用于空间分辨温度测量的设备制造技术

一种用于空间分辨的温度测量的设备，包括至少一个用于空间分辨的温度测量的光导纤维（６）和至少一个激光源（２，３０），激光源的光（３，２３）能够被耦入到光导纤维（６）中，其中光（３，２３）在光导纤维（６）中被反向散射的分量能够被从光导纤维（６）中耦出并被分析。该设备包括用于减小由偏振决定的效应的装置，其例如可以是能够至少部分地将光消偏振的偏振改变器（４）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉 及一种根据权利要求ι前序部分的用于空间分辨(ortsaufgelost) 温度测量的设备。
技术介绍
例如从EP 0 692 705A1中已知上述类型的设备。纤维光学温度测量系统(分布 式温度感测DTS)可以将光导纤维中的光学效应用于空间分辨的温度测量。例如，可以使 用拉曼散射效应。在这种情况下，窄带的电磁辐射源的辐射(例如激光器的辐射)在纤 维材料中无弹性地散射。具有比激励更短的波长的散射(反斯托克斯散射)和在更长波 长情况下的散射(斯托克斯散射)的强度比是取决于温度的，并且可以被用于温度确定。 通过使用频率技术(光频域反射技术0FDR)(如其在EP 0 692 705A1和在EP 0 898 151 A2 中所描述的那样)，或者使用脉冲技术(光时域反射技术0TDR)，可以沿着纤维空间分辨 地确定温度。这样的温度测量系统例如可用于隧道和运河中的消防监测，可用于电力电 缆和管道的监测，以及可在供油和供气中使用。除了相应的耦接光学元件(Koppeloptik)之外，DTS装置通常还包含以下主要的 光学元件激光源用于将激光源的光耦入用于测量的光导纤维中并用于分离该激光的从该光导纤 维反向散射的拉曼散射光分量的光谱分离器(Spektralteiler)，用于测量的光导纤维，用于分离斯托克斯散射光和反斯托克斯散射光的光谱分离器，用于斯托克斯散射光和反斯托克斯散射光的滤波器，用于斯托克斯散射光和反斯托克斯散射光的检测器。代替两个用于斯托克斯散射光和反斯托克斯散射光的滤波器，可以设置可调或 可更换的滤波器。在使用这种可更换的滤波器时，依次测量两个通道。这对于测量时间 而言是不利的，但是可以带来成本上的优势，并且还可以通过为两个信号使用相同的通 道而带来准确性方面的优点。DTS装置基本上大多可以被构造为自由辐射光学装置(Freistrahloptik)。但是，由于种种实现的原因(效率，稳定性)，通常使用纤维光学的构造。光导纤维中空间分辨的温度测量的一个问题在于偏振沿着纤维而变化。这主 要、但不是仅仅出现在单模光纤中。激励辐射通常被偏振。由于拉曼散射也可能发生偏 振，所以从纤维返回的拉曼散射光分量同样可能被偏振。拉曼散射光的检定(Nachweis) 通过使用光谱分离器、滤波器和其他可能依赖于偏振的部件而实现。测量的结果因此可 能取决于偏振。在多模光纤中，不同模式以略微不同的速度传播，并且纤维对偏振的影响也取 决于模式。因此，在较长的线路上产生不同偏振状态的或多或均勻的混合。因此，在使用DTS的测量中偏振效应的问题主要在于单模光纤中，以及在具有少量模式或长度短的 多模光纤的测量中。在光纤中，偏振平面可能旋转，或者偏振由于诸如应力双折射这样的效应而在 其他方面被改变。因此，测试信号不仅取决于所希望的局部温度的方式，而且也取决于 测量点的本地偏振或在通过光纤的路径上偏振的变化。即使当偏振效应仅仅少许地影响 测量参数时，偏振效应也可能已经具有对温度确定的显著影响，并且例如表现为几。C。 因此，这样的效应可能限制DTS装置的温度分辨率。特别是在使用单模光纤工作的装置 中，在温度曲线上观察到幅度为几。C且波长为数米直至几十米的调制。这归因于光纤材 料中由于由应力导致的双折射而产生的偏振平面的旋转。
技术实现思路
本专利技术要解决问题是提供一种前述类型的设备，利用其可以实现更高的温度分 辨率和/或空间分辨率。根据本专利技术，这是通过具有权利要求1特征部分的特征 的前述类型的设备来实 现的。从属权利要求涉及本专利技术的优选实施方式。根据权利要求1，该设备包括用于减小由偏振决定的效应的装置。通过该装置， 所述偏振效应的影响可以被降低使得可以改善该设备的温度分辨率和/或空间分辨率。例如可以规定，用于减小由偏振决定的效应的装置包括偏振改变器 (Polarisationsveraenderer)，其可以将至少一个激光源的光在耦入到光导纤维中之前至少 部分地消偏振，或者可以将光的偏振状态在耦入前在时间上和/或在空间上进行改变。偏振改变器应当影响激光、或可能还有散射光的偏振，使得元件(如光谱分离 器和滤波器)的偏振依赖性不再产生重要作用。一个理想的偏振改变器会消除光的偏振，并因此作为消偏振器。但是，这不是 在所有情形下都是可能的，或者涉及巨大的花费。尤其地，相干辐射总是偏振的，并且只会在其偏振状态(线、圆、椭圆、偏振 轴)方面受到影响。另一方面，对于所希望的检测的偏振无关性，实际的消偏振不是绝对必需的。 相反，也可以使用偏振改变器，其在时间上和/或在空间上改变偏振状态，并因此导致 检测中不同偏振分量的平均。对于根据本专利技术的设备特别适合的偏振改变器工作如下-将光分解为两个强度相近的分量，-将一个分量的偏振平面旋转90°，_将一个分量延迟一段距离，该距离大于该至少一个激光源的相干长度、但小于 设备的所希望的空间分辨率，_将两个分量耦入到用于温度测量的光导纤维中。这种设置在没有可移动部件的情况下也能工作，不需要能量输入，并且能够经 济地被实现。延迟距离必须大于相干长度，以便不会在消偏振器后面又获得偏振光。 由于大的延迟距离影响空间分辨率，所以在高分辨率设备中的使用时存在可能的限制。 对于高分辨率的设备，可以考虑其他解决方案，例如通过使用旋转的光学活性片(半波板)、用于改变偏振的电活化单元或机械加载的光导纤维，机械加载的光导纤维通过机械 荷载由于引起的双折射而可能导致偏振的改变。偏振改变器基本上很多可以被构造为自由辐射光学元件。但是，也存在这样的可能性，即考虑偏振改变器的纤维光学构造。作为替代或作为补充，可以规定，用于减小由偏振决定的效应的装置包括至少 一个滤波器，其特性、尤其是在其透射性方面，对于两个偏振方向或对于任何两个相互 垂直的偏振方向，差别低于10%，特别是小于5%，优选小于1%。作为替代或作为补充可以规定，用于减小由偏振决定的效应的装置包括至少一 个光谱分离器，其特性、尤其是在其透射性和/或其反射性方面，对于两个偏振方向或 对于任何两个相互垂直的偏振方向，差别低于10%，特别是小于5%，优选小于1%。通过这两个措施，由偏振决定的效应对温度测量的影响被减小。光谱分离器和其他波长选择性的滤波器在其功能方面可能明显依赖于偏振。这 种偏振依赖性例如由于在倾斜的光入射时取决于偏振的反射和折射而产生。对于薄膜滤波器减小偏振依赖性的一种方法是使用特殊的层设计，这些层设计 在所涉及的波长下对于两个偏振分量具有非常相似的特性。另一种方法是使用小的入射角。在垂直入射时，滤波器与偏振无关地工作。对 于小的入射角，例如小于10°，偏振效应可能足够小，以便使得能够以根据本专利技术的设 备实现温度的准确测量。附图说明借助于以下参考附图描述优选实施例，本专利技术的其他特征和优点变得清楚。其 中图1示出了根据本专利技术的设备的第一实施方式的示意图；图2示出了偏振改变器的一个示例性实施方式；图3示出了根据本专利技术的设备的第二实施方式的示意图的细节；图4示出了根据本专利技术的设备的第三实施方式的示意图。 附图中，相同的部件或功能相同的部件具有相同的附图标记。具体实施例方式根据本专利技术的设备的在图1中所示的实施方式包括由控制装置1控制的激光源 2。激光源2的光3穿过偏振改变器4，偏振改本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于空间分辨的温度测量的设备，包括　　至少一个用于空间分辨的温度测量的光导纤维（６），　　至少一个激光源（２，３０），所述激光源的光（３，２３，３１）能够被耦入到所述光导纤维（６）中，其中由所述激光源（２，３０）生成的光（３，２３，３１）在所述光导纤维（６）中被反向散射的分量能够被从所述光导纤维（６）中耦出，　　其特征在于，所述设备包括用于减小由偏振决定的效应的装置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】DE 2008-5-15 102008023777.91.一种用于空间分辨的温度测量的设备，包括至少一个用于空间分辨的温度测量的光导纤维(6)，至少一个激光源(2，30)，所述激光源的光(3，23，31)能够被耦入到所述光导纤维 (6)中，其中由所述激光源(2，30)生成的光(3，23，31)在所述光导纤维(6)中被反向 散射的分量能够被从所述光导纤维(6)中耦出，其特征在于，所述设备包括用于减小由偏振决定的效应的装置。2.根据权利要求1的设备，其特征在于，所述用于减小由偏振决定的效应的装置包括 偏振改变器(4)，所述偏振改变器(4)能够将所述至少一个激光源(2)的光(3)在耦入到 所述光导纤维(6)中之前至少部分地消偏振，或者能够将这个光(3)的偏振状态在耦入之 前在时间上和/或在空间上进行改变。3.根据权利要求2的设备，其特征在于，所述偏振改变器(4)包括偏振分束器(13)， 所述偏振分束器(13)能够将光(3)分为具有不同偏振(18，20)的两个分量(17，19)。4.根据权利要求3的设备，其特征在于，所述偏振改变器(4)被构造为使得所述具 有不同偏振(18，20)的两个分量(17，19)在重新被相互组合之前经过不同长度的光学路 径。5.根据权利要求1至4之一的设备，其特征在于，所述用于减小由偏振决定的效应的 装置包括至少一个滤波器(33)，所述滤波器的特性、尤其是在其透射性方面，对于两个 偏振方向或对于任何两个相互垂直的偏振方向差别小于1...

【专利技术属性】
技术研发人员：W希尔，
申请(专利权)人：LIOS技术有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]