CN102227615A - 分布式光纤传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种分布式光纤传感器，能够同时且独立地以高空间分辨率对测量对象物的应变和温度进行测量。分布式光纤传感器(FS)是使用光纤(15)作为传感器的分布式光纤传感器，其中，应变及温度检测计(14)利用布里渊散射现象测量基于光纤(15)中产生的应变及温度的布里渊频移量，利用瑞利散射现象测量基于光纤(15)中产生的应变及温度的瑞利频移量，并根据测量出的布里渊频移量和瑞利频移量来计算光纤(15)中产生的应变和温度。

Description

分布式光纤传感器

技术领域

本发明涉及一种使用光纤作为传感器、可在其长度方向高精度地测定应变及温度的分布式光纤传感器。

背景技术

以往，作为测定应变和温度的技术，有基于光纤中引起的布里渊散射现象(Brillouin scattering phenomenon)的方法。在此方法中，光纤作为检测该光纤所设置的环境(测量对象物)中的应变及/或温度的媒体而被利用。

所谓布里渊散射现象，是指当光射入光纤时能量经由光纤中的声频声子(acoustic phonon)而移动的现象，有频率彼此不同的两束光射入光纤而由这两束光的相互作用所产生的感应布里渊散射现象(stimulated Brillouin scattering phenomenon)、和光射入光纤而由该光与因光纤中的热噪声产生的声频声子的相互作用所产生的自然布里渊散射现象(natural Brillouin scattering phenomenon)。在此布里渊散射现象时所见到的布里渊频移与光纤中的音速成比例，并且，该音速依赖于光纤的应变(strain)及温度。因此，应变及/或温度可通过测定布里渊频移来测定。

作为利用该布里渊散射现象来测量应变及温度分布的代表性的方式，有BOTDA(Brillouin Optical Time Domain Analysis，布里渊光时域分析)及BOTDR(Brillouin Optical Time Domain Reflectometer，布里渊光时域反射)。

首先，在BOTDA中，利用感应布里渊散射现象，将频率彼此不同的两束激光作为泵浦光及探测光(probe light)相向射入检测用光纤，在时间区域内测定检测用光纤中的、从泵浦光射入的端部射出的与感应布里渊散射现象相关的光的光强度。在此BOTDA中，通过泵浦光及探测光的相互作用激发声频声子。

另一方面，在BOTDR中，将一束激光作为泵浦光从检测用光纤的一端射入，通过光带通滤光器来检测从所述一端射出的与自然布里渊散射现象相关的光，在时间区域内测定检测到的与自然布里渊散射现象相关的光的光强度。在该BOTDR中，利用了由热噪声产生的声频声子。

并且，在这些BOTDA及BOTDR中，一边使泵浦光的频率依次变化、或者在BOTDA中一边使探测光的频率依次变化，一边针对每个频率进行这种测量，分别求出沿着检测用光纤的长度方向的各部分的布里渊增益谱(或在BOTDA中为布里渊损耗谱)，基于其测定结果来测定沿着检测用光纤的长度方向的应变分布及/或温度分布。作为上述的泵浦光，通常使用光强度为矩形状的光脉冲，作为BOTDA中的探测光，使用连续光(CW光)。

此处，在BOTDA中，通过以探测光为基准，使泵浦光的频率高于探测光的频率，由此来检测布里渊增益谱(Brillouin gain spectrum)，另一方面，使探测光的频率高于泵浦光的频率，由此来检测布里渊损耗谱(Brillouin loss spectrum)。而且，在BOTDR中检测布里渊增益谱。在BOTDA中，无论使用所述布里渊增益谱及布里渊损耗谱的哪一种均可求出应变及/或温度。在本说明书中，对于BOTDA，将布里渊增益谱和布里渊损耗谱酌情地简称为“布里渊谱”。

此BOTDA及BOTDR的空间分辨率受到测定所用的泵浦光的光脉冲的脉冲宽度限制。光纤中的光的速度会因光纤的材料而有些不同，但在通常所用的一般光纤中，声频声子的完全发生(rise of the acoustic phonon)需要约28ns。因此，布里渊谱在光脉冲的脉冲宽度为约28ns以上之前为洛伦兹曲线(Lorentzain curve)，若使光脉冲宽度较之更短，则成为宽带的曲线，成为在中心频率附近失去陡度的平缓的形状。因此，难以求出中心频率，其空间分辨率通常为约2至3m。

因此，本案发明人在专利文献1中提出了一种方法，通过用两个成分构成上述的光脉冲，以高精度(例如200με以下)及高空间分辨率(例如1m以下)测定应变及/或温度的分布。本案发明人将此方法称为PPP-BOTDA/BOTDR(Pulse Pre-Pumped(脉冲预泵浦)BOTDA/BOTDR)。另外，100με相当于0.01％(100με＝0.01％)。而且，布里渊频移相对于应变约为500MHz/％。

但是，由于利用布里渊散射现象测量的布里渊频移量依赖于光纤的应变和温度这两个参数而发生变化，因此利用布里渊散射现象可测定的参数基本上仅为应变和温度的其中之一，无法将应变和温度分开并同时测量。

专利文献1：国际公开第2006/001071号小册子

发明内容

本发明的目的在于提供一种分布式光纤传感器，能够同时且独立地以高空间分辨率对测量对象物的应变和温度进行测量。

为了达到该目的，本发明所提供的分布式光纤传感器使用光纤作为传感器，包括：布里渊测量单元，利用布里渊散射现象测量基于所述光纤中产生的应变及温度的布里渊频移量；瑞利测量单元，利用瑞利散射现象测量基于所述光纤中产生的应变及温度的瑞利频移量；以及计算单元，根据由所述布里渊测量单元测量到的布里渊频移量和由所述瑞利测量单元测量到的瑞利频移量，来计算在所述光纤中产生的应变和温度。

在上述分布式光纤传感器中，由于利用布里渊散射现象测量基于光纤中产生的应变及温度的布里渊频移量，并且利用瑞利散射现象测量基于光纤中产生的应变及温度的瑞利频移量，因此能够利用两个频移量同时且独立地计算光纤中产生的应变和温度，从而能够同时且独立地以高空间分辨率测量附设有光纤的测量对象物的应变和温度。

因此，在本发明所涉及的分布式光纤传感器中，能够同时且独立地以高空间分辨率测量被检查对象物的应变和温度。

附图说明

图1是表示本发明的第1实施例的分布式光纤传感器的结构的框图。

图2是表示使图1所示的分布式光纤传感器以第1方式动作时的分布式光纤传感器的概略结构的框图。

图3是表示使图1所示的分布式光纤传感器以第2方式动作时的分布式光纤传感器的概略结构的框图。

图4是用于说明图1所示的分布式光纤传感器的应变及温度的测量动作的流程图。

图5是用于说明图1所示的光脉冲生成部的结构及其动作的图。

图6是用于说明泵浦光(副光脉冲及主光脉冲)的结构及匹配滤光器的图。

图7是表示从图1所示的光脉冲生成部射出的脉冲光的一例的图。

图8是表示通过图1所示的分布式光纤传感器测量的瑞利频移量的一例的图。

图9是说明实测位置与测量期望位置之间的关系的图。

图10是用于说明本发明的第2实施例的分布式光纤传感器的应变及温度的测量动作的流程图。

图11是用于说明修正量的导出方法的图。

图12是表示中间连接有不同种类的光纤的检测用光纤在长度方向上的各位置的布里渊谱的峰值频率的图。

图13是用于说明参照瑞利谱与测定到的瑞利谱之间的关系的示意图。

图14是表示参照瑞利谱及测定到瑞利谱的图。

图15是表示阈值与相互关联系数之间的关系的图。

图16是用于说明决定用于根据测定到瑞利谱相对于参照瑞利谱的偏移量与相互关联系数之间的关系求出瑞利频移量的扫描范围的方法的图。

图17是用于说明基于修正量进行的修正效果的图。

图18是表示图1所示的分布式光纤传感器构成为BOTDR时的分布式光纤传感器的结构的框图。

图19是用于说明窄线宽光带通滤光器的图。

图20是用于说明通过从整体减去构成要素而求出布里渊频移的方法的图。

图21是表示使用图6(A)所示结构的泵浦光时的分布式光纤传感器的实验结果的图。

图22是用于说明泵浦光(副光脉冲及主光脉冲)的另一结构的图。

图23是表示使用图22(B)所示结构的泵浦光时的分布式光纤传感器的实验结果的图。

图24是用于说明泵浦光(副光脉冲及主光脉冲)的又一结构及匹配滤光器的图。

图25是用于说明用于生成图24(A)所示结构的泵浦光的光脉冲生成部的结构及其动作的图。

图26是表示另一例的副光脉冲及主光脉冲的波形的图。

图27是表示另一例的副光脉冲及主光脉冲的波形的图。

图28是表示另一例的副光脉冲及主光脉冲的波形的图。

图29是表示另一例的副光脉冲及主光脉冲的波形的图。

具体实施方式

以下，基于附图说明本发明所涉及的分布式光纤传感器的第1实施例。另外，在各附图中标注有相同符号的结构表示相同结构，并省略其说明。图1是表示第1实施例中的分布式光纤传感器的结构的框图。

图1所示的分布式光纤传感器FS包括第1光源1、光耦合器2、5、8、21、23、30、光脉冲生成部3、光开关4、22、光强度/偏振调整部6、光循环器7、12、光连接器9、26、27、28、第1自动温度控制部(以下，简称作“第1ATC”)10、第1自动频率控制部(以下，简称作“第1AFC”)11、控制处理部13、应变及温度检测计14、检测用光纤15、温度检测部16、基准用光纤17、第2自动温度控制部(以下，简称作“第2ATC”)18、第2自动频率控制部(以下，简称作“第2AFC”)19、第2光源20、光强度调整部24以及1×2光开关25、29、31。

第1及第2光源1、20分别为通过大致固定地保持在由第1及第2ATC10、18预先设定的指定温度下，并且大致固定地保持在由第1及第2AFC11、19预先设定的指定频率下，生成指定频率的连续光并射出的光源装置。第1光源1的输出端子(射出端子)与光耦合器2的输入端子(射入端子)光连接。第2光源20的输出端子(射出端子)与光耦合器21的输入端子(射入端子)光连接。

第1及第2光源1、20分别包括例如：发光元件；配置于发光元件的附近，检测该发光元件的温度的温度检测元件(例如，热敏电阻等)；第1受光元件，通过周期性滤光器即法布里-珀罗标准具滤光器(Fabry-perotetalon Filter)接收由光耦合器(例如半透镜(half mirror)等)分支的其中一束光，该光耦合器接收从发光元件背向射出的背光将其分支成两束；接收被光耦合器分支的另一束光的第2受光元件；温度调整元件；以及配设有这些发光元件、温度检测元件、光耦合器、第1及第2受光元件、法布里-珀罗标准具滤光器及温度调整元件的基板。

发光元件是发出线宽窄的指定频率的光，并且能够通过改变元件温度或驱动电流来改变振荡波长(振荡频率)的元件，例如是多量子阱结构(multi-quantum well structure)DFB激光或可变波长分布布拉格反射型激光等波长可变半导体激光器(频率可变半导体激光器)。因此，第1光源1也作为频率可变光源发挥功能。

第1及第2光源1、20中的各温度检测元件将检测到的各检测温度分别输出至第1及第2ATC10、18。第1及第2光源1、20中的第1及第2受光元件例如具备光电二级管等光电转换元件，将与各受光光强度相应的各受光输出分别输出至第1及第2AFC11、19。温度调整元件是通过发热及吸热来调整基板温度的部件，例如具备珀耳帖元件或塞贝克元件等热电转换元件。

第1及第2ATC10、18分别为通过按照控制处理部13的控制，基于第1及第2光源1、20中的各温度检测元件的各检测温度来控制各温度调整元件，将各基板的温度自动且大致固定地保持为指定温度的电路。由此，第1及第2光源1、20中的各发光元件的温度被自动且大致固定地保持为指定温度。因此，当发光元件发出的光的频率具有温度依赖性时，其温度依赖性得以抑制。

第1及第2AFC11、19分别是按照控制处理部13的控制，基于第1及第2光源1、20中的第1及第2受光元件的各受光输出来控制各发光元件，将各发光元件发出的光的频率自动且大致固定地保持为指定频率，或者在指定的频率范围进行扫描的电路。

第1及第2光源1、20中的光耦合器、法布里-珀罗标准具滤光器、第1及第2受光元件和第1及第2AFC11、19分别构成使第1及第2光源1、20中的发光元件发出的光的波长(频率)大致固定的所谓波长锁定器(wavelength locker)。

光耦合器2、5、21、23是将从一个输入端子射入的射入光分配成两束光并分别射向两个输出端子的光部件。光耦合器8是将从两个输入端子的其中之一输入端子射入的射入光从一个输出端子射出，并且将从另一个输入端子射入的射入光从上述输出端子射出的光部件。光耦合器30是将从两个输入端子射入的两束射入光耦合后从两个输出端子射出的光部件。光耦合器2、5、21、23、8、30可以利用例如半透镜等微型光学元件型光分支耦合器、或熔融纤维的光纤型光分支耦合器或光波导型光分支耦合器等。

光耦合器2的一个输出端子与光脉冲生成部3的输入端子光连接，另一个输出端子与1×2光开关31的输入端子光连接。光耦合器5的一个输出端子与光强度/偏振调整部6的输入端子光连接，另一个输出端子与应变及温度检测计14的输入端子光连接。光耦合器21的一个输出端子与光开关22的输入端子光连接，另一个输出端子经由光连接器28与基准用光纤17的另一端光连接。光耦合器23的一个输出端子与光强度调整部24的输入端子光连接，另一个输出端子与应变及温度检测计14的输入端子光连接。光耦合器8的一个输入端子与光循环器7的第2端子光连接，另一个输入端子与1×2光开关25的另一个输出端子光连接，其输出端子经由光连接器9与检测用光纤15的一端光连接。光耦合器30的一个输入端子与1×2光开关31的另一个输出端子光连接，另一个输入端子与1×2光开关29的一个输出端子光连接，其两个输出端子与应变及温度检测计14的输入端子光连接。

光脉冲生成部3是射入有第1光源1所射出的连续光，并从该连续光生成主光脉冲(main light pulse)和副光脉冲(sub light pulse)作为泵浦光的装置。主光脉冲是利用扩频方式的光脉冲。作为扩频方式(spread spectrum system)，例如可列举使频率变化的频率线性调频(frequency chirp)方式、调制相位的相位调制方式、或将上述的频率线性调频方式和相位调制方式组合起来的混合方式等。

作为频率线性调频方式，例如可列举使频率单调地变化例如线性变化的方式等。并且，作为相位调制方式，例如可列举使用PN序列来调制相位的方式等。PN序列为伪随机数(pseudo-random number)序列，作为PN序列，例如可列举M序列(maximal-length sequences)或Gold序列等。M序列可通过电路而生成，该电路具备多段移位寄存器(multi-step shift register)和将该多段中各段的各状态的逻辑结合反馈给移位寄存器的逻辑电路。而且，如果设使n次的原始多项式F1(x)及F2(x)所产生的M序列的0对应于-1、1对应于+1的序列分别为Mi、Mj，则Gold序列可由两者的积Mi·Mj生成。而且，也可使用Golay代码序列作为相位调制方式的伪随机数序列。该Golay代码序列具有自相关函数的旁瓣(side lobe)严格为0的优异特性。副光脉冲为没有被调制的未调制光脉冲，其最大光强度在主光脉冲的光强度以下，并且脉冲宽度充分长于声频声子(acoustic phonon)的寿命。

并且，光脉冲生成部3按照控制处理部13的控制，在本实施方式的布里渊光时域分析(BOTDA)中生成副光脉冲及主光脉冲，以使主光脉冲在时间上不会比副光脉冲先射入检测用光纤15。关于作为由这种光脉冲生成部3生成的泵浦光的副光脉冲及主光脉冲，将在后文进行叙述。

光开关4、22是按照控制处理部13的控制，使光在输入端子与输出端子之间导通/断开的光部件。在导通时光透射，而在断开时光被阻断。光开关4、22在本实施方式中，例如使用MZ光调制器或半导体电场吸收型光调制器等对射入光的光强度进行调制的光强度调制器。在光开关4、22中，具有通过控制处理部13控制以驱动该光强度调制器的驱动器电路。该驱动器电路例如包括：生成用于使光强度调制器在通常状态下断开的直流电压信号的直流电源；生成用于使通常被断开的光强度调制器导通的电压脉冲的脉冲发生器(pulse generator)；以及控制该电压脉冲的生成时刻的时序发生器(timing generator)。光开关4的输出端子与光耦合器5的输入端子光连接。光开关22的输出端子与光耦合器23的输入端子光连接。

光强度/偏振调整部6由控制处理部13控制，以调整射入光的光强度，并且随机改变射入光的偏振面并射出的部件。光强度/偏振调整部6的输出端子与光循环器7的第1端子光连接。光强度/偏振调整部6例如包括：使射入光的光强度衰减后射出并且可改变其衰减量的光可变衰减器；以及可随机改变射入光的偏振面并射出的偏振控制器。光强度/偏振调整部6被共用于感应布里渊散射光的测量和瑞利背向散射光(Rayleigh backscattered light)的测量，随机改变光的偏振面。

光循环器7、12是射入光和射出光的端子编号具有循环关系的非可逆性的光部件。即，射入第1端子的光从第2端子射出，并且不会从第3端子射出，射入第2端子的光从第3端子射出，并且不会从第1端子射出，射入第3端子的光不会从第1端子射出，并且不会从第2端子射出。光循环器7的第1端子与光强度/偏振调整部6的输出端子光连接，第2端子与光耦合器8的一个输入端子光连接，第3端子与1×2光开关29的输入端子光连接。光循环器12的第1端子与1×2光开关31的一个输出端子光连接，第2端子经由光连接器27与基准用光纤17的一端光连接，第3端子与应变及温度检测计14的输入端子光连接。

光连接器9、26、27、28是将光纤彼此光连接或将光部件与光纤光连接的光部件。

光强度调整部24是通过控制处理部13控制，对射入光的光强度进行调整后射出的部件。光强度调整部24的输出端子与光开关25的输入端子光连接。光强度调整部24例如包括：使射入光的光强度衰减后射出的光可变衰减器；以及让仅在从输入端子朝向输出端子的一个方向的光透过的光隔离器(optical isolator)。射入光强度调整部24的射入光，其强度通过光可变衰减器被调整为指定光强度后经由光隔离器而射出。该光隔离器发挥下述作用，即：防止在分布式光纤传感器FS内的各光部件的连接部等产生的反射光的传播或副光脉冲及主光脉冲向第2光源20的传播。

1×2光开关25、29、31是通过切换光路让从输入端子射入的光从两个输出端子的其中之一射出的单输入双输出的光开关，例如利用机械式光开关或光波导开关等。

1×2光开关25的一个输出端子与光耦合器8的另一个输入端子光连接，另一个输出端子经由光连接器26与检测用光纤15的另一端光连接。当按照控制处理部13的控制(或手动)以布里渊光时域分析(BOTDA)的第1方式(两端测量)进行动作时，切换1×2光开关25，以使从输入端子射入的光经由光连接器26射入检测用光纤15的另一端，当以布里渊光时域分析(BOTDA)的第2方式(单端测量)进行动作时，切换1×2光开关25，以使从输入端子射入的光经由光耦合器8及光连接器9射入检测用光纤15的一端。

1×2光开关29的一个输出端子与光耦合器30的另一个输入端子光连接，1×2光开关29的另一个输出端子与应变及温度检测计14光连接。按照控制处理部13的控制(或手动)，当以布里渊光时域分析(BOTDA)的第1方式、或布里渊光时域分析(BOTDA)的第2方式进行动作时，切换1×2光开关29，以使从输入端子射入的光射入应变及温度检测计14，当作为利用瑞利散射现象(Rayleigh scattering phenomenon)的相干光脉冲测试器(coherent optical time domain reflectometer、COTDR)进行动作时，切换1×2光开关29，以使从输入端子射入的光射入光耦合器30的另一个输入端子。

1×2光开关31的一个输出端子与光循环器12的第1端子光连接，另一个输出端子与光耦合器30的一个输入端子光连接。按照控制处理部13的控制(或手动)，在以布里渊光时域分析(BOTDA)的第1方式、或布里渊光时域分析(BOTDA)的第2方式进行动作时，切换1×2光开关31，以使从输入端子射入的光射入光循环器12，当作为利用瑞利散射现象的相干光脉冲测试器(COTDR)进行动作时，切换1×2光开关31，以使从输入端子射入的光射入光耦合器30的一个输入端子。

检测用光纤15是用于检测应变及温度的传感器用光纤，在BOTDA中，射入副光脉冲及主光脉冲和连续光，并射出受到感应布里渊散射现象的作用的光，另外，当利用瑞利散射现象时，射入脉冲光，并射出受到瑞利散射现象的作用的光。此处，当对配管、油田管、桥、隧道、水坝、建筑物等构造物或地基等测量对象物产生的应变及温度进行测量时，将检测用光纤15通过粘接剂或固定构件等固定于测量对象物。

基准用光纤17是用于调整第1及第2光源1、20分别射出的各光的频率的光纤，并且是引起感应布里渊散射现象的第1及第2光的频率差和与感应布里渊散射现象相关的光的光强度之间的关系事先已知的光纤。而且，也可以将基准用光纤17用于瑞利背向散射光的测量中所用的光的调整。

温度检测部16是检测基准用光纤17的温度的电路，将检测温度输出至控制处理部13。

应变及温度检测计14具备受光元件、光开关、放大电路、模拟/数字转换器、信号处理电路、光谱分析仪及电脑等。应变及温度检测计14通过与控制处理部13进行信号的输入输出，来控制分布式光纤传感器FS的各部分。应变及温度检测计14求出经由光连接器27及光循环器12射入输入端子的、从基准用光纤17射出的与感应布里渊散射现象相关的光的光强度，并将该求出的光强度输出至控制处理部13。

而且，应变及温度检测计14通过与控制处理部13进行信号的输入输出，来控制分布式光纤传感器FS的各部分，1×2光开关29连接光循环器7和应变及温度检测计14，与感应布里渊散射现象相关的光射入应变及温度检测计14内的具有感应布里渊散射光用的单输入端子的受光元件。应变及温度检测计14通过内部的开关连接感应布里渊散射光用的受光元件和放大电路，通过以指定的采样间隔来检测所接收到的与感应布里渊散射现象相关的光，从而分别求出检测用光纤15的长度方向上的检测用光纤15的各区域部分的布里渊谱，并基于该求出的各区域部分的布里渊谱分别求出各区域部分的布里渊频移量。

而且，应变及温度检测计14通过与控制处理部13进行信号的输入输出，来控制分布式光纤传感器FS的各部分，1×2光开关29连接光循环器7和光耦合器30，与瑞利背向散射现象(Rayleigh backscattering phenomenon)相关的光经由光耦合器30射入应变及温度检测计14内的具有瑞利背向散射光用的双输入端子的受光元件。应变及温度检测计14通过内部的开关连接瑞利背向散射光用的受光元件和放大电路，通过以指定的采样间隔来检测所接收到的与瑞利背向散射现象相关的光，从而分别求出检测用光纤15的长度方向上的检测用光纤15的各区域部分的瑞利谱，并基于该求出的各区域部分的瑞利谱分别求出各区域部分的瑞利频移量。

进一步，应变及温度检测计14根据以上述方式求出的布里渊频移量及瑞利频移量，同时且独立地对检测用光纤15的应变分布及温度分布进行检测。

从应变及温度检测计14的各输入端子射入的各射入光分别通过进行光电转换的受光元件而被转换成与受光光量相应的电信号。作为与感应布里渊散射现象相关的光射入的射入光，通过由受光元件转换为电信号而被直接检测，经匹配滤光器(matched filter)滤光后由模拟/数字转换器转换为数字电信号，以用于求出布里渊谱。作为与瑞利背向散射现象相关的光射入的射入光，通过由受光电路转换为电信号而被直接检测，经匹配滤光器滤光后由模拟/数字转换器转换为数字电信号，以用于求出瑞利谱。而且，根据需要，在数字转换之前通过放大电路放大电信号。

控制处理部13例如具备微处理器、工作存储器及存储以高空间分辨率测量检测用光纤15的应变及温度的分布所需要的各数据的存储器等。控制处理部13是电子电路，通过与应变及温度检测计14进行信号的输入输出，来控制第1及第2光源1、20、第1及第2ATC10、18、第1及第2AFC11、19、光脉冲生成部3、光开关4、22、光强度/偏振调整部6、1×2光开关25、29、31及光强度调整部24，以便以高空间分辨率且更远距离地测量检测用光纤15的长度方向上的检测用光纤15的应变及温度的分布。

控制处理部13在功能上具备存储部和频率设定部，该存储部预先存储基准用光纤17中的引起感应布里渊散射现象的第1及第2光的频率差和与感应布里渊散射现象相关的光的光强度之间的关系；所述频率设定部，基于应变及温度检测计14求出的与感应布里渊散射现象相关的光的光强度和基准用光纤17的已知的上述关系来控制第1AFC11及/或第2AFC19，以便使第1及第2光源1、20中的第1及第2发光元件发出的各光的频率差成为预先设定的指定频率差。而且，控制处理部13在功能上还具备控制第1AFC11，以便射出基准用光纤17中的引起瑞利背向散射现象的光的频率设定部。

另外，所述第1及第2光源1、20、第1及第2ATC10、18、第1及第2AFC11、19、光强度/偏振调整部6、光强度调整部24及光强度调制器可参考上述专利文献1。

以下对射入检测用光纤的光利用扩频方式时的布里渊频移进行说明。

扩频方式或者脉冲压缩方式在所谓的雷达领域中用于延长其可测量距离。这些方式通过在为了探测目标物而被放射到空间的脉冲内部利用频率调制或相位调制等来扩展脉冲的频谱，对被目标物反射的反射波实施称作脉冲压缩的解调，从而探测到达目标物的距离。由此，可增大脉冲的能量，能够延长可测量距离。扩频一般是指有意识地扩大频宽使频宽宽于发送信号原本所需要的频宽。

在将该扩频方式应用于BOTDA或BOTDR时，由于布里渊频移经过非线性的过程而产生，因此，如果扩展(扩散)光脉冲的光谱，会由此导致光谱产生双重扩展，第一是被激发的声频声子的光谱被扩展，第二是每个频率的反射波的时间序列信号中的光谱也被扩展。因此，不能简单地将扩频符号应用于BOTDA或BOTDR。因此，本案发明人发现，如以下所分析的那样，由主光脉冲和副光脉冲构成光脉冲，并且主光脉冲利用扩频方式，由此可将扩频方式应用于BOTDA或BOTDR。

以下，是对BOTDA的情况进行说明，但也可同样地对BOTDR进行分析。

在BOTDA中，从检测用光纤的一端(z＝0)射入泵浦光，并且从另一端射入频率与泵浦光的频率不同的探测光(probe light)，在z＝0的端点处观测被激发的声频声子的背向散射。布里渊增益谱(BGS)为探测光的能量的增量。

首先，将该泵浦光A_p(0，t)设为复包络线(complex envelope)具有公式(1)所表示的形状的光脉冲。

$A_p(0,t)=\sqrt{P_p}f\left(t\right)\·\·\·\left(1\right)$

此处，P_p为泵浦光的能量，f(t)为表示在时刻t的泵浦光的振幅的函数，并且被标准化使其最大绝对值为1。

而且，如果用公式(2)来定义函数，则其傅里叶变换可由公式(3)来表示。此时，布里渊增益谱V(t，ν)为二维卷积(convolution)，且由公式(4)表示。公式(4)的右边第1项为时变洛伦兹谱(time-varying Lorentz spectrum)。

$\mathrm{\&gamma;}(t,\mathrm{\&tau;})=\left\{\begin{array}{cc}f\left(t\right)f^{*}(t-\mathrm{\&tau;}),& \mathrm{\&tau;}\&GreaterEqual;0\\ f^{*}\left(t\right)f(t+\mathrm{\&tau;}),& \mathrm{\&tau;}<0\end{array}\right.\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(2\right)$

$\mathrm{\&psi;}(t,\mathrm{\&nu;})={\&Integral;}_{-\&infin;}^{\&infin;}\mathrm{\&gamma;}(t,\mathrm{\&tau;})e^{-2\mathrm{\&pi;i\&nu;\&tau;}}\mathrm{d\&tau;}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(3\right)$

$V(t,\mathrm{\&nu;})=\mathrm{\&gamma;G}{(\mathrm{\&nu;}-{\mathrm{\&nu;}}_B\left(\frac{{\mathrm{\&upsi;}}_{g}t}{2}\right))}^{t,\mathrm{\&nu;}}*\mathrm{\&psi;}(t,\mathrm{\&nu;})\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(4\right)$

此处，上标*表示复共轭(complex conjugate)，i表示复单位(complex unit)(i²＝-1)。而且，γ为增益系数，ν_B(z)为位置z的布里渊频移。并且，G(ν)为洛伦兹谱，v_g为泵浦光的群速度。运算符*表示卷积，其上标文字t、ν表示是有关这些变量的二维卷积。另外，乘法的运算符“·”省略记载。

此处，较为理想的是，公式(4)的右边第1项的时变洛伦兹谱自身被观测到，但实际上会观测到通过与点展宽函数Ψ(t，ν)的卷积而被掩盖(obscured)的布里渊增益谱(Brillouin gain spectrum)。因此，点展宽函数Ψ(t，ν)必须是二维三角函数(delta function)或与其接近。因此，优选Ψ(t，ν)≈δ(t)δ(ν)。

此处，由主光脉冲f₁(t)和副光脉冲f₂(t)构成泵浦光。即，泵浦光的振幅f(t)为公式(5)所示。

f(t)＝f₁(t)+f₂(t)      …(5)

该副光脉冲起到为主光脉冲激发声频声子的作用。副光脉冲的脉冲宽度D_sub至少充分长于声频声子的寿命。声频声子的寿命通常为5ns左右。

该主光脉冲起到将被声频声子散射的能量赋给探测光的作用。该主光脉冲在时间方向上按指定的时间宽度被分割成多个单元(cell)，通过利用扩频方式而成为宽带(wide band)。所谓宽带，是与声频声子的谱线宽(约30至40MHz)相比而言。该单元的时间宽度决定BOTDA的空间分辨率，其倒数为光谱的宽度。例如，当单元宽度(单元时间宽度)为0.1ns时，空间分辨率为1cm，频宽为10GHz。并且，主光脉冲的脉冲宽度D决定为了延长可测量距离而赋给泵浦光的能量。在此，如上所述，由于BOTDA的空间分辨率是由主光脉冲的单元宽度决定，所以主光脉冲的脉冲宽度D与BOTDA的空间分辨率可独立地设定。因此，主光脉冲的脉冲宽度D能根据所希望的可测量距离来适当确定。因此，与以往相比可以进一步延长可测量距离。

如果像这样由两个成分构成泵浦光，则布里渊增益谱V(t，ν)包含三个成分，由公式(6)及公式(7)(公式(7-1)至公式(7-3))来表示。

V(t，ν)＝V_1，1(t，ν)+V_1，2(t，ν)+V_2，2(t，ν)    …(6)

$V_{\mathrm{1,1}}(t,\mathrm{\&nu;})=\mathrm{\&gamma;G}{(\mathrm{\&nu;}-{\mathrm{\&nu;}}_B\left(\frac{{\mathrm{\&upsi;}}_{g}t}{2}\right))}^{t,\mathrm{\&nu;}}*{\mathrm{\&psi;}}_{\mathrm{1,1}}(t,\mathrm{\&nu;})\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;(7-1)$

$V_{1,2}(t,\mathrm{\&nu;})=\mathrm{\&gamma;G}{(\mathrm{\&nu;}-{\mathrm{\&nu;}}_B\left(\frac{{\mathrm{\&upsi;}}_{g}t}{2}\right))}^{t,\mathrm{\&nu;}}*{\mathrm{\&psi;}}_{1,2}(t,\mathrm{\&nu;})\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;(7-2)$

$V_{2,2}(t,\mathrm{\&nu;})=\mathrm{\&gamma;G}{(\mathrm{\&nu;}-{\mathrm{\&nu;}}_B\left(\frac{{\mathrm{\&upsi;}}_{g}t}{2}\right))}^{t,\mathrm{\&nu;}}*{\mathrm{\&psi;}}_{2,2}(t,\mathrm{\&nu;})\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;(7-3)$

并且，其点展宽函数Ψ(t，ν)由公式(8)来表示，由于泵浦光包含主光脉冲和副光脉冲，因此该点展宽函数Ψ(t，ν)由公式(9)及公式(10)表示。

$\mathrm{\&psi;}(t,\mathrm{\&nu;})=f\left(t\right){\&Integral;}_{-\&infin;}^{\&infin;}f(t-|\mathrm{\&tau;}\left|\right)e^{-2\mathrm{\&pi;i\&nu;\&tau;}}\mathrm{d\&tau;}*h\left(t\right)\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(8\right)$

ψ(t，ν)＝ψ_1，1(t，ν)+ψ_1，2(t，ν)+ψ_2，1(t，ν)+ψ_2，2(t，ν)  …(9)

${\mathrm{\&psi;}}_{\mathrm{1,1}}(t,\mathrm{\&nu;})=f_1\left(t\right){\&Integral;}_{-\&infin;}^{\&infin;}{f}_1(t-|\mathrm{\&tau;}\left|\right)e^{-2\mathrm{\&pi;i\&nu;\&tau;}}\mathrm{d\&tau;}*h\left(t\right)\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;(10-1)$

${\mathrm{\&psi;}}_{1,2}(t,\mathrm{\&nu;})=f_1\left(t\right){\&Integral;}_{-\&infin;}^{\&infin;}{f}_2(t-|\mathrm{\&tau;}\left|\right)e^{-2\mathrm{\&pi;i\&nu;\&tau;}}\mathrm{d\&tau;}*h\left(t\right)\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;(10-2)$

${\mathrm{\&psi;}}_{\mathrm{2,1}}(t,\mathrm{\&nu;})=f_2\left(t\right){\&Integral;}_{-\&infin;}^{\&infin;}{f}_1(t-|\mathrm{\&tau;}\left|\right)e^{-2\mathrm{\&pi;i\&nu;\&tau;}}\mathrm{d\&tau;}*h\left(t\right)\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;(10-3)$

${\mathrm{\&psi;}}_{2,2}(t,\mathrm{\&nu;})=f_2\left(t\right){\&Integral;}_{-\&infin;}^{\&infin;}{f}_2(t-|\mathrm{\&tau;}\left|\right)e^{-2\mathrm{\&pi;i\&nu;\&tau;}}\mathrm{d\&tau;}*h\left(t\right)\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;(10-4)$

此处，在扩频方式中，被用于该扩频方式的匹配滤光器(matched filter)被用于其解调，匹配滤光器的脉冲响应h(t)被设为f₁(D-t)(h(t)＝f₁(D-t))。匹配滤光器例如将用于扩频的信号(在扩频中使用代码序列时为代码)在时间上逆转，以取得与匹配滤光器的输入的卷积。

由于主光脉冲利用扩频方式，副光脉冲为未调制且其脉冲宽度充分地长，因此点展宽函数Ψ(t，ν)的成分Ψ_1，2(t，ν)可近似为如公式(11)所示，是所述理想的类型。

ψ_1，2(t，ν)～D_subC_pδ(ν)f₁(t)*h(t)～DD_subC_pδ(t)δ(ν)  …(11)

此处，C_p为主光脉冲与副光脉冲的振幅比。

因此，与此对应的布里渊增益谱由公式(12)表示。

$V_{\mathrm{1,2}}(t,\mathrm{\&nu;})=\mathrm{\&gamma;G}{(\mathrm{\&nu;}-{\mathrm{\&nu;}}_B\left(\frac{{\mathrm{\&upsi;}}_{g}t}{2}\right))}^{t,\mathrm{\&nu;}}*{\mathrm{\&psi;}}_{\mathrm{1,2}}(t,\mathrm{\&nu;})$

$~{\mathrm{\&gamma;DD}}_{\mathrm{sub}}{C}_{p}G(\mathrm{\&nu;}-{\mathrm{\&nu;}}_B\left(\frac{{\mathrm{\&upsi;}}_{g}t}{2}\right))\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(12\right)$

另外，布里渊增益谱V(t，ν)中的其他成分V_1，1(t，ν)及V_2，1(t，ν)在主光脉冲通过伪随机数而被扩频时成为平坦的光谱。而且，另一成分V_2，2(t，ν)被处于解调期的匹配滤光器抑制。

而且，布里渊增益谱V(t，ν)中的成分V_1，1(t，ν)及V_2，2(t，ν)可通过使泵浦光仅包含主光脉冲或者仅包含副光脉冲来测量布里渊增益谱而被提取。

根据以上的分析，在本分布式光纤传感器中，通过使射入检测用光纤的光脉冲包含利用扩频方式的主光脉冲和未调制的副光脉冲这两种成分，可独立地设定空间分辨率和可测量距离，因此能以高空间分辨率测定应变及温度，并且能够延长可测量距离从而可测量更远的距离。

图1所示的分布式光纤传感器FS在测量布里渊频移量时作为BOTDA发挥功能，并通过切换1×2光开关25、29、31可作为第1方式(两端测量)进行动作。图2是表示使图1所示的分布式光纤传感器以第1方式动作时的分布式光纤传感器的概略结构的框图。

如图2所示，在两端测定时，分布式光纤传感器FS将由光脉冲光源LS_p产生的副光脉冲和主光脉冲作为泵浦光，从用于检测应变及温度的检测用光纤15的一端射入，并且将由连续光光源LS_CW产生的连续光作为探测光从检测用光纤15的另一端射入。

分布式光纤传感器FS，通过由应变及温度检测计14接收在检测用光纤15中产生的与感应布里渊散射现象相关的光，并由应变及温度检测计14进行布里渊增益谱时域分析(B^Gain-OTDA)或布里渊损耗谱时域分析(B^Loss-OTDA)，来测量布里渊频移量。

在光脉冲光源LS_p中，从激光源LD射出的激光在光信号生成器OSG中通过伪随机数发生器RG的伪随机数而受到相位调制，从而生成利用扩频方式的主光脉冲。由伪随机数发生器RG生成的伪随机数被通知给应变及温度检测计14以用于解调。并且，在应变及温度检测计14中，从检测用光纤15射出的与感应布里渊散射现象相关的光通过与伪随机数发生器RG的伪随机数相应的匹配滤光器MF滤光，并由信号处理部SP实施BOTDA的信号处理，从而测量布里渊频移量。

另外，以下，将布里渊增益谱时域分析或布里渊损耗谱时域分析酌情简称为布里渊光时域分析。在该布里渊光时域分析中，与感应布里渊散射现象相关的光是受到布里渊放大或衰减的光。

另外，图1所示的分布式光纤传感器FS在测量布里渊频移量时作为BOTDA发挥功能，并通过切换光开关25、29、31可作为第2方式(单端测量)进行动作。图3是表示使图1所示的分布式光纤传感器以第2方式动作时的分布式光纤传感器的概略结构的框图。

如图3所示，在单端测定时，分布式光纤传感器FS将由光脉冲光源LS_p产生的副光脉冲及主光脉冲作为泵浦光，并且将由连续光光源LS_CW产生的连续光作为探测光，从检测用光纤15的一端射入。另外，主光脉冲利用扩频方式。

分布式光纤传感器FS，通过由应变及温度检测计14接收在检测用光纤15中产生的与感应布里渊散射现象相关的光，并由应变及温度检测计14进行布里渊增益谱时域分析(B^Gain-OTDA)或布里渊损耗谱时域分析(B^Loss-OTDA)，由此来测量布里渊频移量。

接下来，对分布式光纤传感器FS的动作进行说明。首先，当测量开始时，将从第1及第2光源1、20射出的各连续光的各频率利用基准用光纤17分别进行调整(校正)。

更具体而言，控制处理部13通过分别控制第1ATC10及第1AFC11和第2ATC18及第2AFC19，让第1及第2光源1、20以各指定频率分别发出连续光，并让这些连续光彼此反向地射入基准用光纤17。这些来自第1光源1的连续光及来自第2光源20的连续光在基准用光纤17中引起感应布里渊散射现象，与该感应布里渊散射现象相关的光从基准用光纤17通过光循环器12射入应变及温度检测计14。

应变及温度检测计14接收与感应布里渊散射现象相关的光，对接收到的与感应布里渊散射现象相关的光的光强度进行检测，并将检测到的光强度通知给控制处理部13。在控制处理部13的存储部中预先存储有在基准用光纤17中引起感应布里渊散射现象的第1及第2光的频率差和与感应布里渊散射现象相关的光的光强度之间的关系。控制处理部13如果收到该通知，则通过其频率设定部根据上述关系求出第1及第2光源1、20中的第1及第2发光元件发出的各光的与应设定的指定频率差fa相应的基准光强度Pa，并控制第1AFC11及第2AFC19，以使应变及温度检测计14检测到的测定光强度Pd与该基准光强度Pa一致。由此，第1及第2光源1、20中的第1及第2发光元件发出的各光的频率差被调整成应设定的指定频率差fa。另外，在本实施方式中，光强度Pd被赋予经受光元件光电转换后的电压值，基准光强度Pa成为与该基准光强度Pa对应的电压值。

此处，基准用光纤17中的引起感应布里渊散射现象的第1及第2光的频率差和与感应布里渊散射现象相关的光的光强度之间的关系一般具有温度依赖性。在本实施方式中，当进行调整时，控制处理部13通过温度检测部16检测基准用光纤17的温度，根据该检测温度来修正基准用光纤17中的上述关系。因此，能够更高精度地执行调整。

通过以此方式进行动作，从第1及第2光源1、20射出的各连续光的各频率得到调整。这种调整从进一步提高测定精度的观点考虑，在获取布里渊谱时，可以每当为了扫描而改变频率时加以执行，或者，从缩短测定时间的观点考虑，可以在每次测定应变及温度时或每当经过指定期间，或者在分布式光纤传感器FS的启动时加以执行。

接下来，对应变及温度的测量动作进行说明。图4是用于说明图1所示的分布式光纤传感器FS的应变及温度的测量动作的流程图。

首先，在步骤S1中，应变及温度检测计14推定布里渊频移量Δνb，决定用于测量布里渊频移量Δνb的频率的扫描范围(frequency sweep range)，并指示控制处理部13在所决定的扫描范围内让来自第1及第2光源1、20的各连续光发光。此处的布里渊频移量Δνb的推定例如基于所预测的最大温度变化量及最大应变变化量等来进行。另外，由于用于测量布里渊频移量的频率的扫描范围较窄，因此能够简单地推定该频率的扫描范围。

接下来，在步骤S2中，应变及温度检测计14测量布里渊频移量Δνb。例如，通过以下的处理获得布里渊频移量Δνb。

首先，控制处理部13通过控制第1ATC10及第1AFC11和第2ATC18及第2AFC19，让第1及第2光源1、20以各指定频率分别发出连续光。从第1光源1射出的连续光经由光耦合器2射入光脉冲生成部3，从第2光源20射出的连续光经由光耦合器21射入光开关22。

接下来，控制处理部13通过对光脉冲生成部3进行控制让其生成指定的泵浦光(副光脉冲及主光脉冲)。更具体而言，控制处理部13例如通过以下述方式让光脉冲生成部3动作，生成泵浦光。

图5是用于说明图1所示的光脉冲生成部3的结构及其动作的图。图6是用于说明泵浦光(副光脉冲及主光脉冲)的结构及匹配滤光器的图，图6(A)是表示泵浦光的结构的图，图6(B)是表示匹配滤光器的图。

光脉冲生成部3例如，如图5所示，包括：调制射入光的光强度的LN强度调制器101；构成用于驱动LN强度调制器101的第1驱动电路的直流电源102、乘法器103及定时脉冲发生器(timing pulse generator)104；调制射入光的相位的LN相位调制器111；构成用于驱动LN相位调制器111的第2驱动电路的直流电源112、乘法器113及伪随机数发生器114；掺铒(erbium)光纤放大器(EDFA)121；调制射入光的光强度的LN强度调制器131；以及构成用于驱动LN强度调制器131的第3驱动电路的直流电源132、乘法器133及定时脉冲发生器134。

LN相位调制器111例如是这样的装置，在具有电光效应(electro-optic effect)的铌酸锂的基板上形成有光波导、信号电极及接地电极，通过直接利用伴随折射率变化的相位变化，来调制射入光的相位，该折射率变化基于因对两电极间施加指定的信号而产生的电光效应。

LN强度调制器101、131例如是这样的装置，构成马赫-曾德尔干涉仪(Mach-Zehnder interferometer)，通过使伴随基于电光效应的折射率变化的相位变化改变为强度变化，来调制射入光的光强度。另外，在LN强度调制器101、131及LN相位调制器111中，也可以取代铌酸锂的基板而使用例如钽酸锂、或铌酸锂/钽酸锂固溶体(solid solution)等具有其他电光效应的基板。

在第1驱动电路中，直流电源102是为了进行强度调制而产生施加给LN强度调制器101的信号电极的直流电压的电源电路，定时脉冲发生器104是为了让LN强度调制器101动作而产生动作定时脉冲(operation timing pulse)的脉冲生成电路，并且，乘法器103是将从直流电源102输入的直流电压和从定时脉冲发生器104输入的动作定时脉冲相乘，并将与动作定时脉冲相应的直流电压输出至LN强度调制器101的电路。

在第2驱动电路中，直流电源112是为了进行相位调制而产生施加给LN相位调制器111的信号电极的直流电压的电源电路，伪随机数发生器114是为了让LN相位调制器111动作以便利用扩频方式来调制射入光，在动作时刻(at the operation timing)生成伪随机数的伪随机数生成电路，乘法器113是将从直流电源112输入的直流电压和从伪随机数发生器114输入的伪随机数相乘，并将与伪随机数相应的直流电压输出至相位调制器111的电路。

EDFA121是具备掺杂有铒的光纤、将射入光放大后射出的光部件。EDFA121以预先设定的指定放大率来放大射入光，以便使其达到适合于检测用光纤15中的应变及温度的检测的光强度。因此，如果在从第1光源1传播到检测用光纤15的期间发生损失(loss)，该损失也能够得到补偿，从而可实现对指定的测量范围的测定。

在第3驱动电路中，直流电源132是为了让LN强度调制器131进行强度调制以进行导通/断开控制，产生施加给LN强度调制器131的信号电极的直流电压的电源电路，定时脉冲发生器134是为了让LN强度调制器131动作而产生动作定时脉冲的脉冲生成电路，乘法器133是将从直流电源132输入的直流电压和从定时脉冲发生器134输入的动作定时脉冲相乘，并将与动作定时脉冲相应的直流电压输出至LN强度调制器131的电路。

通过让这种光脉冲生成部3动作，可以产生例如图6(A)所示结构的泵浦光。

图6(A)所示的泵浦光包含以扩频方式编码的主光脉冲和未调制的、不与该主光脉冲重合(不重叠)而在时间上先行于该主光脉冲的副光脉冲。主光脉冲按指定的时间宽度(单元宽度)被分割成多个单元，在本实施方式中，所述各单元通过M序列二进制代码而被调制(编码)。单元宽度根据所希望的空间分辨率来设定，主光脉冲的脉冲宽度根据所希望的测量距离来设定。而且，将副光脉冲设成能够使声频声子完全上升的脉冲宽度，在图6(A)所示的例子中，具有与主光脉冲的光强度同等级的光强度。

在图6(A)所示的例子中，副光脉冲与主光脉冲在时间上连续，但也可以在时间上分离。如果在时间上分离，则较为理想的是，设定为在通过副光脉冲而上升的声频声子消失之前，主光脉冲作用于所述声频声子的时间间隔。通常，声频声子的寿命约为5ns，因此副光脉冲与主光脉冲的时间间隔在约5ns以内较为理想。

为了产生图6(A)所示结构的泵浦光，在图5中，首先，从第1光源1射出的连续光L1经由光耦合器2而射入光脉冲生成部3的LN强度调制器101。

在光脉冲生成部3中，在泵浦光的生成时刻(generation timing)，将相当于副光脉冲的脉冲宽度D_sub和主光脉冲的脉冲宽度D的脉冲宽度(D_sub+D)的动作定时脉冲从定时脉冲发生器104输出至乘法器103，并与从直流电源102输入的直流电压相乘，脉冲宽度(D_sub+D)的直流电压被施加至LN强度调制器101的信号电极。由此，LN强度调制器101，按照动作定时脉冲在相当于其脉冲宽度(D_sub+D)的时间宽度(D_sub+D)的期间被导通，连续光L1通过LN强度调制器101成为脉冲宽度(D_sub+D)的光脉冲L2而被射出。

然后，光脉冲生成部3，在主光脉冲的生成时刻，在相当于主光脉冲的脉冲宽度D的时间宽度D的期间内，将伪随机数以单元宽度的时间时刻(temporal timing)从伪随机数发生器114依次输出至乘法器113，并与从直流电源112输入的直流电压相乘，从主光脉冲的生成时刻开始，在时间宽度D，将经M序列二进制代码调制后的直流电压以单元宽度的时间时刻依次施加至LN相位调制器111的信号电极。

即，经M序列二进制代码调制后的直流电压为如下所述的电压值，即，在M序列二进制代码为“+”时所对应的直流电压被提供给LN相位调制器111时从LN相位调制器111射出的光的相位、和在M序列二进制代码为“-”时所对应的直流电压被提供给LN相位调制器111时从LN相位调制器111射出的光的相位彼此相差180度。由此，光脉冲L2通过LN相位调制器111成为包含未调制的部分(对应于副光脉冲)和经M序列二进制代码调制的部分(对应于主光脉冲)的光脉冲L3而被射出。

接着，在EDFA121中，光脉冲L3被放大直至达到指定的光强度，成为光脉冲L4而被射出。

然后，光脉冲生成部3，在泵浦光的生成时刻，将相当于副光脉冲的脉冲宽度D_sub和主光脉冲的脉冲宽度D的脉冲宽度(D_sub+D)的动作定时脉冲从定时脉冲发生器134输出至乘法器133，并与从直流电源132输入的直流电压相乘，脉冲宽度(D_sub+D)的直流电压被施加至LN强度调制器131的信号电极。由此，光脉冲L4通过LN强度调制器131，被除去由EDFA121随附于光脉冲L4的自发放射光(ASE)等噪声，成为包含脉冲宽度D_sub且未调制的副光脉冲和脉冲宽度D且经扩频方式编码的主光脉冲的泵浦光L5而被射出。

然后，控制处理部13在光脉冲生成部3中的泵浦光(副光脉冲及主光脉冲、光脉冲L4)的生成时刻，导通光开关4及光开关22。控制处理部13将泵浦光(副光脉冲及主光脉冲)的生成时刻通知给应变及温度检测计14。

如果光开关4被导通，泵浦光(副光脉冲及主光脉冲)射入光耦合器5并被分支成两束。被分支的一束泵浦光射入光强度/偏振调整部6，由光强度/偏振调整部6调整其光强度，且其偏振方向被随机(random)调整，并经由光循环器7、光耦合器8及光连接器9射入检测用光纤15的一端。另一方面，被光耦合器5分支的另一束副光脉冲及主光脉冲射入应变及温度检测计14。

应变及温度检测计14测量泵浦光(副光脉冲及主光脉冲)的光谱，并将泵浦光的频率及光强度通知给控制处理部13。控制处理部13若收到该通知，则根据需要控制第1ATC10、第1AFC11及光强度/偏振调整部6，以获得最佳的测定结果。

另一方面，如果光开关22被导通，连续光(探测光)射入光耦合器23并被分支成两束。被分支的一束探测光(连续光)射入光强度调整部24，由光强度调整部24调整其光强度后，射入1×2光开关25。在以第1方式执行布里渊光时域分析(BOTDA)的情况下，1×2光开关25被切换成使从输入端子射入的光经由光连接器26射入检测用光纤15的另一端，探测光(连续光)经由光连接器26射入检测用光纤15的另一端。

另一方面，在以第2方式执行布里渊光时域分析(BOTDA)的情况下，1×2光开关25被切换成使从输入端子射入的光经由光耦合器8及光连接器9射入检测用光纤15的一端，探测光(连续光)经由光耦合器8及光连接器9射入检测用光纤15的一端。另一方面，被光耦合器23分支的另一束探测光(连续光)射入应变及温度检测计14。

应变及温度检测计14测量探测光(连续光)的光谱，并将探测光的频率及光强度通知给控制处理部13。控制处理部13若收到该通知，则根据需要控制第2ATC18、第2AFC19及光强度调整部24，以获得最佳的测定结果。

在第1方式的布里渊光时域分析中，射入检测用光纤15的一端的泵浦光(副光脉冲及主光脉冲)一边与从检测用光纤15的另一端射入并在检测用光纤15中传播的探测光(连续光)产生感应布里渊散射现象，一边从检测用光纤15的一端向另一端传播。在第2方式的布里渊光时域分析中，射入检测用光纤15的一端的泵浦光(副光脉冲及主光脉冲)一边与从检测用光纤15的一端射入并被检测用光纤15的另一端反射后在检测用光纤15中传播的探测光(连续光)产生感应布里渊散射现象，一边从检测用光纤15的一端向另一端传播。基于此种泵浦光与探测光的相互作用，通过控制处理部13来调整光开关4及光开关22的导通/断开的时刻。

1×2光开关29，在以第1方式或第2方式执行布里渊光时域分析(BOTDA)的情况下，被切换成使从输入端子射入的光射入应变及温度检测计14。因此，与感应布里渊散射现象相关的光从检测用光纤15的一端射出，并经由光连接器9、光耦合器8、光循环器7及1×2光开关29而射入应变及温度检测计14。

在应变及温度检测计14中，与感应布里渊散射现象相关的光如上所述通过直接检测而被提取，由受光元件转换成电信号后通过匹配滤光器滤光。例如，如图6(B)所示，该匹配滤光器是逆相位调制图形(P_nP_n-1……P₃P₂P₁)的滤光器，将在光脉冲生成部3的LN相位调制器111中通过M序列二进制代码相位调制后的相位调制图形(P₁P₂P₃……P_n-1P_n)在时间上进行了逆转。

例如，如果主光脉冲的各单元通过M序列二进制代码以“+-++-+...+-”的相位调制图形被进行调制，则匹配滤光器为将该相位调制图形在时间上反转后而成为“-+...+-++-+”的逆图形的滤光器。通过利用这种匹配滤光器，可精度良好地检测由经过扩频编码后的主光脉冲引起的与感应布里渊散射现象相关的光。应变及温度检测计14根据从控制处理部13通知的生成时刻，对该接收到的与感应布里渊散射现象相关的光进行时域分析，以测量检测用光纤15的长度方向上的与感应布里渊散射现象相关的光的光强度的分布。

此处，与感应布里渊散射现象相关的泵浦光(副光脉冲及主光脉冲)和探测光(连续光)之间的相互作用的程度依赖于所述各光的偏振面的相对关系，但在本实施方式所涉及的分布式光纤传感器FS中，由于在每次测量时均由光强度/偏振调整部6随机改变泵浦光的偏振面，因此通过多次进行测量并采用其平均值，实质上可解除该依赖性。因此，可精度良好地获得与感应布里渊散射现象相关的光的光强度的分布。

这种检测用光纤15的长度方向上的与感应布里渊散射现象相关的光的光强度的分布，例如可通过控制处理部13的控制以指定的频率间隔在指定的频率范围内扫描从第2光源20射出的探测光(连续光)的频率，从而在各频率下以高精度且高空间分辨率而得到测量。其结果，能以高精度且高空间分辨率获得检测用光纤15在长度方向的各区域部分的布里渊谱。

并且，应变及温度检测计14通过分别求出与未产生应变的状态下的检测用光纤15在长度方向上的各区域部分的布里渊谱的峰值对应的频率、和与产生了应变的状态下的检测用光纤15在长度方向上的各区域部分的布里渊谱的峰值对应的频率之差，其中，产生了应变的状态下的检测用光纤15在长度方向上的各区域部分与未产生所述应变的状态下的检测用光纤15的各区域部分相对应，从而以高精度且高空间分辨率求出检测用光纤15在长度方向上的各部分的布里渊频移量。

再次参照图4，接下来，应变及温度检测计14在步骤S3中，根据通过上述处理求出的布里渊频移量Δνb推定瑞利频移量Δνr，在步骤S4中，由推定出的瑞利频移量Δνr决定用于测量瑞利背向散射光的脉冲光的频率的扫描范围。

此处，如果设应变的变化量为Δε、温度的变化量为ΔT，则布里渊频移量Δνb及瑞利频移量Δνr由下述公式表示。在下述公式中，B11≈0.05×10^-3GHz/με、B12≈1.07×10^-3GHz/℃、R11≈-0.15GHz/με、R12≈-1.25GHz/℃。

Δνb＝B11×Δε+B12×ΔT    …(13)

Δνr＝R11×Δε+R12×ΔT    …(14)

将上述公式进行比较可知，瑞利频移量Δνr的灵敏度与布里渊频移量Δνb相比非常高。这对于提高测量精度非常有利，但是，如果与决定用于测量布里渊频移量Δνb的频率的扫描范围同样地来决定用于测量瑞利频移量Δνr的频率的扫描范围，则用于测量瑞利频移量Δνr的频率的扫描范围会变得非常宽导致测量需要较长时间。

因此，在本实施方式中，根据已测定出的布里渊频移量Δνb来推定瑞利频移量Δνr。例如，当通过测定而得到布里渊频移量Δνb＝300MHz时，首先，假定所有变化是由温度的影响引起，则Δε＝0，从公式(13)得到ΔT＝300℃。将该ΔT＝300℃代入公式(14)，得到Δνr＝-375GHz。

接下来，假定所有变化是由应变的影响引起，则ΔT＝0，从公式(13)得到Δε＝6000με。若将该Δε＝6000με代入公式(14)，则得到Δνr＝-900GHz。此时，作为用于测量瑞利频移量Δνr的频率的扫描范围，-375GHz至-900GHz的范围被决定。因此，只要从-375GHz附近至-900GHz附近进行扫描，便可在短时间内测量瑞利频移量Δνr。另外，频率的扫描范围可以直接使用以上述方式求出的两个频率，也可以进行各种变更，例如适当地附加指定的测量充裕量(measurement margin)，或者为了缩短测量时间而使扫描范围缩小指定量。而且，本例中示出了假定温度变化量的下限为0℃、应变的大小无限制的情况，但温度变化量或应变的大小范围也可以随装置的适用对象而变化。在假定温度变化量存在上限和下限，而且应变的大小存在上限的情况下，也可以与此相应地决定瑞利频率扫描范围。

接下来，在步骤S5中，应变及温度检测计14利用以上述方式决定的频率的扫描范围，测量瑞利频移量Δνr。例如，通过以下的处理获得瑞利频移量Δνr。

首先，控制处理部13通过控制第1ATC10及第1AFC11使第1光源1以指定频率发出连续光。从第1光源1射出的连续光经由光耦合器2射入光脉冲生成部3及1×2光开关31，1×2光开关31将从第1光源1射出的连续光输出至光耦合器30。另外，在进行瑞利频移量的测量时，光开关22断开，光不会从检测用光纤15的另一端射入。

接下来，控制处理部13通过控制光脉冲生成部3生成用于利用瑞利散射现象的脉冲光。更具体而言，控制处理部13通过例如以下述方式让光脉冲生成部3动作而生成脉冲光。

图7是表示从图1所示的光脉冲生成部3射出的脉冲光的一例的图，图7(A)示出脉冲光的波长，图7(B)示出脉冲光的波形。图7(B)所示的脉冲光为指定电平(level)的矩形波，如图7(A)所示，在指定数的脉冲期间，使其周期依次增加指定频率。另外，图7(A)中，为了便于图示而示意性地图示为频率呈线性增加，但严格来说，其频率是每隔数脉冲增加，脉冲光的频率呈阶梯状增加。而且，如果未进行后述的相加平均，即，如果以一个脉冲来测量瑞利背向散射光，则也可以每隔一个脉冲来增加其频率。

另外，脉冲光并不特别限定于本例，只要能够利用瑞利散射现象，则可以使用各种形式的光等。而且，对于利用瑞利散射现象的光，也可以与用于上述感应布里渊散射现象的光同样，适用通过M序列二进制代码来进行调制(编码)等各种方法。

为了生成图7所示的脉冲光，从第1光源1射出的连续光经由光耦合器2射入光脉冲生成部3的LN强度调制器101。在光脉冲生成部3中，在脉冲光的生成时刻，将相当于脉冲光的脉冲宽度的动作定时脉冲从定时脉冲发生器104输出至乘法器103，并与从直流电源102输入的直流电压相乘，脉冲宽度的直流电压被施加至LN强度调制器101的信号电极。由此，LN强度调制器101按照动作定时脉冲而在相当于其脉冲宽度的时间宽度的期间被导通，连续光成为图7(B)所示的脉冲宽度的光脉冲而被射出。随后，脉冲光经由LN相位调制器111射入EDFA121，光脉冲被放大直至达到指定的光强度，并经由LN强度调制器131射出至光开关4。

然后，控制处理部13在光脉冲生成部3中的脉冲光的生成时刻让光开关4导通，并将脉冲光的生成时刻通知给应变及温度检测计14。

如果光开关4被导通，则脉冲光射入光耦合器5并被分支成两束。被分支的一束脉冲光射入光强度/偏振调整部6，由光强度/偏振调整部6调整其光强度，并且其偏振方向被随机(random)调整，并经由光循环器7、光耦合器8及光连接器9射入检测用光纤15的一端。另一方面，被光耦合器5分支的另一束脉冲光射入应变及温度检测计14。

应变及温度检测计14测量脉冲光的光谱，并将脉冲光的频率及光强度通知给控制处理部13。控制处理部13如果收到该通知，则根据需要控制第1ATC10、第1AFC11及光强度/偏振调整部6，以获得最佳的测定结果。

射入检测用光纤15的一端的脉冲光在检测用光纤15内散射而产生瑞利散射现象，与瑞利散射现象相关的光从检测用光纤15的一端射出，并经由光连接器9、光耦合器8、光循环器7及1×2光开关29射入光耦合器30。其结果，由光耦合器30所混合的两束光射入应变及温度检测计14。

如上所述，第1光源1作为波长可变光源发挥功能，随着时间改变脉冲光的波长，光脉冲生成部3作为光强度调制器、光放大器及光强度调制器而发挥功能，生成指定脉冲宽度的脉冲，光强度/偏振调整部6作为高速偏振波扰频器而发挥功能，对各脉冲光赋予随机的偏振波面。光耦合器30将来自第1光源1的连续波和来自检测用光纤15的瑞利背向散射光混合，应变及温度检测计14的受光元件零差(homodyne)接受这些光。

此时，由于在每次测量时都通过光强度/偏振调整部6对各脉冲光赋予随机的偏振面，因此应变及温度检测计14通过将波长变化量的瑞利背向散射光相加并取得平均，可获得平滑的瑞利背向散射光，可根据该瑞利背向散射光的电平来换算各距离的损失。

此种检测用光纤15在长度方向上的与瑞利散射现象相关的光的光强度的分布，例如可通过控制处理部13的控制在指定的频率范围内扫描脉冲光的频率，从而在各频率下以高精度且高空间分辨率而得到测量。其结果，能以高精度且高空间分辨率获得检测用光纤15在长度方向的各区域部分的瑞利谱。

并且，应变及温度检测计14通过分别计算未产生应变的状态下的检测用光纤15在长度方向的各区域的瑞利谱、与产生了应变的状态下的所述检测用光纤15在长度方向的各区域部分的瑞利谱的相互关联系数，其中，产生了应变的状态下的检测用光纤15在长度方向的各区域部分与未产生所述应变的状态下的所述检测用光纤15的各区域部分相对应，从而以高精度且高空间分辨率求出检测用光纤15在长度方向的各部分的瑞利频移量。

图8是表示通过图1所示的分布式光纤传感器FS测量到的瑞利频移量的一例的图。图8(A)示出有应变时与无应变时的瑞利谱，图8(B)示出有应变时与无应变时的相互关联系数。如图8(A)所示，有应变时的瑞利谱为图中的实线，无应变时的瑞利谱为图中的虚线，如果计算两者的相互关联系数，则如图8(B)所示，两者的相互关联系数的峰值的移动量Δνr成为瑞利频移量。

可知，如果使有应变时的瑞利谱(实线)仅移动该Δνr，则如图8(C)所示，有应变时的瑞利谱(实线)与无应变时的瑞利谱(虚线)大致一致，能够以高精度且高空间分辨率求出瑞利频移量。

最后，在步骤S6中，应变及温度检测计14根据以上述方式获得的布里渊频移量Δνb和瑞利频移量Δνr，检测检测用光纤15在长度方向的各部分的应变和温度。

即，如果根据上述公式(13)、公式(14)求解应变的变化量Δε和温度的变化量ΔT，则如下所示。在下述公式中，C11≈-12755.102με/GHz、C12≈-10.918×με/GHz、C21≈1530.612℃/GHz、C22≈0.510℃/GHz。

Δε＝C11×Δνb+C12×Δνr    …(15)

ΔT＝C21×Δνb+C22×Δνr    …(16)

应变及温度检测计14将各区域部分的布里渊频移量Δνb及瑞利频移量Δνr代入上述公式中，求出检测用光纤15在长度方向的各区域部分的应变的变化量Δε及温度的变化量ΔT，并将求出的应变的变化量Δε及温度的变化量ΔT加上指定的基准应变及基准温度，最终以高精度且高空间分辨率求出应变及温度。该求出的检测用光纤15在长度方向的各区域部分的应变及温度的分布由CRT显示装置或XY绘图机或打印机等未图示的输出部来提示。

根据上述结构，在本实施方式的分布式光纤传感器FS中，由于利用布里渊散射现象测量基于检测用光纤15中产生的应变及温度的布里渊频移量，并且利用瑞利散射现象测量基于检测用光纤15中产生的应变及温度的瑞利频移量，因此能够利用两个频移量同时且独立地计算在检测用光纤15中产生的应变和温度，从而能够同时且独立地以高空间分辨率测量附设了检测用光纤15的测量对象物的应变和温度。其结果，能够以约0.1m的空间分辨率且约±15με以下的精度来检测应变及温度。

接下来，基于附图说明本发明所涉及的分布式光纤传感器的第2实施例。另外，对与上述第1实施例同样的结构使用相同符号，并且省略详细说明，仅对不同的结构进行详细说明。

第2实施例所涉及的分布式光纤传感器与第1实施例同样，具备第1光源1、光耦合器2、5、8、21、23、30、光脉冲生成部3、光开关4、22、光强度/偏振调整部6、光循环器7、12、光连接器9、26、27、28、第1ATC10、第1AFC11、控制处理部13、应变及温度检测计14、检测用光纤15、温度检测部16、基准用光纤17、第2ATC18、第2AFC19、第2光源20、光强度调整部24、以及1×2光开关25、29、31(参照图1)。

应变及温度检测计14具备受光元件、光开关、放大电路、模拟/数字转换器、信号处理电路、光谱分析仪、电脑(CPU)及存储器等。

如果附设于测量对象物但未被施加来自该测量对象物的热或外力的状态(参照状态)下的检测用光纤15的与感应布里渊散射现象相关的光，射入应变及温度检测计14内的感应布里渊散射光用的受光元件，则应变及温度检测计14通过由内部的开关连接感应布里渊散射光用的受光元件和放大电路、并以指定的采样间隔检测接收到的与感应布里渊散射现象相关的光，分别求出在检测用光纤15的长度方向上检测用光纤15的各区域部分(实测位置)的布里渊谱。然后，应变及温度检测计14根据该求出的各区域部分(实测位置)的布里渊谱分别求出与其峰值对应的频率(参照峰值频率)，并将该求出的各区域部分(实测位置)的参照峰值频率保存到存储器中。

如果参照状态的检测用光纤15的与瑞利背向散射现象相关的光射入应变及温度检测计14内的瑞利背向散射光用的受光元件时，应变及温度检测计14通过由内部的开关连接瑞利背向散射光用的受光元件和放大电路，并以指定的采样间隔检测接收到的与瑞利背向散射现象相关的光，分别求出在检测用光纤15的长度方向上的检测用光纤15的各区域部分(实测位置)的瑞利谱(参照瑞利谱)。然后，应变及温度检测计14将该求出的各区域部分(实测位置)的参照瑞利谱保存到存储器中。

而且，应变及温度检测计14在CPU中根据存储器中存储的各实测位置的参照峰值频率、和从布里渊背向散射光所获得的布里渊谱的峰值频率，导出修正量，该布里渊背向散射光来自于处在测量对象物的温度及应变被进行测量的状态(测量状态)下的检测用光纤15的所述各实测位置。

此处，对修正量、实测位置及测量期望位置进行说明。图9是用于说明实测位置与测量期望位置之间的关系的图。图9(A)示出测量对象物没有因热等而发生变形的状态，图9(B)示出测量对象物已发生了变形的状态。

修正量用于修正实测位置与测量期望位置的偏差，在根据从实测位置的布里渊背向散射光所获得的布里渊谱的峰值频率来推定从测量期望位置的布里渊背向散射光所获得的布里渊谱的峰值频率时加以利用。而且，修正量还在根据从实测位置的瑞利背向散射光所获得的瑞利谱来推定从测量期望位置的瑞利背向散射光所获得的瑞利谱时加以利用。

所谓实测位置，是指如上所述通过该分布式光纤传感器FS在检测用光纤15的长度方向上布里渊谱或瑞利谱被实际测量的位置(参照图9(A)及图9(B)的黑圆点)。在本实施方式中，例如是在检测用光纤15上从一端起以5cm的间隔排列的位置。在该分布式光纤传感器FS中，基于光在检测用光纤15中传播的时间来测量布里渊背向散射光，而由于即使检测用光纤15伸缩，在该检测用光纤15中传播的光的速度也不会发生变化，因此基于所述时间测量的所述布里渊背向散射光产生的检测用光纤15中的实测位置即使该检测用光纤15伸缩也不会变化(移动)(参照图9(B)的黑圆)。即，从附设于测量对象物的检测用光纤15的一端到各实测位置的距离无论该检测用光纤15是否伸缩均为固定。

与此相对，所谓测量期望位置，是指在检测用光纤15上设定的位置，是在参照状态下与实测位置重合的位置(参照图9(A)及图9(B)的虚线)。由于该测量期望位置是检测用光纤15上的位置，因此会随着测量对象物的变形所引起的检测用光纤15的应变(伸缩)而偏离实测位置(参照图9(B)的虚线)。即，从附设于测量对象物的检测用光纤15的一端到各测量期望位置的距离随着该检测用光纤15的伸缩而变化。

应变及温度检测计14利用上述修正量，根据在测量状态下的检测用光纤15中的各实测位置的布里渊谱的峰值频率，来推定与所述实测位置对应的测量期望位置的布里渊谱的峰值频率。而且，应变及温度检测计14利用上述修正量，根据在测量状态下的检测用光纤15中的各实测位置的瑞利谱，来推定与所述实测位置对应的测量期望位置的瑞利谱。

应变及温度检测计14基于各实测位置的参照峰值频率和与各实测位置对应的测量期望位置的峰值频率，导出(测量)布里渊频移量Δνb。而且，应变及温度检测计14基于各实测位置的参照瑞利谱和与各实测位置对应的测量期望位置的瑞利谱，导出(测量)瑞利频移量Δνr。

接下来，对第2实施例所涉及的分布式光纤传感器FS的应变及温度的测量动作进行说明。图10是用于说明第2实施例所涉及的分布式光纤传感器FS的应变及温度的测量动作的流程图。

首先，在开始测量对象物的应变和温度的测量(传感)之前，在步骤S11，应变及温度检测计14判断检测用光纤15在参照状态(例如，当检测用光纤15附设于设备等时，该设备等停止的状态)下的各实测位置的布里渊谱的峰值频率(参照峰值频率)及瑞利谱(参照瑞利谱)是否保存在存储器中。

如果未保存在存储器中，则首先在步骤S12，应变及温度检测计14与第1实施例的步骤S1同样地推定布里渊频移量Δνb，决定用于测量布里渊频移量Δνb的频率的扫描范围，并指示控制处理部13让第1及第2光源1、20在所决定的扫描范围内发出各连续光。另外，如果各实测位置的参照峰值频率及参照瑞利谱保存在存储器中，则前进至步骤S15。

在步骤S13，应变及温度检测计14测定布里渊谱的参照峰值频率。例如，与在第1实施例的步骤S2中测定检测用光纤15的长度方向上与感应布里渊散射现象相关的光(布里渊背向散射光)的光强度的分布同样，应变及温度检测计14测定所述与感应布里渊散射现象相关的光强度的分布，并根据其测定结果求出检测用光纤15在长度方向上的各区域部分的布里渊谱，并由所述各布里渊谱分别导出参照峰值频率。在本实施方式中，分别测定在检测用光纤15的长度方向上以5cm的间隔设定的实测位置的布里渊谱的参照峰值频率。

以此方式测定的上述各实测位置(本实施方式中，是以5cm的间隔排列的实测位置)的布里渊谱的参照峰值频率被分别保存在应变及温度检测计14的存储器中。

接下来，在步骤S14，应变及温度检测计14测定参照瑞利谱。例如，与在第1实施例的步骤S5中测定检测用光纤15的长度方向上与瑞利散射现象相关的光的光强度的分布同样，应变及温度检测计14测量瑞利谱。在本实施方式中，分别测定在检测用光纤15的长度方向上以5cm的间隔设定的实测位置的参照瑞利谱。另外，在瑞利谱的测量中，较为理想的是，频率的扫描范围在保存所得数据(瑞利谱等)的存储器的容量所允许的范围内被设定得尽可能宽。

以此方式测定的上述各实测位置处的参照瑞利谱被分别保存在应变及温度检测计14的存储器中。

接下来，在从参照状态的检测用光纤15获得的该检测用光纤15的各实测位置处的参照峰值频率及参照瑞利谱被分别保存在存储器中的状态下，进行测量对象物的应变和温度的测量。此时，检测用光纤15处于基于测量对象物的应变或温度变化的外力或热可能施加于该检测用光纤15的状态(测量状态)。

应变及温度检测计14切换成布里渊测量模式。具体而言，在步骤S15，应变及温度检测计14与步骤S11(应为S12)同样地推测布里渊频移量Δνb，决定用于测量布里渊频移量Δνb的频率的扫描范围，并指示控制处理部13第1及第2光源1、20在所决定的扫描范围内发出各连续光。

接下来，在步骤S16，应变及温度检测计14与在步骤S13同样，测定检测用光纤15的各实测位置的布里渊谱的峰值频率。

然后，在步骤S17，应变及温度检测计14导出存储器中存储的参照峰值频率，并根据这些参照峰值频率和从上述测量状态下的检测用光纤15获得的峰值频率，导出在修正从所述测量状态下的检测用光纤15测量到的峰值频率时加以利用的修正量。该修正量例如通过以下的处理而被导出。图11(A)及图11(B)是表示所述修正量的导出方法的一例的图。

首先，应变及温度检测计14将参照状态下的检测用光纤15在长度方向上分割成多个区域，将其中之一设定为参照区域rz，并且在测量状态下的检测用光纤15长度方向上的一部分，设定其长度与所述参照区域rz对应的修正区域sz。应变及温度检测计14计算包含在参照区域rz中的各实测位置的参照峰值频率的值沿所述长度方向排列的波形(参照图11(A)的rz内)、与包含在修正区域sz中的各实测位置的峰值频率的值沿所述长度方向排列的波形(参照图11(A)的sz内)的相互关联系数。应变及温度检测计14一边使修正区域sz沿着长度方向以指定间隔移动(图11(A)的sz1、sz2、sz3、……)一边反复进行相互关联系数的计算，并绘制其结果(参照图11(B))。相互关联系数达到最大的移动长度(偏移量)为修正量。

如图12所示，其利用了下述现象：如果将在检测用光纤15的长度方向上各实测位置的布里渊谱的峰值频率沿所述长度方向依次排列，则由于检测用光纤15内的残留应变(初期残留应变)而形成检测用光纤的固有的波形，该波形的特征也不会因该检测用光纤15的伸缩而失去。此处，图12示出在中间连接有不同种类光纤的检测用光纤的长度方向上各区域部分(实测位置)的布里渊谱的峰值频率的一例。

另外，导出修正量的方法并不限定于如上所述利用长度方向的范围相等的参照区域rz和修正区域sz导出修正量的方法。例如，也可以根据检测用光纤15的伸缩使所述修正区域的长度方向的范围大于或小于参照区域rz。由此，能够以更高的精度测量布里渊频移量及瑞利频移量。

应变及温度检测计14将在长度方向上分割了参照状态下的检测用光纤15后的所述多个区域分别作为参照区域rz，反复进行上述修正量的导出。由此，导出针对检测用光纤15的所有实测位置的修正量。

接下来，在步骤S18中，应变及温度检测计14根据由各实测值所得到的峰值频率，分别推定与各实测值对应的测量期望位置的峰值频率。例如，通过以下的处理获得测量期望位置的峰值频率。

应变及温度检测计14根据像上述那样针对每个参照区域导出的修正量，从各实测位置分别导出与该实测位置对应的测量期望位置。另一方面，应变及温度检测计14在彼此相邻的实测位置彼此的测量值(峰值频率)之间进行插值，以便使在长度方向上零散(本实施方式中，在长度方向上以5cm的间隔)获得的峰值频率的值在所述长度方向上连续。在本实施方式中，通过B样条插值法(spline interpolation method)来进行上述插值，但并不限定于此，也可以通过其他插值法或最小平方法等来进行。

应变及温度检测计14基于以此方式获得的各测量期望位置和经过所述插值后的值，分别推定根据该测量期望位置的布里渊背向散射光所获得的峰值频率。

接下来，在步骤S19中，应变及温度检测计14根据存储器中存储的参照状态下的检测用光纤15的各实测位置处的参照峰值频率、和通过上述处理推定出的与所述各实测位置对应的测量期望位置处的峰值频率之差，分别导出(测量)布里渊频移量Δνb。

如果以此方式导出布里渊频移量Δνb，则应变及温度检测计14从布里渊测量模式变更为瑞利测量模式。

首先，应变及温度检测计14与第1实施例的步骤S3及S4同样，在步骤S20，从通过上述处理而求出的布里渊频移量Δνb来推定瑞利频移量Δνr，在步骤S21，根据推定出的瑞利频移量Δνr决定用于测量瑞利背向散射光的脉冲光的频率的扫描范围。

接下来，在步骤S22，应变及温度检测计14与第1实施例的步骤S5同样，测定检测用光纤15的各实测位置的瑞利谱。然后，在步骤S23，应变及温度检测计14根据在各实测位置处获得的瑞利谱，分别推定与各实测位置对应的测量期望位置处的瑞利谱。例如，通过以下的处理获得测量期望位置的瑞利谱。

应变及温度检测计14根据在步骤S17针对每个参照区域导出的修正量，从各实测位置分别导出与该实测位置对应的测量期望位置。另一方面，应变及温度检测计14在彼此相邻的实测位置彼此的测量值(瑞利谱)之间进行插值，以便使在长度方向上零散(本实施方式中，在长度方向上以5cm的间隔)获得的瑞利谱在所述长度方向上连续。应变及温度检测计14基于以此方式获得的各测量期望位置和经过所述插值后的值，分别推定根据各测量期望位置的瑞利背向散射光获得的瑞利谱。

接下来，在步骤S24，应变及温度检测计14基于存储器中存储的各实测位置处的参照瑞利谱、和通过上述处理推定出的与所述各实测位置对应的测量期望位置处的瑞利谱，与第1实施例的步骤S5同样分别导出(测量)瑞利频移量Δνr。

此时，如果瑞利频移量Δνr与测定出的瑞利谱的频率的范围(频宽)相比充分小，则与第1实施例的步骤S5同样，基于存储器中存储的各实测位置处的参照瑞利谱和在与各实测位置对应的测量期望位置处测定出的瑞利谱(以下，有时也称作“对应瑞利谱”)的相互关联系数，容易导出瑞利频移量Δνr。但是，如果瑞利频移量Δνr与参照瑞利谱的频率的范围或对应瑞利谱的频率的范围相比，并不像上述的偏移量那样充分小(即，相对较大时)，则由于在导出相互关联系数时的参照瑞利谱与对应瑞利谱的对应范围(重叠部分)变小，因此导出的相互关联系数的可靠度降低(误差变大)，由此难以导出瑞利频移量Δνr。

具体而言，如果瑞利频移量Δνr充分小于参照瑞利谱的频率的范围及对应瑞利谱的频率的范围，则在横轴为频率、纵轴为光谱的电平的曲线图(参照图8(A))中，使参照瑞利谱的波形与对应瑞利谱的波形在频率轴方向(图8中的左右方向)上彼此相对移动，来导出各相对位置处的参照瑞利谱的波形与对应瑞利谱的波形的相互关联系数，从而能够容易导出瑞利频移量Δνr(参照图8(B))。另外，在本实施方式中，应变及温度检测计14通过使参照瑞利谱的波形固定而让对应瑞利谱的波形左右移动(偏移)，导出各位置(各偏移量)处的相互关联系数。

与此相对，如果图13所示的瑞利频移量Δνr与应变及温度检测计14的存储器中存储的参照瑞利谱的频率的范围或对应瑞利谱的频率的范围(图13中的Ra的范围)相比而相对较大，则即便使测定出的频率的范围Ra内的两光谱的波形沿频率轴方向相对移动，重叠的部分(图13中以粗线表示的频率轴方向的范围)也较小，因此在各相对位置导出的相互关联系数的可靠度降低。

详细而言，如果偏移量相对于两光谱的频率的范围比较大，则在与测定出的频率的范围Ra内的参照瑞利谱的波形的部位(图13的上侧的波形的实线的部位)Co1对应的对应瑞利谱的波形的部位Co2，仅有其中的一部分(重叠部分：图13的下侧的波形的粗线的部分)进入频率的范围Ra内。而且，由于检测用光纤15的拉伸或应变在长度方向及与其正交的方向的各部位并不均匀(即，不均一)，因此参照瑞利谱的波形与对应瑞利谱的波形的相互对应的部位Co1、Co2彼此也不完全一致。因此，即便使测定出的频率的范围Ra内的参照瑞利谱的波形与对应瑞利谱的波形沿频率轴方向相对移动，并导出各相对位置处的相互关联系数，重叠部分彼此重合时的相互关联系数也未必达到最大(参照图8(B))，从而难以导出瑞利频移量Δνr。

此处，也可以考虑通过相对于瑞利频移量Δνr而充分地增大参照瑞利谱的频率的范围与对应瑞利谱的频率的范围，以消除该困难性。但是，如果测定的频率的范围增大，则除了测定所需要的时间将增加以外，使参照瑞利谱的波形与对应瑞利谱的波形沿频率方向相对移动并导出各相对位置处的相互关联系数所需要的时间也会增加，因此会产生过度耗费时间的问题。

因此，应变及温度检测计14在瑞利频移量Δνr与参照瑞利谱的频率的范围或对应瑞利谱的频率的范围相比而相对较大时，利用决定瑞利频移量所用的指定的阈值，通过将该指定的阈值与参照瑞利谱的波形及对应瑞利谱的波形在频率轴方向的各相对位置的相互关联系数进行比较，来尝试导出瑞利频移量Δνr。在该应变及温度检测计14中，通过指定的阈值与各相对位置的相互关联系数的比较，即，通过数值大小的比较来导出瑞利频移量Δνr，因此容易导出瑞利频移量Δνr。

在检测用光纤15的长度方向上，在特定的实测位置以指定的时间间隔而实际测定出的参照瑞利谱的波形和与该特定的实测位置对应的测量期望位置处的对应瑞利谱的波形例如成为图14所示的形状。如果使该图中的参照瑞利谱的波形和对应瑞利谱的波形沿频率轴方向相对移动，并导出各相对位置处的相互关联系数进行绘制，则获得图15所示的曲线图。如该图15所示，在实测中，有时会因检测用光纤15的各部位的拉伸或应变等变得不均匀而出现多个峰值。

此时，应变及温度检测计14利用预先存储在存储器中的图15所示的指定阈值th，通过将该阈值th与相互关联系数进行比较，来尝试导出瑞利频移量Δνr。

该阈值th在对应瑞利谱的波形相对于获得相互关联系数时的参照瑞利谱的波形在频率轴方向上的偏移量为0时成为最小的值，并随着偏移量增大而成为较大值。这是因为，偏移量越小，在指定的频率的范围内，参照瑞利谱的波形与对应瑞利谱的波形的对应部分的重叠部分越大，因此即使两波形的一致程度(相互关联系数的大小)与偏移量较大时相比较低，导出的相互关联系数的可靠度也较高，另一方面，如果偏移量大，则两光谱的波形的对应部分的重叠部分变小，因此如果两波形的一致程度(相互关联系数)与所述偏移量较小时相比较高，将无法获得与所述偏移量较小时相同的可靠度。

具体而言，阈值th是基于有关参照瑞利谱和对应瑞利谱的相互关联系数的可靠度的概率(误警报概率)的值，规定该阈值th，以便针对对应瑞利谱相对于参照瑞利谱(或参照瑞利谱相对于对应瑞利谱)的每个偏移量，误警报概率为固定。此处，所谓误警报概率，是指偏移量为不正确的值时(即，参照瑞利谱的波形与对应瑞利谱的波形的对应部位彼此不重合时)，相互关联系数的值超过阈值的概率。通过考虑参照瑞利谱与对应瑞利谱不相关的情况，针对每个偏移量的阈值在理论上求出该误警报概率。因而，通过指定误警报概率求出每个偏移量的阈值(参照图15的阈值th)。

通过利用这种阈值th，即使在各相对位置(各偏移量)的相互关联系数的曲线图中出现多个峰值，也可以将该阈值th与相互关联系数的值进行比较，如果存在超过阈值th的相互关联系数(图15的箭头α)，则可容易导出对应瑞利谱的波形相对于获得该相互关联系数时的参照瑞利谱的波形在频率轴方向上的偏移量作为瑞利频移量Δνr。

而且，为了更可靠地导出瑞利频移量Δνr，也可以取代参照瑞利谱与对应瑞利谱的相互关联系数，而利用参照瑞利谱的平方根与对应瑞利谱的平方根的相互关联系数。即，应变及温度检测计14也可以针对每个偏移量分别求出参照瑞利谱的平方根与对应瑞利谱的平方根的相互关联系数，根据超过在各偏移量误警报概率为固定的阈值th的相互关联系数的峰值位置导出瑞利频移量Δνr。此时，由于参照瑞利谱的平方根与对应瑞利谱的平方根互不相关时的相互关联系数的大小下降，因此误警报概率将变小，由此，在每个偏移量的误警报概率为固定的阈值th也会下降。其结果，正确的瑞利频移量Δνr的检测可靠性提高。像这样并非利用光谱自身而是利用光谱的平方根可降低误警报概率是因为，光谱的值的概率分布为指数分布，而其平方根的值的概率分布为瑞利分布，因此在分布的尾部指数分布变得较长。

这样，当瑞利频移量Δνr与参照瑞利谱的频率的范围或对应瑞利谱的频率的范围相比而相对较大时，应变及温度检测计14利用如上所述的阈值th来进行瑞利频移量Δνr的检测。

但是，也存在应变及温度检测计14即使利用如上所述的阈值th也无法导出瑞利频移量Δνr的情况(多个相互关联系数超过阈值th的情况或一个也未超过的情况等)。此时，在应变及温度检测计14中，进一步以下述方式进行瑞利频移量Δνr的导出。

当测量(导出)瑞利频移量Δνr时，已在步骤S19中测量出(导出)布里渊频移量Δνb。此处，由于利用从相同的检测用光纤15获得的光的散射光来进行测量，因此布里渊频移量Δνb与瑞利频移量Δνr之间具有指定的对应关系。因此，应变及温度检测计14在即使利用阈值th也无法导出瑞利频移量Δνr时，可利用已导出的布里渊频移量Δνb来尝试导出瑞利频移量Δνr。

具体而言，应变及温度检测计14在步骤S20(第1实施例中的步骤S3)利用由布里渊频移量Δνb来推测瑞利频移量Δνr时所用的以下的公式(13)及公式(14)，决定表示参照瑞利谱的波形与对应瑞利谱的波形的相对位置(在本实施方式中，对应瑞利谱的波形相对于参照瑞利谱的波形在频率轴方向上的偏移量)、与相互关联系数的关系的图16(A)中的扫描范围Sa，在基于该扫描范围Sa的扫描范围Sa1(参照图16(B))内求出瑞利频移量Δνr。

Δνb＝B11×Δε+B12×ΔT    …(13)

Δνr＝R11×Δε+R12×ΔT    …(14)

详细而言，应变及温度检测计14在这些公式(13)及公式(14)中，首先假定所有变化是因温度的影响所引起。由此得到公式(17)。

Δνr＝(R11/B11)Δνb    …(17)

接下来，应变及温度检测计14假定所有变化是因应变的影响所引起。由此得到公式(18)

Δνr＝(R12/B12)Δνb    …(18)

应变及温度检测计14将在步骤S19测量到的布里渊频移量Δνb的值、B11、R11的具体值(例如，在第1实施例中为，B11≈0.05×10^-3GHz/με、R11≈-0.15GHz/με)代入所得到的公式(17)中，导出扫描范围Sa的下限值(图16(A)中的左侧的实线)，并且将布里渊频移量Δνb的值、B12、R12的具体值(例如，在第1实施例中为B12≈1.07×10^-3GHz/℃、R12≈-125GHz/℃)代入所得到的公式(18)中，导出扫描范围Sa的上限值(图16(A)中的右侧的实线)。如此决定了扫描范围Sa的上限值和下限值之后，应变及温度检测计14考虑到误差而附加指定的测定充裕(图16(A)中的虚线)。应变及温度检测计14在包含指定的测定充裕的扫描范围Sa1的范围内，求出相互关联系数最大的相对位置(偏移量)的值，并将该相对位置的值作为瑞利频移量Δνr导出。

另外，应变及温度检测计14无须限定于如此利用阈值th的方法、或利用已获得的布里渊频移量Δνb的值及公式(13)、公式(14)的方法，也可以使用其他方法，或者依次使用上述方法及其他方法这两者，从包含较多噪声的数据(参照瑞利谱及对应瑞利谱)导出瑞利频移量Δνr。

如上所述，当在步骤S24分别导出(测量)瑞利频移量Δνr时，最后在步骤S25，应变及温度检测计14从通过上述处理所获得的布里渊频移量Δνb和瑞利频移量Δνr，对检测用光纤15在长度方向的各部位的应变和温度进行检测。

根据上述结构，在本实施方式的分布式光纤传感器FS中，即使检测用光纤15较长，或者温度变化、应变变化较大，由此在测量状态下实测位置与测量期望位置的偏移较大，也可通过从布里渊背向散射光导出与该偏移相关的修正量并利用该修正量，从而可精度良好地检测布里渊频移量及瑞利频移量。而且，尤其是通过利用该修正量，能够可靠地进行瑞利频移量的检测(瑞利测量)。这是因为，瑞利谱较强地依赖于主脉冲光的宽度，因此如果不以主脉冲光的宽度(本实施方式中为10cm)左右的精度来进行位置的修正(实测位置和与其对应的测量期望位置的修正)，将无法在瑞利测量中获得参照状态与测量状态的相关。

例如，如果在检测用光纤15为三种不同的状态时分别测量布里渊谱的峰值频率，则获得图17(A)所示的结果。根据此结果，如果不像上述结构那样进行基于修正量的修正，来测量布里渊频移量Δνb及瑞利频移量Δνr并求出从测量对象物对检测用光纤15施加的外力，则将得到图17(C)的点划线所示的结果。与此相对，通过像上述结构那样求出用来修正伴随检测用光纤15的伸缩而产生的实测位置与测量期望位置的偏移的修正量，对如图17(A)获得的结果进行修正，由此获得图17(B)所示的结果。通过利用此结果来测量布里渊频移量Δνb及瑞利频移量Δνr并求出从测量对象物对检测用光纤15施加的外力，可得到图17(C)的实线所示的结果。从图17(C)也可以明确，通过对伴随检测用光纤15的伸缩而产生的实测位置与测量期望位置的偏移进行修正，可得到因所述伸缩引起的噪声减少，并且偏差较少的结果。

另外，图1所示结构的分布式光纤传感器FS也可以通过其构成要素的一部分构成BOTDR。

图18是表示图1所示的分布式光纤传感器构成BOTDR时的分布式光纤传感器的结构的框图。另外，在图18中，仅图示了构成BOTDR所需的方框，而省略了一部分方框的图示。

在图18中，BOTDR的分布式光纤传感器FS具备第1光源1、光脉冲生成部3、光开关4、光耦合器5、光强度/偏振调整部6、光循环器7、光连接器9、第1ATC10、第1AFC11、控制处理部13、应变及温度检测计14及检测用光纤15。另外，在图18中，由于介于第1光源1与光脉冲生成部3之间的光耦合器2、及介于光循环器7与光连接器9之间的光耦合器8，在将图1所示的分布式光纤传感器FS构成为BOTDR时实质上不起作用，因此省略其图示，而且，省略了图示的1×2光开关29连接光循环器7与应变及温度检测计14。

在BOTDR的情况下，应变及温度检测计14通过与控制处理部13进行信号的输入输出，来控制分布式光纤传感器FS的各部分，对以指定的采样间隔接收到的与自然布里渊散射现象相关的光进行检测，从而分别求出检测用光纤15的长度方向上检测用光纤15的各区域部分的布里渊增益谱，并基于该求出的各区域部分的布里渊增益谱分别求出各区域部分的布里渊频移量。

从应变及温度检测计14的输入端子射入的各射入光由进行光电转换的受光元件转换成与受光光量相应的电信号，并通过模拟/数字转换器将该电信号转换成数字电信号，以用于求出布里渊增益谱。此时，使用光带通滤光器(optical band pass filter)(以下，简称作“光BPF”)，该光BPF是狭窄的指定透射频带的光部件，即，是让狭窄的指定频带的光透过，并且将除了该指定频带以外的频带的光遮断的光部件，例如使用以下的窄线宽光带通滤光器。

图19是用于说明窄线宽光带通滤光器的图。图19(A)是表示窄线宽光带通滤光器的结构的框图，图19(B)至(D)是用于说明窄线宽光带通滤光器的动作的图。

从光循环器7射入应变及温度检测计14的输入端子的射入光例如由图19所示的光BPF滤光，以提取与自然布里渊散射现象相关的光。而且，射入光通过受光元件被转换成电信号，并由匹配滤光器滤光，并由模拟/数字转换器转换成数字电信号，以用于求出布里渊增益谱。而且，根据需要，在数字转换之前通过放大电路放大电信号。

例如，如图19(A)所示，光BPF310具备第1法布里-珀罗标准具滤光器(以下，简称作“EF”)311以及与第1EF311光连接的第2EF312。第1EF311如图19(B)所示，其半值全宽FWHM1被设定成具有相当于光BPF310中的指定透射频带的频率宽度，并且其透射频带的中心频率fa1的其中之一被设定成与光BPF310中的透射频带的中心频率fa一致。

第2EF312如图19(C)所示，其FSR(Free Spectral Range，自由光谱范围)2被设定成宽于光脉冲(副光脉冲及主光脉冲)的频率与自然布里渊背向散射光的频率之间的频率间隔，并且其半值全宽FWHM2被设定在第1EF311的半值全宽FWHM1以上，以便使其透射频带包含第1EF311的透射频带，并且其透射频带的中心频率fa2的其中之一被设定成与光BPF310中的透射频带的中心频率fa一致。

在此种结构的光BPF310中，利用第1EF311让相当于指定的透射频带的频率的光透过。即，第1EF311的每个FSR1让相当于半值全宽FWHM1的频率的光透过。然后，透过第1EF311后的光在第2EF312中，仅有相当于第1EF311的中心频率fa1的透射频带的频率的光透过。因此，此种结构的窄带域的光BPF310的透射频率特性成为图19(B)所示的第1EF311的透射频率特性和图19(C)所示的第2EF312的透射频率特性被合成后的特性，如图19(D)所示，其透射频带的中心频率fa为频率fa1(＝fa2)，其半值全宽FWHM为第1EF311的半值全宽FWHM1，并且，其FSR为第2EF312的FSR2。另外，第1EF311与第2EF312也可以相反地光连接。

而且，在BOTDR的情况下，控制处理部13通过与应变及温度检测计14进行信号的输入输出来控制第1光源1、第1ATC10、第1AFC11、光脉冲生成部3、光开关4及光强度/偏振调整部6，从而以高空间分辨率且更远距离地测定检测用光纤15的长度方向上的检测用光纤15的应变及温度的分布。

在此种结构的BOTDR的分布式光纤传感器FS中，由第1光源1及光脉冲生成部3产生的副光脉冲及主光脉冲经由光开关4、光耦合器5、光强度/偏振调整部6、光循环器7及光连接器9从检测用光纤15的一端射入。主光脉冲利用扩频方式。在检测用光纤15中受到自然布里渊散射现象的作用的光(自然布里渊背向散射光)从检测用光纤15的一端射出，并由应变及温度检测计14接收。然后，由应变及温度检测计14进行布里渊增益谱时域反射分析(B^Gain-OTDR)，以检测布里渊频移量。另外，与自然布里渊散射现象相关的光为自然布里渊背向散射光。

在此种结构的BOTDR的分布式光纤传感器FS中，也通过由利用扩频方式的主光脉冲和副光脉冲构成光脉冲，从而能够独立地设定空间分辨率和可测量距离，因此既能以高空间分辨率测定应变及温度，还能将可测量距离延长得更远并进行测定。

图20是用于说明通过从整体减去构成要素来求出布里渊频移量的方法的图。图20的横轴是以MHz单位表示的频率，其纵轴是以mW单位表示的布里渊增益。图20(A)示出第1至第3布里渊谱，图20(B)示出从整体减去第2及第3布里渊谱所得到的结果。并且，图20(A)的实线为作为整体的布里渊谱的第1布里渊谱，虚线为作为其构成要素的第2布里渊谱与第3布里渊谱之和。

另外，在本实施方式所涉及的BOTDA的分布式光纤传感器FS中，首先，通过控制处理部13的控制让作为泵浦光的副光脉冲及主光脉冲和作为探测光的连续光射入检测用光纤15，应变及温度检测计14基于此时从检测用光纤15射出的与第1感应布里渊散射现象相关的光求出第1布里渊谱。接下来，通过控制处理部13的控制让作为泵浦光的主光脉冲和作为探测光的连续光射入检测用光纤15，应变及温度检测计14基于此时从检测用光纤15射出的与第2感应布里渊散射现象相关的光求出第2布里渊谱。然后，应变及温度检测计14可以求出所述第1布里渊谱与第2布里渊谱之差，并基于该求出的差来测定检测用光纤15中产生的应变及温度。

或者，通过控制处理部13的控制让作为泵浦光的副光脉冲和作为探测光的连续光射入检测用光纤15，应变及温度检测计14基于此时从检测用光纤15射出的与第3感应布里渊散射现象相关的光求出第3布里渊谱。然后，应变及温度检测计14可以求出所述第1布里渊谱与第3布里渊谱之差，并基于该求出的差来测定检测用光纤15中产生的应变及温度。

通过采用上述的结构，在BOTDA中，当求布里渊频移量时，能够抑制布里渊谱的多余成分，从而能够更简单且更高精度地求出布里渊频移量，其结果能够更简单且更高精度地求出检测用光纤中产生的应变及温度。

或者，例如在图20中，首先，让分布式光纤传感器FS以上述方式动作，求出第1布里渊谱(图20(A)的实线)。接下来，让分布式光纤传感器FS以上述方式动作，分别求出第2及第3布里渊谱。接下来，应变及温度检测计14求出所述第1布里渊谱(图20(A)的实线)与第2布里渊谱和第3布里渊谱的和(图20(A)的虚线)之差(图20(B))。然后，应变及温度检测计14可以基于该求出的差来测定检测用光纤15中产生的应变及温度。

通过采用上述的结构，在BOTDA中，当求布里渊频移量时，能够抑制布里渊谱的多余成分，从而能够更简单且更高精度地求出布里渊频移量，其结果能够更简单且更高精度地求出检测用光纤中产生的应变及温度。

另外，在本实施方式所涉及的BOTDR的分布式光纤传感器FS中，首先，通过控制处理部13的控制让副光脉冲及主光脉冲射入检测用光纤15，应变及温度检测计14基于此时从检测用光纤15射出的与第1自然布里渊散射现象相关的光求出第1布里渊增益谱。接下来，通过控制处理部13的控制让主光脉冲射入检测用光纤15，应变及温度检测计14基于此时从检测用光纤15射出的与第2自然布里渊散射现象相关的光求出第2布里渊增益谱。然后，应变及温度检测计14可以求出所述第1布里渊增益谱与第2布里渊增益谱之差，并基于该求出的差来测定检测用光纤15中产生的应变及温度。

或者，通过控制处理部13的控制让副光脉冲射入检测用光纤15，应变及温度检测计14基于此时从检测用光纤15射出的与第3自然布里渊散射现象相关的光求出第3布里渊增益谱。然后，应变及温度检测计14可以求出所述第1布里渊增益谱与第3布里渊增益谱之差，并基于该求出的差来测定检测用光纤15中产生的应变及温度。

通过采用上述的结构，在BOTDR中，当求布里渊频移量时，能够抑制布里渊增益谱的多余成分，从而能够更简单且更高精度地求出布里渊频移量，其结果能够更简单且更高精度地求出检测用光纤中产生的应变及温度。

或者，可以分别求出第2及第3布里渊增益谱，然后，应变及温度检测计14求出所述第1布里渊增益谱与第2布里渊增益谱和第3布里渊增益谱的和之差，并基于该求出的差来测定检测用光纤15中产生的应变及温度。

通过采用上述的结构，在BOTDR中，当求布里渊频移量时，能够抑制布里渊增益谱的多余成分，从而能够更简单且更高精度地求出布里渊频移量，其结果能够更简单且更高精度地求出检测用光纤中产生的应变及温度。

接下来，对使用如上所述的包含未调制的副光脉冲和利用扩频方式的主光脉冲的光脉冲的分布式光纤传感器FS的实验结果进行说明。该实验结果是例如在BOTDA中，求出第1布里渊谱与第2布里渊谱和第3布里渊谱的和之差，并基于该求出的差来测定基于检测用光纤中产生的应变的布里渊频移量所得的结果。

图21是表示使用图6(A)所示结构的泵浦光时的分布式光纤传感器的实验结果的图。图21(A)示出布里渊增益谱，图21(B)示出布里渊频移。图21(A)的x轴为频率(MHz)，y轴为布里渊增益(nW)，z轴为检测用光纤15的长度方向上的距离(m)。图21(B)的横轴为检测用光纤15的长度方向上的距离(m)，其纵轴为峰值频率(MHz)。实线为测定出的峰值频率，虚线为布里渊频移。

本实验中，泵浦光如图6(A)所示，包含脉冲宽度为30ns的副光脉冲和连续于该副光脉冲而后续的脉冲宽度为12.7ns的主光脉冲，主光脉冲被分割成单元宽度为0.1ns的127个单元，各单元通过M序列二进制代码而被调制(编码)，从而被扩频编码。

对于检测用光纤15，如表1所示，对从z＝100cm到z＝101cm的第1区间、从z＝200cm到z＝202cm的第2区间、从z＝300cm到z＝303cm的第3区间、从z＝400cm到z＝404cm的第4区间的各区间，分别通过布里渊频移换算预先赋予80MHz的应变(＝约1600με)。

表1

如果让局部利用扩频方式的泵浦光射入此种检测用光纤15来进行测定，可获得图21(A)所示的布里渊增益谱，其结果，获得图21(B)所示的布里渊频移。如图21所示，在表1所示的各应变位置，基于预先被赋予的大小的应变的布里渊频移量被测定出，因而能以高精度且高空间分辨率求出应变得以理解。

这样，即使将扩频方式用于主光脉冲，也能以高精度且高空间分辨率求出应变。并且，如上所述，通过让泵浦光包含利用扩频方式的主光脉冲和副光脉冲，可独立地设定空间分辨率和可测量距离，因此既能以高空间分辨率测定应变，还能将可测量距离延长得更远并进行测定。

另外，在上述的实施方式中，使用了图6所示方式的泵浦光(副光脉冲及主光脉冲)，但并不限定于此，例如也可以使用图22所示方式的泵浦光(副光脉冲及主光脉冲)。

图22是用于说明泵浦光(副光脉冲及主光脉冲)的其他结构的图，图22(A)示出泵浦光的其他第1结构，图22(B)示出泵浦光的其他第2结构。

对于图6(A)所示的泵浦光而言，副光脉冲的光强度的电平与主光脉冲的光强度的电平相同，但例如图22(A)所示，可以使泵浦光的副光脉冲的光强度小于主光脉冲的光强度。副光脉冲如上所述，由于发挥在时间上先行于主光脉冲使声频声子上升的作用，因此不需要像主光脉冲那样较大的光强度，可以小于主光脉冲的光强度。

而且，图6(A)及图22(A)所示的各泵浦光采用了副光脉冲不与主光脉冲重合而在时间上先行于主光脉冲的结构，而例如如图22(B)所示，泵浦光也可以具备主光脉冲与副光脉冲在时间上重合的部分。在这种结构的泵浦光中，就通过副光脉冲在时间上先行于主光脉冲使声频声子上升的观点而言，较为理想的是，不与主光脉冲重合的副光脉冲的部分在时间上先行于主光脉冲，更为理想的是，不与该主光脉冲重合的副光脉冲的部分为使声频声子完全上升的时间以上，例如为约30ns以上。

此处，对将这种包含利用扩频方式的主光脉冲和具有与主光脉冲重合的部分的副光脉冲的泵浦光用于分布式光纤传感器FS时的实验结果进行说明。其实验结果与图21所示的实验结果同样，是例如在BOTDA中，求出第1布里渊谱与第2布里渊谱和第3布里渊谱的和之差，并基于该求出的差来测定基于检测用光纤中产生的应变的布里渊频移量所得的结果。

图23是表示使用图22(B)所示结构的泵浦光时的分布式光纤传感器的实验结果的图。图23(A)示出布里渊增益谱，图23(B)示出布里渊频移。图23(A)及(B)中的各轴分别与图21(A)及(B)相同。

本实验中，泵浦光如图22(B)所示，包含脉冲宽度为132.3ns的副光脉冲和在时间上比该副光脉冲延迟了30ns而与该副光脉冲重合的脉冲宽度为102.3ns的主光脉冲，主光脉冲被分割成单元宽度为0.1ns的1023个单元，各单元通过M序列二进制代码而被调制，从而被扩频编码。

对于检测用光纤15，与上述同样，如表1所示，对第1至第4区间的各区间分别通过布里渊频移换算预先赋予80MHz的应变(＝约1600με)。

如果让图22(B)所示结构的泵浦光射入此种检测用光纤15来进行测定，可获得图23(A)所示的布里渊增益谱，其结果，获得图23(B)所示的布里渊频移。如图23所示，在表1所示的各应变位置，基于预先被赋予的大小的应变的布里渊频移量被测定出，因而能以高精度且高空间分辨率求出应变得以理解。

这样，即使当副光脉冲与主光脉冲存在重合的部分时，也能以高精度且高空间分辨率求出应变。并且，如上所述，通过让泵浦光包含利用扩频方式的主光脉冲和副光脉冲，可独立地设定空间分辨率和可测量距离，因此既能以高空间分辨率测定应变，还能将可测量距离延长得更远并进行测定。

进一步，对用于本实施方式的分布式光纤传感器FS的泵浦光(副光脉冲及主光脉冲)的其他方式进行说明。

图24是用于说明泵浦光(副光脉冲及主光脉冲)的又一其他结构及匹配滤光器的图，图24(A)是表示泵浦光的结构的图，图24(B)是表示匹配滤光器的图。图25是用于说明用于产生图24(A)所示结构的泵浦光的光脉冲生成部的结构及其动作的图。

图22(B)所示结构的泵浦光包含既具有在时间上先行于主光脉冲的部分又具有与主光脉冲重叠的部分的副光脉冲、和主光脉冲，但如图24(A)所示，泵浦光也可以包含不具有在时间上先行于主光脉冲的部分而在时间上与主光脉冲重合成完全一致的的副光脉冲、和主光脉冲。即，副光脉冲的上升时刻及其下降时刻分别与主光脉冲的上升时刻及其下降时刻一致。

此种图24(A)所示结构的泵浦光例如可由图25所示结构的光脉冲生成部3产生。在图25所示结构的光脉冲生成部3中，其结构与图5所示的光脉冲生成部3及光开关4的结构一致，其动作与图5所示的光脉冲生成部3的动作不同。因此，此处省略其结构的说明，而对其动作进行说明。

首先，为了产生图24(A)所示结构的泵浦光，LN强度调制器101为生成副光脉冲而被导通，以使指定电平的光(漏光)漏出(射出)。

从第1光源1射出的连续光L11(＝L1)经由光耦合器2射入光脉冲生成部3的LN强度调制器101。一旦连续光L11射入，LN强度调制器101射出所述漏光。

在光脉冲生成部3中，在泵浦光的生成时刻，将相当于主光脉冲的脉冲宽度D的脉冲宽度D的动作定时脉冲从定时脉冲发生器104输出至乘法器103，并与从直流电源102输入的直流电压相乘，脉冲宽度D的直流电压被施加至LN强度调制器101的信号电极。由此，连续光L11通过LN强度调制器101成为脉冲宽度D的光脉冲与漏光重叠的光脉冲L12而被射出。

然后，光脉冲生成部3，在主光脉冲的生成时刻，在相当于主光脉冲的脉冲宽度D的时间宽度D的期间内，将伪随机数以单元宽度的时间时刻从伪随机数发生器114依次输出至乘法器113，并与从直流电源112输入的直流电压相乘，从主光脉冲的生成时刻开始，在时间宽度D，将经M序列二进制代码调制后的直流电压以单元宽度的时间时刻依次施加至LN相位调制器111的信号电极。由此，光脉冲L12通过LN相位调制器111成为经M序列二进制代码调制后的部分(对应于主光脉冲)与漏光重叠的光脉冲L13而被射出。

接着，在EDFA121中，所述光脉冲L13被放大直至达到指定的光强度，成为光脉冲L14而被射出。

进而，光脉冲生成部3，在泵浦光的生成时刻，将相当于副光脉冲的脉冲宽度D_sub(＝主光脉冲的脉冲宽度D)的脉冲宽度D_sub(＝D)的动作定时脉冲从定时脉冲发生器134输出至乘法器133，并与从直流电源132输入的直流电压相乘，脉冲宽度D_sub(＝D)的直流电压被施加至LN强度调制器131的信号电极。由此，光脉冲L14通过LN强度调制器131，被除去在EDFA121中随附于光脉冲L14的自发放射光等噪声，并且被除去光脉冲L14前后的漏光所造成的光(经EDFA121放大的漏光)，成为包含脉冲宽度为D_sub(＝D)且未调制的副光脉冲和脉冲宽度为D(＝D_sub)且被扩频编码的主光脉冲、并且主光脉冲在时间上与副光脉冲完全一致地重合的泵浦光L15而被射出。

图6(A)、图22(A)、图22(B)及图24(A)所示结构的光脉冲(副光脉冲及主光脉冲)，也能与用于BOTDA的分布式光纤传感器同样利用于上述BOTDR的分布式光纤传感器中。另外，在BOTDR中，如上所述利用了由热噪声激发的声频声子，因此副光脉冲未必需要在时间上先行于主光脉冲。当然，副光脉冲也可以在时间上先行于主光脉冲。

而且，作为泵浦光(副光脉冲及主光脉冲)，不仅可以利用上述专利文献1所公开的阶梯状脉冲，还可以利用如下所述的脉冲。

图26是表示另一例的副光脉冲及主光脉冲的波形的图。以下各图的横轴为以ns单位表示的时间(time)，纵轴为光强度。在图26所示的例子中，主光脉冲OPm呈第1指定脉冲宽度为D1且第1指定光强度为P1的矩形形状(光强度P在第1指定脉冲宽度D1的期间固定在第1指定光强度P1)，副光脉冲OPs呈第2指定脉冲宽度为D2且第2指定光强度为P2的矩形形状(光强度P在第2指定脉冲宽度D2的期间固定在第2指定光强度P2)。并且，在副光脉冲OPs与主光脉冲OPm之间，空开有指定时间。因而，副光脉冲OPs的第2指定脉冲宽度D2的时间宽度短于从副光脉冲OPs上升起到主光脉冲OPm上升的时间。

例如，主光脉冲OPm的脉冲宽度D1为1ns且光强度P1为0.062，副光脉冲OPs的脉冲宽度D2为5ns且光强度P2为0.005，在副光脉冲OPs与主光脉冲OPm之间(从副光脉冲OPs下降到主光脉冲OPm上升)空开有7ns的时间。

图27是表示另一例的副光脉冲及主光脉冲的波形的图。在图27所示的例子中，主光脉冲OPm呈第1指定脉冲宽度为D1且第1指定光强度为P1的矩形形状，副光脉冲OPs呈第2指定脉冲宽度为D2且以第2指定光强度(最大光强度)P2上升后光强度P随着时间经过而逐渐减少的直角三角形状，并且，主光脉冲OPm几乎在副光脉冲OPs结束后立即上升。例如，主光脉冲OPm的脉冲宽度D1为1ns且光强度P1为0.062，副光脉冲OPs的脉冲宽度D2为13ns且上升的光强度P2为0.005。

图28是表示另一例的副光脉冲及主光脉冲的波形的图。在图28(A)所示的例子中，主光脉冲OPm呈第1指定脉冲宽度为D1且第1指定光强度为P1的矩形形状，副光脉冲OPs呈第2指定脉冲宽度为D2且光强度P随着时间经过而逐渐增加到第2指定光强度(最大光强度)P2的直角三角形状，并且，第1光脉冲(主光脉冲)OPm几乎在第2光脉冲(副光脉冲)OPs结束后立即上升。例如，主光脉冲OPm的脉冲宽度D1为1ns且光强度P1为0.062，副光脉冲OPs的脉冲宽度D2为13ns且下降的光强度P2达到最大光强度时为0.005。

在图28(B)所示的例子中，主光脉冲OPm呈第1指定脉冲宽度为D1且第1指定光强度为P1的矩形形状，副光脉冲OPs呈第2指定脉冲宽度为D2且光强度P随着时间经过而逐渐增加到第2指定光强度(最大光强度)P2，然后随着时间经过而逐渐减少的二等边三角形状，并且，主光脉冲OPm几乎在副光脉冲Ops结束后立即上升。例如，主光脉冲OPm的脉冲宽度D1为1ns且光强度P1为0.062，副光脉冲OPs的脉冲宽度D2为13ns且脉冲中央的最大光强度P2为0.005。

如图28(C)所示，主光脉冲OPm呈第1指定脉冲宽度为D1且第1指定光强度为P1的矩形形状，副光脉冲OPs呈第2指定脉冲宽度为D2且光强度P随着时间经过而逐渐增加到第2指定光强度(最大光强度)P2，然后随着时间经过而逐渐减少的高斯曲线形状。并且，在副光脉冲OPs与主光脉冲OPm之间，空开有指定时间。因而，副光脉冲OPs的第2指定脉冲宽度D2的时间宽度比从副光脉冲OPs上升到主光脉冲OPm上升的时间短。例如，主光脉冲OPm的脉冲宽度D1为1ns且光强度P1为0.062，副光脉冲OPs的脉冲宽度D2为5ns且最大光强度P2为0.005，在副光脉冲OPs与主光脉冲OPm之间(从副光脉冲OPs的下降到主光脉冲OPm的上升)，空开有4.5ns的时间。

图29是表示另一例的副光脉冲及主光脉冲的波形的图。在图29所示的例子中，第1及第2光脉冲OPw1、OPw2的脉冲宽度及光强度相同，在第1光脉冲OPw1与第2光脉冲OPw2之间，空开有指定时间。例如，第1及第2光脉冲OPw1、OPw2的脉冲宽度为1ns，光强度为0.062，指定时间为5ns。

另外，在上述的实施方式的BOTDA的分布式光纤传感器FS中，泵浦光(副光脉冲及主光脉冲)的频率固定，探测光(连续光)的频率在指定的频率范围内被扫描以测定布里渊谱，但也可以是探测光的频率固定，泵浦光的频率在指定的频率范围内被扫描以测定布里渊谱。

而且，在上述的实施方式中，构成分布式光纤传感器，以便布里渊光时域分析(BOTDA)用的分布式光纤传感器、布里渊光时域反射分析(BOTDR)用的分布式光纤传感器、及利用瑞利散射现象的相干光脉冲测试器(COTDR)可一体地执行，但可执行布里渊光时域分析的分布式光纤传感器、可执行布里渊光时域反射分析的分布式光纤传感器、及利用瑞利散射现象的分布式光纤传感器可以分别独立构成，也可以使一部分共用。

而且，在本实施方式的分布式光纤传感器中，单元宽度可设定为任意宽度(秒)。在上述实验中，单元宽度被设定为0.1ns(纳秒)，但可设定为更短的例如皮秒(picosecond)级等。因而，本实施方式的分布式光纤传感器FS可实现毫米级的超高分辨率，也可以适用于测量光学部件的应变例如光波导的应变。

为了表达本发明，在上述说明中，参照附图并通过实施方式恰当且充分地说明了本发明，但应该认识到，只要是本领域技术人员，便可以容易地变更及/或改良上述实施方式。因而，应该解释为，本领域技术人员所实施的变更方式或改良方式只要未脱离权利要求书中记载的权利要求的权利范围，该变更方式或该改良方式就仍包括在本权利要求的权利范围内。

将以上所说明的本发明总结如下。

即，本发明所涉及的分布式光纤传感器使用光纤作为传感器，包括：布里渊测量单元，利用布里渊散射现象测量基于所述光纤中产生的应变及温度的布里渊频移量；瑞利测量单元，利用瑞利散射现象测量基于所述光纤中产生的应变及温度的瑞利频移量；以及计算单元，根据由所述布里渊测量单元测量到的布里渊频移量和由所述瑞利测量单元测量到的瑞利频移量，来计算所述光纤中产生的应变和温度。

根据该分布式光纤传感器，由于利用布里渊散射现象测量基于光纤中产生的应变及温度的布里渊频移量，并且利用瑞利散射现象测量基于光纤中产生的应变及温度的瑞利频移量，因此能够利用两个频移量来同时且独立地计算光纤中产生的应变和温度，从而能够同时且独立地以高空间分辨率测量附设有光纤的测量对象物的应变和温度。

而且，所述瑞利测量单元也可以通过根据由所述布里渊测量单元测量到的布里渊频移量决定用于测量瑞利背向散射光的脉冲光的频率的扫描范围，并在所决定的扫描范围内扫描所述脉冲光来测量瑞利背向散射光，由此测量瑞利频移量。

此时，由于根据测量到的布里渊频移量来决定用于测量瑞利背向散射光的脉冲光的频率的扫描范围，在所决定的扫描范围内扫描脉冲光来测量瑞利背向散射光，因此可在必要充分的狭窄扫描范围内扫描脉冲光，从而能够以短时间测量与布里渊频移量的灵敏度相比具有非常高的灵敏度的瑞利频移量。

而且，所述发明的瑞利测量单元也可以将根据假设由所述布里渊测量单元测量到的布里渊频移量全部是基于温度的偏移量时的温度的变化量计算得出的第1瑞利频移量设为第1频率，将根据假设由所述布里渊测量单元测量到的布里渊频移量全部是基于应变的偏移量时的应变的变化量计算得出的第2瑞利频移量设为第2频率，基于所述第1频率及所述第2频率来决定所述扫描范围。

此时，由于可根据测量出的布里渊频移量，容易且短时间地决定用于测量瑞利背向散射光的脉冲光的频率的扫描范围，因此可在更短时间内测量与布里渊频移量的灵敏度相比具有非常高的灵敏度的瑞利频移量。

而且，所述发明的瑞利测量单元可根据在指定的参照状态下的所述光纤的瑞利散射谱与在所述参照状态的光纤中产生的应变及温度的测量状态下的所述光纤的瑞利散射谱之间的相互关联系数、和基于有关所述相互关联系数的可靠度的概率的阈值，测量所述瑞利频移量。

此时，通过使用基于有关相互关联系数的可靠度的概率的阈值，即使在光纤内不均匀地产生应变及温度，由此导致出现多个相互关联系数的峰值，也可以通过将所述多个峰值与阈值进行比较来选择相互关联系数正确的峰值。

而且，所述瑞利测量单元可根据在指定的参照状态下的所述光纤的瑞利散射谱的平方根与在所述参照状态的光纤中产生的应变及温度的测量状态下的所述光纤的瑞利散射谱的平方根之间的相互关联系数、和基于有关所述相互关联系数的可靠度的概率的阈值，测量所述瑞利频移量。

这样，通过不使用光谱自身而使用光谱的平方根，互不相关时的相互关联系数的电平下降，因此可从相互关联系数的多个峰值中更可靠地选择正确的峰值。

而且，所述发明的布里渊测量单元或所述瑞利测量单元中的其中之一的测量单元可导出与根据在所述光纤中传播的光的移动时间所确定的实测位置和伴随所述光纤的伸缩而偏离所述实测位置的该光纤上的测量期望位置相关的修正量，并且利用该修正量来测量所述布里渊频移量或所述瑞利频移量的其中之一，另一测量单元利用由所述其中之一的测量单元导出的修正量来测量所述布里渊频移量或所述瑞利频移量中的另一频移量。

此时，即使实际测量的布里渊背向散射光(或瑞利背向散射光)所产生的光纤中的位置(实测位置)、与为了导出布里渊频移量(或瑞利频移量)而欲获得布里渊背向散射光(或瑞利背向散射光)的测量值的光纤中的位置(测量期望位置)的偏移较大，也可从所述布里渊背向散射光(或瑞利背向散射光)导出与该偏移相关的修正量，通过利用该修正量，能够精度良好地导出布里渊频移量及瑞利频移量。

而且，所述发明的布里渊测量单元可利用在指定的参照状态下的所述光纤的布里渊背向散射光、和在所述参照状态的光纤中产生的应变及温度的测量状态下的所述光纤的布里渊背向散射光，来导出所述修正量。

此时，可根据从所述测量状态下的光纤测量到的布里渊背向散射光的光强度的分布(测量值)、及从所述参照状态下的光纤测量到的布里渊背向散射光的光强度的分布(测量值)容易且高精度地分别导出峰值频率，通过基于所述各测量状态下的峰值频率，可容易且高精度地导出所述修正量。

而且，所述发明的布里渊测量单元可包括：存储部，存储有从所述参照状态下的光纤的布里渊背向散射光所获得的参照用测量值；修正量导出部，基于所述存储部中保存的所述参照用测量值和从所述测量状态下的光纤的布里渊背向散射光所获得的测量值，来导出所述修正量。

此时，由于可预先保存将光纤附设于测量对象物后测量到的参照测量值，因此可更高精度地导出修正量，其结果，可精度良好地测量附设有该光纤的测量对象物的应变和温度。

而且，所述发明的实测位置可沿着所述光纤的长度方向隔开间隔设定有多个，在所述存储部中保存有从所述参照状态下的光纤的各实测位置的布里渊背向散射光所获得的多个参照用测量值，所述修正量导出部将所述参照状态下的光纤中长度方向的一部分设定为参照区域，基于所述存储部中保存的所述参照区域内的实测位置的参照用测量值和从所述测量状态下的光纤的各实测位置的布里渊背向散射光所获得的测量值，来导出所述修正量。

此时，将所述参照状态下的光纤中长度方向的一部分设定为参照区域，并基于从包含在该区域内的实测位置获得的测定值和从所述测量状态下的光纤获得的所述测量值来导出所述修正量，由此，与基于从所述参照状态下的光纤获得的所有测量值和从所述测量状态下的光纤获得的所有测量值来导出修正量的情况相比，能够可靠且短时间地导出修正量。

而且，通过使该参照区域沿着光纤的长度方向依次错开，可与光纤的长度无关地可靠地导出针对该光纤的所有实测位置的修正量。

而且，所述发明的布里渊测量单元还可具备：插值部，基于从所述测量状态下的光纤的各实测位置的所述布里渊背向散射光所获得的测量值，对在所述光纤的长度方向上彼此相邻的实测位置的测量值进行插值，使所述多个测量值在所述长度方向上连续；推定部，基于由所述修正量导出部导出的修正量，从包含在所述参照区域内的多个实测位置分别导出与各实测位置对应的所述测量期望位置，基于该测量期望位置和由所述插值部所插的值，来推定从各测量期望位置的布里渊背向散射光所获得的推定测量值；以及偏移量导出部，基于由所述推定部所推定的推定测量值、和从与被推定出所述推定测量值的测量期望位置对应的所述参照状态下的光纤的实测位置的布里渊背向散射光所获得的测量值，来导出布里渊频移量。

此时，通过对仅能在光纤的长度方向上零散获得的多个测量值之间进行插值，可容易地推定从与实测位置对应的测量期望位置的布里渊背向散射光所获得的测量值。

而且，所述发明的分布式光纤传感器也可还包括随机改变光的偏振面的偏振波控制单元，所述布里渊测量单元及所述瑞利测量单元在感应布里渊散射光的测量中和瑞利背向散射光的测量中共用所述偏振波控制单元。

此时，由于将偏振波控制单元共同用于感应布里渊散射光的测量和瑞利背向散射光的测量，因此可简化分布式光纤传感器的结构从而降低装置成本。

而且，所述发明的布里渊测量单元可具备：光脉冲光源，产生利用扩频方式的主光脉冲和未调制的副光脉冲；连续光光源，产生连续光；检测用光纤，射入所述副光脉冲及所述主光脉冲，并射入所述连续光，在所述副光脉冲及所述主光脉冲与所述连续光之间产生感应布里渊散射现象，其中，所述副光脉冲及所述主光脉冲以所述主光脉冲在时间上不会比所述副光脉冲先射入的方式射入；被用于所述扩频方式的匹配滤光器，通过对从所述检测用光纤射出的光进行滤光，检测与所述感应布里渊散射现象相关的光；以及布里渊测量部，基于由所述匹配滤光器检测到的与所述感应布里渊散射现象相关的光，求出布里渊增益谱或布里渊损耗谱，并基于该求出的所述布里渊增益谱或布里渊损耗谱来测量所述布里渊频移量。

此时，可使分布式光纤传感器起到BOTDA的作用，从而既能以高空间分辨率测定应变及温度，也能将可测量距离延长得更远并进行测定。

而且，所述发明的布里渊测量单元可具备：光脉冲光源，产生利用扩频方式的主光脉冲和未调制的副光脉冲；检测用光纤，被射入所述副光脉冲及所述主光脉冲，所述副光脉冲及所述主光脉冲因热噪声引起的声波而产生自然布里渊散射现象；被用于所述扩频方式的匹配滤光器，通过对从所述检测用光纤射出的光进行滤光，检测与所述自然布里渊散射现象相关的光；以及布里渊测量部，基于由所述匹配滤光器检测到的与所述自然布里渊散射现象相关的光，求出布里渊增益谱，并基于该求出的所述布里渊增益谱来测量所述布里渊频移量。

此时，可使分布式光纤传感器起到BOTDR的作用，从而既能以高空间分辨率测定应变及温度，也能将可测量距离延长得更远并进行测定。

工业实用性

如上所述，本发明所涉及的分布式光纤传感器有效用于测量被检查对象物的应变和温度的分布式光纤传感器，适合于同时且独立地以高空间分辨率测量被检查对象物的应变和温度。

Claims (13)

1.一种分布式光纤传感器，使用光纤作为传感器，其特征在于包括：

布里渊测量单元，利用布里渊散射现象测量基于所述光纤中产生的应变及温度的布里渊频移量；

瑞利测量单元，利用瑞利散射现象测量基于所述光纤中产生的应变及温度的瑞利频移量；以及

计算单元，根据由所述布里渊测量单元测量的布里渊频移量和由所述瑞利测量单元测量的瑞利频移量，计算所述光纤中产生的应变和温度。

2.根据权利要求1所述的分布式光纤传感器，其特征在于：

所述瑞利测量单元，通过根据由所述布里渊测量单元测量到的布里渊频移量决定用于测量瑞利背向散射光的脉冲光的频率的扫描范围，并在所决定的扫描范围内扫描所述脉冲光来测量瑞利背向散射光，由此测量瑞利频移量。

3.根据权利要求2所述的分布式光纤传感器，其特征在于：

所述瑞利测量单元，将由所述布里渊测量单元测量到的布里渊频移量全部是基于温度的偏移量时的温度的变化量计算得出的第1瑞利频移量作为第1频率，将由所述布里渊测量单元测量到的布里渊频移量全部是基于应变的偏移量时的应变的变化量计算得出的第2瑞利频移量作为第2频率，基于所述第1频率及所述第2频率决定所述扫描范围。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的分布式光纤传感器，其特征在于：

所述瑞利测量单元，根据在指定的参照状态下的所述光纤的瑞利散射谱与在所述参照状态的光纤中产生的应变及温度的测量状态下的所述光纤的瑞利散射谱之间的相互关联系数、和基于有关所述相互关联系数的可靠度的概率的阈值，测量所述瑞利频移量。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的分布式光纤传感器，其特征在于：

所述瑞利测量单元，根据在指定的参照状态下的所述光纤的瑞利散射谱的平方根与在所述参照状态的光纤中产生的应变及温度的测量状态下的所述光纤的瑞利散射谱的平方根之间的相互关联系数、和基于有关所述相互关联系数的可靠度的概率的阈值，测量所述瑞利频移量。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的分布式光纤传感器，其特征在于：

所述布里渊测量单元或所述瑞利测量单元的其中之一的测量单元，导出有关由所述光纤中传播的光的移动时间所确定的实测位置和伴随所述光纤的伸缩而偏离所述实测位置的该光纤上的测量期望位置的修正量，并且利用该修正量来测量所述布里渊频移量或所述瑞利频移量的其中之一，

另一测量单元，利用由所述其中之一的测量单元导出的修正量来测量所述布里渊频移量或所述瑞利频移量中的另一频移量。

7.根据权利要求6所述的分布式光纤传感器，其特征在于：

所述布里渊测量单元，利用在指定的参照状态下的所述光纤的布里渊背向散射光、和在所述参照状态的光纤中产生的应变及温度的测量状态下的所述光纤的布里渊背向散射光，导出所述修正量。

8.根据权利要求7所述的分布式光纤传感器，其特征在于，所述布里渊测量单元具备：

存储部，存储有从所述参照状态下的光纤的布里渊背向散射光所获得的参照用测量值；

修正量导出部，基于所述存储部中保存的所述参照用测量值和从所述测量状态下的光纤的布里渊背向散射光所获得的测量值，导出所述修正量。

9.根据权利要求8所述的分布式光纤传感器，其特征在于：

所述实测位置被沿着所述光纤的长度方向隔开间隔设定有多个，

在所述存储部中保存有从所述参照状态下的光纤的各实测位置的布里渊背向散射光所获得的多个参照用测量值，

所述修正量导出部，将所述参照状态下的光纤中长度方向的一部分设定为参照区域，基于所述存储部中保存的所述参照区域内的实测位置的参照用测量值和从所述测量状态下的光纤的各实测位置的布里渊背向散射光所获得的测量值，导出所述修正量。

10.根据权利要求9所述的分布式光纤传感器，其特征在于，所述布里渊测量单元还具备：

插值部，基于从所述测量状态下的光纤的各实测位置的所述布里渊背向散射光所获得的测量值，对在所述光纤的长度方向上彼此相邻的实测位置的测量值进行插值，使所述多个测量值沿所述长度方向连续；

推定部，基于由所述修正量导出部导出的修正量，从包含在所述参照区域内的多个实测位置分别导出与各实测位置对应的所述测量期望位置，基于该测量期望位置和由所述插值部所插的值，推定从各测量期望位置的布里渊背向散射光所获得的推定测量值；以及

偏移量导出部，基于由所述推定部推定出的推定测量值、和从与推定出所述推定测量值的测量期望位置对应的所述参照状态下的光纤的实测位置的布里渊背向散射光所获得的测量值，导出布里渊频移量。

11.根据权利要求1所述的分布式光纤传感器，其特征在于，还包括随机改变光的偏振面的偏振波控制单元，其中，

所述布里渊测量单元及所述瑞利测量单元在感应布里渊散射光和瑞利背向散射

光的测量中共用所述偏振波控制单元。

12.根据权利要求1所述的分布式光纤传感器，其特征在于，所述布里渊测量单元具备：

光脉冲光源，产生利用扩频方式的主光脉冲和未调制的副光脉冲；

连续光光源，产生连续光；

检测用光纤，射入所述副光脉冲和所述主光脉冲，并射入所述连续光，在所述副光脉冲及所述主光脉冲与所述连续光之间产生感应布里渊散射现象，其中，所述副光脉冲和所述主光脉冲以所述主光脉冲在时间上不会比所述副光脉冲先射入的方式射入；

匹配滤光器，被用于所述扩频方式，通过对从所述检测用光纤射出的光进行滤光来检测与所述感应布里渊散射现象相关的光；以及

布里渊测量部，基于由所述匹配滤光器检测到的与所述感应布里渊散射现象相关的光，求出布里渊增益谱或布里渊损耗谱，并基于该求出的所述布里渊增益谱或布里渊损耗谱来测量所述布里渊频移量。

13.根据权利要求1所述的分布式光纤传感器，其特征在于，所述布里渊测量单元具备：

光脉冲光源，产生利用扩频方式的主光脉冲和未调制的副光脉冲；

检测用光纤，射入所述副光脉冲及所述主光脉冲，所述副光脉冲及所述主光脉冲因热噪声引起的声波而产生自然布里渊散射现象；

匹配滤光器，被用于所述扩频方式，通过对从所述检测用光纤射出的光进行滤光来检测与所述自然布里渊散射现象相关的光；以及

布里渊测量部，基于由所述匹配滤光器检测到的与所述自然布里渊散射现象相关的光，求出布里渊增益谱，并基于该求出的所述布里渊增益谱来测量所述布里渊频移量。

Images