CN108700435A - 瑞利测定系统及瑞利测定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明在求出瑞利散射光的频率区域中的初始数据与对象数据的相关性时,通过对由初始数据测定所获得的初始瑞利散射光谱(RSS)的分析结果和由对象数据测定所获得的对象RSS的分析结果进行比较,从而对先获得的对象RSS的分析结果进行距离补正,基于距离补正后的对象RSS与初始RS间的相关系数来求出瑞利光谱位移。

Description

瑞利测定系统及瑞利测定方法
技术领域
本发明涉及将激光射入光纤并利用该背向散射光即瑞利散射光高精度地测定数百米以上距离的形变、温度等的分布的技术。
背景技术
以往,已知有如下方法:将激光的光脉冲射入光纤中,基于在该光纤的长边方向的各位置到达光纤的背向散射光即瑞利背向散射光(以下,简称为瑞利散射光),利用该瑞利散射光的光纤在各位置中的光接收量的变化求出形变、温度等的分布的情况下,在改变光频率的同时射入光脉冲,使用所接收的瑞利散射光的相关峰频率与光纤的形变变化量·温度变化量·光频率变化量间的关系,测定光纤的长边方向的形变变化、或温度变化(例如,参照专利文献1)。
另外,存在如下的其他方法:在频率区域中,对参照的数据和作为测定对象的对象数据两者进行测定,通过进行求出它们的相关性的相关分析,从而获得瑞利光谱位移(例如,参照专利文献2)。
并且,为了使利用瑞利散射光的测量高精度化,还存在如下的混合测量技术:除了瑞利散射光以外还一并使用利用布里渊散射光的测量数据,对利用瑞利散射光的测量数据的位置或长度进行补正(例如,参照非专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1日本专利第4441624号公报
专利文献2美国专利第7440087号说明书
非专利文献
非专利文献1Kinzo KISHIDA,Yoshiaki YAMAUCHI,and Artur GUZIK,“Study ofOptical Fibers Strain-Temperature Sensitivities Using Hybrid Brillouin-Rayleigh System”,Photonic Sensors,DOI:10.1007/s13320-013-0136-1(2013)
非专利文献2“LUNA OPTICAL DISTRIBUTED SENSOR INTERROGATOR(Models ODiSI A10and A50)”、[onl ine]、[平成28年1月6日检索]、互联网<URL:http://lunainc.com/wp-content/uploads/2012/11/LT_DS_ODiSI-A_Data-Sheet_Rev-07.pdf>
发明内容
发明所要解决的问题
然而,在求出瑞利散射光的频率区域中参照的初始数据与测定对象即对象数据的相关性的情况下,当测定中所使用的光纤长度为数百米以上的长距离时,可知会产生光纤的变形、或在温度的影响下距离偏离的问题。即,在测量被测定物时,在变形前后所测量的位置会发生偏离,而在被测定物的形变变化、或温度变化较大的情况下,若测量瑞利散射光的光纤的光纤长度较长,则无法忽视上述的测量位置的偏离的影响。因此,在采用对瑞利散射光的频率区域中的上述初始数据和对象数据的相关性进行求出的方法的当前的测量装置中,可测定的距离最大为50m(例如,参照非专利文献2)。但是,实际上在测量石油井等的温度分布的情况下,作为测定对象的距离(长度)大部分情况是数百米以上的长距离的情况下,专利文献1、或专利文献2中所记载的方法实际上不能够使用。
因此,在将这种长距离作为测定对象的情况下,需要用某种方法对上述测量位置的偏离进行补正。
为此,作为补正该测量位置的偏离的一个方法,提出了除了瑞利散射光以外还一并利用布里渊散射光的混合测量方法(例如,参照非专利文献1)。在利用该混合测量方法的情况下,即使测定对象的距离是数百米以上,通过利用由布理渊散射光的测量得到的数据对对象数据中包含的位置误差进行补正,从而能够使得实际上没有测定距离的限制。但是,不仅是瑞利散射光,还需要一并利用布理渊散射光。由此,现状是在测定对象的距离在数百米以上的情况下,仅利用瑞利散射光很难实现测量数据的高精度化。
另外,在利用了混合测量方法情况下,虽然能够使得实际上没有测量距离的限制,但是存在位置补正的问题、即在求出位置补正的情况下使用的相关测定中的问题,最近被本发明的提案者所发现。
因此,首先,对于利用现行的混合测量方法(除瑞利散射光以外还一并使用布里渊散射光的测量方法)时的相关测定中的问题、即求出频率区域中所参照的初始数据和作为测定对象的对象数据且利用它们的相关性进行位置补正的测量方法中所发现的问题,以下使用附图进行说明。
如图1所示,该测量方法中,首先,在初始数据测定部11中测定初始数据,并且在对象数据测定部12中测定用于求出与该初始数据的相关性的对象数据。接着,在初始瑞利散射光谱分析部13、及对象瑞利散射光谱分析部14中,根据所测定的初始数据及对象数据,分析并求出各自的瑞利散射光谱(Rayleigh Scattering Spectrum。以下简称RSS)。接着,另行使用由布里渊测量得到的存储在距离信息存储部15中的距离信息(由布里渊测量所求出的距离信息),在距离补正部16中对先求出的对象RSS进行距离补正。然后,在相关分析部17中,求出进行了该距离补正的对象RSS与初始RSS之间的相关性,在瑞利光谱位移运算部中,使得该相关分析部17中的相关性结果反映,并求出瑞利光谱位移。
该方法中,可知有时无法利用从布里渊测量所获得的距离信息,正确地进行位置补正。在图2所示的测量例中,存在如下问题:广域中进行了位置对准的情况下的补正量根据相关性的计算中使用的区域的大小(相当于图2中作为示例所示出的比例尺50m、100m、200m。以下,将该大小称为相关性区域长度)而结果不同,或者根据位置即距离而补正量变动,且补正量不会单调变化等,不能够使用在瑞利测量数据的位置补正中。
本发明鉴于上述的问题而完成,其目的在于,提供一种即使在测定对象的距离是数百米以上的长距离的情况下,也不会受相关性区域长度等的影响,仅利用瑞利散射光便可高精度地测定被测定物的形变分布、温度分布等的系统、或方法。
解决技术问题所采用的技术方法
本发明所涉及的瑞利测定系统中,将光脉冲射入光纤中,基于产生的瑞利背向散射光,求出所述光纤的物理量的分布,包括:
初始数据测定部,该初始数据测定部根据所述光纤的所述瑞利背向散射光对作为校正基准的初始数据进行测定;
对象数据测定部,该对象数据测定部根据所述光纤的所述瑞利背向散射光对作为被校正对象的对象数据进行测定;
初始瑞利散射光谱分析部,该初始瑞利散射光谱分析部对所述初始数据测定部中所测定的初始数据进行分析,并将所述瑞利背向散射光的频率特性作为光谱进行求出;
对象瑞利散射光谱分析部,该对象瑞利散射光谱分析部对所述对象数据测定部中所测定的对象数据进行分析,并将所述瑞利背向散射光的频率特性作为光谱进行求出;
比较方式距离补正部,该比较方式距离补正部对所述初始瑞利散射光谱分析部中所求出的光谱和所述对象瑞利散射光谱分析部中所求出的光谱进行比较,从而对所述对象瑞利散射光谱分析部中所求出的光谱在测定对象位置的距离误差进行补正;
相关分析部,该相关分析部对所述初始瑞利散射光谱分析部中所求出的光谱的数据和所述比较方式距离补正部中将距离误差补正后的对象瑞利散射光谱的数据进行相关分析;以及
瑞利光谱位移运算部,该瑞利光谱位移运算部基于该相关分析部中所获得的数据,求出瑞利光谱位移,
求出所述光纤在测定对象位置的瑞利光谱位移量。
本发明所涉及的瑞利测定方法中,将光脉冲射入光纤中,基于产生的瑞利后方散射光,求出所述光纤的物理量的分布。
通过基于所述光纤的所述瑞利背向散射光的对作为校正基准的初始值即初始数据进行分析获得的初始瑞利散射光谱的数据、和所述光纤的所述瑞利背向散射光的对作为被校正对象的对象数据进行分析获得的对象瑞利散射光谱的数据,比较这两种数据,从而对所述对象瑞利散射光谱的数据进行距离补正,通过对该距离补正所获得的数据和初始瑞利散射光谱的数据这两个数据进行相关分析,从而求出所述光纤在测定对象位置的瑞利光谱位移量。
发明效果
根据本发明,可起到如下效果:即使在测定对象的距离在数百米以上的长距离的情况下,也能仅利用瑞利散射光,高精度地测定被测定物的形变分布、温度分布等。
附图说明
图1是表示利用瑞利散射光对对象数据进行位置补正时所利用的现行的距离(位置)补正方法的框图。
图2是用于说明利用瑞利散射光对对象数据进行位置补正时所利用的现行的距离(位置)补正方法的问题的图。
图3是表示本发明的实施方式1所涉及的瑞利测定系统的一个示例的图。
图4是表示将本发明的实施方式1所涉及的瑞利测定系统所测量的信号电平与空间及频率之间的关系示出的实际测量例的图。
图5是本发明的实施方式1所涉及的瑞利测定系统中用于说明距离补正用的位置对准方法的部分详细图。
图6是本发明的实施方式1所涉及的瑞利测定系统中用于说明距离补正用的位置对准方法的部分详细图。
图7是本发明的实施方式1所涉及的瑞利测定系统中用于说明距离补正用的位置对准方法的部分详细图。
图8是本发明的实施方式1所涉及的瑞利测定系统中用于说明距离补正用的位置对准方法的部分详细图。
图9是本发明的实施方式1所涉及的瑞利测定系统中用于说明距离补正用的位置对准方法的部分详细图。
图10是表示图3的比较方式距离补正部的详细结构的图。
图11是表示将利用本发明的实施方式1所涉及的瑞利测定系统所测量的位置补正前与位置补正后的数据进行比较的一个示例的图。
图12是表示将利用本发明的实施方式1所涉及的瑞利测定系统所测量的位置补正前与位置补正后的数据进行比较的其它示例的图。
具体实施方式
实施方式1.
针对本发明的实施方式1,以下,使用附图进行说明。
首先,需要解决如图2所示的、根据位置即距离而补正量变动的问题。针对用于解决该问题的方法使用附图在下面进行说明。
在图1所示的系统中,为了对对象RSS进行距离补正,需要从布里渊测量所求出的距离信息,但是在本实施方式1的系统(参照图3)中,无需使用布里渊测量,仅利用由瑞利散射所获得的数据对对象RSS进行距离补正,并利用该距离补正后的对象RSS与初始RSS求出瑞利光谱位移。
即,图3中在初始数据测定部1中测定作为校正基准的初始数据,在对象数据测定部2中对用于与该初始数据进行比较的作为被校正对象的数据即对象数据进行测定。接着,在初始RSS分析部3中对初始数据测定部1中所获得的初始数据进行频率分析并获得初始RSS数据,并且在对象RSS分析部4中对对象数据测定部2中所获得的对象数据进行频率分析并获得对象RSS数据。
接着,为了对先获得的对象RSS数据中所包含的距离误差进行补正,向比较方式距离补正部9输入初始RSS数据和先获得的对象RSS数据,为了对它们进行比较,进行相关分析,从而求出距离补正量,获得新的对象RSS数据。并且,是如下系统:在相关分析部7中进行距离补正后的对象RSS数据与初始RSS数据之间的相关分析,基于该信息,在瑞利光谱位移运算部8中进行运算,并求出测定对象位置中的瑞利光谱位移量。
即,本实施方式1所涉及的系统是如下系统:与图1所示的系统相比,在距离补正中,无需使用由布里渊测量方式等其它方式所获得的用于距离补正的信息,仅使用由瑞利测量方式所获得的用于距离补正的信息来求出瑞利光谱位移量。作为目标若能够以20cm左右的距离进行补正,则可知可求出适当的频率位移量。以下,针对该距离补正方法,利用附图更进一步详细地进行说明。
图4是以三维的方式表示利用瑞利散射测量到的信号电平和空间(相对于基准点的距离)及频率间的关系的实际测量示例。图中,x轴是示出以ns(纳秒)单位表示的时间的轴,是相当于相对于规定位置的距离的轴。具体而言,1ns的时间相当于10cm的距离。另外,y轴是示出以GHz单位表示的频率的轴。并且,z轴是示出以任意比例尺表示的信号电平的轴。另外,信号电平以相对值表示,因此,有取负值的情况。
另外,在该图中,x11、xu1分别示出相对于要补正的位置x0的作为补正对象的下限位置及上限位置。若在该情况下设定要补正的位置x0,则下限位置x11、上限位置xu1例如分别设定为x0-a、x0+b。在此,a、b是由经验所决定的常数,具体而言,在光纤长度为1km的情况下为1m左右。另外,在事先已知光纤的伸缩时,下限位置x11、上限位置xu1并不一定需要夹着位置x0
接着,对于用于距离补正的位置对准方法,首先对用于说明的附图的内容进行说明(参照图5~图9)。
图5是示出频率轴上的初始数据及对象数据的光谱的图,示出位置(距离)x0的y轴上、即频率轴上的初始数据及对象数据的光谱(RSS)。横轴是以GHz单位表示的频率轴,纵轴是以任意单位表示的信号电平轴,图中的曲线示出所测定的光谱。这些曲线中,实线所表示的曲线Sref(x0、ν)示出初始数据的光谱,虚线所表示的曲线S(x0、ν)示出作为测定对象的位置上的数据即对象数据的光谱。
图6是表示将横轴设为频率位移轴(单位GHz)时的初始数据的光谱与对象数据的光谱间的互相关系数的图,将纵轴设为图3的相关分析部7中所求出的互相关系数,表示频率位移的值与互相关系数之间的关系。图中CC(x0)是所获得的最大互相关系数,Δν(x0)示出互相关系数为最大时的频率位移的值。
图7是示出使位置x变化时的初始数据与初始数据的光谱数据的图。在将初始数据的光谱设为与图5相同,使用与图5相同的坐标轴的情况下,示出在与位置x0不同的位置x处提取出(采样出)对象数据时的光谱数据。图中,实线表示的曲线Sref(x0、ν)示出初始数据的光谱,虚线表示的曲线S(x、ν)示出对象数据的光谱。
图8是示出使位置x变化时的初始数据与对象数据的互相关系数和频率位移间的关系的图。在将横轴设为频率位移的轴(单位GHz),将纵轴设为图3的相关分析部7中所求出的互相关系数的情况下,表示在位置x处提取出对象数据时的频率位移的值和互相关系数间的关系。图中CC(x)是所获得的最大互相关系数,Δν(x)示出互相关系数成为最大时的频率位移量。
图9是将横轴设为位置(距离)、将纵轴设为最大互相关系数时的求出最大互相关系数和距离间的关系的图,对于图8中求出的CC(x),表示与距离x间的关系。图中,位置xmax是CC(x)的值为最大时的距离(距离)x,该xmax和x0间的差Δx是位置x0中的位置补正量。
实际上,图4中任意的位置(距离)x0中的位置对准(位置补正量Δx的导出)使用图3的比较方式距离补正部9的放大图即图10中示出的装置,按照以下的编号顺序来进行。以下一边参照图10一边对其详情进行说明。
(1)在RSS的x轴即时间轴上、即距离轴上分别设定位置x0和下限位置及上限位置即x11、xu1(参照图4)。
(2)针对初始数据及对象数据的RSS,提取出在位置x0处的各自的数据的光谱Sref(x0、ν)和S(x0、ν),在光谱提取部91中对两者进行比较(参照图10)。
(3)然后,如图5所示,初始数据的光谱Sref(x0、ν)保持固定,使对象数据的光谱S(x0、ν)在y轴上、即频率轴上进行位移的同时,在第1距离补正分析部92的第1互相关分析部93中对两者的互相关系数进行计算(参照图10)。
(4)上述第1互相关分析部93中,将上述(3)的计算中所求出的互相关系数的值相对于频率位移量进行绘制(参照图6、图10)。然后,在第1的距离补正分析部92的第1分析结果存储部94中,存储该互相关系数为最大时的频率位移量Δν(x0)与此时的互相关系数的值CC(x0)(参照图10)。
(5)接着,初始数据的光谱Sref(x0、ν)保持不变,利用位置变更部95,使提取出对象数据的位置移动到x(xll≦x≦xul),使对象数据的光谱S(x、ν)在y轴上、即频率轴上进行位移的同时,在第2距离补正分析部96的第2互相关分析部97中进行同样的计算(参照图7,图10)。然后,在上述第2互相关分析部97中求出互相关系数为最大时的频率位移量Δν(x)和此时的互相关系数的值CC(x)(参照图8、图10)。
(6)对于位置x,绘制CC(x)并在上述第2互相关分析部97中求出该值为最大时的位置xmax。然后,在第2距离补正分析部96的第2分析结果存储部98中,存储该互相关系数为最大时的位置xmax和此时的互相关系数的值CC(xmax)(参照图10)。
(7)接着,将上述xmax和初始数据测定部中所输入的x0输入到位置补正量运算部99中,在位置补正量运算部99中,通过运算这2个值的差Δx=xmax-x0,从而求出位置x0中的位置补正量(参照图9、图10)。另外,此时Δν(xmax)是该位置中的瑞利频率位移量。
如上所述在实施方式1的瑞利测定系统中提取出初始数据RSS的一部分(求出位置x0中的初始RSS数据),使得对象数据的位置x移动的同时求出初始数据的RSS与对象数据RSS间的互相关性,在各距离(与各位置相同。以下相同)x中,获得Δx和相关值间的关系。然后,将该相关值为最大时的Δx设为最优值Δxopt。此后,利用收集各距离下的最优值Δxopt中的频率位移Δν的方法进行位置补正。
接着,对于使用本实施方式1所示的装置及方法求出的测量例,使用附图在下面进行说明。
图11是对将距离(m单位)作为横轴、将瑞利频率位移(GHz单位)作为纵轴,在油井现场所测量的位置补正前的数据(将作为纵轴的瑞利频率位移约400GHz作为振幅中心,上下振动的波形中所表示的上侧的数据)和位置补正后的数据(将作为纵轴的瑞利频率位移及0GHz作为振幅中心,上下振动的波形中所表示的下侧的数据)进行比较来显示。位置补正前的数据中,在比距离1700m大的位置中波形大幅度地振动是由于因距离偏离而无法进行正确的相关分析。
根据该图,尽管在一部分中包含瑞利频率位移变动的点(距离800m~1100m下的值),但总的来说,与上侧的位置补正前的数据相比较,下侧的位置补正后的数据中,在大多的点(特别是距离大于1100m的位置)中,瑞利频率位移的值不变动,基本为一定的值,可知与以往的情况相比有大幅的改善,并可获得所期望的结果。
另外,利用本实施方式1所示出的装置及方法,对于其它的光纤中测量的示例用附图进行以下说明。
图12中,取和图11同样的横轴、纵轴,对使用与图11中所利用的光纤不同的光纤测量的位置补正前的数据(将作为纵轴的瑞利频率位移约200GHz作为振幅中心,上下振动的波形中所表示的上侧的数据)、与位置补正后的数据(将作为纵轴的瑞利频率位移约0GHz作为振幅中心,上下振动的波形中所表示的下侧的数据)进行比较来显示。位置补正前的数据中,随着距离大于1000m,距离偏离的影响显著,无法正确进行相关分析的点变多。
在该图示出情况下,与位置补正前的数据相比,在位置补正后的数据中,特别是距离大于1000m且小于1900m的位置中的瑞利频率位移的值不变动而基本保持一定的值,可知与以往的情况相比有大幅的改善,并可获得所期望的结果。
如以上说明,实施方式1的瑞利测定系统与以往的不具有位置补正功能的仅利用瑞利背向散射光的测定系统相比较,即使在数百m以上的长距离的测定中,也能够作为瑞利频率位移的值不变动的一定值进行测定,即,可知具有能高精度地测量被测定物的形变等物理量的特长。另外,本发明在其发明范围内可对实施方式进行适当地变形、省略。
标号说明
1初始数据测定部、2对象数据测定部、3初始RSS分析部、4对象RSS分析部、7相关分析部、8瑞利光谱位移运算部、9比较方式距离补正部、91光谱提取部、92第1距离补正分析部、93第1互相关分析部,94第1分析结果存储部、95位置变更部、96第2距离补正分析部、97第2互相关分析部、98第2分析结果存储部、99位置补正量运算部。

Claims (6)

1.一种瑞利测定系统,将光脉冲射入光纤中,基于产生的瑞利背向散射光,求出所述光纤的物理量的分布,该瑞利测定系统的特征在于,包括:
初始数据测定部,该初始数据测定部根据所述光纤的所述瑞利背向散射光对作为校正基准的初始数据进行测定;
对象数据测定部,该对象数据测定部根据所述光纤的所述瑞利背向散射光对作为被校正对象的对象数据进行测定;
初始瑞利散射光谱分析部,该初始瑞利散射光谱分析部对所述初始数据测定部中所测定的初始数据进行分析,并将所述瑞利背向散射光的频率特性作为光谱进行求出;
对象瑞利散射光谱分析部,该对象瑞利散射光谱分析部对所述对象数据测定部中所测定的对象数据进行分析,并将所述瑞利背向散射光的频率特性作为光谱进行求出;
比较方式距离补正部,该比较方式距离补正部对所述初始瑞利散射光谱分析部中所求出的光谱和所述对象瑞利散射光谱分析部所求出的光谱进行比较,从而对所述对象瑞利散射光谱分析部中所求出的光谱在测定对象位置的距离误差进行补正;
相关分析部,该相关分析部对所述初始瑞利散射光谱分析部中所求出的光谱的数据和所述比较方式距离补正部中将距离误差补正后的对象瑞利散射光谱的数据进行相关分析;以及
瑞利光谱位移运算部,该瑞利光谱位移运算部基于该相关分析部中所获得的数据,求出瑞利光谱位移,
求出所述光纤在测定对象位置的瑞利光谱位移量。
2.如权利要求1所述的瑞利测定系统,其特征在于,
所述比较方式距离补正部包括:
光谱提取部,该光谱提取部对预先所设定的初始位置中的初始数据及对象数据的瑞利散射光谱进行提取;
第1距离补正分析部,该第1距离补正分析部对所述初始数据的瑞利散射光谱和所述对象数据的瑞利散射光谱进行分析,并求出所述初始位置中的最大互相关系数和频率位移量;
位置变更部,该位置变更部按照所述初始位置,预先确定规定的上限值和下限值,并且在所述上限值和下限值之间对所述初始位置进行变更;
第2距离补正分析部,该第2距离补正分析部将提取所述对象数据的位置作为所述位置变更部中所确定的位置,使得该位置在所述上限值和下限值之间变更,且对提取该对象数据的位置中的初始数据的瑞利散射光谱和对象数据的瑞利散射光谱进行分析,求出提取该对象数据位置中的最大互相关系数和频率位移量,并且在使得提取所述对象数据的位置变化时,求出提取所述对象数据的位置中的最大互相关系数成为最大时的位置;以及
位置补正运算部,该位置补正运算部根据所述第2距离补正分析部中求出的最大互相关系数成为最大时的位置与所述初始位置之差,决定所述初始位置中的位置补正量。
3.如权利要求2所述的瑞利测定系统,其特征在于,
所述第1距离补正分析部包括:
第1互相关分析部,该第1互相关分析部对所述初始位置中的初始数据的瑞利散射光谱和对象数据的瑞利散射光谱的互相关系数进行分析;以及第1分析结果存储部,该第1分析结果存储部存储所述第1互相关分析部的分析结果,
所述第2距离补正分析部包括:
第2互相关分析部,该第2互相关分析部对提取所述对象数据的位置中的初始数据的瑞利散射光谱和对象数据的瑞利散射光谱的互相关系数进行分析,并且对将提取所述对象数据的位置变化时的最大互相关系数进行分析;以及第2分析结果存储部,该第2分析结果存储部存储所述第2互相关分析部的分析结果。
4.一种瑞利测定方法,将光脉冲射入光纤中,基于产生的瑞利背向散射光,求出所述光纤的物理量的分布,该瑞利测定方法的特征在于,
通过基于所述光纤的所述瑞利背向散射光的对作为校正基准的初始值即初始数据进行分析获得的初始瑞利散射光谱的数据、和所述光纤的所述瑞利背向散射光的对作为被校正对象的对象数据进行分析获得的对象瑞利散射光谱的数据,比较这两种数据,从而对所述对象瑞利散射光谱的数据进行距离补正,通过对该距离补正所获得的数据和初始瑞利散射光谱的数据这两个数据进行相关分析,从而求出所述光纤在测定对象位置的瑞利光谱位移量。
5.如权利要求4所述的瑞利测定方法,其特征在于,
对瑞利散射光谱进行分析以作为由距离轴和频率轴所构成的面上的信号电平,
在所述距离轴上设定进行所述距离补正的特定位置,并且将进行该距离补正的位置范围设定作为由所述特定位置所确定的距离轴上的2个不同位置的范围,
基于所述初始数据及所述对象数据的瑞利散射光谱,提取所述特定位置中的各自的瑞利散射光谱,
所述特定位置中的初始数据的瑞利散射光谱保持固定,
一边使得对象数据的瑞利散射光谱在所述频率轴上位移,一边对第1互相关系数进行分析,该第1互相关系数是所述特定位置中的初始数据的瑞利散射光谱和所述特定位置中的对象数据的瑞利散射光谱之间的互相关系数,
对由该分析所求出的所述第1互相关系数成为最大时的频率位移量、和与该成为最大时的频率位移量对应的互相关系数进行存储,
接着,在所述2个不同位置之间对提取对象数据的位置进行变更,对变更后的各位置中的对象数据的瑞利散射光谱和所述特定位置中的初始数据的瑞利散射光谱之间的互相关系数即第2互相关系数进行分析,求出该分析所求得的第2互相关系数成为最大时的频率位移量和此时的互相关系数,求出所述变更后的各位置中所求得的最大的第2互相关系数中其值成为最大时的位置,
基于该求出的位置,确定所述特定位置中的位置补正量。
6.如权利要求5所述的瑞利测定方法,其特征在于,
所述特定位置中的位置补正量根据所述最大的第2互相关系数成为最大时的位置与所述特定位置之差求出。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6564522B2 (ja) * 2016-03-11 2019-08-21 ニューブレクス株式会社 レイリー測定システムおよびレイリー測定方法
JP7423180B2 (ja) * 2018-06-26 2024-01-29 公益財団法人鉄道総合技術研究所 波形データの高精度位置補正方法及びシステム
US11840910B2 (en) 2021-10-14 2023-12-12 Neubrex Energy Services, Inc. Systems and methods for creating a fluid communication path between production wells

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4812645A (en) * 1981-08-24 1989-03-14 G2 Systems Corporation Structural monitoring system using fiber optics
CN101158592A (zh) * 2007-10-15 2008-04-09 北京航空航天大学 光纤分布式温度和应力传感装置
WO2008115375A1 (en) * 2007-03-16 2008-09-25 Luna Innovations Incorporated Fiber optic position and/or shape sensing based on rayleigh scatter
CN101427117A (zh) * 2006-09-22 2009-05-06 日本电力电线电缆株式会社 光纤温度分布测量装置、光纤温度分布测量方法以及光纤温度分布测量系统
JP2010190728A (ja) * 2009-02-18 2010-09-02 Yokogawa Electric Corp 光ファイバ特性測定装置
CN102080954A (zh) * 2010-11-26 2011-06-01 中国计量学院 超远程100km全分布式光纤瑞利与拉曼散射传感器
CN102227615A (zh) * 2008-11-27 2011-10-26 光纳株式会社 分布式光纤传感器
CN103983374A (zh) * 2014-04-25 2014-08-13 中国科学技术大学 一种基于fp标准具的高光谱分辨大气瑞利测温方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9626099D0 (en) 1996-12-16 1997-02-05 King S College London Distributed strain and temperature measuring system
US20030234921A1 (en) 2002-06-21 2003-12-25 Tsutomu Yamate Method for measuring and calibrating measurements using optical fiber distributed sensor
US7440087B2 (en) 2004-02-24 2008-10-21 Luna Innovations Incorporated Identifying optical fiber segments and determining characteristics of an optical device under test based on fiber segment scatter pattern data
JP4441624B2 (ja) 2007-08-07 2010-03-31 日本電信電話株式会社 光ファイバを用いた歪・温度の分布測定方法及び測定装置
US20100312512A1 (en) * 2009-06-08 2010-12-09 Ajgaonkar Mahesh U Single light source automatic calibration in distributed temperature sensing
JP5354497B2 (ja) * 2009-07-10 2013-11-27 ニューブレクス株式会社 分布型光ファイバ圧力センサシステム
JP5769676B2 (ja) * 2012-08-17 2015-08-26 公益財団法人地球環境産業技術研究機構 物質の圧力、温度、ひずみ分布測定システム、これを用いた二酸化炭素地中貯留の監視方法、二酸化炭素注入による地層安定性への影響評価方法、および結氷監視方法
JP6564522B2 (ja) * 2016-03-11 2019-08-21 ニューブレクス株式会社 レイリー測定システムおよびレイリー測定方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4812645A (en) * 1981-08-24 1989-03-14 G2 Systems Corporation Structural monitoring system using fiber optics
CN101427117A (zh) * 2006-09-22 2009-05-06 日本电力电线电缆株式会社 光纤温度分布测量装置、光纤温度分布测量方法以及光纤温度分布测量系统
WO2008115375A1 (en) * 2007-03-16 2008-09-25 Luna Innovations Incorporated Fiber optic position and/or shape sensing based on rayleigh scatter
CN101158592A (zh) * 2007-10-15 2008-04-09 北京航空航天大学 光纤分布式温度和应力传感装置
CN102227615A (zh) * 2008-11-27 2011-10-26 光纳株式会社 分布式光纤传感器
JP2010190728A (ja) * 2009-02-18 2010-09-02 Yokogawa Electric Corp 光ファイバ特性測定装置
CN102080954A (zh) * 2010-11-26 2011-06-01 中国计量学院 超远程100km全分布式光纤瑞利与拉曼散射传感器
CN103983374A (zh) * 2014-04-25 2014-08-13 中国科学技术大学 一种基于fp标准具的高光谱分辨大气瑞利测温方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
严冰 等: "基于后向相干瑞利散射的分布式光纤传感在管道安全", 《量子电子学报》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN108700435B (zh) 2020-10-30
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