分布型光纤声波检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术的分布型光纤声波检测装置是采用了基于激光的相位噪声消除的新分布型声波测量方式即PNC(phase noise cancelling)‑DAS(distributed acoustic sensing)方式的分布型光纤声波检测装置。

Distributed optical fiber acoustic wave detecting device

Distribution type optical fiber acoustic detection device of the invention is the use of the new type distribution of acoustic measurement of laser phase noise elimination method based on PNC (phase noise cancelling) DAS (distributed acoustic sensing) distribution type optical fiber acoustic detection device mode.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】分布型光纤声波检测装置
本专利技术涉及采用光纤作为传感器，能够排除激光的相位噪声的影响来高灵敏度且高精度地检测到达其长度方向的各部位的声波的分布型光纤声波检测装置。
技术介绍
存在向光纤入射激光，在该光纤的长度方向的各部位测量到达光纤的声波，用作侵入检测装置的装置(例如参照专利文献1)。该装置根据来自激光源的脉冲光的后向散射光即瑞利后向散射光(以下，简称瑞利散射光)，测量该瑞利散射光的光纤的各部位中的强度变化。作为上述的侵入检测技术或感测油井、天然气井的技术，以往已知有采用分布型声波测量(DAS：distributedacousticsensing。以下也简称DAS)的方法(例如，参照非专利文献1)。如上所述，该方法采用瑞利散射光的强度变化，是简称为DAS-I(opticalintensity-basedDAS：基于光强度的DAS)的手法。DAS-I利用由声波使瑞利散射光的强度振动，信号处理本身简单，但是，灵敏度因位置而显著不同，声波的检测性能受限。另一方面，最近，称为DAS‐P(opticalphase-basedDAS：基于光学相位的DAS)的采用瑞利散射光的相位变化的手法正在实用化。DAS-P中，声波的空间积分成为瑞利散射光的相位，因此相位的空间微分成为必要。另外，相位在其性质上以环绕环绕(wrapping)的形态被观测，因此展开(求出连续形态的相位波形)也成为必要。因而，DAS-P与DAS-I相比，信号处理复杂，但是声波的波形具有可忠实再现的特征。采用上述任一分布型声波测量法，激光的相位噪声和接收器的观测噪声的两种噪声都会对声波的检测性能造成大影响，成为检测性能劣化的主要原因主要原因。另外，也必须考虑偏振的影响。这些主要原因中，能够通过采用脉冲压缩法提高信号的SN比来抑制观测噪声的影响(例如，参照专利文献2)。另外，能够通过采用偏振分集差式检波器等进行检波来抑制偏振的影响。现有技术文献专利文献[专利文献1]美国专利第5194847号说明书[专利文献2]国际公开第2013/051196号[专利文献3]国际公开第2010/136810号非专利文献[非专利文献1]“ApplyingDASinOil&GasOperations”，NovusLightTechnologiesToday，[online]，WrittenbyAnneFischer，8October2012，因特网<http：//www.novuslight.com/applying-das-in-oil-gas-operations_N320.html>[非专利文献2]“StatisticalpropertiesofRayleighbackscatteringinsingle-modefibers”，JournalofLightwaveTechnology，vol.8，no.4，1990，pp.561-567
技术实现思路
专利技术所要解决的技术问题但是，传统采用特殊激光源来应对激光的相位噪声的影响。即，传统的分布型声波测量中，以可使用的激光源的频率的线幅(半值幅)通常是10kHz以下为前提(例如，参照专利文献1)。这是因为，频率的线幅若大于10kHz，则无法检测声音，因此，原本就无法进行声波的观测。这样，传统能够用于声波观测的激光源受到制约。采用这样的激光源的传统的分布型声波测量中，存在以下的问题点。第一，激光源的频率的半值幅为10kHz以下的激光是外部谐振型的特殊激光，需要昂贵的激光源。第二，这样的外部谐振型的激光源中，例如在控制激光的振荡频率时，发生跳频(hopping)，无法使振荡频率连续地变化等，难以进行激光的驱动和控制。第三，这样的窄线幅的激光源的用途限于DAS，因此，无法与称为BOTDR(BrillouinOpticalTimeDomainReflectometry：布里渊光时域反射仪)、TW-COTDR(TunableWavelengthCoherentOpticalTimeDomainReflectometry：可调谐波长相干光时域反射仪)的其他光纤感测共用，因此，如果要共用，需要至少2种以上的激光源。本专利技术鉴于上述的课题而提出，目的是提供为了使采用通常的激光源的声波测量成为可能而采用基于激光的相位噪声消除的新分布型声波测量方式的分布型光纤声波检测装置。解决技术问题所采用的技术手段本专利技术所涉及的分布型光纤声波检测装置，其特征在于，通过由声波发生的光纤的失真扰乱向该光纤入射的激光的后向散射光，来测定被测定对象即声波的分布状态，其特征在于，具备：激光源；对上述激光进行脉冲整形形成光脉冲并将该光脉冲注入上述光纤的脉冲发生器；使上述激光延迟一定时间后注入上述脉冲发生器的延迟电路；切换开关从而使得上述激光直接注入上述脉冲发生器或经由上述延迟电路注入的开关电路；对在上述光纤中后向散射而返回该光纤的入射端的瑞利散射光进行检波、提取中频信号即IF信号的检波器；以及处理由该检波器提取出的上述IF信号并转换为基带信号的信号处理器，测量上述被测定对象的声波期间，通过切换上述开关电路的开关，使声波探测用的光脉冲和该声波探测用的光脉冲的复制脉冲分别按第奇数个和第偶数个以一定的时间间隔反复，交替注入上述光纤，并且，上述信号处理器处理从瑞利散射光的第偶数个信号减去其前一个的第奇数个信号后的IF信号。专利技术效果根据本专利技术，激光源即使不采用其频率的半值幅为10kHz以下的激光，也能够用通常的激光源进行声波测量。因而，激光的驱动和控制变得容易。另外，具有能够与BOTDR、TW-COTDR这样的其他光纤感测共用的显著效果。附图说明图1是表示成为本专利技术实施例1所涉及的分布型光纤声波检测装置的前提的装置的基本结构的一例的图。图2是图1的A部放大图。图3是表示DAS-I的信号分量和声波的振幅的关系的一例的图。图4是表示DAS-P的信号分量和声波的振幅的关系的一例的图。图5是表示本专利技术实施例1所涉及的分布型光纤声波检测装置的基本结构的一例的图。图6是表示本专利技术实施例1所涉及的分布型光纤声波检测装置的模拟中采用的声波的一例的图。图7是表示对图6的声波进行DAS-I的信号处理而获得的强度的时间波形的一例的图。图8是将对图6的声波进行DAS-I的信号处理而获得的空间波形在整个时段重叠绘制的图。图9是用时间对图7的强度的时间波形微分后的波形的图。图10是将用图9的时间微分后的波形在整个时段重叠绘制的结果的示图。图11是本专利技术实施例1所涉及的PNC-DAS-I的情况的模拟结果的一例，是将强度的时间波形用时间微分后的波形的图。图12是本专利技术实施例1所涉及的PNC-DAS-I的情况的模拟结果的一例，是将用图11的时间微分后的波形在整个时段重叠绘制的图。图13是对图6的声波进行DAS-P的信号处理而获得的模拟结果的一例，是表示相位的空间微分的时间波形的一例的示图。图14是将图13所示的DAS-P的时间波形在整个时段重叠绘制的图。图15是将图13的相位的空间微分的时间波形用时间微分后的图。图16是将用图15的时间微分后的波形在整个时段重叠绘制的图。图17是本专利技术实施例1所涉及的PNC-DAS-P的情况的模拟结果，是将相位的空间微分的时间波形用时间微分后的图。图18本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分布型光纤声波检测装置，其特征在于，利用由声波产生的光纤的失真来扰乱向该光纤入射的激光的后向散射光，从而测定被测定对象即的声波的分布状态，其特征在于，具备：激光源；对所述激光进行脉冲整形形成光脉冲并将该光脉冲注入所述光纤的脉冲发生器；使所述激光延迟一定时间后注入所述脉冲发生器的延迟电路；切换开关来使所述激光直接注入所述脉冲发生器或经由所述延迟电路注入的开关电路；对在所述光纤中后向散射而返回到该光纤的入射端的瑞利散射光进行检波并提取中频信号即IF信号的检波器；以及处理由该检波器提取出的所述IF信号并转换为基带信号的信号处理器，测量所述被测定对象的声波期间，通过切换所述开关电路的开关，使声波探测用的光脉冲和该声波探测用的光脉冲的复制脉冲分别按第奇数个和第偶数个以一定的时间间隔反复交替注入所述光纤，并且，所述信号处理器处理从瑞利散射光的第偶数个信号减去其前一个的第奇数个信号后的IF信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种分布型光纤声波检测装置，其特征在于，利用由声波产生的光纤的失真来扰乱向该光纤入射的激光的后向散射光，从而测定被测定对象即的声波的分布状态，其特征在于，具备：激光源；对所述激光进行脉冲整形形成光脉冲并将该光脉冲注入所述光纤的脉冲发生器；使所述激光延迟一定时间后注入所述脉冲发生器的延迟电路；切换开关来使所述激光直接注入所述脉冲发生器或经由所述延迟电路注入的开关电路；对在所述光纤中后向散射而返回到该光纤的入射端的瑞利散射光进行检波并提取中频信号即IF信号的检波器；以及处理由该检波器提取出的所述IF信号并转换为基带信号的信号处理器，测量所述被测定对象的声波期间，通过切换所述开关电路的开关，使声波探测用的光脉冲和该声波探测用的光脉冲的复制脉冲分别按第奇数个和第偶数个以一定的时间间隔反复交替注入所述光纤，并且，所述信号处理器处理从瑞利散射光的第偶数个信号减去其前一个的第奇数个信号后的IF信号。2.权利要求1所述的分布型光纤声波检测装置，其特征在于，还具备：调制从所述脉冲发生器出射...

【专利技术属性】
技术研发人员：西口宪一，岸田欣增，李哲贤，
申请(专利权)人：光纳株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP