DE102015102309B4 - Verteiltes optisches Messen mit zwei-stufiger Auswertung - Google Patents

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Abstract

Gemäß einer Ausführungsform wird eine verteilte optische Messvorrichtung zum Bestimmen einer primären Größe entlang eines Wellenleiters bereitgestellt, wobei die verteilte optische Messvorrichtung folgendes aufweist: eine Quelle von elektromagnetischer Strahlung, die dazu ausgebildet ist, elektromagnetische Strahlung in den Wellenleiter zu koppeln, um dadurch in dem Wellenleiter (z. B. durch Wechselwirkung mit dem Wellenleiter) eine erste Antwortstrahlung und eine davon verschiedene zweite Antwortstrahlung zu erzeugen; eine Detektoreinrichtung, die dazu ausgebildet ist, ein erstes Messsignal, das für die erste Strahlungsantwort indikativ ist, und ein zweites Messsignal, das für die zweite Antwortstrahlung indikativ ist, bereitzustellen; eine Auswertungseinheit, die dazu ausgebildet ist, eine sekundäre Größe (z. B. einen Verlust) auf der Grundlage von dem ersten Messsignal und dem zweiten Messsignal abzuleiten, wobei die Auswertungseinheit ferner dazu ausgebildet ist, die primäre Größe auf der Grundlage von der sekundären Größe und zumindest einem von dem ersten Messsignal und dem zweiten Messsignal abzuleiten.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet von verteiltem optischen Messen.
  • HINTERGRUND
  • Verteilte optische Messsysteme sind optoelektronische Einrichtungen, die eine primäre Größe, z. B. eine Temperatur, mittels optischer Wellenleiter, wie etwa Fasern, die als lineare Sensoren arbeiten, messen. Beispielsweise ist es bekannt, den Raman-Effekt zu verwenden, um die Temperatur entlang der Faser, die einige Kilometer lang sein kann, zu messen.
  • Ein Fachartikel von D. Hwang et al., „Novel auto-correlation method in a fiber-optic distributed-temperature sensor using reflected AntiStokes Raman scattering” („Neues Autokorrelationsverfahren in einem faseroptischen, verteilten Temperatursensor unter Verwendung von reflektierter AntiStokes-Raman-Streuung”), Optics Express 2010, Vol. 18, Nr. 10, S. 9747ff beschreibt ein Verfahren zur Autokorrektur eines faseroptischen, verteilten Temperatursensors unter Verwendung von AntiStokes-Raman-Rückstreuung und ihrer reflektierten Signale. Dieses Verfahren verarbeitet zwei Teile eines gemessenen Signals. Ein Teil ist das normale, rückgestreute AntiStokes-Signal und der andere Teil ist das reflektierte Signal, was nicht nur den Einfluss von lokalen Verlusten aufgrund der Mikrobiegung oder Beschädigungen an der Faser beseitigt, sondern auch die differentielle Abschwächung. Weil die Strahlen mit derselben Wellenlänge verwendet werden, um die lokale Varianz in dem Übertragungsmedium auszuschalten, gibt es inhärent keine differentielle Abschwächung. Das Konzept der Autokorrektur wurde durch ein Biegeexperiment an verschiedenen Biegepunkten überprüft.
  • Ein Fachartikel von Marcelo A. Soto et al., „High-Performance Raman-Based Distributed Fiber-Optic Sensing Under a Loop Scheme Using Anti-Stokes Light Only” (Hochperformantes, Raman-basiertes, verteiltes, faseroptisches Messen unter einer Schleifenanordnung unter Verwendung lediglich von Anti-Stokes-Licht”, IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 23, Nr. 9, 2011 wird ebenfalls erwähnt. Beide Enden einer Faser werden mit einem Sensor über einen 1 × 2-optischen Schalter verbunden, was es ermöglicht, dass Impulse abwechselnd sowohl in der Vorwärts- als auch in der Rückwärtsrichtung gesendet werden können. Die geometrischen Mittelwerte von den normalisierten Anti-Stokes-Spuren in sowohl der Vorwärts- als auch der Rückwärtsrichtung werden berechnet. Die Schleifenanrodnung wird so beschrieben, dass es vorteilhaft ist gegenüber einer Spiegelanordnung, bei der die Lichtimpulse von einem Spiegel reflektiert werden, und zwar aufgrund des optischen Zwei-Wege-Pfades in der Spiegelanordnung, dabei muss jedoch das hintere Ende der Faser für den Sensor zugänglich sein.
  • WO 2006/045340 A1 bezieht sich auf eine Messung einer verteilten physikalischen Größe (oder Eigenschaft) (T(x)) einer zu testenden optischen Einrichtung (DUT, device under test). Dazu wird ein abtastendes Signal, das eine Abfolge von optischen Impulsen auf einer Transmissionswellenlänge umfasst, in die DUT eingeführt, eine entsprechende, aus der DUT zurückkehrende, optische Antwort wird detektiert, und zumindest ein erstes Antwortsignal in einem Wellenlängenbereich von ersten Antwort Q wird aus der optischen Antwort herausgetrennt, wobei der Wellenlängenbereich der ersten Antwort die Transmissionswellenlänge nicht umfasst, eine erste Korrelationsfunktion wird bestimmt, indem das erste Antwortsignal und das abtastende Signal korreliert werden, und die verteilte physikalische Größe wird auf der Grundlage von der ersten Korrelationsfunktion bestimmt. Das beschriebene Verfahren kann ferner folgendes aufweisen: Heraustrennen einer zweiten Antwortfunktion bei einer Wellenlänge einer zweiten Antwort und Bestimmen einer zweiten Korrelationsfunktion, indem das zweite Antwortsignal und das abtastende Signal korreliert werden, und Bestimmen der verteilten physikalischen Größe auf der Grundlage der ersten Korrelationsfunktion und der zweiten Korrelationsfunktion.
  • EP 0 692 705 B1 offenbart ein Verfahren zum Auswerten von optisch rückgestreuten Signalen zum Bestimmen eines Temperaturprofils eines rückstreuenden Mediums. Das Licht von einer Lichtquelle wird in seiner Amplitude bezüglich der Zeit moduliert. Die ausgewerteten Signale werden einer Fourier-Transformation unterworfen.
  • EP 0 300 529 A1 offenbart ein Verfahren zum Messen einer Temperatur, das folgendes aufweist: Einbringen von Eingangsimpulsen von Licht in ein Temperaturmesselement und Ableiten der Temperatur an einer Stelle in dem Element aus der Intensität des an dieser Stelle gestreuten Lichts, wobei ein Teil des Elements auf einer bekannten Temperatur gehalten wird, um eine Referenz zum Ableiten von Temperaturmessungen an anderen Stellen in dem Element bereitzustellen, um dadurch Schwierigkeiten mit der Kalibrierung der zum Ausführen des Verfahrens verwendeten Vorrichtung zu vermeiden.
  • GB 2 400 906 A offenbart ein Verfahren zum Erlangen einer verteilten Messung, das folgendes aufweist: Anordnen einer optischen Faser in einem Messbereich von Interesse, und Einbringen in dieselbe eines ersten optischen Signals mit einer ersten Wellenlänge und mit einem hohen Leistungsniveau, eines zweiten optischen Signals mit einer zweiten Wellenlänge und eines dritten optischen Signals mit der ersten Wellenlänge und mit einem niedrigen Leistungsniveau. Diese optischen Signale erzeugen rückgestreutes Licht mit der zweiten Wellenlänge, das von Raman-Streuung des ersten optischen Signals herrührt, was für einen zu messenden Parameter indikativ ist, mit der ersten Wellenlänge, die von Rayleigh-Streuung des ersten optischen Signals herrührt, mit der zweiten Wellenlänge, die von Rayleigh-Streuung des zweiten optischen Signals herrührt, und mit der ersten Wellenlänge, die von Rayleigh-Streuung des dritten optischen Signals herrührt. Das rückgestreute Licht wird detektiert, um vier Ausgangssignale zu erzeugen, und ein endgültiges Ausgangssignal wird abgeleitet, indem das Raman-Streusignal auf eine Funktion, die von den drei Rayleigh-Streusignalen abgeleitet ist, normalisiert wird, was die Einflüsse von wellenlängenabhängigen und nichtlinearen Verlusten beseitigt.
  • WO 2009/092436 A1 bezieht sich auf eine verteilte Temperaturmessung unter Verwendung von zwei Wellenlängen, die sich um eine Raman-Verschiebung eines Wellenleiters unterscheiden. Im Gegensatz zu herkömmlichen Ansätzen mit einer einzigen Eingangswellenlänge, bei der die zu einer Stokes-Linie und die zu einer Anti-Stokes-Linie gehörenden Strahlen verschiedene Abschwächung und Ausbreitungsgeschwindigkeit des entsprechenden Strahls der elektromagnetischen Strahlung (in der Zeit und/oder im Raum) erfahren, wenn sie zu einem Detektor laufen, wenden beispielhafte Ausführungsformen sequentielle Stimulussignale mit Frequenzen f1 und f2 an, wobei f2 – f1 näherungsweise v ist, wobei v die Raman-Verschiebung des Materials ist. Ein Ergebnis ist, dass der Detektor bei den beiden Messungen im Wesentlichen dieselbe Abschwächung und Ausbreitungsgeschwindigkeit „sieht”, und dass Einflüsse durch Faserabschwächung und Dispersion zumindest teilweise ausgeschaltet werden können.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Im Hinblick auf die oben beschriebene Situation besteht ein Bedarf für eine verbesserte verteilte optische Messtechnik, die es ermöglicht, eine hohe Signalqualität oder Genauigkeit für eine primäre Größe von Interesse (z. B. die Temperatur) bereitzustellen, wobei Probleme und Nachteile der bekannten verteilten Messtechniken im Wesentlichen vermieden oder zumindest verringert sind. Dieser Bedarf wird erfüllt durch die Gegenstände gemäß der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der hierin offenbarten Gegenstände werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Des Weiteren kann eine vergrößerte Messzeit, die mit einigen der Verfahren einhergeht (Dual-Wellenlänge erfordert eine Messung auf einer zweiten Wellenlänge oder eine klassische verteilte optische Messung (z. B. verteilte Temperaturmessung, DTS (distributed temperature sensing) erfordert zusätzliche Zeit zum Aufnehmen von Stokes-Strahlung, wenn dies nicht gleichzeitig mit dem Aufnehmen von AntiStokes-Strahlung ausgeführt wird), durch Ausführungsformen der hierin offenbarten Gegenstände ebenfalls verringert werden. Auch kann die benötigte Leistung für einen Laser mit einer zweiten Wellenlänge verringert werden, während ein ähnliches oder besseres Rauschniveau erzielt werden kann. Somit kann ein Vorteil der hierin offenbarten Gegenstände ein besseres Signal-zu-Rausch-Verhältnis in dem Messergebnis, eine kürzere Messzeit und ein niedrigeres Leistungsniveau einer Strahlungsquelle sein – oder irgendeine Kombination derselben. Ein niedrigeres Leistungsniveau von einer Strahlungsquelle (z. B. ein Laser) kann ferner Kosten des Systems verringern. Im Folgenden wird „Stokes” durch „S” abgekürzt und wird „AntiStokes” durch „AS” abgekürzt.
  • Gemäß einer Ausführungsform eines ersten Aspekts des hierin offenbarten Gegenstands wird eine verteilte optische Messvorrichtung zum Bestimmen einer primären Größe entlang eines Wellenleiters bereitgestellt, wobei die verteilte optische Messvorrichtung folgendes aufweist: eine Quelle von elektromagnetischer Strahlung, die dazu ausgebildet ist, elektromagnetische Strahlung in den Wellenleiter einzukoppeln, um dadurch in dem Wellenleiter (z. B. durch Wechselwirkung mit dem Wellenleiter) eine erste Antwortstrahlung und eine zweite Antwortstrahlung zu erzeugen, wobei die zweite Antwortstrahlung verschieden von der ersten Antwortstrahlung ist, eine Detektoreinrichtung, die dazu ausgebildet ist, ein erstes Messsignal, das für die erste Antwortstrahlung indikativ ist, bereitzustellen, wobei die Detektoreinrichtung ferner dazu ausgebildet ist, ein zweites Messsignal, das für die zweite Antwortstrahlung indikativ ist, bereitzustellen, eine Auswertungseinheit, die dazu ausgebildet ist, eine sekundäre Größe auf der Grundlage von dem ersten Messsignal und dem zweiten Messsignal abzuleiten, wobei die Auswertungseinheit ferner dazu ausgebildet ist, die primäre Größe auf der Grundlage von der sekundären Größe und von zumindest einem von dem ersten Messsignal und dem zweiten Messsignal abzuleiten.
  • Gemäß einer Ausführungsform eines zweiten Aspekts des hierin offenbarten Gegenstandes wird ein Verfahren für verteiltes optisches Messen zur räumlich verteilten Bestimmung einer primären Größe entlang eines Wellenleiters bereitgestellt, wobei das Verfahren folgendes aufweist: Einkoppeln von elektromagnetischer Strahlung in den Wellenleiter, um dadurch eine erste Antwortstrahlung und eine von der ersten Antwortstrahlung verschiedene zweite Antwortstrahlung zu erzeugen, Bereitstellen eines ersten Messsignals, das für die erste Antwortstrahlung indikativ ist, und eines zweiten Messsignals, das für die zweite Antwortstrahlung indikativ ist, Ableiten einer sekundären Größe auf der Grundlage von dem ersten Messsignal und dem zweiten Messsignal, und Ableiten der primären Größe auf der Grundlage von der sekundären Größe und von zumindest einem von dem ersten Messsignal und dem zweiten Messsignal.
  • Gemäße einer Ausführungsform eines dritten Aspektes des hierin offenbarten Gegenstandes wird ein Computerprogramm bereitgestellt zum Steuern oder Ausführen des Verfahrens gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen des hierin offenbarten Gegenstandes, wenn es auf einem Datenverarbeitungssystem, wie etwa einem Computer, ablaufen gelassen wird.
  • Diese Aspekte des hierin offenbarten Gegenstandes beruhen auf der Idee, dass die Signalqualität der primären Größe verbessert werden können, indem zunächst eine sekundäre Größe abgeleitet wird, die verschieden von der primären Größe optimiert werden kann. Beispielsweise kann die sekundäre Größe über eine längere Zeitdauer als die erste Größe gemittelt werden, wenn z. B. die zweite Größe sich langsamer mit der Zeit verändert als die primäre Größe.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist das erste Messsignal indikativ für die räumliche Verteilung der Erzeugung der ersten Antwortstrahlung entlang des Wellenleiters, und das zweite Messsignal ist indikativ für die räumliche Verteilung der Erzeugung der zweiten Antwortstrahlung entlang des Wellenleiters.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die elektromagnetische Strahlung Infrarotstrahlung. Es sollte jedoch verstanden werden, dass die Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung gewählt wird, um relevante Parameter für die Anwendung zu optimieren.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Auswertungseinheit dazu ausgelegt, das erste Messsignal abzutasten, um auf der Grundlage von dem ersten Messsignal eine Mehrzahl von ersten Werten zu erzeugen; und die Auswertungseinheit ist ferner dazu ausgebildet, das zweite Messsignal abzutasten, um auf der Grundlage von dem zweiten Messsignal eine Mehrzahl von zweiten Werten zu erzeugen, wobei jeder von den ersten Werten und den zweiten Werten einem räumlichen Bereich des Wellenbereichs entspricht.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Auswertungseinheit dazu ausgebildet, einen Wert der sekundären Größe auf der Grundlage von einem ersten Wert aus der Mehrzahl der ersten Werte und auf der Grundlage von einem zweiten Wert aus der Mehrzahl der zweiten Werte abzuleiten, wobei der erste Wert, der zweite Wert und die daraus abgeleitete sekundäre Größe demselben räumlichen Bereich des Wellenleiters entsprechen. Beispielsweise und gemäß einer Ausführungsform wird die sekundäre Größe als eine Funktion von dem ersten Wert und dem zweiten Wert, die demselben räumlichen Bereich entsprechen, berechnet.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Ableiten des Wertes der sekundären Größe für einen räumlichen Bereich des Wellenleiters folgendes: (i) Berechnen eines Verhältnisses zwischen dem ersten Wert und dem zweiten Wert, die dem räumlichen Bereich entsprechen, und/oder (ii) Berechnen der Differenz zwischen dem ersten Wert und dem zweiten Wert, die dem räumlichen Bereich entsprechen. Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Ableiten des Werts der sekundären Größe das Ausführen der vorgenannten Berechnungen (i) und/oder (ii) mit den Logarithmen der entsprechenden Werte.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die sekundäre Größe eine Größe, die in Bezug steht zu, oder abgeleitet ist von, einem Verlust entlang des Wellenleiters von mindestens einem von (i) der elektromagnetischen Strahlung, (ii) der ersten Antwortstrahlung und (iii) der zweiten Antwortstrahlung.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst die elektromagnetische Strahlung eine erste elektromagnetische Strahlung und eine zweite elektromagnetische Strahlung, die sich von der ersten elektromagnetischen Strahlung unterscheidet, z. B. hinsichtlich der Wellenlänge.
  • Gemäß einer Ausführungsform, die nachfolgend auch als Dual-Wellenlängen-Verfahren bezeichnet wird, entsprechen die ersten Werte einer ersten Antwortstrahlung (z. B. der AS-Antwort) zu der ersten elektromagnetischen Strahlung mit einer ersten Wellenlänge, und die zweiten Werte entsprechen einer zweiten Antwortstrahlung (z. B. der S-Antwort) zu der zweiten elektromagnetischen Strahlung mit einer zweiten Wellenlänge, wobei optional die zweite Wellenlänge beispielsweise so gewählt werden kann, dass sie mit der AS-Wellenlänge von der ersten Wellenlänge übereinstimmt (was in Einzelheiten in WO 2009/092436 A1 beschrieben ist). Die sekundäre Größe kann dann dargestellt werden, z. B. durch den geometrischen Mittelwert des Faserverlusts bei der ersten Wellenlänge und bei der zweiten Wellenlänge in einem linearen Raum (im logarithmischen Raum entspricht dies dem arithmetischen Mittelwert). Die sekundäre Größe kann berechnet werden als die gewichtete Differenz (im linearen Raum) zwischen ersten Werten und zweiten Werten, so wie das aus der fundamentalen Raman-Theorie folgt. In diesem Zusammenhang bedeutet „gewichtet”, dass die ersten Werte und die zweiten Werte aufeinander normalisiert werden sollen, um einen Faktor, wie z. B. verschiedene Laserleistung, Filterverluste oder Detektorempfindlichkeit der Vorrichtung, zu berücksichtigen. Die primäre Größe (z. B. Temperatur) kann dann aus den ersten Werten (z. B. AS-Spur) und der sekundären Größe (z. B. eine Verlustspur) berechnet werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Auswertungseinheit dazu ausgebildet, einen Wert der primären Größe auf der Grundlage von einem Wert der sekundären Größe und zumindest einem von (i) einem ersten Wert aus der Mehrzahl der ersten Werte und (ii) einem zweiten Wert aus der Mehrzahl der zweiten Werte abzuleiten, wobei der Wert der zweiten Größe, der zumindest eine von dem ersten Wert und dem zweiten Wert und der Wert der davon abgeleiteten primären Größe demselben räumlichen Bereich des Wellenleiters entsprechen.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Ableiten des Werts der primären Größe für einen räumlichen Bereich des Wellenleiters das Korrigieren von mindestens einem von dem ersten Wert und dem zweiten Wert, die dem räumlichen Bereich entsprechen, auf der Grundlage von der sekundären Größe, die dem räumlichen Bereich entspricht, was zu einem ersten korrigierten Wert und/oder einem zweiten korrigierten Wert, die dem räumlichen Bereich entsprechen, führt.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird das Korrigieren von zumindest einem von dem ersten Wert und dem zweiten Wert ausgeführt, indem der erste korrigierte Wert als eine Funktion des ersten Wertes und der sekundären Größe berechnet wird und/oder indem der zweite korrigierte Wert als eine Funktion des zweiten Wertes und der sekundären Größe (die sich alle auf den räumlichen Bereich beziehen) berechnet wird. Der Ausdruck „korrigieren” wird in dieser Hinsicht verwendet, weil gemäß einer Ausführungsform der erste Wert und der zweite Wert einen nicht gewünschten Anteil (oder Komponente), z. B. einen Verlustanteil, umfasst, der durch Berechnen des entsprechenden korrigierten ersten und/oder zweiten Wertes zumindest teilweise beseitigt wird, was zu einer „Korrektur” des ersten Wertes und/oder des zweiten Wertes führt.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Ableiten der primären Größe für einen räumlichen Bereich des Wellenleiters das Berechnen der primären Größe als eine Funktion von zumindest einem von dem ersten korrigierten Wert, der dem räumlichen Bereich entspricht, und dem zweiten korrigierten Wert, der dem räumlichen Bereich entspricht.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Ableiten der primären Größe für einen räumlichen Bereich des Wellenleiters das Berechnen eines gewichteten Mittelwerts von dem ersten korrigierten Wert und dem zweiten korrigierten Wert, die dem räumlichen Bereich entsprechen, beispielsweise durch Berechnen einer gewichteten Summe oder eines gewichteten Produkts von dem ersten korrigierten Wert und dem zweiten korrigierten Wert, die dem räumlichen Bereich entsprechen. Gemäß einer Ausführungsform wird das Gewicht (oder der Gewichtsfaktor) durch die Auswertungseinheit ausgewählt, um das Signal-zu-Rausch-Verhältnis der resultierenden primären Größe zu verbessern. In anderen Ausführungsformen ist der Gewichtsfaktor in der Auswertungseinheit vorprogrammiert.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Auswertungseinheit dazu ausgebildet, das Gewicht (oder der Gewichtsfaktor) des ersten korrigierten Wertes als eine Funktion von einer Signalqualität zu bestimmen, die dem entsprechenden ersten Wert, von dem der erste korrigierte Wert abgeleitet wird, zugeordnet ist (d. h. die demselben räumlichen Bereich entsprechen) und/oder das Gewicht des zweiten korrigierten Wertes als eine Funktion von einer Signalqualität zu bestimmen, die dem entsprechenden zweiten Wert, von dem der zweite korrigierte Wert abgeleitet wird (d. h. der demselben räumlichen Bereich entspricht), zugeordnet ist. Die Signalqualität kann auf der Grundlage eines Signals, das bei der Erzeugung des entsprechenden ersten/zweiten Wertes involviert ist, bestimmt werden oder sie kann abgeschätzt werden (z. B. auf der Grundlage einer typischen Dämpfung der Strahlung in der Faser), z. B. indem ein Teil oder die Gesamtheit der Signalverarbeitungskette berücksichtigt wird, und kann zumindest eines von dem Rauschniveau, dem Signal-zu-Rausch-Verhältnis und der Signalstärke des entsprechenden Werts umfassen. Das Rauschen, das bei der Erzeugung des entsprechenden ersten/zweiten Wertes involviert ist, kann eines oder mehrere der folgenden umfassen: Rauschen der Antwortstrahlung, Rauschen aufgrund der Detektoreinrichtung, Rauschen aufgrund des Verstärkers und Rauschen aufgrund eines Analog-Digital-Wandlers. Gemäß einer Ausführungsform wird die dem ersten Wert zugeordnete Signalqualität und/oder die dem zweiten Wert zugeordnete Signalqualität aus den digitalen Signalen (z. B. aus dem ersten Wert und dem zweiten Wert), z. B. durch Auswerten der Stärke (des Betrags) des entsprechenden Werts, z. B. durch Abschätzen des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses aus der Stärke (dem Betrag) des entsprechenden Wertes, bestimmt. Gemäß einer Ausführungsform ist die Auswertungseinheit dazu ausgebildet, das Gewicht des ersten Wertes und das Gewicht des zweiten Wertes in Abhängigkeit von der Stelle innerhalb des Wellenleiters, der der erste Wert und der zweite Wert entspricht, zu berechnen.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Auswertungseinheit dazu ausgebildet, den Wert der primären Größe über eine erste Zeitdauer zeitlich gemittelt abzuleiten und den Wert der sekundären Größe über eine zweite Zeitdauer zeitlich gemittelt abzuleiten, wobei die erste Zeitdauer verschieden von der zweiten Zeitdauer ist. Beispielsweise ist gemäß einer Ausführungsform die erste Zeitdauer kleiner als die zweite Zeitdauer. Aufgrund des Mittelns über eine längere Zeitdauer kann das Rauschen der sekundären Größe verringert werden und folglich kann die Signalqualität der primären Größe erhöht werden. Beispielsweise und gemäß einer Ausführungsform ist die erste Zeitdauer in der Größenordnung von Sekunden und die zweite Zeitdauer ist zwischen zweimal und zehnmal der ersten Zeitdauer. Wenn beispielsweise die erste Zeitdauer zehn Sekunden (10 s) ist, kann die zweite Zeitdauer z. B. sechzig Sekunden (60 s) sein.
  • Folglich ist durch Anwenden der oben beschriebenen Mittelungsschemata die Antwort auf Änderungen der primären Größe schneller als die Antwort auf Änderungen der sekundären Größe. Dies ist einsichtig beispielsweise in einer Ausführungsform, wo die primäre Größe z. B. eine zu messende Temperatur ist und die sekundäre Größe z. B. eine Größe ist, die mit dem Verlust entlang des Wellenleiters verknüpft ist, weil Temperaturänderungen normalerweise schneller auftreten als Änderungen des Wellenleiters (z. B. Faseränderungen). Es sollte verstanden werden, dass für eine andere primäre Größe und/oder eine andere sekundäre Größe die Mittelung (d. h. die erste Zeitdauer und die zweite Zeitdauer) an die bestimmte jeweilige Anwendung angepasst werden muss.
  • Das Mitteln über verschiedene Zeitdauern kann an verschiedenen Stufen der Signalverarbeitungskette auftreten. Beispielsweise und in einer Ausführungsform wird ein erstes (anfängliches) Mitteln während der Erzeugung der ersten Werte auf der Grundlage von dem ersten Messsignal und während der Erzeugung des zweiten Werts auf der Grundlage von dem zweiten Messsignal ausgeführt. Beispielsweise und gemäß einer Ausführungsform ist die Auswertungseinheit dazu ausgebildet, einen ersten Wert aus einer vorbestimmten Anzahl von ersten Messsignalen, z. B. aus zehn ersten Messsignalen, zu erzeugen. Mit anderen Worten und gemäß einer Ausführungsform wird die vorbestimmte Anzahl von ersten Messsignalen (z. B. zehn erste Messsignale) gemittelt, um die Mehrzahl der ersten Werte zu erhalten. Die zweiten Werte können ähnlich erzeugt werden, d. h. aus einer vorbestimmten Anzahl von zweiten Messsignalen. Gemäß einer Ausführungsform entspricht die erste Zeitdauer derjenigen Zeitdauer, die erforderlich ist, um sowohl die vorbestimmte Anzahl von den ersten Messsignalen als auch die vorbestimmte Anzahl von den zweiten Messsignalen aufzunehmen. Die vorbestimmte Anzahl kann eins (1) sein, d. h. in diesem Fall wird die Mehrzahl der ersten Werte aus einem einzigen ersten Messsignal erzeugt und die Mehrzahl der zweiten Werte wird aus einem einzigen zweiten Messsignal erzeugt.
  • Um das Mitteln der sekundären Größe über die (längere) zweite Zeitdauer bereitzustellen, wird gemäß einer Ausführungsform ein zusätzlicher Mittelungsschritt eingeführt, der sich nur auf die sekundäre Größe bezieht. Es sollte verstanden werden, dass sich in der oben genannten beispielhaften Ausführungsform die Mittelung über die erste Zeitdauer auf sowohl die primäre Größe als auch die sekundäre Größe bezieht, weil in dieser Ausführungsform sowohl die primäre Größe als auch die sekundäre Größe auf der Grundlage von den ersten Werten und den zweiten Werten abgeleitet wird.
  • Eine zeitliche Mitteilung kann in irgendeiner geeigneten Weise ausgeführt werden. Gemäß einer Ausführungsform ist die Auswertungseinheit ferner dazu ausgebildet, den Wert (d. h. einen derzeitigen endgültigen Wert) der sekundären Größe für einen bestimmten räumlichen Bereich abzuleiten, indem ein vorläufiger Wert (d. h. ein derzeitiger vorläufiger Wert) der sekundären Größe auf der Grundlage von dem ersten Wert und dem zweiten Wert, die sich auf den bestimmten räumlichen Bereichen beziehen, abgeleitet wird, und die Auswertungseinheit ist ferner dazu ausgebildet, den (derzeitigen) vorläufigen Wert der sekundären Größe mit mindestens einem früher abgeleiteten (z. B. dem vorhergehenden) vorläufigen Wert der sekundären Größe, der sich auf denselben bestimmten räumlichen Bereich bezieht, zu mitteln. Das Mitteln des (derzeitigen) vorläufigen Wertes mit mindestens einem früher abgeleiteten vorläufigen Wert der sekundären Größe kann indirekt ausgeführt werden, einschließlich, gemäß einer Ausführungsform durch Mitteln des (derzeitigen) vorläufigen Werts der sekundären Größe mit einem früheren Wert (d. h. einem früheren endgültigen Wert) der sekundären Größe. Gemäß einer Ausführungsform wird der derzeitige vorläufige Wert mit einem Gewicht von 0,1 (10%) berücksichtigt und der frühere endgültige Wert wird mit einem Gewicht von 0,9 (90%) berücksichtigt. Jedoch sind andere Gewichtsverhältnisse ebenfalls möglich, z. B. 50%/50%. Das Berücksichtigen des früheren endgültigen Wertes ist vorteilhaft im Hinblick auf Speichererfordernisse und die erforderliche Rechenleistung, weil nur der frühere endgültige Wert gespeichert und in Betracht gezogen werden muss, um die Mittelung auszuführen. Das Berücksichtigen des früheren endgültigen Wertes zum Ausführen der Mittelung berücksichtigt implizit alle früheren vorläufigen Werte mit einem Gewicht, das mit dem „Alter” abnimmt. Folglich kann dieses Mittelungsschema als exponentielles Mitteln bezeichnet werden.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform kann das Mitteln des (derzeitigen) vorläufigen Werts mit mindestens einem früheren, abgeleiteten vorläufigen Wert der sekundären Größe direkt ausgeführt werden, einschließlich eines Mittelns des (derzeitigen) vorläufigen Werts der sekundären Größe mit einem früher abgeleiteten vorläufigen Wert der sekundären Größe. Im Sinne der obigen Ausführungsformen und gemäß einer Ausführungsform wird ein vorläufiger Wert der sekundären Größe als eine Funktion von einem einzelnen Paar von einem ersten Wert und einem zweiten Wert berechnet, wohingegen ein endgültiger Wert der sekundären Größe als eine Funktion von zwei oder mehreren Paaren von einem ersten Wert und einem zweiten Wert berechnet wird, wobei jedes Paar sich auf denselben räumlichen Bereich bezieht und die zwei oder mehr Paare sich auf verschiedene Zeitpunkte beziehen.
  • Eine zeitliche Mittelung der primären Größe (wenn sie überhaupt ausgeführt wird) kann in einer analogen Weise ausgeführt werden (was formal z. B. durch Ersetzen in dem obigen Abschnitt des Ausdrucks „sekundäre Größe” durch „primäre Größe”) beschrieben wird.
  • Gemäß hierin beschriebener Ausführungsformen kann die sekundäre Größe ein ungewünschter Anteil (oder Komponente) von dem ersten und dem zweiten Messsignal sein, der aus dem ersten und dem zweiten Messsignal isoliert (bestimmt) wird, gemittelt über eine Zeitdauer, die länger als die gewünschte zeitliche Auflösung der primären Größe ist, und die gemittelte sekundäre Größe wird dann aus zumindest einem von dem ersten und zweiten Messsignal entfernt, um auf diese Weise die primäre Größe zu bestimmen.
  • Gemäß einer Ausführungsform beruht die Differenz zwischen der ersten Antwortstrahlung und der zweiten Antwortstrahlung auf der Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Strahlung, von der die entsprechende Antwortstrahlung herrührt (dies kann als Dual-Richtung-Verfahren bezeichnet werden). Mit anderen Worten und gemäß einer Ausführungsform rührt die erste Antwortstrahlung von elektromagnetischer Strahlung her, die sich in einer ersten Richtung entlang des Wellenleiters ausbreitet, und die zweite Antwortstrahlung rührt von elektromagnetischer Strahlung her, die sich in einer zweiten Richtung, die zu der ersten Richtung entgegengesetzt ist, ausbreitet. Dies kann auf irgendeine geeignete Weise erzielt werden, z. B. wie dies im Hinblick auf die beispielhaften Ausführungsformen unten beschrieben wird.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform wird die elektromagnetische Strahlung in dem Wellenleiter an verschiedenen Stellen eingekoppelt. Beispielsweise und gemäß einer Ausführungsform umfasst die elektromagnetische Strahlung eine erste elektromagnetische Strahlung und eine zweite elektromagnetische Strahlung; die Quelle für elektromagnetische Strahlung ist dazu ausgebildet, die erste elektromagnetische Strahlung an einer ersten Stelle des Wellenleiters in den Wellenleiter einzukoppeln, um dadurch die erstes Antwortstrahlung zu erzeugen, und die Quelle der elektromagnetischen Strahlung ist dazu ausgebildet, die zweite elektromagnetische Strahlung an einer zweiten Stelle des Wellenleiters in den Wellenleiter einzukoppeln, um dadurch die zweite Antwortstrahlung zu erzeugen. Gemäß einer Ausführungsform ist die zweite Stelle von der ersten Steile beabstandet. In einer anderen Ausführungsform sind die erste Stelle und die zweite Stelle identisch, z. B. im Fall der Implementierung eines Dual-Wellenlängen, unsymmetrischen Verfahrens (dual-wavelength, single-ended method). Es sollte verstanden werden, dass die erste elektromagnetische Strahlung und die zweite elektromagnetische Strahlung in zumindest einem von (i) dem Zeitpunkt, zu dem die entsprechende elektromagnetische Strahlung in den Wellenleiter eingekoppelt wird, (ii) dem Betrag, (iii) der Frequenz (Wellenlänge), usw. verschieden sein können. Gemäß einer Ausführungsform umfasst die elektromagnetische Strahlung zwei auswählbare Wellenlängen, z. B. für ein Dual-Wellenlängen-Verfahren. Gemäß einer Ausführungsform hat der Wellenleiter eine Schleifenanordnung, wobei die erste Stelle und die zweite Stelle mittels eines optischen Schalters gekoppelt sind, der dazu ausgelegt ist, die elektromagnetische Strahlung von der Strahlungsquelle selektiv in eine von der ersten Stelle und der zweiten Stelle einzukoppeln.
  • Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist die Quelle der elektromagnetischen Strahlung dazu ausgebildet, die erste elektromagnetische Strahlung und die zweite elektromagnetische Strahlung mit einem zeitlichen Versatz in den Wellenleiter zu koppeln, z. B. um die zweite elektromagnetische Strahlung später als die erste elektromagnetische Strahlung in den Wellenleiter zu koppeln. Gemäß einer Ausführungsform ist der zeitliche Versatz geeignet, um einen gegenteiligen Effekt auf die Detektion der ersten Antwortstrahlung und/oder der zweiten Antwortstrahlung durch die Detektoreinrichtung und folglich die Erzeugung des ersten Messsignals (und/oder des zweiten Messsignals) zu vermeiden.
  • Gemäß einer Ausführungsform hat der Wellenleiter eine erste Stelle und eine dazu beabstandete zweite Stelle, ist die Strahlungsquelle dazu ausgebildet, die elektromagnetische Strahlung an der ersten Stelle in den Wellenleiter zu koppeln, hat der Wellenleiter einen Spiegel an der zweiten Stelle, und erzeugt die elektromagnetische Strahlung die erste Antwortstrahlung, bevor sie von dem Spiegel reflektiert wird, und erzeugt die zweite Antwortstrahlung, nachdem sie von dem Spiegel reflektiert worden ist, wobei die zweite Antwortstrahlung über den Spiegel zu der Detektoreinrichtung läuft.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Quelle der elektromagnetischen Strahlung dazu ausgelegt, eine gepulste elektromagnetische Strahlung bereitzustellen. Beispielsweise und gemäß einer Ausführungsform wird die erste Antwortstrahlung durch einen Impuls der elektromagnetischen Strahlung erzeugt und die zweite Antwortstrahlung wird durch einen Impuls der elektromagnetischen Strahlung erzeugt. Die erste Antwortstrahlung und die zweite Antwortstrahlung können von demselben Impuls der elektromagnetischen Strahlung oder von verschiedenen Impulsen der elektromagnetischen Strahlung erzeugt werden. Gemäß einer Ausführungsform werden die erste Antwortstrahlung und/oder die zweite Antwortstrahlung durch einen einzelnen Impuls der elektromagnetischen Strahlung, zwei oder mehr Impulse der elektromagnetischen Strahlung oder ein Signal von elektromagnetischer Strahlung mit einem bekannten Muster oder Modulation über der Zeit erzeugt, was die Implementierung eines Kodierverfahrens, wie dies in WO 2006/045340 A1 beschrieben ist, oder eines Frequenz-Domänen-Verfahren, wie dies in EP 0 692 705 B1 beschrieben ist, ermöglicht.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die zweite Größe eine Strahlungseigenschaft (eine Eigenschaft von z. B. der elektromagnetischen Strahlung, der ersten Antwortstrahlung, der zweiten Antwortstrahlung, usw.), die nicht von der Ausbreitungsrichtung der Strahlung durch den Wellenleiter abhängt. Beispielsweise und gemäß einer Ausführungsform ist die sekundäre Größe eine isotrope Eigenschaft des Wellenleiters oder zumindest eine Eigenschaft des Wellenleiters, die unabhängig von der Ausbreitungsrichtung der Strahlung ist. Gemäß einer Ausführungsform ist die sekundäre Größe eine Größe, die sich bezieht auf, oder abgeleitet ist von, einem Verlust von zumindest einer von der elektromagnetischen Strahlung, der ersten Antwortstrahlung und der zweiten Antwortstrahlung entlang des Wellenleiters. In diesem Sinn ist ein Verlust irgendeine Änderung des Niveaus (z. B. der Stärke) der Antwortstrahlung (oder des Messsignals, oder des entsprechenden Werts, der auf der Grundlage des Messsignals abgeleitet wird) entlang des Strahlungspfades (einschließlich z. B. eine Kopplungseinrichtung), was nicht zu einer Änderung der primären Größe entlang des Strahlungspfads (oder des Wellenleiters) führt. Gemäß einer Ausführungsform ist der Ausdruck „Verlust”, so wie er hierin offenbart ist, der Verlust, der entlang des Strahlungspfads von der Quelle der elektromagnetischen Strahlung zu der Stelle in dem Wellenleiter auftritt, von der die entsprechende Antwortstrahlung herrührt, und zurück zu der Detektoreinrichtung. Dieser Verlust kann als „akkumulierter Verlust” bezeichnet werden und kann in der Größenordnung von z. B. 9 dB für einen Abstand von 10 km zwischen der Quelle der elektromagnetischen Strahlung und der Position, von der die Antwortstrahlung herrührt, sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Ausdruck „Verlust”, so wie er hierin offenbart ist, die Verlustdifferenz oder das Verlustverhältnis zwischen dem Verlust für die S-Strahlung und dem Verlust für die AS-Strahlung. Die Differenz des „akkumulierten Verlusts zwischen dem Verlust für die S-Strahlung und dem Verlust für die AS-Strahlung” kann als ein „differentieller Verlust” bezeichnet werden und kann in der Größenordnung von z. B. 2,7 dB für einen Abstand von 10 km zwischen der Quelle der elektromagnetischen Strahlung und der Stelle, von der die Antwortstrahlung herrührt, sein.
  • Gemäß einer Ausführungsform resultieren die erste Antwortstrahlung und die zweite Antwortstrahlung von zumindest einer der folgenden: eine Fluoreszenz, die von der elektromagnetischen Strahlung induziert ist, Streuung, Reflexion oder Beugung der elektromagnetischen Strahlung, einschließlich insbesondere eine oder mehrere der folgenden: Rayleigh-Streuung, Brillouin-Streuung, Raman-Streuung, Bragg-Streuung und Bragg-Reflexion. Gemäß einer Ausführungsform kann der Wellenleiter Gitter, dispergierte Teilchen, usw. umfassen. Jedoch kann gemäß einer anderen Ausführungsform der Wellenleiter frei von künstlichen Streuzentren, wie etwa Gittern oder Partikeln, sein, weil diese nicht notwendig sind z. B. für Raman-Streuung. Allgemein kann die „Antwort” der entsprechenden Antwortstrahlung in einer Änderung von zumindest einem von Intensität, Polarisation, Kohärenz, Frequenz, usw. beruhen.
  • Die primäre Größe kann eine Größe sein, die einer gewünschten physikalischen Größe entspricht (z. B. die proportional zu der gewünschten physikalischen Eigenschaft ist oder die die gewünschte physikalische Eigenschaft ist). Gemäß einer Ausführungsform bezieht sich die primäre Größe auf (z. B. ist proportional zu oder ist) eine von der Temperatur, Belastung oder Spannung, Verschiebung, Konzentration einer Substanz und Einstrahlungsstärke (Stärke der externen Strahlung, die auf den Wellenleiter auftrifft).
  • Die Vorrichtung oder das Verfahren oder das Computerprogramm können dazu ausgebildet sein, die Funktionalität von einer oder mehreren der vorgenannten Ausführungsformen bereitzustellen und/oder die Funktionalität, so wie sie von einer oder mehreren der vorgenannten Ausführungsformen benötigt wird, bereitzustellen.
  • So wie dies hierin verwendet wird, ist beabsichtigt, dass ein Verweis auf ein Computerprogramm äquivalent ist zu einem Verweis auf ein Programmelement und/oder auf ein computerlesbares Medium, das Befehle zum Steuern eines Computersystems enthält, um die Performanz des Verfahrens gemäß Ausführungsformen der hierin offenbarten Gegenstände zu bewirken und/oder zu koordinieren.
  • Das Computerprogramm kann als ein Code von computerlesbaren Befehlen unter Verwendung von irgendeiner geeigneten Programmiersprache, wie beispielsweise etwa JAVA, C++, implementiert sein und kann auf einem computerlesbaren Medium (einer entfernbaren Scheibe, einem flüchtigen oder nicht-flüchtigen Speicher, einem eingebetteten Speicher/Prozessor, usw.) gespeichert sein. Der Befehlscode ist betriebsfähig dazu, einen Computer oder irgendeine andere programmierbare Einrichtung zu programmieren, um die beabsichtigten Funktionen auszuführen. Das Computerprogramm kann aus einem Netzwerk verfügbar sein, wie etwa das World Wide Web, aus dem es heruntergeladen werden kann. Das Computerprogramm kann ein eigenständiges Programm (stand-alone program) sein oder eine Aktualisierung, die die Funktionalität der Ausführungsformen der hierin offenbarten Gegenstände für eine bestehende, verteilte optische Messvorrichtung bereitstellt.
  • Der hierin offenbarte Gegenstand kann mittels eines Computerprogramms, respektive, mit Software realisiert sein. Jedoch können die hierin offenbarten Gegenstände auch mit einem oder mehreren von spezifischen elektronischen Schaltkreisen, respektive, Hardware, realisiert sein. Des Weiteren kann der hierin offenbarte Gegenstand auch in einer hybriden Form realisiert sein, z. B. in einer Kombination von Software-Modulen und Hardware-Modulen.
  • Oben sind beispielhafte Ausführungsformen des hierin offenbarten Gegenstandes beschrieben und sie werden nachfolgend mit Verweis auf eine verteilte optische Messvorrichtung und entsprechende Verfahren und Computerprogramme beschrieben. Es ist hervorzuheben, dass selbstverständlich jegliche Kombination von Merkmalen, die sich auf verschiedene Aspekte des hierin offenbarten Gegenstands beziehen, ebenfalls möglich sind. Insbesondere wurden oder werden einige Merkmale mit Verweis auf vorrichtungsartige Gegenstände beschrieben, wohingegen andere Merkmale mit Verweis auf verfahrensartige Ausführungsformen beschrieben sind oder beschrieben werden. Ein Fachmann wird jedoch von der obigen und der nachfolgenden Beschreibung verstehen, dass, außer wo dies anderweitig angemerkt ist, zusätzlich zu irgendeiner Kombination von Merkmalen, die zu einem Aspekt gehören, ebenfalls irgendeine Kombination von Merkmalen, die sich auf verschiedene Aspekte oder Ausführungsformen bezieht, beispielsweise sogar Kombinationen von Merkmalen oder vorrichtungsartigen Ausführungsformen und Merkmalen der verfahrensartigen Ausführungsformen, als mit dieser Anmeldung offenbart angesehen werden kann.
  • Die oben definierten Aspekte und Ausführungsformen und weitere Aspekte und Ausführungsformen der hierin offenbarten Gegenstände sind aus den nachfolgend beschriebenen Beispielen offensichtlich und werden mit Verweis auf die Zeichnungen erläutert, durch die die Erfindung jedoch nicht beschränkt wird.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt eine verteilte optische Messvorrichtung gemäß Ausführungsformen des hierin offenbarten Gegenstands.
  • 2 zeigt die Erzeugung der ersten Antwortstrahlung gemäß Ausführungsformen des hierin offenbarten Gegenstands.
  • 3 zeigt die Erzeugung der zweiten Antwortstrahlung gemäß Ausführungsformen des hierin offenbarten Gegenstands.
  • 4 zeigt eine andere verteilte optische Messvorrichtung gemäß Ausführungsformen des hierin offenbarten Gegenstands.
  • 5 zeigt eine beispielhafte reale Temperatur TR über einer Position (Stelle) x entlang des Wellenleiters.
  • 6 zeigt auf einer logarithmischen Skala die Intensität I der ersten Antwortstrahlung über einer Position x entlang des Wellenleiters, erhalten aus der in 5 gezeigten Temperaturverteilung TR.
  • 7 zeigt eine resultierende Intensitätskurve für eine Messung in der Vorwärtsrichtung (F) und eine Messung in der Rückwärtsrichtung (B) über der Zeit t, gemäß Ausführungsformen des hierin offenbarten Gegenstands.
  • 8 zeigt die Intensität I der 7 über der Position x entlang des Wellenleiters.
  • 9 zeigt eine entsprechende Intensität I über der Position x für eine Schleifenanordnung des Wellenleiters.
  • 10 zeigt die hinzugefügte (kombinierte) Intensität I der Raman-Spuren, die in der Vorwärtsrichtung und in der Rückwärtsrichtung gemessen worden sind.
  • 11 zeigt das Rausch-Niveau N der in der 7 gezeigten Intensitätskurve.
  • 12 zeigt das Rausch-Niveau N der 11, neu gezeichnet als eine Funktion der Position x entlang des Wellenleiters.
  • 13 zeigt das kombinierte Rauschen NC (noise combined) nach dem Kombinieren (Hinzufügen) der in der Vorwärtsrichtung (F) und in der Rückwärtsrichtung (B) gemessenen Raman-Spuren.
  • 14 zeigt, als eine sekundäre Größe, den relativen Verlust L in dem logarithmischen Raum über der Position x entlang des Wellenleiters, gemäß Ausführungsformen des hierin offenbarten Gegenstandes.
  • 15 zeigt die von einem einzelnen Satz von ersten und zweiten Werten (einschließlich der anfänglichen Mittelung über 10 Sekunden) abgeleitete Temperatur, ohne weitere Mittelung der sekundären Größe, gemäß Ausführungsformen des hierin offenbarten Gegenstands.
  • 16 zeigt die Temperatur T, die mit weiteren (zusätzlichem) Mitteln der sekundären Größe abgeleitet wurde, gemäß Ausführungsformen des hierin offenbarten Gegenstands.
  • 17 zeigt die Temperatur T, die mit noch weiterer (d. h. längerer zusätzlicher) Mittelung der sekundären Größe abgeleitet wurde, gemäß Ausführungsformen des hierin offenbarten Gegenstands.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Die Darstellung in den Zeichnungen ist schematisch. Es wird angemerkt, dass in verschiedenen Figuren ähnliche oder identische Elemente mit denselben Bezugszeichen oder mit Bezugszeichen, die von entsprechenden Bezugszeichen nur hinsichtlich der ersten Ziffer verschieden sind, bereitgestellt sind. Ferner wird die Beschreibung von ähnlichen oder identischen Merkmalen in der Beschreibung von nachfolgenden Figuren nicht wiederholt, um unnötige Wiederholungen zu vermeiden. Es sollte jedoch verstanden werden, dass die Beschreibung dieser Merkmale in den vorhergehenden Figuren auch für die nachfolgenden Figuren gültig ist, es sei denn, dass dies anderenfalls angemerkt ist.
  • Beim verteilten optischen Messen wird eine Größe von Interesse (quantity of interest) an verschiedenen Stellen (oder Positionen) entlang eines Messwellenleiters (z. B. eine Messfaser) gemessen. Ein Beispiel ist die Raman-OTDR (Optical Time Domain Reflectometry, optische zeitaufgelöste Reflexionsmessung), wobei ein in eine optische Faser gesendeter Lichtimpuls die bekannte Raman-Rückstreuung induziert, so wie das im Hinblick auf 1 bis 3 erläutert ist. Das zu der Raman-OTDR-Vorrichtung (die eine verteilte optische Messvorrichtung gemäß einer Ausführungsform ist) zurückkehrende, rückgestreute Signal wird über der Zeit durch einen Detektor aufgezeichnet, was zu einer „Spur” der Amplitude über der Zeit, oder im Hinblick auf die Ausbreitungsgeschwindigkeit über der Ausbreitungsweglänge führt. Aus der Ausbreitungsweglänge kann die Position „x” entlang des Wellenleiters berechnet werden.
  • Allgemein ist Raman-Streuung die inelastische Streuung eines Photons. Raman-Streuung hat zwei Beiträge, ein S-Band „S”, das zu höheren Wellenlängen im Vergleich zu der eingestrahlten elektromagnetischen Strahlung verschoben ist, und ein AS-Band „AS”, das zu niedrigeren Wellenlängen im Vergleich zu der eingestrahlten elektromagnetische Strahlung verschoben ist. Die Strahlung in dem S-Band wird als S-Strahlung bezeichnet, und die Strahlung in dem AS-Band wird als AS-Strahlung bezeichnet.
  • 1 zeigt eine verteilte optische Messvorrichtung gemäß Ausführungsformen des hierin offenbarten Gegenstands. Gemäß einer Ausführungsform ist die verteilte optische Messvorrichtung 100 im Betrieb mit einem Wellenleiter 102, z. B. einer optischen Faser, gekoppelt. Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung 100 eine Quelle für elektromagnetische Strahlung (RS, radiation source) 104, die dazu ausgelegt ist, elektromagnetische Strahlung in den Wellenleiter 102 zu koppeln. Zu diesem Zweck kann die Vorrichtung 100 eine Kupplung (oder einen Konnektor) 105 zum Koppeln des Wellenleiters 102 mit der Vorrichtung 100 umfassen. Wenn er mit der Kupplung 105 verbunden ist, bildet der Wellenleiter 102 einen Strahlungsweg 103 für die elektromagnetische Strahlung. In dem Wellenleiter 102 wechselwirkt die elektromagnetische Strahlung mit dem Wellenleiter 102, wodurch eine erste Antwortstrahlung und eine davon verschiedene, zweite Antwortstrahlung erzeugt werden. Die Wechselwirkung der elektromagnetischen Strahlung mit dem Wellenleiter kann irgendeine geeignete Wechselwirkung sein, die von einer primären Größe, deren räumliche Verteilung entlang des Wellenleiters 102 mit der Vorrichtung 100 bestimmt werden soll, abhängig ist. Beispielsweise und gemäß einer Ausführungsform werden die erste Antwortstrahlung und die zweite Antwortstrahlung durch Raman-Streuung der elektromagnetischen Strahlung erzeugt. Gemäß einer Ausführungsform sind sowohl die erste Antwortstrahlung als auch die zweite Antwortstrahlung AS-Strahlung, die eine höhere Temperaturempfindlichkeit als die S-Strahlung hat. In einer anderen Ausführungsform sind die erste Antwortstrahlung und die zweite Antwortstrahlung beide S-Strahlungen. Zum Bestimmen einer primären Größe, wie etwa der Temperatur, kann nur AS-Strahlung, S-Strahlung oder ein Verhältnis der S- und der AS-Strahlungsintensität ausgewertet werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung 100 Wellenlängenfilter 108, 110 zum Abtrennen der entsprechenden Antwortstrahlung, z. B. die S-Strahlung und die AS-Strahlung, von einer einkommenden Strahlung. Gemäß einer Ausführungsform wird eine Splittereinrichtung 106 bereitgestellt, um die einkommende Strahlung, die von dem Wellenleiter 102 herrührt, auf die Wellenlängenfilter 108, 110 zu richten.
  • Raman-Streuung ist geeignet zum Detektieren der Temperatur als einer primären Größe entlang des Wellenleiters 102, weil die Stärke der Raman-Streuung von einer Temperatur in einer Weise, die aus der Raman-Streu-Theorie bekannt ist, abhängt. Genauer gesagt, vergrößert eine ansteigende Temperatur die S-Amplitude (d. h. die Amplitude der S-Strahlung) und die AS-Amplitude (d. h. die Amplitude der AS-Strahlung), und umgekehrt. Gemäß einer Ausführungsform rührt die erste Antwortstrahlung von elektromagnetischer Strahlung her, die sich in einer ersten Richtung entlang des Wellenleiters ausbreitet, und die zweite Antwortstrahlung rührt von elektromagnetischer Strahlung her, die sich in einer zweiten Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung ausbreitet. Folglich können beide (die erste und die zweite) Antwortstrahlungen beide in dem S-Band und/oder dem AS-Band bereitgestellt sein.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Vorrichtung mindestens eine Detektoreinrichtung 112, 114 umfassen, um ein erstes Messsignal 118, das indikativ für die erste Antwortstrahlung ist, bereitzustellen und um ein zweites Messsignal 120, das indikativ für eine zweite Antwortstrahlung ist, bereitzustellen. Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung 100 eine erste Detektoreinrichtung 112, z. B. zum Detektieren der AS-Strahlung, und eine zweite Detektoreinrichtung 114, z. B. zum Detektieren der S-Strahlung. Gemäß einer Ausführungsform stellen die beiden Detektoreinrichtungen 112, 114 beide das erste Messsignal 118 und das zweite Messsignal 120 bereit.
  • In einer weiteren Ausführungsform (in 1 nicht gezeigt) wird eine einzelne Detektoreinrichtung bereitgestellt, um die erste Antwortstrahlung und die zweite Antwortstrahlung zu detektieren und um ein erstes Messsignal 118, das für die erste Antwortstrahlung indikativ ist, und ein zweites Messsignal 120, das für die zweite Antwortstrahlung indikativ ist, bereitzustellen.
  • Unabhängig von der Anzahl der Detektoreinrichtungen werden gemäß Ausführungsformen des hierin offenbarten Gegenstands das erste Messsignal und das zweite Messsignal ausgewertet. Wenn mehr als ein Satz von Messsignalen (umfassend ein erstes Messsignal und das zweite Messsignal) verfügbar ist, z. B. von zwei oder mehreren Detektoreinrichtungen (z. B. eine für S-Strahlung und eine für AS-Strahlung), dann können die zusätzlichen Sätze von Messsignalen zum Verbessern der Genauigkeit verwendet werden. Wenn beispielsweise S-Strahlung und AS-Strahlung detektiert werden und entsprechende Messsignale bereitgestellt werden, dann wird das S/AS-Verhältnis bestimmt. Jedoch ist das Verwenden von lediglich AS-Strahlung kostengünstiger (z. B. weil der S-Detektor nicht erforderlich ist).
  • Zum Auswerten des ersten Messsignals und des zweiten Messsignals umfasst die Vorrichtung 100 eine Auswertungseinheit 116. Gemäß einer Ausführungsform ist die Auswertungseinheit mit einem Computerprogramm versehen, das auf einem Datenverarbeitungssystem 117, wie etwa einem Computer, läuft. Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung 100 das Datenverarbeitungssystem 117.
  • Zur Vereinfachung und Erleichterung des Verständnisses werden in Teilen der nachfolgenden Beschreibung nur die Auswertung des ersten Messsignals 118 und des zweiten Messsignals 120, die von der ersten Detektoreinrichtung 112 (die AS-Strahlung detektiert) in näheren Einzelheiten beschrieben. Es sollte jedoch verstanden werden, dass die Messsignale 118, 120, die von der zweiten Detektoreinrichtung 114 (von der S-Strahlung) bereitgestellt werden, in einer ähnlichen Weise behandelt werden können und ausgewertet werden können, wodurch ebenfalls die gewünschte primäre Größe und insbesondere ihre räumliche Verteilung entlang des Wellenleiters bereitgestellt werden.
  • Zum leichteren Verständnis der Auswertung des ersten Messsignals 118 und des zweiten Messsignals 120 wird ein beispielhaftes Verfahren zum Auswerten auf der Grundlage der durch Raman-Streuung erzeugten Antwortstrahlung beschrieben, und demgemäß wird auf S-Strahlung und AS-Strahlung verwiesen. Jedoch sind die besprochenen Konzepte und Ausführungsformen für die durch Raman-Streuung erzeugte Antwortstrahlung auch für jegliche andere geeignete Antwortstrahlung gültig und können demgemäß in entsprechenden Anwendungen, die eine andere Antwortstrahlung verwenden, angewendet werden.
  • In einigen Ausführungsformen und insbesondere zum Bereitstellen von Absolutwerten der primären Größe, z. B. der Temperatur (und nicht nur von relativen Werten derselben), umfasst der Strahlungsweg 103 einen Referenzbereich 122, indem die primäre Größe auf einem bekannten oder einem in anderer Weise bestimmten Wert ist, der als eine Referenz zur Kalibrierung der Vorrichtung 100 dienen kann. Beispielsweise und gemäß einer Ausführungsform kann ein Referenz-Temperatursensor, z. B. ein Widerstand mit einem negativen Temperaturkoeffizienten (NTC, negative temperature coefficient) (in 1 nicht gezeigt) zum Bestimmen der Temperatur in dem Referenzbereich 122, der für die Kalibrierung verwendet werden kann, bereitgestellt werden.
  • 2 zeigt die Erzeugung der ersten Antwortstrahlung gemäß Ausführungsformen des hierin offenbarten Gegenstands.
  • Wie in 2 gezeigt, erzeugt eine elektromagnetische Strahlung 124 (die sich in der ersten Richtung 125 entlang des Wellenleiters 102 weg von der Strahlungsquelle 104 ausbreitet) an einer Stelle 126 die erste Antwortstrahlung 128, z. B. durch Raman-Streuung der elektromagnetischen Strahlung 124 an der Stelle 126. Aufgrund der endlichen Geschwindigkeit des Lichts ist die Zeitdauer zwischen der Aussendung der elektromagnetischen Strahlung 124 von der Strahlungsquelle 104 und dem Empfang der ersten Antwortstrahlung 128 an der Detektoreinrichtung 112 (in 2 nicht gezeigt) ein Maß für die Position X1 der Stelle 126 entlang des Wellenleiters. Folglich kann, wenn man die involvierten Abmessungen der Vorrichtung 100 berücksichtigt, die Position X1 der Stelle 126 berechnet werden (Laufzeitverfahren).
  • 3 zeigt die Erzeugung der zweiten Antwortstrahlung gemäß Ausführungsformen des hierin offenbarten Gegenstands.
  • Wie oben erwähnt und gemäß einer Ausführungsform rührt die zweite Antwortstrahlung von elektromagnetischer Strahlung her, die sich in einer entgegengesetzten Richtung ausbreitet. Dies kann mit einem Spiegel 130 erreicht werden, wie in 3 gezeigt. 3 zeigt die elektromagnetische Strahlung 124 zu einem Zeitpunkt in der Zeit, wo die elektromagnetische Strahlung 124 von dem Spiegel 130 reflektiert worden ist und sich folglich in einer zweiten Richtung 132, die zu der ersten Richtung 125 entgegengesetzt ist (siehe 2), ausbreitet. An der Stelle 126 erzeugt die reflektierte elektromagnetische Strahlung 124 eine zweite Antwortstrahlung 134, die sich zurück in Richtung zu dem Spiegel 130 ausbreitet und danach, nachdem sie gespiegelt worden ist, zu der Detektoreinrichtung 112 (in 3 nicht gezeigt) ausbreitet. Weil die zweite Antwortstrahlung 134 eine Strecke durchlaufen muss, die länger als der Abstand zwischen der Lichtquelle und dem Spiegel 130 ist, ist die zweite Antwortstrahlung 134 aufgrund ihrer Laufzeit unzweideutig definiert und von der ersten Antwortstrahlung 128 unterscheidbar.
  • Gemäß einer Ausführungsform und wie das im Hinblick auf 2 und 3 gezeigt ist, sind die erste Antwortstrahlung 128 und die zweite Antwortstrahlung 134 zurückgestreute Strahlungen, d. h. Strahlungen, die sich in einer Richtung ausbreitet, die entgegengesetzt zu der Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Strahlung 124 sind, von der sie herrühren. Das Verwenden von zurückgestreuter Strahlung ermöglicht die Verwendung des Laufzeitverfahrens zum Erstellen einer Korrelation zwischen dem Zeitpunkt des Empfangs der Antwortstrahlung 128, 134 und der Position X1 entlang des Wellenleiters 102, von dem sie herrührt.
  • Anstelle des in 2 und 3 gezeigten Spiegels 130 können zwei Strahlungsquellen, die an entgegengesetzten Enden eines sich längs erstreckenden Wellenleiters angeordnet sind, verwendet werden, um elektromagnetische Strahlung zu erzeugen, die sich in entgegengesetzten Richtungen ausbreitet. Eine andere Alternative zum Erzeugen von elektromagnetischer Strahlung, die sich in entgegengesetzten Richtungen ausbreitet, ist ein Wellenleiter in einer Schleifenanordnung, wobei die beiden Enden des Wellenleiters dicht beieinander angeordnet sind. In einem solchen Fall kann eine einzelne Strahlungsquelle ausreichend sein, um die elektromagnetische Strahlung in die beiden Enden des Wellenleiters (mit einem geeigneten zeitlichen Versatz) zu koppeln.
  • Gemäß einer Ausführungsform erzeugen die zwei Strahlungsquellen auf verschiedenen Wellenlängen die erste und die zweite Antwortstrahlung (ohne einen Spiegel, von einem einzelnen Ende herrührend (d. h. die elektromagnetische Strahlung wird nur an einem einzelnen Ende des Wellenleiters in diesen eingekoppelt)).
  • 4 zeigt eine andere verteilte optische Messvorrichtung 200 gemäß Ausführungsformen des hierin offenbarten Gegenstands.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist eine Quelle 204 von elektromagnetischer Strahlung dazu ausgebildet, eine erste elektromagnetische Strahlung 224 in den Wellenleiter 102 an einer ersten Stelle 148, die mit einer ersten Kupplung 205 der Vorrichtung 200 gekoppelt ist, einzukoppeln und eine zweite elektromagnetische Strahlung 324 in den Wellenleiter 102 an einer zweiten Stelle 149, die mit einer zweiten Kupplung 305 gekoppelt ist, einzukoppeln. Gemäß einer Ausführungsform ist die zweite Stelle 149 von der ersten Stelle 148 beabstandet. Wenn beispielsweise der Wellenleiter 104 mit beiden Enden an die Vorrichtung 200 gekoppelt ist, ist der in 4 gezeigte Wellenleiter 102 mit der Vorrichtung 200 in der sogenannten Schleifenanordnung verbunden, bei der beide Stellen beabstandet sind, jedoch dennoch dicht beieinander sind. Gemäß einer Ausführungsform unterscheiden sich die erste elektromagnetische Strahlung 224 und die zweite elektromagnetische Strahlung 324 hinsichtlich des Zeitpunkts, zu dem sie in den Wellenleiter 102 eingekoppelt werden. Gemäß anderer Ausführungsformen können sich zusätzlich oder alternativ die erste elektromagnetische Strahlung 224 und die zweite elektromagnetische Strahlung 324 hinsichtlich einer anderen physikalischen Größe unterscheiden. Zur Realisierung der Einkopplung der entsprechenden elektromagnetischen Strahlung 224, 324 in den Wellenleiter mit einem zeitlichen Versatz ist ein Strahlungsschalter 150 bereitgestellt, der dazu ausgelegt ist, die erste elektromagnetische Strahlung 224 und die zweite elektromagnetische Strahlung 324 in den Wellenleiter 102 selektiv einzukoppeln. Gemäß einer Ausführungsform wird der Strahlungsschalter 150 durch die Auswertungseinheit 116 (in 4 nicht gezeigt) gesteuert.
  • Gemäß einer Ausführungsform erzeugt die an der ersten Stelle 148 in dem Wellenleiter gekoppelte, erste elektromagnetische Strahlung 224 die erste Antwortstrahlung 128 (in 4 nicht gezeigt) und die an der zweiten Stelle 149 in den Wellenleiter 102 eingekoppelte, zweite elektromagnetische Strahlung 324 erzeugt die zweite Antwortstrahlung 134 (in 4 nicht gezeigt). Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die erste elektromagnetische Strahlung 224 und die zweite elektromagnetische Strahlung 324 in der Form von infraroten Lichtimpulsen bereitgestellt.
  • Als nächstes wird die Auswertung der ersten Antwortstrahlung und der zweiten Antwortstrahlung oder des entsprechenden ersten Messsignals und des zweiten Messsignals beispielhaft für die Temperatur als die primäre Größe beschrieben.
  • 5 zeigt eine beispielhafte reale Temperatur TR über einer Position x entlang des Wellenleiters. Wie aus der 5 entnommen werden kann, ist die reale Temperatur TR über der Länge des Wellenleiters konstant, ausgenommen an einem Heißpunkt 131 an der Stelle (Position) X0.
  • Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen des hierin offenbarten Gegenstands mit Verweis auf die Verteilung der Temperatur TR gemäß der 5 und den daraus resultierenden Messsignalen beschrieben. Es sollte jedoch verstanden werden, dass die in 5 gezeigte Temperaturverteilung in keiner Weise beschränkend ist und dass irgendeine reale Temperaturverteilung, oder in einem weiteren Sinne, irgendeine Verteilung der primären Größe entlang des Wellenleiters und die entsprechenden Messsignale ausgewertet werden können, so wie das hierin offenbart ist.
  • 6 zeigt auf einer logarithmischen Skala die Intensität I der ersten Antwortstrahlung, der das erste Messsignal 118 entspricht, über einer Position x entlang des Wellenleiters, erhalten für die in 5 gezeigte reale Temperaturverteilung TR. Der Heißpunkt 131 in der Temperaturverteilung führt zu einem Höchstpunkt (einer Spitze) 133 in der gemessenen Intensität der ersten Antwortstrahlung (AS-Strahlung in dem gezeigten Beispiel). Während in 6 die Intensität der AS-Strahlung gezeigt ist, kann auch ein Verhältnis von S- und AS-Strahlung ebenfalls verwendet werden. In dem gezeigten Beispiel entspricht die beobachtete Größe (z. B. AS-Strahlung, das S/AS-Strahlungsverhältnis) entsprechend einer virtuellen Temperatur. Eine Stufe 136 in der Intensität I des ersten Messsignals 118 ist aufgrund des Verlusts (oder des Verlustverhältnisses in dem Fall, dass ein S/AS-Strahlungsintensitätsverhältnis verwendet wird) in der Kupplung 105 (siehe 1), mit dem die elektromagnetische Strahlung in den Wellenleiter 102, z. B. eine Faser, eingekoppelt worden ist. Die Abnahme der Intensität I über einem Abstand X, die zu einer Steigung (oder Neigung) des ersten Messsignals 118 in 6 führt, ist hauptsächlich aufgrund von Faserverlusten (oder allgemeiner gesprochen, Wellenleiterverlusten oder, im Falle, dass ein S/AS-Strahlungsintensitätsverhältnis verwendet wird, aufgrund eines Verlustunterschieds zwischen S- und AS-Strahlung).
  • Normalerweise gibt es mehrere Faktoren, die das Intensitätsniveau oder den Verlust der Intensität entlang des Wellenleiters bestimmen. Einige Faktoren, wie die Stärke des Lichtimpulses oder Verluste entlang des Wellenleiters, die ausreichend ähnlich für S- und AS-Strahlung sind, werden leicht herausgelöscht (oder eliminiert), indem das Verhältnis zwischen der S- und der AS-Spur berechnet und verwendet wird. Andere Faktoren, wie unterschiedliche Detektorempfindlichkeiten für die S- und AS-Strahlung oder verschiedene Verluste für S und AS auf dem Strahlungsweg oder irgendein anderer Effekt, der das Verhältnis zwischen dem S- und AS-Niveau (oder damit im Zusammenhang stehenden Größen) um einen einzelnen Faktor beeinflussen, können in Betracht gezogen werden, indem ein bekannter Temperaturwert entlang eines Referenzbereichs in die Temperaturberechnung eingeführt wird. Die Kalibrierung führt im Wesentlichen zu einer vertikalen Verschiebung der Spur entlang der Intensitätsachse in der logarithmischen Darstellung der Intensität über dem Abstand x. Der Referenzbereich kann am Anfang des Wellenleiters oder innerhalb in der Vorrichtung 100 sein, so wie der in 1 gezeigte Referenzbereich 122.
  • Andere Faktoren werden nicht auf diese Art und Weise behandelt. Ein Beispiel, wo ein S/AS-Strahlungsverhältnis betrachtet wird, ist der Verlust einer Kupplung, der S- und AS-Strahlung unterschiedlich abschwächt und der das Verhältnis der S- und der AS-Intensität hinter der Kupplung 105 verändert.
  • Die Stufe in der S/AS-Intensität bei der Kupplung 105 führt zu eine virtuellen Temperaturstufe, wenn dies nicht irgendwie kompensiert wird. Dies kann kompensiert werden, indem Information über den Unterschied des Verlustes (der von anderen Quellen abgeleitet ist) in das Messsystem eingeführt wird.
  • Ein anderes Beispiel ist die Abschwächung über dem Abstand des Wellenleiters, die das Raman-Signal über dem Abstand verringert. Aufgrund der Dispersion ist diese Abschwächung über dem Abstand allgemein verschieden zwischen dem S- und dem AS-Signal, so dass sich auch das Verhältnis der beiden Intensitäten (S/AS) über dem Abstand verändert. Dieser Effekt, wenn er ignoriert würde, würde beispielsweise zu einer virtuellen Steigung in der Temperaturspur auf einem Wellenleiter führen, selbst bei einer über ihrem Abstand konstanten realen Temperatur. Häufig kann das Abschwächungsverhältnis für den verwendeten Wellenleiter als konstant angesehen werden und die Steigung kann kompensiert werden, indem dieser Wellenleiterabschwächungsverhältniswert in die Berechnung der Temperatur (primäre Größe) eingeführt wird. In einigen Situationen kann das Abschwächungsverhältnis nicht bekannt sein, z. B. kann sich mit der Zeit durch die Einlagerung von Wasserstoff in der Faser in manchen Umgebungen verändern, was zu einer Verschlechterung der Genauigkeit in der Temperaturbestimmung führen würde.
  • Eine Möglichkeit, um den Einfluss auf die Abschwächung, die für das S- und das AS-Signal verschieden ist, zu überwinden, ist ein Zweirichtungsverfahren (dual direction method), wobei die Raman-Spuren in beiden Richtungen gemessen werden, in einer Vorwärtsrichtung (F) entlang des Wellenleiters (entsprechend der ersten Richtung 125 in 2) und in der entgegengesetzten Rückwärtsrichtung (B) (entsprechend der zweiten Richtung 132 in 3).
  • 7 zeigt, über der Zeit t, eine Intensitätskurve für eine Messung in der Vorwärtsrichtung (F) (was die Intensität der durch das erste Messsignal 118 dargestellten ersten Antwortstrahlung 128 ist) und eine Intensitätskurve für eine Messung in der Rückwärtsrichtung (B) (was die Intensität der durch das zweite Messsignal 120 repräsentierten zweiten Antwortstrahlung 134 ist) auf einer logarithmischen Skala, gemäß Ausführungsformen des hierin offenbarten Gegenstands.
  • Die Intensitätskurve in 7 zeigt die Stufen 136, die aufgrund des Verlusts in der Kupplung 105 entstehen, ebenso wie eine Stufe 138, die aufgrund des Verlusts in dem Spiegel 130 (siehe 3) entstehen.
  • 8 zeigt die Intensität I der 7 über der Position x entlang des Wellenleiters. Die Intensitätskurve der 7 kann erhalten werden, z. B. durch Spiegelung (oder Reflexion) der Kurve der 7 in Bezug auf eine Achse, die parallel zu der Intensitätsachse ist, und durch die Stufe 138 aufgrund des Spiegels 130.
  • Gemäß einer Ausführungsform entspricht die F-Spur (oder besteht aus) einem Satz von ersten Werten, die von dem ersten Messsignal 118 (siehe 2) abgeleitet sind, und eine B-Spur entspricht (oder besteht aus) einem Satz von zweiten Werten, die von dem zweiten Messsignal 120 (siehe 3) abgeleitet sind, wobei ein Paar von einem ersten Wert und einem zweiten Wert dem gleichen räumlichen Bereich des Wellenleiters entspricht. Ein solches Paar von einem ersten Wert 137 und einem zweiten Wert 139, das demselben räumlichen Bereich xi entspricht, ist in 8 beispielhaft bezeichnet. Gemäß einer Ausführungsform, bei der die F-Spur und die B-Spur aus einer Mehrzahl von einzelnen diskreten Werten besteht, die aus den Messsignalen 118, 120 abgetastet sind, hat jeder erste Wert der F-Spur damit zugehörig einen zweiten Wert der B-Spur, der zu demselben räumlichen Bereich gehört. Es sollte verstanden werden, dass gemäß Ausführungsformen des hierin offenbarten Gegenstandes Berechnungen auf den einzelnen Paaren von einem ersten Wert und einem zweiten Wert, die demselben räumlichen Bereich des Wellenleiters entsprechen, ausgeführt werden können. Folglich entspricht auch der Ergebniswert, der von der Berechnung herrührt, demselben räumlichen Abschnitt, und eine Mehrzahl von Ergebniswerten bilden eine entsprechende Ergebnisspur, z. B. eine Spur des relativen Verlusts, wie in 14 gezeigt.
  • Während in der Spiegelkonfiguration (siehe 2 in 3) die Intensität kontinuierlich mit der Zeit t abnimmt (7) und folglich die Intensität für die Messung in der Vorwärtsrichtung (F) höher ist als die Intensität für die Messung in der Rückwärtsrichtung (B) (siehe 8), beginnen in der Schleifenanordnung die Messung in der Vorwärtsrichtung und die Messung in der Rückwärtsrichtung auf einem ähnlichen Intensitätsniveau.
  • Dies ist in 9 gezeigt, die eine entsprechende Intensität I über der Position x eines Wellenleiters in einer Schleifenanordnung zeigt, d. h. die elektromagnetische Strahlung ist in den Wellenleiter von einer Seite für die F-Spur eingekoppelt und ist in den Wellenleiter von einer gegenüberliegenden Stelle für die B-Spur eingekoppelt. Außer der vertikalen Verschiebung der Intensitätskurve für die Messung in der Rückwärtsrichtung (B) entsprechen die 8 und die 9 einander. Jegliche vertikale Verschiebung der gesamten Raman-Spur, die z. B. von dem Niveau des Lichtimpulses abhängt, kann beseitigt oder ausgelöscht werden, indem der Referenzbereich mit seiner bekannten Referenztemperatur in Betracht gezogen wird.
  • Indem die Raman-Spuren, die in entgegengesetzten Richtungen gemessen werden, kombiniert werden, d. h. durch Kombinieren der Raman-Spur für die Messung in der Vorwärtsrichtung (F) und der Raman-Spur für die Messung in der Rückwärtsrichtung (B), können Effekte wie die Abschwächung des Raman-Signals in dem Wellenleiter, über dem Abstand eliminiert werden. Der Vorteil eines solchen Zwei-Richtungsverfahrens ist, dass es nicht erforderlich ist, dass die Abschwächung des Raman-Signals in dem Wellenleiter bekannt ist.
  • 10 zeigt die hinzugefügte (kombinierte) Intensität IC (intensity combined) der Raman-Spuren, die in der Vorwärtsrichtung und in der Rückwärtsrichtung gemessen wurden, die der gewünschten primären Größe, der Temperatur T, entsprechen. Wie dies in 10 gesehen werden kann, ist der Zwei-Richtungsansatz allgemein zum Reproduzieren der realen Temperatur, die in 5 gezeigt ist, aus den gemessenen Raman-Spuren geeignet.
  • Ein Nachteil des Zwei-Richtungsansatzes ist jedoch eine Vergrößerung des Rauschens für zunehmende Ausbreitungsweglänge der elektromagnetischen Strahlung und der Antwortstrahlung. Je größer der Abstand, um den die elektromagnetische Strahlung sich innerhalb des Wellenleiters ausbreitet (und die Antwortstrahlung in der Rückrichtung), desto niedriger wird das Signal, was zu einem schlechteren Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR, signal-to-noise ratio) führt.
  • 11 zeigt ein beispielhaftes Rauschniveau N der in 7 gezeigten Intensitätskurve. Das Rauschen beginnt bei einem (relativ niedrigen) ersten Niveau n1 in der Nähe der Strahlungsquelle und wächst mit dem Abstand, um den sich die elektromagnetische Strahlung ausbreitet, bis die Antwortstrahlung erzeugt wird, z. B. bis auf ein zweites Niveau n2.
  • 12 zeigt das Rauschniveau N der 11, neu gezeichnet als eine Funktion der Position x entlang des Wellenleiters. Wenn man die Raman-Spuren in dem Zwei-Richtungsansatz kombiniert, wird ein kombiniertes Rauschen erhalten.
  • 13 zeigt das kombinierte Rauschen NC (noise combined) nach dem Kombinieren (Addieren) der Raman-Spuren, die in der Vorwärtsrichtung (F) und in der Rückwärtsrichtung (B) gemessen werden, im logarithmischen Raum. Wenn beide Spuren kombiniert werden, werden Werte mit einem besseren SNR kombiniert mit Werten mit einem schlechteren SNR, was zu einer Degradation eines SNR führt, wie in 13 gezeigt, im Vergleich zu den Werten der Spur mit dem besseren SNR alleine genommen. Insbesondere führt das Kombinieren der Raman-Spuren zu einem Rauschniveau am Anfang des Wellenleiters (d. h. bei niedrigen x-Werten, in der Nähe der Strahlungsquelle), das weit oberhalb des ersten Niveaus n1 der entsprechenden, in der Vorwärtsrichtung gemessenen, Raman-Spur ist.
  • Um das Signal-zu-Rausch-Verhältnis zu verbessern, wird gemäß einer Ausführungsform die Information innerhalb der aufgezeichneten ersten und zweiten Messsignale (z. B. die aufgenommenen Raman-Spuren) verwendet, um die primäre Größe von Interesse mit Hilfe von einer zusätzlichen berechneten sekundären Größe zu berechnen, die auf derselben Information beruht, die jedoch über eine Zeitdauer gemittelt ist, die länger sein kann als die Zeitdauer der gewünschten zeitlichen Auflösung der primären Größe. Dies ist besonders geeignet, wenn sich die sekundäre Größe im Vergleich zu der gewünschten zeitlichen Auflösung der primären Größe nur langsam verändert. Die zusätzliche Berechnung der sekundären Größe erhöht die erforderliche Rechenleistung, liefert jedoch eine erhöhte Genauigkeit der primären Größe auf derselben Datengrundlage (d. h. ohne zu erfordern, dass zusätzliche Messungen ausgeführt werden).
  • Die sekundäre Größe kann beispielsweise die Abschwächung (d. h. der Verlust) der ersten Antwortstrahlung und/oder der zweiten Antwortstrahlung entlang des Wellenleiters (auch als Wellenleiterabschwächung bezeichnet) sein.
  • Beispielhaft wird nachfolgend auf die AS-Amplitude (Intensität) verwiesen.
  • 14 zeigt, als eine sekundäre Größe gemäß Ausführungsformen des hierin offenbarten Gegenstands, den relativen Verlust L im logarithmischen Raum über der Position x entlang des Wellenleiters. Gemäß einer Ausführungsform werden diese Verluste berechnet durch Subtrahieren der sich rückwärts ausbreitenden Spur von der sich vorwärts ausbreitenden Spur im logarithmischen Raum, dividiert durch zwei, was zu einer Spur des relativen Verlusts führt. Diese Spur des relativen Verlusts hängt nicht von der Temperatur des Wellenleiters ab, weil jegliche Änderung der AS-Amplitude aufgrund einer Temperaturänderung in beiden, sowohl der F-Spur als auch der B-Spur, passiert und sich folglich auslöscht, wenn die Differenz der F-Spur und der B-Spur im logarithmischen Raum berechnet wird. Weil logx – logy = log(x/y), kann anstatt des Berechnens der Differenz von der F-Spur und der B-Spur im logarithmischen Raum auch das Verhältnis der F-Spur und der B-Spur im linearen Raum berechnet werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Spur des relativen Verlusts die schrittweise Verluständerung 143, die von einer Kupplung herrührt, wie in 14 gezeigt.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird diese relative Verlustspur gemittelt mit mehreren früheren Messungen (z. B. frühere Spuren des relativen Verlusts) über eine Zeitdauer, über der die Wellenleiterabschwächung ausreichend konstant ist. Die gemittelte relative Verlustspur hat folglich ein besseres SNR als eine einzelne relative Verlustspur. Gemäß einer Ausführungsform ist die primäre Größe die Temperatur des Wellenleiters. Die obige relative Verlustspur kann verwendet werden, um die AS-Spur der Vorwärts- und der Rückwärts-Ausbreitung getrennt voneinander zu korrigieren, weil beide in derselben Weise durch den Verlust beeinflusst werden. Um diese Korrektur auszuführen, wird gemäß einer Ausführungsform im logarithmischen Raum die gemittelte relative Verlustspur zu der F-Spur addiert und wird von der B-Spur subtrahiert.
  • Auf diese Weise wird der Einfluss von Faserverlusten oder von Komponentenverlusten von jeder der AS-Spuren, F und B, entfernt, und beide Spuren tragen hauptsächlich die Temperaturinformation und werden folglich flach, wenn der Wellenleiter auf konstanter Temperatur ist.
  • Es sei angemerkt, dass ein Vorgang (z. B. Subtraktion, Berechnen eines Verhältnisses) auf zwei oder mehreren Spuren ausgeführt werden kann, z. B. durch Ausführen des Vorgangs auf entsprechenden Werten der Spuren.
  • Für die Berechnung der endgültigen (oder finalen) Temperatur, d. h. die Berechnung der primären Größe, können die F-Spur und die B-Spur auf jede geeignete Weise mit der gemittelten relativen Verlustspur kombiniert werden, z. B. allgemein als eine Funktion der F-Spur, der B-Spur und der gemittelten relativen Verlustspur. Gemäß einer Ausführungsform wird beispielsweise die endgültige Temperatur abgeleitet, indem lediglich die F-Spur herangezogen wird, korrigiert um den gemittelten relativen Verlust. Gemäß einer weiteren Ausführungsform können sowohl die F-Spur als auch die B-Spur mit verschiedenen Gewichten (Gewichtsfaktoren) an verschiedenen Steilen addiert werden, um auf diese Weise den statistisch besten SNR zu erreichen. Hier bezieht sich „Korrektur” auf das Entfernen von ungewünschten Anteilen (z. B. Verlusteffekten) der entsprechenden Spuren. Das Gewicht f der F-Spur und das Gewicht b der B-Spur kann an jeder Position innerhalb des Wellenleiters, als eine Funktion von zumindest einem von dem Rauschniveau, dem Signal-zu-Rausch-Verhältnis, der Signalstärke des ersten Messsignals (von dem die F-Spur abgeleitet ist) und der Signalstärke des zweiten Messsignals (von dem die B-Spur abgeleitet ist) gewählt werden. Beispiele für die Gewichte f und b sind die folgenden:
    • – f = 1 und b = 0, wo die F-Spur den bevorzugten Wert (z. B. niedriges Rauschen oder stärkeres Signal) im Vergleich zu der B-Spur aufweist und umgekehrt, und
    • – f = Fn/(Fn + Bn) und b = Bn/(Fn + Bn), wobei n irgendeine geeignete positive oder negative Zahl ist.
  • Das gewichtete Addieren der F-Spur und der B-Spur kann insbesondere für eine Schleifenanordnung geeignet sein, wobei das Rauschen am Anfang der B-Spur relativ niedrig ist. Für die Spiegelanordnung (siehe 3) stellt die F-Spur ein niedrigeres Rauschen über der gesamten Länge des Wellenleiters bereit (siehe 11, 12) und es kann folglich in einem solchen Fall vorteilhaft sein, ausschließlich oder hauptsächlich die F-Spur zum Ableiten der primären Größe zu verwenden.
  • Während in der Besprechung der vorgenannten Ausführungsformen auf die „Spuren” und die Intensitäten der ersten Antwortstrahlung (z. B. die F-Spur) und der zweiten Antwortstrahlung (z. B. der B-Spur) verwiesen wird, so sollte verstanden werden, dass die entsprechenden Berechnungen und Kombinationen von der Auswertungseinheit 116 in jeder geeigneten Weise ausgeführt werden können, z. B. in der analogen Domäne. Gemäß einer anderen Ausführungsform, die nachfolgend kurz dargelegt ist, kann die Auswertung der ersten Antwortstrahlung und der zweiten Antwortstrahlung auf der Grundlage von diskreten Werten, die von dem ersten Messsignal und dem zweiten Messsignal abgeleitet sind, ausgeführt werden. Beispielsweise ist in einer Ausführungsform die Auswertungseinheit dazu ausgebildet, das erste Messsignal abzutasten, um eine Mehrzahl von ersten Werten zu erzeugen, von denen jeder einem räumlichen Abschnitt des Wellenleiters zugeordnet ist (d. h. einer „Position” entlang des Wellenleiters). Des Weiteren ist die Auswertungseinheit dazu ausgebildet, das zweite Messsignal abzutasten, um die Mehrzahl der zweiten Werte zu erzeugen, von denen jeder einem räumlichen Bereich des Wellenleiters entspricht. Gemäß einer Ausführungsform ist die Ausdehnung des räumlichen Bereichs des Wellenleiters etwa ein Meter. Dies bedeutet, dass jeder von den ersten Werten und den zweiten Werten auf einer Strahlungsantwort beruht, die von deren räumlichen Abschnitten herrührt. Folglich ist die entsprechende Antwortstrahlung über dem räumlichen Abschnitt (z. B. über etwa 1 m) räumlich gemittelt, wenn der erste Wert und der zweite Wert erzeugt werden. Eine typische Abtastrate zum Erzeugen eines ersten und eines zweiten Werts ist etwa 80 MHz.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird eine vorbestimmte Anzahl von ersten Messsignalen (z. B. zehn erste Messsignale) gemittelt, um die Mehrzahl der ersten Werte zu erzeugen, und wird eine vorbestimmte Anzahl von zweiten Messsignalen (z. B. zehn zweie Messsignale) gemittelt, um die Mehrzahl der zweiten Werte zu erzeugen. Anstatt über eine vorbestimmte Anzahl von Messsignalen zu mitteln, wird die Mittelung des Messsignals über eine vorbestimmte Zeitdauer (z. B. zehn Sekunden) ausgeführt. Dieses anfängliche Mitteln verringert das Rauschen, das den erzeugten ersten und zweiten Werten zugeordnet ist. Es sollte jedoch verstanden werden, dass die anfängliche Mittelung an verschiedenen Stufen der Verarbeitung des ersten und des zweiten Messsignals ausgeführt werden kann, z. B. nach der Erzeugung der ersten und der zweiten Werte. Aufgrund der anfänglichen Mittelung ist jede von den ersten und den zweiten Werten abgeleitete Größe (primäre Größe oder sekundäre Größe) bestimmten zeitlichen Mittelungen unterworfen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die zweite Größe über eine längere Zeit als die erste Größe gemittelt. Gemäß einer Ausführungsform wird dies erzielt, indem die sekundäre Größe, zusätzlich zu der anfänglichen Mittelung, über der Zeit weiterhin gemittelt wird. Die weitere Mittelung der sekundären Größe über der Zeit kann ausgeführt werden, z. B. durch Berechnen eines anfänglichen Werts der sekundären Größe aus einem ersten Wert und einem zweiten Wert, die beide bei einem zweiten Zeitpunkt genommen worden sind, und Mitteln der vorläufigen Werte der sekundären Größe mit einem anderen vorläufigen Wert der sekundären Größe, der von einem anderen ersten Wert und einem anderen zweiten Wert berechnet worden ist, die beide zu dem ersten Zeitpunkt genommen worden sind, der vor dem ersten Zeitpunkt liegt. Um ein beispielhaftes Mittelungsschema gemäß Ausführungsformen des hierin offenbarten Gegenstandes weiter darzustellen, werden im Folgenden die ersten dreißig Sekunden der Entwicklung (oder Evolution) einer Temperaturverteilung entlang des Wellenleiters beschrieben, wobei das anfängliche Mitteln über zehn Sekunden ausgeführt wird:
    • 1. Nach zehn Sekunden: eine erste AS-Spur (einschließlich einer ersten F-Spur und einer ersten B-Spur) wird (nach dem Mitteln der Messsignale über die zehn Sekunden) bereitgestellt, eine erste Spur des relativen Verlusts wird aus der ersten F-Spur und der ersten B-Spur berechnet und eine erste Temperaturverteilung wird, z. B. aus der ersten F-Spur und der ersten Spur des relativen Verlusts, berechnet. Es wird angemerkt, dass in dem beschriebenen bestimmten Beispiel die erste Spur des relativen Verlusts sowohl einer ersten vorläufigen Spur eines relativen Verlusts und einer ersten endgültigen Spur eines relativen Verlusts entspricht, weil keine weiteren Spuren des relativen Verlusts für die Mittelung verfügbar sind.
    • 2. Nach zwanzig Sekunden: eine zweite AS-Spur (einschließlich einer zweiten F-Spur und einer zweiten B-Spur) wird (nach dem Mitteln der Messsignale über die letzten zehn Sekunden) bereitgestellt, eine zweite vorläufige Spur des relativen Verlusts wird aus der zweiten F-Spur und der zweiten B-Spur berechnet, die Spur der zweiten vorläufigen relativen Verluste wird mit der ersten Spur der relativen Verluste gemittelt, um eine zweite endgültige relative Verlust-Spur und eine zweite Temperatur zu erhalten, und eine zweite Temperaturverteilung wird, z. B. aus der zweiten F-Spur und der zweiten Spur des endgültigen relativen Verlusts, berechnet.
    • 3. Nach dreißig Sekunden: eine dritte AS-Spur (einschließlich einer dritten F-Spur und einer dritten B-Spur) wird (nach dem Mitteln des Messsignals über die letzten zehn Sekunden) bereitgestellt, eine dritte Spur eines vorläufigen relativen Verlusts wird aus der dritten F-Spur und der dritten B-Spur berechnet, die dritte Spur des vorläufigen relativen Verlusts wird mit der zweiten Spur des endgültigen relativen Verlusts gemittelt, um eine dritte Spur eines endgültigen relativen Verlusts zu erhalten, und eine dritte Temperaturverteilung wird, z. B. aus der dritten F-Spur und der dritten Spur des endgültigen relativen Verlusts, berechnet. Die Verwendung der vorhergehenden (hier der zweiten) endgültigen (und nicht der vorläufigen) Spur des vorläufigen Verlusts entspricht einer exponentiellen Mittelung. Gemäß einer Ausführungsform ist das Gewicht der vorhergehenden (hier der zweiten) Spur des endgültigen relativen Verlusts 0,9 und das Gewicht der tatsächlichen (jeder dritten) Spur des vorläufigen relativen Verlusts ist 0,1.
    • 4. Das unter Punkt 3 beschriebene Verfahren (nach dreißig Sekunden) wird dann alle 10 Sekunden wiederholt, indem die vorausgehende Spur des endgültigen relativen Verlusts und die derzeitige Spur des vorläufigen relativen Verlusts zum Mitteln verwendet werden, was zu einer derzeitigen (oder aktuellen) Spur des endgültigen relativen Verlusts führt. Des Weiteren werden die derzeitige F-Spur und die derzeitige Spur des endgültigen relativen Verlusts verwendet, um die aktualisierte Temperaturverteilung zu berechnen.
  • Anstatt, dass eine derzeitige Spur eines vorläufigen relativen Verlusts (z. B. im Beispiel Nr. 3 oben, die dritte Spur des vorläufigen relativen Verlusts) mit der vorhergehenden Spur des endgültigen relativen Verlusts (z. B. im Beispiel Nr. 3 oben, der zweiten Spur des endgültigen relativen Verlusts) wird gemäß einer Ausführungsform die derzeitige Spur eines vorläufigen relativen Verlusts mit einer oder mehreren früheren Spuren des vorläufigen relativen Verlusts (z. B. mit der zweiten Spur des vorläufigen relativen Verlusts) gemittelt.
  • Das Mitteln, so wie das oben und hierin beschrieben wird, kann die arithmetische Mittelung oder die geometrische Mittelung sein und kann umfassen, dass der Mittelwert auf der Basis von gewichteten Werten (oder gewichteten Spuren) berechnet wird. Beispielsweise wird dann der (gewichtete) arithmetische Mittelwert (d. h. der derzeitige endgültige Wert (actual final value)) gemäß der folgenden Formel berechnet:
    Figure DE102015102309B4_0002
    wobei die Summation über alle früheren vorläufigen Werte (gekennzeichnet durch den Index i) ausgeführt wird, die zum Berechnen des endgültigen finalen Werts, beginnend von dem vorhergehenden vorläufigen Wert, in Betracht gezogen werden und wobei w0 das Gewicht des derzeitigen vorläufigen Werts (actual preliminary value) und wi das Gewicht für den entsprechenden früheren vorläufigen Wert (earlier preliminary value) bezeichnet. Die Summe der Gewichte ist eins (w0 + Σi(wi) = 1). Gemäß einer Ausführungsform ist die Anzahl der früheren vorläufigen Werte, die berücksichtigt werden, eine vorbestimmte Anzahl, z. B. zwei, drei, vier, usw.. Gemäß einer anderen Ausführungsform werden alle früheren vorläufigen Werte in Betracht gezogen. Es sollte jedoch verstanden werden, dass irgendein Mittelungsschema verwendet werden kann, um den derzeitigen endgültigen (d. h. gemittelten) Wert der sekundären Größe, z. B. der relative Verlust, zu erzeugen.
  • Anstatt auf die gesamte Spur zu verweisen, könnte die obige Sequenz auch mit Verweis auf ein Paar von einem ersten und einem zweiten Wert, das von einer AS-Spur (oder allgemeiner von dem ersten und dem zweiten Messsignal, respektive) erzeugt worden ist, angegeben werden. In diesem Sinne und beispielhaft für die ersten zehn Sekunden gemäß Punkt 1 oben, kann die Abfolge jeweils neu in Worte gefasst werden, wobei der Ausdruck „erste AS-Spur” ersetzt wird durch „Paar von einem ersten und einem zweiten Wert”, der Ausdruck „erste Spur eines relativen Verlusts” ersetzt wird durch „erster Wert eines relativen Verlusts” und der Ausdruck „erste Temperaturverteilung” ersetzt wird durch „erster Temperaturwert”. Die Ausdrücke in den Punkten 2 bis 4 von oben können entsprechend ersetzt werden, um zu einer entsprechenden Beschreibung zu gelangen, die auf Werte verweist, anstatt auf Spuren zu verweisen. Bei den vorgenannten Ersetzungen ist der erste Wert Teil der ersten F-Spur und der zweite Wert ist Teil der ersten B-Spur, wobei beide, der erste Wert und der zweite Wert des Paares, einem bestimmten räumlichen Bereich des Wellenleiters entsprechen, der erste Wert des relativen Verlusts ist Teil der ersten Spur des relativen Verlusts und entspricht dem bestimmten räumlichen Bereich, und der erste Temperaturwert ist Teil der ersten Temperaturverteilung und entspricht der Temperatur in diesem bestimmten räumlichen Bereich. Es sollte verstanden werden, dass, wenn Werte anstelle der Spuren betrachtet werden, die Abfolge für jedes Paar der Werte der Spuren wiederholt werden muss.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird in den folgenden Beispielen die primäre Größe nicht einer weiteren Mittelung über der Zeit unterworfen, sondern nur der anfänglichen Mittelung (über eine erste Zeitdauer) in dem Ablauf des Erzeugens der F-Spur und der B-Spur. Die sekundäre Größe wird einer weiteren, falls möglich exponentiellen, Mittelung unterworfen, d. h. wenn eine vorausgehende Spur eines endgültigen relativen Verlusts verfügbar ist. Die exponentielle Mittelung führt zu einer Mittelung der gesamten sekundären Größe über eine zweite Zeitdauer (die nicht festgesetzt ist, sondern stattdessen der Messzeit entspricht).
  • Wenn die Mittelung der primären Größe über eine erste Zeitdauer und die Mittelung der sekundären Größe über eine zweite Zeitdauer, die länger als die erste Zeitdauer ist, ausgeführt werden, kann die Signalqualität der resultierenden primären Größe verbessert werden, wie dies in der Abfolge von 15, 16 und 17 gezeigt ist, wobei die Temperatur T (primäre Größe), die von den Messsignalen gemäß Ausführungsformen des hierin offenbarten Gegenstands abgeleitet ist, über der Position x in dem Wellenleiter gezeigt ist. Die Messsignale, auf denen die 15 bis 17 begründet sind, sind mit einer Spiegelanordnung genommen worden, so wie sie oben insbesondere im Hinblick auf 3 erläutert worden ist. Es wird angemerkt, dass die reale Temperaturverteilung entlang des Wellenleiters zwei Doppelstufen und eine nahezu konstante Temperatur dazwischen umfasst. Diese Merkmale der realen Temperaturverteilung sind in den gemessenen Temperaturspuren und den bei 140, 142 angedeuteten doppelten Stufen gut wiedergegeben.
  • 15 zeigt, gemäß Ausführungsformen des hierin offenbarten Gegenstands, die Temperatur T, die von einem einzelnen Satz von einem ersten und einem zweiten Wert (einschließlich eines anfänglichen Mittelns über 10 Sekunden) abgeleitet worden ist, ohne dass die sekundäre Größe weiter gemittelt worden ist. Weil sowohl für die Temperatur (primäre Größe) als auch für den relativen Verlust (sekundäre Größe) keine weitere Mittelung ausgeführt worden ist, werden diese Größen über die gesamte Zeitdauer gemittelt.
  • 16 zeigt die Temperatur, die durch eine weitere (zusätzliche) Mittelung der sekundären Größe gemäß Ausführungsformen des hierin offenbarten Gegenstands abgeleitet worden ist. Insbesondere ist die Temperatur T in 16 von vier Sätzen von ersten und zweiten Werten abgeleitet, wobei eine weitere Mittelung über die vier Sätze des ersten und des zweiten Wertes nur für den relativen Verlust ausgeführt worden ist. Mit anderen Worten, die Temperatur ist nicht weiter gemittelt und hat folglich dieselbe zeitliche Auflösung wie die Temperatur der 15. Jedoch, so wie das in 16 gesehen werden kann, aufgrund der weiteren Mittelung des relativen Verlusts (sekundäre Größe) ist das Rauschen der abgeleiteten Temperatur in einem großen Ausmaß verringert, insbesondere für niedrige x-Werte, d. h. Positionen in der Nähe der Strahlungsquelle. So wie das im Hinblick auf 11 bis 13 dargelegt wurde, nimmt das Rauschen für niedrige x-Werte aufgrund des langen Ausbreitungswegs für die B-Spur in der Spiegelanordnung und der daraus resultierenden niedrigen Intensität der Antwortstrahlung der B-Spur zu.
  • 17 zeigt die Temperatur T, die mit noch weiteren (d. h. längeren zusätzlichen) Mittelungen der sekundären Größe gemäß Ausführungsformen des hierin offenbarten Gegenstandes abgeleitet wurde. Insbesondere wurde die Temperatur T in 17 aus 32 Sätzen von ersten und zweiten Werten mit entsprechenden Mittelungen über den relativen Verlust über 32 Sätze des ersten und des zweiten Wertes abgeleitet. Demgemäß ist der relative Verlust über eine zweite Zeitdauer gemittelt, die 32mal die erste Zeitdauer ist, über die die Temperatur gemittelt wird. Zusammenfassend ist die erste Zeitdauer (die die zeitliche Auflösung der Temperatur bestimmt) für 15, 16 und 17 dieselbe, während die zweite Zeitdauer, über die der relative Verlust gemittelt wird, von einmal die erste Zeitdauer für 15 über viermal die erste Zeitdauer für 16 und schließlich 32-mal die erste Zeitdauer für 17 zunimmt. So wie das aus dem Rauschen in den in 15, 16 und 17 gezeigten Temperaturspuren leicht zu sehen ist, ist die Signalqualität aufgrund der weiteren Mittelung, gemäß Ausführungsformen des hierin offenbarten Gegenstandes, verbessert.
  • Es sollte verstanden werden, dass obwohl sich einige Ausführungsformen auf bestimmte Beispiele für einige Merkmale in den Ansprüchen beziehen, z. B. auf die Temperatur als eine primäre Größe oder auf die AS-Strahlung als die erste und die zweite Antwortstrahlung, usw., so sollte verstanden werden, dass jeder von diesen Verweisen auf ein bestimmtes Beispiel (z. B. Temperatur, AS-Strahlung) implizit als Offenbarung einer entsprechenden Bezugnahme auf den allgemeinen Ausdruck (primäre Größe, Antwortstrahlung) betrachtet wird. Es sollte beachtet werden, dass wo ein Verweis auf AS-Strahlung oder dessen Intensität gemacht worden ist, gemäß anderen Ausführungsformen das S/AS-Strahlungsverhältnis oder dessen Intensität verwendet werden kann. Des Weiteren, während hierin sich beschriebene beispielhafte Ausführungsformen auf die Zeitdomäne beziehen (z. B. in der optischen zeitaufgelösten Reflexionsmessung, OTDR), so sollte verstanden werden, dass der hierin offenbarte Gegenstand ebenso auf die Auswertung der Messsignale in der Frequenzdomäne (z. B. optische Frequenz-Domänen-Reflexionsmessung, OTDR) anwendbar ist, dessen Konzepte z. B. in EP 0 692 705 A1 beschrieben sind.
  • Allgemein ist gemäß Ausführungsformen der Erfindung jede geeignete, hierin offenbarte Entität (z. B. Komponente, Einheit und Einrichtung) zumindest in Teilen in der Form eines entsprechenden Computerprogramms (d. h. Software) bereitgestellt, was es einer Datenverarbeitungseinrichtung (z. B. einen Computer) ermöglicht, die Funktionalität der entsprechenden hierin offenbarten Entität bereitzustellen. Gemäß anderen Ausführungsformen kann jede hierin offenbarte geeignete Entität als Hardware bereitgestellt werden. Gemäß anderen – hybriden – Ausführungsformen können manche Entitäten in Software ausgeführt werden, während andere Entitäten als Hardware bereitgestellt sind.
  • Es sollte angemerkt werden, dass keine der hierin offenbarten verteilten optischen Messvorrichtungen oder irgendeine andere der hierin offenbarten Entitäten (z. B. Komponente, Einheit und Einrichtung) auf eine bestimmte Entität beschränkt sind, so wie dies in manchen Ausführungsformen beschrieben ist. Stattdessen kann der hierin offenbarte Gegenstand auf verschiedene Arten und mit vielfältiger Granularität auf dem Niveau der Einrichtung oder auf dem Niveau eines Software-Moduls implementiert werden, während immer noch die angegebene Funktionalität bereitgestellt wird. Des Weiteren sollte angemerkt werden, dass gemäß mancher Ausführungsformen eine gesonderte Entität (z. B. ein Software-Modul, ein Hardware-Modul oder ein hybrides Modul) für eine jeweilige der hierin offenbarten Funktionen bereitgestellt werden kann. Gemäß anderen Ausführungsformen ist eine Entität (z. B. ein Software-Modul, ein Hardware-Modul oder ein hybrides Modul (kombiniertes Software/Hardware-Modul)) dazu ausgelegt, zwei oder mehrere der hierin offenbarten Funktionen bereitzustellen. Gemäß noch anderer Ausführungsformen sind zwei oder mehrere Entitäten (jede von denen z. B. eine Komponente, Einheit, Teileinheit oder Einrichtung sein kann) dazu ausgebildet, zusammen eine hierin offenbarte Funktion bereitzustellen.
  • Es sollte angemerkt werden, dass der Ausdruck „umfasst” andere Elemente oder Schritte nicht ausschließt, und dass der Ausdruck „ein” oder „eine” eine Mehrzahl nicht ausschließt. Auch können Elemente, die im Zusammenhang mit verschiedenen Ausführungsformen beschrieben worden sind, kombiniert werden. Es sollte auch angemerkt werden, dass die Bezugszeichen in den Ansprüchen nicht so ausgelegt werden sollten, als das sie den Schutzumfang der Ansprüche beschränken.
  • Ferner sollte angemerkt werden, dass während die Beispiele in den Figuren eine bestimmte Kombination von manchen Ausführungsformen des hierin offenbarten Gegenstands umfassen, jegliche andere Kombination von Ausführungsformen ebenfalls möglich ist und als mit dieser Anmeldung offenbart betrachtet wird.
  • Um einige der oben beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu rekapitulieren, kann folgendes gesagt werden:
    Gemäß einer Ausführungsform wird eine verteilte optische Messvorrichtung zum Bestimmen einer primären Größe entlang eines Wellenleiters bereitgestellt, wobei die verteilte optische Messvorrichtung folgendes aufweist: eine Quelle von elektromagnetischer Strahlung, die dazu ausgebildet ist, elektromagnetische Strahlung in den Wellenleiter zu koppeln, um dadurch in dem Wellenleiter (z. B. durch Wechselwirkung mit dem Wellenleiter) eine erste Antwortstrahlung und eine davon verschiedene zweite Antwortstrahlung zu erzeugen; eine Detektoreinrichtung, die dazu ausgebildet ist, ein erstes Messsignal, das für die erste Antwortstrahlung indikativ ist, und ein zweites Messsignal, das für die zweite Antwortstrahlung indikativ ist, bereitzustellen; eine Auswertungseinheit, die dazu ausgebildet ist, eine sekundäre Größe (z. B.
  • einen Verlust) auf der Grundlage von dem ersten Messsignal und dem zweiten Messsignal abzuleiten, wobei die Auswertungseinheit ferner dazu ausgebildet ist, die primäre Größe auf der Grundlage von der sekundären Größe und zumindest einem von dem ersten Messsignal und dem zweiten Messsignal abzuleiten.
  • Bezugszeichenliste
    • 100, 200
    verteilte optische Messvorrichtung
    102
    Wellenleiter
    103
    Strahlungspfad
    104, 204
    Quelle elektromagnetischer Strahlung
    105, 205, 305
    Wellenleiterkupplung
    106
    Splittereinrichtung
    108
    Wellenlängenfilter
    110
    Wellenlängenfilter
    112
    Detektoreinrichtung (AntiStokes, AS)
    114
    Detektoreinrichtung (Stokes, S)
    116
    Auswertungseinheit
    117
    Verarbeitungssystem (z. B. Prozessoreinrichtung oder ein Computer)
    118
    erstes Messsignal
    120
    zweites Messsignal
    122
    Referenzbereich
    124, 224, 324
    elektromagnetische Strahlung
    125
    erste Richtung
    126
    Streuort
    128
    erste Antwortstrahlung
    130
    Spiegel
    131
    Heißpunkt (Position von erhöhter Temperatur)
    132
    zweite Richtung
    133
    Intensitätshöchstpunkt aufgrund von 131
    134
    zweite Antwortstrahlung
    136
    Intensitätsstufe aufgrund eines Verlusts in einer Wellenleiterkupplung
    137
    erster Wert
    138
    Intensitätsstufe aufgrund eines Verlusts in einem Spiegel
    139
    zweiter Wert
    140
    doppelte Temperaturstufe
    142
    doppelte Temperaturstufe
    148
    erste Stelle des Wellenleiters
    149
    zweite Stelle des Wellenleiters
    150
    optischer Schalter

Claims (18)

  1. Eine verteilte optische Messvorrichtung (100) zum Bestimmen einer primären Größe (T) entlang eines Wellenleiters (102), wobei die verteilte optische Messeinrichtung (100) folgendes aufweist: eine Quelle (104) von elektromagnetischer Strahlung, die dazu ausgelegt ist, elektromagnetische Strahlung (124) in den Wellenleiter (102) zu koppeln, um dadurch in dem Wellenleiter (102) eine erste Antwortstrahlung (128) und eine zweite Antwortstrahlung (134) zu erzeugen, wobei die zweite Antwortstrahlung (134) verschieden von ersten Antwortstrahlung (128) ist, eine Detektoreinrichtung (112, 114), die dazu ausgelegt ist, ein erstes Messsignal (118) bereitzustellen, das für die erste Antwortstrahlung (128) indikativ ist, wobei die Detektoreinrichtung (112, 114) ferner dazu ausgelegt ist, ein zweites Messsignal (120) bereitzustellen, das für die zweite Antwortstrahlung (134) indikativ ist, eine Auswertungseinheit (116), die dazu ausgelegt ist, eine sekundäre Größe (L) auf der Grundlage von dem ersten Messsignal (118) und dem zweiten Messsignal (120) abzuleiten, wobei die Auswertungseinheit (116) ferner dazu ausgelegt ist, die primäre Größe (T) auf der Grundlage von der sekundären Größe (L) und zumindest einem von dem ersten Messsignal (118) und dem zweiten Messsignal (120) abzuleiten, wobei die Auswertungseinheit (116) ferner dazu ausgelegt ist, das erste Messsignal (118) abzutasten, um eine Mehrzahl von ersten Werten (137) auf der Grundlage von dem ersten Messsignal (118) zu erzeugen, wobei die Auswertungseinheit (116) ferner dazu ausgelegt ist, das zweite Messsignal (120) abzutasten, um eine Mehrzahl von zweiten Werten (139) auf der Grundlage von dem zweiten Messsignal (120) zu erzeugen, wobei jeder von den ersten Werten (137) und den zweiten Werten (139) einem räumlichen Bereich (xi) des Wellenleiters (102) entspricht, wobei die Auswertungseinheit (116) ferner dazu ausgelegt ist, einen Wert der primären Größe (T) auf der Grundlage von einem Wert der sekundären Größe (L) und zumindest einem von einem ersten Wert (137) aus der Mehrzahl der ersten Werte und einem zweiten Wert (139) aus der Mehrzahl der zweiten Werte abzuleiten, wobei der Wert der sekundären Größe (L), der zumindest eine von dem ersten Wert (137) und dem zweiten Wert (139) und der Wert der davon abgeleiteten primären Größe (T) demselben räumlichen Bereich (xi) des Wellenleiters (102) entsprechen, und wobei die Auswertungseinheit (116) ferner dazu ausgelegt ist, die sekundäre Größe (L) verschieden von der primären Größe (T) zu optimieren.
  2. Die verteilte optische Messvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Auswertungseinheit (116) dazu ausgelegt ist, einen Wert der sekundären Größe (L) auf der Grundlage von einem ersten Wert (137) aus der Mehrzahl der ersten Werte und auf der Grundlage von einem zweiten Wert (139) aus der Mehrzahl der zweiten Werte abzuleiten, wobei der erste Wert (137), der zweite Wert (139) und die davon abgeleitete sekundäre Größe (L) demselben räumlichen Bereich (xi) des Wellenleiters (102) entsprechen.
  3. Die verteilte optische Messvorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei das Ableiten eines Wertes der sekundären Größe (L) für einen räumlichen Bereich (xi) des Wellenleiters folgendes umfasst: (i) Berechnen eines Verhältnisses zwischen dem ersten Wert (137) und dem zweiten Wert (139), das dem räumlichen Bereich (xi) entspricht, und/oder (ii) Berechnen der Differenz zwischen dem ersten Wert (137) und dem zweiten Wert (139), die dem räumlichen Bereich (xi) entspricht.
  4. Die verteilte optische Messvorrichtung gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die Auswertungseinheit (116) dazu ausgebildet ist, den Wert der primären Größe (T) über eine erste Zeitdauer zeitlich gemittelt abzuleiten und den Wert der sekundären Größe (L) über eine zweite Zeitdauer zeitlich gemittelt abzuleiten, wobei die erste Zeitdauer verschieden von der zweiten Zeitdauer ist.
  5. Die verteilte optische Messvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswertungseinheit (116) ferner dazu ausgebildet ist, den Wert der sekundären Größe (L) für einen bestimmten räumlichen Bereich (xi) abzuleiten, indem ein vorläufiger Wert der sekundären Größe (L) auf der Grundlage von dem ersten Wert (137) und dem zweiten Wert (139), die dem bestimmten räumlichen Bereich (xi) entsprechen, abgeleitet wird und wobei die Auswertungseinheit (116) ferner dazu ausgebildet ist, den vorläufigen Wert der sekundären Größe (L) mit zumindest einem früher abgeleiteten vorläufigen Wert der sekundären Größe (L), der demselben räumlichen Bereich (xi) entspricht, zu mitteln.
  6. Die verteilte optische Messvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Ableiten des Werts der primären Größe (T) für einen räumlichen Bereich (xi) des Wellenleiters folgendes umfasst: Korrigieren von mindestens einem von dem ersten Wert (137) und dem zweiten Wert (139) entsprechend dem räumlichen Bereich (xi) auf der Grundlage von der sekundären Größe (L), die dem räumlichen Bereich (xi) entspricht, wodurch ein erster korrigierter Wert und/oder ein zweiter korrigierter Wert, die dem räumlichen Bereich (xi) entsprechen, erlangt wird.
  7. Die verteilte optische Messvorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei das Ableiten der primären Größe (T) für einen räumlichen Bereich (xi) des Wellenleiters (102) folgendes umfasst: Berechnen der primären Größe (T) als eine Funktion von zumindest einem von dem ersten korrigierten Wert, der dem räumlichen Bereich (xi) entspricht, und dem zweiten korrigierten Wert, der dem räumlichen Bereich (xi) entspricht.
  8. Die verteilte optische Messvorrichtung gemäß dem vorausgehenden Anspruch, wobei die Auswertungseinheit (116) dazu ausgebildet ist, die Gewichtung des ersten korrigierten Wertes als eine Funktion von einer Signalqualität zu bestimmen, die dem entsprechenden ersten Wert (137), von dem der erste korrigierte Wert abgeleitet ist, zugeordnet ist, und/oder die Gewichtung des zweiten korrigierten Wertes als eine Funktion von einer Signalqualität zu bestimmen, die dem entsprechenden zweiten Wert (139), von dem der zweite korrigierte Wert abgeleitet ist, zugeordnet ist.
  9. Die verteilte optische Messvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Antwortstrahlung (128) von elektromagnetischer Strahlung (124) herrührt, die sich in einer ersten Richtung (125) entlang des Wellenleiters (102) ausbreitet, und wobei die zweite Antwortstrahlung (134) von elektromagnetischer Strahlung (124) herrührt, die sich in einer zweiten Richtung (132), die zu der ersten Richtung (125) entgegengesetzt ist, ausbreitet.
  10. Die verteilte optische Messvorrichtung gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die elektromagnetische Strahlung eine erste elektromagnetische Strahlung (224) und eine zweite elektromagnetische Strahlung (324) umfasst, wobei die Quelle (204) von elektromagnetischer Strahlung dazu ausgebildet ist, die erste elektromagnetische Strahlung (224) an einer ersten Stelle (148) des Wellenleiters (102) in den Wellenleiter (102) zu koppeln, um dadurch die erste Antwortstrahlung (128) zu erzeugen, wobei die Quelle (204) von elektromagnetischer Strahlung dazu ausgebildet ist, die zweite elektromagnetische Strahlung (324) an einer zweiten Stelle (149) des Wellenleiters (102) in den Wellenleiter (102) zu koppeln, um dadurch die zweite Antwortstrahlung (134) zu erzeugen.
  11. Die verteilte optische Messvorrichtung gemäß Anspruch 10, wobei die Wellenlänge der ersten elektromagnetischen Strahlung (224) und die Wellenlänge der zweiten elektromagnetischen Strahlung (324) verschieden sind.
  12. Die verteilte optische Messvorrichtung gemäß Anspruch 10 oder 11, wobei die Quelle (204) von elektromagnetischer Strahlung für zumindest eines der folgenden ausgebildet ist: Koppeln der ersten elektromagnetischen Strahlung (224) und der zweiten elektromagnetischen Strahlung (324) mit einem zeitlichen Versatz in den Wellenleiter (102), wobei die zweite Stelle (149) von der ersten Stelle (148) beabstandet ist.
  13. Die verteilte optische Messvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Wellenleiter (102) eine erste Stelle und eine davon beabstandete zweite Stelle aufweist, wobei die Strahlungsquelle (104) dazu ausgelegt ist, die elektromagnetische Strahlung (124) an der ersten Stelle in den Wellenleiter (102) zu koppeln, wobei der Wellenleiter (102) an der zweiten Stelle einen Spiegel (130) aufweist, und wobei die elektromagnetische Strahlung (124) die erste Antwortstrahlung (128) erzeugt, bevor diese von dem Spiegel (139) reflektiert wird, und die zweite Antwortstrahlung (134) erzeugt, nachdem diese von dem Spiegel (130) reflektiert wird, wobei sich die zweite Antwortstrahlung (134) über den Spiegel (130) zu der Detektoreinrichtung (112, 114) ausbreitet.
  14. Die verteilte optische Messvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die sekundäre Größe (L) eine Größe ist, die in Bezug ist zu, oder abgeleitet ist von, einem Verlust von zumindest einem von der elektromagnetischen Strahlung (124, 224, 324), der ersten Antwortstrahlung (128) und der zweiten Antwortstrahlung (134) entlang des Wellenleiters (102).
  15. Die verteilte optische Messvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Antwortstrahlung (128) und die zweite Antwortstrahlung (134) von zumindest einem der folgenden herrühren: durch elektromagnetische Strahlung induzierte Fluoreszenz, Streuung, Reflexion oder Beugung der elektromagnetischen Strahlung.
  16. Die verteilte optische Messvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die primäre Größe (T) eine ist von: Temperatur, Dehnung (oder Spannung), Verschiebung, Konzentration einer Substanz oder Einstrahlungsstärke.
  17. Ein Verfahren des verteilten optischen Messens zum räumlich verteilten Bestimmen einer primären Größe (T) entlang eines Wellenleiters (102), das Verfahren aufweisend: Koppeln von elektromagnetischer Strahlung (124, 224, 324) in den Wellenleiter (102), um dadurch eine erste Antwortstrahlung (128) und eine zweite Antwortstrahlung (134), die von der ersten Antwortstrahlung (128) verschieden ist, zu erzeugen, Bereitstellen eines ersten Messsignals (118), das indikativ für die erste Antwortstrahlung (128) ist, und eines zweiten Messsignals (120), das indikativ für die zweite Antwortstrahlung (134) ist, Abtasten des ersten Messsignals (118), um eine Mehrzahl von ersten Werten (137) auf der Grundlage von dem ersten Messsignal (118) zu bestimmen, Abtasten des zweiten Messsignals (120), um eine Mehrzahl von zweiten Werten (139) auf der Grundlage von dem zweiten Messsignal (120) zu erzeugen, wobei jeder von dem ersten Wert (137) und dem zweiten Wert (139) einem räumlichen Bereich (xi) des Wellenleiters (102) entspricht, Ableiten einer sekundären Größe (L) auf der Grundlage von dem ersten Messsignal (118) und dem zweiten Messsignal (120), Ableiten der primären Größe (T) auf der Grundlage von der sekundären Größe (L) und zumindest einem von dem ersten Messsignal (118) und dem zweiten Messsignal (120), wobei das Ableiten der primären Größe (T) folgendes umfasst: Ableiten eines Wertes der primären Größe (T) auf der Grundlage von einem Wert der sekundären Größe (L) und zumindest einem ersten Wert (137) aus der Mehrzahl der ersten Werte und einem zweiten Wert (139) aus der Mehrzahl der zweiten Werte, wobei der Wert der sekundären Größe (L), der zumindest eine von dem ersten Wert (137) und dem zweiten Wert (139) und der Wert der davon abgeleiteten primären Größe (T) demselben räumlichen Bereich (xi) des Wellenleiters (102) entsprechen, und wobei der Wert der sekundären Größe (L) verschieden von dem Wert der primären Größe (T) optimiert wird.
  18. Computerprogramm zum Steuern oder Ausführen des Verfahrens gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wenn es auf einem Datenverarbeitungssystem ablaufen gelassen wird.
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