DE29623263U1 - Device for spatially resolved substance detection - Google Patents

Device for spatially resolved substance detection

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Description

For schungs &zgr; entrum Karlsruhe GmbH ANR 5661498Research &zgr; center Karlsruhe GmbH ANR 5661498

Karlsruhe, den 28. April 1998 PLA 9774 Gü/heKarlsruhe, 28 April 1998 PLA 9774 Gü/he

Vorrichtung zum ortsaufqelösten SubstanznachveisDevice for spatially resolved substance detection

- 4 Beschreibung: - 4 Description:

Die Neuerung betrifft eine Vorrichtung zum ortsaufgelösten Substanznachweis nach dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.The innovation concerns a device for spatially resolved substance detection according to the preamble of claim 1.

Bei der Ortung von schadhaften Stellen in Lichtleitern, z. B. bei Kabelbrüchen wird eine optische Meßtechnik angewendet, die auf dem Prinzip zeitaufgelöster Rückstreumessungen basiert (Optical Time Domain Reflectometry, OTDR).When locating damaged areas in optical fibers, e.g. in the case of cable breaks, an optical measuring technique is used that is based on the principle of time-resolved backscatter measurements (Optical Time Domain Reflectometry, OTDR).

OTDR-Systeme zur räumlich aufgelösten Messung physikalischer Effekte wie z. B. von Temperatur- oder Druckänderungen im Fasermantel sind bekannt. In der DE 40 19 980 Al ist eine solche "Temperatursensoranordnung, die über eine Faseroptik verteilt ist" beschrieben.Siedient lediglich zur Ermittlung der Temperaturverteilung entlang der Sensorfaser, nicht zur Erfassung des Auftretens chemischer Substanzen. Eine klare Unterscheidung, ob eine Substanz in der Umgebung des Lichtleiters vorhanden ist, ist damit nicht möglich.OTDR systems for spatially resolved measurement of physical effects such as temperature or pressure changes in the fiber cladding are known. DE 40 19 980 Al describes such a "temperature sensor arrangement distributed over a fiber optic system". It is only used to determine the temperature distribution along the sensor fiber, not to detect the presence of chemical substances. It is therefore not possible to clearly distinguish whether a substance is present in the vicinity of the optical fiber.

In der Publikation H. Wada, E. Okuda, T. Yamasaki; "Optical Guided-Wave Oil Leak Sensor", OFS-Konferenz, Tokyo 1986, S. 109 wird ein chemischer Sensor mit räumlicher Verteilung vorgestellt, der ebenfalls auf der OTDR-Technik beruht. Hier ist jedoch nicht die Faser selbst das sensitive Element sondern an die Faser angeschlossene, aufwendig gestaltete integriert-optische Sensoren. Wenn an der Oberfläche eines der punktartig verteilten, chemischen Sensoren Öl anwesend ist, wird allein durch Brechungsindexänderung eine Verminderung der Lichtreflexion an der Oberfläche des integriert-optischen Wellenleiters bewirkt, die als Intensitätsverlust detektiert werden kann. Es kann also nur eine Substanz in einem kleinen Areal von maximal 1 cm2 auf der Oberfläche des Sensorelementes erfaßt werden. Daraus resultiert einerseits nur eine punktartig verteilte (guasi-kontinuierliehe) Messung chemischer Substanzen. Die kontinuierliche, d. h. lückenlose Überwachung einer MeßstreckeIn the publication H. Wada, E. Okuda, T. Yamasaki; "Optical Guided-Wave Oil Leak Sensor", OFS Conference, Tokyo 1986, p. 109, a chemical sensor with spatial distribution is presented, which is also based on OTDR technology. Here, however, the sensitive element is not the fiber itself, but rather complex, integrated optical sensors connected to the fiber. If oil is present on the surface of one of the point-like distributed chemical sensors, a change in the refractive index alone causes a reduction in the light reflection on the surface of the integrated optical waveguide, which can be detected as a loss of intensity. This means that only one substance can be detected in a small area of a maximum of 1 cm2 on the surface of the sensor element. This results in only a point-like distributed (guasi-continuous) measurement of chemical substances. The continuous, i.e. Continuous monitoring of a measuring section

- 5 ist
jedoch so nicht möglich. Da nur eine Auswertewellenlänge verwendet wird, kann mit der beschriebenen Methode nicht klar unterschieden werden, ob es sich um eine Störung durch eine chemische Substanz oder einen sonstigen Effekt, wie z.B. einen Faserbruch oder eine Temperaturänderung in der Umgebung des sensitiven &Igr;&Ogr;-Wellenleiters, handelt.
- 5 is
However, this is not possible. Since only one evaluation wavelength is used, the method described cannot clearly distinguish whether the disturbance is caused by a chemical substance or another effect, such as a fiber break or a temperature change in the vicinity of the sensitive λΩ waveguide.

Aus H. Yoshikawa et al.; "Distributed Fluid Sensor Using Eccentrically Cladded Fibers", Electronics and Communications in Japan II, 71 (2), 1988, S. 89 ist zwar eine Glasfaser selbst als sensitives Element bekannt, jedoch werden die Analyte nicht in der Faser angereichert. Die Faser taucht nur in die Analytlösung ein. Um das evaneszente Feld des durch die Faser transportierten Lichtes mit den Analytmolekülen in der Lösung in Berührung bringen zu können, muß es sich um eine im Querschnitt unsymmetrische Glasfaser handeln (eccentric core). Es werden reine Brechzahleffekte auf das evaneszente Feld der exzentrischen Sensorfaser beschrieben. Es geht in diesem Text nur um die Gestaltung der Faser (z. B. Grad der Exzentrizität) . Die bei den Untersuchungen verwendete Meßanordnung beruht nicht auf dem OTDR-Prinzip, sondern es wurde "in Transmission" gemessen. Die Möglichkeit, die Faser mit der OTDR-Technik zu kontinuierlich verteilten Messungen einzusetzen, wird zwar angesprochen aber nicht realisiert. Da ebenfalls nur eine Auswertewellenlänge verwendet wird, kann mit der beschriebenen Methode nicht klar unterschieden werden ob es sich um eine Störung durch eine chemische Substanz oder einen sonstigen Effekt wie einen Faserbruch oder eine Temperaturänderung in der Umgebung der Sensorfaser handelt.From H. Yoshikawa et al.; "Distributed Fluid Sensor Using Eccentrically Cladded Fibers", Electronics and Communications in Japan II, 71 (2), 1988, p. 89, a glass fiber itself is known as a sensitive element, but the analytes are not concentrated in the fiber. The fiber is only immersed in the analyte solution. In order to bring the evanescent field of the light transported through the fiber into contact with the analyte molecules in the solution, the glass fiber must be asymmetrical in cross-section (eccentric core). Pure refractive index effects on the evanescent field of the eccentric sensor fiber are described. This text only deals with the design of the fiber (e.g. degree of eccentricity). The measuring arrangement used in the investigations is not based on the OTDR principle, but rather measurements were taken "in transmission". The possibility of using the fiber with OTDR technology for continuously distributed measurements is mentioned but not implemented. Since only one evaluation wavelength is used, the method described cannot clearly distinguish whether the disturbance is caused by a chemical substance or another effect such as a fiber break or a temperature change in the vicinity of the sensor fiber.

In der EP 0 298 118 Bl wird das bei einer OTDR-Messung erhaltene Rückstreusignal genau beschrieben. Dabei wird zwar allgemein von Streueffekten gesprochen, doch dies bezieht sich nur auf die Lichtstreuung an mechanischen Inhomogenitäten innerhalb der Faser, wie z. B. Spleiße oder Kopplungen. Nur das mechanische Testen von Glasfasern wird angesprochen.EP 0 298 118 Bl describes the backscatter signal obtained during an OTDR measurement in detail. Although scattering effects are generally mentioned, this only refers to the scattering of light at mechanical inhomogeneities within the fiber, such as splices or couplings. Only the mechanical testing of glass fibers is addressed.

Aufgabe der Neuerung ist es, eine Vorrichtung zur zeitaufgelösten Rückstreumessung so auszugestalten, daß damit auch ein spezifischer Substanznachweis möglich wird.The aim of the innovation is to design a device for time-resolved backscattering measurement in such a way that it also enables specific substance detection.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Schutzanspruchs 1.This problem is solved by the characterising features of claim 1.

Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen der Neuerung.The subclaims describe advantageous embodiments of the innovation.

Eine Vielzahl technischer Anlagen bzw. Objekte, in denen umweltgefährdende chemische Substanzen transportiert, verarbeitet oder aber auch nur sicher eingeschlossen werden, erfordern eine Umgebungsüberwachung, um den Austritt der Substanzen möglichst frühzeitig erkennen zu können.A large number of technical systems or objects in which environmentally hazardous chemical substances are transported, processed or even just safely contained require environmental monitoring in order to be able to detect the release of the substances as early as possible.

Hierdurch wird das mit diesen Anlagen verbundene Umweltgefährdungs-potential minimiert. Beispiele für relevante Anlagen sind Rohrleitungen, Tanklager, Reaktionsbehälter in Chemieanlagen aber auch Deponien, in denen umweltgefährdende Substanzen (z.B. Kohlenwasserstoffe) gelagert werden. Aufgrund der häufig anzutreffenden, großen räumlichen Ausdehnung solcher Anlagen ist es erforderlich, eine kontinuierliche, räumlich ausgedehnte Überwachungsmeßtechnik zur Verfügung zu haben, die es erlaubt, das Austreten chemischer Substanzen möglichst schnell und örtlich aufgelöst zu erfassen. Dies wird durch das neuerungsgemäße Verfahren in vorteilhafter Weise ermöglicht. This minimizes the potential environmental hazard associated with these systems. Examples of relevant systems are pipelines, tank farms, reaction vessels in chemical plants, but also landfills in which environmentally hazardous substances (e.g. hydrocarbons) are stored. Due to the large spatial extent of such systems, it is necessary to have continuous, spatially extensive monitoring technology available that allows the release of chemical substances to be recorded as quickly and locally as possible. This is made possible in an advantageous way by the new method.

Durch das angegebene Verfahren der OTDR-Messung bei zwei Wellenlängen (Absorptions- bzw. Fluoreszenz-Wellenlänge und Wellenlänge bei der keiner dieser Effekte auftritt) ist es möglich, das durch eine Substanz erzeugte Rücksignal in einer chemisch sensitiven Lichtleiterfaser einerseits örtlich aufzulösen und andererseits klar zu unterscheiden von Signalen, die durch andere Effekte wie z. B. Spleiße, Faserbrüche oderUsing the specified method of OTDR measurement at two wavelengths (absorption or fluorescence wavelength and wavelength at which none of these effects occurs), it is possible on the one hand to locally resolve the return signal generated by a substance in a chemically sensitive optical fiber and on the other hand to clearly distinguish it from signals caused by other effects such as splices, fiber breaks or

- 7 Temperatureinwxrkungen
verursacht werden. Da die verwendete Faser über ihre ganze Länge selbst das sensitive Element darstellt, wird eine lückenlose, räumliche aufgelöste und quantitative Messung von Chemikalien ermöglicht. Es wird eine örtliche Auflösung eines chemisch erzeugten Störstellensignales im Meterbereich erreicht, wobei die Länge der Meßstrecke prinzipiell einige hundert Meter bis zu einigen Kilometern betragen kann (der Dämpfungswert der verwendeten Faser liegt im Vis-Bereich bei ca. 10 dB/km). Es können alle Substanzen gemessen werden, die sich im Fasermantel anreichern, wie z. B. (chlorierte) Kohlenwasserstoffe oder andere unpolare organische Spezies. Eine weitere Voraussetzung ist, daß die Substanzen in dem für das Lichtleitermaterial transparenten Wellenlängenbereich eine Absorptionsbande oder Fluoreszenzemission aufweisen. Als Sensorfaser kann z. B. jede kommerziell erhältliche Quarzglasfaser mit Polymercladding eingesetzt werden. Diese muß keiner aufwendigen Prozedur unterzogen werden, um sie für relevante Substanzen wie z. B. Kohlenwasserstoffe chemisch sensitiv zu machen. Ein eventuell vorhandener äußerer mechanischer Nylonschutzmantel kann z. B. bei 165 0C mit Propylenglykol abgelöst werden, um den Siliconmantel freizulegen. Um die nach dem Ablösen der äußeren Nylonummantelung mechanisch labilere Faser trotzdem gegen Bruch zu schützen, wird die Faser vor dem Ablösen beispielsweise in eine offen gewickelte Flachdrahtwendel aus Edelstahl eingezogen. Als mechanische Schutzhülle kann auch ein perforierter Viton-Schlauch verwendet werden. Die Messungen wurden beispielhaft im sichtbaren Wellenlängenbereich gezeigt, doch ist dies natürlich auch auf andere Wellenlängenbereiche übertragbar, je nachdem wo Absorption oder Fluoreszenzemission bei der in Frage kommenden Substanz auftritt. Ein bevorzugter Wellenlängenbereich für die Absorptionswellenlängen ist z. B. der Nahinfrarot (NIR)-Bereich, wo Oberton- und Kombinationsbanden organischer Substanzen auftreten.
- 7 Temperature effects
As the fibre used itself represents the sensitive element over its entire length, a seamless, spatially resolved and quantitative measurement of chemicals is possible. A local resolution of a chemically generated interference signal in the meter range is achieved, whereby the length of the measuring section can in principle be several hundred metres up to several kilometres (the attenuation value of the fibre used is approx. 10 dB/km in the visible range). All substances which accumulate in the fibre cladding can be measured, such as (chlorinated) hydrocarbons or other non-polar organic species. A further prerequisite is that the substances have an absorption band or fluorescence emission in the wavelength range which is transparent to the fibre optic material. Any commercially available quartz glass fibre with polymer cladding can be used as a sensor fibre. This does not have to be subjected to a complex procedure to make it chemically sensitive to relevant substances such as hydrocarbons. Any external mechanical nylon protective sheath which may be present can, for example, be used with a polymer cladding. The fibers can be stripped at 165 ° C using propylene glycol to expose the silicone coating. In order to protect the mechanically more unstable fiber from breaking after the outer nylon coating has been removed, the fiber is pulled into an open-wound stainless steel flat wire coil before being removed. A perforated Viton tube can also be used as a mechanical protective cover. The measurements were shown in the visible wavelength range as an example, but this can of course also be applied to other wavelength ranges, depending on where absorption or fluorescence emission occurs in the substance in question. A preferred wavelength range for the absorption wavelengths is the near infrared (NIR) range, for example, where overtone and combination bands of organic substances occur.

Die Neuerung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe der Figuren näher erläutert.The innovation is explained in more detail below using exemplary embodiments with the help of the figures.

Dabei zeigt die Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.Fig. 1 shows a schematic diagram of a device for carrying out the method.

Die Figuren 2 bis 5 zeigen Beispiele für zeitaufgelöste Detektorsignale. Figures 2 to 5 show examples of time-resolved detector signals.

Die Fig. 6 zeigt eine Eichkurve, ( Fig. 6 shows a calibration curve, (

die Fig. 7 eine Übersicht über verschiedene Signale im Zeitspektrum und dieFig. 7 shows an overview of different signals in the time spectrum and the

Fig. 8 Absorptions- und Fluoreszenzspektren von Kohlenwasserstoffen (Rohöl).Fig. 8 Absorption and fluorescence spectra of hydrocarbons (crude oil).

Die Erfassung und Örtliche Lokalisation chemischer Substanzen entlang eines Lichtleiters mit der OTDR-Methode bedingt, daß die optische Faser einen hydrophoben Polymerfasermantel besitzt (z. B. Silicon). Dieser Polymermantel bewirkt einerseits als optisch dünneres Medium den Transport des Meßlichtes in der optischen Faser. Weiterhin dient er als mechanischer Schütz des Quarzglasfaserkerns, ohne den die Faser sehr spröde und in der Praxis kaum zu handhaben ist. Drittens wirkt er als hydrophobe Sensorschicht, in der sich relevante Substanzen anreichern lassen. Demnach ist der Lichtleiter mit seinem PoIymercladding selbst das sensitive Element. Durch die Anordnung einer solchen Faser in der Nähe einer potentiellen,Kontaminationsquelle können sich die bei einer Leckage austretenden organischen Substanzen im Fasermantel selbständig durch Diffusion anreichern. Aufgrund der Wechselwirkung der eindiffundierten Substanzen mit dem im Fäsermantel vorhandenen evaneszenten Lichtfeld z. B. aufgrund von Lichtstreuung, Absorption oder Emission kann die Schadstoffanreicherungssteile unter Anwendung der OTDR-Technik detektiert und lokalisiert werden.The detection and localization of chemical substances along a light guide using the OTDR method requires that the optical fiber has a hydrophobic polymer fiber sheath (e.g. silicon). This polymer sheath acts as an optically thinner medium that transports the measuring light in the optical fiber. It also serves as mechanical protection for the quartz glass fiber core, without which the fiber is very brittle and difficult to handle in practice. Thirdly, it acts as a hydrophobic sensor layer in which relevant substances can accumulate. The light guide with its polymer cladding is therefore itself the sensitive element. By arranging such a fiber near a potential source of contamination, the organic substances that escape in the event of a leak can accumulate in the fiber sheath by diffusion. Due to the interaction of the diffused substances with the evanescent light field present in the fiber sheath, e.g. B. due to light scattering, absorption or emission, the contaminant accumulation point can be detected and localized using the OTDR technique.

- 9 Die
angereicherte Substanz im Fasermantel stellt für die in die Faser eingekoppelten kurzen Lichtpulse eine "Störstelle" dar. Aus der zeitlichen Differenz zwischen Anregungspuls und einem durch die Störung erzeugten zum Faseranfang zurücktransportierten Signal läßt sich über die Lichtgeschwindigkeit in der Faser die Position der Anreicherungsstelle entlang der Faser ermitteln.
- 9 The
The enriched substance in the fiber cladding represents a "disturbance point" for the short light pulses coupled into the fiber. From the time difference between the excitation pulse and a signal generated by the disturbance and transported back to the beginning of the fiber, the position of the enrichment point along the fiber can be determined via the speed of light in the fiber.

Falls ein die Faser durchlaufender Anregungspuls im evaneszenten Feld auf eine solche Störstelle einer im Fasermantel angereicherten Substanz trifft, können verschiedene Fälle unterschieden werden:If an excitation pulse passing through the fiber in the evanescent field encounters such a defect in a substance enriched in the fiber cladding, different cases can be distinguished:

1. Die Absorptionsbande der angereicherten Substanz liegt nicht im Bereich der Wellenlänge der gepulsten Laserlichtquelle: 1. The absorption band of the enriched substance is not in the range of the wavelength of the pulsed laser light source:

a) Die Substanz hat eine höhere Brechzahl als der Polymerfasermantel: a) The substance has a higher refractive index than the polymer fiber sheath:

- das Licht im evaneszenten Feld wird aufgrund der Brechzahlerhöhung vermehrt gestreut und ein Teil des Streulichtes wird von der Faser wieder aufgenommen und zurück zum Faseranfang transportiert. Es tritt an der Anreicherungsstelle eine erhöhte Intensität des zurückgestreuten Lichtes auf.- the light in the evanescent field is increasingly scattered due to the increase in the refractive index and part of the scattered light is absorbed by the fiber and transported back to the beginning of the fiber. An increased intensity of the backscattered light occurs at the enrichment point.

b) Die Substanz hat eine geringere Brechzahl als der Polymerfasermantel :b) The substance has a lower refractive index than the polymer fiber sheath :

- an der Anreicherungsstelle findet eine Erniedrigung der Brechzahl statt, und das Licht wird im Lichtleiter sogar besser geführt. Es tritt kein zusätzliches Streulicht auf. An der Anreicherungsstelle bleibt das Rückstreusignal unverändert.- at the enrichment point, the refractive index is reduced and the light is guided even better in the light guide. No additional scattered light occurs. At the enrichment point, the backscatter signal remains unchanged.

2. Die Absorptionsbande der angereicherten Substanz liegt im Bereich der Wellenlänge der gepulsten Lichtquelle:2. The absorption band of the enriched substance lies in the range of the wavelength of the pulsed light source:

• " · · · · ft ft• " · · · · ft ft

- 10 -- 10 -

das Licht im evaneszenten Feld wird aufgrund der Eigenabsorption der Substanz an der Anreicherungsstelle geschwächt. Die von der Faser aufgenommene und zum Faseranfang zurücktransportierte Streulichtintensität wird durch diese Eigenabsorption an der Anreicherungsstelle sprungartig erniedrigt.the light in the evanescent field is weakened due to the substance's own absorption at the enrichment point. The scattered light intensity absorbed by the fiber and transported back to the beginning of the fiber is abruptly reduced by this own absorption at the enrichment point.

3. Die Absorptionsbande der angereicherten Substanz liegt im Bereich der Wellenlänge der gepulsten Lichtquelle und zusätzlich wird die Substanz zur Fluoreszenzemisson angeregt: das Licht im evaneszenten Feld wird aufgrund der Eigenabsorption der Substanz an der Anreicherungsstelle geschwächt, aber gleichzeitig regt es die Substanz zur Emission von längerwelligem Fluoreszenzlicht an. Die von der Faser aufgenommene und zum Faseranfang zurücktransportierte Streulichtintensität wird zwar durch die Eigenabsorption an der Anreicherungsstelle erniedrigt, die Emission des Fluoreszenzlichtes überlagert aber diesen Effekt, und insgesamt erhöht sich die Intensität des Rückstreusignales an der Anreicherungsstelle.3. The absorption band of the enriched substance is in the range of the wavelength of the pulsed light source and, in addition, the substance is stimulated to emit fluorescence: the light in the evanescent field is weakened due to the substance's own absorption at the enrichment point, but at the same time it stimulates the substance to emit longer-wavelength fluorescent light. The scattered light intensity absorbed by the fiber and transported back to the beginning of the fiber is reduced by the self-absorption at the enrichment point, but the emission of the fluorescent light overrides this effect and overall the intensity of the backscattered signal at the enrichment point increases.

Der Meßaufbau eines für die ortsaufgelöste Lokalisierung und quantitative Bestimmung chemischer Substanzen geeigneten OTDR-Systems ist in Fig. 1 dargestellt. Es werden zwei kurz gepulste Lichtquellen (z. B. Laserdioden oder ein NdYAG-Laser) mit unterschiedlichen Emissionswellenlängen eingesetzt (Laserlichtquelle 1 bzw. 2). Die Pulsbreiten sollten hierbei im Bereich weniger Nanosekunden liegen, um eine örtliche Auflösung im Meterbereich zu erhalten. Das Licht dieser kurz gepulsten Lichtquellen wird jeweils über eine Gradientenindexlinse (9) (GRIN-Linse) auf einen Zweig eines 3:1 - Faserverzweigers fokussiert. Über den ableitenden Zweig des Faserverzweigers werden die Lichtpulse in die oben angeführte Sensorfaser für chemische Substanzen geleitet. Die Anregungspulse durchlaufen die Sensorfaser und verlassen sie am anderen Ende, wo ein Teil der Lichtintensität reflektiert wird (Fresnel-Reflexion) und aufThe measurement setup of an OTDR system suitable for the spatially resolved localization and quantitative determination of chemical substances is shown in Fig. 1. Two short-pulsed light sources (e.g. laser diodes or an NdYAG laser) with different emission wavelengths are used (laser light source 1 or 2). The pulse widths should be in the range of a few nanoseconds in order to obtain a spatial resolution in the meter range. The light from these short-pulsed light sources is focused onto a branch of a 3:1 fiber splitter via a gradient index lens (9) (GRIN lens). The light pulses are guided into the sensor fiber for chemical substances mentioned above via the output branch of the fiber splitter. The excitation pulses pass through the sensor fiber and leave it at the other end, where part of the light intensity is reflected (Fresnel reflection) and onto

- 11 diese
Weise wieder zum Faseranfang gelangt. Falls jedoch in der Faser eine Störstelle von im Fasermantel angereicherten Chemikalien vorhanden ist, wird bereits bei dieser Störstelle ein Teil der Lichtintensität der Anregungspulse aufgrund der bereits beschriebenen Wechselwirkungen zwischen angereicherten Stoffen und evaneszentem Feld zum Faseranfang zurücktransportiert. Das zurückgeführte Signal weist hierbei eine geringere Verzögerungszeit auf als der Fresnelreflex vom Faserende. Das an den Faseranfang zurücktransportierte Licht wird über den dritten Zweig des Faserverzweigers aufgenommen. Das Licht wird anschließend durch Bandpassfilter (7) geleitet, um die gewünschte Wellenlänge zu selektieren. Es werden zwei Bandpassfilter verwendet, die alternierend in den Strahlengang gebracht werden. Der eine Filter selektiert Licht im Bereich der Emissionswellenlänge der ersten Laserlichtquelle 1, während der zweite Bandpassfilter auf die Emissionswellenlänge der zweiten Laserlichtquelle 2 abgestimmt ist. Das durch den jeweiligen Filter selektierte Meßlicht wird über eine GRIN-Linse auf einen schnell registrierenden, empfindlichen Detektor 5 (z. B. eine Silizium-Avalanche-Photodiode) fokussiert und detektiert. Die Detektorsignale werden nach entsprechender Verstärkung zu.einer schnellen Auswerteeinheit 6 wie zum Beispiel einem Speicheroszilloskop übermittelt und nach A/D-Wandlung der zeitliche Verlauf der dort ankommenden Rücksignale registriert. Das Oszilloskop sollte eine Bandbreite von etwa l GHz besitzen, um die hohen Pulsgeschwindigkeiten verarbeiten zu können. Über die zeitliche Verzögerung der registrierten Rückstreusignale kann mit Hilfe der Lichtgeschwindigkeit auf die Position der Störstelle zurückgeschlossen werden. Die in der Auswerteeinheit gespeicherten Detektorsignale können zu einer genaueren Auswertung auch einem Rechner zugeführt werden. ' '
- 11 these
way back to the beginning of the fiber. However, if there is an impurity in the fiber caused by chemicals enriched in the fiber cladding, part of the light intensity of the excitation pulses is transported back to the beginning of the fiber at this impurity due to the interactions between enriched substances and evanescent field described above. The returned signal has a shorter delay time than the Fresnel reflection from the end of the fiber. The light transported back to the beginning of the fiber is picked up via the third branch of the fiber branching device. The light is then passed through bandpass filters (7) to select the desired wavelength. Two bandpass filters are used, which are placed alternately in the beam path. One filter selects light in the range of the emission wavelength of the first laser light source 1, while the second bandpass filter is tuned to the emission wavelength of the second laser light source 2. The measuring light selected by the respective filter is focused and detected by a GRIN lens on a fast-registering, sensitive detector 5 (e.g. a silicon avalanche photodiode). After appropriate amplification, the detector signals are transmitted to a fast evaluation unit 6 such as a storage oscilloscope and, after A/D conversion, the temporal progression of the return signals arriving there is recorded. The oscilloscope should have a bandwidth of around 1 GHz in order to be able to process the high pulse speeds. The position of the fault can be deduced from the time delay of the registered backscatter signals using the speed of light. The detector signals stored in the evaluation unit can also be fed to a computer for more precise evaluation. ''

Die Einwirkung chemischer Substanzen auf den Polymerfasermantel eines Lichtleiters führt zu den weiter oben angeführtenThe effect of chemical substances on the polymer fiber sheath of an optical fiber leads to the above-mentioned

- 12 -- 12 -

Effekten, die sich folgendermaßen zur Ortung und Quantifizierung der Substanz entlang der Sensorfaser nutzen lassen:Effects that can be used to locate and quantify the substance along the sensor fiber as follows:

Fig. 2 zeigt das OTDR-Meßergebnis mit dem angeführten Meßaufbau, wenn sich eine Substanz im Fasermantel anreichert, welche im Bereich der Wellenlänge einer der gepulsten Laserlichtquellen absorbiert (z.B. bei Laserwellenlänge 1, o.a. Fall 2.). Die im Fasermantel angereicherte Substanz 8 tritt an der Anreicherungsstelle mit dem eingestrahlten Licht durch Absorption in Wechselwirkung, und in diesem Fall zeigt sich im Rückstreusignal/Zeit-Diagramm an der Anreicherungsstelle eine "Absorptionsstufe·1 (deutlicher sprungartiger Rückgang der zurückgestreuten Lichtintensität). Hier werden Lichtanteile, die in jedem Punkt der Faser zurückgestreut werden, durch die Absorption "schlagartig weggeschluckt". Die Stufenhöhe hängt ab von der Konzentration der absorbierenden Substanz in der Lösung und von ihrem Absorptionsvermögen (molarer Extinktionskoeffizient) bei der eingestrahlten Wellenlänge. Neben dieser Absorptionsstufe sind noch der Reflex des Startpulses, das Rückstreusignal vom 3:1-Faserverzweiger (4) und das Rückstreusignal vom Faserende (Fresnelreflex bei ca. 680 ns, Länge der Sensorfaser ca. 70 m) zu erkennen. Letzteres kann als Referenzsignal dienen.Fig. 2 shows the OTDR measurement result with the measurement setup mentioned above when a substance accumulates in the fiber cladding which absorbs in the range of the wavelength of one of the pulsed laser light sources (eg at laser wavelength 1, above case 2). The substance 8 enriched in the fiber cladding interacts with the incident light at the enrichment point by absorption, and in this case an "absorption level 1" (clear sudden drop in the backscattered light intensity) is shown in the backscatter signal/time diagram at the enrichment point. Here, light components that are backscattered at every point on the fiber are "abruptly swallowed up" by the absorption. The level depends on the concentration of the absorbing substance in the solution and on its absorption capacity (molar extinction coefficient) at the incident wavelength. In addition to this absorption level, the reflex of the start pulse, the backscatter signal from the 3:1 fiber splitter (4) and the backscatter signal from the fiber end (Fresnel reflex at approx. 680 ns, length of the sensor fiber approx. 70 m) can also be seen. The latter can serve as a reference signal.

Fig. 3, zeigt das OTDR-Meßergebnis für eine Substanz die bei der Laserwellenlänge 2 nicht absorbiert und eine höhere Brechzahl als der Polymerfasermantel besitzt (Fall l.a). Hier tritt an der Anreicherungsstelle (bei ca. 540 ns) eine Erhöhung (Peak) der rückgestreuten Lichtintensität auf. Dieser Rückstreupeak wird allein durch die Brechzahlerhöhung im Fasermantel bewirkt, welche beim Eindringen der Substanz erzeugt wird. Die Brechzahlerhöhung stellt eine Störung in der homogenen Fasermantelstruktur dar, wodurch eine erhöhte Lichtstreuung hervorgerufen wird. Der Reflex vom Faserende (Fresnelreflex bei 680 ns) ist je nach Brechzahl der angereicherten Substanz deutlich geschwächt oder gar nicht mehr vorhanden, weilFig. 3 shows the OTDR measurement result for a substance that does not absorb at laser wavelength 2 and has a higher refractive index than the polymer fiber cladding (case l.a). Here, an increase (peak) in the backscattered light intensity occurs at the enrichment point (at approx. 540 ns). This backscatter peak is caused solely by the increase in the refractive index in the fiber cladding, which is generated when the substance penetrates. The increase in the refractive index represents a disturbance in the homogeneous fiber cladding structure, which causes increased light scattering. The reflection from the fiber end (Fresnel reflection at 680 ns) is significantly weakened or no longer present, depending on the refractive index of the enriched substance, because

ein zunehmender Teil des geführten Lichtes bereits an der Anreicherungsstelle gestreut und ausgekoppelt wird. Das Streusignal ist bereits nach wenigen Sekunden Anreicherungszeit zu erkennen, wobei die Höhe des Signals abhängig ist von der Brechzahl der angereicherten Substanz, von ihrer Konzentration und ihrer Sorptionsgeschwindigkeit.an increasing part of the guided light is already scattered and coupled out at the enrichment point. The scattering signal can be recognized after just a few seconds of enrichment, whereby the level of the signal depends on the refractive index of the enriched substance, its concentration and its sorption speed.

Fig. 4 zeigt das OTDR-Meßergebnis für-eine Substanz, die bei der Laserwellenlänge 2 nicht absorbiert und eine niedrigere Brechzahl als der Polymerfasermantel besitzt (Fall l.b). Hier ist ebenfalls keine Absorptionsstufe vorhanden, da das Licht des Anregungspulses nicht von der im Fasermantel angereicherten Substanz geschwächt wird. Weil die angereicherte Substanz jedoch eine niedrigere Brechzahl als der Fasermantel hat, tritt an der Anreicherungsstelle bei einer Verzögerungszeit von ca. 540 ns kein Rückstreusignal auf. Es sind nur die Reflexe des Startpulses und das Rückstreusignal vom Faserende zu erkennen.Fig. 4 shows the OTDR measurement result for a substance that does not absorb at laser wavelength 2 and has a lower refractive index than the polymer fiber cladding (case l.b). Here, too, there is no absorption level, since the light of the excitation pulse is not weakened by the substance enriched in the fiber cladding. However, since the enriched substance has a lower refractive index than the fiber cladding, no backscatter signal occurs at the enrichment point with a delay time of approx. 540 ns. Only the reflections of the start pulse and the backscatter signal from the fiber end can be seen.

Durch die zeitaufgelöste Erfassung der OTDR-Rückstreusignale einer chemisch sensitiven Lichtleiterfaser bei einer Meßwellenlänge, die im Absorptionsbereich der Substanz liegt und bei einer Meßwellenlänge die außerhalb dieses Absorptionsbereiches liegt, kann nicht nur eindeutig der Ort der Substanzanreicherung aufgelöst werden, sondern es ist anhand.der unterschiedlichen Signalformen der beiden Messungen auch möglich, die chemische Störstelle klar von sonstigen Störstellen zu unterscheiden. An der Anreicherungsstelle einer Substanz tritt im Rückstreusignal/Zeit-Diagramm der Sensorfaser im Bereich der Absorptionswellenlänge eine Absorptionsstufe auf, während bei der nicht absorbierenden Wellenlänge entweder ein Rückstreupeak (Fall la) oder kein Signal (Fall 1 b) auftritt.By recording the OTDR backscatter signals of a chemically sensitive optical fiber in a time-resolved manner at a measurement wavelength that is in the absorption range of the substance and at a measurement wavelength that is outside this absorption range, not only can the location of the substance enrichment be clearly resolved, but the different signal shapes of the two measurements also make it possible to clearly distinguish the chemical defect from other defects. At the enrichment location of a substance, an absorption step occurs in the backscatter signal/time diagram of the sensor fiber in the range of the absorption wavelength, while at the non-absorbing wavelength either a backscatter peak (case la) or no signal (case 1 b) occurs.

Bei einem glatten Bruch der Sensorfaser zeigt sich hingegen bei beiden Wellenlängen ein Peak in der Rückstreuintensität.However, if the sensor fiber breaks cleanly, a peak in the backscatter intensity is observed at both wavelengths.

- 14 Diese
Peaks gleichen jeweils dem am Faserende auftretenden Fresnelreflex (vgl. Abb. 2, 3, 4).
- 14 These
Peaks are similar to the Fresnel reflection occurring at the fiber end (see Fig. 2, 3, 4).

Bei der angegebenen Meßmethode wirken sich andere Störungen (z. B. Faserbrüche, Spleiße oder Temperaturänderungen im Fasermantel) immer bei beiden Wellenlängen gleich aus, so daß sich die erhaltenen Signale in ihrem "Muster" ähneln. Dies ist in Figur 7a dargestellt: Bruch und Spleiß führen bei beiden Wellenlängen jeweils zu den gleichen Signalen. Störungen, welche durch die in den Fasermantel eindringenden Substanzen hervorgerufen werden, ergeben jedoch deutliche Unterschiede im Signal bei der Absorptionswellenlänge und bei einer Wellenlänge, bei der keine Absorption auftritt (Figur 7b).With the measuring method specified, other disturbances (e.g. fiber breaks, splices or temperature changes in the fiber cladding) always have the same effect at both wavelengths, so that the signals obtained are similar in their "pattern". This is shown in Figure 7a: breaks and splices lead to the same signals at both wavelengths. However, disturbances caused by substances penetrating the fiber cladding result in clear differences in the signal at the absorption wavelength and at a wavelength at which no absorption occurs (Figure 7b).

Fig. 5 zeigt, daß die angegebene Meßmethode prinzipiell auch anwendbar ist für den Fall, daß sich eine Substanz im Fasermantel anreichert, die mit einer eingestrahlten Laserwellenlänge 1 zur Fluoreszenzemission angeregt wird. Auch hier wird ein Teil des Fluoreszenzlichtes zum Faseranfang zurücktransportiert und kann durch Auswahl eines geeigneten Bandpassfilters detektiert werden. An der Anreicherungsstelle (hier bei ca. 125 ns) tritt eine erhöhte Signalintensität auf und durch das für die jeweilige Substanz typische Fluoreszenzabklingverhalten wird eine unsymmetrische Peakform erhalten. Neben diesem Peak sind noch der Reflex des Startpulses, das Rückstreusignal vom 3:1-Faserverzweiger und das Rückstreusignal vom Faserende zu erkennen (die Sensorfaser war in diesem Falle nur ca. 23 m lang). Hierdurch unterscheidet sich das Rücksignal deutlich von den anderen bisher diskutierten Rücksignalen. Die Signalhöhe des durch die Fluoreszenzemission bewirkten Rücksignales hängt u.a. von der Konzentration der Substanz ab, wie Fig. 6 verdeutlicht. Somit ist auch eine quantitative Erfassung der Substanzkonzentration möglich.Fig. 5 shows that the measurement method specified can in principle also be used in the case that a substance accumulates in the fiber cladding that is excited to emit fluorescence with an incident laser wavelength of 1. Here too, part of the fluorescent light is transported back to the beginning of the fiber and can be detected by selecting a suitable bandpass filter. At the accumulation point (here at approx. 125 ns) an increased signal intensity occurs and the fluorescence decay behavior typical for the respective substance results in an asymmetrical peak shape. In addition to this peak, the reflection of the start pulse, the backscatter signal from the 3:1 fiber splitter and the backscatter signal from the end of the fiber can also be seen (the sensor fiber in this case was only approx. 23 m long). This makes the return signal clearly different from the other return signals discussed so far. The signal level of the return signal caused by the fluorescence emission depends, among other things, on the concentration of the substance, as shown in Fig. 6. This also makes it possible to quantitatively determine the substance concentration.

Auch die Anreicherung einer fluoreszierenden Substanz führt bei absorbierender und nicht absorbierender LaserwellenlängeThe enrichment of a fluorescent substance also leads at absorbing and non-absorbing laser wavelengths

zu unterschiedlichen Signalen (Figur 7c). Bei der Absorptionswellenlänge erhält man das charakteristische Fluoreszenzsignal, während bei der nicht absorbierenden Wellenlänge je nach Brechungsindex der angereicherten Substanz entweder kein Signal oder ein Rückstreusignal erhalten wird. Auf diese Weise kann eine solche Störstelle klar von einer sonstigen Störstelle unterschieden werden, bei der bei beiden Wellenlängen das gleiche Rücksignal erhalten wird (Figur 7a) .to different signals (Figure 7c). At the absorption wavelength, the characteristic fluorescence signal is obtained, while at the non-absorbing wavelength, depending on the refractive index of the enriched substance, either no signal or a backscatter signal is obtained. In this way, such an impurity can be clearly distinguished from another impurity, where the same return signal is obtained at both wavelengths (Figure 7a).

Eine fluoreszierende Substanz ist jedoch auch eindeutig erkennbar, wenn nur mit einer Laserwellenlänge gearbeitet wird, weil sich die charakteristische, exponentiell abfallende Peakflanke von den anderen Signalen unterscheidet. Durch den Einsatz eines Kantenfilters kann zusätzlich die Anregungswellenlänge ausgeblendet werden, so daß nur das längerwellige Fluoreszenzlicht durchgelassen wird. Auf diese Weise wird speziell die sich anreichernde fluoreszierende Substanz nachgewiesen. Bei einer mechanischen Störung in der Faser wird kein Signal sichtbar, weil die kürzere Anregungswellenlange vom Kantenfilter abgefangen wird.However, a fluorescent substance can also be clearly identified if only one laser wavelength is used, because the characteristic, exponentially falling peak flank differs from the other signals. By using an edge filter, the excitation wavelength can also be blocked out so that only the longer-wave fluorescent light is allowed through. In this way, the accumulating fluorescent substance is specifically detected. If there is a mechanical disturbance in the fiber, no signal is visible because the shorter excitation wavelength is intercepted by the edge filter.

In Figur 8 sind Absorptions- und Fluoreszenzspektren von Rohöl dargestellt. Für die Leckageüberwachung einer rohölführenden Pipeline empfiehlt sich eine Anregungswellenlänge zwischen und 350 nm. Bei Anregung in diesem Wellenlängenbereich wird eine ausreichende Fluoreszenzintensität erhalten, die trotz der erhöhten Dämpfung der Lichtleitfaser im UV-Bereich auch bei längeren Faserstrecken -noch detektiert werden kann.Figure 8 shows absorption and fluorescence spectra of crude oil. For leak monitoring in a crude oil pipeline, an excitation wavelength of between and 350 nm is recommended. When excited in this wavelength range, sufficient fluorescence intensity is obtained, which can still be detected over longer fiber lengths despite the increased attenuation of the optical fiber in the UV range.

Claims (6)

Vorrichtung zum ortsaufgelösten Substanznachweis bestehend aus mindestens einer pulsbaren Lichtquelle, einer Lichtleitfaser, in die die Lichtpulse eingekoppelbar sind, einem faseroptischen Strahlteiler, einem Photodetektor und einer Auswerteeinheit zur Erfassung der aus der Lichtleitfaser kommenden Rückstreusignale der pulsbaren Lichtquelle in der Zeitdomäne, gekennzeichnet durch:Device for spatially resolved substance detection consisting of at least one pulsable light source, an optical fiber into which the light pulses can be coupled, a fiber optic beam splitter, a photodetector and an evaluation unit for detecting the backscatter signals of the pulsable light source coming from the optical fiber in the time domain, characterized by: zwei Laser (1, 2) als gepulste Lichtquellen, wobei die Wellenlänge des einen Lasers (1) im Bereich einer Absorptionsbande einer zu detektierenden Substanz (8) liegt, und die Wellenlänge des zweiten Lasers (2) in einem Bereich liegt, in dem die zu detektierende Substanz (8) nicht absorbiert, two lasers (1, 2) as pulsed light sources, the wavelength of one laser (1) being in the range of an absorption band of a substance (8) to be detected, and the wavelength of the second laser (2) being in a range in which the substance (8) to be detected does not absorb, ein die Lichtleitfaser (3) umgebendes Medium, welches für die zu detektierende Substanz (8) permeabel und dessen Brechungsindex kleiner als der der Lichtleitfaser ist.a medium surrounding the optical fiber (3), which is permeable to the substance to be detected (8) and whose refractive index is smaller than that of the optical fiber. 2. Vorrichtung zum ortsaufgelösten Substanznachweis bestehend aus mindestens einer pulsbaren Lichtquelle, einer Lichtleitfaser, in die die Lichtpulse eingekoppelbar sind, einem faseroptischen Strahlteiler, einem Photodetektor und einer Auswerteeinheit zur Erfassung der aus der Lichtleitfaser kommenden Rückstreusignale der pulsbaren Lichtquelle in der Zeitdomäne, gekennzeichnet durch:2. Device for spatially resolved substance detection consisting of at least one pulsed light source, an optical fiber into which the light pulses can be coupled, a fiber optic beam splitter, a photodetector and an evaluation unit for detecting the backscatter signals of the pulsed light source coming from the optical fiber in the time domain, characterized by: einen Laser (1) als gepulste Lichtquelle, wobei die Wellenlänge im Bereich einer Absorptionsbande einer zu detektierenden Substanz (8) liegt,a laser (1) as a pulsed light source, the wavelength being in the range of an absorption band of a substance to be detected (8), ein die Lichtleitfaser (3) umgebendes Medium, welches für die zu detektierende Substanz (8) permeabel und dessen Brechungsindex kleiner als der der Lichtleitfaser ist und einen optischen Filter (7), der vor dem Photodetektor (5)a medium surrounding the optical fiber (3), which is permeable to the substance to be detected (8) and whose refractive index is smaller than that of the optical fiber and an optical filter (7) which is in front of the photodetector (5) 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen3. Device according to claim 1, characterized by a Bandpassfilter (7).Bandpass filter (7). 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das die Lichtleitfaser (3) umgebende Medium Silicon oder Teflon ist.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the medium surrounding the optical fiber (3) is silicone or Teflon. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 gekennzeichnet durch eine für die Substanz (8) durchlässige, mechanisch stabilisierende Schützhülle für die Lichtleitfaser (3).5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized by a mechanically stabilizing protective cover for the optical fiber (3) that is permeable to the substance (8). 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die stabilisierende Schutzhülle eine Flachdrahtwendel aus Edelstahl ist.6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the stabilizing protective cover is a flat wire spiral made of stainless steel.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10116496A1 (en) * 2001-04-03 2002-10-17 Framatome Anp Gmbh Device and method for the detection and location of a substance escaping into the environment
DE102007042546A1 (en) * 2007-09-07 2009-03-12 Glombitza, Ulrich Arrangement and method for the use of optical waveguide sensors in pipe and duct systems
DE102008044317A1 (en) * 2008-12-03 2010-06-17 Universität Potsdam Apparatus and method for determining the concentration of oxygen

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10116496A1 (en) * 2001-04-03 2002-10-17 Framatome Anp Gmbh Device and method for the detection and location of a substance escaping into the environment
DE102007042546A1 (en) * 2007-09-07 2009-03-12 Glombitza, Ulrich Arrangement and method for the use of optical waveguide sensors in pipe and duct systems
DE102007042546B4 (en) * 2007-09-07 2010-01-14 Ulrich Glombitza Method for spatially resolved temperature measurement in a pipe or channel system
US8162535B2 (en) 2007-09-07 2012-04-24 Ulrich Glombitza Method for monitoring the state of a tube for a coating in a system of pipes or ducts
US8727614B2 (en) 2007-09-07 2014-05-20 Ulrich Glombitza Method for monitoring the state of a tube for a coating in a system of pipes or ducts
DE102008044317A1 (en) * 2008-12-03 2010-06-17 Universität Potsdam Apparatus and method for determining the concentration of oxygen
DE102008044317B4 (en) * 2008-12-03 2011-02-10 Universität Potsdam Apparatus and method for determining the concentration of oxygen

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