EP2279397A1 - Vorrichtung zurortsaufgelösten temperaturmessung - Google Patents

Vorrichtung zurortsaufgelösten temperaturmessung

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Publication number
EP2279397A1
EP2279397A1 EP09745482A EP09745482A EP2279397A1 EP 2279397 A1 EP2279397 A1 EP 2279397A1 EP 09745482 A EP09745482 A EP 09745482A EP 09745482 A EP09745482 A EP 09745482A EP 2279397 A1 EP2279397 A1 EP 2279397A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
polarization
optical fiber
laser light
light
light source
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP09745482A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wieland Hill
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Luna Innovations Germany GmbH
Original Assignee
Lios Technology GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lios Technology GmbH filed Critical Lios Technology GmbH
Publication of EP2279397A1 publication Critical patent/EP2279397A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
    • G01K11/32—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres

Definitions

  • the present invention relates to a device for spatially resolved temperature measurement according to the preamble of claim 1.
  • a device of the aforementioned type is known, for example, from EP 0 692 705 A1.
  • Fiber optic temperature measuring systems
  • DTS distributed Temperature Sensing - DTS
  • the effect of Raman scattering can be used.
  • the radiation of a narrow-band source of electromagnetic radiation eg that of a laser
  • the radiation of a narrow-band source of electromagnetic radiation is inelastic in the
  • Fiber material scattered The ratio of the intensities of the scattered radiation with shorter wavelength than the excitation (anti-Stokes scattered radiation) and the scattered radiation at longer wavelength (Stokes scattered radiation) is temperature-dependent and can be used for temperature determination.
  • Optical Frequency techniques Optical Frequency Domain Reflectometry - OFDR
  • pulse techniques Optical Time Domain Reflectometry - OTDR
  • temperature measuring systems can be used, for example, for fire monitoring in tunnels and canals, for monitoring power cables and pipelines, and in oil and gas production.
  • a DTS device In addition to the corresponding coupling optics, a DTS device generally contains the following essential optical components:
  • a laser light source A laser light source,
  • a spectral divider for coupling the light of the laser light source in the optical fiber used for the measurement and for separating the Raman scattered light components of the laser light scattered back from the optical fiber
  • a DTS device can be largely constructed as a free-form optic.
  • fiber optic structures are often used.
  • a problem of spatially resolved temperature measurement in optical fibers is the change in polarization along the fiber. This occurs especially, but not exclusively, in single-mode fibers.
  • the stimulating radiation is usually polarized. Since the Raman scattering can also be polarized, the Raman scattered light components returning from the fiber can also be polarized. Detection of Raman scattered light may be accomplished using spectral splitters, filters, and others polarization-dependent components. The result of the measurement can thus depend on the polarization.
  • the plane of polarization can be rotated or the polarization otherwise altered by effects such as stress birefringence.
  • the measurement signals depend not only in the desired manner on the local temperature, but also on the local polarization at the measuring point or the
  • the problem underlying the present invention is to provide a device of the type mentioned, with a higher temperature resolution and / or spatial resolution can be achieved.
  • the device comprises means for reducing polarization-related effects.
  • the influence of the polarization effects described can be reduced such that the temperature resolution and / or the
  • the means for reducing polarization-related effects comprise a polarization modifier which can at least partially depolarize the light of the at least one laser light source prior to coupling into the optical fiber or temporally and / or spatially change the polarization state of the light prior to the coupling.
  • the polarization modifier should influence the polarization of the laser light or possibly also of the scattered light in such a way that the polarization dependence of components such as spectral divider and
  • the desired polarization independence of detection does not necessarily require actual depolarization. Rather, it is also possible to use polarization modifiers which temporally and / or spatially change the polarization state and thus lead to an averaging of different polarization components in the detection.
  • Polarization modifier works as follows:
  • Delay distance must be greater than the coherence length so as not to get back polarized light behind the depolarizer. Since large delay lines affect spatial resolution, there may be limitations in using in high-resolution devices. For high-resolution devices other solutions come, for example using rotating optically active disks (half-wavelength plates), electroactive cells for changing the polarization or mechanically stressed optical fibers in question, which can cause a change in the polarization due to the mechanical stress due to induced birefringence.
  • a polarization modifier can be largely constructed as a free-beam optic.
  • Reduction of polarization-related effects comprise at least one filter whose properties, in particular with regard to its transmission, differ by less than 10%, in particular less than 5%, preferably less than 1%, for two or for each two mutually perpendicular polarization directions.
  • the means for reducing polarization-related effects comprise at least one spectral divider whose properties, in particular with regard to its transmission and / or its reflection, are perpendicular to one another or to each other
  • Polarization directions differ by less than 10%, in particular less than 5%, preferably less than 1%.
  • Spectral splitters and other wavelength-selective filters can be used in your
  • One way to reduce the polarization dependence of thin film filters is to use special layer designs that have very similar characteristics for both wavelengths at the wavelengths in question.
  • Another way is to use small angles of incidence.
  • the filters work polarization independent.
  • polarization effects may be sufficiently small to permit accurate measurement of the temperature with a device according to the invention.
  • Fig. 1 is a schematic view of a first embodiment of a device according to the invention
  • Fig. 2 shows an exemplary embodiment of a polarization modifier
  • FIG. 3 shows a detail of a schematic view of a second embodiment of a device according to the invention.
  • Fig. 4 is a schematic view of a third embodiment of a device according to the invention.
  • the device comprises a laser light source 2 controlled by drive means 1.
  • the light 3 of the laser light source 2 passes through a polarization modifier 4, which can depolarize the light 3 or temporally and / or spatially change the polarization state of the light 3. After passing through the polarization modifier 4, which can depolarize the light 3 or temporally and / or spatially change the polarization state of the light 3. After passing through the polarization modifier 4, which can depolarize the light 3 or temporally and / or spatially change the polarization state of the light 3.
  • Polarisationsver the light 3 via coupling means comprising a spectral divider 5 and, for example, a lens 6, coupled into an optical fiber 7 used for temperature measurement.
  • the lens 6 and the spectral divider 5 also serve as decoupling means and can scatter the backscattered in the optical fiber 7 parts of from the laser light source 2 generated light 3 schematically indicated evaluation 8 perform.
  • the evaluation means 8 comprise for example a spectral divider 9 for the laser wavelength and the Raman radiation and two detectors 10, 1 1 for the Stokes and the anti-Stokes scattered radiation, in front of which non-imaged filters are arranged.
  • the evaluation means 8 additionally comprise a measurement electronics 12.
  • the filters may have a structure that provides similar transmission characteristics for mutually perpendicular linear polarizations.
  • the transmission can differ by less than 1%, for example, for a Raman wavelength to be detected for two or for each two mutually perpendicular polarization directions. This minimizes the polarization-dependent influence of the filters on the temperature measurement.
  • the spatially resolved temperature measurement in the optical fiber 7 can be effected by a method which corresponds to the OFDR method as described in EP 0 692 705 A1.
  • the light 3 of the laser light source 2 can be frequency-modulated and a Fourier transformation can be carried out in the evaluation means 8.
  • a connection 34 between the drive means 1 of the laser light source 2 and the measuring electronics 12 can be seen. This connection is used to synchronize laser light source 2 and measuring electronics 12.
  • a polarization modifier 4 comprises a polarization beam splitter 13 and two Faraday mirrors 14, 15, each consisting of a mirror and a polarization rotator.
  • Polarization rotors may be a 45 ° Faraday rotator or a quarter wavelength plate.
  • the light 3 of the laser light source 2 strikes the polarization beam splitter 13 from the left in FIG. 2.
  • the light 2 should have a linear polarization 16 which is at an angle of 45 ° to the parallel and to the vertical polarization or to a vertical direction in FIG 2 is aligned.
  • a first portion 17 of the light 3 is reflected upward.
  • This first portion 17 has a polarization 18 which corresponds to a parallel polarization.
  • a second portion 19 of the light 3 is allowed to pass unimpeded by the polarization beam splitter 13.
  • This second portion 19 has a polarization 20 which corresponds to a vertical polarization.
  • the first portion 17 is reflected downward in Fig. 2, wherein its polarization is rotated by 90 ° so that it is present as a perpendicular polarization 21.
  • the second portion 19 is reflected to the left in Fig. 2, wherein its polarization is also rotated by 90 °, so that it is present as a parallel polarization 22.
  • the two parts 17, 19 are in the renewed impact on the
  • Polarization beam splitter 13 of this unites and step down in Fig. 2 from this.
  • the optical path of the first portion 17 of the polarization beam splitter 13 via the first Faraday mirror 14 back to the Polarization beam splitter 13 is shorter than the optical path of the second portion 19 of the polarization beam splitter 13 via the second Faraday mirror 15 back to the polarization beam splitter 13. This is in particular a greater distance between the polarization beam splitter 13 and the second Faraday mirror
  • the resulting optical path difference of the components 17, 19 should be greater than the coherence length of the light 3.
  • Beam splitter 13 emerging light 23 (see also Fig. 1) both a portion of vertical polarization 24 and a proportion of parallel polarization 25, which are not coherent to each other. This results in the ideal case, a depolarization of the light 23rd
  • the polarization modifier 4 shown in FIG. 2 is one of many possible examples. These and other examples of useful polarization modifiers are disclosed in US 2007/0297054.
  • FIG. 3 shows a spectral divider 26 which can be used, for example, instead of the spectral divider 5 in FIG.
  • the spectral divider 26 can be used, for example, instead of the spectral divider 5 in FIG.
  • the spectral divider 26 can be used, for example, instead of the spectral divider 5 in FIG.
  • the spectral divider 26 can be used, for example, instead of the spectral divider 5 in FIG.
  • the spectral divider 26 is tilted at an angle ⁇ of less than 10 ° with respect to the vertical 27 in FIG. As a result, the angle of incidence at which the light 3 impinges on the spectral divider 26 is smaller than 10 °.
  • the portions 28 of the light 3 scattered back from the optical fiber 6 are reflected by the spectral divider 26 at an angle 2 ⁇ and coupled into an optical fiber 29, which can supply the components to be detected 28 to the evaluation means 8. Due to the almost perpendicular incidence on the spectral divider 26, this latter functions largely independent of polarization.
  • the from Fig. 4 apparent embodiment of a device according to the invention comprises in addition to a first laser light source 2, a second laser light source 30, which is also controlled by the drive means 1.
  • the two laser light sources 2, 30 have a different polarization, in particular a mutually perpendicular linear polarization and are not coherent with each other.
  • the light 3, 31 of the laser light sources 2, 30 is brought together by a polarization coupler 32 and via the spectral divider
  • the evaluation means 8 comprise, for example, a filter
  • the filter 33 for the Raman radiation and a detector 10 for the Stokes scattered radiation is designed as a replaceable filter, so that the two channels (Stokes and anti-Stokes scattered radiation) are measured successively.
  • the evaluation means 8 additionally comprise a measurement electronics 12.
  • connection 34 between the drive means 1 of the laser light sources 2, 30 and the measuring electronics 12 can be seen. This connection is used to synchronize the laser light sources 2, 30 with the measuring electronics 12.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

Vorrichtung zur ortsaufgelösten Temperaturmessung, umfassend mindestens eine Lichtleitfaser (6) für die ortsaufgelöste Temperaturmessung und mindestens eine Laserlichtquelle (2), deren Licht (3, 23) in die Lichtleitfaser (6) eingekoppelt werden kann, wobei die in der Lichtleitfaser (6) zurück gestreuten Anteile des Lichts (3, 23) aus der Lichtleitfaser (6) ausgekoppelt und ausgewertet werden können. Die Vorrichtung umfasst weiterhin Mittel zur Verringerung polarisationsbedingter Effekte, bei denen es sich beispielsweise um einen Polarisationsveränderer (4) handeln kann, der das Licht (3) zumindest teilweise depolarisieren kann.

Description

"Vorrichtung zur ortsaufgelösten Temperaturmessung"
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur ortsaufgelösten Temperaturmessung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .
Eine Vorrichtung der vorgenannten Art ist beispielsweise aus der EP 0 692 705 A1 bekannt. Faseroptische Temperaturmesssysteme
(Distributed Temperature Sensing - DTS) können optische Effekte in Lichtleitfasern zur ortsaufgelösten Temperaturmessung nutzen. Beispielsweise kann der Effekt der Raman-Streuung genutzt werden. Hierbei wird die Strahlung einer schmalbandigen Quelle elektromagnetischer Strahlung (z. B. die eines Lasers) inelastisch im
Fasermaterial gestreut. Das Verhältnis der Intensitäten der Streustrahlung mit kürzerer Wellenlänge als die Anregung (anti- Stokes-Streustrahlung) und der Streustrahlung bei längerer Wellenlänge (Stokes-Streustrahlung) ist temperaturabhängig und kann zur Temperaturbestimmung verwendet werden. Durch Nutzung von
Frequenztechniken (Optical Frequency-Domain Reflectometry - OFDR), wie sie in der EP 0 692 705 A1 und in der EP 0 898 151 A2 beschrieben sind, oder von Pulstechniken (Optical Time-Domain Reflectometry - OTDR) kann die Temperatur entlang der Faser ortsaufgelöst bestimmt werden. Derartige Temperaturmesssysteme können beispielsweise zur Brandüberwachung in Tunneln und Kanälen, zur Überwachung von Energiekabeln und Pipelines sowie bei der Öl- und Gasförderung eingesetzt werden.
Ein DTS-Gerät enthält im Allgemeinen neben den entsprechenden Koppeloptiken folgende wesentlichen optischen Komponenten:
Eine Laserlichtquelle,
einen Spektralteiler zur Kopplung des Lichts der Laserlichtquelle in die zur Messung verwendete Lichtleitfaser und zur Abtrennung der aus der Lichtleitfaser zurück gestreuten Raman-Streulichtanteile des Laserlichts,
eine zur Messung verwendete Lichtleitfaser,
einen Spektralteiler zur Trennung von Stokes- und Anti-Stokes Streulicht,
Filter für das Stokes- und das anti-Stokes-Streulicht,
Detektoren für das Stokes- und das anti-Stokes-Streulicht.
Anstelle zweier Filter für das Stokes- und das anti-Stokes-Streulicht können veränderbare beziehungsweise auswechselbare Filter vorgesehen sein. Bei Verwendung derartiger auswechselbarer Filter werden beide Kanäle nacheinander gemessen. Das ist von der Messzeit her nachteilig, kann aber Kostenvorteile bringen und auch Genauigkeitsvorteile durch die Verwendung der gleichen Kanäle für beide Signale.
Ein DTS-Gerät kann grundsätzlich weitgehend als Freistrahloptik aufgebaut sein. Aus verschiedenen praktischen Gründen (Effizienz, Stabilität) werden jedoch häufig faseroptische Aufbauten eingesetzt.
Ein Problem der ortsaufgelösten Temperaturmessung in Lichtleitfasern ist die Änderung der Polarisation entlang der Faser. Dies tritt vor allem, aber nicht ausschließlich bei Single-Mode-Fasern auf. Die anregende Strahlung ist in der Regel polarisiert. Da die Raman-Streuung auch polarisiert erfolgen kann, können die aus der Faser zurückkommenden Raman-Streulichtanteile ebenfalls polarisiert sein. Der Nachweis des Raman-Streulichts erfolgt unter Verwendung von Spektralteilern, Filtern und anderen möglicherweise polarisationsabhängigen Bauteilen. Das Ergebnis der Messung kann somit von der Polarisation abhängen .
In Multimode-Fasern breiten sich verschiedene Moden mit geringfügig unterschiedlicher Geschwindigkeit aus und die Einflüsse der Faser auf die Polarisation sind auch modenabhängig. Über längere Strecken bildet sich daher ein mehr oder weniger homogenes Gemisch verschiedener Polarisationszustände aus. Das Problem der Polarisationseffekte in Messungen mit DTS besteht somit vorrangig in Single-Mode-Fasern und bei der Messung von Multimode-Fasern mit wenigen Moden oder kurzen Längen.
In der Faser kann die Polarisationsebene gedreht oder die Polarisation anderweitig verändert werden durch Effekte wie Spannungsdoppelbrechung. Damit hängen die Messsignale nicht nur in gewünschter Weise von der lokalen Temperatur, sondern auch von der lokalen Polarisation an der Messstelle beziehungsweise der
Änderung der Polarisation auf dem Weg durch die Faser ab. Die Polarisationseffekte können, selbst wenn sie die Messgrößen nur wenig beeinflussen, bereits deutlichen Einfluss auf die Temperaturbestimmung haben und beispielsweise mehrere 0C betragen. Damit können derartige Effekte die Temperaturauflösung von DTS-Geräten begrenzen. Insbesondere in Geräten, die mit Single-Mode-Fasern arbeiten, werden Modulationen auf den Temperaturkurven mit einer Amplitude von mehreren 0C und einer Wellenlänge von einigen m bis zu einigen 10m beobachtet. Diese sind auf Drehungen der Polarisationsebenene durch spannungsinduzierte
Doppelbrechung im Fasermaterial zurückzuführen.
Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem ist die Schaffung einer Vorrichtung der eingangs genannten Art, mit der eine höhere Temperaturauflösung und/oder Ortsauflösung erreicht werden kann.
Dies wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung.
Gemäß Anspruch 1 ist vorgesehen, dass die Vorrichtung Mittel zur Verringerung polarisationsbedingter Effekte umfasst. Durch diese Mittel kann der Einfluss der beschriebenen Polarisationseffekte derart verringert werden, dass die Temperaturauflösung und/oder die
Ortsauflösung der Vorrichtung verbessert werden kann.
Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Mittel zur Verringerung polarisationsbedingter Effekte einen Polarisationsveränderer umfassen, der das Licht der mindestens einen Laserlichtquelle vor der Einkopplung in die Lichtleitfaser zumindest teilweise depolarisieren oder den Polarisationszustand des Lichts vor der Einkopplung zeitlich und/oder räumlich verändern kann.
Der Polarisationsveränderer soll die Polarisation des Laserlichts oder eventuell auch des Streulichts so beeinflussen, dass die Polarisationsabhängigkeit von Komponenten wie Spektralteiler und
Filter nicht mehr ins Gewicht fällt.
Ein idealer Polarisationsveränderer würde die Polarisation des Lichts aufheben und somit als Depolarisator wirken. Dies ist aber nicht unter allen Umständen möglich beziehungsweise mit erheblichem Aufwand verbunden. Insbesondere ist kohärente Strahlung immer polarisiert und lässt sich nur in ihrem Polarisationszustand (linear, zirkulär, elliptisch, Polarisationsachsen) beeinflussen.
Andererseits ist für die gewünschte Polarisationsunabhängigkeit der Detektion nicht unbedingt eine tatsächliche Depolarisation erforderlich. Vielmehr sind auch Polarisationsveränderer einsetzbar, die den Polarisationszustand zeitlich und/oder räumlich verändern und so zu einer Mittelung verschiedener Polarisationsanteile in der Detektion führen.
Ein für eine erfindungsgemäße Vorrichtung besonders geeigneter
Polarisationsveränderer arbeitet folgendermaßen:
- Aufspaltung des Lichts in zwei ähnlich starke Anteile,
- Drehung der Polarisationsebene eines Anteils um 90°,
- Verzögerung eines Anteils um eine Strecke, die größer ist als die Kohärenzlänge der mindestens einen Laserlichtquelle, aber kleiner als die gewünschte Ortsauflösung der Vorrichtung,
- Kopplung beider Anteile in die zur Temperaturmessung genutzte Lichtleitfaser.
Diese Anordnung kommt ohne bewegliche Teile aus, braucht keine Energiezufuhr und lässt sich kostengünstig realisieren. Die
Verzögerungsstrecke muss größer als die Kohärenzlänge sein, um nicht hinter dem Depolarisator wieder polarisiertes Licht zu erhalten. Da sich große Verzögerungsstrecken auf die Ortsauflösung auswirken, gibt es möglicherweise Einschränkungen bei der Nutzung in hochauflösenden Vorrichtungen. Für hochauflösende Vorrichtungen kommen andere Lösungen, beispielsweise unter Einsatz rotierender optisch aktiver Scheiben (Halbwellenlängenplatten), elektroaktiver Zellen zur Änderung der Polarisation oder mechanisch beanspruchter Lichtleitfasern in Frage, die durch die mechanische Beanspruchung aufgrund induzierter Doppelbrechung eine Änderung der Polarisation hervorrufen können.
Ein Polarisationsveränderer kann grundsätzlich weitgehend als Freistrahloptik aufgebaut sein. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, einen faseroptischen Aufbauten des Polarisationsve ränderers vorzusehen .
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Mittel zur
Verringerung polarisationsbedingter Effekte mindestens einen Filter umfassen , dessen Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich seiner Transmission, sich für zwei oder für jede zwei zueinander senkrechte Polarisationsrichtungen um weniger als 10%, insbesondere weniger als 5%, vorzugsweise weniger als 1 % unterscheiden.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Mittel zur Verringerung polarisationsbedingter Effekte mindestens einen Spektralteiler umfassen, dessen Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich seiner Transmission und/oder seiner Reflexion, sich für zwei oder für jede zwei zueinander senkrechte
Polarisationsrichtungen um weniger als 10%, insbesondere weniger als 5%, vorzugsweise weniger als 1 % unterscheiden.
Durch beide Maßnahmen wird der Einfluss polarisationsbedingter Effekte auf die Temperaturmessung verringert.
Spektralteiler und andere wellenlängenselektive Filter können in Ihrer
Funktion deutlich von der Polarisation abhängen. Diese Polarisationsabhängigkeit entsteht beispielsweise durch die polarisationsabhängige Reflexion und Brechung bei schrägem Lichteinfall.
Ein Weg, die Polarisationsabhängigkeit bei Dünnschichtfiltern zu verringern ist der Einsatz spezieller Schichtdesigns, die bei den betreffenden Wellenlängen für beide Polarisationsanteile sehr ähnliche Eigenschaften haben.
Ein anderer Weg ist die Verwendung kleiner Einfallswinkel. Bei senkrechtem Einfall arbeiten die Filter polarisationsunabhängig. Bei kleinen Einfallswinkeln, beispielsweise unter 10°, können Polarisationseffekte hinreichend klein sein, um eine genaue Messung der Temperatur mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zu ermöglichen.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigen
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ;
Fig. 2 eine beispielhafte Ausführungsform eines Polarisationsveränderers;
Fig. 3 ein Detail einer schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 4 eine schematische Ansicht einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
In den Figuren sind gleiche oder funktional gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die in Fig. 1 abgebildete Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung umfasst eine von Ansteuermitteln 1 angesteuerte Laserlichtquelle 2. Das Licht 3 der Laserlichtquelle 2 tritt durch einen Polarisationsveränderer 4 hindurch, der das Licht 3 depolarisieren oder den Polarisationszustand des Lichts 3 zeitlich und/oder räumlich verändern kann. Nach dem Hindurchtritt durch den
Polarisationsveränderer 4 wird das Licht 3 über Einkoppelmittel, die einen Spektralteiler 5 und beispielsweise eine Linse 6 umfassen , in eine zur Temperaturmessung verwendete Lichtleitfaser 7 eingekoppelt.
Die Linse 6 und der Spektralteiler 5 dienen auch als Auskoppelmittel und können die in der Lichtleitfaser 7 zurück gestreuten Anteile des von der Laserlichtquelle 2 erzeugten Lichts 3 schematisch angedeuteten Auswertemitteln 8 zuführen. Die Auswertemittel 8 umfassen beispielsweise einen Spektralteiler 9 für die Laserwellenlänge und die Ramanstreustrahlung sowie zwei Detektoren 10, 1 1 für die Stokes- und die anti-Stokes-Streustrahlung, vor denen nicht abgebildete Filter angeordnet sind. Weiterhin umfassen die Auswertemittel 8 zusätzlich noch eine Messelektronik 12. Weiterhin kann eventuell auch ein Detektor für die Rayleigh- Wellenlänge vorgesehen sein.
Die Filter können einen Aufbau aufweisen, der für zueinander senkrechte lineare Polarisationen ähnliche Durchlasscharakteristiken ergibt. Insbesondere kann sich die Transmission beispielsweise bei einer nachzuweisenden Raman-Wellenlänge für zwei beziehungsweise für jede zwei zueinander senkrechte Polarisationsrichtungen um weniger als 1 % unterscheiden. Dadurch wird der polarisationsabhängige Einfluss der Filter auf die Temperaturmessung minimiert.
Die ortsaufgelöste Temperaturmessung in der Lichtleitfaser 7 kann dabei durch ein Verfahren erfolgen, das dem OFDR-Verfahren, wie es in der EP 0 692 705 A1 beschrieben wird, entspricht. Insbesondere kann dabei das Licht 3 der Laserlichtquelle 2 frequenzmoduliert und in den Auswertemitteln 8 eine Fouriertransformation durchgeführt werden.
Aus Fig. 1 ist weiterhin eine Verbindung 34 zwischen den Ansteuermitteln 1 der Laserlichtquelle 2 und der Messelektronik 12 ersichtlich. Diese Verbindung dient der Synchronisation von Laserlichtquelle 2 und Messelektronik 12. Aus Fig. 2 ist eine beispielhafte Ausführungsform eines Polarisationsveränderers 4 ersichtlich. Der abgebildete Polarisationsveränderer 4 umfasst einen Polarisations-Strahlteiler 13 sowie zwei Faraday-Spiegel 14, 15, die jeweils aus einem Spiegel und einem Polarisationsdreher bestehen. Als Polarisationsdreher kommt ein 45°-Faraday-Rotator oder ein Viertelwellenlängenplättchen in Betracht.
Das Licht 3 der Laserlichtquelle 2 trifft von links in Fig. 2 auf den Polarisations-Strahlteiler 13. Das Licht 2 soll eine lineare Polarisation 16 aufweisen, die unter einem Winkel von 45° zur parallelen und zur senkrechten Polarisation beziehungsweise zu einer vertikalen Richtung in Fig. 2 ausgerichtet ist. Von dem Polarisations-Strahlteiler 13 wird ein erster Anteil 17 des Lichts 3 nach oben reflektiert. Dieser erste Anteil 17 weist eine Polarisation 18 auf, die einer parallelen Polarisation entspricht. Ein zweiter Anteil 19 des Lichts 3 wird von dem Polarisations-Strahlteiler 13 ungehindert hindurch gelassen. Dieser zweite Anteil 19 weist eine Polarisation 20 auf, die einer senkrechten Polarisation entspricht.
Von dem ersten Faraday-Spiegel 14 wird der erste Anteil 17 nach unten in Fig. 2 reflektiert, wobei dessen Polarisation um 90° gedreht wird, so dass sie als senkrechte Polarisation 21 vorliegt. Von dem zweiten Faraday-Spiegel 15 wird der zweite Anteil 19 nach links in Fig. 2 reflektiert, wobei dessen Polarisation ebenfalls um 90° gedreht wird, so dass sie als parallele Polarisation 22 vorliegt. Die beiden Anteile 17, 19 werden bei dem erneuten Auftreffen auf den
Polarisations-Strahlteiler 13 von diesem vereint und treten nach unten in Fig. 2 aus diesem aus.
Der optische Weg des ersten Anteils 17 von dem Polarisations- Strahlteiler 13 über den ersten Faraday-Spiegel 14 zurück zu dem Polarisations-Strahlteiler 13 ist dabei kürzer als der optische Weg des zweiten Anteils 19 von dem Polarisations-Strahlteiler 13 über den zweiten Faraday-Spiegel 15 zurück zu dem Polarisations-Strahlteiler 13. Dies wird insbesondere über einen größeren Abstand zwischen dem Polarisations-Strahlteiler 13 und dem zweiten Faraday-Spiegel
15 im Vergleich zu dem Abstand zwischen dem Polarisations- Strahlteiler 13 und dem ersten Faraday-Spiegel 14 erreicht. Die daraus resultierende optische Wegdifferenz der Anteile 17, 19 soll größer als die Kohärenzlänge des Lichts 3 sein.
In diesem Fall weist das nach unten in Fig. 2 aus dem Polarisations-
Strahlteiler 13 austretende Licht 23 (siehe auch Fig. 1 ) sowohl einen Anteil mit senkrechter Polarisation 24 als auch einen Anteil mit paralleler Polarisation 25 auf, die nicht kohärent zueinander sind. Dadurch ergibt sich im Idealfall eine Depolarisation des Lichts 23.
Der in Fig. 2 abgebildete Polarisationsveränderer 4 ist eines von vielen möglichen Beispielen. Dieses und weitere Beispiele für verwendbare Polarisationsveränderer sind in der US 2007/0297054 offenbart.
Fig. 3 zeigt einen Spektralteiler 26, der beispielsweise anstelle des Spektralteilers 5 in Fig. 1 verwendet werden kann. Der Spektralteiler
26 ist unter einem Winkel α von weniger als 10° gegenüber der Vertikalen 27 in Fig. 3 gekippt. Dadurch ist auch der Einfallswinkel, unter dem das Licht 3 auf den Spektralteiler 26 auftrifft, kleiner als 10°. Die aus der Lichtleitfaser 6 zurück gestreuten Anteile 28 des Lichts 3 werden von dem Spektralteiler 26 unter einem Winkel 2α reflektiert und in eine Lichtleitfaser 29 eingekoppelt, die die zu detektierenden Anteile 28 den Auswertemitteln 8 zuführen kann. Aufgrund des beinahe senkrechten Einfalls auf den Spektralteiler 26 funktioniert d ieser weitgehend polarisationsunabhängig .
Die aus Fig . 4 ersichtliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst neben einer ersten Laserlichtquelle 2 eine zweite Laserlichtquelle 30, die ebenfalls von den Ansteuermitteln 1 angesteuert wird. Dabei weisen die beiden Laserlichtquellen 2, 30 eine unterschiedliche Polarisation, insbesondere eine zueinander senkrechte Linearpolarisation auf und sind nicht kohärent zueinander. Das Licht 3, 31 der Laserlichtquellen 2, 30 wird von einem Polarisationskoppler 32 zusammengeführt und über den Spektralteiler
5 und die Linse 6 in die Lichtleitfaser 7 eingekoppelt. Die in der Lichtleitfaser 7 zurück gestreuten Anteile des von den Laserlichtquellen 2, 30 erzeugten Lichts 3, 31 wird über die Linse 6 und den Spektralteiler 5 schematisch angedeuteten Auswertemitteln 8 zugeführt. Die Auswertemittel 8 umfassen beispielsweise einen Filter
33 für die Ramanstreustrahlung sowie einen Detektor 10 für die Stokes-Streustrahlung. Der Filter 33 ist dabei als auswechselbarer Filter ausgeführt, so dass die beide Kanäle (Stokes- und anti-Stokes- Streustrahlung) nacheinander gemessen werden. Weiterhin umfassen die Auswertemittel 8 zusätzlich noch eine Messelektronik 12.
Aufgrund der Tatsache, dass das in der Lichtleitfaser 6 zurück gestreute Licht 3, 31 Anteile mit zueinander senkrechter Linearpolarisation aufweist, die nicht kohärent zueinander sind, werden die aus dem Stand der Technik bekannten polarisationsabhängigen Effekte weitgehend vermieden.
Aus Fig. 4 ist weiterhin eine Verbindung 34 zwischen den Ansteuermitteln 1 der Laserlichtquellen 2, 30 und der Messelektronik 12 ersichtlich. Diese Verbindung dient der Synchronisation der Laserlichtquellen 2, 30 mit der Messelektronik 12.

Claims

Patentansprüche:
1 . Vorrichtung zur ortsaufgelösten Temperaturmessung , umfassend
mindestens eine Lichtleitfaser (6) für die ortsaufgelöste Temperaturmessung,
mindestens eine Laserlichtquelle (2, 30), deren Licht (3, 23, 31 ) in die Lichtleitfaser (6) eingekoppelt werden kann, wobei die in der Lichtleitfaser (6) zurück gestreuten Anteile des von der Laserlichtquelle (2, 30) erzeugten Lichts (3, 23, 31 ) aus der Lichtleitfaser (6) ausgekoppelt werden können,
dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Mittel zur Verringerung polarisationsbedingter Effekte umfasst.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Verringerung polarisationsbedingter Effekte einen Polarisationsveränderer (4) umfassen, der das Licht (3) der mindestens einen Laserlichtquelle (2) vor der Einkopplung in die Lichtleitfaser (6) zumindest teilweise depolarisieren oder den Polarisationszustand des Lichts (3) vor der Einkopplung zeitlich und/oder räumlich verändern kann.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Polarisationsveränderer (4) einen Polarisationsstrahlteiler (13) umfasst, der das Licht (3) in zwei Anteile (17, 19) mit unterschiedlicher Polarisation ( 18, 20) aufteilen kann.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Polarisationsveränderer (4) derart gestaltet ist, dass die beiden Anteile (17, 19) mit unterschiedlicher Polarisation (18, 20) in dem Polarisationsveränderer (4) einen unterschiedlich langen optischen Weg zurücklegen bevor sie wieder miteinander kombiniert werden.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Verringerung polarisationsbedingter Effekte mindestens einen Filter (33) umfassen, dessen Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich seiner Transmission, sich für zwei oder für jede zwei zueinander senkrechte Polarisationsrichtungen um weniger als 10%, insbesondere weniger als 5%, vorzugsweise weniger als 1 % unterscheiden.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Verringerung polarisationsbedingter Effekte mindestens einen Spektralteiler (5, 9, 26) umfassen, dessen Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich seiner Transmission und/oder seiner Reflexion, sich für zwei oder für jede zwei zueinander senkrechte Polarisationsrichtungen um weniger als 10%, insbesondere weniger als 5%, vorzugsweise weniger als 1 % unterscheiden.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Spektralteiler (26) derart in der Vorrichtung angeordnet ist, dass das Licht (3) und/oder die aus der Lichtleitfaser (6) zurück gestreuten Anteile (28) des Lichts (3) unter einem Winkel (α) kleiner als 20°, insbesondere kleiner als 10° auf den Spektralteiler (26) auftreffen.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Verringerung polarisationsbedingter Effekte eine zweite Laserlichtquelle (30) umfassen, deren Licht (31 ) zusätzlich zu dem einer ersten Laserlichtquelle (2) in die Lichtleitfaser (6) eingekoppelt werden kann, wobei die in der Lichtleitfaser (6) zurück gestreuten Anteile des von der zweiten Laserlichtquelle (30) erzeugten Lichts (31 ) ebenfalls aus der Lichtleitfaser (6) ausgekoppelt werden können, und wobei das in die Lichtleitfaser (6) eingekoppelte Licht (31 ) der zweiten Laserlichtquelle (30) eine Polarisation aufweist, die sich von der des in die Lichtleitfaser (6) eingekoppelten Lichts (3) der ersten Laserlichtquelle (2) unterscheidet.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Laserlichtquellen (2, 30) nicht kohärent zueinander sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Vorrichtung das Verhältnis der
Intensität der Stokes-Streustrahlung zur Intensität der anti- Stokes-Streustrahlung des in die Lichtleitfaser (6) eingekoppelten Lichts (3, 23, 31 ) der mindestens einen Laserlichtquelle (2, 30) zur Temperaturmessung genutzt wird.
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0612868D0 (en) * 2006-06-29 2006-08-09 Schlumberger Holdings Fiber optic temperature monitoring sensor for use on sub-sea pipelines to predict hydrate formation
CA3175447A1 (en) * 2009-05-27 2010-12-02 Silixa Ltd Method and apparatus for optical sensing
DE102009047990A1 (de) * 2009-10-01 2011-04-07 Lios Technology Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur ortsaufgelösten Temperaturmessung
CN102680138B (zh) * 2012-06-07 2014-06-25 北京航空航天大学 一种双向四通道耦合的分布式光纤拉曼测温系统
CN103292928B (zh) * 2013-05-31 2016-12-28 威海北洋电气集团股份有限公司 高分辨率分布式光纤温度传感器和测温装置及使用方法
CN106323470B (zh) * 2016-08-04 2019-01-15 北京华泰诺安探测技术有限公司 使用空间输出激光器的偏振调制拉曼探头及光谱探测方法
CN108872154B (zh) * 2018-05-25 2021-01-01 中国科学院上海光学精密机械研究所 无包层光纤空间角分辨激光散射损耗的测量装置和方法
CN108709661B (zh) * 2018-07-26 2020-05-19 苏州光格设备有限公司 用于分布式光纤测温系统的数据处理方法及装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080018903A1 (en) * 2006-06-05 2008-01-24 Xiaoyi Bao Distributed Brillouin sensor system based on DFB lasers using offset locking

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9315231D0 (en) * 1993-07-22 1993-09-08 York Ltd Optical time domain reflextometry
DE59501590D1 (de) * 1994-07-16 1998-04-16 Felten & Guilleaume Energie Verfahren zur Auswertung optisch rückgestreuter Signale zur Bestimmung eines streckenabhängigen Messprofils eines Rückstreumediums
JP3258520B2 (ja) * 1994-12-12 2002-02-18 松下電器産業株式会社 光ファイバセンサ及びその製造方法
JP3033677B2 (ja) 1995-09-26 2000-04-17 安藤電気株式会社 光ファイバ特性測定装置
US6025917A (en) * 1996-09-24 2000-02-15 Laboratory Of Molecular Biophotonics Polarization characteristic measuring method and apparatus
DE19736513A1 (de) * 1997-08-22 1999-03-11 Felten & Guilleaume Energie Verfahren und Anordnung zur Konfigurierung einer Meßanordnung
DE19821616B4 (de) * 1998-05-15 2009-05-14 Institut Für Photonische Technologien E.V. Anordnung zur Bestimmung von absoluten physikalischen Zustandsgrößen, insbesondere Temperatur und Dehnung, einer optischen Faser
US6574037B2 (en) * 1998-06-16 2003-06-03 Xtera Communications, Inc. All band amplifier
US6174080B1 (en) * 1998-08-06 2001-01-16 Applied Materials, Inc. Apparatus and methods for measuring substrate temperature
US7154659B1 (en) * 2002-04-18 2006-12-26 General Photonics Corporation Optical depolarizers and DGD generators based on optical delay
US20030234921A1 (en) * 2002-06-21 2003-12-25 Tsutomu Yamate Method for measuring and calibrating measurements using optical fiber distributed sensor
US6891998B2 (en) * 2002-09-27 2005-05-10 Intel Corporation Methods and apparatus for passive depolarization
WO2004040241A1 (ja) * 2002-11-01 2004-05-13 Kinzo Kishida 分布型光ファイバセンサシステム
KR100488221B1 (ko) * 2003-09-08 2005-05-10 주식회사 파이버프로 광섬유 브래그 격자 센서 시스템
CN100439860C (zh) * 2004-06-25 2008-12-03 光纳株式会社 分布式光纤传感器
GB2424311B (en) * 2005-03-18 2008-02-13 Sensor Highway Ltd Optical pulse generator for distributed temperature sensing operating at a characteristic wavelength in a range between 1050 nm and 1090 nm
US7480460B2 (en) * 2005-03-29 2009-01-20 University Of New Brunswick Dynamic strain distributed fiber optic sensor
CN100489461C (zh) * 2007-10-15 2009-05-20 北京航空航天大学 光纤分布式温度和应力传感装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080018903A1 (en) * 2006-06-05 2008-01-24 Xiaoyi Bao Distributed Brillouin sensor system based on DFB lasers using offset locking

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of WO2009138148A1 *

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Publication number Publication date
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DE102008023777B4 (de) 2011-08-25
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WO2009138148A1 (de) 2009-11-19
US8807832B2 (en) 2014-08-19
CN102027346A (zh) 2011-04-20

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