ES2879452T3

ES2879452T3 - Detección de fibra óptica distribuida.

Info

Publication number: ES2879452T3
Application number: ES12720939T
Authority: ES
Inventors: Andrew Lewis; Stuart Russell
Original assignee: Optasense Holdings Ltd
Current assignee: Optasense Holdings Ltd
Priority date: 2011-04-08
Filing date: 2012-04-10
Publication date: 2021-11-22
Anticipated expiration: 2032-04-10
Also published as: US20170199075A1; EP3524940A2; GB2489749A; US20120278043A1; EP2694919A2; US20120280117A1; CN103635782B; US9435668B2; GB201111861D0; CA2832365A1; US9945717B2; TW201300740A; CN103635782A; CN107515019B; WO2012137022A2; GB2489749B; WO2012137022A3; CA2832362C; TWI582393B; US9909903B2

Abstract

Un aparato sensor de fibra óptica distribuido que comprende: una fuente (102) óptica configurada para generar al menos un primer y un segundo par de pulsos ópticos para lanzarse a una fibra (101) óptica, el primer y segundo pares de pulsos tiene la misma configuración de frecuencia entre sí, cada par de pulsos comprende un primer pulso que tiene una primera frecuencia y un segundo pulso que tiene una segunda frecuencia, y se genera de manera que la relación de fase de los pulsos del primer par de pulsos tiene una diferencia de fase relativa predeterminada con respecto a la relación de fase de los pulsos del segundo par de pulsos en que: cuando la primera y la segunda frecuencia son diferentes, el primer y el segundo par de pulsos se generan para ser lanzados a la fibra óptica en diferentes momentos, de manera que el tiempo entre el lanzamiento del primer y segundo par de pulsos corresponde al tiempo para dicho predeterminado cambio de fase relativo en una señal a una frecuencia igual a la diferencia de frecuencia entre los pulsos (201, 202) en un par; y cuando la primera y la segunda frecuencia son iguales, la diferencia de fase entre los pulsos del primer par de pulsos difiere de la diferencia de fase entre los pulsos del segundo par de pulsos por la diferencia de fase relativa predeterminada, en el que la relación de fase entre los pulsos en el primer y segundo par de pulsos varía, el aparato sensor de fibra óptica distribuida comprende, además: al menos un detector (105) configurado para detectar cualquier radiación retrodifundida de dichos primer y segundo pares de pulsos; y circuito (107) de procesamiento acoplado a dicho al menos un detector (105), en el que el circuito (107) de procesamiento está configurado para determinar un valor de fase para al menos una sección dada de fibra (101) óptica en base a la radiación de retrodispersión detectada de dicho primer y segundo pares de pulsos.

Description

DESCRIPCIÓN

Detección de fibra óptica distribuida

Esta invención se refiere a la detección distribuida de fibra óptica y en particular a métodos y aparatos para derivar señales de medición de un sensor distribuido de fibra óptica que responde a modulaciones de fase inductoras de estímulos dentro de dicha fibra, y especialmente a la detección acústica distribuida por fibra óptica.

Se conocen sensores acústicos distribuidos de fibra óptica. Dichos sensores examinan a las fibras ópticas con radiación óptica y miden los cambios en la radiación que resultan de las ondas acústicas que afectan a la fibra óptica.

La patente de EE.UU. US5.194.847 (Texas A&M Univ) describe examinar una fibra con un pulso coherente repetido de radiación y detectar cualquier radiación que sea retrodispersada por Raleigh dentro de la fibra. La fibra se examina con un solo pulso a la vez y se analiza la amplitud de la radiación retrodispersada para detectar cualquier perturbación de la fibra por ondas acústicas/de presión. Este documento enseña que una fibra óptica enterrada se puede utilizar como sensor acústico distribuido con el propósito de monitorizar el perímetro.

La solicitud de patente del Reino Unido GB2,222,247 (Plessey) describe otro sistema de sensor de fibra óptica distribuido en el que los cambios en los parámetros ambientales, tales como ondas sonoras, se detectan transmitiendo pulsos de luz a lo largo de una fibra óptica. Este documento describe que se pueden transmitir dos pulsos poco espaciados a la fibra, el primer pulso tiene una frecuencia diferente a la del segundo pulso. La retrodispersión de los pulsos dentro de la fibra puede detectarse y analizarse a una frecuencia de la portadora igual a la diferencia de frecuencia entre los pulsos de examinación. Las señales recibidas en un detector se pueden controlar y procesar para determinar información representativa de los cambios en los parámetros ambientales que afectan a una sección deseada de la fibra óptica.

La solicitud de patente del Reino Unido GB2,442,745 (AT&T) describe la detección acústica distribuida utilizando una fibra óptica. Este documento enseña de nuevo el uso de pares de pulsos, en el que los pulsos individuales de un par de pulsos tienen diferentes frecuencias. La señal retrodispersada se analiza a una frecuencia de la portadora correspondiente a la diferencia de frecuencia entre los pulsos en el par de pulsos. Este documento enseña la aplicación de una demodulación compleja a la señal de retrodispersión detectada a la diferencia de frecuencia conocida entre los pulsos en un par de pulsos para proporcionar señales en fase (I) y en cuadratura (Q) para la frecuencia de la portadora. Estos luego se convierten para proporcionar la fase y amplitud de la señal. A continuación, se monitoriza la fase de muestras sucesivas de la misma sección de fibra para determinar las señales acústicas que inciden en esa sección de fibra.

Este documento (GB2,442,745) enseña que la diferencia de frecuencia entre pulsos en un par de pulsos debería estar relacionada con el ancho de pulso. Se da el ejemplo de pulsos de 20 m de ancho y una diferencia de frecuencia entre pulsos en un par de al menos 5 MHz.

Si bien la técnica descrita en el documento GB2,442,745 es útil, en algunos casos la estructura de banda base inherente a dicho sensor de fibra óptica, es decir, un patrón aleatorio pero sistemático en la retrodispersión detectada, puede enmascarar o destruir la señal portadora y reducir la señal a la relación de ruido del sensor. Esta estructura de banda base del sistema surge en parte de la distribución aleatoria de los sitios de dispersión en la fibra óptica, de la deriva térmica, etc. y, por lo tanto, no puede eliminarse. El efecto del cruce de la señal de medición y el ruido de banda base del sistema se puede mitigar utilizando frecuencias portadoras más altas, por ejemplo, del orden de cientos de MHz. Sin embargo, el uso de una frecuencia de la portadora tan alta requeriría frecuencias de muestreo del detector superiores a cientos de MHz. Esto no solo requeriría componentes muy rápidos para la unidad de examinador y aumentaría en gran medida la cantidad de procesamiento requerido, sino que un tiempo de ancho de banda del detector mucho mayor también afectaría la sensibilidad del detector.

El documento WO 2010/073002 A1 describe un sensor de fibra óptica distribuido.

El documento EP 2060933 A2 describe un muestreo no uniforme para ampliar el rango dinámico de sensores interferométricos.

Dakin et al: “Novel optical fibre hydrophone array using a single laser source and detector” describe una forma de compensación para un sensor polarimétrico de fibra óptica.

El documento WO 2007/049004 A1 describe un aparato de monitorización y detección de tráfico que comprende una fibra óptica. Este aparato comprende una fuente óptica configurada para generar un primer y un segundo par de pulsos ópticos para su lanzamiento a una fibra óptica, el primer y segundo pares de pulsos tiene la misma configuración de frecuencia entre sí, cada par de pulsos comprende un primer pulso que tiene una primera frecuencia y un segundo pulso que tiene una segunda frecuencia, y que se genera de manera que la relación de fase de los pulsos del primer par de pulsos sea idéntica a la relación de fase de los pulsos del segundo par de pulsos. Este aparato comprende además un detector configurado para detectar cualquier radiación retrodispersada de dichos primer y segundo pares de pulsos y un circuito de procesamiento acoplado a dicho detector, en el que el circuito de procesamiento está configurado para determinar un valor de fase para al menos una sección dada de fibra óptica en base a la radiación de retrodispersión detectada de dichos primer y segundo pares de pulsos.

La presente invención proporciona métodos y aparatos mejorados para sensores distribuidos de fibra óptica, especialmente sensores acústicos distribuidos que mitigan al menos algunas de las desventajas mencionadas anteriormente.

Por tanto, de acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un aparato sensor de fibra óptica distribuida que comprende una fuente óptica configurada para generar al menos un primer y segundo pares de pulsos para lanzarlos a una fibra óptica, los primeros y segundos pares de pulsos tienen la misma configuración de frecuencia entre sí y que se generan de manera que la relación de fase de los pulsos del primer par de pulsos tenga una diferencia de fase relativa predeterminada con respecto a la relación de fase de los pulsos del segundo par de pulsos, en que: cuando la primera y la segunda frecuencias son diferentes, los pares de pulsos primero y segundo se generan para ser lanzados a la fibra óptica en momentos diferentes, de modo que el tiempo entre el lanzamiento de los pares de pulsos primero y segundo corresponde al tiempo para dicho cambio de fase relativo predeterminado en una señal a una frecuencia igual a la diferencia de frecuencia entre los pulsos en un par; y cuando la primera y segunda frecuencias son iguales, la diferencia de fase entre los pulsos del primer par de pulsos difiere de la diferencia de fase entre los pulsos del segundo par de pulsos por la diferencia de fase relativa predeterminada, en donde la relación de fase entre los pulsos en el primer y segundo par de pulsos es variable, el aparato sensor de fibra óptica distribuido comprende además: al menos un detector configurado para detectar cualquier radiación retrodispersada de dichos primer y segundo pares de pulsos; y circuitería de procesamiento acoplada a dicho al menos un detector, en la que la circuitería de procesamiento está configurada para determinar un valor de fase para al menos una sección dada de fibra óptica en base a la radiación de retrodispersión detectada de dichos primer y segundo pares de pulsos.

El aparato sensor de acuerdo con la presente invención asegura así que se controlan las relaciones de fase relativas de los pulsos en el primer y segundo par de pulsos. Por tanto, el primer y el segundo par de pulsos tienen una codificación de fase relativa conocida. Esta codificación de fase conocida asegura que la señal de interferencia de retrodispersión desde cualquier ubicación dada en la fibra óptica iluminada por el primer par de pulsos tenga la misma diferencia de fase relativa predeterminada con respecto a la señal de interferencia generada por el segundo par de pulsos desde la misma ubicación en la fibra óptica. Mediante el control de la codificación de esta fase se puede generar una versión analítica de la interferencia. Por lo tanto, para una ubicación determinada en la fibra óptica, la señal de retrodispersión generada por el primer y segundo par de pulsos se puede procesar para determinar un valor de fase para esa sección de fibra óptica, incluso cuando la señal de interferencia está dentro del ruido de banda base del sensor, como se describirá con más detalle más adelante. Los valores de fase determinados para una sección determinada de fibra óptica a lo largo del tiempo se pueden monitorizar para detectar cualquier modulación de fase debida al estímulo acústico en la fibra.

Las señales de interferencia de retrodispersión, en uso, serán detectadas por al menos un detector adecuado y procesadas para determinar un valor de fase. Por tanto, el valor de fase se demodula eficazmente utilizando muestras adquiridas de lanzamientos de diferentes pares de pulsos. La circuitería de procesamiento puede utilizar la diferencia de fase predeterminada para determinar el valor de fase.

El aparato sensor de acuerdo con este aspecto de la invención proporciona un medio para generar una versión analítica de una señal de interferencia modulada en fase de manera que la modulación de fase puede extraerse directamente. Esto permite que la señal de interferencia esté dentro de la banda base, o más generalmente dentro de la banda de Nyquist, del sensor. Por lo tanto, pueden demodularse muestras instantáneas de la radiación de retrodispersión de la misma sección de fibra óptica del primer y segundo pares de pulsos ópticos para proporcionar un valor de fase para esa sección de fibra.

Ventajosamente, la radiación retrodispersada del primer y segundo pares de pulsos debería muestrearse y procesarse en un ancho de banda que permita representar sustancialmente todo el rango de frecuencias en la radiación retrodispersada. Como apreciará el experto en la materia, el ancho de banda requerido estará vinculado al ancho del pulso y los pulsos más cortos requerirán un ancho de banda mayor, es decir, habrá un mayor contenido de frecuencia de los pulsos. Por tanto, la fuente óptica, el detector y el procesador pueden configurarse de manera que el ancho de banda de la ruta de detección óptica, es decir, el detector/procesador sea suficiente para representar sustancialmente todo el contenido de frecuencia de la radiación retrodispersada.

Esta disposición evita la necesidad de un filtrado de paso bajo antes de la demodulación, como se describe en GB2,442,745 (AT&T) y, por lo tanto, puede mejorar el rendimiento general del sensor.

El sensor de las realizaciones de la presente invención es sensible a cualquier cosa que provoque una diferencia de trayectoria óptica efectiva en una parte de detección de la fibra óptica y puede detectar, por ejemplo, modulaciones acústicas, deformaciones de baja frecuencia y cambios de temperatura. Cabe señalar que, como se utiliza en este documento, los términos acústica y onda acústica se aplican a cualquier tipo de onda de presión que pueda afectar a la fibra óptica, como son las ondas sonoras y sísmicas y cualquier vibración mecánica en general.

Un experto en la técnica también apreciará que los pulsos del par de pulsos deben ser suficientemente coherentes, en la escala de tiempo de las mediciones, para permitir el procesamiento para determinar el valor de fase. Por tanto, la fuente óptica puede ser una fuente muy coherente.

En una realización, la diferencia de fase relativa predeterminada tiene una magnitud del orden de 90 °. Tener una diferencia de fase relativa predeterminada igual a 90 ° puede ser ventajoso en términos de facilidad de procesamiento posterior y buena calidad de retornos como se describirá. Como se mencionó, las señales de interferencia de retrodispersión del primer y segundo par de pulsos exhibirán la diferencia de fase predeterminada. En algunas realizaciones, por lo tanto, el uso de una diferencia de fase de 90 ° permite que las señales de retrodispersión se utilicen directamente como componentes en fase (I) y en cuadratura (Q). Estos componentes pueden procesarse para derivar valores I y Q que pueden convertirse a un valor de fase mediante conversión rectangular a polar, por ejemplo. Sin embargo, si se desea, podrían usarse otras diferencias de fase relativas predeterminadas.

Los pares de pulsos primero y segundo tienen la misma configuración de frecuencia entre sí. Como se usa en esta especificación, el término configuración de frecuencia se considerará las frecuencias absolutas del primer y segundo pulsos en el par de pulsos. Entonces, si los pulsos del primer par de pulsos están en las frecuencias F1 y F2 respectivamente (que pueden ser o no la misma frecuencia), entonces las frecuencias del segundo par de pulsos también son F1 y F2 respectivamente.

En una realización, los pulsos en el primer y segundo par de pulsos tienen una diferencia de frecuencia entre ellos y los primeros y segundos pares de pulsos se generan para ser lanzados a la fibra óptica en diferentes momentos de modo que el tiempo entre el lanzamiento de los diferentes pares de pulsos corresponden al tiempo para el cambio de fase relativo predeterminado en una señal a una frecuencia igual a la diferencia de frecuencia entre los pulsos en un par.

En uso, la fuente óptica puede lanzar continuamente pares de pulsos en la fibra óptica a la tasa de lanzamiento y, por lo tanto, habrá una diferencia de fase relativa predeterminada conocida entre las señales de interferencia de lanzamientos sucesivos. Por tanto, puede lanzarse efectivamente una serie continuamente repetida de primer y segundo pares de pulsos en la fibra óptica con la misma diferencia de fase en la relación de fase de los pulsos en cada par de pulsos sucesivo.

En esta realización, el primer y segundo pares de pulsos comprenden cada uno pulsos que tienen una diferencia de frecuencia entre los pulsos del par. Como se describió anteriormente, esto conducirá a una señal de interferencia de retrodispersión a una frecuencia de la portadora igual a la diferencia de frecuencia entre los pulsos. En esta realización de la presente invención, la frecuencia de la portadora está relacionada con la tasa de lanzamiento de los pulsos.

Como se describirá con más detalle más adelante, esta realización de la invención permite determinar una señal portadora de un lanzamiento a otro. Por lo tanto, una señal de cada porción de fibra, es decir, que comprende muestras de la radiación de retrodispersión adquirida sustancialmente al mismo tiempo después del lanzamiento de cada par de pulsos, puede demodularse a la frecuencia de la portadora relevante y usarse para derivar un valor de fase para la sección apropiada de fibra. Para reproducir con precisión la señal de la portadora de las muestras de lanzamiento a lanzamiento, la frecuencia de la portadora debe ser inferior a la mitad de la tasa de lanzamiento. Ventajosamente, el tiempo entre el lanzamiento de pares de pulsos puede permitir un cambio de fase relativo predeterminado de 90 ° en la señal de interferencia a la frecuencia de la portadora. Un cambio de fase de 90 ° permite reproducir una señal portadora precisa de lanzamiento a lanzamiento y reduce cualquier sobremuestreo innecesario. Para lograr una diferencia de fase relativa de 90 °, el período de tiempo entre el lanzamiento del primer par de pulsos y el segundo par de pulsos puede ser igual a una cuarta parte del período de onda en la frecuencia de la portadora. En otras palabras, la frecuencia de la portadora puede ser una cuarta parte de la tasa de lanzamiento de los pares de pulsos.

Por lo tanto, esta realización utiliza el hecho de que la relación de fase de las señales en dos frecuencias diferentes, digamos F1 y F2, cambiará con el tiempo. En el tiempo entre el lanzamiento del primer y segundo par de pulsos, habrá tiempo para n ciclos de una señal a una frecuencia F1 y para m ciclos de una señal a una frecuencia de F2. Esta realización controla las frecuencias F1 y F2 de los pulsos en un par y la tasa de lanzamiento de los pares de pulsos de manera que en el tiempo entre lanzamientos n - m tiene un valor deseado, por ejemplo 0.25 cuando se desea una diferencia de fase de 90 °.

Por tanto, se apreciará que la fuente óptica produce los pulsos de los pares de pulsos con las mismas propiedades que si se derivaran de dos fuentes de frecuencia estables, una que funciona en F1 y la otra en F2. En la práctica, asegurar la estabilidad adecuada de dos fuentes separadas puede ser difícil y, por lo tanto, se utilizará típicamente una sola fuente, como un láser y un modulador de frecuencia. Siempre que el láser y el modulador sean temporalmente coherentes, la luz producida para los pulsos de los sucesivos pares de pulsos exhibirá las mismas propiedades. Por lo tanto, la fuente óptica puede comprender al menos un láser y al menos un modulador para modular la luz del láser para producir el primer y segundo pares de pulsos. Por ejemplo, el modulador puede comprender un modulador acústico-óptico, aunque se puede utilizar cualquier modulador de frecuencia adecuado, posiblemente un modulador de intensidad o conmutador, para generar los pulsos.

Como se describió anteriormente, como la tasa de lanzamiento de los pares de pulsos define efectivamente la tasa de muestreo para una sección determinada de fibra, para reproducir con precisión la señal a una frecuencia de la portadora igual a la diferencia de frecuencia entre los pulsos en el par de pulsos se requiere que la tasa de lanzamiento debe estar por encima de la frecuencia de Nyquist para la señal portadora; por lo tanto, la frecuencia de la portadora debe ser menos de la mitad de la tasa de lanzamiento de los pares de pulsos.

Sin embargo, esta realización de la presente invención aún puede generar una versión analítica de la señal de interés modulada en fase si la diferencia de frecuencia entre los pulsos en un par de pulsos es mayor que la tasa de lanzamiento. Se puede generar una diferencia de fase relativa de 90 ° en la señal de interferencia recibida de dos pares de pulsos sucesivos estableciendo la frecuencia de la portadora para que sea igual a (4n 1 )/4 veces la tasa de lanzamiento donde n es un número entero mayor o igual a uno. Los retornos sucesivos de la misma sección de fibra óptica de los sucesivos pares de pulsos todavía tendrían la diferencia de fase relativa requerida para permitir la determinación de un valor de fase instantáneo. Sin embargo, se apreciará que cuanto menor sea la frecuencia de la portadora, menor será el ancho de banda requerido para una detección precisa. Por tanto, en algunas realizaciones se prefiere que la frecuencia de la portadora (definida por la diferencia de frecuencia entre los pulsos) sea menos de la mitad de la tasa de lanzamiento entre pares de pulsos. En particular, la frecuencia de la portadora puede ser una cuarta parte de la tasa de lanzamiento para maximizar el ancho de banda de modulación disponible. En el dominio de la frecuencia, cualquier modulación que amplíe el espectro de la señal alrededor de la frecuencia de la portadora tendrá un efecto similar en DC y también en la frecuencia de la imagen. Operar a la mitad del límite de Nyquist maximiza el ancho de banda donde no hay cruce con el componente de DC o la frecuencia de imagen.

Se apreciará que como el primer y segundo par de pulsos tienen la misma configuración de frecuencia, una señal de interferencia del primer par de pulsos de cualquier parte de fibra no debería recibirse en el detector al mismo tiempo que cualquier señal de interferencia del segundo par de pulsos se recibe en ese detector. Por lo tanto, el sensor puede configurarse de manera que tanto el primer como el segundo par de pulsos no puedan estar en la parte de detección de la fibra óptica al mismo tiempo, es decir, la parte de la fibra óptica desde la cual cualquier retorno de retrodispersión puede llegar al detector. Por tanto, el tiempo entre el lanzamiento del primer par de pulsos y el lanzamiento del segundo par de pulsos puede ser suficiente para permitir que cualquier retorno de señal del primer par de pulsos que viaja a través de la fibra óptica haya alcanzado el detector antes de lanzar el segundo par de pulsos. En otras palabras, el tiempo entre el lanzamiento del primer y segundo par de pulsos puede ser suficiente para un viaje de ida y vuelta de la luz al extremo distal de la fibra y viceversa o, para una fibra óptica larga, al menos para un viaje de ida y vuelta al punto más lejano en la fibra óptica desde la que se recibe una señal de retrodispersión significativa, es decir, el punto en el que no se recibe una retrodispersión significativa en el detector desde partes más distantes de la fibra debido a la atenuación dentro de la fibra. Para una fibra de detección que tiene una longitud del orden de 40 km, esto requiere un tiempo entre pulsos de al menos aproximadamente 0.40 ms (asumiendo un índice de refracción para la fibra de 1.48) o una tasa de lanzamiento más lenta que aproximadamente 2.5 kHz. Para una fibra de 5 km de longitud, la tasa de lanzamiento puede ser del orden de 20 kHz.

Como se mencionó anteriormente, la frecuencia de la portadora puede ser menor que, es decir, una fracción de la tasa de lanzamiento y, por lo tanto, la frecuencia de la portadora, es decir, la diferencia de frecuencia entre los pulsos en los pares de pulsos, puede ser del orden de unos pocos kHz, por ejemplo, 10 kHz o menos, 5 kHz o menos o 1 kHz o menos. A esta tasa de lanzamiento, la frecuencia de la portadora estará dentro de la banda base del sensor, pero la señal de la portadora es detectable de un lanzamiento a otro y, por lo tanto, se puede generar una señal utilizable y los cambios de fase de esta señal se utilizan para determinar el estímulo acústico incidente en la sección relevante de fibra óptica.

En otra realización, los pulsos en el primer par de pulsos y en el segundo par de pulsos tienen todos la misma frecuencia entre sí y la diferencia de fase entre los pulsos en el primer par de pulsos difiere de la diferencia de fase entre los pulsos en el segundo par de pulsos por dicha diferencia de fase relativa predeterminada. En otras palabras, los dos pulsos del primer par de pulsos tienen la misma frecuencia entre sí y tienen una cierta relación de fase en el momento del lanzamiento. En general, habrá una diferencia de fase relativa de P¹entre la luz en el primer y segundo pulsos del primer par de pulsos. Los dos pulsos del segundo par de pulsos también tienen la misma frecuencia entre sí (y también los pulsos del primer par de pulsos) y también tienen una cierta diferencia de fase, P², entre ellos. Sin embargo, la diferencia de fase entre los pulsos del primer par de pulsos está dispuesta para diferir de la diferencia de fase entre el segundo par de pulsos en la diferencia de fase relativa predeterminada. Por ejemplo, si la diferencia de fase relativa predeterminada es 90 °, entonces P²puede ser igual a P¹+ 90 °.

La variación de la diferencia de fase entre los pulsos en el primer y segundo par de pulsos dará como resultado una variación en las fases relevantes de las señales de retrodispersión de componentes que forman la señal de interferencia resultante. Esta variación de fases permite que las señales de sucesivos pares de pulsos de la misma ubicación de la fibra sean procesadas para determinar un valor de fase para esa sección de fibra.

En una ubicación determinada de la fibra, la intensidad de la señal de interferencia de retrodispersión estará determinada por una serie de factores, incluida la posición en la fibra óptica, varios factores aleatorios que surgen dentro de la fibra óptica (como la distribución de los sitios de dispersión en esa parte de la fibra) y también la diferencia de fase inicial entre los pulsos. En la misma ubicación de la fibra óptica, todos los mismos factores determinarán la intensidad de la señal de retrodispersión del segundo par de pulsos. Aunque las variaciones térmicas, etc. pueden variar la contribución de fase debido a la fibra, dicha variación es lenta en la escala de tiempo entre el lanzamiento de pares de pulsos posteriores (que, como se mencionó anteriormente, generalmente se lanzan a una velocidad de unos pocos kHz o unas pocas decenas de kHz), y, por lo tanto, no cambiará significativamente entre pares de pulsos sucesivos.

Considere un primer par de pulsos y un sitio de dispersión individual que está dispersando la luz del primer pulso y un segundo sitio de dispersión que dispersa la luz del segundo pulso de ese par de pulsos. La luz dispersada desde el primer sitio llegará al detector con una fase determinada por la fase inicial del primer pulso y la longitud de la ruta experimentada en la fibra. La luz dispersa del segundo pulso alcanzará el detector con una fase determinada por la fase inicial del segundo pulso y la longitud de la ruta experimentado en la fibra. Estas dos señales, que están en la misma frecuencia, interferirán en función de la diferencia de fase relativa entre ellas. Esta diferencia de fase depende esencialmente de la diferencia en los estados de fase inicial de los pulsos y también de la diferencia de longitud de la ruta para un viaje de ida y vuelta desde el segundo sitio de dispersión al primer sitio de dispersión y viceversa. Ahora considere que exactamente los mismos sitios de dispersión también dispersan la luz de un par de pulsos posterior. Se aplican todas las mismas consideraciones y, de nuevo, se recibirán dos señales en el detector que interferirán en función de la diferencia de longitud de la ruta entre el primer y el segundo sitio y la diferencia de fase inicial entre los pulsos. Durante el corto tiempo transcurrido entre el lanzamiento de los siguientes pares de pulsos, los cambios en la longitud de la ruta serán mínimos (en ausencia de cualquier estímulo). Por tanto, la única variación significativa será debida a la variación controlada en la diferencia de fase entre los pulsos del primer y segundo par de pulsos. Esto se aplica igualmente a todos los sitios de dispersión que contribuyen a la señal de interferencia.

En una realización, la variación en la diferencia de fase entre los lanzamientos se establece para que sea igual a 90 °. El uso de una variación de diferencia de fase de 90 ° entre lanzamientos sucesivos significa que las señales de una sección determinada de fibra recibidas de lanzamientos sucesivos proporcionan inherentemente información de componentes I y Q. Por lo tanto, estas señales pueden filtrarse en paso bajo para proporcionar valores I y Q y un valor de fase determinado para ese canal a través de una conversión estándar de rectangular a polar. Sin embargo, se apreciará que podrían usarse otros valores de variación en la diferencia de fase y las señales de cada canal podrían filtrarse y procesarse usando otros esquemas de conversión apropiados para la variación de fase usada.

Por lo tanto, esta realización proporciona una señal de interferencia de retrodispersión en la que hay una variación en la diferencia de fase relativa entre los pulsos en el primer y segundo par de pulsos. Por lo tanto, los retornos del primer y segundo par de pulsos pueden usarse para determinar un valor de fase para la sección relevante de fibra óptica que luego puede usarse para detectar cualquier modulación de fase que surja de señales acústicas incidentes en esa sección de fibra óptica.

Por lo tanto, la fuente óptica puede comprender al menos un láser y al menos un desfasador, tal como un modulador electroóptico, dispuestos para modular la salida del láser para producir el primer y segundo pares de pulsos. También puede haber un modulador de intensidad o un conmutador para producir los pulsos.

De nuevo, como con la realización descrita anteriormente, como los pulsos en cada par de pulsos tienen la misma frecuencia, es necesario evitar que el detector reciba retornos para ambos pares de pulsos al mismo tiempo. Por lo tanto, el segundo par de pulsos puede lanzarse poco tiempo después del primer par de pulsos, permitiendo un tiempo de ida y vuelta para que se detecte cualquier señal de interferencia del primer par de pulsos. Las mismas consideraciones con respecto a la tasa de lanzamiento de los pares de pulsos que se discutieron anteriormente se aplican a esta realización.

El sensor puede estar dispuesto, en uso, para lanzar continuamente pares de pulsos a una tasa de lanzamiento adecuada, cada par de pulsos sucesivos tiene una diferencia de fase entre los pulsos de ese par que difiere de la del par anterior por dicha diferencia de fase predeterminada.

En una realización, sin embargo, se puede generar una primera serie de pares de pulsos (que incluyen el primer par de pulsos y el segundo par de pulsos) para lanzarse a la fibra óptica con estados de polarización diferentes a una segunda serie de pares de pulsos. Preferiblemente, los estados de polarización son tales que las señales de intensidad de retrodispersión recibidas en el extremo proximal de la fibra óptica de la primera y segunda serie de pares de pulsos tienen estados de polarización ortogonal. Por ejemplo, la señal de interferencia de retrodispersión recibida de la primera serie de pares de pulsos puede polarizarse linealmente en una primera dirección y la señal de interferencia de retrodispersión recibida de la segunda serie de pares de pulsos puede polarizarse linealmente en una dirección ortogonal a la primera dirección.

Mediante el uso de diferentes estados de polarización, los retornos de retrodispersión en el extremo proximal de la fibra de la primera serie de pares de pulsos se pueden separar de los retornos de retrodispersión de la segunda serie de pares de pulsos, por ejemplo, utilizando elementos sensibles a la polarización apropiados para solo transmitir luz de una polarización deseada o separar los retornos de la primera y segunda serie de pares de pulsos en el primer y segundo canales ópticos, respectivamente.

Esto permite que un par de pulsos de la primera serie y un par de pulsos de la segunda serie (que pueden tener la misma configuración de frecuencia entre sí) se propaguen en la parte de detección de una fibra óptica al mismo tiempo que el otro, y la señal de interferencia de retrodispersión de los pares de pulsos se separará antes de incidir en un detector. Por tanto, se puede disponer un detector para recibir la señal de interferencia de retrodispersión generada desde sólo uno de los pares de pulsos a la vez. En una realización, se puede disponer un solo detector con un polarizador variable de modo que el estado de polarización muestreado por el detector se varíe en diferentes momentos. En otra realización, se pueden disponer dos detectores cada uno para detectar un estado de polarización diferente, por lo que un detector puede detectar la señal de interferencia generada por la primera serie de pares de pulsos y el otro detector puede detectar la señal de interferencia generada por la segunda serie de pares de pulsos. Cabe señalar que la señal de retrodispersión recibida de la fibra óptica usando un estado de polarización puede ser diferente de la recibida usando un estado de polarización diferente. Por tanto, los retornos de la primera serie de pares de pulsos deben procesarse por separado de los retornos de la segunda serie de pares de pulsos para derivar un valor de fase. Sin embargo, el cambio en los valores de fase debido a cualquier modulación acústica debe ser el mismo para cada serie.

Por tanto, el uso de diferentes estados de polarización para la primera y segunda serie de pares de pulsos se puede aplicar a cualquiera de las realizaciones discutidas anteriormente para aumentar efectivamente la velocidad de medición de cualquier sección dada de fibra óptica. Por ejemplo, la primera serie de pares de pulsos podría lanzarse de acuerdo con la realización en la que la frecuencia de la portadora está relacionada con la tasa de lanzamiento de los pares de pulsos. La segunda serie de pares de pulsos también podría lanzarse de acuerdo con esta realización, estando dispuesto el lanzamiento de un par de pulsos de la segunda serie para que se produzca entre lanzamientos de pares de pulsos de la primera serie. De esta manera, cada par de pulsos que se lanza a la fibra óptica tiene un estado de polarización diferente al de los pares de pulsos inmediatamente anteriores y posteriores. Por lo tanto, la tasa de lanzamiento general puede ser lo suficientemente alta como para que dos pares de pulsos puedan estar en diferentes partes de la fibra al mismo tiempo. El detector o detectores pueden entonces detectar la señal de interferencia de retrodispersión de pares de pulsos de la primera y segunda serie respectivamente de forma independiente. En esta realización, el límite de la tasa de lanzamiento general es que no debe haber dos pares de pulsos del mismo estado de polarización en la parte de detección de la fibra al mismo tiempo. Sin embargo, esto permite duplicar la tasa de lanzamiento general y, por lo tanto, la tasa de muestreo general de cada sección de fibra, en comparación con las realizaciones descritas anteriormente cuando solo un solo par de pulsos (de una configuración de frecuencia particular) se propaga en la parte de detección de la fibra óptica en cualquier momento.

Como se mencionó anteriormente, se puede usar un solo detector para detectar la señal de interferencia de la primera y segunda serie de pares de pulsos en diferentes momentos variando el estado de polarización que se pasa al detector. Por ejemplo, un elemento polarizador variable puede alternar entre transmitir un primer y un segundo estado de polarización entre los siguientes tiempos de muestreo. Por tanto, cualquier otra muestra de detector se relacionará con la señal de interferencia de retrodispersión de un par de pulsos en la fibra y las muestras de detector intermedias se relacionarán con el otro par de pulsos. Por lo tanto, estas muestras pueden separarse en diferentes flujos para su procesamiento en relación con el tiempo de lanzamiento del par de pulsos relevante. Sin embargo, el uso de un solo detector puede requerir tiempos de muestreo rápidos y polarizadores variables rápidos. Por tanto, en otras disposiciones, pueden disponerse dos detectores cada uno para recibir un estado de polarización diferente.

El uso de diferentes estados de polarización también es aplicable a la realización en la que la diferencia de fase entre los pulsos en un par de pulsos varía entre pares de pulsos y, por lo tanto, una o ambas de la primera y segunda serie de pares de pulsos pueden comprender una serie de pares de pulsos con una variación de diferencia de fase controlada entre pares de pulsos sucesivos en esa serie. Los pares de pulsos de la primera y segunda serie pueden transmitirse a la fibra de forma simultánea o casi simultánea. Por tanto, con dos detectores que muestrean las señales de interferencia de retrodispersión en diferentes estados de polarización al mismo tiempo, se pueden obtener mediciones simultáneas o casi simultáneas de la misma sección de fibra. En algunas aplicaciones, donde el rango es importante, puede ser preferible utilizar pares de pulsos casi simultáneos en los que los pulsos reales de cada par de pulsos no se solapen de modo que la potencia óptica en cualquier pulso dado pueda ser lo más alta posible. Deben evitarse los efectos ópticos no lineales en la fibra óptica y si dos pulsos tienen polarizaciones diferentes se transmiten simultáneamente, la potencia total de ambos pulsos debe estar por debajo del umbral no lineal.

Por tanto, la fuente óptica puede comprender al menos un elemento activo de polarización para crear una diferencia de polarización entre los sucesivos pares de pulsos que se van a lanzar a la fibra óptica. El sensor también puede comprender al menos un elemento activo de polarización dispuesto para recibir luz retrodifundida desde la fibra óptica y para dirigir solo luz en un primer estado de polarización a un detector. El primer estado de polarización transmitido al detector puede variar con el tiempo y/o el menos un elemento activo de polarización puede dirigir la luz de un segundo estado de polarización diferente a un detector diferente.

El lanzamiento de la primera y segunda serie de pares de pulsos con diferentes estados de polarización puede usarse con cualquier tipo de fibra óptica con algunas limitaciones. El sensor también puede comprender al menos un modulador de polarización para modular la polarización de la luz lanzada a la fibra óptica y/o retrodifundida desde la fibra óptica para compensar cualquier desviación de polarización dentro de la fibra óptica.

El uso de diferentes estados de polarización permite así que dos pares de pulsos que tienen la misma configuración de frecuencia entre sí estén presentes en la fibra óptica al mismo tiempo.

Las realizaciones descritas anteriormente también se pueden usar con técnicas de multiplexación de longitud de onda para permitir que estén presentes secuencias de pulsos adicionales que tienen diferentes configuraciones de frecuencia en la fibra óptica de detección al mismo tiempo. Las secuencias de pulsos adicionales podrían comprender pares de pulsos de acuerdo con una realización de la presente invención, aunque también se pueden usar otras secuencias de pulsos, como un pulso único u otras configuraciones de pares de pulsos.

Por ejemplo, además de una primera serie de pares de pulsos, que comprenden el primer y segundo pares de pulsos de acuerdo con una de las realizaciones descritas anteriormente, también se pueden lanzar una o más series adicionales de secuencias de pulsos en la fibra óptica de modo que un par de pulsos de la primera serie y también una de las secuencias de pulsos de la o cada serie adicional se propagan en la parte de detección de la fibra al mismo tiempo.

Como se mencionó, las secuencias de pulsos de la serie adicional pueden comprender pares de pulsos que tienen una configuración de frecuencia diferente a la de los pares de pulsos de la primera serie (y a cualquier otra serie adicional) para permitir la separación de la señal de retrodispersión de los pares de pulsos de la primera y cualquier serie adicional. Los pares de pulsos de la serie adicional pueden comprender pulsos a una frecuencia absoluta diferente, es decir, longitud de onda, a los de la primera serie (es decir, el primer y segundo pares de pulsos) y/o pulsos que definen una frecuencia de la portadora diferente a la primera serie.

Los pares de pulsos de al menos una serie adicional pueden lanzarse de modo que haya una diferencia de fase relativa predeterminada en la relación de fase entre pulsos en diferentes pares de pulsos de la serie.

Por ejemplo, al menos una serie adicional puede consistir en una serie de pares de pulsos de diferencia de frecuencia, es decir, pares de pulsos que comprenden dos pulsos donde hay una diferencia de frecuencia predeterminada entre los pulsos para conducir a una señal de retrodispersión a una frecuencia de la portadora para ese par de pulsos. Los pares de pulsos de diferencia de frecuencia pueden generarse para ser lanzados a la fibra óptica a una tasa de lanzamiento relacionada con la frecuencia de la portadora de la misma manera que se describió anteriormente, es decir, el tiempo entre lanzamientos de pares de pulsos de diferencia de frecuencia sucesivos (de una serie dada) corresponde al tiempo para un cambio de fase relativo predeterminado en una señal a una frecuencia igual a la diferencia de frecuencia predeterminada de esa serie.

En una realización, la primera serie de pares de pulsos también se genera de acuerdo con la realización descrita anteriormente, donde los pares de pulsos (es decir, el primer y segundo pares de pulsos) comprenden pulsos con una diferencia de frecuencia y los pares de pulsos se generan a una tasa de lanzamiento relacionada con la frecuencia de la portadora relevante.

En este caso, la diferencia de frecuencia predeterminada de los pulsos en los pares de pulsos de al menos una de las series adicionales puede ser la misma que para la primera serie, es decir, la frecuencia de la portadora es la misma para ambas series. Por lo tanto, las velocidades de lanzamiento para la primera y la serie adicional de pares de pulsos también pueden ser las mismas, de modo que el cambio de fase predeterminado entre lanzamientos de la primera serie de pares de pulsos sea el mismo que el cambio de fase predeterminado entre lanzamientos de la serie adicional de pares de pulsos.

Cuando la primera serie de pares de pulsos tiene una frecuencia de la portadora común con al menos otra serie adicional de pares de pulsos, la luz de retrodispersión recibida debe ser claramente demultiplexada en longitud de onda antes del procesamiento a la frecuencia de la portadora relevante. Las señales de retrodispersión apropiadas de la primera serie de pares de pulsos se pueden procesar entonces independientemente de las de la serie adicional de pares de pulsos.

En otra disposición, la frecuencia de la portadora de al menos una serie adicional de pares de pulsos puede ser diferente a la de la primera serie de pares de pulsos. En esta disposición, la señal de retrodispersión recibida puede procesarse en las frecuencias portadoras relevantes. Si las velocidades de lanzamiento de la primera y la serie adicional de pares de pulsos coinciden con la frecuencia de la portadora relevante, esto puede significar que las velocidades de lanzamiento de la primera y la serie adicional de pares de pulsos son diferentes o que, alternativamente, si la misma tasa de lanzamiento se utiliza para cada serie la fase predeterminada diferente entre sucesivos pares de pulsos es diferente para cada serie.

Las técnicas de multiplexación de longitudes de onda se aplican igualmente a la realización en la que los pulsos en un par de pulsos tienen la misma frecuencia entre sí y diferentes pares de pulsos en una serie tienen una diferencia de fase diferente entre los pulsos. Se podrían transmitir diferentes series de pares de pulsos a diferentes longitudes de onda utilizando la misma técnica. Las diferentes series de pares de pulsos podrían disponerse de modo que la diferencia de fase predeterminada aplicada en sucesivos pares de pulsos difiera en al menos una serie de la de al menos otra serie.

Además, una serie de pares de pulsos en una longitud de onda podría implementar una de las realizaciones descritas anteriormente con una serie diferente en una longitud de onda diferente implementando otra de las realizaciones descritas anteriormente. Así, una serie de pares de pulsos puede comprender pulsos de la misma frecuencia (es decir, en una longitud de onda) con sucesivos pares de pulsos que tienen una variación controlada en la diferencia de fase entre los pulsos y otra serie de pares de pulsos puede comprender pulsos de diferentes frecuencias (centrados alrededor de una diferente longitud de onda) con la diferencia de frecuencia relacionada con la tasa de lanzamiento de esa serie.

Se podrían generar más de dos series diferentes de pulsos, cada uno con una longitud de onda general diferente. Los lanzamientos de los pares de pulsos de las diferentes series pueden escalonarse entre sí, a intervalos regulares o irregulares, por ejemplo, para proporcionar una tasa de actualización mayor que la que sería posible con una única serie de pares de pulsos. En este caso, las series de pares de pulsos pueden comprender pares de pulsos que tienen la misma configuración general en relación con una longitud de onda base, pero la longitud de onda base varía entre series. En otras palabras, la duración del pulso, la separación de tiempo, la diferencia de frecuencia o la variación de fase entre pulsos pueden ser todas iguales para cada serie, pero la longitud de onda base es diferente para permitir que la señal de retrodispersión de cada serie se separe.

Adicionalmente o alternativamente, los lanzamientos de los pares de pulsos de al menos una serie pueden ser simultáneos con el lanzamiento de al menos otra serie, pero los pares de pulsos de al menos algunos de ellos pueden configurarse para proporcionar una característica de detección diferente, es decir resolución espacial o sensibilidad.

Para evitar dudas, debe tenerse en cuenta que el término par de pulsos, como se usa en este documento, se refiere a una señal que comprende al menos dos pulsos de luz distintos. Los pulsos individuales pueden ser distintos en términos de separación temporal o separación de frecuencia o ambos. En algunas realizaciones, el par de pulsos puede formar parte de una serie más larga de pulsos, por ejemplo, imagine tres pulsos de diferente frecuencia, F1, F2 y F3 en los que las tres frecuencias de pulso F1 - F2, F2 - F3 y F1 - F3 son todas diferentes, una de la otra. Tal estructura de pulsos podría disponerse de modo que la frecuencia de la portadora F1 - F2 esté relacionada con la tasa de lanzamiento del tren de pulsos como se describió anteriormente. La diferencia de frecuencia F2 - F3 podría disponerse para que sea una frecuencia de la portadora mucho más alta, tal como se enseña en GB2,222,247. En el procesamiento posterior, los pulsos F1 y F2 pueden comprender un par de pulsos de acuerdo con la presente invención. Los pulsos F2 y F3 podrían usarse simultáneamente como un par de pulsos como se enseña en GB2,222,247 y, por ejemplo, la frecuencia de la portadora correspondiente a F1 - F3 podría ignorarse.

En cualquiera de las realizaciones descritas anteriormente, el primer y segundo par de pulsos pueden comprender ventajosamente un primer pulso temporalmente (y por tanto espacialmente) separado de un segundo pulso, es decir, hay un primer pulso, seguido de un intervalo corto, seguido del segundo pulso. Los anchos de pulso del primer y segundo pulsos son preferiblemente los mismos entre sí, aunque no es necesario que lo sean. En una realización, el espacio entre los pulsos, es decir, el tiempo entre el final del primer pulso y el comienzo del segundo pulso, es igual o mayor que el ancho de pulso de al menos el segundo pulso. En otras palabras, la duración del pulso del segundo pulso (y preferiblemente ambos pulsos) puede ser más corta que la duración entre pulsos. Como se describirá con más detalle más adelante, una estructura de pulso que tiene anchos de pulso relativamente estrechos en comparación con el espacio entre pulsos puede ser ventajoso en términos de permitir que se adquieran muestras de diversidad dentro de la máxima resolución espacial alcanzable del sensor.

Cuando se usa dicho par de pulso que comprende un primer pulso separado en el tiempo de un segundo pulso la señal de interferencia en el detector en uso surge de la interferencia causada por la dispersión de una primera sección de fibra que fue iluminada por el primer pulso que coincide en el detector con la dispersión de una segunda sección de la fibra que fue iluminada por el segundo pulso (en un momento diferente). La distancia entre estos sitios de dispersión define la longitud de calibre del sensor que es igual a la mitad de la separación entre los pulsos en el par de pulsos (el factor de la mitad surge de un efecto de plegado como se describirá con más detalle a continuación). Cualquier modulación acústica de la fibra óptica entre estos dos sitios de dispersión, es decir, dentro de la longitud de calibre, puede resultar en un cambio de fase que puede ser detectable.

Por lo tanto, la señal de retrodispersión puede procesarse para generar una medición de fase, y en algunas realizaciones de amplitud, correspondiente a una sección dada de fibra óptica. La señal de interferencia de retrodispersión detectada durante la propagación de cada par de pulsos individual a través de la fibra óptica se puede dividir en una serie de contenedores de análisis, correspondientes a una sección específica de fibra óptica, con los retornos para cada contenedor de análisis de los sucesivos pares de pulsos que se procesan a determinar las señales de dichas secciones de fibra óptica. Como se entenderá, el tamaño de los contenedores de análisis determina la resolución espacial efectiva del sensor, con la limitación de que la resolución espacial máxima alcanzable, es decir, la longitud mínima de las porciones de fibra de detección discretas, se rige por la longitud de calibre del pulso examinador par. Por tanto, a máxima resolución espacial, los contenedores de análisis corresponden a una sección de fibra de longitud igual a la longitud de calibre del par de pulsos de examinación.

Se puede adquirir una sola muestra para cada contenedor de análisis o se pueden tomar múltiples muestras dentro de un contenedor de análisis y promediar juntas. Por lo tanto, para asegurar que se pueda resolver la resolución espacial máxima, sería necesario muestrear de manera que el par de pulsos se haya movido aproximadamente la longitud del calibre entre muestras. Sin embargo, los presentes inventores se han dado cuenta de que mediante el sobremuestreo es posible generar canales de diversidad para superar los problemas del desvanecimiento.

Como se mencionó anteriormente, la señal de retrodispersión generada por un par de pulsos en la fibra surge de la señal instantánea recibida en el detector que se recibe desde diferentes sitios de dispersión en la fibra óptica que fueron iluminados por el primer y segundo pulsos respectivamente. Sin embargo, la posición de polarización de fase relativa del interferómetro formado por estos sitios de dispersión depende de la distribución de los sitios de dispersión dentro de la fibra, que es aleatoria. La posición de polarización también puede variar con las fluctuaciones térmicas. Por tanto, existe la posibilidad de que en cualquier posición dentro de la fibra óptica los sitios de dispersión provoquen interferencias destructivas y no se pueda detectar ninguna señal de intensidad utilizable en esa posición, es decir, la señal se ha desvanecido.

Para evitar este problema, el detector, o cada uno de ellos, puede muestrearse a una velocidad para adquirir una pluralidad de muestras de la señal de retrodispersión de un par de pulsos en un tiempo igual al doble del tiempo entre pulsos. Un tiempo igual al doble del tiempo de separación de los pulsos equivale, en la fibra óptica, a una distancia igual a la longitud del calibre. Por tanto, se adquiere una pluralidad de muestras en el tiempo que tardan los pulsos en la fibra en desplazarse una distancia igual a la longitud del calibre. En otras palabras, en un primer tiempo de muestreo, la señal de retrodispersión recibida corresponde a una primera sección de fibra óptica de igual longitud a la longitud del calibre. En el próximo tiempo de muestreo, la sección relevante de fibra se habrá movido, pero una longitud menor que la longitud del calibre. Esto asegura que la sección de fibra óptica que se encuentra entre los sitios de dispersión que contribuyen a la señal de interferencia de retrodispersión en cualquier tiempo de muestra se solape parcialmente de una muestra a otra. Por tanto, cualquier modulación acústica de dicha sección superpuesta de fibra puede potencialmente detectarse a partir de cualquiera de las muestras.

Entre las muestras, los sitios de dispersión que contribuyen a la señal de interferencia de retrodispersión habrán cambiado al menos parcialmente y, por tanto, cada muestra representará una muestra de diversidad. En la realización descrita anteriormente, donde los anchos de pulso son relativamente estrechos en comparación con la separación de pulsos, es posible que cada muestra sucesiva corresponda a sitios de dispersión sustancialmente independientes (mientras que las secciones de fibra óptica entre los sitios de dispersión para cada muestra se superponen sustancialmente). En esta disposición, el tiempo entre muestras de diversidad puede ser del orden de la mitad de la duración del pulso. Si la intensidad de la señal de interferencia de retrodispersión es baja para una muestra de diversidad, puede ser mayor para una muestra de diversidad posterior y puede dar lugar a resultados utilizables. Por tanto, las muestras de diversidad pueden adquirirse a velocidades de muestreo relativamente altas, del orden de unos cien MHz aproximadamente, lo que es mucho más rápido que la velocidad de evolución de la perturbación en la fibra óptica que se mide. Por tanto, las diversas muestras de diversidad adquiridas se pueden combinar en un solo contenedor de análisis para proporcionar una indicación de la modulación que afecta a una sección particular de fibra.

El detector puede muestrearse a una velocidad tal que se tomen una pluralidad de muestras de diversidad en una duración igual a la mitad del tiempo entre los pulsos del par de pulsos, digamos cinco o más. En algunas realizaciones, se pueden tomar ocho o diez muestras de diversidad en una duración igual a la mitad del tiempo entre pulsos.

En una realización, se puede realizar al menos algún procesamiento de las muestras de diversidad en un contenedor de análisis antes de combinar las muestras en un único resultado para el contenedor.

En una realización, la intensidad relativa de cada muestra podría usarse como una indicación de si existe una señal de interferencia de retrodispersión utilizable y las muestras que tienen una baja intensidad podrían omitirse de la combinación o recibir una ponderación baja en el procesamiento posterior.

Adicional o alternativamente, las muestras de diversidad adquiridas desde el lanzamiento del primer par de pulsos podrían procesarse con las muestras de diversidad correspondientes adquiridas desde el lanzamiento del segundo par de pulsos para determinar una pluralidad de valores de fase. En otras palabras, cada contenedor de análisis puede comprender una pluralidad de canales de diversidad. Cada canal de diversidad recibe muestras de lanzamiento a lanzamiento de pares de pulsos que corresponden a la misma posición en la fibra óptica, con el canal vecino correspondiente a muestras de diversidad sucesivas adquiridas de un solo par de pulsos.

Por tanto, cada canal de diversidad podría procesarse para determinar una medición de fase (y posiblemente amplitud) para ese canal de diversidad. Los valores de fase procesados de los canales de diversidad en un contenedor de análisis particular pueden analizarse antes de combinarse. Por ejemplo, se podría aplicar una métrica de calidad a los valores de la fase procesada y la combinación podría tener en cuenta la métrica de calidad. En un ejemplo, la métrica de calidad puede comprender el grado de similitud entre los valores de fase determinados. La combinación puede implicar aplicar una ponderación a al menos algunos valores de fase basándose en la métrica de calidad y/u omitir algunos valores de fase de la combinación. Por ejemplo, solo se pueden usar valores de fase procesados por encima de un cierto umbral de calidad en la combinación o se puede usar un número predeterminado de valores de fase de la más alta calidad. Además, o alternativamente, cuando se determina la amplitud para cada canal de diversidad, la amplitud podría usarse como una indicación de la relación señal/ruido (SNR) del valor de fase relevante y los valores de fase con una SNR baja descartada o con una ponderación baja.

La presente invención también se aplica a un método de detección acústica distribuida. Por tanto, de acuerdo con otro aspecto de la invención, se proporciona un método de detección acústica distribuida que comprende lanzar al menos un primer y un segundo par de pulsos en una fibra óptica, los primeros y segundos pares de pulsos tienen la misma configuración de frecuencia entre sí y siendo generados de tal manera que la relación de fase de los pulsos del primer par de pulsos tiene una diferencia de fase relativa predeterminada con la relación de fase de los pulsos del segundo par de pulsos en que: cuando la primera y la segunda frecuencia son diferentes, los pulsos del primer y segundo pares de pulsos tienen una diferencia de frecuencia entre ellos y el primer y segundo par de pulsos se generan para ser lanzados a la fibra óptica en diferentes momentos, de modo que el tiempo entre el lanzamiento del primer y segundo par de pulsos corresponde al tiempo de dicho par relativo predeterminado de cambio de fase en una señal a una frecuencia igual a la diferencia de frecuencia entre los pulsos de un par; y cuando la primera y segunda frecuencias son iguales, la diferencia de fase entre los pulsos del primer par de pulsos difiere de la diferencia de fase entre los pulsos del segundo par de pulsos por la diferencia de fase relativa predeterminada, en la que la relación de fase entre los pulsos en el que primer y segundo par de pulsos es diferente, el método comprende además: detectar cualquier radiación retrodispersada de dichos primer y segundo pares de pulsos y determinar un valor de fase para al menos una sección dada de fibra (101) óptica en base a la radiación de retrodispersión detectada de dicho primer par de pulsos, y segundos pares de pulsos.

Todas las ventajas descritas anteriormente en relación con el primer aspecto de la invención se aplican igualmente al método de este aspecto de la invención y el método puede implementarse en cualquiera de las realizaciones descritas anteriormente.

En particular, los pulsos del primer y segundo par de pulsos pueden tener una diferencia de frecuencia entre ellos; y el método puede comprender generar una serie de pares de pulsos primero y segundo a una tasa de lanzamiento tal que el tiempo entre el lanzamiento de los pares de pulsos sucesivos corresponda al tiempo para dicho cambio de fase relativo predeterminado en una señal a una frecuencia igual a la diferencia de frecuencia entre los pulsos en un par. Alternativamente, los pulsos del primer par de pulsos y del segundo par de pulsos tienen todos la misma frecuencia entre sí; y la diferencia de fase entre los pulsos del primer par de pulsos difiere de la diferencia de fase entre los pulsos del segundo par de pulsos por dicha diferencia de fase relativa predeterminada.

El método puede comprender generar el primer par de pulsos en un primer estado de polarización y el segundo par de pulsos en un segundo estado de polarización diferente y lanzar el primer par de pulsos y los segundos pares de pulsos de manera que ambos pares de pulsos estén en la fibra óptica en el Mismo tiempo. En una implementación, el primer par de pulsos y el segundo pulso se generan para ser lanzados a la fibra óptica simultáneamente.

Las realizaciones descritas anteriormente implican configurar los pares de pulsos lanzados a la fibra óptica de manera que diferentes pares de pulsos (que tienen la misma configuración de frecuencia) tengan una relación de fase diferente entre sí para generar una versión analítica de una señal modulada en fase. A continuación, se determina una medición de fase para una sección particular de fibra demodulando una señal formada por las muestras de la señal de interferencia de retrodispersión recibida en el detector desde esa sección particular de fibra óptica de diferentes pares de pulsos. La medición de fase se puede monitorizar a lo largo del tiempo y se puede detectar cualquier variación de fase introducida por el estímulo acústico en la fibra óptica.

Sin embargo, la presente invención también se refiere en general al concepto de examinar una fibra óptica con pares de pulsos y muestrear la radiación retrodispersada de modo que el ancho de banda del sensor sea suficiente para representar el contenido de frecuencia total de la radiación retrodispersada. Esto permite que la señal modulada en fase sea detectada y demodulada con buena señal a ruido y buena resolución espacial. Así, en otro aspecto de la invención se proporciona un aparato sensor acústico distribuido que comprende: una fuente óptica configurada para generar una serie de pares de pulsos ópticos para lanzarlos a una fibra óptica, y una ruta de detección óptica que comprende al menos un detector configurado para detectar cualquier radiación retrodispersada de dichos pares de pulsos; y circuitería de procesamiento acoplada a dicho al menos un detector, en el que la circuitería de procesamiento está configurada para determinar un valor de fase para al menos una sección dada de fibra óptica en base a la radiación de retrodispersión detectada de dichos pares de pulsos; en el que los pares de pulsos y la ruta de detección óptica están configurados de manera que el ancho de banda de la ruta de detección óptica, es decir, el detector/procesador sea suficiente para representar sustancialmente todo el contenido de frecuencia de la radiación retrodispersada.

De acuerdo con otro aspecto, la presente invención proporciona un aparato sensor acústico distribuido que comprende una fuente óptica configurada para lanzar una serie de pares de pulsos en una fibra óptica, un detector configurado para detectar radiación que se retrodispersa dentro de la fibra óptica y medios de procesamiento acoplados a dicho detector para formar al menos una señal de canal que comprende muestras de la radiación de retrodispersión adquirida sustancialmente al mismo tiempo después del lanzamiento de cada par de pulsos; y demodular dicha señal de canal para determinar un valor de fase para la sección relevante de fibra óptica.

Sin embargo, en otra disposición, la configuración de un par de pulsos y la frecuencia de muestreo del detector se disponen de modo que las muestras sucesivas de la señal de interferencia de retrodispersión adquirida cuando un par de pulsos se propaga a través de la fibra tengan una diferencia de fase predeterminada. Por lo tanto, el par de pulsos tiene una diferencia de frecuencia que da como resultado una frecuencia de la portadora en la señal de interferencia de retrodispersión que está relacionada con la frecuencia de muestreo, de manera que la señal portadora evoluciona en una cantidad de fase predeterminada entre muestras.

Por tanto, en otro aspecto de la presente invención se proporciona un aparato sensor acústico distribuido que comprende: una fuente óptica configurada para generar un par de pulsos para lanzarse a una fibra óptica en el que el par de pulsos comprende un primer y segundo pulsos que tienen una diferencia de frecuencia entre las legumbres; un detector configurado, en uso, para detectar una señal de interferencia de retrodispersión de dicha fibra óptica en el que el detector se muestrea a una velocidad tal que las muestras sucesivas de la señal de interferencia de retrodispersión tienen una diferencia de fase relativa predeterminada; y un procesador configurado para procesar dichas muestras usando dicha diferencia de fase relativa predeterminada para derivar una señal de fase para cada una de una pluralidad de porciones de detección de dicha fibra.

El sensor de acuerdo con este aspecto de la invención asegura por lo tanto que haya una diferencia de fase predeterminada entre muestras sucesivas a partir de la señal de interferencia de retrodispersión. Cada muestra se adquirirá de una parte ligeramente diferente de la fibra óptica, pero, con una frecuencia de muestreo relativamente alta, se puede suponer que cualquier modulación acústica de la fibra óptica es la misma para muestras sucesivas. Por tanto, la diferencia de fase conocida entre las muestras se puede utilizar para determinar un valor de fase de medición.

Como en las realizaciones descritas anteriormente, la diferencia de fase predeterminada entre muestras sucesivas puede ser ventajosamente del orden de 90 °. Por tanto, la frecuencia de la portadora puede ser una cuarta parte de la frecuencia de muestreo. La frecuencia de muestreo puede ser del orden de 100 MHz aproximadamente y, por tanto, la frecuencia de la portadora puede ser del orden de 25 MHz aproximadamente. Esto significa que las muestras sucesivas pueden tomarse directamente como señales en fase y en cuadratura y demodularse directamente en consecuencia.

Será evidente que en esta realización las señales I y Q no son completamente coincidentes espaciales, pero si se usa una frecuencia de muestreo relativamente rápida junto con pulsos relativamente anchos, las muestras sucesivas no serán independientes (por lo tanto, esta realización es diferente a la diversidad realización de procesamiento descrita anteriormente). Por lo tanto, en gran parte, los mismos sitios de dispersión dominarán los retornos de señal de una muestra a otra y, por lo tanto, dichos retornos se pueden utilizar para proporcionar una versión analítica de la señal de medición.

Se apreciará que, como se mencionó anteriormente, el sensor acústico distribuido descrito en GB2,442,745 (AT&T) examina a una fibra con un par de pulsos que tiene una diferencia de frecuencia entre el pulso para conducir a una frecuencia de la portadora y muestrea la señal de retrodispersión a una tasa constante. Esto conducirá a que cada muestra tenga un cambio de fase fijo con respecto a la muestra anterior. Sin embargo, en ninguna parte de GB2,442,745 se enseña que los parámetros del sensor deben controlarse para que este cambio de fase sea una cantidad conocida predeterminada (y ciertamente nada que sugiera que los parámetros están controlados para garantizar un cambio de fase de 90 ° entre muestras) y además no hay ninguna indicación de que la cantidad de cambio de fase entre las muestras pueda usarse en el procesamiento para determinar un valor de fase para la sección relevante de fibra, por ejemplo usando muestras sucesivas directamente como señales I y Q.

Por tanto, todas las realizaciones de la presente invención se basan en la interferencia entre la luz retrodispersada dentro de una óptica de dos pulsos de un par de pulsos de radiación de examen para formar una señal de medición que se puede utilizar para derivar un valor de fase para secciones individuales de fibra óptica. En las realizaciones discutidas anteriormente, la señal de medición puede tener una frecuencia que se encuentra dentro de la banda base del sensor, pero las técnicas de codificación permiten extraer y demodular una señal de medición utilizable. Así, en otro aspecto de la invención se proporciona un sensor acústico distribuido que comprende una fuente óptica configurada para generar una serie de pares de pulsos codificados en fase para ser lanzados a una fibra óptica, y un detector y procesador sintonizados con dicha codificación de fase para demodular una señal de medición formada por luz retrodispersada desde el interior de la fibra desde los pares de pulsos en la que dicha señal de medición está a una frecuencia dentro de esta banda base del aparato sensor.

La invención se describirá ahora a modo de ejemplo únicamente con referencia a los siguientes dibujos, de los cuales:

La Figura 1 ilustra los componentes generales de un sensor acústico distribuido;

La Figura 2 ilustra una configuración de par de pulsos de examinación utilizada en realizaciones de la invención preestablecida;

La Figura 3 ilustra cómo dicho par de pulsos establece la resolución espacial máxima del sensor;

La Figura 4 ilustra el origen de la señal de retrodispersión desde el interior de la fibra;

La Figura 5 ilustra los retornos del lanzamiento de una serie de pares de pulsos de acuerdo con una realización de la invención;

La Figura 6 ilustra una realización del procesamiento de la señal detectada para un canal sensor;

La Figura 7 ilustra una realización para producir pares de pulsos que tienen diferentes estados de polarización;

La Figura 8 ilustra una realización de una disposición de detector para detectar independientemente la señal de retrodispersión de pares de pulsos de diferentes estados de polarización;

La Figura 9 ilustra dos ejemplos de series de pares de pulsos usados en otra realización de la invención;

La Figura 10 ilustra el efecto de un cambio de fase relativo de 90 ° entre los pulsos en un par de pulsos sobre la señal recibida en el detector;

La Figura 11 ilustra una realización de una disposición de modulador para generar una modulación de fase controlada entre los pulsos de un par de pulsos;

La Figura 12 ilustra dos pares de pulsos que tienen una variación en la diferencia de fase entre los pulsos que se generan simultáneamente en diferentes estados de polarización;

La Figura 13 ilustra una realización para generar pares de pulsos simultáneos como se muestra en la Figura 12;

La Figura 14 ilustra diferentes series de pares de pulsos que se lanzan a diferentes longitudes de onda;

La Figura 15 ilustra tres ejemplos de configuraciones de pares de pulsos;

La Figura 16 ilustra el principio de sobremuestreo temporal para generar muestras de diversidad espacial;

La Figura 17 ilustra un ejemplo de señal de intensidad de retrodispersión frente al tiempo de muestreo para un solo par de pulsos;

Las Figuras 18a y 18b ilustran cómo las muestras de diversidad espacial pueden evitar el problema del desvanecimiento; La Figura 19 ilustra el procesamiento de muestras de diversidad en un contenedor de análisis para generar valores de fase para cada canal;

La Figura 20 ilustra cómo un número seleccionado de canales en un contenedor de análisis puede seleccionarse para su combinación;

La Figura 21 muestra un ejemplo de valores de fase calculados para los canales de un contenedor de análisis y una métrica de calidad resultante determinada para la similitud de un canal con los otros canales;

La Figura 22 muestra otro ejemplo de valores de fase calculados para los canales de un contenedor de análisis;

La Figura 23 muestra un ejemplo de una forma de onda combinada para el contenedor de análisis;

La Figura 24 ilustra los retornos del lanzamiento de una serie de pares de pulsos como se muestra en la Figura 9a; y La Figura 25 ilustra una realización del procesamiento de la señal detectada como se ilustra en la Figura 24 para un canal sensor.

Los componentes generales de una unidad de examinador de un sensor acústico distribuido se ilustran con respecto a la Figura 1. En uso, la unidad 100 de examinador está conectada a una fibra 101 óptica que actúa como fibra de detección. La fibra de detección se acopla a una salida/entrada del examinador utilizando medios de acoplamiento de fibra óptica convencionales. La unidad de examinador está dispuesta para lanzar pulsos de radiación óptica coherente en la fibra 101 de detección y para detectar cualquier radiación de dichos pulsos que sea Rayleigh retrodispersada dentro de la fibra óptica. Para generar los pulsos ópticos, la unidad 100 de examinador comprende al menos un láser 102. La salida del láser es recibida por un modulador óptico que genera la configuración de pulsos como se describirá más adelante. Los pulsos emitidos por el modulador 103 óptico se transmiten luego a la fibra 101 de detección, por ejemplo, a través de un circulador 104.

Cualquier radiación óptica que se retrodispersa de dichos pulsos ópticos que se propagan dentro de la fibra de detección se dirige a al menos un fotodetector 105, de nuevo, por ejemplo, a través del circulador 104. La salida del detector es muestreada por un convertidor 106 analógico a digital (ADC) y las muestras del ADC se pasan al circuito 107 de procesamiento para su procesamiento. El circuito 107 de procesamiento procesa las muestras del detector para determinar un valor de fase para cada una de una pluralidad de contenedores de análisis, correspondiendo cada contenedor de análisis a una porción de detección longitudinal diferente de fibra óptica. Se observará que la unidad de examinador puede comprender varios otros componentes tales como amplificadores, atenuadores, filtros, etc. pero dichos componentes se han omitido en la Figura 1 para mayor claridad al explicar la función general del examinador.

En realizaciones de la presente invención, el láser 102 y el modulador 103 están configurados para producir al menos una serie de pares de pulsos a una tasa de lanzamiento particular. Cada par de pulsos comprende al menos un primer pulso y un segundo pulso y preferiblemente el primer y segundo pulsos están separados en el tiempo entre sí como se ilustra en la figura 2. La figura 2 muestra un primer pulso 201 a una primera frecuencia F1 y que tiene una duración d1 seguido poco tiempo después por un segundo pulso 202 que tiene una segunda frecuencia F2 y que tiene una segunda duración d2. En algunas realizaciones, las frecuencias de los dos pulsos F1, F2 son iguales mientras que en otras realizaciones son diferentes, como se explicará más adelante. Preferiblemente, las duraciones (y por tanto las anchuras espaciales) de los dos pulsos d1, d2 son iguales entre sí, aunque no es necesario que sea así. Los dos pulsos 201, 202 tienen una separación en el tiempo igual a Ts (como se muestra, Ts representa la separación de tiempo entre los bordes de ataque de los pulsos).

Cuando un par de pulsos que tiene este tipo de configuración se propaga dentro de la fibra óptica, se dispersará algo de luz de cada uno de los pulsos de los sitios de dispersión intrínsecos dentro de la fibra óptica. Al menos parte de esta luz retrodispersada se guiará de regreso al comienzo de la fibra óptica donde se puede detectar. En cualquier instante, la luz que llega al detector puede comprender luz dispersada desde el primer pulso desde un primer rango de sitios de dispersión y luz dispersada desde el segundo pulso desde un segundo rango de sitios de dispersión.

La figura 3 ilustra la propagación del par de pulsos en la fibra óptica y muestra la distancia a lo largo de la fibra en función del tiempo. Las líneas 301 y 302 ilustran los bordes delantero y posterior del primer pulso respectivamente y las líneas 303 y 304 los bordes delantero y posterior del segundo pulso respectivamente. Por tanto, en el tiempo fe, el borde de entrada del primer pulso entra en la fibra óptica y en ti el borde de salida del primer pulso entra en la fibra. Por tanto, el tiempo entre fe y ti corresponde a la duración del primer pulso, es decir, d1. En el momento t², el borde de entrada del segundo pulso entra en la fibra y en T⁵el borde de salida del segundo pulso entra en la fibra óptica. Por tanto, el tiempo entre t²y T⁵es igual a la duración del segundo pulso, d2, y el tiempo entre fe y t2 es igual al tiempo de separación de pulsos, Ts. Los pulsos se propagan en la fibra a una velocidad igual a c/n donde c es la velocidad de la luz y n es el índice de refracción efectivo de la fibra óptica. Por tanto, el gradiente de las líneas 301, 302, 303 y 304 es igual a c/n. Esto significa que en la fibra los pulsos primero y segundo tendrán anchos iguales a Wi y W²respectivamente, representados por la distancia vertical entre las líneas 301 y 302 y entre las líneas 303 y 304.

A medida que los pulsos se propagan en la fibra óptica, algo de luz se retrodispersa hacia el comienzo de la fibra. Esta luz retrodispersada también viajará a una velocidad igual a c/n. Considere la luz que llega al detector. La línea 305 representa la trayectoria de la luz que posiblemente podría recibirse al inicio de la fibra óptica en el instante t4. Cualquier retrodispersión que se produzca en un momento y una distancia en la fibra que se encuentra en la línea 305 podría ser recibido al inicio de la fibra en el mismo instante t4. Por tanto, se puede ver que la luz de una primera sección de fibra iluminada por el primer pulso en un primer intervalo de tiempos coincidirá con la luz dispersada desde una segunda sección de fibra diferente en un intervalo de tiempos diferente. También se puede ver que, como cualquier luz dispersada de un pulso viaja hacia atrás hasta el inicio de la fibra óptica a la misma velocidad que los pulsos mismos se propagan hacia adelante, el ancho de la primera sección de fibra es igual a la mitad del ancho de la fibra óptica. primer pulso en la fibra, es decir, W^{1 /2}e igualmente el ancho de la segunda sección de fibra es igual a la mitad del ancho del segundo pulso en la fibra, es decir, W²/². Además, la separación física entre la primera y la segunda sección de fibra es igual a la mitad de la separación física de los pulsos en la fibra.

Esto significa que, como se ilustra en la Figura 4, en cualquier caso, la luz retrodispersada recibida al comienzo de la fibra óptica corresponde a la retrodispersión en la fibra desde una primera sección 401 de sitios de dispersión iluminados por el primer pulso y también desde una segunda sección 402 de sitios de dispersión iluminados por el segundo pulso. La distancia entre estas secciones de los sitios de dispersión se denomina longitud de calibre, L^g. Como se ilustra, la longitud de calibre puede medirse entre los medios de las secciones 401 y 402 de los sitios de dispersión.

La señal de retrodispersión recibida en el detector en cualquier instante es, por tanto, una señal de interferencia resultante de la combinación de la luz dispersa de todos estos sitios de dispersión. Efectivamente, la señal de retrodispersión en cualquier instante corresponde a la señal de un interferómetro móvil definido por las posiciones de los sitios de dispersión dentro de las secciones 401 y 402. Se apreciará que la retrodispersión de todos los sitios de dispersión de la segunda posición 402, que serán todos a la frecuencia F2, se puede considerar que interfiere para producir una señal compuesta desde los segundos sitios de dispersión y, asimismo, se puede considerar que la retrodispersión de todos los sitios de dispersión de la primera sección 401, que estarán todos en la frecuencia F1, interfiere para producir una señal compuesta de los primeros sitios de dispersión. Estas dos señales compuestas también interferirán.

El sensor acústico distribuido de la presente invención se basa en el hecho de que cualquier onda acústica que incida en la fibra óptica puede causar una perturbación, por ejemplo, tensión, en la fibra óptica que, por lo tanto, puede modular en fase la señal de interferencia generada por el interferómetro móvil. Como se entenderá, cualquier cambio de fase que se produzca en la fibra óptica hasta la posición de la segunda sección 402 de los sitios de dispersión afectará igualmente a la luz de la primera sección 401 y la segunda sección 402 de fibra. Sin embargo, cualquier modulación de fase O (t) en la sección de fibra entre la primera sección 401 y la segunda sección 402 afectará a la luz de la primera sección 401 únicamente. Esto puede provocar un cambio de fase de la señal de interferencia. La detección de un cambio de fase en la señal de interferencia de una sección particular de fibra puede, por tanto, usarse como una indicación de una tensión inducida acústicamente sobre la fibra óptica y, por tanto, como una indicación de las ondas acústicas incidentes en esa sección de fibra.

Las realizaciones de la presente invención aseguran que la duración del pulso y las disposiciones del detector y de procesamiento sean tales que el ancho de banda del sensor sea suficiente para detectar todos los componentes de frecuencia de la señal retrodispersada en una muestra instantánea. Esto permite que la señal modulada en fase se detecte con una buena relación señal-ruido y una buena resolución espacial. Se puede generar una versión analítica de esta señal de varias formas.

En una realización, la configuración del pulso es tal que la frecuencia del primer pulso es diferente a la del segundo pulso, es decir F1 t F2. Esto dará como resultado que la señal de interferencia de retrodispersión tenga un componente a una frecuencia de la portadora igual a la diferencia de frecuencia entre los pulsos (| F1 - F2 |). Supervisando la fase de esta frecuencia de la portadora se puede detectar cualquier modulación de fase debida a perturbaciones acústicas.

En esta realización de la invención, por lo tanto, se lanza una serie de pares de pulsos a la fibra óptica, en donde cada par de pulsos de la serie tiene la misma configuración de frecuencia, es decir, un pulso de frecuencia F1 y duración d i seguido de un tiempo Ts más tarde por un pulso de frecuencia F2 y duración d2. La tasa de lanzamiento de los pares de pulsos en la fibra óptica (también llamada tasa de ping) está relacionada con la frecuencia de la portadora de estos pares de pulsos, de modo que el tiempo entre lanzamientos sucesivos es igual al tiempo que tarda una señal en la frecuencia de la portadora para evolucionar, por una cantidad de fase predeterminada.

Esta realización de la presente invención se basa en una portadora dentro del ancho de banda acústico de interés que se conserva entre lanzamientos sucesivos de pares de pulsos. Por tanto, se lanza un par de pulsos en la fibra óptica y la señal de retrodispersión recibida en el detector se muestrea a intervalos para proporcionar una pluralidad de canales, cada uno correspondiente a una ubicación diferente de los sitios de dispersión dentro de la fibra óptica. Después de un cierto intervalo, que corresponde al tiempo necesario para que una señal en la frecuencia de la portadora cambie en una cantidad de fase predeterminada, se lanza otro par de pulsos a la fibra óptica y se adquiere otra pluralidad de muestras en los mismos intervalos después del lanzamiento. Esto se repite mientras se desee monitorizar la fibra óptica.

Para cada canal (definido por un cierto tiempo de muestreo después del lanzamiento de un par de pulsos), las sucesivas salidas del detector proporcionarán una señal portadora modulada en fase a la frecuencia de la portadora definida por la diferencia de frecuencia entre los pulsos de un par de pulsos.

Haciendo referencia de nuevo a la Figura 1, el modulador 103 puede por tanto comprender un modulador acústico-óptico (AOM) para modular la frecuencia de la radiación óptica generada por el láser 102. Como entenderá un experto en la técnica, un AOM puede ser impulsado por una frecuencia de excitación (Fd) y en funcionamiento cambia la frecuencia óptica de la luz de salida en una frecuencia igual a la frecuencia de excitación. Por lo tanto, al activar el AOM a una primera frecuencia de activación durante la duración del primer pulso y a una segunda frecuencia de activación diferente durante la duración del segundo pulso, la luz en el primer pulso tendrá una frecuencia resultante diferente a la de la luz en el segundo pulso y la diferencia de frecuencia entre los pulsos será igual a la diferencia de frecuencia entre las respectivas frecuencias de excitación utilizadas para el AOM. En otras palabras, la frecuencia de la portadora del par de pulsos se puede controlar al controlar las frecuencias de excitación utilizadas para impulsar el AOM. El láser y el AOM son coherentes en fase, por lo que los pulsos de cada par de pulsos tienen las mismas propiedades que si se derivaran de dos fuentes estables que se ejecutan en las frecuencias relevantes.

En una disposición, la frecuencia de la portadora está relacionada con la tasa de lanzamiento, de manera que la frecuencia de la portadora es menos de la mitad de la tasa de lanzamiento, de modo que una señal en la frecuencia de la portadora solo puede cambiar de fase en menos de 180 ° entre lanzamientos sucesivos. En efecto, esto significa que la frecuencia de muestreo de lanzamiento a lanzamiento para cada canal está por encima del límite de Nyquist necesario para recrear con precisión la señal en la frecuencia de la portadora.

En una disposición, la frecuencia de la portadora se dispone para que sea un cuarto de la tasa de lanzamiento de manera que una señal en la frecuencia de la portadora evolucione en 90 ° en fase entre el lanzamiento de sucesivos pares de pulsos.

El uso de un cambio de fase de 90 ° puede facilitar el procesamiento como se describirá, pero también permite un uso eficiente del ancho de banda de modulación. Como apreciará el experto en la materia, en el dominio de la frecuencia cualquier modulación puede ampliar el espectro alrededor de la señal de interés en la frecuencia de la portadora. También se observará un efecto similar alrededor de DC y también en la frecuencia de la imagen (el doble de la frecuencia de la portadora). Asegurándose de que la señal portadora esté a la mitad del límite de Nyquist, el ancho de banda disponible antes de que se maximice el cruce con el componente de CC o el componente de frecuencia de imagen.

La figura 5 ilustra cómo funciona esta realización de la invención. La Figura 5 ilustra la salida del detector muestreada de una serie de lanzamientos sucesivos de un par de pulsos que tiene la configuración de frecuencia como se describió anteriormente en la que la diferencia de frecuencia entre los pulsos en el par es igual a un cuarto de la frecuencia de ping, es decir, la tasa de lanzamiento de pulsos pares. En el ejemplo que se muestra, la tasa de ping es 20 kHz, que puede ser una tasa de ping típica utilizada con una longitud de fibra óptica del orden de 5 km de longitud o menos para garantizar que solo un par de pulsos se propague dentro de la fibra en cualquier momento una vez.

Por tanto, en este ejemplo se lanzan pares de pulsos a la fibra óptica cada 50 |js y se detecta la señal de retorno de retrodispersión generada por el par de pulsos a medida que se propaga a través de la fibra. Después de cada lanzamiento de un par de pulsos, la salida del detector se muestrea a una velocidad relativamente alta, por ejemplo, del orden de 80 100 MHz, para detectar la señal de retrodispersión desde una pluralidad de ubicaciones diferentes dentro de la fibra. En este dominio de reloj de muestra, las variaciones de fase aleatorias de los sitios de dispersión conducen a una variación aleatoria en la intensidad que destruye la frecuencia de la portadora y no se puede detectar ninguna señal utilizable.

Sin embargo, en cualquier posición dada en la fibra óptica, todavía se puede observar una variación en la intensidad en la frecuencia de la portadora de un lanzamiento a otro. Por tanto, al comparar la señal de interferencia de retrodispersión de la misma sección de fibra óptica de diferentes pares de pulsos, se puede detectar una señal portadora. La Figura 5 ilustra que tomando la muestra apropiada adquirida el mismo tiempo después del lanzamiento de cada par de pulsos, se puede detectar una señal portadora a una frecuencia igual a un cuarto de la tasa de lanzamiento. Esta señal portadora será modulada en fase por cualquier señal acústica que afecte a la sección relevante de fibra como se describió anteriormente y, por lo tanto, al monitorizar la fase de esta señal portadora a lo largo del tiempo, se puede detectar cualquier señal acústica incidente en la sección relevante de fibra óptica.

La figura 6 ilustra una realización de cómo esta señal portadora modulada puede procesarse procesando el circuito 107 para determinar la fase de la señal portadora. Las muestras que representan la señal portadora modulada para un canal del sensor pueden ser filtradas 601 en paso alto para pasar la señal únicamente a la frecuencia de la portadora relevante. La señal filtrada se puede dividir en dos canales de procesamiento y las señales en cada canal se pueden multiplicar por las funciones seno 602 y coseno 603 en la frecuencia de la portadora para generar componentes en fase (I) y en cuadratura (Q) como se conoce en esquemas de demodulación complejos. Cuando la diferencia de fase conocida es de 90 °, esto simplemente comprende multiplicar por 1 y -1. Las señales I y Q resultantes pueden luego filtrarse en paso bajo 604 y 605 y convertirse en un valor de fase mediante conversión 606 rectangular a polar (RP). La conversión RP puede opcionalmente generar también un valor de amplitud. El valor de fase producido, O⁰, puede opcionalmente filtrarse 607 en paso alto.

Por tanto, utilizando las muestras adquiridas para cada canal a partir de lanzamientos sucesivos de una serie de pares de pulsos, se puede detectar y demodular una señal portadora modulada en fase y, por tanto, se puede detectar cualquier cambio de fase inducido por señales acústicas que actúan sobre la sección relevante de fibra óptica.

Se entenderá que como cada par de pulsos en la serie de pares de pulsos tiene la misma configuración de frecuencia, es decir, un primer pulso a una frecuencia F1 y un segundo pulso a una frecuencia F2, entonces si la señal de retrodispersión de dos diferentes pares de pulsos incidían en un detector al mismo tiempo que las señales de retrodispersión interferían con otras en la frecuencia de la portadora relevante. Por tanto, la tasa de lanzamiento de los pares de pulsos puede limitarse para garantizar que la radiación de un solo par de pulsos esté presente en la fibra óptica en cualquier momento. Por lo tanto, el tiempo entre lanzamientos debe ser suficiente para permitir que toda la radiación del par de pulsos alcance el extremo de la fibra óptica y que cualquier radiación reflejada o dispersada desde el extremo de la fibra óptica llegue al detector antes de que se lance otro par de pulsos. Por tanto, la velocidad máxima de lanzamiento de los pares de pulsos puede estar limitada por la longitud de la fibra óptica. Una fibra óptica que tiene una longitud del orden de 5 km puede funcionar con una tasa de lanzamiento de hasta aproximadamente 20 kHz (asumiendo un índice de refracción de aproximadamente 1.48). Una fibra óptica que tenga una longitud del orden de 40 km puede requerir que la tasa de lanzamiento sea inferior a 2.5 kHz. Cuando se usa una longitud mucho más larga de fibra óptica, puede haber un rango máximo en la fibra desde el cual se pueden detectar señales de retrodispersión y, en este caso, puede ser posible lanzar pulsos a una velocidad que permita que el tiempo de radiación de cada par de pulsos alcance a llegar a este punto de alcance máximo y volver al detector entre lanzamientos sucesivos. Después de este tiempo desde el lanzamiento, aunque todavía puede haber algo de radiación del par de pulsos original en la fibra óptica, cualquier radiación dispersa que llegue al detector será insignificante.

Sin embargo, en una realización, la tasa de lanzamiento global de los pares de pulsos puede aumentarse usando polarización para discriminar entre sucesivos pares de pulsos. En esta realización, se lanza un par de pulsos a la fibra en el primer estado de polarización. El siguiente par de pulsos se lanza a la fibra óptica con un segundo estado de polarización diferente. Los estados de polarización primero y segundo se eligen de modo que la señal de retrodispersión del primer par de pulsos se reciba en el detector con un estado de polarización que sea ortogonal al estado de polarización de la señal de retrodispersión del segundo par de pulsos. De esta forma, las señales de retrodispersión relevantes se pueden separar utilizando elementos sensibles a la polarización.

Por tanto, la ruta óptica para generar los pulsos de examinación puede comprender un elemento polarizador variable como se muestra en la Figura 7. La Figura 7 muestra que una serie de pares de pulsos pueden salir del modulador 103, que como se describió anteriormente puede comprender un AOM, e incidente en un elemento 701 polarizador variable. El elemento polarizador variable actúa sobre los pares de pulsos para asegurar que toda la luz que comprende un par de pulsos esté polarizada a un estado de polarización y asegura que los sucesivos pares de pulsos tengan diferentes estados de polarización. En el ejemplo que se muestra, los estados de polarización son estados de polarización lineal ortogonal, como polarizaciones verticales y horizontales, aunque en su lugar se puede utilizar cualquier estado de polarización ortogonal, como polarizaciones circulares derecha e izquierda.

La figura 8 ilustra una realización de una disposición de detector que podría usarse luego para discriminar entre las señales de retrodispersión. La luz de retrodispersión recibida de la fibra óptica se dirige hacia un elemento 801 de polarización que, en este ejemplo, es un divisor de haz dependiente de la polarización. Este divisor 801 de haz dirige la luz que tiene un estado de polarización, digamos horizontalmente polarizada, a un primer detector 802 y la luz que tiene un estado de polarización ortogonal, verticalmente polarizada, a un detector 803 diferente. Así, cada detector recibe luz de un solo estado de polarización solamente y por lo tanto luz retrodispersada de uno de los pares de pulsos solamente. Por tanto, la señal de cada detector se puede procesar como se discutió anteriormente para generar una serie de valores de fase de cada par de pulsos independientemente del otro par de pulsos.

Se apreciará que esta técnica se basa en que la diferencia de polarización de entrada entre los pares de pulsos se mantiene dentro de la fibra óptica. En la fibra óptica convencional, la diferencia de polarización de entrada se mantendrá para un cierto rango en la fibra. Además, cualquier factor que provoque un cambio de polarización en la fibra puede afectar a ambos estados de polarización. Por tanto, la disposición del detector puede comprender un modulador 804 de polarización para compensar cualquier desviación de polarización general que se produzca dentro de la fibra óptica. El modulador de polarización puede ajustarse en uso para adaptarse a cualquier cambio en la deriva de polarización, por ejemplo, iluminando periódicamente la fibra óptica solo con luz de polarización conocida y detectando la respuesta en ambos detectores. Alternativamente, podría incluirse un modulador de polarización en la disposición óptica de salida para aplicar una precompensación a los pulsos lanzados a la fibra óptica.

En lugar de usar un divisor de haz polarizador y dos detectores, el elemento 801 podría comprender un elemento polarizador variable que transmite luz a un solo detector (digamos detector 801) pero que varía rápidamente la polarización entre los dos estados ortogonales. Por tanto, el detector 802 podría disponerse para tomar una muestra con polarización horizontal, digamos, y luego otra muestra con polarización vertical. Por lo tanto, el procesamiento podría separar todas las demás muestras en un flujo diferente del procesamiento apropiado en función del momento de lanzamiento del par de pulsos apropiado.

En otra realización, en lugar de utilizar dos pulsos a diferentes frecuencias, los pulsos del par de pulsos pueden tener la misma frecuencia entre sí. En esta realización F1 = F2. Sin embargo, los pares de pulsos se generan de manera que la diferencia de fase entre los pulsos del par varíe en una cantidad predeterminada entre los sucesivos pares de pulsos.

La figura 9 ilustra algunos ejemplos de series de pares de pulsos que pueden generarse de acuerdo con esta realización de la invención. Se muestran cuatro pares de pulsos en cada serie, cada uno de los cuales comprende dos pulsos a la misma frecuencia (F1 = F2).

La serie (1) muestra un primer ejemplo de una serie de pares de pulsos. En un primer par de pulsos hay una diferencia de fase relativa de AP entre el pulso de ese par. Esta será una diferencia de fase arbitraria que puede surgir debido a la disposición de los componentes ópticos utilizados para generar el par de pulsos. En algunas disposiciones, los dos pulsos del primer par de pulsos pueden estar en fase y, por tanto, el valor de AP puede ser cero.

En el siguiente par de pulsos, la diferencia de fase entre los pulsos del par se controla para variar en una cantidad predeterminada de la del par de pulsos anterior, en este ejemplo 90 ° (aunque se pueden usar otras cantidades de variación de fase si se prefiere). En otras palabras, la diferencia de fase entre los pulsos en el segundo par de pulsos es igual a AP 90 °. En el tercer par de pulsos, la diferencia de fase entre los pulsos del par se controla de nuevo para que sea AP y en el cuarto par de pulsos la diferencia de fase es de nuevo AP 90 °. De esta forma, existe una diferencia de fase relativa entre pares de pulsos sucesivos de 90 °.

Esta variación en la diferencia de fase entre los pares de pulsos dará como resultado una variación en la señal de interferencia de retrodispersión de una sección dada de fibra óptica que puede usarse para determinar un valor de fase para la sección relevante de fibra. Volviendo a la figura 4, se recordará que la señal de retrodispersión recibida en el detector en cualquier instante es la señal combinada de un rango de sitios de dispersión de una primera sección 401 de fibra óptica iluminada por el primer pulso y un rango de sitios de dispersión de una segunda sección 402 iluminada por el segundo pulso. Como se mencionó anteriormente, los retornos de todos los sitios de dispersión de la primera sección 401 interferirán juntos, al igual que los retornos de todos los sitios de dispersión de la segunda sección. Sin embargo, a efectos de explicación, considere un único (primer) sitio de dispersión de la primera sección 401 y un único (segundo) sitio de dispersión de la segunda sección 402.

La fase de la luz que llega al detector desde el segundo sitio de dispersión dependerá de la fase de la luz del segundo pulso del par de pulsos y la longitud de la trayectoria efectiva hasta el segundo sitio de dispersión y de regreso al detector. La fase de luz que llega al detector desde el primer sitio de dispersión dependerá de la fase inicial de la luz del primer pulso del par de pulsos y la longitud de la trayectoria efectiva hasta el primer sitio de dispersión y de regreso al detector. La longitud de la ruta hacia y desde el primer sitio de dispersión es igual a la longitud de la ruta hacia y desde el segundo sitio de dispersión más la longitud de la ruta adicional desde el segundo sitio de dispersión hasta la primera vista de dispersión y viceversa. Por tanto, la diferencia de fase entre la señal dispersada desde el primer y segundo sitios de dispersión depende de la longitud de la ruta entre los sitios de dispersión y cualquier diferencia de fase entre la luz del primer y segundo pulsos.

Si el primer y segundo sitios de dispersión están iluminados por dos pares de pulsos sucesivos, a una velocidad suficiente para que cualquier cambio en la longitud de la ruta que se produzca en la fibra óptica entre pulsos sucesivos sea muy pequeño, entonces estará claro que el único factor que influye cualquier cambio en la diferencia de fase de las señales retrodispersadas será un cambio en la diferencia de fase de los pulsos del par de pulsos. Por tanto, si el primer par de pulsos tiene una diferencia de fase inicial AP entre los pulsos en ese par de pulsos, esto conducirá a una cierta diferencia de fase (AP ') en las señales de retrodispersión recibidas en el detector. Si el segundo par de pulsos tiene entonces una diferencia de fase AP 90 °, esto conducirá a una diferencia de fase de AP' 90 ° en las señales retrodispersadas del primer y segundo sitios de dispersión.

Como apreciará el experto en la materia, cuando dos señales de la misma frecuencia interfieren entre sí, el resultado es una señal de la misma frecuencia, pero con una amplitud que depende de la diferencia de fase entre las señales de interferencia (y sus amplitudes iniciales) como se ilustra en la Figura 10. La Figura 10 ilustra las señales de retrodispersión que pueden recibirse desde el primer y segundo sitios de dispersión y la señal de interferencia resultante que se detectaría. Por simplicidad, los retornos del primer y segundo sitios de dispersión se ilustran con la misma amplitud, aunque se apreciará que esto puede no ser realmente el caso. El gráfico superior muestra las señales de retrodispersión cuando se ilumina con un primer par de pulsos que tiene una diferencia de fase AP entre los pulsos. La curva 1001 ilustra la señal de la señal de retrodispersión del primer sitio de dispersión y la curva 1002 la señal del segundo sitio de retrodispersión. Existe una cierta diferencia de fase entre estas señales que está determinada por los factores mencionados anteriormente. La curva 1003 representa la señal de interferencia resultante.

El gráfico inferior muestra la señal de retrodispersión cuando se ilumina con un segundo par de pulsos que tiene una diferencia de fase de AP 90 ° entre los pulsos. La curva 1001 muestra nuevamente la señal de retrodispersión del primer sitio de dispersión. La curva 1004 muestra la señal de retrodispersión del segundo sitio de dispersión y la curva 1005 la señal de interferencia resultante. Se observará que, para facilitar la comparación, la curva 1001 se muestra en la misma posición de fase en ambos gráficos. Por supuesto, esto puede no suceder realmente en la práctica y puede haber un cambio de fase arbitrario. Sin embargo, lo que es importante es la diferencia de fase relativa entre las señales de retrodispersión del primer y segundo sitios de dispersión, que está determinada únicamente por la variación en el cambio de fase entre los pulsos en los sucesivos pares de pulsos.

La variación en la diferencia de fase entre los pulsos en el primer y segundo par de pulsos conduce a una variación de fase en la señal retrodispersada que da como resultado una variación de amplitud general en la señal de interferencia resultante que se puede usar para determinar un valor de fase para la sección de fibra entre el primer y el segundo sitio de dispersión. Cuando la variación de fase entre pares de pulsos sucesivos es de 90 °, como en este ejemplo, estas señales de interferencia representan componentes en fase (I) y en cuadratura (Q) y el filtrado de paso bajo de las señales se puede utilizar para derivar valores I y Q que luego se puede usar para derivar un valor de fase a través de la conversión convencional de rectangular a polar. Por supuesto, podrían usarse otros valores de fase para la variación en la diferencia de fase entre los sucesivos pares de pulsos y otras técnicas de conversión usadas.

El análisis anterior se ha centrado en la dispersión desde un único sitio de dispersión de cada una de las secciones primera y segunda para facilitar la explicación. Sin embargo, un experto en la técnica entenderá que el efecto general es generalmente el mismo cuando se consideran todos los sitios de dispersión juntos.

La Figura 24 ilustra cómo funciona esta realización de la invención. La Figura 24 ilustra la salida del detector muestreada de una serie de lanzamientos sucesivos de un par de pulsos como se muestra en la Figura 9 (a) donde los sucesivos pares de pulsos tienen una diferencia de fase entre los pulsos del par que varía en 90 °.

Los pares de pulsos se lanzan a la fibra óptica a una tasa de lanzamiento (ping) adecuada para el sensor, por ejemplo, 20 kHz. Se detecta la señal de retorno de retrodispersión generada por el par de pulsos a medida que se propaga a través de la fibra. Después de cada lanzamiento de un par de pulsos, la salida del detector se muestrea a una velocidad relativamente alta, por ejemplo, del orden de 80 - 100 MHz, para detectar la señal de retrodispersión desde una pluralidad de ubicaciones diferentes dentro de la fibra, y para asegurar una pluralidad de muestras se adquieren para cada porción de detección de interés.

En cualquier posición dada en la fibra óptica, existe por consiguiente una diferencia de fase de 90 ° en la señal de medición relevante de lanzamiento a lanzamiento. Por lo tanto, las señales de una sección determinada de fibra de lanzamiento a lanzamiento se pueden utilizar para determinar cualquier modulación de fase que afecte a la fibra utilizando las muestras sucesivas como señales I y Q.

La figura 25 ilustra una realización de cómo la señal de retrodispersión puede procesarse procesando el circuito 107 para determinar un valor de fase.

Las muestras de retrodispersión de una sección determinada de fibra, es decir, un canal determinado, se reciben y las muestras alternas se conmutan, mediante el conmutador 2501, en trayectos de señal en fase (I) y en cuadratura (Q) respectivamente. En cada ruta de señal, el filtro 2502 de paso alto puede eliminar componentes de señal no deseados y las señales I y Q pueden luego filtrarse 2503 de paso bajo y convertirse a un valor de fase mediante conversión 2504 de rectangular a polar (RP). La conversión RP opcionalmente también puede generar un valor de amplitud. El valor de fase producido, Oo, puede opcionalmente filtrarse 2505 en paso alto.

Por tanto, utilizando las muestras adquiridas para cada canal de lanzamientos sucesivos de una serie de pares de pulsos, con una variación inducida en la diferencia de fase entre los pulsos de los sucesivos pares de pulsos, se puede recuperar una versión analítica de una señal de medición y usarla para derivar un valor de fase tal que cualquier fase Se pueden detectar los cambios inducidos por señales acústicas que actúan sobre la sección relevante de fibra óptica.

Haciendo referencia de nuevo a la Figura 9, la primera serie de pares de pulsos tiene una diferencia de fase alterna entre pares de pulsos sucesivos. La serie (2) muestra un ejemplo de una serie alternativa de pares de pulsos donde se aplica el mismo cambio de fase relativo entre pares de pulsos sucesivos.

A modo de explicación, la fase relativa de cada pulso se definirá con referencia a la fase del primer pulso de la serie. Por tanto, se considerará que el primer pulso del primer par de pulsos tiene una fase relativa de 0 °. El segundo pulso en este primer par de pulsos tendrá una diferencia de fase arbitraria, P¹, de este primer pulso que surge de la disposición de la óptica usada para generar los pulsos. En alguna disposición, la diferencia de fase entre el primer y el segundo pulso en el primer par de pulsos puede ser cero, es decir, P¹= 0 °.

Para el segundo par de pulsos, el primer pulso tendrá otra diferencia de fase arbitraria, P², desde el primer pulso del primer par de pulsos, que de nuevo puede ser una función de la óptica utilizada para generar los pulsos. Como se usa la misma disposición óptica general para generar los pulsos en cada par de pulsos, se esperaría que la misma diferencia de fase entre los pulsos, P¹, también existiera entre el pulso del segundo par de pulsos.

En ausencia de cualquier modulación externa (o deriva térmica), uno puede esperar que el primer pulso en cada par de pulsos difiera en fase del primer pulso del par de pulsos anterior en una diferencia de fase relativa de P²y también se espere una diferencia de fase relativa entre los pulsos de un par igual a P¹.

Sin embargo, esta realización introduce deliberadamente una diferencia de fase entre los pulsos de cada par de pulsos que varía entre los sucesivos pares de pulsos. En el ejemplo que se muestra, la diferencia de fase introducida es una diferencia de fase positiva de 90 °. El primer par de pulsos se produce con la diferencia de fase inherente entre los pulsos, es decir, P¹. Sin embargo, para el segundo par de pulsos se aplica una modulación de fase al segundo pulso para introducir un cambio de fase adicional de 90 °. Por tanto, la diferencia de fase entre los pulsos del segundo par de pulsos es igual a P¹+ 90 °. Para el tercer par de pulsos, la modulación de fase aplicada al segundo pulso aumenta 90 ° más. Por tanto, la diferencia de fase entre los pulsos del segundo par de pulsos es igual a P¹+ 180 °. Para el cuarto par de pulsos, la modulación de fase se incrementa en otros 90 ° de modo que la diferencia de fase entre los pulsos del cuarto par de pulsos sea igual a P¹+ 270 °. Para un quinto par de pulsos, que no se muestra, la modulación de fase podría restablecerse a 0 °.

Por tanto, entre cada par de pulsos sucesivos, la diferencia de fase entre los pulsos del par varía en 90 °.

Se apreciará que la Figura 9 ilustra una modulación de fase que se aplica para modular la fase del segundo pulso en cada par de pulsos, pero la diferencia de fase podría, en cambio, aplicarse al primer pulso en cada par de pulsos, o a ambos pulsos en un par podría modularse en fase para proporcionar la diferencia de fase requerida.

La variación de fase entre los pulsos podría generarse de varias formas. Por ejemplo, volviendo a la Figura 1, el modulador 103 podría comprender un modulador electroóptico (EOM) tal como una celda de pockels o un modulador electroóptico de cristal líquido para aplicar una variación de fase controlada a al menos uno de los pulsos. Por tanto, el modulador 103 también puede comprender un modulador de intensidad para formar los pulsos. Como ejemplo, para un par de pulsos, el EOM podría controlarse para no aplicar variación de fase al par de pulsos que, por lo tanto, se transmitirá con cualquier diferencia de fase entre los pulsos debida a la diferencia de fase inherente de la óptica de generación. Para un par de pulsos posterior, el EOM puede aplicar una diferencia de fase a uno de los pulsos, o a ambos pulsos, para generar la diferencia de fase requerida.

La figura 11 muestra un ejemplo alternativo de modulador 103. La luz entrante se divide en dos canales 1101 y 1102 para generar el primer y segundo pulsos, respectivamente. La luz en el canal 1101 está modulada por un modulador 1103 de intensidad para formar el primer pulso. La luz en el canal 1102 incide en el EOM 1104 que aplica una modulación de fase requerida (que varía de un par de pulsos a otro). A continuación, la luz modulada en fase se modula en intensidad mediante el modulador 1105 de intensidad. La temporización de los moduladores 1103 y 1104 de intensidad se controlan para proporcionar la duración requerida de los pulsos y también la separación de tiempo requerida entre los pulsos. Adicional o alternativamente, un retardo 1106 en el canal 1102 puede proporcionar al menos parte de la separación de tiempo requerida (aunque en algunas realizaciones es preferible que la separación de tiempo de los pulsos sea variable y el uso de un retardo fijo puede no ser apropiado). Los dos pulsos, que tienen la diferencia de fase requerida, se combinan luego a una línea de salida para la transmisión.

Dado que los sucesivos pares de pulsos tienen la misma frecuencia entre sí, la tasa de lanzamiento de los pares de pulsos puede disponerse de modo que la radiación de sólo un par de pulsos a la vez pueda llegar al detector. De nuevo, como en la realización descrita anteriormente, la discriminación de polarización también puede usarse entre pares de pulsos sucesivos para permitir una tasa de actualización más rápida.

En otra realización, los pares de pulsos primero y segundo de una primera serie que tienen una variación en la diferencia de fase entre los pulsos del par pueden lanzarse en la fibra óptica simultáneamente o casi simultáneamente con pares de pulsos de una segunda serie, con la primera y segunda serie que tiene diferentes estados de polarización. Así, como se ilustra en la Figura 12, una primera serie de pares de pulsos, con una diferencia de fase variable entre los pulsos en sucesivos pares de pulsos, puede lanzarse a la fibra óptica con un estado de polarización lineal horizontal. En, o casi al mismo tiempo, una segunda serie de pares de pulsos que tienen variaciones de fase entre los sucesivos pares de pulsos puede lanzarse a la fibra óptica con un estado de polarización lineal vertical. Por lo tanto, los dos pares de pulsos se propagarán juntos por la fibra óptica y generarán señales de retrodispersión de las mismas secciones de fibra óptica al mismo tiempo. Estas señales de retrodispersión se pueden pasar de forma independiente a diferentes detectores, por ejemplo, utilizando una disposición de detector como se muestra en la Figura 8, para permitir mediciones simultáneas o casi simultáneas de una sección determinada de fibra. Como la señal de retrodispersión muestra una dependencia de la polarización, dicho examen simultáneo o casi simultánea podría ayudar a evitar problemas de desvanecimiento, ya que las señales de ambas series pueden no desvanecerse al mismo tiempo.

Se podrían producir dos pares de pulsos que tengan un estado de polarización diferente de varias formas diferentes. Por ejemplo, la Figura 13 muestra una disposición posible en la que una salida de par de pulsos del modulador 1103 de intensidad se separa polarizando el divisor 1301 de haz en componentes polarizados horizontal y linealmente en dos canales diferentes. Ambos canales inciden en un EOM 1302 que impone cambios de fase apropiados a al menos uno de los pulsos para introducir diferencias de fase relativas en pares de pulsos sucesivos y los dos canales se recombinan luego para que los pulsos coincidan temporalmente para lanzarse a la fibra óptica. Sin embargo, cuando dos pulsos coinciden, la potencia óptica total de ambos pulsos debe estar por debajo del umbral no lineal de la fibra óptica y, por lo tanto, para aumentar la potencia disponible en cada pulso, los pulsos reales pueden escalonarse ligeramente como se ilustra en la Figura 12.

También se pueden usar técnicas de multiplexación por división de longitud de onda para permitir que haya más de un par de pulsos en la fibra al mismo tiempo, por ejemplo, para aumentar la tasa de actualización del sensor y/o para proporcionar una resolución o sensibilidad diferente del sensor.

Se apreciará que las técnicas descritas anteriormente se basan en dos pares de pulsos diferentes que tienen la misma configuración de frecuencia entre sí y que se transmiten a la fibra óptica con una relación de fase predeterminada entre los pares de pulsos, ya sea a través del tiempo de lanzamiento en relación a una frecuencia de la portadora o control directo de la diferencia de fase relativa entre pulsos en el par de pulsos. Por tanto, una serie de pares de pulsos de acuerdo con realizaciones de la presente invención deberían tener la misma configuración de frecuencia. Sin embargo, se pueden utilizar técnicas de división de longitud de onda para lanzar otras series de pulsos de examinación en la fibra óptica al mismo tiempo.

La figura 14 ilustra una serie de pulsos que se lanzan en diferentes momentos y en diferentes longitudes de onda. Por tanto, puede lanzarse una primera serie de pares de pulsos a una primera longitud de onda, A1, con un período T¹entre cada par de pulsos. También se puede lanzar una segunda serie de pares de pulsos en la fibra óptica a una longitud de onda diferente, A2, con un período T²entre cada par de pulsos en esta segunda serie y también se puede lanzar una tercera serie de pares de pulsos en la fibra óptica en una otra longitud de onda diferente, A3, con un período T³entre cada par de pulsos. El tiempo entre lanzamientos de los pulsos en cada serie no necesita ser el mismo, es decir, T¹puede ser diferente de al menos uno de T²y T³, pero en algunas realizaciones la tasa de lanzamiento de al menos algunos de los pares de pulsos es la misma (es decir, T¹puede ser igual a T²y/o T³) de modo que los pares de pulsos en la serie relevante mantengan una cierta relación temporal.

En una aplicación de este tipo, los tiempos de lanzamiento relativos de los pares de pulsos pueden disponerse de modo que haya un tiempo definido, T⁴, entre el lanzamiento de un par de pulsos de la primera serie y un par de pulsos de la segunda serie y un tiempo definido, T⁵, entre un par de pulsos de la segunda serie y uno de la tercera serie. El tiempo entre lanzamientos puede organizarse regularmente de modo que, en este ejemplo, T⁴= T⁵= T¹/³. Si cada par de pulsos de cada serie permite una medición de las mismas secciones de fibra óptica, esta disposición aumenta efectivamente la tasa de actualización de cada sección de fibra en un factor de tres en comparación con el uso de un solo par de pulsos. Esto podría ser particularmente ventajoso cuando se monitorizan longitudes relativamente largas de fibra óptica donde la tasa de lanzamiento para una única serie de pares de pulsos proporcionaría una tasa de actualización demasiado lenta para los eventos acústicos de interés.

Sin embargo, en otra realización, la temporización de los pulsos en cada serie de par de pulsos puede estar espaciada irregularmente, es decir, T⁴t T⁵y tanto T⁴como T⁵pueden ser diferentes al tiempo entre un pulso de la tercera serie y un pulso subsiguiente de la primera serie. Al espaciar la sincronización de los pares de pulsos en cada serie de manera irregular, también varía el tiempo entre actualizaciones para cada porción de fibra de detección. Una cierta tasa de actualización puede permitir una mejor detección de un evento que de otros. Por ejemplo, si un determinado evento acústico tiene una frecuencia igual a un múltiplo de la tasa de actualización del sensor, puede ser que cada vez que se muestrea la parte de detección relevante de la fibra se detecte el mismo retorno, lo que puede llevar a que se pierda la señal acústica. Sin embargo, si la sección relevante de fibra se muestrea a intervalos irregulares en al menos una de las muestras, la variación debida a la señal acústica será detectable. Por tanto, el uso de espacios irregulares puede ayudar en la detección de eventos. El procesamiento adicional de las señales de medición adquiridas en tal intervalo irregular puede proporcionar una frecuencia de muestreo sintética más alta que la que se puede lograr mediante el uso de tres series de pares de pulsos espaciados regularmente.

Una o más de estas series de pares de pulsos pueden consistir en pares de pulsos que comprenden pulsos a diferentes frecuencias entre sí con una frecuencia de la portadora relacionada con la tasa de lanzamiento como en una realización anterior, en cuyo caso la referencia a una longitud de onda para el par de pulsos puede referirse a una longitud de onda base.

Por ejemplo, considere la primera serie de pares de pulsos. Un láser puede producir luz de longitud de onda A1 (por ejemplo, 1550 nm), que corresponde a una frecuencia base de w1 (aproximadamente 193.4 THz), que luego es modulada por un AOM para proporcionar dos pulsos de frecuencia w1 f1 y w1 f2 respectivamente (f1 y siendo f2 la frecuencia de excitación relevante para el AO para cada pulso). Las frecuencias de excitación del AOM se organizan de modo que | f1 - f2 | (es decir, la frecuencia de la portadora) está relacionada con la tasa de lanzamiento (1/Ti) para proporcionar la diferencia de fase requerida en la señal portadora de lanzamiento a lanzamiento, es decir, para una diferencia de fase de 90 °, la frecuencia de la portadora puede ser igual a un cuarto de la tasa de lanzamiento. Por tanto, la frecuencia de la portadora puede ser del orden de unos pocos kHz.

La segunda serie (y/o la tercera serie) también puede comprender pares de pulsos de acuerdo con esta realización, es decir, que tienen pulsos con una diferencia de frecuencia entre ellos relacionada con la tasa de lanzamiento. Cuando las tasas de lanzamiento de la serie relevante son las mismas, esto puede significar que la frecuencia de la portadora para cada serie de pares de pulsos es la misma, pero la frecuencia base de los pulsos es diferente. Por ejemplo, para la serie dos, la longitud de onda base A2 (por ejemplo, 1530 nm) corresponderá a una frecuencia base de w2 (aproximadamente 195.9 THz). La luz en esta frecuencia base puede modularse mediante un AOM operado a las mismas frecuencias de excitación para proporcionar dos pulsos de frecuencia w2 f1 y w1 f2 respectivamente. Por tanto, la frecuencia de la portadora de la serie dos también será | f1 - f2 |. Por supuesto, si se utilizaron diferentes velocidades de lanzamiento para las diferentes series, la frecuencia de la portadora para cada serie también puede variar en consecuencia.

Se observará que, aunque los pulsos de la serie de pares de pulsos se modulan a una frecuencia diferente de la frecuencia base, esta modulación es relativamente pequeña en comparación con la separación de frecuencia empleada en los esquemas de multiplexación por división de longitud de onda (por ejemplo, las longitudes de onda de 1550 nm y 1530 nm discutidos anteriormente conducen a frecuencias base de 193.4 THz y 195.9 THz respectivamente). Por lo tanto, las diferentes longitudes de onda que se usan normalmente incluso en los esquemas DWDM (multiplexación por división de longitud de onda densa) podrían usarse como longitudes de onda base para las diferentes series de pares de pulsos y aún permitir la separación de las señales de retrodispersión de cada serie de pares de pulsos.

Al menos uno de la serie de pares de pulsos también puede comprender pulsos de la misma frecuencia, pero con una variación en la diferencia de fase entre cada uno de los pulsos como se discutió anteriormente en relación con la Figura 9. Adicional o alternativamente, al menos una serie de pares de pulsos podría comprender una serie de lanzamientos simultáneos de dos pares de pulsos en diferentes polarizaciones y con una variación en la diferencia de fase entre los pulsos, es decir, una serie de lanzamientos de pares de pulsos como se muestra en la Figura 12.

Se observará que, si bien la discusión anterior se ha centrado en los pares de pulsos que se lanzan a la fibra óptica, también puede haber otras configuraciones de pulsos que se lanzan a la fibra óptica. Por ejemplo, se podría lanzar una serie de pulsos individuales en la fibra óptica con una longitud de onda diferente a una serie de pares de pulsos.

Como se mencionó, el uso de múltiples series de pares de pulsos puede usarse para proporcionar una tasa de actualización más rápida que la que sería posible usando un solo par de pulsos solo. Además, sin embargo, se puede usar el uso de múltiples pares de pulsos para proporcionar detección a diferentes resoluciones espaciales y/o sensibilidad.

Volviendo a las Figuras 3 y 4, se recordará que cuando se examina a la fibra óptica utilizando un par de pulsos que comprenden pulsos primero y segundo temporalmente distintos, la señal de retrodispersión recibida en el detector en cualquier instante es la recibida desde una primera sección 401 de fibra iluminado por el primer pulso y desde una segunda sección 402 de fibra iluminada por el segundo pulso. Cada una de estas secciones de fibra óptica tiene el mismo ancho que la mitad del ancho de pulso relevante y la separación de (los bordes principales de) las secciones, referidas como longitud de calibre, es igual a la mitad del tiempo de separación de los pulsos de examinación.

Como se mencionó anteriormente, cualquier tensión en la fibra óptica que afecte a la fibra entre la primera y la segunda sección de fibra óptica conducirá, por lo tanto, a un cambio de fase detectable. También se apreciará que un cambio en la longitud de la ruta que se produce dentro de la primera o la segunda sección 401 y 402 de fibra dará como resultado un cambio de fase de la señal de retrodispersión de al menos algunos de los sitios de dispersión. Por tanto, cualquier cambio de fase inducido acústicamente que se produzca dentro del área de la primera y segunda secciones 401 y 402 puede ser detectable (con un grado variable de sensibilidad). Por tanto, la resolución espacial máxima alcanzable del sensor acústico distribuido depende de la separación de los pulsos y también del ancho de los pulsos utilizados.

Sin embargo, la configuración de la estructura de pulsos también influye en otros aspectos del rendimiento del sistema. Por ejemplo, la anchura relativa de los pulsos puede influir en la relación señal/ruido del sensor y también en la longitud efectiva de la fibra de detección que puede controlarse de forma fiable.

Para un sensor acústico distribuido basado en la retrodispersión de Rayleigh, es deseable evitar efectos ópticos no lineales dentro de la fibra óptica. Esto significa típicamente que para una longitud particular de fibra óptica existe un umbral de potencia máxima, o, en otras palabras, un límite a la intensidad de la radiación de los pulsos. La cantidad de retrodispersión recibida en cualquier momento está relacionada con la intensidad de los pulsos, pero también con el ancho de los pulsos. Hablando de manera simplista, cuantos más fotones hay en un pulso, mayor es la cantidad de retrodispersión y si la intensidad está limitada, la única forma de aumentar el número de fotones es aumentar la longitud del pulso. Por lo tanto, el uso de pulsos más anchos, es decir, pulsos de mayor duración, puede mejorar la relación señal/ruido para cualquier sección dada de fibra óptica.

Sin embargo, el uso de pulsos más amplios puede llevar a que el centro de fase de las secciones relevantes de fibra esté menos definido.

Por ejemplo, la Figura 15 ilustra tres ejemplos de diferentes configuraciones de pulso que tienen pulsos de diferentes anchos. La Figura 15 muestra los sitios de dispersión dentro de la fibra que contribuirían a que la señal instantánea llegue al detector. En cada caso, la diferencia de tiempo entre el inicio del primer pulso y el final del segundo pulso es la misma. Por tanto, dentro de la fibra, los bordes exteriores de las secciones de fibra que pueden contribuir a la dispersión en cualquier caso se encuentran separados a la misma distancia. Como la intensidad de la retrodispersión varía en la escala del ancho del pulso. La figura 15 también ilustra (línea de puntos) una variación de intensidad máxima idealizada en términos de longitud espacial a lo largo de la fibra.

La figura 15a muestra un ejemplo con pulsos que se suceden inmediatamente. Por tanto, las secciones 1501 y 1502 de fibra de las que puede producirse la dispersión también son adyacentes. La figura 15b ilustra un ejemplo en el que los pulsos están separados temporalmente y los pulsos son relativamente amplios en comparación con el espacio entre pulsos (lo que conduce a una configuración similar de las secciones 1502, 1504 de fibra que contribuyen a la dispersión de la señal en cualquier instante). La figura 15c muestra un ejemplo en el que los pulsos están separados temporalmente y el ancho de los pulsos es relativamente estrecho en comparación con el espacio entre los pulsos y, por lo tanto, las secciones 1505 y 1506 de fibra (de las cuales se puede recibir la dispersión del primer y segundo pulsos respectivamente al mismo tiempo) son igualmente relativamente estrechos en comparación con la brecha entre ellos.

El ejemplo mostrado en la Figura 15a proporcionaría la mejor relación señal/ruido de cualquiera de estas configuraciones de pulso. Sin embargo, la configuración ilustrada con respecto a la Figura 15 tendría un centro de fase variable.

Se apreciará que la dispersión puede ocurrir desde cualquiera de los sitios de dispersión dentro de la sección 1501 cuando está iluminado por el primer pulso y de la misma manera puede ocurrir dispersión desde cualquiera de los sitios de dispersión dentro de la sección 1502. Como la distribución de los sitios de dispersión es efectivamente aleatoria dentro de la fibra óptica es muy posible que en una sección de fibra la distribución de los sitios de dispersión no sea uniforme en toda la sección. Los sitios de dispersión pueden estar concentrados en ciertas áreas. Considere una variación de la longitud de la ruta que ocurre aproximadamente en la mitad de la sección 1501 de fibra óptica. Cualquier dispersión desde dentro de la sección 1501 que ocurra antes de esta perturbación claramente no experimentará la variación de la longitud de la ruta y, por lo tanto, no conducirá a un cambio de fase detectable en la señal de interferencia. Cualquier dispersión de la sección 1501 que se produzca después de la variación de la longitud de la ruta tiene claramente una diferencia de fase relativa que puede conducir a un cambio de fase detectable en la señal de interferencia. Si los sitios de dispersión se distribuyen uniformemente a lo largo de la sección 1501, aproximadamente la mitad de la dispersión de la sección 1501 tendrá el cambio de fase relevante. Sin embargo, si la distribución de los sitios de dispersión es tal que la mayor parte de la dispersión ocurre antes de la posición de la perturbación, entonces la mayoría de la dispersión de la sección 1501 puede no exhibir el cambio de fase relevante y, por lo tanto, la sensibilidad a dicha perturbación es relativamente baja. Por tanto, una configuración de pulsos del tipo ilustrado con referencia a la Figura 15 tenderá a tener una sensibilidad que varía mucho en función de la distribución de los sitios de dispersión.

La configuración de pulsos utilizada en el ejemplo mostrado en la Figura 15b tiene una SNR reducida en comparación con la de la Figura 15a pero tiene un centro de fase mejor definido. La configuración de pulsos utilizada en el ejemplo que se muestra en la Figura 15c tiene una SNR más reducida pero un centro de fase aún mejor definido.

Además, el ejemplo de configuración de pulsos ilustrado en la Figura 15c, y en menor medida en la Figura 15b, brinda la oportunidad de adquirir múltiples muestras de diversidad, lo que puede reducir el problema del desvanecimiento.

Volviendo a la Figura 4, se recordará que la señal recibida en el detector en cualquier instante es el resultado de la interferencia de toda la luz dispersa de la sección 401 de la fibra y de la sección 402 de la fibra. Como se mencionó anteriormente, se puede considerar efectivamente que toda la dispersión de la sección 401 interfiere para proporcionar una señal compuesta a la frecuencia F1 y toda la dispersión de la sección 402 interfiere para proporcionar una señal compuesta a la frecuencia F2. Se apreciará que como los sitios de dispersión se distribuyen efectivamente de manera aleatoria, existe una posibilidad finita de que en cualquier lugar de la fibra óptica la dispersión de la sección 401 o de la sección 402 interfiera destructivamente de modo que no haya señal compuesta, o se produce solo una de muy baja intensidad. En este caso, no habrá una interferencia apreciable con la señal compuesta de la otra sección y no será posible determinar ninguna variación de fase en esa posición en la fibra óptica - la señal se ha desvanecido.

Las realizaciones de la presente invención superan el problema del desvanecimiento mediante el uso de una configuración de pulso que comprende pulsos separados temporalmente en los que el espacio entre los pulsos es igual o mayor que el ancho del pulso (de al menos el segundo pulso), es decir, utilizando un par de pulsos del tipo ilustrado con referencia a las figuras 15b y 15c.

Considere cómo cambia la señal de retrodispersión generada por tal par de pulsos a medida que los pulsos se propagan a través de la fibra óptica. La figura 16 muestra que, en un primer tiempo de muestra, T¹, la señal recibida en el detector se debe a la dispersión de una primera sección 1601 de fibra iluminada por el primer pulso y una segunda sección 1602 iluminada por el segundo pulso. En un segundo tiempo de muestra, T², la señal en el detector se debe a una tercera sección 1603 de fibra iluminada por el primer pulso y una cuarta sección 1604 de fibra iluminada por el segundo pulso. Si el tiempo de muestreo entre T¹y T²es igual o mayor que la mitad de la duración de un pulso individual, las secciones 1602 y 1603 de fibra iluminadas por el primer pulso en los diferentes tiempos de muestreo serán diferentes (es decir, no habrá superposición). Asimismo, las secciones 1602 y 1604 de fibra iluminadas por el segundo pulso también serán completamente diferentes. Como la dispersión de estas diferentes secciones de fibra no está correlacionada, la posición de polarización efectiva del interferómetro formado por los pulsos tampoco está correlacionada. Por lo tanto, la intensidad de la señal de retrodispersión (de un solo par de pulsos que viaja a través de la fibra óptica) variará a lo largo de una longitud temporal de la orden de la mitad de la longitud del pulso, es decir, del orden del ancho de las secciones de los sitios de dispersión dentro de la fibra óptica. La Figura 17 ilustra el patrón de intensidad de retrodispersión y cómo la intensidad puede variar entre los dos tiempos de muestreo, T¹y T². Por tanto, las muestras adquiridas en los diferentes tiempos de muestreo pueden verse como muestras de diversidad.

En efecto, en cada tiempo de muestra diferente, la posición de polarización de fase del interferómetro definida por los sitios de dispersión varía. La Figura 18 muestra una curva 1801 ilustrativa de la intensidad de la señal de retrodispersión contra la posición de polarización de fase: cuando los sitios de dispersión definen un interferómetro con polarización de fase cero, es decir, las señales de retrodispersión están en fase, la intensidad es máxima y cuando la posición de polarización de fase es ± 180 °, es decir, las señales están desfasadas, la intensidad es mínima.

La figura 18a ilustra la posición de polarización de fase 1802 en el primer tiempo de muestra, T¹. La distribución de los sitios de dispersión en las secciones 1601 y 1602 de fibra determinará la posición de polarización de fase relevante. La Figura 18b ilustra la posición de polarización de fase 1804 en el segundo tiempo de muestra, T².

Ignorando la deriva térmica por un momento, para cada lanzamiento sucesivo de pares de pulsos, una muestra adquirida en el mismo tiempo de muestreo, es decir, T¹o T²después del lanzamiento (que se denominará canal) dará lugar al mismo sesgo de posición de fase. Por tanto, en ausencia de cualquier otra modulación, se detectará la misma intensidad general de señal de retrodispersión en cada canal a partir de lanzamientos sucesivos. Sin embargo, cualquier modulación 1803 de fase inducida acústicamente variará la posición de polarización de fase de la señal de salida y dará lugar a una variación en la intensidad de salida en el canal que puede detectarse. El ejemplo que se muestra en la Figura 18a muestra una posición de polarización de fase que conduce a una modulación de intensidad que sería fácilmente detectable. Sin embargo, para el ejemplo mostrado en la Figura 18b, el canal corresponde a una posición de polarización de fase que conduce a una señal de baja intensidad. La Figura 18 también ilustra el piso de ruido del sensor. El experto en la materia apreciará que habrá un cierto piso de ruido, definido por varios parámetros, que establece el límite de señal más bajo que puede detectarse de manera confiable. Puede verse que la señal de salida generada a partir de muestras de canal adquiridas en el tiempo de muestreo T²estará enmascarada principalmente por el piso de ruido.

Con el tiempo, las variaciones térmicas también alterarán la posición de polarización de fase de diferentes canales. Esta variación térmica es lenta en la escala de tiempo de las perturbaciones acústicas que se controlan y, por lo tanto, las perturbaciones acústicas pueden detectarse claramente. Sin embargo, las variaciones térmicas pueden resultar en un cambio de SNR de un canal individual a lo largo del tiempo.

Volviendo a la Figura 16, por lo tanto, se puede ver que, al usar una configuración de par de pulsos con un espacio entre los pulsos del orden de la duración del pulso o más, el tiempo entre muestras se puede establecer de modo que cada muestra sucesiva se relacione con un conjunto sustancialmente independiente de sitios de dispersión, pero la sección de fibra definida por los sitios de dispersión en cada caso se superpone en gran medida. Esta superposición significa que cualquier señal acústica que provoque un cambio en la longitud de la ruta en la sección relevante de fibra óptica puede detectarse en cualquiera de las muestras. Por lo tanto, si las muestras de diversidad adquiridas en un tiempo de muestra, T¹, después del lanzamiento de cada par de pulsos (es decir, correspondiente a un primer canal) tienen una SNR baja debido a la posición de polarización de fase del interferómetro resultante, las muestras de diversidad de otro tiempo de muestra, T², (un segundo canal) puede tener una mejor SNR y puede usarse para determinar las señales acústicas que afectan esa sección de fibra.

Como se ilustra en la Figura 16, una configuración de pulso con pulsos relativamente estrechos en comparación con el espacio entre pulsos puede permitir que se adquieran varias muestras de diversidad diferentes, cada una correspondiente a sitios de dispersión sustancialmente independientes y todas las cuales definen porciones de fibra que se superponen parcialmente. Por tanto, puede adquirirse una pluralidad de muestras de diversidad que correspondan a una pluralidad de porciones de detección espacial superpuestas de fibra óptica.

Por lo tanto, la frecuencia de muestreo del detector puede establecerse a una frecuencia tal que se adquieran una pluralidad de muestras en el tiempo que tardan los pulsos en propagarse en la fibra óptica en una distancia igual a la longitud del calibre. Esto puede reducir el problema del desvanecimiento en comparación con la adquisición de una sola muestra de una sección de fibra igual a la longitud del calibre, ya que claramente la probabilidad de que todas las posiciones de la muestra se hayan desvanecido es mucho menor que la probabilidad de que la posición de una muestra individual se haya desvanecido. Por lo tanto, al tomar múltiples muestras de diversidad dentro de la longitud del calibre, se mejora la SNR del sensor.

Sin embargo, se observará que tal sobremuestreo temporal no aumenta la resolución espacial máxima alcanzable del sensor acústico distribuido, que, como se indicó anteriormente, se define por los anchos y la separación del par de pulsos.

La pluralidad de muestras de diversidad sucesivas se puede analizar en varios contenedores de análisis, correspondiendo cada contenedor de análisis a una cierta porción de detección definida de la fibra óptica para proporcionar una única medición para cada contenedor de análisis. En otras palabras, considere que la configuración del par de pulsos es tal que la longitud del calibre es, por ejemplo, 10 m. Esto corresponde a una separación de pulsos del orden de 100 ns. Por tanto, los contenedores de análisis pueden corresponder a secciones contiguas de fibra óptica de 10 m. La frecuencia de muestreo puede ser tal que, por ejemplo, se adquieran 10 o más muestras de diversidad en el tiempo que tarda la radiación retrodispersada que llega al detector para corresponder a una sección diferente de fibra de 10 m, es decir, el doble del tiempo que tardan los pulsos en moverse 10 m dentro de la fibra óptica (para dar tiempo a que los pulsos se muevan 10 m dentro de la fibra y la luz regrese esa distancia adicional de 10 m). En otras palabras, tomando el índice de refracción de la fibra en aproximadamente 1.5, las muestras pueden adquirirse a una velocidad de aproximadamente 100 MHz.

En este ejemplo, cada contenedor de análisis puede por tanto comprender diez canales, recibiendo cada canal sucesivo muestras de diversidad sucesivas adquiridas después del lanzamiento de un par de pulsos. Por lo tanto, cada canal corresponde a una sección de fibra de 10 m con la sección correspondiente de 10 m desplazada 1 m entre cada canal y cada canal se actualizará a la tasa de lanzamiento de los pares de pulsos. Por lo tanto, la sección de fibra a la que pertenece el contenedor de análisis relevante puede definirse como los 10 m de fibra que se encuentran en el medio de la longitud de fibra correspondiente a todos los canales de los contenedores de análisis. En otras palabras, si el primer canal del contenedor de análisis define una sección de fibra de 10 m desde una posición x a x 10 m dentro de la fibra, y el segundo canal define una sección desde x 1m a x 11m y así sucesivamente hasta el décimo. El canal define una posición de x 9m a x 19m, entonces el contenedor de análisis puede definirse para relacionarse con la sección de fibra de x 4.5m a x 14.5m. Será evidente que agrupar los canales en contenedores de esta manera significa que cualquier modulación que afecte a una sección de fibra correspondiente a un contenedor de análisis también tendrá un efecto en un contenedor de análisis adyacente. Esto tiene un impacto en la resolución espacial, pero las ventajas del esquema de procesamiento de diversidad compensan dicha reducción en la resolución espacial.

El análisis para producir un único valor de medición para un contenedor de análisis se podría realizar de muchas formas diferentes.

Por ejemplo, el procesamiento puede implicar promediar las muestras de todos los canales que forman el contenedor de análisis y usar el valor de muestra promedio para determinar un valor de fase para el contenedor de análisis.

Sin embargo, en una realización preferida, las muestras de diversidad en los canales individuales pueden evaluarse usando una métrica de calidad y el resultado de la evaluación usada en la combinación de las muestras de los diversos canales.

Una posible métrica básica es la intensidad media de las muestras de diversidad en cada canal. Esta intensidad media puede determinarse a lo largo del tiempo y usarse como una indicación de la SNR para ese canal. Volviendo a la Figura 18, quedará claro que la intensidad media depende de la posición de polarización de fase relevante que se aplica a ese canal. Las muestras del canal con la SNR más alta se pueden usar como muestras para todo el contenedor de análisis, descartando las otras muestras. Alternativamente, las muestras con una SNR por debajo de un cierto umbral, es decir, con una intensidad media por debajo de un cierto umbral, pueden descartarse y las muestras restantes se promedian juntas.

En una realización, sin embargo, las muestras de diversidad en cada canal se procesan para determinar un valor de fase para ese canal, los valores de fase resultantes para cada canal se evalúan usando una métrica de calidad y luego se determina un valor combinado para el contenedor de análisis.

En esta realización, por lo tanto, cada canal puede procesarse por separado para determinar un valor de fase para ese canal. El valor de fase se puede determinar para cada canal utilizando técnicas de demodulación estándar. Por ejemplo, cuando se utilizan pares de pulsos de acuerdo con la realización descrita anteriormente en relación con la Figura 5, se puede aplicar un método de demodulación a cada canal como se describe con respecto a la Figura 6. Cuando se utilizan pares de pulsos de acuerdo con la realización descrita con referencia a las Figuras 9 o 12, las señales detectadas pueden, por ejemplo, comprender inherentemente componentes I y Q que se pueden filtrar en paso bajo y convertir a un valor de fase mediante conversión rectangular a polar o de otra manera pueden convertirse en componentes I y Q.

El resultado de dicho procesamiento es un valor de fase y, opcionalmente, un valor de amplitud, para cada canal.

La relación de CA a CC para cada canal puede usarse como una indicación de la relación de señal a ruido para el canal relevante. Por tanto, los valores de fase para los canales pueden combinarse teniendo en cuenta esta relación para los canales. Una relación relativamente alta puede indicar una SNR relativamente alta, mientras que un valor bajo puede representar una SNR baja. Por lo tanto, los valores de fase derivados de canales con un valor de relación de CA a CC por debajo de un umbral pueden descartarse. Adicional o alternativamente, a los valores de fase se les puede dar una ponderación al formar el valor combinado, siendo la ponderación, al menos en parte, basada en la relación de CA a CC.

En una realización, los valores de fase derivados para los canales pueden analizarse de acuerdo con una métrica de calidad basada en el grado de auto-similitud de las señales de cada canal. Para la mayoría de las aplicaciones, se puede suponer que, cuando se adquieren muestras de diversidad a partir de porciones de detección superpuestas de la fibra óptica, cualquier perturbación acústica que actúe sobre la fibra en esa ubicación general conducirá sustancialmente a la misma modulación de fase en cada canal. Por lo tanto, todos los valores de fase procesados para todos los canales se pueden comparar entre sí para determinar qué tan similares son los resultados de cada canal entre sí. Se puede suponer que los canales que muestran un alto grado de similitud miden el mismo estímulo, mientras que un canal que es significativamente diferente a los demás puede estar efectivamente dominado por el ruido.

Por tanto, se puede aplicar una métrica de calidad a los valores de fase determinados para cada canal con el fin de determinar el grado de auto-similitud con los otros canales. A continuación, los valores de fase pueden combinarse con una ponderación adecuada aplicada a cada valor de fase en función de esta métrica de calidad. En otras palabras, los valores de fase que son muy similares entre sí pueden recibir ponderaciones relativamente altas en la combinación, mientras que los valores de fase que son menos similares entre sí pueden recibir ponderaciones relativamente bajas en la combinación. De esta manera, la combinación da más peso a las muestras de buena calidad y menos peso a las muestras de mala calidad y, por lo tanto, mejora la relación señal/ruido en comparación con las técnicas de combinación convencionales.

El grado de auto-similitud de una muestra con las otras muestras puede determinarse comparando los valores de fase determinados para un canal con los valores de fase determinados para los otros canales. Preferiblemente, se usa una correlación relativamente simple y directa para minimizar la sobrecarga de procesamiento.

En una realización, se usa una primera métrica, M1, para determinar la similitud de la variación de las señales en los canales que se comparan. La métrica M1 aplicada a las señales A y B de los canales A y B puede tener la forma:

M1 (A, B) = (A - <A>).(B - <B>) Ecuación (1)

Esta métrica puede dar un resultado grande para una señal con un componente de CC grande. Por tanto, ventajosamente se puede utilizar una segunda métrica, M2, para determinar una medida de la magnitud de la diferencia entre las dos señales. La métrica M2 puede tener la forma:

M2 (A, B) = ((A - <A>) - (B - <B>))2 Ecuación (2)

Estas dos métricas pueden calcularse para cada combinación de canales dentro del contenedor de análisis y usarse para determinar los canales que son más similares entre sí. Una única métrica global M^qpuede calcularse mediante:

M^q(A, B) = M1 (A, B) - M2(A, B) Ecuación (3)

El valor de la métrica de calidad calculada M^qpuede usarse entonces para determinar aquellos canales que son más auto-similares.

La Fig. 19 muestra una realización de cómo se pueden determinar los valores de fase relevantes para los diversos canales en un contenedor de análisis.

Los componentes I y Q para cada uno de los n canales en un contenedor de análisis se pueden recibir y filtrar 1901 en paso bajo para derivar los valores I y Q. Estos valores I y Q pueden convertirse luego a un valor de fase O y un valor de amplitud A mediante conversión 1902 rectangular a polar. El valor de fase O y el valor de amplitud A de cada canal pueden usarse en el procesamiento 1903 posterior para determinar la auto-similitud. El valor de fase O para cada canal también se pasa a un filtro 1904 para realizar un promedio de tiempo y producir un valor de fase medio <O>. El valor de fase O y el valor de fase medio <O> para cada canal pueden procesarse entonces para determinar las métricas discutidas anteriormente. Una vez que se han identificado los canales que son auto-similares, se pueden combinar los valores de fase de los canales relevantes. Sin embargo, como el procesamiento métrico lleva algún tiempo, el valor de fase O para cada canal también puede pasarse a una memoria 1905 intermedia como retraso. El valor de fase retardada Od se puede utilizar como valor a combinar. En una realización, la combinación implica combinar la diferencia entre los valores de fase actual y promedio y, por lo tanto, el valor de fase retardada Od también puede filtrarse 1904 para producir un promedio que también puede usarse en la combinación. Nótese que el mismo bloque 1904 de filtro se muestra actuando sobre el valor de fase y el valor de fase retardada para proporcionar los promedios relevantes. Sin embargo, se apreciará que en la práctica se pueden aplicar filtros separados.

En una realización, el procesamiento posterior determina una métrica para cada combinación de canales y selecciona un número predeterminado de canales que son los más auto-similares para la combinación. En otras palabras, el método puede comprender la etapa de seleccionar los m canales más auto-similares de los n canales disponibles dentro del contenedor de análisis. Por ejemplo, si hay 10 canales dentro del contenedor de análisis, es decir, n = 10, entonces los cinco resultados más auto-similares de los canales (m = 5) se pueden elegir para combinar.

El número de canales que se seleccionan para formar el resultado de la fase combinada puede ser el mismo para cada contenedor de análisis y puede ser constante en el tiempo. Esto puede facilitar parte del procesamiento posterior, ya que cada valor de fase combinado se forma a partir del mismo número de muestras individuales. También asegurará un piso de ruido constante para el sensor. Sin embargo, en una realización, el número de canales que se utilizan en la combinación es configurable por un usuario de la unidad de examen.

La figura ilustra una implementación del procesamiento basado en métricas para seleccionar los M canales más autosimilares. El valor de fase O y el valor de fase medio <O> se reciben para cada canal. Para cada canal, la métrica, M^q, se determina para la combinación con cada otro canal para formar una matriz 2001 de la puntuación métrica. Como solo la magnitud de la métrica es importante, la métrica para cada combinación de canales solo necesita calcularse una vez, es decir, la magnitud de la métrica M^q(A, B) sería la misma que la de M^q(B, A).

Este resultado, para cada canal, en efectivamente una serie de puntuaciones para cada uno de los otros canales. En esta etapa, se puede identificar un número predeterminado, X, de las puntuaciones métricas más altas para un canal. Los canales correspondientes para esas puntuaciones métricas más altas pueden identificarse y contarse, por ejemplo, en una disposición de tipo histograma. Por lo tanto, para el canal 1, digamos, si las X métricas más altas incluyen las métricas de las combinaciones con los canales 2, 5 y 6, entonces el recuento de histogramas para los canales 2, 5 y 6 aumentaría en uno. Este proceso se puede repetir para todos los canales. El histograma indicará entonces qué canales son los más similares a los otros canales y se pueden seleccionar los canales M con los recuentos de histogramas más altos para combinarlos.

Para cada canal seleccionado, el valor de fase retardada Od se usa en la combinación de modo que los datos que se combinan sean los mismos datos a partir de los cuales se calcularon las métricas. En una realización, la combinación es la suma, para cada uno de los canales seleccionados:

Ecuación (4)

donde Wi es una ponderación opcional para el i-ésimo canal. Por ejemplo, la ponderación Wi podría basarse en el recuento del histograma.

Las Figuras 21 a 23 muestran algunos datos procesados de una pluralidad de canales de muestras de diversidad adquiridos de un sensor acústico distribuido examinado con pares de pulsos de la forma mostrada en la Figura 2. El detector se muestreó a 80 MHz para proporcionar canales de diversidad con un espaciado de 1.25 m y la fibra óptica se estimuló con una modulación pulsada. Se agruparon ocho canales de diversidad sucesivos en un contenedor de análisis.

El gráfico superior de la figura 21 muestra los datos de fase demodulados de cada uno de los canales a lo largo del tiempo. Puede verse a partir de los datos de fase sin procesar que varios canales muestran una fase pulsada modulada de aproximadamente 3 radianes de amplitud, pero que otros canales muestran una señal mucho menos clara con una amplitud más baja. El gráfico inferior de la Figura 21 muestra, para un canal, la métrica de similitud calculada M^q, para ese canal con cada uno de los otros canales. Puede verse que para el canal seleccionado hay una puntuación métrica relativamente alta para varios de los canales, pero la métrica para los otros canales (que en este caso son los que son los canales ruidosos) es baja.

La Figura 22 nuevamente muestra datos de fase derivados para cada uno de los ocho canales de diversidad. La Figura 23 muestra la salida después del procesamiento de acuerdo con el método descrito anteriormente, es decir, la forma de onda de la fase de salida resultante. Puede verse que la forma de onda de salida es una forma de onda limpia que coincide con la forma de onda de la mayoría de los canales. Por lo tanto, el resultado es un valor de fase combinado para el contenedor de análisis con buenas propiedades de señal a ruido y un cambio de desvanecimiento mucho más reducido.

Como se mencionó anteriormente, seleccionar un número predeterminado de canales a combinar significa que las características de ruido para cada contenedor de análisis pueden ser generalmente las mismas y pueden permanecer constantes a lo largo del tiempo. Sin embargo, son posibles otras disposiciones; por ejemplo, se podría aplicar una métrica de calidad a los valores de fase de cada canal para determinar el grado de auto-similitud con otros canales y se pueden combinar todos los valores de fase que sean suficientemente similares entre sí. Por ejemplo, los canales pueden agruparse en conjuntos en los que la métrica para cada combinación de canales en el conjunto esté por encima de un cierto umbral. A continuación, se puede seleccionar el conjunto más grande para combinarlo.

Por tanto, si, en cualquier momento, 8 de cada diez canales son similares entre sí, por ejemplo, puntuación suficientemente alta, estos 8 canales similares se pueden combinar, pero, para otro contenedor de análisis (o para el mismo contenedor de análisis en un momento diferente donde las fluctuaciones térmicas pueden haber alterado las propiedades del canal), si solo 4 canales son similares entre sí, entonces solo esos cuatro canales pueden combinarse.

El cambio del número de canales usados en la combinación afectará a las propiedades de ruido del sistema, pero esto podría resolverse mediante una calibración adecuada. Los circuitos de procesamiento también pueden proporcionar una indicación del número de canales de un contenedor de análisis que se usaron para realizar la combinación.

También se apreciará que el centro de fase del contenedor de análisis puede variar dependiendo de los canales realmente seleccionados para la combinación. Por ejemplo, si se seleccionan cinco canales para la combinación en un contenedor de análisis de diez canales, entonces si los primeros cinco canales son los seleccionados, el centro de fase de la muestra combinada resultante se desviará hacia un lado del contenedor de análisis. Por lo tanto, el circuito de procesamiento también puede estar dispuesto para proporcionar una indicación de los canales relevantes o al menos la extensión de los canales usados en la combinación y/o una estimación del centro de fase.

La métrica discutida anteriormente busca la auto-similitud de los valores de fase demodulados de los canales en el contenedor de análisis. Esto se basa en la suposición de que cada uno de los distintos canales está experimentando el mismo estímulo general. Esta es una suposición razonable en la mayoría de los casos, pero puede que no sea suficiente para algunas aplicaciones de precisión o donde se pueden esperar ondas incidentes con un alto número de onda. En tales casos, puede ser deseable aplicar algún ajuste de tiempo a los valores de fase de cada canal antes de la evaluación para tener en cuenta la dirección de llegada del estímulo acústico, es decir, aplicar algunas técnicas del tipo de formación de haces.

Las realizaciones descritas anteriormente usan pares de pulsos en los que diferentes pares de pulsos tienen una codificación de fase diferente para recuperar una señal modulada de fase utilizable, incluso dentro de la banda base del sensor. Esto evita la necesidad de frecuencias portadoras muy altas y la consiguiente necesidad de componentes muy rápidos.

Sin embargo, en otra realización, los retornos de un solo par de pulsos pueden usarse para derivar un valor de fase para una sección dada de fibra óptica. Se lanza un par de pulsos a la fibra en el que los pulsos de los pares de pulsos tienen una diferencia de frecuencia entre ellos (es decir, F1 t F2) para definir una frecuencia de la portadora (F1 - F2). En esta realización, la frecuencia de la portadora está relacionada con la frecuencia de muestreo del detector, de modo que entre muestras sucesivas de la señal de retrodispersión recibida en el detector, una señal a la frecuencia de la portadora habrá evolucionado en una cantidad de fase predeterminada.

La frecuencia de muestreo debe ser relativamente alta, de modo que las muestras subsiguientes correspondan a secciones superpuestas de fibra óptica como las descritas anteriormente, es decir, se adquiere una pluralidad de muestras en el tiempo necesario para que los pulsos se muevan una distancia igual a la longitud calibrada en la fibra óptica. Por tanto, la frecuencia de muestreo puede ser del orden de 100 MHz aproximadamente. En este caso, se puede suponer que el mismo estímulo acústico general se aplica a las muestras posteriores.

Convenientemente, la frecuencia de la portadora se elige en relación con la frecuencia de muestreo de manera que una señal en la frecuencia de la portadora haya evolucionado 90 ° entre las muestras posteriores. Por tanto, la frecuencia de la portadora puede disponerse para que sea un cuarto de la frecuencia de muestreo. Por tanto, si la frecuencia de muestreo es de 100 MHz, la frecuencia de la portadora puede controlarse para que sea de 25 MHz. La frecuencia de la portadora se puede controlar como se describió anteriormente.

En esta realización, la configuración de los pares de pulsos debería disponerse con relación a la frecuencia de muestreo de tal modo que las muestras sucesivas no sean sustancialmente independientes. En otras palabras, un número razonable de sitios de dispersión que contribuyan a una primera muestra también deberían contribuir a la siguiente. Por tanto, la frecuencia de muestreo es preferiblemente relativamente alta, del orden de 100 MHz aproximadamente, y los pulsos son relativamente amplios, de modo que los sitios de dispersión dentro de la fibra de una muestra a otra se solapan en un grado razonable. Por ejemplo, si el par de pulsos comprende dos pulsos de 10 m de largo en la fibra óptica sin separación entre los pulsos, es decir, una duración de pulso de aproximadamente 100 ns, entonces en cada tiempo de muestreo el detector recibirá radiación de un primer conjunto de dispersión de sitios de 5 m. iluminados por el primer pulso y un segundo conjunto de 5 m de sitios de dispersión iluminados por el segundo pulso. Si la frecuencia de muestreo es de 100 MHz, entonces, entre las muestras, la ubicación de los sitios de dispersión se habrá movido efectivamente 1 m y habrá 4 m de superposición en cada uno de los conjuntos primero y segundo de sitios de dispersión entre las dos muestras.

Por lo tanto, las muestras posteriores se pueden procesar utilizando un esquema de procesamiento similar como el descrito anteriormente en relación con la figura 25.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un aparato sensor de fibra óptica distribuido que comprende:

una fuente (102) óptica configurada para generar al menos un primer y un segundo par de pulsos ópticos para lanzarse a una fibra (101) óptica,

el primer y segundo pares de pulsos tiene la misma configuración de frecuencia entre sí, cada par de pulsos comprende un primer pulso que tiene una primera frecuencia y un segundo pulso que tiene una segunda frecuencia, y

se genera de manera que la relación de fase de los pulsos del primer par de pulsos tiene una diferencia de fase relativa predeterminada con respecto a la relación de fase de los pulsos del segundo par de pulsos en que:

cuando la primera y la segunda frecuencia son diferentes, el primer y el segundo par de pulsos se generan para ser lanzados a la fibra óptica en diferentes momentos, de manera que el tiempo entre el lanzamiento del primer y segundo par de pulsos corresponde al tiempo para dicho predeterminado cambio de fase relativo en una señal a una frecuencia igual a la diferencia de frecuencia entre los pulsos (201, 202) en un par; y

cuando la primera y la segunda frecuencia son iguales, la diferencia de fase entre los pulsos del primer par de pulsos difiere de la diferencia de fase entre los pulsos del segundo par de pulsos por la diferencia de fase relativa predeterminada,

en el que la relación de fase entre los pulsos en el primer y segundo par de pulsos varía,

el aparato sensor de fibra óptica distribuida comprende, además:

al menos un detector (105) configurado para detectar cualquier radiación retrodifundida de dichos primer y segundo pares de pulsos; y

circuito (107) de procesamiento acoplado a dicho al menos un detector (105), en el que el circuito (107) de procesamiento está configurado para determinar un valor de fase para al menos una sección dada de fibra (101) óptica en base a la radiación de retrodispersión detectada de dicho primer y segundo pares de pulsos.

2. Un aparato sensor de fibra óptica distribuida como se reivindica en la reivindicación 1, en el que dicha diferencia de fase relativa predeterminada tiene una magnitud de 90 °.

3. Un aparato sensor de fibra óptica distribuida como se reivindica en la reivindicación 1, en el que, cuando la primera y la segunda frecuencias son diferentes, la fuente (105) óptica está configurada para lanzar una serie de primeros y segundos pares de pulsos en la fibra (101) óptica en una tasa de lanzamiento tal que el tiempo entre el lanzamiento de cualquier par de pulsos en dicha serie corresponde al tiempo para dicho cambio de fase relativo predeterminado en una señal a una frecuencia igual a dicha diferencia de frecuencia y dicha diferencia de frecuencia puede ser al menos uno de (i) menor que la tasa de lanzamiento, (ii) menos de la mitad de la tasa de lanzamiento, (iii) sustancialmente igual a una cuarta parte de la tasa de lanzamiento de manera que dicha diferencia de fase predeterminada es sustancialmente 90 °, (iv) 10 kHz o menos, (v) 5 kHz o menos (vi) 1 kHz o menos (vii) dentro de la banda base del sensor o (viii) dentro de la banda de Nyquist del sensor.

4. Un sensor de fibra óptica distribuida como se reivindica en la reivindicación 1, en el que cuando la primera y la segunda frecuencias son iguales, dicha diferencia de fase predeterminada es sustancialmente de 90 ° y en el que el circuito (107) de procesamiento está configurado para usar las señales de retrodispersión detectadas recibidas mismo tiempo después del lanzamiento del primer y segundo par de pulsos como componentes de fase en fase y en cuadratura respectivamente para determinar un valor de fase para al menos una sección de fibra (101) óptica y, opcionalmente, el circuito (107) de procesamiento es configurado para filtrar de paso bajo las señales de retrodispersión detectadas recibidas el mismo tiempo después del lanzamiento del primer y segundo par de pulsos para proporcionar valores en fase y cuadratura y convertir dichos valores en fase y cuadratura a un valor de fase por conversión rectangular a polar.

5. Un sensor de fibra óptica distribuida como se reivindica en cualquiera de la reivindicación 4, en el que dicha fuente (102) óptica está configurada para generar continuamente pares de pulsos para ser lanzados a la fibra (101) óptica a una tasa de lanzamiento en la que cada par de pulsos sucesivos tiene una diferencia de fase relativa entre los pulsos de ese par que se diferencia del par anterior por dicha diferencia de fase predeterminada.

6. Un sensor de fibra óptica distribuida como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la fuente (102) óptica está configurada para generar una primera serie de pares de pulsos que comprenden dicho primer par de pulsos y dicho segundo par de pulsos y una segunda serie de pares de pulsos en el que dicha primera y segunda serie de pares de pulsos tienen diferentes estados de polarización entre sí y, opcionalmente, en el que dichos estados de polarización diferente son tales que la radiación de retrodispersión recibida en el extremo proximal de la fibra óptica de la primera serie de pares de pulsos tiene un estado de polarización ortogonal para radiación de retrodispersión recibida en el extremo proximal de la fibra óptica procedente de la segunda serie de pares de pulsos.

7. Un sensor de fibra óptica distribuida como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el primer y el segundo par de pulsos comprenden un primer pulso (201) seguido de un segundo pulso (202) y separado temporalmente de él, en el que los pares de pulsos están dispuestos de manera que el tiempo entre el final del primer pulso y el inicio del segundo pulso es (i) igual o mayor que la duración del pulso del segundo pulso, o (ii) igual o mayor que dos veces la duración del pulso del segundo pulso y/o tal que los anchos de pulso del primer y segundo pulsos (201, 202) sean relativamente estrechos en comparación con el espacio entre los pulsos (201, 202), y/o tal que el primer y segundo pulsos (201, 202) tengan sustancialmente duraciones iguales.

8. Un sensor de fibra óptica distribuida como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha fuente (102) óptica está configurada para generar al menos una secuencia de pulsos adicional que tiene una configuración de frecuencia que es diferente a la del primer y segundo pares de pulsos, en la que la fuente (102) óptica está configurada para generar una primera serie de pares de pulsos que comprenden dichos primer y segundo pares de pulsos y una o más series adicionales de secuencias de pulsos en las que la primera serie de pares de pulsos y la serie o más series adicionales de secuencias de pulsos se generan para su lanzamiento de manera que al menos un par de pulsos de la primera serie y una secuencia de pulsos de la serie o más series adicionales estén en la fibra óptica de detección al mismo tiempo.

9. Un sensor de fibra óptica distribuida como se reivindica en la reivindicación 8.

En la que al menos una de dicha serie adicional de secuencias de pulsos comprende una serie de pares de pulsos de diferencia de frecuencia, los pares de pulsos de diferencia de frecuencia comprenden dos pulsos que tienen una diferencia de frecuencia predeterminada entre ellos, y

En el que los pares de pulsos de diferencia de frecuencia de una serie se generan para ser lanzados a la fibra óptica a una tasa de lanzamiento tal que el tiempo entre lanzamientos de pares de pulsos de diferencia de frecuencia sucesivos de esa serie corresponde al tiempo para un cambio de fase relativo predeterminado en una señal a una frecuencia igual a dicha diferencia de frecuencia predeterminada de dicha serie.

10. Un sensor de fibra óptica distribuida como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 8 o 9, en el que al menos una de dicha serie adicional de secuencias de pulsos comprende una serie de pares de pulsos de diferencia de fase, dichos pares de pulsos de diferencia de fase comprende dos pulsos de la misma frecuencia, en el que la diferencia de fase entre los pulsos en sucesivos pares de pulsos de diferencia de fase de dicha serie difiere en una diferencia de fase relativa predeterminada.

11. Un sensor de fibra óptica distribuida como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 8 a 9, en el que la fuente (102) óptica está configurada para generar una pluralidad de series adicionales de secuencias de pulsos, y dos o más de dicha pluralidad de series adicionales comprenden series de pulsos pares en los que los pares de pulsos de cada serie tienen la misma configuración de pulsos en relación con una longitud de onda base y en los que la longitud de onda base es diferente para cada serie en los que, opcionalmente, los lanzamientos de los pares de pulsos de la serie adicional están escalonados entre sí en intervalos.

12. Un sensor de fibra óptica distribuida como se reivindica en cómo se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11, en el que al menos una serie adicional de secuencias de pulsos comprende una serie de pares de pulsos que proporcionan una resolución espacial de detección diferente o una sensibilidad de detección diferente a la del primero y segundo pares de pulsos.

13. Un método de detección de fibra óptica distribuida que comprende lanzar al menos un primer y un segundo par de pulsos en una fibra (101) óptica, el primer y segundo pares de pulsos tiene la misma configuración de frecuencia entre sí, cada par de pulsos comprende un primer pulso que tiene un primera frecuencia y un segundo pulso que tiene una segunda frecuencia y que se genera de tal manera que la relación de fase de los pulsos (201, 202) del primer par de pulsos tiene una diferencia de fase relativa predeterminada a la relación de fase de los pulsos (201, 202) del segundo par de pulsos en eso:

cuando la primera y la segunda frecuencia son diferentes, los pulsos del primer y segundo par de pulsos tienen una diferencia de frecuencia entre ellos y los primeros y segundos pares de pulsos se generan para ser lanzados a la fibra óptica en diferentes momentos, de modo que el tiempo entre el lanzamiento del primer y segundo par de pulsos corresponde al tiempo para dicho cambio de fase relativo predeterminado en una señal a una frecuencia igual a la diferencia de frecuencia entre los pulsos en un par; y

en la que la relación de fase entre los pulsos en el primer y segundo par de pulsos es diferente, el método comprende, además:

detectar cualquier radiación retrodispersada de dichos primer y segundo pares de pulsos y determinar un valor de fase para al menos una sección determinada de fibra (101) óptica basada en la radiación de retrodispersión detectada de dichos primer y segundo pares de pulsos.

14. Un método como se reivindica en la reivindicación 13, en el que los pulsos (201, 202) del primer y segundo par de pulsos tienen una diferencia de frecuencia entre ellos; y el método comprende:

generar una serie de pares de pulsos primero y segundo a una tasa de lanzamiento;

de manera que el tiempo entre el lanzamiento de los sucesivos pares de pulsos corresponde al tiempo para dicho cambio de fase relativo predeterminado en una señal a una frecuencia igual a la diferencia de frecuencia entre los pulsos en un par.

15. Un método de acuerdo con la reivindicación 14, que comprende:

formar una señal que comprende muestras de la radiación de retrodispersión adquirida sustancialmente al mismo tiempo después del lanzamiento de cada par de pulsos; y

demodular dicha señal a la diferencia de frecuencia de los pulsos en cada par de pulsos para determinar un valor de fase para al menos una sección de fibra óptica.