專利名稱：光纖分布式感測的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖(fibre optic)分布式感測，并且特別地涉及光纖分布式聲學(xué)感測。具體地，本發(fā)明涉及用于提供多個獨立的感測功能的分布式聲學(xué)感測的方法和裝置。
背景技術(shù)：
利用光纖(optical fibre)的各種傳感器是已知的。許多這樣的傳感器依賴于光纖點傳感器或離散反射地點諸如光纖(Hbre)Bragg光柵等，其沿光纖的長度布置。可以分析來自離散點傳感器或反射地點的返回以提供離散傳感器或反射地點附近的溫度、應(yīng)變和 /或振動的指示。使用離散反射地點或光纖點傳感器的這樣的傳感器需要特殊地制造包括傳感器部分的光纖。此外，傳感器在光纖內(nèi)的分布是固定的。全分布式光纖傳感器也是已知的，其中使用來自光纖的連續(xù)長度的本征散射。這樣的傳感器允許使用沒有故意引入的諸如光纖Bragg光柵等的反射地點的標(biāo)準(zhǔn)光纖線纜。 可以從其檢測到后向散射信號的整個光纖可以被用作傳感器的部分。時分技術(shù)典型地用于將信號返回分為許多個時間段(time bin)，其中每個時間段中的返回對應(yīng)于光纖的不同部分。由于傳感器選擇完全遍布于整個光纖分布，因此這樣的光纖傳感器被稱為分布式光纖傳感器。如本說明書中使用的，術(shù)語分布式光纖傳感器將指的是其中光纖自身構(gòu)成傳感器并且不依賴于特定點傳感器或者故意引入的反射或干涉地點的存在的傳感器，即本征光纖傳感器。各種類型的分布式光纖傳感器或者分布式聲學(xué)傳感器(DAS )是已知的并且已被提出用在各種應(yīng)用中。美國專利第5，194，847號描述了用于入侵感測的分布式聲學(xué)光纖傳感器。使用沒有任何點傳感器或特定反射地點的連續(xù)光纖。將相干光發(fā)射到光纖中并且檢測和分析在光纖內(nèi)進行Rayleigh后向散射的任何光。時間段中的后向散射光的改變指示入射在光纖的相關(guān)部分上的聲學(xué)或壓力波。這樣，可以檢測光纖的任何部分處的聲學(xué)擾動。英國專利申請公布第2，442，745號描述了一種分布式聲學(xué)光纖傳感器系統(tǒng)，其中通過將多組脈沖調(diào)制的電磁波發(fā)射到標(biāo)準(zhǔn)光纖中來感測聲學(xué)振動。組內(nèi)的一個脈沖的頻率不同于組中的另一脈沖的頻率。在組中的脈沖之間的頻率差異下對來自光纖內(nèi)的本征反射地點的光的Rayleigh后向散射進行采樣和解調(diào)。美國專利第6，380, 534號描述了一種分布式光纖應(yīng)變和溫度感測系統(tǒng)，其分析發(fā)射到光纖中的光的Brillouin后向散射頻率分布以確定沿感測光纖的各個部分的溫度和應(yīng)變，該感測光纖可以嵌入在結(jié)構(gòu)內(nèi)。W002/057805描述了在包括監(jiān)控油氣工業(yè)中的流送管參數(shù)的各種應(yīng)用中使用分布
式光纖溫度、應(yīng)變和/或聲學(xué)傳感器。因此分布式光纖感測提供了有用的和便利的感測解決方案，其可以以良好的空間分辨率監(jiān)控長的光纖長度。例如，如可以用于監(jiān)控管線的分布式光纖聲學(xué)傳感器可以用高達40km或更長的光纖中的IOm長的感測部分來實現(xiàn)。顯然這導(dǎo)致了 4000個分隔的聲學(xué)通道，這對于人類操作者而言將是非常難以監(jiān)控的。即便通過對閾值以上的信號的自動化檢測，數(shù)據(jù)量仍可能過大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供用于分布式光纖感測的方法和裝置，其減輕了上文提到的問題和/或增加了分布式光纖感測系統(tǒng)的實用性和/或靈活性。因此根據(jù)本發(fā)明，提供了一種分布式感測的方法，其包括步驟使用電磁輻射來輪詢光纖；檢測從光纖后向散射的電磁輻射；處理所述檢測到的后向散射輻射以提供針對光纖的多個縱向感測部分中的每個的測量信號并且分析來自縱向感測部分的測量信號以檢測關(guān)注事件，其中該方法包括分析縱向感測部分的第一子集的測量信號以提供具有第一感測功能的第一區(qū)并且分析縱向感測部分的至少第二子集的測量信號以提供具有第二不同感測功能的至少第二區(qū)。因此本發(fā)明的方法在分析段(analysis bin)中輪詢光纖、檢測后向散射輻射并且處理檢測到的輻射，以提供對應(yīng)于光纖的多個縱向感測部分的測量信號。該方法還處理測量信號以檢測關(guān)注事件，即檢測作為關(guān)注事件的特性的測量信號。本發(fā)明的方法進一步識別縱向感測部分的至少第一和第二子集以提供相應(yīng)的第一和第二區(qū)，并且分析每個子集以提供不同的感測功能。這樣，單個感測光纖可以用于在光纖的不同部分處提供多個不同的感測功能。如稍后將更詳細解釋的，這可以提高分布式光纖傳感器的靈活性，減少錯誤警告并且向監(jiān)控傳感器系統(tǒng)的操作者提供更易理解的和更有意義的輸出。不同的感測功能可以包括檢測不同的事件。因此可以分析來自第一區(qū)的測量信號以檢測第一關(guān)注事件，并且可以分析來自第二區(qū)的信號以檢測第二不同關(guān)注事件。檢測關(guān)注事件可以包括在來自光纖的一個或多個縱向感測部分的測量信號中識別事件的預(yù)定特性。例如，分布式光纖聲學(xué)傳感器可以將來自每個縱向感測部分或者相鄰的縱向感測部分的組的測量信號(即檢測到的聲學(xué)信號)與關(guān)注事件的聲學(xué)標(biāo)記 (signature)比較。如果測量的信號與特定關(guān)注事件的聲學(xué)標(biāo)記匹配，則這可以被視為檢測到特定關(guān)注事件。因此本發(fā)明的方法可以牽涉分析來自第一區(qū)的測量信號以檢測第一特性或標(biāo)記并且分析來自第二區(qū)的測量信號以檢測第二特性或標(biāo)記。因此該方法允許使用一部分感測光纖來檢測第一關(guān)注事件并且使用相同感測光纖的另一部分來檢測第二關(guān)注事件。通過以該方式對感測光纖分區(qū)，可以提高檢測的準(zhǔn)確性并且更高效地處理所生成的信息量以提供更有意義和更簡明的輸出。作為示例，假設(shè)分布式聲學(xué)光纖傳感器沿周界或邊界部署，該周界或邊界的一部分受諸如實心圍墻的障礙物保護但是該周界或邊界的一部分是完全開放的而沒有物理障礙。傳感器包括沿這兩部分邊界部署的單個光纖。傳感器可以被布置為具有與光纖的在障礙物附近的部分對應(yīng)的第一區(qū)以及與光纖的沿開放邊界行進的部分對應(yīng)的第二區(qū)。在第一區(qū)中可以監(jiān)控測量信號以檢測與障礙物的破壞或毀壞相關(guān)聯(lián)的聲學(xué)事件?？梢员O(jiān)控第二區(qū)以檢測地面車輛越過或接近周界的移動。因此，盡管傳感器的兩個區(qū)均可能正在執(zhí)行聲學(xué)感測，但是針對與第二區(qū)不同的聲學(xué)事件來監(jiān)控第一區(qū)。因此本發(fā)明的方法提供了可能適于特定環(huán)境的在光纖的不同部分處執(zhí)行不同的感測功能的能力。以這種方式監(jiān)控和處理感測數(shù)據(jù)可以幫助操作者并且導(dǎo)致更有效和更可靠的系統(tǒng)監(jiān)控。當(dāng)檢測到關(guān)注事件時，該方法可以包括生成警報，該警報可以是顯示器上的圖形警報、可聽警告、可視警告、針對遠程設(shè)備的消息發(fā)送(例如電子郵件或文本消息警報的發(fā)送) 等中的一個或多個。因此系統(tǒng)的操作者可以僅對生成的警報做出響應(yīng)。在上文描述的示例中，假設(shè)周界的受障礙物保護的部分位于道路附近。處理來自整個光纖長度的測量信號以檢測地面車輛可以導(dǎo)致來自光纖的該部分的許多檢測。因此可能生成大量的警報，大多數(shù)所述警報將是錯誤警告。大量的錯誤警告可能耗用系統(tǒng)操作者的大量時間和/或潛在地掩蓋真實警告的存在。然而本發(fā)明的方法允許僅針對與該區(qū)相關(guān)的關(guān)注事件監(jiān)控每個區(qū)。因此僅生成針對相關(guān)關(guān)注事件的警報，其減輕了操作者的負擔(dān)并且增加了將注意到警報并且遵照其行動的機會。應(yīng)當(dāng)注意，包括每個區(qū)的光纖的縱向感測部分的子集不一定必須包括連續(xù)感測部分集合。因此第一區(qū)可以包括縱向感測部分的兩個或更多個組，其中每個組內(nèi)的感測部分是連續(xù)的但是這些組不是連續(xù)的。例如，返回到上文描述的示例，如果周界的開放部分在兩側(cè)均由周界的圍墻部分所圍繞，則第二區(qū)可以與光纖的沿周界的開放部分置放的那個部分對應(yīng)，而第一區(qū)可以與光纖的剩余部分對應(yīng)。因此第一區(qū)可以包括來自光纖在開放部分的任一側(cè)的部分的縱向感測部分。可替選地，光纖可以被布置為具有與周界的第一圍墻部分對應(yīng)的第一區(qū)、與光纖的沿周界的開放部分的縱向感測部分對應(yīng)的第二區(qū)以及與周界的其他圍墻部分對應(yīng)的第三區(qū)?？梢员O(jiān)控第一和第三區(qū)以提供相同的感測功能——其中第二區(qū)提供不同的感測功能。本發(fā)明的方法因此可以包括識別不止兩個區(qū)，每個區(qū)與縱向感測部分的不同子集相關(guān)?？赡艽嬖谌舾蓚€不同的區(qū)，每個區(qū)具有不同的感測功能，盡管可以分析來自至少兩個不同的區(qū)的測量信號以提供相同的感測功能。感測功能可以包括檢測不止一個關(guān)注事件。因此在第一區(qū)和第二區(qū)中提供不同的感測功能可以包括在第一區(qū)中檢測第一關(guān)注事件集合并且在第二區(qū)中檢測第二關(guān)注事件集合，其中第一事件集合與第二事件集合不同。第一和第二集合可以包括互斥的關(guān)注事件， 但是在一些實施例中第一和第二事件集合可以包括一個或多個共同的關(guān)注事件。因此可以在第一和第二區(qū)兩者中檢測一個或多個共同的關(guān)注事件。通過在一個區(qū)中檢測在另一區(qū)中未檢測到的至少一個關(guān)注事件，在第一和第二區(qū)中提供不同的感測功能。例如，再次返回到上文討論的示例，光纖的第一區(qū)與周界的圍墻部分對應(yīng)并且關(guān)注事件集合可以包括圍墻的毀壞。光纖的第二區(qū)與周界的開放部分對應(yīng)并且要檢測的事件集合包括地面車輛接近或越過周界。然而在這兩個區(qū)中，檢測關(guān)注事件可以包括檢測與人的移動對應(yīng)的特性?？赡芟Ｍ刂芙绲恼麄€長度監(jiān)控攀爬圍墻或者越過邊界的開放部分的步行入侵者。因此可能在不止一個區(qū)中檢測相同的關(guān)注事件，但是第一和第二區(qū)之間的整體關(guān)注事件集合變化。在一些實施例中，第二區(qū)的所有關(guān)注事件可以是與第一區(qū)共同的關(guān)注事件，但是第一區(qū)還檢測至少一個另外的關(guān)注事件。換言之，第二區(qū)的感測功能可以包括檢測許多關(guān)注事件中的任何關(guān)注事件。在第一區(qū)中也可以檢測所有相同的關(guān)注事件，但是第一區(qū)還檢測至少一個另外的關(guān)注事件。因此，返回相同示例，實際上可能希望檢測車輛接近對應(yīng)于第一區(qū)的周界的圍墻部分。因此第一區(qū)的感測功能包括檢測車輛、人或者對圍墻的毀壞或破壞。對應(yīng)于第二區(qū)的邊界部分沒有圍墻并且因此不需要檢測對圍墻的破壞。因此第二感測功能包括檢測地面車輛和人。因此第一區(qū)的關(guān)注事件集合可以包括對于第二區(qū)不相關(guān)的至少一個關(guān)注事件。然而，如上文所述，在其中可能生成大量的錯誤或不需要的警告的區(qū)域中避免檢測可能以其他方式成為關(guān)注事件的特定事件可以是有用的。因此該方法可以包括將第二區(qū)布置為不檢測在第一區(qū)中檢測的至少一個關(guān)注事件。例如考慮沿埋入管線的長度部署并且被布置為監(jiān)控對管線的干擾的分布式光纖聲學(xué)傳感器。通?？梢员O(jiān)控管線的整個長度以檢測管線附近的車輛或人以及與管線附近的挖掘或挖隧道相關(guān)的任何特性。然而，在管線附近正進行一些真正的地面作業(yè)但是其不會對管線引起危險的情況下，可能希望停止檢測與該附近的挖掘或挖隧道相關(guān)的特性以避免持續(xù)警告。因此該地面作業(yè)附近的光纖的縱向感測部分的子集可以被指定為一個區(qū)，比如說第二區(qū)，其中光纖的剩余感測部分構(gòu)成第一區(qū)。在地面作業(yè)期間可以在第二區(qū)中禁止檢測挖掘或挖隧道。這避免了持續(xù)警告的存在，盡管正確地識別了管線附近的挖掘但是已知其不會成為威脅。因此該方法可以包括選擇至少一個區(qū)的光纖的縱向感測部分的子集。該選擇可以由操作者經(jīng)由接口執(zhí)行并且可以以許多方式執(zhí)行。然而，便利地，光纖的至少一組連續(xù)的感測部分是用戶限定的，并且該組或者每個組被分配給特定區(qū)。光纖的未被如此限定或分配的任何部分可以被自動地分配給缺省區(qū)。操作者可以通過在包括光纖的表示的圖形用戶接口上選擇一部分光纖來選擇組。該方法還可以牽涉通過選擇在該區(qū)中將檢測的關(guān)注事件來將感測功能分配給至少一個區(qū)。這可以包括從缺省列表中取消選擇特定事件。在一些情況下，由操作者選擇的感測部分的組可以重疊或者所選擇的組可以是先前選擇的組的子集。例如，可以選擇第一組感測部分并且將其分配給第一關(guān)注事件集合。隨后可以選擇至少部分地與第一組重疊的第二組感測部分并且將其分配給第二關(guān)注事件集合。如果每個組的至少一些區(qū)域不重疊，則這限定了三個區(qū)，即與那些僅屬于第一組的感測部分對應(yīng)的第一區(qū)、與那些僅屬于第二組的感測部分對應(yīng)的第二區(qū)以及與那些屬于這兩個組的感測部分對應(yīng)的第三區(qū)。第一區(qū)僅檢測第一關(guān)注事件集合，第二區(qū)僅檢測第二關(guān)注事件集合并且第三區(qū)檢測來自這兩個集合的關(guān)注事件。所選擇的第二組可以是導(dǎo)致一個區(qū)實際上成為另一區(qū)的子區(qū)的第一組的子集。區(qū)的配置以及由每個區(qū)執(zhí)行的感測功能可以由操作者設(shè)定。在一些實施例中，區(qū)的感測功能和/或激活或禁用可以基于限定的時間間隔而自動地變化。例如，如果分布式光纖聲學(xué)傳感器沿管線部署以監(jiān)控對管線的干擾，但是正在沿一段管線進行計劃的維護， 則可以將相關(guān)的傳感器部分設(shè)置為忽略挖掘活動的區(qū)。然而可以基于作業(yè)的預(yù)期時長而向該區(qū)給出固定時長壽命，其后該區(qū)將自動地回復(fù)到感測所有關(guān)注事件。這可以有助于防止在維護完成時漏掉區(qū)的存在而損失期望的感測功能。此外，在一些應(yīng)用中，在有規(guī)律的時間上可能存在預(yù)期的聲學(xué)擾動。例如，在白天期間預(yù)期的聲學(xué)擾動可能變化為在夜間預(yù)期的那些聲學(xué)擾動，并且因此可以將不同的區(qū)設(shè)定為在設(shè)定的時間上激活/禁用以在白天期間提供關(guān)于在夜間的不同監(jiān)控。應(yīng)當(dāng)注意，盡管本發(fā)明的方法可以檢測，即識別和/或警告關(guān)注事件的發(fā)生，但是檢測過程可以包括根據(jù)不關(guān)注的事件的特性或標(biāo)記而對測量信號進行分類或歸類。例如， 可以存在特定區(qū)中可能發(fā)生的可能事件集合，并且關(guān)注事件集合可以是可能事件集合的子集。可以將來自相關(guān)區(qū)的測量信號與所有可能事件的特性比較以確定信號是否與任何特定事件匹配。與可能事件的特性接近匹配的信號可以被分類為由該事件生成。如果該特定事件是關(guān)注事件，則該方法檢測到關(guān)注事件已發(fā)生并且可以生成適當(dāng)?shù)木瘓?。如果該事件不是關(guān)注事件，則可以忽略這些信號，盡管可以記錄分類結(jié)果以備未來分析。例如，如上文所述，區(qū)可以被布置為不檢測特定事件，諸如管線附近的挖掘或挖隧道，原因在于已知所討論的事件正在該區(qū)附近發(fā)生。然而，在該情形中，仍可以將來自第二區(qū)的測量信號與所討論的事件(即挖掘和挖隧道)的特性比較。如果測量信號被分類為表示挖掘或挖隧道，則它們可以被安全地忽略。通過將測量信號識別為由不關(guān)注的事件生成，可以減少因那些信號被誤認為例如地面車輛接近的關(guān)注事件而生成錯誤警告的機會。關(guān)注事件的取消選擇，即設(shè)定區(qū)使得不檢測該區(qū)的特定事件，表示了本發(fā)明的新穎方面。再者，在分析中使用不關(guān)注的事件的特性以便改進關(guān)注的事件的檢測，表示了本發(fā)明的另一方面。在一些實施例中，可能存在一些在一個區(qū)中可能發(fā)生的、不適合于另一區(qū)的事件， 并且因此針對這些區(qū)的可能事件集合可能是不同的。例如，如果周界包括水體，則單個光纖可以埋入邊界的地面部分并且還部署在水中?？梢越⑴c光纖在地面中的部分對應(yīng)的第一區(qū)并且第二區(qū)可以與光纖在水中的部分對應(yīng)。第一區(qū)可以被布置為檢測基于地面的入侵并且第二區(qū)可以監(jiān)控經(jīng)水(water borne)入侵，例如檢測舷外馬達等的信號特性。光纖在水內(nèi)可以是不受約束的并且因此可能需要將由于光纖在水中的移動而將預(yù)期的各種測量信號分類為不關(guān)注信號。這些中的至少一些可能潛在地與針對光纖的基于地面的部分的關(guān)注事件的特性類似并且因此在該情形中對于第二區(qū)相關(guān)的事件可能對于第一區(qū)完全不相關(guān)。第一和第二區(qū)的不同的感測功能還可以包括出于不同目的而監(jiān)控來自這些區(qū)的信號。例如，盡管上文描述的示例通常涉及檢測入侵者或干擾，但是分布式光纖傳感器也可以用于狀況監(jiān)控。例如，光纖分布式聲學(xué)傳感器可以沿諸如油氣管線的埋入管線的長度部署。如上文所述，至少部分光纖可以用于檢測對管線的可能干擾。因此與管線附近的人或車輛的移動對應(yīng)的、或者特別地與挖掘或挖隧道相關(guān)聯(lián)的聲學(xué)信號的檢測可以包括待檢測的關(guān)注事件。然而管線自身可以生成或傳播可以用于狀況監(jiān)控的聲學(xué)信號。如共同未決的專利申請PCT/GB2009/002058中描述的，可以使用例如由沿管線移動的壓力脈沖或者移動通過管線的物體所生成的聲學(xué)信號來給出管線的狀況的指示。因此至少一個區(qū)的感測功能可以包括狀況監(jiān)控。狀況監(jiān)控可以包括將來自一個或多個縱向感測部分的測量信號與先前獲取的測量信號比較以檢測任何顯著改變。狀況監(jiān)控中使用的測量信號可以響應(yīng)于特定激勵(比如說例如管線內(nèi)的壓力脈沖)而被獲取，和/或可以包括在傳感器的例行操作中獲得的穩(wěn)定狀態(tài)測量信號。狀況監(jiān)控中使用的測量信號可以在一段時間上積分或平均或者以某種方式歸一化，和/或可以將它們與先前獲取的適當(dāng)?shù)仄骄驓w一化的信號比較。狀況監(jiān)控和關(guān)注事件檢測可以在傳感器的任何給定區(qū)中同時執(zhí)行?？梢苑治鰜碜韵嚓P(guān)區(qū)的測量信號以檢測關(guān)注事件的特性并且還可以將其與至少一個先前獲取的信號比較以檢測任何顯著改變。同時執(zhí)行狀況監(jiān)控和關(guān)注事件檢測的能力表示了本發(fā)明的另一方當(dāng)然，關(guān)注事件檢測可以與狀況監(jiān)控相關(guān)，因為所監(jiān)控的結(jié)構(gòu)的突然故障或者迅速狀況改變可能引起可以被檢測為關(guān)注事件的關(guān)聯(lián)的特性信號。例如，以管線監(jiān)控為例，特定點處的管線的顯著突然故障，諸如突然泄露的發(fā)作，可能生成特性信號。這可以被檢測為關(guān)注事件。其他感測功能可以包括物體跟蹤、操作參數(shù)監(jiān)控、地震監(jiān)控等。如上文所述，第一和第二區(qū)對應(yīng)于光纖的縱向感測部分的第一和第二子集，并且在一些實施例中，操作者可以在使用中通過選擇縱向感測部分的任何子集來限定區(qū)。然而， 在一個實施例中，縱向感測部分的第一子集與光纖的具有第一物理布置的部分對應(yīng)，而縱向感測部分的第二子集與光纖的具有第二不同物理布置的部分對應(yīng)。換言之，第一和第二區(qū)包括具有不同物理布置的光纖部分，即光纖在第一區(qū)中以與第二區(qū)不同的方式部署。該不同布置可以包括光纖的幾何形狀。光纖的幾何形狀部分地確定了光纖可以執(zhí)行的感測功能。光纖的幾何形狀可以被布置為在每個區(qū)中提供不同的有效空間分辨率。將理解， 在通過脈沖輻射而輪詢的分布式光纖傳感器中，光纖的縱向感測部分的空間分辨率可以典型地取決于輪詢脈沖的時長。例如在諸如GB2，442，745中描述的分布式聲學(xué)光纖傳感器中，縱向感測部分的空間長度是約12m。如果光纖被部署為使得光纖在數(shù)十米的長度上相對筆直，則將顯然，傳感器的有效空間分辨率將與縱向感測部分的空間分辨率相同，即光纖的 Urn長的縱向感測部分監(jiān)控入射在一段1 !長的環(huán)境上的聲學(xué)信號。通過改變輪詢輻射而可以改變傳感器的空間分辨率，但是這可能對可以被監(jiān)控的光纖長度有影響。然而，如果光纖幾何形狀使得光纖被布置為彎曲或折疊的布置，例如具有螺旋的或盤繞的路徑或者蜿蜒的路徑，則與光纖的自然(native)空間分辨率相比，可以減少傳感器的有效空間分辨率。例如，如果光纖被布置為使得Urn長度的光纖包含在Im的地面部分中，則盡管光纖的縱向部分的長度是12m，但是每個這樣的感測部分僅接收入射在Im的環(huán)境上的聲學(xué)信號。因此關(guān)于該環(huán)境的傳感器的有效空間分辨率將是lm。因此第一區(qū)和第二區(qū)中的光纖的幾何形狀可以變化，以便在每個區(qū)中向傳感器提供不同的有效空間分辨率。例如在第一區(qū)中，光纖可以被部署為通常筆直的或逐漸彎曲的布置(在數(shù)十米的長度尺度上)以提供如下傳感器，其中該傳感器的空間分辨率等于光纖的縱向感測部分的空間分辨率。在第二區(qū)中，光纖可以部署為盤繞或折疊類型的布置，使得傳感器的有效空間分辨率更短。因此第一和第二區(qū)中的不同感測功能可以包括在第一和第二區(qū)中以不同的有效空間分辨率進行感測。因此光纖可以被部署為具有沿光纖的一般路徑變化以便提供具有不同有效空間分辨率的不同區(qū)的特定幾何形狀。為了提供具有不同有效空間分辨率的區(qū)而對分布式光纖傳感器的光纖的布置表示了本發(fā)明的另一方面。具有較短有效空間分辨率的部分可以定期地或不定期地與具有較長空間分辨率的部分散置以提供沿傳感器長度具有基本空間分辨率的傳感器，但是其中較短空間分辨率的部分沿傳感器的長度設(shè)置?？商孢x地，光纖可以被布置為在其中期望較好的分辨率的某些點處給出較短空間分辨率。這樣，可以實現(xiàn)空間靈敏度和整體長度之間的平衡。顯然，盤
10繞或折疊光纖以縮短傳感器的有效空間分辨率意味著將減少整個傳感器的長度(對于給定長度的光纖)。當(dāng)通過將光纖布置為期望的幾何形狀來安裝光纖時，可以確定光纖的幾何形狀。 光纖典型地部署在光纖線纜內(nèi)并且因此光纖線纜可以安裝在盤繞或折疊的布置中?？商孢x地，光纖可以布置在具有沿線纜長度變化的幾何形狀的光纖線纜內(nèi)，即一部分線纜可以包括盤繞的光纖布置，而另一部分包括沿線纜筆直行進的光纖。線纜自身隨后可以被部署為相對筆直的路徑——盡管線纜自身當(dāng)然可以按照需要進一步盤繞或折疊。在其中光纖的物理布置提供了不同有效空間分辨率的一些實施例中，來自縱向感測部分的第一子集的測量信號可以按與來自第二子集的測量信號相同的方式進行分析。這仍可以提供具有以第一有效空間分辨率的第一感測功能的第一區(qū)和具有以第二有效空間分辨率的第二感測功能的第二區(qū)。然而，在一些實施例中，縱向感測部分的第一和第二子集可以需要或允許不同的分析。有效空間分辨率的改變意味著在以較長空間分辨率的信號縱向感測部分中檢測到的特性可在以較短空間分辨率的不止一個相鄰的縱向感測部分中檢測。因此可以在不同區(qū)中使用關(guān)注事件的不同特性。此外或者可替選地，光纖的幾何形狀可以被布置為在至少一個區(qū)中提供另外的感測功能。例如，光纖可以被布置在一個區(qū)中以便允許確定光纖的擾動的入射方向。如技術(shù)人員將認識到的，諸如傳播的聲波的擾動可以由適當(dāng)?shù)姆植际焦饫w傳感器檢測。然而使用沿相對筆直的路徑布置的單個光纖，可能不能確定擾動的行進方向。因此在一個區(qū)中光纖幾何形狀可以被布置為允許確定擾動的入射方向。根據(jù)光纖的布置，入射方向可以在一維中(即擾動源自傳感器的哪一側(cè))、在二維平面中或者在三維中確定。一個區(qū)中的光纖的幾何形狀可以被布置為使得擾動的幅值或強度可以被分解為其在二維或三維中的分量。光纖幾何形狀還可以使得光纖盤繞回到其自身上，使得沿光纖的長度不相鄰或者彼此分隔的光纖的不同部分卻監(jiān)控光纖被部署在其內(nèi)的環(huán)境的基本上相同或相鄰的部分。 例如，考慮用作周界傳感器的光纖分布式聲學(xué)傳感器。諸如40km長的長光纖長度可以以盤繞的布置圍繞地點周界部署。例如，光纖可以被部署為形成外部圍欄(fence)附近的第一環(huán)路、外部圍欄和內(nèi)部圍墻之間的禁區(qū)(dead ground)內(nèi)的第二環(huán)路以及內(nèi)部圍墻附近的第三環(huán)路。因此直接從外部圍欄步行到內(nèi)部圍墻的人可以越過光纖的三個不同部分。因此該方法可以牽涉將光纖的不同部分識別為鏈接區(qū)，使得與在對應(yīng)于禁區(qū)的鏈接區(qū)中的步行事件檢測對應(yīng)的區(qū)中的步行事件檢測被解釋為單個檢測。以該方式鏈接該處理可以減少錯誤警告并且提高檢測準(zhǔn)確度(例如可以僅在兩個鏈接區(qū)兩者中都檢測到時生成警告)，而且還允許跟蹤諸如聲源移動的速度和方向的信息。本發(fā)明的方法可以與各種分布式光纖傳感器一起使用，但是在優(yōu)選實施例中該傳感器是分布式聲學(xué)光纖傳感器，即其中測量信號對應(yīng)于聲學(xué)信號的傳感器。在本專利申請的背景下，所謂聲學(xué)傳感器是指可以檢測光纖傳感器的機械振動或者以相對高的頻率入射在光纖上的壓力波的傳感器。分布式光纖聲學(xué)傳感器可以檢測和處理作為測量信號的來自光纖的Rayleigh后向散射輻射。如GB2，442，745中描述的，該方法可以包括使用輪詢輻射來對光纖進行輪詢并且處理檢測到的后向散射輻射。因此分析各種區(qū)的測量信號以提供不同的感測功能的步驟優(yōu)選地包括在每個區(qū)中使用相同類型的測量信號，即測量相同參數(shù)的測量信號。因此對于分布式光纖聲學(xué)傳感器，在每個區(qū)中分析包括例如Rayleigh后向散射輻射的聲學(xué)信息的測量信號。因此本發(fā)明的方法可以在僅提供聲學(xué)(即振動)感測的光纖傳感器中提供不同的感測功能。當(dāng)然，在可以提供針對不止一個參數(shù)(例如應(yīng)變和溫度)的不同感測的光纖傳感器中，該方法可以包括提供第一區(qū)中的一個或多個參數(shù)的第一感測功能以及第二區(qū)中的一個或多個參數(shù)的第二感測功能。盡管在輪詢光纖并且處理所獲取的數(shù)據(jù)方面描述了該方法，但是不需要在光源和檢測器的位置處理該數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)可以被傳送到遠程位置用于處理。因此在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種處理來自分布式光纖傳感器的數(shù)據(jù)的方法，其包括步驟取得與檢測到的已從光纖后向散射的電磁輻射對應(yīng)的數(shù)據(jù)；處理所述數(shù)據(jù)以提供針對光纖的多個縱向感測部分中的每個的測量信號并且分析來自縱向感測部分的測量信號以檢測關(guān)注事件，其中該方法包括分析縱向感測部分的第一子集的測量信號以提供具有第一感測功能的第一區(qū)并且分析縱向感測部分的至少第二子集的測量信號以提供具有第二不同感測功能的至少第二區(qū)。該處理方法可以利用上文關(guān)于本發(fā)明的第一方面所描述的所有實施例并且也受益于所有相同的優(yōu)點。本發(fā)明還涉及一種分布式光纖傳感器，其具有提供不同感測功能的不同區(qū)。因此根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種分布式光纖傳感器裝置，其包括光纖；電磁輻射源， 被配置為將電磁輻射發(fā)射到所述光纖中；檢測器，用于檢測從所述光纖后向散射的電磁輻射；以及處理器，被配置為分析后向散射輻射以確定針對光纖的多個離散縱向感測部分的測量信號；其中分布式光纖傳感器包括具有第一感測功能的第一區(qū)，該第一區(qū)與所述縱向感測部分的第一子集對應(yīng)；以及具有第二不同感測功能的至少第二區(qū)，該第二區(qū)與所述縱向感測部分的第二不同子集對應(yīng)。本發(fā)明的該方面的裝置提供了所有相同的優(yōu)點并且可以在上文參照本發(fā)明的其他方面所描述的所有相同的實施例中實現(xiàn)。特別地，處理器可以被配置為分析縱向感測部分的所述第一子集的測量信號以提供具有第一感測功能的所述第一區(qū)并且分析縱向感測部分的至少所述第二子集的測量信號以提供具有第二不同感測功能的至少所述第二區(qū)。不同的感測功能可以包括檢測不同的關(guān)注事件。如上文所述，不同的感測功能可以包括檢測第一區(qū)中的第一關(guān)注事件集合和第二區(qū)中的第二關(guān)注事件集合。第一和第二關(guān)注事件集合可以具有或可以不具有共同的一個或多個關(guān)注事件。第一關(guān)注事件集合可以是第二關(guān)注事件集合的子集，反之亦然。處理器可以被配置為基于測量信號是否與一個或多個預(yù)定特性匹配來對測量信號進行分類。預(yù)定特性可以包括關(guān)注事件的特性。預(yù)定特性還可以包括并非關(guān)注事件的其他事件的特性。如上文針對通過使測量信號與包括當(dāng)前不關(guān)注事件的可能事件的預(yù)定特性匹配的方法所描述的，傳感器可以正確地識別那些由不關(guān)注的事件生成的信號，并且因此減少錯誤警告。傳感器裝置優(yōu)選地包括圖形顯示器。處理器可以被布置為當(dāng)關(guān)注事件被檢測到時在顯示器上生成圖形警報。圖形警報可以包括在路徑的相關(guān)部分處在光纖路徑的表示上顯示的警報。圖形顯示器可以與處理器共同安置和/或圖形顯示器可以包括用于遠離處理器的傳感器裝置的控制站的部分。因此處理器可以被配置為將與縱向感測部分的測量信號對應(yīng)的數(shù)據(jù)和/或所述測量信號的分析結(jié)果傳送到一個或多個遠程設(shè)備。例如處理器可以生成一個或多個警報信號。該方法可以牽涉生成不同級別的警報和/或警告。警報級別可以基于檢測到的事件類型、事件的時長、事件的強度、所確定的到事件的范圍和/或事件源的移動而變化。例如，可以生成彩色編碼警報，使得綠色警報簡單地是確認檢測的信息警報。棕黃色警報可以警告可能的威脅并且紅色警報可以警告需要行動的威脅。較高級別的警報可以牽涉可聽警告和/或生成例如針對響應(yīng)團隊的自動化消息。便利地，該裝置適于使得用戶可以設(shè)定針對使用中的傳感器裝置的一個或多個區(qū)。在一個實施例中，該裝置適于使得用戶可以通過選擇顯示在圖形顯示器上的光纖的測量通道的圖示或者光纖路徑的圖示的一部分來選擇光纖的縱向部分的子集。換言之，用戶可以能夠通過選擇(例如通過將選擇窗口置于光纖路徑的圖示或者傳感器的測量通道的圖示上)來設(shè)置傳感器的區(qū)。圖形顯示器可以可配置為顯示可以檢測到的事件集合并且該裝置可以適于使得用戶可以選擇在選定區(qū)中將檢測的事件。光纖可以具有第一區(qū)中的第一物理布置和第二區(qū)中的不同于第一物理布置的第二物理布置。第一和第二區(qū)中的不同物理布置可以包括每個區(qū)中的不同光纖幾何形狀。如上文針對該方法描述的，每個區(qū)中的幾何形狀可以提供每個區(qū)中的傳感器的不同有效空間分辨率。此外或者可替選地，光纖的幾何形狀可以被布置為提供至少一個區(qū)中的另外的感測功能。如上文所述，光纖可以被布置在一個區(qū)中以便允許確定光纖的擾動的入射方向和 /或使得擾動的幅值或強度可以被分解為其在二維或三維中的分量。輻射源和檢測器將位于光纖的一端以將輻射發(fā)射到光纖中并且檢測從光纖后向散射的輻射。處理器可以與源和檢測器一同安置或者它可以遠程安置并且它可以從檢測器接收數(shù)據(jù)。在一些實施例中，處理器可以與源和檢測器一起安置以進行一些初始處理，以使數(shù)據(jù)處于適合于傳送的形式。還可以對數(shù)據(jù)進行一些處理以減少待傳送的數(shù)據(jù)量。例如可以在傳送之前對數(shù)據(jù)進行處理以提供來自多個縱向感測部分中的每個的測量信號。因此在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種處理器裝置，其用于取得與光纖的多個縱向感測部分中的每個的檢測到的后向散射輻射的測量信號對應(yīng)的數(shù)據(jù)并且分析來自縱向感測部分的測量信號以檢測關(guān)注事件，其中該方法包括分析縱向感測部分的第一子集的測量信號以提供具有第一感測功能的第一區(qū)并且分析縱向感測部分的至少第二子集的測量信號以提供具有第二不同感測功能的至少第二區(qū)。該處理器可以取得與基礎(chǔ)檢測到的從光纖后向散射的輻射對應(yīng)的數(shù)據(jù)并且可以因此被配置為處理所述檢測到的輻射以提供每個所述縱向感測部分中的測量信號。本發(fā)明的該方面提供了所有相同的優(yōu)點并且可以在如上文針對本發(fā)明的其他方面所描述的所有相同的實施例中使用。本發(fā)明還提供了 一種計算機程序和一種計算機程序產(chǎn)品，用于執(zhí)行這里描述的任何方法和/或用于實施這里描述的任何裝置特征；以及一種計算機可讀介質(zhì)，其上存儲有用于執(zhí)行這里描述的任何方法和/或用于實施這里描述的任何裝置特征的程序。適當(dāng)編程的計算機可以控制光源并且從適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)檢測器接收數(shù)據(jù)。該計算機程序可以在傳送信號中實施。如上文所述，在一些實施例中，光纖的物理布置可以形成不同的區(qū)。因此在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種分布式光纖傳感器，其包括具有用于提供第一感測功能的第一區(qū)中的第一物理布置和用于提供第二感測功能的第二區(qū)中的第二不同物理布置的光纖。如上文所述，物理布置可以包括光纖的幾何形狀。光纖可以被布置為提供第一區(qū)中的第一有效空間分辨率和第二區(qū)中的第二有效空間分辨率。光纖可以被布置在一個區(qū)中以便允許確定光纖的擾動的入射方向和/或使得擾動的幅值或強度可以被分解為其在二維或三維中的分量。通常本發(fā)明涉及一種分布式光纖傳感器，特別地涉及一種分布式聲學(xué)傳感器，其使用相同光纖來執(zhí)行多個獨立的感測功能。獨立的感測功能可以出于相同的一般目的而檢測不同的事件，例如出于入侵檢測目的而檢測不同類型的入侵，或者可以包括出于不同目的的感測，例如比如說可以同時執(zhí)行入侵檢測和狀況監(jiān)控兩者。僅提供針對與光纖的特定部分相關(guān)的關(guān)注事件的警報/警告可以減輕操作者的負擔(dān)并且減少將遺漏真正警告的機會。在生成警告的意義上，能夠指定其中已檢測到警告的區(qū)并且有效地停止該事件的檢測意味著僅將真正警告呈現(xiàn)給操作者。本發(fā)明延伸到基本上如這里參照附圖所描述的方法、裝置和/或使用。本發(fā)明的一個方面中的任何特征可以以任何適當(dāng)?shù)慕M合應(yīng)用于本發(fā)明的其他方面。特別地，方法方面可以應(yīng)用于裝置方面，反之亦然。此外，以硬件實現(xiàn)的特征通?？梢砸攒浖崿F(xiàn)，反之亦然。應(yīng)當(dāng)據(jù)此解釋這里對軟件和硬件特征的任何引用。


現(xiàn)在將參照附圖純粹通過示例的方式描述本發(fā)明的優(yōu)選特征，其中 圖1圖示了分布式光纖傳感器的基本部件；
圖2圖示了沿部分邊界埋入在地面中的感測光纖的路徑的一部分以及光纖的離散感測部分；
圖3圖示了與管線并排埋入在地面中的感測光纖的路徑的一部分； 圖4圖示了具有用于提供不同有效空間分辨率的不同區(qū)中的不同幾何形狀的感測光
纖；
圖5示出了用于提供不同空間分辨率的可替選的幾何形狀； 圖6a和6b示出了以可替選的幾何形狀的埋入光纖的截面圖和俯視圖；以及圖7圖示了可以通過光纖的部署來鏈接光纖的不同區(qū)。
具體實施例方式圖1示出了分布式光纖感測布置的示意圖。一定長度的感測光纖104在一端連接到輪詢器106。來自輪詢器106的輸出被傳遞到可以與輪詢器共同安置或者可以遠離輪詢器的信號處理器108，并且可選地傳遞到用戶接口 /圖形顯示器110，其實際上可以由適當(dāng)指定的PC實現(xiàn)。用戶接口可以與信號處理器共同安置或者可以遠離信號處理器。
感測光纖104的長度可以是許多千米，并且在該示例中長約40km。感測光纖是諸如電信應(yīng)用中慣用的標(biāo)準(zhǔn)的、未做修改的單模光纖。在光纖分布式傳感器的傳統(tǒng)應(yīng)用中，感測光纖至少部分地包含在希望監(jiān)控的介質(zhì)內(nèi)。例如，光纖104可以埋入在地面中以提供周界的監(jiān)控或者諸如管線等的埋入資產(chǎn)(asset)的監(jiān)控。將針對分布式聲學(xué)傳感器描述本發(fā)明，盡管技術(shù)人員將認識到本教導(dǎo)通?？梢钥蓱?yīng)用于任何類型的分布式光纖傳感器。在操作中輪詢器106將輪詢電磁輻射發(fā)射到感測光纖中，該輪詢電磁輻射可以例如包括一系列具有選定頻率式樣(pattern)的光學(xué)脈沖。光學(xué)脈沖可以具有如GB專利公布2，442，745中描述的頻率式樣，其內(nèi)容通過對其引用而合并于此。如GB2，442，745中描述的，Rayleigh后向散射的現(xiàn)象導(dǎo)致了輸入到光纖中的光的一些部分反射回到輪詢器，其中它被檢測以提供表示光纖附近的聲學(xué)擾動的輸出信號。輪詢器因此便利地包括至少一個激光器112和至少一個光學(xué)調(diào)制器114以用于產(chǎn)生通過已知光學(xué)頻率差異分隔的多個光學(xué)脈沖。輪詢器還包括至少一個光檢測器116，其被布置為檢測從光纖104內(nèi)的本征散射地點后向散射的輻射。來自光檢測器的信號由信號處理器108處理。諸如GB2，442，745中描述的，信號處理器便利地基于光學(xué)脈沖之間的頻率差異而對返回的信號解調(diào)。如GB2，442，745中描述的，信號處理器還可以應(yīng)用相位展開算法。光學(xué)輸入的形式和檢測的方法允許將單個連續(xù)光纖在空間上分解為離散的縱向感測部分。就是說，在一個感測部分處感測的聲學(xué)信號可以基本上與相鄰部分處的感測信號無關(guān)地提供。光纖的感測部分的空間分辨率可以例如約10m，這對于40km長度的光纖而言導(dǎo)致了輪詢器的輸出采取4000個獨立數(shù)據(jù)通道的形式。這樣，單個感測光纖可以提供類似于布置為線性路徑的相鄰獨立傳感器的復(fù)用陣列的感測數(shù)據(jù)。圖2圖示了沿周界或邊界204的路徑布置的感測光纖的一部分。如圖2中所示， 感測光纖可以被布置為沿邊界204的線的通常筆直的路徑。分區(qū)208表示光纖的縱向感測部分的間距(不依任何特定比例)。在一個實施例中，光纖的縱向感測部分的不同子集被布置為提供具有不同感測功能的不同區(qū)。因此這些區(qū)與感測光纖的部分對應(yīng)，并且感測功能可以被選擇為與在感測光纖的該部分處所需的感測功能匹配。例如如圖2中所示，感測光纖僅被以局部地與周界平行的路徑部署在周界內(nèi)。部分周界204受圍墻202保護，然而另一部分周界是開放的而沒有阻止通過周界的障礙物或者至少沒有將表示越過周界的顯著阻礙的障礙物。因此在周界的開放部分處，可能期望檢測周界附近的地面車輛和/或人的移動。在受圍墻202保護的周界部分處，周界附近的地面車輛的檢測可以是受關(guān)注的， 因為這可以指示可疑的活動。然而可以假設(shè)沒有地面車輛可以在不破壞圍墻的情況下在該點處越過周界。比如說如果該周界部分的一部分位于公共道路附近，則地面車輛的檢測可能導(dǎo)致生成若干個誤報。因此在本發(fā)明的一個實施例中，與感測光纖的沿開放周界段部署的部分對應(yīng)的縱向感測部分的子集被指定為一個區(qū)。這在圖2中被圖示為部分206b。
因此分析來自區(qū)206b的信號以檢測接近或越過感測光纖的任何車輛并且還檢測在感測光纖附近步行或越過感測光纖的任何人。這可以通過監(jiān)控來自感測光纖的相關(guān)感測部分的聲學(xué)信號以尋找作為光纖附近的車輛或人員的移動的特性的聲學(xué)信號來實現(xiàn)。如技術(shù)人員將了解的，可以執(zhí)行聲學(xué)標(biāo)記分析以檢測表示地面車輛或者各種類型的地面車輛的聲學(xué)標(biāo)記并且還檢測表示步行的人的移動的聲學(xué)標(biāo)記。聲學(xué)標(biāo)記分析可以包括對照已知的標(biāo)記分析來自光纖的縱向感測部分的信號的演化。在一些實施例中，來自光纖的不止一個相鄰的感測部分的信號可以被一起分析以檢測特定特性。來自與在開放部分的任一側(cè)的周界的圍墻部分對應(yīng)的縱向光纖部分(即子集206a 和206c)的信號包括另一區(qū)。因此將認識到，光纖的區(qū)可以包括光纖的多個不連續(xù)的部分并且事實上一個區(qū)可以是另一區(qū)的子區(qū)。然而實際上可能更容易分析來自作為一個區(qū)的部分206a的信號以及來自作為另一區(qū)的部分206c的信號但是把相同感測功能應(yīng)用于這些區(qū)中的每個。因此可以使用聲學(xué)標(biāo)記分析來對來自部分206a和206c的信號進行分析以檢測對圍墻202的毀壞，例如捶打、鉆洞或砸毀圍墻的聲學(xué)信號特性。此外，可以監(jiān)控信號以尋找可能指示與圍墻的碰撞或圍墻處的爆炸的特別強烈的信號。因此可以分析來自與感測光纖的部分206a和206c對應(yīng)的(一個或多個)區(qū)的信號以檢測關(guān)注事件，即與希望檢測的事件的預(yù)定特性匹配的聲學(xué)信號，并且可以分析來自部分206b的信號以檢測不同的關(guān)注事件。然而還可能希望檢測周界的圍墻部分中的人的移動以檢測已攀登圍墻的人。因此還可以使用與在部分206b中使用的相同的用于人檢測的標(biāo)記分析來分析來自部分206a和 206c的信號以檢測人的移動的聲學(xué)信號特性。因此可以將感測光纖分為多個不同的區(qū)，并且可以僅檢測那些對于光纖的特定部分相關(guān)的事件。作為另一示例，圖3圖示了與諸如油氣管線的埋入管線并排埋入的感測光纖104 的路徑的一部分。感測光纖可以用于監(jiān)控對管線的可能干擾。因此可以監(jiān)控感測光纖以檢測與管線附近的挖掘或挖隧道相關(guān)聯(lián)的聲學(xué)特性。此外，可以監(jiān)控信號以檢測與管線附近的人和/或車輛的移動相關(guān)聯(lián)的特性，因為在無人區(qū)域中，管線附近的人或車輛的移動可以指示潛在的干擾。然而道路302在管線長度的一部分處越過該管線。因此在道路附近預(yù)期車輛移動并且在管線的該部分處檢測車輛的移動可能生成許多錯誤警告。因此在本發(fā)明的一個實施例中，道路的該位置處的感測光纖部分被指定為分隔的區(qū)306a。在該區(qū)306中， 車輛的存在或移動未被檢測為關(guān)注事件。不分析來自該區(qū)內(nèi)的光纖的縱向感測部分的信號以檢測車輛。分析這些信號以檢測指示管線附近的挖掘或挖隧道的任何特性信號。仍可以使用包括地面車輛的聲學(xué)標(biāo)記的聲學(xué)標(biāo)記分析來分析來自部分306a的縱向感測部分的信號以便正確地對任何信號分類。換言之，如果檢測到與移動車輛的聲學(xué)標(biāo)記良好匹配的聲學(xué)信號，則信號可以被如此分類并且被忽略。這樣，可以在可能的情況中識別所有測量信號并且在關(guān)注事件的檢測中使用該識別。通過針對該區(qū)識別正由不關(guān)注事件生成的信號，可以避免錯誤檢測。因此在操作中，可以處理來自感測光纖的后向散射輻射以提供來自光纖的每個縱向感測部分的測量信號。表示性直方圖310圖示了可以收集的數(shù)據(jù)類型并且示出了短時間段的由每個縱向感測部分測量的聲學(xué)擾動的平均強度。χ軸表示沿光纖的距離。如上文所述，可以自動地分析強度隨時間的改變以檢測關(guān)注事件。如果檢測到關(guān)注事件，則可以生成警告或警報。例如可以在一個或多個控制站處生成可聽和/或可視警報?？梢暰瘓罂梢暂敵鏊R別的事件的本質(zhì)以及檢測到的事件沿光纖的位置。在一個實施例中，可以與檢測到的事件相關(guān)的警報圖標(biāo)被顯示在管線/光纖的地圖上的正確位置處。例如考慮光纖的所有部分的缺省感測功能是將管線附近的挖掘或挖隧道檢測為關(guān)鍵事件并且還檢測管線附近的車輛或人的存在。然而，道路附近的光纖部分306a已被布置為分隔的區(qū)，其中禁止車輛的檢測以避免錯誤警告。假設(shè)某種挖掘在位置308處開始。這將使聲學(xué)振動通過地面?zhèn)鬟f，這將引起挖掘附近的感測光纖的振動。如直方圖310中所示，這些振動將增加在光纖的該部分處測量的聲學(xué)擾動的強度。使用聲學(xué)標(biāo)記分析對來自光纖的該部分的信號進行分析并且將信號識別為與機械挖掘所關(guān)聯(lián)的特性匹配。此時處理器與控制站通信并且生成警告。使可聽警告發(fā)聲以引起操作者注意并且警告的本質(zhì)的細節(jié)被顯示在圖形顯示器上。這包括識別關(guān)注事件的類型(即挖掘)以及檢測的位置。還可以將自動警報發(fā)送到巡邏單元。操作者可以檢查以查看在該位置處是否調(diào)度了任何地面作業(yè)和/或額外派出巡邏者以進行調(diào)查。如果挖掘結(jié)果是良性的，即挖掘者具有適當(dāng)?shù)脑S可，并且正在距管線的安全距離處挖掘和/或了解管線的位置，則可以允許作業(yè)繼續(xù)。此時可能希望移除來自管線的該部分的警告以避免不需要的警告潛在地掩蓋新的真正警告的存在。因此操作者可以選擇圍繞檢測到的事件的光纖部分306b并且將其指定為另一區(qū)。一旦區(qū)306b已被建立，則操作者可以選擇要檢測的關(guān)注事件并且可以取消選擇該區(qū)內(nèi)的挖掘的檢測。該區(qū)的時長可以是時間受限的。例如，該區(qū)可以僅持續(xù)預(yù)期的作業(yè)時長。此外，根據(jù)正在執(zhí)行的作業(yè)的本質(zhì)，該區(qū)可以被布置為僅在日間作業(yè)時間期間應(yīng)用。因此該區(qū)可以在正常作業(yè)時間期間持續(xù)。一旦到了夜間，區(qū)306b停止以成為分隔的區(qū)并且重新應(yīng)用缺省感測功能。然而，在下一天開始時，將自動地重新應(yīng)用具有指定的感測功能的區(qū)306b。因此操作者可以經(jīng)由用戶接口指定這些區(qū)?？梢韵蛴脩舫尸F(xiàn)光纖傳感器的感測部分的圖形指示并且用戶能夠選擇任何一組或多組感測部分以指定為區(qū)。操作者隨后可以能夠從應(yīng)用于感測部分的(一個或多個)選定組的主列表中選擇或取消選擇關(guān)注事件。然而，在另一實施例中，可以通過區(qū)內(nèi)的感測光纖的布置來創(chuàng)建該區(qū)。圖4圖示了感測光纖104，其被配置為具有第一幾何形狀的第一區(qū)406a和具有第二幾何形狀的第二區(qū)406b。在第一區(qū)中光纖被布置為在至少與縱向感測部分的長度尺度相比通常筆直的或者逐漸彎曲的路徑中完全延伸。圖4表示了與光纖的單個縱向感測部分對應(yīng)的光纖的長度40加。縱向感測部分的長度由輪詢輻射的特性和處理確定，但是通?？梢员环纸鉃楠毩⒏袦y部分的光纖的最小長度與輪詢脈沖的時長相關(guān)。因此較長的脈沖導(dǎo)致了較長長度的感測部分，而較短時長的脈沖導(dǎo)致了較短長度的感測部分。輪詢脈沖的時長也對系統(tǒng)的整體范圍(即可以被輪詢的連續(xù)光纖的長度)有影響。如技術(shù)人員將認識到的，該范圍取決于有多少光被傳送到光纖中。然而，對于Rayleigh后向散射分布式聲學(xué)傳感器，輪詢脈沖應(yīng)當(dāng)在光纖的非線性閾值以下。因此對可以傳送到光纖中的最大瞬時強度加以限制。因此為了實現(xiàn)特定范圍，需要特定時長的脈沖，其實際上設(shè)定了可以被分隔地分解的光纖的最小空間長度。作為示例，可以以IOm的感測部分的空間長度來監(jiān)控40km長度的光纖。圖4中示出的實施例通過改變光纖的幾何形狀來改變兩個區(qū)中的傳感器的有效空間分辨率。如上文提到的，在第一區(qū)中光纖被布置為完全延伸。因此傳感器的有效空間分辨率與縱向感測部分的空間分辨率相同。然而在第二區(qū)中光纖具有通常延伸的軸但是具有關(guān)于該軸的蜿蜒路徑，使得沿軸的每Im包括長度顯著大于Im的光纖。圖4圖示了與縱向感測部分的長度相等的光纖部分對應(yīng)的沿軸的長度402b。因此將顯然，與第一區(qū)中的那些感測部分相比，第二區(qū)中的光纖的每個個別感測部分從長度更短得多的環(huán)境接收聲學(xué)信號。因此縮短了傳感器的有效空間分辨率，即傳感器總體上可以被視為具有沿傳感器的軸延伸并且在長度上比光纖的離散感測部分短的感測部分。蜿蜒可以在安裝感測光纖時實現(xiàn)。如技術(shù)人員將認識到的，包括內(nèi)核和覆層的感測光纖可以包括具有保護套的光纖線纜。該線纜可以包括一個或多個光纖。在部署時線纜自身可以布置成圍繞一般軸的期望蜿蜒路徑。根據(jù)對于特定光纖或線纜可接受的最大彎曲程度，可以使用各種不同的蜿蜒程度。例如，具有約50cm的橫向幅度和約IOcm的節(jié)距的蜿蜒將意味著IOm的光纖將沿傳感器路徑延伸約lm。然而，其他布置是可能的。例如至少一個區(qū)中的光纖可以具有盤繞或螺旋類型的幾何形狀。圖5示出了其中光纖完全延伸的第一部分50 以及其中光纖盤繞為圍繞傳感器軸的螺旋結(jié)構(gòu)的第二部分502b。光纖的盤繞可以允許將長度相對長的光纖布置在短的空間長度上而無大的橫向?qū)挾取＠?，與蜿蜒路徑相比，具有僅超過30cm的直徑和IOcm的節(jié)距的螺旋可以將IOm的光纖壓縮在Im的傳感器長度內(nèi)。甚至更緊的盤繞可以允許盤繞成為線纜自身的一部分。例如光纖可以在線纜內(nèi)盤繞為具有5cm直徑和1.5cm節(jié)距。在該情況中IOm的光纖將被布置為Im的線纜。該線纜可以作為任何其他類型的線纜容易地沿傳感器的期望路徑進行部署，并且在安裝線纜時將不需要特殊的布置。然而顯然，用作分布式聲學(xué)傳感器中的感測光纖的光纖的布置必須不約束光纖對聲波和振動做出反應(yīng)的能力。技術(shù)人員將容易地理解如何可以部署線纜和/或可以容易地測試以可能幾何形狀的光纖的響應(yīng)。光纖的布置還可以使得提供另外的傳感器功能，諸如在一維或多維中確定進入的聲波的入射方向的能力。圖6a和6b示出了一個示例，其中光纖被布置以便具有沿水平方向分隔的兩個平行感測部分以便允許確定聲波的入射方向。圖6a示出了線纜布置的俯視圖并且圖6b示出了沿線A-A的截面圖。線纜具有Z形布置，其中第一筆直的部分60 在與第二筆直的部分 602c平行的第一方向上延伸至少縱向感測部分的長度，所述第二筆直的部分602c至少也為縱向感測部分的長度。這兩個平行部分隔開短的距離，并且整體地或部分地在第一方向上重疊。傾斜(angled)部分602c連接這兩個部分。通過使用在部分60 處接收到的聲學(xué)信號和在部分602b處接收到的聲學(xué)信號， 可以通過識別由于這兩個光纖部分中的相同聲學(xué)脈沖引起的響應(yīng)并且查看信號到達光纖的該部分的相對時間來確定聲學(xué)信號的入射方向(垂直于部分60 和602b)。光纖部分 206c可以被用作感測部分或者可以忽略來自該光纖部分的返回。
可以使用其他幾何形狀來允許確定入射方向。具有在二維中隔開的三個平行感測部分的幾何形狀將使得能夠確定與感測部分垂直的平面中的原點?；貋韰⒄請D3，本發(fā)明的實施例還允許出于不同的目的進行感測。如上文所述，沿管線的長度部署的感測光纖可以用于檢測對管線的潛在干擾。然而同時光纖還可以用于監(jiān)控管線自身的狀況。共同未決的專利申請PCT/GB2009/002058 (其內(nèi)容通過對其引用而合并于此)描述了如何可以使用分布式聲學(xué)光纖來通過聲學(xué)激勵管線并且記錄來自光纖的每個感測部分的響應(yīng)而監(jiān)控諸如管線的管道的狀況?？梢詫⒃擁憫?yīng)與先前的基線響應(yīng)比較以檢測任何顯著改變。沿管線長度的顯著改變可以指示管線的腐爛或者流送管中的沉淀物的累積?？梢酝ㄟ^生成聲波的設(shè)備來激勵管線和/或可以使用諸如由清管器(Pig)通過管線引起的機會信號?？商孢x地，可以基于環(huán)境聲學(xué)噪聲來監(jiān)控感測光纖的沿管線長度的部分的響應(yīng)并且將其與先前獲取的參考信號進行比較以檢測任何顯著改變。在一些實施例中，狀況監(jiān)控可以僅適合沿感測光纖的長度的部分，并且因此傳感器可以被分為其中執(zhí)行狀況監(jiān)控的區(qū)和其中狀況監(jiān)控不相關(guān)的另一區(qū)。當(dāng)檢測到相關(guān)區(qū)的關(guān)注事件時，可以生成警告或警報。可以存在針對檢測到的事件的不同類型或嚴重性的不同類型的警報，并且警報可以按嚴重性分級。例如，考慮其中傳感器適于提供狀況監(jiān)控并且還提供干擾檢測的管線監(jiān)控應(yīng)用。檢測到與在管線附近步行的人對應(yīng)的聲學(xué)標(biāo)記可以是受關(guān)注的，但是獨自不是太顯著。因此檢測到人員可以生成低級別警報，例如警告圖標(biāo)可以出現(xiàn)在管線的相關(guān)部分的圖形指示上。該類型的警告可以被彩色編碼并且可以例如是綠色以僅指示檢測。然而，在其中未預(yù)期車輛的部分中檢測到指示車輛的信號可以是更嚴重的，因為這可能更多指示潛在的干擾。因此這樣的檢測可以導(dǎo)致較高的警報狀態(tài)，例如可能伴隨有可聽警報的棕黃色彩色警告。檢測到與挖掘?qū)?yīng)的標(biāo)記可以生成高狀態(tài)警報，盡管在該情況中警報的狀態(tài)可以取決于事件的時長和強度(或者如果適當(dāng)?shù)脑挒闄z測的范圍)。如果信號僅持續(xù)非常短的時間段或者是低強度，則其可能不是關(guān)心的事并且可能僅被標(biāo)記為檢測。然而延長的強烈的信號可以生成全面警報，其可能牽涉使可聽警告發(fā)聲并且生成針對響應(yīng)單元的自動化消息。光纖的幾何形狀也可以使得鏈接光纖的不同區(qū)。例如圖7圖示了被部署為提供不同的周界監(jiān)控層的單個光纖104。光纖104被部署為具有三個環(huán)路。例如，外部環(huán)路可以布置在例如周界圍欄之外以提供人員或車輛的檢測。中間環(huán)路可以被提供為與周界圍欄等相鄰以檢測對圍欄的破壞并且內(nèi)部環(huán)路可以被提供在周界圍欄內(nèi)以檢測周界內(nèi)的移動。因此光纖的每個環(huán)路可以被指定為具有略微不同感測功能的分隔區(qū)。然而在所有情況中，可能希望檢測人的移動。在該情況中可以使用光纖的不同部分布置在周界的相同部分附近的事實來提供增加的功能。例如，形成組701的外部環(huán)路的光纖的感測部分可以與對應(yīng)于周界的相同部分的中間環(huán)路的光纖的感測部分702鏈接，并且同樣地與對應(yīng)于周界的相同部分的內(nèi)部環(huán)路的那些部分703鏈接。如果在鏈接的區(qū)中順序地檢測到相同類型的聲學(xué)事件， 則這些個別檢測可以被歸類為屬于單個事件。例如沿路徑704接近的人將連續(xù)地被區(qū)701、 702以及隨后被703檢測到。通過比較來自這些區(qū)的檢測信號，來自三個鏈接區(qū)的個別檢測可以被識別為屬于相同事件。這可以使得例如能夠跟蹤移動的速度和方向，但是還澄清由區(qū)703檢測到的周界內(nèi)的擾動源最初開始于周界之外并且以某種方式繞過周界圍欄。將理解，上文純粹通過示例的方式描述了本發(fā)明，并且在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以進行細節(jié)的修改。例如，單個處理器或其他單元可以實現(xiàn)權(quán)利要求中敘述的若干個單元或子單元的功能。 還將注意，在說明書以及(在適當(dāng)?shù)那闆r中)權(quán)利要求和附圖中公開的每個特征可以單獨地或者以任何適當(dāng)?shù)慕M合提供。
權(quán)利要求
1.一種分布式感測的方法，包括步驟使用電磁輻射來輪詢光纖；檢測從光纖后向散射的電磁輻射；處理所述檢測到的后向散射輻射以提供針對光纖的多個縱向感測部分中的每個的測量信號；以及分析來自縱向感測部分的測量信號以檢測關(guān)注事件，其中所述方法包括分析縱向感測部分的第一子集的測量信號以提供具有第一感測功能的第一區(qū)并且分析縱向感測部分的至少第二子集的測量信號以提供具有第二不同感測功能的至少第二區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中不同感測功能包括檢測不同事件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中分析來自第一區(qū)的測量信號以檢測第一關(guān)注事件，以及分析來自第二區(qū)的信號以檢測第二不同關(guān)注事件。
4.根據(jù)任一項前述權(quán)利要求所述的方法，包括分析來自第一區(qū)的測量信號以檢測第一特性或標(biāo)記并且分析來自第二區(qū)的測量信號以檢測第二特性或標(biāo)記。
5.根據(jù)任一項前述權(quán)利要求所述的方法，其中第一區(qū)或第二區(qū)中的至少一個包括縱向感測部分的兩個或更多個組，其中每個所述組內(nèi)的感測部分是連續(xù)的但是這些組不是連續(xù)的。
6.根據(jù)任一項前述權(quán)利要求所述的方法，包括識別不止兩個區(qū)，每個區(qū)涉及縱向感測部分的不同子集。
7.根據(jù)任一項前述權(quán)利要求所述的方法，其中在第一區(qū)和第二區(qū)中提供不同感測功能包括在第一區(qū)中檢測第一關(guān)注事件集合并且在第二區(qū)中檢測第二關(guān)注事件集合，其中第一事件集合與第二事件集合不同。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中第一和第二集合包括互斥的關(guān)注事件。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中第一和第二事件集合包括一個或多個共同的關(guān)注事件。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的方法，其中通過在一個區(qū)中檢測在另一區(qū)中不檢測的至少一個關(guān)注事件，在第一和第二區(qū)中提供不同感測功能。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的方法，其中來自第二區(qū)的測量信號的分析被布置為不檢測在來自第一區(qū)的測量信號的分析中檢測的至少一個關(guān)注事件。
12.根據(jù)任一項前述權(quán)利要求所述的方法，包括步驟選擇光纖的縱向感測部分的子集以形成至少一個區(qū)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中選擇縱向感測部分的子集的步驟包括在示出光纖的表示的圖形顯示器上選擇一部分光纖。
14.根據(jù)任一項前述權(quán)利要求所述的方法，包括步驟通過選擇關(guān)注事件來將感測功能分配給至少一個區(qū)，其中在該區(qū)中將檢測所述關(guān)注事件。
15.根據(jù)任一項前述權(quán)利要求所述的方法，其中分析所述測量信號的步驟包括根據(jù)不關(guān)注的事件的特性而對測量信號進行分類和/或歸類。
16.根據(jù)任一項前述權(quán)利要求所述的方法，其中不同感測功能包括出于不同目的而分析來自這些區(qū)的信號。
17.根據(jù)任一項前述權(quán)利要求所述的方法，其中至少一個區(qū)的感測功能包括狀況監(jiān)控。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中狀況監(jiān)控包括將來自一個或多個縱向感測部分的測量信號與先前獲取的測量信號比較以檢測任何顯著改變。
19.根據(jù)任一項前述權(quán)利要求所述的方法，其中縱向感測部分的第一子集與光纖的具有第一物理布置的部分對應(yīng)，而縱向感測部分的第二子集與光纖的具有第二不同物理布置的部分對應(yīng)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中第一物理布置包括光纖的第一幾何形狀并且第二物理布置包括光纖的第二幾何形狀。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中第一幾何形狀在第一區(qū)中提供第一有效空間分辨率并且第二幾何形狀在第二區(qū)中提供第二不同有效空間分辨率。
22.根據(jù)權(quán)利要求20或權(quán)利要求21所述的方法，其中第一或第二幾何形狀中的一個包括通常筆直的或逐漸彎曲的布置，并且第一或第二幾何形狀中的另一個包括盤繞或折疊類型的布置。
23.根據(jù)任一項前述權(quán)利要求所述的方法，其中第一和第二區(qū)中的不同感測功能包括在第一和第二區(qū)中以不同有效空間分辨率進行感測。
24.根據(jù)任一項前述權(quán)利要求所述的方法，包括分布式聲學(xué)感測的方法。
25.根據(jù)權(quán)利要求M所述的方法，其中在每個區(qū)中分析包括聲學(xué)信息的測量信號。
26.—種處理來自分布式光纖傳感器的數(shù)據(jù)的方法，包括步驟取得與檢測到的已從光纖后向散射的電磁輻射對應(yīng)的數(shù)據(jù)；處理所述數(shù)據(jù)以提供針對光纖的多個縱向感測部分中的每個的測量信號；以及分析來自縱向感測部分的測量信號以檢測關(guān)注事件，其中所述方法包括分析縱向感測部分的第一子集的測量信號以提供具有第一感測功能的第一區(qū)并且分析縱向感測部分的至少第二子集的測量信號以提供具有第二不同感測功能的至少第二區(qū)。
27.—種分布式光纖傳感器裝置，包括光纖；電磁輻射源，被配置為將電磁輻射發(fā)射到所述光纖中；檢測器，用于檢測從所述光纖后向散射的電磁輻射；以及處理器，被配置為分析后向散射輻射以確定針對光纖的多個離散縱向感測部分的測量信號；其中分布式光纖傳感器包括具有第一感測功能的第一區(qū)，所述第一區(qū)與所述縱向感測部分的第一子集對應(yīng)；以及具有第二不同感測功能的至少第二區(qū)，所述第二區(qū)與所述縱向感測部分的第二不同子集對應(yīng)。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的分布式光纖傳感器裝置，其中處理器被配置為分析縱向感測部分的所述第一子集的測量信號以提供具有第一感測功能的所述第一區(qū)并且分析縱向感測部分的至少所述第二子集的測量信號以提供具有第二不同感測功能的至少所述第二區(qū)。
29.根據(jù)權(quán)利要求27或權(quán)利要求28所述的分布式光纖傳感器裝置，其中處理器被配置為基于測量信號是否與一個或多個預(yù)定特性匹配來對測量信號進行分類。
30.根據(jù)權(quán)利要求四所述的分布式光纖傳感器裝置，其中預(yù)定特性包括關(guān)注事件的特性。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的分布式光纖傳感器裝置，其中預(yù)定特性進一步包括并非關(guān)注事件的其他事件的特性。
32.根據(jù)權(quán)利要求27至31中任一項所述的分布式光纖傳感器裝置，進一步包括圖形顯示器，其中處理器被配置為當(dāng)關(guān)注事件被檢測到時在顯示器上生成圖形警報。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的分布式光纖傳感器裝置，其中圖形警報包括在光纖路徑的圖示上在所述路徑的相關(guān)部分處顯示的警報。
34.根據(jù)權(quán)利要求27至33中任一項所述的分布式光纖傳感器裝置，其中所述裝置適于使得用戶能夠為使用中的傳感器裝置設(shè)定一個或多個區(qū)。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的分布式光纖傳感器裝置，其中所述裝置適于使得用戶能夠通過選擇顯示在圖形顯示器上的光纖的測量通道的圖示或者光纖路徑的圖示的一部分來選擇光纖的縱向部分的子集。
36.根據(jù)權(quán)利要求27至35中任一項所述的分布式光纖傳感器裝置，其中所述裝置適于使得用戶能夠選擇在選定區(qū)中將檢測的事件。
37.根據(jù)權(quán)利要求27至36中任一項所述的分布式光纖傳感器裝置，其中光纖包括第一區(qū)中的第一物理布置和第二區(qū)中的不同于第一物理布置的第二物理布置。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的分布式光纖傳感器裝置，其中第一和第二區(qū)中的不同物理布置包括每個區(qū)中的不同光纖幾何形狀。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的分布式光纖傳感器裝置，其中光纖具有提供第一有效空間分辨率的第一區(qū)中的第一幾何形狀以及提供第二不同有效空間分辨率的第二區(qū)中的第二幾何形狀。
40.一種處理器裝置，用于取得與光纖的多個縱向感測部分中的每個的檢測到的后向散射輻射的測量信號對應(yīng)的數(shù)據(jù)并且分析來自縱向感測部分的測量信號以檢測關(guān)注事件， 其中所述方法包括分析縱向感測部分的第一子集的測量信號以提供具有第一感測功能的第一區(qū)并且分析縱向感測部分的至少第二子集的測量信號以提供具有第二不同感測功能的至少第二區(qū)。
41.一種計算機程序，用于對適當(dāng)?shù)挠嬎銠C進行編程以執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至25中任一項或者權(quán)利要求26所述的方法。
42.一種分布式光纖傳感器，包括具有用于提供第一感測功能的第一區(qū)中的第一物理布置和用于提供第二感測功能的第二區(qū)中的第二不同物理布置的光纖。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的分布式光纖傳感器，其中第一物理布置提供第一區(qū)中的第一有效空間分辨率并且第二物理布置提供第二區(qū)中的第二有效空間分辨率。
全文摘要
描述了一種分布式光纖感測的方法，其中使用電磁輻射來輪詢光纖(104)；檢測后向散射輻射；并且處理返回以提供針對光纖的多個縱向感測部分中的每個的測量信號(310)。該方法包括縱向感測部分的第一子集的測量信號以提供具有第一感測功能的第一區(qū)(306a)并且分析縱向感測部分的至少第二子集的測量信號以提供具有第二不同感測功能的至少第二區(qū)(306b)。不同感測功能可以包括檢測不同關(guān)注事件。在一些實施例中，光纖的幾何形狀可以提供不同感測區(qū)(406a、406b)。
文檔編號G01D5/353GK102292622SQ201080005251
公開日2011年12月21日 申請日期2010年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月13日
發(fā)明者J. 希爾 D., 麥尤恩-金 M. 申請人:秦內(nèi)蒂克有限公司