分布式纤维光学感测的制作方法

基于瑞利背向散射的分布式声学感测（DAS）是已知技术。基本原理是使用相干照明辐射（通常以一个或多个光学辐射脉冲的形式）来重复地询问光纤（在本文中称为感测纤维）。

考虑用发射到感测纤维的第一末端中的单个相干辐射脉冲来询问感测纤维。随着脉冲沿着纤维传播，来自光纤内的各种固有散射点的瑞利散射现象将导致某个小比例的询问辐射被朝着第一末端背向散射，在该第一末端处可以检测到该询问辐射。在感测纤维的第一末端处接收回来的背向散射信号因此是来自随着脉冲传播而被脉冲照亮的纤维的不同部分的各种信号的组合。用相干询问辐射，背向散射信号因此是由从各种固有散射点散射的辐射形成的干扰信号。由于散射点有效地随机分布于整个感测纤维，所以接收到的背向散射信号的强度在纤维的各区段之间将显示出随机变化。然而，在存在作用于纤维上的任何环境刺激的情况下，来自感测纤维的给定部分的背向散射信号在询问之间将是相同的，假设询问辐射的性质对于每个询问而言是相同的。

然而，作用于感测纤维的一部分上的导致用于该部分的光学路径长度的有效改变的环境扰动（诸如纤维上的动态应变）将导致各询问之间的来自该部分的背向散射信号的改变。通过例如使用适当的光电检测器来监视在感测纤维的第一末端处接收到的背向散射辐射，此类改变可以被检测到并用来指示作用于感测纤维的相关部分上的动态扰动，例如入射声波。

在某些DAS系统中，每个询问包括发射询问辐射的单个连续脉冲。在此类系统中，该背向散射信号通常被处理以寻找来自光纤的各种纵向感测部分的背向散射中的强度变化，以便检测作用于感测纤维上的扰动。在其它系统中，每个询问可以包括发射（至少）两个空间上分离的光学脉冲，其可以处于不同的频率，并且在此类系统中该处理可以寻找来自给定感测部分的测量信号的相位的改变，可能处于由脉冲之间的频率差定义的载波频率。

沿着感测纤维的位置是基于OTDR（光学时域反射测量）技术而确定的，背向散射信号被按与来自纤维的定义部分的背向散射相对应的时间分仓进行处理。这种技术依赖于这样的事实，即在询问辐射被反射到感测纤维中之后给定时间检测到的光必须是已从沿着感测纤维的长度的给定位置散射的。然而，为了使此假设是正确的，检测到的背向散射必须与给定询问唯一地相关联，因此在来自第一询问的光已到达纤维的远端且然后任何背向散射已朝着检测器返回行进纤维的整个长度并已被检测到之前，不能向纤维中发射第二询问（具有与第一询问相同的光学性质）。如果要在来自第一询问的辐射仍在感测纤维中传播的同时发射第二询问，将不可能将从第一询问（来自向纤维中的相对远处）产生的背向散射与来自第二询问（来自更接近于纤维的第一末端处）的背向散射区别开。

这使用于询问的重复率（repetition rate）局限于纤维中的往返时间。最大脉冲速率RP因此是RP＝c/2Ln，其中c是真空中的光速，L是纤维的长度（或者对于非常长的纤维而言，是不能从其预期显著背向散射的到纤维中的阈值距离），并且n是折射率。对于具有5km的长度L和约1.5的折射率的纤维而言，最大脉冲重复率RP约为20 kHz。此设定针对可以可靠地检测到的声学刺激的频率的尼奎斯特极限。

已经提出通过使用波分复用技术来改善脉冲重复率，例如通过以第一波长发射第一询问且然后以第二波长发射第二询问。由于询问使用不同的波长，所以可以单独地识别和处理来自每个询问的背向散射，因此允许来自两个询问的辐射同时地在纤维中传播而不引入任何位置模糊。

然而波分技术的使用必须需要多个源和检测器并增加询问单元的成本和复杂性。

另外，用此类DAS传感器可实现的空间分辨率至少部分地取决于脉冲持续时间。对于单个脉冲DAS传感器而言，感测部分的最小尺寸由脉冲持续时间和因此的纤维中的脉冲的空间长度有效地定义。在任何时刻，在纤维的第一末端处接收回来的背向散射对应于来自与纤维中的脉冲的长度的一半相等的长度的纤维的一段的背向散射。因此将不可能在比这更短的长度处独立地感测影响纤维的感测部分的信号。要提供更好的空间分辨率将要求更短的脉冲，但是更短的脉冲涉及到向感测纤维中传输较少的光学功率（脉冲的最大强度受到避免纤维中的非线性效应的需要的限制）。减少的询问辐射的能量导致降低的灵敏度。因此对于常规DAS传感器而言存在灵敏度与空间分辨率之间的权衡。

本发明的实施例涉及具有改善的性能的用于分布式纤维光学感测的方法和设备。

因此根据本发明的一方面提供了一种分布式纤维光学传感器设备，包括：

光发生器，其被配置成重复地生成在使用中要发射到感测光纤中的光学辐射的第一编码序列，该第一编码序列被根据多级编码序列进行编码；

检测器，其被配置成检测已从感测光纤内部瑞利背向散射的光学辐射；以及

处理器，其被配置成处理所述检测器的输出，其中，所述处理包括针对至少一个范围分仓以对应于该范围分仓的时间延迟使从检测器输出导出的检测信号与多级编码序列相关。

本发明的实施例因此用光学辐射的编码序列重复地询问感测纤维。这意味着可以用辐射来有效地连续地询问纤维，即可以使用询问的连续波形式。这与常规的基于瑞利的分布式声学感测方法相比显著地增加了传输到光纤中的光学功率的量并可以提供信噪比益处。为了提供空间分辨率，使背向散射信号与多级编码序列的适当延迟版本相关。多级编码序列的使用允许优化传输序列的自相关性质。

光学辐射的第一编码序列可包括码片周期（chip period）序列。可以根据在码片周期内恒定的多级编码序列的编码值对光学辐射的光学性质进行调制。

可以将多级编码序列选择成具有数学自相关函数，其在相关同相时是非零的，并且当被延迟等于码片周期的倍数的量时是零值。

如稍后在某些实施例中将更详细地描述的，多级编码序列是基于弗兰克码。

在某些实施例中，单个码可以提供整个的第一编码序列。然而在某些实施例中多级编码序列可以是基于多个互补码，即共同地提供有用自相关函数的互补码序列。

在某些实施例中，多级编码序列包括编码值序列，该序列具有长度P²，其中序列的第M编码值等于：

k.i.j模P；

其中，M＝i＋(j×P)；i和j每个可以取在0与（P－1）之间且包括0和（P－1）的任何值，并且k是常数。k的值在某些实施例中可以等于2π/P。

光发生器可以被配置成根据多级编码序列来调制光学辐射的第一编码序列的相位。换言之，多级编码序列可以包括多相码。

光发生器可以包括用于产生连续波光学信号的光源和用于基于多级编码序列来调制连续波光学信号以生成光学辐射的第一编码序列的第一调制器。针对多相码，第一调制器可以包括相位调制器。光发生器可以包括用于用驱动信号来驱动调制器的码发生器，其中，基于多级编码序列来调制驱动信号的值。

在某些实施例中，码发生器可以被配置成基于数字码信号来生成驱动信号。码发生器可以包括码优化模块，其用于基于多级编码序列将在传输之前从光学辐射的第一编码序列导出的反馈信号与参考版本相比较并导出对码发生器的信号的修正。在码发生器基于数字码信号而生成驱动信号的情况下，该修正可以是要施加于数字码信号的预先修正。

码发生器可以包括用于接收数字码信号并生成码波形的数模转换器（DAC）和用于产生驱动信号的放大器，其在信号路径中在DAC的下游。在某些实施例中，边缘增强器可以位于DAC与放大器之间的信号路径中，该边缘增强器被配置成减少码波形中的信号水平之间的渡越时间。边缘增强器可以例如包括跟踪保持电路，其被配置成在DAC从输出用于码波形的第一信号水平过渡至第二信号水平时的周期期间在保持模式下操作。在保持模式中，跟踪保持电路将使其输出保持在第一信号水平作为码波形输出。在保持模式下操作之后，跟踪保持电路可以在跟踪模式下操作以跟踪第二信号水平。

在某些实施例中，光发生器可以包括用于将由光源生成的连续波光学信号分离成包括所述第一调制器的发射路径中的发射信号和本机振荡器路径中的本机振荡器信号两者的分离器，并且其中，所述设备包括用于在被所述检测器检测到之前将从感测纤维背向散射的光学辐射与本机振荡器信号混频的混频器。在某些实施例中可以提供用于在发射信号与本机振荡器信号之间引入频率差的第二调制器。第二调制器可以例如包括发射路径中的声光调制器。

光发生器可以被配置成以一定的码重复率生成第一编码序列的重复实例。在某些实施例中，发射信号与本机振荡器信号之间的频率差可以等于码重复率的四分之一的奇整数倍数。在这种情况下处理器可以被配置成针对至少一个范围分仓取响应于光学辐射的第一编码序列的第一发射而检测到的第一背向散射信号和响应于光学辐射的第一编码序列的第二发射而检测到的第二背向散射信号，并且将所述第一和第二背向散射信号作为同相和正交分量处理以提供已解调背向散射信号作为检测信号。

光源与第一调制器之间的本机振荡器路径和发射路径的一部分可以包括保持偏振状态的组件。可以将偏振射束分离器提供成用于将从感测纤维背向散射的光学辐射分离成第一和第二正交偏振状态。还可以将偏振射束分离器布置成用于将本机振荡器信号分离成第一和第二正交偏振状态。混频器可以被配置成使得针对第一和第二偏振状态中的每一个在单独地被检测器检测到之前将从感测纤维背向散射的光学辐射与相应偏振状态的本机振荡器信号混频。

混频器可以另外或可替换地被配置成将从感测纤维背向散射的光学辐射单独地与第一和第二本机振荡器信号混频以产生相应第一和第二混频信号，其中，第一和第二本机振荡器信号相互之间具有π弧度的相位差。检测器可以被配置成单独地检测第一和第二混频信号并将到第一和第二混频信号的检测器输出彼此相减以提供检测信号。

在具有本机振荡器路径和码优化模块的实施例中可以存在码优化检测器，其被配置成接收传输之前的光学辐射的第一编码序列的版本，其被与本机振荡器信号混频。可以从此检测器输出导出反馈信号。

虽然所述设备可以被实现成从仅仅一个范围分仓提供信号，但实际上所述传感器设备可以用来从纤维的多个不同感测部分提供测量信号—每个感测部分对应于一个或多个范围分仓。因此处理器可以被配置成针对多个不同范围分仓中的每一个从检测器输出导出检测信号并以对应于该范围分仓的时间延迟使检测信号与多级编码序列相关。基于该相关，处理器可以响应于光学辐射的第一编码序列的每次发射而生成用于每个范围分仓的绝对相位值。处理器可以被配置成区别用于感测纤维的多个纵向感测部分中的每一个的相位值以提供用于此类感测部分的相位变化的指示。

在使用中分布式纤维光学传感器设备将被耦合到光纤的第一长度，其被配置为感测光纤。设备因此可以包括在使用中可以连接至适当光纤的询问器单元。感测光纤因此可以包括使用中的设备的一部分。

所述设备可以在一定范围的不同应用中使用。一个特定应用是地球构造（诸如储集层，例如烃类储集层或用于材料固定（例如，碳固定）的储集层）的地震监视。因此在某些应用中可以将感测纤维部署成沿着至少一个钻孔的至少一部分行进。钻孔可以是井眼，并且可以是生产或注入井的井眼。光纤可以例如被永久地安装在井眼中，例如附着到井筒。可替换地，钻孔可以是观察钻孔。可替换地，对于表面地震勘测而言，可以将感测纤维部署在感兴趣区域的表面处或附近，例如掩埋至在感兴趣区域的表面附近的期望路径中行进。

地震感测设备因此可以包括如在上文的任何变体中描述的分布式纤维光学传感器设备，其被耦合到部署在感兴趣区域中的感测光纤。在这种情况下，处理器可以被配置成处理检测器的输出以从感测纤维的多个感测部分中的每一个提供测量信号，其指示在所述感测部分处入射的地震信号。在某些地震勘测中，可以用震源来刺激感兴趣区域，并且处理器可以被配置成使测量信号与施加于感兴趣区域的地震刺激相关。

然而分布式纤维光学传感器设备可以被用于一定范围的其它应用。部署在井眼中的感测纤维可以被用于监视井完成和/或操作中的各种阶段，诸如例如打孔、水力压裂和/或流动中监视。可以将感测纤维沿着要监视的周界部署以用于周界监视或者部署在导管（诸如管道）旁边以用于流动监视、泄露检测和/或第三方干扰的检测。可以将感测纤维部署在运输网络（例如公路或铁路）的一部分旁边以提供运输网络的交通监视/检测和/或控制。

在另一方面，提供了一种分布式纤维光学感测的方法，包括：

重复地向感测光纤中发射光学辐射的第一编码序列，该第一编码序列被根据多级编码序列进行编码；

检测已从感测光纤内部瑞利背向散射的光学辐射；以及

处理所述检测器的输出，其中，所述处理包括针对至少一个范围分仓以对应于该范围分仓的时间延迟使从检测器输出导出的检测信号与多级编码序列相关。

所述方法可以用上文所讨论的任何变体来实现。

现在将参考附图仅以示例的方式描述本发明，在所述附图中：

图1图示出编码OTDR的原理；

图2图示出多级码及其自相关的示例；

图3图示出根据实施例的分布式纤维光学感测设备；

图4图示出具有外差检测的诸如图3中所图示的系统的频率响应；

图5图示出用标准外差技术检测到的信号的自相关响应与信号的复数分析形式的比较；

图6图示出导出背向散射信号的复数分析形式的方法的一个示例；

图7图示出根据实施例的码发生器的一个示例；以及

图8图示出图7的码发生器的示例性输出。

本发明的实施例涉及用于分布式纤维光学感测的方法和设备，具体地涉及基于瑞利背向散射的分布式纤维光学感测，例如分布式声学感测（DAS）。在本发明的实施例中，光发生器被配置成重复地生成将被发射到感测光纤中的第一编码序列。检测器被布置成检测被从光纤内部背向散射的辐射。处理器被配置成处理检测器的输出，其涉及到针对至少一个范围分仓以对应于该范围分仓的时间延迟使从检测器输出导出的检测信号与用来产生第一编码序列的编码序列相关。

本发明的实施例因此使用编码OTDR技术。编码OTDR的基本原理是传输光具有根据预定编码序列被调制的光学性质，诸如例如相位、偏振状态或振幅。编码序列的长度被布置成具有长度，使得结果得到的光学辐射的编码序列具有一总体时间长度（即从序列开始至结束的持续时间），其是相对长的，并且其在某些实施例中可以至少长达使光沿着纤维的整个长度传播并再次返回所花费的时间，即光到和从纤维末端的往返飞行时间。光的此编码序列被传输到感测纤维中且任何背向散射被检测到。在任何时刻接收到的背向散射因此将是来自在不同时间被编码序列的不同部分照亮的纤维的不同区段的散射的总和。为了提供位置辨别，检测背向散射信号并在至少一个范围分仓中进行处理，其中，在每个范围分仓中，在从与往返渡越时间相对应的序列开始的传输至相关范围分仓的延迟之后使检测到的背向散射信号与预定编码序列相关。

如果被用于第一编码序列的码被正确地设计，则当与第一编码序列的已知形式相关时，只有被以与编码序列相同的方式调制的检测信号的分量（即背向散射辐射的相关光学性质的调制与相关编码序列同相）被恢复，并且其它分量被抑制。

图1图示出此原理。图1示出了第一编码序列101。编码序列101包括持续时间Dchip的周期序列，在本文中称为码片或码片时间/周期。编码序列的值在每个码片时间Dchip期间具有恒定值，并且每个连续码片的值由基码（base code）确定，如稍后将更详细地解释的。此编码序列可以用来调制传输光的光学性质，例如施加的相位调制，以生成光学辐射的第一编码序列。因此，光学辐射的第一编码序列将包括恒定光学性质（例如相位调制）的码片周期的序列，连续码片周期之间的相位调制由基码确定。

图1为了明了起见而示出了在长度方面仅仅十个码片的编码序列，但实际上编码序列可以长得多，并且如提到的，可以具有至少长达使光传播纤维的整个长度所花费的往返时间的持续时间。

图1还示出了沿着纤维的长度针对时间的图，示出了编码光学序列如何沿着纤维传播。在时间T＝0处编码光学序列开始被发射到纤维的第一末端中。传输光将以等于c/n的恒定速度传播，其中c是真空中的光速且n是纤维的折射率。线102图示出编码序列的第一码片的前沿如何沿着纤维前进，并且点线图示出后续码片的前沿的传播。

来自沿着纤维的固有散射点的任何背向散射将导致至少某些光再次地以相同的恒定速度朝着纤维的第一末端向后传播。因此在序列发射开始之后的时间t₁在纤维的第一末端处接收回来的任何光必须已沿着短划线103所指示的轨迹的至少一部分行进。因此可以看到在时间t₁处在纤维的第一末端处接收回来的光可以是来自所图示的十个码片中的任何码片的从纤维的不同部分散射的光。然而，只有从到纤维中的第一范围R₁接收到的光将在与从第一码片开始的编码序列完全时间一致的序列中被调制。从纤维的不同部分散射的光将在与码的不同部分相对应的序列中被调制，并且将与从第一码片开始的相关不合拍。

因此，通过检测被调制的相关光学性质并运行已知编码序列与在编码序列开始的发射之后的t₁处开始的时间处接收到的背向散射辐射之间的相关，该相关将突出显示从到纤维中的范围R₁接收到的背向散射分量。通过运行多个相关（每个处于不同的延迟），可以基本上同时地识别来自到感测纤维中的多个不同范围的背向散射。

应注意的是如果被编码序列占用的带宽是f_Bit，则相关器输出处的时间分辨率和因此的空间分辨率将约为f_Bit^-1，并且无论编码序列的长度（即基码）如何，情况都将如此。因此，本发明的实施例的方法的优点是光学辐射的编码序列的长度或持续时间和因此的传输到感测纤维中的询问辐射的能量与结果得到的空间分辨率无关。这避免了上文用常规DAS传感器提到的问题，并且意味着第一编码序列的长度可以如期望的那样长。与常规基于脉冲的DAS方法相比，这可以导致感测占空比的显著增加，即用询问辐射照亮感测纤维的给定部分的时间的比例。如果编码序列的持续时间至少长达使光传播至纤维的末端并返回所花费的往返时间，则可以以连续相继的方式重复地使用编码序列，即可以有效地使用基本上连续波（CW）询问辐射来询问感测纤维。因此可以向纤维中发射光学辐射的第一编码序列的第一实例作为第一询问，后面紧接着是光学辐射的第一编码序列的第二实例。如果施加于光学辐射的调制是相位或偏振调制，则因此可以在使用中用大体上恒定强度的光学辐射基本上连续地照亮感测纤维。

这可以提供对信噪比（SNR）的显著改善。例如，对于常规基于脉冲的DAS传感器而言，该空间感测部分可以为例如约10m。对于5km长的感测纤维而言，这意味着约1/500的用于给定感测部分的询问占空比（处于最大脉冲重复率），其与CW感测相比在可能的SNR方面差了27dB。

应注意的是码可以具有比光在纤维中的往返渡越时间更长的持续时间，但是这可以影响传感器的最大采样速率。将认识到的是序列的每次传输是编码际上是纤维的询问，并且因此码的持续时间确定询问之间的周期和因此的采样速率。使用具有比光在纤维中的往返渡越时间明显更长的持续时间的码因此降低该速率和因此的可以被正确地感测到的扰动（例如作用于纤维上的声信号）的最大频率。

可以使用比往返渡越时间短的码长度，但是在这种情况下为了保持期望的自相关性质，在完成一个码之后应传输互补码，其中在任何一个时间在纤维中传播的互补码群组提供期望的自相关响应。

被用于第一编码序列的基码（或码群组）被选择成具有期望的自相关性质。理想地，对于单个重复码而言，当码不同相时，自相关在相关与近零旁瓣响应完全同相时应显示出强中央峰值。对于一组互补码而言，其为提供类似响应的码群组的自相关。然而适当的互补码可能难以用长序列来识别，并且因此在某些实施例中，可以使用具有至少长达光沿着整个纤维和返回的往返渡越时间的码长的单个重复码。

在本发明的某些实施例中，用来对第一编码序列进行编码的基码可以是多级码，并且可以特别地是弗兰克码。

如在本说明书中使用的术语“多级”和“多级码”应意指编码序列的单独码片可以采取超过两个可能值，至少在两个极限之间。换言之，如果码是单独编码值序列，则对于多级码而言，针对每个编码值存在超过两个可能性。因此将多级码与其中每个码片局限于两个可能值（例如0和1）中的一个的二进制码区别开。对于相位调制而言，二进制码可以例如转换成0或π的相位调制。对于多相码而言，针对编码值可以存在超过一个可能非零值和因此的三个或更多可能性，例如基码的每个元素可以能够采取0与1之间的多个非零值，其对于相位调制而言可以转换成第一编码序列，其中每个码片具有在例如-π与π之间的相位调制。图1图示了编码序列101可以是多相码，即基于多相码被编码，每个码片具有在V1与V2之间的值和一定范围的超过两个可能值。

在本发明的实施例中，光学辐射的第一编码序列可以包括数字编码二次相位，即线性频率啁啾。在某些实施例中可以根据弗兰克码对光学辐射的第一编码序列进行编码，如下面将更详细地解释的。在其它实施例中该码可以是Lewis Kretschmer码。

如上文所讨论的，可以将用于瑞利背向散射分布式纤维光学传感器的检测到的背向散射信号视为被延迟了往返于被询问光学信号照亮的每个散射点的渡越时间的询问光学信号的叠加。使检测到的信号与用来生成第一编码序列的编码序列相关将提供这样的结果，其给定等于由发射第一编码序列与相关码之间的延迟定义的渡越时间的位置处的反射功率和相位。然而将存在由其它非峰值反射生成的不想要的串扰分量，但是串扰功率被减少了等于码的相关旁瓣的量。

先前在其它领域中（例如自由空间LIDAR）已提出了编码OTDR。然而在此类应用中可以被发射信号照亮的可能目标的数目通常是有限的。此类编码OTDR系统因此通常使用二进制编码发射信号，即基础编码在仅两个值（例如1和0）之间改变，并且被码调制的发射信号的光学性质因此也采取两个值中的一个，例如振幅0或A。一个此类形式的二进制码是伪随机码。

对于N（即N个码片）的特定码长而言，此类二进制码的自相关提供这样的结果，其当返回的信号与相关同相时具有振幅N且在别处具有-1的值。

此类码在存在可以提供反射信号进行叠加的有限数目的可能目标的情况下将是有用的。然而对于分布式纤维光学感测而言存在大量的固有散射点，每个提供弱背向散射信号。检测到的背向散射因此是来自散射点的有效连续体的发射信号的弱散射的叠加。

因此认为N个码片的编码序列被传输到纤维中，使得在任何时刻可以在检测器处接收到来自N个码片中的任何码片的背向散射。当被相关时，与已知码同相地调制的背向散射信号的振幅将是N，并且因此所需的信号项将具有N²的光学功率。然而，将存在来自编码序列的全部剩余部分的串扰分量，并且因此该串扰分量也将具有N²的光学功率，这意味着信号分量将由于串扰而有效地在噪声中丢失。此类系统对于DAS而言将不能维持。

如果结果得到的编码序列具有一定长度，即持续时间明显长于沿着纤维的整个长度的往返行进时间，使得在任何时刻在检测器处接收到的背向散射信号仅对应于来自总体编码序列的一小部分的散射，则将可以使用二进制伪随机码。然而，为了提供足够的信噪比，编码序列的持续时间将必须明显长于此往返行进时间，并且将需要在整个编码序列上执行相关。这将限制最大码重复率，并且因此影响可以使用传感器检测到的信号的尼奎斯特极限，其可以负面地影响系统的实用性。

在本文所述的实施例中，可以根据多级码对第一编码序列进行编码。可以选择多级码，使得其数学自相关在同相时得到（N的）非零值（针对长度N的码）且当被延迟等于码片持续时间的倍数的量时得到0值。该码特别地可以是弗兰克码或Lewis Kretschmer码。该码可以具有并不比光在感测纤维中的往返行进时间明显更长的持续时间，例如小于光在感测纤维中的往返行进时间的110%或105%或者小于其101%的持续时间。

并非伪随机码的弗兰克码是一般地具有以下形式的码：

（等式1）

其中S_M是码的第M编码值。索引i和j是每次从0行进至（P－1）的基于零的索引。可以将该索引视为以下形式的P×P矩阵的行列索引：

（等式2）

通过将此矩阵的行连接、即跨行逐个地读取并将每个值乘以k（其是根据要应用的调制类型而选择的）而形成具有长度N＝P²的码。对于相位调制而言，值k可以是：

（等式3）

使得码的Φ_i,j的相位值由下式给定：

（等式4）

例如，考虑3×3矩阵：

（等式5）

按照次序读取行并乘以2π/4给定相位码值：

表1。

请注意，可以通过取相关矩阵值4并应用取模运算、即3（mod 4）＝1或者等价地通过取结果得到的相位值并应用2π的相位卷褶来确定相位码值Φ8。

调整这些值以给定在区间[-π, π]中移位的相位调制给定以下相位码调制：

表2。

图2图示出长度N＝256（＝16²）的弗兰克码和相应自相关函数的图。上图示出了编码值（在这种情况下就在0与2π之间的弧度的相位调制而言）。下图图示出就dB而言的模拟自相关。可以看到此模拟中的旁瓣抑制为约-325dB，并且这实际上主要是由于用模拟的舍入误差，理想码理论上将具有零空间串扰。

本发明的某些实施例因此传输根据多级码（例如，多级弗兰克码）编码的光学辐射的第一编码序列。因此可以将第一编码序列自身视为多级码序列，例如被用于相位调制的情况下的多相码。

图3图示出根据本发明的实施例的瑞利背向散射光纤分布式声学传感器设备300的示例。

询问器单元301连接至感测光纤302，其（如针对常规DAS的情况一样）可以是诸如通常被用于电信的标准光纤，例如单模光纤。询问器单元一般地包括用于生成并向感测纤维中发射光学辐射的第一编码序列的光发生器301a、用于检测背向散射辐射的检测器301b和用于处理检测器输出的处理器301c，如下面将描述的。

光发生器301a具有相干、低相位噪声光源303，诸如稳定激光器。光源302（例如激光器）被操作而提供相干且稳定的连续波光学输出。请注意，如本文所使用的术语光学不限于可见光，术语光学应意图包括处于紫外光或红外波长的电磁辐射，并且术语光将同样地意图为包含此类辐射。

来自光源303的输出被输入到第一分离器，其将光分离成两个路径，用于照亮感测纤维302的发射路径和本机振荡器路径。本机振荡器路径中的光被用作相位参考和检测前放大器，如稍后将更详细地描述的。

在某些实施例中，发射路径中的光可以被适当调制器305（诸如声光调制器（AOM））在频率方面向上移位。频率移位可以为约200MHz左右。频移光然后可以被相位调制器306用预定码（例如多级弗兰克码）进行相位调制。

相位调制器可以是用驱动信号来驱动调制器的码发生器307的控制器。码发生器根据预定码的编码值来控制针对相等持续时间的多个码片时间中的每一个应用的相位调制。在某些实施例中，可以将预定编码值存储在适当存储器（例如查找表或寄存器等）中，并且因此生成码可以简单地包括读取相关编码值并输出用于码片持续时间的相关值。如果码足够长，则码可以被连续地重复，并且因此码发生器可以循环地读取用于码的单独码片的存储编码值。

相位调制器因此可以根据编码值在范围-π至+π内应用相位调制。适当的快速相位调制器对于电信行业中的相位调制而言是已知的，并且此类已知相位调制器可以适合于在本发明的实施例中使用。相位调制器应在保持用于π弧度的相移的相对低驱动电压V_π的同时理想地提供在-π与+π之间的快速转变速率。相位调制器可以例如具有10GHz带宽和4.5V或更低的V_π。理想地，相位调制器还应显示出良好的线性度以保持码保真度，虽然反馈布置可以帮助保持码保真度，如下面将描述的。

相位调制光可以被输入到放大器308，其可以例如包括铒掺杂纤维放大器（EDFA）。在本实施例中，由于来自相位调制器的输出是CW（连续波）相位调制输出，所以EDFA因此以恒定的强度运行，不同于随时间推移而显示出强度方面的变化的基于脉冲的方案。这促进了EDFA的稳定性并改善了噪声特性。

可以例如通过来自窄带光学滤波器309的反射对放大器的输出进行滤波，该窄带光学滤波器309在本实施例中包括被配置成将来自放大器的光路由到窄带光栅309b（例如25GHz光栅）的循环器309a。这减少了传输的光学信号中的ASE（放大自发发射）功率并因此降低噪声。从光栅反射的光经由循环器310被朝着感测纤维102路由。

来自光发生器301a且因此来自询问器单元301的输出因此包括CW光学辐射的第一编码序列，在本实施例中具有根据基码的预定编码值的相位调制。

从感测纤维302接收回来的背向散射光被循环器310朝着检测器301b的检测器元件311路由。

如上所述，本发明的本实施例使用光源303来生成被用于外差检测的本机振荡器（LO）。如上所述，传输光由光源以将称为LO频率ω_LO的基频生成，并且然后具有由AOM 305施加的频移。AOM施加频移以在发射且因此被背向散射的光与LO之间引入频率差。因此可以将引入的此差频视为以等于由AOM 305施加的频移的频率ω_Carrier引入载波信号。弱背向散射光因此被与相对强的LO混频，并且混频信号被检测器311检测到。检测器因此将输出在两者之间的干扰或拍频信号，即处于载波频率ω_Carrier的信号。

应注意的是在LO路径中将可以具有频率调制器（例如AOM）（除AOM 305之外或作为其替代）以便在传输光与LO之间引入频移。LO路径中的AOM允许对在哪里引入载波频率的更多控制，但应将在LO路径中使用的AOM选择成高质量以避免引入不想要的失真。

以这种方式使用外差检测提供高灵敏度，因为从感测纤维接收到的弱背向散射信号被更强的LO有效地放大。另外，保持了背向散射光相对于LO的相位，并且因此检测是相位敏感的，并且可以恢复关于所传输相位的信息。如本领域的技术人员将理解的，该相位信息可以用来确定作用于感测纤维的任何区段上的扰动的指示，并且相位变化的量与影响感测部分的有效路径长度变化和因此的扰动的量值（例如，施加的应变）定量相关。

由于正在研究的纤维（即感测纤维）的性质，其如上所述可以例如通常是标准单模纤维，所以散射光的偏振状态将是未知的。在图3中所图示的实施例中，采用偏振分集检测方案来改善令人满意的信号检测。检测到的背向散射辐射因此被偏振射束分离器312分离成第一和第二正交偏振状态。来自分离器304的本机振荡器路径中的光也被偏振射束分离器313划分成相同的偏振状态。检测到的背向散射的每个正交偏振状态因此被与相应偏振状态的本机振荡器信号混频而生成具有干扰项的信号。

因此可以将本机振荡器路径实现成从而保持从光源303输出的LO的偏振状态。本机振荡器路径可以例如至少部分地由分离器304与检测器311之间的偏振保持纤维链路实现。同样地，从偏振射束分离器312至检测器的用于背向散射信号的路径（其中的某些将是用于混频背向散射/LO信号的共享路径）也应保持偏振，例如使用偏置保持纤维来实现。

针对发射路径，可以有利地从光源303至相位调制器306保持要传输的信号的偏振状态以确保正确的相位调制。然而在此阶段之后不再需要控制信号的偏振状态，因为其将被感测纤维以任何方式有效地随机化。因此，从相位调制器306至感测纤维的发射光学件不需要保持任何特定偏振状态，并且例如至少部分地由单模纤维实现。

在图3中所示的实施例中，采用差分检测来改善SNR并减少强度噪声的影响。因此，针对每个偏振状态，由一个检测器元件（例如311a）来检测第一背向散射信号和混频第一本机振荡器信号，并且另一检测器元件311b接收第二混频信号，其中背向散射被与第二本机振荡器信号混频，本机振荡器与第一本机振荡器信号相比被移位通过π弧度的相移。这可以通过使用2×2耦合器316来实现，其中输入到第一输入端的光在没有相移的情况下被传递至第一输出端，但是在具有π/2的情况下被传递至第二输出端。同样地，输入到第二输入端的光在没有相移的情况下转到第二输出端，但是在第二输出端处被相移π/2。如果用于一个偏振的背向散射信号被供应给第一输入端且LO被供应给第二输入端，则例如供应检测器311a的第一输出端接收与被相移π/2的LO混频的没有被相移的信号，并且例如供应检测器311b的第二输出端接收信号，其中LO不具有相移但是信号被移位π/2。最终结果等价于每个检测器处的LO中的π的相移。来自两个检测器311a和311b的信号被例如减法器314做减法。这具有在减少为两个检测器所共有的不想要的强度噪声分量的同时使感兴趣信号加倍的结果。

这导致对应于与本机振荡器混频的背向散射信号的两个偏振状态的两个通道。这些信号然后每个被高保真度ADC 315采样。

如上文提到的，来自纤维的任何给定部分的散射光的偏振的状态将是未知的。针对沿着纤维的长度的给定位置，将背向散射辐射与本机振荡器混频的效果（在一个偏振状态处）因此可以不给出响应。通过单独地处理两个正交偏振状态中的每一个，确保在用于来自感兴趣部分的背向散射的偏振通道中的至少一个中将存在混频响应。可以选择针对感兴趣位置提供最大信号响应的偏振状态。然而，将领会到的是，直到混频背向散射/本机振荡器信号与已知码的相关之后才能检测到来自感兴趣部分的响应。因此必须在相关之后的后处理中完成导致最大信号响应的确定偏振状态。

来自每个偏振检测路径的数字信号因此被传递至处理器301c，其将信号解调而导出检测信号且然后在多个范围分仓中的每一个中执行与参考码的相关，其中，在每个范围分仓中检测到的已解调信号与已知编码序列之间的相关具有与光到和从到纤维中的该范围的往返渡越飞行时间相对应的延迟。相关的结果导致用于来自到纤维中的相关范围的信号的绝对相位值的确定。

在这里，处理可以从用于每个范围分仓的偏振状态选择最大信号，并且形成作为沿着感测纤维的位置的函数而提供绝对相位的信号数据集。

所述方法将以等于码重复率的速率提供用于每个范围分仓的绝对相位的新独立测量结果。在某些实施例中，可以在给定空间计量长度处区别绝对相位以提供给定计量长度内的相位的变化。这具有减少由光源产生的任何共同相位噪声的益处，并且意味着DAS传感器的输出可以直接地与常规的基于双脉冲相位的DAS传感器的输出相当。

如前所述必须将检测到的信号解调以便执行相关。可以使用从ADC 315输出的检测信号仅仅在数字域中执行该解调。然而，实际相位调制载波信号与相位调制载波的理想化复数形式相比包括显著的不想要的负频分量，并且这些分量使旁瓣抑制退化。

如上所述，发射到感测纤维中的光学辐射的第一编码序列包括处于基础LO频率ω_LO的光学信号，其在频率方面被AOM 305调制（处于载波频率ω_Carrier），并且然后被根据编码序列Φ_code(t)进行相位调制。因此可以将传输信号的电场E_TX视为下式的实部：

（等式6）

其中，a_TX是传输场振幅。

接收场振幅由纤维路径积分的实部给定：

（等式7）

其中，在纤维中的位置s处，r(s)是每单位长度的反射率，Δt(s)是往返飞行时间，并且Φ(s)是固有相移和因此的要确定的期望性质。

可以假设固有相移Φ(s)在码的持续时间内有效地是恒定的，即作用于纤维上的任何扰动在码重复率的时标处具有可忽略的影响。

外差检测将此接收电场与本机振荡器场混频：

（等式8）

在检测器处，其具有‘平方律’响应。检测到的外差光电流I_Signal(t)因此与混频场的量值的平方成比例：

（等式9）

注意到已进行了双重积分的使用的事实，对于每对(s₁, s₂)而言存在(s’₁,s’₂) = (s₂,s₁)，使得：

（等式10）

由于光学功率与场振幅的平方成比例，所以可以将检测器输出处的信号分量重写为：

（等式11）

其中比例常数G_R是检测器的响应率（对于处于可能操作波长的某些典型检测器而言其可以为约1 A W^-1）。P_TX是发射到纤维中的功率，并且P_LO是LO功率。

对于DC耦合检测器而言，在增益GT下的跨阻抗放大和采样速率f_sample下的数字化之后，数字化器的输出端处的信号将是（针对此简单分析忽视噪声分量）：

（等式12）

请注意，所有的角频率已被按比例缩放。加和是在沿着纤维的所有样本定义范围分仓的内。是从第k样本定义范围分仓背向散射的功率。

因此可以看到此信号因此是三个单独项的和。可以用如下物理现象来识别这些项。

第一项是对应于恒定强度LO和总背向散射的和的dc项。第二项是来自每个样本定义范围分仓的被LO放大的相位码调制载波信号的线性叠加—其为感兴趣信号。最后一项是基带相位调制共干扰项的线性叠加。实际上，可以管理该共干扰项，并且此项中的功率与期望的信号项相比是相对小的。

感兴趣信号项因此是：

（等式13）

频率ω_Carrier下的载波因此被用编码序列Φ_Code(t)进行相位调制。如先前所述，载波频率通常可以约为200MHz。码的码片速率可以在约20－100MHz范围内。然而码的带宽可以超过几吉赫的级别之上。因此，存在超过码片速率的显著功率。

注意此信号项的频谱分量，可以看到存在用预期频谱调制的正频载波，而且还有也用频谱调制的负频载波，即：

（等式14）

图4在上图中图示出从检测信号可以观察到的实际相位载波的频谱，即由外差检测提供的频谱。在自顶部起第二个图中图示出理想地将需要正确地将相位调制解调并允许相关处理的载波的理想化复数形式。在自顶部起的第三图中还示出了形成由外差检测生成的信号的不想要部分的隔离负频分量。底部图图示出用不想要的负频分量覆盖生成的信号以证明其甚至对信号的正频体系具有的影响。当与码的理想形式相关时这对可能的相关旁瓣抑制具有显著的降低效果。

图5图示出用使用实信号的调制获得的自相关图501以及使用信号的理想化复数形式的自相关图502。可以看到使用信号的复数分析形式提供约280dB的旁瓣抑制，其并未远离如上文所讨论地模拟的完美情况。然而，信号的外差向下混频导致仅50dB的旁瓣抑制。

解决此问题的一个方式可以是使用明显高于码片速率的载波频率，其将减少负频分量的重叠的影响。然而高载波频率的使用可以施加将以其它方式影响SNR的适当分量的可用性的其它限制。

在某些实施例中，因此以光学方式形成期望信号的分析版本，即包括同相（I）和正交（Q）分量。

这可以使用两个本机振荡器来完成，该本机振荡器在其之间保持连续π/2相移，针对每个相位具有单独的检测器布置。然而这将要求双倍数目的检测器和快速ADC等，并且将显著地增加询问器单元的成本和复杂性。这还将要求两个本机振荡器信号之间的相位的精确控制。

替代地，本发明的某些实施例确保传输第一编码序列的第一实例与传输第一编码序列的第二实例之间的延迟对应于载波频率下的信号中的量值π/2的相位差。从第一编码序列的第一和第二实例中的每一个返回的信号然后可以被作为所需信号的I和Q版本处理。

针对将被视为检测信号的I和Q分量的第一编码序列的第一和第二实例，第一和第二实例之间的时间将是相对短的，使得在具有不同编码序列的纤维的询问之间不存在信号的显著演进。如上文提到的，纤维上的任何声学刺激对单个码的时标的影响很可能是可忽略的。光学辐射的第一编码序列的第二实例因此可以是在第一编码序列的第一实例之后传输到感测纤维中的紧挨着下一编码序列。换言之，第一编码序列的连续传输之间的重复率可以对应于处于载波频率的信号中的量值π/2的相位差。这可以通过确保载波频率ω_Carrier等于下式来实现：

（等式15）

其中，f_code是码重复率且m是正整数。换言之，在发射信号与本机振荡器之间引入的差频可以等于码重复率的四分之一的奇整数倍。

这样，在开始发射编码光学序列的第一实例时，载波信号将处于第一相位角，例如0。在开始发射编码光学序列的下一实例时，载波信号将处于2π(2m-1)/4的相位角，其将是±π/2弧度的有效相位差。因此，来自编码光学序列的第一和第二传输的从感测纤维的任何给定部分反射的载波信号将显示出量值π/2的载波信号的相位差。

图6图示出此原理。图6图示出处于载波频率的说明性信号601，并且示出了在其期间重复第一编码序列的四个连续实例、码1—码4的时段。在本示例中，以基本上连续方式重复编码序列。码1的传输开始与码2的传输开始之间的时间（其在本示例中等于编码序列的持续时间）被设置成等于载波信号的（x±0.25）循环，其中x是整数。当然将认识到的是实际上码重复率可以为约20kHz左右，而载波频率可以为约200MHz，然而图6为了明了起见而示出了载波频率与码重复率的大大减小的比。

图6还指示当纤维被当前码照亮时（即响应于第一编码序列的第二发射）从纤维接收到的背向散射信号可以被检测到并用作分析信号的一个部分（例如正交分量Q），而针对先前码（即响应于第一发射）检测到的信号的版本被延迟一个码循环并被用作分析信号的另一分量，例如同相分量。因此可以将复数分析信号形成为I+iQ，如本领域的技术人员将很好地理解的。将认识到的是响应于第二编码序列、即码2检测到的信号在一个时段内提供Q分量且在另一时段内提供I分量，并且因此这种方法不影响DAS传感器的整体采样速率。然而其允许在不要求单独LO和关联检测光学件的情况下以光学方式生成信号的分析形式。信号的分析形式的生成意味着结果得到的自相关的表现是图5中所示的图502的而不是501，提供旁瓣抑制方面的大约200dB增益。

被如上所述地编码并处理的编码光学序列的使用因此提供如上文概述的许多灵敏度优点。然而重要的是编码序列对基码具有良好的保真度。

码发生器307被设计成用对应于预定基码的驱动波形来驱动相位调制器306。如所述，波形可以包括特定DC值的连续码片，其在每个码片上保持恒定至高容差，并且其在码片之间尽可能快速地改变值。

因此码发生器可以包括任意的波形发生器，诸如DC耦合DAC。此类DAC的电压范围可以是相对有限的，例如具有约+0.5V至-0.5V左右的电压范围，并且因此可以将DAC的输出、码波形输入到放大级，诸如RF放大器，以产生驱动相位调制器的调制器驱动波形。

存在可以促进编码光学序列的保真度的各种因素。码发生器307的线性度和频率响应以及相位调制器306的线性度。另外，获取系统的线性度可以是个因素。

在本发明的实施例中，可以对用来生成编码序列的波形进行预先修正以补偿第一编码序列的生成中的不准确。可以在码优化过程中确定该预先修正。

图7图示出根据本发明的实施例的RF码发生器307的一个示例。存储器701存储与所需码的波形相对应的数字数据，其可以例如针对每个码片在该码片的持续时间内指定DC值。

在使用中，来自存储器的数据被作为数字码信号供应给DAC 702，其以相对高的采样速率（例如大约每秒1GS）进行操作。从DAC输出的码波形驱动RF放大器703，其本身驱动相位调制器306。

为了提供预先修正，修正模块704可以修改存储在存储器701中的值以有效地供应针对在实践中在生成编码光学序列时经历的非线性度的修正。这实际上对存储的数字码信号应用修正。在图7中所示的示例中，从存储在存储器705中的理论码减去指示相位调制光学序列的反馈信号Φ_FB以提供用于每个码片的误差ε。误差控制器706（其可以例如包括PID控制器或其它适当控制器）可以调整存储的数字码信号以确保传输的码尽可能地与理论版本匹配。

以这种方式使用反馈来修正在实践中经历的固有非线性度表示某些实施例的特定方面。将连同当不同相时具有零的理论自相关性质的码的使用一起确保传输的编码序列具有对期望的理想码的良好保真度的反馈组合提供良好的系统性能。

为了提供反馈信号，在某些实施例中，可以例如从图3中的循环器310之前分接发射信号的版本并与LO信号的版本混频且被检测器317检测到。这导致传输载波的相位被解调并混频至基带。其导致传输的码的版本，但由于生成中的非线性度等而显示出任何失真。如所述，然后可以计算并反馈与理论理想码相比较时的误差以修改用于每个码片的数字码值。误差控制器706可以控制用于码的每个码片的反馈值直至误差被最小化为止。此布置不能修正接收路径中的任何失真，但是大部分非线性度在RF放大器和相位调制器本身中，并且因此此修正是充分的。

针对码保真度的一个可能限制因素是DAC和放大器链的频率响应和转换速率。RF放大器以到10－40GHz范围内的带宽可用，该带宽通常将超过相位调制器的带宽。然而典型DAC可以具有约1—2GHz的最大值的输出带宽。如上所述，理想码的带宽可以为约几GHz，并且因此DAC可以潜在地限制编码光学序列的带宽和保真度。

因此在某些实施例中，边缘增强器707可以位于DAC 702与放大器703之间以减少码波形（即DAC的信号输出）中的信号水平之间的渡越时间。边缘增强器可以包括跟踪保持电路。跟踪保持电路可在跟踪模式以及保持模式下操作，并且可以在模式之间快速地交换。在跟踪模式中，电路输出跟踪输入信号，其为DAC的输出，使得然后到跟踪保持电路707的电流输入在其输出端处出现。在保持模式中，电路保持输出端处的DC值，使得输出不再随着输入信号而改变。

跟踪保持电路被以轻微的延迟计时到DAC，使得当DAC输出在码片之间改变时，跟踪保持电路707处于保持来自前一码片的值的保持状态。只有当DAC输出已稳定在用于新码片的新值时，跟踪保持电路才返回到跟踪模式，使得新DAC输出值被传递至RF放大器。返回跟踪模式的切换以及新DAC值的输出可以快速地发生，例如具有约100ps左右的跟踪-保持建立时间，其实现了带宽要求。

图8图示出跟踪保持电路的操作。图8图示出DAC的DAC时钟和输出。DAC值在上升时钟沿处改变。在这样的示例中，输出从最小输出值变成最大输出值，并且然后在下一时钟周期中变成中间水平值。然而DAC输出具有某个建立时间。跟踪保持电路被DAC时钟的被延迟时钟周期的一小部分的版本计时，其中所述延迟长于DAC建立时间。在本示例中，跟踪保持电路在半个时钟周期（其与DAC状态的改变重叠）内处于保持状态，并且在另一半的时钟周期内处于跟踪模式。因此可以看到在DAC输出改变时，跟踪保持电路处于保持状态并因此保持先前的值。稍后，被延迟的T/H时钟将跟踪保持电路切换至跟踪模式，并且因此输入再次地开始传递至输出端，具有比DAC快得多的建立时间。跟踪保持电路然后在下一DAC转变之前切换回到保持状态。结果得到的输出是从DAC输出的波形的略微延迟版本，但是具有快得多的转变。

由DAC生成的多级波形的此较高带宽拷贝然后被放大，例如至约±5.0V的全范围，以驱动相位调制器。此放大应保持至少10GHz左右的模拟带宽，并且可以优选地被DC耦合。可以优选地将放大器选择成具有大约好于70dB的SFDR。

然而应注意的是由于系统在准稳态下操作，在环路上重复提供给DAC的数字信号，所以将可以将放大级AC耦合，并且使数字信号失真以伺服非线性度和AC响应。然而这将限制DAC的动态范围，减少其有效位数，并且因此放大级可能必须具有较高的增益以实现相位调制器所需的驱动振幅。

本发明的实施例因此提供了提供高灵敏度的分布式纤维光学传感器设备和方法。用光学辐射的第一编码序列的实例重复地询问感测纤维，并且使检测到的背向散射信号与已知编码序列相关。这提供沿着感测纤维的长度的位置确定，其与第一编码序列的长度无关。因此可以使用相对长的编码序列来提供高的感测占空比，并且在某些实施例中可以在使用中用连续波辐射来询问纤维。可以根据多级码对传输的编码光学序列进行编码（例如同相地），并且其特别地可以是弗兰克码。此类码提供良好的自相关性质，并且允许将编码OTDR方法应用于光纤分布式感测。

本文所述的实施例描述了用于例如通过对用来生成码的波形进行预先修正来产生对基码具有良好的足够保真度以在实际系统中提供良好自相关性质的多级码（诸如多相编码序列）的方法和设备。本文所述的实施例还以光学方式提供背向散射的分析形式，从而避免了不想要的信号分量的混频降低信噪比的问题。

此类分布式纤维光学传感器可以在一定范围的应用中使用。传感器可以对作用于感测部分上的导致光学路径长度的效果改变的任何动态扰动敏感。传感器可以特别地用来检测诸如由传感器上的扰动生成（即由于振动、入射声波或地震波或者其它压力或应变波）的动态应变。传感器设备因此可以被用于光纤分布式声学感测（DAS）。术语声学应涵盖任何类型的压力或传播机械扰动的感测，并且应特别地包括地震信号的感测。

光学路径长度改变还可以由温度变化引发，并且在某些实施例中该设备可以用来检测作用在感测纤维上的动态温度变化。在某些实施例中，可以用对某些其它环境条件进行响应以在纤维中引发动态应变的材料涂布感测纤维。例如，常规DAS的原理已被应用于磁性感测或电离辐射的检测，并且可以使用根据本实施例的传感器设备来实现类似传感器。

应注意的是上述实施例举例说明而不是限制本发明，并且在不脱离所附权利要求的范围的情况下，本领域的技术人员将能够设计许多替换实施例。词语“包括”不排除除权利要求中列出的那些之外的元件或步骤的存在，“一”或“一个”不排除多个，并且单个特征或其它单元可以履行在权利要求中叙述的多个单元的功能。不应将权利要求中的任何参考符号理解成从而限制其范围。