ES2940219T3

ES2940219T3 - Calibración de un sistema de detección de fibra óptica distribuida

Info

Publication number: ES2940219T3
Application number: ES17210126T
Authority: ES
Inventors: Zaoui Wissem Sfar; Clemens Pohl
Original assignee: Aiq Dienstleistungen Ug Haftungsbeschraenkt
Current assignee: Aiq Dienstleistungen Ug Haftungsbeschraenkt
Priority date: 2016-12-23
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2023-05-04
Anticipated expiration: 2037-12-22
Also published as: US10378928B2; GB2558294A; GB201622221D0; US20180180451A1; EP3339819B1; GB2558294B; EP3339819A1

Abstract

Un método para calibrar dinámicamente un sistema de detección de fibra óptica distribuida (100, 200, 300, 400, 500) que comprende una fuente de luz (101) para generar pulsos de luz coherente (103), una fibra óptica (105) dispuesta al menos parcialmente en una región del suelo del suelo (107) para guiar la luz y un fotodetector (109) para detectar la luz dispersada (111) que regresa de la fibra óptica (105) en dependencia del tiempo, que comprende: obtener información (117) a partir de la cual se determina un cambio temporal de una característica de transferencia acústica de la región del suelo del suelo (107) es derivable; y calibrar el sistema de detección acústica distribuido (100, 200, 300, 400, 500) en base a la característica de transferencia acústica modificada. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Calibración de un sistema de detección de fibra óptica distribuida

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un método para calibrar dinámicamente un sistema de detección de fibra óptica distribuida, en particular un sistema de detección acústica distribuida (DAS), y a un sistema de detección de fibra óptica distribuida, específicamente un sistema de detección acústica distribuida que se adapta para calibración dinámica.

Antecedentes de la técnica

El documento US 2015/0128706 A1 divulga la detección de fibra óptica que puede proporcionar información sobre el entorno en el que se implementa la fibra óptica.

El documento US 2016/0334543 A1 divulga un método y un sistema de control de vibraciones que incluye un dispositivo acústico que emite una señal analógica a un cable de fibra para la calibración y la verificación de la ubicación.

El documento US 2013/0275055 A1 divulga un sistema de control de integridad para controlar la integridad de al menos una parte de una estructura estacionaria.

El documento US 2014/0163889 A1 divulga un método de estudio acústico, en donde se utilizan sensores de fibra óptica distribuidos para la detección acústica distribuida, en donde se realiza un análisis modal de los datos acústicos distribuidos obtenidos en el pozo para monitorear la integridad del pozo. Se realizan uno o más modos acústicos correspondientes a la velocidad distribuida de las mediciones de sonido dentro del pozo.

El documento US 2010/0158431 A1 divulga una topología de vigilancia de fibra óptica que incluye una sola fibra óptica para la detección de señales acústicas asociadas con vibraciones u otra actividad. La fibra está dispuesta en una topología bidimensional para mejorar la resolución espacial del sistema. Se pueden yuxtaponer o superponer dos o más de tales fibras orientadas para producir una resolución aún mayor.

El documento US 2015/0346370 A1 divulga un método de calibración para detección acústica distribuida de fibra óptica de fondo de pozo, en donde una herramienta de vibración se coloca a una profundidad específica en el pozo y se obtienen dos o más señales de detección acústica distribuidas mientras la herramienta de vibración está activada. El sistema de detección acústica distribuida se calibra en función de las dos o más señales de detección acústica distribuidas, la profundidad especificada, la frecuencia específica respectiva y la amplitud especificada respectiva. El método también puede comprender disponer dos o más geófonos en diferentes ubicaciones dentro del pozo para obtener la señal de detección acústica distribuida de línea base y la señal de detección acústica distribuida de calibración. La herramienta de vibración se puede mover a una o más profundidades conocidas y se puede repetir el proceso de obtención de señales de detección acústicas distribuidas.

El documento WO 2014/088786 A1 divulga una calibración de un sistema de detección acústica de pozos en donde se reciben señales acústicas predeterminadas a lo largo de sensores acústicos distribuidos cerca de un pozo y el sistema se calibra en función de las señales acústicas recibidas. Una fuente acústica se desplaza a lo largo de una guía de ondas óptica situada cerca de un pozo, se transmiten señales acústicas predeterminadas desde la fuente acústica y las señales acústicas se reciben con la guía de ondas y el sistema se calibra en función de las señales acústicas recibidas. Una fuente de sonido activa se deja caer, se inyecta o se baja mediante un cable en un pozo con el fin de calibrar un sensor acústico óptico distribuido. Varios altavoces de vibración, accionadores de vibración y transductores acústicos son capaces de producir sonidos activamente dentro de un objeto. Pueden usarse señales acústicas a varias frecuencias acústicas así como la extensión de las señales acústicas. Una medición de la intensidad de la energía del sonido proporciona la sensibilidad acústica en función de la posición a lo largo del sensor acústico distribuido. Los sonidos pueden emitirse como tonos continuos de una sola frecuencia, tonos continuos de frecuencia múltiple de tono dual, tonos continuos de frecuencia múltiple, tonos continuos de amplio espectro, ruido continuo amplio, ruido de color continuo, formas de onda de barrido de frecuencia que se repiten continuamente, formas de onda pseudoaleatorias continuas u otras formas de onda complejas que se repiten continuamente. La sensibilidad de la guía de ondas a la energía acústica puede depender significativamente de cómo se instala la guía de ondas en el pozo y de las variaciones locales, como los líquidos en el pozo. En un procedimiento de calibración, estas variaciones pueden compensarse detectando señales acústicas predeterminadas transmitidas a lo largo de la guía de ondas por una fuente acústica. Al emitir sonido de forma controlada, el sistema de detección acústica distribuida puede medir la sensibilidad acústica en función de la posición a lo largo de la guía de ondas. El método de calibración puede incluir el uso de una fuente sísmica vibratoria o de impulso remota y un receptor de referencia calibrado, tal como un geófono de tres ejes colocado junto al sensor acústico distribuido, en donde no se requiere el receptor de referencia calibrado, pero mejorará la precisión de la calibración teniendo en cuenta la atenuación de la señal y los efectos de distorsión causados por la formación entre la fuente y el sensor de detección acústica distribuida. La fuente sísmica se puede ubicar en la superficie o en un pozo cercano. Las señales acústicas pueden transmitirse desde, en o cerca de la superficie terrestre.

Sin embargo, se ha observado que la precisión y/o la fiabilidad de los resultados de la detección acústica distribuida no son satisfactorias en todas las condiciones, específicamente debido a una calibración incorrecta.

Por lo tanto, puede existir la necesidad de un método para calibrar un sistema de detección de fibra óptica distribuida, específicamente acústico, y de un sistema mejorado de detección de fibra óptica distribuida, específicamente acústico, que se adapte para ser calibrado apropiadamente.

Resumen de la invención

La necesidad es satisfecha por el objeto de las reivindicaciones independientes. Las reivindicaciones dependientes especifican realizaciones particulares de la presente invención.

Según una realización de la presente invención, se describe un método para calibrar dinámicamente un sistema de detección acústica distribuida, que comprende una fuente de luz para generar pulsos de luz coherente, una fibra óptica dispuesta al menos parcialmente en una región del suelo para guiar la luz y un fotodetector para detectar la luz dispersa que regresa de la fibra óptica en función del tiempo. Por lo tanto, el método comprende obtener información a partir de la cual resulta un cambio temporal de una característica de transferencia acústica de la región del suelo y calibrar el sistema de detección acústica distribuida en base a la característica de transferencia acústica modificada.

El método se realiza a partir de un sistema de detección de fibra óptica distribuida, específicamente acústico, según una realización de la presente invención. El método permite calibrar dinámicamente el sistema de detección acústica distribuida, por lo tanto, calibrar el sistema de detección acústica distribuida (DAS) en diferentes momentos, específicamente en respuesta a condiciones ambientales cambiantes, como lluvia, precipitación, humedad que afecta en particular a la región del suelo en la que la fibra está dispuesta al menos parcialmente.

La fuente de luz es una fuente de luz coherente, tal como un láser. Los pulsos de la luz coherente pueden generarse repetidamente. Los pulsos de luz coherente pueden caracterizarse por un ancho de pulso y una frecuencia o longitud de onda de la luz generada. La frecuencia de repetición para emitir los pulsos también puede denominarse frecuencia de muestreo. La fibra óptica puede exhibir una falta de homogeneidad del material que dé como resultado una falta de homogeneidad del índice de refracción a lo largo de la fibra óptica. Debido a la falta de homogeneidad del índice de refracción, la luz coherente que entra en un extremo de la fibra óptica puede ser retrodispersada (en particular retrodispersada por Rayleigh) desde diferentes regiones a lo largo de la fibra óptica. Cuando la fibra óptica se expone a una influencia acústica del entorno, es decir, en particular el material en la región del suelo, las propiedades de dispersión a lo largo de la fibra pueden cambiar. El fotodetector puede detectar el cambio de la propiedad de dispersión a lo largo de la fibra, específicamente resuelto espacialmente dependiendo de la posición a lo largo de la fibra donde está presente la distorsión acústica o la influencia acústica a lo largo de la fibra.

El sistema de detección acústica alterada puede proporcionar detección de tensión a lo largo de la fibra óptica. Por lo tanto, la fibra óptica puede convertirse en el elemento de detección de una propiedad de retrodispersión alterada localmente en función de la influencia acústica del entorno. Por ejemplo, se puede enviar un pulso de láser coherente a lo largo de la fibra óptica y los sitios de dispersión dentro de la fibra pueden hacer que la fibra actúe como un interferómetro distribuido con una longitud de calibre aproximadamente igual a la longitud del pulso (también conocida como ancho de pulso, es decir, la duración del pulso individual).

El fotodetector está adaptado para medir la intensidad de la luz reflejada o retrodispersada en función del tiempo después de la transmisión del pulso láser. Cuando el pulso ha tenido tiempo de recorrer toda la longitud de la fibra óptica y volver, se puede enviar el siguiente pulso láser a lo largo de la fibra. Los cambios en la intensidad reflejada de pulsos sucesivos de la misma región de la fibra pueden ser causados por cambios en la longitud del camino óptico (en particular en relación con el índice de refracción (local)) de esa sección de la fibra óptica. La luz puede tener, por ejemplo, una longitud de onda entre 400 nm y 3000 nm, en particular alrededor de 1500 nm. El sistema de detección acústica distribuida puede habilitarse para medir la tensión o la distorsión acústica a lo largo de una longitud de 40 a 50 km. Así, la fibra óptica puede tener una longitud entre 40 y 50 km o menos o incluso más. La duración de los pulsos (el ancho de pulso) puede estar por ejemplo entre 10 ns y 500 ns, en particular alrededor de 100 ns. De este modo, una resolución espacial puede estar entre 5 my 30 m, específicamente alrededor de 10 m.

La cantidad de luz retrodispersada recibida por el fotodetector puede ser proporcional a la longitud del pulso. Sin embargo, cuanto mayor es la longitud del pulso, mayor (es decir, peor) es la resolución espacial. La frecuencia de muestreo o tasa de adquisición puede estar entre 500 Hz y 5 kHz, en particular alrededor de 1 kHz. La luz que recibe y detecta el fotodetector puede tener la misma frecuencia que la luz generada por la fuente de luz y ser guiada o suministrada a la fibra óptica. La detección acústica distribuida puede basarse en el proceso físico en el que la luz se retrodispersa a partir de pequeñas variaciones en el índice de refracción en la fibra óptica (retrodispersión de Rayleigh).

De acuerdo con realizaciones de la presente invención, la fibra óptica puede, por ejemplo, estar enterrada dentro de la región del suelo a una profundidad de entre 1 my 5 m por debajo de la superficie de la tierra. Por lo tanto, la fibra óptica puede disponerse sustancialmente de forma horizontal por debajo de la superficie de la tierra.

La información puede obtenerse mediante un cable eléctrico, una fibra óptica o una tecnología inalámbrica. La información puede, por ejemplo, estar relacionada con dos puntos de tiempo, por ejemplo, un punto de tiempo inicial y un punto de tiempo actual. A partir de la información se puede deducir que las características de transferencia acústica de la región del suelo cambian desde las características de transferencia acústica en el punto de tiempo inicial hasta las características de transferencia acústica modificadas en el punto de tiempo actual.

La característica de transferencia acústica puede comprender, por ejemplo, características de amortiguamiento acústico (como un factor de amortiguamiento por longitud atravesada) de la región del suelo que indica un grado de amortiguamiento cuando una señal acústica particular se transfiere a través de la región del suelo, en particular amortiguamiento por distancia de recorrido o distancia de transferencia. Así, de acuerdo con esta realización de la presente invención, se tiene en cuenta un cambio de una característica de amortiguamiento de la región del suelo en el método de calibración.

El método proporciona una calibración dinámica resuelta espacialmente que tiene en cuenta el entorno temporal cambiante de la fibra óptica. La fibra óptica puede, en particular, estar dispuesta cerca de un objeto a controlar, como una tubería, un cable, un tubo o similar.

El método comprende además derivar las características de transferencia acústica modificadas basándose en la información obtenida. Por ejemplo, las características de amortiguamiento de la región del suelo pueden depender de la humedad de la región del suelo, específicamente cambiando a lo largo de la fibra óptica. Por ejemplo, en subregiones de la región del suelo, la humedad puede asumir diferentes valores, en particular debido a diferentes precipitaciones de nubes sobre la superficie debajo de la cual se encuentra la región del suelo en la que está dispuesta al menos parcialmente la fibra óptica.

Las realizaciones de la presente invención se refieren a sistemas de detección acústica distribuida (DAS). Dichos sistemas pueden permitir controlar diferentes tipos de objetos, como tuberías, cables eléctricos, rieles, caminos, vallas, etc., que se instalan en longitudes que van desde unos pocos metros hasta varios kilómetros. El control de estas instalaciones u objetos puede implicar la vigilancia en tiempo real y la alarma de cualquier tipo de alteración amenazante (específicamente alteraciones acústicas), lo que indica la ubicación de la alteración dentro de un cierto rango de resolución o precisión. Por lo tanto, una alteración puede implicar una alteración directa o un daño de la funcionalidad del sistema, como una falla en el cable, una fuga en la tubería, etc., o puede representarse como una alteración indirecta que puede conducir a la disfuncionalidad del sistema, como la intrusión de terceros, incluidas las excavaciones en proximidad del objeto, caída de objetos en la instalación, etc.

El sistema de detección de fibra óptica puede basarse en el uso de varias fibras ópticas en general instaladas dentro o fuera del objeto o activo, conectadas a un interrogador que incluye al menos una fuente emisora de luz, como un láser, un receptor de luz, como un fotodiodo, y todos los componentes y software ópticos y eléctricos para la generación, manipulación, procesamiento y análisis de señales. La cantidad física a investigar puede ser cualquiera de una onda acústica, vibración, tensión, temperatura, etc., que se aplica sobre la fibra óptica y es evaluada por el interrogador.

Las señales acústicas pueden originarse a partir de la alteración directa o indirecta del objeto controlado. Dependiendo de la disposición y configuración del cable de fibra óptica en relación con el objeto o activo controlado, la textura y composición del suelo o las condiciones climáticas, el efecto de la perturbación que ocurre en el objeto controlado puede variar a lo largo del objeto o activo. Esto puede significar que inferir la alteración en el objeto a partir de la luz recibida por el receptor puede requerir información sobre las características de transferencia (acústica) del suelo entre el objeto o activo y la sección de la fibra óptica cercana a la ateración. Una cierta perturbación puede tener diferentes impactos (en el índice de refracción de la fibra óptica) en diferentes lugares y, por lo tanto, puede hacer que el interrogador no pueda hacer una interpretación correcta de la alteración y que la amenaza no sea alarmante o sea falsa. En general, el reconocimiento de la alteración (que ocurre en el objeto o activo) puede habilitarse mediante una comparación con patrones preexistentes (de señales recibidas) en una base de datos o un análisis en tiempo real del contenido de la señal, como intensidad, frecuencias, etc.

Especialmente en el caso de que la perturbación comprenda una alteración acústica, la sensibilidad del sistema puede depender en gran medida de la capacidad de propagación (en particular, de las características de transferencia acústica) de las ondas acústicas en el medio entre el objeto y la sección de la fibra óptica. Las condiciones del suelo pueden, en general, no ser constantes en toda la longitud de la fibra óptica y no en toda la longitud del objeto a controlar debido a las variaciones y propiedades geográficas y topológicas. Por ejemplo, un cable de fibra óptica para controlar un cable de alimentación submarino/subterráneo que relaciona subestaciones marinas y terrestres, una tubería que atraviesa regiones rocosas, arenosas y fangosas puede exhibir diferentes sensibilidades a lo largo del cable de fibra óptica. Por ejemplo, las diferentes propiedades del suelo pueden exhibir diferentes coeficientes de absorción, por ejemplo, exhibir diferentes propiedades de amortiguamiento y, por lo tanto, pueden tener un gran impacto en la atenuación de la onda acústica y la distorsión de la señal.

Las realizaciones de la presente invención tienen en cuenta el cambio espacial y temporal de la característica de transferencia acústica en un procedimiento de calibración. Las realizaciones de la presente invención consideran y tienen en cuenta las condiciones cambiantes espacial y temporalmente. Además, las realizaciones de la presente invención tienen en cuenta el cambio, específicamente el cambio temporal, de las condiciones de propagación de la alteración en el entorno, en particular el suelo que rodea al objeto bajo control.

La calibración puede implicar el ajuste de los parámetros del sistema y de la alarma, como los valores de entrada o salida del emisor y del receptor, el umbral de la señal, la resolución espacial, la frecuencia de muestreo, etc., para una comparación más precisa con el patrón de referencia. Alternativamente, se puede realizar una calibración mediante la generación de una nueva señal de referencia basada en una unidad de calibración que permite una expansión de la base de datos.

En el estado de la técnica, la falta de un método de calibración dinámica o la no adaptación de la base de datos de referencia puede dar lugar a una validez breve del proceso de calibración debido al cambio temporal de las propiedades del suelo. Esto puede provocar fallas o alarmas inadecuadas o una interpretación incorrecta de posibles eventos amenazantes (que tienen lugar en el objeto controlado), lo que puede tener un gran impacto en los objetos o activos.

Las realizaciones de la presente invención permiten automatizar el procedimiento de calibración, por lo que se puede simplificar la puesta en servicio de los sistemas de detección de fibra óptica y se puede prescindir de un ciclo de recalibración manual.

De acuerdo con las realizaciones de la presente invención, una dependencia espacial debido a las diferentes propiedades geográficas de las condiciones del suelo puede requerir una calibración inicial del sistema de detección para realizar una interpretación correcta de los resultados de medición óptica que evolucionan desde diferentes sensores o zonas de la fibra óptica. Las realizaciones de la presente invención detectan y tienen en cuenta una dependencia temporal de las propiedades del suelo (específicamente, la característica de transferencia acústica) debido, por ejemplo, a condiciones climáticas y/o de humedad variables o debido a otras influencias externas. Las realizaciones permiten una calibración dinámica para adaptar la sensibilidad del sistema de detección para el reconocimiento correcto de la señal y alarmas precisas. Las condiciones climáticas variables pueden implicar, por ejemplo, un cambio en el contenido de agua en el suelo después de la lluvia o después de las estaciones secas y, por lo tanto, pueden afectar la propagación de ondas acústicas en el medio que rodea al objeto a controlar, en particular entre el objeto a controlar y la sección particular de la fibra optica

Una calibración inicial puede implicar, por ejemplo, la generación de una señal acústica inicial predeterminada que tenga una magnitud o intensidad predeterminada. La señal acústica inicial puede transferirse a través de (una parte de) la región del suelo y puede detectarse (usando el sistema de detección acústica distribuida o un receptor acústico específico, como un geófono, un micrófono). La señal acústica inicial recibida puede tener una magnitud o intensidad determinada por el receptor respectivo. La calibración inicial puede realizarse, específicamente, espacialmente resuelta, es decir, en varias secciones o zonas de la fibra óptica dispuestas en entornos de suelo potencialmente diferentes que tienen diferentes propiedades materiales y, esecíficamente, diferentes características de transferencia acústica.

Después de la calibración inicial, se pueden realizar una o más operaciones de calibración, ya sea periódicamente o específicamente en respuesta a condiciones ambientales cambiantes, tales como precipitaciones, lluvias que también pueden resolverse espacialmente. La una o más calibraciones adicionales también pueden implicar la generación de una señal acústica que tenga una magnitud o intensidad predeterminada, en particular que tenga la misma intensidad que la señal acústica inicial utilizada para la calibración inicial. En particular, en cuanto a la calibración inicial, las señales acústicas adicionales pueden generarse y transferirse en diferentes zonas o regiones del suelo que rodea la fibra óptica. La señal de calibración adicional también puede recibirse y su intensidad puede detectarse (ya sea por el sistema de detección acústica distribuida o por un receptor acústico particular). La señal de calibración adicional detectada puede tener una intensidad específica. Mediante la comparación de la intensidad de las señales acústicas iniciales recibidas y las señales acústicas adicionales recibidas, se puede realizar una recalibración dinámica. Por ejemplo, cuando la intensidad de la señal de calibración adicional recibida es menor que la intensidad de la señal de calibración inicial recibida, puede indicar que el suelo que rodea la fibra óptica tiene un mayor efecto amortiguador sobre la señal acústica que durante la calibración inicial. En consecuencia, uno o más parámetros de calibración del sistema de detección de fibra óptica pueden adaptarse para tener en cuenta el cambio de las propiedades de amortiguación del suelo que rodea la fibra óptica.

De acuerdo con la presente invención, obtener la información comprende obtener información resuelta espacialmente perteneciente a al menos dos subregiones de la región del suelo.

De ese modo, se puede realizar una calibración resuelta espacialmente del sistema de detección de fibra óptica, en particular, del sistema de detección acústico distribuido. En particular, diferentes secciones o zonas a lo largo de la fibra óptica pueden estar asociadas con diferentes parámetros de calibración. Las señales de luz de diferentes secciones de la fibra óptica pueden distinguirse registrando los instantes de tiempo en los que el fotodetector recibe diferentes porciones de luz.

De acuerdo con la presente invención, la obtención de información comprende obtener información de influencia sobre un factor de influencia que efectúa un cambio temporal de la característica de transferencia acústica y estimar una característica de transferencia acústica modificada en base a la información de influencia.

El factor de influencia puede comprender, por ejemplo, la humedad, el contenido de agua, las heladas, la precipitación de agua o de un material particular o similar. Por ejemplo, la lluvia sobre la superficie de la tierra por encima de la región del suelo en la que está parcialmente dispuesta la fibra óptica puede conducir a un aumento de la humedad de subregiones particulares de la región del suelo. El aumento de la humedad o el contenido de agua en subregiones particulares puede aumentar las propiedades de amortiguación para la transferencia de ondas acústicas o señales acústicas. El cambio de la propiedad de amortiguamiento se puede estimar a partir del conocimiento del mayor contenido de agua o humedad y en base a modelos físicos. En otras realizaciones, el factor de influencia se mide directamente, por ejemplo, mediante un sensor de humedad o utilizando la medición del contenido de agua. La información de influencia puede obtenerse de fuentes de información externas, tales como fuentes de información meteorológica.

De acuerdo con una realización de la presente invención, obtener la información de influencia comprende adquirir información meteorológica relativa a la precipitación atmosférica de una fuente de información meteorológica, en particular disponible a través de Internet, en particular de al menos dos estaciones meteorológicas en al menos dos subregiones y/o de un dron de vigilancia.

De este modo, la información puede obtenerse fácilmente. La información meteorológica puede comprender información meteorológica que se resuelve espacialmente. Por lo tanto, el método puede implementarse fácilmente.

De acuerdo con una realización de la presente invención, las coordenadas geográficas a lo largo de la fibra óptica se transmiten a la fuente de información meteorológica y se reciben datos de precipitación atmosférica resueltos espacialmente. De este modo, puede habilitarse una calibración resuelta espacial y temporalmente del sistema de detección de fibra óptica.

De acuerdo con una realización de la presente invención, dependiendo de si los datos de precipitación atmosférica indican precipitación (de agua) por encima de un umbral en al menos una de las subregiones, se inicia la calibración en la respectiva subregión.

Si la lluvia está por debajo del umbral, se puede estimar que la característica de transferencia acústica de la región del suelo solo cambia marginalmente sin afectar sustancialmente la precisión de los resultados de medición del sistema de fibra óptica. De este modo, se puede evitar una recalibración innecesaria. Sin embargo, cuando los datos de precipitación indican lluvia (en particular de agua) por encima de un umbral, las características de transferencia de la región del suelo pueden cambiar drásticamente, en particular en al menos una subregión, por lo que se requiere una recalibración, con el fin de obtener resultados de medición correctos también después del cambio de la característica de transferencia.

De acuerdo con una realización de la presente invención, en base a los datos de precipitación atmosférica, se estima la característica de transferencia acústica, específicamente una propiedad de amortiguamiento de la región del suelo, específicamente resuelta espacialmente para al menos dos subregiones dentro de la región del suelo. Con la propiedad de amortiguamiento estimada, se puede realizar un reajuste de los parámetros de calibración. Las propiedades de amortiguamiento se pueden estimar utilizando un modelo físico o geológico teniendo en cuenta la constitución (física/química) de las (subregiones de la) región del suelo.

De acuerdo con una realización de la presente invención, los datos de humedad de la región del suelo se determinan a través de la medición usando sensores de humedad o a través de la estimación usando datos de precipitación atmosférica y una característica del suelo, en donde la característica de transferencia acústica de la región del suelo se estima a partir de los datos de humedad y la característica del suelo.

Los datos de humedad pueden comprender, por ejemplo, datos relativos al contenido de agua dentro de la región del suelo. La característica del suelo del suelo puede comprender información sobre el material, el tamaño de las partículas, etc. del suelo.

De acuerdo con una realización de la presente invención, los datos de humedad de la región del suelo o al menos los cambios en las condiciones del suelo se recopilan a partir de sensores de voltaje de corrosión catalítica que a menudo se instalan a lo largo de tuberías conectadas a tierra. Dichos sensores se instalan en combinación con medios de protección contra la corrosión catódica y controlan el voltaje o la corriente eléctrica entre un electrodo y la tubería. Los datos eléctricos medidos también dependen de las condiciones del suelo y, por lo tanto, pueden utilizarse como indicador de un cambio en las condiciones del suelo. Los datos eléctricos medidos pueden representar información a partir de la cual se produce un cambio temporal de una característica de transferencia acústica de la región del suelo. Los datos eléctricos pueden transmitirse al DAS. Con los datos eléctricos recopilados se puede realizar una calibración del sistema DAS.

De acuerdo con una realización de la presente invención, la calibración comprende ajustar al menos un parámetro de calibración del sistema de detección acústica en base a la característica de transferencia acústica modificada estimada.

El parámetro de calibración puede relacionarse con la generación o emisión del pulso de luz coherente, puede relacionarse con la recepción o detección de la luz retrodispersada o puede relacionarse con el procesamiento de la luz detectada. De ese modo, se puede lograr fácilmente una calibración.

De acuerdo con una realización de la presente invención, la obtención de la información comprende medir un cambio temporal de una característica de transferencia acústica de la región del suelo.

La medición puede implicar la generación de señales acústicas, la transferencia de las señales a través de (al menos una parte de) la región del suelo y la detección de las señales acústicas transferidas. El cambio temporal puede deducirse de las medidas respectivas en al menos dos puntos de tiempo diferentes, por ejemplo, un punto de tiempo inicial y un punto de tiempo actual. Si los resultados de la medición difieren, se puede inferir un cambio temporal de las características de transferencia acústica.

De acuerdo con una realización de la presente invención, medir el cambio temporal de una característica de transferencia acústica de la región del suelo comprende generar un patrón acústico predeterminado a partir de al menos una, en particular al menos dos fuente(s) acústica(s) en la proximidad de la fibra óptica en al menos dos ubicaciones, transmitiendo el patrón acústico generado a través de al menos una parte de la región del suelo y detectando un patrón de intensidad del patrón acústico transmitido.

La fuente acústica puede comprender, por ejemplo, un altavoz. Las fuentes acústicas pueden estar dispuestas de manera fija en diferentes subregiones de la región del suelo del suelo, para permitir una calibración resuelta espacialmente. Las fuentes acústicas pueden, en particular, distribuirse dentro de la región del suelo de manera que solo una fuente acústica esté dispuesta dentro de una región que tenga las mismas características del suelo, es decir, el mismo o similar material del suelo y tamaño de las partículas del suelo. Inicialmente, las características del suelo que rodea la fibra óptica en las diferentes subregiones pueden determinarse utilizando datos geológicos o geográficos (por ejemplo, mediciones). Esto puede permitir colocar ventajosamente las diferentes fuentes acústicas. Establecer el patrón acústico transmitido detectado en relación con el patrón acústico generado puede permitir derivar uno o más parámetros de calibración.

De acuerdo con una realización de la presente invención, la fuente acústica es, en particular sustancialmente horizontal, móvil y está montada en un vehículo configurado para circular sobre una superficie de la tierra por encima, específicamente de forma lateral cerca de la fibra óptica.

Cuando la fuente acústica es móvil usando un vehículo que circula sobre la superficie de la tierra, la calibración en diferentes ubicaciones del cable óptico se puede simplificar. En este caso, una sola fuente acústica montada en el vehículo puede ser suficiente para realizar de manera efectiva una calibración resuelta espacial y temporalmente.

De acuerdo con una realización de la presente invención, el vehículo tiene acoplado un geófono que puede insertarse parcialmente desde arriba de la superficie en la región del suelo para detectar el patrón acústico transmitido. Por tanto, el vehículo también lleva un receptor para recibir las señales acústicas transferidas a través de una parte de la región del suelo. Por lo tanto, el método puede simplificarse aún más.

De acuerdo con una realización de la presente invención, el patrón acústico transmitido no es detectado por un receptor acústico adicional, como un micrófono o un geófono, sino que utiliza el sistema de detección acústica distribuida. Por lo tanto, se puede prescindir de un receptor acústico adicional, simplificando así el método.

De acuerdo con una realización de la presente invención, la detección del patrón acústico transmitido comprende la detección del patrón acústico transmitido utilizando al menos dos receptores acústicos, en particular un micrófono y/o un geófono, ubicados en diferentes lugares cerca de la fibra óptica.

Los dos receptores acústicos pueden estar dispuestos en particular cerca de la fibra óptica, por ejemplo a menos de 1 m de la fibra óptica. En otras realizaciones, los receptores acústicos pueden estar más lejos o más cerca de la fibra óptica.

De acuerdo con una realización de la presente invención, calibrar comprende comparar el patrón acústico transmitido detectado por el sistema de detección acústica distribuida y el patrón acústico transmitido detectado por al menos dos receptores acústicos y ajustar al menos un parámetro de calibración del sistema de detección acústica basado en la comparación/diferencia.

En esta realización, el patrón acústico transmitido detectado por los al menos dos receptores acústicos puede servir como referencia. En particular, ventajosamente, el receptor debería estar separado de las fuentes acústicas a una distancia similar a la que está separada la (sección de la) fibra óptica de la(s) fuente(s) acústica(s). En este caso, la atenuación de una intensidad de una señal acústica de transferencia debería ser similar tanto para el receptor acústico como para la fibra óptica, suponiendo que las características de transferencia acústica sean similares o iguales. El método puede comprender además derivar una diferencia entre el patrón acústico transmitido detectado por el sistema de detección acústica distribuida y el patrón acústico transmitido detectado por los al menos dos receptores acústicos. En la presente, la detección del patrón es una detección resuelta espacialmente. De este modo, el patrón acústico transmitido que se detecta está relacionado con una zona o sección particular de la fibra óptica. A esta zona está asociado uno de los al menos dos receptores (en particular, el receptor más próximo a esta zona de la fibra óptica). Se calcula la diferencia de la señal detectada por el sistema de detección distribuida y el receptor respectivo en la subregión respectiva y el parámetro de calibración (para esta subregión o sección particular de la fibra óptica) se ajusta en función de la comparación o la diferencia calculada en relación con esta subregión particular o sección de la fibra óptica.

De acuerdo con una realización de la presente invención, el parámetro de calibración comprende al menos uno de un umbral de alarma, una intensidad de fuente de luz, una ganancia de amplificación/sensibilidad del receptor, una resolución espacial, una frecuencia de muestreo, en particular un tiempo entre dos pulsos, una ancho de pulso, en particular una duración de pulso. Son posibles otros parámetros de calibración.

De acuerdo con una realización de la presente invención, el método comprende además calibrar inicialmente el sistema de detección acústica distribuido en base a una característica de transferencia acústica inicial conocida de la región del suelo en al menos dos subregiones de la región del suelo.

Las características iniciales de transferencia acústica pueden estimarse a partir de la constitución del suelo o pueden medirse.

De acuerdo con una realización de la presente invención, la calibración se activa automáticamente cuando se indica o detecta un cambio de las características de transferencia acústica. El cambio de las características de transferencia acústica puede indicarse, por ejemplo, cuando se produce una fuerte lluvia o precipitación. En particular, la calibración puede realizarse localmente solo en aquellas subregiones de la región del suelo en la que se indica un cambio de la característica de transferencia acústica. Por lo tanto, los recursos de procesamiento pueden reducirse.

En otras realizaciones, la calibración se puede realizar periódicamente, tal como una vez al día, una vez a la semana, una vez al mes o similar.

De acuerdo con una realización de la presente invención, el método comprende además recibir información sobre perturbaciones acústicas planificadas o en curso en al menos una subregión de la región del suelo, en particular debido a trabajos de construcción, y ajustar un umbral de alarma del sistema de detección acústica distribuida en la subregión respectiva, a fin de reducir las falsas alarmas.

Cuando el sistema de detección acústica distribuida detecta una perturbación que tiene una intensidad por encima del umbral de alarma, el sistema de detección acústica distribuida puede indicar una alarma. La alarma puede alertar al personal de que ocurre una falla, daño o disfunción del objeto controlado en una subsección o subregión en particular. Sin embargo, cuando la perturbación detectada se debe a una actividad no relacionada con el objeto controlado, se puede dar una falsa alarma en un sistema convencional. Una falsa alarma puede reducirse o incluso evitarse si se aumenta el umbral de alarma, cuando se considera una perturbación acústica planificada o en curso debido a una actividad externa.

De acuerdo con una realización de la presente invención, el método comprende además determinar parámetros de calibración iniciales, específicamente umbrales de alarma y/o factores de sensibilidad y/o niveles de sensibilidad, para todas las subregiones de la región del suelo, restablecer los parámetros de calibración en respuesta a la información sobre un cambio temporal de una característica de transferencia acústica de la región del suelo, específicamente reduciendo los umbrales de alarma correspondientes a las subregiones donde se producen precipitaciones, específicamente aumentando los factores o niveles de sensibilidad en las subregiones donde se producen heladas.

Debe entenderse que las características divulgadas, descritas, explicadas o proporcionadas individualmente para un método para calibrar un sistema de detección óptica, específicamente un sistema de detección acústica distribuido, también se aplican, individualmente o en cualquier combinación, a un sistema de detección (acústico) de fibra óptica distribuida según realizaciones de la presente invención y viceversa.

De acuerdo con una realización de la presente invención, se proporciona un sistema de detección (acústica) de fibra óptica distribuida que comprende una fuente de luz para generar pulsos de luz coherente, una fibra óptica dispuesta al menos parcialmente en una región del suelo para guiar la luz, un un fotodetector para detectar la luz dispersa que regresa de la fibra óptica en función del tiempo, un receptor de información configurado para obtener información a partir de la cual se puede derivar un cambio temporal de una característica de transferencia acústica de la región del suelo y un calibrador configurado para calibrar el sistema de detección acústica distribuida basado en la característica de transferencia acústica modificada.

El sistema de detección acústica distribuida está adaptado para realizar un método de calibración según una realización de la presente invención.

A continuación se describen e ilustran realizaciones de la presente invención en los dibujos adjuntos. La invención no se limita a las realizaciones descritas o ilustradas.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 ilustra esquemáticamente un sistema de detección acústica distribuida según una realización de la presente invención;

la figura 2 ilustra esquemáticamente otro sistema de detección acústica distribuida según una realización de la presente invención;

la figura 3 ilustra esquemáticamente otro sistema de detección acústica distribuida según una realización de la presente invención;

la figura 4 ilustra esquemáticamente otro sistema de detección acústica distribuido adicional según una realización de la presente invención; y

La figura 5 ilustra esquemáticamente otro sistema de detección acústica distribuido adicional según una realización de la presente invención.

Descripción detallada

Las realizaciones de la presente invención proporcionan un procedimiento de calibración innovador para un sistema de detección de fibra óptica distribuida y más particularmente pero no exclusivamente de un sistema de detección acústica distribuida, para superar la mala interpretación de una alteración como se menciona en el sistema convencional. Cabe señalar que elementos o estructuras similares en estructura y/o función en las diferentes figuras 1 a 5 están etiquetadas con signos de referencia que solo difieren en el primer dígito. Una descripción de un elemento no descrito en detalle en una realización particular puede tomarse de la descripción de este elemento en otra realización ilustrada en las figs. 1 a 5.

La figura 1 ilustra esquemáticamente un sistema de detección acústica distribuida 100 según una realización de la presente invención que está adaptado para llevar a cabo un método para calibrar dinámicamente un sistema de detección (acústico) de fibra óptica distribuida según una realización de la presente invención.

El sistema 100 comprende, en particular integrado en un interrogador DAS 102, una fuente de luz 101 para generar pulsos de luz coherente 103. El sistema 100 comprende además una fibra óptica 105 dispuesta al menos parcialmente en una región del suelo 107, donde la fibra óptica 105 está habilitada para guiar la luz 103. La fibra óptica 105 está dispuesta cerca de un objeto 129 a controlar, como una tubería, un cable eléctrico, un tubo o similar. El sistema 100 comprende además un fotodetector 109 para detectar, en función del tiempo, la luz dispersada 111 que regresa de la fibra óptica 105. Usando un divisor 113, la luz generada 103 se acopla a la fibra óptica 105 y la luz de retorno 111 se guía al fotodetector 109.

El sistema 100 comprende además un receptor de información 115 que está configurado para obtener información 117 a partir de la cual se puede obtener un cambio temporal de una característica de transferencia acústica de la región 107 del suelo, en particular resuelta espacialmente en varias subregiones 119, 121, 123. El sistema 100 comprende además un calibrador 125 que está configurado para calibrar el sistema 100 de detección acústica distribuida en función de la característica de transferencia acústica modificada 127 que en la realización ilustrada es emitida por el receptor de información 115.

Como se puede apreciar en la figura 1, la fibra óptica 105 está dispuesta debajo de la superficie de la tierra 128 en diferentes subregiones 119, 121, 123 de la región del suelo 107. Las características del suelo, como el material, el tamaño de las partículas, las propiedades físicas y las propiedades químicas en las diferentes subregiones 119, 121 y 123 pueden ser diferentes, lo que da como resultado diferentes características de transferencia acústica 127.

La información 117 comprende información especialmente resuelta perteneciente a las diferentes subregiones 119, 121 y 123. De acuerdo con la realización ilustrada en la Fig. 1, la información 117 se deriva o comprende información meteorológica 131 que está disponible (por ejemplo, a través de Internet u otra red) desde una fuente 133 y suministrada al receptor de información 115 por cable eléctrico, por cable óptico o de forma inalámbrica como se ilustra esquemáticamente por la flecha 135. La obtención de la información 117 puede implicar una comunicación bidireccional en la que, por ejemplo, se envían coordenadas o datos de localización 137 a la fuente de información meteorológica 133 y los datos meteorológicos 131 comprenden información meteorológica específica de la región, en particular con respecto a las diferentes subregiones 119, 121, 123.

En el caso de grupos de trabajo en las proximidades del cable sensor, la información 118 puede recibirse en el procesador 110 y puede usarse para ajustar el umbral de alarma del sistema de medición. Otra forma de recopilar información que se puede usar para ajustar el umbral de alarma o para verificar una alarma es usar un denominado dron que puede operar de forma semiautónoma o totalmente autónoma. El uso de dicha información adicional recopilada de bases de datos externas puede permitir reducir las falsas alarmas del sistema de medición. También puede ser posible utilizar dicha información recopilada adicional no solo en combinación con las mediciones de vibración de un sensor acústico distribuido sino también en combinación con un sensor de temperatura distribuido (DTS) para reducir las falsas alarmas.

En una realización ejemplar de la invención, la fibra sensora 103 se divide en secciones virtuales de detección a lo largo del cable sensor. Durante una calibración inicial, se eligen umbrales de alarma para cada una de las secciones de detección, por lo que se pueden elegir umbrales de alarma idénticos para diferentes secciones de detección. Se puede usar un paso de recalibración o información recopilada adicional para variar el umbral de alarma en función de dicha información adicional. El umbral de alarma se puede aumentar y disminuir también mediante la información adicional. Por ejemplo, la base de datos meteorológicos en línea responde a una fuerte lluvia a lo largo de una o más secciones de detección, y el umbral de alarma se reduce a lo largo de estas secciones. Posteriormente, las condiciones climáticas cambiantes a lo largo de dichas secciones de detección pueden aumentar el umbral de alarma.

En otra realización ejemplar de la invención, la fibra sensora 103 se divide en secciones virtuales de detección a lo largo de la fibra sensora 103. Durante una calibración inicial, se eligen datos de sensibilidad para cada una de las secciones de detección, por lo que se pueden elegir datos de sensibilidad idénticos para diferentes secciones de detección. Se utiliza un paso de recalibración o información recopilada adicional para variar los datos de sensibilidad preseleccionados en función de dicha información adicional. Los datos de sensibilidad se pueden aumentar y disminuir también mediante la información adicional. Por ejemplo, la base de datos meteorológicos en línea responde a una noche fría con escarcha a lo largo de una o más secciones de detección, y los datos de sensibilidad aumentan a lo largo de estas secciones. Las condiciones climáticas o de temperatura cambiantes a lo largo de dichas secciones de detección pueden reducir posteriormente los datos de sensibilidad.

En otra realización ejemplar adicional de la invención, la fibra sensora 103 se divide en secciones virtuales de detección a lo largo del cable sensor. Durante una calibración inicial, se eligen datos de sensibilidad para cada una de las secciones de detección, por lo que se pueden elegir datos de sensibilidad idénticos para diferentes secciones de detección, y cada una de las secciones de detección tiene más de un único dato de sensibilidad relacionado. En particular, los datos de sensibilidad pueden comprender al menos dos, más particularmente tres y aún más particularmente cuatro niveles de sensibilidad. La información adicional recopilada puede cambiar los datos de sensibilidad de manera que el nivel de sensibilidad actual aumente o disminuya. Para mayor claridad, vale la pena mencionar que el nivel de sensibilidad más alto no se puede aumentar más, así como el nivel de sensibilidad más bajo no se puede disminuir más. En caso de que se establezca el nivel máximo de nivel de sensibilidad y los datos adicionales indiquen un mayor aumento, lo que quizás no sea posible en la configuración seleccionada del sistema de medición, se escribe un mensaje correspondiente en el archivo de registro del sistema de medición. El mismo procedimiento también se aplica a la inversa en caso de que ya se alcance el nivel mínimo de sensibilidad y la información adicional indique que el nivel de sensibilidad debe reducirse aún más.

Las características de la realización 100 ilustrada en la Fig. 1 pueden aplicarse también a las otras realizaciones ilustradas en las Figs. 2 a 5 y viceversa.

La figura 2 ilustra otro sistema de detección acústica distribuida 200 según una realización de la presente invención. A diferencia de la realización ilustrada en la Fig. 1, el sistema 200 comprende además fuentes acústicas 239, 241 y 243 en las diferentes subregiones 219, 221 y 223. Las fuentes acústicas 239, 241, 243 pueden comprender, por ejemplo, un altavoz y un circuito asociado y suministro de energía. Las fuentes acústicas 239, 241 y 243 están adaptadas para generar patrones acústicos predeterminados 245, 247 y 249 que luego se transfieren o transmiten a través de al menos una parte de las respectivas subregiones 219, 221, 223 de la región del suelo 207 hacia una sección respectiva de la fibra óptica 205 en la misma subregión. Se detecta un patrón de intensidad para cada una de las subregiones 219, 221 y 223 utilizando la fibra óptica y el fotodetector 209 y el procesador 110 procesa la luz retrodispersada recibida y también controla la fuente de luz 201.

En base a la comparación del patrón acústico predeterminado 245, 247 y 249 generado y transmitido y las señales respectivas detectadas por el fotodetector guiadas de regreso por la fibra óptica 205, se puede realizar una calibración, en particular cuando las propiedades de transferencia acústica o las características de transferencia acústica en las diferentes subregiones 219, 221, 223 cambian, por ejemplo, debido al cambio del contenido de agua. Las fuentes acústicas 239, 241, 243 son controladas por el controlador 251 mediante señales de control 252 que son controladas por el procesador 210.

En esta realización, el receptor de información puede estar formado al menos parcialmente por el fotodetector 209 y el procesador 210. Adicionalmente y opcionalmente, también en la realización 200 ilustrada en la figura 2, se puede recibir información adicional de Internet como se describe en el sistema 100 ilustrado en la figura 1.

La figura 3 ilustra otro sistema de detección acústica distribuida 300 según una realización de la presente invención. En esta realización, se proporciona una fuente acústica móvil 353 que está adaptada para moverse en una dirección horizontal 355, es decir, sustancialmente paralela a la superficie 328 de la tierra por encima de la fibra óptica 305. Además, el sistema 300 comprende un receptor móvil 357 que está adaptado para detectar una señal acústica predeterminada 347 transmitida a través de una parte de una de las subregiones 319, 321 y 323. En particular, la fuente acústica 353 y el receptor acústico 357 pueden montarse en un vehículo 359 que está adaptado para circular por la superficie 328 de la tierra. El receptor acústico 357 puede implementarse, por ejemplo, como un micrófono o un geófono. En la realización ilustrada en la figura 3, la señal acústica predeterminada 347 se detecta utilizando el receptor acústico 357. Por lo tanto, en la presente realización, la información 317 a partir de la cual se puede obtener un cambio temporal de la característica de transferencia acústica de la región del suelo 307 comprende datos de medición 358 del receptor acústico 357. La información de medición 117 se proporciona al procesador 310 que, junto con el receptor 357, puede representar un receptor de información 315. Pueden proporcionarse una o más fuentes acústicas móviles y receptores acústicos. Además, también el sistema 300 ilustrado en la figura 3 también puede recibir información sobre el clima en las diferentes subregiones, como se explica e ilustra en la figura 1.

La figura 4 ilustra otro sistema 400 de un sistema de detección acústica distribuida según una realización de la presente invención. En la presente, en cada una de las subregiones 419, 421,423, se proporciona un par de una fuente acústica 439, 441, 443 y un receptor acústico asociado 440, 442, 444. Las fuentes acústicas 439, 441, 443 generan dinámicamente en diferentes momentos (específicamente cuando cambian las condiciones externas) señales acústicas predeterminadas 445, 447, 449 que se transfieren a través de una parte del suelo y que son recibidas por los respectivos receptores acústicos 440, 442, 444. Los datos de medición 458 se suministran al procesador 410. El procesador 410 también recibe resultados de medición detectados por el fotodetector 409 que se deben a la alteración acústica provocada por las señales acústicas 445, 447 y 449 y detectada por la fibra óptica 405. El procesador 410 compara los resultados y ajusta al menos un parámetro de calibración del sistema 400 en base a los resultados de la comparación.

De acuerdo con esta realización, se proporciona un interrogador 402 (por ejemplo, configurado como en las figuras 1, 2, 3) para la generación e interpretación de señales conectado a la fibra óptica 405. Por lo tanto, al menos un transmisor 439 (también denominado Tx1) está enterrado en el suelo que alberga la fibra del sensor óptico 405 y al menos un receptor 440 (también etiquetado como Rx1) ubicado junto con la fibra óptica 405 para estar expuesto a similares propiedades del suelo. El número de transmisores Tx y receptores Rx puede depender de la partición del área 407 que aloja a la fibra sensora 405 en zonas o subregiones 419, 421,423 con propiedades físicas/químicas similares. De acuerdo con una realización, se pueden proporcionar varios pares de transmisores y receptores en una única subregión o zona.

Como puede apreciarse en la Fig. 4, los transmisores 439, 441, 443 y los receptores 440, 442, 444 están instalados cerca de la fibra sensora 405. Tx se puede implementar de tal manera que se pueda cubrir una parte suficiente de la fibra sensora 405 (por ejemplo, 10 m). La posición del receptor Rx puede elegirse para que esté cerca de la propia fibra sensora.

De acuerdo con una realización, la fuente acústica Tx puede ser un transductor que convierte, por ejemplo, una señal eléctrica en la cantidad física objetivo (por ejemplo, una señal acústica, un pulso de calor, una onda electromagnética) para generar la alteración en la fibra sensora 405. Para un sistema acústico distribuido, Tx puede incluir, por ejemplo, un dispositivo electroacústico como un altavoz, un transductor táctil, etc., o un dispositivo electromecánico tal como un motor o cualquier combinación de ellos. Algunas realizaciones de Rx son un transductor que convierte la cantidad física transmitida, por ejemplo, en una señal eléctrica. Especialmente para un sistema acústico distribuido, Rx puede incluir un dispositivo acústico eléctrico como un micrófono, un geófono, un hidrófono, etc., o cualquier combinación de ellos. Tx y Rx también pueden combinarse en un aparato transceptor para facilitar la instalación.

El interrogador 402 puede, en un primer paso, generar patrones de señal predeterminados 445, 447, 449 transmitidos a través de Tx a través del medio circundante al cable sensor y Rx. El patrón predefinido puede incluir señales de referencia a frecuencias específicas y señales de perturbaciones directas, como señales de fugas acústicas simuladas, o alteraciones indirectas, como señales de excavación simuladas, etc. Estos patrones pueden guardarse previamente en una base de datos del interrogador 402 en base a pruebas preliminares de simulación. La respuesta espectral acústica recibida por Rx y la respuesta espectral acústica recuperada generada a partir de la perturbación en la señal óptica reflejada en la fibra sensora 405 se transfieren al interrogador 402. La transmisión de la señal de referencia del interrogador a Tx y de la señal Rx al interrogador se puede realizar eléctricamente a través de un cable eléctrico, ópticamente a través de una fibra óptica o también de forma inalámbrica a través de radiofrecuencias, por ejemplo.

El siguiente paso en el procedimiento de calibración se puede realizar comparando la señal Rx con la señal de la fibra del sensor en cada subregión 419, 421 y 423. Dependiendo de la diferencia entre el par de señales respectivo, se puede determinar un factor de corrección dependiente de la frecuencia, mientras que los parámetros del sistema y de alarma, como los valores de entrada y salida del emisor y receptor del interrogador, los valores de umbral de alarma, la ganancia del amplificador, el muestreo frecuencia, etc. están adaptados. Este procedimiento puede repetirse sucesivamente hasta que la diferencia entre la señal Rx y la fibra converja. En caso de no convergencia, la señal Rx puede agregarse a la base de datos para usarse como señal de referencia.

Debido a los posibles cambios temporales de las propiedades del suelo en las subregiones 419, 421, 423 causados, por ejemplo, por condiciones climáticas cambiantes (en particular precipitaciones o precipitaciones), el procedimiento de calibración puede volver a ejecutarse a intervalos de tiempo definidos o predefinidos en la subregión correspondiente. Al recalibrar periódicamente el sistema de detección distribuido, se puede evitar una interpretación incorrecta de la perturbación o la falta de alarma de la amenaza, ofreciendo una calibración dinámica del sistema de detección de fibra óptica distribuida. Este tipo de proceso puede proporcionar un método de alerta temprana para cambios en las condiciones de instalación al proporcionar una señal de latido que asegura que las condiciones normales de funcionamiento y de los activos estén garantizadas. Las unidades o transceptores Tx/Rx también pueden combinarse con otros tipos de sensores, como el sensor de humedad 457 dispuesto en las diferentes subregiones. De este modo se puede medir el contenido de agua.

En los sistemas convencionales, las medidas de calibración insuficientes pueden generar falsas alarmas. Por lo tanto, otro objetivo o propósito de la presente invención es reducir la tasa de falsas alarmas en el sistema de medición. Por lo tanto, es posible volver a ejecutar el procedimiento de calibración muy a menudo. No obstante, se realizarán procedimientos de calibración innecesarios, lo que reduce la disponibilidad del sistema de medición. Por lo tanto, además de un procedimiento de calibración regular o inicial, se propone realizar procedimientos de calibración adicionales automáticamente, pero solo cuando se esperan cambios en las condiciones ambientales. Para resolver este subproblema, se sugiere que se utilice información disponible adicional 417, 418 (por ejemplo, información meteorológica en línea o información sobre grupos de trabajo actuales en la proximidad del cable sensor) con el sistema de medición. En el caso de la información meteorológica, la tarea se resuelve, por ejemplo, mediante una consulta y una base de datos meteorológica en línea, como se explica con referencia a la figura 1. Hoy en día, muchas de estas bases de datos meteorológicas están disponibles en línea y ofrecen la llamada interfaz de programación de aplicaciones (API). Las coordenadas geográficas seleccionadas a lo largo del sensor de fibra óptica 405 se pueden transmitir a la base de datos meteorológica y se pueden recibir datos de precipitación y temperatura. La consulta de la base de datos la realiza una unidad de procesamiento, como por ejemplo el procesador 410 que puede estar integrado en el interrogador o ser una unidad de procesamiento vinculada al dispositivo de medición DAS.

Los datos meteorológicos recibidos pueden desencadenar acciones adicionales según el umbral preseleccionado para la lluvia y pueden desencadenar una medición de calibración. El operador del sistema puede seleccionar individualmente un umbral de lluvia. El método de calibración puede entonces aplicarse cuando cambien las propiedades del medio que rodea al cable del sensor. Por lo tanto, el método de calibración no se lleva a cabo necesariamente a intervalos de tiempo periódicos.

Para reducir el número de unidades de calibración a instalar, se puede utilizar al menos un aparato móvil. Esta posible implementación se muestra en la Figura 3. En este caso, el aparato se puede mover manual o automáticamente de una zona a otra dependiendo de las propiedades del suelo en cada región. También se puede realizar una combinación de las realizaciones de las figuras 4 y 3.

Una posible realización del aparato de calibración se puede realizar usando al menos una fuente acústica Tx sin el uso de un receptor acústico adicional Rx, como se ilustra en la Fig. 2. En este caso, el procedimiento de calibración se realiza comparando la señal de la fibra del sensor en la zona correspondiente directamente con la señal Tx. Los otros pasos de calibración que incluyen la transmisión de la señal, el ajuste de los parámetros de alarma del sistema, etc., se aplican de manera similar en esta realización. Es posible una combinación de las realizaciones de las Figuras 2 y 4 sin Rx y usando fibras ópticas separadas o una combinación de las realizaciones de las figuras 3 y 2 con una unidad móvil. Esta realización también se aplica utilizando el aparato ilustrado en la figura 4. En este caso, Rx puede instalarse, omitirse inicialmente y usarse posteriormente si la fibra presenta efectos de envejecimiento y/o las variaciones entre las señales de Tx y la fibra son considerables.

La figura 5 ilustra otro sistema de detección acústica distribuido 500 según una realización de la presente invención que tiene muchas similitudes con el sistema 400 ilustrado en la figura 4. A diferencia del sistema ilustrado en la figura 4, el sistema 500 comprende para cada subregión una fibra óptica asociada 504, 505, 506. El uso de más de una fibra óptica para medir alteraciones puede mejorar la precisión y confiabilidad de los resultados.

La señal general recibida de las alteraciones en la fibra en todas las zonas se puede describir como una función del u(t) = SJL-Ujft-ti)

tiempo t como ' - La localización de cada alteración recibida ui(t) se puede realizar analizando la señal total en cada marca de tiempo ti, que depende de la distancia de la alteración desde el interrogador li y la velocidad de la luz en la fibra c como ti = 2 c/li . Alternativamente, la asignación de zonas puede basarse en una separación física de las secciones del sensor mediante el uso de una fibra separada para cada zona en cables de fibra únicos o múltiples. El interrogador 502 incluye en este caso múltiples salidas y un dispositivo de conmutación para alimentar cada fibra por separado.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Método para calibrar dinámicamente un sistema de detección acústica distribuida (100, 200, 300, 400, 500) que comprende una fuente de luz (101) para generar pulsos de luz coherente (103), una fibra optica (105) dispuesta al menos parcialmente en un terreno región del suelo (107) para guiar la luz y un fotodetector (109) para detectar la luz dispersada (111) que regresa de la fibra óptica (105) en función del tiempo,

comprendiendo el método:

obtener información (117) a partir de la cual se puede obtener un cambio temporal de una característica de transferencia acústica de la región del suelo (107); y

calibrar el sistema de detección acústica distribuida (100, 200, 300, 400, 500) en función de la característica de transferencia acústica modificada,

en donde la obtención de la información (117) comprende:

obtener información de influencia (131) sobre un factor de influencia que efectúa un cambio temporal de la característica de transferencia acústica; donde el método se caracteriza por comprender además:

estimar una característica de transferencia acústica modificada en base a la información de influencia, en donde obtener la información de influencia comprende adquirir información (131) meteorológica resuelta espacialmente con respecto a la precipitación atmosférica a partir de una fuente de información meteorológica (133).

2. Método según la reivindicación 1, en donde la obtención de la información (117) comprende:

obtener información resuelta espacialmente perteneciente a al menos dos subregiones (119, 121, 123) de la región del suelo (107).

3. Método según la reivindicación anterior, en donde la información meteorológica está disponible a través de Internet, específicamente desde al menos una estación meteorológica en al menos dos subregiones y/o desde un dron de vigilancia, en donde específicamente las coordenadas geográficas (137) a lo largo de la fibra óptica (105) se transmiten a la fuente de información meteorológica (133) y se reciben datos de precipitación atmosférica resueltos espacialmente.

4. Método según la reivindicación anterior,

en donde, dependiendo de si los datos de precipitación atmosférica indican precipitaciones por encima de un umbral en al menos una de las subregiones, se inicia la calibración en la subregión respectiva, y/o

donde en base a los datos de precipitación atmosférica se estima la característica de transferencia acústica, específicamente una propiedad de amortiguamiento de la región del suelo, específicamente resuelta espacialmente para al menos dos subregiones dentro de la región del suelo.

5. Método según una de las reivindicaciones anteriores, en donde los datos de humedad (160) de la región del suelo se determinan a través de la medición usando sensores de humedad (157) o a través de la estimación usando datos de precipitación atmosférica y una característica del suelo, en donde la característica de transferencia acústica de la región del suelo se estima a partir de los datos de humedad y las características del suelo.

6. Método según una de las reivindicaciones anteriores,

en donde calibrar comprende:

ajustar al menos un parámetro de calibración del sistema de detección acústica en base a la característica de transferencia acústica modificada estimada; y/o

en donde la obtención de la información comprende:

medir un cambio temporal de una característica de transferencia acústica de la región del suelo.

7. Método según la reivindicación anterior, en donde medir el cambio temporal de una característica de transferencia acústica de la región del suelo comprende:

generar un patrón acústico predeterminado (245, 247, 249) a partir de al menos una, en particular al menos dos fuentes acústicas (239, 241, 243) en la proximidad de la fibra óptica (205) en al menos dos ubicaciones (219, 221, 223); transmitir el patrón acústico generado a través de al menos una parte de la región del suelo;

detectar un patrón de intensidad del patrón acústico transmitido.

8. Método según la reivindicación anterior,

donde la fuente acústica (353) es, en particular sustancialmente horizontal, móvil y está montada en un vehículo (359) configurado para conducir sobre una superficie (328) de la tierra por encima, específicamente de forma lateral cerca de la fibra óptica (305),

en donde, en particular, el vehículo (359) tiene un geófono (357) adjunto que puede insertarse parcialmente desde arriba de la superficie en la región del suelo (307) para detectar el patrón acústico transmitido.

9. Método según una de las reivindicaciones anteriores 7 u 8,

en donde la detección del patrón acústico transmitido comprende:

detectar el patrón acústico transmitido (245, 247, 249) utilizando el sistema de detección acústica distribuida; y/o detectar el patrón acústico transmitido utilizando al menos dos receptores acústicos (357, 440, 442, 444), en particular un micrófono y/o un geófono, situados en diferentes lugares cerca de la fibra óptica.

10. Método según una de las reivindicaciones anteriores 7 a 9, en donde la calibración comprende:

comparar el patrón acústico transmitido detectado por el sistema de detección acústica distribuida y el patrón acústico transmitido detectado por al menos dos receptores acústicos (357, 440, 442, 444);

ajustar al menos un parámetro de calibración del sistema de detección acústica en base a la comparación/diferencia.

11. Método según una de las reivindicaciones anteriores, en donde el parámetro de calibración comprende al menos uno de: un umbral de alarma, una intensidad de la fuente luminosa, una sensibilidad del receptor/ganancia de amplificación, una resolución espacial, una frecuencia de muestreo, en particular un tiempo entre dos pulsos, un ancho de pulso, en particular una duración de pulso.

12. Método según una de las reivindicaciones anteriores, que comprende además:

calibrar inicialmente el sistema de detección acústica distribuida en base a una característica de transferencia acústica inicial conocida de la región del suelo en al menos dos subregiones de la región del suelo, y/o

en donde la calibración se activa automáticamente cuando se indica un cambio de la característica de transferencia acústica.

13. Método según una de las reivindicaciones anteriores, que comprende además:

recibir información (118) sobre alteraciones acústicas planificadas o en curso en al menos una subregión (119, 121, 123) de la región del suelo, en particular debido a trabajos de construcción;

ajustar un umbral de alarma del sistema de detección acústica distribuido en la subregión respectiva, con el fin de reducir las falsas alarmas.

14. Método según una de las reivindicaciones anteriores, que comprende además:

determinar parámetros de calibración iniciales, en particular umbrales de alarma y/o factores de sensibilidad y/o niveles de sensibilidad, para todas las subregiones de la región del suelo;

restablecer los parámetros de calibración en respuesta a la información sobre un cambio temporal de una característica de transferencia acústica de la región del suelo, específicamente, reducir los umbrales de alarma correspondientes a las subregiones donde se producen precipitaciones, específicamente, aumentar los factores o niveles de sensibilidad en las subregiones donde se producen heladas en el suelo.

15. Un sistema de detección acústica distribuida (100, 200, 300, 400, 500), que comprende:

una fuente de luz (101) para generar pulsos de luz coherente (103);

una fibra óptica (105) dispuesta al menos parcialmente en

una región de suelo (107) para guiar la luz;

un fotodetector (109) para detectar luz dispersa (111) que regresa de la fibra óptica (105)

en función del tiempo;

un receptor de información (115; 205, 209, 210) configurado para obtener información (117) a partir de la cual se puede obtener un cambio temporal de una característica de transferencia acústica de la región del suelo; y un calibrador (125) configurado para calibrar el sistema de detección acústica distribuido en función de la característica de transferencia acústica modificada,

en donde la obtención de la información (117) comprende:

obtener información de influencia (131) sobre un factor de influencia que efectúa un cambio temporal de la característica de transferencia acústica; y caracterizado porque el sistema está configurado para estimar una característica de transferencia acústica modificada en base a la información de influencia,

en donde obtener la información de influencia comprende adquirir información meteorológica resuelta espacialmente (131) con respecto a la precipitación atmosférica desde una fuente de información meteorológica (133).