用于测量光学被测器件的分布式物理值的方法和装置制造方法及图纸

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。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术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。本专利技术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，本专利技术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。本专利技术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，本专利技术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，本专利技术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。通过对根据本专利技术的方法和装置的优选但非排他的实施方式的描述，本专利技术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是根据本专利技术的第一实施方式的装置的示意图；图3是根据本专利技术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示出了根据本专利技术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示出了根据本专利技术的编码增益(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是根据本专利技术的方法的流程图。参考附图，根据本专利技术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DUT4的空间分布。DUT4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并且生成本文档来自技高网...

【技术保护点】
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(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)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.17 IT AR2014A0000401.一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(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)。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，优选地是最大长度序列。3.根据前述权利要求中的一项或多项所述的方法，其中，所述第二码是互补相关码、伪随机代码、戈莱码、CCPONS码(互补相关的普罗米修斯正交序列)或单纯码。4.根据前述权利要求中的一项或多项所述的方法，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)。5.根据前述权利要求中的一项或多项所述的方法，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。6.根据权利要求5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。7.根据前述权利要求中的一项或多项所述的方法，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。8.根据权利要求7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。9.一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...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒂齐亚诺·南尼皮耶里，亚历山德罗·西尼奥里尼，穆罕默德·塔基，斯特凡诺·法拉利，法布里齐奥·迪帕斯奎尔，
申请(专利权)人：因菲博拉科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：意大利;IT