CN114593757A - 用于对光信号数字化的装置和用于测量温度和延展的设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于对光信号数字化的装置，包括：光探测器，其设置用于检测光信号并且产生与所述光信号相对应的电信号；包络探测器，其设置用于确定由光探测器产生的电信号的幅值并且输出与该幅值相对应的电信号；模拟数字转换器，其设置用于对由包络探测器输出的电信号数字化并且输出相应的数据；可变的电压源，所述可变的电压源包括输出端，该输出端与包络探测器的输入端连接或可连接，所述装置设置用于，利用该可变的电压源校准所述包络探测器。本发明此外涉及一种用于对光信号数字化的方法，一种用于借助于布里渊散射而空间分辨地测量温度和延展的设备以及一种用于借助于布里渊散射而空间分辨地测量温度和延展的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于对光信号数字化的装置和方法以及一种按照权利要求12的前序部分所述的用于借助于布里渊散射而空间分辨地测量温度和延展(Dehnung)的设备和按照权利要求13的前序部分所述的用于借助于布里渊散射而空间分辨地测量温度和延展的方法。
背景技术
由EP 3 139 133 A1已知上述类型的用于借助于布里渊散射而空间分辨地测量温度和延展的设备和方法。在这里所述的设备中，将由激光源发出的激光束输入耦合到用于测量的光导纤维中。由在光导纤维中的激光束基于布里渊散射产生的布里渊信号被输出耦合。光偏振分束器将输出耦合的布里渊信号分解为具有彼此不同的偏振的两个分量，其中，光耦合器将布里渊信号的各个组成部分相应地混合成激光束。这些经混合的信号彼此分离地由例如构成为光电探测器的传感器机构检测。此外设有分析处理机构，所述分析处理机构可以由所检测的布里渊信号空间分辨地确定光导纤维的各部段的温度和延展。在此，所述分析处理机构相应地检测布里渊信号的频率。
光导纤维中的布里渊散射可以用于沿着光导纤维分散地或空间分辨地测量温度和延展，因为布里渊散射的频率和幅值是测量参量温度和延展的函数。
通常仅测量布里渊频率，该布里渊频率非常灵敏地(例如在石英玻璃中大约1MHz/℃或0.05MHz/με)与测量参量有关并且能够非常精确地确定。然而在此存在的问题在于，分离所述两个测量参量温度和延展的影响。
两个测量参量的分离在一些情况下通过在不同安装的光导纤维、例如具有松动的纤维的波束管或具有紧固的纤维的固定芯线中的比较测量实现(为此参见：Inaudi&Glisic,2006,Reliability and field testing of distributed strain andtemperature sensors,6167,61671D-61671D-8)。备选地，布里渊频率的测量也可以要么在具有多个布里渊峰值的纤维中(为此参见：Liu&Bao,2012,Brillouin Spectrum in LEAFand Simultaneous Temperature and Strain Measurement.J.Lightwave Technol.,30(8),1053-1059)、要么在具有少量不同的空间模式的寡模纤维中(为此参见：Weng,Ip,Pan,&Wang,2015,Single-end simultaneous temperature and strain sensingtechniques based on Brillouin optical time domain reflectometry in few-modefibers,Opt.Express,23(7),9024-9039)利用频率与温度和延展的不同相关性来分离各测量参量。
但是，全部这些方法无法普遍使用，因为不是总能使用合适的光导纤维。此外，多个光导纤维或特定纤维的敷设和测量与增大的耗费相关联。
用于分离两个测量参量的另一个方法在于，测量一个或多个布里渊峰值的频率和幅值。用于测量一个或多个布里渊峰值的频率和幅值的示例存在于“Parker,Farhadiroushan,Handerek,&Rogers,1997,Temperature and strain dependence of thepower level and frequency of spontaneous Brillouin scattering in opticalfibers,Opt.Lett.,22(11),787-789”中以及“Maughan,Kee,&Newson,2001,Simultaneousdistributed fibre temperature and strain sensor using microwave coherentdetection of spontaneous Brillouin backscatter,Measurement Science andTechnology,12(7),834”中。
通过测量一个或多个布里渊峰值的频率和幅值获得两个独立的测量参量，由这两个测量参量原则上可以确定两个需要的物理参数温度和延展。然而，幅值与温度和延展的相关性是微小的并且例如处于大约0.3％/℃。因此必须非常精确地测量幅值，以便实现大约1℃的实际上重要的温度分辨率和精度。
特别是在根据多个布里渊峰值的频率来分离两个测量参量时证实为有问题的是，对于纤维中的不同峰值，频率系数在温度和延展相关性方面是相当相似的。因此在对测量参量分开计算时的噪声显著增大。
此外，对于在布里渊分布式温度传感器(DTS)中将布里渊散射用于温度和延展测量，必须线性地在大的动态范围、例如20dB或30dB上测量幅值。这一方面原因在于，光导体的衰减和在接头、焊接点和其他类型的纤维连接部上的损耗随着增大的纤维长度使幅值信号降低。在典型纤维长度为100km和衰减为0.2dB/km的情况下，在没有连接部的情况下沿一个方向的总损耗已经为20dB。另一方面，效应(如偏振衰减)产生信号水平的附加的变化，所述变化同样必须被探测器的动态范围所覆盖。
发明内容
本发明的问题在于，提出开头所述类型的用于对光信号数字化的装置和提出开头所述类型的用于对光信号数字化的方法，利用所述方法能够非常精确地和/或在大的动态范围中求取光信号的幅值。此外，本发明的问题在于，提出开头所述类型的用于借助于布里渊散射而空间分辨地测量温度和延展的设备和提出开头所述类型的用于借助于布里渊散射而空间分辨地测量温度和延展的方法，利用所述方法能够更简单和/或更精确地确定温度和延展。
按照本发明，这通过开头所述类型的具有权利要求1的特征的用于对光信号数字化的装置、通过开头所述类型的具有权利要求7的特征的用于对光信号数字化的方法以及通过开头所述类型的具有权利要求12的特征的用于借助于布里渊散射而空间分辨地测量温度和延展的设备以及通过开头所述类型的具有权利要求13的特征的用于借助于布里渊散射而空间分辨地测量温度和延展的方法实现。从属权利要求涉及本发明的优选的设计方案。
按照权利要求1，所述装置包括：
-光探测器、特别是光电探测器，所述光探测器设置用于检测光信号并且产生与光信号相对应的电信号；
-包络探测器，所述包络探测器设置用于确定由光探测器产生的电信号的幅值或由该电信号得知的电信号的幅值并且输出与所述幅值相对应的电信号；
-模拟数字转换器，所述模拟数字转换器设置为用于对由包络探测器输出的电信号进行数字化并且输出相应的数据；
-可变的电压源，包括输出端，该输出端与包络探测器的输入端连接或可连接，其中，所述装置设置用于利用所述可变的电压源校准包络探测器。
因为温度和延展效应对布里渊信号的幅值的影响相当微小，所以需要非常精确的幅值测量，以便利用基于幅值和频率的布里渊DTS获得足够的温度分辨率和精确性。未经校准的包络探测器无法提供这样的精度。
在线性测量中，将光学布里渊信号的确定的变化转换为测量电压的确定的变化，该变化与绝对信号强度无关。为了实施在纤维中的任意位置上的正确的温度和延展测量，需要在大的动态范围上的线性测量。未经校准的包络探测器也无法提供这样的线性。
例如BOTDR-DTS(布里渊光时域反射分布式温度传感器)通常将光学布里渊信号转换为电气高频信号并且然后对所述信号滤波以及放大。借助于包络探测器可以确定这样的信号的幅值。包络探测器从信号中除去载波频率并且能实现在信号调制频率较低的情况下对幅值采样和/或数字化。原则上对高频信号整流并且然后对其滤波以便平滑化。存在包络探测器的不同实施方案：如全波或半波整流、不同的滤波器或具有功率放大器的有源精密整流器。所有这些设计在输出信号的非线性性和温度相关性方面具有强烈的限制。
在信号幅值较小的情况下的非线性性主要源自用于探测器中的整流二极管的阈值电压。该阈值阻止弱信号的识别并且使得在低电压的情况下二极管特性是非线性的。通过有源整流器部分地克服该限制，但不是完全消除。有源整流器在此使用放大器电路，所述放大器电路可能具有其他问题、如温度漂移、信号偏移或与电压有关的放大。
在高信号的情况下，非线性性可能由于在输出电压中增益减小而形成，所述输出电压接近供电电压水平。此外，放大器输出的温度相关性可能由于和与温度有关的有源或无源组件(如晶体管或电阻)相关联的偏移或增益波动形成。另外的问题是组件特性的变化，这可能导致在一个批次内或不同批次对于不同探测器或放大器的略微不同的放大特性。
图4示例性地示出典型的包络探测器的温度相关性。在此在横坐标上示出以dB为单位的输入信号强度，而在纵坐标上示出以任意单位的输出信号。实线对应于包络探测器的温度为5℃，点线对应于包络探测器的温度为25℃，而虚线对应于包络探测器的温度为55℃。示出特别是在信号非常小的情况下输出与温度的强的非线性性和大的温度相关性。
通过按照本发明规定的可变的电压源可以如此校准所述包络探测器，使得尽管包络探测器存在典型的强的非线性性和温度相关性也能实现在大的动态范围上的相对精确的测量。
存在如下可能性，所述电压源设置用于生成可变的电压信号，所述电压信号具有与由光信号产生的电信号相同或相似的频率。特别是，由可变的电压源产生的电压信号可以处于如下频率范围中，所述频率范围等于、小于或大于由光信号产生的电信号的频率范围。特别是，由可变的电压源产生的电压信号的频率范围在此可以覆盖由光信号产生的电信号的频率范围。备选地，由可变的电压源产生的电压信号也可以具有仅单个频率或狭窄的频率范围，所述频率范围处于由光信号产生的电信号的频率范围中。
由光信号产生的电信号的频率范围例如可以处于823.5MHz至935MHz之间。在该情况下，由可变的电压源产生的电压信号可以处于至少从823.5MHz至935MHz的频率范围内。在此完全存在如下可能，即，由可变的电压源产生的电压信号的频率范围更大，亦即例如达到从800MHz至960MHz。备选地，在该示例中也可以规定，由可变的电压源产生的电压信号的频率范围更小并且处于由光信号产生的电信号的频率范围之内。例如，由可变的电压源产生的电压信号可以具有890MHz+/-3ppm(百万分之)的恒定的频率。
除了布里渊DTS之外，按照本发明的用于对光信号数字化的装置可以用于多种其他应用，这些其他应用要求对高频的光信号或电信号的幅值的精确测量。
可以规定，所述装置包括带通滤波器，所述带通滤波器设置在光探测器与包络探测器之间，其中，所述带通滤波器设置用于，从由通过光探测器产生的电信号中滤出直流分量和/或至少一个如下频率范围，在通过包络探测器确定幅值时不需要所述频率范围和/或所述频率范围被证实为是干扰的。此外，所述装置可以包括放大器，所述放大器设置在光探测器与包络探测器之间或者在光探测器与带通滤波器之间，其中，所述放大器设置用于放大由光探测器产生的电信号，所述放大器特别是跨阻放大器。
存在如下可能性，即，所述装置包括开关，所述开关一方面设置在光探测器或放大器或带通滤波器与包络探测器之间以及另一方面设置在可变的电压源与包络探测器之间，其中，所述开关设置用于，要么将间接或直接由光探测器产生的电信号提供到包络探测器的输入端上，要么将可变的电压源的输出端与包络探测器的输入端相连接。
可以规定，所述装置包括放大器，所述放大器设置在包络探测器与模拟数字转换器之间，其中，所述放大器设置用于，放大由包络探测器产生的电信号。
存在如下可能性，即，所述装置包括数字处理装置，所述数字处理装置设置用于，存储在校准包络探测器时产生的校准数据，并且在使用该校准数据的情况下对从模拟数字转换器输出的数据标准化。
按照权利要求7，所述方法包括如下方法步骤：
-检测光信号并且产生与所述光信号相对应的电信号；
-由包络探测器确定所产生的电信号的幅值或由该电信号得知的电信号的幅值并且输出与所述幅值相对应的电信号；
-对由包络探测器输出的电信号数字化并且输出与该数字化相对应的数据；
-利用可变的电压源校准所述包络探测器。
在此可以规定，在由可变的电压源来校准包络探测器时产生多个彼此不同的电压，将所述电压提供到包络探测器的输入端上。优选地，电压源在此可以用于在要测量的整个电压范围上校准包络探测器和在开关位置下游的可能的放大器。电压源在此应该尽可能提供具有与要探测的光电压相同或相似频率的可变的电压信号。此外，所述电压源的输出应该在可预期的光电压的整个范围上是可调整的。
存在如下可能性，即，所述电压源生成具有与由光信号产生的电信号相同或相似的频率的可变的电压信号。特别是，由可变的电压源产生的电压信号可以处于如下频率范围中，该频率范围等于、小于或大于由光信号产生的电信号的频率范围。特别是，由可变的电压源产生的电压信号的频率范围在此可以覆盖由光信号产生的电信号的频率范围。备选地，由可变的电压源产生的电压信号也可以具有仅单个频率或狭窄的频率范围，所述频率范围处于由光信号产生的电信号的频率范围中。
由光信号产生的电信号的频率范围例如可以处于823.5MHz至935MHz之间。在该情况下，由可变的电压源产生的电压信号可以处于至少从823.5MHz至935MHz频率范围内。在此完全存在如下可能性，即，由可变的电压源产生的电压信号的频率范围更大，亦即例如达到800MHz至960MHz。备选地，在该示例中也可以规定，由可变的电压源产生的电压信号的频率范围更小并且处于由光信号产生的电信号的频率范围之内。由可变的电压源产生的电压信号例如可以具有890MHz+/-3ppm的恒定的频率。
此外可以规定，在包络探测器的多个彼此不同的温度下实施对包络探测器的校准。所述校准可以在接收器的运行温度的可预期的范围之内的任意温度中实施。这样的方案可以几乎完全消除在开关位置下游的接收器组件的所有非线性和温度效应。
为了进一步提高测量的精度，完全可以规定，在使用可变的电压源之前同样校准所述可变的电压源。
存在如下可能性，即，在校准包络探测器时产生校准数据，存储所述校准数据并且所述校准数据用于对输出的数据标准化。
特别是可以规定，在制造或维护所述装置期间实施校准，或者在对光信号进行不同的相继的数字化之间实施校准。电压源可以持续或暂时地连接到接收器上。暂时连接的电压源可以用于在制造或维护装置期间进行校准。然后将完整的校准数据存储在所述装置的数字处理装置中并且用于对信号进行数字校准或校正。固定集成的电压源可以用于在光测量之间任意适合的时刻接收校准数据。具有集成的源的这样的校准可以更精确，因为这样的校准涉及系统当前的状态。
按照权利要求12规定，用于对光信号数字化的装置是按照本发明的用于对光信号数字化的装置。
按照权利要求13规定，用于对光信号数字化的装置是按照本发明的用于对光信号数字化的装置。
可以规定，不仅确定布里渊信号的频率而且确定幅值。在此可以在不同频率下相继地测量布里渊信号的幅值，并且然后由所述幅值关于频率的峰值拟合来确定峰值频率。
附图说明
根据对优选的实施例的如下描述参照各附图使本发明的另外的特征和优点变得清楚。图中：
图1示出按照本发明的用于对光信号数字化的装置的示意图；
图2示出按照本发明的用于借助于布里渊散射而空间分辨地测量温度和延展的设备的第一实施形式的示意图；
图3示出按照本发明的用于借助于布里渊散射空间而分辨地测量温度和延展的设备的第二实施形式的示意图；
图4示出包络探测器的温度相关性的示图，其中在横坐标上示出以dB为单位的输入信号强度，而在纵坐标上示出以任意单位的输出信号。
具体实施方式
在各图中相同或功能相同的部件配设有相同的附图标记。虚线连接线代表光信号，所述光信号优选在光导体中引导。实线连接线代表电气信号线。
用于对光信号数字化的装置10的在图1中示出的实施形式包括光探测器1，所述光探测器例如接收高频的经调幅的光信号并且产生光电流。
所述装置10此外包括一个或多个放大器2，所述放大器构成为跨阻放大器。放大器2是可选的并且也可以被省去。所述至少一个放大器2放大由光探测器1产生的电信号并且在此将电流转换为电压。
完全存在如下可能性，即，将构成为跨阻放大器的放大器集成到光探测器1中。在该情况下将光探测器1中的光电流转换为电压信号，所述电压信号施加在光探测器1的输出端上。
所述装置还包括带通滤波器3，所述带通滤波器从经放大的信号中滤出直流分量并且在接着的处理中滤出不需要的或干扰的频率范围。
所述装置10还包括包络探测器4，所述包络探测器的输入端通过开关5与带通滤波器3的输出端相连接。开关5是可选的并且也可以被省去。
所述包络探测器4确定由带通滤波器3滤波的电信号的幅值并且输出与所述幅值相对应的电信号。在此，包络探测器4从信号中去除载波频率并且能实现在信号调制频率较低的情况下对幅值进行采样和/或数字化。原则上对高频信号整流并且然后滤波以便平滑化。
所述装置10此外包括放大器6，所述放大器将从包络探测器4输出的电信号放大到适合于随后的数字化的电平。所述放大器6是可选的并且也可以被省去。所述装置10此外包括模拟数字转换器7，所述模拟数字转换器对从放大器6输出的信号进行数字化。
所述装置10此外包括数字处理装置8，所述数字处理装置可以存储如在下文中还将阐明的校准数据并且在使用该校准数据的情况下将从模拟数字转换器7输出的数据在大的动态范围上标准化或线性化。
所述装置10此外包括可变的电压源9。可选的开关5将包络探测器4的输入端在施加在带通滤波器3的输出端上的经放大的光电压与可变的电压源9的输出端之间进行切换。
所述电压源9特别是可以提供具有与要探测的光电压相同或相似频率的可变的电压信号。
存在如下可能性，即，所述电压源生成具有与由光信号产生的电信号相同或相似的频率的可变的电压信号。特别是，由可变的电压源产生的电压信号可以处于如下频率范围中，所述频率范围等于、小于或大于由光信号产生的电信号的频率范围。特别是，由可变的电压源产生的电压信号的频率范围在此可以覆盖由光信号产生的电信号的频率范围。备选地，由可变的电压源产生的电压信号也可以具有仅一个单个频率或狭窄的频率范围，所述频率范围处于由光信号产生的电信号的频率范围中。
由光信号产生的电信号的频率范围例如可以处于823.5MHz至935MHz之间。在该情况下，由可变的电压源产生的电压信号可以处于至少从823.5MHz至935MHz的频率范围中。在此完全存在如下可能性，即，由可变的电压源产生的电压信号的频率范围更大，亦即例如从800MHz至960MHz。备选地，在该示例中也可以规定，由可变的电压源产生的电压信号的频率范围更小并且处于由光信号产生的电信号的频率范围之内。例如，由可变的电压源产生的电压信号可以具有890MHz+/-3ppm的恒定的频率。
由可变的电压源产生的电压信号的幅值随着运行温度和时间仅改变可忽略的小的数值，特别是可以将该改变的精确数值保存在设备中。
电压源9的输出应该能在可预期的光电压的整个范围上调整。备选地，也可以通过接通和关断可变的电压源9或用作信号源的光探测器1或放大器2来实现信号切换。
电压源9可以用于在整个要测量的电压范围上校准所述包络探测器4和在开关位置下游的可能的放大器6。所述校准可以或者应该在以合适的方式分布在包络探测器4的运行温度范围上的多个温度下实施。通过这种结构在理想情况下能够几乎完全消除在开关位置下游的接收器组件的任何非线性性和温度效应。
电压源9可以持续或暂时地连接到包络探测器4或开关5上。暂时连接的电压源9可以用于在制造或维护所述包络探测器4和必要时所述放大器6期间进行校准。然后，完整的校准数据被存储在数字处理装置8中并且用于对由模拟数字转换器7产生的信号进行数字校准或校正。
固定集成的电压源9可以用于在光测量之间的每个适合的时刻接收校准数据。具有集成的电压源9的这样的校准能够更精确，因为这样的校准涉及系统的当前状态。
从图2中可看出用于借助于布里渊散射而空间分辨地测量温度和延展的设备20的第一实施形式。在图2中示出的设备20中有利于与用于激励布里渊散射的激光束的光学叠加。
在图2中示出的设备20包括激光源11，所述激光源发射窄带激光束(例如具有1MHz的线宽)。此外，所述激光源11的激光束具有例如几个10mW的恒定的功率。优选地，作为激光源11使用频率稳定的二极管激光器、例如DFB激光器或其他的窄带激光器，所述窄带激光器的发射波长设置在近红外范围中、例如为1550nm。
在图2中示出的设备20还包括构成为光纤分配器的分束器12，所述分束器可以将激光源11的激光束分为两个部分13a、13b。第一部分13a输入耦合到用于测量的光导纤维14中，在该光导纤维中应该通过激励布里渊散射而空间分辨地确定温度和延展。第二部分13b用于与从光导纤维14输出耦合的、通过布里渊散射产生的布里渊信号相叠加，如在下文中还将更详细地描述的那样。
所述设备还包括光调制器15，所述光调制器可以根据所使用的用于局部配置散射信号的方法对激光束的第一部分13a进行调制。例如由第一部分13a在使用OTDR(光时域反射(optical time domain reflectometry))方法的情况下形成脉冲，并且在使用OFDR(光频域反射(optical frequency domain reflectometry))方法的情况下形成调幅信号。未示出的光放大器可以对激光束的用于测量的第一部分13a进行放大，然后通过同样被所述设备所包括的光循环器16、特别是光纤循环器引导到用于测量的光导纤维14中。
在用于测量的光导纤维14中形成布里渊散射信号，所述布里渊散射信号以与距离相对应的约10μs/km的运行时间延迟返回至光循环器16并且从该光循环器引导到所述设备的接收路径17中。未示出的可选的光纤维、例如纤维布拉格光栅(FGB)可以用于抑制瑞利散射光，以便避免对较弱的布里渊信号的测量的干扰。此外，在接收路径17中可以通过可选的光放大器18实现光放大。
布里渊信号和激光束的第二部分13b通过光耦合器19、特别是光纤耦合器进行耦合。所述设备20包括按照图1的装置10作为用于对光信号数字化的装置。在此，光探测器1探测与激光束的第二部分13b叠加的布里渊信号。
特别是在此形成拍频信号，所述拍频信号具有在布里渊信号与激光束部分之间的在10GHz范围内的差频。所述拍频信号在其频率和其幅值方面与用于测量的光导纤维14的材料、温度和延展有关。
拍频信号的幅值与布里渊信号和激光束部分的功率乘积的方根成正比。因此，与在直接测量布里渊散射光时相比，通过使用高激光功率形成明显更强的测量信号，由此极大地改善所述设备的检定强度
不同于按照图2的设备20地，按照图3的设备30附加于第一激光源11还具有窄带的第二激光源21，所述第二激光源的激光束用于与布里渊信号叠加。在此，正是这样调整该第二激光源21的频率，使得该频率相对于第一激光源11的频率偏移，使得在布里渊散射光与第二激光源21之间的差频位于1GHz之下。典型的布里渊频率位于10至13GHz、特别是在标准单模纤维的情况下为大约10.8GHz。
在此应说明的是，布里渊峰值的温度依赖性也是纤维特定的并且例如在标准单模纤维的情况下处于大约1.1MHz/开尔文。
例如在使用石英玻璃光导体的情况下，需要所述两个激光源11、21彼此的频率偏移为略微大于10GHz，以便实现在布里渊散射光与第二激光源21之间的低于1GHz的差频。
通过低于1GHz的差频可以使用边界频率低于1GHz的光探测器1，所述光探测器具有较低的检定极限(Nachweisgrenze)。此外，信号在该频率范围中的放大和滤波是更简单且更高效的。
为了使第二激光源21稳定到相对于第一激光源11的期望的频率间隔上，使用仅示意性示出的具有光输入信号的相位调节回路，所述相位调节回路在下文中称为O-PLL(光锁相环)22。两个激光源11、21的激光束的部分通过构成为光纤分配器的分束器12、23分离，利用光纤耦合器偏振准确地汇集并且在光探测器上叠加。所测量的信号包含在两个激光源11、21的差频中的部分，所述差频应处于10Ghz的范围中。在O-PLL22中将信号的频率与电子局部振荡器的频率相比较，将所述局部振荡器调整到所期望的差频上。根据比较信号对所述两个激光源11、21中的一个激光源的频率这样再调节，使得激光源11、21的差频与局部振荡器的差频一致。如果使用二极管激光器，则对激光频率的调整优选通过运行电流进行。
布里渊信号与从第二激光源21发出的激光束的部分在耦合器19中叠加。所述设备30同样包括按照图1的装置10作为用于对光信号数字化的装置。在此，光探测器1探测与从第二激光源21发出的激光束的部分相叠加的布里渊信号。在此不仅可以确定布里渊信号的频率而且可以确定幅值。
所述装置10在此测量由带通滤波器3分离的确定的频率下的幅值，该频率通过在布里渊信号频率与所述两个激光源11、21的频率间隔之间的频率差给出。频率测量在于，相继测量在不同频率下的幅值，并且然后由所述幅值关于频率的峰值拟合来确定峰值频率。
Claims (15)
1.用于对光信号数字化的装置(10)，所述装置包括：
光探测器(1)，所述光探测器设置用于检测光信号并且产生与所述光信号相对应的电信号；
包络探测器(4)，所述包络探测器设置用于确定由光探测器(1)产生的电信号的幅值或由该电信号得知的电信号的幅值并且输出与所述幅值相对应的电信号；
模拟数字转换器(7)，所述模拟数字转换器设置用于对从包络探测器(4)输出的电信号数字化并且输出相应的数据；
可变的电压源(9)，包括输出端，该输出端与包络探测器(4)的输入端连接或可连接，所述装置设置用于利用所述可变的电压源(9)来校准所述包络探测器(4)。
2.根据权利要求1所述的装置(10)，其特征在于，所述装置(10)包括带通滤波器(3)，所述带通滤波器设置在光探测器(1)与包络探测器(4)之间，所述带通滤波器(3)设置用于从由光探测器(1)产生的电信号中滤出直流分量和/或至少一个如下频率范围，在通过包络探测器(4)确定幅值时不需要所述频率范围和/或所述频率范围被证实为是干扰的。
3.根据权利要求1或2所述的装置(10)，其特征在于，所述装置(10)包括放大器(2)，所述放大器设置在光探测器(1)与包络探测器(4)之间或者在光探测器(1)与带通滤波器(3)之间，所述放大器(2)设置用于放大由光探测器(1)产生的电信号，所述放大器(2)特别是跨阻放大器。
4.根据权利要求1至3之一所述的装置(10)，其特征在于，所述装置(10)包括开关(5)，所述开关一方面设置在光探测器(1)或放大器(2)或带通滤波器(3)与包络探测器(4)之间以及另一方面设置在可变的电压源(9)与包络探测器(4)之间，所述开关(9)设置用于，要么将间接或直接由光探测器(1)产生的电信号提供到包络探测器(4)的输入端上，要么将可变的电压源(1)的输出端与包络探测器(4)的输入端相连接。
5.根据权利要求1至4之一所述的装置(10)，其特征在于，所述装置(10)包括放大器(6)，所述放大器设置在包络探测器(4)与模拟数字转换器(7)之间，所述放大器(6)设置用于放大由包络探测器(4)产生的电信号。
6.根据权利要求1至5之一所述的装置(10)，其特征在于，所述装置(10)包括数字处理装置(8)，所述数字处理装置设置用于存储在校准包络探测器(4)时产生的校准数据，并且在使用该校准数据的情况下对从模拟数字转换器(7)输出的数据标准化。
7.用于对光信号数字化的方法，所述方法包括如下方法步骤：
检测光信号并且产生与所述光信号相对应的电信号；
由包络探测器(4)确定所产生的电信号的幅值或由该电信号得知的电信号的幅值并且输出与所述幅值相对应的电信号；
对从包络探测器(4)输出的电信号数字化并且输出与该数字化相对应的数据；
利用可变的电压源(9)校准所述包络探测器(4)。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在由所述可变的电压源(9)校准包络探测器(4)时产生多个彼此不同的电压，将所述电压提供到包络探测器(4)的输入端上。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，在包络探测器(4)的多个彼此不同的温度下实施对包络探测器(4)的校准。
10.根据权利要求7至9之一所述的方法，其特征在于，在校准所述包络探测器(4)时产生校准数据，存储所述校准数据并且所述校准数据用于对输出的数据标准化。
11.根据权利要求7至10之一所述的方法，其特征在于，在制造或维护所述装置(10)期间实施校准，或者在对光信号进行不同的相继的数字化之间实施校准。
12.用于借助于布里渊散射而空间分辨地测量温度和延展的设备(20、30)，所述设备包括：
至少一个激光源(11、21)，所述至少一个激光源设置用于产生激光束；
光导纤维(14)，所述设备(20、30)设置用于将由所述至少一个激光源(11)产生的激光束输入耦合到光导纤维(14)中，并且将由激光束基于布里渊散射产生的布里渊信号从光导纤维(14)中输出耦合；
用于对光信号数字化的装置(10)，所述装置设置用于对从光导纤维输出耦合的布里渊信号数字化；
其特征在于，用于对光信号数字化的装置(10)是根据权利要求1至6之一所述的装置(10)。
13.用于借助于布里渊散射而空间分辨地测量温度和延展的方法，所述方法包括如下方法步骤：
产生激光束；
为了测量温度和延展，将激光束输入耦合到光导纤维(14)中；
将由激光束在光导纤维(14)中产生的布里渊信号从光导纤维输出耦合；
利用用于对光信号数字化的装置(10)对从光导纤维(14)输出耦合的布里渊信号数字化；
其特征在于，用于对光信号数字化的装置(10)是根据权利要求1至6之一所述的装置(10)。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，不仅确定布里渊信号的频率而且确定布里渊信号的幅值。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在不同频率下相继测量布里渊信号的幅值，并且此后由所述幅值关于频率的峰值拟合来确定峰值频率。
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