉仪的示意图示，该干涉仪被配置为使用具有有源地匹配的偏振状态的反向传播光学信号。
图4示出被配置为提供随着纵向位置而变化的实际灵敏度的传感器的方面；在放大图中示出该传感器的部分。
图5A示出沿着图4中的线5A-5A截取的横截面图。图5B示出图5A中的横截面图而标识光学管道的若干不同配对。每个唯一组合向光缆提供对应的唯一实际灵敏度。
图6示出沿着图4中的线6-6截取的横截面图。
图7示出这里所公开类型的传感器，该传感器安装时在各种环境之中延伸以例如监视管线。
具体实施方式
这里通过参照示例实施例的方式描述与光学管道和干涉仪系统有关的各种原理。可以在各种配置中并入所公开的原理中的一个或者多个原理以实现一个或者多个性能特性。所公开的涉及边界安全应用的光学管道和干涉仪系统的实施例仅为用来举例说明这里描述的创新原理中的一个或者多个原理的例子。一些实施例可以同样适用于许多其它应用、例如检测管线中的泄漏、检测结构中的故障、检测对地表面的扰动、检测输送带的操作改变等。
这里所公开的一些创新光学管道可以与已知的干涉仪配置组合以提供至今仍不可实现的性能水平。下文描述的这样的创新组合的例子。
干涉仪系统概述
如这里公开的干涉仪系统可以通过比较已经经过第一(例如“参考”)光学管道与第二(例如“传感器”)光学管道的所观测的第一和第二光学信号之间的相移来检测对传感器部分的扰动。在这里公开的系统中，第一光学管道与第二光学管道之间的一个或者多个光学和/或机械性质不同。
例如，图1所示的创新干涉仪100配置为具有无源部分130a和如在上文所标识的系统专利申请中所公开的有源部分132a的混合Michelson/Mach-Zehnder干涉仪。图2所示的干涉仪100a也配置为具有无源部分130b和包括偏振加扰器的有源部分132b的混合Michelson/Mach-Zehnder干涉仪。如图1和2中所示，系统100、100a包括远离相应有源部分132a、132b朝着远端118延伸的相应无源光学传感器部分130a、130b。
图3示出具有配置为传输反向传播光学信号的重叠的第一和第二Mach-Zehnder干涉仪的干涉仪系统。
对光学管道114a、114b(或者114a’、114b’或者图3中所示重叠的Mach-Zehnder干涉仪的传感器部分)中的一个或者两个光学管道的扰动可以修改通过扰动的管道传输的每个相应光学信号。通过观测这样的修改信号，可以检测这样的扰动的存在，并且在一些实例中，可以标识扰动的位置和幅度。
光学传感器概述
在一些实例中，第一和第二光学管道114a、114b(图1)，114a’、114b’(图2)可以具有相似光学和/或机械性质以及相似长度。在一些实施例中，参考和传感器光学管道是在“束”(也称为“线缆”)中彼此相邻定位的在物理上分离的管道。
例如常规光纤束可以包括外护套遮蔽的若干单独光纤(例如单模光纤)。单独光纤之一可以定义传感器管道(例如114a)，而单独光纤中的另一光纤可以定义参考管道(例如114b)。单独光纤中的又一光纤可以定义比如在如上文所标识的系统专利申请中公开的无源终端传感器中的返回管道。定义传感器、参考和返回管道的相应光纤可以定位于共同外护套内并且由共同外护套遮蔽。虽然这样的光纤通常彼此相对接近定位(例如在彼此若干毫米内)，但是向外护套施加的、改变在单独光学管道中的信号的光学相位的负荷或者其它作用力(例如撞击或者扰动)将略微不同地传送到每个单独光纤。另外，单独光纤中的每个光纤可以对相同负荷作出略微不同的响应(例如变形或者瞬间地让它的折射率改变)。因此在实践中，对线缆的扰动一般将不同地扰动参考和信号管道114a、114b。
由于物理响应通常在“传感器”管道与“参考”管道之间不同，所以经过“传感器”管道行进的光可以以与经过“参考”管道行进的光略微不同的时间并且可能具有不同的偏振状态到达传感器管道的终端(图1、2和3)。因此，在每个相应终端所观测的光学信号将通常彼此异相某一数量。在已经扰动传感器和参考管道中的任一个或者两个管道时，在每个相应终端所观测的光学信号的相对相位将往往从来自未扰动的管道的标称水平偏移。通过比较光学信号中的第一信号与光学信号中的第二光学信号之间的延迟(例如所观测的信号之间的相移)并且考虑干涉仪部件的特性(例如光学管道的长度、光经过管道的速度、光学波长)，可以使用如图1、2和3中所示系统来确定扰动的幅值和位置。
虽然许多因素可以引起在经过第一和第二光学管道传送的信号之间的观测的相移，但是可以确定在未扰动的参考和传感器管道的所观测的信号之间的标称或者基线相移。因此可以在观测到从基线相移的充分大(或者阈值)的偏差时推断已经扰动传感器线缆(例如具有传感器管道和参考管道的束)。此外，结合传感器线缆的特性(例如它的长度、光经过每个光学管道行进的速度、光学波长)，在经过光路的多于一个位置观测这样的相移可以推断扰动的位置。
如上文指出的那样，在一些实施例中，第三非灵敏管道可以与传感器管道(例如管道114a)和参考管道(例如管道114b)中的一个或者两个传感器管道相邻定位。例如光缆可以具有如上文所述的并且图5A中所示的在共同护套内的多个光学管道。
光学传感器响应的环境依赖性
如上文描述的那样，施加至线缆的外护套的扰动(例如撞击或者扰动)通常将略微不同地传送到每个单独光学管道。此外，对包围传感器线缆130a、130b或者与传感器线缆130a、130b相邻的环境的扰动可以按一个环境与另一环境不同地向线缆传送。例如向地下传感器传输的并且因给定的扰动(例如某人挖掘与地下传感器相邻的孔)所产生的负载通常不同于向地上传感器传输的因相同扰动所产生的负荷。因而，对传感器中的每个相应光学管道的扰动通常至少部分对应于传感器延伸经过的环境。
作为结果，这样的扰动对经过相应光学管道传播的光学信号的影响也至少部分对应于环境。相信这样的影响对于经过不同环境延伸的具有纵向一致性质的给定的传感器而言至少部分地有助于所观测的表观灵敏度的变化。
具有纵向变化实际灵敏度的传感器
如上文指出的那样，沿着其长度具有基本上恒定实际灵敏度的光学传感器可以在不同环境中对扰动做出不同的响应，从而使得难以辨别所观测的事件是否对应于打算用图1、2和3中所示类型的系统去感测的类型的扰动。因而，这样的光学传感器可能易于在传感器经过多于一个环境延伸时引发“虚假”或者“滋扰”报警。虽然可以在数学上过滤一些虚假或者滋扰报警，但是这样的算法可能计算量大并且可能导致间歇式操作而未令人满意地减少虚假或者滋扰报警的出现。
如上文说明的那样，使所选择的一对光学管道(例如管道114a、114b)之间的物理响应不同可以显著不同地影响经过相应管道行进的光学信号。在这样的光学信号之间所观测的差异可以用来检测对管道中的一个或者两个管道的扰动。如这里所用，“参考传感器对”意味着配置为传送相应光学信号并且操作地耦合到一个或者多个部件(例如132a、132b)的经选择的一对光学管道(例如114a、114b)，该一个或者多个部件被配置为对光学信号中的一个或者两个光学信号做出响应。
现在描述具有纵向变化灵敏度的光纤传感器。例如在形成参考传感器管道对的所选择的光学管道之间的距离、管道对中的每个管道的构造、或者这二者可以沿着传感器的长度变化。其它物理特性(例如长度、双折射、护套构造、线缆填充材料、偏振)也可以沿着传感器的长度变化并且提供在所选择的参考传感器对之间的纵向变化的物理响应。图4示意地图示具有纵向变化的实际灵敏度的光学传感器的一个例子230。图5A和5B示出能够提供至少五个不同实际灵敏度的六束线缆，如下文更完全描述的。
在图4中，传感器230在近端231与远端232之间延伸，该近端被配置为操作地耦合到干涉仪(例如图1至3中分别所示的干涉仪100、100a、100b)的有源部分。如上文关于传感器130a、130b、130c指出的那样，传感器230可以无源地在它的远端232或者附近终止。
所示传感器230包括四段233、235、237、239，每段被配置为提供对扰动的相应实际灵敏度。具体而言，第一段233在近端231与第一接头234之间延伸；第二段235在第一接头234与第二接头236之间延伸；第三段237在第二接头236与第三接头238之间延伸；并且第四段239在第三接头238与远端232之间延伸。如现在将描述的那样，传感器230的第一、第二、第三和第四段中的每段可以操作地被配置为提供对应的唯一实际灵敏度。
所示段233、235、237、239中的每段具有基本上相同的构造。如图5A中可见，段235包括各自沿着该段的纵向延伸的六个光学管道241、242、243、244、246、247；在图6中示出两个这样纵向延伸的管道243、244。在图4中所示每段中，围绕线缆的中心纵轴沿圆周相互间隔地(例如相互间隔约60度)布置光学管道(例如光学束)。六个管道中的四个管道即管道243、244、246和247，包括紧包(tight-buffer)光纤并且相对于中心纵轴成对置对布置。其它两个管道241、242包括松套管(loose-tuber)光纤并且相互成约180度定位，每个管道定位于具有紧包光纤的管道243、244、246和247中的两个相应管道之间。
六个光学管道中的每个光学管道可以包括至少一个单模光学管道。如这里所用，“紧包光纤”意味着紧密包装(或者保持)成操作结构并且由干材料包围的一组纵向延伸的光纤。紧包光纤通常具有900微米外径。如这里所用，“松套管光纤”意味着在线缆内的专用光纤壳体以内的粘性(例如牛顿)流体、凝胶或者非牛顿流体中自由浮动的一组纵向延伸光纤。在一些配置中，这样的壳体可以是管。这样的凝胶或者流体(例如牛顿或者非牛顿)可以往往阻尼对松套管光纤的扰动。松套管光纤通常具有250微米的外径。装入松套管光纤的每个光纤壳体可以具有如例如6或者12个光纤内的多个光纤。紧包光纤通常比松套管光纤更多地响应于扰动。
在图5中，外护套251沿着每段233、235、237、239纵向延伸。每段中的间隙空间250、250a可以由适当强化、包装和/或保护材料填充。在一些实例中，这样的适当填充物包括纤维加强的塑料、Kevlar纤维、吸水织物/带或者其它材料。在一些实例中，间隙空间由阻尼对护套251的扰动的材料填充，并且在其它实例中，间隙空间由传送这样的扰动而具有最小损耗的材料填充。
每段233、235、237、239具有相应的参考-传感器光学管道对。图5B示出可以从其中选择相应的参考-传感器对的若干可能参考-传感器对。例如用于给定的段233、235、237、239的参考-传感器对可以由以下各项形成：(1)对置的紧包光纤243、244；(2)对置的松套管光纤241、242；(3)松套管光纤241和相邻的紧包光纤243；(4)相邻的紧包光纤243、246；或者(5)在共同松套管壳内的一对松套管光纤241或者242。
由于实际灵敏度至少部分涉及分隔相应的参考-传感器对的距离和这对光纤中的每个光纤的构造，所以即使每段233、235、237、239具有基本上相同的整体构造，每段仍然可以具有唯一的实际灵敏度。例如段233可以具有第一(1)参考-传感器对，段235可以具有第二(2)参考-传感器对，段237可以具有第三(3)参考-传感器对，并且段239可以具有第四(4)参考-传感器对。如上文说明的那样，可以预计这些参考-传感器对中的每对不同地响应于扰动，但是每段具有基本上的相同构造。
在图6中，在纵向横截面中示出传感器的部分240。如刚才描述的那样，虽然参考-传感器对在每段中不同，但是示出具有基本上相同构造的相邻段235、237。然而，段235可以使用配置为接合纵向相邻管道(例如分别将管道241接合到管道243并且将管道242接合到管道244)的常规光学接头(例如熔接头、机械接头、对接(butt)接头等)来操作地耦合到相邻段237。这样的接头可以是光纤熔接头或者机械耦合。
操作地接合的管道可以具有不同构造。例如管道241可以是松套管光纤，并且管道243可以是紧包光纤。利用这样的构造，光学传感器230的部分240可以实现纵向(例如从段235到段237)变化的实际灵敏度。尽管每段的配置可彼此基本上相同，但是如刚才描述的那样接合(例如在端到端邻接中)接合的相应段可以提供具有纵向变化的实际灵敏度的传感器230。然而每段可以具有相对于其它段中的一段或者多段的唯一配置，从而提供与其它段的更明显的实际灵敏度的差异。
在这样的传感器230在不同环境260a、260b、260c、260d之中延伸(图4、6和7)时，与在环境之中延伸的具有纵向恒定实际灵敏度的传感器相比，可以明显地减少传感器230的表观灵敏度的变化。
例如使用图7中所示的传感器，可以选择第一段233的实际灵敏度(和对应的参考-传感器对)以与对应的预计环境260a(例如地下)的一个或者多个特性对应。因此，段233可以被配置为在传感器230暴露于环境260a时实现第一表观灵敏度。以相似方式，可以选择第二段235的实际灵敏度以与对应预计环境260b(例如湿地)的一个或者多个特性对应。因而，段235可以(例如通过选择参考-传感器对配置)被配置为在传感器230安装于环境260b中时实现第二表观灵敏度。可以分别选择第三段237和第四段239的实际灵敏度以与对应的预计环境260c(例如水下)、260d(例如在空气中)的一个或者多个特性对应，从而段237、239在安装传感器230时实现相应的第三和第四表观灵敏度。相应的第一、第二、第三和第四表观灵敏度可以比具有纵向恒定实际灵敏度的传感器的对应部分将在不同环境260a、260b、260c、260d之中延伸时所表现的更加接近地彼此匹配。
备选传感器配置
在一些传感器实施例、如例如图4中所示的传感器230，每个相应段的实际灵敏度不同于其它段中的每段的实际灵敏度；在其它实例中，两个或者更多相应段中的每段的实际灵敏度基本上相同。另外，虽然示出传感器230为具有四段233、235、237、239，但是备选传感器实施例可以具有更多或者更少段。可以选择段(和相应实际灵敏度)的数目以对应于预计传感器在使用中要暴露于的环境数目和类型。
此外，虽然示出和描述段233、235、237、239为具有沿圆周相互间隔的六个光学管道，但是其它段配置是可能的。例如段可以具有比图5A和5B中所示更多或者更少的纵向延伸光学管道。光学管道可以以不同于60度相互间隔(即使在六个光学管道存在于给定的段中时)。段可以具有更多或者更少的紧包或者松套管的管道。
虽然描述“松套管光纤”和“紧包光纤”，但是可以使用任何适当的光学管道。另外，虽然描述了表现两类信号传播或者机械特性(例如“松套管光纤”和“紧包光纤”)的光学管道，但是所公开的原理适用于具有表现多于两类信号传播特性的一组管道的段。这样的特性例如包括双折射、长度、相位、传播时间、偏振和涂层类型。
对于给定的段，选择作为操作的参考-传感器对的每对光学管道可以向该段提供唯一实际灵敏度。可实现的实际灵敏度的范围可以至少部分对应于管道对中的每个管道的物理和光学特性以及相对位置以及总配置(例如在束中的光学管道的数目、每个管道在束内的相应位置、是否填充束的一个或者多个间隙空间，并且如果是这样则还有用来填充空间的材料)。对于在多段传感器(例如图4中所示传感器230)中的每段，可以至少部分基于与已知或者选择的环境特性(例如与经过环境材料、例如土壤、水或者空气等的振动传输有关的性质)对应来选择相应一对光学管道作为参考-传感器对。
在一些实例中，传感器可以沿着它的长度具有连续变化实际灵敏度。在其它实例中，传感器可以与图4中所示传感器230一样沿着它的长度具有逐步或者离散可变实际灵敏度。在一些实例中，具有相应长度比传感器的空间分辨率更少或者为传感器的空间分辨率这一量级的单独段的传感器可以表现具有连续变化灵敏度的传感器的一个或者多个特性。
在一些实例中，传感器可以仅具有用于组成参考-传感器对的一个光学管道(例如Sagnac干涉仪或者模态度量(modalmetric)传感器)。在其它情况下，多于两个光学管道可以用来创建传感器。
其它实施例
使用这里公开的原理，本领域普通技术人员将理解干涉仪系统的广泛多种实施例、具体为配置为用在两个或者更多环境之中延伸的传感器检测扰动的干涉仪系统。例如虽然上文已经具体描述Michelson和Mach-Zehnder干涉仪，但是这里公开的传感器可以与多种其它类型的干涉仪、如例如重叠的第一和第二Mach Zehnder干涉仪、Sagnac干涉仪、模态度量传感器、光学时域反射计(OTDR)、如例如相干OTDR干涉仪、偏光计和许多其它干涉仪配置一起使用。
本公开内容参照附图，这些附图形成公开内容的部分，其中相似标号全文表示相似部分。附图图示具体实施例，但是可以形成其它实施例并且可以进行结构改变而未脱离本公开内容的预计范围。方向和参考(例如上、下、顶部、底部、左、右、向后、向前等)可以用来有助于讨论附图、但是并非旨在于限制。例如可以使用某些术语、比如“上”、“下”、“较高”、“较低”、“水平”、“竖直”、“左”、“右”等。这些术语在适用时用来在处理相对关系时提供对具体关于所示实施例的一些清楚描述。然而这样的术语并非旨在于意味着绝对关系、位置和/或定向。例如关于物体，“较高”表面可以简单地通过翻转物体而变成“较低”表面。然而它仍然是相同表面并且物体保持相同。如这里所用，“和/或”意味着“和”以及“和”和“或者”。因而，不应在限制意义上解释本具体描述，并且按照本公开内容的回顾，本领域技术人员将理解可以使用这里描述的各种概念来设计和构造的广泛多种干涉仪系统。另外，本领域普通技术人员将理解这里公开的示例实施例可以适应各种配置而未脱离公开的概念。因此，鉴于公开的原理可以被应用于的许多可能实施例，应当认识到上文描述的实施例仅为例子而不应解释为限制范围。并且虽然由于权利要求不是用于临时专利申请的必需组成而这里尚未呈现具体描述的权利要求，但是本人保留要求保护落入这里公开的主题内容的范围和精神实质内的所有内容作为本发明这样的权利，这些内容包括但不限于落入所附权利要求的范围和精神实质内的所有内容。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种在具有纵向可变实际灵敏度的光纤线缆中的接头，所述接头包括：
具有第一信号传播特性的第一光纤光学地耦合到具有第二信号传播特性的第二光纤，使得光能够从所述第一光纤向所述第二光纤传递；
具有第三信号传播特性的第三光纤光学地耦合到具有第四信号传播特性的第四光纤；
其中所述第一光纤和所述第三光纤定义具有对应第一实际灵敏度的第一参考-传感器光纤对，并且所述第二光纤和所述第四光纤定义具有对应第二实际灵敏度的第二参考-传感器光纤对。
2.根据权利要求1所述的接头，其中所述第一实际灵敏度不同于所述第二实际灵敏度。
3.根据权利要求1所述的接头，其中所述第三光纤和所述第四光纤具有相互不同的信号传播特性。
4.根据权利要求1所述的接头，其中所述第一光纤和第三光纤具有基本上相同的信号传播特性。
5.根据权利要求1所述的接头，其中所述第二光纤和第四光纤具有基本上相同的信号传播特性。
6.根据权利要求4所述的接头，其中所述第一光纤和第三光纤中的每个光纤包括相应的松套管光纤或者相应的紧包光纤。
7.根据权利要求1所述的接头，其中所述第一光纤包括松套管光纤，并且所述第二光纤包括紧包光纤。
8.根据权利要求1所述的接头，还包括操作地耦合所述第一光纤和所述第二光纤的光纤熔接头或者机械耦合。
9.一种光纤线缆，包括：
第一部分，包括具有第一实际灵敏度的第一参考-传感器光纤对；
第二部分，包括具有所述第二实际灵敏度的第二参考-传感器光纤对；其中，所述第一参考-传感器光纤对光学地耦合到所述第二参考-传感器光纤对，使得所述线缆的实际灵敏度在第一部分和所述第二部分之间有所不同。
10.根据权利要求9所述的光纤线缆，进一步包括：第一光学耦合和第二光学耦合，其中所述第一光学耦合将所述第一部分的所述光纤对的一个光纤光学地耦合到所述第二部分的所述光纤对的一个光纤，并且所述第二光学耦合将所述第一部分的所述光纤对的另一光纤光学地耦合到所述第二部分的所述光纤对的另一光纤。
11.根据权利要求9所述的光纤线缆，其中所述第一部分中的所述光纤中的至少一个光纤和/或所述第二部分中的所述光纤中的至少一个光纤包括相应的松套管光纤。
12.根据权利要求9所述的光纤线缆，其中所述第一部分中的所述光纤中的至少一个光纤和/或所述第二部分中的所述光纤中的至少一个光纤包括相应的紧包光纤。
13.根据权利要求9所述的光纤线缆，其中在所述第一部分中的所述参考-传感器光纤对之间的间距不同于在所述第二部分中的所述参考-传感器光纤对之间的间距。
14.根据权利要求9所述的光纤线缆，其中每个光纤包括单模光纤。
15.根据权利要求9所述的光纤线缆，其中所述第一部分包括多个第一松套管光纤，以及所述参考-传感器光纤对中的至少一个光纤包括所述多个第一松套管光纤之一。
16.根据权利要求9所述的光纤线缆，其中所述第一部分包括多个第一紧包光纤，以及所述参考-传感器光纤对中的至少一个光纤包括所述多个第一紧包光纤之一。
17.根据权利要求9所述的光纤线缆，其中所述第一部分和所述第二部分分别包括第一多个松套管光纤和第二多个松套管光纤；以及其中所述第一部分和所述第二部分分别包括第一多个紧包光纤和第二多个紧包光纤。
18.根据权利要求17所述的光纤线缆，其中所述第一参考-传感器对与所述第二参考-传感器对之间的所述操作耦合包括在所述第一松套管光纤之一与所述第二紧包光纤之一之间的第一操作耦合。
19.根据权利要求18所述的光纤线缆，其中所述第一参考-传感器对与所述第二参考-传感器对之间的所述操作耦合还包括在所述第一松套管光纤之一与所述第二松套管光纤之一之间的第二操作耦合。
20.根据权利要求18所述的光纤线缆，其中所述第一参考-传感器对与所述第二参考-传感器对之间的所述操作耦合还包括在所述第一紧包光纤之一与所述第二松套管光纤之一之间的第二操作耦合。
21.根据权利要求18所述的光纤线缆，其中所述第一参考-传感器对与所述第二参考-传感器对之间的所述操作耦合还包括在所述第一紧包光纤之一与所述第二紧包光纤之一之间的第二操作耦合。
22.根据权利要求17所述的光纤线缆，其中每个多个松套管光纤包括两个松套管光纤，并且其中每个多个紧包光纤包括四个紧包光纤。
23.根据权利要求22所述的光纤线缆，其中所述光纤中的每个光纤定义纵轴，并且所述线缆还包括定义大体上圆形横截面和对应中心纵轴的外护套，并且其中每个光纤的纵轴沿着所述中心纵轴径向向外定位。
24.根据权利要求23所述的光纤线缆，其中所述松套管光纤中的每个松套管光纤彼此约180度定位。
25.根据权利要求23所述的光纤线缆，其中所述紧包光纤中的每个紧包光纤与所述其它紧包光纤之一约180度定位。
26.一种配置用于检测扰动的干涉仪，所述干涉仪包括：
有源部分，配置为向光学传感器中发光、以从所述光学传感器接收至少一个光学信号或者二者；以及
光学传感器，与所述有源部分操作地耦合，其中所述光学传感器包括具有对应于第一参考-传感器光纤对的第一实际灵敏度的第一段和具有对应于第二参考-传感器光纤对的第二实际灵敏度的第二段。
27.根据权利要求26所述的干涉仪，其中所述第一段被配置为提供对应于第一环境的第一表观灵敏度，并且其中所述第二段被配置为提供对应于第二环境的第二表观灵敏度，其中所述第一环境不同于所述第二环境，并且其中所述第一表观灵敏度和所述第二表观灵敏度彼此基本上相等。
28.根据权利要求26所述的干涉仪，其中所述有源部分和所述光学传感器一起被配置为形成由以下各项构成的组中的所选择的一项：(i)重叠的第一和第二Mach Zehnder干涉仪；(ii)Sagnac干涉仪；(iii)模态度量传感器；(iv)相干OTDR；以及(v)偏光计。
29.根据权利要求28所述的干涉仪，其中所述光学传感器还被配置为传送光学信号，从而对所述传感器的一部分的扰动往往修改所述光学信号的相位。
30.根据权利要求29所述的干涉仪，其中所述有源部分还被配置为监视相应的光学信号并且据此推断对所述传感器的扰动的位置。
31.根据权利要求28所述的干涉仪，其中所述第一段被配置为提供对应于第一环境的第一表观灵敏度，并且其中所述第二段被配置为提供对应于第二环境的第二表观灵敏度，其中所述第一环境不同于所述第二环境，并且其中所述第一表观灵敏度和所述第二表观灵敏度彼此基本上相等。
32.根据权利要求26所述的干涉仪，其中所述有源部分和所述光学传感器一起被配置为形成混合Michelson和Mach Zehnder干涉仪。
33.根据权利要求32所述的干涉仪，其中所述第一段被配置为提供对应于第一环境的第一表观灵敏度，并且其中所述第二段被配置为提供对应于第二环境的第二表观灵敏度，其中所述第一环境不同于所述第二环境，并且其中所述第一表观灵敏度和所述第二表观灵敏度彼此基本上相等。
34.根据权利要求26所述的干涉仪，还包括一个或者多个附加段，每段具有与所述第一实际灵敏度或者所述第二实际灵敏度不同的相应的实际灵敏度。
35.根据权利要求34所述的干涉仪，其中所述一个或者多个附加段中的每段被配置为提供与相应环境对应的相应表观灵敏度，并且其中每个对应表观灵敏度与所述第一表观灵敏度和所述第二表观灵敏度基本上相等。

Claims (36)

1.一种在光纤线缆中的接头，所述接头包括：
第一光纤，具有第一信号传播特性；
第二光纤，具有第二信号传播特性；
其中操作地耦合所述第一光纤和所述第二光纤，从而光能够从所述光纤之一向所述光纤中的另一光纤传递，其中实际灵敏度从与所述接头相邻的区域到另一区域改变。
2.根据权利要求1所述的接头，还包括：第三光纤，操作地耦合到第四光纤，从而光能够从所述第三光纤或者第四光纤之一向所述第三光纤或者第四光纤中的另一光纤传递。
3.根据权利要求2所述的接头，还包括第一段和第二段，其中所述第一光纤和所述第三光纤包括所述第一段中的参考-传感器对，并且其中所述第二光纤和所述第四光纤包括所述第二段中的参考-传感器对，并且其中所述第一段具有第一实际灵敏度，并且所述第二段具有与所述第一实际灵敏度不同的第二实际灵敏度。
4.根据权利要求3所述的接头，其中所述第三光纤和所述第四光纤具有相互不同的信号传播特性。
5.根据权利要求3所述的接头，其中所述第一光纤和第三光纤具有基本上相同的信号传播特性。
6.根据权利要求3所述的接头，其中所述第二光纤和第四光纤具有基本上相同的信号传播特性。
7.根据权利要求5所述的接头，其中所述第一光纤和第三光纤中的每个光纤包括相应的松套管光纤或者相应的紧包光纤。
8.根据权利要求1所述的接头，其中所述第一光纤包括松套管光纤，并且所述第二光纤包括紧包光纤。
9.根据权利要求1所述的接头，还包括操作地耦合所述第一光纤和所述第二光纤的光纤熔接头或者机械耦合。
10.一种光纤线缆，包括：
第一部分，包括具有第一信号传播特性的至少一个光纤和具有第二信号传播特性的至少一个光纤；
第二部分，包括具有所述第一信号传播特性的至少一个光纤和具有所述第二信号传播特性的至少一个光纤；以及
操作耦合，在所述第一部分的具有所述第一信号传播特性的至少一个光纤与所述第二部分的具有所述第二信号传播特性的至少一个光纤之间。
11.根据权利要求10所述的光纤线缆，其中所述操作耦合包括第一操作耦合，其中所述光纤线缆还包括在所述第一部分的具有第二信号传播特性的至少一个光纤与所述第二部分的具有所述第一信号传播特性的至少一个光纤之间的第二操作耦合。
12.根据权利要求10所述的光纤线缆，其中具有所述第一信号传播特性的每个光纤包括松套管光纤。
13.根据权利要求10所述的光纤线缆，其中具有所述第二信号传播特性的每个光纤包括紧包光纤。
14.根据权利要求10所述的光纤线缆，其中在所述第一部分中的具有第一信号传播特性的所述至少一个光纤与具有第二信号传播特性的所述至少一个光纤之间的间距不同于在所述第二部分中的具有第一信号传播特性的所述至少一个光纤与具有第二信号传播特性的所述至少一个光纤之间的间距。
15.根据权利要求10所述的光纤线缆，其中每个光纤包括单模光纤。
16.根据权利要求10所述的光纤线缆，其中所述第一部分中的具有第一信号传播特性的所述至少一个光纤包括多个第一松套管光纤。
17.根据权利要求10所述的光纤线缆，其中所述第一部分中的具有第二信号传播特性的所述至少一个光纤包括多个第一紧包光纤。
18.根据权利要求10所述的光纤线缆，其中所述第一部分中的具有第一信号传播特性的所述至少一个光纤中的每个光纤和所述第二部分中的具有所述第一信号传播特性的所述至少一个光纤中的每个光纤包括相应的第一多个松套管光纤和第二多个松套管光纤；其中所述第一部分中的具有第二信号传播特性的所述至少一个光纤中的每个光纤和所述第二部分中的具有所述第二信号传播特性的所述至少一个光纤中的每个光纤包括相应的第一多个紧包光纤和第二多个紧包光纤。
19.根据权利要求18所述的光纤线缆，其中在所述第一部分的具有所述第一信号传播特性的至少一个光纤与所述第二部分的具有所述第二信号传播特性的至少一个光纤之间的所述操作耦合包括在所述第一松套管光纤之一与所述第二紧包光纤之一之间的第一操作耦合。
20.根据权利要求19所述的光纤线缆，还包括在所述第一松套管光纤之一与所述第二松套管光纤之一之间的第二操作耦合。
21.根据权利要求19所述的光纤线缆，还包括在所述第一紧包光纤之一与所述第二松套管光纤之一之间的第二操作耦合。
22.根据权利要求19所述的光纤线缆，还包括在所述第一紧包光纤之一与所述第二紧包光纤之一之间的第二操作耦合。
23.根据权利要求18所述的光纤线缆，其中每个多个松套管光纤包括两个松套管光纤，并且其中每个多个紧包光纤包括四个紧包光纤。
24.根据权利要求23所述的光纤线缆，其中所述光纤中的每个光纤定义纵轴，并且所述线缆还包括定义大体上圆形横截面和对应中心纵轴的外护套，并且其中每个光纤的纵轴沿着所述中心纵轴径向向外定位。
25.根据权利要求24所述的光纤线缆，其中所述松套管光纤中的每个松套管光纤彼此约180度定位。
26.根据权利要求24所述的光纤线缆，其中所述紧包光纤中的每个紧包光纤与所述其它紧包光纤之一约180度定位。
27.一种配置用于检测扰动的干涉仪，所述干涉仪包括：
有源部分，配置为向光学传感器中发光、以从所述光学传感器接收至少一个光学信号或者二者；以及
光学传感器，与所述有源部分操作地耦合，其中所述光学传感器包括具有第一实际灵敏度的第一段和具有第二实际灵敏度的第二段。
28.根据权利要求27所述的干涉仪，其中所述第一段被配置为在暴露于第一环境时提供第一表观灵敏度，并且其中所述第二段被配置为在暴露于第二环境时提供第二表观灵敏度，其中所述第一环境不同于所述第二环境，并且其中所述第一表观灵敏度和所述第二表观灵敏度基本上相同。
29.根据权利要求27所述的干涉仪，其中所述有源部分和所述光学传感器一起被配置为形成由以下各项构成的组中的所选择的一项：(i)重叠的第一和第二Mach Zehnder干涉仪；(ii)Sagnac干涉仪；(iii)模态度量传感器；(iv)相干OTDR；以及(v)偏光计。
30.根据权利要求29所述的干涉仪，其中所述光学传感器还被配置为传送光学信号，从而对所述传感器的一部分的扰动往往修改所述光学信号。
31.根据权利要求30所述的干涉仪，其中所述有源部分还被配置为监视相应的光学信号并且据此推断对所述传感器的扰动的位置。
32.根据权利要求29所述的干涉仪，其中所述第一段被配置为在暴露于第一环境时提供第一表观灵敏度，并且其中所述第二段被配置为在暴露于第二环境时提供第二表观灵敏度，其中所述第一环境不同于所述第二环境，并且其中所述第一表观灵敏度和所述第二表观灵敏度基本上相同。
33.根据权利要求27所述的干涉仪，其中所述有源部分和所述光学传感器一起被配置为形成混合Michelson和Mach Zehnder干涉仪。
34.根据权利要求33所述的干涉仪，其中所述第一段被配置为在暴露于第一环境时提供第一表观灵敏度，并且其中所述第二段被配置为在暴露于第二环境时提供第二表观灵敏度，其中所述第一环境不同于所述第二环境，并且其中所述第一表观灵敏度和所述第二表观灵敏度基本上相同。
35.根据权利要求27所述的干涉仪，还包括一个或者多个附加段，每段具有与所述第一实际灵敏度或者所述第二实际灵敏度不同的相应的实际灵敏度。
36.根据权利要求35所述的干涉仪，其中所述一个或者多个附加段中的每段被配置为在暴露于相应的对应环境时提供对应表观灵敏度，并且其中每个对应表观灵敏度与所述第一表观灵敏度和所述第二表观灵敏度基本上相同。
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