基于相位的感測制造技術

基于相位的換能器的詢問是通過在時間上重疊和干涉來自該換能器的單一脈沖輸出而得以執行，以確定用相位變化表示的被測變量隨時間的變化率。相位變化的變化率、或者導數，通常具有比信號本身小得多的幅度，因此導數測量具有減小的敏感度。用這種方式，否則可能經受過縮放效應的大幅度信號可被更有效地測量。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及利用詢問信號的相位變化確定被感測參數的傳感器，尤其涉及但不限于光纖干涉測量感測。本專利技術尋求在地震勘測領域的特定應用。
技術介紹
某些類型的光纖傳感器使用一定長度的光纖，該光纖被以如此方式布置使得被感測的參數引起要施加在該光纖上的應變。通常該光纖被布置成線圈，然而其他布置也是可能的。這種應變引起在該光纖中的光信號傳播的相位的變化，這種變化可通過干涉測量技術檢測到。以前已經提出了這類換能器的多種不同布置，其中許多布置具有卷繞在可變形的芯或心軸上的光纖線圈，其響應于被感測的參數(比如被感測的震動)而經歷徑向的膨脹或收縮。這種光纖傳感器能夠呈現極高的靈敏度，并具有完全無源的優勢，在該感測換能器處不使用電力。這種傳感器還被證明在需要大的傳感器陣列的應用中是受歡迎的，因為它們相對容易被多路復用(multiplex)。這種應用的一個示例是油氣勘探行業中的地震勘測，其中包含數百或者甚至數千個振動傳感器和/或水中聽音器的大的時分多路復用陣列可被用于感測來自海底下的地質構造的入射脈沖的反射。以有規律的周期對這種陣列采樣提供有關現有或潛在的新的儲量的3D時間推移(time lapsed)數據。更詳細來說，高振幅地震源(通常是氣槍)被拖動跨越已知或潛在的油田的頂部， 以有規律的間隔發射該源，并使用傳感器監視從該源反射的返回，其中該傳感器是與該源一起拖動的或者被定位在該海底上。期望能夠直接測量在信號首次到達該傳感器時來自該氣槍的直接信號、以及從該區域內的地下特征反射的地震返回，該地震返回具有明顯更低的振幅。利用這種方案進行感測所經歷的一個問題是，對于給定的采樣率，高于某幅度閾值的信號使得基于相位的感測信號變得扭曲，并可能引起解調過程的失敗。這種效應(通常被稱為過載或過縮放(overscaling))依賴于被測信號的頻率。在地震系統中，隨著入射脈沖的直接到達這可能導致特定的問題，特別是當靠近該傳感器產生那個脈沖時(所述脈沖通常由水面船只所拖曳的氣槍在其經過所述陣列上方時生成)。期望能夠在沒有由所述過縮放所產生的失真的情況下記錄該入射脈沖。申請人:的共同待決的國際專利申請PCT/GB2008/000830描繪了用于確定由換能器(或換能器的多路復用陣列)對詢問信號施加的相位相對于時間的導數的裝置和技術。 這種技術被稱為導數傳感器技術(DST)。該相位的變化率(或導數)通常具有比信號本身小得多的幅度，因為測量信號的兩個時間之間的差將通常比被測量的信號的周期小得多。因此，DST提供了一種減小的敏感度測量。例如，對于其大部分能量集中在約800Hz處的信號，在兩次測量時間之間的時間段為200ns時，那個信號的導數通常將被衰減至少60dB。PCT/GB2008/000830描述了通過使用不同的光學返回方法和架構、利用具有不同間隔的光脈沖對來產生具有不同幅度的導數信號的多種工具，其中該間隔的長度決定了該信道的幅度。這可能導致具有在800Hz處低約50dB(描述為“中等(medium)DST”)和在 800Hz處低38dB (描述為“長DST”)的水平(level)的導數輸出。導數信號的水平與脈沖經過該傳感器時的時間差成比例。減少這個時間差減少了該導數信號的水平但是增加了能被測量的動態信號的最大水平。然而，對在上述多路復用陣列中的脈沖對之間的最小時間差有實際極限。
技術實現思路
本專利技術的一個目標是提供改進的感測方法和裝置，本專利技術的某些實施方式的一個目標是提供使用多路復用光纖傳感器陣列進行感測的改進的方法和裝置。根據本專利技術的第一方面，提供一種詢問基于相位的換能器的方法，所述換能器響應于所感測的參數而提供信號傳播的相位的變化，所述方法包含接收傳播通過所述換能器的單脈沖信號頻率；將該單脈沖信號的延時版本和未延時版本組合；并從所述組合確定相位隨著所述信號的時間的變化率的數值。導數信號的水平與脈沖經過該傳感器時的時間差成比例。減少這個時間差減少了該導數信號的水平但是增加了能被測量的動態信號的最大水平。因此，為了測量非常大的動態信號，將必須具有非常短的時間間隔。在以前提出的用于獲得導數信號的技術中，如上所述，脈沖對被輸入到陣列，且該脈沖之間的時間間隔能夠確定所產生的敏感度水平。出于多種實際考量，經常需要該光脈沖具有為IOOns量級的最小寬度。因此，脈沖之間的最小時間差也是100ns，否則輸出干涉儀不能被用于重新對準這兩個脈沖。然而，在本專利技術中，只需要從傳感器或傳感器陣列接收單脈沖，而減小了由脈沖對的布置所施加的約束。同樣地，所接收的信號可與已被延時了僅一段很短時間的版本相組合，并且小于IOOns或小于50ns的延時是能夠實現的。在下面所述的示例中，使用IOns或更小的延時。在典型的實施方式中所接收的信號基本上是方波脈沖。該脈沖可以是脈沖序列的一部分，但是每個所接收的脈沖能夠被少量延時從而它與它所組合的無延時版本在時間上重疊。換句話說，該延時小于該脈沖持續時間，從而同一脈沖在時間上不對準的版本被組合起來。在實施方式中該脈沖將包含單一頻率。在實施方式中，為了方便提取代表導數信息的動態信號，延時版本的頻率相對于未延時版本的頻率被偏移。其中干涉儀被用于延時和組合所接收的信號，不同的頻率偏移可被施加到在該干涉儀的相應臂中的信號上。所感測的參數的實際值可通過對所測量的導數值進行積分而得以重建。然而，如果噪聲下限是由系統噪聲決定的，那么該噪聲下限對于該相位信息及其導數兩者來說是基本上相同的，該導數信號經受較低的SNR。如同下面更詳細地描述的，當該換能器的輸出的瞬時頻率(其依賴于相位的變化率)落在由這個信號被采樣的速率所確定的奈奎斯特頻率范圍之外時，過載發生。落在該奈奎斯特范圍之外的任何瞬時頻率將圍繞該范圍的極限被折疊回其上。根據所感測的信號的幅度和頻率，該信息可圍繞該奈奎斯特頻率極限被折疊或包繞(wrap)許多次。本專利技術的專利技術人已經發現，在當前信息的實施方式中所測量的導數信息可被用于確定該信息已被包繞了多少次，或者該信息超出該奈奎斯特極限的系數。然后這允許直接測量的參數值被校正以提供與通過對所測量的導數信號進行積分而提供的SNR相比具有改進的SNR的信號。本專利技術延伸到基本上如本文中參考附圖所描述的方法、裝置和/或用途。本專利技術的一個方面中的任何特征可被應用于本專利技術的其它方面，以任何適當的組合。尤其是，方法方面可被應用于裝置方面，并且反之亦然。附圖說明現在參考附圖，純粹以示例方式描述本專利技術的優選特征，在附圖中圖1顯示了一種已知類型的光纖傳感器組件(package)；圖2是適于圖1的組件的詢問波形；圖3描繪了來自圖1中顯示的類型的組件的典型響應；圖4顯示了根據本專利技術的一個方面用于詢問光纖組件的系統；圖5描繪了能夠從圖4的系統中獲得的輸出；圖6顯示了根據本專利技術的一個實施方式的布置；圖7描繪了圖6的布置的輸出；圖8顯示根據本專利技術的進一步的實施方式的布置；圖9描繪了能夠產生多個輸出的布置；圖10描繪了圖9的系統的一部分的功能。具體實施例方式參考圖1，示意性地顯示了一種已知類型的光纖傳感器組件，總體用102指示，包括四個由單一長度的光纖13形成并串聯布置的單獨的光纖傳感線圈104、106、108、110。光纖112的一部分充當組件輸入/輸出(i/o)光纖。光纖耦合本文檔來自技高網...

【技術保護點】
１．一種詢問基于相位的換能器的方法，所述換能器響應于所感測的參數而提供信號傳播的相位的變化，所述方法包括：接收傳播通過所述換能器的單一脈沖信號，將所述單一脈沖信號的延遲版本和未延遲版本相組合，從所述組合確定所述信號的相位隨著時間的變化率的數值。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：R·I·克里克摩爾，
申請(專利權)人：秦內蒂克有限公司，
類型：發明
國別省市：GB