Brevet FR3099952A1 — publié le 20210219

Description Titre de l'invention : Système de détection acoustique distribuée à fibre optique Domaine technique [0001] La présente demande concerne le domaine de technologie de détection à fibre optique, en particulier un système de détection acoustique distribuée à fibre optique. Contexte technique [0002] La technologie de détection acoustique est une technologie de détection destinée à détecter et surveiller les signaux acoustiques, et acquérir en temps réel la fréquence, la phase et l'amplitude de vibration d'ondes acoustiques variables rapidement. La technologie de détection acoustique basée sur la détection à fibre optique présente les avantages tels qu'une bande large, une haute sensibilité, une bonne résistance à haute température et une immunité à l'interférence causée par le champ électromagnétique, et donc est utilisée dans nombreux domaines telles que l'exploitation et la mise en valeur du gaz naturel et du pétrole, la surveillance de génies civils comme des installations civiles telles que des ponts et des grands bâtiments, la domaine militaire, etc. En raison de ses avantages tels qu'un domaine d'utilisation large, un haut rapport de bénéfice-coût et une haute efficacité d'acquisition d'information, la technologie de détection distribuée à fibre optique devient progressivement un point-clé dans les recherches sur la détection à fibre optique. [0003] Selon les fibres optiques de détection, les systèmes de détection acoustique distribuée à fibre optique existants peuvent être divisés en deux catégories principaux : l'une consiste à utiliser un dispositif laser de rétroaction distribuée à fibre optique à largeur de raie étroit (DFB-FL, Distributed Feedback- Fiber Laser) en tant qu'une source de lumière, et à utiliser une diffusion Rayleigh vers l'arrière à l'intérieur de la fibre optique, de sorte que les lumières de diffusion Rayleigh renvoyées à différents moments correspondent aux différentes positions de la fibre de détection, afin d'obtenir les informations du champ acoustique externe aux différentes positions par la démodulation de phase ; et l'autre consiste à utiliser un dispositif laser de rétroaction distribuée à fibre optique à largeur de raie étroit (DFB-FL , Distributed FeedbackFiber Laser) en tant qu'une source de lumière, et utiliser les réseaux passives à fibre optique faible identiques pour insérer un grand nombre de réseaux passives à fibre optique faible identiques ayant une réflectivité inférieure à un millième dans la fibre optique au lieu de la diffusion Rayleigh, afin d'améliorer considérablement la stabilité de la lumière de diffusion vers l'arrière. 100041 Cependant, pour la première solution ci-dessus, la diffusion Rayleigh de la fibre 2 optique présente les inconvénients tels que sa nature inhérente d'un processus aléatoire, une intensité très faible et une fluctuation aléatoire, bien que la stabilité de démodulation peut être améliorée par la technique de démodulation de phase, le problème d'évanouissement. de polarisation résiste toujours ; pour la deuxième solution ci-dessus, les réseaux passives à fibre optique faible identiques présente un inconvénient de sa longueur d'onde de réflexion susceptible de dériver sous effets de la température et les contraintes locales, ce qui risque d'entraîner les « cavités vides » dans les lumières réfléchies à certaines positions de la fibre optique dans les conditions de non-modification de la longueur d'onde de la lumière incidente, en cc cas, les signaux du champ acoustique externe à ces positions ne peuvent être ni recueillis ni démodulés, ce qui rend l'adaptabilité environnementale de cette solution médiocre. Il existe donc un besoin pour un système de détection acoustique distribuée à fibre optique avec une haute intensité de signal, une stabilité de signal et unc bonne adaptabilité environnementale. Description de l'invention [0005] Pour résoudre les problèmes techniques ci-dessus, la présente demande fournit un système de détection acoustique distribuée à fibre optique. [0006] La présente demande fournit un système de détection acoustique distribuée à fibre optique, qui comprend une source de pompage directe, un multiplexeur à division de longueur d'onde, une matrice de réseaux actifs de déphasage, une source de pompage inverse et un dispositif de démodulation et de traitement de données ; dans lequel le multiplexeur à division de longueur d'onde est configure pour recevoir unc impulsion de pompage directe incidente depuis la source de pompage directe, transmettre l' impulsion de pompage directe vers la matrice de réseaux actifs de déphasage, et transmettre le signal de la lumière d'excitation renvoyé par la matrice de réseaux actifs de déphasage vers le dispositif de démodulation et de traitement de données ; la matrice de réseaux actifs de déphasage comprend une pluralité de réseaux actifs de déphasage gravés sur une même fibre optique, chaque réseau actif de déphasage ayant une même longueur d'onde d'excitation ; [0007] la matrice de réseaux actifs de déphasage est configurée pour recevoir ladite impulsion de pompage directe et la lumière de pompage inverse incidente depuis la source de pompage inverse, de sorte que chaque réseau actif de déphasage génère une lumière d'excitation directe et une lumière d'excitation inverse, et que les deux réseaux actifs de déphasage adjacents gênent une auto-interférence de la lumière d'excitation dans le même temps d'impulsion ; [0008] le dispositif de démodulation et de traitement de données est configuré pour détecter l'interférence de la phase de fibre optique entre deux réseaux actifs de déphasage adjacents afin de mesurer le signal acoustique agissant sur la fibre optique. 3 [0009] Éventuellement, la longueur théorique I de l'impulsion de pompage directe est su- périeure à la distance Al entre les réseaux actifs de déphasage dans ladite matrice de réseaux actifs de déphasage ; où /=(-112/2n 1, avec e est la vitesse de lumière à vide, w est la largeur d'impulsion de l'impulsion de pompage directe et 11 f c st l'indice de réfraction de la fibre optique. [0010] Éventuellement, l'auto-interférence de la lumière d'excitation comprend : [0011] Lorsque les fenêtres de transmission des réseaux actifs de déphasage i et i+ I se che- vauchent ou se chevauchent partiellement, les lumières d'excitation inverse des réseaux actifs de déphasage i et 1+1 s'interfèrent, où 1 Description des figures [0020] Les exemples de la présente invention ou les solutions techniques de techniques existantes apparaissent plus clairement au cours de la description détaillée qui va suivre, en référence aux figures annexés. Les figures ci-dessous sont données seulement à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et. les modifications et les variantes peuvent être obtenus par l'homme de l'art sans travail créatif. [0021] [fig.1] est une vue de la structure d'un système de détection acoustique distribuée à fibre optique selon un exemple de la présente demande. [0022] [fig.2] est une vue d'auto-interférence de deux réseaux actifs de déphasage identiques adjacents lorsque les fenêtres de transmission de deux réseaux actifs de déphasage adjacents se chevauchent ou se chevauchent partiellement ; [0023] [fig.3] est une vue d'auto-interférence de deux réseaux actifs de déphasage identiques adjacents lorsque les fenêtres de transmission de deux réseaux actifs de déphasage adjacents ne se chevauchent pas ; [0024] [fig.4] est une vue de la structure d'un système de détection acoustique distribuée à fibre optique selon un autre exemple de la présente demande ; [0025] [fig.54 est une vue de forme d'onde du signal dans un domaine temporel lorsque l'impulsion de pompage selon cet exemple excite une matrice de réseaux actifs de déphasage ; [0026] [fig.511] est un spectrogramme de domaine de fréquence de largeur de raie du réseau actif de déphasage excité par une seule impulsion de pompage selon cet exemple. Modes de réalisation 10027] Les solutions techniques sur lesquelles les exemples de la présente invention sont basés seront décrits de manière claire et détaille par la description suivante en référant les figures, dans lesquelles lesdites exemples ne sont qu'une partie d'exemples au lieu de tous exemples. Les autres exemples basés sur les exemples de la présente invention et obtenus par l'homme de l'art sans travail créatif doivent être inclus dans le cadre de la protection de la présente invention. 100281 Montré comme la figure 1, un exemple de la présente demande fournit un système de détection acoustique distribuée à fibre optique, qui comprend une source de pompage directe, un multiplexeur à division de longueur d'onde (Wavelength Division Multiplexing, WDM), une matrice de réseaux actifs de déphasage, une source de pompage inverse et un dispositif de démodulation et de traitement de données. La source de pompage est une source de lumière pour émettre une lumière de pompage, dans laquelle la direction d'incidence de la lumière de pompage émise par la source de pompage directe vers la matrice de réseaux actifs de déphasage est opposée à celle émise par la source de pompage inverse. La matrice de réseaux actifs de déphasage est 6 obtenue par graver les réseaux actifs de déphasage sur une même fibre optique dopée en erbium à l'intervalle AI, soit l'intervalle entre les réseaux est de Al, chaque réseau actif de déphasage ayant une même longueur d'onde d'excitation. Le réseau actif de déphasage (active phase-shifted fiher Bragg gratings, apsFBG) est un réseau dont la cavité résonante est obtenue par graver sur une fibre optique dopée en erbium, ayant un déphasage z. Lorsqu'une lumière de pompage est incidente, le réseau actif de déphasage généra une lumière d'excitation haute cohérente. La longueur d'onde de la lumière d'excitation est différente de la longueur de la lumière de pompage, et les deux peuvent être couplées et séparées par WDM. [0029] Éventuellement, la source de pompage directe peut être une source de pompage à im- pulsions, ou le système comprend en outre un modulateur, dans lequel la source de pompage directe est connectée à WDM via le modulateur, pour moduler la lumière de pompage directe émise par la source de pompage directe en une impulsion de pompage directe. La lumière de pompage inverse émise par la source de pompage inverse peut être une lumière continue. [0030] Lorsqu'une impulsion de pompage ayant une largeur d'impulsion de co est incidente sur la matrice de réseaux actifs de déphasage, les réseaux actifs de déphasage est excité un par un dans le temps et une lumière d'excitation directe et une lumière d'excitation inverse sont générées simultanément au cours d'excitation de chaque réseau actif de déphasage. Lorsque la longueur théorique / de l'impulsion de pompage directe est supérieure à la distance Al entre les réseaux actifs de déphasage dans la matrice de réseaux actifs de déphasage, où l=cw/2n f , avec c est la vitesse de lumière à vide, w est la largeur de l'impulsion de pompage directe et nf est l'indice de réfraction de la fibre optique, pour l'auto-interférence de la lumière d'excitation montrée dans la figure 2, lorsque les fenêtres de transmission des réseaux actifs de déphasage i et i+1 se chevauchent ou se chevauchent partiellement, les lumières d'excitation inverse des réseaux actifs de déphasage i et 1+1 s'interfèrent directement, et pour l'auto-interférence de la lumière d'excitation montré dans la figure 3, lorsque les fenêtres de transmission des réseaux actifs de déphasage i et i+/ ne se chevauchent pas, la lumière d'excitation inverse du réseau actif de déphasage, le réseau actif de déphasage i+1 peut être considéré comme un réseau commun à fibres optique, le réseau actif de déphasage i+1 sert à un miroir de réflexion de réseau pour réfléchir la lumière d'excitation directe du réseau actif de déphasage i, de sorte que la lumière d'excitation directe et la lumière d'excitation inverse du réseau actif de déphasage i s'interfèrent où1 REVENDICATIONSSystème de détection acoustique distribuée à fibre optique, caractérisé en cc qu'il comprend une source de pompage directe, un multiplexeur à division de longueur d'onde, une matrice de réseaux actifs de déphasage, une source de pompage inverse et un dispositif de démodulation et de traitement de données ; dans lequel le multiplexeur à division de longueur d'onde est configuré pour recevoir une impulsion de pompage directe incidente depuis la source de pompage directe, transmettre l'impulsion de pompage directe vers la matrice de réseaux actifs de déphasage, et transmettre le signal de la lumière d'excitation renvoyé par la matrice de réseaux actifs de déphasage vers le dispositif de démodulation et de traitement de données ; la matrice de réseaux actifs de déphasage comprend une pluralité de réseaux actifs de déphasage gravés sur une même fibre optique, chaque réseau actif de déphasage ayant une même longueur d'onde d'excitation ; la matrice de réseaux actifs de déphasage est configurée pour recevoir l'impulsion de pompage directe et la lumière de pompage inverse incidente depuis la source de pompage inverse, de sorte que chaque réseau actif de déphasage génère une lumière d'excitation directe et une lumière d'excitation inverse, et que les deux réseaux actifs de déphasage adjacents gênent une auto-interférence de la lumière d'excitation dans le même temps d'impulsion ; le dispositif de démodulation et de traitement de données est configuré pour détecter l'interférence de la phase de fibre optique entre deux réseaux actifs de déphasage adjacents afin de mesurer le signal acoustique agissant sur la fibre optique. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que, la longueur théorique / de l'impulsion de pompage directe est supérieure à la distance Al entre les réseaux actifs de déphasage dans ladite matrice de réseaux actifs de déphasage ; où l=cw/2n f, avec c est la vitesse de lumière à vide, w est. la largeur d'impulsion de l'impulsion de pompage directe et n test l'indice de réfraction de la fibre optique. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que, l'auto-interférence de la lumière d'excitation comprend : lorsque les fenêtres de transmission des réseaux actifs de déphasage i et i+1 se chevauchent ou se chevauchent partiellement, les lumières d'excitation inverse des réseaux actifs de déphasage i et i+1 16 [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6] [Revendication 7] s'interfèrent, où 1