JP6607934B2 - 光学被試験体の配分される物理値を計測する方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、光学被試験体（ＤＵＴ）の配分される物理値を計測する方法及び装置に関する。

光時間領域反射測定法（ＯＴＤＲ）の従来技術は、レーザ光源により生成される、単独の光学パルスを利用することを含み、該レーザ光源は、ＤＵＴ、例えば、光ファイバ若しくは別の誘導体導波路と結合し、該ＤＵＴの内部にてパルスは伝搬する。このパルスのエネルギは、ＤＵＴの構造内で発生する物理現象により、特に「ラマン散乱」として知られる非弾性散乱により、その経路の間に部分的に後方散乱する。

ラマン相互作用による非弾性後方散乱は、夫々、“反ストークスラマンライン”（ＡＳ）及び“ストークスラマンライン”と称される、光学反応の二つのスペクトル分離成分を生成し、それらは、レーザ光源の波長λ_Ｔに関して図１に示されている。

（波長λ_ＡＳでの）後方散乱する反ストークスラインの強度は温度に依存することが知られており、よって温度はこの強度から計測され得る。温度の変動を、光ファイバプローブ沿いの損失の変動から効率的に区別するために、通常モニタされるものは、反ストークス（λ_ＡＳ）ラマンラインとストークス（λ_Ｓ）ラマンラインの強度の比率である、若しくは、反ストークスライン（λ_ＡＳ）とレーザ光源の同じ波長λ_Ｔでの後方散乱レイリーラインの強度の比率である、ということも同様に知られている。

後方散乱屈折力は装置により計測され、空間分布を取得するために、光学パルスのファイバに連結する瞬間から経過する時間と関連付けられる。

後方散乱の計測（この計測は“ＯＴＤＲトレース”としても知られる）の期間は、ＤＵＴの長さに直接的に依存し、「飛行時間」と称される。一方で、トータルの計測時間は、装置がＤＵＴ沿いの物理パラメータの空間分布を再構築するのに必要であり、前述の飛行時間の整数倍により表される。概略、計測装置は、ＯＴＤＲトレースの平均を計算するためにＯＴＤＲトレースの多重の取得を収集するからである。

それら技術は、遠隔通信で及び土木生産工学の分野で、高速道路及び鉄道トンネル、石油ガスパイプライン、パワーライン及び概略大規模工場などの、非常に大きい構造をモニタするように適応された装置で、広範に利用される。特に、それら技術は、通常数十キロメータのオーダである、相当の拡張の光ファイバプローブ（ＤＵＴ、即ち被試験体）を設けられた光電子計測デバイスを通常含む。利用の際、それら光ファイバは、温度などの個別の物理パラメータをモニタすることを意図されたエンジニアリング構造の一部若しくはコンポーネントと、安定的に結合し実質的に接触し続ける。

従来のＯＴＤＲ技術により取得され得るパフォーマンスレベルは、光学パルスのエネルギにより、主として制限される。それらエネルギは、商業的レーザ光源により生成され得、且つ望まれない非線形効果を生じること無く用いられ得る、光学パルスの最大限ピークパワーと、計測の空間分解能、即ち、問題の物理パラメータを計測することが可能であるＤＵＴの長さの最小限部分を、結果として悪化させること無く増加することができない、その期間とにより、制限される。よって、空間分解能（即ち、正確に計測され得るピークの最小限空間分解能）と信号対ノイズ比（ＳＮＲ）（即ち、計測が為される精度）との間には、典型的なトレードオフが在る。

それら制限を克服するために、ＤＵＴに、単独の光学パルスではなく、光学パルスの適切なバイナリシーケンスを結合することが提案されてきたが、該光学パルスの適切なバイナリシーケンスは、擬似ランダムコードの若しくは補完的相関コードの、ファミリから選択される。この場合、装置により計測される後方散乱光パワーの経時的トレンドは、コードワードを構成する各々個別のパルスの光学後方散乱応答の線形和により、与えられる。信号パルスの光学後方散乱応答は、通常、ＤＵＴの物理値の空間分布を取得するために用いられるのであるが、選択されたコードのタイプに依存する復号操作を用いて、見出される。

同じ計測時間にて、単独パルス技術により取得するＳＮＲに対する符号化技術により取得するＳＮＲの、比率として定義される、符号化利得（ＣＧ）は、コードワードの長さＬが変動するにつれてトレンドを有し、該トレンドは、Ｌが増加するにつれて計測装置のＳＮＲの改善が減少することを示す。コードワードの長さＬを増加することは、飛行時間の期間増加する、更には結果として時間ｔｆだけトータル計測時間を増加する、という不利点があり、該トータル計測時間は、単独の光学パルスの期間と等しい係数にて、Ｌと直接比例する。

前述の符号化技術の更なる不利点は、復号操作は長さＬに関して二次的に複雑さが増大するという事実に更に在り、このことにより、商業的コンポーネントによっては復号操作は実施不可能となる。

従って、前述の考察は以下のような結論に導かれる。つまり、実際には、前記符号化技術は、制限値より少ないワード長Ｌに効果的であり、商業的計測装置は、それらの計測距離を増加するためにできるだけ大きい長さＬを用いることはできない。

本発明の目標は、前記形態の一つ若しくはそれ以上で周知の技術を改良できる方法及び装置を提供することである。

この目標の範囲内で、本発明の目的は、単独のパルスシステムと、相関及び擬似ランダム符号化に基づくシステムとの両方の、周知のシステムに関する最大限の計測距離を増加することができる、光学被試験体（ＤＵＴ）の配分される物理値を計測する方法及び装置を提供することである。

本発明の別の目的は、ＤＵＴの同じ最大限の長さ、同じ空間分解能、及び同じ計測時間に対して、周知のシステムに関する符号化利得を増加することができる、テスト下の光学デバイスの配分される物理値を計測する方法及び装置を提供することである。

この目標、これらの目的、及び以下にてより明確となる他の目的は、従属請求項の一つ若しくはそれ以上の光学特徴を伴うことがある、独立請求項に係る方法及び装置により、達成される。

特に、本発明の目標及び目的は、
光学被試験体（ＤＵＴ）の配分される物理値を計測する方法において、
少なくとも一つの試験波長（λ_Ｔ）における複数の光学パルスを含むプローブ信号をＤＵＴ内に送り出すステップと、及び、
ＤＵＴにより後方散乱される少なくとも一つの光学信号を受信するステップと
を含み、
前記光学パルスは、少なくとも以下のステップ、即ち、
第１のコードのワードに対応する第１のパルスの第１の時間シーケンスを生成するステップであって、前記第１の時間シーケンスは飛行時間よりも短くない期間を有し、前記第１のコードの前記ワードのビット数と等しい時間スロットの数により形成され、個々の時間スロットは前記第１の時間シーケンスの個々の第１のパルスに対応する、第１のパルスの第１の時間シーケンスを生成するステップと、
第２のコードのワードに対応する第２のパルスの第２の時間シーケンスを生成するステップであって、前記第２の時間シーケンスは、前記時間スロットの少なくとも一つの期間と等しい周期により周期的である、第２のパルスの第２の時間シーケンスを生成するステップと、及び、
前記第２の時間シーケンスを前記第１の時間シーケンスにより振幅変調するステップと
により、取得されることを特徴とする、方法により、達成される。

更に、本発明の目標及び目的は、
光学被試験体（ＤＵＴ）の配分される物理値を計測する装置において、
少なくとも一つの試験波長（λ_Ｔ）における複数の光学パルスを含むプローブ信号をＤＵＴ内に送り出すように適用された送信部と、
第１のコードのワードに対応する第１のパルスの第１の時間シーケンスと、第２のコードのワードに対応する第２のパルスの第２の時間シーケンスとを、生成するジェネレータと、及び、
前記第１の時間シーケンスと前記第２の時間シーケンスを受信し、前記送信部のための変調された信号を取得するためにそれらを共に掛け合わせるように適用されたマルチプライヤと
を含み、
前記第１の時間シーケンスは飛行時間よりも短くない期間を有し、前記第１のコードの前記ワードのビット数と等しい時間スロットの数により形成され、個々の時間スロットは前記第１の時間シーケンスの個々の第１のパルスに対応し、及び、
前記第２の時間シーケンスは、前記時間スロットの少なくとも一つの期間と等しい周期により周期的である、装置により、達成される。

本発明の更なる特徴及び利点は、本発明に係る方法及び装置の好適な、但し排他的では無い実施形態の記載からより明確になるのであり、それら実施形態は、非限定的例の目的で添付の図面に示される。
図１は、波長λ_Ｔにおけるレーザパルスに応える、光ファイバからの後方散乱光パワーの通常のスペクトルを示す。 図２は、本発明の第１の実施形態に係る装置の概略図である。 図３は、本発明の第２の実施形態に係る装置の概略図である。 図４は、パルスの第１の時間シーケンス、パルスの第２の時間シーケンス、及び、第２の時間シーケンスを第１の時間シーケンスで変調することにより得られる信号を示し、これらはファイバ内への送り出しのために光学的に変換される。 図５は、本発明に係る、第１の復号化ステップの後及び復号化プロセスの終わりにて、プローブ信号に関するＤＵＴの光学応答のトレースを示す。 図６は、図２のコントロール及び処理ユニットの概略図である。 図７は、用いられるコードワードの長さの関数としての、本発明に係る符号化利得のトレンド（連続線）及び先行技術に係る符号化利得のトレンドを示す。 図８は、本発明に係る方法のフローチャートである。

図面を参照して、本発明の第１の実施形態に係る装置は、コントロール及び処理ユニット１を含み、該ユニット１は、全体装置のコントロール信号を生成することだけで無く、装置の他のコンポーネントの状態情報を含みコントロールアルゴリズムで順次用いられるリターン信号を受信すること、及び、計測される物理パラメータのＤＵＴ４沿いの空間分布を再構築するために計測データを処理することも、行う。ＤＵＴ４は光学デバイス、例えば、光ファイバであり、その拡張は、装置が用いられる工学用途に依存し、ミリメートル未満から数百キロメートルまで変動し得る。

コントロール及び処理ユニット１は、一つ若しくはそれ以上のバイナリシーケンスに対応する電気駆動信号１ａを生成するように構成され、そのバイナリシーケンスは、光学パルスエミッタ２に対する駆動信号を構成する。特に、光学パルスエミッタ２は、駆動信号１ａによる振幅にて変調されるレーザであってもよいが、電気駆動信号１ａを受信し、少なくとも一つの波長λ_Ｔ（例えば、１５５０ｎｍ）における光学信号２ｂを生成するように適用されており、該波長の時間トレンドは電気駆動信号１ａのトレンドに実質的に対応し、本発明に係る装置により計測される物理現象、例えば、温度の、ＤＵＴ４内部での正確な生成には充分であるパルスのピーク光学パワーを伴う。

例として、光学パルスエミッタ２は、パワードライバなどの電子コンポーネントと、レーザダイオード、ファイバ光レーザエミッタ、並びに、光学モジュレータ及び増幅器などの光学コンポーネントとの両方を、含み得る。

このように生成される光学信号２ｂは、波長λ_ＴにてＤＵＴ４と結合するために指向性光学カプラ３を介して通過する。複数の光学パルスは、光学プルーブ信号３ｃを構成するが、ＤＵＴ４内に送り出される。

光学プローブ信号３ｃに応答して、ＤＵＴ４は、プローブ信号３ｃの光学パルスとは逆方向に伝搬し通常、光学パルスとは異なる光学スペクトルを有する後方散乱信号を生成する。特に、波長λ_Ｔのプローブ信号３ｃとＤＵＴ４との間の相互作用は、後方散乱の物理現象を生成する。後方散乱光学パワーが波長λ_Ｔの近傍のあるバンドにて配分されるレイリー後方散乱の場合には弾性であり、後方散乱光学パワーがλ_Ｔとは異なるストークス波長λ_Ｓ及び反ストークス波長λ_ＡＳの近傍に対応する二つのバンドにて配分されるラマン後方散乱の場合には非弾性である。後方散乱信号４ｄのスペクトルの定性的チャートを図１に示す。

指向性カプラ３は、ＤＵＴ４から後方散乱光学信号４ｄを受信しそれを波長選択光学フィルタ５に転送するのに用いられ得る。選択光学フィルタ５は、後方散乱光学信号４ｄから開始してカプラ３により転送された個別の入力信号３ｅから、反ストークス波長λ_ＡＳ及びストークス波長λ_Ｓの近傍の二つの唯一のバンドに夫々対応する光学後方散乱応答５ｆ及び５ｇを、抽出するように適用される。

選択光学フィルタ５は、反ストークス若しくはストークス波長の近傍の光学後方散乱応答５ｆ若しくは５ｇに加えて、又は、一方で、レイリー波長λ_Ｔの近傍の光学後方散乱応答５ｎを抽出するように適用され得る。

第１の実施形態に戻り、装置は二つのインプット及び二つのアウトプットを伴う光学スイッチ６を含んでもよく、該光学スイッチ６は、インプットにて光学後方散乱応答の５ｆ及び５ｇを受信し、コントロール及び処理ユニット１により生成される状態信号１ｕの関数として、二つの可能な異なる光学パスに従ってそれら応答を転送する。特に、状態信号１ｕの決定された値に対しては、光学スイッチ６は、光学信号５ｆ及び５ｇをそのアウトプット６ｈ及び６ｉの夫々に転送し、状態信号１ｕの第２の値に対しては、光学スイッチ６は、光学信号５ｆ及び５ｇをアウトプット６ｉ及び６ｈの夫々に転送する。

アウトプット６ｈ及び６ｉは、光学電気コンバータ７へのインプットとして接続し、該光学電気コンバータ７は、実質的にフォトダイオードと電圧及びトランスインピーダンス増幅器から成る光電子工学回路により、インプット６ｈ及び６ｉにおける時間連続光学信号を、アウトプットアナログ電気信号７ｌ及び７ｍに変換するように適用される。

コントロール及び処理ユニット１は、インプットにてそれらアナログ電気信号７ｌ及び７ｍを受信してそれらをデジタル信号に変換し、これにより、計測される物理現象、例えば、温度の、ＤＵＴ４沿いの空間配分を再構築するために処理をするように、適用される。

コントロール及び処理ユニット１により実行され得る更なる機能は、個々の状態信号１ｓ、１ｕ及び１ｔにより、機能ブロック２、６及び７の状態を受信してコントロールするものである。特に、コントロール及び処理ユニット１は、個別のブロックの機能状態を読み取り、適用されたコントロールパラメータによりそれを変更し、最後に誤作動を検証するように構成され得る。

図３に示す装置の第２の実施形態では、用いられるコンポーネントは実質的に同じであり、このため同じ参照番号が示され、若しくは繰り返していない。コンポーネント１、５、６、７が、ＤＵＴ４の一つよりも多い物理パラメータを計測できるようにレイリー光学後方散乱応答も同様に検出するべく適用されていることが、唯一の差異である。

特に、本発明に係る装置の第２の実施形態では、選択光学フィルタ５は、三つの後方散乱パワーレベル（反ストークス、ストークス、及びレイリー）を同時に抽出できるように、レイリー光学後方散乱応答のための第３の光学アウトプット５ｎを有する。更に、第２の実施形態の光学スイッチ６は、第３の光学アウトプット５ｎに対応する更なるインプットを有し、及び更なるアウトプット６ｏを有し、並びに、コントロール及び処理ユニット１から生じる状態信号１ｕに基づいて六つの異なる光学構成を仮定するように構成されており、六つの異なる光学構成の各々では、インプット信号５ｆ、５ｇ及び５ｎは、アウトプット６ｈ、６ｉ、６ｏの個々に夫々転送され得る。

第２の実施形態の光学電気コンバータ７は、第１の実施形態に既に存在するものと同様な、第３の変換チャネルを有し、第３の変換チャネルにより三つの後方散乱パワーレベルの同時の変換が可能である。

最後に、第１の実施形態に対して、第２の実施形態のコントロール及び処理ユニット１は、三つの後方散乱パワーレベル（反ストークス、ストークス及びレイリー）の全てを同時にデジタルに変換し結果としてそれらを処理できるように、第３の獲得チャネルを含む。

光学パルスエミッタ２へのインプットである、電気駆動信号１ａは、バイナリシーケンスにより構成され、パルスエミッタ２は、対応する光学バイナリシーケンスを生成するように適用され、これにより二つの異なるパワーのレベルを電気駆動信号１ａの論理レベルと関連付ける。

本発明によると、電気駆動信号１ａはコントロール及び処理ユニット１により実装される空間時間符号化スキームにより生成され、該コントロール及び処理ユニット１は、光学パルスエミッタ２の駆動バイナリシーケンスの生成と、光学電気コンバータ７から生じる信号のサンプリング及び復号化とに、夫々特化した二つのサブシステムに分割されるのが好ましい。

特に、コントロール及び処理ユニット１は、少なくとも二つのバイナリシーケンスを、特に、第１のパルスＳＣ１の第１の時間シーケンス及び第２のパルスＳＣ２の第２の時間シーケンスを、生成するように適用されたシーケンスジェネレータ１１を含む。

第１に、第１のコードの、特に、正確に数Ｎ１のビットから成るバイナリサイクリックコードＣ１の、唯一のワードは、シーケンスジェネレータ１１に格納される。第１のコードＣ１のワードは、最大長シーケンス（ＭＬＳ）であってもよく、例とはなっても必須では無い。

第１のコードＣ１のそのようなワードから開始して、シーケンスジェネレータ１１は、ステップ１０１にて、第１のパルスの第１の時間シーケンスＳＣ１（ｔ）を生成し、該時間シーケンスＳＣ１（ｔ）は、本発明に係る、時間空間符号化の空間成分を表す。そのようなシーケンスは、実質的に同一の期間Ｄ１の時間スロットの数Ｎ１により規定され、従って、シーケンスＳＣ１（ｔ）のｎ番目時間スロットと第１のコードＣ１のワードのｎ番目ビットｂ_ｎとの間に、一対一の対応が存在する。特に、図４に示す例示のシーケンスＳＣ１（ｔ）の時間トレンドは、以下の式により規定され得る。

ここで、ｂ_ｎは第１のコードＣ１のワードのｎ番目ビットであり、ｇ（ｔ）は均一振幅及び期間Ｄ１＝Ｔ／Ｎ１の矩形パルスであり、Ｔは飛行時間若しくは飛行時間より大きい値である。

期間Ｄ１から開始して、第２のバイナリコードＣ２のワードが規定され、該第２のバイナリコードＣ２は、正確に数Ｎ２のビットから成り、例えば、ゴーレイ符号ワード、若しくは相関符号ワード、若しくはシンプレクス符号ワードのクラスに、又は、ＯＴＤＲ反射測定のセクタで共通に用いられる他のタイプのコードに、属する。第２のコードＣ２のそのようなワードから開始して、シーケンスジェネレータ１１は、ステップ１０２にて、第２のパルスの第２の時間シーケンスＳＣ２（ｔ）を生成し、該第２の時間シーケンスＳＣ２（ｔ）は、周期Ｄ１により周期的であり、本発明に係る、空間時間符号化の時間成分を表す。第２のコードＣ２のワードは、シーケンスＳＣ２（ｔ）のｎ番目時間スロットと第２のコードＣ２のワードのｎ番目ビットｃ_ｋとの間に一対一の対応を確立するように、個々の周期Ｄ１の範囲内で、Ｄ２と等しい均一期間の同一数Ｎ２の時間スロットにより、構成される。

特に、期間Ｄ２は、本発明に係る計測装置により為される計測の空間分解能を判別する。例えば、期間Ｄ２が１０ｎ秒に等しい時間スロットを伴うシーケンスを用いることにより、１ｍに等しい計測の時間分解能が得られる。図４に示すシーケンスＳＣ２（ｔ）の時間トレンドは、以下の式で規定され得る。

ここで、ｃ_ｋはコードワードＣ２のｋ番目ビットであり、ｐ（ｔ）は均一振幅及び期間Ｄ２の矩形パルスである。ここで、期間Ｄ２及びビットの数Ｎ２は、それらの積Ｄ２・Ｎ２がＤ１以下であるように定義されなければならない、ということに留意すべきである。

第２の時間シーケンスＳＣ２（ｔ）は、シーケンスジェネレータ１１のアウトプットに接続するフィードバック遅延セルデバイス１２（ＰＥＲ）により、周期Ｄ１で周期的とされ得る。同じデバイス１２若しくは同様のデバイスは、飛行時間以上である周期に従って、第１の時間シーケンスＳＣ１（ｔ）も同様に周期的にするように用いられてもよい。

本発明によると、ステップ１０３では、第１のコードＣ１のワードの対応するｎ番目ビットｂ_ｎが非ゼロ値を有するシーケンスＳＣ１（ｔ）の、ｎ番目時間スロット毎に繰り返される第２のコードＣ２のワードにより規定される一連のシーケンスから、図４に示すように、構成される非周期シーケンスＳＣＣ（ｔ）を生成するために、第２の時間シーケンスＳＣ２（ｔ）は第１の時間シーケンスＳＣ１（ｔ）により振幅で変調される。

二つのシーケンスＳＣ１（ｔ）及びＳＣ２（ｔ）をインプットとして受信し、それらを共に掛け合わせ、シーケンスＳＣＣ（ｔ）をアウトプットとして生成する第１のプロセッサ１３を用いて、二つのシーケンスＳＣ１（ｔ）及びＳＣ２（ｔ）を乗じることにより振幅変調が取得され得、該シーケンスＳＣＣ（ｔ）は、アウトプットにて電気駆動信号１ａを取得するためにＤ／Ａコンバータ１４のインプットに送信される。

電気駆動信号１ａは、シーケンスＳＣＣ（ｔ）に対応し、該シーケンスＳＣＣ（ｔ）は、波長λ_ＴでありＳＣＣ（ｔ）に対応するプローブ信号３ｃを構成する一連の光学パルスを含む光学信号２ｂに、ステップ１０４にて、光学パルスエミッタ２により変換される。

しかしながら、単独の波長で放射を発する選択は本発明の限定では無いことに留意すべきであり、単独の波長での放射は、複数の波長での電磁気放射を同時に生成することによって正確に実装され得る。従って、駆動信号１ａの個々のシーケンスＳＣＣ（ｔ）と関連する光学プローブ信号３ｃの光学パワーは、個々の瞬間にピークパワーＰ０を伴う光学パルスの存在がシーケンスＳＣＣ（ｔ）の非ゼロ値と排他的に関連するように、時間トレンドを有するものとなる。

本発明に係る方法では、Ｄ／Ａコンバータ１４により電気駆動信号１ａに変換される、パルスのシーケンスＳＣＣ（ｔ）が定期的に生成される周期が、規定されるのが好ましい。より詳細には、主としてＤＵＴ４の長さＬによりその周期が決定される。例えば、ＤＵＴとして光ファイバを用いると、光ファイバに発せられるパルスの個々のシーケンスが光ファイバ沿いに完全に伝搬し、対応する後方散乱が連続のシーケンスの間でオーバラップすること無く送信部に戻るように、動作することが必要である（図８のステップ１０５及び１０６。ここで、Ｔはそのような周期を示し、飛行時間に対応する。）。例えば、長さ８０ｋｍの光ファイバ、及び２×１０^８ｍ／秒に等しいファイバ内の信号伝搬速度を考慮すると、シーケンスＳＣＣ（ｔ）の反復周期は８００μ秒より短くあってはならず、反復周波数は１．２５ｋＨｚより大きくあってはならない。

指向性光学カプラ３を介する、ＤＵＴ４の光学パルス３ｃのシーケンスの伝搬は、パルスのシーケンスがＤＵＴ４の拡張沿いに伝搬する際にＤＵＴ４の連続部により後方散乱される電磁気放射４ｄを生成する。特に、反ストークス及びストークス成分の波長λ_ＡＳ及びλ_Ｓの夫々の非弾性ラマン散乱から生じる電磁気放射は、ＤＵＴ４の物理特徴を計測することに非常に有益である。非弾性の反ストークス及びストークスのラマン散乱から導出する、それらの個々の電磁気放射は、指向性光学カプラ３を介して装置に繋がるものであり、よって、波長選択光ファイバ５を介して後方散乱する他の放射とは分離されるものである。

前述のように、本発明の第２の実施形態では、レイリー光学後方散乱応答も獲得されて処理され得る。レイリー後方散乱放射は、光学パルスエミッタ２により生成される信号として同じ波長λＴに集中する発光スペクトルにより特徴付けられ、一方で、その強度及びフェーズは、経時的な静的及び動的発生がＤＵＴ４上で誘導される、機械的応力に強く依存する。本発明の第２の実施形態により、レイリー及びラマン後方散乱信号を、同時に分析することで、例えば、周波数成分が音響放出スペクトルに属する機械的応力などの、温度に関連する更なる物理特徴に関する情報を、配分して抽出することが、可能である。

ステップ１０３では、このようにフィルタされた後方散乱光学応答５ｆ及び５ｇ（更に５ｎを含んでもよい）は、光学電気コンバータ７に供給され、該光学電気コンバータ７は、コントロール及び処理ユニット１により送られる状態信号１ｕに基づいて、光学電気コンバータ７のインプットブランチ上に後方散乱信号を交互に配分するために、光学スイッチ６により、入射の電磁気放射を電気信号に変換するように構成されている。

しかしながら、光学スイッチ６により提供される、波長選択光ファイバ５と光学電気コンバータ７との間の光結合は、本発明の限定ではないことに留意すべきであり、該光結合は静的機械タイプの光結合を用いても正確に実装され得る。

光学電気コンバータ７により生成される電気信号７ｌ及び７ｍは、コントロール及び処理ユニット１に送信され、該コントロール及び処理ユニット１は、好適にはサンプラ１５を含み、該サンプラ１５は、サンプリングと、高い時間分解能での電気信号７ｌ及び７ｍのアナログデジタル変換とを実行して、対応するデジタル化信号を空間時間デコーダ１６に提供するように適用され、該空間時間デコーダ１６は、本発明に係る復号化のステップを実装して、コントロール及び処理ユニット１が、対象の反ストークス及びストークスラマン波長における信号５ｆ及び５ｇの経時的な光学パワーのトレンドの計測を取得できるように、構成されている。

空間時間デコーダ１６は、二つの連続する復号化ステップを実行するように構成されている。より詳細には、図５に示すように、信号ＳＣＣ（ｔ）に対応する光学パルス３ｃのシーケンスに応じて、ＤＵＴ４は、本発明に対して対象の波長にて後方散乱信号を生成し、該後方散乱信号は、第１のコードＣ１のワードの“１”のビットにて送信される、光学パルスの個別のシーケンスへの応答として取得される、ＯＴＤＲ信号の重ね合わせ５１により、構成される。

デコーダ１６により、特に、マイクロプロセッサ１３と一致し得る第２のプロセッサ１６ａにより、実装される第１の復号化ステップ１０７は、図５に示すような、第２のコードＣ２のワードにより規定されるシーケンスＳＣ２（ｔ）の個別の周期への、ＤＵＴ４の応答５２を再構築する。

特に、期間Ｄ１の所与の時間スロットに対する、後方散乱信号５１の部分は、その後方散乱信号５１の全ての部分についての、第１のコードＣ１のワードに従って重み付けされる、線形和により、構成される。そのような和は、時間スロットの数Ｎ１と同じサイズの線形代数系に繋がり、関連するマトリクスは循環タイプである。

基本的に、プロセッサ１６ａは、第１のコードＣ１のワードの関数として定義されるマトリクスと、サンプラ１５を介して獲得された後方散乱信号のサンプルを収集するベクトルとの間の、単独の積に相当する代数的演算を実行することにより、復号化方法の第１のステップを実装する。

第２の復号化ステップ１０８により、シーケンスＳＣＣ（ｔ）の個別のパルスに対するＤＵＴ４の応答５３を再構築することが可能になる。特に、第１の復号化ステップからのアウトプット信号は、第２のコードＣ２のワードに従って符号化される第２の時間シーケンスＳＣ２（ｔ）の個別の周期に対するＤＵＴ４の応答を、表す。そのようなコードワードＣ２は、好ましいが必須では無く補完的相関コードワードのクラスに属するので、デコーダ１６は、第１の復号化ステップにより生成される信号と、第２の時間シーケンスＳＣ２（ｔ）の個別の周期により規定される信号との間で、正規化された相互相関関数を計算することにより、対応する復号化アルゴリズムを実装する。このために、デコーダ１６は更に、第２のプロセッサ１６ａのアウトプットにＦＩＲ（有限インパルス応答）フィルタ１６ｂを含み、該ＦＩＲフィルタ１６ｂでは、ＦＩＲフィルタ１６ｂの係数は、第２のコードＣ２の用いられるワードにより決定される。

よって、反ストークス及びストークスラマン成分の後方散乱パワーレベルの時間トレンドを表す、信号Ｒ１（ｔ）及びＲ２（ｔ）が取得され、該信号Ｒ１（ｔ）及びＲ２（ｔ）は、例えば、ＤＵＴ４の温度の空間時間配分を計測するように用いられ得る。

好ましくは、光学パルス３ｃの同じシーケンスが、平均処理を実行するためにコントロール及び処理ユニット１のメモリに後方散乱信号の多重の獲得を収集するという目的で、飛行時間Ｔよりも短くない期間のインターバルで周期的に送信され得る。

更に、第２の復号化ステップを実装してそれを正確なものとするために、光学パルスエミッタ２は、第２のコードＣ２の複数のワードにより規定される周期的シーケンスＳＣ２（ｔ）を第１のコードＣ１の同じワードに従って振幅変調することにより取得される、飛行時間Ｔよりも短くない、周期を伴う、多重のシーケンスＳＣＣ（ｔ）を周期的に送信するように、電気信号により駆動されるのが好ましい。

複数の相補的相関コードワードを考慮すると、ＤＵＴ４の個別のパルスに対する応答は、第２のコードＣ２について用いられる個々の異なるワードに対する同じ復号化ステップを実装して、第２の復号化ステップ１６ｂにて計算される対応する正規化された相互相関関数を総計することにより、取得される。

復号化方法に基づく周知のＯＴＤＲ技術とは異なり、本発明に係る方法は、二つの連続するステップに基づく復号化手順を用いてもよい。特に、シーケンス内のビット数に関わりなく、唯一のシーケンスＳＣ１（ｔ）が在り、関連する復号化マトリクスが循環マトリクスであるので、対応する復号化ステップは単独の飛行時間で生じ得る。

上述のように、復号化時間、よってトータル計測時間は、必要であれば第２の復号化ステップの正確性を向上させるのに用いられる第２のコードＣ２のワード数に、排他的に依存する。

本発明に係る方法は、二つの復号化ステップ１０７及び１０８に適用される対応する復号化技術の符号化利得の積により、線形スケールで規定される符号化利得を提供する。例えば、シーケンスＳＣＣ（ｔ）が、最大長シーケンス（ＭＬＳ）のクラスに属する長さＮ１の第１のコードＣ１のワードと、相補的相関コードのクラスに属する長さＮ２の第２のコードＣ２のワードとを適用することにより、実装されるならば、トータルの符号化利得ＣＧは以下の式に等しい。

図７は、コードのビット数が変動する際の、同じ計測時間に対する、周知の相補的相関符号化方法（点線）の符号化利得のトレンドと、本発明に係る方法の符号化利得のトレンドとの間の、比較を示す。特に、Ｘ軸は、周知の相補的相関符号化方法のためのコードワードの長さを表し、本発明に係る方法ではＸ軸は、第２のコードＣ２の唯一のワードの長さを表す。本発明に係る方法のための符号化利得曲線は、Ｎ１＝１２７ビットに等しい、第１のコードＣ１のワードの一定長さを用いて、第２のコードＣ２のワードの長さＮ２を変動して、取得される。図７の符号化利得の曲線の間の比較から分かるように、空間成分に対応する第２の符号化ステップの利用により、本発明に係る符号化方法は、７．５ｄＢの符号化利得における増加を導入する。従って、ＤＵＴの同じ最大長、同じ空間分解能及び同じ計測時間に対して、本発明に係る方法は、ＳＮ比の増大を可能にするのであり、該方法は、標準的シングルパルスＯＴＤＲ技術に基づくシステムにおけるもの、及び相関符号化技術に基づくシステムにおけるものよりも大きい長さのＤＵＴ沿いの、物理パラメータの配分モニタリングのシステムを、提供するのに用いられ得る。例として、第１のコードＣ１の、最大長シーケンス（ＭＬＳ）タイプの、１０２３ビットに等しい長さＮ１のワードと、第２の相補的相関コードＣ２の、１０２４ビットに等しい長さＮ２のワードと共に、本発明に係る方法を用いることにより、２４ｄＢに等しい符号化利得の絶対値が得られ、更に約１２ｄＢに等しい符号化利得の向上が得られ、該向上は、従来の相補的相関符号化技術に基づく装置に関して、（０．２ｄＢ／ｋｍに等しいファイバでの減衰係数を想定して）モニタリング距離の観点で３０ｋｍの増大に相当するのであり、商業的実装は数十キロメートルの最大限の計測距離に達する。

実際には、本発明に係る装置及び方法は、既述の目標を完全に達成している。

このように想定される、本発明に係る方法及び装置は、多数の修正及び変動が可能であり、その全てが添付の請求項の範囲内である。更に、詳細の全ては、他の技術的に透過な要素で置き換え可能である。

本願が優先権を主張する伊国特許出願第ＡＲ２０１４Ａ００００４０号での開示は、参照の上本明細書に組み込まれる。

請求項で言及する技術特徴には引用符号が付いているが、請求項の理解を増すためにのみこれらの引用符号が含まれているのであり、従って、これらの引用符号は、これらの引用符号により特定される個々の要素の解釈に限定的な影響を与えるものでは無い。

１・・・コントロール及び処理ユニット、３・・・指向性光学カプラ、４・・・ＤＵＴ（被試験体）、５・・・選択光学フィルタ、６・・・光学スイッチ、７・・・光学電気コンバータ。

Claims (14)

1. 光学被試験体（ＤＵＴ）の配分される物理値を計測する方法において、
   少なくとも一つの試験波長（λＴ）における複数の光学パルスを含むプローブ信号（３ｃ）をＤＵＴ（４）内に送り出すステップ（１０４）と、及び、
   ＤＵＴにより後方散乱される少なくとも一つの光学信号（４ｄ）を受信するステップ（１０５）と
   を含み、
   前記光学パルスは、少なくとも以下のステップ、即ち、
   第１のコード（Ｃ１）のワードに対応する第１のパルスの第１の時間シーケンス（ＳＣ１）を生成するステップ（１０１）であって、前記第１の時間シーケンス（ＳＣ１）は飛行時間（Ｔ）よりも短くない期間を有し、前記第１のコードの前記ワードのビット数と等しい時間スロットの数（Ｎ１）により形成され、個々の時間スロット（Ｄ１）は前記第１の時間シーケンス（ＳＣ１）の個々の第１のパルスに対応する、第１のパルスの第１の時間シーケンス（ＳＣ１）を生成するステップと、
   第２のコード（Ｃ２）のワードに対応する第２のパルスの第２の時間シーケンス（ＳＣ２）を生成するステップ（１０２）であって、前記第２の時間シーケンス（ＳＣ２）は、前記時間スロット（Ｄ１）の少なくとも一つの期間と等しい周期により周期的である、第２のパルスの第２の時間シーケンス（ＳＣ２）を生成するステップと、及び、
   前記第２の時間シーケンス（ＳＣ２）を前記第１の時間シーケンス（ＳＣ１）により振幅変調するステップ（１０３）と
   により、取得され、
   前記第２のコードは、相補的相関コード、擬似ランダムコード、ゴーレイコード、ＣＣＰＯＮＳ（相補的相関プロメテウス正規直交シーケンス）若しくはシンプレクスコードである、方法。
2. 前記第１のコード（Ｃ１）は、周期的コードであり、最大長シーケンスであることもある、請求項１に記載の方法。
3. ＤＵＴにより後方散乱される少なくとも一つの光学信号を受信する前記ステップ（１０５）は、
   後方散乱の反ストークスラマンコンポーネント（５ｆ）を、並びに、ストークスラマンコンポーネント（５ｇ）とレイリーコンポーネント（５ｎ）との一方を若しくは両方を、獲得するステップを含む、
   請求項１又は２に記載の方法。
4. ＤＵＴにより後方散乱される少なくとも一つの光学信号を受信する前記ステップは、
   前記第２の時間シーケンス（ＳＣ２）の個別の周期（Ｄ１）の前記第２のパルスへのＤＵＴの応答を再構築するように適用された第１の復号化ステップ（１０７）と、
   前記第２の時間シーケンス（ＳＣ２）の個別の第２のパルスへのＤＵＴの応答を再構築するように適用された第２の復号化ステップ（１０８）と
   を含む、請求項１〜３のうちのいずれか一に記載の方法。
5. 前記第１の復号化ステップ（１０７）は、前記第２の時間シーケンス（ＳＣ２）の個別の周期（Ｄ１）の前記第２のパルスと、ＤＵＴ（４）により後方散乱される前記少なくとも一つの光学信号（４ｄ）との間の、相互相関の操作を含む、
   請求項４に記載の方法。
6. 前記プローブ信号は、前記飛行時間（Ｔ）よりも短くない周期で周期的に送信され、
   ＤＵＴにより後方散乱される少なくとも一つの光学信号を受信する前記ステップ（１０５）は、後方散乱される光学信号を平均するステップを含む、
   請求項１〜５のうちのいずれか一に記載の方法。
7. 前記第２のコード（Ｃ２）の前記ワードは、前記プローブ信号（３ｃ）の繰り返しの個々の周期にて変更される、
   請求項６に記載の方法。
8. 光学被試験体（ＤＵＴ）の配分される物理値を計測する装置において、
   少なくとも一つの試験波長（λＴ）における複数の光学パルスを含むプローブ信号（３ｃ）をＤＵＴ（４）内に送り出すように適用された送信部（２、３）と、
   第１のコード（Ｃ１）のワードに対応する第１のパルスの第１の時間シーケンス（ＳＣ１）と、第２のコード（Ｃ２）のワードに対応する第２のパルスの第２の時間シーケンス（ＳＣ２）とを、生成するジェネレータ（１１）と、及び、
   前記第１の時間シーケンス（ＳＣ１）と前記第２の時間シーケンス（ＳＣ２）を受信し、前記送信部のための変調された信号（ＳＣＣ）を取得するためにそれらを共に掛け合わせるように適用されたマルチプライヤ（１３）と
   を含み、
   前記第１の時間シーケンス（ＳＣ１）は飛行時間（Ｔ）よりも短くない期間を有し、前記第１のコード（Ｃ１）の前記ワードのビット数（Ｎ１）と等しい時間スロット（Ｄ１）の数（Ｎ１）により形成され、個々の時間スロット（Ｄ１）は前記第１の時間シーケンス（ＳＣ１）の個々の第１のパルスに対応し、及び、
   前記第２の時間シーケンス（ＳＣ２）は、前記時間スロットの少なくとも一つの期間（Ｄ１）と等しい周期により周期的であり、
   前記第２のコード（Ｃ２）は、相補的相関コード、擬似ランダムコード、ゴーレイコード、ＣＣＰＯＮＳ（相補的相関プロメテウス正規直交シーケンス）若しくはシンプレクスコードである、装置。
9. 前記第１のコード（Ｃ１）は、周期的コードであり、最大長シーケンスであることもある、請求項８に記載の装置。
10. 前記送信部（２、３）は、前記飛行時間（Ｔ）よりも短くない周期で、前記プローブ信号（３ｃ）をＤＵＴ（４）内に周期的に送り出すように構成されている、
    請求項８又は９に記載の装置。
11. 前記ジェネレータ（１１）は、前記プローブ信号（３ｃ）の繰り返しの個々の周期にて前記第２のコード（Ｃ２）の前記ワードを変更するように構成されている、
    請求項８に記載の装置。
12. 更に、光電子レシーバ（５、６、７、１５、１６）を含み、該光電子レシーバ（５、６、７、１５、１６）は、ＤＵＴ（４）に接続可能であり、ＤＵＴにより後方散乱される少なくとも一つの光学信号を受信するように適用され、
    前記光電子レシーバ（５、６、７、１５、１６）は、以下のステップ、即ち、
    前記第２の時間シーケンス（ＳＣ２）の個別の周期（Ｄ１）の前記第２のパルスへの前記ＤＵＴ（４）の応答を再構築するように適用された第１の復号化ステップ（１０７）と、
    前記第２の時間シーケンス（ＳＣ２）の個別の第２のパルスへの前記ＤＵＴの応答を再構築するように適用された第２の復号化ステップ（１０８）と
    を実行するように構成された少なくとも一つのデコーダ（１６）を含む、
    請求項８〜１１のうちのいずれか一に記載の装置。
13. 前記第１の復号化ステップ（１０７）は、前記第２の時間シーケンス（ＳＣ２）の個別の周期（Ｄ１）の前記第２のパルスと、前記ＤＵＴ（４）により後方散乱される前記少なくとも一つの光学信号（４ｄ）との間の、相互相関の操作を含む、
    請求項１２に記載の装置。
14. 前記光電子レシーバ（５、６、７、１５、１６）は更に、前記少なくとも一つの後方散乱される光学信号（４ｄ）から、後方散乱の反ストークスラマンコンポーネント（５ｆ）、並びに、ストークスラマンコンポーネント（５ｇ）とレイリーコンポーネント（５ｎ）との一方を若しくは両方を、選択する少なくとも一つの光学フィルタ（５）を含む、
    請求項１２又は１３に記載の装置。

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