ES2875860T3 - Sistema de medición Lidar y procedimiento de medición Lidar - Google Patents
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Abstract
Sistema de medición Lidar para la detección de la presencia y/o el movimiento de partículas y/u objetos en un área espacial alejada del sistema de medición Lidar con una disposición de interferómetro, la cual presenta: una fuente láser de onda continua (2), una disposición de fotodetector (7), la cual está adaptada para emitir una señal de detector característica para la luz que incide en ella de la fuente láser de onda continua (2), componentes ópticos, los cuales están adaptados y dispuestos de tal manera que la luz (23) enviada por la fuente láser de onda continua (2) - primero se divide, - a continuación se conduce a lo largo de una primera vía óptica que forma una derivación de medición (4) de la disposición de interferómetro y una segunda vía óptica separada de esta y que forma una derivación de referencia (5) de la disposición de interferómetro y - finalmente tras recorrer la derivación de medición (4) y la derivación de referencia (5) incide de manera superpuesta coherentemente en el espacio sobre la disposición de fotodetector (7), - en donde la derivación de referencia (5) tiene una longitud de vía óptica predeterminada y - la derivación de medición (4) presenta una sección de medición (16), en la cual la luz es dirigida por el sistema de medición lejos en dirección a un área espacial alejada de este y atraviesa esta y la luz reflejada o retrodispersa en la dirección al sistema de medición por partículas y/u objetos que se encuentran en el área espacial se recibe de nuevo en el sistema de medición, y una unidad de evaluación (9), la cual está acoplada con la disposición de fotodetector (7) y adaptada para recibir su señal de detector y a partir de la señal de detector determinar la presencia y/o el movimiento de partículas y/u objetos en el área espacial alejada caracterizado por que la fuente láser de onda continua (2) presenta una longitud de coherencia en el rango de 0,1 a 100 m y que la fuente láser de onda continua (2) presenta: un componente de generación de luz láser (20), un modulador de fase (21) óptico postconectado a este, el cual está adaptado para recibir la luz láser emitida por el componente de generación de luz láser (20) y modularla en su fase, en donde el modulador de fase (21) óptico presenta una entrada de señal de control y está adaptado para efectuar la modulación de fase sobre la base de una función de fase, la cual está definida por una señal de control recibida en la entrada de señal de control, y una instalación de control (22), la cual está unida con la entrada de señal de control del modulador de fase (21) óptico y adaptada para suministrar una señal de control a la entrada de señal de control, la cual corresponde a una señal de pseudorruido definida por una función de fase θ(t) predeterminada, en donde la señal de control provoca que el modulador de fase (21) óptico efectúe la modulación de fase con la función de fase θ(t) predeterminada, de manera que el espectro de densidad de potencia óptico de la luz láser (23) emitida por la fuente láser de onda continua (2) tiene una forma y un ancho de banda determinados por la función de fase θ(t).
Description
DESCRIPCIÓN
Sistema de medición Lidar y procedimiento de medición Lidar
La presente invención se refiere a un sistema de medición Lidar para la detección de la presencia y/o el movimiento de partículas y/u objetos en un área espacial alejada del sistema de medición Lidar y un procedimiento para la detección de la presencia y/o el movimiento de partículas y/u objetos en un área espacial alejada con ayuda de un sistema de medición Lidar de este tipo.
Lidar (Light detection and ranging) es un procedimiento estrechamente relacionado con el radar, el cual utiliza luz láser en vez de las ondas de radio utilizadas en el caso del radar. Con él se puede efectuar una telemedición de distintos parámetros de atmósfera y en particular desde la lejanía una determinación de la presencia, la distancia y la velocidad de partículas y otros objetos que se encuentran en el aire o una otra atmósfera. Fundamentalmente se pueden medir todas las partículas, las cuales difunden la luz utilizada, y todos los objetos, los cuales representan un punto defectuoso reflectante en el espacio o un cuerpo difusor.
Lidar cubre por lo tanto la necesidad existente en distintos ámbitos de la técnica de determinar como función del tiempo parámetros físicos en lugares alejados del dispositivo de medición real con resolución local, de forma inalámbrica y no invasiva. Por ejemplo con ayuda de Lidar es posible por medio de la medición de partículas movidas a través del viento determinar la velocidad del viento predominante en un lugar alejado del dispositivo de medición. Esto se puede aprovechar por ejemplo para medir de manera sencilla a algunos centenares de metros de distancia de un aerogenerador la velocidad del viento y sobre la base de la velocidad del viento medida ajustar parámetros de control del aerogenerador de tal manera que se alcanza un grado de eficiencia lo más óptimo posible y en este caso al mismo tiempo se mantiene lo más bajo posible el esfuerzo del aerogenerador debido al viento, y en caso de ráfagas de viento extremas acometer en su caso oportunamente medidas de emergencia, como por ejemplo un apagado de emergencia, para evitar un daño del aerogenerador.
Sistemas Lidar conocidos para la determinación de velocidades del viento se basan en la detección de la desviación de frecuencia Doppler de la luz difusa provocada por las partículas arrastradas con el viento debido a la difusión de luz láser (cf. p. ej. C. Weitkamp, Lidar - Range-resolved optical remote sensing of the atmosphere, Springer 2005). Por lo tanto se puede determinar respectivamente solo la velocidad del viento en la línea de visión del haz láser utilizado.
La desviación de frecuencia Doppler se determina en la mayoría de los casos interferométricamente a través de la superposición de la luz difusa recibida en un dispositivo de medición con la luz directa de la fuente láser utilizada. Para este fin en el estado de la técnica se utilizan fuentes láser altamente coherentes con longitudes de coherencia de varios centenares de metros, las cuales corresponden a anchos de banda de fuente ópticas en el rango sub-MHz. En el estado de la técnica para alcanzar la resolución local son conocidos fundamentalmente dos modos de proceder distintos.
Según el un modo de proceder se usan fuentes láser de onda continua, cuyo haz se enfoca con ayuda de un sistema óptico apropiado, como una lente o un telescopio, en la distancia objetivo deseada respectiva (cf. p. ej. el documento W o 2005/114253 A1). Con la focalización apropiada la mayor parte de la luz difusa recibida proviene entonces en principio del área cercana al foco, de manera que a través de la desviación del área de foco se pueden analizar diferentes secciones parciales de un área espacial de interés a diferentes distancias.
Sin embargo en este caso existe el problema fundamental de que la longitud de foco efectiva aumenta más o menos cuadráticamente con la distancia del sistema óptico utilizado para la focalización, de manera que para distancias grandes solo se puede alcanzar una resolución local mala. Además también se recibe respectivamente luz difusa de partículas fuera del área de foco. Si las partículas de este tipo tienen una sección transversal de difusión más grande que las partículas en el área de foco o están presentes en una concentración mucho más grande que las partículas en el área de foco, su luz difusa puede formar la mayor parte de la luz difusa recibida y ocultar la señal desde el área de foco. Sin medidas costosas la velocidad del viento medida se asignaría entonces a un lugar erróneo. Un ejemplo es una capa de nubes densa que se encuentra en su caso claramente detrás del área objetivo, es decir el área de foco. Por último es desventajoso que el cambio de la focalización, el cual se realiza generalmente de forma mecánica, requiere un despliegue de aparatos adicional y emplea un tiempo considerable.
Según el otro modo de proceder se usan fuentes láser pulsadas, en donde la determinación local se realiza por medio de una medición del tiempo de ejecución de los pulsos láser. De esta manera con un pulso, cuyo ancho de pulso determina la resolución local, la cual es de por ejemplo 30 m para pulsos con un ancho de 200 ns, se pueden evaluar varios elementos de resolución consecutivos entre p. ej. 0 y 300 m de distancia del sistema de medición. Estos elementos de resolución son secciones parciales respectivas del área espacial de interés, la cual es recorrida por los pulsos láser.
Sin embargo debido a la iluminación que se produce solo por corto tiempo respectivamente de cada elemento de resolución a causa del pulso se dan regularmente malas relaciones señal-ruido, y la resolución de frecuencia y con ello también la resolución de velocidad del viento es limitada debido a los cortos anchos de pulso. Además
normalmente se deben usar sistemas láser relativamente costosos con un oscilador maestro y un amplificador de potencia.
Además es conocido (Shuang Gao: “Complex-optical field lidar system for range and vector velocity measurement”, OPTICS EXPRESS, 1 de noviembre de 2012 (2012-11-01)), alcanzar una alta resolución local para la medición de distancia y velocidad por medio de modulación I/Q compleja de un haz láser CW. El objetivo de la modulación es utilizar una modulación de banda lateral para la medición de distancia y una modulación de banda lateral para la medición de velocidad.
Es tarea de la presente invención proporcionar un sistema de medición Lidar construido de forma sencilla y un procedimiento de medición Lidar fácil de realizar, con los cuales la presencia y/o movimiento de partículas en un área espacial alejada extendida se pueden determinar de forma rápida, flexible y con alta resolución local y se evitan las desventajas de arriba.
Esta tarea se soluciona por medio de un sistema de medición Lidar con las características de la reivindicación 1 y por medio de un procedimiento con las características de la reivindicación 9. Diseños ventajosos del sistema de medición Lidar y del procedimiento son objeto de las reivindicaciones secundarias correspondientes respectivas.
Según la presente invención está previsto que un sistema de medición Lidar para la detección de la presencia y/o movimiento de partículas y/u objetos en un área espacial alejada del sistema de medición Lidar presente una disposición de interferómetro con una fuente láser de onda continua, una disposición de fotodetector, distintos componentes ópticos para la conducción de luz de la fuente láser de onda continua a lo largo de vías ópticas predeterminadas y una unidad de evaluación.
La disposición de fotodetector está adaptada para emitir una señal de detector, la cual es característica para luz que incide en ella, la cual procede de la fuente láser de onda continua. Ella puede presentar uno o más fotodetectores.
Los componentes ópticos están adaptados y dispuestos de tal manera que la luz enviada por la fuente láser de onda continua durante el funcionamiento primero se divide, a continuación se conduce a lo largo de una primera vía óptica que forma una derivación de medición o señal de la disposición de interferómetro y de una segunda vía óptica separada de esta y que forma una derivación de referencia de la disposición de interferómetro y finalmente tras recorrer la derivación de medición y la derivación de referencia incide sobre la disposición de fotodetector de manera superpuesta coherentemente en el espacio. La disposición de interferómetro presenta por lo tanto la construcción de un interferómetro Mach-Zehnder. En este caso la derivación de referencia tiene una longitud de vía óptica predeterminada, y la derivación de medición presenta una sección de medición, en la cual la luz es dirigida desde el sistema de medición lejos en dirección a una de esta área espacial alejada y recorre esta por lo menos parcialmente y la luz reflejada o reflectada en dirección al sistema de medición por partículas u objetos que se encuentran en la sección de medición se recibe de nuevo en el sistema de medición.
Con otras palabras una parte de la vía óptica de la derivación de medición, a saber la sección de medición, se forma a través del área del entorno del sistema de medición, desde la cual en general los fotones, los cuales transcurren desde el sistema de medición en dirección al área espacial alejada, hasta ser reflectados en una partícula o reflejados en un objeto, vuelven de nuevo al sistema de medición y allí se acoplan en el resto de la derivación de medición. Esto requiere que por una parte al principio de la sección de medición la luz láser que recorre la derivación de medición se emita con ayuda de una instalación adecuada en dirección al área espacial alejada y que por otra parte al final de la sección de medición una parte de la luz reflectada se reciba con una instalación de recepción apropiada y finalmente se conduzca a lo largo del resto de la derivación de medición. La longitud de vía óptica de la derivación de medición se determina por lo tanto para cada fotón a través de la distancia con respecto al sistema de medición de las partículas u objetos, de los cuales procede la luz reflejada o reflectada llegada hasta la disposición de fotodetector.
A partir de las explicaciones de arriba se debe deducir que el área espacial alejada forma una parte de la sección de medición y en el caso extremo puede ser idéntica a la sección de medición. La sección de medición incluye el área del entorno del sistema de medición, desde la cual la luz en general reflejada por objetos o reflectada por partículas se acopla en el resto de la derivación de medición. En cambio el área espacial alejada del área de interés para la detección, la cual es más pequeña o como máximo igual que la sección de medición puede seleccionarse.
La unidad de evaluación está acoplada con la disposición de fotodetector y adaptada para recibir su señal de detector y sobre la base de la señal de detector determinar la presencia y/o movimiento de partículas y/u objetos en el área espacial alejada. Esto último puede suceder por ejemplo en particular de la misma manera como es conocido a partir del estado de la técnica. En particular el movimiento y la en este caso la velocidad se puede realizar de manera conocida por medio de la determinación de la desviación Doppler de la luz detectada.
La fuente láser de onda continua está diseñada de tal manera que ella presenta una longitud de coherencia en el rango de 0,1 a 100 m, preferiblemente en el rango de 1 a 100 m, más preferiblemente en el rango de 1 a 50 m. Puesto que la interferencia coherente en la disposición de fotodetector solo es posible para luz difusa de partículas o luz reflejada de objetos, para las cuales la longitud de vía óptica de la derivación de medición dentro de la longitud de
coherencia coincide con la longitud de vía óptica de la derivación de referencia, a través de la longitud de coherencia fuertemente limitada se alcanza una resolución local alta y seleccionable a través de la selección apropiada de la longitud de coherencia. La luz difusa que llega hasta la disposición de detector o la luz reflejada por partículas u objetos que se encuentran fuera de este rango de coherencia solo conducen en cambio a un fondo de banda ancha en la señal de detector, el cual puede conducir a una disminución regular de la relación señal-ruido, la cual no altera sin embargo la resolución local. Si el rango de coherencia es más pequeño que la extensión del área espacial alejada a lo largo del haz láser, solamente se mide por lo tanto una sección parcial del área espacial alejada, de manera que por medio de una desviación del rango de coherencia -por ejemplo con ayuda de una instalación opcionalmente existente para cambiar la longitud de vía óptica de la derivación de referencia, preferiblemente sin embargo aritméticamente de la manera expuesta detalladamente más abajo- se puede alcanzar una resolución local determinada por su extensión. La resolución local es de manera ventajosa independiente de la distancia de la sección parcial analizada respectivamente, la cual también se puede designar como elemento de resolución.
En una forma de realización preferida la fuente láser de onda continua presenta un componente de generación del luz láser, un modulador de fase óptico postconectado a este y una instalación de control para controlar el modulador de fase óptico. El modulador de fase óptico está adaptado para recibir la luz láser emitida por el componente de generación de luz láser y modularla en su fase. Él presenta una entrada de señal de control y está además adaptado para efectuar la modulación de fase sobre la base de una función de fase, la cual se define a través de una señal de control recibida en la entrada de señal de control. La instalación de control está unida con la entrada de señal de control y adaptada para suministrar una señal de control a la entrada de señal de control, la cual corresponde a una señal de ruido o señal de pseudorruido definida por una función de fase 0(t) predeterminada, en donde la señal de control provoca que el modulador de fase óptico efectúe la modulación de fase con la función de fase 0(t) predeterminada. El espectro de densidad de potencia óptico de la luz láser emitida por la fuente láser de onda continua mantiene de esta manera una forma, la cual puede ser p. ej. gaussiana o lorentziana, y ancho de banda determinados por la función de fase 0(t). La fuente láser de onda continua se puede designar por lo tanto como una fuente láser sintética, para la cual a diferencia de las fuentes láser naturales es conocida la función de fase, la cual conduce a una ampliación espectral y deformación de la luz láser monocromática. El ancho de banda determina en este caso de manera habitual la longitud de coherencia. De esta manera se puede utilizar de manera ventajosa el mismo componente de generación de luz láser para la realización de distintas longitudes de coherencia y con ello resoluciones locales. El componente de generación de luz láser, el cual puede ser en particular un diodo láser de onda continua de banda estrecha y preferiblemente unimodal, tiene preferiblemente un ancho de banda de 100 kHz o menos y más preferiblemente de 10 kHz o menos.
En esta forma de realización es particularmente preferido si la función de fase 0(t) predeterminada se puede ajustar. Una tal ajustabilidad proporciona la posibilidad de la ajustabilidad de la forma espectral y/o del ancho de banda de la luz láser emitida por la fuente láser de onda continua. Para cada forma espectral y/o ancho de banda deseado se puede interceptar por ejemplo a través de un procedimiento numérico iterativo una función de fase 0(t) correspondiente.
En el marco de un procedimiento iterativo tal se parte por ejemplo de una función de fase seleccionada casualmente, es decir un trazado de fase casual, o de una función de fase seleccionada específicamente y aritméticamente se determina la forma espectral y el ancho de banda de la luz láser emitida por el modulador de fase óptico controlado con esta función de fase y se compara con la forma espectral y el ancho de banda deseados. Sobre la base de la comparación la función de fase se modifica, y se repiten los pasos de arriba. El procedimiento se continúa durante tanto tiempo hasta que se alcanza el resultado deseado con suficiente precisión. En particular un procedimiento iterativo tal se puede realizar al partirse de un espectro con valor gaussiano y fase casual. A partir de esto se calcula la fase de la intensidad de campo eléctrica respectiva mediante transformación de Fourier inversa y se fijan de forma constante sus amplitudes. A partir de la intensidad de campo eléctrica obtenida de esta forma se calcula mediante transformación de Fourier el espectro correspondiente y con su fase se empieza de nuevo el proceso de iteración. El proceso se continúa durante tanto tiempo hasta que se alcanza el resultado deseado, p. ej. un espectro de densidad de potencia y amplitud gaussiano establecido, con suficiente precisión. Independientemente del diseño preciso hay que tener en cuenta que el tiempo de cálculo a invertir para un procedimiento iterativo es irrelevante en la medida en que una función de fase interceptada una vez se puede usar de manera continua.
Este diseño tiene la gran ventaja de que la resolución local se puede cambiar sin modificaciones de hardware o sin deber efectuar un movimiento mecánico de componentes. Solo es necesario seleccionar o ajustar en la instalación de control una otra función de fase 0(t) apropiada. A diferencia de los sistemas Lidar de onda continua conocidos, en el caso de los cuales -como está mencionado arriba- la resolución local está fuertemente limitada por la focabilidad de un haz láser limitado en particular en el caso de grandes distancias, la resolución local se puede seleccionar libremente de forma fácil, flexible y rápida con una alta reproducibilidad en una otra área. Al mismo tiempo de la manera ya descrita se suprimen de forma fiable las posibles interferencias de difusión en partículas o reflexión en objetos fuera de la sección parcial del área espacial alejada determinada por la longitud de coherencia y la longitud de vía óptica de la derivación de referencia, como por ejemplo de partículas en nubes previamente o posteriormente presentes, y por lo tanto se reduce intensamente el peligro de una asignación errónea de valores de velocidad medidos a lugares.
En las formas de realización descritas, en las cuales está previsto un modulador de fase óptico, es además preferido
si la unidad de evaluación está adaptada para efectuar la evaluación sobre la base de una función de la señal de detector, la función de fase predeterminada y un valor de desviación temporal Atdesviación, la cual está seleccionada de manera que el resultado de la función corresponde a la señal de detector, la cual se daría con la selección de una derivación de referencia, la cual con respecto a la derivación de referencia real presenta un tiempo de ejecución cambiado en Atdesviación y con ello también una longitud de vía cambiada correspondientemente.
Este diseño se basa en el conocimiento de que la señal de detector no solo contiene la información necesaria para la evaluación sobre partículas y objetos en la sección parcial del área espacial alejada correspondiente de la longitud de vía óptica real de la derivación de referencia y de la longitud de coherencia, sino también correspondientemente ya la información sobre partículas y objetos en otras secciones parciales del área espacial alejada a otras distancias del sistema de medición. Para la evaluación de toda el área espacial alejada o de una sección parcial más grande de esta es necesario el conocimiento de la función de fase 0(t) utilizada para el control del modulador de fase óptico y para la correspondiente generación de la luz emitida por la fuente láser de onda continua. Este no es conocido para una fuente láser natural y se debería determinar de forma costosa. En el caso de la fuente láser de onda continua utilizada aquí las propiedades de fase del haz láser se generan por el contrario de manera sintética, son solo pseudocasuales y están presentes en forma de la función de fase 0(t) de manera numérica. Esta función de fase 0(t) se encuentra de manera determinada en la amplitud compleja de la señal de detector, la cual se puede cambiar numéricamente de forma específica sobre la base del conocimiento de la función de fase 0(t) para a causa de esto simular para los fines de la evaluación una longitud de vía óptica de la derivación de referencia que difiere de la longitud de vía óptica real.
Por lo tanto de manera ventajosa sin cambios de hardware y sin movimiento mecánico de componentes posteriormente se puede desplazar sin nueva medición la sección parcial del área espacial alejada, de la cual proviene luz, la cual se superpone de la manera descrita coherentemente con la luz de la derivación de referencia y se utiliza para la detección, es decir la posición del elemento de resolución. De forma diferente a como en el caso de procedimientos Lidar de onda continua conocidos a través de una única medición se puede obtener información de un área grande y no solo del área de foco, y la resolución local se puede seleccionar de forma específica y con independencia de la distancia. De esta manera es posible de manera muy fácil y flexible efectuar una medición con resolución local en distintas secciones parciales del área espacial alejada con resolución local ajustable y por lo tanto determinar desde la lejanía determinadas propiedades de las distintas secciones parciales.
Si en relación con la evaluación y el área de coherencia correspondiente se habla de longitud de vía óptica, en este contexto se quiere decir por lo tanto esta longitud de vía óptica “simulada”.
En el caso de esta “desviación numérica” de la sección parcial es ventajoso si la función incluye la multiplicación de la señal de detector por el factor
Se puede mostrar que la señal de detector compleja -en su caso junto con proporciones constantes en el tiempo- puede contener una proporción variable en el tiempo, la cual es proporcional a
en donde td es la diferencia de tiempo de ejecución determinada por la distancia de las partículas difundidas entre la derivación de referencia y la derivación de medición. La multiplicación por el factor de arriba conduce por lo tanto a una proporción variable en el tiempo, la cual es proporcional a
y por lo tanto corresponde a una longitud de vía óptica de la derivación de referencia que difiere determinada por Atd esviación.
En un diseño preferido los componentes ópticos incluyen un divisor de haz, como por ejemplo en particular un acoplador de fibra óptica, para la división de la luz emitida por la fuente láser de onda continua, fibras ópticas, las cuales definen por lo menos una parte de la derivación de referencia, y/o fibras ópticas, las cuales definen una parte de la derivación de medición, un manipulador de frecuencia óptico, p. ej. formado por un modulador acusto-óptico, en la derivación de medición y/o en la derivación de referencia, un amplificador óptico, p. ej. un amplificador de fibras de erbio, en la derivación de medición o antes de la división en la derivación de medición y referencia, un ajustador de polarización ajustable en la derivación de referencia y/o en la derivación de medición y/o un combinador de haz, en particular un acoplador de fibra óptica, para la combinación de la luz conducida a lo largo de la derivación de medición y a lo largo de la derivación de referencia al final de la derivación de medición y de la derivación de referencia.
En un diseño preferido los componentes ópticos incluyen una instalación de recepción y emisión, la cual define el principio y el final de la sección de medición de la derivación de medición y está adaptada para emitir la luz desde el sistema de medición lejos en la dirección al área espacial y recibir de nuevo luz reflectada, de manera que esta se conduce a lo largo del resto de la derivación de medición. La instalación de recepción y emisión puede presentar un receptor, el cual está separado espacialmente de una instalación de emisión (es decir un sistema biestático), o un componente, el cual está adaptado en un lugar tanto para la emisión como también para la recepción de luz láser (es decir un sistema monoestático). La instalación de recepción y emisión combinada puede presentar en particular un circulador óptico y/o un sistema de lentes.
En una forma de realización preferida la disposición de interferómetro está construida en forma de un interferómetro Mach-Zehnder con dos fotodetectores diseñados y dispuestos para una recepción equilibrada, en donde la señal de detector es una diferencia de las señales de salida de los dos fotodetectores. De esta manera de la señal de detector se pueden extraer perturbaciones de forma conocida en sí.
En una forma de realización preferida el sistema de medición Lidar presenta además una disposición de conductor de haz de polarización o uno o varios elementos divisores de polarización, el cual o los cuales está o están dispuesto(s) y adaptado(s) para durante el funcionamiento dividir respectivamente en luz de dos direcciones de polarización ortogonales luz de la fuente láser de onda continua, la cual se conduce a lo largo de la derivación de medición, y luz de la fuente láser de onda continua, la cual se conduce a lo largo de la derivación de referencia.
Además la disposición de fotodetector en esta forma de realización está dispuesta y adaptada para tras recorrer la derivación de medición y la derivación de referencia detectar de forma separada la luz superpuesta coherentemente en el espacio para las dos direcciones de polarización. La señal de detector incluye entonces dos señales de detector parciales, de las cuales cada una es característica para luz de una de las dos direcciones de polarización. La disposición de fotodetector puede presentar por ejemplo dos fotodetectores divididos espacialmente separados, y la disposición de divisor de haz de polarización puede estar dispuesta y diseñada de tal manera que la luz de las dos direcciones de polarización incide respectivamente solo en un otro de los dos fotodetectores.
A través de la disposición de arriba las señales de superposición de la derivación de medición y la derivación de referencia se determinan según la dirección de polarización divididas exactamente de la misma manera como se ha descrito arriba independientemente de la dirección de polarización. Debido a la consideración separada de las dos direcciones de polarización la unidad de evaluación puede sin embargo determinar si con la difusión o reflexión se ha mantenido el estado de polarización, lo que por lo general es predominantemente el caso, o si se ha provocado un desplazamiento en el estado de polarización ortogonal. Si este último es el caso, entonces se pueden hacer afirmaciones sobre el tipo y la forma de los cuerpos de difusión o reflexión. La unidad de evaluación está por lo tanto adaptada para sobre la base de las dos señales de detector parciales determinar cambios del estado de polarización a través de las partículas y/u objetos detectados y en su caso suministrar información sobre el tipo y/o la forma de las partículas y/u objetos detectados.
En una forma de realización preferida de un sistema de medición Lidar, en el cual la unidad de evaluación está ajustada para efectuar la evaluación sobre la base de una función de la señal de detector, la función de fase predeterminada y un valor de desviación temporal Atdesviación, el componente de generación de luz láser está adaptado para emitir simultáneamente o de forma alterna luz láser de dos longitudes de onda. Puesto que el modulador de fase óptico actúa sobre las dos longitudes de onda, la luz láser emitida por la fuente láser de onda continua incluye dos rangos de longitud de onda en el entorno de las dos longitudes de onda, en las cuales el espectro de densidad de potencia óptico tiene respectivamente una forma y ancho de banda determinados por la función de fase 0(t).
Además la disposición de fotodetector en esta forma de realización está en el caso de una emisión simultánea de las dos longitudes de onda por el componente de generación láser dispuesta y adaptada de tal manera para tras recorrer la derivación de medición y la derivación de referencia detectar de forma separada la luz superpuesta coherentemente en el espacio para los dos rangos de longitud de onda. La señal de detector incluye entonces dos señales de detector parciales, de las cuales cada una es característica para luz de uno de los dos rangos de longitud de onda. En el caso de una emisión separada en el tiempo de las dos longitudes de onda las señales de detector suministradas durante las secciones temporales correspondientes corresponden a las dos señales de detector parciales.
A través de la disposición de arriba las señales de superposición de la derivación de medición y la derivación de referencia se determinan según los dos rangos de longitud de onda separadas exactamente de la misma manera como se ha descrito arriba independientemente del rango de longitud de onda. Si además de partículas que se difunden y/u objetos que se reflectan se encuentra gas entre estos y el sistema de medición y este gas absorbe la luz del un rango de longitud de onda, la luz del otro rango de longitud de onda por el contrario no o mucho menos, debido a la consideración separada de los dos rangos de longitud de onda la cantidad de gas que se absorbe se puede determinar sin embargo por medio de la unidad de evaluación. Si ahora la evaluación se efectúa de la manera descrita para una pluralidad de diferentes valores de desviación temporal Atdesviación, los cuales corresponden respectivamente a una otra sección parcial del área espacial alejada, la concentración del gas en las distintas secciones parciales se puede determinar además con resolución local. Este procedimiento es conocido en sí exceptuando el tipo y la manera de conformidad con la invención de alcanzar la resolución local y se designa como procedimiento DIAL (differential
absorption Lidar).
La unidad de evaluación está por lo tanto adaptada para efectuar la evaluación sobre la base de una función de las dos señales de detector parciales, la función de fase predeterminada y una pluralidad de diferentes valores de desviación temporal Atdesviación, los cuales corresponden respectivamente a una otra sección parcial del área espacial alejada, y para determinar con resolución local la concentración al menos de un gas, el cual presenta diferentes coeficientes de absorción para los dos rangos de longitud de onda. Puesto que la medición se basa en que la luz láser en el caso de la difusión no se propaga de forma espectral fundamentalmente a través del movimiento térmico de los cuerpos de difusión, es obligatoriamente necesario que adicionalmente al gas que se debe medir estén presentes partículas y/u objetos en el área espacial alejada.
El sistema de medición Lidar descrito arriba, en el cual la unidad de evaluación está adaptada para efectuar la evaluación sobre la base de una función de la señal de detector, la función de fase predeterminada y un valor de desviación temporal Atdesviación, puede ser de manera ventajosa parte de una disposición de medición Lidar, la cual presenta además un guíaondas óptico, preferiblemente un guíaondas de fibras óptico unimodal, el cual está dispuesto de manera que la luz de la fuente láser de onda continua que recorre la derivación de medición se conduce hasta por lo menos una parte de la sección de medición en el guíaondas óptico, de manera que el guíaondas óptico define por lo menos una parte de la sección de medición. Con otras palabras una parte del área espacial y en particular una parte de la sección de medición se forma a través del interior del guíaondas óptico.
Además el guíaondas óptico de la disposición de medición presenta una pluralidad de instalaciones de reflexión, las cuales están separadas la una de la otra a lo largo del guíaondas óptico y de las cuales cada una está dispuesta y adaptada para en el caso de al menos una longitud de onda, en el caso de la cual se puede enviar luz desde la fuente láser de onda continua, para reflejar parcialmente luz, la cual recorre el guíaondas óptico desde el sistema de medición, de tal manera que la luz reflejada recorre el guíaondas óptico en dirección al sistema de medición. Estas instalaciones de reflexión representan respectivamente un objeto, cuya presencia y/o movimiento puede ser determinado a través del sistema de medición de la manera descrita. El guíaondas óptico puede presentar preferiblemente al menos diez instalaciones de reflexión.
En esta forma de realización la unidad de evaluación está adaptada para efectuar la evaluación descrita arriba, la cual se realiza sobre la base de una función de la señal de detector, la función de fase predeterminada y un valor de desviación temporal Atdesviación, en distintos momentos y para una pluralidad de diferentes valores de desviación temporal Atdesviación, los cuales corresponden respectivamente a una otra sección parcial del área espacial alejada, en donde la pluralidad correspondiente de diferentes secciones parciales contiene distintas de las instalaciones de reflexión y/o distintos grupos de las instalaciones de reflexión.
Además la unidad de evaluación en esta forma de realización está adaptada para determinar a partir de ello cambios de la reflectividad y/o propiedades de polarización de distintas instalaciones de reflexión, para determinar para al menos un par de las instalaciones de reflexión cambios de la desviación de fase óptica entre las dos instalaciones de reflexión correspondientes, para determinar para al menos un par de las instalaciones de reflexión una atenuación entre las dos instalaciones de reflexión correspondientes y/o para determinar para al menos un par de las instalaciones de reflexión cambios de polarización entre las dos instalaciones de reflexión correspondientes.
A través de este diseño la disposición de medición Lidar forma un sensor de fibra óptica, en el cual las instalaciones de reflexión dispuestas a lo largo del guíaondas óptico representan elementos de sensor individuales y el sensor de fibra óptica se puede usar por ejemplo para mediciones de extensión en puentes o alas de aviones o en el cual las secciones del guíaondas óptico entre instalaciones de reflexión adyacentes y las dos instalaciones de reflexión en cuestión representan respectivamente un elemento de sensor interferométrico. En cada caso a través de la selección apropiada de los valores de desviación temporal Atdesviación los distintos elementos de sensor se pueden evaluar y direccionar separados si las secciones parciales correspondientes a los distintos valores de desviación temporal Atdesviación del área espacial alejada contienen respectivamente un otro de los elementos de sensor total o parcialmente. En este contexto hay que tener en cuenta que en el caso de elementos de sensor interferométricos dependiendo del ancho de banda de la luz láser utilizada las secciones parciales pueden tener una extensión más pequeña (alta resolución local) o una extensión más grande (baja resolución local) que la distancia entre las dos instalaciones de reflexión de los elementos de sensor. En el primer caso las dos instalaciones de reflexión pueden ser evaluadas de forma separada en cuanto a la desviación de fase causada por la sección del guíaondas óptico que se encuentra allí entremedio y/o se puede cuantificar la una atenuación influenciada a través de una magnitud de medición. En el segundo caso esto no es posible y las dos instalaciones de reflexión mencionadas con la sección del guíaondas óptico que se encuentra allí entremedio solo pueden evaluarse conjuntamente. Ellas forman entonces conjuntamente un elemento de sensor y funcionan como un sensor interferométrico coherente.
Las instalaciones de reflexión están preferiblemente adaptadas para cambiar su reflectividad o sus propiedades de polarización a través del efecto de una magnitud de medición, como por ejemplo una temperatura. Alternativamente es preferido si las secciones del guíaondas óptico pertenecientes a elementos de sensor interferométricos están adaptadas para cambiar su vía óptica a través del efecto de una magnitud de medición, como por ejemplo una dilatación del guíaondas óptico. En cada caso a través de la evaluación descrita arriba es posible entonces determinar
la magnitud de medición con resolución local a lo largo del guíaondas óptico.
En un diseño preferido de la disposición de medición Lidar las instalaciones de reflexión presentan respectivamente un punto defectuoso, una instalación de retrodispersión de Rayleigh y/o una rejilla de fibra de Bragg. Un punto defectuoso se puede formar por ejemplo a través de una interfaz vidrio-aire.
En un diseño preferido de la disposición de medición Lidar la extensión de las instalaciones de reflexión en la dirección de expansión del guíaondas óptico es más pequeña que la distancia mínima entre instalaciones de reflexión adyacentes.
El sistema de medición descrito arriba o la disposición de medición que presenta un sistema de medición tal descrita arriba se puede utilizar de manera ventajosa para la realización de un procedimiento para la detección de la presencia y/o el movimiento de partículas y/u objetos en un área espacial alejada. Para esto la derivación de medición se dispone de manera que, es decir en particular la sección de medición se dispone de tal manera que el área espacial alejada es parte de la sección de medición o forma en el caso extremo la sección de medición. En este caso la fuente láser de onda continua se acciona para dirigir luz láser de la manera descrita simultáneamente a lo largo de la derivación de medición y a lo largo de la derivación de referencia. La presencia y/o el movimiento de partículas y/u objetos en el área espacial alejada se determina entonces con ayuda de la unidad de evaluación de la manera igualmente ya descrita.
En un diseño ventajoso del procedimiento, en el cual se usa un sistema de medición Lidar con una fuente láser de onda continua que contiene un modulador de fase óptico, la forma y/o el ancho de banda del espectro de densidad de potencia de la luz láser emitida por la fuente láser de onda continua se ajusta al ajustarse correspondientemente la función de fase 0(t) predeterminada en la instalación de control. De esta manera la resolución local se puede ajustar de forma específica a los requisitos respectivos.
En un diseño ventajoso del procedimiento, en el cual se usa un sistema de medición Lidar, el cual contiene una fuente láser de onda continua que contiene un modulador de fase óptico y una unidad de evaluación, la cual está adaptada para efectuar la evaluación sobre la base de una función de la señal de detector, la función de fase predeterminada y un valor de desviación temporal Atdesviación, en la unidad de evaluación se cambia el intervalo de tiempo Atdesviación para cambiar la distancia de una sección parcial del área espacial con respecto al sistema de medición Lidar, en donde la sección parcial contiene las partículas, cuya luz retrodispersa contribuye a la interferencia en el caso de la superposición coherente de la luz dirigida a lo largo de la derivación de medición y de la luz dirigida a lo largo de la derivación de referencia.
En un diseño ventajoso del procedimiento, en el cual se usa uno de los sistemas de medición Lidar descritos arriba, el cual detecta luz de dos direcciones de polarización diferentes, con ayuda de la unidad de evaluación sobre la base de las dos señales de detector parciales se determinan cambios del estado de polarización a través de las partículas y/u objetos detectados y a partir de eso se obtiene información sobre el tipo y/o la forma de las partículas y/u objetos.
En un diseño ventajoso del procedimiento, en el cual se usa uno de los sistemas de medición Lidar descritos arriba, el cual detecta luz de dos rangos de longitud de onda diferentes, con ayuda de la unidad de evaluación sobre la base de una función de las dos señales de detector parciales, la función de fase predeterminada y una pluralidad de valores de desviación temporal Atdesviación diferentes, los cuales corresponden respectivamente a una otra sección parcial del área espacial alejada, se determina con resolución local la concentración al menos de un gas, el cual presenta para los dos rangos de longitud de onda diferentes coeficientes de absorción.
En un diseño ventajoso del procedimiento que usa una disposición de medición Lidar las instalaciones de reflexión están adaptadas de tal manera que ellas cambian su reflectividad y/o sus propiedades de polarización dependiendo de una magnitud de medición que influye en ellas, o las secciones del guíaondas óptico que se encuentran entre respectivamente dos direcciones de reflexión adyacentes están adaptadas de tal manera que ellas cambian su vía óptica dependiendo de una magnitud de medición que influye en ellas. En cada caso la magnitud de medición se determina con ayuda de la unidad de evaluación en distintas instalaciones de reflexión o distintas secciones lugares correspondientes entre instalaciones de reflexión.
En un diseño ventajoso del procedimiento que usa una disposición de medición Lidar la magnitud de medición es una dilatación del guíaondas óptico, una oscilación del guíaondas óptico y/o una temperatura.
En un diseño ventajoso del procedimiento que usa una disposición de medición Lidar las instalaciones de reflexión se forman a través de puntos defectuosos o áreas de retrodispersión de Rayleigh y el guíaondas óptico se caracteriza con resolución de longitud con ayuda de la unidad de evaluación. A través de este procedimiento se pueden analizar tramos de fibra al desbloquearse a partir del cambio de la señal de detector para lugares de medición adyacentes la atenuación local. Este procedimiento puede reemplazar la utilización de reflectómetros de rango temporal.
La invención se explica en más detalle a continuación mediante un ejemplo de realización haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales
la figura 1 muestra una representación esquemática de un sistema de medición Lidar según un ejemplo de realización de la invención y
la figura 2 muestra una representación esquemática de una fuente de luz láser de onda continua según un ejemplo de realización de la invención y
la figura 3 muestra una representación esquemática de un sistema de medición Lidar como parte de una disposición de medición Lidar según un ejemplo de realización de la invención.
El sistema de medición Lidar 1 mostrado esquemáticamente en la figura 1 presenta una fuente láser de onda continua 2 con una potencia de salida de p. ej. 1 mW y una longitud de onda de p. ej. 1530 nm, cuya luz se divide a través de un divisor de haz 3 en forma de un acoplador de fibra óptica en una derivación de medición 4 definida por fibra óptica parcialmente y una derivación de referencia 5 definida por fibra óptica completamente. Las fibras ópticas utilizadas son preferiblemente fibras monomodo con baja atenuación y un radio de campo de p. ej. 5 pm. Al final de la derivación de medición 4 y la derivación de referencia 5 está dispuesto un otro acoplador 6 de fibra óptica para combinar la luz de la derivación de medición 4 y la derivación de referencia 5. Como en una disposición de interferómetro Mach-Zehnder conocida la luz se superpone en este caso de manera coherente en el espacio, y distintas proporciones de la luz superpuesta de manera coherente se dirigen a los dos fotodetectores 7a, 7b de la disposición de fotodetector 7, los cuales pueden ser por ejemplo detectores InGaAs y sus señales de detector características para la luz que incide en ellos se pueden substraer la una de la otra en un elemento de substracción 8 para la eliminación de interferencias. La señal de diferencia se suministra finalmente a una unidad de evaluación 9, en la cual la señal de diferencia se evalúa para la detección de la presencia y/o el movimiento de partículas y/u objetos.
La derivación de referencia 5 presenta un ajustador de polarización 10 de fibra óptica ajustable y un tramo de desvío, por ejemplo en forma de una sección 18 enrollada de la fibra. La derivación de medición 4 presenta sucesivamente un amplificador de fibras de erbio 11 con una potencia de salida de p. ej. 1 W, un modulador acusto-óptico 12 con una frecuencia de p. ej. 80 MHz y un circulador óptico 13.
Con ayuda del circulador 13 se conduce luz por medio de una sección de fibra 14 a una lente de envío/recepción 15 de una distancia focal de p. ej. 250 mm y se enfoca en el área que rodea al sistema de medición 1. Si la luz incide en este área sobre partículas que se retrodispersan de manera que ella llega de nuevo a la lente 15, ella vuelve de nuevo a la sección de fibra 14 y se acopla finalmente por medio del circulador 13 en el resto de la sección de medición 4. El área, en la que en general la luz puede llegar de nuevo mediante retrodispersión en partículas hasta la lente 15, representa una sección de medición 16 de la derivación de medición 4. La presencia y/o el movimiento de partículas y/u objetos se puede detectar en toda la sección de medición 16 o solo en una parte de esta, la cual en la presente solicitud se designa como área espacial alejada. El área espacial alejada es por lo tanto la parte de la sección de medición 16 de interés para una medición determinada.
La fuente láser de onda continua 2 presenta un diodo láser 20 y un modulador de fase 21 óptico postconectado, cuya relación de modulación se controla a través de una instalación de control 22, la cual fija la función de fase 0(t) que define una señal de pseudorruido y determinante para la modulación. La luz láser 23 emitida por el modulador de fase 21 óptico o la fuente láser de onda continua 2 es en cambio radiada y deformada con respecto a la luz del diodo láser 20 a través de la modulación como función de la función de fase 0(t) en el espectro de densidad de potencia óptico.
A través de la consideración descrita arriba de distintos valores de desviación temporal Atdesv¡ac¡ón en caso de la evaluación a través de la unidad de evaluación 9 se puede efectuar de forma separada puramente de forma aritmética sin cambios en la construcción descrita la detección con resolución local para distintas secciones parciales 17 a diferentes distancias de la lente 15.
La figura 3 muestra una disposición de medición Lidar, la cual presenta un sistema de medición Lidar 1, como este también está mostrado en la figura 1. Sin embargo la sección de medición 16 se define a través de un guíaondas óptico en forma de una fibra 24 óptica, es decir a través del interior conductor de luz de la fibra 24. A lo largo de la fibra 24 están previstas una pluralidad de instalaciones de reflexión 25 separadas la una de la otra en la dirección de extensión de la fibra 24, las cuales reflejan respectivamente de forma parcial la luz de la fuente láser de onda continua 2. En esta disposición de medición las instalaciones de reflexión 25 representan las partículas u objetos, cuya presencia y/o movimiento se mide y/o se miden para las otras propiedades, como por ejemplo propiedades de reflexión o propiedades de polarización.
Claims (12)
1. Sistema de medición Lidar para la detección de la presencia y/o el movimiento de partículas y/u objetos en un área espacial alejada del sistema de medición Lidar con una disposición de interferómetro, la cual presenta:
una fuente láser de onda continua (2),
una disposición de fotodetector (7), la cual está adaptada para emitir una señal de detector característica para la luz que incide en ella de la fuente láser de onda continua (2), componentes ópticos, los cuales están adaptados y dispuestos de tal manera que la luz (23) enviada por la fuente láser de onda continua (2)
- primero se divide,
- a continuación se conduce a lo largo de una primera vía óptica que forma una derivación de medición (4) de la disposición de interferómetro y una segunda vía óptica separada de esta y que forma una derivación de referencia (5) de la disposición de interferómetro y
- finalmente tras recorrer la derivación de medición (4) y la derivación de referencia (5) incide de manera superpuesta coherentemente en el espacio sobre la disposición de fotodetector (7),
- en donde la derivación de referencia (5) tiene una longitud de vía óptica predeterminada y
- la derivación de medición (4) presenta una sección de medición (16), en la cual la luz es dirigida por el sistema de medición lejos en dirección a un área espacial alejada de este y atraviesa esta y la luz reflejada o retrodispersa en la dirección al sistema de medición por partículas y/u objetos que se encuentran en el área espacial se recibe de nuevo en el sistema de medición, y
una unidad de evaluación (9), la cual está acoplada con la disposición de fotodetector (7) y adaptada para recibir su señal de detector y a partir de la señal de detector determinar la presencia y/o el movimiento de partículas y/u objetos en el área espacial alejada
caracterizado por que la fuente láser de onda continua (2) presenta una longitud de coherencia en el rango de 0,1 a 100 m y que
la fuente láser de onda continua (2) presenta:
un componente de generación de luz láser (20),
un modulador de fase (21) óptico postconectado a este, el cual está adaptado para recibir la luz láser emitida por el componente de generación de luz láser (20) y modularla en su fase, en donde el modulador de fase (21) óptico presenta una entrada de señal de control y está adaptado para efectuar la modulación de fase sobre la base de una función de fase, la cual está definida por una señal de control recibida en la entrada de señal de control, y una instalación de control (22), la cual está unida con la entrada de señal de control del modulador de fase (21) óptico y adaptada para suministrar una señal de control a la entrada de señal de control, la cual corresponde a una señal de pseudorruido definida por una función de fase 0(t) predeterminada,
en donde la señal de control provoca que el modulador de fase (21) óptico efectúe la modulación de fase con la función de fase 0(t) predeterminada, de manera que el espectro de densidad de potencia óptico de la luz láser (23) emitida por la fuente láser de onda continua (2) tiene una forma y un ancho de banda determinados por la función de fase 0(t).
2. Sistema de medición Lidar según la reivindicación 1 en el caso del cual la fuente láser de onda continua (2) presenta una longitud de coherencia en el rango de 1 a 50 m.
3. Sistema de medición Lidar según la reivindicación 1 o 2, en el caso del cual la función de fase 0(t) predeterminada se puede ajustar.
4. Sistema de medición Lidar según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el caso del cual la unidad de evaluación (9) está adaptada para efectuar la evaluación sobre la base de una función de la señal de detector, la función de fase predeterminada y un valor de desviación temporal Atdesviación, en donde la función está seleccionada de manera que el resultado de la función corresponde a la señal de detector en el caso de un tiempo de ejecución a través de la derivación de referencia (5) cambiado un Atdesviación con respecto al tiempo de ejecución real a través de la derivación de referencia (5).
5. Sistema de medición Lidar según la reivindicación 4, en el caso del cual la función incluye la multiplicación de la señal de detector por el factor exp[-i(0(t+Atdesviación)- 0(t))].
6. Sistema de medición Lidar según una de las reivindicaciones anteriores, en el caso del cual los componentes ópticos incluyen:
un divisor de haz (3) para la división de la luz (23) emitida por la fuente láser de onda continua (2),
fibras ópticas, las cuales definen por lo menos una parte de la derivación de referencia (5), y/o fibras ópticas, las cuales definen una parte de la derivación de medición (4),
un manipulador de frecuencia óptico, en particular un modulador acusto-óptico, en la derivación de medición (4) o en la derivación de referencia (5),
un amplificador óptico (11), en particular un amplificador de fibras de erbio, en la derivación de medición (4) o antes
de la división en la derivación de medición (4) y de referencia (5),
un ajustador de polarización ajustable en la derivación de referencia (5) o derivación de medición (4) y/o un combinador de haz, en particular un acoplador (6) de fibra óptica, para la combinación de la luz conducida a lo largo de la derivación de medición (4) y a lo largo de la derivación de referencia (5) al final de la derivación de medición (4) y la derivación de referencia (5).
7. Sistema de medición Lidar según una de las reivindicaciones anteriores,
- el cual presenta además una disposición de divisor de haz de polarización, la cual está dispuesta y adaptada para durante el funcionamiento dividir luz (23) de la fuente láser de onda continua (2), la cual se conduce a lo largo de la derivación de medición (4), y luz (23) de la fuente láser de onda continua (2), la cual se conduce a lo largo de la derivación de referencia (5), respectivamente en luz de dos direcciones de polarización ortogonales, y
- en el caso del cual la disposición de fotodetector (7) está dispuesta y adaptada para tras recorrer la derivación de medición (4) y la derivación de referencia (5) detectar de forma separada la luz superpuesta coherentemente en el espacio para las dos direcciones de polarización, en donde la señal de detector incluye dos señales de detector parciales, de las cuales cada una es característica para luz de una de las dos direcciones de polarización,
- en donde la unidad de evaluación (9) está además adaptada para sobre la base de las dos señales de detector parciales determinar cambios del estado de polarización a través de las partículas y/u objetos detectados.
8. Sistema de medición Lidar según la reivindicación 4, según la reivindicación 5 o según una de las reivindicaciones 6 a 7, en la medida en que es dependiente de la reivindicación 4 o reivindicación 5, en el caso del cual
- el componente de generación de luz láser (20) está adaptado para emitir luz láser de dos longitudes de onda, de manera que la luz láser emitida por la fuente láser de onda continua (2) incluye dos rangos de longitud de onda en el entorno de las dos longitudes de onda, en las que el espectro de densidad de potencia óptico tiene respectivamente una forma y un ancho de banda determinados por la función de fase 0(t),
- la disposición de fotodetector (7) está dispuesta y adaptada para tras recorrer la derivación de medición (4) y la derivación de referencia (5) detectar de forma separada la luz superpuesta coherentemente en el espacio para los dos rangos de longitud de onda, en donde la señal de detector incluye dos señales de detector parciales, de las cuales cada una es característica para luz de uno de los dos rangos de longitud de onda, y
- la unidad de evaluación (9) está además adaptada para efectuar la evaluación sobre la base de una función de las dos señales de detector parciales, la función de fase predeterminada y una pluralidad de diferentes valores de desviación temporal Atdesviación, los cuales corresponden respectivamente a una otra sección parcial (17) del área espacial alejada, y determinar con resolución local la concentración al menos de un gas, el cual presenta para los dos rangos de longitud de onda diferentes coeficientes de absorción.
9. Procedimiento para la detección de la presencia y/o el movimiento de partículas y/u objetos en un área espacial alejada con ayuda de un sistema de medición Lidar según una de las reivindicaciones 1 a 8, con los pasos:
disponer la derivación de medición (4) de manera que el área espacial alejada es parte de la sección de medición (16), accionar la fuente láser de onda continua (2) para conducir luz láser simultáneamente a lo largo de la derivación de medición (4) y a lo largo de la derivación de referencia (5), y
determinar la presencia y/o el movimiento de partículas y/u objetos en el área espacial alejada con ayuda de la unidad de evaluación (9).
10. Procedimiento según la reivindicación 9, en el caso del cual el sistema de medición Lidar está diseñado según una de las reivindicaciones 1 a 8 y el cual presenta además el paso de ajustar la forma y/o el ancho de banda del espectro de densidad de potencia de la luz láser (23) emitida por la fuente láser de onda continua (2), al ajustarse correspondientemente la función de fase 0(t) en la instalación de control (22).
11. Procedimiento según la reivindicación 9 o la reivindicación 10, en el caso del cual el sistema de medición Lidar está diseñado según la reivindicación 4 o la reivindicación 5 y el cual presenta además el paso de cambiar en la unidad de evaluación (9) el intervalo de tiempo Atdesviación para cambiar la distancia de una sección parcial (17) del área espacial con respecto al sistema de medición Lidar, en donde la sección parcial (17) contiene las partículas y/u objetos, cuya luz retrodispersa contribuye a la interferencia con la superposición coherente de la luz conducida a lo largo de la derivación de medición (4) y la luz conducida a lo largo de la derivación de referencia (5).
12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 9 a 11, en el caso del cual el sistema de medición Lidar está diseñado según la reivindicación 8, y en el caso del cual con ayuda de la unidad de evaluación (9) sobre la base de una función de las dos señales de detector parciales, la función de fase predeterminada y una pluralidad de diferentes valores de desviación temporal Atdesviación los cuales corresponden respectivamente a una otra sección parcial (17) del área espacial alejada se determina con resolución local la concentración al menos de un gas, el cual presenta diferentes coeficientes de absorción para los dos rangos de longitud de onda.
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