CN106574852B - 用于测量光学被测器件的分布式物理值的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于测量光学被测器件(DUT)的分布式物理值的方法，包括以下步骤：将包括在至少一个测试波长(λT)处的多个光脉冲的探测信号(3c)发射到DUT(4)中，接收由DUT(4)反向散射的至少一个光信号(4d)，其中光脉冲通过至少以下步骤获得：生成对应于第一码(C1)的字的第一脉冲的第一时间序列(SC1)，第一时间序列(SC1)持续不短于飞行时间并且由等于第一码(C1)的字的位数的数量(N1)的时隙(D1)形成，每个时隙对应于序列的相应第一脉冲；生成对应于第二码(C2)的字的第二脉冲的第二时间序列(SC2)，第二时间序列(SC2)是周期性的，其周期基本上等于至少一个时隙(D1)的持续时间；利用第一时间序列(SC1)对第二时间序列(SC2)进行幅度调制。

Description

用于测量光学被测器件的分布式物理值的方法和装置
本发明涉及一种用于测量光学被测器件(DUT)的分布式物理值的方法和装置。
光时域反射计(OTDR)的传统技术包括使用由激光源产生的单个光脉冲，该激光源耦合到DUT，例如光纤或另一个电介质波导，脉冲在其内传播；由于在DUT的结构中出现的物理现象，特别是由于称为“拉曼散射”的非弹性散射，该脉冲的能量在其路径期间被部分反向散射。
由于拉曼相互作用的非弹性反向散射过程生成光学响应的两个光谱分离的分量，分别称为“反斯托克斯拉曼线”(AS)和“斯托克斯拉曼线”(S)，其在图1中参考激光源的波长λT被示出。
已知反向散射的反斯托克斯线(在波长λAS处)的强度取决于温度，因此可以从该强度测量温度。同样已知的是，为了有效地区分温度变化与沿光纤探针的损耗变化，通常监测的是反斯托克斯(λAS)和斯托克斯(λS)拉曼线的强度比，或者，可选地，在激光源的相同波长λT处的反斯托克斯线(λAS)和反向散射瑞利线的强度的比率。
反向散射的光功率由装置测量，并且然后与从耦合到光脉冲的光纤的时刻开始经过的时间相关，以便获得其空间分布。
反向散射的测量的持续时间(该测量也被称为“OTDR迹线”)直接取决于DUT的长度，并被称为“飞行时间”。另一方面，由于一般来说测量装置收集OTDR迹线的多个获取以便计算它们的平均值，因此对于装置重建沿着DUT的物理参数的空间分布所必需的总测量时间由上述飞行时间的整数倍表示。
这种技术广泛地应用于电信行业以及土木工程和工业工程领域、适用于监测非常大的结构的装置中，一般来说诸如高速公路和铁路隧道、油气管道、电力线和大规模工业厂房。特别地，这样的装置通常包括光电测量设备，该光电测量设备设置有通常为几十公里量级的相当大的延伸的光纤探针(DUT或被测器件)。在使用中，这种光纤稳定地耦合到并且大体上保持与旨在监视相应物理参数(诸如温度)的工程结构的部分或部件的接触。
可以使用传统OTDR技术获得的性能水平主要受光脉冲的能量的限制。这种能量受到可以用商用激光源生成并且可以在不引发不期望的非线性效应的情况下使用的光脉冲的最大峰值功率的限制，并且还受到其持续时间的限制，其不能在没有因而恶化测量的空间分辨率的情况下增加，即在其上可以测量所讨论的物理参数的DUT的长度上的最小部分。因此，在空间分辨率(即，可以精确测量的峰值的最小空间扩展)和信噪比(SNR)(即，进行测量的精度)之间存在典型的权衡。
为了克服这种限制，已经提出不将单个光脉冲耦合到DUT，而是将合适的光脉冲的二进制序列耦合，其选自伪随机码或互补相关码的族。在这种情况下，由装置测量的反向散射光功率随时间的趋势由构成码字的每一个脉冲的光学反向散射响应的线性和给出。然后使用取决于所选择的代码的类型的解码操作来找到单个脉冲的光学反向散射响应，其通常用于获得DUT的物理值的空间分布。
编码增益(CG)(其被定义为对于相同的测量时间，利用编码技术获得的SNR与利用单脉冲技术获得的SNR的比率)具有随着码字的长度L变化的趋势，这表明测量装置的SNR的提高随着L的增加而减小。增加码字的长度L的缺点是也增加了飞行时间的持续时间，并因此将总测量时间增加了时间tf，时间tf对于等于单个光脉冲的持续时间的因子与L成正比。
上述编码技术的另一缺点还在于，解码操作相对于长度L在二次方上增加了复杂度，并且这使得解码操作不能由商业组件执行。
因此，上述考虑导致以下结论：在实践中，上述编码技术对于小于有限值的字长L是有效的，并且商业测量装置不能使用如需要一样大的长度L以增加它们的测量距离。
本发明的目的是提供一种能够改进上述方面中的一个或多个方面中的已知技术的方法和装置。
在这个目的内，本发明的目标是提供一种用于测量光学被测器件(DUT)的分布式物理值的方法和装置，其中可以相对于已知系统(单脉冲系统和基于相关或伪随机编码的系统)增加最大测量距离。
本发明的另一个目标是提供一种用于测量光学被测器件(DUT)的分布式物理值的方法和装置，其中，对于DUT的相同最大长度、相同空间分辨率和相同测量时间，可以相对于已知系统增加编码增益。
通过根据可能具有一个或多个从属权利要求的可选特征的独立权利要求的方法和装置，实现这个目的和这些目标以及其他将在下文中变得更加明显的目标。
特别地，本发明的目的和目标通过一种用于测量光学被测器件(DUT)的分布式物理值的方法来实现，该方法包括以下步骤：
-将包括在至少一个测试波长(λT)处的多个光脉冲的探测信号发射到DUT中，
-接收由DUT反向散射的至少一个光信号，
其特征在于，光脉冲通过至少以下步骤获得：
-生成对应于第一码的字的第一脉冲的第一时间序列，该第一时间序列具有不短于飞行时间的持续时间并且由等于第一码的字的位数的数量的时隙形成，每个时隙对应于第一时间序列的相应第一脉冲；
-生成对应于第二码的字的第二脉冲的第二时间序列，所述第二时间序列是周期性的，其周期基本上等于所述时隙中的至少一个时隙的持续时间；
-利用所述第一时间序列对所述第二时间序列进行幅度调制。
此外，本发明的目的和目标通过一种用于测量光学被测器件(DUT)的分布式物理值的装置来实现，该装置包括：
-发射机，其适于将包括在至少一个测试波长(λT)处的多个光脉冲的探测信号发射到DUT中，
-发生器装置，其用于生成对应于第一码的字的第一脉冲的第一时间序列和对应于第二码的字的第二脉冲的第二时间序列；
-乘法器，其适于接收所述第一时间序列和所述第二时间序列，并将它们相乘在一起，以便获得用于所述发射机的调制信号；
其中，第一时间序列具有不短于飞行时间的持续时间并且由等于第一码的字的位数的数量的时隙形成，每个时隙对应于第一时间序列的相应第一脉冲；并且其中第二时间序列是周期性的，其周期基本上等于所述时隙中的至少一个时隙的持续时间。
通过对根据本发明的方法和装置的优选但非排他的实施方式的描述，本发明的其它特征和优点将变得更加明显，这些实施方式为了非限制性示例的目的而在附图中示出，其中：
图1示出了响应于波长λT处的激光脉冲的来自光纤的反向散射光功率的典型光谱；
图2是根据本发明的第一实施方式的装置的示意图；
图3是根据本发明的第二实施方式的装置的示意图；
图4示出了脉冲的第一时间序列，脉冲的第二时间序列和通过用第一序列调制第二序列而获得的、将被光学转换以发射到光纤中的信号；
图5示出了根据本发明的在第一解码步骤之后以及在解码过程结束时DUT相对于探测信号的光学响应的迹线；
图6是图2中的控制和处理单元的示意图；
图7示出了根据本发明的编码增益(实线)和根据现有技术的编码增益随着所使用的码字的长度变化的趋势；
图8是根据本发明的方法的流程图。
参考附图，根据本发明的第一实施方式的装置包括控制和处理单元1，其优选地不仅负责生成整个装置的控制信号，而且还用于接收包含装置的其它部件的状态信息的返回信号以随后在控制算法中使用，并且还用于处理测量数据以用于重建被测物理参数的沿着DUT 4的空间分布。DUT 4是光学器件，例如光纤，其延伸取决于使用该装置的工程应用，并且可以从亚毫米值变化到数百公里。
控制和处理单元1被配置为生成对应于一个或多个二进制序列的电驱动信号1a，其构成对于光脉冲发射器2的驱动信号。特别地，可以是由驱动信号1a进行幅度调制的激光器的光脉冲发射器2适于接收电驱动信号1a并且生成在至少一个波长λT(例如，1550nm)处的光信号2b，其时间趋势基本上对应于电驱动信号1a的时间趋势，并且具有脉冲的峰值光功率，其足够用于在DUT 4内的待由根据本发明的装置测量的物理现象(例如，温度)的正确生成。
例如，光脉冲发射器2可以包括诸如功率驱动器的电子部件和诸如激光二极管、光纤激光发射器以及光学调制器和放大器的光学部件。
这样生成的光信号2b通过定向光耦合器3，以便在波长λT与DUT 4耦合。构成光探测信号3c的多个光脉冲因此被发射到DUT 4中。
响应于光探测信号3c，DUT 4产生反向散射的光信号4d，其在与探测信号3c的光脉冲的方向相反的方向上传播，并且通常具有与光脉冲的光谱不同的光谱。特别地，波长λT处的探测信号3c与DUT 4之间的相互作用产生了反向散射的物理现象：在瑞利反向散射的情况下是弹性的，其中反向散射光功率分布在波长λT附近的波段上；在拉曼反向散射的情况下是非弹性的，其中反向散射光功率分布在对应于不同于λT的斯托克斯波长λS和反斯托克斯波长λAS的附近的两个波段上。反向散射信号4d的光谱的定性图示于图1中。
定向耦合器3可以用于接收来自DUT 4的反向散射的光信号4d并将其路由到波长选择滤光器5。选择滤光器5适于从由反向散射的光信号4d开始经由耦合器3路由的相应的输入信号3e中提取光学反向散射响应5f和5g，它们分别对应于反斯托克斯波长λAS和斯托克斯波长λS附近的两个仅有的波段。
除了在反斯托克斯或斯托克斯波长附近的光学反向散射响应5f或5g之外或作为其替代方案，选择滤光器5可适于提取瑞利波长λT附近的光学反向散射响应5n。
回到第一实施方式，该装置可以包括具有两个输入和两个输出的光开关6，其适于在输入中接收光学反向散射响应5f和5g，并且根据由控制和处理单元1生成的状态信号1u、根据两个可能的不同光学路径来路由它们。具体地，对于状态信号1u的确定值，光开关6将光信号5f和5g分别路由到其输出6h和6i，而对于状态信号1u的第二值，光开关6将光信号5f和5g分别路由到输出6i和6h。
输出6h和6i作为输入连接到光电转换器7，其适于通过基本上由光电二极管及电压和跨阻抗放大器组成的光电子电路，将输入6h和6i处的时间连续光信号分别转换为输出模拟电信号7l和7m。
控制和处理单元1适于在输入端处接收这样的模拟电信号7l和7m并将它们转换成数字信号，以便对它们进行处理，从而重建待测量的物理参数(例如，温度)的沿着DUT 4的空间分布。
可以由控制和处理单元1执行的另一功能在于通过相应的状态信号1s、1u和1t接收和控制功能块2、6和7的状态。特别地，控制和处理单元1可以被配置为读取各个块的功能状态，通过适配的控制参数来改变它，并且最终核实任何故障。
在图3所示的装置的第二实施方式中，所使用的部件基本上相同，并且由于这个原因，相同的参考数字被指示或不被重复。唯一的区别在于，部件1、5、6和7也适于检测瑞利光学反向散射响应，以便能够测量DUT4的多于一个的物理参数。
特别地，在根据本发明的装置的第二实施方式中，选择滤光器5具有用于瑞利光学反向散射响应的第三光输出5n，以便能够同时提取三个反向散射功率水平(反斯托克斯，斯托克斯和瑞利)。此外，第二实施方式的光开关6具有对应于第三光输出5n的另一个输入以及另一个输出6o，并且其被配置为基于源自控制和处理单元1的状态信号1u而采取六个不同的光学配置，在每个光学配置中，输入信号5f、5g和5n可以分别被路由到输出6h、6i、6o中的每一个。
第二实施方式的光电转换器7具有类似于第一实施方式中已经呈现的那些的第三转换通道，从而能够同时转换三个反向散射功率水平。
最后，第二实施方式的控制和处理单元1相对于第一实施方式包括第三获取通道，以便能够同时将所有三个反向散射功率水平(反斯托克斯、斯托克斯和瑞利)转换为数字的并从而处理它们。
输入到光脉冲发射器2的电驱动信号1a由二进制序列构成，并且脉冲发射器2适于产生相应的光二进制序列，从而将两个不同的功率水平与电驱动信号1a的逻辑电平相关联。
根据本发明，电驱动信号1a通过由控制和处理单元1实现的空时编码方案来生成，控制和处理单元1有利地被分成两个子系统，这两个子系统分别专用于光脉冲发射器2的驱动二进制序列的生成以及对源自光电转换器7的信号的采样和解码操作。
特别地，控制和处理单元1包括序列发生器11，其适于生成至少两个二进制序列，具体是第一脉冲的第一时间序列SC1和第二脉冲的第二时间序列SC2。
首先，在序列发生器11中存储第一码的唯一一个字，特别是由恰好为数量N1的位组成的二进制循环码C1的唯一一个字。第一码C1的字可以是例如但不一定是最大长度序列(MLS)。
从第一码C1的这样的字开始，序列发生器11在步骤101中生成第一脉冲的第一时间序列SC1(t)，其表示根据本发明的空时编码的空间分量。这样的序列由数量为N1的具有基本上相同的持续时间D1的时隙来定义，使得在序列SC1(t)的第n个时隙和第一码C1的字的第n位bn之间存在一一对应关系。具体地，图4所示的示例序列SC1(t)的时间趋势可以用下面的表达式定义：
其中，bn是第一码C1的字的第n位，并且g(t)是具有恒定幅度和持续时间D1＝T/N1的矩形脉冲，其中T是飞行时间或大于飞行时间的值。
从持续时间D1开始，定义第二二进制码C2的字，其正好由多个位N2组成，并且例如属于戈莱(Golay)码字、或互补相关码字、或者单纯(Simplex)码字的类别，或者属于在OTDR反射计的扇区中通常使用的其它类型的码。从第二码C2的这样的字开始，序列发生器11在步骤102中生成第二脉冲的第二时间序列SC2(t)，其是周期性的并且周期为D1，并且其表示根据本发明的空时编码的时间分量。第二码C2的字在每个周期D1内由相同数量N2的具有等于D2的恒定的持续时间的时隙构成，以便建立序列SC2(t)的第n个时隙与第二码C2的字的第n位ck之间的一一对应关系。
具体地，持续时间D2确定由根据本发明的测量装置进行的测量的空间分辨率：通过使用例如具有持续时间D2等于10ns的时隙的序列，获得等于1m的测量的空间分辨率。图4所示的序列SC2(t)的时间趋势可以用下面的表达式定义：
其中，ck是码字C2的第k位，并且p(t)是具有恒定幅度和持续时间D2的矩形脉冲。在这一点上，应当指出，持续时间D2和位数N2必须被限定为使得它们的乘积D2·N2小于或等于D1。
可以通过连接到序列发生器11的输出端的反馈延迟单元设备12(PER)使第二时间序列SC2(t)以周期D1周期化。可以可选地使用相同的设备12或类似的设备，以根据大于或等于飞行时间T的周期使第一时间序列SC1(t)也成为周期性的。
根据本发明，在步骤103中，第二时间序列SC2(t)被第一时间序列SC1(t)在幅度上调制，以便生成非周期序列SCC(t)，如图4所示，其是由在序列SC1(t)的每第n个时隙中重复的第二码C2的字所定义的一串序列组成，其中第一码C1的字的对应的第n位bn具有非零值。
幅度调制可以通过使用第一处理器13将两个序列SC1(t)和SC2(t)相乘来获得，该第一处理器13接收两个序列作为输入，将它们相乘在一起并且生成作为输出的序列SCC(t)，其在输入中被发送到D/A转换器14，以便在输出中获得电驱动信号1a。
电驱动信号1a对应于序列SCC(t)，其在步骤104中被光脉冲发射器2转换为光信号2b，该光信号2b包括构成在波长λT处并对应于SCC(t)的探测信号3c的光脉冲串。
然而，应当注意，在单个波长处发射辐射的选择不是本发明的限制，本发明也可以通过在多个波长上同时产生电磁辐射来正确地实现。因此，与驱动信号1a的每个序列SCC(t)相关联的光探测信号3c的光功率将具有时间趋势，使得在每个时刻，具有峰值功率P0的光脉冲的存在将仅与序列SCC(t)的非零值相关联。
在根据本发明的方法中，优选地定义利用其周期性地生成由D/A转换器14转换成电驱动信号1a的脉冲序列SCC(t)的周期。更详细地，这个周期主要由DUT 4的长度L确定。例如，使用光纤作为DUT，需要进行操作，使得发射到光纤中的每个脉冲序列完全沿着光纤传播，并且相应的反向散射返回到发射机，而在连续序列之间没有任何重叠(图8中的步骤105和106，其中T指示对应于飞行时间的这样的周期)。例如，如果我们考虑长度为80km并且光纤中的信号的传播速度等于2×108米/秒的光纤，则序列SCC(t)的重复周期必须不短于800μs，并且重复频率必须不大于1.25kHz。
在DUT 4中的通过定向光耦合器3的光脉冲序列3c的传播生成电磁辐射4d，其在脉冲序列沿DUT 4的延伸传播时被DUT 4的连续部分反向散射。特别地，由分别在反斯托克斯分量的波长λAS和斯托克斯分量的波长λS处的非弹性拉曼散射产生的电磁辐射对于测量DUT4的物理特性特别有意义。源自非弹性反斯托克斯和斯托克斯拉曼散射的这种相应电磁辐射是通过定向光耦合器3耦合到装置并因此与通过波长选择滤光器5的反向散射的其它辐射分离。
如前所述，在本发明的第二实施方式中，也可以获取和处理瑞利光学反向散射响应。瑞利反向散射辐射的特征在于以与由光脉冲发射器2生成的信号相同的波长λT为中心的发射光谱，而其强度和相位强烈依赖于在DUT 4上诱发的具有随时间的静态和动态演变的机械应力。通过借助于本发明的第二实施方式同时分析瑞利和拉曼反向散射信号的功率水平的时间趋势，能够以分布式方式提取关于温度的附加物理特性的信息，诸如具有属于声发射光谱的频率分量的机械应力。
在步骤105中，由此滤波的反向散射光学响应5f和5g(以及可选地5n)被馈送到光电转换器7，光电转换器7被配置为通过光开关6将入射电磁辐射转换为电信号以便基于由控制和处理单元1发送的状态信号1u在光电转换器7的输入分支上交替地分布反向散射信号。
然而，应当注意，波长选择滤光器5和光电转换器7之间的光耦合(通过光开关6提供所述耦合)不是本发明的限制，其也可以使用静态机械类型的光耦合来正确地实现。
由光电转换器7生成的电信号7l和7m被传送到控制和处理单元1，控制和处理单元1方便地包括采样器15，其适于以高时间分辨率执行电信号7l和7m的采样和模数转换，并且将相应的数字化信号提供给空时解码器16，空时解码器16被配置为实现根据本发明的解码步骤，并且使得控制单元1能够获得在感兴趣的反斯托克斯和斯托克斯拉曼波长下的信号5f和5g的光功率随时间的趋势的测量结果。
空时解码器16被配置为执行两个连续的解码步骤。更详细地，如图5所示，响应于对应于信号SCC(t)的光脉冲序列3c，DUT 4生成本发明感兴趣的波长处的反向散射信号，其由作为对在第一码C1的字的“1”位处发送的各个光脉冲序列的响应而获得的OTDR信号的叠加51构成。
由解码器16且特别是由可能与微处理器13一致的第二处理器16a实现的第一解码步骤107重建DUT 4对于由第二码C2的字所定义的序列SC2(t)的单个周期的响应52，如图5所示。
具体地，反向散射信号51的对于持续时间D1的给定时隙的部分由该反向散射信号51的所有部分的、根据第一码C1的字加权的线性和构成。这样的和导致与时隙的数量N1相同大小的线性代数系统，其关联矩阵是循环类型。
实质上，处理器16a通过执行代数运算来实现解码方法的第一步骤，该代数运算与在根据第一码C1的字定义的矩阵和收集通过采样器15获取的反向散射信号的样本的向量之间的单个乘积有可比较性。
第二解码步骤108使得能够重构DUT 4对序列SCC(t)的单个脉冲的响应53。特别地，来自第一解码步骤的输出信号表示DUT 4对根据第二码C2的字编码的第二时间序列SC2(t)的单个周期的响应。由于这样的码字C2优选地但不一定属于互补相关码字的类，解码器16通过计算在由第一解码步骤生成的信号与由第二时间序列SC2(t)的单个周期定义的信号之间的归一化互相关函数来实现相应的解码算法。为此，解码器16可以进一步在第二处理器16a的输出中包括FIR(有限脉冲响应)滤波器16b，其中FIR滤波器16b的系数由第二码C2使用的字确定。
因此，获得了表示反斯托克斯和斯托克斯拉曼分量的反向散射功率水平的时间趋势的信号R1(t)和R2(t)，其可以用于测量例如DUT 4的温度的空时分布。
优选地，出于在控制和处理单元1的存储器中收集反向散射信号的多次获取以便执行其平均过程的目的，可以以不短于飞行时间T的持续时间的间隔周期性地传送光脉冲3c的相同序列。
此外，为了实现第二解码步骤并且使其精确，光脉冲发射器2可以有利地由电信号1a驱动，以便周期性地发送具有不短于飞行时间T的周期的多个序列SCC(t)，其通过根据第一码C1的相同字的对由第二码C2的多个字定义的周期序列SC2(t)进行幅度调制而获得。
如果我们考虑多个互补相关码字，则通过对第二码C2的所使用的每个不同字实现相同的解码步骤并且对在第二解码步骤16b处的输出中计算的相应的归一化互相关函数求和，来获得对DUT 4的单个脉冲的响应。
与基于编码方法的已知OTDR技术不同，根据本发明的方法有利地使用基于两个连续步骤的解码过程。具体地，由于存在一个且唯一一个序列SC1(t)，而与该序列中的位数无关，并且相关联的解码矩阵是循环矩阵，因此相应的解码步骤可以在单个飞行时间中发生。
如上所述，解码时间以及因此的总测量时间仅取决于第二码C2的字的数量，如果必要的话，其用于改进第二解码步骤的精度。
根据本发明的方法提供了编码增益，其在线性标度中通过应用于两个解码步骤107和108的相应的编码技术的编码增益的乘积来定义。例如，如果序列SCC(t)通过应用属于最大长度序列(MLS)的类别的长度N1的第一码C1的字和属于互补相关码的类别的长度N2的第二码C2的字来实现，则总编码增益CG等于：
图7示出了随着码字的位数的变化，对于已知互补相关编码方法(虚线)的和根据本发明的方法的相同测量时间的编码增益的趋势之间的比较。特别地，对于已知互补相关编码方法X轴表示码字的长度，而在根据本发明的方法中，X轴表示第二码C2的唯一字的长度。对于根据本发明的方法的编码增益曲线使用等于N1＝127位的第一码C1的字的恒定长度并且改变第二码C2的字的长度N2来获得。从图7中的编码增益的曲线之间的比较可以看出，由于使用对应于空间分量的第二编码步骤，根据本发明的编码方法引入了在编码增益中的7.5dB的增加。因此，对于DUT的相同的最大长度、相同的空间分辨率和相同的测量时间，根据本发明的方法允许SNR的增加，其可以用于例如提供用于分布式监测沿着比基于标准单脉冲OTDR技术的系统和基于相关编码技术的系统中更长的DUT的物理参数的系统。作为示例，通过使用根据本发明的方法，利用长度N1等于1023位的MLS类型的第一码C1的字和长度N2等于1024位的第二互补相关码C2的字，获得等于24dB的编码增益的绝对值，并且编码增益的提高等于约12dB，这相当于相对于基于传统互补相关编码技术的装置在监视距离(假设光纤中的衰减系数等于0.2dB/km)方面增加了30km，其商业实现达到几十公里的最大测量距离。
在实践中，已经发现根据本发明的装置和方法完全实现设定的目的。
根据由此构思的本发明的方法和装置可以容许许多修改和变型，所有这些修改和变型都在所附权利要求的范围内。此外，所有细节可以由其他技术上等同的元件替代。
本申请要求优先权的意大利专利申请No.AR2014A000040的公开内容通过引用并入本文。
当在任何权利要求中提及的技术特征后面跟有参考标记时，包括这些参考标记仅仅是为了增加权利要求的可理解性，因此，这种参考标记对通过示例性地由这些参考标记标识的每个元件的解释没有任何限制作用。

Claims (33)

1.一种用于测量光学被测器件DUT的分布式物理值的方法，包括以下步骤：
-将包括在至少一个测试波长(λT)处的由发射器(2)生成的多个光脉冲的探测信号(3c)发射(104)到所述DUT(4)中，
-接收(105)由所述DUT反向散射的至少一个光信号(4d)，
其特征在于，所述光脉冲通过至少以下步骤获得：
-生成(101)第一脉冲的对应于第一码(C1)的字的第一时间序列(SC1)，所述第一时间序列(SC1)具有不短于飞行时间(T)的持续时间，并且由等于所述第一码的字的位数的数量(N1)的时隙形成，每个时隙(D1)对应于所述第一时间序列(SC1)的相应第一脉冲；
-生成(102)第二脉冲的对应于第二码(C2)的字的第二时间序列(SC2)，所述第二时间序列(SC2)是周期性的，其周期基本上等于所述时隙(D1)中的至少一个时隙(D1)的持续时间；
-利用所述第一时间序列(SC1)对所述第二时间序列(SC2)进行幅度调制(103)，以获得序列(SCC)；
-利用对应于所述序列(SCC)的电驱动信号驱动所述发射器(2)，所述电驱动信号由所述发射器(2)转换(104)为光信号(2b)，所述光信号(2b)包括所述探测信号(3c)的所述多个光脉冲。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一码(C1)是循环码。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一码(C1)是最大长度序列。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述第二码是互补相关码、伪随机代码、戈莱码、互补相关的普罗米修斯正交序列或单纯码。
5.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，其中，接收由所述DUT反向散射的至少一个光信号的所述步骤(105)包括获取斯托克斯拉曼分量(5g)和瑞利分量(5n)中的一个或两者以及反向散射的反斯托克斯拉曼分量(5f)。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，接收由所述DUT反向散射的至少一个光信号的所述步骤(105)包括获取斯托克斯拉曼分量(5g)和瑞利分量(5n)中的一个或两者以及反向散射的反斯托克斯拉曼分量(5f)。
7.根据权利要求1-3以及6中的任一项所述的方法，其中，接收由所述DUT反向散射的至少一个光信号的所述步骤包括：
-第一解码步骤(107)，其适于重建所述DUT对所述第二时间序列(SC2)的单个周期(D1)的所述第二脉冲的响应；
-第二解码步骤(108)，其适于重建所述DUT对所述第二时间序列(SC2)的单个第二脉冲的响应。
8.根据权利要求4所述的方法，其中，接收由所述DUT反向散射的至少一个光信号的所述步骤包括：
-第一解码步骤(107)，其适于重建所述DUT对所述第二时间序列(SC2)的单个周期(D1)的所述第二脉冲的响应；
-第二解码步骤(108)，其适于重建所述DUT对所述第二时间序列(SC2)的单个第二脉冲的响应。
9.根据权利要求5所述的方法，其中，接收由所述DUT反向散射的至少一个光信号的所述步骤包括：
-第一解码步骤(107)，其适于重建所述DUT对所述第二时间序列(SC2)的单个周期(D1)的所述第二脉冲的响应；
-第二解码步骤(108)，其适于重建所述DUT对所述第二时间序列(SC2)的单个第二脉冲的响应。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第一解码步骤(107)包括在所述第二时间序列(SC2)的所述单个周期(D1)的所述第二脉冲与由所述DUT(4)反向散射的所述至少一个光信号(4d)之间的互相关运算。
11.根据权利要求8或9所述的方法，其中，所述第一解码步骤(107)包括在所述第二时间序列(SC2)的所述单个周期(D1)的所述第二脉冲与由所述DUT(4)反向散射的所述至少一个光信号(4d)之间的互相关运算。
12.根据权利要求1-3、6以及8-10中的任一项所述的方法，其中，所述探测信号以不短于所述飞行时间(T)的周期被周期性地发送，接收由所述DUT反向散射的至少一个光信号(4d)的所述步骤(105)包括对反向散射的光信号进行平均的步骤。
13.根据权利要求4所述的方法，其中，所述探测信号以不短于所述飞行时间(T)的周期被周期性地发送，接收由所述DUT反向散射的至少一个光信号(4d)的所述步骤(105)包括对反向散射的光信号进行平均的步骤。
14.根据权利要求5所述的方法，其中，所述探测信号以不短于所述飞行时间(T)的周期被周期性地发送，接收由所述DUT反向散射的至少一个光信号(4d)的所述步骤(105)包括对反向散射的光信号进行平均的步骤。
15.根据权利要求7所述的方法，其中，所述探测信号以不短于所述飞行时间(T)的周期被周期性地发送，接收由所述DUT反向散射的至少一个光信号(4d)的所述步骤(105)包括对反向散射的光信号进行平均的步骤。
16.根据权利要求11所述的方法，其中，所述探测信号以不短于所述飞行时间(T)的周期被周期性地发送，接收由所述DUT反向散射的至少一个光信号(4d)的所述步骤(105)包括对反向散射的光信号进行平均的步骤。
17.根据权利要求12所述的方法，其中，在所述探测信号(3c)的重复的每个周期处改变所述第二码(C2)的所述字。
18.根据权利要求13-16中的任一项所述的方法，其中，在所述探测信号(3c)的重复的每个周期处改变所述第二码(C2)的所述字。
19.一种用于测量光学被测器件DUT的分布式物理值的装置，包括：
-发射机(2，3)，所述发射机(2，3)适于将包括在至少一个测试波长(λT)处的多个光脉冲的探测信号(3c)发射到DUT(4)中，
-发生器装置(11)，所述发生器装置(11)用于生成第一脉冲的对应于第一码(C1)的字的第一时间序列(SC1)和第二脉冲的对应于第二码(C2)的字的第二时间序列(SC2)；
-乘法器(13)，所述乘法器(13)适于接收所述第一时间序列(SC1)和所述第二时间序列(SC2)，并将它们相乘在一起，以便获得用于驱动所述发射机的调制信号(SCC)；
其中，所述第一时间序列(SC1)具有不短于飞行时间(T)的持续时间，并且由等于所述第一码(C1)的字的位数(N1)的数量(N1)的时隙(D1)形成，每个时隙(D1)对应于第一时间序列(SC1)的相应第一脉冲；
并且其中，所述第二时间序列(SC2)是周期性的，其周期基本上等于所述时隙中的至少一个时隙的持续时间(D1)。
20.根据权利要求19所述的装置，其中，所述第一码(C1)是循环码。
21.根据权利要求19所述的装置，其中，所述第一码(C1)是最大长度序列。
22.根据权利要求19-21中的任一项所述的装置，其中，所述第二码(C2)是互补相关码、伪随机码、戈莱码、互补相关的普罗米修斯正交序列或单纯码。
23.根据权利要求19-21中的任一项所述的装置，其中，所述发射机(2，3)被配置为以不短于所述飞行时间(T)的周期来周期性地将所述探测信号(3c)发射到所述DUT(4)中。
24.根据权利要求22所述的装置，其中，所述发射机(2，3)被配置为以不短于所述飞行时间(T)的周期来周期性地将所述探测信号(3c)发射到所述DUT(4)中。
25.根据权利要求19所述的装置，其中，所述发生器装置(11)被配置为在所述探测信号(3c)的重复的每个周期处改变所述第二码(C2)的所述字。
26.根据权利要求19-21以及24-25中的任一项所述的装置，还包括光电接收机(5，6，7，15，16)，所述光电接收机(5，6，7，15，16)能够被连接到所述DUT(4)，并且适于接收由所述DUT反向散射的至少一个光信号，所述光电接收机(5，6，7，15，16)包括至少一个解码器(16)，所述至少一个解码器(16)被配置为执行：
-第一解码步骤(107)，其适于重建所述DUT(4)对所述第二时间序列(SC2)的单个周期(D1)的所述第二脉冲的响应；
-第二解码步骤(108)，其适于重建所述DUT对所述第二时间序列(SC2)的单个第二脉冲的响应。
27.根据权利要求22所述的装置，还包括光电接收机(5，6，7，15，16)，所述光电接收机(5，6，7，15，16)能够被连接到所述DUT(4)，并且适于接收由所述DUT反向散射的至少一个光信号，所述光电接收机(5，6，7，15，16)包括至少一个解码器(16)，所述至少一个解码器(16)被配置为执行：
-第一解码步骤(107)，其适于重建所述DUT(4)对所述第二时间序列(SC2)的单个周期(D1)的所述第二脉冲的响应；
-第二解码步骤(108)，其适于重建所述DUT对所述第二时间序列(SC2)的单个第二脉冲的响应。
28.根据权利要求23所述的装置，还包括光电接收机(5，6，7，15，16)，所述光电接收机(5，6，7，15，16)能够被连接到所述DUT(4)，并且适于接收由所述DUT反向散射的至少一个光信号，所述光电接收机(5，6，7，15，16)包括至少一个解码器(16)，所述至少一个解码器(16)被配置为执行：
-第一解码步骤(107)，其适于重建所述DUT(4)对所述第二时间序列(SC2)的单个周期(D1)的所述第二脉冲的响应；
-第二解码步骤(108)，其适于重建所述DUT对所述第二时间序列(SC2)的单个第二脉冲的响应。
29.根据权利要求26所述的装置，其中，所述第一解码步骤(107)包括在第二时间序列(SC2)的所述单个周期的所述第二脉冲与由所述DUT(4)反向散射的所述至少一个光信号(4d)之间的互相关运算。
30.根据权利要求27或28所述的装置，其中，所述第一解码步骤(107)包括在第二时间序列(SC2)的所述单个周期的所述第二脉冲与由所述DUT(4)反向散射的所述至少一个光信号(4d)之间的互相关运算。
31.根据权利要求26所述的装置，其中，所述光电接收机(5，6，7，15，16)还包括至少一个滤光器(5)，所述至少一个滤光器(5)用于从所述至少一个反向散射的光信号(4d)中选择斯托克斯拉曼分量(5g)和瑞利分量(5n)中的一个或两者以及反向散射的反斯托克斯拉曼分量(5f)。
32.根据权利要求27-29中的任一项所述的装置，其中，所述光电接收机(5，6，7，15，16)还包括至少一个滤光器(5)，所述至少一个滤光器(5)用于从所述至少一个反向散射的光信号(4d)中选择斯托克斯拉曼分量(5g)和瑞利分量(5n)中的一个或两者以及反向散射的反斯托克斯拉曼分量(5f)。
33.根据权利要求30所述的装置，其中，所述光电接收机(5，6，7，15，16)还包括至少一个滤光器(5)，所述至少一个滤光器(5)用于从所述至少一个反向散射的光信号(4d)中选择斯托克斯拉曼分量(5g)和瑞利分量(5n)中的一个或两者以及反向散射的反斯托克斯拉曼分量(5f)。
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