DE102015108634B4 - Verteiltes Erfassen unter Berücksichtigung zweier Relationen zwischen Messsingnalen - Google Patents

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Abstract

Eine Vorrichtung (100) zum verteilten Erfassen zur Bestimmung einer physikalischen Größe, die Vorrichtung (100) aufweisend eine Messeinheit (102), die konfiguriert ist zum Messen von zumindest zwei Signalen, die mit der physikalischen Größe korreliert sind, mittels verteilten Erfassens, und eine Bestimmungseinheit (104), die konfiguriert ist zum Bringen der zumindest zwei Signale in eine erste Relation, die zum Bestimmen der physikalischen Größe verwendet wird, Durchführen einer Korrektur, die auf einer zweiten Relation zwischen den zumindest zwei Signalen basiert, und Bestimmen der physikalischen Größe basierend auf der ersten Relation unter Berücksichtigung der Korrektur.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum verteilten Erfassen (engl. „distributed sensing device”), auf ein Verfahren zum Bestimmen einer physikalischen Größe mittels verteilten Erfassens, auf ein Programmelement und auf ein computerlesbares Medium.
  • Vorrichtungen zum verteilten Temperaturerfassen (DTS-Vorrichtungen) bzw. Vorrichtungen zur Faseroptischen Temperaturmessung (engl. „distributed temperature sensing (DTS) devices”) sind optoelektronische Vorrichtungen, die Temperatur mittels optischer Faser messen, die als lineare Sensoren funktionieren. Temperaturwerte werden entlang des optischen Sensorkabels als ein kontinuierliches Profil aufgenommen. Eine hohe Präzision der Temperaturbestimmung wird über lange Abstände erreicht. Messabstände von mehreren Kilometern können erreicht werden. Die Abhängigkeit der Temperatur von dem Raman-Effekt kann für eine DTS-Messung verwendet werden.
  • Bei Raman-DTS werden sowohl die Stokes-Rückstreuung als auch die Antistokes-Rückstreuung von einem Medium (wie einer optischen Faser) gemessen. Sie haben unterschiedliche Wellenlängen, so dass geeignete Filter die beiden trennen. Sie können zum Beispiel mittels zweier Detektoren (eines für das Stokes-Signal und eines für das Antistokes-Signal) oder mittels eines Detektors in einer Sequenz (wobei der Detektor entweder zu dem Stokes-Signal oder zu dem Antistokes-Signal geschaltet wird) gemessen werden. Die Temperatur wird dann aus deren Verhältnis berechnet. Die Antistokes-Daten und die Stokes-Daten haben unterschiedliche relative Sensitivitäten (das heißt die relative Änderung pro Temperaturänderung in Grad Celsius), so dass das Verhältnis auch die Temperaturinformation trägt. Das Betriebsverhältnis hat den Vorteil, dass Verluste von Stokes und Antistokes auf dem Pfad sich aufheben (zumindest sofern sie für beide gleich sind), zum Beispiel Verbindungsverluste oder durch Dämpfung in der Faser über Distanz. Verbleibende Differenzen (die sich nicht aufheben) können in gewissem Maße mittels verschiedenen Verfahren kompensiert werden, wie zum Beispiel zweiseitiges Messen (engl. „dual-ended measurement”) (Messung des gleichen Mediums aus entgegengesetzten Richtungen), Messung mit zwei unterschiedlichen einfallenden Wellenlängen mit passender Wellenlängendifferenz und zum Beispiel Verwendung von Stokes aus der einen Wellenlänge und von Antistokes aus der anderen Wellenlänge oder durch Bereitstellen von Informationen über Verlustdifferenzen zwischen Stokes- und Antistokes-Medium (zum Beispiel durch eine Zahl in dB/km).
  • Sowohl Stokes- als auch Antistokes-Daten aus der Messung tragen etwas Rauschen, zum Beispiel von einem Fotodetektor (zum Beispiel thermisches Rauschen oder Schrotrauschen) und der nachfolgenden Elektronik und Digitizer. Ein Nachteil der Berechnung des Verhältnisses ist, dass beide, sowohl das Rauschen in Stokes als auch das Rauschen in Antistokes, zu dem Rauschen in den Verhältnisdaten betragen. Es folgt aus der Statistik, dass sie in Kombination zu höherem Rauschen in den Verhältnisdaten führen als es in dem idealen oder hypothetischen Falle, dass eins von denen frei von Rauschen wäre, sein würde.
  • EP 2 966 426 A1 offenbart eine Vorrichtung zur verteilten, faseroptischen Temperaturerfassung, die Vorrichtung umfassend: eine Lichtquelle, die Pulse von elektromagnetischer Strahlung ausgibt, einen Strahlenteiler, der die Pulse in eine optische Faser einkoppelt und zurückkommende Pulse aus der optischen Faser auskoppelt und in einen ersten (Stokes Light) oder zweiten (Anti-Stokes Light) Detektionskanal leitet, die optische Faser, in der die eingekoppelten Lichtpulse sich in einer ersten Richtung ausbreiten, teilweise aufgrund von Raman-, Stokes- und Antistokes-Streuung zurückgestreut werden, den ersten Detektionskanal, der einen ersten opto-elektronischen Detektor, einen ersten Verstärker und einen ersten Analog-Digital-Wandler umfasst und zum Messen des Stokes-Lichts vorgesehen ist, den zweiten Detektionskanal, der einen zweiten opto-elektronischen Detektor, einen zweiten Verstärker und einen zweiten Analog-Digital-Wandler umfasst und zum Messen des Anti-Stokes-Lichts vorgesehen ist, und eine Berechnungs- und Steuerungseinheit, die ein für die gemessene Intensität des Stokes-Lichts indikatives, digitales, erstes Messsignal und ein für die gemessene Intensität des Anti-Stokes-Lichts indikatives, digitales, zweites Messsignal aufnimmt und eine Temperaturkorrektureinheit enthält. Die Berechnungs- und Steuerungseinheit berechnet die Temperatur aus dem Intensitätsverhältnis zwischen den zwei Komponenten des rückgestreuten Raman-Lichts, d. h. aus dem Intensitätsverhältnis zwischen dem Stokes-Licht ST und dem Anti-Stokes-Licht AS basiert auf den aufgenommenen digitalen Signalen des Stokes-Lichts und des Anti-Stokes-Lichts. Die Berechnungseinheit bestimmt auch die Stelle in der optischen Faser, an der das zurückgestreute Licht aufgetreten ist basiert auf einer Laufzeitmessung des Lichts, und die Temperaturverteilung entlang der Faser basiert auf der berechneten Temperatur und der bestimmten Stelle der Zurückstreuung. Die Temperaturkorrektureinheit korrigiert die von der Berechnungseinheit ermittelte Temperaturverteilung unter Verwendung der Temperaturabhängigkeit des Verlustverhältnisses zwischen dem Stokes-Licht und dem Anti-Stokes-Licht.
  • DE 10 2015 102 309 A1 offenbart Vorrichtungen und Verfahren zum verteilten optischen Messen mit zweistufiger Auswertung, insbesondere eine verteilte optische Messvorrichtung zum Bestimmen einer primären Größe T entlang eines Wellenleiters. Die Messvorrichtung umfasst: eine Quelle von elektromagnetischer Strahlung, die in einen Wellenleiter gekoppelt wird, um darin eine erste Antwortstrahlung und eine zweite Antwortstrahlung, die von der ersten Antwortstrahlung verschieden ist, zu erzeugen; eine Detektoreinrichtung, die ein erstes Messsignal, das für die erste Antwortstrahlung indikativ ist, und ein zweites Messsignal, das für die zweite Antwortstrahlung indikativ ist; und eine Auswertungseinheit, die zu folgendem ausgelegt ist: (1) Ableiten einer sekundären Größe L auf der Grundlage von dem ersten und dem zweiten Messsignal; (2) Ableiten der primären Größe T auf der Grundlage von der sekundären Größe L und zumindest einem von dem ersten und dem zweiten Messsignal; (3) Abtasten des ersten und des zweiten Messsignals, um eine Mehrzahl von ersten Werten und eine Mehrzahl von zweiten Werten auf der Grundlage des ersten und zweiten Messsignals zu erzeugen, respektive, wobei jeder von den ersten und zweiten Werten einem räumlichen Bereich xi des Wellenleiters entspricht; (4) Ableiten eines Werts der sekundären Größe L 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. Das Ableiten eines Werts der sekundären Größe L für einen räumlichen Bereich des Wellenleiters umfasst: (1.1) Berechnen eines Verhältnisses zwischen dem ersten Wert und dem zweiten Wert, die dem räumlichen Bereich xi entsprechen, und/oder (1.2) Berechnen der Differenz zwischen dem ersten Wert und dem zweiten Wert, die dem räumlichen Bereich xi entsprechen. Das Ableiten des Werts der primären Größe T für einen räumlichen Bereich xi des Wellenleiters umfasst: (2.1) Korrigieren von mindestens einem von dem ersten Wert und dem zweiten Wert entsprechend dem räumlichen Bereich xi auf der Grundlage 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, und ferner (2.2) Berechnen der primären Größe T als eine Funktion von zumindest dem ersten korrigierten Wert und dem zweiten korrigierten Wert durch Berechnen eines gewichteten Mittelwerts von dem ersten korrigierten Wert und dem zweiten korrigierten Wert, wobei die Gewichtung des ersten bzw. des zweiten korrigierten Werts als eine Funktion der Signalqualität bestimmt wird, die dem ersten bzw. zweiten Wert, von dem der erste bzw. der zweite korrigierte Wert abgeleitet ist, zugeordnet ist.
  • Da Rauschen die Genauigkeit von verteiltem Erfassen begrenzt, ist es generell gewünscht, es zu reduzieren. Des Weiteren mögen Rauschen und andere Verzerrungen in den Messdaten von einer Vorrichtung zum verteilten Erfassen zu einer Ungenauigkeit der physikalischen Größe führen, die bestimmt werden soll.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, das Bestimmen einer physikalischen Größe mittels verteilten Erfassens mit hoher Genauigkeit zu ermöglichen.
  • Um die oben definierte Aufgabe zu lösen, werden eine Vorrichtung zum verteilten Erfassen, ein Verfahren zum Bestimmen einer physikalischen Größe mittels verteilten Erfassens, ein Programmelement und ein computerlesbares Medium gemäß den unabhängigen Patentansprüchen bereitgestellt.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird eine Vorrichtung zum verteilten Erfassen zur Bestimmung einer physikalischen Größe (insbesondere des Wertes eines physikalischen Parameters; der physikalische Parameter mag zum Beispiel die Temperatur sein und die physikalische Größe mag ein Temperaturwert sein) bereitgestellt, wobei die Vorrichtung eine Messeinheit, die konfiguriert ist zum Messen von zumindest zwei Signalen, die mit der physikalischen Größe korreliert sind, mittels verteilten Erfassens und eine Bestimmungseinheit aufweist, die konfiguriert ist zum Bringen der zumindest zwei Signale in eine erste Relation, die zum Bestimmen der physikalischen Größe verwendet wird, zum Durchführen einer Korrektur basierend auf einer zweiten Relation (der insbesondere unterschiedlich von der ersten Relation ist) zwischen den zumindest zwei Signalen, wobei die zweite Relation eine normalisierte Differenz zwischen den zumindest zwei Signalen ist, und zum Bestimmen der physikalischen Größe basierend auf der ersten Relation unter Berücksichtigung der Korrektur.
  • Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Bestimmung einer physikalischen Größe mittels verteilten Erfassens bereitgestellt, wobei das Verfahren ein Messen von zumindest zwei Signalen mittels verteilten Erfassens, die mit der physikalischen Größe korreliert sind, ein Bringen der zumindest zwei Signale in eine erste Relation, die zum Bestimmen der physikalischen Größe verwendet wird, ein Durchführen einer Korrektur, die auf einer zweiten Relation zwischen den zumindest zwei Signalen basiert, wobei die zweite Relation eine normalisierte Differenz zwischen den zumindest zwei Signalen ist, und ein Bestimmen der physikalischen Größe basierend auf der ersten Relation unter Berücksichtigung der Korrektur aufweist.
  • Gemäß noch einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Computerprogrammelement (zum Beispiel eine Software-Routine, in Quellcode oder ausführbarem Code) bereitgestellt, das, wenn es von einem Prozessor (wie zum Beispiel einem Mikroprozessor oder einer CPU) ausgeführt wird, zum Durchführen oder Steuern eines Verfahrens, das die obigen Merkmale aufweist, angepasst ist.
  • Gemäß noch einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein computerlesbares Medium (zum Beispiel eine CD, eine DVD, ein USB-Stick, eine Diskette, eine Festplatte, oder eine Cloud-Speichervorrichtung) bereitgestellt, in welchem ein Computerprogramm gespeichert ist, das, wenn es von einem Prozessor (wie zum Beispiel einem Mikroprozessor oder einer CPU) ausgeführt wird, zum Durchführen oder Steuern eines Verfahrens, das die obigen Merkmale aufweist, angepasst ist.
  • Datenverarbeitung, die gemäß Ausführungsformen der Erfindung durchgeführt werden mag, kann mittels eines Computerprogrammes, das heißt mittels Software, oder durch Verwendung von einem oder mehreren speziellen elektronischen Optimierungsschaltungen, das heißt in Hardware, oder in hybrider Form, das heißt mittels Software- und Hardwarekomponente, realisiert werden.
  • Der Begriff ”Faser” mag insbesondere ein Bauteil (insbesondere ein optoelektronisches Bauteil) bezeichnen, das in der Lage ist, elektromagnetische Strahlung zu leiten, so dass diese sich entlang eines definierten Pfades durch die Faser ausbreitet. Eine Faser, die zum Beispiel aus Kieselglas hergestellt ist, mag in der Lage sein, sichtbare und infrarote Strahlung zu transportieren. Folglich mag eine Faser als einen dielektrischen Wellenleiter bezeichnet werden, der für elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise durchlässig ist.
  • Der Begriff ”elektromagnetische Strahlung” mag insbesondere Fotonen mit einer geeigneten Wellenlänge bezeichnen, die in der Lage sind, sich durch eine Faser auszubreiten. Optische Strahlung mag in einem Bereich zwischen 400 nm und 800 nm sein, das heißt, sie mag im sichtbaren Bereich sein. Infrarote Strahlung, die für Teilentladungsdetektion verwendbar ist, mag in einem Bereich zwischen 800 nm und 5000 nm sein. 1550 nm ist zum Beispiel eine geeignete Messwellenlänge. Besonders geeignete Wellenlängen für verteiltes Erfassen sind in einem Bereich zwischen 850 nm und 1700 nm.
  • Im Kontext der vorliegenden Anmeldung mag der Begriff ”verteiltes Erfassen” insbesondere ein kontinuierliches, verteiltes Messen entlang der Länge einer Erfassungsfaser (engl. „sensing fiber”). Zum Beispiel mag Licht, das von der Faser zurückgestreut wird, zum Liefern von Deformationsdaten (engl. „strain data”) und/oder Temperaturdaten verwendet werden. Insbesondere mag eine physikalische Größe in einer verteilten Art und Weise über eine erweiterte physikalische Domäne (zum Beispiel räumlich) mittels verteilten Erfassens bestimmt werden. Eine Vorrichtung zum verteilten Erfassen mag elektromagnetische Strahlung als eine Sonde zum Erfassen einer Verteilung der physikalischen Größe entlang der physikalischen Domäne verwenden, insbesondere entlang einer Faser, in der die elektromagnetische Strahlung sich ausbreitet und gestreut wird. Die Vorrichtung zum verteilten Erfassen mag folglich eine elektromagnetische Strahlungsquelle aufweisen, die zum Erzeugen primärer elektromagnetischer Strahlung, die in die Faser hinein gekoppelt wird, konfiguriert ist, und sie mag einen elektromagnetischen Strahlungsdetektor aufweisen, der zum Detektieren sekundärer elektromagnetischer Strahlung konfiguriert ist, die als Antwort auf das Koppeln der primären elektromagnetischen Strahlung in die Faser hinein erzeugt wird.
  • Im Kontext der vorliegenden Anmeldung mag der Begriff „Signale” insbesondere Messdaten bezeichnen, die von einem elektromagnetischen Strahlungsdetektor der Vorrichtung zum verteilten Erfassen detektiert wurden (wie zum Beispiel optische Intensität, optische Frequenz und/oder Frequenzverschiebung relativ zu einfallender Strahlung (Brillouin-Streuung hat eine kleine Bandweite und hier ändert sich nicht nur die Amplitude, sondern auch die Frequenz oder die Frequenzverschiebung ändert sich mit der Temperatur und/oder Deformation, in dem Stokes-Signal sowie auch in dem Antistokes-Signal)), wobei die individuelle Signale sich auf unterschiedliche Teile der erfassten Daten beziehen mögen. Solche unterschiedlichen Teile mögen Teile der erfassten Daten sein, die sich auf unterschiedliche Wellenlängen oder Wellenlängenbereichen von detektierter elektromagnetischer Strahlung beziehen. In Bezug auf verteiltes Erfassen mögen diese beiden Signale sich auf einen Wellenlängenabschnitt detektierter sekundärer elektromagnetischer Strahlung, der eine erhöhte Wellenlänge hat, und auf einen weiteren Wellenlängenabschnitt beziehen, der eine verminderte Wellenlänge hat in Vergleich mit der (insbesondere monochromatischen) primären elektromagnetischen Strahlung, die in die Faser hinein gekoppelt wurde. Eine verminderte Wellenlänge mag aus Phononenvernichtung (Antistokes-Prozess) innerhalb der Faser resultieren, wobei eine erhöhte Wellenlänge sich auf eine Phononenerzeugung (Stokes-Prozess) beziehen mag.
  • Der Begriff „Relation” zwischen Signalen mag einer mathematischen, rechnerischen oder logischen Operation oder jedem anderen Zusammenhang, mittels dessen die zwei oder mehr Signale kombiniert werden, entsprechen.
  • Ein Verhältnis zwischen Stokes-Signal und Antistokes-Signal (das heißt eine erste Relation) ist zum Beispiel indikativ für eine Temperatur. Eine andere, zweite Relation zwischen den zwei oder mehr Signalen mag sich auf eine gewichtete (insbesondere normalisierte) Differenz zwischen diesen Signalen beziehen.
  • Der Begriff „Zielwert” mag insbesondere einen idealen Wert der zweiten Relation unter der Annahme idealer (das heißt unverzerrter, zum Beispiel rauschfreier) Signale bezeichnen. Der Zielwert mag (zumindest annäherungsweise) aus einem theoretischen oder empirischen Modell vorbestimmt sein oder er mag (zumindest annäherungsweise) aus Messsignalen bestimmt werden, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten und/oder für unterschiedliche räumliche Positionen erfasst wurden. Für verzerrte (zum Beispiel verrauschte) Signale mag der Wert der zweiten Relation aufgrund der Präsenz der Verzerrung (zum Beispiel Rauschens) von dem Zielwert abweichen.
  • Beispielhafte Ausführungsformen basieren auf der Überlegung, dass die Präzision einer mittels verteilten Erfassens durchgeführten Messung dadurch erheblich verbessert werden kann, dass nicht nur eine erste Relation zwischen Messsignalen berücksichtigt wird, um die physikalische Größe zu bestimmen, sondern zusätzlich eine andere, zweite Relation zwischen diesen Messsignalen berücksichtigt wird, um zusätzliche Informationen, die beim Berechnen der ersten Relation verloren gehen mögen, zu Zwecke der Korrektur zu extrahieren. Beim Berechnen eines Verhältnisses zwischen zwei Messsignalen als die erste Relation hat der Vorgang des Berechnens dieses Verhältnisses zum Beispiel einen mathematischen Verlust von Informationen über das individuelle Rauschen eines jeweiligen Messsignals der Messsignale zur Folge. Eine entsprechende Ungenauigkeit mag reduziert werden durch Berücksichtigung einer anderen, zweiten Relation zwischen den Messsignalen, um damit auch Verzerrungen (wie Rauschen) der Messsignale zu unterdrücken. Dies verbessert die gesamte Präzision der bestimmten physikalischen Größe.
  • Eine beispielhafte Ausführungsform stellt somit eine Vorrichtung zum verteilten Erfassen zur Bestimmung einer physikalischen Größe (zum Beispiel Temperatur) bereit, wobei zwei oder mehr Signale (zum Beispiel Stokes-Signal und Antistokes-Signal), die mit der zu bestimmenden Größe und/oder miteinander korreliert sind, gemessen und in eine spezifische Relation (zum Beispiel Verhältnis) gebracht werden, die zum Berechnen der physikalischen Größe verwendet wird. Zumindest eins von den Signalen mag basierend auf einer anderen Relation zwischen den zwei oder mehreren gemessenen Signalen (zum Beispiel deren Einpassung/Fehlpassung in einem Modell) korrigiert werden. Allgemeiner mag die Korrektur basierend auf den Signalen und/oder der physikalischen Größe, der bestimmt werden soll, und/oder einer intermediären Größe in einer Berechnungskette (wie einem Verhältnis) durchgeführt werden.
  • Eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung führt spezifischer eine Signalkorrektur (insbesondere eine Korrektur des Stokes-Signals und des Antistokes-Signals) durch, um die Präzision der Bestimmung einer physikalischen Größe, wie zum Beispiel Temperatur, mittels verteilten Erfassens zu verbessern. Eine Erkenntnis einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, dass eine erste Relation (insbesondere ein Verhältnis) zwischen Messsignalen, die zur Bestimmung der physikalischen Größe verwendet wird, weniger Informationen als die ursprünglichen Messsignale (insbesondere ein Satz von Stokes- und Antistokes-Signalen oder -Daten) tragen. Eine Ausführungsform der Erfindung gewinnt Informationen wieder, die konventionell verloren gehen, und verwendet diese, um das Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern. Genereller mag dies eine Detektion und/oder Korrektur von Störungen innerhalb der Messsignale (insbesondere Stokes- und Antistokes-Signale oder -Daten) erlauben. Zu diesem Zweck kann eine Korrektur der Messsignale (insbesondere des Stokes-Signals und/oder des Antistokes-Signals) oder einer physikalischen Größe oder davon abgeleiteter intermediärer Informationen) durchgeführt werden basierend auf einer zweiten Relation zwischen den Signalen (insbesondere einer gewichteten, insbesondere normalisierten, Differenz zwischen dem Stokes-Signal und dem Antistokes-Signal), wobei die zweite Relation sich von der ersten Relation unterscheidet. Dies ermöglicht, dass die Informationen, die in den Messsignalen enthalten sind, umfassender oder sogar vollständig verwendet werden.
  • Im Nachfolgenden werden weitere beispielhafte Ausführungsformen der Vorrichtung, des Verfahrens, des Programmelementes und des computerlesbaren Mediums erläutert.
  • In einer Ausführungsform weisen die zumindest zwei Signale ein Stokes-Signal und ein Antistokes-Signal auf, die mittels der Messeinheit gemessen wurde als sekundärer elektromagnetischer Strahlung, die in einer Faser der Vorrichtung zum verteilten Erfassen als Antwort auf ein Koppeln primärer elektromagnetischer Strahlung in die Faser hinein erzeugt wurde. Da das Stokes-Signal und das Antistokes-Signal unterschiedliche Signal-Rausch-Verhältnisse (allgemeiner unterschiedliche Rauscheigenschaften) und/oder Sensitivitäten gegenüber der zu bestimmenden physikalischen Größe haben mögen, mag eine Berücksichtigung einer zweiten Relation zwischen diesen zwei Signalen, das heißt unterschiedliche Rauscheigenschaften und/oder Sensitivitäten gegenüber der zu bestimmenden physikalischen Größe, zusätzlich zu einer ersten Relation (wie zum Beispiel ein Verhältnis zwischen den zwei Signalen) die Präzision der Bestimmung der physikalischen Größe verbessern. Der Grund für diese Verbesserung der Präzision ist, dass unterschiedliche individuelle Rauscheigenschaften durch Bestimmung einer physikalischen Größe wie Temperatur mittels Berechnung eines Verhältnisses zwischen diesen zwei Signalen verloren werden können.
  • In einer Ausführungsform hängt die erste Relation von einem Verhältnis, insbesondere einem logarithmischen Verhältnis, zwischen den zumindest zwei Signalen ab. Im verteilten Erfassen wird ein Berechnen eines (insbesondere logarithmischen) Verhältnisses von zwei Signalen, wie zum Beispiel Stokes- und Antistokes-Signal, durchgeführt, um Informationen hinsichtlich einer physikalischen Größe wie Temperatur zu bestimmen.
  • In einer Ausführungsform mag die zweite Relation eine Relation (zum Beispiel eine auf Rauschen bezogene Relation) sein, die zum Wiedergewinnen von Rauschinformationen konfiguriert ist, die nicht aus der ersten Relation zwischen den zwei Signalen ableitbar sind. Mit anderen Worten mag die zweite Relation dazu fähig sein, Rauschinformationen aus den individuellen Signalen wiederzugewinnen, die nicht aus der ersten Relation ableitbar sind.
  • In einer Ausführungsform ist die zweite Relation indikativ für eine Abweichung der zumindest zwei Signale (wie gemessen) von einem vorbestimmten Zielwert. Mit anderen Worten, wenn verzerrte (zum Beispiel verrauschte) Signale auf die zweite Relation angewandt werden, weicht das Ergebnis von dem vorbestimmten Zielwert ab, der das Ergebnis einer Anwendung idealer, unverzerrter Signale auf die zweite Relation zeigt. Anwendung der zweiten Relation auf die gemessenen Signale stellt insbesondere Informationen darüber bereit, ob zumindest eins von den zumindest zwei Signalen in einem vorbestimmten Modell hineinpasst oder nicht hineinpasst. Die zweite Relation mag auch indikativ für einen Grad (zum Beispiel in Prozent) sein, mit welchem ein jeweiliges Signal von den Signalen in dem vorbestimmten Modell hineinpasst. Ein jeweiliges Signal von den Signalen, das nicht oder nicht zu einem ausreichenden Grad zu dem Modell passt, mag dann zu Gegenstand einer Korrektur gemacht werden.
  • In einer Ausführungsform ist die Bestimmungseinheit konfiguriert zum Durchführen der Korrektur durch individuelles Korrigieren der zumindest zwei Signale, so dass ein absoluter Wert von einer Differenz zwischen einem vorbestimmten Zielwert und der zweiten Relation, die für die gemessenen Signale berechnet wurde, größer ist als ein absoluter Wert von der Differenz zwischen dem vorbestimmten Zielwert und der zweiten Relation, die für die korrigierten Signale berechnet wurde. Spezifischer mag die Korrektur so ausgeführt werden, dass die zweite Relation, die für die korrigierten Signale berechnet wurde, gleich dem vorbestimmten Zielwert ist. Wie es unten detaillierter beschrieben wird, kann die Bestimmung des Zielwertes zum Beispiel basierend auf einem Mittelungsvorgang, der die gemessenen Signale (in Bezug auf unterschiedliche räumliche Punkte und/oder auf unterschiedliche Zeitpunkte) und die zweite Relation verwendet, oder basierend auf einem theoretischen Modell oder einem empirischen Modell durchgeführt werden.
  • In einer Ausführungsform ist die zweite Relation oder sie bezieht sich auf eine normalisierte Differenz zwischen den zumindest zwei Signalen (siehe Gleichung (4) unten). Die normalisierte Differenz mag basierend auf dem Term χ/χS·S – χ/χAS·AS berechnet werden, wobei S das Stokes-Signal ist und AS das Antistokes-Signal ist, χ/χS und χ/χAS jeweils individuelle Faktoren für das Stokes-Signal und das Antistokes-Signal sind, und χ ein Skalierungsfaktor ist (der indikativ für den Signalpegel aufgrund Signaldämpfung entlang der Faser sein mag). Dies wird im Folgenden detaillierter beschrieben:
    Gemäß der Raman-Theorie reagieren die Stärken von S und AS auf die Temperatur T in einer korrelierten Art und Weise, spezifischer durch die Planckfunktion P(T):
    Figure DE102015108634B4_0002
    wobei ♄ die Planck-Konstante (1.0546 10–34 Js) ist, Ω die optische Frequenz (der beteiligten Phononen, zum Beispiel ungefähr 13 THz) ist und kB die Boltzmann-Konstante (1.3807 10–23 J/K) ist.
  • In einer realen Messung ist das Signal S üblicherweise stärker und reagiert relativ weniger auf eine Temperaturänderung als das Signal AS. Die unterschiedlichen relativen Sensitivitäten können einfach gesehen werden in einer logarithmischen oder dB-Darstellung, wobei die Temperaturantwort in linearer Darstellung gleich ist.
  • Die Gleichungen (1a) bis (1c) zeigen, gegen welche Zielrelation die gemessenen S und AS korrigiert werden mögen: wenn beide Größen auf χ = 1 normalisiert werden (das heißt, AS wird durch χAS geteilt und A werden durch χS geteilt, was zu reduzierten Signale S0 und AS0 führt), ergeben die Gleichungen (1a) bis (1c): S0(T) – AS0(T) = 1 (2) das heißt, die Differenz hängt nicht von T ab. Es kann folglich erachtet werden, dass jegliche Abweichung von 1 aufgrund von Rauschen und/oder jeglichem anderen Beitrag (zum Beispiel Verzerrung) auftritt, der nicht mit der physikalischen Größe verbunden ist, die gemessen werden soll. S und AS mögen dann in Richtung (engl. „towards”) dieser Zielrelation korrigiert werden, bevor deren Verhältnis berechnet wird, um die Temperatur herzuleiten.
  • Praktisch gesehen können die Faktoren χAS, χS (zumindest hauptsächlich) von der Wellenlänge, der Faser, der Pulslaserleistung und der Instrument-Sensitivität gegenüber der jeweiligen Wellenlänge abhängen. In optischen Fasern hängen sie auch von den Verlusten entlang der Faser ab und werden folglich von der Distanz x innerhalb der Faser abhängig. In DTS können zwei Skalierungsfaktoren χAS(x) und χS(x) zu einem gemeinsamen Skalierungsfaktor χ(x) normalisiert werden, zum Beispiel basierend auf Messung in einem Faser-Referenzabschnitt mit bekannter Temperatur und/oder abgeleitet aus einer durch Benutzer bereitgestellten Größe wie Faser-Differentialverlust und/oder durch Verfahren wie Dual-Laser und/oder Doppelendige Messung und/oder aus Werkskalibrierungsdaten: ASnorm(T) = χ/χAS·ASmess(T) (3a) Snorm(T) = χ/χS·Smess(T) (3b)
  • In den Gleichungen (3a) und (3b) kennzeichnet „norm” normalisierte Signale, wobei „mess” gemessene Signale kennzeichnet. In einer Verhältnisberechnung wird χ(x) zusammen mit den Gleichungen (1a) bis (1c) weggekürzt, so dass es (wie es sein sollte) keine Einwirkung auf der bestimmten Temperatur gibt.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Differenz dann nicht gleich 1 sondern χ (mit Abhängigkeit von der Distanz x aber immer noch ohne Abhängigkeit von der Temperatur T): Snorm(T) – ASnorm(T) = χ (4)
  • Die Gleichung (4) und zeigt ein Beispiel von einer zweiten Relation zwischen den Signalen, spezifischer eine normalisierte Differenz zwischen den Signalen. Die zusätzliche Berücksichtigung dieser zweiten Relation stellt zusätzliche Informationen bereit in Vergleich mit der ersten Relation (insbesondere dem Verhältnis zwischen den Signalen) alleine. Der Skalierungsfaktor oder die Zielrelations-Trace χ(x) mag praktisch aus den Messdaten selbst in einer Initialen Messung von ausreichend langer Messzeit (so dass das Rauschen ausgemittelt wird) bestimmt werden. Er bzw. sie mag auch in Echtzeit oder während der Messung durch Mittelung dieser Differenz über einen Abstand von einigen Metern vor und nach jeder Position x (wieder zum Ausmitteln von Rauschen, unter der Annahme, dass Fasereigenschaften und/oder Signalamplitude sich innerhalb einer kurzen Länge nicht wesentlich ändern) oder durch Mittelung über jede Position über eine gewisse Zeit (unter der Annahme, dass die Zielrelation sich über Zeit nicht wesentlich ändert) bestimmt werden.
  • In einer Ausführungsform ist die physikalische Größe eine Temperatur und/oder eine Deformation, insbesondere eine Temperaturverteilung und/oder eine Deformationsverteilung entlang einer Faser der Vorrichtung zum verteilten Erfassen. In faseroptischer Temperaturmessung (DTS) kann die Temperatur oder die Temperaturverteilung entlang einer langen Faser präzise gemessen werden. Weitere beispielhafte Ausführungsformen sind aber auch dazu fähig, andere physikalische Größen zu messen, wie zum Beispiel Vibrationen oder mechanische Deformation an einer bestimmten Position der Faser.
  • In einer Ausführungsform ist die Bestimmungseinheit konfiguriert zum Durchführen der Korrektur durch Korrigieren von zumindest einem der zumindest zwei Signale und/oder von der zu bestimmenden physikalische Größe und/oder von einer intermediären Größe, die in einer Bestimmungskette eines Bestimmens der physikalischen Größe basierend auf den zumindest zwei Signalen bestimmt wurde. In einer Alternative wird die Korrektur folglich auf das Signal (die Signale) selbst angewendet, so dass eine Präzision des jeweiligen Signals (der jeweiligen Signale) durch die Signalkorrektur verbessert werden mag. Zusätzlich oder alternativ mag die Korrektur aber auf den letztendlich bestimmten Parameter, das heißt die physikalische Größe, durchgeführt werden (zum Beispiel mag eine Korrektur des hergeleiteten Temperaturwertes unter Berücksichtigung zusätzlicher Informationen aus der zweiten Relation gemacht werden). Die nichtkorrigierten Signale mögen zum Beispiel als solche verarbeitet werden, um die physikalische Größe zu berechnen, und die bestimmte Unrichtigkeit kann dadurch kompensiert werden, dass nicht oder nicht nur das Signal (die Signale) sondern, im Kontrast dazu, der Wert für die physikalische Größe korrigiert wird. Als eine weitere Option mag die Korrektur auch auf eine intermediäre Größe angewendet werden, die als ein intermediäres Ergebnis berechnet wird, wenn die physikalische Größe aus den gemessenen Signalen hergeleitet wird, zum Beispiel aus dem Verhältnis. Mit anderen Worten mag eine Korrektur an einer oder mehreren Stufen während der gesamten Verarbeitungskette durchgeführt werden.
  • In einer Ausführungsform ist die Bestimmungseinheit konfiguriert zum Durchführen der Korrektur basierend auf einem vorbestimmten Modell, insbesondere einem physikalischen Modell. In diesem Kontext ist es möglich, den Zielwert zu bestimmen, der in Übereinstimmung mit der zweiten Relation ist, nachdem die Korrektur basierend auf einem solchen Modell durchgeführt worden ist. Dieses Modell kann in der Lage sein, die Eigenschaften des Systems zum verteilten Erfassen und die physikalische Effekte, die darin auftreten, wenn elektromagnetische Strahlung sich entlang der Faser ausbreitet und während dieser Ausbreitung mit physikalischen Ereignissen (wie zum Beispiel einer lokalen Temperaturspitze oder einer lokalen Vibration) interagiert, was wiederum eine Auswirkung auf die detektierten Signale hat, zu modellieren. Es ist insbesondere möglich die physikalischen Effekte zu modellieren, die innerhalb einer Faser von einer solchen Vorrichtung zum verteilten Erfassen auftreten. Randbedingungen eines solchen Modells mögen physikalische Gesetze sein, die bei Auswertung der Signale berücksichtigt werden, insbesondere in Bezug auf die zweite Relation.
  • In einer Ausführungsform mag das vorbestimmte Modell ein Raman-Streuungsmodell, wobei eine Planck-Verteilung angenommen wird, und/oder ein empirisches Streuungsmodell aufweisen. Das Stokes-Signal und das Antistokes-Signal mögen folglich in Richtung einer Relation, die durch ein Modell beschrieben wird, korrigiert werden. Dieser Ansatz mag auf einem theoretischen oder idealen Raman-Streuungsmodell basieren, wobei eine Planck-Verteilung angenommen wird, er mag auf einem durch Benutzer modifizierten Raman-Streuungsmodell basieren oder er mag ein empirisch bestimmtes Modell sein. Es mag folglich angenommen werden, dass die primäre elektromagnetische Strahlung, die in die Faser hinein gekoppelt wird, dem Planckgesetz unterliegt. Ein durch Benutzer modifiziertes Raman-Streuungsmodell mag die Raman-Theorie als Basis verwenden, mag aber zusätzlich eine oder mehrere benutzerbestimmte Phänomene berücksichtigen, wie zum Beispiel Steckerverluste und/oder Faserverlustspektren (das heißt, es mag zumindest teilweise für Verluste kompensieren, die aufgrund der Phänomen auftreten, dass die Faser bei unterschiedlichen Wellenlängen unterschiedlich dämpft, was zu einer Deformation in dem Spektrum führt, das das Stokes- und das Antistokes-Signal aufweist). Als eine Alternative mögen auch andere empirischen oder theoretischen Modelle verwendet werden. Zu diesem Zweck ist es insbesondere möglich ein Brillouin-Streuungsmodell, insbesondere ein durch Benutzer modifiziertes Brillouin-Streuungsmodell, zu verwenden.
  • In einer Ausführungsform ist die Bestimmungseinheit dazu konfiguriert, die Korrektur (insbesondere in Richtung des Modells oder basierend auf dem Modell) mit unterschiedlichen Gewichtungen für die zumindest zwei Signale durchzuführen, insbesondere in Abhängigkeit von deren jeweiligen Signal-Rausch-Verhältnissen. Eine Korrektur (insbesondere in Richtung des Modells) mag folglich mit unterschiedlichen Gewichtungen für das Stokes-Signal und das Antistokes-Signal durchgeführt werden. Unterschiedliche Gewichtung der individuellen Signale mag erlauben, dass individuelle Unterschiede berücksichtigt werden, zum Beispiel individuell unterschiedliche Verzerrungen oder Rauschpegel von den Signalen oder unterschiedliche Sensitivität der Signale gegenüber der Größe, die gemessen werden soll. Dies mag ermöglichen, dass zusätzliche Informationen zur Verbesserung der Präzision der Bestimmung der physikalischen Größe wiedergewonnen werden, insbesondere in einem Szenario, in welchem die zusätzlichen Informationen durch die Verwendung der ersten Relation auf die Signale verloren gehen.
  • In einer Ausführungsform ist die Bestimmungseinheit konfiguriert zum Durchführen der Korrektur durch Zuordnen der unterschiedlichen Gewichtungen zu den Korrekturen, zum Beispiel von den zumindest zwei Signalen, so dass ein Signal von den Signalen, das ein niedrigeres Rauschen als ein anderes Signal von diesen Signalen hat, weniger korrigiert wird als das andere Signal von den Signalen. Mit anderen Worten: je höher (oder niedriger) eine Reliabilität eines Signals ist, desto niedriger (oder höher) mag dessen Gewichtungskoeffizient sein. Dies erhöht die Reliabilität und reduziert die Unsicherheit der gesamten Ergebnisse der Auswertung der Signale und verbessert folglich die Präzision der physikalischen Größe. Die oben erwähnte Korrektur in Richtung des Modells mag mit unterschiedlichen Gewichtungen für das Stokes-Signal und das Antistokes-Signal durchgeführt werden, zum Beispiel in Abhängigkeit von deren jeweiligen Signal-Rausch-Verhältnis. Es ist insbesondere möglich, das Signal mit dem besseren Signal-Rausch-Verhältnis weniger zu korrigieren, da die Nichtübereinstimmung mit dem Modell wahrscheinlich eher von dem Signal mit dem schlechteren Signal-Rausch-Verhältnis verursacht ist (in der 4 ist die Korrektur zum Beispiel gleich für das Stokes-Signal und das Antistokes-Signal in dB-Einheiten, wobei in linearen Einheiten die Korrektur in dem Stokes-Signal viel stärker ist, wo eine DTS-Messung mehr Rauschen haben mag). Durch Verwendung eines anderen Gewichtungskoeffizienten auf ein Signal mit niedrigerem Rauschen als auf ein anderes Signal mit größerem Rauschen wird die Präzision der Bestimmung der physikalischen Größe dadurch erhöht, dass die Tatsache widerspiegelt wird, dass die in dem weniger verrauschten Signal enthaltenen Informationen zuverlässiger sind als die Informationen, die in dem mehr verrauschten Signal enthalten sind.
  • In einer Ausführungsform ist die Bestimmungseinheit konfiguriert zum Durchführen der Korrektur durch Zuordnen der Gewichtungen, die unabhängig von der physikalischen Größe (wie zum Beispiel der Temperatur) sind, die bestimmt werden soll. Diese Relation mag eine Differenz von normalisierten Signalen χ/χS·S – χ/χAS·AS sein, die nicht abhängig von der Temperatur ist. Zum Beispiel mag die Gewichtung vorteilhafterweise unabhängig von der Temperatur, die bestimmt werden soll, durchgeführt werden, in Kontrast dazu zum Beispiel nur abhängig von einer räumlichen Position x entlang der Faser (χ = χ(x)). Folglich mögen die korrigierenden Gewichtungsfaktoren unabhängig von dem physikalischen Parameter und der entsprechenden physikalischen Größe, die tatsächlich bestimmt werden soll, sein.
  • In einer Ausführungsform ist die Bestimmungseinheit konfiguriert zum Bestimmen eines Zielwertes, der in Übereinstimmung mit der zweiten Relation ist, wenn die Korrektur durchgeführt worden ist, durch räumliche Mittelung von Werten, die von der zweiten Relation abgeleitet sind, die auf die zumindest zwei Signale verwendet wurde. Der Zielwert mag (unter Verwendung der zweiten Relation) aus Messdaten empirisch bestimmt werden, räumlich gemittelt (vorzugsweise über einen gleitenden räumlichen Bereich, wo diese Relation sich nicht wesentlich ändert) werden, insbesondere zu jedem Messzeitpunkt durchgeführt. Räumliches Mitteln ist besonders vorteilhaft, da dies Rauschen in dieser empirisch bestimmten Relation reduziert.
  • In einer Ausführungsform ist die Bestimmungseinheit konfiguriert zum Bestimmen eines Zielwertes, der in Übereinstimmung mit der zweiten Relation ist, wenn die Korrektur durchgeführt worden ist, durch zeitliche Mittelung von Werten, die von der zweiten Relation abgeleitet sind, die auf die zumindest zwei Signale verwendet wurde. Der Zielwert mag folglich empirisch bestimmt werden aus den gemessenen Daten (unter Verwendung der zweiten Relation), die über Zeit gemittelt wurden, vorzugsweise über einen zeitlichen Bereich, in dem diese Relation sich nicht wesentlich ändert (insbesondere für jeden Punkt). Dies kann als eine gleitende Mittelung oder als eine einmalige, initiale Langzeitmessung verstanden werden.
  • Die oben beschriebenen Vorgänge (das heißt zeitliches Mitteln und räumliches Mitteln) mögen auch kombiniert oder gemischt werden (was eine Reduktion des gleitenden Bereichs erlaubt und folglich kann die zweite Relation sich schneller mit der Position ändern, zum Beispiel bei einem Übergang zu unterschiedlichen Fasertypen, und schneller mit der Zeit ändern, zum Beispiel, wenn Faserverluste und/oder Verbindungsverluste sich ändern, so dass die Laserleistung sich ändert). Es mag folglich bevorzugt sein, dass das Mitteln sowohl räumlich als auch zeitlich durchgeführt wird, um ein schnelleres Reagieren auf Änderungen zu ermöglichen.
  • In einer Ausführungsform ist die Bestimmungseinheit konfiguriert zum selektiven Begrenzen der Mittelung auf zumindest einen Abschnitt, insbesondere auf zumindest einen räumlichen oder einen zeitlichen Abschnitt, in welchem ein Zustand (wie zum Beispiel ein Ereignis oder eine Eigenschaft), der die zweite Relation beeinflusst, frei von signifikanten Änderungen, insbesondere Diskontinuitäten, ist. Eine solche Entscheidungsregel mag wie folgt sein: Mach keine Mittelung über eine solche Diskontinuität oder Verzerrung aber mach trotzdem eine Korrektur (in Richtung eines Wertes, der weniger gemittelt sein mag, damit diese Korrektur tatsächlich geringer als an anderen Stellen oder gleich Null ist). Folglich mag die Bestimmungseinheit dazu konfiguriert sein, selektiv das Mitteln über einen bestimmten Abschnitt (insbesondere zumindest einen räumlichen Abschnitt (wie zum Beispiel einen räumlichen Abschnitt der Faser, in welchem sich die Fasereigenschaften verändern, zum Beispiel kommt eine Diskontinuität vor) und/oder einen zeitlichen Abschnitt (wie zum Beispiel einen zeitlichen Abschnitt der Messung, in welchem sich die Messeigenschaften verändern, zum Beispiel kommt eine Diskontinuität vor)) zu vermeiden, in welchem das Durchführen der Mittelung zu einer Reduktion der Präzision der bestimmten physikalischen Größe führen mag, wenn die Mittelung einen Teil auf einer Seite von der Diskontinuität und einen anderen Teil auf einer gegenüberliegenden Seite von der Änderung, zum Beispiel Diskontinuität, beinhaltet. Spezifischer mag die Bestimmungseinheit dazu konfiguriert sein, dass Mitteln nur zeitlich und/oder lokal zu vermeiden in Abhängigkeit von einem zeitlichen und/oder lokalen Ereignis oder Zustand. Das Mitteln mag, in Abhängigkeit von bestimmten Zuständen (wie zum Beispiel detektierten Ereignissen) in der gemessenen Größe (wie identifizierte bzw. festgestellte Einstellungs- oder Sensoränderungen über Zeit und/oder Ort), zeitlich und/oder lokal deaktiviert oder modifiziert werden. Es ist zum Beispiel möglich, eine oder mehrere Positionen von Konnektoren bzw. Anschlüssen oder Fasertypänderungen (zum Beispiel Verluststufen) zu identifizieren und das Mitteln dort (insbesondere lokal) zu deaktivieren oder zu modifizieren und/oder diese Position oder einen angrenzenden Bereich aus dem Bestimmen der Referenzrelation auszuschließen. Anderenfalls mag ein Mitteln über solche Übergänge zu einem Zielwert führen, der weder zu der Faser vor dem Übergang noch zu der Faser hinter dem Übergang passt, und die Korrektur könnte sogar die Temperatur um den Übergang herum verfälschen. Bei gewissen Ereignissen oder unter gewissen Umständen kann der beschriebene Vorgang Artefakte mit sich bringen und mag folglich die Präzision der bestimmten physikalischen Größe verringern. Dies mag zum Beispiel vorkommen, wenn die Faser aus zwei miteinander verbundenen Faserabschnitten mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften zusammengesetzt ist. An der Schnittstelle zwischen diesen beiden Fasern mag die Korrektur einen zusätzlichen korrigierenden Beitrag umfassen, der nichts mit der physikalischen Größe zu tun hat, sondern einfach mit der Tatsache zu tun hat, dass die zwei Fasern verbunden sind. Demzufolge mag die Korrektur spezifisch an dieser Schnittstelle weggelassen werden oder noch bevorzugter mag das Mitteln auf einen räumlichen und/oder zeitlichen Bereich begrenzt werden, innerhalb dessen es keine Diskontinuität (insbesondere in Bezug auf Fasermaterial, elektromagnetische Strahlungsintensität, etc.) gibt. Die Berechnung von mehreren Werten für die zweite Relation zur Bestimmung des Zielwertes mag folglich auf eine Seite des Übergangs begrenzt werden. In einer entsprechenden Art und Weise mögen auch Änderungen der elektromagnetischen Strahlung, die in die Faser hinein gekoppelt wird, über Zeit (zum Beispiel, wenn ein Steuerstrom oder eine Steuerspannung zur Versorgung einer elektromagnetischen Strahlungsquelle geändert wird) Artefakte für ein gewisses Zeitintervall mit sich bringen. In einem solchen Falle mag die Korrektur folglich auch temporär unterbrochen werden oder die Berechnung des Zielwertes mag zu entweder vor oder nach dieser Änderung begrenzt werden.
  • In einer Ausführungsform sind die zumindest zwei Signale miteinander korreliert. Dies hat den Vorteil, dass die Signale (zum Beispiel das Stokes-Signal und das Antistokes-Signal) abhängig voneinander sind und folglich die Quelle für gegenseitig bedeutende Informationen sind.
  • In einer Ausführungsform ist die Bestimmungseinheit dazu konfiguriert, die Korrektur durch Verschiebung der zumindest zwei Signale (genauer gesagt Punkt für Punkt, das heißt separat für jede Position) relativ zu einander durchzuführen. Dieses Verschieben mag mittels einer arithmetischen Operation wie Addition oder Multiplikation mit einem Wert gemacht werden. Das Verschieben mag vorzugsweise so durchgeführt werden, dass eine Übereinstimmung der verschobenen zumindest zwei Signale in Bezug auf ein Modell verbessert wird in Vergleich mit einer Übereinstimmung der zumindest zwei Signale in Bezug auf das Modell ohne das Verschieben. Das korrigierende Verschieben mag zum Beispiel beendet werden, wenn die beste Übereinstimmung gefunden wurde oder wenn eine Übereinstimmung mit einer Qualität über einen vorbestimmten Qualitätsschwellenwert gefunden wurde.
  • In einer Ausführungsform ist die Bestimmungseinheit konfiguriert zum Bestimmen einer ersten vorläufigen physikalischen Größe basierend auf nur einem der zumindest zwei Signale (zum Beispiel nur basierend auf dem Stokes-Signal), Bestimmen einer zweiten vorläufigen physikalischen Größe basierend auf nur einem anderen der zumindest zwei Signale (zum Beispiel nur basierend auf dem Antistokes-Signal), Durchführen der Korrektur durch Anwenden der zweiten Relation auf die erste vorläufige physikalische Größe und die zweite vorläufige physikalische Größe (zum Beispiel Berechnen einer Differenz zwischen der ersten vorläufigen physikalischen Größe und der zweiten vorläufigen physikalischen Größe, um einen Wert zu erlangen, der für die Korrektur verwendet werden kann), und Bestimmen der physikalischen Größe durch Anwenden der ersten Relation auf die erste vorläufige physikalische Größe (die aus dem einen Signal hergeleitet ist) und der zweiten Relation auf die zweite vorläufige physikalische Größe (die aus dem anderen Signal hergeleitet ist) unter Berücksichtigung der Korrektur (zum Beispiel Berechnung eines gewichteten Mittelwerts der ersten vorläufigen physikalischen Größe und der zweiten vorläufigen physikalischen Größe, wobei ein Gewichtungsfaktor der Korrektur entsprechen mag).
  • Die Korrektur kann folglich in wirksamer Weise mittels der beschriebenen Berechnung realisiert werden, zum Beispiel durch Herleiten der physikalischen Größe aus jedem Signal der zumindest zwei Signale alleine (zum Beispiel aus dem Stokes-Signal alleine und aus dem Antistokes-Signal alleine mit geeigneten Verfahren, zum Beispiel durch Berücksichtigung von Faserdämpfung, verteilte Erfassungsmessungen von beiden gegenüberliegenden Seiten der Faser, etc.) und dann Kombinieren der beiden Ergebnisse für die physikalische Größe mittels einer definierten Funktion, wobei das „Kombinieren” der zuvor beschriebenen „Korrektur” entspricht und die „definierte Funktion” eine mathematische Alternative zu der zuvor beschriebenen Korrektur in Richtung eines „Zielwertes” ist.
  • Mit Bezug zum Beispiel auf die unterste Reihe 230 in der 2 würde ein Bestimmen der Temperatur nur aus dem Stokes-Signal (das auch alleine von der Planckgleichung abhängt) oder nur aus dem Antistokes-Signal (das auch alleine von der Planckgleichung abhängt) bereits (im Falle des Antistokes-Signals) den offenbaren Hotspot in Vergleich mit einer konventionellen Berechnung reduzieren oder es mag sogar deren Vorzeichen ändern (im Falle des Stokes-Signals). Durch Kombinieren dieser beiden Temperaturwerte mittels einer Funktion (zum Beispiel durch Mittelung) wird der Hotspot weiter reduziert, das heißt, er nähert sich dem realistischen oder realen Wert.
  • In einer Ausführungsform ist die Vorrichtung als eine Vorrichtung zum verteilten Erfassen von Temperatur bzw. eine faseroptische Temperaturmessvorrichtung (DTS) oder eine Vorrichtung zum verteilten Erfassen von Temperatur und Deformation (engl. „Distributed Temperature and Strain Sensing (DTSS) Device”). Mit DTS ist es möglich, eine Temperatur oder eine Temperaturverteilung entlang einer Faser zu bestimmen. Eine DTSS-Vorrichtung ist ein elektrooptisches Instrument, die auf Temperatur und Deformation entlang der Faser reagiert.
  • Die Analyse der zweiten Relation zwischen den Messesignalen und einer entsprechenden Korrektur mag eine Analyse von einem Stokes-Signal und einem Antistokes-Signal in einer diagrammatischen Illustration (insbesondere in einem semilogarithmischen Diagramm) umfassen, in welcher die physikalische Größe (für einen gewissen räumlichen Punkt/für einen gewissen Zeitpunkt) entlang einer Abszisse gezeichnet ist und die (zum Beispiel logarithmische) Intensität von dem jeweiligen Signal entlang einer Ordinate gezeichnet ist. In einem solchen Diagramm mag das Approximieren der zweiten Relation zu einem vorbestimmten Zielwert einer vertikalen Verschiebung von dem Stokes-Signal und dem Antistokes-Signal relativ zu einander entsprechen und das Approximieren mag mittels dieser Verschiebung durchgeführt werden. Die Verschiebung mag so gering wie möglich aber so groß gehalten werden, wie es notwendig ist, um die Präzision des bestimmten Temperaturergebnisses zu verbessern. Je größer das Rauschen eines jeweiligen Signals desto größer mag der individuelle Verschiebungsbereich von diesem Signal sein und vice versa. Dies basiert auf der Erkenntnis, dass je zuverlässiger ein Signal ist, desto schwacher sollte die Manipulation des Signals in Bezug auf die Korrektur sein. Mit Bezug auf die 4 kann die beschriebene Korrektur räumlich oder zeitlich Punkt für Punkt durchgeführt werden.
  • Ein Bestimmungsverfahren, das sowohl eine erste Relation als auch eine zweite Relation zwischen Signalen berücksichtigt, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung mag die folgenden Vorgänge aufweisen:
    • – Ein Wert χ, der eine temperaturunabhängige und räumlich abhängige (insbesondere normalisierte) Differenz zwischen dem (normalisierte) Stokes-Signal und dem (normalisierte) Antistokes-Signal (als die zweite Relation) repräsentiert, kann geschätzt werden. Der Wert von χ ist indikativ für die Signalminderung mit der Distanz entlang der Faser, zum Beispiel durch Faserdämpfung (in dem Idealfalle eines Mittelns über einem unendlichen zeitlichen Bereich könnte ein idealer, rauschfreier Wert von χ approximiert werden). Um diesen Wert χ zu bestimmen, wird das Detektorsignal des Stokes-Signals und des Antistokes-Signals (zum Beispiel von einem in die Faser hinein gekoppelten Puls elektromagnetischer Strahlung) als eine Funktion von Zeit und/oder räumlicher Position (basierend auf Laufzeit) detektiert. Die Differenz zwischen den beiden jeweiligen Kurven wird berechnet. Idealerweise ist diese Differenz konstant, aber aufgrund der Faserdämpfung kann sie mit einer abfallenden Exponentialfunktion über Distanz modelliert werden. Das Ergebnis ist unabhängig von Temperatur. Die erwähnte Differenz beinhaltet immer noch Rauschen. Mittels einer räumlichen Mittelung wird ein annäherungsweise idealer Wert oder Zielwert für jede festgelegte Faserposition erlangt, der dem Wert χ entspricht.
    • – Als ein nächster Vorgang werden das Stokes-Signal und das Antistokes-Signal individuell verschoben (und dadurch korrigiert) in einer solchen Art und Weise, dass die Distanz (das heißt ihre Differenz, die dann der zweiten Relation entspricht) gleich dem geschätzten Zielwert χ ist. Dies kann Punkt für Punkt gemacht werden.
    • – Die Schätzung bezüglich wie stark das Stokes-Signal und das Anti Stokes-Signal verschoben werden, hängt von dem Rauschen des jeweiligen Signals ab. Die Verschiebung mag insbesondere desto größer sein, je größer das Rauschen des jeweiligen Signals ist, und vice versa. Dies ist ein Teil von der Korrektur.
    • – Jetzt mag das Verhältnis (als die erste Relation) zwischen den korrigierten Werten von dem Stokes-Signal und dem Antistokes-Signal berechnet werden, und dieses stellt die gewünschte physikalische Größe (insbesondere die Temperatur über die Boltzmann-Relation) bereit, wobei weniger Rauschen statistisch eingebunden wird.
  • Im Kern bringt der beschriebene Vorgang das Stokes-Signal und das Antistokes-Signal in eine Form, aus welcher die korrekte Temperatur mit höherer Präsentation bestimmt werden mag.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein System zum Bestimmen einer physikalischen Größe bereitgestellt, das eine Extraktion zusätzlicher Informationen aus einem Stokes-Signal und einem Anti Stokes-Signal erlaubt, um die Temperaturauflösung in DTS zu verbessern. Reale Tests haben eine signifikante Verbesserung der Temperaturauflösung gezeigt, zum Beispiel um 2 dB. Diese kann mit einem moderaten Rechenaufwand durch Verwendung einer einfachen arithmetischen Modifikation entlang Traces (das heißt Datensätze entlang der Faser) erreicht werden. Die erforderliche rechnerische Belastung ist insbesondere angesichts der Tatsache gering, dass komplexe Transformationen, Faltungen und/oder Korrelationen entbehrlich sind.
  • In einer Ausführungsform kann ein zusätzlicher Trace-Speicher (der zum Beispiel den Zielwert durch zeitliche und/oder räumliche Mittelung bestimmt) implementiert sein. In einer weiteren Ausführungsform kann dieser weggelassen werden.
  • Ein beispielhafter Anwendungsbereich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung ist Raman-OTDR, bei der zwei Wellenlängen die Informationen tragen (oder genereller zumindest zwei korrelierte Größen gemessen werden). Auch OFDR (optische Frequenzbereichsreflektometrie) ist insbesondere ein möglicher Anwendungsbereich. Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung können unter Verwendung einer einseitigen (engl. „single-ended”) Architektur, einer doppelseitigen (engl. „double-ended”) Architektur, einer Doppellaser-Architektur etc. implementiert werden. Ausführungsformen der Erfindung sind auch anwendbar für B-OTDR (Brillouin optische Zeitbereichsreflektometrie), die zwei oder mehr korrelierten Größen misst, wie Stokes- und Antistokes-Frequenzverschiebungen oder deren Amplituden.
  • Die oben definierten Aspekte und weitere Aspekte der Erfindung sind aus den beispielhaften Ausführungsformen ersichtlich, die im Folgenden beschrieben werden, und werden unter Bezugnahme auf diese beispielhaften Ausführungsformen erläutert.
  • Die Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen, auf welche die Erfindung aber nicht beschränkt ist, detaillierter beschrieben werden.
  • Die 1 zeigt eine Vorrichtung zum verteilten Erfassen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
  • Die 2 stellt Diagramme dar, die, für einen realen und ideal gemessenen Hotspot bei einer Faser in einer obersten Reihe und für einen Rauschartefakt in einer untersten Reihe, individuell ein Stokes-Signal und ein Antistokes-Signal in einer linken Spalte und ein Verhältnis zwischen dem Stokes-Signal und dem Antistokes-Signal in einer rechten Spalten zeigen.
  • Die 3 stellt eine Raman-Stärke über Temperatur dar, unter der Annahme von Rauschfreien Stokes- und Antistokes-Signale.
  • Die 4 stellt eine Korrektur in Richtung eines Modells oder Zielwertes (an einer Trace-Position) gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung in einem Szenario mit verrauschten Stokes- und Antistokes-Signalen.
  • Die 5 und die 6 stellen, auf zwei verschiedenen Skalen, eine Verbesserung der Präzision des Vorgangs zur Temperaturbestimmung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung dar.
  • Die 7 stellt ein numerisches Beispiel eines Korrigierens eines Stokes-Signals und eines Anti Stokes-Signals zur Bestimmung einer Temperatur mit erhöhter Präzision gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung dar.
  • Die 8 stellt ein Blockdiagramm von einem Verfahren zur Bestimmung einer physikalischen Größe mittels verteilter Temperaturerfassung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung dar.
  • Die Darstellung in der Zeichnung ist schematisch. In verschiedenen Zeichnungen sind ähnliche oder identische Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Die 1 stellt eine Vorrichtung 100 zum verteilten Erfassen da, die als eine faseroptische Temperaturmessungsvorrichtung (DTS-Vorrichtung) bzw. eine Vorrichtung zum verteilten Temperaturerfassen konfiguriert ist, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Die Vorrichtung 100 zum verteilten Erfassen ist konfiguriert zum Bestimmen einer Verteilung von einer Temperatur T als physikalischer Größe entlang einer räumlichen Ausdehnung x von einer Messfaser 110.
  • Die Vorrichtung 100 weist eine Messeinheit 102 auf, die zum Messen eines Stokes-Signals S und eines Antistokes-Signals AS konfiguriert ist, wie aus Raman-Theorie bekannt. S und AS sind mit der Temperatur T korreliert. Die Messeinheit 102 weist spezifischer eine elektromagnetische Strahlungsquelle 112, wie zum Beispiel einen Laser, zum Emittieren von Pulsen primärer elektromagnetischer Strahlung 106, zum Beispiel im Wellenlängenbereich des Nahinfrarots (zum Beispiel mit einer Wellenlänge zwischen 850 nm und 1700 nm), auf und injiziert oder koppelt diese in die Faser 110 der Messeinheit 102 hinein. Die primäre elektromagnetische Strahlung 106 breitet sich dann entlang der Faser 110 aus. Zurückgestreute sekundäre elektromagnetische Strahlung 108, welche die Faser 110 verlässt, wird von einem elektromagnetischen Strahlungsdetektor 122, wie zum Beispiel einem Fotodetektor, detektiert, der auch einen Teil der Messeinheit 102 bildet. In der Ausführungsform von der 1 weist der elektromagnetische Strahlungsdetektor 122 eine erste Detektoreinheit zum Detektieren des Stokes-Signals S und eine separate zweite Detektoreinheit zum Detektieren des Antistokes-Signals AS auf. Ein Strahlenteiler 114 ist ferner mit Schnittstellen zu der elektromagnetischen Strahlungsquelle 112, der Faser 110 und den beiden Detektoreinheiten des elektromagnetischen Strahlungsdetektors 122 angebracht. Der elektromagnetische Strahlungsdetektor 122 mit seinen zwei Detektoreinheiten ist konfiguriert zum Unterscheiden zwischen verschiedenen Wellenlängenbereichen innerhalb der sekundären elektromagnetischen Strahlung 108 und ist somit in der Lage, das Stokes-Signal S als ein erstes Messsignal und das Antistokes-Signal AS als ein zweites Messsignal zu extrahieren. Wie es einem Diagramm 130 entnommen werden kann, das die detektierte Intensität I in Abhängigkeit von der reziproken Wellenlänge 1/λ grafisch darstellt, weisen die detektierten Daten ein Rayleigh-Signal R sowie das Stokes-Signal S und das Antistokes-Signal AS auf, die beide aus unelastischer Streuung resultieren. Das Stokes-Signal S und das Antistokes-Signal AS werden als Grundlage für weitere Berechnungen verwendet, wie unten beschrieben.
  • Eine Bestimmungseinheit 104, die als ein Prozessor oder ein Teil dessen konfiguriert sein kann und die Zugriff auf eine Datenbank 116 zum Lesen und/oder Schreiben von Daten haben mag, ist dazu konfiguriert, die Signale S, AS in eine erste Relation einzubringen, die zum Bestimmen des Temperaturwertes verwendet wird. Die Signale S, AS werden von dem elektromagnetischen Strahlungsdetektor 122 zu der Bestimmungseinheit 104 geliefert. Die Bestimmungseinheit 104 kann auf die Datenbank 116 zugreifen, die in einer Massenspeichervorrichtung, wie zum Beispiel einer Festplatte oder einem elektronischen Speicher, wie einem RAM oder einem Flashspeicher, enthalten sein mag, zum Beispiel um Parameter eines Modells herzuleiten, das für die Bestimmung der physikalischen Größe verwendet wird. Die erste Relation zwischen den Signalen S, AS kann ein Verhältnis sein. Die Bestimmungseinheit 104 führt aber vor der Bestimmung des Temperaturwertes basierend auf der ersten Relation eine Korrektur der Signale S, AS basierend auf einer anderen, zweiten Relation zwischen den Signalen S, AS durch. Die zweite Relation mag sich auf eine normalisierte Differenz zwischen den Signalen S, AS auf Grundlage eines Raman-Modells unter Annahme einer Planck-Verteilung beziehen, um zusätzliche Information in den Signalen S, AS herzuleiten, die durch Berechnung der ersten Relation verloren wurde. Berechnen des Verhältnisses zwischen den Signalen S, AS gemäß der ersten Relation alleine erlaubt nicht, dass unterschiedliche Rauschpegel der Signale S, AS berücksichtigt werden. Diese verlorene Information, die konventionell die Präzision der bestimmten physikalischen Größe begrenzt, kann durch Analysieren der normalisierten Differenz zwischen den Signalen S, AS in Bezug auf der zweiten Relation wiedergewonnen werden. Die verschiedenen Gewichtungen für die Korrekturen (siehe jeweils +NS und –NAS in der 4 oder RC(x), RCS(x), RCAS(x) in den Gleichungen (11), (15), (16)) der Signale S, AS mögen in Abhängigkeit deren jeweiligen Signal-Rausch-Verhältnisse berechnet werden. Wenn eins von den Signalen einem höheren Rauschpegel als das andere Signal ausgesetzt wird, mag eine korrigierende Modifikation des erst genannten Signals ausgeprägter sein als eine korrigierende Modifikation des zuletzt genannten Signals. Folglich mag die Bestimmungseinheit 104 die Korrektur durch Zuordnen der verschiedenen Gewichtungen zu den Korrekturen der Signale S, AS durchführen, so dass eins von den Signalen S, AS, das ein größeres Signal-Rausch-Verhältnis als ein anderes Signal von diesen Signalen S, AS hat, weniger korrigiert wird als das andere Signal von den Signalen S, AS. Die Bestimmungseinheit 104 mag ferner zum Durchführen der Korrektur basierend auf einem Zielwert konfiguriert sein, der von den gemessenen Signalen S, AS durch Anwendung der zweiten Relation und Mitteln der verschiedenen Werte von der zweiten Relation über Raum x und/oder über Zeit t empirisch bestimmt werden mag, oder wie aus einer Theorie oder einem Modell hergeleitet.
  • Die Bestimmungseinheit 104 mag auch die Korrektur auf einen spezifischen Abschnitt in Raum x (zum Beispiel durch Ausschließen einer räumlichen Schnittstelle zwischen zwei verschiedenen Faserstücke aus unterschiedlichen Materialien, die miteinander verbunden sind, um dadurch die Faser 110 zu bilden) und/oder in Zeit t (zum Beispiel durch Ausschließen eines Zeitpunktes, zu welchem sich die Messbedingungen ändern, zum Beispiel aufgrund einer Nachjustierung der Betriebsparameter von der elektromagnetischen Strahlungsquelle 112) selektiv begrenzen, über den eine Berechnung/Mittelung zu einer Reduktion der Präzision von dem bestimmten Temperaturwert führen wurde. Die Bestimmungseinheit 104 mag folglich auf eine bestimmte Seite von einem solchen Übergang beschränkt werden, mag zum Beispiel nur auf einer räumlichen Seite von einer räumlichen Faserschnittstelle oder auf einer zeitlichen Seite von einer Intensitätsänderung der elektromagnetischen Strahlung angewendet werden.
  • Die Bestimmungseinheit 104 bestimmt dann der Temperaturwert durch Berechnung des Verhältnisses zwischen den korrigierten Signalen S und AS, das heißt unter Berücksichtigung von Information, die in den gemessenen Signalen S, AS enthalten ist und aus sowohl der ersten Relation als auch der zweiten Relation hergeleitet wurde. Eine Input/Output-Einheit 118 ist zur Ausgabe des Ergebnisses der Analyse an einen Benutzer bereitgestellt und erlaubt auch einem Benutzer, Steuerbefehle in die Vorrichtung 100 zum verteilten Erfassen einzugeben.
  • Wie es der 1 entnommen werden kann, mag der ganze Temperaturbestimmungsvorgang von einer Steuereinheit 120 gesteuert werden.
  • Die 2 zeigt vier Diagramme 200, 220, 240 und 260. In jedem dieser Diagramme 200, 220, 240 und 260 zeigt eine jeweilige Abszisse 202 eine Position entlang der Faser 110 auf einer linearen Skala. Entlang einer Ordinate 204 von den Diagrammen 200, 220, 240, 260 ist das jeweilige Signal auf einer logarithmischen Skala (das heißt in Einheiten dB) aufgezeichnet.
  • Die Diagramme 200, 220 in einer obersten Reihe 210 beziehen sich auf das Szenario von einem realen und ideal gemessenen Hotspot an der Faser 110 (das heißt einem hohen Temperaturwert an einer bestimmten Position der Faser 110). Die Diagramme 240, 260 in einer untersten Reihe 230 beziehen sich auf das Szenario, in dem Rauschen fälschlicherweise auf das Vorliegen eines Hotspots hinweist, oder mit anderen Worten ein reines Artefakt (das heißt ein Rauschen, das künstlich auf das Vorliegen eines Hotspots an der Faser 110 hinweist, der tatsächlich nicht existiert). In einer linken Spalte 250 in den Diagrammen 200, 240 sind ein Stokes-Signal S (siehe Bezugszeichen 206) und ein Antistokes-Signal AS (siehe Bezugszeichen 208) für die zwei oben erwähnten Szenarios individuell aufgezeichnet. In einer rechten Spalte 270 in den Diagrammen 220, 260 ist aber ein Verhältnis zwischen dem Stokes-Signal S und dem Antistokes-Signal AS aufgezeichnet. Die 2 zeigt folglich eine Korrelation zwischen einer Position x entlang der Faser 110 (auf einer linearen Skala) und einer Signalintensität von den zwei Messsignalen S, AS (auf einer logarithmischen Skala (dB)).
  • In dem gezeigten Beispiel führen zwei verschiedene Beispielsätze von Stokes-Signal S und Antistokes-Signal AS (die Sätze „real” gemäß der obersten Reihe 210 und „nicht real” gemäß der untersten Reihe 230) zu identischen Verhältnisdaten und folglich zu identischen Temperaturergebnissen. Im dB-Raum transformiert sich die Verhältnisoperation in eine Differenzoperation. In dem „realen” Satz gemäß der obersten Reihe 210 ändern sich beide Signale S und AS wie erwartet in einer korrelierten Art und Weise. In dem „nicht realen” Satz gemäß der untersten Reihe 230 passt die Änderung nicht (das Signal AS weist auf eine Temperaturerhöhung hin, wobei das Signal S auf einen Temperaturabfall hinweist, das heißt, dass die Tendenzen der von den Signalen S, AS angezeigten Temperatur in Widerspruch stehen), das Verhältnis weist auf eine noch höhere Temperatur hin als jedes Signal S und AS alleine und kann als verfälscht von Rauschen angenommen werden. Obwohl es schwer zu sagen ist, wie viel Rauschen es in dem Stokes-Signal S und in dem Antistokes-Signal AS gibt, können beide Signale S, AS mittels eines statistischen Ansatzes in einer solchen Art und Weise korrigiert werden, dass sich das gesamte Rauschen (über den ganzen Trace und über Zeit) signifikant verbessert (siehe die unten beschriebenen 5 und 6).
  • Das Berechnen von nur einem logarithmischen Verhältnis des Stokes-Signals S und des Antistokes-Signals AS führt folglich einen Verlust von Information mit sich. Im Falle von realen Temperaturereignissen oder Raman-Ereignissen (siehe oberste Reihe 210) sind das Stokes-Signal S und das Antistokes-Signal AS korreliert, das heißt, dass ein Hotspot beide Signale erhöhen sollte. Rauschen mag aber die Korrelation verschlechtern oder sogar zerstören, aber das Verhältnis (und die somit hergeleitete Temperatur) mag gleich aussehen (siehe unterste Reihe 230), was offensichtlich kein ausgeprägter realer Hotspot oder Coldspot ist.
  • Die 3 stellt eine Raman-Stärke über Temperatur (an einer Trace-Stelle dar, das heißt an einer räumlichen Position entlang der Faser 110) unter der Annahme von rauschfreien Stokes- und Antistokes-Signalen S, AS gemäß dem idealen Raman-Modell. Die 3 zeigt ein Diagramm 300, das eine Abszisse 302 hat, entlang derer die Temperatur auf einer linearen Skala aufgezeichnet ist. Das Stokes-Signale S und das Anti Stokes-Signale AS sind entlang einer Ordinate 304 auf einer logarithmischen Skala aufgezeichnet, das heißt in Einheiten dB.
  • Die 4 stellt eine Korrektur in Richtung des Raman-Modells (an einer Trace-Stelle) gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung in einem Szenario mit verrauschten Stokes- und Antistokes-Signalen S, AS dar. Die 4 zeigt ein Diagramm 400, das Details des Konstruierens der Korrektur in dem Szenario mit verrauschten Stocks- und Anti Stokes-Signalen S, AS darstellt.
  • Es wird folglich ein Raman-Korrekturprinzip gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Da die Korrelation in (zum Beispiel perfekten oder idealen) Stokes- und Antistokes-Signalen S, AS bekannt ist, kann sie von dem folgenden Vorgang verwendet werden:
    • – Wähle eine Stelle entlang der Erstreckung x der Sensorfaser 110 aus.
    • – Ideale Werte des Stokes-Signals S und des Antistokes-Signals AS liegen auf der Referenzkurve 306 (für das Stokes-Signal S) und der Referenzkurve 308 (für das Antistokes-Signal AS), die in der 3 gezeigt sind, lediglich abhängig von der Temperatur für eine gegebene Vorrichtung 100 zum verteilten Erfassen und Faser 110 (das heißt gegebene Laserleistung und Instrument/Faser-Dämpfungen). Die Referenzkurve 306 bezieht sich auf einem Stokes-Modell, wobei die Referenzkurve 308 sich auf ein Antistokes-Modell bezieht.
    • – Die Punkte 310, 312 in der 3 zeigen ein Beispiel eines rauschfreien Paares von Werten des Stokes-Signals S und des Antistokes-Signals AS. Eine Matching-Temperatur 314 (TM = 50°C) passt zu gemessenen Werten des Stokes-Signals S, des Antistokes-Signals AS und des Verhältnisses. Es sollte in Erinnerung gerufen werden, dass das Verhältnis in der logarithmischen Darstellung entlang der Ordinate 304 in 3 und 4 einer vertikalen Distanz oder Differenz (siehe Bezugszeichen 316) entspricht.
    • – Die 4 zeigt verrauschte Daten bei T = TM = 50°C. Folglich passt kein Temperaturwert zu dem Stokes-Signal S und dem Antistokes-Signal AS. T1 = 112°C passt zu dem Verhältnis aber fordert eine große Verschiebung des Stokes-Signals S und des Anti Stokes-Signals AS, die nicht physikalisch plausibel ist. Physikalisch viel plausibler ist eine kleine Verschiebung des Stokes-Signals S und des Antistokes-Signals AS aufgrund angenommenen Rauschens N. Eine entsprechende Temperatur T2 = 62°C ist näher an der Realität. Diese entspricht einer Verschiebung nach oben von dem Stokes-Signal S (S + NS) und einer Verschiebung nach unten von dem Antistokes-Signal AS (AS – NAS). Es kann zum Beispiel angenommen werden, dass N = NS = NAS.
    • – Es ist nicht bekannt, wie viel Rauschen das Stokes-Signal S verschoben hat und wie viel Rauschen das Antistokes-Signal AS verschoben hat. Es mag angenommen werden, dass beide gemäß ihrem jeweiligen Rauschpegel (engl. „noisiness”) NS und NAS beitragen (in Abhängigkeit von Signalstärke und Messzeit). In einem Single-Receiver-DTS sind sie mit guter Annäherung gleich im dB-Raum, so dass es angemessen ist, NS = NAS = N anzunehmen.
    • – Finde den Wert N, der, wenn er vom S subtrahiert und zu AS addiert wird, dass Finden einer Temperatur ermöglicht, bei der beide Punkte auf die jeweiligen Kurven treffen.
    • – Berechne das logarithmische Verhältnis aus diesen ausgerichteten oder korrigierten Werten von dem Stokes-Signal S und dem Antistokes-Signal AS.
  • Im Folgenden wird eine mathematische Beschreibung von Raman-Ausrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung gegeben. Das Szenario gemäß 4 wird somit im Folgenden in Bezug auf Raman-Theorie beschrieben (siehe zum Beispiel Ch. Kittel, ”Einführung in die Festkörperphysik”, 14. Ausgabe, Oldenburg Verlag, Seite 485):
    Figure DE102015108634B4_0003
    und wobei PLD die Laserpulsleistung ist, das heißt die Leistung der elektromagnetischen Strahlungsquelle 112. S0 und AS0 sind jeweilige Sensitivitätsfaktoren bei jeweiligen Wellenlängen (unter Berücksichtigung von Wellenlänge, Dämpfungen, Raman-Querschnitt, Fasereinfangsquerschnitt, Detektorsensitivität etc.) Zwei unbekannte Werte χAS und χS werden zu einem Raman-Skalierungsfaktor χ durch Verwendung von Daten aus einem Faserabschnitt mit bekannter Temperatur (Referenzwicklung) und von Faserkorrektur. ASlin = χ/(eT0/T – 1) (6a) Slin = χ(1 + 1/(eT0/T – 1)) (6b) wobei T0 = ♄Ω/kB (ungefähr 500 K in Kieselfaser).
  • Eine konventionelle faseroptische Temperaturmessvorrichtung verwendet nur ein Verhältnis Run (was zu Informationsverlust führt), wo χ aufgehoben bzw. weggekürzt wird: Rlin = ASlin/Slin = e–T0/T (7a)
  • Auflösend zu: T = T0/In(Rlin) (7b)
  • Wie es Fachleuten auf dem Gebiet bekannt ist, kann die gemäß Gleichung (7b) berechnete Temperatur T weiter korrigiert werden durch Berücksichtigung eines Korrekturfaktors, der aus einem Referenzfaserabschnitt bekannter Temperatur hergeleitet wird, wobei der Korrekturfaktor auf Rlin multipliziert wird.
  • Im Kontrast dazu, bewahrt eine faseroptische Temperaturmessvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung diese konventionell verlorene Information. Die lineare Differenz S – AS ist theoretisch konstant von Temperatur (aber mag immer noch räumlich variieren und mag als Verlust-Trace interpretiert werden). Slin – ASlin = χ (8)
  • Rauschen führt dazu, dass ein gemessener Skalierungsfaktor ♄mess von einem idealen Skalierungsfaktor χIdeal abweicht. Diese Differenz trägt zusätzlicher Informationen, belegend dass es Rauschen gibt. Mit einem Bekannten χideal ist es möglich, Slin und ASlin in einer statistisch verbesserten Art und Weise zu korrigieren.
  • In diesem Kontext mag es eine Aufgabe sein, eine gute Annäherung von χideal zu finden, und dann das gemessene Stokes-Signal S und das gemessene Antistokes-Signal AS in einer geeigneten Art und Weise auszurichten, um zu diesem Wert zu passen.
  • Eine verrauschte Messung an einem Faserpunkt ergibt einen verrauschten χmess für diese Stelle und Zeit. Es mag folglich vorteilhaft sein, χideal zu schätzen, zum Beispiel:
    • – durch eine separate Kalibrierungsmessung (zum Beispiel mit sehr langer Messzeit oder über viele Traces) und/oder
    • – durch Bestimmen des Skalierungsfaktors in Echtzeit mittels der DTS-Vorrichtung als Durchschnitt bzw. Mittelwert über Nachbarpunkte (räumliche Referenzierung) und/oder über Trace-Punkte über Zeit (temporäre Referenzierung).
  • Im Folgenden wird eine Raman-Ausrichtungsformel für räumliche Referenzierung beschrieben. Die entsprechenden Eingaben sind:
    • – Slin(x) and ASlin(x): Traces in linearen Einheiten über Punkte x
    • – NR: ASlin zu Slin Rauschverhältniss in linearen Einheiten; hängt zum Beispiel von der Anzahl von Pulswiederholungen, der Detektorsensitivität bei der jeweiligen Wellenlänge und/oder Schrotrauschen auf; es mag 0,2 sein und sich als nahezu konstant über Distanz herausstellen
    • – LCR = T010loge ≈ 2180 K (lineares Kopplungsverhältnis (engl. „Linear Coupling Ratio”))
    • – RNGx: Mittelungsbereich für räumliche Referenzierung, zum Beispiel ± 8 mal die räumliche Auflösung der Vorrichtung Berechne den Raman-Skalierungsfaktor χ aus Gleichung (8) und mittele ihn räumlich (avg = Englisch: „averaged”, „gemittelt”): χ(x) = Slin(x) – ASlin(x) (9) χavg(x) = avg{k=x-RNGx...x+RNGx}{χ(k)} (10)
  • Alternativ mag das Mitteln mit Messpunkten mit unterschiedlichen Gewichtungen durchgeführt werden.
  • Leite die Raman-Korrektur RC her: RC(x) = Slin(x) – ASlin(x) – χavg(x) (11) und teile sie in einen Stokes-Signalteil S und einen Antistokes-Signalteil AS mit unterschiedlichen Gewichtungen (das heißt das, was auf RC(x) in den Gleichungen (12) und (13) folgt) in einer statistisch optimalen Art und Weise auf: RCS(x) = RC(x)/(1 + NR^2) (12) RCAS(x) = RC(x)NR^2/(1 + NR^2) (13) mit RCS(x) + RCAS(x) = RC(x) (14)
  • Berechne korrigierten Raman: slin ausgerichtet(x) = Slin(x) – RCS(X) (15) ASlin ausgerichtet(x) = ASlin(x) + RCAS(X) (16)
  • Unter gewissen Umständen ist es möglich, dass das Ausrichten des Antistokes-Signals AS ausgelassen wird mit sehr wenig Rauschdegradation.
  • Schließlich ist es möglich, diese ausgerichteten Traces für Temperaturberechnung zu verwenden, wie es konventionell gemacht wird (das heißt aus der ersten Relation).
  • Als nächstes wird eine Raman-Ausrichtungsformel beschrieben, die zeitliche Referenzierung implementiert.
  • Der Raman-Skalierungsfaktor χ wird über Zeit eher als räumlich gemittelt, so dass die Gleichung (10) zum Beispiel ersetzt wird durch: χavg(x, t) = avg{t'=t-RNGt...t}{χ x, t')} (17)
  • Das Mitteln (avg, Englisch: average) mag mit unterschiedlichen Gewichtungen für unterschiedliche Zeiten durchgeführt werden, insbesondere mit exponentiellem Mitteln, folglich mit weniger Speicherbedarf: χavg(x, 0) = χ(x, 0) (18) χavg(x, t) = w·χavg(x, t – 1) + (1 – w)·χ(x, t) (19) oder durch Mischen von beiden (zuerst lineares Mitteln, dann zu exponentiellem Mitteln übergehen).
  • In den Gleichungen (17) bis (19) bezeichnet avg (von Englisch: average) einen gemittelten Wert, x einen Abtastpunkt, t bezeichnet einen Zeitindex (Trace-Nummer), RNGt bezieht sich auf einen Mittelungsbereich für zeitliche Referenzierung und w bezeichnet einen Gewichtungsfaktor für exponentielle Mittelung (0: keine Mittelung; sich nähernd 1: ewige oder maximale Mittelung), zum Beispiel 0,887 für die Äquivalente einer Mittelung über 17 Traces. Eine Konsequenz der zeitlichen Mittelung mag sein, dass das finale Rauschen in den Messergebnissen sich von Spur zu Spur verringert, so lange die Anzahl von Mittelungen zunimmt.
  • Die 5 und die 6 stellen eine Verbesserung der Präzision des Temperaturbestimmungsvorgangs gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung auf zwei verschiedenen Skalen dar. Die 5 zeigt ein Diagramm 500, das eine Abszisse 502 hat, entlang derer eine Position entlang der Faser 110 aufgezeichnet ist, wobei eine bestimmte Temperatur als physikalische Größe entlang einer Ordinate 504 aufgezeichnet ist. Eine erste Kurve 506 zeigt ein konventionelles Resultat der Schätzung einer Temperaturverteilung entlang der Faser 110, wobei nur ein Verhältnis von Stokes-Signal S und Antistokes-Signal AS berücksichtigt wird. Dies kann mit einer anderen Temperaturkurve 508 verglichen werden, die sich auf ein Bestimmungsverfahren gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung bezieht, das nicht nur das Verhältnis zwischen dem Stokes-Signal S und dem Antistokes-Signal AS berücksichtigt, sondern zusätzlich auch eine gewichtete Differenz zwischen dem Stokes-Signal S und dem Antistokes-Signal AS berücksichtigt. Es kann der 5 entnommen werden, dass die Präzision der Temperaturbestimmung gemäß der gezeigten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung (Kurve 508) präziser als die konventionelle Bestimmung (siehe Kurve 506) ist. Die 6 zeigt ein Diagramm 600, das die gleiche Information wie das Diagramm 500 enthält, aber mit einer verfeinerten Skala.
  • Die 7 stellt ein Beispiel eines Korrigierens eines Stokes-Signals S und eines Antistokes-Signals AS zur Bestimmung einer Temperatur mit erhöhter Präzision gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung dar.
  • Eine erste Spalte 700 der in der 7 gezeigten Tabelle zeigt die verschiedenen Parameter, die in dem Mess-, Korrektur- und Bestimmungsvorgang enthalten sind.
  • Eine zweite Spalte 710 zeigt die unbekannten realen Werte von dem Stokes-Signal S und dem Antistokes-Signal AS (das heißt ohne Verzerrungen, wie zum Beispiel Rauschen). Das Verhältnis zwischen den wahren und unverzerrten Signalen S und AS, basierend auf dem die Temperatur berechnet werden kann, ist auch in der zweiten Spalte 710 gezeigt. Des Weiteren ist der ideale Wert oder Zielwert der zweiten Relation für die wahren und unverzerrten Signale S und AS auch gezeigt. Der Zielwert (der in dem gezeigten Beispiel den Wert „1” annimmt) kann vorbestimmt sein, wie in einer Blase 712 gezeigt, und kann als eine Grundlage für die Signalkorrektur verwendet werden, die im Folgenden detaillierter beschrieben wird.
  • Eine dritte Spalte 720 zeigt die bekannten, gemessenen Werte von dem Stokes-Signal S und dem Antistokes-Signal AS, das heißt mit (unbekannten) Verzerrungen, wie zum Beispiel Rauschen. Wie es der dritten Spalte 720 entnommen werden kann, weichen sowohl die erste Relation als auch die zweite Relation von den entsprechenden Werten in der zweiten Spalte 710 aufgrund der Verzerrungen ab.
  • Eine vierte Spalte 730 zeigt eine Korrektur, die gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung durchgeführt wurde. In Vergleich mit den gemessenen Werten des Stokes-Signals S und des Antistokes-Signals AS gemäß der dritten Spalte 720 sind das Stokes-Signal S und das Antistokes-Signal AS gemäß der vierten Spalte 730 verschoben (in dem gezeigten Beispiel um 10% in entgegengesetzte Richtungen), so dass die für die verschobenen Signale S, AS berechnete zweite Relation gleich dem Zielwert (Anführungszeichen „1” in der gezeigten Ausführungsform) ist, der in der zweiten Spalte 710 gezeigt ist. Die verschobenen oder korrigierten Signale S, AS können dann zur Berechnung der ersten Relation verwendet werden. Wie es einem Vergleich des Wertes der ersten Relation in den Spalten 710, 720, 730 entnommen werden kann, ist die für die korrigierten Signale S, AS (aus dem Verhältnis) hergeleitete Temperatur signifikant näher an der wahren Temperatur als die basierend auf den nicht korrigierten Signalen S, AS (aus dem Verhältnis) bestimmte Temperatur.
  • Die 8 stellt ein Blockdiagramm 800 eines Verfahrens zum bestimmen einer physikalischen Größe mittels faseroptischer Temperaturmessung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung dar. Dieses Verfahren basiert auf einer Korrektur von einem Stokes-Signal und einem Antistokes-Signal, um Signalverzerrungen (zum Beispiel Rauschverzerrungen) von diesen zu reduzieren, um dadurch wiederum eine Temperatur mit verbesserter Präzision zu bestimmen. Während der Ausführung dieses Verfahrens werden eine erste Relation (zur tatsächlichen Berechnung der Temperatur) und eine zweite Relation (zur Verbesserung der Präzision der berechneten Temperatur durch Verbesserung der Signalqualität) zwischen dem Stokes-Signal und dem Antistokes-Signal berücksichtigt.
  • Wie es einem Block 810 entnommen werden kann, werden das Stokes-Signal S und das Antistokes-Signal AS gemessen. Sowohl S als auch AS weisen Verzerrungen auf, wie zum Beispiel Rauschen.
  • Wie es einem Block 820 entnommen werden kann, wird ein aktueller Wert der zweiten Relation zwischen dem Stokes-Signal S und dem Antistokes-Signal AS berechnet, wobei die zweite Relation eine normalisierte Differenz zwischen S und AS ist. Diese Berechnung kann an einem oder an mehreren räumlichen Punkten entlang der Faser durchgeführt werden.
  • Wie es einem Block 830 entnommen werden kann, wird ein Zielwert von der zweiten Relation berechnet, wobei dieser Zielwert der Wert der zweiten Relation zwischen S und AS unter der Annahme von nicht verzerrten (insbesondere rauschfreien) Signalen S, AS ist. Der Zielwert mag zum Beispiel durch Berechnung eines Mittelwerts von mehreren Werten der zweiten Relation, die an unterschiedlichen räumlichen Positionen gemessen wurden, berechnet werden. Zusätzlich oder alternativ mag der Zielwert durch Berechnung eines Mittelwerts von mehreren Werten der zweiten Relation, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten gemessen wurden, berechnet werden. Weiter alternativ mag der Zielwert basierend auf einem Modell oder auf empirischen Daten bestimmt werden.
  • Wie es einem Block 840 entnommen werden kann, werden die verzerrten Signale S und AS, wie gemessen, so korrigiert, dass der Wert der zweiten Relation von den korrigierten Signalen S, AS gleich dem Zielwert (oder zumindest näher an dem Zielwert als vor der Korrektur) ist.
  • Wie es einem Block 850 entnommen werden kann, wird die Temperatur (und/oder jede andere physikalische Größe, die von Interesse ist, zum Beispiel Deformation) basierend auf der ersten Relation zwischen dem korrigierten Stokes-Signal S und dem korrigierten Antistokes-Signal AS (das heißt wie aus Block 840 ausgegeben) berechnet. Die erste Relation mag zum Beispiel das Verhältnis zwischen dem korrigierten Stocks-Signal S und dem korrigierten Antistokes-Signale AS sein.
  • Es sollte beachtet werden, dass der Begriff „aufweisen” nicht andere Elemente oder Merkmale ausschließt und dass die „ein” oder „eine” eine Mehrzahl nicht ausschließt. Elemente, die in Verbindung mit verschiedenen Ausführungsformen beschrieben wurden, mögen auch kombiniert werden.
  • Es sollte auch beachtet werden, dass Bezugszeichen in den Patentansprüchen nicht als den Umfang der Patentansprüche begrenzend ausgelegt werden sollen.

Claims (24)

  1. Vorrichtung (100) zum verteilten Erfassen zur Bestimmung einer physikalischen Größe, die Vorrichtung (100) aufweisend: eine Messeinheit (102), die zum Messen von zumindest zwei Signalen mittels verteilten Erfassens konfiguriert ist, die mit der physikalischen Größe korreliert sind; eine Bestimmungseinheit (104), die konfiguriert ist zum: Bringen der zumindest zwei Signale in eine erste Relation, die zum Bestimmen der physikalischen Größe verwendet wird; Durchführen einer Korrektur, die auf einer zweiten Relation zwischen den zumindest zwei Signalen basiert, wobei die zweite Relation eine normalisierte Differenz zwischen den zumindest zwei Signalen ist; und Bestimmen der physikalischen Größe basierend auf der ersten Relation unter Berücksichtigung der Korrektur.
  2. Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, wobei ein erstes der zwei Signale ein Stokes-Signal S und ein zweites der zwei Signale ein Antistokes-Signal AS ist, wobei die normalisierte Differenz basierend auf dem Term χ/χS·S – χ/χAS·AS berechnet wird, wobei χ/χS und χ/χAS jeweils individuelle Faktoren für das Stokes-Signal S und das Antistokes-Signal AS sind, wobei χ ein Skalierungsfaktor ist, der indikativ für den Signalpegel aufgrund Signaldämpfung entlang der Faser ist, und wobei die Faktoren χS und χAS jeweils aus einer Korrelation des Stokes-Signals und des Antistokes-Signals mit der Planckfunktion P(T) aus den Gleichungen gemäß der Raman-Theorie berechnet werden:
    Figure DE102015108634B4_0004
    wobei ♄ die Planck-Konstante (1.0546 10–34 Js), Ω die optische Frequenz der beteiligten Phononen (beispielsweise etwa 13 THz) und kB die Boltzmann-Konstante (1.3807 10–23 J/K) ist.
  3. Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei ein erstes der zwei Signale ein Stokes-Signal S und ein zweites der zwei Signale ein Antistokes-Signal AS ist, so dass die zumindest zwei Signale das Stokes-Signal und das Antistokes-Signal aufweisen, die von der Messeinheit (102) als sekundäre elektromagnetische Strahlung (108) gemessen wurden, die in einer Faser (110) der Vorrichtung (100) zum verteilten Erfassen als Antwort auf ein Einkoppeln primärer elektromagnetischer Strahlung (106) in die Faser (110) hinein erzeugt wurde.
  4. Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste Relation sich auf ein Verhältnis zwischen den zumindest zwei Signalen bezieht.
  5. Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die zweite Relation indikativ für eine Abweichung der zumindest zwei Signale von einem vorbestimmten Zielwert ist.
  6. Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Bestimmungseinheit (104) konfiguriert ist zum Durchführen der Korrektur durch Korrigieren der zumindest zwei Signale, so dass ein absoluter Wert einer Differenz zwischen einem vorbestimmten Zielwert und der zweiten Relation, die für die gemessene Signale berechnet wurde, größer ist als ein absoluter Wert der Differenz zwischen dem vorbestimmten Zielwert und der zweiten Relation, die für die korrigierten Signale berechnet wurde.
  7. Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die physikalische Größe eine Temperatur und/oder eine Deformation von einer Faser (110) der Vorrichtung (100) zum verteilten Erfassen, oder eine Temperaturverteilung und/oder eine Deformationsverteilung entlang einer Faser (110) der Vorrichtung (100) zum verteilten Erfassen ist.
  8. Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Bestimmungseinheit (104) konfiguriert ist zum Durchführen der Korrektur durch Korrigieren von zumindest einem aus der Gruppe, die aus zumindest einem der zumindest zwei Signale, der zu bestimmenden physikalische Größe und einer intermediären Größe, die in einer Bestimmungskette eines Bestimmens der physikalischen Größe basierend auf den zumindest zwei Signalen bestimmt wurde, besteht.
  9. Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Bestimmungseinheit (104) konfiguriert ist zum Durchführen der Korrektur und ferner zum Bestimmen eines Zielwertes, der in Übereinstimmung mit der zweiten Relation ist, wenn die Korrektur durchgeführt worden ist, basierend auf einem vorbestimmten Modell.
  10. Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 9, wobei das vorbestimmte Modell ein Modell aus der Gruppe ist, die aus einem Raman-Streuungsmodell, das eine Planck-Verteilung annimmt, einem durch Benutzer modifizierten Raman-Streuungsmodell, einem Brillouin-Streuungsmodell, einem durch Benutzer modifizierten Brillouin-Modell und einem empirischen Modell besteht.
  11. Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Bestimmungseinheit (104) konfiguriert ist zum Durchführen der Korrektur mit unterschiedlichen Gewichtungen für die zumindest zwei Signale, und zwar in Abhängigkeit von deren jeweiligen Rauschpegeln oder Signal-Rausch-Verhältnissen.
  12. Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 11, wobei die Bestimmungseinheit (104) konfiguriert ist zum Durchführen der Korrektur durch Zuordnen der unterschiedlichen Gewichtungen zu den zumindest zwei Signalen, so dass ein Signal von den Signalen, das ein niedrigeres Rauschen oder ein größeres Signal-Rausch-Verhältnis als ein anderes Signal von diesen Signalen hat, weniger korrigiert wird als das andere Signal.
  13. Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 11 oder 12, wobei die zugeordneten Gewichtungen unabhängig von der physikalischen Größe sind, die bestimmt werden soll.
  14. Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Bestimmungseinheit (104) konfiguriert ist zum Bestimmen eines Zielwertes, der in Übereinstimmung mit der zweiten Relation ist, wenn die Korrektur durchgeführt worden ist, durch räumliche Mittelung von Werten, die von der zweiten Relation abgeleitet sind, die auf die zumindest zwei Signale verwendet wurde.
  15. Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Bestimmungseinheit (104) konfiguriert ist zum Bestimmen eines Zielwertes, der in Übereinstimmung mit der zweiten Relation ist, wenn die Korrektur durchgeführt worden ist, durch zeitliche Mittelung von Werten, die von der zweiten Relation abgeleitet sind, die auf die zumindest zwei Signale verwendet wurde.
  16. Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 14 oder 15, wobei die Bestimmungseinheit (104) konfiguriert ist zum selektiven Begrenzen der Mittelung auf zumindest einen räumlichen und/oder zeitlichen Abschnitt, in welchem ein Zustand, der die zweite Relation beeinflusst, frei von signifikanten Änderungen, insbesondere Diskontinuitäten, ist.
  17. Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die zumindest zwei Signale miteinander korreliert sind.
  18. Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die Bestimmungseinheit (104) konfiguriert ist zum Durchführen der Korrektur durch Verschiebung der zumindest zwei Signale relativ zu einander, und zwar so, dass eine Übereinstimmung der verschobenen zwei Signale in Bezug auf ein Modell verbessert wird in Vergleich mit einer Übereinstimmung der zumindest zwei Signalen in Bezug auf das Modell ohne die Verschiebung.
  19. Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Bestimmungseinheit (104) konfiguriert ist zum Durchführen der Korrektur durch individuelles Korrigieren der zumindest zwei Signale für jede jeweilige, entsprechende räumliche Position entlang einer Faser (110).
  20. Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei die Bestimmungseinheit (104) konfiguriert ist zum: Bestimmen einer ersten vorläufigen physikalischen Größe basierend auf nur einem der zumindest zwei Signale; Bestimmen einer zweiten vorläufigen physikalischen Größe basierend auf nur einem anderen der zumindest zwei Signale; Durchführen der Korrektur durch Anwenden der zweiten Relation auf die erste vorläufige physikalische Größe und die zweite vorläufige physikalische Größe; Bestimmen der physikalischen Größe durch Anwenden der ersten Relation auf die erste vorläufige physikalische Größe und die zweite vorläufige physikalische Größe unter Berücksichtigung der Korrektur.
  21. Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 20, die als eine Vorrichtung aus der Gruppe konfiguriert ist, die aus einer Vorrichtung (100) zum verteilten Temperaturerfassen und einer Vorrichtung zum verteilten Temperatur- und Deformationserfassen besteht.
  22. Verfahren zur Bestimmung einer physikalischen Größe durch verteiltes Erfassen, das Verfahren aufweisend: Messen von zumindest zwei Signalen, die mit der physikalischen Größe korreliert sind, mittels verteilten Erfassens; Bringen der zumindest zwei Signale in eine erste Relation, die zum Bestimmen der physikalischen Größe verwendet wird; Durchführen einer Korrektur, die auf einer zweiten Relation zwischen den zumindest zwei Signalen basiert, wobei die zweite Relation eine normalisierte Differenz zwischen den zumindest zwei Signalen ist; und Bestimmen der physikalischen Größe basierend auf der ersten Relation unter Berücksichtigung der Korrektur.
  23. Computerlesbares Medium, in welchem ein Computerprogramm zur Bestimmung einer physikalischen Größe mittels verteilten Erfassens gespeichert ist, welches Computerprogramm, wenn es von einem Prozessor (120) ausgeführt wird, zum Durchführen oder Steuern eines Verfahrens gemäß Anspruch 22 angepasst ist.
  24. Programmelement zur Bestimmung einer physikalischen Größe mittels verteilten Erfassens, welches Programmelement, wenn es von einem Prozessor (120) ausgeführt wird, zum Durchführen oder Steuern eines Verfahrens gemäß Anspruch 22 angepasst ist.
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