Procedimiento y dispositivo de medición localmente resuelta de una magnitud física.

Procedimiento de medición localmente resuelta de una magnitud física,

que comprende los pasos deprocedimiento siguientes:

- se genera una primera señal eléctrica (6) con una primera frecuencia temporalmente variable (fRF(t)),

- se genera una segunda señal eléctrica (7) con una segunda frecuencia temporalmente variable (fLO(t)) que sediferencia de la primera frecuencia (fRF(t)) en una frecuencia diferencia (fZF),

- se genera una señal óptica (17) y se la modula con la primera frecuencia (fRF(t)),

- se modifica la señal óptica (17) por interacción con un objeto de medida, incluyendo la modificacióninformaciones sobre la magnitud física que se debe medir con resolución local,

- se convierte la señal óptica modificada (20a, 20b, 20c, 20d) en al menos una señal eléctrica (10, 10a, 10b, 10c),a cuyo fin

- se modula la señal óptica modificada (20a, 20b, 20c, 20d), antes de la conversión, con la segundafrecuencia (fLO(t)), o

- se mezcla la señal óptica modificada (20a, 20b, 20c, 20d), antes de la conversión, con una señal (25)modulada con la segunda frecuencia (fLO(t)), o

- se mezcla la al menos una señal eléctrica (10, 10a, 10b, 10c) con la segunda señal (7),

- se digitaliza la señal mixta (12, 12a, 12b, 12c, 12d),

- a partir de los datos digitalizados se determina en forma localmente resuelta la magnitud física que se debemedir,

caracterizado porque

- se genera una tercera señal eléctrica (8) con una tercera frecuencia, correspondiendo la tercera frecuencia a lafrecuencia diferencia (fZF) o a un múltiplo de la frecuencia diferencia (fZF), y

- para la digitalización se explora la señal mixta (12, 12a, 12b, 12c, 12d) con la tercera frecuencia.

Procedimiento y dispositivo de medición localmente resuelta de una magnitud física.

La presente invención concierne a un procedimiento de medición localmente resuelta de una magnitud física según el preámbulo de la reivindicación 1 y a un dispositivo de medición localmente resuelta de una magnitud física según el preámbulo de la reivindicación 7.

Definiciones: La reflectometría óptica en el dominio de la frecuencia, conocida también bajo la designación inglesa Optical Frequency Domain Reflectometr y (OFDR) , se denomina en lo que sigue procedimiento OFDR. Los dispositivos o circuitos integrados o sistemas que son adecuados para la realización de un síntesis digital directa (DDS) se denominan sistemas DDS en lo que sigue. Cuando se emplean en lo que sigue los términos luz, radiación óptica o señal óptica, se quiere dar a entender con ellos una radiación electromagnética en el dominio espectral óptico, especialmente del XUV al FIR.

En la medición de temperatura distribuida en fibras de vidrio (Distributed Temperature Sensing -DTS) por medio de un procedimiento OFDR y en otras numerosas aplicaciones se plantea el problema de medir con rapidez y poco ruido la amplitud y la fase de señales ópticas o eléctricas. Esto es decisivo para la resolución en tiempo y temperatura de la medición de temperatura distribuida.

Se conocen por la publicación "System description FibroLaser II", Siemens Cerverus Division W458e, Versión 1.2e de enero de 1999, un procedimiento y un dispositivo de la clase citada al principio. El dispositivo allí descrito comprende un generador de frecuencia para la generación de una frecuencia de señal y una frecuencia de oscilador local que se diferencia de la frecuencia de señal en una frecuencia diferencia fija. La radiación óptica de un láser se modula en frecuencia con la frecuencia de señal y se acopla con una fibra conductora de luz. Las fracciones de esta radiación óptica retrodispersadas a consecuencia de efectos de Raman se desacoplan de la fibra y se convierten en señales eléctricas por medio de fotomultiplicadores. Estas señales eléctricas se mezclan con la frecuencia de oscilador local y se filtran analógicamente. A continuación, se digitalizan dichas señales y se las transforma al dominio local por medio de una transformada de Fourier. Los perfiles de retrodispersión así obtenidos de la señales provocadas a consecuencia del efecto de Raman forman la base del cálculo de la temperatura.

Otro ejemplo puede encontrarse en el documento WO 2006/027369 A1.

Un sistema de medición de esta clase representa un llamado receptor heterodino en el que se mezcla una frecuencia de señal con una frecuencia de oscilador local para obtener una frecuencia diferencia fija. Ésta es amplificada en banda estrecha y filtrada. Sin embargo, en sistemas analógicos se imponen límites al filtrado debido a las tolerancias y la deriva de los componentes. Además, los filtros de banda estrecha necesitan tiempos de estabilización más largos en los que las amplitudes y las fases son influenciadas por el filtro.

El problema que sirve de base a la presente invención consiste en la creación de un procedimiento y un dispositivo de la clase citada al principio que permitan una medición más rápida y, por tanto, con menor ruido de la magnitud física.

Esto se consigue según la invención respecto del procedimiento por medio de un procedimiento de la clase citada al principio con las particularidades caracterizadoras de la reivindicación 1 y respecto del dispositivo por medio de un dispositivo de la clase citada al principio con las particularidades caracterizadoras de la reivindicación 7. Las reivindicaciones subordinadas conciernen a ejecuciones preferidas de la invención.

Según la reivindicación 1, se ha previsto que se genere una tercera señal eléctrica con una tercera frecuencia, correspondiendo la tercera frecuencia a la frecuencia diferencia o a un múltiplo de la frecuencia diferencia, y que, para la digitalización, se explore la señal mixta con la tercera frecuencia. Según la reivindicación 7, se ha previsto de manera correspondiente que el dispositivo comprenda también unos medios para generar una tercera señal eléctrica con una tercera frecuencia, correspondiendo la tercera frecuencia a la frecuencia diferencia o a un múltiplo de la frecuencia diferencia y pudiendo explorar el convertidor DA la al menos una señal mixta con la tercera frecuencia a fin de digitalizarla. De esta manera, se puede emplear un filtro digital en lugar de un filtro analógico, con lo que resultan posibles una mejor supresión del ruido y/o una medición más rápida de la amplitud y la fase de las señales ópticas.

Puede estar previsto que la primera señal eléctrica y/o la segunda señal eléctrica y/o la tercera señal eléctrica se generen por mediación de una síntesis digital directa. En consecuencia, puede estar previsto que los medios para generar la primera señal eléctrica sean un primer sistema DDS y/o que los medios para generar la segunda señal eléctrica sean un segundo sistema DDS y/o que los medios para generar la tercera señal eléctrica sean un tercer sistema DDS. Mediante el empleo de sistemas DDS para la generación de las tres señales eléctricas se efectúa una transición a la técnica digital.

Preferiblemente, se puede utilizar aquí una señal de reloj para la síntesis digital directa de las señales eléctricas

primera y/o segunda y/o tercera, utilizándose especialmente la misma señal de reloj para la síntesis digital directa de la primera y la segunda y la tercera señales eléctricas. En consecuencia, puede estar previsto que el dispositivo comprenda también un sincronizador que pueda solicitar al primer sistema DDS y/o al segundo sistema DDS y/o al tercer sistema DDS con una señal de reloj. El acoplamiento de los tres sistemas DDS a la misma señal de reloj conduce a un exploración digital precisa - en el marco de la resolución DDS de, por ejemplo, 0, 12 Hz -de la señal que se debe digitalizar. Es ventajoso aquí un cálculo de frecuencia con ayuda de palabras digitales de modo que no se presenten errores de redondeo por conversión a números reales. Una deriva de la señal de reloj repercute de la misma forma sobre los tres sistemas DDS, con lo que se consigue siempre la frecuencia de exploración exacta.

Gracias a este concepto de la generación y exploración de frecuencia resulta posible la utilización de una nueva técnica de filtrado digital.

El filtro digital no necesita ningún tiempo de estabilización. Se puede prescindir de la construcción de filtros analógicos de banda estrecha. Debido a la exploración precisa se pueden materializar mayores frecuencias diferencia con detección de banda más estrecha que con la técnica analógica.

Otras características y ventajas de la presente invención se ponen claramente de manifiesto con ayuda de la descripción siguiente de ejemplos de realización preferidos haciendo referencia a los dibujos adjuntos. Muestran en estos:

La figura 1, una vista esquemática de una primera forma de realización de un dispositivo según la invención;

La figura 2, una vista esquemática de una segunda forma de realización de un dispositivo según la invención;

La figura 3, una vista esquemática de una tercera forma de realización de un dispositivo según la invención; y

La figura 4, una vista esquemática de una cuarta forma de realización de un dispositivo según la invención.

En las figuras las señales, elementos o unidades iguales o funcionalmente iguales están provistos de los mismos símbolos de referencia.

El primer ejemplo de realización representado en la figura 1 comprende como medios para generar señales eléctricas un primer sistema DDS 1, un segundo sistema DDS 2 y un tercer sistema DDS 3. El dispositivo comprende también un sincronizador 4 que emite una señal de reloj (CLK) 5. Los tres sistemas DDS 1, 2, 3 utilizan cada uno de ellos la misma señal de reloj 5.

El primer sistema DDS 1 genera una primera señal eléctrica temporalmente variable 6 que presenta una primera frecuencia temporalmente variable fRF (t) . El segundo sistema DDS 2 genera una segunda señal eléctrica 7 temporalmente variable que presenta una segunda frecuencia temporalmente variable fLO (t) . La segunda frecuencia fLO (t) se diferencia de la primera frecuencia fRF (t) por una frecuencia... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de medición localmente resuelta de una magnitud física, que comprende los pasos de procedimiento siguientes:

- se genera una primera señal eléctrica (6) con una primera frecuencia temporalmente variable (fRF (t) ) .

5. se genera una segunda señal eléctrica (7) con una segunda frecuencia temporalmente variable (fLO (t) ) que se

diferencia de la primera frecuencia (fRF (t) ) en una frecuencia diferencia (fZF) , -se genera una señal óptica (17) y se la modula con la primera frecuencia (fRF (t) ) , -se modifica la señal óptica (17) por interacción con un objeto de medida, incluyendo la modificación

informaciones sobre la magnitud física que se debe medir con resolución local,

- se convierte la señal óptica modificada (20a, 20b, 20c, 20d) en al menos una señal eléctrica (10, 10a, 10b, 10c) , a cuyo fin -se modula la señal óptica modificada (20a, 20b, 20c, 20d) , antes de la conversión, con la segunda

frecuencia (fLO (t) ) , o -se mezcla la señal óptica modificada (20a, 20b, 20c, 20d) , antes de la conversión, con una señal (25) 15 modulada con la segunda frecuencia (fLO (t) ) , o

- se mezcla la al menos una señal eléctrica (10, 10a, 10b, 10c) con la segunda señal (7) , -se digitaliza la señal mixta (12, 12a, 12b, 12c, 12d) , -a partir de los datos digitalizados se determina en forma localmente resuelta la magnitud física que se debe

medir, 20 caracterizado porque

- se genera una tercera señal eléctrica (8) con una tercera frecuencia, correspondiendo la tercera frecuencia a la frecuencia diferencia (fZF) o a un múltiplo de la frecuencia diferencia (fZF) , y -para la digitalización se explora la señal mixta (12, 12a, 12b, 12c, 12d) con la tercera frecuencia.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la tercera frecuencia corresponde a un producto 25 de la frecuencia diferencia (fZF) y un factor 2N, en donde N=0, 1, 2, ...

3. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque la primera y/o la segunda y/o la tercera señales eléctricas (6, 7, 8) se generan por mediación de una síntesis digital directa.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado porque se utiliza una señal de reloj (5) para la síntesis digital directa de la primera y/o la segunda y/o la tercera señales eléctricas (6, 7, 8) utilizándose la misma señal de

reloj (5) especialmente para la síntesis digital directa de la primera y la segunda y la tercera señales eléctricas (6, 7, 8) .

5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la tercera frecuencia corresponde a un múltiplo de la frecuencia diferencia (fZF) .

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el procedimiento es un 35 procedimiento en el dominio de la frecuencia, especialmente un procedimiento OFDR.

7. Dispositivo de medición localmente resuelta de una magnitud física, especialmente adecuado para la realización de un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que comprende

- unos medios para generar una primera señal eléctrica (6) con una primera frecuencia temporalmente variable (fRF (t) ) .

40. unos medios para generar una segunda señal eléctrica (7) con una segunda frecuencia temporalmente variable (fLO (t) ) que se diferencia de la primera frecuencia (fRF (t) ) en una frecuencia diferencia (fZF) ,

- una fuente de radiación óptica, especialmente un láser (16) , para generar una señal óptica (17) que puede ser activada de tal manera o cuya señal de salida puede ser modulada de tal manera que se pueda generar una señal óptica (17) modulada con la primera frecuencia (fRF (t) ) ,

45 -unos medios (19) para posibilitar una interacción de la señal óptica (17) con un objeto de medida, pudiendo ser modificada la señal óptica (17) por la interacción con informaciones sobre la magnitud física que se debe medir con resolución local,

- unos medios convertidores (21a, 21b, 21c, 21d) que pueden convertir la señal óptica modificada (20a, 20b, 20c, 20d) en al menos una señal eléctrica (10, 10a, 10b, 10c) .

50. unos medios mezcladores y/o moduladores que -pueden modular la señal óptica modificada (20a, 20b, 20c, 20d) , antes de la conversión, con la segunda frecuencia (fLO (t) ) , o -pueden mezclar la señal óptica modificada (20a, 20b, 20c, 20d) , antes de la conversión, con una señal (25) modulada con la segunda frecuencia (fLO (t) ) , .

55. pueden mezclar la al menos una señal eléctrica (10, 10a, 10b, 10c) , derivada de la conversión, con la segunda señal (7) ,

- un convertidor DA (13, 13a, 13b, 13c) para digitalizar la al menos una señal mixta (12, 12a, 12b, 12c, 12d) , -unos medios de evaluación (15) para determinar con resolución local, a partir de los datos digitalizados, la magnitud física que se debe medir, caracterizado porque el dispositivo comprende también unos medios para generar una tercera señal eléctrica (8)

con una tercera frecuencia, correspondiendo la tercera frecuencia a la frecuencia diferencia (fZF) o a un múltiplo de la frecuencia diferencia (fZF) y pudiendo explorar el convertidor DA (13, 13a, 13b, 13c) la al menos una señal mixta (12, 12a, 12b, 12c) con la tercera frecuencia a fin de digitalizarla.

8. Dispositivo según la reivindicación 7, caracterizado porque los medios para generar la primera señal eléctrica (6)

son un primer sistema DDS (1) y/o porque los medios para generar la segunda señal eléctrica (7) son un segundo 10 sistema DDS (2) y/o porque los medios para generar la tercera señal eléctrica (8) son un tercer sistema DDS (3) .

9. Dispositivo según la reivindicación 8, caracterizado porque el dispositivo comprende también un sincronizador (4) que puede solicitar al primer sistema DDS (1) y/o al segundo sistema DDS (2) y/o al tercer sistema DDS (3) con una señal de reloj (5) .

10. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado porque el objeto de medida es una

fibra óptica (18) que está abrazada preferiblemente por el dispositivo, siendo especialmente la temperatura local de la fibra óptica (18) la magnitud física que se debe medir con resolución local.