用于物理量的空间分辨的测量的方法和设备技术

用于物理量的空间分辨的测量的设备，包括用于产生具有第一频率的第一电信号(6)和具有第二频率的第二电信号(7)的装置，第二频率与第一频率的区别在于差频，用于产生利用第一频率调制的光信号的光发射源，该光信号可以与测量对象交互作用并在此被修改，可以混合来自光信号的电信号(10)和第二信号(7)的混合器(11)，用于数字化至少一个混合信号(12)的数模转换器(13)，以及此外特别构成为DDS系统(3)的用于产生具有第三频率的第三电信号(8)的装置，其中该第三频率对应于差频或差频的倍数，并且其中数模转换器(13)可以扫描具有第三频率的混合信号(12)，以将其数字化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种根据权利要求1前序部分的用于物理量的空间分辨的测量的方法以及一种根据权利要求8前序部分的用于物理量的空间分辨的测量的设备。
技术介绍
定义光频域反射计，英语中也被称为Optical Frequency Domain Reflectometry (OFDR)，在下文中称为OFDR方法。适于实施直接数字合成(DDQ的设备或集成电路或系统在下文中被称为DDS系统。当下文中使用概念光，光发射或光信号时，其意味着光频谱范围，特别是从XUV到FIR的光频谱范围内的电磁辐射。在玻璃纤维中分布式温度测量(分布式温度传感-DTQ时，借助OFDR方法并在大量其它应用中存在快速低噪音地测量光信号或电信号的振幅或相位的任务。这对分布式温度测量的时间和温度分解非常重要。1999年1月的西门子赛普洛斯部门W458e版本1. 2e的“系统说明书纤维激光器 II”中公开了本申请开始部分所述方式的方法和设备。其中描述的设备包括用于产生信号频率和振荡器频率的频率发生器，所述振荡器频率与所述信号频率的区别在于固定的差频。激光器的光发射利用信号频率被频率调制并联接到光导纤维中。基于拉曼效应反向散射的光发射部分从纤维断开联接并由光电倍增器转换为电信号。所述部分与局部振荡器频率混合并模拟滤波。随后所述部分被数字化并在局部范围内进行傅里叶变换。如此获得的基于拉曼效应产生的信号的反向散射剖面构成温度计算的基础。这种测量系统表示所谓的外差接收器，其中信号频率与局部振荡器频率混合，以获得固定的差频。它可以以窄带的形式放大并滤波。但是在模拟系统中通过部件公差和部件漂移为该滤波设置边界。此外窄带滤波器需要更长的冲击时间，其中振幅和相位被滤波器影响。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于提供一种本申请开始部分所述方式的方法和设备， 该方法和设备使得能够实现快速和/或更低噪音的物理量测量。根据本专利技术，该技术问题在方法方面通过本申请开始部分所述的具有权利要求1 的特征的方法解决以及在设备方面通过本申请开始部分所述的具有权利要求8的特征的设备解决。从属权利要求涉及本专利技术的优选设计方案。权利要求1规定，产生具有第三频率的第三电信号，其中第三频率对应于差频或差频的倍数，并且为数字化，以第三频率扫描混合信号。相应地，权利要求8规定，所述设备还包括产生具有第三频率的第三电信号的装置，其中第三频率对应于差频或差频的倍数， 并且其中数模转换器可以第三频率扫描至少一个混合信号，以将其数字化。通过这种方式可以使用数字而非模拟滤波器，从而可以更好地降低噪音和/或更快地测量光信号的振幅和相位。可以规定，第一和/或第二和/或第三电信号借助直接数字合成产生。相应地，还可以规定，用于产生第一电信号的装置是第一 DDS系统和/或用于产生第二电信号的装置是第二 DDS系统和/或所述用于产生第三电信号的装置是第三DDS系统。通过使用用于产生所述三个电信号的DDS系统可以完成向数字技术的转变。在此优选的是为直接数字化合成第一和/或第二和/或第三电信号可以使用时钟信号，其中特别为直接数字化合成第一和/或第二和/或第三电信号使用相同的时钟信号。 相应地，可以规定所述设备此外还包括时钟发生器，该时钟发生器可以为第一 DDS系统和/ 或第二 DDS系统和/或第三DDS系统加载时钟信号。将所述三个DDS系统联接到时钟信号导致，例如在0. 12Hz的DDS分解范围内，待数字化信号的精确数字扫描。在此具有优点的是，频率计算可以借助数字语言，从而不会由于换算到实有数字而出现圆整误差。时钟信号的漂移对全部三个DDS系统产生相同的影响，从而可以达到确切的扫描频率。通过频率产生和频率扫描这个概念，使用新的数字滤波器技术成为可能。数字滤波器不需要冲击时间。在构造中放弃窄带模拟滤波器。通过精确的扫描， 可以利用更窄带的探测实现比利用模拟技术更高的差频。附图说明本专利技术的其它特点和优点借助下面优选实施例的描述参考附图示出。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示出了根据本专利技术的设备的第二实施方式的示意图；图3示出了根据本专利技术的设备的第三实施方式的示意图；图4示出了根据本专利技术的设备的第四实施方式的示意图。具体实施例方式附图中相同或功能相同的信号，元件或单元具有相同的附图标记。图1中示出的第一实施方式包括第一 DDS系统1，第二 DDS系统2和第三DDS系统 3作为用于产生电信号的装置。该设备还包括给出时钟信号(CLK) 5的时钟发生器4。三个 DDS系统1，2，3各自使用相同的时钟信号5。第一 DDS系统1产生具有随时间变化的第一频率fKF(t)的随时间变化的第一电信号6。第二 DDS系统2产生具有随时间变化的第二频率的随着时间变化的第二电信号7。第二频率ua)与第一频率fKFa)相差固定的不随时间变化的差频fZF。第三DDS系统3产生具有随时间变化的第三频率的随时间变化的第三电信号8，该频率对应于差频fZF和系数2N的积。在此N = 0，l，2.......N的优选值例如是2，3，4或5，从而第三频率等于四倍，八倍，十六倍或三十二倍的差频fZF。在此具有优点的是，三个频率fKF(t)， ·ωα)和fZF的计算借助于数字语言进行，从而不会由于换算到实有数字而出现圆整误差。时钟信号5的漂移对所有三个DDS系统1，2， 3具有相同的影响，也就是说，相关的频率变化是相等的。附图标记9表示仅示意示出的测量设备部分，该测量设备除用于产生光信号的光发射源以外还包括测量对象例如光导纤维和光电探测器。利用第一信号6振幅调制或频率调制光信号。在此该调制例如可以通过相应触发例如构成为激光器的光发射源得以实现。可选的是，由光发射源形成的光信号也可以由光调制器进行调制。调制的光信号可以联接到测量对象中并在与该测量对象的交互作用之后与该测量对象断开联接。用于使得能够实现交互作用的相应装置例如可以包括耦合器，去耦器，光束分离器和滤波器。随后在光电探测器中基于交互作用修改的光信号被转换为至少一个电信号10。在此，为此使用的转换器装置例如可以构成为光电倍增器，光电二极管或其它传感器装置。由测量设备9形成的电信号10在混合器11中与第二信号7混合。在此，混合信号12精确具有差频fZF，其中通过与测量对象的交互作用产生的测量信息包括在混合信号 12的振幅和相位中。混合信号12在模数转换器13中被数字化。在此，混合信号12利用第三电信号8 的第三频率扫描。基于三个DDS系统1，2，3中的每个处的相同时钟信号5总是精确达到期望的扫描频率。数字化信号可以利用数字滤波器14滤波。在随后设置的分析装置15中可以分析滤波数据，从而可以确定待获取的物理量的空间分辨的测量数据。在根据图2的本专利技术设备的第二实施方式中，借助OFDR方法精确实施光导纤维中的分布式温度测量(DTS)。图2中特别具体示出了测量设备。这个测量设备包括激光器16，该激光器16利用第一电信号6的第一频率fKF(t)进行频率调制或振幅调制。在此，该调制例如可以通过激光器16的相应触发得以实现。可选的是，由激光器16形成的光信号17也可以由光调制器进行调制。肯定存在这种可能性，即取代激光器16而使用另一光发射源例如放大自发辐射二极管。光纤维18用作测量对象，其中特别本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于空间分辨地测量物理量的方法，包括下列方法步骤：－产生具有随时间变化的第一频率（ｆＲＦ（ｔ））的第一电信号（６），－产生具有随时间变化的第二频率（ｆＬＯ（ｔ））的第二电信号（７），该第二频率与所述第一频率（ｆＲＦ（ｔ））相差差频（ｆＺＦ），－产生光信号（１７）并利用所述第一频率（ｆＲＦ（ｔ））对该光信号调制，－该光信号（１７）通过与测量对象的交互作用而被修改，其中所述修改包括关于要空间分辨地测量的物理量的信息，－修改后的光信号（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ）被转换为至少一个电信号（１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）中，其中－所述修改后的光信号（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ）在所述转换之前利用所述第二频率（ｆＬＯ（ｔ））被调制，或者－所述修改后的光信号（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ）在所述转换之前与利用所述第二频率（ｆＬＯ（ｔ））调制的信号（２５）混合，或者－所述至少一个电信号（１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）与所述第二电信号（７）混合，－混合的信号（１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）被数字化，－根据数字化的数据空间分辨地确定要测量的物理量，其特征在于，－产生具有第三频率第三电信号（８），其中所述第三频率对应于所述差频（ｆＺＦ）或对应于所述差频（ｆＺＦ）的倍数，并且－以所述第三频率扫描所述混合的信号（１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）以进行数字化。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：W·希尔，M·弗罗梅，J·屈布勒，I·罗达，
申请(专利权)人：LIOS技术有限公司，
类型：发明
国别省市：DE