JP6290798B2 - OFDR device - Google Patents
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Description
本発明は、OFDR装置に関し、特に所定の波長範囲を掃引する光源を用いてファイバブラッグ回折格子(Fiber Bragg Grating:FBG)を有する被測定光ファイバの歪み分布又は温度分布を測定するOFDR装置に関する。 The present invention relates to an OFDR apparatus, and more particularly to an OFDR apparatus that measures a strain distribution or a temperature distribution of an optical fiber to be measured having a fiber Bragg grating (FBG) using a light source that sweeps a predetermined wavelength range.
従来から、光周波数領域反射測定法(Optical Frequency Domain Reflectometry:OFDR)を用いて、光ファイバの歪み分布又は温度分布を測定するOFDR装置が知られている(例えば、特許文献1,2参照)。光ファイバの歪み分布と温度分布は同じ手法で測定可能であるため、以下では歪み測定を例に挙げてOFDR装置の構成及び動作を説明する。
2. Description of the Related Art Conventionally, OFDR apparatuses that measure strain distribution or temperature distribution of an optical fiber using an optical frequency domain reflectometry (OFDR) are known (see, for example,
図12に、従来のOFDR装置の基本構成を示す。掃引光源41は、時間に対して光の周波数が直線的に変化するように出力光の波長を掃引する。光カプラ42は掃引光源41の出力光を2つに分岐する。光カプラ42で分岐された光の一方は被測定光ファイバ43に入射し、他方は反射用光ファイバ44に入射する。被測定光ファイバ43は、所定の長さのファイバブラッグ回折格子(Fiber Bragg Grating:FBG)45を備える。FBG45はその格子間隔に応じた特定の波長の光を反射するものであり、被測定光ファイバ43の長手方向に歪みが加わると反射する光の波長が変化する。
FIG. 12 shows a basic configuration of a conventional OFDR apparatus. The
反射用光ファイバ44の先端には全ての波長の光を反射する反射膜(反射面)44aが付いている。被測定光ファイバ43のFBG45で反射した光と反射用光ファイバ44の反射膜44aで反射した光(基準光)は光カプラ42で合波され、被測定光ファイバ43からの反射光と基準光が干渉する。受光器46は、この干渉光の光強度を電気信号(ビート信号)に変換して出力する。
A reflection film (reflection surface) 44 a that reflects light of all wavelengths is attached to the tip of the reflection
ビート信号の周波数fは、被測定光ファイバ43からの反射光と基準光の光周波数の差δvである。図13に示すように、光カプラ42からFBG45の入射端までの被測定光ファイバ43のファイバ長をLS、光カプラ42から反射膜44aまでのファイバ長をLRとし、掃引光源41の光周波数掃引速度をV[Hz/s]、被測定光ファイバ43の屈折率をn、光速をcとすると、FBG45の入射端から距離zの位置で反射した光に関するビート信号の周波数f(z)は、下記の式(1)で表すことができる。
f(z)=V×2n(z+LS−LR)/c ・・・(1)
The frequency f of the beat signal is a difference δv between the reflected light from the measured
f (z) = V × 2n (z + LS−LR) / c (1)
式(1)は、LS=LRとなるように光学系を配置すれば、次式のようになる。
f(z)=V×2nz/c ・・・(2)
Equation (1) becomes the following equation if the optical system is arranged so that LS = LR.
f (z) = V × 2nz / c (2)
FBG45の至る所で光の反射が起こるため、受光器46には、FBG45で発生した全ての反射光が重畳されて受光される。受光器46から出力された電気信号(ビート信号)はA/D変換器47でディジタル信号に変換される。よって、このディジタル信号を離散フーリエ変換して周波数f=f(z)の信号強度を求めれば、その信号強度は位置zからの反射光の強度となる。
Since light is reflected everywhere in the FBG 45, all the reflected light generated by the FBG 45 is superimposed on the
スペクトログラム算出部48では、上記のディジタル信号に対して微小波長区間ごとに離散フーリエ変換を行ない、スペクトログラムを算出する。ピーク波長検出部49は、算出されたスペクトログラムの微小周波数区間ごとに波長軸方向のピークを検出する。さらに、ピーク波長検出部49は、得られたピークとFBG45に歪みが掛かっていない状態での反射波長との差Δλに基づいて、被測定光ファイバ43の位置ごとの歪みを出力する。
The
反射波長の変化Δλが微小であれば、図14に示すようにΔλは歪みεに比例し、Δλ=a×εとなる。ここで、歪みεの単位は1μストレインであり、これは1mの物体が1μm伸縮したときの歪み量を表す。例えば、n=1.45であり、歪みがない場合の反射波長が1550nmの場合には、aは1.2×10−6程度の値となる。 If the change Δλ in reflection wavelength is small, Δλ is proportional to the strain ε as shown in FIG. 14, and Δλ = a × ε. Here, the unit of strain ε is 1 μ strain, which represents the amount of strain when a 1 m object expands and contracts by 1 μm. For example, when n = 1.45 and the reflection wavelength when there is no distortion is 1550 nm, a is about 1.2 × 10 −6 .
上記の式(1),(2)から分かるように、特許文献1,2に開示されたような従来のOFDR装置においては、測定距離範囲、すなわち距離zが長くなると、ビート信号の周波数f(z)が高くなる。しかしながら、検出できるビート信号の最大周波数fLIMITは受光器やA/D変換器の帯域で決まり、例えばLS=LRである式(2)の場合には、測定できる最大の距離zLIMITはzLIMIT=c/(2nV)×fLIMITに制限される。つまり、zLIMITを拡大して長距離にわたって歪み分布又は温度分布の測定を行うためには、高速の受光器及びA/D変換器が必要となり、コストが高くなるという問題があった。
As can be seen from the above formulas (1) and (2), in the conventional OFDR apparatus as disclosed in
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであって、FBGに対する歪み分布又は温度分布の測定において、受光器及びA/D変換器の測定帯域を拡大させることなく、測定可能なFBGの距離範囲を拡大させることが可能なOFDR装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a conventional problem, and in the measurement of strain distribution or temperature distribution with respect to the FBG, without expanding the measurement band of the light receiver and the A / D converter, An object of the present invention is to provide an OFDR device capable of expanding the measurable FBG distance range.
上記課題を解決するために、本発明の請求項1のOFDR装置は、所定の光周波数掃引速度で波長掃引された光を出力する光源と、所定の反射波長の光を反射するファイバブラッグ回折格子を含む被測定光ファイバと、前記光源からの出力光を反射する反射面を有する反射用光ファイバと、前記被測定光ファイバ及び前記反射用光ファイバに前記光源からの出力光を分岐して入力するとともに、前記被測定光ファイバからの反射光と前記反射用光ファイバからの反射光を合波する光合分波部と、前記光合分波部によって合波された合波光を電気信号に変換する受光器、及び、前記電気信号をディジタル信号に変換するA/D変換器を有し、前記ディジタル信号を離散フーリエ変換してスペクトログラムを算出し、当該スペクトログラムのピーク波長を検出することにより、前記ファイバブラッグ回折格子の各位置における反射波長を検出する反射波長検出部と、備え、前記被測定光ファイバの歪み分布又は温度分布を測定するOFDR装置において、反射波長が互いに異なる複数の前記ファイバブラッグ回折格子が前記被測定光ファイバの長手方向に沿って、連続的に又は所定間隔を開けて直列に配置されており、前記反射用光ファイバの前記反射面は、隣り合う2つの前記ファイバブラッグ回折格子の境界又は間隙に対応する位置のうちの少なくとも1つに配置され、前記反射波長検出部による離散フーリエ変換で得られたフーリエ周波数f(z)が、各前記ファイバブラッグ回折格子において異なる位置zで同一の値にならないように、前記反射面を配置したことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, an OFDR apparatus according to
また、本発明の請求項2のOFDR装置においては、前記被測定光ファイバの長手方向に沿った前記複数のファイバブラッグ回折格子の配置順序は、反射波長に関して昇順又は降順であることを特徴とする。 In the OFDR apparatus according to claim 2 of the present invention, the arrangement order of the plurality of fiber Bragg gratings along the longitudinal direction of the optical fiber to be measured is ascending or descending with respect to the reflection wavelength. .
また、本発明の請求項3のOFDR装置においては、前記被測定光ファイバに配置された前記複数のファイバブラッグ回折格子に歪みが掛かっていない状態において、前記複数のファイバブラッグ回折格子の長さが全て等しいとともに、隣り合う2つのファイバブラッグ回折格子の中心間距離も全て等しいことを特徴とする。 In the OFDR device according to claim 3 of the present invention, the lengths of the plurality of fiber Bragg diffraction gratings are not strained in the plurality of fiber Bragg diffraction gratings arranged in the optical fiber to be measured. All are equal, and the distance between the centers of two adjacent fiber Bragg gratings is also equal.
また、本発明の請求項4のOFDR装置においては、前記中心間距離をL、前記被測定光ファイバの屈折率をn、前記光源の光周波数掃引速度をV、光速をcとしたときに、前記反射波長検出部の検出周波数の上限がV×2nL/c以上であることを特徴とする。 In the OFDR device according to claim 4 of the present invention, when the distance between the centers is L, the refractive index of the optical fiber to be measured is n, the optical frequency sweep speed of the light source is V, and the speed of light is c, The upper limit of the detection frequency of the reflection wavelength detector is V × 2 nL / c or more.
また、本発明の請求項7のOFDR装置は、所定の光周波数掃引速度で波長掃引された光を出力する光源と、所定の反射波長の光を反射するファイバブラッグ回折格子を含む被測定光ファイバと、前記光源からの出力光を反射する反射面を有する反射用光ファイバと、前記被測定光ファイバ及び前記反射用光ファイバに前記光源からの出力光を分岐して入力するとともに、前記被測定光ファイバからの反射光と前記反射用光ファイバからの反射光を合波する光合分波部と、前記光合分波部によって合波された合波光を電気信号に変換する受光器、及び、前記電気信号をディジタル信号に変換するA/D変換器を有し、前記ディジタル信号を離散フーリエ変換してスペクトログラムを算出し、当該スペクトログラムのピーク波長を検出することにより、前記ファイバブラッグ回折格子の各位置における反射波長を検出する反射波長検出部と、備え、前記被測定光ファイバの歪み分布又は温度分布を測定するOFDR装置において、反射波長が互いに異なる複数の前記ファイバブラッグ回折格子が前記被測定光ファイバの長手方向に沿って、連続的に又は所定間隔を開けて直列に配置されており、前記反射用光ファイバの前記反射面は、隣り合う2つの前記ファイバブラッグ回折格子の境界又は間隙に対応する位置のうちの少なくとも1つに配置され、前記反射用光ファイバの前記反射面は、前記被測定光ファイバに配置された前記複数のファイバブラッグ回折格子のうち、前記光合分波部に近い側から数えて奇数番目のファイバブラッグ回折格子の出射端に対応する位置に配置されることを特徴とする。 Further, OFDR equipment according to claim 7 of the present invention, predetermined light and a light source for outputting light wavelength-swept frequency sweep rate, the measured light containing fiber Bragg grating that reflects light of a predetermined reflection wavelength A fiber, a reflection optical fiber having a reflection surface for reflecting the output light from the light source, and branching and inputting the output light from the light source to the measurement optical fiber and the reflection optical fiber; An optical multiplexing / demultiplexing unit that multiplexes the reflected light from the measurement optical fiber and the reflected light from the reflecting optical fiber, a light receiver that converts the combined light combined by the optical multiplexing / demultiplexing unit into an electrical signal, and Having an A / D converter for converting the electrical signal into a digital signal, performing a discrete Fourier transform on the digital signal to calculate a spectrogram, and detecting a peak wavelength of the spectrogram; A reflection wavelength detector that detects a reflection wavelength at each position of the fiber Bragg diffraction grating, and an OFDR device that measures a strain distribution or a temperature distribution of the optical fiber to be measured. Fiber Bragg gratings are arranged in series along the longitudinal direction of the optical fiber to be measured or in series at predetermined intervals, and the reflective surface of the optical fiber for reflection includes two adjacent fibers The reflection surface of the optical fiber for reflection is arranged at at least one of positions corresponding to the boundary or gap of the Bragg diffraction grating, and the reflection surface of the optical fiber for reflection is one of the plurality of fiber Bragg diffraction gratings arranged in the optical fiber to be measured. , Arranged at a position corresponding to the output end of the odd-numbered fiber Bragg grating counted from the side close to the optical multiplexing / demultiplexing portion And wherein the door.
また、本発明の請求項8のOFDR装置は、所定の光周波数掃引速度で波長掃引された光を出力する光源と、所定の反射波長の光を反射するファイバブラッグ回折格子を含む被測定光ファイバと、前記光源からの出力光を反射する反射面を有する反射用光ファイバと、前記被測定光ファイバ及び前記反射用光ファイバに前記光源からの出力光を分岐して入力するとともに、前記被測定光ファイバからの反射光と前記反射用光ファイバからの反射光を合波する光合分波部と、前記光合分波部によって合波された合波光を電気信号に変換する受光器、及び、前記電気信号をディジタル信号に変換するA/D変換器を有し、前記ディジタル信号を離散フーリエ変換してスペクトログラムを算出し、当該スペクトログラムのピーク波長を検出することにより、前記ファイバブラッグ回折格子の各位置における反射波長を検出する反射波長検出部と、備え、前記被測定光ファイバの歪み分布又は温度分布を測定するOFDR装置において、反射波長が互いに異なる複数の前記ファイバブラッグ回折格子が前記被測定光ファイバの長手方向に沿って、連続的に又は所定間隔を開けて直列に配置されており、前記反射用光ファイバの前記反射面は、隣り合う2つの前記ファイバブラッグ回折格子の境界又は間隙に対応する位置のうちの少なくとも1つに配置され、前記反射用光ファイバの前記反射面は、前記被測定光ファイバに配置された前記複数のファイバブラッグ回折格子のうち、前記光合分波部に近い側から数えて奇数番目のファイバブラッグ回折格子の入射端に対応する位置に配置されることを特徴とする。 Further, OFDR equipment according to claim 8 of the present invention, predetermined light and a light source for outputting light wavelength-swept frequency sweep rate, the measured light containing fiber Bragg grating that reflects light of a predetermined reflection wavelength A fiber, a reflection optical fiber having a reflection surface for reflecting the output light from the light source, and branching and inputting the output light from the light source to the measurement optical fiber and the reflection optical fiber; An optical multiplexing / demultiplexing unit that multiplexes the reflected light from the measurement optical fiber and the reflected light from the reflecting optical fiber, a light receiver that converts the combined light combined by the optical multiplexing / demultiplexing unit into an electrical signal, and Having an A / D converter for converting the electrical signal into a digital signal, performing a discrete Fourier transform on the digital signal to calculate a spectrogram, and detecting a peak wavelength of the spectrogram; A reflection wavelength detector that detects a reflection wavelength at each position of the fiber Bragg diffraction grating, and an OFDR device that measures a strain distribution or a temperature distribution of the optical fiber to be measured. Fiber Bragg gratings are arranged in series along the longitudinal direction of the optical fiber to be measured or in series at predetermined intervals, and the reflective surface of the optical fiber for reflection includes two adjacent fibers The reflection surface of the optical fiber for reflection is arranged at at least one of positions corresponding to the boundary or gap of the Bragg diffraction grating, and the reflection surface of the optical fiber for reflection is one of the plurality of fiber Bragg diffraction gratings arranged in the optical fiber to be measured. , And arranged at a position corresponding to the incident end of the odd-numbered fiber Bragg grating counted from the side close to the optical multiplexing / demultiplexing unit And wherein the door.
また、本発明の請求項5のOFDR装置においては、前記反射用光ファイバに前記光源からの出力光を入力するとともに、前記光合分波部に前記反射用光ファイバからの反射光を入力する光カプラを更に備え、前記反射用光ファイバは、前記反射面がそれぞれ形成された複数の光ファイバからなり、当該複数の光ファイバが前記光カプラにそれぞれ接続されることを特徴とする。 In the OFDR device according to claim 5 of the present invention, the light input from the light source to the reflection optical fiber and the light input from the reflection optical fiber to the optical multiplexing / demultiplexing unit are input. The optical fiber for reflection further comprises a plurality of optical fibers each having the reflection surface formed thereon, and the plurality of optical fibers are connected to the optical coupler, respectively.
また、本発明の請求項6のOFDR装置においては、前記受光器は、前記合波光をバランスド受光するバランスドレシーバであることを特徴とする。 In the OFDR device according to claim 6 of the present invention, the light receiver is a balanced receiver that receives the combined light in a balanced manner.
本発明は、FBGに対する歪み分布又は温度分布の測定において、受光器及びA/D変換器の測定帯域を拡大させることなく、測定可能なFBGの距離範囲を拡大させることが可能なOFDR装置を提供する。 The present invention provides an OFDR apparatus capable of expanding the measurable FBG distance range without expanding the measurement band of the optical receiver and the A / D converter in measuring the strain distribution or temperature distribution of the FBG. To do.
以下、本発明に係るOFDR装置の実施形態について、図面を用いて説明する。OFDRでは光ファイバの歪み分布又は温度分布を測定することができるが、光ファイバの歪み分布と温度分布は同じ手法で測定可能であるため、以降は歪み測定を例に挙げてOFDR装置の測定原理を説明する。 Hereinafter, an embodiment of an OFDR device according to the present invention will be described with reference to the drawings. In OFDR, the strain distribution or temperature distribution of an optical fiber can be measured. However, since the strain distribution and temperature distribution of an optical fiber can be measured by the same method, the measurement principle of the OFDR apparatus will be described below by taking strain measurement as an example. Will be explained.
FBG(ファイバブラッグ回折格子)は、FBG反射波長λFBGに一致する波長の光を高い反射率で反射させ、FBG反射波長λFBGから遠い波長の光ほど低い反射率で反射させる。したがって、FBGへの入射光の波長を掃引しながらFBGからの反射光を測定すれば、図1に示すようなλFBGにピークを持つ反射特性が得られる。 The FBG (fiber Bragg diffraction grating) reflects light having a wavelength matching the FBG reflection wavelength λ FBG with a high reflectance, and reflects light having a wavelength far from the FBG reflection wavelength λ FBG with a low reflectance. Therefore, if the reflected light from the FBG is measured while sweeping the wavelength of the incident light on the FBG , a reflection characteristic having a peak at λ FBG as shown in FIG. 1 can be obtained.
図2(a)〜(e)のグラフは、図12に示した構成において、掃引波長λA,λB,λC,λD,λE付近の微小波長区間におけるビート信号のディジタルデータ(以下、「ビート信号データ」ともいう)を離散フーリエ変換した結果をそれぞれ模式的に示している。各グラフの縦軸はFBGからの反射光の強度を表しており、横軸はフーリエ周波数、すなわちFBGの入射端からの距離zを表している。 2A to 2E show digital data (hereinafter referred to as beat data) of a beat signal in a minute wavelength section in the vicinity of the sweep wavelengths λ A , λ B , λ C , λ D , and λ E in the configuration shown in FIG. , Also referred to as “beat signal data”), the results of discrete Fourier transform are schematically shown. The vertical axis of each graph represents the intensity of reflected light from the FBG, and the horizontal axis represents the Fourier frequency, that is, the distance z from the incident end of the FBG.
図2(f)の下段は、ビート信号データにおける掃引波長λD付近の微小波長区間のデータを概念的に示している。また、図2(f)の上段は、図2(a)〜(e)に示したフーリエ周波数f(位置z)におけるFBGからの反射光の強度を、横軸を掃引波長としてプロットしたグラフである。ここで、式(1)より、z=f×c/(2nV)−(LS−LR)である。 Lower FIG. 2 (f) schematically shows the data for small wavelength region near sweep wavelength lambda D in the beat signal data. The upper part of FIG. 2 (f) is a graph in which the intensity of the reflected light from the FBG at the Fourier frequency f (position z) shown in FIGS. 2 (a) to 2 (e) is plotted with the horizontal axis as the sweep wavelength. is there. Here, from Formula (1), it is z = f * c / (2nV)-(LS-LR).
このように、波長掃引をしながら、微小波長区間の局所的なビート信号データのみに離散フーリエ変換を行ってFBGからの反射光の強度を求めることにより、FBGの反射特性を得ることができる。 In this way, the reflection characteristics of the FBG can be obtained by performing the discrete Fourier transform only on the local beat signal data in the minute wavelength section while obtaining the wavelength sweep to obtain the intensity of the reflected light from the FBG.
さらに、このようにして得られた位置zでのFBGの反射特性からピーク波長を検出することにより、図3に示すように、位置zにおけるFBG反射波長λFBGを求めることができる。 Furthermore, by detecting the peak wavelength from the reflection characteristics of the FBG at the position z thus obtained, the FBG reflection wavelength λ FBG at the position z can be obtained as shown in FIG.
図4(a)〜(e)のグラフは、FBGの位置zAからzA+δzの領域にのみ張力が加わり、その部分のみが伸びた場合において、掃引波長λA,λB,λC,λD,λE付近の微小波長区間におけるビート信号データを離散フーリエ変換した結果をそれぞれ模式的に示すものである。 The graphs of FIGS. 4 (a) to 4 (e) show sweep wavelengths λ A , λ B , λ C , when tension is applied only to the region of the FBG from the position z A to z A + δz and only that portion extends. The results of discrete Fourier transform of beat signal data in a minute wavelength section near λ D and λ E are schematically shown.
また、図4(f)は、図4(a)〜(e)に示したフーリエ周波数f(位置z)におけるFBGからの反射光の強度(実線)と、歪みがない場合のFBGからの反射光の強度(破線)とを、横軸を掃引波長として示すグラフである。図4(f)に示すように、FBGの位置zAからzA+δzの領域に伸長歪みが加わったことにより、FBGの反射特性のピーク波長は歪み量に比例して長波長側にシフトする(図14参照)。 FIG. 4F shows the intensity of the reflected light from the FBG (solid line) at the Fourier frequency f (position z) shown in FIGS. 4A to 4E and the reflection from the FBG when there is no distortion. It is a graph which shows the intensity | strength (broken line) of light as a sweep wavelength on a horizontal axis. As shown in FIG. 4 (f), the peak wavelength of the reflection characteristic of the FBG shifts to the longer wavelength side in proportion to the amount of distortion due to the extension strain applied to the region from the position z A to z A + δz of the FBG. (See FIG. 14).
図4(g)は、位置zにおけるFBG反射波長λFBGを示すグラフであり、伸長歪みが加わった位置zAからzA+δzの領域にのみ波長シフトが起こっている様子を示している。また、この波長シフト量Δλから上記の領域の歪み量が分かる(図14参照)。 Figure 4 (g) is a graph showing the FBG reflection wavelength lambda FBG at position z, shows how the wavelength shift is happening only from the position z A the elongation distortion is applied to the area of the z A + .delta.z. Further, the distortion amount in the above region can be found from the wavelength shift amount Δλ (see FIG. 14).
このようにして、FBG内のあらゆる位置zでの反射特性を算出することにより、スペクトログラムを得ることができる。図5は、位置zAからzA+δzの領域に伸長歪みが加わったFBGのスペクトログラムを3次元的に示したものである。 Thus, the spectrogram can be obtained by calculating the reflection characteristics at any position z in the FBG. FIG. 5 shows a three-dimensional spectrogram of the FBG in which an extension strain is applied to the region from the position z A to z A + δz.
(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態としてのOFDR装置1の構成について説明する。図6に示すように、本実施形態のOFDR装置1は、被測定光ファイバ100に光を出力する掃引光源11と、光合分波部としての光カプラ12と、反射波長検出部13と、反射用光ファイバ14と、を備え、被測定光ファイバ100の歪み分布又は温度分布を測定するものである。
(First embodiment)
Hereinafter, the configuration of the
掃引光源11は、規定された掃引波長範囲及び光周波数掃引速度(あるいは波長掃引速度)で波長掃引されたレーザ光を出力するようになっている。発振波長の掃引は、例えば、回折格子を用いた外部共振器レーザにおいて、回折格子やミラー等の角度を変えて共振波長を変えることにより実行される。
The
一般にOFDRでは、時間に対して光の周波数が直線的に変化する掃引が理想である。波長掃引範囲がその中心波長に対して十分小さい場合、波長が直線的に変化する掃引は、周波数がほぼ直線的に変化することになる。正弦波的な掃引の場合は、正弦波のうちの比較的直線に近い領域のみを使用することにより、直線に近い掃引とみなすことができる。 In general, in OFDR, a sweep in which the frequency of light changes linearly with time is ideal. If the wavelength sweep range is sufficiently small with respect to its center wavelength, a sweep in which the wavelength changes linearly will have a frequency that changes almost linearly. In the case of a sinusoidal sweep, by using only a region of a sine wave that is relatively close to a straight line, it can be regarded as a sweep close to a straight line.
また、掃引光源11は、出力したレーザ光の掃引波長と、そのレーザ光を出力した時刻とを掃引波長情報として反射波長検出部13に出力するようになっている。
Further, the
光カプラ12は掃引光源11の出力光を2つに分岐する。光カプラ12で分岐された光の一方は被測定光ファイバ100に入力され、他方は反射用光ファイバ14に入力される。さらに、光カプラ12は、被測定光ファイバ100からの反射光と、反射用光ファイバ14で反射された掃引光源11からの出力光の一部を合波する。これにより、光カプラ12からは、被測定光ファイバ100の位置zに応じた周波数成分を有する合波光(干渉光)が出力される。
The
被測定光ファイバ100は、その長手方向に沿って直列に配置された所定の長さの複数のFBGを有する。複数のFBGは、互いに所定間隔を開けずに連続的に被測定光ファイバ100内に形成されてもよく、隣り合うFBGが所定間隔を開けて被測定光ファイバ100内に形成されてもよい。あるいは、独立した個別のFBGが光ファイバで接続された構成を被測定光ファイバ100としてもよい。
The
反射用光ファイバ14は、全ての波長の光を反射する少なくとも1つの反射膜を有する。この反射用光ファイバ14は、例えば複数の光ファイバを用意し、各光ファイバの端面に反射膜を形成した後に、全ての光ファイバを透光性の接着剤などによる接着、又は、融着によって一体の光ファイバとすることによって製造される。反射用光ファイバ14の反射膜は、隣り合う2つのFBGの境界又は間隙に対応する位置のうちの少なくとも1つに形成されている。
The reflecting
図6は、一例として、被測定光ファイバ100が5つのFBG101〜105を有し、反射用光ファイバ14が、3つの反射膜14a〜14cを有する場合を示している。
FIG. 6 shows, as an example, a case where the measured
ここで、各FBG101〜105のFBG反射波長をそれぞれλ1〜λ5とすると、λ1〜λ5は互いに異なっている。それらの大小関係は、λ1<λ2<λ3<λ4<λ5、又は、λ1>λ2>λ3>λ4>λ5となっている。すなわち、被測定光ファイバ100の長手方向に沿った複数のFBG101〜105の配置順序は、それらのFBG反射波長λ1〜λ5に関して昇順又は降順となっている。
Here, if the FBG reflection wavelengths of the
FBGがFBG反射波長に関して昇順に配置されている場合には、光カプラ12を介して被測定光ファイバ100及び反射用光ファイバ14に入力される光は、短波長から長波長に向かって波長掃引されるようになっている。
When the FBGs are arranged in ascending order with respect to the FBG reflection wavelength, the light input to the measured
被測定光ファイバ100の各FBGは、それぞれの反射波長に一致する光のみを反射するため、例えば掃引光源11から出射した掃引波長λ1のレーザ光は、FBG101で反射され、FBG102〜FBG105には到達しない。また、掃引光源11から出射した掃引波長λ2のレーザ光は、FBG101を通過してFBG102で反射され、FBG103〜FBG105には到達しない。
Since each FBG of the
なお、FBGがFBG反射波長に関して降順に配置されている場合には、光カプラ12を介して被測定光ファイバ100及び反射用光ファイバ14に入力される光は、長波長から短波長に向かって波長掃引されるとよい。
When the FBGs are arranged in descending order with respect to the FBG reflection wavelength, the light input to the measured
図6の構成において、反射膜14a,14b,14cは、被測定光ファイバ100に配置された複数のFBGのうち、光カプラ12に近い側から数えて奇数番目のFBG101,103,105の出射端(偶数番目のFBG102,104の入射端)に対応する位置にそれぞれ配置されている。具体的には、光カプラ12から反射膜14aまでの光路長と、光カプラ12からFBG101の出射端位置までの光路長は等しい。同様に、光カプラ12から反射膜14b,14cまでの光路長と、光カプラ12からFBG103,105の出射端位置までの光路長はそれぞれ等しい。
In the configuration of FIG. 6, the
あるいは、反射膜14a,14b,14cは、被測定光ファイバ100に配置された複数のFBGのうち、光カプラ12に近い側から数えて奇数番目のFBG101,103,105の入射端に対応する位置にそれぞれ配置されてもよい。具体的には、光カプラ12から反射膜14a,14b,14cまでの光路長と、光カプラ12からFBG101,103,105の入射端位置までの光路長はそれぞれ等しい。
Alternatively, the reflecting
以下では、説明を単純化するために、複数のFBGに歪みが掛かっていない状態において、全てのFBGの長さが等しく、隣り合うFBG間に隙間がないものとする。ここで、各FBGの長さをLFBGとする。FBG101の入射端位置をz=0とし、光カプラ12から反射膜14aまでの距離が光カプラ12からFBG101の出射端位置までの距離に等しいとすれば、図6の構成における反射膜14a〜14cの位置はそれぞれ、被測定光ファイバ100のz=LFBG,3LFBG,5LFBGと光路長が等しい位置となる。
In the following, in order to simplify the description, it is assumed that all the FBGs have the same length and there are no gaps between adjacent FBGs in a state where a plurality of FBGs are not distorted. Here, let the length of each FBG be L FBG . If the incident end position of the
被測定光ファイバ100で反射した光と反射用光ファイバ14の反射膜14a〜14cで反射した光(基準光)は光カプラ12で合波されて干渉する。各ファイバが通常の単一モードファイバの場合には光の偏波状態が不定となるので、被測定光ファイバ100からの反射光と反射用光ファイバ14からの基準光の偏波が直交して干渉信号が得られなくなることがある。
The light reflected by the
この事態を避けるためには、被測定光ファイバ100側又は反射用光ファイバ14側の少なくとも一方に偏波コントローラを挿入して偏波を調整してもよい。若しくは、被測定光ファイバ100からの反射光の互いに直交する2つの偏波成分をそれぞれ検出する偏波ダイバーシティ受信を用いてもよい。あるいは、全て若しくは一部のファイバを偏波保持ファイバとしてもよい。
In order to avoid this situation, the polarization may be adjusted by inserting a polarization controller into at least one of the measured
また、反射膜14a〜14c及び被測定光ファイバ100で反射した光が光カプラ12を介して掃引光源11に戻ることによる悪影響を防ぐため、必要に応じて掃引光源11と光カプラ12の間に光アイソレータを挿入してもよい。
Further, in order to prevent adverse effects caused by the light reflected by the
反射波長検出部13は、受光器15、A/D変換器16、スペクトログラム算出部17、及びピーク波長検出部18を有する。
The reflected
受光器15は、入力光の強度に比例した電気信号を出力するフォトダイオード(PD)からなる。具体的には、受光器15は、光カプラ12で合波された被測定光ファイバ100からの反射光と基準光の干渉光が入力され、この干渉光の光強度を電気信号(ビート信号)に変換して出力するようになっている。
The
A/D変換器16は、受光器15から出力されたアナログの電気信号(ビート信号)をディジタル信号に変換するようになっている。
The A /
スペクトログラム算出部17は、掃引光源11から出力された掃引波長情報に基づいて、A/D変換器16から出力されたディジタル信号(ビート信号データ)と掃引波長との対応付けを行う。既に述べたように、被測定光ファイバ100の各FBGはそれぞれの反射波長に対応する光のみを反射するため、受光器15は2つ以上のFBGからの反射光を同時に検出することがない。このため、掃引光源11からの掃引波長情報に基づいて、その時点で検出された干渉光のビート信号データが、どのFBGから発生した反射光によるものであるかを特定することができる。
The
さらに、スペクトログラム算出部17は、ビート信号データに対して微小波長区間ごとに離散フーリエ変換を行ない、スペクトログラムを算出するようになっている。
Further, the
ピーク波長検出部18は、スペクトログラム算出部17によって算出されたスペクトログラムから、微小周波数区間ごとにピーク波長、すなわち位置zでの反射波長のピーク(FBG反射波長)を検出するようになっている。
The
さらに、ピーク波長検出部18は、検出したFBG反射波長とFBGに歪みが掛かっていない状態でのFBG反射波長との差Δλに基づいて被測定光ファイバ100の位置zにおける歪みを算出する。被測定光ファイバ100の歪みεと反射波長の変化Δλとの関係は、Δλが微小であればΔλ∝εとなる。
Further, the
以下、反射波長検出部13の検出周波数の上限について図7等を参照しながら説明する。ここでは、図6の構成において、λ1<λ2<λ3<λ4<λ5であり、掃引光源11が波長λ1から波長λ5までを含む波長範囲で短波長側から長波長側まで波長掃引するものとする。
Hereinafter, the upper limit of the detection frequency of the reflected
まず、掃引光源11は、FBG101の入射端で反射される波長λ1の反射光と、反射膜14aで反射される基準光との光路差に相当する掃引波長の変化分以上、λ1よりも短波長側から波長掃引を開始する。ここで、上記の光路差に相当するフーリエ周波数f、すなわちz=0の位置におけるフーリエ周波数はV×2nLFBG/cとなる。
First, the
一方、FBG101の出射端で反射される波長λ1の反射光は、反射膜14aで反射される基準光との光路差がゼロとなるため、このときのz=LFBGにおけるフーリエ周波数fはゼロとなる。図7の領域Iにおける実線は、掃引波長λ1の光が反射膜14aで反射された場合の位置zとフーリエ周波数f(z)との関係を示している。
On the other hand, the reflected light of the wavelength λ1 reflected at the emission end of the
同様に、掃引波長λ1の光は、反射膜14bや反射膜14cでも反射される。図7の領域Iの破線及び一点鎖線はそれぞれ、掃引波長λ1の光が反射膜14b及び14cで反射された場合の位置zとフーリエ周波数f(z)との関係を示している。
Similarly, light having the sweep wavelength λ1 is also reflected by the
次に、掃引波長λ2の光がFBG102の入射端で反射された場合には、反射膜14aで反射される基準光との光路差がゼロとなるため、このときのz=LFBGにおけるフーリエ周波数f(z)はゼロとなる。
Next, when the light having the sweep wavelength λ <b> 2 is reflected at the incident end of the
掃引波長λ2の光がFBG102の出射端で反射された場合には、反射膜14a及び反射膜14bで反射される基準光との光路差がLFBGとなるため、このときのz=2LFBGにおけるフーリエ周波数f(z)はV×2nLFBG/cとなる。図7の領域IIにおける実線、破線、及び一点鎖線はそれぞれ、掃引波長λ2の光が反射膜14a,14b,14cで反射された場合の位置zとフーリエ周波数f(z)との関係を示している。
When the light having the sweep wavelength λ2 is reflected at the emission end of the
以下同様に、領域III,IV,Vにおける実線、破線、及び一点鎖線は、掃引波長λ3〜λ5の光が反射膜14a〜14cでそれぞれ反射された場合の位置zとフーリエ周波数f(z)との関係を示している。
Similarly, the solid line, the broken line, and the alternate long and short dash line in the regions III, IV, and V are the position z and Fourier frequency f (z) when the light having the sweep wavelengths λ3 to λ5 is reflected by the
このように、位置zに対応するフーリエ周波数は、反射膜の数だけ存在する(この例では3点)。ただし、受光器15及びA/D変換器16の少なくとも一方の検出周波数の上限fLIMITよりも高域にある成分は、受光器15又はA/D変換器16から見て信号強度が弱いために検出されない。
Thus, there are as many Fourier frequencies corresponding to the position z as there are reflective films (three points in this example). However, a component higher than the upper limit f LIMIT of the detection frequency of at least one of the
つまり、図7の例では、例えば検出周波数の上限fLIMITがV×2nLFBG/cに等しければ、被測定光ファイバ100の測定可能な長さは5LFBGとなる。仮に、FBG反射波長がλ6(>λ5)で長さがLFBGのFBGがFBG105の出射端に連続して形成されていれば、被測定光ファイバ100の測定可能な長さは6LFBGとなる。
In other words, in the example of FIG. 7, for example, if the upper limit f LIMIT of the detection frequency is equal to V × 2nL FBG / c, the measurable length of the measured
これに対して、FBG反射波長が1つであり、反射膜が1つであった従来方法では、検出周波数の上限fLIMITがV×2nLFBG/cであるとすると、測定可能な長さはLFBGとなり、本実施形態における図7の例の1/5程度の狭さであった。 On the other hand, in the conventional method with one FBG reflection wavelength and one reflection film, if the upper limit f LIMIT of the detection frequency is V × 2nL FBG / c, the measurable length is L FBG , which is about 1/5 narrower than the example of FIG. 7 in the present embodiment.
以下、被測定光ファイバ100の測定可能な長さの具体例について図8を参照しながら説明する。掃引光源11は、波長λ0を中心に、振幅A、周波数fSで発振波長を正弦波的に掃引するものであるとすると、その発振波長は次式で表すことができる。
λ(t)=λ0+Asin(2πfSt) ・・・(3)
A specific example of the measurable length of the measured
λ (t) = λ0 + Asin (2πf S t) ··· (3)
このとき波長掃引速度Vλは次式で表される。
Vλ=2πfAcos(2πfSt) ・・・(4)
At this time, the wavelength sweep speed Vλ is expressed by the following equation.
V λ = 2πfAcos (2πf S t ) ··· (4)
図8の太線で示した領域では、発振波長は直線的に波長掃引されており、この領域でOFDRが実施される。この領域での波長掃引速度Vλは、近似的にVλ=2πfAとなる。ここで、A=25nm、fS=150Hzであるとすると、Vλ=2.4×104[nm/s]となる。これを周波数に換算すれば、λ0が1550nmの場合には、V=3×1015[Hz/s]となる。 In the region indicated by the thick line in FIG. 8, the oscillation wavelength is linearly swept, and OFDR is performed in this region. The wavelength sweep speed V λ in this region is approximately V λ = 2πfA. Here, if A = 25 nm and f S = 150 Hz, then V λ = 2.4 × 10 4 [nm / s]. When this is converted into a frequency, when λ0 is 1550 nm, V = 3 × 10 15 [Hz / s].
一般的な受光器の帯域の上限が1GHz程度であるのに対して、A/D変換器の帯域の上限は、広帯域なものでも250MHz程度である。したがって、OFDR装置としての検出周波数の帯域はA/D変換器で制限される。 The upper limit of the band of a general light receiver is about 1 GHz, whereas the upper limit of the band of the A / D converter is about 250 MHz even for a wide band. Therefore, the band of the detection frequency as an OFDR device is limited by the A / D converter.
A/D変換器の帯域の上限を250MHzとすると、ナイキスト周波数は125MHzとなる。よって、測定可能な最大の測定ファイバ長Lmaxは、式(2)より、Lmax=125MHz×c/(2nV)=125×106×3×108/(2×1.5×3×1015)=4.2mとなる。 If the upper limit of the band of the A / D converter is 250 MHz, the Nyquist frequency is 125 MHz. Therefore, the maximum measurement fiber length L max that can be measured is L max = 125 MHz × c / (2 nV) = 125 × 10 6 × 3 × 10 8 /(2×1.5×3× from Equation (2). 10 15 ) = 4.2 m.
よって、本実施形態の図7に示した構成であれば、4.2mの5倍の21mまで測定範囲を拡大することが可能である。 Therefore, if it is the structure shown in FIG. 7 of this embodiment, it is possible to expand a measurement range to 21 m which is 5 times 4.2 m.
図9には比較例として、図7の構成に加えて、FBG102の出射端に対応する位置にも反射膜14dが配置された場合の位置zとフーリエ周波数f(z)との関係を示す。しかしながら、この例では、FBG102,103の領域II,IIIにおいて、フーリエ周波数f(z)が、異なる位置zで同一の値を取ることになる。このような場合には、検出された干渉光がFBG102,103内のどの位置から発生した反射光によるものであるのかを特定できなくなる。
FIG. 9 shows, as a comparative example, the relationship between the position z and the Fourier frequency f (z) when the
したがって、FBGが形成された各領域の位置zにおける複数のフーリエ周波数f(z)のうち、低周波数側の値が検出周波数の上限fLIMIT以下に全て含まれるとともに、上記各領域において、フーリエ周波数f(z)が、異なる位置zで同一の値を取らないことが重要であることが分かる。 Therefore, among the plurality of Fourier frequencies f (z) at the position z of each region where the FBG is formed, all the values on the low frequency side are included below the upper limit f LIMIT of the detection frequency, and in each region, the Fourier frequency It can be seen that it is important that f (z) does not take the same value at different positions z.
なお、隣り合うFBGが所定間隔を開けて被測定光ファイバ100内に形成されている場合には、複数のFBGに歪みが掛かっていない状態において、複数のFBGの長さが全て等しいとともに、隣り合う2つのFBGの中心間距離Lが全て等しい構成であってもよい。この場合には、検出周波数の上限はV×2nL/c以上であればよい。
When adjacent FBGs are formed in the measured
以上説明したように、本実施形態のOFDR装置1は、FBG反射波長λFBGが互いに異なる複数のFBGが被測定光ファイバ100の長手方向に沿って、連続的に又は所定間隔を開けて直列に配置されている。反射用光ファイバ14の反射膜は、隣り合う2つのFBGの境界又は間隙に対応する位置のうちの少なくとも1つに配置される。特に、複数の反射膜がある場合には、掃引光源11から遠い位置にあるFBGからの反射光は、遠い位置にある反射膜からの反射光と干渉させる。
As described above, in the
これにより、FBGに対する歪み分布又は温度分布の測定において、受光器及びA/D変換器の測定帯域を拡大させることなく、測定可能なFBGの距離範囲を拡大させることができる。 Thereby, in the measurement of the strain distribution or temperature distribution with respect to the FBG, the measurable FBG distance range can be expanded without expanding the measurement band of the light receiver and the A / D converter.
また、本実施形態のOFDR装置1においては、被測定光ファイバ100の長手方向に沿った複数のFBGの配置順序は、FBG反射波長λFBGに関して昇順又は降順である。これにより、反射波長検出部13に入射した干渉光が、どのFBGから発生した反射光によるものであるかは発振波長とFBG反射波長λFBGの関係から特定することができる。
In the
また、本実施形態のOFDR装置1においては、被測定光ファイバ100に配置された複数のFBGに歪みが掛かっていない状態において、複数のFBGの長さが全て等しいとともに、隣り合う2つのFBGの中心間距離Lも全て等しい。これにより、反射波長検出部13に入射した干渉光が、各FBGのどの位置から発生した反射光によるものであるかを特定することが容易になる。
Further, in the
また、本実施形態のOFDR装置1においては、中心間距離をL、被測定光ファイバ100の屈折率をn、掃引光源11の光周波数掃引速度をV、光速をcとしたときに、反射波長検出部13の検出周波数の上限がV×2nL/c以上である。
Further, in the
これにより、受光器及びA/D変換器の測定帯域が狭い場合であっても、中心間距離Lを短くするとともに、FBGの個数を増やすことにより、測定可能なFBGの距離範囲を拡大させることができる。 As a result, even when the measurement band of the light receiver and the A / D converter is narrow, the measurable FBG distance range is expanded by shortening the center-to-center distance L and increasing the number of FBGs. Can do.
また、本実施形態のOFDR装置1においては、反射用光ファイバ14の反射膜は、被測定光ファイバ100に配置された複数のFBGのうち、光カプラ12に近い側から数えて奇数番目のFBGの出射端(あるいは、入射端)に対応する位置に配置される。
In the
これにより、反射波長検出部13に入射した干渉光が、各FBGのどの位置から発生した反射光によるものであるかを特定することが容易になる。
Thereby, it becomes easy to specify from which position of each FBG the interference light incident on the reflected
(第2の実施形態)
続いて、本発明の第2の実施形態としてのOFDR装置2について図面を参照しながら説明する。なお、第1の実施形態と同様の構成及び動作については適宜説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, an OFDR device 2 as a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the description of the same configuration and operation as in the first embodiment will be omitted as appropriate.
図10に示すように、本実施形態のOFDR装置2の光合分波部は、第1の光カプラ21と、光サーキュレータ22,23と、第2の光カプラ24と、からなっている。また、受光器はバランスドレシーバ25で構成されている。
As shown in FIG. 10, the optical multiplexing / demultiplexing unit of the OFDR apparatus 2 according to the present embodiment includes a first
掃引光源11の出力光は第1の光カプラ21で2つに分岐され、一方は光サーキュレータ22の第1端子に入力され、光サーキュレータ22の第2端子から出力され、被測定光ファイバ100に導かれる。被測定光ファイバ100からの反射光は、光サーキュレータ22の第2端子に入力され、光サーキュレータ22の第3端子から出力される。
The output light of the
一方、第1の光カプラ21で分岐された光の他方(基準光)は、光サーキュレータ23の第1端子に入力され、光サーキュレータ23の第2端子から出力され、反射用光ファイバ14に導かれる。反射用光ファイバ14からの反射光は、光サーキュレータ23の第2端子に入力され、光サーキュレータ23の第3端子から出力される。
On the other hand, the other (reference light) of the light branched by the first
そして、被測定光ファイバ100からの反射光と反射用光ファイバ14からの反射光が第2の光カプラ24において合波され干渉する。ここで、第2の光カプラ24の2つの出力ポートからそれぞれ出力される合波光の位相は、互いに逆位相となる。これら2つの合波光はバランスドレシーバ25に入力される。
Then, the reflected light from the measured
バランスドレシーバ25は、例えば2つのPD及び減算器を有しており、第2の光カプラ24からの2つの合波光を2つのPDでそれぞれ受けて電気信号に変換し、それらの電気信号を減算器で減算して、被測定光ファイバ100からの反射光と基準光の干渉によるビート信号を出力するようになっている。
The
このようなバランス受信によって、干渉によるビート信号は振幅が2倍になり、2つの合波光に含まれる同相の雑音はキャンセルされ、ランダムな雑音は振幅が√2倍になるので、信号対雑音比を改善することができる。 By such balance reception, the amplitude of the beat signal due to interference is doubled, the in-phase noise included in the two combined lights is canceled, and the random noise is doubled in amplitude, so the signal-to-noise ratio Can be improved.
A/D変換器16よりも後段の構成は第1の実施形態と同様である。本実施形態の構成においても、ビート信号のスペクトログラムを算出した後、被測定光ファイバ100において歪みが発生した箇所を特定することができる。
The configuration subsequent to the A /
以上説明したように、本実施形態のOFDR装置2においては、受光器は、合波光をバランスド受光するバランスドレシーバ25で構成される。これにより、歪み分布又は温度分布の測定精度を向上させることができる。
As described above, in the OFDR device 2 of the present embodiment, the light receiver is configured by the
また、光合分波部が光サーキュレータを用いて構成されることにより、掃引光源11に光が戻ることがないため、第1の実施形態と比較して光を有効に利用することができる。
In addition, since the optical multiplexing / demultiplexing unit is configured using an optical circulator, light does not return to the
(第3の実施形態)
続いて、本発明の第3の実施形態としてのOFDR装置3について図面を参照しながら説明する。なお、第1及び第2の実施形態と同様の構成及び動作については適宜説明を省略する。
(Third embodiment)
Next, an OFDR device 3 as a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that description of the configuration and operation similar to those of the first and second embodiments will be omitted as appropriate.
図11に示すように、本実施形態のOFDR装置3は、反射用光ファイバ14に掃引光源11からの出力光を入力するとともに、光カプラ12に反射用光ファイバ14からの反射光を入力する光カプラ30を備える。光カプラ30は、掃引光源11の出力光を複数に分岐するようになっている。
As shown in FIG. 11, the OFDR device 3 of the present embodiment inputs the output light from the
本実施形態における反射用光ファイバ14は、反射膜14a〜14cがそれぞれ形成された複数の光ファイバ31〜33からなる。複数の光ファイバ31〜33は、光カプラ30にそれぞれ接続されている。つまり、図11の構成では、光カプラ30で3つに分岐された掃引光源11の出力光が、それぞれ光ファイバ31〜33に入力される。
The reflection
上記のように構成された本実施形態のOFDR装置3は、各光ファイバ31〜33を光カプラ30から取り外すことができるため、各反射膜14a〜14cの位置を容易に独立に調整することが可能である。
Since the OFDR device 3 of the present embodiment configured as described above can remove the
1,2,3 OFDR装置
11 掃引光源
12,30 光カプラ(光合分波部)
13 反射波長検出部
14 反射用光ファイバ
14a〜14c 反射膜(反射面)
14d 反射膜
15 受光器
16 A/D変換器
17 スペクトログラム算出部
18 ピーク波長検出部
21 第1の光カプラ(光合分波部)
22,23 光サーキュレータ(光合分波部)
24 第2の光カプラ(光合分波部)
25 バランスドレシーバ
31〜33 光ファイバ
100 被測定光ファイバ
101〜105 FBG(ファイバブラッグ回折格子)
1, 2, 3
DESCRIPTION OF
14d
22, 23 Optical circulator (optical multiplexing / demultiplexing unit)
24 Second optical coupler (optical multiplexing / demultiplexing unit)
25 Balanced receiver 31-33
Claims (8)
所定の反射波長の光を反射するファイバブラッグ回折格子(101〜105)を含む被測定光ファイバ(100)と、
前記光源からの出力光を反射する反射面(14a〜14c)を有する反射用光ファイバ(14)と、
前記被測定光ファイバ及び前記反射用光ファイバに前記光源からの出力光を分岐して入力するとともに、前記被測定光ファイバからの反射光と前記反射用光ファイバからの反射光を合波する光合分波部(12,21〜24,30)と、
前記光合分波部によって合波された合波光を電気信号に変換する受光器(15)、及び、前記電気信号をディジタル信号に変換するA/D変換器(16)を有し、前記ディジタル信号を離散フーリエ変換してスペクトログラムを算出し、当該スペクトログラムのピーク波長を検出することにより、前記ファイバブラッグ回折格子の各位置zにおける反射波長を検出する反射波長検出部(13)と、備え、前記被測定光ファイバの歪み分布又は温度分布を測定するOFDR装置において、
反射波長が互いに異なる複数の前記ファイバブラッグ回折格子が前記被測定光ファイバの長手方向に沿って、連続的に又は所定間隔を開けて直列に配置されており、
前記反射用光ファイバの前記反射面は、隣り合う2つの前記ファイバブラッグ回折格子の境界又は間隙に対応する位置のうちの少なくとも1つに配置され、
前記反射波長検出部による離散フーリエ変換で得られたフーリエ周波数f(z)が、各前記ファイバブラッグ回折格子において異なる位置zで同一の値にならないように、前記反射面を配置したことを特徴とするOFDR装置。 A light source (11) that outputs light swept in wavelength at a predetermined optical frequency sweep speed;
An optical fiber to be measured (100) including a fiber Bragg diffraction grating (101 to 105) that reflects light of a predetermined reflection wavelength;
A reflecting optical fiber (14) having reflecting surfaces (14a to 14c) for reflecting output light from the light source;
The output light from the light source is branched and input to the optical fiber to be measured and the optical fiber for reflection, and an optical combination that combines the reflected light from the optical fiber to be measured and the reflected light from the optical fiber for reflection. A demultiplexer (12, 21 to 24, 30);
A light receiver (15) for converting the combined light combined by the optical multiplexing / demultiplexing unit into an electric signal, and an A / D converter (16) for converting the electric signal into a digital signal, And a reflection wavelength detector (13) for detecting a reflection wavelength at each position z of the fiber Bragg diffraction grating by calculating a spectrogram by performing a discrete Fourier transform on the spectrum, and detecting a peak wavelength of the spectrogram. In an OFDR apparatus for measuring strain distribution or temperature distribution of a measurement optical fiber,
A plurality of the fiber Bragg diffraction gratings having different reflection wavelengths are arranged in series along the longitudinal direction of the optical fiber to be measured, continuously or at a predetermined interval,
The reflecting surface of the reflecting optical fiber is disposed at at least one of positions corresponding to a boundary or gap between two adjacent fiber Bragg diffraction gratings ;
The reflection surface is arranged so that the Fourier frequency f (z) obtained by the discrete Fourier transform by the reflection wavelength detector does not become the same value at different positions z in each of the fiber Bragg diffraction gratings. OFDR device to do.
前記反射用光ファイバは、前記反射面がそれぞれ形成された複数の光ファイバ(31〜33)からなり、当該複数の光ファイバが前記光カプラにそれぞれ接続されることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のOFDR装置。 An optical coupler (30) for inputting the output light from the light source to the reflecting optical fiber and inputting the reflected light from the reflecting optical fiber to the optical multiplexing / demultiplexing unit,
2. The reflection optical fiber includes a plurality of optical fibers (31 to 33) each having a reflection surface formed thereon, and the plurality of optical fibers are connected to the optical coupler, respectively. The OFDR device according to claim 4.
所定の反射波長の光を反射するファイバブラッグ回折格子(101〜105)を含む被測定光ファイバ(100)と、
前記光源からの出力光を反射する反射面(14a〜14c)を有する反射用光ファイバ(14)と、
前記被測定光ファイバ及び前記反射用光ファイバに前記光源からの出力光を分岐して入力するとともに、前記被測定光ファイバからの反射光と前記反射用光ファイバからの反射光を合波する光合分波部(12,21〜24,30)と、
前記光合分波部によって合波された合波光を電気信号に変換する受光器(15)、及び、前記電気信号をディジタル信号に変換するA/D変換器(16)を有し、前記ディジタル信号を離散フーリエ変換してスペクトログラムを算出し、当該スペクトログラムのピーク波長を検出することにより、前記ファイバブラッグ回折格子の各位置における反射波長を検出する反射波長検出部(13)と、備え、前記被測定光ファイバの歪み分布又は温度分布を測定するOFDR装置において、
反射波長が互いに異なる複数の前記ファイバブラッグ回折格子が前記被測定光ファイバの長手方向に沿って、連続的に又は所定間隔を開けて直列に配置されており、
前記反射用光ファイバの前記反射面は、隣り合う2つの前記ファイバブラッグ回折格子の境界又は間隙に対応する位置のうちの少なくとも1つに配置され、
前記反射用光ファイバの前記反射面は、前記被測定光ファイバに配置された前記複数のファイバブラッグ回折格子のうち、前記光合分波部に近い側から数えて奇数番目のファイバブラッグ回折格子の出射端に対応する位置に配置されることを特徴とするOFDR装置。 A light source (11) that outputs light swept in wavelength at a predetermined optical frequency sweep speed;
An optical fiber to be measured (100) including a fiber Bragg diffraction grating (101 to 105) that reflects light of a predetermined reflection wavelength;
A reflecting optical fiber (14) having reflecting surfaces (14a to 14c) for reflecting output light from the light source;
The output light from the light source is branched and input to the optical fiber to be measured and the optical fiber for reflection, and an optical combination that combines the reflected light from the optical fiber to be measured and the reflected light from the optical fiber for reflection. A demultiplexer (12, 21 to 24, 30);
A light receiver (15) for converting the combined light combined by the optical multiplexing / demultiplexing unit into an electric signal, and an A / D converter (16) for converting the electric signal into a digital signal, And a reflected wavelength detector (13) for detecting a reflected wavelength at each position of the fiber Bragg diffraction grating by calculating a spectrogram by performing discrete Fourier transform on the spectrum and detecting a peak wavelength of the spectrogram, In an OFDR apparatus for measuring strain distribution or temperature distribution of an optical fiber,
A plurality of the fiber Bragg diffraction gratings having different reflection wavelengths are arranged in series along the longitudinal direction of the optical fiber to be measured, continuously or at a predetermined interval,
The reflecting surface of the reflecting optical fiber is disposed at at least one of positions corresponding to a boundary or gap between two adjacent fiber Bragg diffraction gratings;
The reflection surface of the reflection optical fiber is an output of odd-numbered fiber Bragg diffraction gratings counted from the side close to the optical multiplexing / demultiplexing part among the plurality of fiber Bragg diffraction gratings arranged in the optical fiber to be measured. An OFDR device arranged at a position corresponding to an end .
所定の反射波長の光を反射するファイバブラッグ回折格子(101〜105)を含む被測定光ファイバ(100)と、
前記光源からの出力光を反射する反射面(14a〜14c)を有する反射用光ファイバ(14)と、
前記被測定光ファイバ及び前記反射用光ファイバに前記光源からの出力光を分岐して入力するとともに、前記被測定光ファイバからの反射光と前記反射用光ファイバからの反射光を合波する光合分波部(12,21〜24,30)と、
前記光合分波部によって合波された合波光を電気信号に変換する受光器(15)、及び、前記電気信号をディジタル信号に変換するA/D変換器(16)を有し、前記ディジタル信号を離散フーリエ変換してスペクトログラムを算出し、当該スペクトログラムのピーク波長を検出することにより、前記ファイバブラッグ回折格子の各位置における反射波長を検出する反射波長検出部(13)と、備え、前記被測定光ファイバの歪み分布又は温度分布を測定するOFDR装置において、
反射波長が互いに異なる複数の前記ファイバブラッグ回折格子が前記被測定光ファイバの長手方向に沿って、連続的に又は所定間隔を開けて直列に配置されており、
前記反射用光ファイバの前記反射面は、隣り合う2つの前記ファイバブラッグ回折格子の境界又は間隙に対応する位置のうちの少なくとも1つに配置され、
前記反射用光ファイバの前記反射面は、前記被測定光ファイバに配置された前記複数のファイバブラッグ回折格子のうち、前記光合分波部に近い側から数えて奇数番目のファイバブラッグ回折格子の入射端に対応する位置に配置されることを特徴とするOFDR装置。 A light source (11) that outputs light swept in wavelength at a predetermined optical frequency sweep speed;
An optical fiber to be measured (100) including a fiber Bragg diffraction grating (101 to 105) that reflects light of a predetermined reflection wavelength;
A reflecting optical fiber (14) having reflecting surfaces (14a to 14c) for reflecting output light from the light source;
The output light from the light source is branched and input to the optical fiber to be measured and the optical fiber for reflection, and an optical combination that combines the reflected light from the optical fiber to be measured and the reflected light from the optical fiber for reflection. A demultiplexer (12, 21 to 24, 30);
A light receiver (15) for converting the combined light combined by the optical multiplexing / demultiplexing unit into an electric signal, and an A / D converter (16) for converting the electric signal into a digital signal, And a reflected wavelength detector (13) for detecting a reflected wavelength at each position of the fiber Bragg diffraction grating by calculating a spectrogram by performing discrete Fourier transform on the spectrum and detecting a peak wavelength of the spectrogram, In an OFDR apparatus for measuring strain distribution or temperature distribution of an optical fiber,
A plurality of the fiber Bragg diffraction gratings having different reflection wavelengths are arranged in series along the longitudinal direction of the optical fiber to be measured, continuously or at a predetermined interval,
The reflecting surface of the reflecting optical fiber is disposed at at least one of positions corresponding to a boundary or gap between two adjacent fiber Bragg diffraction gratings;
The reflecting surface of the reflecting optical fiber is incident on odd-numbered fiber Bragg diffraction gratings counted from the side close to the optical multiplexing / demultiplexing part among the plurality of fiber Bragg diffraction gratings arranged in the optical fiber to be measured. An OFDR device arranged at a position corresponding to an end .
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