Método y aparato de un sensor de fibra óptica.

Un sistema de control de fibra óptica para detectar y localizar las alteraciones a lo largo de una longitud predeterminada que comprende:

un primer sensor de fibra óptica (1) que comprende una fibra óptica (320; 320a) que se extiende a lo largo de dicha longitud predeterminada y que detecta continuamente alteraciones a lo largo de toda la longitud predeterminada y produce una primera salida, donde dicho primer sensor de fibra óptica (1) es un sensor de interferometría un segundo sensor de fibra óptica (2) que comprende una fibra óptica (320; 320b) que se extiende a lo largo de dicha longitud predeterminada y que produce una segunda salida que detecta alteraciones y sus ubicaciones a lo largo de un medio de longitud predeterminada (190) para analizar la salida de dicho medio de sensor de fibra óptica (260) para analizar la salida del mencionado segundo sensor de fibra óptica caracterizado porque la fibra óptica (320, 320a) del primer sensor de fibra óptica (1) y la fibra óptica (320, 320b) del segundo sensor de fibra óptica (2) son fibras ópticas separadas (320a, 320b) que se sitúan adyacentes la una a la otra o están en un fibra óptica común (320) del primer (1) y el segundo (2) sensor de fibra óptica;

los medios (190) para analizar la salida de dicho primer sensor de fibra óptica (1) se adaptan para identificar 20 las alteraciones detectadas por el sensor que tienen al menos una característica predeterminada y los medios (260) para analizar la salida de dicho segundo sensor de fibra óptica se adaptan para determinar si una alteración correspondiente se detectó en un momento que corresponde aproximadamente con la detección por parte de un primer sensor de fibra óptica (1) de una alteración con dicha una característica predeterminada y, en tal caso, la ubicación de dicha alteración correspondiente a lo largo de dicha longitud predeterminada.

Método y aparato de un sensor de fibra óptica Campo de la invención

[1] Esta invención hace referencia a un método para identificar una alteración de interés utilizando un interferómetro de fibra óptica y encontrando la ubicación de la alteración utilizando un sistema de sensor separado. Las alteraciones de interés pueden ser, por ejemplo, la ruptura de cables de refuerzo en una tubería de hormigón, la ruptura de los cables dentro de los cables de suspensión, una fuga en tubería, o una intrusión por parte de un humano o un vehículo.

Antecedentes de la invención

[2] Existen sensores de fibra óptica que pueden controlar los eventos a una distancia de veinte kilómetros o más y que pueden funcionar con una potencia relativamente baja. Dichos sensores de fibra óptica pueden detectar alteraciones acústicas y sísmicas, como por ejemplo las pisadas de un intruso cerca de un perímetro controlado, los ruidos asociados con el daño intencionado a una pieza controlada de infraestructura como un cable eléctrico o de comunicaciones, el ruido de una fuga en una tubería, o la ruptura de un cable de refuerzo en una tubería de hormigón o un cable en un cable puente. Algunos de esos sensores tienen rejillas detectaras espaciadas mediante partes protegidas, para que la ubicación de una alteración pueda encontrarse al determinar en qué rejilla(s) se detecta la alteración. Otros utilizan una luz de láser pulsado, donde las señales reflejadas provocadas por una alteración se reflejan de vuelta al origen y la ubicación desde la que vienen las señales se determina por el lapso de tiempo desde el impulso hasta la recepción de la señal reflejada.

[3] Dichos sensores de fibra óptica no han sido muy eficaces, ya que muchos tipos diferentes de alteraciones pueden desencadenar una respuesta. Una vez que una respuesta se desencadena, la ubicación de la que proviene debe investigarse para determinar si está presente una condición que requiere una acción correctiva. Además, los sensores que dependen del reflejo de un impulso pueden perder o malinterpretar efectos transitorios que tienen su efecto máximo en un momento en el que el impulso no está escaneando la ubicación particular cuando ocurren.

[4] Los sensores de interferometría son conocidos por ser sensibles al mensurando para una longitud larga, por ejemplo, la longitud total del sensor de fibra óptica. Debido a que la longitud total o una longitud larga en el área de interés es sensible al mesurando, una señal que indica una alteración se adquiere en o muy cerca de la fuente de la alteración. Esto proporciona una ventaja en la relación señal-ruido, ya que el sensor no se desplaza de manera longitudinal desde la alteración a lo largo de la fibra, como es el caso cuando existen sensores fijos espaciados. Debido a que la distancia desde el punto de detección más cercano a la fuente de la alteración se minimiza, el deterioro de la relación señal-ruido relacionando la atenuación de señal con la distancia también se minimiza.

[5] Los sensores de interferometría son conocidos en la técnica y se conocen varios tipos como por ejemplo un sensor de interferometría de efecto Sagnac mostrado en Udd USP 5.636.21 o un sensor de interferometría Michelson según se muestra en Jones et al USP 4.725.143.

[6] Encontrar la ubicación en la que ocurrió la alteración junto con la longitud de un sensor de interferometría resulta difícil. Udd (USP 5.636.21), Tapanes et al. (USP 6.621.947) y Kyoo, Juárez y Taylor ((23) SPIE, Vol. 59. Pp 131- 141 han intentado conseguir la ubicación de la alteración utilizando radios de amplitud de haces contra la propagación (Udd), tiempos de llegada de las alteraciones en los interferómetros de circuito (Tapanes) o sensible a la fase o reflectometría óptica de dominio temporal (Kyoo, Jurarez y Taylor). Sin embargo, las formas propuestas de encontrar la ubicación no funcionaron bien. En Udd, si el circuito de retorno del circuito Sagnac se ve afectado por la alteración, el acercamiento radiométrico utilizado para estimar la ubicación no funciona bien y normalmente no es posible saber si el circuito de retorno está afectado. En Tapanes, la incapacidad para seguir variaciones rápidas (slew rata) de las señales que resultan de una alteración hace que sea difícil la ubicación de la fuente.

[7] En el caso de los métodos basados en la reflectometría de dominio temporal, como el de Kyoo, Fernades y Taylor, la ubicación de la alteración puede determinarse viendo el punto a lo largo de la señal de retorno de un impulso donde está alterada, o donde empieza la perturbación, resultando de la alteración. Sin embargo, el uso de un láser pulsado de este tipo significa que no existe un control continuo. En su lugar, cada ubicación a lo largo del cable de fibra óptica sólo se controla en los momentos en los que un impulso pasa a través de él. Además, especialmente en los sensores largos, existe un ruido considerable y sólo está disponible un ancho de banda limitado. El control continuo puede ser muy importante cuando uno está detectando un evento evanescente o un evento donde la "firma" medida cambia rápidamente con el tiempo, haciendo imposible deducir lo que causó el evento sin un registro completo. Además el ancho de banda reducido suele proporcionar una información insuficiente para caracterizar la señal recibida, con tal de evaluar su posible causa.

[8] Algunos ejemplos de eventos evanescentes incluyen:

- la señal acústica provocada por la ruptura de un cable de refuerzo en una tubería de agua de hormigón envuelta con cables de refuerzo.

- la señal acústica provocada cuando un cable de refuerzo en el cable puente se parte.

- el aterrizaje de un objeto, como un objeto lanzado, que se ha tirado hacia un perímetro controlado por un sistema detector de intrusión de perímetro.

[9] Los sensores de fibra óptica conocidos no identifican la ubicación de la que proviene una señal y proporcionan a la vez suficiente información para hacer una identificación fiable de lo que provoca las señales. En este sentido, son inferiores a los sistemas existentes que no son de fibra óptica. Por ejemplo, Paulson USP 5.798.457 utiliza detectores acústicos o sísmicos en un conjunto para detectar señales y analizar tanto la ubicación de la que proviene la señal como sus características para ver si es indicativa de una condición como una ruptura de cable.

[1] Crawford (US 535528) publica un circuito detector de fibra óptica para detectar alteraciones comprendiendo un circuito cerrado en el que dos haces contra propagación están forzados a circular en direcciones opuestas. Los dos haces de Crawford son sensores de interferometría distribuidos capaces de detectar alteraciones a lo largo de su longitud total al mismo tiempo. Crawford no describe ni reivindica un segundo sensor con las propiedades de detectar tanto las alteraciones como sus ubicaciones. En su lugar, Crawford utiliza la relación temporal entre la llegada del borde principal de una alteración en cada haz contra propagación para determinar la ubicación de una alteración, que tiene importantes limitaciones.

Breve descripción de la invención

[11] La invención utiliza dos sensores separados.

[12] El primero es un interferómetro de fibra óptica, que detecta todas las partes de la longitud a detectar y lo hace de manera continua. Este puede detectar efectos evanescentes. Además, detecta alteraciones que producen señales en cualquier lugar dentro de un ancho de banda amplio. La información puede extraerse para indicar la distribución de frecuencia por el tiempo que se controlan las señales, proporcionando así una buena indicación de lo que provocó las señales.

[13] Los interferómetros de fibra óptica adecuados son, por ejemplo, ¡nterferómetros de efecto Sagnac e interferómetros Michelson.

[14] La salida de señales desde el interferómetro de fibra óptica se examina, por ejemplo por ordenador, para ver si son representativas aparentemente de un "evento de interés". Un evento de interés es una señal o un grupo de señales con una o más características predeterminadas que es probable que hayan ocurrido como resultado de una condición para la que requiere llevar a cabo una comprobación.

[15] Un "evento de interés" se predefine por el operador del sistema, para el sistema de sensor particular. Generalmente, el operador deseará investigar cualquier señal o grupo de señales que tenga más de un pico de energía particular o más de un pico de energía en una banda o bandas de frecuencia elegidas. El pico de energía puede mostrarse en una pantalla mediante una señal analógica o digital. El pico de energía mínimo que es de interés puede determinarse... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de control de fibra óptica para detectar y localizar las alteraciones a lo largo de una longitud predeterminada que comprende:

un primer sensor de fibra óptica (1) que comprende una fibra óptica (320; 320a) que se extiende a lo largo 5 de dicha longitud predeterminada y que detecta continuamente alteraciones a lo largo de toda la longitud predeterminada y produce una primera salida, donde dicho primer sensor de fibra óptica (1) es un sensor de interferometría

un segundo sensor de fibra óptica (2) que comprende una fibra óptica (320; 320b) que se extiende a lo 10 largo de dicha longitud predeterminada y que produce una segunda salida que detecta alteraciones y sus ubicaciones a lo largo de un medio de longitud predeterminada (190) para analizar la salida de dicho medio de sensor de fibra óptica (260) para analizar la salida del mencionado segundo sensor de fibra óptica caracterizado porque 15

la fibra óptica (320, 320a) del primer sensor de fibra óptica (1) y la fibra óptica (320, 320b) del segundo sensor de fibra óptica (2) son fibras ópticas separadas (320a, 320b) que se sitúan adyacentes la una a la otra o están en un fibra óptica común (320) del primer (1) y el segundo (2) sensor de fibra óptica;

los medios (190) para analizar la salida de dicho primer sensor de fibra óptica (1) se adaptan para identificar 20 las alteraciones detectadas por el sensor que tienen al menos una característica predeterminada y

los medios (260) para analizar la salida de dicho segundo sensor de fibra óptica se adaptan para determinar si una alteración correspondiente se detectó en un momento que corresponde aproximadamente con la detección por parte de un primer sensor de fibra óptica (1) de una alteración con dicha una característica 25 predeterminada y, en tal caso, la ubicación de dicha alteración correspondiente a lo largo de dicha longitud predeterminada.

2. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el primer sensor de fibra óptica (1) es un sensor de efecto Sagnac.

3. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el primer sensor de fibra óptica (1) es un 30 sensor Michelson.

4. Un aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 3, caracterizado porque el segundo sensor de fibra óptica (2) es un sensor OTDR de fase.

5. Un aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 3, caracterizado porque el segundo sensor de fibra óptica (2) es un sensor de efecto Brillouin. 35

6. Un método para localizar las alteraciones a lo largo de un sistema de detección por fibra óptica de una longitud predeterminada que comprende:

detectar de manera continua las alteraciones a lo largo de dicha longitud predeterminada con un primer sensor de fibra óptica (1) comprendiendo una fibra óptica y produciendo una primera señal de salida a partir de dicho primer sensor de fibra óptica (1) , cuando las alteraciones se detectan, donde dicho primer sensor de fibra 40 óptica (1) es un sensor de interferometría analizar dicha señal de salida para determinar si tiene al menos una característica predeterminada,

detectar de manera simultánea las alteraciones utilizando un segundo sensor de fibra óptica (2) comprendiendo una fibra óptica que se extiende a lo largo de dicha longitud predeterminada y que produce una segunda salida que detecta las alteraciones y sus ubicaciones a lo largo de la longitud predeterminada caracterizado porque 45

dicha fibra óptica (320, 320a) del primer sensor de fibra óptica (1) y dicha fibra óptica (320, 320b) del segundo sensor de fibra óptica (2) son fibras ópticas separadas (320a, 320b) que están situadas adyacentes la una a la otra o son una fibra óptica común (320) del primer (1) y el segundo (2) sensor de fibra óptica; y cuando se descubre una alteración por dicho primer sensor de fibra óptica (1) que presenta dicha 50 característica predeterminada, se analiza después la salida de dicho segundo sensor de fibra óptica (2) para determinar si una alteración correspondiente se detectó en un momento que corresponde aproximadamente a la detección del primer sensor de fibra óptica (1) de dicha alteración que presenta dicha una característica predeterminada y, si es así, se determina la ubicación de dicha alteración correspondiente a lo largo de dicha longitud predeterminada.

7. Un método de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque el primer sensor de fibra óptica (1) es un sensor de efecto Sagnac y el segundo sensor de fibra óptica (2) es un sensor OTDR de fase.

8. Un método de acuerdo con las reivindicaciones 6 o 7, caracterizado porque la una característica 5 predeterminada consiste en que la alteración produce una señal enviada a partir del sensor de fibra óptica (1) , cuya señal tiene más de un pico de energía predeterminado.

9. Un método de acuerdo con las reivindicaciones 6 o 7, caracterizado porque la una característica predeterminada es que la alteración produce una señal enviada desde el sensor de fibra óptica (1) , cuya señal tiene una distribución espectral que ha sido predeterminada para ser de interés. 10