CN114424029A - 用于重建反向散射的电磁矢量波的方法和设备 - Google Patents

用于重建反向散射的电磁矢量波的方法和设备 Download PDF

Info

Publication number
CN114424029A
CN114424029A CN202080066030.6A CN202080066030A CN114424029A CN 114424029 A CN114424029 A CN 114424029A CN 202080066030 A CN202080066030 A CN 202080066030A CN 114424029 A CN114424029 A CN 114424029A
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
optical
backscattered
frequency
phase
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202080066030.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114424029B (zh
Inventor
G.卡尔布里斯
V.兰蒂科
E.阿尔莫里奇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Febus Optics SAS
Original Assignee
Febus Optics SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Febus Optics SAS filed Critical Febus Optics SAS
Publication of CN114424029A publication Critical patent/CN114424029A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114424029B publication Critical patent/CN114424029B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
    • G01D5/35338—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using other arrangements than interferometer arrangements
    • G01D5/35354—Sensor working in reflection
    • G01D5/35358—Sensor working in reflection using backscattering to detect the measured quantity
    • G01D5/35361—Sensor working in reflection using backscattering to detect the measured quantity using elastic backscattering to detect the measured quantity, e.g. using Rayleigh backscattering
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
    • G01D21/02—Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
    • G01D5/35338—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using other arrangements than interferometer arrangements
    • G01D5/35354—Sensor working in reflection
    • G01D5/35358—Sensor working in reflection using backscattering to detect the measured quantity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H9/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means
    • G01H9/004—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means using fibre optic sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/25—Arrangements specific to fibre transmission

Abstract

本发明涉及一种全部或部分光纤(106)中反向散射的电磁矢量波的重建方法(1)，包括：‑将频率v0或v0+vA的光信号注入该光纤(106)的步骤(200)；‑偏振分辨的外差光学检测的步骤(300)，包括生成至少两个正交偏振的反向散射的光信号，产生优选频率为vA的拍频；‑由至少一个光电探测器(203)将该正交偏振的反向散射的光信号转换为初始模拟信号的步骤(400)；‑由IQ解调器(211，302)执行电零差检测的步骤(500)，以产生I(I1,I2)已解调模拟信号和Q(Q1,Q2)已解调模拟信号；以及‑由处理模块(209)重建在全部或部分该光纤(106)中反向散射的该电磁矢量波的步骤(600)。

Description

用于重建反向散射的电磁矢量波的方法和设备
技术领域
本发明涉及分布式光纤测量领域，并且尤其涉及反向散射的电磁矢量波的重建。本发明涉及一种用于重建在全部或部分光纤中反向散射的电磁矢量波的方法。本发明还涉及一种用于重建反向散射的电磁矢量波的设备。本发明还涉及一种使用根据本发明重建的反向散射的电磁矢量波的光电测量方法。
背景技术
分布式光纤传感器用于测量各种应用中的环境影响，如压力、温度、机械运动和振动，各种应用包括监测油井、天然气井和其他井中的状况，监测管道、建筑和桥梁等结构，用于周边安全的声学监测，以及地震采集。这些监测技术使用例如分布式光纤测量。
分布式光纤测量的基本原理是将激光脉冲发射到光纤的一端，然后收集从光纤返回的反向散射的光。通过收集和分析反向散射的光来将收集的反向散射的光的特性(光强，波长，相位……)与应用于光纤的物理现象和收集的反向散射的光到达物理现象的位置的传播时间关联起来。
然而，在分布式光纤检测系统中，存在信号的衰减甚至衰落(在盎格鲁-撒克逊(Anglo-Saxon)术语中称为“衰落”)，导致信息的丢失和无法分析测量结果。
衰落是由于构成激光脉冲的电磁波的波动现象以及相同波长且彼此相干(即具有恒定相位关系)的反向散射的电磁波的添加而导致的干涉的结果。衰落现象取决于波长(或光频)、相位和偏振。这导致沿着光纤的强信号(相长干涉)区域和弱信号(相消干涉)区域的随机分布。
然后，相位值的提取的质量将取决于光纤中的信号的衰减或衰落。事实上，弱信号区域将使得相位的提取以及对环境影响的分析更加复杂。
已经开发了基于频率或相位分集的技术来减轻衰落效应并提高相位测量的质量。
例如，文献WO2013/066654中示出的基于相干检测OTDR系统的方法可用于从反向散射的信号中提取相位信息。这种方法包括发射到光纤中的不同频率的几个查询脉冲，并且需要外差检测系统。然而，不同频率的几个查询脉冲的实现使得查询和检测方案更加复杂，并且还需要应用选择性标准。
在由Pan等人于2011年在亚洲光纤通信与光电(Asia Communication andPhotonics)会议的Vol.8311.83110S中发表的题为“基于数字相干检测的相位敏感OTDR系统(Phase-sensitive OTDR system based on digital coherent detection)”的文献中公开的另一种方法依赖于部分地改变每个其他脉冲的相位。与经典的外差检测相比，该外差检测没有变化，但是不同相位的脉冲必须独立处理，这增加了分析反向散射的信号的时间和难度。此外，来自激光源的噪声成为影响相位测量的重要噪声因素。因此，噪声源太大，无法准确可靠地测量相位。
在文献US9009003中概述的另一种方法是将偏振检测分集为两个正交偏振方案或者互相成60°的三个偏振。不同的偏振可以进行独立的处理，并且应用或组合选择性标准。在第一种情况下，信息总是部分的。在第二种情况下，恢复了总振幅，并且抑制了由偏振引起的衰落效应，但是由于振幅的计算丢失了相位信息。
文献WO2010/045286中示出的另一种方法包括偏振分辨的光外差检测，如图1所示。为此，来自光源101的频率为v0的光信号被发送到光耦合器102。光信号被分成两个不同的路径，到频率为v0的本地振荡器107和待测试的光纤106。在该路径上，使用光放大器103来增加和控制光功率。随后声光调制器104生成具有定义的持续时间和重复率的脉冲序列。因此，光频偏移的值等于选择的外差频率。如此生成和放大的脉冲序列经由光循环器105被发送到光纤106中。使用相同的光循环器105恢复由待测试的瑞利(Rayleigh)型光纤106反向散射电磁波，并将其引导至偏振耦合器/分光器108。其与来自本地振荡器107的电磁波混合，并被分成两个正交偏振109和110。得到的混合包含外差频率的频谱分量，其振幅和相位取决于反向散射的波的振幅和相位。然后光电探测器111将电磁信息转换为电信息。如此获得的电信号可以被直接发送到模拟/数字转换和采集系统112，以从中数字地提取外差分量的振幅和相位信息。然而，这需要强采样，以便充分地解析外差频率的信号，还需要用于数字相位提取的充分计算能力。此外，使用耦合器来重新组合本地振荡器信号和反向散射的信号意味着信号损失一半，由此降低了提取的质量。用于偏振分辨的定量测量的偏振分光器的使用意味着本地振荡器是与偏振分光器的轴成45°的线性偏振。这种偏振必须被选择并随时间保持稳定，这对测量的质量是不利的。还可以在光电探测器和采集系统之间使用模拟振幅和相位提取系统，以避免数字提取。尽管基于偏振分辨的光外差检测，但是呈现的方法无法实现追踪波的完整参数，即被光纤反向散射的波的电场的空间和时间行为。此外，由设备收集的信息的使用不用于减少或消除衰落效应。
因此，需要新的方法或设备来优化反向散射的电磁波的属性的提取，同时降低衰落效应，从而实现对反向散射的电磁波的信息的充分利用。
发明内容
技术问题
因此，本发明旨在克服现有技术的缺点。具体而言，本发明的目的是提出一种用于重建反向散射的电磁矢量波的方法，所述方法简单，并且能够实现对总电磁波的访问以及对其属性的提取的优化，同时减小衰落效应。该方法还能够识别作用于电磁波的行为的一个或多个外部参数的变化。
本发明还旨在提出一种用于重建在全部或部分光纤中反向散射的电磁矢量波的设备，所述设备使得完全重建反向散射的电磁矢量波并访问表征电磁矢量波的所有属性成为可能，同时尤其是使得减轻衰落现象成为可能。
本发明的简单描述
为此，本发明涉及一种用于重建在全部或部分光纤中反向散射的电磁矢量波的方法，所述方法包括：
-将频率v0或v0+vA的光信号注入光纤的步骤；
-偏振分辨的外差光学检测的步骤，通过光学分离部件，并且根据注入的光信号和来自本地振荡器的电磁波的反向散射，生成至少两个正交偏振的反向散射的光信号，产生优选频率为vA的拍频；
-由至少一个、优选地至少两个光电探测器将正交偏振的反向散射的光信号转换为初始模拟信号的步骤；
-由IQ解调器执行电零差检测的步骤，用于IQ解调每个初始模拟信号，以为每个正交偏振的反向散射的光信号生成I已解调模拟信号和Q已解调模拟信号；以及
-由处理模块根据生成的I已解调模拟信号和Q已解调模拟信号重建在全部或部分光纤中反向散射的电磁矢量波的步骤。
这种方法能够重建反向散射的电磁矢量波，从而给出对表征其特性(振幅、相位、偏振度和偏振态、矢量动力学)的完整、同时和实时的访问。然后可以分析这种反向散射的电磁矢量波的特性，以更好地表征其传播介质，即折射率、光路、双折射、偏振模式色散的变化，并且这以分布在全部或部分光纤中的方式进行。此外，这种方法减轻了衰落现象。该方法还有助于分布式光纤测量的分析，并且具有便宜的优点。此外，没有应用选择性标准，并且相位信息被保留并可供使用。
因此，该方法允许在不需要强采样或高计算能力的情况下能够进行准确的重建和分析。
将相同的本地振荡器用于光外差检测，将相同的参考信号用于电IQ解调允许以时间上同步的、并行的和组合的方式处理这两个正交偏振。这两个正交偏振的关系在各方面都得到了保持。
根据该方法的其他可选特征：
-该方法包括包括对一部分反向散射的光信号、一部分初始模拟信号或频率为vA的模拟参考信号进行相移的步骤。该步骤降低了噪声并提高了测量的质量。此外，该步骤能够访问复振幅或相位和振幅。
-电零差检测步骤包括由该IQ解调器在该频率vA处进行解调。电零差检测允许IQ型解调。频率为vA的IQ电解调降低了噪声，提高了测量质量，同时能够直接访问已解调信号的复振幅，并以降低的采样速率获取信号。
-该方法包括根据生成的I已解调模拟信号和Q已解调模拟信号来计算复振幅的步骤。
-重建反向散射的电磁矢量波的步骤包括根据从生成的I已解调模拟信号和Q已解调模拟信号来确定的复振幅值计算全部或部分光纤中的以及全部或部分光纤中的任何投射轴的相位和/或振幅的步骤全部或部分全部或部分。然后，执行该计算子步骤能够快速重建反向散射的电磁矢量波。
-该方法包括根据生成的I已解调模拟信号和Q已解调模拟信号来计算相位和振幅值的步骤。
-重建反向散射的电磁矢量波的步骤包括根据从生成的I已解调模拟信号和Q已解调模拟信号而计算出的振幅和相位值计算全部或部分光纤中的以及全部或部分光纤中任何投射轴的复振幅的步骤。
-该方法包括计算最大振幅，包括识别与全部或部分光纤中任何投射轴的最大振幅相关联的最佳角度，所述最佳角度对应于与全部或部分光纤中的投射轴相对应的多个角度的振幅当中具有最高最大振幅的角度。然后，执行该计算子步骤能够快速地重建反向散射的电磁矢量波。此外，这允许访问反向散射的电磁矢量波的一个或多个感兴趣参数。
-该方法包括检测感兴趣参数的步骤，优选地是反向散射的电磁矢量波的参数。这允许对反向散射的电磁矢量波进行表征。此外，这允许对可能被施加在光纤上的环境影响进行表征。
-重建反向散射的电磁矢量波的步骤包括在全部或部分光纤的多个点处计算多个角度的信号的振幅。这允许在光纤的多个点处访问该信号的最大振幅，该最大振幅允许访问很少或不受衰落现象影响的信息。更通常地，这种步骤允许访问偏振态。
-该方法包括根据最大振幅的计算(优选地是多个角度下计算出的信号的振幅)，识别在全部或部分光纤中反向散射的光信号的主光轴。这允许访问该主光轴，从而减少了衰落效应。实际上，在全部或部分光纤中反向散射的光信号的主光轴对应于实现全部或部分光纤的多个点的信号的最大振幅的轴。通过将复振幅投射到该主轴上，抑制了该偏振引起的衰落效应，同时保持了该相位信息。
-在注入光纤中的步骤之前，该方法包括由调制器调制该光信号的步骤，所述调制允许该光信号的频率的偏移的值等于vA。这使得区分来自反向散射或本地振荡器的不同信号成为可能。
-该方法包括例如通过放大器对来自调制频率为vA的调制器的电信号进行中间放大的步骤。这提高了结果的灵敏度。
-该方法包括模拟滤波，例如由至少一个低通滤波器来抑制高于预定阈值的模拟信号的频率。这降低了该频率vA附近的噪声。
根据另一方面，本发明涉及一种分布式声学检测系统中的光电测量方法，包括根据本发明重建在全部或部分光纤中反向散射的电磁矢量波，并且根据重建的反向散射的电磁矢量波测量全部或部分光纤中的变形和/或温度变化。这能够以各种方式访问与光纤的环境影响相关的信息。事实上，由于本发明，例如任何应力、变形或温度以及压力的变化都可以被检测和分析。
根据该方法的其他可选特征，该方法包括在优选地重建的主光轴上测量全部或部分光纤中的变形和/或温度变化。
根据另一方面，本发明涉及一种用于重建在全部或部分光纤中反向散射的电磁矢量波的设备，所述设备包括：
-光源，被配置为生成频率v0的光信号，该光信号适于注入到光纤中，
-光学分离部件，被配置为根据注入的光信号的反向散射和来自本地振荡器的电磁波，生成至少两个正交偏振的反向散射的光信号，产生优选频率为vA的拍频，
-至少一个，优选地至少两个光电探测器，被配置为将正交偏振的反向散射的光信号转换为初始模拟信号，
-IQ解调器，被布置为执行电零差检测，用于IQ解调每个初始模拟信号，以为每个正交偏振的反向散射的光信号生成I已解调模拟信号和Q已解调模拟信号，以及
-处理模块，被配置为根据生成的I已解调模拟信号和Q已解调模拟信号重建在全部或部分光纤中反向散射的电磁矢量波。
根据本发明的这种设备实现了当脉冲被注入光纤中时，在光纤中的反向散射的电磁波的完全重建。光学分离部件被有利地配置为执行偏振分辨的外差光学检测。用于重建电磁波的该设备同时提取反向散射的电磁波的两个正交偏振的复振幅或振幅和相位。对电磁矢量波的访问能够获得其所有特性，因此开拓了分析现有技术还未能访问的反向散射的信号的方法。具体而言，通过重建反向散射的电磁波，由偏振引起的衰落效应可以被完全抑制，并且最重要的是相位信息被保留，从而允许使用它。由该设备获取的、包含由该设备获取的两个正交偏振的振幅和相位信息的复振幅被组合，而不是被单独处理，以提供波的相位和振幅信息，其中偏振引起的衰落效应被抑制。因此，没有强加选择性标准，衰落现象的减轻完全基于在光纤中被引导的电磁波的物理属性。此外，该设备具有比使用光频率分集来减轻衰落效应的系统更简单的优点。
附图说明
参考附图，通过阅读以说明性和非限制性示例的方式给出的以下描述，本发明的其他优点和特征将体现出来：
图1示出了使用偏振分辨的外差光学检测和数字振幅和相位分析的基于瑞利(Rayleigh)反向散射的分布式测量系统的现有技术设备的示意图；
图2示出了根据本发明的实施例的设备的示意图；
图3示出了根据本发明的实施例的设备的示意图；
图4示出了根据本发明的实施例的设备的示意图；
图5示出了根据本发明的实施例的方法的示意图；
图6示出了根据本发明的实施例的方法的示意图；
图7示出了根据本发明的电外差检测的实施例的示意图；
图8示出了根据本发明的实施例的重建电磁矢量波的步骤的示意图；
图9示出了重建的反向散射的电磁矢量波的示例的示意图；
图10示出了脉冲在所述光纤中传播期间，反向散射的电磁波的主轴的角度根据光纤的距离的变化；
图11示出了根据本发明的实施例的光电测量的方法的示意图；
图12示出了根据本发明的不同实施例的振幅和相位计算步骤(A,B)与现有技术的状态(C)的比较；以及
图13示出了说明与根据现有技术的使用固定轴相比，当使用根据本发明的方法的主光轴时获得的信号的质量的改善的示意图。
将参考根据本发明的实施例的方法、装置(系统)的流程图和/或框图来描述本发明的各方面。
在附图中，流程图和框图示出了根据本发明各种实施例的系统、方法的可能的实现的架构、功能和操作。在这方面，流程图或框图中的每个框可以示出系统、设备、模块或代码，每个框包括用于实现一个或多个指定逻辑功能的一个或多个可执行指令。在一些实现中，与块相关联的功能可以以不同于图中所示的顺序出现。例如，连续示出的两个框实际上可以基本上同时被执行，或者这些框有时可以以相反的顺序被执行，这取决于所涉及的功能。流程示意图和/或流程图中的每个框以及流程示意图和/或流程图中的框的组合可以由执行指定功能或动作或者执行特殊硬件和计算机指令的组合的特殊硬件系统来实现。
此外，虚线框对应于可选步骤。
具体实施方式
在下面的描述中，在本发明的含义内，表述“反向散射的电磁矢量波(backscattered electromagnetic vector wave)”对应于由电磁波在其中传播的材料反向散射的电磁波，该材料例如是由其电场的空间和时间行为(其空间定向、其振幅和其相位)定义的光纤。
在本发明的含义中，无论偏振轴是什么，术语“重建(reconstruction)”对应于计算反向散射的电磁矢量波的振幅和相位特性，并且“重建”对于任何偏振轴都是优选。
在本发明的含义中,“全部或部分”是指光纤的一部分或整个光纤。因此，在分布式测量的背景下，这些测量可以沿着整个光纤分布或者分布在光纤的一个或多个部分上，也可以是分布在光纤内的多个点上的测量。优选地，该测量不是一次性测量。
在本发明的含义中,“光信号(light signal)”是指频率固定或可变、强度固定或可变、自由或被引导的电磁波。优选地，“光信号”是在光纤中被引导的信号。
在本发明的含义中，术语“注入(injection)”对应于例如将光信号引入光纤。
在本发明的含义中，术语“反向散射的(backscattered)”或“反向散射(backscatter)”对应于沿入射波发射方向返回的入射波的一部分。这是粒子的反向散射，是由于该材料的散射使辐射相对于其发射方向的角度偏转大于90°。
在本发明的含义中,“正交偏振的光信号(orthogonally polarized lightsignal)”是指表示这些光信号的偏振态的两个琼斯(JONES)矢量的标量积等于零的光信号，换句话说，如果E1*.E2＝0，其中*是共轭转置运算符，则偏振态分别由两个矢量E1和E2表示的光信号是正交偏振的。
在本发明的含义中，表述“模拟信号(analog signal)”对应于具有物理量并连续变化的信号。例如，当将光信号转换为电信号时，所述电信号则是模拟信号。
在本发明的含义中,“数字信号(digital signal)”具体而言是指一组由加密的字符表示的物理量或数据，通过“数字信号”，信息由有限数量的明确定义的离散值表示，其特征之一可以随时间而存在。
“一部分信号(in all or in part)”是指整个信号的一部分，例如一半信号。
在本发明的含义中，表述“零差检测(homodyne detection)”对应于使特性能够被提取的检测，例如与相同频率的参考振荡相比，以某一频率振荡的信号的振幅和相位。该比较通常通过与具有与振荡信号形状相同的形状的本地振荡器相乘来完成。由此，信号被引入基带(零频率)。通常来说，零差对应于单频，而不是双频(外差检测)。
在本发明的含义中，表述“外差检测(heterodyne detection)”对应于基于反向散射的光信号与参考光信号(例如本地振荡器的光信号)混合的检测。外差检测使得能够偏移组成信号的频谱。例如，外差检测能够将高频信号降低到较低频率。为了使信号具有较低的频率，可以将该信号与本地振荡器的已知信号混合，由此获得的频率是本地振荡器和研究的信号之间的差。
在本发明的含义中,“调制(modulation)”是指改变信号以随时间修改其振幅、相位和频率的行为。
在本发明的含义中，术语“解调(demodulation)”对应于分析初始信号的方法，该方法能够从其调制的振荡中分离出感兴趣信号。当解调包括同相解调和相位正交解调时，该解调被称为“IQ型”。
在本发明的含义中，表述“复振幅(complex amplitude)”对应于由实部和虚部组成的信号的振幅。
在本发明的含义中，表述“实部和虚部(real and imaginary part)”对应于复信号的每个部分，其是复平面中的表示，其中实部投射在实轴上，虚部投射在虚轴上，辐角对应于相位，模对应于振幅。使用复信号可以简化计算。
“相移(phase shift)”是指在研究的信号的原点处的相位差。相移通常介于π和-π之间，相当于同一频率下信号相对于另一信号的变化延迟。
在本发明的含义中，表述“同相相乘(multiplied in phase)”对应于来自调制器的信号与模拟信号的混合。
在本发明的含义中，与“同相相乘”的来自调制器的信号与模拟信号的混合相反，表述“相位正交相乘(multiplied in phase quadrature)”对应于两者之间的相位比相对于“同相相乘”仅偏移90°或π/2弧度。
在本发明的含义中，表述“预定阈值(predetermined threshold)”对应于特定值，在该值以上或以下的频率被过滤。这是极限值，通常对应于频率值，超过该值，最大噪声被去除，同时保留感兴趣信号。
在本发明的含义中,“应力(stress)”是指施加到材料或物体上的力。这种力可以通过扭转、牵引、推力或任何其它导致其所作用的材料或物体发生“变形”或位移的力来施加。
在本发明的含义中，术语“变形(deformation)”对应于材料或物体的形状或三维的变化，但没有超过所述材料或物体的断裂点。例如，在本发明的含义内，变形倾向于拉伸或压缩经受着力并且特别是应力的材料或物体。
在本发明的含义中，表述“主光轴(main optical axis)”对应于光轴，在该光轴上，在光纤内电磁波的投射的振幅最大的。主轴是信号在其上具有最大振幅的轴，也就是说大于光纤的同一段上的所有其他信号振幅。其是由电磁波的电场在光纤的给定位置形成的椭圆的主轴，该椭圆定义了电磁波的偏振态。因此，在本发明的意义内，主光轴沿着光纤变化，使其总是对应于在光纤的该点上信号将具有最大振幅的轴。
在本发明的含义中，表述“投射轴(projection axis)”对应于电场将在其上振荡的轴，也就是说，在该投射轴上可以观察到电场振荡。
在本发明的含义中,“偏振态(polarization state)”是指由垂直于电磁波传播的截面中的电场方向的运动所定义的形状。偏振态可以是直的、椭圆的或圆的。
在本发明的含义内,“参数检测(detection of a parameter)”或“感兴趣参数(parameters of interest)”是指反向散射的电磁矢量波的一个或多个特性，例如振幅、相位、状态和偏振度、矢量动力学、折射率变化、光路、双折射、偏振模式色散。
在本发明的含义中,“耦合(coupled)”是指混合，例如将两个信号相加或相乘。
在下面的描述中，相同的附图标记用于表示相同的元件。
在光纤测量期间，各种光学效应是已知的，包括布里渊(Brillouin)散射、拉曼(Raman)散射和瑞利(Rayleigh)反向散射，并且这些技术中的每一种都具有不同的特性，能够在不同的时间尺度下确定不同的环境影响。可以使用基于反向散射的光纤分布式测量技术测量的光纤的环境参数与反向散射的电磁矢量波的行为相关。此外，目前使用基于瑞利反向散射的分布式光纤测量技术可测量的光纤环境参数与反向散射的电磁波的相位直接线性相关。因此，为了基于瑞利反向散射来定量地确定环境影响，测量的质量直接取决于正确提取反向散射的电磁波的相位的能力。
目前，分布式光纤测量对环境影响的研究受到衰落现象的限制。衰落现象使得相位的提取更加复杂，从而影响了测量的质量，进而影响了对环境影响的研究。
因此，发明人开发了一种用于重建电磁矢量波的方法和设备；其中反向散射的电磁矢量波的重建使得抑制偏振引起的衰落效应成为可能。
将在光纤中的瑞利型反向散射背景下描述本发明，但是本发明不限于光纤，并且可以通过能够引导光波的任何部件来实现。
图2示意性地示出了用于重建在全部或部分光纤106中反向散射的电磁矢量波的设备3。
具体而言，反向散射的电磁矢量波可以从光纤106中的反向散射的光信号中重建。
此外，该反向散射的光信号可以优选对应于瑞利型反向散射信号。
根据本发明的光纤106可以对应于被配置为传播和引导光信号的任何类型的光纤。优选地，根据本发明的光纤是石英电信光纤。有利的是，由二氧化硅制成的光纤减少了光波在光纤中传播期间的损失。可选地，光纤106可以对应于改进的光纤，以增强反向散射过程。例如，可以使用“增强型”光纤。这些光纤具有增加反向散射的特质，这是通过增加光纤中的杂质或者通过在其中刻写布拉格(Bragg)光栅以增加光反射来实现的。
根据本发明的重建设备3可以包括光源101。光源101被配置为生成光信号。该光信号的频率例如为v0。该光信号适于注入光纤106。
光源101可以是具有单个光脉冲的连续光源，或者是具有几个光脉冲(在盎格鲁-撒克逊术语中也称为“脉冲”)的不连续光源。优选地，光源是连续的。
根据本发明的光源101可以是窄带光源，例如分布式反馈光纤激光器(其通常提供最窄的激光光谱，对于该光谱，可以在大范围内选择发射波长)、使用布拉格(Bragg)光栅的DFB(在盎格鲁-撒克逊术语中为“分布式反馈”(Distributed FeedBack))激光器或外腔激光器(ECL，External Cavity Laser)。在对应的频率v0下，发射波长λ0优选地等于或基本等于1550nm。发射光波的线以发射波长λ0为中心，并且具有大相干长度。
光源101，例如激光器，在光纤106中发射中等功率的光信号，通常为20mW量级。
光源101发射具有线性偏振态的光信号。
可选地，可以使用用于使偏振态呈线性的设备。
根据本发明的重建设备3可以包括光耦合器102，优选地是偏振保持光耦合器102。偏振保持耦合器102被配置为将来自光源101的光信号分割成相同频率的两个信号，分布在两臂中。第一臂将频率为v0的光信号的一部分引导至本地振荡器107。本地振荡器由偏振保持光纤组成。第二臂将频率为v0的光信号的另一部分引导至光纤106，同时保持来自光源101的初始偏振态。
有利的是，在本地振荡器上使用偏振保持耦合器102和偏振保持光纤保持了光源的传出偏振。改善了本地振荡器的偏振稳定性。后者用作参考，尤其是在偏振分离期间，其稳定性对于信号质量至关重要。
耦合器102可以对应于连接器、反射镜、透镜、光纤组装件(例如基于两根光纤的段的融合)，使得光信号能够定向在期望的方向上。这可以是被配置为在保持光信号的偏振态的同时分割和引导光信号的任何部件，优选地为光学部件。
根据本发明的重建设备3可以包括光放大器103。放大器被配置为放大信号。具体而言，其被配置为增加和控制信号强度。
根据本发明的重建设备3可以包括光调制器104。调制器最好是声光调制器。优选地，光调制器可以被布置在光放大器的下游。调制器被配置为生成预定持续时间和重复率的脉冲序列。多个光脉冲可以在光纤106中传输，其中多个光脉冲可以同时或在不同时间被发送。多个光脉冲可以具有不同的频率、偏振和持续时间。
频率v0相对于来自光源101的光信号偏移的量等于调制器的预定频率值或其整数倍。此外，频率v0也可以相对于来自光源101的光信号偏移的量等于-vA的值。优选地，调制器104的频率值对应于等于vA的频率值。因此，如图2所示，频率vA被提供为调制器104的控制信号的结果。该脉冲可以被控制触发脉冲的子单元触发。因此，从调制器104提取的光脉冲也相对于从光源101输入到调制器104的光信号发生频移，并且也相对于第一臂中的本地振荡器信号发生频移。
调制器104优选地能够在连续信号上施加至少10MHz的频移，并将其转换成待注入光纤的脉冲信号。来自调制器的信号具有频率为v0的连续分量，该连续分量被转化成频率v0或v0+vA的脉冲分量。调制器104能够生成频率偏移连续光信号频率的脉冲信号。应用于所述偏移的频率的频移vA可以大于或等于10MHz。频率vA是调制器的固有频率，通常大于或等于10MHz，小于或等于1GHz，优选地基本上等于200MHz。由此生成的脉冲的时间宽度可以例如在10ns和500ns之间，优选地基本上等于20ns。
或者，频移可以在本地振荡器107的路径中实现。
可以使用其他脉冲产生和频移机制，例如电光调制器或电光调制器和电声调制器的组合。虽然频移不是必需，但是很方便，因为其还可以将由反射的信号和本地振荡器信号组合产生的信号与仅来自本地振荡器路径的光或反向散射的信号区分开。
这还允许在电域中适当地测量各种信号的相对光相位。
可选地，可以实现触发器来确定调制器104何时生成下一脉冲。因此，光调制器104减少了脉冲内干扰的影响，从而减少了噪声。当需要监测瑞利反向散射时，这一特征尤其有利。
有利的是，在调制器104的输出端，优选地频率v0+vA的光信号被引导到循环器。
优选地，频率为vA的电信号也被注入调制器，优选地连续注入调制器，并被引导到放大器204。该信号可用作频率vA的参考。
根据本发明的重建设备3可以包括光循环器105。优选地，光循环器105被布置在调制器104的下游。光循环器105被配置为接收例如来自耦合器102、调制器104或放大器103的光信号，优选地以频率v0+vA接收。此外，光循环器105被配置为将光信号注入光纤106。最后，光循环器105被配置为从光纤106收集反向散射，例如瑞利反向散射。实际上，频率v0或v0+vA的信号被注入到光纤中，光纤响应于脉冲在相反方向上生成反向散射信号(例如瑞利)。瑞利反向散射信号的频率v0或v0+vA。反向散射信号与前向光分离，被引导到光学分离部件202和光学分离部件303。
因此，根据本发明的重建设备3包括光学耦合/分离部件202。光耦合/分离部件202优选地被配置为将来自本地振荡器107的频率为v0+vA或v0的电磁波与来自光纤的频率为v0或v0+vA的瑞利反向散射信号耦合。光耦合/分离部件202还被配置为根据注入的光信号的反向散射，生成至少两个正交偏振的反向散射的光信号。所述至少两个正交偏振的反向散射的光信号的频率例如为v0+vA，优选为频率vA的拍频。
因为来自本地振荡器107和瑞利反向散射信号的频率不同，所以根据本发明的重建设备3包括偏振分辨的外差光学检测201。
光耦合/分离部件202可以对应于分光器耦合器(splitter coupler)、偏振分光器耦合器、90°混杂器(hybridizer)、180°混杂器。优选地，在该实施例中，光学耦合/分离部件可以对应于180°混杂器。本地振荡器的偏振保持并固定为与偏振分光器的轴成45°，允许以定量的方式进行偏振分解。
在另一个实施例中，光反向散射信号首先与来自本地振荡器107的光信号组合，以形成组合信号。然后，分光部件中的偏振分光器将该组合信号分成具有不同偏振(例如，正交偏振)的至少两个信号部分。
有利的是，该光学分离部件可以减轻偏振衰落(也就是说，当反向散射信号和本地振荡器信号的偏振不同时的信号衰减)。
更重要的是，在某些情况下，两种偏振可能携带不同的信息。当对光纤施加非对称影响时，例如横向力时，情况尤其如此，这种力往往会改变光纤的两种偏振模式之间的传播速度差(也就是说，其改变了光纤的双折射)。
然后，光学分离部件优选地被配置为将对应于第一偏振的第一信号部分引导到第一光电探测器203，并将对应于第二不同偏振的第二信号部分引导到第二光电探测器203。
因此，根据本发明的重建设备3包括至少一个光电探测器203，优选地至少两个光电探测器203。所述一个或多个光电探测器被配置为将正交偏振的反向散射的光信号转换成初始模拟信号。来自光电探测器的初始模拟信号的频率优选地为vA。
光电探测器203可以对应于平衡光电探测器、光电二极管、电子崩光电二极管。
优选地，具有平衡光电探测器的180°混杂器的使用消除了与分光器耦合器相关联的损失。
有利地，来自所述至少两个正交偏振的反向散射的光信号的每个初始模拟信号是被引导到电IQ解调器的电信号。
因此，根据本发明的重建设备3包括IQ解调器211和302。IQ解调器被布置为对每个初始模拟信号执行电零差检测。例如，其可以被配置为通过将对每个偏振检测的初始模拟信号与频率为vA的参考模拟信号混合来以频率vA执行电零差检测。
具体而言，其允许为每个正交偏振的反向散射的光信号生成I已解调模拟信号和Q已解调模拟信号。
优选地，其允许为每个初始模拟信号生成I(I1,I2)已解调模拟信号和Q(Q1,Q2)已解调模拟信号。有利的是，IQ解调器可以被配置为对一部分反向散射的光信号、一部分初始模拟信号或频率为vA的参考模拟信号执行相移。
更优选地，如将在下文中详细描述的，根据本发明的IQ解调器被布置为执行来自每个正交偏振的反向散射的光信号的模拟信号与参考信号的同相和正交相乘。因此，如稍后将详细描述的，一部分反向散射的光信号、一部分初始模拟信号或频率为vA的参考模拟信号可以通过移相器。
IQ解调器可以包括至少一个电混合器205。优选地，对于每个初始模拟信号，IQ解调器包括两个电混合器205。因此，在一个实施例中，来自至少两个正交偏振的反向散射的光信号之一的初始模拟信号被引导到包括电混合器205的第六臂和引导到包括电混合器205的第七臂。
来自至少两个正交偏振的反向散射的光信号之一的初始模拟信号可以通过电混合器205与参考模拟信号混合。优选地，模拟参考信号以频率vA来自调制器104。可选地，参考信号可以从外部源生成。
然而，在与初始模拟信号混合之前，参考模拟信号可以通过被配置为修改其属性的几个组件。
例如，模拟参考信号可以被预先引导到中间放大器204。中间放大器204优选地是可调节的。此外，中间放大器允许放大输出的信号，并且提高灵敏度。
此外，来自中间放大器204或直接来自调制器的模拟参考信号也可以被引导到移相器206，如图2所示。
因此，IQ解调器可以包括移相器206。移相器被配置为偏移入射信号的相位。移相器206可以对应于90°移相器，也就是说将入射信号偏移90°。
如图2所示，在参考模拟信号被引导到混合器205之前，移相器206将参考模拟信号偏移90°，混合器205被布置为将参考模拟信号与初始模拟信号混合。然后来自至少两个正交偏振的反向散射的光信号之一的初始模拟信号可以通过电混合器205与来自移相器206的相移后的参考模拟信号混合，如图2所示。
根据图3所示的本发明的特定实施例，IQ解调器可以包括至少一个移相器206，该移相器206被配置为在初始模拟信号被引导到混合器205之前将初始模拟信号的相位偏移90°，该混合器205被布置为将初始模拟信号与参考模拟信号混合。
图4示出了重建设备3的另一实施例。在该实施例中，光学分离部件303优选地为90°混杂器。这种混杂器还被配置为在本地振荡器和每个正交偏振的信号之间直接和光学地生成I相正交信号和Q相正交信号。使用带平衡光电探测器的90°混杂器消除了与分光器耦合器相关联的损失。
在该实施例中，具有第一偏振的第一信号部分被提供给第一检测器203和与之相位正交的第二检测器。具有第二不同偏振的第二信号部分被提供给第三检测器203和与之相位正交的第四检测器。
此外，在该实施例中，不需要电子移相器206。来自检测器203的模拟同相信号和相位正交信号各自直接与来自调制器104的信号混合。也可以使用中间放大器204来放大来自调制器104的信号。
因此，以外差频率操作的电混合器205将为每个偏振检测的初始模拟信号与模拟参考信号同相或相位正交(也就是说，使用移相器206获得)混合。或者，如上所述，以外差频率操作的电混合器205将每个偏振的同相或相位正交的初始模拟信号(也就是说，使用移相器206或直接通过混杂器获得，如图4所示)与参考模拟信号混合。因此，对于每个检测到的偏振，感兴趣信号，优选地以外差频率vA，相对于本地振荡器在相位I和相位正交Q上被基带化。
IQ解调器还可以包括至少一个滤波器207。优选地，对于每个同相和相位正交信号，IQ解调器包括一个滤波器207。滤波器207可用于选择零频率以上的频带。
滤波器被配置为以基带化的外差频率对感兴趣信号进行滤波。
根据本发明的滤波器可以对应于低通滤波器、带通滤波器或高通滤波器。优选地，该滤波器是低通滤波器。
优选为低通的滤波器可以获得对应于两个正交偏振中的每一个的反向散射的电磁矢量波的信号的复包络。
与经典外差设置不同，感兴趣信号不在载波频率附近处理。因此，获得信号的包络允许加速数字再处理。
因此，如上所述，IQ解调器可以包括采集系统208。采集系统208被配置为将一个或多个模拟信号转换成数字信号。
采集系统被配置为接收同相信号和相位正交信号，这些信号携带两个正交偏振中的每一个的振幅和相位信息。
可选地，可以执行同步以在由调制器生成并注入到光纤中的每个光脉冲处触发采集卡。采集系统还可以被配置为对传入信号进行采样，以从中获取相位信息。
IQ解调器允许用于IQ解调每个初始模拟信号的电零差检测，以为每个正交偏振的反向散射的光信号(优选地为对应于两个正交偏振的初始模拟信号)生成I(I1,I2)已解调模拟信号和Q(Q1,Q2)已解调模拟信号。
这些I(I1,I2)已解调模拟信号和Q(Q1,Q2)已解调模拟信号可用于计算复信号(I+jQ)，该复信号将包含重建实信号所需的所有信息。事实上，由于IQ解调器被配置为执行同相和相位正交相乘，因此信号被分成由三角关系链接的两个正交分量。同相信号的一部分是余弦信号，而相位正交信号的另一部分是正弦信号。因此，同一信号的这两个部分变得相互独立，使得同相的信号对应于复信号的实部，而相位正交的信号对应于复信号的虚部。因此，采集系统可以为两个正交偏振中每一个确定复振幅(I+jQ)。这可以更可靠地计算反向散射的信号的相位和振幅，从而限制信号的衰减或衰落。
如将在处理示例中解释的，与基于纯光学零差IQ解调的系统不同，低频噪声大多是通过使用载波频率和电检测被过滤。
此外，通过IQ解调对复振幅(I+jQ)的两个正交偏振的并行采集允许重建在全部或部分光纤中传播的脉冲的反向散射的电磁矢量波。
此外，I(I1,I2)已解调模拟信号和Q(Q1,Q2)已解调模拟信号可用于计算相位和振幅值，这将提供重建实信号所需的所有信息。
为此，根据本发明的重建设备3可以包括处理模块209。该处理模块被配置为根据确定的复振幅值(I+jQ)或相位和振幅值来重建在全部或部分光纤106中反向散射的电磁矢量波。实际上，数学关系允许根据从生成的I(I1,I2)已解调模拟信号和Q(Q1,Q2)已解调模拟信号确定的复振幅值(I+jQ)来确定反向散射的电磁矢量波。数学关系也允许从相位和振幅值计算复振幅值。
处理模块有利地被配置为识别对应于检测到的最大振幅的、沿着光纤的全部或部分长度的光轴。最大振幅可以通过数学计算来根据确定的复振幅值(I+jQ)确定。类似地，可以根据确定的复振幅值(I+jQ)计算相位值。由偏振引起的衰落效应被完全抑制，并且最重要的是相位信息被保留，因此允许被使用。因此，处理模块209能够重建反向散射的电磁矢量波，从而例如计算一部分光纤上或沿着整个光纤的主光轴。
访问总电磁波可以优化其属性的提取。包含由该系统获取的两个正交偏振的振幅和相位信息的复振幅被组合，而不是被单独处理，以根据光脉冲在光纤中的位置提供和使用仅一个感兴趣复振幅。
重建设备3允许受益于数字解调的优点，特别是精度，同时避免采样具有足够的分辨率的频率，并允许具有足够的计算能力用于数字相位提取。
根据另一方面，本发明涉及一种用于重建在全部或部分光纤106中反向散射的电磁矢量波的方法1，如图5和图6所示。
根据本发明的重建方法1包括步骤200，即将光信号注入光纤106，该光信号优选地频率为v0+vA。频率v0+vA优选地通过频率为v0的光信号的频移获得。频移可以由调制器104实现。此外，频率为v0的光信号可以由光源101生成。
或者，该方法可以包括步骤200，即将频率为v0的光信号注入光纤106。在这种情况下，是光信号被引导到频率为v0+vA的本地振荡器107。
因此，该方法可以包括从光源分离光信号的步骤。分离步骤可以由偏振保持光耦合器102来执行。光信号被分成频率同样为v0的两部分。信号被引导到两条不同的路径。光信号的一部分被引导到放大器103，而光信号的另一部分被引导到本地振荡器107。
根据本发明的方法可以包括步骤210，即放大光信号。该步骤由放大器103实现。在将光信号注入光纤106之前，放大步骤增加并控制光信号的光功率。
根据本发明的重建方法1可以包括步骤220，即调制光信号。调制可以由调制器104来执行。优选地，在注入光纤106的步骤200之前实施调制。调制可以允许光信号的频率偏移等于vA的值。由调制产生的频率可以相对于来自光源的光信号的频率偏移(向上或向下)。调制可以包括以预定的持续时间和重复率生成不同频率的脉冲。
调制后的光信号被注入光纤，光纤生成瑞利反向散射信号。
根据本发明的重建方法1可以包括偏振分辨的外差光学检测步骤300。该光学检测步骤300有利地包括生成正交偏振的至少两个反向散射的光信号，产生优选频率为vA的拍频。具体而言，这种生成可以通过光学分离部件并根据注入的光信号和来自本地振荡器的电磁波的反向散射来实现。
然后频率v0或v0+vA的反向散射的光信号与来自本地振荡器107的频率为v0或v0+vA的光信号耦合。频率v0和v0+vA的耦合允许所述正交偏振的至少两个反向散射的光信号优选地频率为vA。
此外，当反向散射信号与来自本地振荡器的信号混合时，如果本地振荡器具有恒定的强度和足够窄的频带，这些信号组合起来以提供保留反向散射信号的振幅和相位信息的频率差。本地振荡器和反向散射信号的频率不同，因此该步骤可以对应于外差光学检测。
外差检测包括将待分析的反向散射的信号与本地振荡器107的光信号重新组合，两者频率不同。
如上所述，外差检测的优点是信噪比的提高，以及动态范围的提高，因为外差信号与反向散射强度的平方根成比例。
此外，该生成步骤允许信号混合被分离成两个正交偏振。当反向散射信号的偏振和本地振荡器信号的偏振不同时，这减轻了偏振衰落和信号衰减。
正交偏振的反向散射光信号被引导到至少两个独立的检测器203，每个检测器用于一个正交偏振。可选地，正交偏振的反向散射光信号可以被引导到四个独立的检测器203。
根据本发明的重建方法1可以包括步骤400，即将正交偏振的反向散射的光信号转换成初始模拟信号。优选地，该步骤由至少一个光电探测器203执行。
这允许生成包含反向散射的信号的信息的电信号。然后对应于正交偏振的光信号之一的每个初始模拟信号被引导到电零差检测步骤500。
根据本发明的重建方法1可以包括电零差检测步骤500。该步骤优选地由IQ解调器执行，用于IQ解调每个初始模拟信号。图7示出了根据本发明一个实施例的零差检测步骤。这种电零差检测可以通过将针对每个偏振检测到的初始模拟信号与频率为vA的参考模拟信号混合来以频率vA执行。
电零差检测步骤500允许为正交偏振的每个反向散射的光信号生成I(I1,I2)已解调模拟信号和Q(Q1,Q2)已解调模拟信号。
对应于正交偏振光信号之一的每个模拟信号在被引导到混合步骤525之前被分成两部分。
有利地，混合步骤525允许来自每个正交偏振的反向散射的光信号的模拟信号与参考信号同相相乘和相位正交相乘。
因此，根据本发明的方法还可以包括步骤520，即偏移一部分反向散射的光信号的相位、一部分初始模拟信号的相位或一部分参考模拟信号的相位。
根据本发明的特定实施例，解调步骤IQ可以包括在频率vA处偏移一部分参考模拟信号的相位。优选地，该信号(优选为电信号)来自调制器104。如图2所示，只有频率为vA的一部分参考模拟信号被相移并与每一个初始反向散射的模拟信号相乘。该实施例的优点在于，使用被检测到的偏振所平衡的光电二极管和基于来自调制器的频率为vA的参考信号的相移的电IQ解调，其属性随着时间保持恒定。
根据本发明的另一个特定实施例，IQ解调步骤可以包括偏移一部分初始模拟信号的相位，该部分初始模拟信号优选地对应于反向散射的光信号，然后与参考模拟信号相乘。优选地，只有对应于正交偏振的反向散射的光信号之一的每个初始模拟信号的一部分被相移，然后与参考模拟信号vA相乘，如图3所示。该实施例具有使用由检测到的偏振所平衡的光电二极管和电IQ解调的优点。
根据本发明的另一个特定实施例，IQ解调步骤可以包括偏移一部分反向散射的光信号的相位，如图4所示。在该实施例中，反向散射的光信号被光学地相移，这使得电检测方案更简单。该实施例需要使用四个平衡光电探测器，而前两个实施例只需要两个。
因此，电零差检测步骤可以包括相移步骤520。该步骤可以由至少一个移相器206来执行。
可选地，外差光学检测步骤包括相移步骤。该步骤可以由90°混杂器执行。
此外，相移步骤之前或之后可以是中间放大步骤510。中间放大步骤对应于以调制频率vA来放大来自调制器104的电信号。放大步骤可以由中间放大器实现。
然后来自调制器104的放大信号可以被引导到相移步骤520和混合步骤。
此外，优选地，在相移步骤之后，根据本发明的方法可以包括将对应于反向散射的光信号的每个初始模拟信号与优选地来自调制器104的参考模拟信号(同相和/或相位正交)以频率vA混合525。优选地，该步骤由至少一个电混合器205。
因此，来自正交偏振的两个反向散射的光信号之一的每个初始模拟信号的每个部分一方面与来自调制器104的参考模拟信号混合，对应于同相相乘。来自正交偏振的两个反向散射的光信号之一的每个初始模拟信号的另一部分与来自调制器104的90°相移参考信号混合，对应于信号的相位正交相乘。
可选地，来自正交偏振的两个反向散射光信号之一的每个初始模拟信号的另一部分可以被相移90°,并与来自调制器104的参考信号混合，对应于相位正交相乘。
由本发明实现的方法可以包括模拟滤波步骤530，用于抑制模拟信号的一部分频率，优选地高于预定阈值的频率。优选地，模拟滤波步骤对应于高频滤波步骤。这可以仅保留低频。该步骤可以由低通滤波器207执行。
因此，该滤波步骤允许去除在放大和相移步骤中生成的噪声，允许只保留同相信号和正交相位信号。这使得最终信号的噪声得以降低。
因此，由解调器IQ进行零差电检测的步骤500，用于IQ解调例如反向散射的光信号的每个模拟信号，允许为反向散射的光信号的每个模拟信号生成I(I1,I2)已解调模拟信号和Q(Q1,Q2)已解调模拟信号。
此外，优选地，以时间同步的方式并行检测两种偏振，也就是说同时检测。
根据本发明的重建方法1可以包括步骤600，即优选地根据复振幅值(I+jQ)或确定的相位和振幅值，根据生成的I(I1,I2)已解调模拟信号和Q(Q1,Q2)已解调模拟信号重建在全部或部分光纤106中反向散射的电磁矢量波。如图8和图9所示，该步骤可以由处理模块209执行。实际上，如前所述，这些I(I1,I2)已解调模拟信号和Q(Q1,Q2)已解调模拟信号可用于计算复信号(I+jQ),该复信号将包括重建实信号并因此重建电磁矢量波所需的所有信息。这些I(I1,I2)已解调模拟信号和Q(Q1,Q2)已解调模拟信号可用于计算相位和振幅值，这些值将包含重建实信号和重建电磁矢量波所需的所有信息。
该方法可以包括步骤610a，即根据I(I1,I2)已解调模拟信号和Q(Q1,Q2)已解调模拟信号计算复振幅(I+jQ)。此外，重建反向散射的电磁矢量波的步骤可以包括根据确定的复振幅(I+jQ)计算反向散射的光信号的相位和/或振幅。优选地，该计算步骤在全部或部分光纤中执行。此外，根据从生成的I(I1,I2)已解调模拟信号和Q(Q1,Q2)已解调模拟信号确定的复振幅值(I+jQ)，可以对全部或部分光纤中的任何投射轴执行该步骤。
此外，根据本发明的方法可以包括步骤610b，即根据I(I1,I2)已解调模拟信号和Q(Q1,Q2)已解调模拟信号来计算相位和振幅。此外，重建反向散射的电磁矢量波的步骤可以包括根据生成的I(I1,I2)已解调模拟信号和Q(Q1,Q2)已解调模拟信号而计算出的相位值和振幅值来计算全部或部分光纤中的复振幅(I+jQ)。
该方法可以包括根据确定的相位值和振幅值来计算反向散射的光信号的复振幅。优选地，该计算步骤在全部或部分光纤中执行。
对于每个正交偏振的光信号，在全部或部分光纤中获得多个振幅值和/或相位值。
此外，重建步骤600可以包括对电场的所有角度以及全部或部分光纤计算反向散射的信号的复振幅和/或振幅和/或相位。通过改变参考系，针对电场的所有角度的复振幅和/或振幅和/或相位的计算可以对应于矢量的创建。此外，该角度例如在0°和2π之间。
优选地，最大振幅的计算包括识别与全部或部分光纤中任何投射轴的最大振幅相关联的最佳角度。该最佳角度优选地对应于多个角度的振幅中具有最高最大振幅的角度，该角度对应于全部或部分光纤中的投射轴，优选地对应于在全部或部分光纤的横截面中定义的投射轴。
优选地，在全部或部分光纤的多个点上执行该计算。
通过三角关系，随着参考系的改变和所述矢量的呈现，可以表征在全部或部分光纤中反向散射的的电磁矢量波的行为，从而重建反向散射的电磁矢量波。
完全重建反向散射的电磁矢量波还允许完整和同时地访问表征该电磁矢量波的属性(振幅、相位、偏振态、偏振度)和电磁地表征其传播介质的属性(折射率变化、光路、双折射、偏振模式色散)，并且该重建在全部或部分光纤中以分布式方式进行。因此，由于本发明，这些属性可以被单独使用或组合使用，以在全部或部分被查询的光纤中以分布式方式确定作用于电磁波的行为的一个或多个环境影响的变化。
这允许获得全部或部分光纤达到最大振幅所需的最大振幅和投射角。优选地，最大振幅的计算包括从对应于在光纤横截面平面上定义的可能的投射轴的多个角度当中识别与主光轴相对应的全部或部分光纤的角度。
因此，最大振幅可以根据复振幅值(I+jQ)或确定的对应的相位和振幅值进行数学计算来确定。类似地，可以根据确定的复振幅值(I+jQ)来计算对应的相位值。
根据本发明的方法可以包括步骤700，即检测感兴趣参数，具体如图8所示。
因此，根据本发明的方法可以进一步包括步骤710，即提取相位轮廓(phaseprofile)。优选地，对每个投射和/或根据确定的复振幅(I+jQ)计算的每个相位执行该步骤。实际上，对于每个投射，可以推导出相位，从而推导出相位轮廓。
根据本发明的方法可以包括相位展开步骤720。实际上，相位是圆形的，其根据0°和2π°(π和-π)之间的角度变化。因此，当检测相位时，如果两点之间的相位差大于π，则给该相位增加π。
这允许消除相位的循环效应。
此外，由于反向散射的电磁矢量波的重建，也有可能根据最大振幅来重建主光轴，以及因此的最大信号。因此，由于根据本发明的方法，相位提取或计算不再局限于单个光轴，因此因此不再局限于衰落的现象。
此外，根据本发明的方法可以包括步骤730，即沿着光纤106的全部或部分长度识别主光轴，该主光轴对应于最大振幅或与所有计算出的振幅相比振幅最高的角度。该识别如图10所示。实际上，每个光轴具有不同的振幅和相位，因此反向散射的电磁波的电场的行为在全部或部分光纤中是不同的。因此，该步骤包括确定全部或部分光纤的光轴，在该光轴上信号的振幅是最重要的。这样的步骤可以包括复振幅在每个光轴上的投射。
因此，处理模块能够根据计算出的振幅值和相位值来重建主光轴。
根据本发明的重建方法1还允许例如识别特定的角度，允许比较一个或多个光纤的不同角度，或者允许识别特定的轴及其不同的演变。本发明特别有利，因为其允许减轻衰落现象并允许恢复由于耦合器而可能损失的3dB以上的信号。因此，有可能恢复50％以上的信号，并大大改善分布式光纤的分析和瑞利反向散射测量。
根据另一方面，本发明涉及如图11所示的用于分布式声学检测系统中的光电测量的方法2。
分布式声学感测(在盎格鲁-撒克逊术语中，表示为DAS(Distributed AcousticSensing))系统沿光纤检测振动并捕获声能。此外，该系统允许远距离探测声频信号。光纤上的声学扰动生成其伸长或其压缩，这导致相位关系的改变。此外，该方法可以包括比较，以确定由于相位差与光纤的伸长或压缩成比例，相位如何从光纤上的一点变化到另一点。由于本发明，相位差测量优选地在主光轴上执行，该主光轴对应于其中相位提取被优化的轴。因此，该步骤允许确定两点之间的相位如何变化。有利的是，这些系统成本低且高度可靠。
光电测量方法2可以包括根据本发明和如前所述的，重建在全部或部分光纤106中反向散射的电磁矢量波。
光电测量方法2可以包括根据重建的反向散射的电磁矢量波测量光纤106的变形800和/或温度变化850。
当光信号被反向散射时，其包含与光纤的环境影响相关的信息。因此，如果光纤的环境经受应力(例如变形)，则光纤的反向散射的信号将包括这种变形的信息。光纤允许测量变形800以及温度变化850。
实际上，虽然上面已经将反向散射信号的相位或振幅差描述为光纤上的入射应力，但是其他参数，例如温度改变，也能够影响光纤段之间的相位。此外，光纤上的应力可能是由上述以外的其他外部效应引起的。例如，光纤中的压力的改变可能导致光纤上的应力，例如光纤涂层将压力转换成应力。
光电测量方法2可以包括测量光纤106沿着重建的主光轴的变形。
如前所述，电磁波与主光轴相关联。因此，根据根据本发明重建的反向散射的电磁矢量波，主光轴也可以被重建。
根据本发明的方法还包括测量根据本发明重建的主光轴上的光纤变形或温度变化。优选地，变形的测量由光纤执行。
DAS信号以光衰落而闻名，光衰落中，由于光纤中的缓慢改变导致光路长度的改变，信号强度是与时间相关的。使用根据本发明的方法，系统可以被优化以通过DAS生成更好的信号分析。
完全重建反向散射的电磁矢量波还允许完整、同时地访问表征该电磁矢量波的属性(振幅、相位、偏振态、偏振度)和电磁地表征其传播介质的属性(折射率变化、光路、双折射、偏振模式色散)，并且这在全部或部分光纤中以分布式方式进行。因此，由于本发明，这些属性可以被单独使用或组合使用，以在全部或部分被查询的光纤中以分布式方式确定作用于电磁波的行为的一个或多个环境影响的变化。
示例
图12A、图12B、图12C示出了根据本发明和现有技术的方法的示例性实施例。
使用带有电子IQ检测的180°混杂器(H180)进行第一检测，并绘制在图12A中。这个示例说明了通过根据本发明的方法(如图2所示)获得的振幅结果和相位结果。
使用这种方法，可以获得特定的精度的振幅轮廓。此外，这种方法生成的噪声非常小。由于振幅结果的这种质量，很容易计算或推断相位，以便表征并因此重建反向散射的电磁矢量波。方便地，如上所述，电矢量根据施加在光纤上的环境影响而振荡。这种电矢量根据相位和振幅振荡。由于根据本发明的方法，获得的振幅和相位的噪声水平低，因此对于每个偏振，特别有利于提取表征反向散射的电磁矢量波的振幅值和相位值。
反向散射的电磁矢量波的重建允许表征可能施加在全部或部分光纤上的几种环境影响。有利地，该方法在时间和空间上没有任何不连续性。
使用带有光电IQ检测的90°混杂器(H90)进行第二检测，如图12B所示。这个示例说明了通过根据本发明的方法(如图4所示)获得的结果。
振幅和相位轮廓的噪声水平高于使用带有电子IQ检测的H180检测，但是，使用这种检测很容易追踪到准确的振幅和相位。
事实上，由于零差电检测，相位提取的噪声和衰落现象大大减少。即使对于光纤中的弱信号，也能以非常小的噪声实现相位提取。在电场的投射上执行相位提取。此外，也有可能在全部或部分光纤中识别其主轴，该主轴通过重建可获得。因此，没有强加选择性标准，衰落现象的减轻完全基于在光纤中被引导的电磁波的物理属性。此外，该重建能够为相位的最小噪声提取选择最有利的情况。本发明具有比使用光频率分集来减轻衰落效应的系统更简单的优点。
此外，没有应用选择性标准。
使用带有光学零差IQ检测的90°混杂器(H90)来进行第三检测，并且如图12C所示。因此，与本发明相反，该零差检测纯粹是光学的，并且代表了参考文献中提出的现有技术中的多种技术之一。
这种检测在振幅轮廓和相位提取中都生成了明显的噪声。因此，不可能追踪到电磁波携带的信息，或者不可能重建反向散射的电磁矢量波。振幅和相位的噪声很大。实际上，低频噪声没有被载波频率和电检测过滤。因此，信号的噪声水平非常高，以至于不能从中提取到任何信息。
因此，根据本发明的方法特别有利，并且满足分布式光纤测量领域中的现有需求。
最终结果的另一个对比示例如图13所示。不同的测量值是从DAS获得的。
由灰色曲线表示的测量结果说明了现有技术的结果，而黑色曲线表示根据本发明的方法获得的测量结果。
灰色曲线表示沿着光纤提取不同的相位以发现变形。然而，这是在单个固定轴上的单个偏振上执行的。此外，存在许多噪声。
黑色曲线示出了根据本发明的方法，并包括在全部或部分光纤中的主光轴的识别，使得有可能获得测量质量得到提高的、并且噪声被最小化的结果。

Claims (16)

1.一种用于重建在全部或部分光纤(106)中反向散射的电磁矢量波的方法(1)，所述方法包括：
-将频率v0或v0+vA的光信号注入所述光纤(106)的步骤(200)；
-偏振分辨的外差光学检测的步骤(300)，包括：通过光学分离部件(202,303)，并且根据注入的光信号和来自本地振荡器的电磁波的反向散射，生成至少两个正交偏振的反向散射的光信号，产生优选频率为vA的拍频，
-由至少两个光电探测器(203)将所述正交偏振的反向散射的光信号转换为初始模拟信号的步骤(400)，
-由IQ解调器(211,302)执行电零差检测的步骤(500)，用于IQ解调每个初始模拟信号，以为每个正交偏振的反向散射的光信号生成I(I1,I2)已解调模拟信号和Q(Q1,Q2)已解调模拟信号，以及
-由处理模块(209)根据生成的I(I1,I2)已解调模拟信号和Q(Q1,Q2)已解调模拟信号重建在全部或部分所述光纤(106)中反向散射的所述电磁矢量波的步骤(600)。
2.根据权利要求1所述的重建方法(1)，其中所述重建方法(1)包括对一部分反向散射的光信号、一部分初始模拟信号或所述频率为vA的模拟参考信号进行相移(520)的步骤。
3.根据权利要求1或2所述的重建方法(1)，其中所述电零差检测步骤(500)包括由所述IQ解调器在所述频率vA处进行解调。
4.根据前述权利要求之一所述的重建方法(1)，其中所述重建方法(1)包括根据生成的I(I1,I2)已解调模拟信号和Q(Q1,Q2)已解调模拟信号来计算复振幅(I+jQ)的步骤(610a)。
5.根据权利要求4所述的重建方法(1)，其中重建所述反向散射的电磁矢量波的步骤(600)包括根据从生成的I(I1,I2)已解调模拟信号和Q(Q1,Q2)已解调模拟信号来确定的所述复振幅值(I+jQ)计算全部或部分所述光纤(106)中的以及全部或部分所述光纤中的任何投射轴的相位和/或振幅的步骤。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的重建方法(1)，其中所述重建方法(1)包括根据生成的I(I1,I2)已解调模拟信号和Q(Q1,Q2)已解调模拟信号来计算(610b)相位和振幅值的步骤。
7.根据权利要求6所述的重建方法(1)，其中重建所述反向散射的电磁矢量波的步骤(600)包括根据从生成的I(I1,I2)已解调模拟信号和Q(Q1,Q2)已解调模拟信号而计算出的所述振幅和相位值计算全部或部分所述光纤(106)中的以及全部或部分所述光纤(106)中任何投射轴的所述复振幅的步骤。
8.根据前述权利要求之一所述的重建方法(1)，其中所述重建方法(1)包括计算最大振幅，其包括识别与全部或部分所述光纤中的任何投射轴的最大振幅相关联的最佳角度，所述最佳角度对应于与全部或部分所述光纤中的投射轴相对应的多个角度的振幅当中具有最高最大振幅的角度。
9.根据前述权利要求中任一项所述的重建方法(1)，其中所述重建方法(1)包括检测(700)感兴趣参数的步骤。
10.根据前述权利要求中任一项所述的重建方法(1)，其中所述重建方法(1)包括根据最大振幅计算来识别在全部或部分所述光纤(106)中反向散射的光信号的主光轴的步骤(730)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的重建方法(1)，其中在注入所述光纤(106)的步骤(200)之前，所述重建方法(1)包括由调制器(104)调制(220)所述光信号的步骤，所述调制允许所述光信号的频率偏移等于vA的值。
12.根据前述权利要求所述的重建方法(1)，其中所述重建方法(1)包括例如由放大器(204)对来自调制频率为vA的所述调制器(104)的电信号进行中间放大的步骤(510)。
13.根据前述权利要求中任一项所述的重建方法(1)，其中所述重建方法(1)包括例如由至少一个低通滤波器(207)，使得能够抑制高于预定阈值的模拟信号的频率的模拟滤波的步骤(530)。
14.一种分布式声学检测系统中的光电测量的方法(2)，其包括根据权利要求1至13中任一项来重建在全部或部分光纤(106)中反向散射的电磁矢量波，并且根据重建的反向散射的电磁矢量波测量全部或部分所述光纤(106)中的变形和/或温度变化。
15.根据权利要求14所述的光电测量方法(2)，其中所述光电测量方法(2)包括在重建的主光轴上测量全部或部分所述光纤(106)中的变形和/或温度变化。
16.一种用于重建在全部或部分光纤(106)中反向散射的电磁矢量波的设备(3)，所述设备包括：
-光源(101)，被配置为生成频率v0的光信号，所述光信号适于注入到所述光纤(106)中，
-光学分离部件(202,303)，被配置为根据注入的光信号的反向散射和来自本地振荡器(107)的电磁波，生成至少两个正交偏振的反向散射的光信号，产生优选频率为vA的拍频，
-至少两个光电探测器(203)，被配置为将所述正交偏振的反向散射的光信号转换为初始模拟信号，
-IQ解调器(211,302)，被布置为执行电零差检测，用于IQ解调每个初始模拟信号，以为每个正交偏振的反向散射的光信号生成I(I1,I2)已解调模拟信号和Q(Q1,Q2)已解调模拟信号，以及
-处理模块(209)，被配置为根据生成的I(I1,I2)已解调模拟信号和Q(Q1,Q2)已解调模拟信号重建在全部或部分所述光纤(106)中反向散射的电磁矢量波。
CN202080066030.6A 2019-07-26 2020-07-26 用于重建反向散射的电磁矢量波的方法和设备 Active CN114424029B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1908568A FR3099245B1 (fr) 2019-07-26 2019-07-26 Procede et dispositif de reconstruction d’une onde electromagnetique vectorielle retrodiffusee
FRFR1908568 2019-07-26
PCT/FR2020/051368 WO2021019171A1 (fr) 2019-07-26 2020-07-26 Procede et dispositif de reconstruction d'une onde electromagnetique vectorielle retrodiffusee

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114424029A true CN114424029A (zh) 2022-04-29
CN114424029B CN114424029B (zh) 2023-07-18

Family

ID=69024308

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080066030.6A Active CN114424029B (zh) 2019-07-26 2020-07-26 用于重建反向散射的电磁矢量波的方法和设备

Country Status (7)

Country Link
US (1) US11725965B2 (zh)
EP (1) EP3997419B1 (zh)
CN (1) CN114424029B (zh)
CA (1) CA3148746A1 (zh)
ES (1) ES2954238T3 (zh)
FR (1) FR3099245B1 (zh)
WO (1) WO2021019171A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115406490A (zh) * 2022-11-02 2022-11-29 高勘(广州)技术有限公司 光缆管道监测方法、装置、设备及存储介质
WO2023236144A1 (zh) * 2022-06-09 2023-12-14 Oppo广东移动通信有限公司 无线通信的方法和设备

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT202200004667A1 (it) 2022-03-11 2022-06-11 Sestosensor S R L Rivelatore di fase e polarizzazione per sensori acustici distribuiti a fibre ottiche ed interrogatore basato sullo stesso
CN116399379B (zh) * 2023-06-07 2023-11-03 山东省科学院激光研究所 分布式光纤声波传感系统及其测量方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4817206A (en) * 1986-04-10 1989-03-28 Cselt- Centro Studi E Laboratori Telecomunicazioni S.P.A. Optical-fiber transmission system with polarization modulation and heterodyne coherent detection
WO2010045286A1 (en) * 2008-10-14 2010-04-22 Schlumberger Canada Limited Polarization-diverse, heterodyne optical receiving system
WO2012030814A2 (en) * 2010-09-01 2012-03-08 Schlumberger Canada Limited Distributed fiber optic sensor system with improved linearity
CN104567960A (zh) * 2015-01-04 2015-04-29 西南交通大学 一种基于相位调制探测光的相干布里渊光时域分析传感系统
CN106537094A (zh) * 2014-04-28 2017-03-22 光电普兰公司 干涉式光纤传感器系统和询问方法
CN110048765A (zh) * 2018-09-30 2019-07-23 南京大学 一种基于整体最小二乘拟合的φ-otdr定量测量的方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100866038B1 (ko) * 2007-08-01 2008-11-05 서강대학교산학협력단 헤테로다인 간섭계를 이용한 주사 현미경
US20130113629A1 (en) 2011-11-04 2013-05-09 Schlumberger Technology Corporation Phase sensitive coherent otdr with multi-frequency interrogation
US9009003B1 (en) 2012-05-03 2015-04-14 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Apparatus and method for elimination of polarization-induced fading in fiber-optic sensor system
US9628314B1 (en) * 2015-04-15 2017-04-18 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Digital I/Q reprocessing demodulator (DIRD)

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4817206A (en) * 1986-04-10 1989-03-28 Cselt- Centro Studi E Laboratori Telecomunicazioni S.P.A. Optical-fiber transmission system with polarization modulation and heterodyne coherent detection
WO2010045286A1 (en) * 2008-10-14 2010-04-22 Schlumberger Canada Limited Polarization-diverse, heterodyne optical receiving system
WO2012030814A2 (en) * 2010-09-01 2012-03-08 Schlumberger Canada Limited Distributed fiber optic sensor system with improved linearity
CN106537094A (zh) * 2014-04-28 2017-03-22 光电普兰公司 干涉式光纤传感器系统和询问方法
CN104567960A (zh) * 2015-01-04 2015-04-29 西南交通大学 一种基于相位调制探测光的相干布里渊光时域分析传感系统
CN110048765A (zh) * 2018-09-30 2019-07-23 南京大学 一种基于整体最小二乘拟合的φ-otdr定量测量的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GUOJIE TU 等: "A phase sensitive optical time-domain reflectometry system with an electrical I/Q demodulator", 《PROCEEDINGS OF SPIE》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023236144A1 (zh) * 2022-06-09 2023-12-14 Oppo广东移动通信有限公司 无线通信的方法和设备
CN115406490A (zh) * 2022-11-02 2022-11-29 高勘(广州)技术有限公司 光缆管道监测方法、装置、设备及存储介质

Also Published As

Publication number Publication date
EP3997419A1 (fr) 2022-05-18
CN114424029B (zh) 2023-07-18
WO2021019171A1 (fr) 2021-02-04
US11725965B2 (en) 2023-08-15
ES2954238T3 (es) 2023-11-21
US20220252435A1 (en) 2022-08-11
CA3148746A1 (en) 2021-02-04
EP3997419B1 (fr) 2023-05-24
FR3099245A1 (fr) 2021-01-29
FR3099245B1 (fr) 2021-07-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114424029B (zh) 用于重建反向散射的电磁矢量波的方法和设备
JP6698164B2 (ja) 周波数合成に基づいた光周波数領域反射方法及びシステム
CN110383009B (zh) 光学感测系统及检测光学感测光纤中应力的方法
US8144334B2 (en) Fiber-optic, digital system for laser Doppler vibrometers (LDVs)
AU2020102296A4 (en) A distributed optical fiber sensing system based on heterodyne detection technology
US9689772B2 (en) Optical pulse compression reflectometer
US10162245B2 (en) Distributed acoustic sensing system based on delayed optical hybrid phase demodulator
JP6552983B2 (ja) ブリルアン散乱測定方法およびブリルアン散乱測定装置
US9784567B2 (en) Distributed brillouin sensing using correlation
CN107036734B (zh) 一种全分布式光纤温度或应变的传感方法与传感器
US9658052B2 (en) Method for reducing interference from scattered light/reflected light of interference path by generating carrier through phase
JP2000180265A (ja) ブリルアンゲインスペクトル測定方法および装置
CN110285843B (zh) 一种大振幅信号分布式弱光栅阵列传感系统及解调方法
CN108827447B (zh) 一种异频双脉冲cotdr传感装置和方法
Hartog et al. Non-linear interactions with backscattered light: a truly single-ended Brillouin optical time-domain analysis technique
CN111912516A (zh) 一种相位同步的光纤分布式振动测量装置、驱动器及方法
CN115901043A (zh) 基于分布式光纤传感的电力电缆外力监测系统及方法
Yang et al. Digitalized phase demodulation scheme of φ-OTDR based on cross-coherence between Rayleigh back-scattering beat signals
CN110058198A (zh) 一种基于分布式光纤传感器的水下定位方法
CN213842395U (zh) 动静态联合测量分布式光纤传感系统
JP5927079B2 (ja) レーザ光特性測定方法及び測定装置
WO2022259436A1 (ja) 信号処理装置、振動検出システム及び信号処理方法
Wang et al. Fast-recovering phi-OTDR system based on multi-sideband pulse modulation
Liu et al. Frequency-Shift Phase Generation Carrier Demodulation for Noise Reduction in Φ-OTDR
Fu et al. Impact of optical front-end imbalance in Φ-OTDR with coherent receiver

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant