JP5493089B2 - Distributed optical fiber sensor - Google Patents

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Description

本発明は、光ファイバをセンサとして用い、その長尺方向について歪みや温度を高精度で測定し得る分布型光ファイバセンサに関する。   The present invention relates to a distributed optical fiber sensor that uses an optical fiber as a sensor and can measure strain and temperature with high accuracy in the longitudinal direction.

従来から、歪みや温度を測定する技術として、光ファイバ中で起こるブリルアン散乱現象に基づく方法がある。この方法において、光ファイバは、当該光ファイバの設置される環境(計測対象物)における歪み及び/又は温度を検出する媒体として利用される。   Conventionally, as a technique for measuring strain and temperature, there is a method based on the Brillouin scattering phenomenon that occurs in an optical fiber. In this method, the optical fiber is used as a medium for detecting strain and / or temperature in the environment (measurement object) in which the optical fiber is installed.

ブリルアン散乱現象とは、光が光ファイバ内に入射した場合に光ファイバ中の音響フォノンを介してパワーが移動する現象であり、互いに周波数の異なる2つの光が光ファイバに入射され、これら2つの光の相互作用によって生じる誘導ブリルアン散乱現象と、光が光ファイバに入射され、この光と光ファイバ中の熱雑音によって生じている音響フォノンとの相互作用によって生じる自然ブリルアン散乱現象とがある。このブリルアン散乱現象の際に見られるブリルアン周波数シフトは、光ファイバ中の音速に比例し、そして、この音速が光ファイバの歪み及び温度に依存する。このため、ブリルアン周波数シフトを測定することによって歪み及び/又は温度が測定される。   The Brillouin scattering phenomenon is a phenomenon in which power moves through an acoustic phonon in an optical fiber when light enters the optical fiber, and two lights having different frequencies are incident on the optical fiber. There is a stimulated Brillouin scattering phenomenon caused by the interaction of light, and a natural Brillouin scattering phenomenon caused by the interaction of this light with acoustic phonons caused by thermal noise in the optical fiber. The Brillouin frequency shift seen during this Brillouin scattering phenomenon is proportional to the speed of sound in the optical fiber, and the speed of sound depends on the strain and temperature of the optical fiber. For this reason, strain and / or temperature is measured by measuring the Brillouin frequency shift.

このブリルアン散乱現象を利用した歪みや温度の分布を計測する代表的な方式の一つとして、特許文献1に記載のBOTDR(Brillouin Optical Time Domain Reflectometer)がある。   As a typical method for measuring strain and temperature distribution using the Brillouin scattering phenomenon, there is a BOTDR (Brillouin Optical Time Domain Reflectometer) described in Patent Document 1.

BOTDRでは、1つのレーザ光がポンプ光(検査パルス光)として光ファイバの一方端から入射され、この一方端から射出される自然ブリルアン散乱現象に係る光が検出され、この検出された自然ブリルアン散乱現象に係る光の光強度が時間領域で測定される。このBOTDRでは、熱雑音によって生じている音響フォノンが利用され、前記のポンプ光には、通常、光強度が矩形状であるパルス光が用いられる。   In BOTDR, one laser beam is incident as pump light (inspection pulse light) from one end of an optical fiber, light related to the natural Brillouin scattering phenomenon emitted from this one end is detected, and the detected natural Brillouin scattering is detected. The light intensity of the light related to the phenomenon is measured in the time domain. In this BOTDR, acoustic phonons generated by thermal noise are used, and pulse light having a rectangular light intensity is usually used as the pump light.

そして、このような測定がポンプ光の周波数を順次に変化させながら周波数毎に行われ、即ち、周波数を走査することにより、光ファイバの長尺方向に沿った各位置のパワースペクトル(以下、単に「ブリルアンスペクトル」と称する。)がそれぞれ求められ、そのブリルアン周波数シフト量から光ファイバの長尺方向に沿った歪み分布及び/又は温度分布が測定される。   Such measurement is performed for each frequency while sequentially changing the frequency of the pump light, that is, by scanning the frequency, the power spectrum at each position along the longitudinal direction of the optical fiber (hereinafter, simply referred to as “power spectrum”). (Referred to as “Brillouin spectrum”), and the strain distribution and / or temperature distribution along the longitudinal direction of the optical fiber is measured from the Brillouin frequency shift amount.

特許第2575794号公報Japanese Patent No. 2575794

しかしながら、上記のBOTDRにおいては、空間分解能と周波数分解能とを共に向上させるのが困難であった。即ち、空間分解能を向上させるためには、ポンプ光のパルス幅を短くしなければならないが、パルス幅を短くしたポンプ光を用いて観測されるブリルアン散乱現象に係る光のスペクトルが広がるため(即ち、周波数分解能が低下するため)にブリルアン周波数シフト量を精度よく計測することができない。   However, in the above BOTDR, it is difficult to improve both spatial resolution and frequency resolution. That is, in order to improve the spatial resolution, the pulse width of the pump light must be shortened, but the spectrum of light related to the Brillouin scattering phenomenon observed using the pump light with a shortened pulse width is expanded (ie, Therefore, the Brillouin frequency shift amount cannot be accurately measured.

詳しくは、周波数νを走査して得られるブリルアンスペクトルをV(t,ν)とおくと、このブリルアンスペクトルは、   Specifically, if the Brillouin spectrum obtained by scanning the frequency ν is V (t, ν), the Brillouin spectrum is

で表される。ここでγは、定数であり、「t,ν*」は、t,νに関しての2次元のコンボルーション(畳み込み)を表す。式(1)におけるG(t,ν)は、ローレンツスペクトルであり、光ファイバの位置zにおけるブリルアン周波数シフトをν(z)とおくと、 It is represented by Here, γ R is a constant, and “ t, ν *” represents a two-dimensional convolution (convolution) with respect to t, ν. G (t, ν) in equation (1) is a Lorentz spectrum, and when the Brillouin frequency shift at the position z of the optical fiber is ν b (z),

で表される。ここで、vは、光ファイバ中の光速を表す。 It is represented by Here, v g represents the speed of light in the optical fiber.

また、式(1)におけるΨ(t,ν)は点広がり関数であり、   In addition, Ψ (t, ν) in equation (1) is a point spread function,

で表される。ここで、f(t)は、パルスの形状を表す関数であり、h(t)は、受信部における低域フィルタのインパルスレスポンスであり、Fτ[f(τ)h(t−τ)]は、τに関するフーリエ変換を表す。 It is represented by Here, f (t) is a function representing a pulse shape, h (t) is an impulse response of a low-pass filter in the receiving unit, and Fτ [f (τ) h (t−τ)] is , Τ represents the Fourier transform.

ローレンツスペクトルG(t,ν)は、観測に依らず光ファイバの特性だけで決まるスペクトルであり、点広がり関数Ψ(t,ν)は計測方式に依存して決まる関数である。   The Lorentz spectrum G (t, ν) is a spectrum determined only by the characteristics of the optical fiber without depending on the observation, and the point spread function Ψ (t, ν) is a function determined depending on the measurement method.

ここで、求めたい理想的なブリルアンスペクトルは、ローレンツスペクトルG(t,ν)自体(図4(B)参照)が観測されることであるが、実際の観測では、式(1)に示されるように、ローレンツスペクトルG(t,ν)が点広がり関数Ψ(t,ν)とのコンボルーションでぼかされたもの(図15(B)参照)が観測される。   Here, the ideal Brillouin spectrum to be obtained is that the Lorentz spectrum G (t, ν) itself (see FIG. 4B) is observed, but in actual observation, it is expressed by Equation (1). In this way, a Lorentz spectrum G (t, ν) blurred by the convolution with the point spread function Ψ (t, ν) (see FIG. 15B) is observed.

従って、空間分解能を向上させるためには、点広がり関数Ψ(t,ν)は、時間と周波数との両方にできるだけ狭い幅をもつものが望ましい。   Therefore, in order to improve the spatial resolution, it is desirable that the point spread function Ψ (t, ν) has a width as narrow as possible in both time and frequency.

しかしながら、点広がり関数Ψ(t,ν)を積分して時間方向と周波数方向への広がり関数をそれぞれ   However, by integrating the point spread function Ψ (t, ν), the spread functions in the time direction and the frequency direction are respectively obtained.

と定義し、それぞれの中心μ,μと半径Δ,ΔAnd each center μ T , μ F and radius Δ T , Δ F are defined as

と定義すると、以下の式(8)が成立する。 The following equation (8) is established.

これは、点広がり関数Ψ(t,ν)の時間方向と周波数方向との広がりを同時に小さくすることができないという不確定性関係を表している。 This represents an uncertainty relationship in which the spread of the point spread function Ψ (t, ν) in the time direction and the frequency direction cannot be reduced simultaneously.

そこで、高空間分解能で且つ高周波数分解能を有する分布型光ファイバセンサを提供することを課題とする。   Therefore, an object is to provide a distributed optical fiber sensor having high spatial resolution and high frequency resolution.

そこで、上記課題を解消すべく、本発明は、光ファイバをセンサとして用いる分布型光ファイバセンサであって、当該センサの空間分解能に基づくパルス幅の第1パルス光を生成する第1パルス光生成部と、当該センサの周波数分解能の逆数に基づくパルス幅の第2パルス光を生成する第2パルス光生成部と、前記第1パルス光と前記第2パルス光との間に所定の位相差を設けてこれら第1パルス光と第2パルス光とを合成して検査光を生成し、この検査光を前記光ファイバの特定の端部に向けて射出する検査光生成部と、前記検査光が入射した光ファイバの特定の端部から射出されるブリルアン散乱現象に係る光に基づいてブリルアンスペクトルを検出するスペクトル検出部と、前記光ファイバに生じた歪み又は/及び温度によるブリルアン周波数シフト量を計測するシフト量計測部と、を備える。そして、前記検査光生成部は、前記位相差が互いに異なる複数の検査光を生成し、前記スペクトル検出部は、前記ブリルアン散乱現象に係る光に対し、各検査光における第1パルス光と第2パルス光との位相差に対応するフィルタをそれぞれかけることにより前記複数の検査光に対応するブリルアンスペクトルをそれぞれ求める検波部と、この検波部で求められた各ブリルアンスペクトル同士を合成する合成部と、を有し、前記シフト量計測部は、前記合成部で合成されたブリルアンスペクトルである合成スペクトルに基づいて前記ブリルアン周波数シフト量を計測することを特徴とする。   Accordingly, in order to solve the above-described problems, the present invention is a distributed optical fiber sensor using an optical fiber as a sensor, and generates first pulsed light having a pulse width based on the spatial resolution of the sensor. A predetermined phase difference between the first pulse light and the second pulse light, and a second pulse light generation unit that generates a second pulse light having a pulse width based on the reciprocal of the frequency resolution of the sensor. An inspection light generator that synthesizes the first pulse light and the second pulse light to generate inspection light, and emits the inspection light toward a specific end of the optical fiber, and the inspection light includes A spectrum detector for detecting a Brillouin spectrum based on light related to a Brillouin scattering phenomenon emitted from a specific end of an incident optical fiber, and a Briller due to strain or / and temperature generated in the optical fiber. Comprising a shift amount measuring unit for measuring the frequency shift amount. The inspection light generation unit generates a plurality of inspection lights having different phase differences from each other, and the spectrum detection unit applies the first pulse light and the second light in each inspection light to the light related to the Brillouin scattering phenomenon. A detector that respectively obtains Brillouin spectra corresponding to the plurality of inspection lights by applying a filter corresponding to a phase difference with the pulsed light, and a combining unit that synthesizes the Brillouin spectra obtained by the detector, The shift amount measurement unit measures the Brillouin frequency shift amount based on a combined spectrum that is a Brillouin spectrum combined by the combining unit.

この分布型光ファイバセンサによれば、異なる複数の検査光を用いた計測によってそれぞれブリルアンスペクトルが求められ、これら複数のブリルアンスペクトルが合成されることにより、高空間分解能で且つ高周波数分解能をもつブリルアンスペクトル(合成スペクトル)を得ることができる。   According to this distributed optical fiber sensor, a Brillouin spectrum is obtained by measurement using a plurality of different inspection lights, and the Brillouin spectrum having a high spatial resolution and a high frequency resolution is obtained by combining the plurality of Brillouin spectra. A spectrum (synthetic spectrum) can be obtained.

詳しくは、上記の分布型光ファイバセンサによれば、第1パルス光と第2パルス光との間の位相差が互いに異なる複数の検査光によって得られる各ブリルアンスペクトルを合成することによって、第1パルス光のパルス幅に応じた空間分解能と第2パルス光のパルス幅の逆数に応じた周波数分解能をもつ合成スペクトルが得られる。そこで、第1パルス光として目標とする空間分解能に応じたパルス幅の小さな短パルス光を用い、第2パルス光として目標とする周波数分解能の逆数に応じたパルス幅の大きな長パルス光を用いることで、高空間分解能で且つ高周波数分解能をもつ合成スペクトルを得ることができ、その結果、ブリルアン周波数シフト量を精度よく計測することが可能となる。   Specifically, according to the distributed optical fiber sensor described above, the first Brillouin spectrum obtained by combining a plurality of inspection lights having different phase differences between the first pulsed light and the second pulsed light can be A combined spectrum having a spatial resolution corresponding to the pulse width of the pulsed light and a frequency resolution corresponding to the reciprocal of the pulse width of the second pulsed light is obtained. Therefore, a short pulse light having a small pulse width corresponding to the target spatial resolution is used as the first pulse light, and a long pulse light having a large pulse width corresponding to the reciprocal of the target frequency resolution is used as the second pulse light. Thus, a synthesized spectrum having a high spatial resolution and a high frequency resolution can be obtained, and as a result, the Brillouin frequency shift amount can be accurately measured.

具体的に、上記の分布型光ファイバセンサの合成部は、前記検波部で求められた各ブリルアンスペクトルから時間方向の広がりが小さく且つ周波数方向の広がりが小さな成分が抽出されるように前記各ブリルアンスペクトルの重み付き和をとることで、第1パルス光のパルス幅に応じた空間分解能と第2パルス光のパルス幅の逆数に応じた周波数分解能をもつ合成スペクトルを生成する。   Specifically, the combining unit of the distributed optical fiber sensor described above extracts each Brillouin from the Brillouin spectrum obtained by the detector so that a component having a small spread in the time direction and a small spread in the frequency direction is extracted. By taking the weighted sum of the spectra, a combined spectrum having a spatial resolution corresponding to the pulse width of the first pulse light and a frequency resolution corresponding to the reciprocal of the pulse width of the second pulse light is generated.

本発明に係る分布型光ファイバセンサにおいては、前記検波部は、信号処理によって前記フィルタの中心周波数を走査することによりブリルアンスペクトルを求めてもよい。このように、信号処理によりブリルアンスペクトルを求めることで、計測時間を短縮することができる。詳しくは、従来は、ブリルアン散乱現象に係る光を検波するときに用いられる参照光の周波数を走査しながら周波数毎にブリルアンスペクトルを求めていたが、参照光の周波数を固定して広帯域で受信したあとフィルタの中心周波数を走査する信号処理によって帯域幅内のブリルアンスペクトルをそれぞれ求めることにより、計測時間を短縮することができる。   In the distributed optical fiber sensor according to the present invention, the detector may obtain a Brillouin spectrum by scanning a center frequency of the filter by signal processing. Thus, measurement time can be shortened by calculating | requiring a Brillouin spectrum by signal processing. Specifically, in the past, the Brillouin spectrum was obtained for each frequency while scanning the frequency of the reference light used when detecting the light related to the Brillouin scattering phenomenon. However, the reference light frequency was fixed and received in a wide band. The measurement time can be shortened by obtaining the Brillouin spectrum within the bandwidth by signal processing for scanning the center frequency of the filter.

前記スペクトル検出部は、前記ブリルアン散乱現象に係る光を水直成分と水平成分とに偏波分離する分離部を有し、前記検波部は、前記分離部で分離されたブリルアン散乱現象に係る光の垂直成分と水平成分とに対して前記位相差に対応するフィルタをそれぞれかけたあとこれらの二乗和をとることによってブリルアンスペクトルを求めることが好ましい。   The spectrum detection unit includes a separation unit that separates the light related to the Brillouin scattering phenomenon into a horizontal component and a horizontal component, and the detection unit includes the light related to the Brillouin scattering phenomenon separated by the separation unit. It is preferable to obtain a Brillouin spectrum by applying a filter corresponding to the phase difference to a vertical component and a horizontal component of each and then taking the sum of squares thereof.

かかる構成によれば、光ファイバ中でのブリルアン散乱現象に係る光の偏波の影響を抑え、ブリルアンスペクトルを精度よく求めることができる。即ち、光ファイバ中で偏光ベクトルの絶対値が保存されることを利用し、偏光ベクトルの2つの成分、即ち、ブリルアン散乱現象に係る光の垂直成分と水平成分とを個別に計測してその二乗和をとることにより、光ファイバ中での偏光の影響を抑えることができる。   According to this configuration, it is possible to suppress the influence of the polarization of light related to the Brillouin scattering phenomenon in the optical fiber and obtain the Brillouin spectrum with high accuracy. That is, using the fact that the absolute value of the polarization vector is stored in the optical fiber, the two components of the polarization vector, that is, the vertical component and the horizontal component of the light related to the Brillouin scattering phenomenon are individually measured and squared. By taking the sum, the influence of polarized light in the optical fiber can be suppressed.

また、上記課題を解消すべく、本発明は、光ファイバをセンサとして用いる分布型光ファイバセンサであって、当該センサの空間分解能に相当する距離を光が往復する時間よりも大きなパルス幅の長パルス光に基づく第1パルス光を生成する第1パルス光生成部と、当該センサの周波数分解能の逆数に基づくパルス幅の第2パルス光を生成する第2パルス光生成部と、前記第1パルス光と前記第2パルス光との間に所定の位相差を設けてこれら第1パルス光と第2パルス光とを合成して検査光を生成し、この検査光を前記光ファイバの特定の端部に向けて射出する検査光生成部と、前記検査光が入射した光ファイバの特定の端部から射出されるブリルアン散乱現象に係る光に基づいてブリルアンスペクトルを検出するスペクトル検出部と、前記光ファイバに生じた歪み又は/及び温度によるブリルアン周波数シフト量を計測するシフト量計測部と、を備え、前記第1パルス光生成部は、前記長パルス光を前記空間分解能に基づく幅の複数のセルに分割し、この分割された長パルス光を所定の符号系列を用いて変調して前記第1パルス光を生成し、前記検査光生成部は、前記位相差が互いに異なる複数の検査光を生成し、前記スペクトル検出部は、前記ブリルアン散乱現象に係る光に対し、各検査光における第1パルス光と第2パルス光との位相差に対応するフィルタをそれぞれかけると共に前記第1パルス光生成部における変調に対応する復調を行った後にパルス圧縮することにより前記複数の検査光に対応するブリルアンスペクトルをそれぞれ求める検波部と、この検波部で求められた各ブリルアンスペクトル同士を合成する合成部と、を有し、前記シフト量計測部は、前記合成部で合成されたブリルアンスペクトルである合成スペクトルに基づいて前記ブリルアン周波数シフト量を計測することを特徴とする。   In order to solve the above problems, the present invention is a distributed optical fiber sensor that uses an optical fiber as a sensor, and has a pulse width longer than a time required for light to reciprocate a distance corresponding to the spatial resolution of the sensor. A first pulsed light generating unit that generates first pulsed light based on pulsed light; a second pulsed light generating unit that generates second pulsed light having a pulse width based on the reciprocal of the frequency resolution of the sensor; and the first pulsed light An inspection light is generated by combining the first pulse light and the second pulse light by providing a predetermined phase difference between the light and the second pulse light, and the inspection light is transmitted to a specific end of the optical fiber. An inspection light generation unit that emits light toward a part, a spectrum detection unit that detects a Brillouin spectrum based on light related to a Brillouin scattering phenomenon emitted from a specific end of the optical fiber on which the inspection light is incident, A shift amount measurement unit that measures a Brillouin frequency shift amount due to strain or / and temperature generated in the optical fiber, wherein the first pulsed light generation unit converts the long pulsed light into a plurality of widths based on the spatial resolution. The divided long pulse light is modulated using a predetermined code sequence to generate the first pulse light, and the inspection light generator generates a plurality of inspection lights having different phase differences from each other. The spectrum detector applies a filter corresponding to the phase difference between the first pulse light and the second pulse light in each inspection light to the light related to the Brillouin scattering phenomenon, and generates the first pulse light. A detection unit that obtains Brillouin spectra corresponding to the plurality of inspection lights by performing pulse compression after performing demodulation corresponding to the modulation in the unit, and obtains the detection by the detection unit A synthesis unit that synthesizes the Brillouin spectra, and the shift amount measurement unit measures the Brillouin frequency shift amount based on a synthesis spectrum that is a Brillouin spectrum synthesized by the synthesis unit. Features.

この分布型光ファイバセンサによっても、互いに異なる複数の検査光を用いた計測によってそれぞれブリルアンスペクトルが求められ、これら複数のブリルアンスペクトルが合成されることにより、高空間分解能で且つ高周波数分解能をもつ合成スペクトルを得ることができる。尚、この分布型光ファイバセンサの合成部では、第1パルス光のセル幅に応じた空間分解能と第2パルス光のパルス幅の逆数に応じた周波数分解能を持つブリルアンスペクトル(合成スペクトル)が得られる。   Even with this distributed optical fiber sensor, a Brillouin spectrum is obtained by measurement using a plurality of different inspection lights, and by combining these Brillouin spectra, a combination with high spatial resolution and high frequency resolution is obtained. A spectrum can be obtained. In the distribution unit of the distributed optical fiber sensor, a Brillouin spectrum (synthetic spectrum) having a spatial resolution corresponding to the cell width of the first pulse light and a frequency resolution corresponding to the reciprocal of the pulse width of the second pulse light is obtained. It is done.

さらに、上記分布型光ファイバセンサによれば、第1パルス光として変調を加えた長パルス光を用いて計測を行い、受信時に第1パルス光を復調してパルス圧縮を行うことによって、第1パルス光としてパルス圧縮を行わずに短パルス光を用いる方式に比べて第1パルス光に含まれるエネルギーが多くなるため、SN比を高くすることができる。   Further, according to the distributed optical fiber sensor, the first pulse light is measured by using the long pulse light that has been modulated, and the first pulse light is demodulated at the time of reception to perform the pulse compression. Since the energy contained in the first pulse light is increased as compared with a method using short pulse light without performing pulse compression as pulse light, the SN ratio can be increased.

また、上記課題を解消すべく、本発明は、光ファイバをセンサとして用いる分布型光ファイバセンサであって、当該センサの空間分解能に基づくパルス幅の第1パルス光と当該センサの空間分解能の逆数に基づく第2パルス光との間に所定の位相差を設けてこれら第1パルス光と第2パルス光とを合成した合成パルス光を生成する複数の合成パスル光生成部と、各合成パルス光生成部で生成された合成パルス光を合流させて検査光とし、この検査光を前記光ファイバの特定の端部に向けて射出する合流部と、前記検査光が入射した光ファイバの特定の端部から射出されるブリルアン散乱現象に係る光を前記合流部での合流前の各合成パルス光と対応する分離光に分離する分離部と、前記分離した各分離光に対してフィルタをかけることによりブリルアンスペクトルをそれぞれ求める複数の検波部と、各検波部で求められたブリルアンスペクトル同士を合成する合成部と、前記合成部で合成されたブリルアンスペクトルである合成スペクトルに基づいてブリルアン周波数シフト量を計測する前記シフト量計測部と、を備える。そして、前記所定の位相差は、前記合成パルス光生成部毎に異なり、各検波部は、前記分離光に対応した合成パルス光を構成する第1パルス光と第2パルス光との位相差に応じたフィルタを用いることを特徴とする。   In order to solve the above problems, the present invention is a distributed optical fiber sensor using an optical fiber as a sensor, wherein the first pulse light having a pulse width based on the spatial resolution of the sensor and the reciprocal of the spatial resolution of the sensor. A plurality of combined pulse light generators for generating a combined pulse light by combining the first pulse light and the second pulse light by providing a predetermined phase difference between the second pulse light based on The combined pulse light generated by the generation unit is merged into inspection light, and the inspection light is emitted toward a specific end of the optical fiber, and the specific end of the optical fiber on which the inspection light is incident A separation unit that separates light related to the Brillouin scattering phenomenon emitted from the unit into separated light corresponding to each combined pulse light before joining at the joining unit, and filtering the separated separated light The Brillouin frequency shift amount is calculated based on a plurality of detection units for obtaining Liluan spectra, a synthesis unit for synthesizing the Brillouin spectra obtained by each detection unit, and a synthesis spectrum which is a Brillouin spectrum synthesized by the synthesis unit. And a shift amount measuring unit for measuring. The predetermined phase difference is different for each of the combined pulse light generation units, and each detection unit has a phase difference between the first pulse light and the second pulse light constituting the combined pulse light corresponding to the separated light. A suitable filter is used.

この分布型光ファイバセンサによっても、互いに異なる複数の検査光を用いた計測によってそれぞれブリルアンスペクトルが求められ、これら複数のブリルアンスペクトルが合成されることにより、高空間分解能で且つ高周波数分解能をもつ合成スペクトルを得ることができる。しかも、複数の合成パルス光生成部において前記位相差の互いに異なる複数の合成パルス光を同時に生成することができると共に、複数の検波部において各合成パルス光に対応するブリルアンスペクトルを同時に求めることができるため、計測時間を短縮することができる。   Even with this distributed optical fiber sensor, a Brillouin spectrum is obtained by measurement using a plurality of different inspection lights, and by combining these Brillouin spectra, a combination with high spatial resolution and high frequency resolution is obtained. A spectrum can be obtained. In addition, a plurality of combined pulse lights having different phase differences can be simultaneously generated by a plurality of combined pulse light generation units, and a Brillouin spectrum corresponding to each combined pulse light can be simultaneously obtained by a plurality of detection units. Therefore, the measurement time can be shortened.

また、合成パルス光生成部毎に生成される合成パルス光の第1パルス光と第2パルス光との位相差を固定することができ、これにより、同一部位で前記位相差の異なる複数の合成パルス光を全て生成する場合に比べて位相差を形成する手段の構成を簡略化することができる。   In addition, the phase difference between the first pulse light and the second pulse light of the composite pulse light generated for each composite pulse light generation unit can be fixed, and thereby a plurality of composites having different phase differences at the same site. The configuration of the means for forming the phase difference can be simplified compared to the case where all the pulsed light is generated.

以上より、本発明によれば、高空間分解能で且つ高周波数分解能を有する分布型光ファイバセンサを提供することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide a distributed optical fiber sensor having high spatial resolution and high frequency resolution.

第1実施形態に係る分布型光ファイバセンサの構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structure of the distributed optical fiber sensor which concerns on 1st Embodiment. 前記分布型光ファイバセンサの短パルス光生成部(又は長パルス光生成部)を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the short pulse light generation part (or long pulse light generation part) of the said distributed optical fiber sensor. 図3(A)は、検査パルス光を構成する短パルス光の形状関数を示し、図3(B)は、検査パルス光を構成する長パルス光の形状関数を示し、図3(C)は、低域フィルタを構成する短パルス光に対応する要素のインパルスレスポンスを示し、図3(D)は、低域フィルタを構成する長パルス光に対応する要素のインパルスレスポンスを示す。3A shows the shape function of the short pulse light that constitutes the inspection pulse light, FIG. 3B shows the shape function of the long pulse light that constitutes the inspection pulse light, and FIG. FIG. 3D shows the impulse response of the element corresponding to the short pulse light constituting the low-pass filter, and FIG. 3D shows the impulse response of the element corresponding to the long pulse light constituting the low-pass filter. 図4(A)は、前記分布型光ファイバセンサにおける点広がり関数を示し、図4(B)は、前記分布型光ファイバセンサにおいて求められる合成スペクトルを示す。4A shows a point spread function in the distributed optical fiber sensor, and FIG. 4B shows a combined spectrum obtained in the distributed optical fiber sensor. 前記分布型光ファイバセンサの光ヘテロダイン検波部を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the optical heterodyne detection part of the said distributed optical fiber sensor. 前記分布型光ファイバセンサによる歪み又は温度の計測動作を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the measurement operation | movement of the distortion or temperature by the said distributed optical fiber sensor. 第2実施形態に係る分布型光ファイバセンサの構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structure of the distributed optical fiber sensor which concerns on 2nd Embodiment. 前記分布型光ファイバセンサによる歪み又は温度の計測動作を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the measurement operation | movement of the distortion or temperature by the said distributed optical fiber sensor. 図9(A)は、第1パルス光の形状関数を示し、図9(B)は、第2パルス光の形状関数を示し、図9(C)は、第1パルス光に対応する低域フィルタの要素のインパルスレスポンスを示し、図9(D)は、第2パルス光に対応する低域フィルタの要素のインパルスレスポンスを示す。9A shows the shape function of the first pulsed light, FIG. 9B shows the shape function of the second pulsed light, and FIG. 9C shows the low frequency band corresponding to the first pulsed light. The impulse response of the filter element is shown. FIG. 9D shows the impulse response of the low-pass filter element corresponding to the second pulse light. 他実施形態に係る分布型光ファイバセンサの構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structure of the distributed optical fiber sensor which concerns on other embodiment. 2段ヘテロダイン受信における光ヘテロダイン検波部及びヘテロダイン検波部を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the optical heterodyne detection part and heterodyne detection part in 2 step | paragraph heterodyne reception. 他実施形態に係る分布型光ファイバセンサにおける検波部を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the detection part in the distributed optical fiber sensor which concerns on other embodiment. 複数の検査パルス光射出部を備えた分布型光ファイバセンサを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the distributed optical fiber sensor provided with the some test | inspection light emission part. 複数の検査パルス光射出部を備えた分布型光ファイバセンサを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the distributed optical fiber sensor provided with the some test | inspection light emission part. 図15(A)は、従来の分布型光ファイバセンサにおける点広がり関数を示し、図15(B)は、従来の分布型光ファイバセンサにおいて求められるブリルアンスペクトルを示す。FIG. 15A shows a point spread function in a conventional distributed optical fiber sensor, and FIG. 15B shows a Brillouin spectrum obtained in the conventional distributed optical fiber sensor.

以下、本発明の実施形態を添付図面を参照しつつ説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

<第1実施形態>
本実施形態の分布型光ファイバセンサは、光ファイバ(検出用光ファイバ)をセンサとして用い、その長尺方向における各位置の歪み又は/及び温度を高精度に測定する。この分布型光ファイバセンサは、図1に示されるように、検出用光ファイバ12と、検査パルス光射出部20と、光サーキュレータ14と、スペクトル検出部30と、シフト量計測部40と、制御処理部50と、出力部16と、を備える。
<First embodiment>
The distributed optical fiber sensor of the present embodiment uses an optical fiber (detection optical fiber) as a sensor, and measures the strain or / and temperature at each position in the longitudinal direction with high accuracy. As shown in FIG. 1, the distributed optical fiber sensor includes a detection optical fiber 12, an inspection pulse light emission unit 20, an optical circulator 14, a spectrum detection unit 30, a shift amount measurement unit 40, and a control. The processing unit 50 and the output unit 16 are provided.

検出用光ファイバ12は、歪み又は温度を検出するセンサ用の光ファイバである。この検出用光ファイバ12は、第1端部(特定の端部)12aと、この第1端部12aと反対側の端部である第2端部12bとを有する。検出用光ファイバ12の第1端部12aは、検出用光ファイバ12内に検査パルス光(検査光)fを入射させ、この検査パルス光に起因したブリルアン散乱現象にかかる光を外部に射出する。ここで、配管、油田管、橋、トンネル、ダム、建物等の構造物や地盤等の計測対象物に生じた歪み又は/及び温度を測定する場合には、当該検出用光ファイバ12が接着剤や固定部材等によって計測対象物に固定される。   The detection optical fiber 12 is an optical fiber for a sensor that detects strain or temperature. The detection optical fiber 12 has a first end (specific end) 12a and a second end 12b that is the end opposite to the first end 12a. The first end portion 12a of the detection optical fiber 12 causes the inspection pulse light (inspection light) f to enter the detection optical fiber 12, and emits light related to the Brillouin scattering phenomenon caused by the inspection pulse light to the outside. . Here, when measuring strain or / and temperature generated in a measurement object such as a structure such as a pipe, an oilfield pipe, a bridge, a tunnel, a dam, a building, or the ground, the detection optical fiber 12 is an adhesive. It is fixed to the measurement object by a fixing member or the like.

検査パルス光射出部20は、検査パルス光fを生成し、この検査パルス光fを検出用光ファイバ12の第1端部12aに向けて射出する。具体的に、検査パルス光射出部20は、第1光源21と、光パルス発生回路22とを備える。   The inspection pulse light emitting unit 20 generates inspection pulse light f and emits the inspection pulse light f toward the first end 12 a of the detection optical fiber 12. Specifically, the inspection pulse light emitting unit 20 includes a first light source 21 and an optical pulse generation circuit 22.

第1光源21は、所定周波数の光(連続光)を射出することができ、制御処理部50による制御によって温度や駆動電流を変更することによって発振波長(発振周波数)を変えることができる。本実施形態では、第1光源21としてレーザ光源が用いられ、この第1光源21からは、例えば、1.55μmのコヒーレント光が出力される。   The first light source 21 can emit light having a predetermined frequency (continuous light), and can change the oscillation wavelength (oscillation frequency) by changing the temperature and drive current under the control of the control processing unit 50. In the present embodiment, a laser light source is used as the first light source 21, and for example, 1.55 μm coherent light is output from the first light source 21.

光パルス発生回路22は、第1光源21が射出した連続光から短パルス光(第1パルス光)fと長パルス光(第2パルス光)fとを生成し、これらを合成することにより検査パルス光fを生成する回路である。この光パルス発生回路22は、光カプラ23と、短パルス光生成部24と長パルス光生成部25と移相器26と光合成器27とを備える。 The optical pulse generation circuit 22 generates short pulse light (first pulse light) f 1 and long pulse light (second pulse light) f 2 from the continuous light emitted from the first light source 21 and synthesizes them. Is a circuit for generating inspection pulse light f. The optical pulse generation circuit 22 includes an optical coupler 23, a short pulse light generation unit 24, a long pulse light generation unit 25, a phase shifter 26, and an optical combiner 27.

光カプラ23は、第1光源からの光を2つに分岐し、この分岐した光を短パルス光生成部24と長パルス光生成部25とにそれぞれ供給する。   The optical coupler 23 branches the light from the first light source into two, and supplies the branched light to the short pulse light generation unit 24 and the long pulse light generation unit 25, respectively.

短パルス光生成部24は、第1光源21から供給される連続光から短パルス光fを生成する。具体的に、短パルス光生成部24は、図2にも示されるように、強度変調器241とこの強度変調器241に変調信号を入力する変調信号入力部242とを有する。本実施形態では、強度変調器241としてLN強度変調器が用いられるが、これに限定されない。また、本実施形態では、変調信号入力部242としてBias−Tが用いられ、このBias−Tには、DC電圧と目標とする短パルス光fに対応する電気信号としてのパルス信号が入力される。 The short pulse light generation unit 24 generates the short pulse light f 1 from the continuous light supplied from the first light source 21. Specifically, as shown in FIG. 2, the short pulse light generation unit 24 includes an intensity modulator 241 and a modulation signal input unit 242 that inputs a modulation signal to the intensity modulator 241. In the present embodiment, an LN intensity modulator is used as the intensity modulator 241, but the present invention is not limited to this. Further, in the present embodiment, the modulation signal Bias-T is used as the input unit 242, this Bias-T, a pulse signal as an electric signal corresponding to the short pulse light f 1 to a DC voltage and the target is inputted The

このように構成される短パルス光生成部24では、本実施形態の分布型光ファイバセンサ10の空間分解能に基づくパルス幅の短パルス光fが生成される。具体的に、例えば、本実施形態の分布型光ファイバセンサ10の空間分解能が10cmであれば、光が検出用光ファイバ12中でその区間(検出用光ファイバ12の長尺方向における10cmの区間)を往復する時間に対応する1nsのパルス幅の短パルス光fが生成される。 The short pulse light generation unit 24 configured as described above generates short pulse light f 1 having a pulse width based on the spatial resolution of the distributed optical fiber sensor 10 of the present embodiment. Specifically, for example, if the spatial resolution of the distributed optical fiber sensor 10 of the present embodiment is 10 cm, the light is in the detection optical fiber 12 (section of 10 cm in the longitudinal direction of the detection optical fiber 12). ), A short pulsed light f 1 having a pulse width of 1 ns corresponding to the time of reciprocating is generated.

長パルス光生成部25は、第1光源21から供給される連続光から長パルス光fを生成する。この長パルス光生成部25は、前記の短パルス光生成部24と同様に、強度変調器251と変調信号入力部252とを有する(図2参照)。本実施形態では、強度変調器251としてLN強度変調器が用いられるが、これに限定されない。また、本実施形態では、変調信号入力部252としてBias−Tが用いられ、このBias−Tには、DC電圧と目標とする長パルス光fに対応する電気信号としてのパルス信号が入力される。 The long pulse light generator 25 generates the long pulse light f 2 from the continuous light supplied from the first light source 21. The long pulse light generation unit 25 includes an intensity modulator 251 and a modulation signal input unit 252 as in the case of the short pulse light generation unit 24 (see FIG. 2). In this embodiment, an LN intensity modulator is used as the intensity modulator 251, but the present invention is not limited to this. In the present embodiment, Bias-T is used as the modulation signal input unit 252, and a pulse signal as an electric signal corresponding to the DC voltage and the target long pulse light f 2 is input to Bias-T. The

このように構成される長パルス光生成部25では、本実施形態の分布型光ファイバセンサ10の周波数分解能の逆数に基づくパルス幅の長パルス光fが生成される。具体的に、例えば、本実施形態の分布型光ファイバセンサ10の周波数分解能(周波数幅)が10MHzであれば、その逆数の100nsのパルス幅の長パルス光fが生成される。尚、本実施形態において、周波数幅は、ブリルアンスペクトルを以下の式(9)で表したときのローレンツスペクトルG(t,ν)を鈍らせる点広がり関数Ψ(t,ν)の周波数方向への幅を意味する。 The long pulse light generation unit 25 configured as described above generates long pulse light f 2 having a pulse width based on the reciprocal of the frequency resolution of the distributed optical fiber sensor 10 of the present embodiment. Specifically, for example, if the frequency resolution (frequency width) of the distributed optical fiber sensor 10 of the present embodiment is 10 MHz, the long pulse light f 2 having a pulse width of 100 ns, which is the inverse of the frequency resolution, is generated. In the present embodiment, the frequency width is the frequency range of the point spread function Ψ (t, ν) that dulls the Lorentz spectrum G (t, ν) when the Brillouin spectrum is expressed by the following equation (9). It means width.

移相器26は、短パルス光fと長パルス光fとの間に所定の位相差を設ける。この移相器26は、長パルス光生成部25と光合成器27との間に設けられ、制御処理部50からの指示信号に基づいて、長パルス光fの位相を短パルス光fに対してθだけシフトさせる。即ち、移相器26は、短パルス光fに対して長パルス光fの位相を所定の範囲内で位相変調させる。本実施形態の移相器26においては、θ,j=1〜4である。 The phase shifter 26 provides a predetermined phase difference between the short pulse light f 1 and the long pulse light f 2 . The phase shifter 26 is provided between the and the synthesizer 27 long pulse light generator 25, based on an instruction signal from the control processing unit 50, the long pulse light f 2 the phase of the short pulse light f 1 On the other hand, it is shifted by θ j . That is, the phase shifter 26 phase-modulates the phase of the long pulse light f 2 within a predetermined range with respect to the short pulse light f 1 . In the phase shifter 26 of the present embodiment, θ j , j = 1 to 4.

ここで、検出用光ファイバ12に入射させる複数の検査パルス光fの求め方、即ち、検査パルス光fを構成する短パルス光fと長パルス光fとの位相差、及び検査パルス光fに対応する整合フィルタ(本実施形態では低域フィルタ)hについて以下に説明する。 Here, how to obtain the plurality of check pulse light f to be incident on the detection optical fiber 12, i.e., the phase difference between the short pulse light f 1 constituting the test pulse light f with long pulse light f 2, and the check pulse light The matched filter (low-pass filter in this embodiment) h corresponding to f will be described below.

検査パルス光fを構成する要素として、以下の短パルス光f(t)と長パルス光f(t)との2つのパルス光を考える。 As the elements constituting the inspection pulse light f, the following two pulse lights of a short pulse light f 1 (t) and a long pulse light f 2 (t) are considered.

ここで、rは、短パルス光fと長パルス光fとの振幅比である。 Here, r is the amplitude ratio between the short pulse light f 1 and the long pulse light f 2 .

短パルス光fのパルス幅Dは、当該分布型光ファイバセンサ10において目標とする空間分解能に基づいて設定する。また、長パルス光fのパルス幅Dは、検出用光ファイバ12中に検査パルス光fを注入したときに生じるフォノンの寿命よりも十分長くなるように設定する。これら短パルス光fと長パルス光fとにより構成される検査パルス光に対応する低域フィルタ(信号処理部35の2乗検波部351におけるフィルタ)hも2つの要素h,hにより構成され、それぞれの要素h,hは、検査パルス光fの要素f,fの整合フィルタになっているものとする。即ち、低域フィルタh,hは、以下のようになる。 The pulse width D 1 of the short pulse light f 1 is set based on the target spatial resolution in the distributed optical fiber sensor 10. The pulse width D 2 of the long pulse light f 2 is set to be sufficiently longer than the lifetime of the phonon generated when the inspection pulse light f is injected into the detection optical fiber 12. A low-pass filter (a filter in the square detection unit 351 of the signal processing unit 35) h corresponding to the inspection pulse light composed of the short pulse light f 1 and the long pulse light f 2 is also composed of two elements h 1 and h 2. It is assumed that the elements h 1 and h 2 are matched filters of the elements f 1 and f 2 of the inspection pulse light f. That is, the low-pass filters h 1 and h 2 are as follows.

以上の各要素を用いて、検査パルス光fと低域フィルタh,hとは以下のように表される。 Using the above elements, the inspection pulse light f and the low-pass filters h 1 and h 2 are expressed as follows.

ここで、θとφとは、位相を表すパラメータである。 Here, θ and φ are parameters representing the phase.

図3(A)〜図3(D)に、検査パルス光fの要素f,fの形状関数、及び低域フィルタhの要素のインパルス応答の例を示す。図3(A)は、検査パルス光fを構成する第1要素(短パルス光)fの形状関数を示し、図3(B)は、検査パルス光fを構成する第2要素(長パルス光)fの形状関数を示し、図3(C)は、低域フィルタhを構成する第1要素(短パルス光に対応する要素)hのインパルスレスポンスを示し、図3(D)は、低域フィルタhを構成する第2要素(長パルス光に対応する要素)hのインパルスレスポンスを示す。 3A to 3D show examples of the shape functions of the elements f 1 and f 2 of the inspection pulse light f and the impulse response of the elements of the low-pass filter h. 3A shows the shape function of the first element (short pulse light) f 1 constituting the inspection pulse light f, and FIG. 3B shows the second element (long pulse) constituting the inspection pulse light f. shows the shape function of the light) f 2, FIG. 3 (C) shows a first element (impulse response elements) h 1 corresponding to the short pulse light constituting the low-pass filter h, FIG. 3 (D) is shows (the elements corresponding to the long pulse light) impulse response h 2 second elements constituting a low-pass filter h.

上記の式(14)及び式(15)に対応する点広がり関数は、   The point spread function corresponding to the above equations (14) and (15) is

となる。ここで、式(16)におけるR[…]は実数部を表す。 It becomes. Here, R [...] in Equation (16) represents the real part.

この点広がり関数は、ブリルアンスペクトルV(t,ν)を、   This point spread function expresses the Brillouin spectrum V (t, ν) as

と表したときのΨ(t,ν)である。この式(16)のFτ{…}は、τに関するフーリエ変換を表す。尚、G(t,ν)は、ローレンツスペクトルであり、検出用光ファイバ12の長尺方向の位置z(第1端部12aからの距離z)におけるブリルアン周波数シフトをν(z)とおくと、 Ψ (t, ν). Fτ {...} In this equation (16) represents a Fourier transform with respect to τ. G (t, ν) is a Lorentz spectrum, and a Brillouin frequency shift at a position z (distance z from the first end portion 12a) in the longitudinal direction of the detection optical fiber 12 is set to ν B (z). When,

と表される。 It is expressed.

また、式(16)において、   Moreover, in Formula (16),

とおいた。 It was.

この関数Fkl(t,ν)は、fとfとのパルス幅の違いから、
11:時間方向への広がりは小, 周波数方向への広がりは大
12:時間方向への広がりは大, 周波数方向への広がりは大
21:時間方向への広がりは大, 周波数方向への広がりは大
22:時間方向への広がりは大, 周波数方向への広がりは小
という特性をもつ。従って、Ψ(t,ν)の成分の中ではF1122 だけが、時間方向、周波数方向共に局在するという理想的な特性を持ち、これ以外の成分は時間方向及び周波数方向の少なくとも一方の方向への広がりを持つ。従って、センシングのためには、F1122 だけが抽出したい望ましい成分であり、他は不要な成分となる。
This function F kl (t, ν) is derived from the difference in pulse width between f 1 and f 2 .
F 11 : Small spread in time direction, large spread in frequency direction F 12 : Large spread in time direction, large spread in frequency direction F 21 : Large spread in time direction, in frequency direction F 22 has the characteristic that the spread in the time direction is large and the spread in the frequency direction is small. Therefore, among the components of Ψ (t, ν), only F 11 F 22 * has an ideal characteristic that it is localized in both the time direction and the frequency direction, and other components are at least in the time direction and the frequency direction. It spreads in one direction. Therefore, for sensing, only F 11 F 22 * is a desirable component to be extracted, and the others are unnecessary components.

そこで、点広がり関数Ψ(t,ν)の要素R(F1122 )だけを抽出するような合成方法を求めるために、以下の位相差(検査パルス光fを構成する短パルス光fと長パルス光fとの間の位相差θ、及びこれに対応する整合(低域)フィルタh,hの位相差φ)のペアを考える。 Therefore, in order to obtain a synthesis method for extracting only the element R (F 11 F 22 * ) of the point spread function Ψ (t, ν), the following phase difference (short pulse light f constituting the inspection pulse light f) is obtained. Consider a pair of a phase difference θ between 1 and the long pulse light f 2 and a matching (low-pass) filter h 1 , h 2 phase difference φ) corresponding thereto.

即ち、 That is,

これらに対する点広がり関数Ψ(t,ν)は、   The point spread function Ψ (t, ν) for these is

となる。これらを以下のように合成する(即ち、重み付き和をとる)ことにより、望ましい成分だけを抽出することができる。 It becomes. By combining these as follows (that is, taking a weighted sum), only desired components can be extracted.

本実施形態では、4つの位相差のペア(式(20)参照)、即ち、短パルス光fと長パルス光fとの位相差が互いに異なる4つの検査パルス光fを用いて計測することにより、望ましい成分を抽出して合成スペクトルV(t,ν)を求めているが、これに限定されない。 In the present embodiment, measurement is performed using four phase difference pairs (see Expression (20)), that is, four inspection pulse lights f having different phase differences between the short pulse light f 1 and the long pulse light f 2. Thus, a desired component is extracted to obtain a composite spectrum V S (t, ν), but is not limited thereto.

即ち、上記のことを一般化した以下の位相差のペア(θ,φ)により計測を行うことにより、各位相差θの検査パルス光fに対応する複数のブリルアンスペクトルV(t,ν)から、時間方向及び周波数方向共に局在する成分を抽出した合成スペクトルV(t、ν)を得ることができる。 That is, by performing measurement with the following pair of phase differences (θ, φ) that generalizes the above, from a plurality of Brillouin spectra V (t, ν) corresponding to the inspection pulse light f of each phase difference θ, A combined spectrum V S (t, ν) obtained by extracting components localized in both the time direction and the frequency direction can be obtained.

先ず、位相差のペア(θ,φ)を以下のようにp種類用意する。   First, p types of phase difference pairs (θ, φ) are prepared as follows.

検査パルス光fとこれに対応する低域フィルタ(整合フィルタ)hとのp種類のペアを   P types of pairs of inspection pulse light f and low-pass filter (matching filter) h corresponding thereto

とする。これら式(28)及び式(29)と、合成の係数c,j=1,2,…,pとが And These equations (28) and (29) and the synthesis coefficients c j , j = 1, 2,.

を満足するように決められる。検査パルス光fと低域フィルタhとの各ペアに対する点広がり関数をΨ(t,ν)とすると、このとき、合成による点広がり関数は、 To be satisfied. Assuming that the point spread function for each pair of the inspection pulse light f and the low-pass filter h is Ψ j (t, ν), the point spread function by synthesis is

となる。尚、本実施形態では、p=4で、 It becomes. In this embodiment, p = 4,

である。 It is.

図4(A)及び図4(B)には本実施形態により求めた、合成後の点広がり関数Ψ(t,ν)と合成スペクトル(合成後のブリルアンスペクトル)V(t,ν)の一例を示す。図4(A)が点広がり関数Ψ(t,ν)を示し、図4(B)は合成スペクトルV(t,ν)を示す。合成スペクトルV(t,ν)は、ノイズを除去して描いてある。また、短パルス光fのパルス幅が1ns、長パルス光fのパルス幅が40nsとする。図4(A)から分るように、点広がり関数Ψ(t,ν)は時間方向、周波数方向のいずれの方向へも広がりが小さい。また、図4(B)から分るように、合成スペクトルV(t,ν)の線幅は、ローレンツスペクトルG(t,ν)の線幅と同程度に小さくなる。 4 (A) and 4 (B) show the point spread function Ψ (t, ν) and the synthesized spectrum (Brillouin spectrum after synthesis) V S (t, ν) obtained by the present embodiment. An example is shown. 4A shows the point spread function Ψ (t, ν), and FIG. 4B shows the combined spectrum V S (t, ν). The combined spectrum V S (t, ν) is drawn with noise removed. The pulse width of the short pulse light f 1 is 1 ns, and the pulse width of the long pulse light f 2 is 40 ns. As can be seen from FIG. 4A, the point spread function Ψ (t, ν) has a small spread in both the time direction and the frequency direction. Further, as can be seen from FIG. 4B, the line width of the combined spectrum V S (t, ν) becomes as small as the line width of the Lorentz spectrum G (t, ν).

尚、図15(A)及び図15(B)に、従来のBOTDR(単一のパルスからなる検査パルス光fを用いるBOTDR)における点広がり関数ψ(t,ν)と、計測されたブリルアンスペクトルV(t,ν)との一例を示す。図15(A)は、点広がり関数ψ(t,ν)を示し、図15(B)はブリルアンスペクトルV(t,ν)を示す。ブリルアンスペクトルV(t,ν)は、ノイズを除去して描いてある。この例においてはfのパルス幅は1nsとしてある。この図15(A)に示されるように、点広がり関数ψ(t,ν)は、式(8)に示す不確定性関係を有するため、時間方向の広がりを小さくすると周波数方向の広がりが大きくなる。そのため、観測では、図15(B)に示されるように、ローレンツスペクトルG(t,ν)が前記点広がり関数ψ(t,ν)とのコンボルーションでぼかされたものが観測される。   15A and 15B show the point spread function ψ (t, ν) in the conventional BOTDR (BOTDR using the inspection pulse light f consisting of a single pulse) and the measured Brillouin spectrum. An example with V (t, v) is shown. FIG. 15A shows the point spread function ψ (t, ν), and FIG. 15B shows the Brillouin spectrum V (t, ν). The Brillouin spectrum V (t, v) is drawn with noise removed. In this example, the pulse width of f is 1 ns. As shown in FIG. 15A, since the point spread function ψ (t, ν) has the uncertainty relationship shown in the equation (8), if the spread in the time direction is reduced, the spread in the frequency direction is increased. Become. Therefore, in the observation, as shown in FIG. 15B, the Lorentz spectrum G (t, ν) blurred by the convolution with the point spread function ψ (t, ν) is observed.

光合成器27は、短パルス光生成部24で生成された短パルス光fと、長パルス光生成部25で生成され移相器26により位相シフトされた長パルス光fとを合成して検査パルス光fを生成し、この生成した検査パルス光(合成パルス光)fを検出用光ファイバ12に向けて出力(射出)する。 The optical combiner 27 combines the short pulse light f 1 generated by the short pulse light generation unit 24 and the long pulse light f 2 generated by the long pulse light generation unit 25 and phase-shifted by the phase shifter 26. The inspection pulse light f is generated, and the generated inspection pulse light (synthetic pulse light) f is output (emitted) toward the detection optical fiber 12.

以上のように構成される検査パルス光射出部20では、短パルス光fと長パルス光fとの間の位相差θが互いに異なる複数(本実施形態では4つ)の検査パルス光fが生成される。 In the inspection pulse light emitting section 20 configured as described above, a plurality of (four in this embodiment) inspection pulse lights f having different phase differences θ between the short pulse light f 1 and the long pulse light f 2. Is generated.

光サーキュレータ14は、入射光と射出光とがその端子番号に循環関係を有する非可逆性の光部品である。即ち、第1端子14aに入射した光は、第2端子14bから射出されるとともに、第3端子14cからは射出されず、第2端子14bに入射した光は、第3端子14cから射出されるとともに、第1端子14aからは射出されず、第3端子14cに入射した光は、第1端子14aから射出されるとともに、第2端子14bからは射出されない。この光サーキュレータ14の第1端子14aは、検査パルス光射出部20に接続され、第2端子14bは、検出用光ファイバ12の第1端部12aに接続され、第3端子14cは、スペクトル検出部30に接続される。   The optical circulator 14 is an irreversible optical component in which incident light and outgoing light have a cyclic relationship with their terminal numbers. That is, the light incident on the first terminal 14a is emitted from the second terminal 14b and not emitted from the third terminal 14c. The light incident on the second terminal 14b is emitted from the third terminal 14c. At the same time, the light that is not emitted from the first terminal 14a but is incident on the third terminal 14c is emitted from the first terminal 14a and is not emitted from the second terminal 14b. The first terminal 14a of the optical circulator 14 is connected to the inspection pulse light emitting unit 20, the second terminal 14b is connected to the first end 12a of the detection optical fiber 12, and the third terminal 14c is spectral detection. Connected to the unit 30.

スペクトル検出部30は、検査パルス光fが入射した検出用光ファイバ12の第1端部12aから射出されるブリルアン散乱現象に係る光(検出光)に基づいてブリルアンスペクトルV(t,ν)を検出し、検波部31と、スペクトル合成部36とを有する。本実施形態のスペクトル検出部30は、検査パルス光射出部20から検出パルス光fが光サーキュレータ14を介して検出用光ファイバ12に射出されることによりこの検出用光ファイバ12内で生じたブリルアン散乱現象に係る光が検出用光ファイバ12から光サーキュレータ14を介して入力され、この光に基づいてブリルアンスペクトルを検出する。   The spectrum detection unit 30 calculates the Brillouin spectrum V (t, v) based on the light (detection light) related to the Brillouin scattering phenomenon emitted from the first end 12a of the detection optical fiber 12 on which the inspection pulse light f is incident. The detection and detection unit 31 and the spectrum synthesis unit 36 are included. The spectrum detector 30 of the present embodiment has a Brillouin generated in the detection optical fiber 12 when the detection pulse light f is emitted from the inspection pulse light emitting unit 20 to the detection optical fiber 12 via the optical circulator 14. Light related to the scattering phenomenon is input from the detection optical fiber 12 via the optical circulator 14, and the Brillouin spectrum is detected based on this light.

検波部31は、ブリルアン散乱現象に係る光(以下、単に「検出光」とも称する。)に対し、検査パルス光射出部20で生成された各検査パルス光fにおける短パルス光fと長パルス光fとの位相差θに対応する低域(整合)フィルタhをそれぞれかけることにより各検査パルス光fに対応するブリルアンスペクトルV(t,ν)をそれぞれ求める。この検波部31は、第2光源32と、光ヘテロダイン検波部33と、AD変換部34と、信号処理部35の2乗検波部351とを有する。 The detection unit 31 responds to light related to the Brillouin scattering phenomenon (hereinafter also simply referred to as “detection light”) with the short pulse light f 1 and the long pulse in each inspection pulse light f generated by the inspection pulse light emitting unit 20. A Brillouin spectrum V (t, ν) corresponding to each inspection pulse light f is obtained by applying a low-pass (matched) filter h corresponding to the phase difference θ with respect to the light f 2 . The detection unit 31 includes a second light source 32, an optical heterodyne detection unit 33, an AD conversion unit 34, and a square detection unit 351 of the signal processing unit 35.

第2光源32は、検出光を光ヘテロダイン検波するときの参照光を射出する光源であり、第1光源21と同様に、制御処理部50による制御によって温度や駆動電流を変更することによって発振波長(発振周波数)を変えることができる。本実施形態では、第2光源32としてレーザ光源が用いられる。   The second light source 32 is a light source that emits reference light when the detection light is subjected to optical heterodyne detection. Like the first light source 21, the second light source 32 changes the temperature and the drive current by the control by the control processing unit 50. (Oscillation frequency) can be changed. In the present embodiment, a laser light source is used as the second light source 32.

光ヘテロダイン検波部33は、第2光源32からの参照光を用いて検出光を検波することにより、検出光をベースバンド信号に変換する。本実施形態の光ヘテロダイン検波部33は、図5にも示されるように、検出光と第2光源32からの参照光とを合成したあと2つに分岐させて出力する光カプラ331と、光カプラ331からの分岐光がそれぞれ入力されるフォトダイオードPD1,PD2と、これらフォトダイオードPD1,PD2からの各出力を増幅するアンプ332とを備える。   The optical heterodyne detection unit 33 converts the detection light into a baseband signal by detecting the detection light using the reference light from the second light source 32. As shown in FIG. 5, the optical heterodyne detection unit 33 according to the present embodiment combines an optical coupler 331 that combines the detection light and the reference light from the second light source 32 and then divides them into two, and outputs an optical coupler 331. Photodiodes PD1 and PD2 into which the branched lights from the coupler 331 are respectively input, and an amplifier 332 that amplifies each output from the photodiodes PD1 and PD2.

光ヘテロダイン検波部33は、ベースバンド信号をI,Qの2チャンネルの信号として出力する。本実施形態のベースバンド信号は、−1GHz〜1GHz程度の帯域の信号である。   The optical heterodyne detection unit 33 outputs the baseband signal as a two-channel signal of I and Q. The baseband signal of this embodiment is a signal in a band of about -1 GHz to 1 GHz.

AD変換部34は、アナログ信号をデジタル信号に変換する。即ち、このAD変換部34は、光ヘテロダイン検波部33からのI,Qの2チャンネルの信号をデジタルサンプリングし、デジタル信号として信号処理部35に出力する。   The AD converter 34 converts an analog signal into a digital signal. That is, the AD conversion unit 34 digitally samples the I and Q two-channel signals from the optical heterodyne detection unit 33 and outputs them to the signal processing unit 35 as digital signals.

信号処理部35は、2乗検波部351と合成部352とを有し、上述のように2乗検波部351が、検波部31の一部を構成する。この2乗検波部351は、AD変換部34から入力されたデジタル信号に、第1パルス光fと第2パルス光fとの位相差θに対応するフィルタhをかけて2乗検波を行う。これにより、検査パルス光射出部20で生成された各検査パルス光fに対応するブリルアンスペクトルV(t,ν)が検出される。 The signal processing unit 35 includes a square detection unit 351 and a synthesis unit 352, and the square detection unit 351 constitutes a part of the detection unit 31 as described above. The square detection unit 351 applies a filter h corresponding to the phase difference θ between the first pulse light f 1 and the second pulse light f 2 to the digital signal input from the AD conversion unit 34 to perform square detection. Do. Thereby, the Brillouin spectrum V (t, v) corresponding to each inspection pulse light f generated by the inspection pulse light emitting unit 20 is detected.

一方、信号処理部35の合成部352は、スペクトル検出部30のスペクトル合成部36を構成し、検波部31で求められた各ブリルアンスペクトルV(t,ν)同士を合成して合成スペクトルV(t,ν)(図4(B)参照)を生成する。 On the other hand, the synthesizing unit 352 of the signal processing unit 35 constitutes the spectrum synthesizing unit 36 of the spectrum detecting unit 30, and synthesizes the Brillouin spectra V (t, ν) obtained by the detecting unit 31 with each other to produce a synthesized spectrum V S. (T, v) (see FIG. 4B) is generated.

シフト量計測部40は、スペクトル合成部36で合成された合成スペクトルV(t,ν)に基づいてブリルアン周波数シフト量を計測する。詳しくは、検出用光ファイバ12の長尺方向における各位置においてブリルアン散乱現象が生じ、散乱光は、第1端部12aからの距離に比例する遅延時間を伴って第1端部12aに戻る。この散乱光には、散乱された位置における検出用光ファイバ12の歪又は/及び温度の変化量に比例した周波数シフトが生じている(図4(b)参照)。そこで、シフト量計測部40は、合成部352において求められた合成スペクトルV(t,ν)からこの周波数シフト量を計測し、検出用光ファイバ12の長尺方向における各位置の歪み又は/及び温度を検出する。 The shift amount measuring unit 40 measures the Brillouin frequency shift amount based on the combined spectrum V S (t, ν) combined by the spectrum combining unit 36. Specifically, the Brillouin scattering phenomenon occurs at each position in the longitudinal direction of the detection optical fiber 12, and the scattered light returns to the first end 12a with a delay time proportional to the distance from the first end 12a. In the scattered light, a frequency shift proportional to the strain of the detection optical fiber 12 at the scattered position or / and the amount of change in temperature occurs (see FIG. 4B). Therefore, the shift amount measuring unit 40 measures the frequency shift amount from the combined spectrum V S (t, ν) obtained by the combining unit 352, and detects the distortion of each position in the longitudinal direction of the detection optical fiber 12 or / And detect the temperature.

制御処理部50は、分布型光ファイバセンサ10の各構成を制御するための部位であり、例えば、マイクロプロセッサ、ワーキングメモリ、及び、必要なデータを記憶するメモリー等を備えている。   The control processing unit 50 is a part for controlling each component of the distributed optical fiber sensor 10, and includes, for example, a microprocessor, a working memory, and a memory for storing necessary data.

出力部16は、シフト量計測部40の計測結果を受けて、検出用光ファイバ12の長尺方向の各位置における検出用光ファイバ12の温度又は/及び歪みを出力(表示する。)本実施形態の出力部16は、検出用光ファイバ12の長尺方向の各位置における温度又は/及び歪みを画面に表示するが、印字等によって出力(表示)するように構成されてもよい。また、出力部16は、検出用光ファイバ12の各位置における温度又は/及び歪みだけでなく、各位置におけるブリルアン周波数シフト量や合成スペクトルV(t,ν)を表示するように構成されてもよい。 The output unit 16 receives the measurement result of the shift amount measurement unit 40 and outputs (displays) the temperature or / and strain of the detection optical fiber 12 at each position in the longitudinal direction of the detection optical fiber 12. The form output unit 16 displays the temperature or / and strain at each position in the longitudinal direction of the detection optical fiber 12 on the screen, but may be configured to output (display) by printing or the like. The output unit 16 is configured to display not only the temperature and / or strain at each position of the detection optical fiber 12 but also the Brillouin frequency shift amount and the combined spectrum V S (t, ν) at each position. Also good.

次に、以上のような分布型光ファイバセンサ10における歪み又は温度の計測動作について説明する。図6は、分布型光ファイバセンサ10による歪み又は温度の計測動作を説明するためのフローチャートである。   Next, an operation for measuring strain or temperature in the distributed optical fiber sensor 10 as described above will be described. FIG. 6 is a flowchart for explaining a strain or temperature measurement operation by the distributed optical fiber sensor 10.

図6において、S1は、検査パルス光fを構成する短パルス光fと長パルス光fとの位相差θを変更させて位相差毎に実行されるループであり、S2は、S1における位相差θ(即ち、移相器26における移相量)の選択機能である。本実施形態において、各移相量は、 In FIG. 6, S1 is a loop performed by changing the phase difference θ between the short pulse light f 1 constituting the test pulse light f with long pulse light f 2 for each phase difference, S2 is the S1 This is a function for selecting the phase difference θ (that is, the amount of phase shift in the phase shifter 26). In this embodiment, each phase shift amount is

で与えられる。 Given in.

S3は、光ヘテロダイン検波部33で用いられる参照光の周波数νをシフトさせ、シフトさせた周波数毎にブリルアンスペクトルV(t,ν)の計測が実行されるループであり、S4は、S3における周波数シフト量の指定機能である。例えば、全体で2GHzの帯域を5MHz刻みで計測する場合は、k=401となる。即ち、S3のループが401回行われる。   S3 is a loop in which the frequency ν of the reference light used in the optical heterodyne detection unit 33 is shifted, and the Brillouin spectrum V (t, ν) is measured for each shifted frequency. S4 is the frequency in S3. This is a shift amount designation function. For example, when measuring the entire 2 GHz band in increments of 5 MHz, k = 401. That is, the loop of S3 is performed 401 times.

S5は、図1の機能ブロック図の内容を実行する。具体的に、第1光源21は、例えば、波長1.55μmのコヒーレント光を出力する。このコヒーレント光は、光パルス発生回路22において光カプラ23により2つに分岐され、一方が短パルス光生成部24に入力され、他方が長パルス光生成部25に入力される。短パルス光生成部24は、例えば、当該分布型光ファイバセンサ10の目標とする空間分解能が10cmの場合は、検出用光ファイバ12中でのその区間の往復時間に対応する1nsの短いパルス幅のパルス光(短パルス光)fを生成する。一方、長パルス光生成部25は、例えば、当該分布型光ファイバセンサ10の目標とする周波数分解能が10MHzの場合は、その逆数の100nsの長いパルス幅のパルス光(長パルス光)fを生成する。移相器26は、長パルス光fを短パルス光fに対してθだけ位相をシフトする。そして、光合成器27は、短パルス光fと位相シフトされた長パルス光fとを合成し、合成された複合パルス光である検査パルス光fを光サーキュレータ14を介して第1端部12aから検出用光ファイバ12内に注入する。 S5 executes the contents of the functional block diagram of FIG. Specifically, the first light source 21 outputs coherent light having a wavelength of 1.55 μm, for example. This coherent light is branched into two by the optical coupler 23 in the optical pulse generation circuit 22, one is input to the short pulse light generation unit 24, and the other is input to the long pulse light generation unit 25. For example, when the target spatial resolution of the distributed optical fiber sensor 10 is 10 cm, the short pulse light generation unit 24 has a short pulse width of 1 ns corresponding to the round trip time of the section in the detection optical fiber 12. Pulse light (short pulse light) f 1 is generated. On the other hand, for example, when the target frequency resolution of the distributed optical fiber sensor 10 is 10 MHz, the long pulse light generation unit 25 generates pulse light (long pulse light) f 2 having a long pulse width of 100 ns, which is the inverse of the target frequency resolution. Generate. The phase shifter 26 shifts the phase of the long pulse light f 2 by θ j with respect to the short pulse light f 1 . Then, the optical combiner 27 combines the short pulse light f 1 and the phase-shifted long pulse light f 2 , and the combined composite pulse light inspection pulse light f is passed through the optical circulator 14 to the first end portion. Injection into the detection optical fiber 12 from 12a.

検出用光ファイバ12では、その長尺方向の全ての位置においてブリルアン散乱現象が生じ、このブリルアン散乱現象に係る光は、第1端部12aからの距離に比例する遅延時間を伴って第1端部12aから射出される。このブリルアン散乱現象に係る光には、ブリルアン散乱が生じた位置z(即ち、第1端部12aからの距離z)における検出用光ファイバ12の歪み又は/及び温度の変化量に比例したブリルアン周波数シフトν(z)が生じている。 In the detection optical fiber 12, the Brillouin scattering phenomenon occurs at all positions in the longitudinal direction, and the light related to the Brillouin scattering phenomenon has the first end with a delay time proportional to the distance from the first end 12a. Injected from the part 12a. The light related to the Brillouin scattering phenomenon includes a Brillouin frequency proportional to the strain of the detection optical fiber 12 and / or the amount of change in temperature at the position z where the Brillouin scattering occurs (that is, the distance z from the first end 12a). A shift ν b (z) occurs.

このブリルアン散乱現象に係る光は、検出光として光サーキュレータ14を介してスペクトル検出部30に入力される。スペクトル検出部30では、光ヘテロダイン検波部33が第2光源32から出力されるコヒーレント光を参照光として光へテロダイン検波を行う。この光へテロダイン検波により、検出光がベースバンド信号(電気信号)に変換される。このベースバンド信号は、−1GHz〜1GHz程度の帯域のベースバンド信号である。AD変換部34は、光ヘテロダイン検波部33から出力されたI,Qの2チャンネルの信号をサンプリンしてデジタル変換し、デジタル信号として信号処理部35の2乗検波部351に向けて出力する。   The light related to the Brillouin scattering phenomenon is input to the spectrum detection unit 30 through the optical circulator 14 as detection light. In the spectrum detection unit 30, the optical heterodyne detection unit 33 performs optical heterodyne detection using the coherent light output from the second light source 32 as reference light. By this optical heterodyne detection, detection light is converted into a baseband signal (electric signal). This baseband signal is a baseband signal in a band of about -1 GHz to 1 GHz. The AD converter 34 samples and digitally converts the I and Q two-channel signals output from the optical heterodyne detector 33 and outputs the digital signals to the square detector 351 of the signal processor 35 as digital signals.

2乗検波部351は、AD変換部34から入力された信号に低域(整合)フィルタhをかけて2乗検波を行う。このとき、低域フィルタhのインパルス応答は、   The square detection unit 351 performs square detection by applying a low-frequency (matched) filter h to the signal input from the AD conversion unit 34. At this time, the impulse response of the low-pass filter h is

という形とし、式(34)の右辺の各要素は検査パルス光fの要素(短パルス光f及び長パルス光f)と、 Each element on the right side of Expression (34) is an element of inspection pulse light f (short pulse light f 1 and long pulse light f 2 ),

という関係にする。低域フィルタhは、信号処理部35におけるデジタル処理で用いられるため、離散化して That relationship. Since the low-pass filter h is used in digital processing in the signal processing unit 35, it is discretized.

とする。光へテロダイン検波の出力信号をサンプリングしたデジタル信号を And A digital signal obtained by sampling the output signal of optical heterodyne detection

とおくと、2乗検波部351の低域フィルタの処理は、 The processing of the low-pass filter of the square detection unit 351 is as follows:

と表される。このとき、2乗検波部351からの出力は、 It is expressed. At this time, the output from the square detector 351 is:

と表される。 It is expressed.

S6は、各jについてのブリルアンスペクトルV(t,ν)を合成して合成スペクトルV(t,ν)を求める。具体的に、合成部352は、以下の式(40)により、2乗検波部351から入力された各jに対応するブリルアンスペクトルV(t,ν)を合成して合成スペクトルV(t,ν)を求め、この合成スペクトルV(t,ν)をシフト量計測部40に向けて出力する。 In S6, the Brillouin spectrum V (t, v) for each j is synthesized to obtain a synthesized spectrum V S (t, v). Specifically, the synthesizer 352 synthesizes the Brillouin spectrum V (t, ν) corresponding to each j input from the square wave detector 351 by the following equation (40) to obtain a synthesized spectrum V S (t, ν) is obtained, and this synthesized spectrum V S (t, ν) is output to the shift amount measuring unit 40.

ここで、係数は、   Where the coefficient is

S7は、合成スペクトルV(t,ν)に基づいてブリルアン周波数シフト量の計測を行う。具体的に、シフト量計測部40は、合成部352から入力された合成スペクトルV(t,ν)に対し、tを固定する毎にV(t,ν)に放物線や適当な曲線を当てはめ、精密なピーク位置を求め、それをブリルアン周波数シフトの推定値とする(図4(B)参照)。シフト量計測部40は、求めた推定値からブリルアン周波数シフト量を計測し、これを出力部16に出力する。 In S7, the Brillouin frequency shift amount is measured based on the combined spectrum V S (t, ν). Specifically, the shift amount measurement unit 40 has a parabola or an appropriate value for V S (t n , ν n ) every time t n is fixed with respect to the composite spectrum V S (t, ν) input from the synthesis unit 352. A precise curve position is obtained, and a precise peak position is obtained, which is used as an estimate of the Brillouin frequency shift (see FIG. 4B). The shift amount measuring unit 40 measures the Brillouin frequency shift amount from the obtained estimated value, and outputs this to the output unit 16.

S8では、出力部16がシフト量計測部40における測定結果を出力(表示等)する。   In S8, the output unit 16 outputs (displays, etc.) the measurement result in the shift amount measuring unit 40.

以上説明したように、第1実施形態の分布型光ファイバセンサ10によれば、異なる複数の検査パルス光fを用いた計測によってそれぞれブリルアンスペクトルV(t,ν)が求められ、これら複数のブリルアンスペクトルV(t,ν)が合成されることにより、高空間分解能で且つ高周波数分解能をもつブリルアンスペクトル(合成スペクトル)V(t,ν)を得ることができる。 As described above, according to the distributed optical fiber sensor 10 of the first embodiment, the Brillouin spectrum V (t, v) is obtained by measurement using a plurality of different inspection pulse lights f, and the plurality of Brillouin spectra are obtained. By synthesizing the spectrum V (t, v), a Brillouin spectrum (synthesized spectrum) V S (t, v) having a high spatial resolution and a high frequency resolution can be obtained.

詳しくは、第1実施形態の分布型光ファイバセンサ10によれば、短パルス光fと長パルス光fとの間の位相差θが互いに異なる複数の検査パルス光fによって得られる各ブリルアンスペクトルV(t,ν)を合成することによって、短パルス光fのパルス幅に応じた空間分解能と長パルス光fのパルス幅の逆数に応じた周波数分解能をもつ合成スペクトルV(t,ν)が得られる。そこで、短パルス光fとして目標とする空間分解能に応じたパルス幅の小さなパルス光を用い、長パルス光fとして目標とする周波数分解能の逆数に応じたパルス幅の十分に大きなパルス光を用いることで、高空間分解能で且つ高周波数分解能をもつ合成スペクトルV(t,ν)を得ることができ、その結果、ブリルアン周波数シフト量を精度よく計測することが可能となる。 Specifically, according to the distributed optical fiber sensor 10 of the first embodiment, each obtained by a plurality of inspection pulse lights f having different phase differences θ j between the short pulse light f 1 and the long pulse light f 2. By synthesizing the Brillouin spectrum V (t, v), a synthesized spectrum V S (having spatial resolution corresponding to the pulse width of the short pulse light f 1 and frequency resolution corresponding to the reciprocal of the pulse width of the long pulse light f 2 is obtained. t, v) is obtained. Therefore, pulse light having a small pulse width corresponding to the target spatial resolution is used as the short pulse light f 1 , and pulse light having a sufficiently large pulse width corresponding to the reciprocal of the target frequency resolution is used as the long pulse light f 2. By using it, it is possible to obtain a synthesized spectrum V S (t, ν) having a high spatial resolution and a high frequency resolution, and as a result, the Brillouin frequency shift amount can be accurately measured.

<第2実施形態>
次に、図7及び図8を参照して、本発明の第2実施形態による分布型光ファイバセンサ10aの構成について説明するが、上記第1実施形態と同様の構成には同一符号を用いると共に詳細な説明を省略し、異なる構成についてのみ詳細に説明する。
<Second Embodiment>
Next, the configuration of the distributed optical fiber sensor 10a according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 and 8. The same reference numerals are used for the same configurations as in the first embodiment. Detailed description will be omitted, and only different configurations will be described in detail.

この分布型光ファイバセンサ10aは、図7に示されるように、検出用光ファイバ12と、検査パルス光射出部20と、光サーキュレータ14と、スペクトル検出部30aと、シフト量計測部40と、制御処理部50と、出力部16と、を備える。   As shown in FIG. 7, the distributed optical fiber sensor 10a includes a detection optical fiber 12, an inspection pulse light emitting unit 20, an optical circulator 14, a spectrum detecting unit 30a, a shift amount measuring unit 40, A control processing unit 50 and an output unit 16 are provided.

スペクトル検出部30aは、検波部31aとスペクトル合成部36(合成部352)とを有し、検波部31aは、光ヘテロダイン検波部33と、局部発振器37と、ヘテロダイン検波部38と、AD変換部34aと、信号処理部35aとを有する。   The spectrum detection unit 30a includes a detection unit 31a and a spectrum synthesis unit 36 (synthesis unit 352). The detection unit 31a includes an optical heterodyne detection unit 33, a local oscillator 37, a heterodyne detection unit 38, and an AD conversion unit. 34a and a signal processing unit 35a.

光ヘテロダイン検波部33は、第1実施形態と異なり、第1光源21から出力されて光パルス発生回路22に入力する前に光カプラ28によって分岐されたコヒーレント光を参照光として用い、光へテロダイン検波を行う。これにより、光ヘテロダイン検波部33は、入力された検出光を周波数が9〜11GHz程度のマイクロ波信号に変換して出力する。   Unlike the first embodiment, the optical heterodyne detection unit 33 uses, as reference light, coherent light output from the first light source 21 and branched by the optical coupler 28 before being input to the optical pulse generation circuit 22. Perform detection. Thereby, the optical heterodyne detection unit 33 converts the input detection light into a microwave signal having a frequency of about 9 to 11 GHz and outputs the microwave signal.

局部発振器37は、ヘテロダイン検波部38においてヘテロダイン検波に用いられる参照信号を出力する。この局部発振器37は、制御処理部50によって制御され、参照信号として発振周波数の固定された正弦波信号を出力する。   The local oscillator 37 outputs a reference signal used for heterodyne detection in the heterodyne detection unit 38. The local oscillator 37 is controlled by the control processing unit 50 and outputs a sine wave signal having a fixed oscillation frequency as a reference signal.

ヘテロダイン検波部38は、局部発振器37からの参照信号を用いて光ヘテロダイン検波部33からのマイクロ波信号をヘテロダイン検波することにより、マイクロ波信号をベースバンド信号に変換する。本実施形態のヘテロダイン検波部38は、ミキサ回路を用いてマイクロ波信号に参照信号を干渉させることにより、ベースバンド信号を生成する。   The heterodyne detection unit 38 converts the microwave signal into a baseband signal by heterodyne detection of the microwave signal from the optical heterodyne detection unit 33 using the reference signal from the local oscillator 37. The heterodyne detection unit 38 of the present embodiment generates a baseband signal by causing a reference signal to interfere with a microwave signal using a mixer circuit.

AD変換部34aは、ヘテロダイン検波部38からのベースバンド信号をデジタルサンプリングし、このデジタルサンプリングされた信号を信号処理部35へ出力する。   The AD conversion unit 34 a digitally samples the baseband signal from the heterodyne detection unit 38 and outputs the digitally sampled signal to the signal processing unit 35.

信号処理部35は、2乗検波部351aと合成部352とを有する。2乗検波部351aは、AD変換部34aによりベースバンド信号からデジタルサンプリングされたデジタル信号にνを中心周波数とする帯域フィルタをかけて2乗検波を行う。ここで、K個の周波数ν,k=1,2,…,Kとする。例えば、本実施形態の2乗検波部において、全体で2GHzの帯域を5MHz刻みで計測する場合は、K=401となる。 The signal processing unit 35 includes a square detection unit 351a and a synthesis unit 352. The square detection unit 351a performs square detection by applying a bandpass filter having ν k as a center frequency to the digital signal digitally sampled from the baseband signal by the AD conversion unit 34a. Here, K frequencies ν k , k = 1, 2,. For example, in the square wave detection unit of the present embodiment, K = 401 is obtained when measuring the entire 2 GHz band in increments of 5 MHz.

このように、本実施形態の2乗検波部351a(信号処理部35)は、参照信号の周波数が固定されたヘテロダイン検波部38からの出力信号を広帯域で受信し、帯域内のブリルアンスペクトルV(t,ν)をそれぞれ求める。即ち、ヘテロダイン検波の参照光(参照信号)の周波数を走査する代わりに、参照光の周波数を固定して広帯域で受信したあと高速でデジタルサンプリングし、2乗検波部351aにおいて信号処理により帯域内のブリルアンスペクトルV(t,ν)をそれぞれ求める。これにより、ヘテロダイン検波のときに参照光の周波数を走査する場合(第1実施形態等)に比べて、計測の時間を1/Kに短縮することができる。   As described above, the square detection unit 351a (signal processing unit 35) of the present embodiment receives the output signal from the heterodyne detection unit 38 in which the frequency of the reference signal is fixed in a wide band, and the Brillouin spectrum V ( t, v) are obtained. That is, instead of scanning the frequency of the reference light (reference signal) for heterodyne detection, the frequency of the reference light is fixed and received in a wide band and then digitally sampled at a high speed, and signal processing is performed in the square detection unit 351a. The Brillouin spectrum V (t, ν) is obtained. Thereby, compared with the case where the frequency of the reference light is scanned at the time of heterodyne detection (the first embodiment or the like), the measurement time can be shortened to 1 / K.

具体的に、本実施形態のスペクトル検出部30aは、第1実施形態のスペクトル検出部30(図1参照)と以下のように異なる。   Specifically, the spectrum detection unit 30a of the present embodiment is different from the spectrum detection unit 30 (see FIG. 1) of the first embodiment as follows.

第1実施形態のスペクトル検出部30は、ブリルアンスペクトルV(t,ν)を求めるために、検出光の検波の際に、参照光(参照信号)の周波数を走査しながら各周波数におけるスペクトルの強度を計測している。具体的に、第1実施形態のスペクトル検出部30は、参照光の周波数を走査しながら離散的な周波数ν,k=1,2,…,KについてブリルアンスペクトルV(t,ν)をそれぞれ計測する。例えば、計測する帯域を、−1GHz〜1GHz,離散周波数の間隔を5MHzとすると、K=401個の周波数についてそれぞれ計測、即ち、K=401個の周波数について光へテロダイン検波と2乗検波とがそれぞれ行われる。 The spectrum detection unit 30 according to the first embodiment scans the frequency of the reference light (reference signal) and detects the intensity of the spectrum at each frequency when detecting the detection light in order to obtain the Brillouin spectrum V (t, v). Is measured. Specifically, the spectrum detection unit 30 according to the first embodiment scans the frequency of the reference light and calculates the Brillouin spectrum V (t, ν) for the discrete frequencies ν k , k = 1, 2,. measure. For example, if the measurement band is -1 GHz to 1 GHz and the interval between discrete frequencies is 5 MHz, K = 401 frequencies are measured, that is, optical heterodyne detection and square detection are performed for K = 401 frequencies. Each done.

これに対し、本実施形態のスペクトル検波部30aでは、検出光の検波の際の参照信号(参照光)の周波数が固定され、AD変換部34aがベースバンド信号を高速でデジタルサンプリングし、これを2乗検波部351aが信号処理によって帯域内の各ブリルアンスペクトルV(t,ν)を求める。   On the other hand, in the spectrum detection unit 30a of this embodiment, the frequency of the reference signal (reference light) at the time of detection of the detection light is fixed, and the AD conversion unit 34a digitally samples the baseband signal at high speed. The square detection unit 351a obtains each Brillouin spectrum V (t, v) in the band by signal processing.

詳しくは、ベースバンド信号のサンプリング周期をΔtとし、サンプリング時間を   Specifically, the sampling period of the baseband signal is Δt, and the sampling time is

とおく。ここで、tは、検出用光ファイバ12の第1端部12aから、当該光ファイバ12中における観測したい区間の開始位置までの検査パルス光fの往復時間を表し、Nは、デジタル信号の長さを表す。全時間T=NΔtは、検出用光ファイバ12における観測したい区間内を検査パルス光fが往復する時間Tと検査パルス光fの時間幅(パルス幅)Tとの和とする。また、2段階のヘテロダイン(光ヘテロダイン検波部33におけるヘテロダインと、ヘテロダイン検波部38におけるヘテロダイン)を経たベースバンド信号のサンプル値を far. Here, t 0 represents the round trip time of the inspection pulse light f from the first end portion 12a of the detection optical fiber 12 to the start position of the section to be observed in the optical fiber 12, and N represents the digital signal Represents length. The total time T = NΔt is the sum of the time T i in which the inspection pulse light f reciprocates in the section to be observed in the detection optical fiber 12 and the time width (pulse width) T p of the inspection pulse light f. Also, the sample value of the baseband signal that has undergone two-stage heterodyne (heterodyne in the optical heterodyne detection unit 33 and heterodyne in the heterodyne detection unit 38) is obtained.

とおく。 far.

低域フィルタh(t)のサポートは、[−T,0]にあるとすると、低域フィルタh(t)を通過した後の出力は、連続時間では、 If the support for the low pass filter h (t) is at [−T p , 0], the output after passing through the low pass filter h (t) is

と表され、離散時間では、 And in discrete time,

で近似できる。さらに、この出力は、絶対値が取られることになるため、最初の位相だけの項は不要となり、 Can be approximated by Furthermore, since this output is absolute, the first phase term is not necessary,

となる。そして、2乗検波部351aがこの出力を以下の式(47)に示すように2乗検波してブリルアンスペクトルV(ν)を求め、これを出力する。 It becomes. Then, the square detection unit 351a square-detects this output as shown in the following equation (47) to obtain the Brillouin spectrum V n (ν) and outputs it.

尚、式(46)に示す離散時間での出力Y(ν)は、低域フィルタhのインパルス応答が矩形、又は矩形の組み合わせの場合には再帰型のアルゴリズムが適用できる。詳しくは、まず、検査パルス光fが時間幅Tの矩形パルスで、これに対応する低域フィルタhが The output Y n (ν) at discrete time shown in Expression (46) can be applied with a recursive algorithm when the impulse response of the low-pass filter h is a rectangle or a combination of rectangles. Specifically, first, check pulse light f is a rectangular pulse of duration T p, a low-pass filter h corresponding thereto

とすると、この低域フィルタhを通過した後の出力は、 Then, the output after passing through this low-pass filter h is

と表され、これを再帰型のアルゴリズムに書き換えると、 And this can be rewritten as a recursive algorithm

となる。ここで、N=T/Δtは検出用光ファイバ12中の信号の数である。 It becomes. Here, N f = T f / Δt is the number of signals in the detection optical fiber 12.

当該分布型光ファイバセンサ10aのように、検査パルス光fを構成する短パルス光fと長パルス光fとの位相差θに対応する複数のブリルアンスペクトルV(t,ν)を求め、これらを合成してセンシングを行う場合には、パラメータをθとした信号を As in the distributed optical fiber sensor 10a, obtains a plurality of Brillouin spectrum V corresponding to the phase difference θ between the short pulse light f 1 constituting the test pulse light f with long pulse light f 2 (t, ν), When sensing by combining these, the signal with the parameter θ is

とし、低域フィルタhを And low-pass filter h

とすると、低域フィルタhを通過した後の出力は、 Then, the output after passing through the low-pass filter h is

となる。この式(56)を再帰型のアルゴリズムに書き換えると、 It becomes. When this equation (56) is rewritten into a recursive algorithm,

となる。 It becomes.

次に、以上のような分布型光ファイバセンサ10aにおける歪み又は温度の計測動作について説明する。図8は、分布型光ファイバセンサ10aによる歪み又は温度の計測動作を説明するためのフローチャートである。本実施形態では、第1実施形態と異なり、ヘテロダインで用いられる参照信号(参照光)の周波数をシフトさせない(参照信号の周波数を固定する)ため、図8のフローチャートにおいて、第1実施形態のフローチャート(図6参照)におけるS3に相当するループが行われない。   Next, the strain or temperature measurement operation in the distributed optical fiber sensor 10a as described above will be described. FIG. 8 is a flowchart for explaining a strain or temperature measurement operation by the distributed optical fiber sensor 10a. In this embodiment, unlike the first embodiment, the frequency of the reference signal (reference light) used in the heterodyne is not shifted (the frequency of the reference signal is fixed). Therefore, the flowchart of FIG. The loop corresponding to S3 in (see FIG. 6) is not performed.

以下、具体的に説明する。   This will be specifically described below.

図8において、S1は、検査パルス光fを構成する短パルス光fと長パルス光fとの位相差θを変更させて位相差毎に実行されるループであり、S2は、S1における位相差θ(即ち、移相器26における移相量)の選択機能である。 In FIG. 8, S1 is a loop performed by changing the phase difference θ between the short pulse light f 1 constituting the test pulse light f with long pulse light f 2 for each phase difference, S2 is the S1 This is a function for selecting the phase difference θ (that is, the amount of phase shift in the phase shifter 26).

S5aは、図7の機能ブロック図の内容を実行する。具体的に、第1光源21から出力されたコヒーレント光は、光カプラ28により分岐され、一方が光パルス発生回路22に入力され、他方が光ヘテロダイン検波部33において参照光として用いられる。光パルス発生回路22に入力したコヒーレント光から、短パルス光生成部24と長パルス光生成部25とが、所定のパルス幅の短パルス光fと長パルス光fとを生成する。そして、移相器26が長パルス光fの位相を短パルス光fに対してθだけ遅らせ(位相シフトさせ)、光合成器27が短パルス光fと前記位相シフトされた長パルス光fとを合成し、複合パルス光である検査パルス光fを生成する。この検査パルス光fは、検出用光ファイバ12に注入される。 S5a executes the contents of the functional block diagram of FIG. Specifically, the coherent light output from the first light source 21 is branched by the optical coupler 28, one is input to the optical pulse generation circuit 22, and the other is used as reference light in the optical heterodyne detection unit 33. The short pulse light generation unit 24 and the long pulse light generation unit 25 generate the short pulse light f 1 and the long pulse light f 2 having a predetermined pulse width from the coherent light input to the optical pulse generation circuit 22. The delaying theta j the phase of the phase shifter 26 is long pulse light f 2 with respect to the short pulse light f 1 (by phase-shift), the long pulse light combiner 27 is the phase shift between pulse light f 1 The light f 2 is combined to generate inspection pulse light f that is composite pulse light. The inspection pulse light f is injected into the detection optical fiber 12.

光ヘテロダイン検波部33は、第1光源21からのコヒーレント光を参照光として用い、検出用光ファイバ12の第1端部12aから射出される検出光を光へテロダイン検波する。この光ヘテロダイン検波部33は、検出光を周波数が9〜11GHz程度のマイクロ波信号に変換する。そして、ヘテロダイン検波部38は、光ヘテロダイン検波部33から出力されたマイクロ波信号を局部発振器37からの参照信号を用いてベースバンド信号に変換する。このベースバンド信号は、−1GHz〜1GHz程度の帯域のベースバンド信号である。AD変換部34aは、このベースバンド信号をデジタルサンプリングして信号処理部35aに出力する。   The optical heterodyne detection unit 33 uses the coherent light from the first light source 21 as reference light and heterodyne-detects the detection light emitted from the first end 12a of the detection optical fiber 12. The optical heterodyne detection unit 33 converts the detection light into a microwave signal having a frequency of about 9 to 11 GHz. Then, the heterodyne detection unit 38 converts the microwave signal output from the optical heterodyne detection unit 33 into a baseband signal using the reference signal from the local oscillator 37. This baseband signal is a baseband signal in a band of about -1 GHz to 1 GHz. The AD conversion unit 34a digitally samples the baseband signal and outputs it to the signal processing unit 35a.

信号処理部35aの2乗検波部351aは、AD変換部34aからのベースバンド信号を、νを中心周波数とする帯域フィルタを通過させて2乗検波を行う。 The square detection unit 351a of the signal processing unit 35a performs square detection by passing the baseband signal from the AD conversion unit 34a through a band filter having ν k as a center frequency.

具体的に、2乗検波部351aにおける低域フィルタhのインパルス応答は、   Specifically, the impulse response of the low-pass filter h in the square detection unit 351a is

という形で表される。この式(59)の右辺の各要素は、検査パルス光fの要素と It is expressed in the form of Each element on the right side of the equation (59) is an element of the inspection pulse light f.

という関係とする。尚、信号を、νを中心周波数とする帯域フィルタを通過させることは、信号の周波数をνだけ下方にシフトさせてから低域フィルタhをかけることと等価である。 The relationship is as follows. Incidentally, signals, passing a band filter having a center frequency [nu k is equivalent to applying a low-pass filter h from shifting the frequency of the signal downward by [nu k.

低域フィルタhは、2乗検波部351aの中におけるデジタル処理で用いられるため、離散化されて   The low-pass filter h is discretized because it is used in digital processing in the square detection unit 351a.

とする。ヘテロダイン検波部38の出力信号をAD変換部34aでサンプリングしたデジタル信号を And A digital signal obtained by sampling the output signal of the heterodyne detection unit 38 by the AD conversion unit 34a

とおくと、2乗検波部351aにおける帯域フィルタの処理は The processing of the band filter in the square detection unit 351a is

で表される。2乗検波部351aは、フィルタ処理された信号を以下の式(64)に示すように2乗検波し、これを出力する。 It is represented by The square detection unit 351a square-detects the filtered signal as shown in the following equation (64) and outputs the result.

S6は、各jについてのブリルアンスペクトルV(t,ν)を合成して合成スペクトルV(t,ν)を求め、この合成スペクトルV(t,ν)をシフト量計測部40に出力する。S7は、合成スペクトルV(t,ν)に基づいてブリルアン周波数シフト量の計測を行い、計測結果を出力部16に出力する。S8では、出力部16がシフト量計測部40における測定結果を出力(表示等)する。 In S 6, the Brillouin spectrum V (t, ν) for each j is synthesized to obtain a synthesized spectrum V S (t, ν), and this synthesized spectrum V S (t, ν) is output to the shift amount measuring unit 40. . In S 7, the Brillouin frequency shift amount is measured based on the combined spectrum V S (t, ν), and the measurement result is output to the output unit 16. In S8, the output unit 16 outputs (displays, etc.) the measurement result in the shift amount measuring unit 40.

以上説明したように、第2実施形態の分布型光ファイバセンサ10aによれば、ヘテロダイン検波の参照光(参照信号)の周波数を固定して広帯域で受信したあと高速でデジタルサンプリングし、信号処理によって帯域内のブリルアンスペクトルV(t,ν)をそれぞれ求めることで、計測時間を短縮することができる。詳しくは、従来は、ブリルアン散乱現象に係る光を検波するときに用いられる参照光の周波数を走査しながら周波数毎にブリルアンスペクトルV(t,ν)を求めていたが、参照光の周波数を固定して広帯域で受信したあとフィルタの中心周波数を走査する、即ち、AD変換部34aで高速でデジタルサンプリングを行ったあと、2乗検波部351aにおいて信号処理により帯域幅内のブリルアンスペクトルV(t,ν)をそれぞれ求めることで、計測時間を短縮することが可能となる。   As described above, according to the distributed optical fiber sensor 10a of the second embodiment, the frequency of the reference light (reference signal) for heterodyne detection is fixed and received in a wide band, and then digital sampling is performed at high speed, and signal processing is performed. By obtaining the Brillouin spectrum V (t, ν) in the band, the measurement time can be shortened. Specifically, in the past, the Brillouin spectrum V (t, v) was obtained for each frequency while scanning the frequency of the reference light used when detecting light related to the Brillouin scattering phenomenon, but the frequency of the reference light is fixed. The center frequency of the filter is scanned after reception in a wide band, that is, digital sampling is performed at a high speed by the AD converter 34a, and then the Brillouin spectrum V (t, By obtaining ν), the measurement time can be shortened.

尚、本発明の分布型光ファイバセンサは、上記第1実施形態及び第2実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。   The distributed optical fiber sensor of the present invention is not limited to the first embodiment and the second embodiment, and various changes can be made without departing from the scope of the present invention. .

上記第1実施形態及び第2実施形態では、検査パルス光fとして空間分解能に基づくパルス幅の短パルス光fと周波数分解能の逆数に基づくパルス幅の長パルス光fとを合成した複合パルス光fが用いられているがこれに限定されない。例えば、符号系列を用いて変調をかけたパルス幅の大きなパルス光f1Aと、前記の周波数分解能の逆数に基づくパルス幅の長パルス光fと、を合成して検査パルス光fを生成してもよい。かかる検査パルス光fを用いることにより、高いSN比を達成することができる。 In the first embodiment and the second embodiment, the composite pulse obtained by combining the short pulse light f 1 having the pulse width based on the spatial resolution and the long pulse light f 2 having the pulse width based on the reciprocal of the frequency resolution as the inspection pulse light f. Although light f is used, it is not limited to this. For example, the inspection pulse light f is generated by combining the pulse light f 1A having a large pulse width modulated using the code sequence and the long pulse light f 2 having a pulse width based on the reciprocal of the frequency resolution. May be. By using such inspection pulse light f, a high S / N ratio can be achieved.

具体的には、以下の通りである。   Specifically, it is as follows.

上記第1実施形態及び第2実施形態での短パルス光fの代わりにパルス幅の大きなパルス光に符号系列を用いて変調をかけたものを用い、受信時に復調或いは変換を行うことにより、実質的にパルス幅の小さなパルス光で強い信号強度を持つものと同等の効果が得られるようにする。この符号を用いて変調をかける方法には、相関を用いるパルス圧縮の方法(パルス圧縮法)や相関を用いないでアダマール(Hadamard)行列を基礎とする方法(行列反転の方法)等があり、いずれの方法においても高いSN比が得られる。 Instead of the short pulse light f 1 in the first embodiment and the second embodiment, a pulse light having a large pulse width is modulated using a code sequence, and demodulated or converted at the time of reception, An effect equivalent to that of a pulse light having a substantially small pulse width and having a strong signal intensity is obtained. As a method of performing modulation using this code, there are a pulse compression method using correlation (pulse compression method), a method based on Hadamard matrix without using correlation (matrix inversion method), and the like. In either method, a high S / N ratio can be obtained.

詳しくは、パルス圧縮法では、第1パルス光f1Aと第2パルス光fとにより、検査パルス光fが生成される。第2パルス光fは、上記第1実施形態及び第2実施形態と同様に、周波数分解の逆数に基づくパルス幅を有する長パルス光である。 Specifically, in the pulse compression method, the inspection pulse light f is generated by the first pulse light f 1A and the second pulse light f 2 . Second pulse light f 2, as in the first embodiment and the second embodiment, a long pulse light having a pulse width based on the inverse of the frequency decomposition.

第1パルス光f1Aは、パルス幅Dの十分大きなパルス光であり、パルス内部がM個のセルに分割されている。各セルの幅dは等しく、d=D/Mであり、このdが第1実施形態及び第2実施形態の短パルス光fのパルス幅同様、分布型光ファイバセンサの空間分解能に基づく幅である。各セルは、 The first pulsed light f 1A is a sufficiently large pulsed light with a pulse width D 1 , and the inside of the pulse is divided into M cells. The width d of each cell is equal, d = D 1 / M, and this d is based on the spatial resolution of the distributed optical fiber sensor, as is the pulse width of the short pulse light f 1 of the first and second embodiments. Width. Each cell

で表される。そして、擬似乱数系列を±1という値を取る数列rm,m=1,2,…,Mとすると、第1パルス光f1Aの形状関数は、 It is represented by When the pseudo-random number sequence is a sequence rm, m = 1, 2,..., M that takes a value of ± 1, the shape function of the first pulsed light f 1A is

で表される。 It is represented by

このとき、擬似乱数は、その自己相関関数が   At this time, the pseudo-random number has its autocorrelation function

を満たすことが理想である。ここでδk,0は、クロネッカーのデルタを表す。単一の系列でこの性質を持つものは見つかっていないが、Golay符号系列のように2つの系列の自己相関関数の和でならば実現できる。 It is ideal to satisfy. Here, δk, 0 represents the Kronecker delta. No single sequence having this property has been found, but it can be realized by the sum of autocorrelation functions of two sequences as in the Golay code sequence.

他の構成は、上記第1実施形態及び第2実施形態と同じにする。   Other configurations are the same as those in the first embodiment and the second embodiment.

図9は、パルス圧縮を行う場合の検査パルス光fの要素(第1パルス光f1A及び第2パルス光f)の形状関数と、低域フィルタhの要素(第1パルス光に対応する要素及び第2パルス光に対応する要素)のインパルス応答の例を示す。図9において、(A)は、第1パルス光f1Aの形状関数を示し、(B)は、第2パルス光の形状関数を示し、(C)は、第1パルス光に対応する低域フィルタの要素のインパルスレスポンスを示し、(D)は、第2パルス光に対応する低域フィルタの要素のインパルスレスポンスを示す。また、図9(A)及び図9(C)において、+及び−は、それぞれ+1及び−1を表す。 FIG. 9 corresponds to the shape function of the elements of the inspection pulse light f (first pulse light f 1A and second pulse light f 2 ) when performing pulse compression, and the elements of the low-pass filter h (first pulse light). An example of an impulse response of an element and an element corresponding to the second pulse light is shown. In FIG. 9, (A) shows the shape function of the first pulsed light f 1A , (B) shows the shape function of the second pulsed light, and (C) shows the low frequency band corresponding to the first pulsed light. The impulse response of the filter element is shown, and (D) shows the impulse response of the low-pass filter element corresponding to the second pulse light. In FIGS. 9A and 9C, + and − represent +1 and −1, respectively.

パルス圧縮を行う場合にも合成的方法(第1実施形態及び第2実施形態と同様に複数の検査パルス光fに対応する各ブリルアンスペクトルV(t,ν)を合成して合成スペクトルV(t,ν)を求める方法)で得られる点広がり関数は、 Also in the case of performing pulse compression, a synthetic method (like the first and second embodiments, each Brillouin spectrum V (t, v) corresponding to a plurality of inspection pulse lights f is synthesized to produce a synthesized spectrum V S ( The point spread function obtained by the method for obtaining t, v) is

と表される。この式(68)うち、F22(t,ν)は、第2パルス光fのパルス幅を広くとることにより、周波数方向への広がりが小さくなる。このため、F22(t,ν)は、周波数方向へは定数を除くことによりδ(ν)で近似できる。ここでδ(ν)はDiracのδ関数である。従って、F11はν=0の近傍の特性が重要になるが、擬似乱数の性質の式(67)により、 It is expressed. Of the formula (68), F 22 (t, ν) is less spread in the frequency direction by increasing the pulse width of the second pulsed light f 2 . For this reason, F 22 (t, ν) can be approximated by δ (ν) by removing constants in the frequency direction. Here, δ (ν) is a Dirac δ function. Therefore, the characteristic of F 11 in the vicinity of ν = 0 is important, but according to the expression (67) of the property of pseudorandom numbers,

となる。この両辺をtで積分すれば、 It becomes. If both sides are integrated by t,

となるから、D1を固定してd→0とすると、 Therefore, if D1 is fixed and d → 0,

となることに注意する。 Note that

以上のことから、Ψ(t,ν)は、時間、周波数の2次元空間でのδ関数のような振る舞いをする。このとき、δ関数の係数は、Mに比例するため、パルス圧縮を行わない場合(M=1に相当する場合)に比べて観測されるブリルアンスペクトルの強度は、M倍になる。これを信号の振幅とみなせば、信号の強度はMに増大することとなる。一方、信号の時間がM倍になることからノイズの強度(分散)がM倍になる。その結果、SN比は、M/M=M倍に増大することなる。 From the above, Ψ s (t, ν) behaves like a δ function in a two-dimensional space of time and frequency. At this time, since the coefficient of the δ function is proportional to M, the intensity of the observed Brillouin spectrum is M times that in the case where pulse compression is not performed (when M = 1). Is regarded as the amplitude of this signal, the intensity of the signal is to be increased to M 2. On the other hand, since the signal time is M times, the noise intensity (dispersion) is M times. As a result, the S / N ratio increases M 2 / M = M times.

ここで、パルス圧縮法における擬似乱数の具体的な構成について、より詳細に説明する。先ず、上記のGolay符号を用いる方法について説明する。   Here, the specific configuration of the pseudo random number in the pulse compression method will be described in more detail. First, a method using the above Golay code will be described.

長さMの符号列のペアA,B,k=0,1,…,M−1のそれぞれの自己相関の和が0以外のシフトに対してすべて0となるとき、即ち When the sum of the autocorrelation of each pair of length M code strings A m , B m , k = 0, 1,..., M−1 becomes 0 for all non-zero shifts,

が成立するとき、相補系列と呼ばれる。Golay符号系列は、±1という値をとるバイナリーな相補系列である。 Is called a complementary series. The Golay code sequence is a binary complementary sequence having a value of ± 1.

Golay符号を用いて変調をかけるために、第1パルス光は、以下の式(73)及び式(74)の2種類の系列(A系列とB系列)を用意する。   In order to perform modulation using the Golay code, two types of sequences (A sequence and B sequence) of the following formula (73) and formula (74) are prepared for the first pulse light.

また、これに対応する低域フィルタのインパルス応答を   In addition, the impulse response of the corresponding low-pass filter

とする。 And

Golay符号のA系列とB系列とのそれぞれに合成的方法を適用し、その後でスペクトルの和をとる。このときの点広がり関数は、   A synthetic method is applied to each of the A and B sequences of the Golay code, and then the spectrum is summed. The point spread function at this time is

であり、F11 (t,ν)+F11 (t,ν)のν=0での値は、Golay符号の性質により、 And the value of F 11 A (t, ν) + F 11 B (t, ν) at ν = 0 depends on the nature of the Golay code.

となる。従って、理想的な擬似乱数を使った場合と同一の結果が得られる。 It becomes. Therefore, the same result as that obtained when an ideal pseudorandom number is used can be obtained.

次に、単極型のGolay符号を用いる方法について説明する。   Next, a method using a unipolar Golay code will be described.

±1という2つの値を取る符号は双極型と呼ばれ、0,1という2つの値をとる符号は単極型と呼ばれる。双極型の符号は、0,πの2相位相変調で実現することになるが、単極型の符号は、振幅変調または光の強度変調という形で実現することができる。Golay符号系列は、双極型であるが、単極型に変形することができる。   A code that takes two values ± 1 is called a bipolar type, and a code that takes two values 0 and 1 is called a unipolar type. A bipolar type code is realized by two-phase phase modulation of 0 and π, while a unipolar type code can be realized in the form of amplitude modulation or light intensity modulation. The Golay code sequence is a bipolar type, but can be transformed into a monopolar type.

{Am},{Bm}をGolay符号系列として、次の4種類の符号系列を用意する。   The following four types of code sequences are prepared with {Am} and {Bm} as Golay code sequences.

このとき、A −A =A,B −B =Bであるから、 At this time, A m + −A m = A m , B m + −B m = B m ,

が成立する。従って、A ,A ,B ,B の4つの系列を用いて計測を行い、それぞれ、A,−A,B,−Bとの相関をとって重ね合わせればGolay符号と同一のδ関数が得られる。 Is established. Therefore, measurement is performed using four sequences of A m + , A m , B m + , and B m , and correlation is made with A m , −A m , B m , and −B m , respectively. When combined, the same δ function as the Golay code is obtained.

次に、パルス圧縮法と同様に、高いSN比が得られる行列反転の方法における行列の具体的な構成について詳細に説明する。先ず、アダマール行列を用いる方法について説明する。   Next, in the same manner as in the pulse compression method, the specific configuration of the matrix in the matrix inversion method that provides a high S / N ratio will be described in detail. First, a method using a Hadamard matrix will be described.

アダマール(Hadamard)行列とは、要素が±1のバイナリーな値を取り、且つ各行が互いに直交するような正方行列である。即ち、M次のアダマール行列は、   The Hadamard matrix is a square matrix whose elements have binary values of ± 1 and whose rows are orthogonal to each other. That is, the Mth order Hadamard matrix is

を満たす。ここで、Iは、M次の単位行列である。これにより、逆行列は、 Meet. Here, I M is an M-th unit matrix. As a result, the inverse matrix becomes

で与えられる。例えば、 Given in. For example,

は、アダマール行列になる。 Becomes a Hadamard matrix.

このアダマール行列を利用して、第1パルス光に次のようなM種類の系列を用意する。   Using this Hadamard matrix, the following M types of sequences are prepared for the first pulsed light.

即ち、m番目の第1パルス光は、アダマール行列の第m行に相当する。第1パルス光に対応する低域フィルタは、 That is, the mth first pulsed light corresponds to the mth row of the Hadamard matrix. The low-pass filter corresponding to the first pulse light is

とする。これは、各mについて共通である。 And This is common for each m.

各mについて、合成的方法によるBOTDRの計測を行ったときに得られるブリルアンスペクトルをV(t,ν),m=1,2,…,Mとおき、Hを掛けて以下の式(89)に示すようなM個のブリルアンスペクトルを求める。 For each m, V S the Brillouin spectrum obtained when performing the measurement of the BOTDR by synthetic methods, m (t, ν), m = 1,2, ..., M Distant, follows by multiplying the H T M Brillouin spectra as shown in Equation (89) are obtained.

さらに、これらを時間をずらしながら足し合わせて   Add these together while shifting the time.

とする。このようにして得られたブリルアンスペクトルは、パルス圧縮を行う場合と同様にSN比がM倍に増大する。尚、Mは、行列の要素の数に等しく、M個のセルを用いるパルス圧縮でSN比がM倍に増大したのと同様の効果になる。 And Such Brillouin spectrum thus obtained is likewise SN ratio in the case of performing pulse compression increases to twice M. Note that M 2 is equal to the number of elements of the matrix, and has the same effect as an S / N ratio increased M times by pulse compression using M cells.

上記の行列を用いる方法でのSN比の増大効果を確かめるには、パルス圧縮の場合と同様に点広がり関数の要素のF11(t,0)の挙動を調べればよい。先ず、各第1パルス光に対するものは、 In order to confirm the effect of increasing the S / N ratio in the method using the above matrix, the behavior of F 11 (t, 0) of the element of the point spread function may be examined as in the case of pulse compression. First, for each first pulse light,

となる。 It becomes.

これに、Hを作用させると、 To this, when the action of H T,

となる。従って、時間をずらして重ね合わせたものは、 It becomes. Therefore, what is superimposed at different times is

となり、パルス圧縮の場合と同一の形になる。 Thus, the shape is the same as in the case of pulse compression.

尚、上記のアダマール行列を用いる方法は、他の類似の行列にも拡張でき、同等の効果が得られる。例えば、アダマール行列の第1行と第1列とを除いた行列や、それを単極型に変換したS行列を用いる方法等がある。特に、単極型に変換したS行列を用いる方法は、シンプレックス法と呼ばれ、SN比の増大のための方法としてよく知られている。   The method using the Hadamard matrix can be extended to other similar matrices, and the same effect can be obtained. For example, there is a method of using a matrix obtained by removing the first row and the first column of the Hadamard matrix, or an S matrix obtained by converting it into a unipolar type. In particular, a method using an S matrix converted to a unipolar type is called a simplex method and is well known as a method for increasing the SN ratio.

上記第1実施形態の分布型光ファイバセンサ10は、検出用光ファイバ12からの検出光を光ヘテロダイン検波し、その出力をAD変換して2乗検波する1段へテロダイン受信によってブリルアンスペクトルを計測しているが、これに限定されず、第2実施形態の分布型光ファイバセンサ10aと同様に、検出光を光へテロダイン検波した後、さらにヘテロダイン検波し、その出力をAD変換して2乗検波する2段へテロダイン受信によりブリルアンスペクトルを計測してもよい。   The distributed optical fiber sensor 10 of the first embodiment measures the Brillouin spectrum by one-stage heterodyne reception that performs optical heterodyne detection on the detection light from the detection optical fiber 12 and AD-converts the output to square detection. However, the present invention is not limited to this, and similarly to the distributed optical fiber sensor 10a of the second embodiment, the detection light is subjected to optical heterodyne detection, and then heterodyne detection is performed. The Brillouin spectrum may be measured by two-stage heterodyne reception for detection.

例えば具体的に、図10に示されるように、スペクトル検出部30bの検波部31bが、光ヘテロダイン検波部33と、局部発振器37と、ヘテロダイン検波部(図10においてはミキサ回路)38と、AD変換部34と、信号処理部35とを有する。また、スペクトル検出部30bは、第2実施形態と異なり、参照信号の周波数を走査して各周波数でのブリルアンスペクトルの検出を行うために局部発振器37とヘテロダイン検波部38との間に周波数シフト部39を有する。この周波数シフト部39は、局部発振器37からの出力される参照信号(基準信号)の周波数を変調するための回路である。本実施形態の周波数シフト部39には、位相同期回路(PLL)が用いられる(図11参照)。この周波数シフト部(位相同期回路)39は、位相比較器391と、ローパスフィルタ(LPF)392と、増幅器393と電圧制御発振器394を有する。位相比較器391は、入力された2つの信号(本実施形態では、局部発振器37からの信号、及び電圧制御発振器394の出力信号)の位相差を電圧に変換して出力する回路である。ローパスフィルタ392は、帰還ループのフィルタであり、フィードバックを含む回路では短周期の信号変動が増幅されることで無用な発振が起きることがあるためこれを避けるために不要な短周期の変動を遮断する。電圧制御発振器394は、入力された電圧によって出力周波数を制御する回路である。本実施形態の電圧制御発振器394は、ローパスフィルタ392を通過した信号及び制御処理部50からの指示に基づく周波数シフト電圧を増幅器393が増幅したものを入力されることにより、前記周波数シフト電圧に応じた周波数の信号をヘテロダイン検波部38での参照信号として発振する。   For example, specifically, as shown in FIG. 10, the detection unit 31b of the spectrum detection unit 30b includes an optical heterodyne detection unit 33, a local oscillator 37, a heterodyne detection unit (mixer circuit in FIG. 10) 38, AD A conversion unit 34 and a signal processing unit 35 are included. Further, unlike the second embodiment, the spectrum detector 30b is a frequency shift unit between the local oscillator 37 and the heterodyne detector 38 in order to detect the Brillouin spectrum at each frequency by scanning the frequency of the reference signal. 39. The frequency shift unit 39 is a circuit for modulating the frequency of the reference signal (standard signal) output from the local oscillator 37. A phase locked loop (PLL) is used for the frequency shift unit 39 of this embodiment (see FIG. 11). The frequency shift unit (phase synchronization circuit) 39 includes a phase comparator 391, a low pass filter (LPF) 392, an amplifier 393, and a voltage controlled oscillator 394. The phase comparator 391 is a circuit that converts the phase difference between two input signals (in this embodiment, a signal from the local oscillator 37 and an output signal from the voltage controlled oscillator 394) into a voltage and outputs the voltage. The low-pass filter 392 is a feedback loop filter, and in a circuit including feedback, a short-cycle signal fluctuation is amplified, and unnecessary oscillation may occur, so an unnecessary short-cycle fluctuation is cut off to avoid this. To do. The voltage controlled oscillator 394 is a circuit that controls the output frequency according to the input voltage. The voltage controlled oscillator 394 according to the present embodiment receives the signal that has passed through the low-pass filter 392 and the frequency shift voltage obtained by amplifying the frequency shift voltage based on the instruction from the control processing unit 50 according to the frequency shift voltage. A signal having a different frequency is oscillated as a reference signal in the heterodyne detection unit 38.

この分布型光ファイバセンサ10bでは、光ヘテロダイン検波部33が、第1光源21から分岐されたコヒーレント光を参照光として検出用光ファイバ12からの検出光を光へテロダイン検波し、周波数が9〜11GHz程度のマイクロ波信号に変換する。そして、ヘテロダイン検波部38は、光ヘテロダイン検波部33からのマイクロ波信号をヘテロダイン検波し、周波数が−1GHz〜1GHz程度のベースバンド信号に変換する。このヘテロダイン検波部38においてヘテロダイン検波の参照信号として用いられるのは、局部発振器37で生成され、周波数シフト部39でνだけ周波数がシフトされた正弦波信号である。ヘテロダイン検波部38から出力されたI,Qの2チャンネルの信号は、AD変換部34でサンプリングされ、デジタル信号として信号処理部35(詳しくは2乗検波部351)に入力される。尚、ヘテロダイン検波部38からの出力は、I,Qの2チャンネルの代わりに、ベースバンド信号の帯域を0GHz〜2GHzとした1チャンネルの信号であってもよい。この場合、AD変換部34におけるサンプリングレートが2倍となる。 In this distributed optical fiber sensor 10b, the optical heterodyne detection unit 33 performs heterodyne detection on the detection light from the detection optical fiber 12 using the coherent light branched from the first light source 21 as a reference light, and has a frequency of 9 to It converts into a microwave signal of about 11 GHz. Then, the heterodyne detection unit 38 performs heterodyne detection on the microwave signal from the optical heterodyne detection unit 33 and converts it to a baseband signal having a frequency of about −1 GHz to 1 GHz. What is used as a reference signal for heterodyne detection in the heterodyne detection unit 38 is a sine wave signal generated by the local oscillator 37 and shifted in frequency by ν k by the frequency shift unit 39. The I and Q two-channel signals output from the heterodyne detection unit 38 are sampled by the AD conversion unit 34 and input to the signal processing unit 35 (specifically, the square detection unit 351) as a digital signal. The output from the heterodyne detection unit 38 may be a 1-channel signal in which the band of the baseband signal is 0 GHz to 2 GHz, instead of the 2 channels of I and Q. In this case, the sampling rate in the AD converter 34 is doubled.

信号処理部35の2乗検波部351は、AD変換部34からの信号に低域フィルタhをかけて2乗検波を行う。このとき、低域フィルタhのインパルス応答は、第1実施形態同様に、式(34)という形とし、この式(34)の右辺の各要素を検査パルス光fの要素と式(35)という関係にすると、低域フィルタhの処理は、式(38)で表される。このときの2乗検波部351からの出力は、式(39)と表される。合成部352は、式(40)により、2乗検波部351から入力された各jに対応するブリルアンスペクトルV(t,ν)を合成して合成スペクトルV(t,ν)を求め、この合成スペクトルV(t,ν)をシフト量計測部40に出力する。 The square detection unit 351 of the signal processing unit 35 performs square detection by applying a low-pass filter h to the signal from the AD conversion unit 34. At this time, the impulse response of the low-pass filter h is in the form of Expression (34) as in the first embodiment, and each element on the right side of Expression (34) is referred to as the element of the inspection pulse light f and Expression (35). In relation, the processing of the low-pass filter h is expressed by Expression (38). The output from the square detection unit 351 at this time is expressed by Expression (39). The synthesizer 352 synthesizes the Brillouin spectrum V (t, ν) corresponding to each j input from the square wave detector 351 according to the equation (40) to obtain a synthesized spectrum V S (t, ν). The combined spectrum V S (t, ν) is output to the shift amount measuring unit 40.

分布型光ファイバセンサは、光ファイバ中で生じた偏光面の変動によるブリルアンスペクトルの値の偏りを抑えるために、検出光を2つの成分に分けて検波し、その2乗和を取ることにより、偏光の影響を抑えるように構成されてもよい。   The distributed optical fiber sensor detects the detection light by dividing it into two components in order to suppress the bias of the Brillouin spectrum value due to the fluctuation of the polarization plane generated in the optical fiber, and by taking the square sum thereof, You may comprise so that the influence of polarization may be suppressed.

詳しくは、光ファイバ中を光が進むことでこの光の偏光状態が変化し(即ち、偏光面の変動が生じ)、光ファイバが長くなるとその制御や予測が困難となるため、従来のBOTDRでは、偏波スクランブラーと多数のパルスを用いてランダマイズしていた。しかし、この方法では、非常に多くのパルスを用いる必要があるため長い計測時間が必要であったり、ランダム化が十分でなければ、計測したブリルアンスペクトルの値が偏りを持ち十分な精度が確保できない場合があった。   Specifically, as the light travels through the optical fiber, the polarization state of this light changes (that is, the polarization plane fluctuates), and as the optical fiber becomes longer, its control and prediction becomes difficult. It was randomized using a polarization scrambler and multiple pulses. However, with this method, since it is necessary to use a very large number of pulses, if the measurement time is long or randomization is not sufficient, the measured Brillouin spectrum value is biased and sufficient accuracy cannot be secured. There was a case.

BOTDRでは、偏光ベクトルの絶対値は保存されるため、ベクトルの2つの成分(S波及びP波)を個別に計測してその2乗和をとるようにすれば偏光状態の変化の影響が排除され精度よく計測することができる。   In BOTDR, the absolute value of the polarization vector is preserved. Therefore, if the two components (S wave and P wave) of the vector are individually measured and the sum of the squares is taken, the influence of the change in the polarization state is eliminated. And can be measured with high accuracy.

例えば具体的に、図12に示されるように、検波部31cに、検出光をS波とP波とに分離する偏波分離器(PSB)311と、参照光を2つに分離する光カプラ312とが設けられると共に、分離されたS波からブリルアンスペクトルを検出するための第1の光ヘテロダイン検波部33a、第1のヘテロダイン検波部38a、及び第1のAD変換部34aと、分離されたP波からブリルアンスペクトルを検出するための第2の光ヘテロダイン検波部33b、第2のヘテロダイン検波部38b、及び第2のAD変換部34bと、が設けられる。この検波部31cでは、S波とP波とがそれぞれ光へテロダイン検波、ヘテロダイン検波を経てAD変換部34a,34bでそれぞれI,Qの2チャンネルに分けてデジタルサンプリングされ、信号処理部35に入力される。2乗検波部351cは、偏光のそれぞれの成分(S波及びP波)に対して、K個の周波数ν、k=1,2,…,Kについて、νを中心周波数とする帯域フィルタをかけて2乗検波を行う。そして、2乗検波部351cは、各偏光成分についての2乗検波した出力の和をとり、その和をブリルアンスペクトルV(t,ν)として出力する。 For example, specifically, as shown in FIG. 12, the detector 31c includes a polarization separator (PSB) 311 that separates the detected light into S and P waves, and an optical coupler that separates the reference light into two. 312 and a first optical heterodyne detection unit 33a, a first heterodyne detection unit 38a, and a first AD conversion unit 34a for detecting a Brillouin spectrum from the separated S wave. A second optical heterodyne detector 33b, a second heterodyne detector 38b, and a second AD converter 34b for detecting the Brillouin spectrum from the P wave are provided. In this detection unit 31c, the S wave and the P wave are subjected to optical heterodyne detection and heterodyne detection, respectively, and are digitally sampled into two I and Q channels by the AD conversion units 34a and 34b, respectively, and input to the signal processing unit 35. Is done. The square wave detector 351c is a bandpass filter having ν k as a center frequency for K frequencies ν k , k = 1, 2,..., K for each component of polarized light (S wave and P wave). And square detection. The square detection unit 351c calculates the sum of the square detection output for each polarization component, and outputs the sum as a Brillouin spectrum V (t, v).

検査パルス光を構成する短パルス光f(又は内部がM個のセルに分割されているパルス光f1A)と長パルス光fとの位相差θが互いに異なる複数の検査パルス光fを生成する方法は限定されない。上記第1実施形態及び第2実施形態では、共通の光パルス発生回路22において前記複数の検査パルス光fが生成されているが、これに限定されず、例えば、図13に示されるように、複数の光パルス発生回路22d,22e,22f,…が設けられ、光パルス発生回路22d,22e,22f,…毎に短パルス光fと長パルス光fとの位相差θが異なる検査パルス光fが生成されるようにしてもよい。この場合、図14に示されるように、各光パルス発生回路22d,22e,22f,…に対応する検波部31d,31e,31f,…がそれぞれ設けられ、各検波部31d,31e,31f,…により検波されたブリルアンスペクトルV(t,ν)が共通の合成部352において合成される。 A plurality of inspection pulse lights f having different phase differences θ between the short pulse light f 1 (or the pulse light f 1A, which is internally divided into M cells) and the long pulse light f 2 constituting the inspection pulse light. The method of generating is not limited. In the first embodiment and the second embodiment, the plurality of inspection pulse lights f are generated in the common optical pulse generation circuit 22. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. a plurality of optical pulse generating circuit 22 d, 22e, 22f, ... are provided, the light pulse generation circuit 22 d, 22e, 22f, test pulses ... each to the phase difference between the short pulse light f 1 and long pulse light f 2 theta is different The light f may be generated. In this case, as shown in FIG. 14, detectors 31d, 31e, 31f,... Corresponding to the respective optical pulse generators 22d, 22e, 22f,... Are provided, and the detectors 31d, 31e, 31f,. The Brillouin spectrum V (t, ν) detected by is synthesized in the common synthesis unit 352.

具体的には、波長分割多重(WDM)が用いられる。詳しくは、複数(図13においては4つ)の検査パルス光射出部20d,20e,20f,20g,…と、第1の光合分波器(合流部)60と、光サーキュレータ14と、検出用光ファイバ12と、第2の光合分波器(分離部)61と、各検査パルス光射出部20d,20e,20f,20g,…に対応する(即ち、各検査パルス光fにおける短パルス光fと長パルス光fとの位相差θに対応する)複数の検波部31d,31e,31f,31g,…と、合成部352と、シフト量計測部40と、出力部16と、を備える。 Specifically, wavelength division multiplexing (WDM) is used. Specifically, a plurality of (four in FIG. 13) inspection pulse light emitting sections 20d, 20e, 20f, 20g,..., A first optical multiplexer / demultiplexer (merging section) 60, an optical circulator 14, and a detection Corresponding to the optical fiber 12, the second optical multiplexer / demultiplexer (separator) 61, and the inspection pulse light emitting portions 20d, 20e, 20f, 20g,... (That is, the short pulse light f in each inspection pulse light f) comprising 1 to correspond to the phase difference θ between the long pulse light f 2) a plurality of detection portions 31d, 31e, 31f, 31g, ... and, a combining unit 352, a shift amount measuring unit 40, an output unit 16, the .

各検査パルス光射出部20d,20e,20f,20g,…は、第1光源21と光パルス発生回路22d,22e,22g,22f,…とをそれぞれ備える。各光パルス回路22d,22e,22g,22f,…は、短パルス光生成部24と、長パルス光生成部25と、移相変調部材26d,26e,26f,26g,…と、光合成器27とをそれぞれ備える。   Each of the inspection pulse light emitting units 20d, 20e, 20f, 20g,... Includes a first light source 21 and optical pulse generation circuits 22d, 22e, 22g, 22f,. Each of the optical pulse circuits 22d, 22e, 22g, 22f,... Includes a short pulse light generation unit 24, a long pulse light generation unit 25, phase shift modulation members 26d, 26e, 26f, 26g,. Each is provided.

各移相変調部材26d,26e,26f,26g,…は、上記第1実施形態及び第2実施形態の移相器と異なり、短パルス光fに対する長パルス光fの位相シフト量が固定され、移相変調部材26d,26e,26f,26g,…毎に前記位相シフト量がそれぞれ異なる。例えば、各移相変調部材26d,26e,26f,26g,…として、目標とする短パルス光fと長パルス光fとの位相差θに応じた厚さのガラス等がそれぞれ用いられる。 Each phase modulation member 26d, 26e, 26f, 26g, ... is the different from the first embodiment and the phase shifter of the second embodiment, the phase shift amount of the long pulse light f 2 with respect to the short-pulse light f 1 is fixed The phase shift amount is different for each of the phase shift modulation members 26d, 26e, 26f, 26g,. For example, each phase shift modulation member 26 d, 26e, 26f, 26 g, as ..., thickness glass of according to the phase difference θ between the short pulse light f 1 and long pulse light f 2 as a target is used, respectively.

第1の光合分波器61は、例えば光信号多重回路等で構成され、各検査パルス光射出部20d,20e,20f,20g,…から射出される検査パルス光fを重ねて(合成して)検出用光ファイバ12に出力し、第2の光合分波器61は、例えば光信号分離回路等で構成され、各検査パルス光射出部20d,20e,20f,20g,…から射出される検査パルス光fに対応するように、検出用光ファイバ12からの検出光を分離する。   The first optical multiplexer / demultiplexer 61 is composed of, for example, an optical signal multiplexing circuit or the like, and superimposes (synthesizes) the inspection pulse lights f emitted from the inspection pulse light emission units 20d, 20e, 20f, 20g,. ) The second optical multiplexer / demultiplexer 61 is output to the detection optical fiber 12 and is composed of, for example, an optical signal separation circuit or the like, and is emitted from each of the inspection pulse light emitting sections 20d, 20e, 20f, 20g,. The detection light from the detection optical fiber 12 is separated so as to correspond to the pulsed light f.

各検波部31d,31e,31f,31g,…は、第2光源32と、光ヘテロダイン検波部33と、AD変換部34と、2乗検波部351とをそれぞれ備え、対応する検査パルス光fに基づく検出光からブリルアンスペクトルV(t,ν)をそれぞれ求める。   Each of the detection units 31d, 31e, 31f, 31g,... Includes a second light source 32, an optical heterodyne detection unit 33, an AD conversion unit 34, and a square detection unit 351, respectively. The Brillouin spectrum V (t, v) is obtained from the detected light based on the detected light.

合成部352は、各検波部31d,31e,31f,31g,…で求められたブリルアンスペクトルV(t,ν)を合成して合成スペクトルV(t,ν)を生成する。図14においては、合成部352として、位相合成フィルタが用いられている。 The synthesizer 352 synthesizes the Brillouin spectrum V (t, ν) obtained by the detectors 31d, 31e, 31f, 31g,... To generate a synthesized spectrum V S (t, ν). In FIG. 14, a phase synthesis filter is used as the synthesis unit 352.

この分布型光ファイバセンサによっても、複数のブリルアンスペクトルV(t,ν)が合成されることにより、高空間分解能で且つ高周波数分解能をもつ合成スペクトルV(t,ν)を得ることができる。しかも、複数の検査パルス光射出部20d,20e,20f,20g,…において前記位相差θの互いに異なる複数の検査パルス光fを同時に生成することができると共に、検出用光ファイバ12からの検出光に基づき複数の検波部31d,31e,31f,31g,…において各検査パルス光fに対応するブリルアンスペクトルV(t,ν)を同時に求めることができるため、計測時間を短縮することができる。 Also with this distributed optical fiber sensor, a plurality of Brillouin spectra V (t, ν) are synthesized, so that a synthesized spectrum V S (t, ν) having a high spatial resolution and a high frequency resolution can be obtained. . In addition, a plurality of inspection pulse lights f having different phase differences θ can be simultaneously generated in the plurality of inspection pulse light emitting sections 20d, 20e, 20f, 20g,... And the detection light from the detection optical fiber 12 , The Brillouin spectrum V (t, ν) corresponding to each inspection pulse light f can be obtained simultaneously in the plurality of detection units 31d, 31e, 31f, 31g,..., And the measurement time can be shortened.

また、検出パルス光射出部20d,20e,20f,20g,…毎に生成される検査パルス光fの第1パルス光f(又はf1A)と第2パルス光fとの位相差θを固定することができ、これにより、同一の回路等で前記位相差θの異なる複数の検査パルス光fを全て生成する場合に比べて位相差θを形成する部位の構成を簡略化することができる。 Further, the phase difference θ between the first pulse light f 1 (or f 1A ) and the second pulse light f 2 of the inspection pulse light f generated for each of the detection pulse light emitting units 20d, 20e, 20f, 20g,. As a result, it is possible to simplify the configuration of the portion that forms the phase difference θ as compared to the case where all of the plurality of inspection pulse lights f having different phase differences θ are generated by the same circuit or the like. .

上記第1実施形態及び第2実施形態では、検出用光ファイバ12の長尺方向のある点における振動は、その点におけるブリルアンスペクトルの周波数軸方向への振動という現象として現れることを利用すれば、検出用光ファイバ12の長尺方向における各位置の振動を検出することが可能となる。   In the first embodiment and the second embodiment, if the fact that the vibration at a certain point in the longitudinal direction of the optical fiber for detection 12 appears as a phenomenon in the frequency axis direction of the Brillouin spectrum at that point is utilized, It becomes possible to detect vibration at each position in the longitudinal direction of the detection optical fiber 12.

例えば、具体的に、合成スペクトルV(t,ν)をグラフ化したときの(図4(B)参照)肩の傾きの最も急峻な周波数を一つ特定し、この周波数でのスペクトル強度の振動を計測することにより、当該合成スペクトルV(t,ν)が得られた位置の検出用光ファイバ12の振動が計測される。この方法の感度は、スペクトルの傾きに比例するが、上記第1実施形態及び第2実施形態の分布型光ファイバセンサ10,10a等では、検出される合成スペクトルV(t,ν)が高い空間分解能を有し線幅を小さく保つことができるため、高空間分解能で且つ高感度な分布振動センサを構成することができる。 For example, specifically, one of the steepest frequencies of the shoulder inclination when the synthesized spectrum V S (t, ν) is graphed (see FIG. 4B) is specified, and the spectrum intensity at this frequency is determined. By measuring the vibration, the vibration of the detection optical fiber 12 at the position where the combined spectrum V S (t, ν) is obtained is measured. The sensitivity of this method is proportional to the slope of the spectrum, but the detected combined spectrum V S (t, ν) is high in the distributed optical fiber sensors 10, 10a, etc. of the first and second embodiments. Since the spatial resolution is maintained and the line width can be kept small, a distributed vibration sensor with high spatial resolution and high sensitivity can be configured.

10 分布型光ファイバセンサ
12 検出用光ファイバ(光ファイバ)
12a 第1端部(特定の端部)
20 検査パルス光射出部
22 光パルス発生回路
24 短パルス光生成部
25 長パルス光生成部
26 移相器
27 光合成器
30 スペクトル検出部
31 検波部
36 スペクトル合成部
40 シフト量計測部
f 検査パルス光(検査光)
短パルス光(第1パルス光)
長パルス光(第2パルス光)
h 低域(整合)フィルタ(フィルタ)
V ブリルアンスペクトル
合成スペクトル
θ 検査パルス光を構成する短パルス光と長パルス光との位相差
10 distributed optical fiber sensor 12 optical fiber for detection (optical fiber)
12a First end (specific end)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 Inspection pulse light emission part 22 Optical pulse generation circuit 24 Short pulse light generation part 25 Long pulse light generation part 26 Phase shifter 27 Optical synthesizer 30 Spectrum detection part 31 Detection part 36 Spectrum synthesis part 40 Shift amount measurement part f Inspection pulse light (Inspection light)
f 1 short pulse light (first pulse light)
f 2 long pulse light (second pulse light)
h Low-pass (matching) filter (filter)
V Brillouin spectrum V S composite spectrum θ Phase difference between short pulse light and long pulse light constituting inspection pulse light

Claims (6)

光ファイバをセンサとして用いる分布型光ファイバセンサであって、
当該センサの空間分解能に基づくパルス幅の第1パルス光を生成する第1パルス光生成部と、
当該センサの周波数分解能の逆数に基づくパルス幅の第2パルス光を生成する第2パルス光生成部と、
前記第1パルス光と前記第2パルス光との間に所定の位相差を設けてこれら第1パルス光と第2パルス光とを合成して検査光を生成し、この検査光を前記光ファイバの特定の端部に向けて射出する検査光生成部と、
前記検査光が入射した光ファイバの特定の端部から射出されるブリルアン散乱現象に係る光に基づいてブリルアンスペクトルを検出するスペクトル検出部と、
前記光ファイバに生じた歪み又は/及び温度によるブリルアン周波数シフト量を計測するシフト量計測部と、を備え、
前記検査光生成部は、前記位相差が互いに異なる複数の検査光を生成し、
前記スペクトル検出部は、前記ブリルアン散乱現象に係る光に対し、各検査光における第1パルス光と第2パルス光との位相差に対応するフィルタをそれぞれかけることにより前記複数の検査光に対応するブリルアンスペクトルをそれぞれ求める検波部と、この検波部で求められた各ブリルアンスペクトル同士を合成する合成部と、を有し、
前記シフト量計測部は、前記合成部で合成されたブリルアンスペクトルである合成スペクトルに基づいて前記ブリルアン周波数シフト量を計測することを特徴とする分布型光ファイバセンサ。
A distributed optical fiber sensor using an optical fiber as a sensor,
A first pulsed light generator that generates first pulsed light having a pulse width based on the spatial resolution of the sensor;
A second pulsed light generator that generates second pulsed light having a pulse width based on the reciprocal of the frequency resolution of the sensor;
A predetermined phase difference is provided between the first pulsed light and the second pulsed light, the first pulsed light and the second pulsed light are combined to generate inspection light, and the inspection light is transmitted to the optical fiber. An inspection light generator that emits toward a specific end of
A spectrum detector for detecting a Brillouin spectrum based on light related to a Brillouin scattering phenomenon emitted from a specific end of the optical fiber on which the inspection light is incident;
A shift amount measuring unit for measuring a Brillouin frequency shift amount due to strain or / and temperature generated in the optical fiber,
The inspection light generation unit generates a plurality of inspection lights having different phase differences from each other,
The spectrum detector corresponds to the plurality of inspection lights by applying a filter corresponding to the phase difference between the first pulse light and the second pulse light in each inspection light to the light related to the Brillouin scattering phenomenon. A detection unit for obtaining the Brillouin spectrum, and a synthesis unit for synthesizing the Brillouin spectra obtained by the detection unit,
The distributed optical fiber sensor, wherein the shift amount measuring unit measures the Brillouin frequency shift amount based on a combined spectrum that is a Brillouin spectrum combined by the combining unit.
前記合成部は、前記検波部で求められた各ブリルアンスペクトルから時間方向の広がりが小さく且つ周波数方向の広がりが小さな成分が抽出されるように前記各ブリルアンスペクトルの重み付き和をとることを特徴とする請求項1に記載の分布型光ファイバセンサ。   The synthesizing unit takes a weighted sum of the Brillouin spectra so that components having a small spread in the time direction and a small spread in the frequency direction are extracted from each Brillouin spectrum obtained by the detection unit. The distributed optical fiber sensor according to claim 1. 前記検波部は、信号処理によって前記フィルタの中心周波数を走査することによりブリルアンスペクトルを求めることを特徴とする請求項1又は2に記載の分布型光ファイバセンサ。   The distributed optical fiber sensor according to claim 1 or 2, wherein the detection unit obtains a Brillouin spectrum by scanning a center frequency of the filter by signal processing. 前記スペクトル検出部は、前記ブリルアン散乱現象に係る光を水直成分と水平成分とに偏波分離する分離部を有し、
前記検波部は、前記分離部で分離されたブリルアン散乱現象に係る光の垂直成分と水平成分とに対して前記位相差に対応するフィルタをそれぞれかけたあとこれらの二乗和をとることによってブリルアンスペクトルを求めることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の分布型光ファイバセンサ。
The spectrum detection unit includes a separation unit that separates the light related to the Brillouin scattering phenomenon into a horizontal component and a horizontal component,
The detection unit applies a filter corresponding to the phase difference to the vertical component and the horizontal component of the light related to the Brillouin scattering phenomenon separated by the separation unit, and then calculates the Brillouin spectrum by taking the sum of squares thereof. The distributed optical fiber sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein:
光ファイバをセンサとして用いる分布型光ファイバセンサであって、
当該センサの空間分解能に相当する距離を光が往復する時間よりも大きなパルス幅の長パルス光に基づく第1パルス光を生成する第1パルス光生成部と、
当該センサの周波数分解能の逆数に基づくパルス幅の第2パルス光を生成する第2パルス光生成部と、
前記第1パルス光と前記第2パルス光との間に所定の位相差を設けてこれら第1パルス光と第2パルス光とを合成して検査光を生成し、この検査光を前記光ファイバの特定の端部に向けて射出する検査光生成部と、
前記検査光が入射した光ファイバの特定の端部から射出されるブリルアン散乱現象に係る光に基づいてブリルアンスペクトルを検出するスペクトル検出部と、
前記光ファイバに生じた歪み又は/及び温度によるブリルアン周波数シフト量を計測するシフト量計測部と、を備え、
前記第1パルス光生成部は、前記長パルス光を前記空間分解能に基づく幅の複数のセルに分割し、この分割された長パルス光を所定の符号系列を用いて変調して前記第1パルス光を生成し、
前記検査光生成部は、前記位相差が互いに異なる複数の検査光を生成し、
前記スペクトル検出部は、前記ブリルアン散乱現象に係る光に対し、各検査光における第1パルス光と第2パルス光との位相差に対応するフィルタをそれぞれかけると共に前記第1パルス光生成部における変調に対応する復調を行った後にパルス圧縮することにより前記複数の検査光に対応するブリルアンスペクトルをそれぞれ求める検波部と、この検波部で求められた各ブリルアンスペクトル同士を合成する合成部と、を有し、
前記シフト量計測部は、前記合成部で合成されたブリルアンスペクトルである合成スペクトルに基づいて前記ブリルアン周波数シフト量を計測することを特徴とする分布型光ファイバセンサ。
A distributed optical fiber sensor using an optical fiber as a sensor,
A first pulsed light generating unit that generates first pulsed light based on long pulsed light having a pulse width greater than the time required for light to reciprocate at a distance corresponding to the spatial resolution of the sensor;
A second pulsed light generator that generates second pulsed light having a pulse width based on the reciprocal of the frequency resolution of the sensor;
A predetermined phase difference is provided between the first pulsed light and the second pulsed light, the first pulsed light and the second pulsed light are combined to generate inspection light, and the inspection light is transmitted to the optical fiber. An inspection light generator that emits toward a specific end of
A spectrum detector for detecting a Brillouin spectrum based on light related to a Brillouin scattering phenomenon emitted from a specific end of the optical fiber on which the inspection light is incident;
A shift amount measuring unit for measuring a Brillouin frequency shift amount due to strain or / and temperature generated in the optical fiber,
The first pulsed light generation unit divides the long pulsed light into a plurality of cells having a width based on the spatial resolution, modulates the divided long pulsed light using a predetermined code sequence, and then modulates the first pulsed light. Produce light,
The inspection light generation unit generates a plurality of inspection lights having different phase differences from each other,
The spectrum detector applies a filter corresponding to the phase difference between the first pulse light and the second pulse light in each inspection light to the light related to the Brillouin scattering phenomenon, and modulates in the first pulse light generation unit And detecting a Brillouin spectrum corresponding to each of the plurality of inspection lights by performing pulse compression after demodulation, and a combining unit for synthesizing the Brillouin spectra obtained by the detection unit. And
The distributed optical fiber sensor, wherein the shift amount measuring unit measures the Brillouin frequency shift amount based on a combined spectrum that is a Brillouin spectrum combined by the combining unit.
光ファイバをセンサとして用いる分布型光ファイバセンサであって、
当該センサの空間分解能に基づくパルス幅の第1パルス光と当該センサの空間分解能の逆数に基づく第2パルス光との間に所定の位相差を設けてこれら第1パルス光と第2パルス光とを合成した合成パルス光を生成する複数の合成パスル光生成部と、
各合成パルス光生成部で生成された合成パルス光を合流させて検査光とし、この検査光を前記光ファイバの特定の端部に向けて射出する合流部と、
前記検査光が入射した光ファイバの特定の端部から射出されるブリルアン散乱現象に係る光を前記合流部での合流前の各合成パルス光と対応する分離光に分離する分離部と、
前記分離した各分離光に対してフィルタをかけることによりブリルアンスペクトルをそれぞれ求める複数の検波部と、
各検波部で求められたブリルアンスペクトル同士を合成する合成部と、
前記合成部で合成されたブリルアンスペクトルである合成スペクトルに基づいてブリルアン周波数シフト量を計測する前記シフト量計測部と、を備え、
前記所定の位相差は、前記合成パルス光生成部毎に異なり、
各検波部は、前記分離光に対応した合成パルス光を構成する第1パルス光と第2パルス光との位相差に応じたフィルタを用いることを特徴とする分布型光ファイバセンサ。
A distributed optical fiber sensor using an optical fiber as a sensor,
A predetermined phase difference is provided between the first pulse light having a pulse width based on the spatial resolution of the sensor and the second pulse light based on the reciprocal of the spatial resolution of the sensor, and the first pulse light and the second pulse light A plurality of combined pulse light generators for generating combined pulsed light,
The combined pulse light generated by each combined pulse light generation unit is combined into inspection light, and the inspection unit emits the inspection light toward a specific end of the optical fiber;
A separation unit that separates light related to the Brillouin scattering phenomenon emitted from a specific end of the optical fiber into which the inspection light is incident into separated light corresponding to each combined pulsed light before joining at the joining unit;
A plurality of detectors each for obtaining a Brillouin spectrum by applying a filter to each separated separated light;
A synthesis unit for synthesizing the Brillouin spectra obtained by each detection unit;
The shift amount measuring unit that measures the Brillouin frequency shift amount based on the combined spectrum that is the Brillouin spectrum combined by the combining unit, and
The predetermined phase difference is different for each of the combined pulse light generation units,
Each detection unit uses a filter according to the phase difference between the first pulsed light and the second pulsed light constituting the combined pulsed light corresponding to the separated light, and a distributed optical fiber sensor.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103743354A (en) * 2014-01-06 2014-04-23 桂林电子科技大学 Dynamic strain measurement method and dynamic strain measurement device based on Brillouin phase shift detection
WO2018083732A1 (en) * 2016-11-01 2018-05-11 ニューブレクス株式会社 Brillouin scattering measurement method and brillouin scattering measurement device
US10066973B2 (en) 2016-02-29 2018-09-04 Neubrex Co., Ltd. Brillouin scattering measurement method and brillouin scattering measurement system
US11214926B2 (en) 2017-07-31 2022-01-04 Ecolab Usa Inc. Dry polymer application method

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ITBO20130142A1 (en) 2013-03-29 2014-09-30 Filippo Bastianini QUESTIONER FOR FIBER OPTIC DISTRIBUTED SENSORS FOR STIMULATED BRILLOUIN EFFECT USING A QUICKLY TUNING BRACELET RING LASER
WO2015170355A1 (en) 2014-05-05 2015-11-12 Filippo Bastianini Apparatus for interrogating distributed optical fibre sensors using a stimulated brillouin scattering optical frequency-domain interferometer
EP3690392B1 (en) * 2014-06-09 2021-11-10 Nira Dynamics AB Method, system and computer program product for detection of short term irregularities in a road surface
DE102015114670A1 (en) 2015-09-02 2017-03-02 Lios Technology Gmbh Apparatus and method for the spatially resolved measurement of temperature and / or strain by means of Brillouin scattering
JP6288013B2 (en) * 2015-09-07 2018-03-07 横河電機株式会社 Optical fiber characteristic measuring device
US20230073833A1 (en) * 2020-02-06 2023-03-09 Nec Corporation Water pressure fluctuation measuring system and water pressure fluctuation measuring method
WO2022137511A1 (en) * 2020-12-25 2022-06-30 三菱電機株式会社 Laser radar device

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2575794B2 (en) * 1988-04-28 1997-01-29 日本電信電話株式会社 Optical fiber characteristics evaluation device
JP2565128B2 (en) * 1993-12-24 1996-12-18 日本電気株式会社 Optical WDM transmission system
JP4004720B2 (en) * 2000-08-09 2007-11-07 富士通株式会社 Chromatic dispersion measuring apparatus and method
JP5021221B2 (en) * 2006-03-09 2012-09-05 ニューブレクス株式会社 Distributed optical fiber sensor
JP5122120B2 (en) * 2006-12-13 2013-01-16 横河電機株式会社 Optical fiber characteristic measuring device

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103743354A (en) * 2014-01-06 2014-04-23 桂林电子科技大学 Dynamic strain measurement method and dynamic strain measurement device based on Brillouin phase shift detection
CN103743354B (en) * 2014-01-06 2016-08-24 桂林电子科技大学 A kind of dynamic strain measurement method based on Brillouin's phase shift detection and measurement apparatus
US10066973B2 (en) 2016-02-29 2018-09-04 Neubrex Co., Ltd. Brillouin scattering measurement method and brillouin scattering measurement system
WO2018083732A1 (en) * 2016-11-01 2018-05-11 ニューブレクス株式会社 Brillouin scattering measurement method and brillouin scattering measurement device
JPWO2018083732A1 (en) * 2016-11-01 2019-07-18 ニューブレクス株式会社 Brillouin scattering measurement method and Brillouin scattering measurement apparatus
US11214926B2 (en) 2017-07-31 2022-01-04 Ecolab Usa Inc. Dry polymer application method

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