物理量の局所分解測定のための方法および装置
【課題】 物理量の局所分解測定のための装置を提供する。
【解決手段】 装置は、第１の周波数を有する第１の電気信号６および第２の周波数であって、第１の周波数から差周波数だけ異なる第２の周波数を有する第２の電気信号７を発生させるための手段と、第１の周波数で変調された光学信号であって、測定対象と相互作用して変調可能な光学信号を発生させるための光学ビーム源と、光学信号を変換した結果生じた電気信号１０を第２の信号７と混合可能なミキサ１１と、少なくとも１つの混合された信号１２をデジタル化するためのＡＤ変換器１３と、さらに、第３の周波数であって、差周波数の倍数に相当する第３の周波数を有する電気信号８を発生させるための、特にＤＤＳシステム３として形成される手段であって、ＡＤ変換器１３が、デジタル化のために、第３の周波数を有する混合信号１２をサンプリングすることが可能である、手段とを有する。
【解決手段】 装置は、第１の周波数を有する第１の電気信号６および第２の周波数であって、第１の周波数から差周波数だけ異なる第２の周波数を有する第２の電気信号７を発生させるための手段と、第１の周波数で変調された光学信号であって、測定対象と相互作用して変調可能な光学信号を発生させるための光学ビーム源と、光学信号を変換した結果生じた電気信号１０を第２の信号７と混合可能なミキサ１１と、少なくとも１つの混合された信号１２をデジタル化するためのＡＤ変換器１３と、さらに、第３の周波数であって、差周波数の倍数に相当する第３の周波数を有する電気信号８を発生させるための、特にＤＤＳシステム３として形成される手段であって、ＡＤ変換器１３が、デジタル化のために、第３の周波数を有する混合信号１２をサンプリングすることが可能である、手段とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に従った物理量の局所分解測定のための方法、および請求項７の上位概念に従った、物理量の局所分解測定のための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
定義：周波波領域後方散乱測定法は、英語の名称Optical Frequency Domain Reflectometry（ＯＦＤＲ）でも公知のことであるが、以下ＯＦＤＲ法と呼ぶ。ダイレクトデジタル合成（ＤＤＳ）の実行に適した装置または集積回路またはシステムは、以下ＤＤＳシステムと呼ぶ。以下で光、光学ビームまたは光学信号といった概念が使われたときは、光スペクトル分野の電磁波、特に極紫外線（ＸＵＶ）から遠赤外線（ＦＩＲ）までを意味しているものとする。
【０００３】
ＯＦＤＲ法を用いたグラスファイバ内の分布温度測定（ＤＴＳ）や、数々のその他の応用において、光学信号もしくは電気信号の振幅および位相を素早く、ノイズの少ない状態で測定するという課題がある。これは、分布温度測定の時間および温度分解能にとっては重要である。
【０００４】
非特許文献１から、冒頭で述べたタイプの方法および装置は公知である。そこに記述されている装置は、信号周波数と、信号周波数から固定的な差周波数だけ異なる、局所発振器周波数とを発生させるための周波数発生器を有する。レーザの光学ビームは、信号周波数と周波数変調され、光ファイバにインカップリングされる。ラマン効果に基づいて散乱したこれらの光学ビームの部分は、ファイバからアウトカップリングされ、光電子増倍管によって電気信号に変換される。これらは局所発振器周波数と混合されて、アナログフィルタリングされる。その後、それはデジタル化されて局所領域においてフーリエ変換される。ラマン効果に基づいて生じた信号のこうして得られた散乱外形は、温度算出の基礎をなす。
【０００５】
このような測定システムは、固定的な差周波数を作り出すために、信号周波数を局所発振器周波数と混合する、いわゆるヘテロダイン受信器である。これは、狭帯域増幅されフィルタリングされている。アナログシステムの場合、フィルタリングは、しかしながら、部品の許容差および部品のドリフトによって制限される。その上、狭帯域フィルタは、より長い応答時間を要し、応答時間が長い場合、振幅および位相はフィルタによって影響を受ける。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】FibroLaser IIのシステム仕様書、シーメンスケルベロス部門Ｗ４５８ｅ，バージョン１．２ｅ，１９９９年１月
【発明の概要】
【０００７】
本発明の基礎となる課題は、より速いおよび／またはノイズのより少ない物理量の測定を可能とする、冒頭で述べたタイプの方法と装置を提供することである。
【０００８】
これは、発明に従えば、方法については、請求項１の特徴を有する冒頭に述べたタイプの方法によって、また、装置については、請求項７の特徴を有する冒頭に述べたタイプの装置によって達成される。下位の請求項は本発明の好ましい実施形態に関する。
【０００９】
請求項１に従えば、差周波数に相当する、または差周波数の倍数に相当する第３の周波数を有する電気信号が発生され、デジタル化のために、第３の周波数を有する混合信号がサンプリングされる。請求項７に従えば、差周波数に相当する、または差周波数の倍数に相当する第３の周波数を有する第３の電気信号を発生させるための手段をさらに含み、デジタル化のために、アナログ／デジタル変換器が、第３の周波数を有する少なくとも１つの混合信号をサンプリングすることが可能である。このような方法でアナログフィルタの代わりにデジタルフィルタを用いることが可能となり、したがって、ノイズを一層低下させることが可能となり、および／または光学信号の振幅および位相を速やかに測定することが可能である。
【００１０】
第１の、および／または第２の、および／または第３の電気信号はダイレクトデジタル合成を介して発生されるように構成されてもよい。第１の電気信号を発生させるための手段は第１のＤＤＳシステムであり、第２の信号を発生させるための手段は第２のＤＤＳシステムであり、および／または第３の信号を発生させるための手段は第３のＤＤＳシステムであるように構成してもよい。３つの電気信号を発生させるためにＤＤＳシステムを利用することによって、デジタル技術への移行が行われる。
【００１１】
その場合好ましくは、第１の、および／または第２の、および／または第３の電気信号のダイレクトデジタル合成のために、クロック信号が使用され、特に、第１および第２および第３の電気信号のダイレクトデジタル合成のためにそれらのクロック信号が利用される。本装置はさらにまたクロック発生器を有し、第１のＤＤＳおよび／または第２のＤＤＳシステムおよび／または第３のＤＤＳシステムにクロック信号を与えることが可能であるように構成してもよい。３つの全てのＤＤＳシステムを同じクロック信号につなぎ合わせることによって、たとえば、デジタル化されるべき信号の、０．１２ＨｚのＤＤＳ解像度の範囲における、精密なデジタルサンプリングに導かれる。この場合、好ましいことには、周波数計算はデジタル語に基づき、したがって、実数からの変換による丸め誤差を生じない。クロック信号のドリフトは、３つのＤＤＳシステムすべてに同様に作用し、したがって、常に正確なサンプリング周波数が得られる。
【００１２】
このような周波数の発生および周波数のサンプリングの理論によって、新たなデジタルフィルタ技術の利用が可能となる。
【００１３】
デジタルフィルタは応答時間を必要としない。その構成において狭帯域アナログフィルタを不要にすることが可能である。精密なサンプリングによって、アナログ技術よりも狭帯域の検出によってより大きな差周波数が実現可能である。
【００１４】
さらに詳しくは、本発明は、時間で変動する第１の周波数（ｆＲＦ（ｔ））を有する第１の電気信号（６）を発生させる工程と、
時間で変動する第２の周波数（ｆＬＯ（ｔ））であって、第１の周波数（ｆＲＦ（ｔ））から差周波数（ｆＺＦ）だけ異なる第２の周波数（ｆＬＯ（ｔ））を有する第２の電気信号（７）を発生させる工程と、
光学信号（１７）を発生させ、第１の周波数（ｆＲＦ（ｔ））で変調する工程と、
光学信号（１７）を測定対象との相互作用によって変調する工程であって、この場合変調は、局所分解測定されるべき物理量についての情報を含む工程と、
変調された光学信号（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ）を、少なくとも１つの電気信号（１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）に変換する工程であって、
その場合、変調された光学信号（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ）は、変換の前に第２の周波数（ｆＬＯ（ｔ））で変調されるか、
変調された光学信号（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ）は、変換の前に第２の周波数（ｆＬＯ（ｔ））で変調された電気信号（２５）と混合されるか、または
少なくとも１つの電気信号（１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）は、第２の信号（７）と混合されるか、のいずれかである工程と、
混合された信号（１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）をデジタル化する工程と、
デジタル化されたデータから測定されるべき物理量を局所分解的に決定する工程と、
を有する、物理量の局所分解測定のための方法において、
第３の周波数であって、差周波数（ｆＺＦ）に相当する、または差周波数（ｆＺＦ）の倍数に相当する第３の周波数を有する電気信号が発生され、
デジタル化のために、第３の周波数を有する混合信号がサンプリングされることを特徴とする方法である。
【００１５】
本発明において、第３の周波数は、差周波数（ｆＺＦ）と係数２Ｎとの積に相当し、この場合Ｎ＝０，１，２，・・・であることを特徴とする。
【００１６】
また本発明において、第１の、および／または第２の、および／または第３の電気信号（６，７，８）は、ダイレクトデジタル合成によって発生させることを特徴とする。
【００１７】
また本発明において、第１の、および／または第２の、および／または第３の電気信号（６，７，８）のダイレクトデジタル合成のために、クロック信号（５）が使用され、特に第１および第２および第３の電気信号（６，７，８）のダイレクトデジタル合成のために同じクロック信号（５）が使用されることを特徴とする。
【００１８】
また本発明において、第３の周波数は、差周波数（ｆＺＦ）の倍数に相当することを特徴とする。
【００１９】
また本発明において、周波数領域法、特にOptical Frequency Domain Reflectometry（ＯＦＤＲ）法であることを特徴とする。
【００２０】
また本発明は、物理量の局所分解測定のための、特に、請求項１〜６のいずれか１項に従った方法の実施に適した装置であって、
時間で変動する第１の周波数（ｆＲＦ（ｔ））を有する第１の電気信号（６）を発生させるための手段と、
時間で変動する第２の周波数（ｆＬＯ（ｔ））であって、第１の周波数（ｆＲＦ（ｔ））から差周波数（ｆＺＦ）だけ異なる第２の周波数（ｆＬＯ（ｔ））を有する第２の電気信号（７）を発生させるための手段と、
光学信号（１７）を発生させるための光学ビーム源、特にレーザであって、第１の周波数（ｆＲＦ（ｔ））で変調された光学信号（１７）が発生されるように、制御可能な、またはそのようにその出力信号を変調可能な光学ビーム源と、
光学信号（１７）を測定対象と相互作用させることを可能にするための手段（１９）であって、光学信号（１７）を、局所分解測定されるべき物理量についての情報との相互作用によって変調することが可能である手段（１９）と、
変調された光学信号（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ）を、少なくとも１つの電気信号（１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）に変換することが可能である変換手段（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）と、
混合および／または変調手段であって、
変調された光学信号（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ）を、変換の前に第２の周波数（ｆＬＯ（ｔ））で変調可能であるか、
変調された光学信号（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ）を、変換の前に第２の周波数（ｆＬＯ（ｔ））で変調された電気信号（２５）と混合することが可能であるか、または
少なくとも１つの、変換の結果生じた電気信号（１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）を、第２の信号（７）と混合することが可能であるか、のいずれかである混合および／または変調手段と、
少なくとも１つの混合された信号（１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）をデジタル化するためのアナログ／デジタル変換器（１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ）と、
デジタル化されたデータから測定されるべき物理量を局所分解的に決定するための評価手段（１５）と、
を有する、物理量の局所分解測定のための装置において、
第３の周波数であって、差周波数（ｆＺＦ）に相当する、または差周波数（ｆＺＦ）の倍数に相当する第３の周波数を有する電気信号（８）を発生させるための手段であって、アナログ／デジタル変換器（１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ）が、デジタル化のために、第３の周波数を有する、少なくとも１つの混合信号（１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）をサンプリングすることが可能である、手段をさらに有することを特徴とする装置である。
【００２１】
また本発明において、第１の電気信号（６）の発生のための手段は第１のＤＤＳシステム（１）であり、および／または第２の電気信号（７）の発生のための手段は第２のＤＤＳシステム（２）であり、および／または第３の電気信号（８）の発生のための手段は第３のＤＤＳシステム（３）であることを特徴とする。
【００２２】
また本発明において、クロック発生器（４）であって、第１のＤＤＳシステム（１）および／または第２のＤＤＳシステム（２）および／または第３のＤＤＳシステム（３）にクロック信号（５）を与えることが可能である、クロック発生器（４）をさらに有することを特徴とする。
【００２３】
また本発明において、測定対象は光ファイバ（１８）であり、好ましくは、該装置に含まれ、粗場合、特に局所分解測定されるべき物理量は、光ファイバ（１８）の局所温度であることを特徴とする。
【００２４】
本発明の更なる特徴および利点は、添付の図面を参照して、好適な実施形態についての以下の詳細な説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】発明に従った装置の第１の実施形態を概略的に示す図である。
【図２】発明に従った装置の第２の実施形態を概略的に示す図である。
【図３】発明に従った装置の第３の実施形態を概略的に示す図である。
【図４】発明に従った装置の第４の実施形態を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図において、同一のまたは機能的に同一の信号、要素もしくはユニットには同一の参照符号を付す。
【００２７】
図１に示された実施形態は、電気信号を発生させる手段として、第１のＤＤＳシステム１と、第２のＤＤＳシステム２と、第３のＤＤＳシステム３とを有する。この装置はさらに、クロック信号（ＣＬＫ）５を出力するクロック発生器４を有する。３つのＤＤＳシステム１，２，３はそれぞれ同じクロック信号５を利用する。
【００２８】
第１のＤＤＳシステム１は、時間で変動する第１の周波数ｆＲＦ（ｔ）を有する、時間で変動する第１の電気信号６を発生させる。第２のＤＤＳシステム２は、時間で変動する第２の周波数ｆＬＯ（ｔ）を有する、時間で変動する第２の電気信号７を発生させる。第２の周波数ｆＬＯ（ｔ）は、固定した、時間で変動しない差周波数ｆＺＦだけ第１の周波数ｆＲＦ（ｔ）から異なる。
【００２９】
第３のＤＤＳシステム３は、時間で変動する第３の周波数を有する、時間で変動する第３の電気信号８を発生させ、該第３の周波数は、差周波数ｆＺＦと係数２Ｎとの積である。ここで、Ｎ＝０，１，２，・・・である。たとえば、好ましいＮの値は２、３、４、または５であり、したがって、第３の周波数は差周波数ｆＺＦの４倍、８倍、１６倍、または３２倍である。
【００３０】
好都合なことに、ここで３つの周波数ｆＲＦ（ｔ），ｆＬＯ（ｔ），ｆＺＦの計算は、デジタル語に基づき、したがって、実数からの変換による丸め誤差を生じない。クロック信号５のドリフトは、３つのＤＤＳシステム１，２，３すべてに同様に作用し、すなわち、相対的周波数変化が同じになる。
【００３１】
単独で概略的に示された測定装置の一部が参照符号９で示されており、この測定装置は、光学信号を発生させる光学ビーム源とともに、たとえば光ファイバおよび光検知器などの測定対象を含む。光学信号は、第１の信号６によって振幅変調または周波数変調される。変調は、たとえば、ここではレーザとして形成される光学ビーム源の対応する制御によって達成することができる。これに代えて、光学ビーム源から発した光学信号は、光変調器で変調可能である。
【００３２】
変調された光学信号は、測定対象にインカップリングされ、測定対象との相互作用の後にここからアウトカップリングされる。相互作用を可能にする対応する手段は、たとえば、インカプラ、アウトカプラ、ビームスプリッタおよびフィルタを含んでもよい。そこにおいて、その後、相互作用に基づいて変調された光学信号は、光検知器において、少なくとも電気信号１０に変換される。そのために使用される変換手段は、ここではたとえば、光電子増倍管、フォトダイオードまたは他のセンサ手段として形成されてもよい。
【００３３】
測定装置９から発した電気信号１０は、ミキサ１１で第２の信号７と混合される。それによって、混合信号１２は差周波数ｆＺＦを正確に有し、測定対象との相互作用に起因する測定情報が、混合された信号１２の振幅および位相に含まれる。
【００３４】
混合信号１２はアナログ／デジタル（ＡＤ）変換器１３でデジタル化される。その際、混合信号１２は第３の電気信号８の第３の周波数でサンプリングされる。３つのＤＤＳシステム１，２，３のそれぞれに繋がる同じクロック信号５に基づいて、常に正確な、所望のサンプリング周波数が得られる。
【００３５】
デジタル化された信号は、デジタルフィルタ１４でフィルタリングされる。これに続く分析手段１５において、フィルタリングされたデータが分析されてもよく、したがって、把握されるべき物理量の局所分解測定データが決定され得る。
【００３６】
図２に従う、発明に従った装置の第２の実施形態では、ＯＦＤＲ法を用いた光ファイバ内の分布温度測定（ＤＴＳ）が明示的に実現される。
【００３７】
図２では、特に測定装置が詳細に示されている。これは、第１の電気信号６の第１の周波数で周波変調または振幅変調されたレーザ１６を有している。変調はここではたとえば、レーザ１６の対応する制御によって達成することができる。これに代えて、レーザ１６から発した光学信号１７を、光変調器で変調することもできる。
【００３８】
レーザ１６の代わりに、スーパールミネセンスダイオードのような他の光学ビーム源を用いる可能性がある。
【００３９】
測定対象として光ファイバ１８が用いられ、特に温度が局所分解的に把握されなければならない。光ファイバ１８と相互作用させることを可能にする手段が参照符号１９で示されている。この手段１９は、たとえばインカプラ、アウトカプラ、ビームスプリッタおよびフィルタを含むことができる。
【００４０】
手段１９は光学信号２０ａ，２０ｂ，２０ｃの３つの出口を有する。３つよりも多くの出口を設ける可能性があり、ここで第４の出口がたとえば後方散乱光ビームのレイリー部分のために用いることができる。第１の信号２０ａはレーザ１６から発した一次光学信号１７に相当し、これからビームスプリッタを通って分岐される。
【００４１】
第２の光学信号２０ｂは、光ファイバとのラマン相互作用によって、光の波長に関して変調され、後方散乱光ビームのストークス部分に相当する。これらのストークス部分の分岐のために、手段１９は対応するフィルタを有している。
【００４２】
第３の光学信号２０ｃは、同様に、光ファイバとのラマン相互作用によって、光の波長に関して変調され、後方散乱光ビームの非ストークス部分に相当する。同様に、これらの非ストークス部分の分岐のために、手段１９は対応するフィルタを有している。
【００４３】
光学信号２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、適した変換手段２１ａ，２１ｂ，２１ｃで電気信号１０ａ，１０ｂ，１０ｃに変換される。そのために、変換手段２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、たとえば光電子増倍管、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオードまたは他の適当なセンサ手段、および、必要に応じて、電気増幅器を含むことができる。
【００４４】
変換手段２１ａ，２１ｂ，２１ｃから発した電気信号１０ａ，１０ｂ，１０ｃはそれぞれミキサ１１ａ，１１ｂ，１１ｃで第２の信号７と混合される。混合することで生じた混合信号１２ａは、この時、差周波数ｆＺＦに相当する周波数を有する。混合することで生じた混合信号１２ｂ，１２ｃは、ここで差周波数ｆＺＦを正確に有し、測定対象とのラマン相互作用によって生じた情報を、信号の振幅および位相に含んでいる。
【００４５】
混合信号１２ａ，１２ｂ，１２ｃはそれぞれＡＤ変換器１３ａ，１３ｂ，１３ｃでデジタル化される。その際、それぞれの混合信号１２ａ，１２ｂ，１２ｃは第３の電気信号８の第３の周波数でサンプリングされる。３つのＤＤＳシステム１，２，３のそれぞれに繋がる同じのクロック信号５に基づいて、常に正確な、所望のサンプリング周波数が得られる。
【００４６】
フィルタリングは第１の実施形態のデジタルフィルタ１４に相当する、共通に下流側に接続されたデジタルフィルタ１４においてなされる。これに接続された分析手段１５で、フィルタリングされたデータが分析されてもよく、したがって、把握されるべき物理量の局所分解測定データが決定され得る。
【００４７】
図３に従う、発明に従った装置の第３の実施形態では、根本的に図２が示す実施形態とは、レーザ１６が直接に第１の電気信号６の第１の周波数ｆＲＦ（ｔ）で変調されていないが、レーザ１６から発した光学ビーム２３を変調するための第１の光変調器２２が用いられる点で異なっている。第１の光変調器２２から発した光学信号１７は、手段１９を通して光ファイバ１８にインカップリングされている。
【００４８】
３つの、図２に関して既に記述した、手段１９から発した光学信号２０ａ，２０ｂ，２０ｃに加え、第３の実施形態ではさらに光学信号２０ｄが手段１９から発せられる。たとえば、光学ビームの後方散乱レイリー部分がこの信号に関わる。
【００４９】
第３の実施形態においても、３つの発した光学信号２０ａ，２０ｂ，２０ｃだけを設ける可能性がある。さらに、第２の実施形態においても第４の発した信号２０ｄが把握されることが意図され得る。
【００５０】
さらに、第２の光変調器２４が意図され、そこでレーザ１６の光学ビーム２３の一部が第２の周波数ｆＬＯ（ｔ）で変調される。第２の光変調器２４から発した光学信号２５は、光学信号２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄと光学的に混合され、もしくはこれらにインカップリングされる。
【００５１】
これらの混合された光学信号２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄは、適した変換手段２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄで、電気信号１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄに変換される。第２の実施形態と同様に、信号１２ａは差周波数ｆＺＦに相当する周波数を有する。さらに、ここでも信号２１ｂ，２１ｃ，２１ｄは差周波数ｆＺＦを正確に有し、測定対象とのラマン相互作用によって生じた情報を、信号の振幅および位相に含んでいる。
【００５２】
第２の実施形態と同様に、混合信号１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄはそれぞれＡＤ変換器１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄでデジタル化される。その際、それぞれの混合信号１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄは第３の電気信号８の第３の周波数でサンプリングされる。３つのＤＤＳシステム１、２、３のそれぞれに繋がる同じクロック信号５に基づいて、常に正確な、所望のサンプリング周波数が得られる。
【００５３】
第４の実施形態（図４）は、些細な点でのみ第３の実施形態（図３）と異なっている。第１の光変調器２２から発した光学信号１７はサーキュレータ２７を通って光ファイバ１８にインカップリングされる。ファイバ１８から発した信号はサーキュレータを通って第２の光変調器２４に到達する。そこで、第２の周波数ｆＬＯ（ｔ）とのさらなる変調が行われて、第２の光変調器２４から発した光学信号２８は差周波数ｆＺＦで変調される。
【００５４】
この信号２８は、光学ビーム分割およびフィルタリングのための手段２９に入り、そこでこの信号はフィルタリングされ、その際にそれぞれの経路に分けられ、したがって、手段２９から光学信号２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄが発する。これらは、第２および第３の例に記載されたのと同様に続いていく。
【００５５】
この実施形態においても、３つの発した光学信号２０ａ，２０ｂ，２０ｃだけを設ける可能性がある。また、第２および第３の実施形態においても、対応する要素、たとえばサーキュレータ２７が使用されてもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１，２，３ ＤＤＳシステム
４ クロック発生器
５ クロック信号
６，７，８，１０ 電気信号
９ 測定装置
１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ ミキサ
１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ 混合信号
１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ ＡＤ変換器
１４ デジタルフィルタ
１５ 分析手段
１６ レーザ
１７，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２５，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，２８ 光学信号
１８ 光ファイバ
１９ 光ファイバと相互作用させることを可能にする手段
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ 変換手段
２２，２４ 光変調器
２３ 光学ビーム
２７ サーキュレータ
２９ 光学ビーム分割およびフィルタリングのための手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に従った物理量の局所分解測定のための方法、および請求項７の上位概念に従った、物理量の局所分解測定のための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
定義：周波波領域後方散乱測定法は、英語の名称Optical Frequency Domain Reflectometry（ＯＦＤＲ）でも公知のことであるが、以下ＯＦＤＲ法と呼ぶ。ダイレクトデジタル合成（ＤＤＳ）の実行に適した装置または集積回路またはシステムは、以下ＤＤＳシステムと呼ぶ。以下で光、光学ビームまたは光学信号といった概念が使われたときは、光スペクトル分野の電磁波、特に極紫外線（ＸＵＶ）から遠赤外線（ＦＩＲ）までを意味しているものとする。
【０００３】
ＯＦＤＲ法を用いたグラスファイバ内の分布温度測定（ＤＴＳ）や、数々のその他の応用において、光学信号もしくは電気信号の振幅および位相を素早く、ノイズの少ない状態で測定するという課題がある。これは、分布温度測定の時間および温度分解能にとっては重要である。
【０００４】
非特許文献１から、冒頭で述べたタイプの方法および装置は公知である。そこに記述されている装置は、信号周波数と、信号周波数から固定的な差周波数だけ異なる、局所発振器周波数とを発生させるための周波数発生器を有する。レーザの光学ビームは、信号周波数と周波数変調され、光ファイバにインカップリングされる。ラマン効果に基づいて散乱したこれらの光学ビームの部分は、ファイバからアウトカップリングされ、光電子増倍管によって電気信号に変換される。これらは局所発振器周波数と混合されて、アナログフィルタリングされる。その後、それはデジタル化されて局所領域においてフーリエ変換される。ラマン効果に基づいて生じた信号のこうして得られた散乱外形は、温度算出の基礎をなす。
【０００５】
このような測定システムは、固定的な差周波数を作り出すために、信号周波数を局所発振器周波数と混合する、いわゆるヘテロダイン受信器である。これは、狭帯域増幅されフィルタリングされている。アナログシステムの場合、フィルタリングは、しかしながら、部品の許容差および部品のドリフトによって制限される。その上、狭帯域フィルタは、より長い応答時間を要し、応答時間が長い場合、振幅および位相はフィルタによって影響を受ける。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】FibroLaser IIのシステム仕様書、シーメンスケルベロス部門Ｗ４５８ｅ，バージョン１．２ｅ，１９９９年１月
【発明の概要】
【０００７】
本発明の基礎となる課題は、より速いおよび／またはノイズのより少ない物理量の測定を可能とする、冒頭で述べたタイプの方法と装置を提供することである。
【０００８】
これは、発明に従えば、方法については、請求項１の特徴を有する冒頭に述べたタイプの方法によって、また、装置については、請求項７の特徴を有する冒頭に述べたタイプの装置によって達成される。下位の請求項は本発明の好ましい実施形態に関する。
【０００９】
請求項１に従えば、差周波数に相当する、または差周波数の倍数に相当する第３の周波数を有する電気信号が発生され、デジタル化のために、第３の周波数を有する混合信号がサンプリングされる。請求項７に従えば、差周波数に相当する、または差周波数の倍数に相当する第３の周波数を有する第３の電気信号を発生させるための手段をさらに含み、デジタル化のために、アナログ／デジタル変換器が、第３の周波数を有する少なくとも１つの混合信号をサンプリングすることが可能である。このような方法でアナログフィルタの代わりにデジタルフィルタを用いることが可能となり、したがって、ノイズを一層低下させることが可能となり、および／または光学信号の振幅および位相を速やかに測定することが可能である。
【００１０】
第１の、および／または第２の、および／または第３の電気信号はダイレクトデジタル合成を介して発生されるように構成されてもよい。第１の電気信号を発生させるための手段は第１のＤＤＳシステムであり、第２の信号を発生させるための手段は第２のＤＤＳシステムであり、および／または第３の信号を発生させるための手段は第３のＤＤＳシステムであるように構成してもよい。３つの電気信号を発生させるためにＤＤＳシステムを利用することによって、デジタル技術への移行が行われる。
【００１１】
その場合好ましくは、第１の、および／または第２の、および／または第３の電気信号のダイレクトデジタル合成のために、クロック信号が使用され、特に、第１および第２および第３の電気信号のダイレクトデジタル合成のためにそれらのクロック信号が利用される。本装置はさらにまたクロック発生器を有し、第１のＤＤＳおよび／または第２のＤＤＳシステムおよび／または第３のＤＤＳシステムにクロック信号を与えることが可能であるように構成してもよい。３つの全てのＤＤＳシステムを同じクロック信号につなぎ合わせることによって、たとえば、デジタル化されるべき信号の、０．１２ＨｚのＤＤＳ解像度の範囲における、精密なデジタルサンプリングに導かれる。この場合、好ましいことには、周波数計算はデジタル語に基づき、したがって、実数からの変換による丸め誤差を生じない。クロック信号のドリフトは、３つのＤＤＳシステムすべてに同様に作用し、したがって、常に正確なサンプリング周波数が得られる。
【００１２】
このような周波数の発生および周波数のサンプリングの理論によって、新たなデジタルフィルタ技術の利用が可能となる。
【００１３】
デジタルフィルタは応答時間を必要としない。その構成において狭帯域アナログフィルタを不要にすることが可能である。精密なサンプリングによって、アナログ技術よりも狭帯域の検出によってより大きな差周波数が実現可能である。
【００１４】
さらに詳しくは、本発明は、時間で変動する第１の周波数（ｆＲＦ（ｔ））を有する第１の電気信号（６）を発生させる工程と、
時間で変動する第２の周波数（ｆＬＯ（ｔ））であって、第１の周波数（ｆＲＦ（ｔ））から差周波数（ｆＺＦ）だけ異なる第２の周波数（ｆＬＯ（ｔ））を有する第２の電気信号（７）を発生させる工程と、
光学信号（１７）を発生させ、第１の周波数（ｆＲＦ（ｔ））で変調する工程と、
光学信号（１７）を測定対象との相互作用によって変調する工程であって、この場合変調は、局所分解測定されるべき物理量についての情報を含む工程と、
変調された光学信号（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ）を、少なくとも１つの電気信号（１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）に変換する工程であって、
その場合、変調された光学信号（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ）は、変換の前に第２の周波数（ｆＬＯ（ｔ））で変調されるか、
変調された光学信号（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ）は、変換の前に第２の周波数（ｆＬＯ（ｔ））で変調された電気信号（２５）と混合されるか、または
少なくとも１つの電気信号（１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）は、第２の信号（７）と混合されるか、のいずれかである工程と、
混合された信号（１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）をデジタル化する工程と、
デジタル化されたデータから測定されるべき物理量を局所分解的に決定する工程と、
を有する、物理量の局所分解測定のための方法において、
第３の周波数であって、差周波数（ｆＺＦ）に相当する、または差周波数（ｆＺＦ）の倍数に相当する第３の周波数を有する電気信号が発生され、
デジタル化のために、第３の周波数を有する混合信号がサンプリングされることを特徴とする方法である。
【００１５】
本発明において、第３の周波数は、差周波数（ｆＺＦ）と係数２Ｎとの積に相当し、この場合Ｎ＝０，１，２，・・・であることを特徴とする。
【００１６】
また本発明において、第１の、および／または第２の、および／または第３の電気信号（６，７，８）は、ダイレクトデジタル合成によって発生させることを特徴とする。
【００１７】
また本発明において、第１の、および／または第２の、および／または第３の電気信号（６，７，８）のダイレクトデジタル合成のために、クロック信号（５）が使用され、特に第１および第２および第３の電気信号（６，７，８）のダイレクトデジタル合成のために同じクロック信号（５）が使用されることを特徴とする。
【００１８】
また本発明において、第３の周波数は、差周波数（ｆＺＦ）の倍数に相当することを特徴とする。
【００１９】
また本発明において、周波数領域法、特にOptical Frequency Domain Reflectometry（ＯＦＤＲ）法であることを特徴とする。
【００２０】
また本発明は、物理量の局所分解測定のための、特に、請求項１〜６のいずれか１項に従った方法の実施に適した装置であって、
時間で変動する第１の周波数（ｆＲＦ（ｔ））を有する第１の電気信号（６）を発生させるための手段と、
時間で変動する第２の周波数（ｆＬＯ（ｔ））であって、第１の周波数（ｆＲＦ（ｔ））から差周波数（ｆＺＦ）だけ異なる第２の周波数（ｆＬＯ（ｔ））を有する第２の電気信号（７）を発生させるための手段と、
光学信号（１７）を発生させるための光学ビーム源、特にレーザであって、第１の周波数（ｆＲＦ（ｔ））で変調された光学信号（１７）が発生されるように、制御可能な、またはそのようにその出力信号を変調可能な光学ビーム源と、
光学信号（１７）を測定対象と相互作用させることを可能にするための手段（１９）であって、光学信号（１７）を、局所分解測定されるべき物理量についての情報との相互作用によって変調することが可能である手段（１９）と、
変調された光学信号（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ）を、少なくとも１つの電気信号（１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）に変換することが可能である変換手段（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）と、
混合および／または変調手段であって、
変調された光学信号（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ）を、変換の前に第２の周波数（ｆＬＯ（ｔ））で変調可能であるか、
変調された光学信号（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ）を、変換の前に第２の周波数（ｆＬＯ（ｔ））で変調された電気信号（２５）と混合することが可能であるか、または
少なくとも１つの、変換の結果生じた電気信号（１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）を、第２の信号（７）と混合することが可能であるか、のいずれかである混合および／または変調手段と、
少なくとも１つの混合された信号（１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）をデジタル化するためのアナログ／デジタル変換器（１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ）と、
デジタル化されたデータから測定されるべき物理量を局所分解的に決定するための評価手段（１５）と、
を有する、物理量の局所分解測定のための装置において、
第３の周波数であって、差周波数（ｆＺＦ）に相当する、または差周波数（ｆＺＦ）の倍数に相当する第３の周波数を有する電気信号（８）を発生させるための手段であって、アナログ／デジタル変換器（１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ）が、デジタル化のために、第３の周波数を有する、少なくとも１つの混合信号（１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）をサンプリングすることが可能である、手段をさらに有することを特徴とする装置である。
【００２１】
また本発明において、第１の電気信号（６）の発生のための手段は第１のＤＤＳシステム（１）であり、および／または第２の電気信号（７）の発生のための手段は第２のＤＤＳシステム（２）であり、および／または第３の電気信号（８）の発生のための手段は第３のＤＤＳシステム（３）であることを特徴とする。
【００２２】
また本発明において、クロック発生器（４）であって、第１のＤＤＳシステム（１）および／または第２のＤＤＳシステム（２）および／または第３のＤＤＳシステム（３）にクロック信号（５）を与えることが可能である、クロック発生器（４）をさらに有することを特徴とする。
【００２３】
また本発明において、測定対象は光ファイバ（１８）であり、好ましくは、該装置に含まれ、粗場合、特に局所分解測定されるべき物理量は、光ファイバ（１８）の局所温度であることを特徴とする。
【００２４】
本発明の更なる特徴および利点は、添付の図面を参照して、好適な実施形態についての以下の詳細な説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】発明に従った装置の第１の実施形態を概略的に示す図である。
【図２】発明に従った装置の第２の実施形態を概略的に示す図である。
【図３】発明に従った装置の第３の実施形態を概略的に示す図である。
【図４】発明に従った装置の第４の実施形態を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図において、同一のまたは機能的に同一の信号、要素もしくはユニットには同一の参照符号を付す。
【００２７】
図１に示された実施形態は、電気信号を発生させる手段として、第１のＤＤＳシステム１と、第２のＤＤＳシステム２と、第３のＤＤＳシステム３とを有する。この装置はさらに、クロック信号（ＣＬＫ）５を出力するクロック発生器４を有する。３つのＤＤＳシステム１，２，３はそれぞれ同じクロック信号５を利用する。
【００２８】
第１のＤＤＳシステム１は、時間で変動する第１の周波数ｆＲＦ（ｔ）を有する、時間で変動する第１の電気信号６を発生させる。第２のＤＤＳシステム２は、時間で変動する第２の周波数ｆＬＯ（ｔ）を有する、時間で変動する第２の電気信号７を発生させる。第２の周波数ｆＬＯ（ｔ）は、固定した、時間で変動しない差周波数ｆＺＦだけ第１の周波数ｆＲＦ（ｔ）から異なる。
【００２９】
第３のＤＤＳシステム３は、時間で変動する第３の周波数を有する、時間で変動する第３の電気信号８を発生させ、該第３の周波数は、差周波数ｆＺＦと係数２Ｎとの積である。ここで、Ｎ＝０，１，２，・・・である。たとえば、好ましいＮの値は２、３、４、または５であり、したがって、第３の周波数は差周波数ｆＺＦの４倍、８倍、１６倍、または３２倍である。
【００３０】
好都合なことに、ここで３つの周波数ｆＲＦ（ｔ），ｆＬＯ（ｔ），ｆＺＦの計算は、デジタル語に基づき、したがって、実数からの変換による丸め誤差を生じない。クロック信号５のドリフトは、３つのＤＤＳシステム１，２，３すべてに同様に作用し、すなわち、相対的周波数変化が同じになる。
【００３１】
単独で概略的に示された測定装置の一部が参照符号９で示されており、この測定装置は、光学信号を発生させる光学ビーム源とともに、たとえば光ファイバおよび光検知器などの測定対象を含む。光学信号は、第１の信号６によって振幅変調または周波数変調される。変調は、たとえば、ここではレーザとして形成される光学ビーム源の対応する制御によって達成することができる。これに代えて、光学ビーム源から発した光学信号は、光変調器で変調可能である。
【００３２】
変調された光学信号は、測定対象にインカップリングされ、測定対象との相互作用の後にここからアウトカップリングされる。相互作用を可能にする対応する手段は、たとえば、インカプラ、アウトカプラ、ビームスプリッタおよびフィルタを含んでもよい。そこにおいて、その後、相互作用に基づいて変調された光学信号は、光検知器において、少なくとも電気信号１０に変換される。そのために使用される変換手段は、ここではたとえば、光電子増倍管、フォトダイオードまたは他のセンサ手段として形成されてもよい。
【００３３】
測定装置９から発した電気信号１０は、ミキサ１１で第２の信号７と混合される。それによって、混合信号１２は差周波数ｆＺＦを正確に有し、測定対象との相互作用に起因する測定情報が、混合された信号１２の振幅および位相に含まれる。
【００３４】
混合信号１２はアナログ／デジタル（ＡＤ）変換器１３でデジタル化される。その際、混合信号１２は第３の電気信号８の第３の周波数でサンプリングされる。３つのＤＤＳシステム１，２，３のそれぞれに繋がる同じクロック信号５に基づいて、常に正確な、所望のサンプリング周波数が得られる。
【００３５】
デジタル化された信号は、デジタルフィルタ１４でフィルタリングされる。これに続く分析手段１５において、フィルタリングされたデータが分析されてもよく、したがって、把握されるべき物理量の局所分解測定データが決定され得る。
【００３６】
図２に従う、発明に従った装置の第２の実施形態では、ＯＦＤＲ法を用いた光ファイバ内の分布温度測定（ＤＴＳ）が明示的に実現される。
【００３７】
図２では、特に測定装置が詳細に示されている。これは、第１の電気信号６の第１の周波数で周波変調または振幅変調されたレーザ１６を有している。変調はここではたとえば、レーザ１６の対応する制御によって達成することができる。これに代えて、レーザ１６から発した光学信号１７を、光変調器で変調することもできる。
【００３８】
レーザ１６の代わりに、スーパールミネセンスダイオードのような他の光学ビーム源を用いる可能性がある。
【００３９】
測定対象として光ファイバ１８が用いられ、特に温度が局所分解的に把握されなければならない。光ファイバ１８と相互作用させることを可能にする手段が参照符号１９で示されている。この手段１９は、たとえばインカプラ、アウトカプラ、ビームスプリッタおよびフィルタを含むことができる。
【００４０】
手段１９は光学信号２０ａ，２０ｂ，２０ｃの３つの出口を有する。３つよりも多くの出口を設ける可能性があり、ここで第４の出口がたとえば後方散乱光ビームのレイリー部分のために用いることができる。第１の信号２０ａはレーザ１６から発した一次光学信号１７に相当し、これからビームスプリッタを通って分岐される。
【００４１】
第２の光学信号２０ｂは、光ファイバとのラマン相互作用によって、光の波長に関して変調され、後方散乱光ビームのストークス部分に相当する。これらのストークス部分の分岐のために、手段１９は対応するフィルタを有している。
【００４２】
第３の光学信号２０ｃは、同様に、光ファイバとのラマン相互作用によって、光の波長に関して変調され、後方散乱光ビームの非ストークス部分に相当する。同様に、これらの非ストークス部分の分岐のために、手段１９は対応するフィルタを有している。
【００４３】
光学信号２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、適した変換手段２１ａ，２１ｂ，２１ｃで電気信号１０ａ，１０ｂ，１０ｃに変換される。そのために、変換手段２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、たとえば光電子増倍管、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオードまたは他の適当なセンサ手段、および、必要に応じて、電気増幅器を含むことができる。
【００４４】
変換手段２１ａ，２１ｂ，２１ｃから発した電気信号１０ａ，１０ｂ，１０ｃはそれぞれミキサ１１ａ，１１ｂ，１１ｃで第２の信号７と混合される。混合することで生じた混合信号１２ａは、この時、差周波数ｆＺＦに相当する周波数を有する。混合することで生じた混合信号１２ｂ，１２ｃは、ここで差周波数ｆＺＦを正確に有し、測定対象とのラマン相互作用によって生じた情報を、信号の振幅および位相に含んでいる。
【００４５】
混合信号１２ａ，１２ｂ，１２ｃはそれぞれＡＤ変換器１３ａ，１３ｂ，１３ｃでデジタル化される。その際、それぞれの混合信号１２ａ，１２ｂ，１２ｃは第３の電気信号８の第３の周波数でサンプリングされる。３つのＤＤＳシステム１，２，３のそれぞれに繋がる同じのクロック信号５に基づいて、常に正確な、所望のサンプリング周波数が得られる。
【００４６】
フィルタリングは第１の実施形態のデジタルフィルタ１４に相当する、共通に下流側に接続されたデジタルフィルタ１４においてなされる。これに接続された分析手段１５で、フィルタリングされたデータが分析されてもよく、したがって、把握されるべき物理量の局所分解測定データが決定され得る。
【００４７】
図３に従う、発明に従った装置の第３の実施形態では、根本的に図２が示す実施形態とは、レーザ１６が直接に第１の電気信号６の第１の周波数ｆＲＦ（ｔ）で変調されていないが、レーザ１６から発した光学ビーム２３を変調するための第１の光変調器２２が用いられる点で異なっている。第１の光変調器２２から発した光学信号１７は、手段１９を通して光ファイバ１８にインカップリングされている。
【００４８】
３つの、図２に関して既に記述した、手段１９から発した光学信号２０ａ，２０ｂ，２０ｃに加え、第３の実施形態ではさらに光学信号２０ｄが手段１９から発せられる。たとえば、光学ビームの後方散乱レイリー部分がこの信号に関わる。
【００４９】
第３の実施形態においても、３つの発した光学信号２０ａ，２０ｂ，２０ｃだけを設ける可能性がある。さらに、第２の実施形態においても第４の発した信号２０ｄが把握されることが意図され得る。
【００５０】
さらに、第２の光変調器２４が意図され、そこでレーザ１６の光学ビーム２３の一部が第２の周波数ｆＬＯ（ｔ）で変調される。第２の光変調器２４から発した光学信号２５は、光学信号２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄと光学的に混合され、もしくはこれらにインカップリングされる。
【００５１】
これらの混合された光学信号２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄは、適した変換手段２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄで、電気信号１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄに変換される。第２の実施形態と同様に、信号１２ａは差周波数ｆＺＦに相当する周波数を有する。さらに、ここでも信号２１ｂ，２１ｃ，２１ｄは差周波数ｆＺＦを正確に有し、測定対象とのラマン相互作用によって生じた情報を、信号の振幅および位相に含んでいる。
【００５２】
第２の実施形態と同様に、混合信号１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄはそれぞれＡＤ変換器１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄでデジタル化される。その際、それぞれの混合信号１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄは第３の電気信号８の第３の周波数でサンプリングされる。３つのＤＤＳシステム１、２、３のそれぞれに繋がる同じクロック信号５に基づいて、常に正確な、所望のサンプリング周波数が得られる。
【００５３】
第４の実施形態（図４）は、些細な点でのみ第３の実施形態（図３）と異なっている。第１の光変調器２２から発した光学信号１７はサーキュレータ２７を通って光ファイバ１８にインカップリングされる。ファイバ１８から発した信号はサーキュレータを通って第２の光変調器２４に到達する。そこで、第２の周波数ｆＬＯ（ｔ）とのさらなる変調が行われて、第２の光変調器２４から発した光学信号２８は差周波数ｆＺＦで変調される。
【００５４】
この信号２８は、光学ビーム分割およびフィルタリングのための手段２９に入り、そこでこの信号はフィルタリングされ、その際にそれぞれの経路に分けられ、したがって、手段２９から光学信号２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄが発する。これらは、第２および第３の例に記載されたのと同様に続いていく。
【００５５】
この実施形態においても、３つの発した光学信号２０ａ，２０ｂ，２０ｃだけを設ける可能性がある。また、第２および第３の実施形態においても、対応する要素、たとえばサーキュレータ２７が使用されてもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１，２，３ ＤＤＳシステム
４ クロック発生器
５ クロック信号
６，７，８，１０ 電気信号
９ 測定装置
１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ ミキサ
１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ 混合信号
１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ ＡＤ変換器
１４ デジタルフィルタ
１５ 分析手段
１６ レーザ
１７，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２５，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，２８ 光学信号
１８ 光ファイバ
１９ 光ファイバと相互作用させることを可能にする手段
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ 変換手段
２２，２４ 光変調器
２３ 光学ビーム
２７ サーキュレータ
２９ 光学ビーム分割およびフィルタリングのための手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
時間で変動する第１の周波数（ｆＲＦ（ｔ））を有する第１の電気信号（６）を発生させる工程と、
時間で変動する第２の周波数（ｆＬＯ（ｔ））であって、第１の周波数（ｆＲＦ（ｔ））から差周波数（ｆＺＦ）だけ異なる第２の周波数（ｆＬＯ（ｔ））を有する第２の電気信号（７）を発生させる工程と、
光学信号（１７）を発生させ、第１の周波数（ｆＲＦ（ｔ））で変調する工程と、
光学信号（１７）を測定対象との相互作用によって変調する工程であって、この場合変調は、局所分解測定されるべき物理量についての情報を含む工程と、
変調された光学信号（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ）を、少なくとも１つの電気信号（１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）に変換する工程であって、
その場合、変調された光学信号（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ）は、変換の前に第２の周波数（ｆＬＯ（ｔ））で変調されるか、
変調された光学信号（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ）は、変換の前に第２の周波数（ｆＬＯ（ｔ））で変調された電気信号（２５）と混合されるか、または
少なくとも１つの電気信号（１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）は、第２の信号（７）と混合されるか、のいずれかである工程と、
混合された信号（１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）をデジタル化する工程と、
デジタル化されたデータから測定されるべき物理量を局所分解的に決定する工程と、
を有する、物理量の局所分解測定のための方法において、
第３の周波数であって、差周波数（ｆＺＦ）に相当する、または差周波数（ｆＺＦ）の倍数に相当する第３の周波数を有する電気信号が発生され、
デジタル化のために、第３の周波数を有する混合信号がサンプリングされることを特徴とする方法。
【請求項２】
第３の周波数は、差周波数（ｆＺＦ）と係数２Ｎとの積に相当し、この場合Ｎ＝０，１，２，・・・であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第１の、および／または第２の、および／または第３の電気信号（６，７，８）は、ダイレクトデジタル合成によって発生させることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
第１の、および／または第２の、および／または第３の電気信号（６，７，８）のダイレクトデジタル合成のために、クロック信号（５）が使用され、特に第１および第２および第３の電気信号（６，７，８）のダイレクトデジタル合成のために同じクロック信号（５）が使用されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
第３の周波数は、差周波数（ｆＺＦ）の倍数に相当することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
周波数領域法、特にOptical Frequency Domain Reflectometry（ＯＦＤＲ）法であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
物理量の局所分解測定のための、特に、請求項１〜６のいずれか１項に従った方法の実施に適した装置であって、
時間で変動する第１の周波数（ｆＲＦ（ｔ））を有する第１の電気信号（６）を発生させるための手段と、
時間で変動する第２の周波数（ｆＬＯ（ｔ））であって、第１の周波数（ｆＲＦ（ｔ））から差周波数（ｆＺＦ）だけ異なる第２の周波数（ｆＬＯ（ｔ））を有する第２の電気信号（７）を発生させるための手段と、
光学信号（１７）を発生させるための光学ビーム源、特にレーザであって、第１の周波数（ｆＲＦ（ｔ））で変調された光学信号（１７）が発生されるように、制御可能な、またはそのようにその出力信号を変調可能な光学ビーム源と、
光学信号（１７）を測定対象と相互作用させることを可能にするための手段（１９）であって、光学信号（１７）を、局所分解測定されるべき物理量についての情報との相互作用によって変調することが可能である手段（１９）と、
変調された光学信号（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ）を、少なくとも１つの電気信号（１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）に変換することが可能である変換手段（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）と、
混合および／または変調手段であって、
変調された光学信号（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ）を、変換の前に第２の周波数（ｆＬＯ（ｔ））で変調可能であるか、
変調された光学信号（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ）を、変換の前に第２の周波数（ｆＬＯ（ｔ））で変調された電気信号（２５）と混合することが可能であるか、または
少なくとも１つの、変換の結果生じた電気信号（１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）を、第２の信号（７）と混合することが可能であるか、のいずれかである混合および／または変調手段と、
少なくとも１つの混合された信号（１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）をデジタル化するためのアナログ／デジタル変換器（１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ）と、
デジタル化されたデータから測定されるべき物理量を局所分解的に決定するための評価手段（１５）と、
を有する、物理量の局所分解測定のための装置において、
第３の周波数であって、差周波数（ｆＺＦ）に相当する、または差周波数（ｆＺＦ）の倍数に相当する第３の周波数を有する電気信号（８）を発生させるための手段であって、アナログ／デジタル変換器（１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ）が、デジタル化のために、第３の周波数を有する、少なくとも１つの混合信号（１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）をサンプリングすることが可能である、手段をさらに有することを特徴とする装置。
【請求項８】
第１の電気信号（６）の発生のための手段は第１のＤＤＳシステム（１）であり、および／または第２の電気信号（７）の発生のための手段は第２のＤＤＳシステム（２）であり、および／または第３の電気信号（８）の発生のための手段は第３のＤＤＳシステム（３）であることを特徴とする、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
クロック発生器（４）であって、第１のＤＤＳシステム（１）および／または第２のＤＤＳシステム（２）および／または第３のＤＤＳシステム（３）にクロック信号（５）を与えることが可能である、クロック発生器（４）をさらに有することを特徴とする、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
測定対象は光ファイバ（１８）であり、好ましくは、該装置に含まれ、粗場合、特に局所分解測定されるべき物理量は、光ファイバ（１８）の局所温度であることを特徴とする、請求項７〜９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１】
時間で変動する第１の周波数（ｆＲＦ（ｔ））を有する第１の電気信号（６）を発生させる工程と、
時間で変動する第２の周波数（ｆＬＯ（ｔ））であって、第１の周波数（ｆＲＦ（ｔ））から差周波数（ｆＺＦ）だけ異なる第２の周波数（ｆＬＯ（ｔ））を有する第２の電気信号（７）を発生させる工程と、
光学信号（１７）を発生させ、第１の周波数（ｆＲＦ（ｔ））で変調する工程と、
光学信号（１７）を測定対象との相互作用によって変調する工程であって、この場合変調は、局所分解測定されるべき物理量についての情報を含む工程と、
変調された光学信号（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ）を、少なくとも１つの電気信号（１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）に変換する工程であって、
その場合、変調された光学信号（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ）は、変換の前に第２の周波数（ｆＬＯ（ｔ））で変調されるか、
変調された光学信号（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ）は、変換の前に第２の周波数（ｆＬＯ（ｔ））で変調された電気信号（２５）と混合されるか、または
少なくとも１つの電気信号（１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）は、第２の信号（７）と混合されるか、のいずれかである工程と、
混合された信号（１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）をデジタル化する工程と、
デジタル化されたデータから測定されるべき物理量を局所分解的に決定する工程と、
を有する、物理量の局所分解測定のための方法において、
第３の周波数であって、差周波数（ｆＺＦ）に相当する、または差周波数（ｆＺＦ）の倍数に相当する第３の周波数を有する電気信号が発生され、
デジタル化のために、第３の周波数を有する混合信号がサンプリングされることを特徴とする方法。
【請求項２】
第３の周波数は、差周波数（ｆＺＦ）と係数２Ｎとの積に相当し、この場合Ｎ＝０，１，２，・・・であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第１の、および／または第２の、および／または第３の電気信号（６，７，８）は、ダイレクトデジタル合成によって発生させることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
第１の、および／または第２の、および／または第３の電気信号（６，７，８）のダイレクトデジタル合成のために、クロック信号（５）が使用され、特に第１および第２および第３の電気信号（６，７，８）のダイレクトデジタル合成のために同じクロック信号（５）が使用されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
第３の周波数は、差周波数（ｆＺＦ）の倍数に相当することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
周波数領域法、特にOptical Frequency Domain Reflectometry（ＯＦＤＲ）法であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
物理量の局所分解測定のための、特に、請求項１〜６のいずれか１項に従った方法の実施に適した装置であって、
時間で変動する第１の周波数（ｆＲＦ（ｔ））を有する第１の電気信号（６）を発生させるための手段と、
時間で変動する第２の周波数（ｆＬＯ（ｔ））であって、第１の周波数（ｆＲＦ（ｔ））から差周波数（ｆＺＦ）だけ異なる第２の周波数（ｆＬＯ（ｔ））を有する第２の電気信号（７）を発生させるための手段と、
光学信号（１７）を発生させるための光学ビーム源、特にレーザであって、第１の周波数（ｆＲＦ（ｔ））で変調された光学信号（１７）が発生されるように、制御可能な、またはそのようにその出力信号を変調可能な光学ビーム源と、
光学信号（１７）を測定対象と相互作用させることを可能にするための手段（１９）であって、光学信号（１７）を、局所分解測定されるべき物理量についての情報との相互作用によって変調することが可能である手段（１９）と、
変調された光学信号（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ）を、少なくとも１つの電気信号（１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）に変換することが可能である変換手段（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）と、
混合および／または変調手段であって、
変調された光学信号（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ）を、変換の前に第２の周波数（ｆＬＯ（ｔ））で変調可能であるか、
変調された光学信号（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ）を、変換の前に第２の周波数（ｆＬＯ（ｔ））で変調された電気信号（２５）と混合することが可能であるか、または
少なくとも１つの、変換の結果生じた電気信号（１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）を、第２の信号（７）と混合することが可能であるか、のいずれかである混合および／または変調手段と、
少なくとも１つの混合された信号（１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）をデジタル化するためのアナログ／デジタル変換器（１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ）と、
デジタル化されたデータから測定されるべき物理量を局所分解的に決定するための評価手段（１５）と、
を有する、物理量の局所分解測定のための装置において、
第３の周波数であって、差周波数（ｆＺＦ）に相当する、または差周波数（ｆＺＦ）の倍数に相当する第３の周波数を有する電気信号（８）を発生させるための手段であって、アナログ／デジタル変換器（１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ）が、デジタル化のために、第３の周波数を有する、少なくとも１つの混合信号（１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）をサンプリングすることが可能である、手段をさらに有することを特徴とする装置。
【請求項８】
第１の電気信号（６）の発生のための手段は第１のＤＤＳシステム（１）であり、および／または第２の電気信号（７）の発生のための手段は第２のＤＤＳシステム（２）であり、および／または第３の電気信号（８）の発生のための手段は第３のＤＤＳシステム（３）であることを特徴とする、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
クロック発生器（４）であって、第１のＤＤＳシステム（１）および／または第２のＤＤＳシステム（２）および／または第３のＤＤＳシステム（３）にクロック信号（５）を与えることが可能である、クロック発生器（４）をさらに有することを特徴とする、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
測定対象は光ファイバ（１８）であり、好ましくは、該装置に含まれ、粗場合、特に局所分解測定されるべき物理量は、光ファイバ（１８）の局所温度であることを特徴とする、請求項７〜９のいずれか１項に記載の装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２８１５（Ｐ２０１２−２８１５Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３５８１４（Ｐ２０１１−１３５８１４）
【出願日】平成２３年６月１７日（２０１１．６．１７）
【出願人】（５１１１４８９８３）リオス テクノロジー ゲーエムベーハー (1)
【氏名又は名称原語表記】ＬＩＯＳ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＧｍｂＨ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１７日（２０１１．６．１７）
【出願人】（５１１１４８９８３）リオス テクノロジー ゲーエムベーハー (1)
【氏名又は名称原語表記】ＬＩＯＳ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＧｍｂＨ
【Ｆターム（参考）】
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