JP2003156315A - Method and apparatus for measurement of distribution of strain and temperature - Google Patents

Method and apparatus for measurement of distribution of strain and temperature

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JP2003156315A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and an apparatus wherein both the strain and the temperature can be distinguished, so as to be measured over a long distance by a fiber sensing measuring principle, using Brillouin scattering phenomenon. SOLUTION: A strain wavelength dependence coefficient Cε (λ) of a Brillouin scattering and its temperature wavelength coefficient CT (λ) at each of wavelengths λ1 , λ2 ,..., λn in a sensing optical fiber 103 are found in advance, a change in the Brillouin frequency shift at each wavelength of pumping light which is incident on the fiber 103 is found, their measured data λ1 [νB(z)], λ2 [νB(z)],..., λn [νB(z)] are substituted into simultaneous equations having two unknowns regarding the change in the strain and the change in the temperature of the fiber 103 so as to be computed, and a change Δε in the strain and a change ΔT in the temperature generated in each position of the fiber 103 are discriminated respectively so as to be found simultaneously.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバを媒体
とし、光ファイバ中で発生するブリルアン散乱現象の変
化を捉えて物理量の分布を測定するもので、特に被測定
物理量として歪みと温度との変化を区別して両方の分布
を同時に測定する歪みと温度の分布測定方法及びその装
置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention uses an optical fiber as a medium and measures the distribution of physical quantities by capturing changes in the Brillouin scattering phenomenon occurring in the optical fiber. In particular, the physical quantities to be measured are strain and temperature. The present invention relates to a strain and temperature distribution measuring method and apparatus for distinguishing changes and measuring both distributions simultaneously.

【0002】[0002]

【従来の技術】かかる測定方法は、光ファイバを敷設し
た周囲の歪みや温度等の外乱因子に関する物理量を測定
するための光ファイバセンサ等に応用できる。
2. Description of the Related Art Such a measuring method can be applied to an optical fiber sensor or the like for measuring a physical quantity relating to a disturbance factor such as strain or temperature around an optical fiber.

【0003】この応用例は、例えば、(a)光通信網の
保守管理、(b)トンネルや鉄橋等の大型構造物の保守
管理、(c)航空機等に利用されている複合材料の故
障、疲労などの不具合の自己診断である。
Examples of this application are, for example, (a) maintenance and management of optical communication networks, (b) maintenance and management of large structures such as tunnels and iron bridges, and (c) failure of composite materials used in aircraft and the like. This is a self-diagnosis of defects such as fatigue.

【0004】具体的には、これら(a)〜(c)の対象
にそれぞれ光ファイバを埋設することで、例えば複合材
料などの材料自体に発生する故障、疲労などの不具合を
自己診断する機能を付加するスマートマテリアル・スト
ラクチャーなどに利用することができる。
Specifically, by embedding an optical fiber in each of the objects (a) to (c), a function of self-diagnosing a failure such as a failure or fatigue occurring in a material such as a composite material itself is obtained. It can be used as a smart material structure to be added.

【0005】このような光ファイバセンシングにおいて
温度と歪みとの両方の分布を測定するには、図15に示
すようにそれぞれ測定原理が異なる別々なセンシングシ
ステムが必要になる。
In order to measure both temperature and strain distributions in such optical fiber sensing, different sensing systems having different measurement principles are required as shown in FIG.

【0006】これらセンシングシステムは、温度センシ
ングとしてラマン散乱光の測定に光パルス試験器(OT
DR:Optical Time Domain Reflectometory ;光時間
領域反射測定器)を使用するラマンOTDR(R−OT
DR)101と、歪みセンシングとして光ファイバ中の
ブリルアン散乱の周波数シフト(ブリルアン周波数シフ
トと呼ぶ)量を測定するブリルアンOTDR(B−OT
DR)102とである。
These sensing systems use an optical pulse tester (OT) to measure Raman scattered light as temperature sensing.
DR: Raman OTDR (R-OT) using Optical Time Domain Reflectometory
DR) 101 and Brillouin OTDR (B-OT) for measuring the amount of frequency shift (called Brillouin frequency shift) of Brillouin scattering in an optical fiber as strain sensing.
DR) 102.

【0007】これらラマンOTDR101とブリルアン
OTDR102とは、それぞれセンシング用ファイバ1
03に接続される。
The Raman OTDR 101 and the Brillouin OTDR 102 are the sensing fibers 1 respectively.
03 is connected.

【0008】このうちラマンOTDR1について説明す
ると、光ファイバにおける温度分布を測定する方法に
は、ラマン散乱光の後方散乱係数の温度による変化に着
目した温度分布測定法が提案されている。この温度分布
測定法には、例えば文献『Electron. Lett. , vol.21,N
o.13,pp.569-570 ,1985』に記載されている技術があ
る。
Among them, the Raman OTDR1 will be explained. As a method for measuring the temperature distribution in the optical fiber, a temperature distribution measuring method has been proposed which focuses on the change of the backscattering coefficient of Raman scattered light with temperature. This temperature distribution measuring method includes, for example, the document “Electron. Lett., Vol.21, N.
o.13, pp.569-570, 1985 ”.

【0009】この温度分布測定法は、上記の如くラマン
散乱光の測定に光パルス試験器(OTDR)が使用され
る。センシング用ファイバ103中に光パルスが入射さ
れてから散乱光が測定されるまでに遅延時間が生じる。
この遅延時間は、散乱光が生じる点(散乱点)までの距
離に対応する。従って、散乱光及び遅延時間を測定する
ことにより、センシング用ファイバ103における任煮
の点のラマン散乱光の温度による散乱係数の変化、すな
わち温度変化が測定可能になる。このラマンOTDRの
方法は、既に大型構造物の温度分布測定などに応用され
ている。
In this temperature distribution measuring method, an optical pulse tester (OTDR) is used for measuring Raman scattered light as described above. A delay time occurs after the light pulse is incident on the sensing fiber 103 and before the scattered light is measured.
This delay time corresponds to the distance to the point where scattered light occurs (scattering point). Therefore, by measuring the scattered light and the delay time, it is possible to measure the change in the scattering coefficient of the Raman scattered light at the desired point in the sensing fiber 103, that is, the temperature change. The Raman OTDR method has already been applied to temperature distribution measurement of large structures.

【0010】一方、ブリルアンOTDR102について
説明すると、センシング用ファイバ103を用いた歪み
センシングシステムには、センシング用ファイバ103
中でのブリルアン散乱光の周波数シフト量をファイバに
沿って分布計測することにより、歪みと温度を測定する
方法が提案されている。
On the other hand, the Brillouin OTDR 102 will be described. A strain sensing system using the sensing fiber 103 includes a sensing fiber 103.
A method of measuring strain and temperature by measuring the frequency shift amount of Brillouin scattered light along the fiber has been proposed.

【0011】この方法は、光パルス試験器OTDR又は
それと類似なパルス−連続光対向法との組み合わせるこ
とにより、歪みと温度の連続分布が測定可能である。例
えば文献『J. Lightwave Tecnol. , vol.13,No.7,pp.12
96-1302,1995』に記載されている。この方法では、ブリ
ルアン周波数シフトが歪みと温度の両方に依存するた
め、両者を区別して測定できない。
This method can measure the continuous distribution of strain and temperature by combining with the optical pulse tester OTDR or a similar pulse-continuous optical counter method. For example, the document “J. Lightwave Tecnol., Vol.13, No.7, pp.12
96-1302, 1995 ”. In this method, since the Brillouin frequency shift depends on both strain and temperature, it is impossible to measure them separately.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】以上説明したラマンO
TDR101とブリルアンOTDR102の2つの方法
を用いた場合には、次のような技術課題がある。
[Problems to be Solved by the Invention] Raman O described above
When the two methods of TDR101 and Brillouin OTDR102 are used, there are the following technical problems.

【0013】(1)ラマン散乱は非弾性散乱であるた
め、ラマン散乱光の波長は、入射光の波長からずれたも
のとなる。このラマン散乱による波長変化は、光ファイ
バが石英系の場合、約100nmと大きな値であるた
め、光ファイバの低損失波長域からずれてしまい、この
結果、伝搬損失の増大により長距離にわたる測定ができ
ない。
(1) Since Raman scattering is inelastic scattering, the wavelength of Raman scattered light deviates from the wavelength of incident light. This wavelength change due to Raman scattering is a large value of about 100 nm when the optical fiber is made of silica, so it deviates from the low-loss wavelength range of the optical fiber, and as a result, the propagation loss increases and measurement over a long distance is possible. Can not.

【0014】図15には歪みと温度とが同時に測定でき
る範囲が制限されるが示されている。センシング用ファ
イバ3のラマンOTDR101とブリルアンOTDR1
02とが接続された一端側では、温度と歪みと分布の両
方の測定範囲があるが、他端側では歪み測定範囲のみと
なり、同時に温度と歪みと分布が測定できない。
FIG. 15 shows that the range in which strain and temperature can be simultaneously measured is limited. Raman OTDR101 and Brillouin OTDR1 of sensing fiber 3
On the one end side where 02 is connected, there are measurement ranges for both temperature, strain, and distribution, but on the other end side, there is only the strain measurement range, and temperature, strain, and distribution cannot be measured at the same time.

【0015】(2)ラマン散乱係数の歪み依存性は小さ
いため、ラマンOTDR法により歪み測定ができない。
(2) Since the Raman scattering coefficient has a small strain dependency, the strain cannot be measured by the Raman OTDR method.

【0016】(3)ブリルアン散乱を用いた方法では、
歪みと温度の両方の効果でブリルアン周波数シフトが発
生するため、従来の測定手法のままでは両物理量の分離
識別はできない。このためラマン散乱による温度測定が
必要である。
(3) In the method using Brillouin scattering,
Since the Brillouin frequency shift occurs due to the effects of both strain and temperature, it is impossible to separate and identify both physical quantities with the conventional measurement method. Therefore, temperature measurement by Raman scattering is necessary.

【0017】又、ラマンとブリルアンの両物理現象を利
用するシステム構成のために、装置構成が煩雑であり、
装置価格が高価である。
Further, since the system configuration uses both Raman and Brillouin physical phenomena, the device configuration is complicated,
The device price is expensive.

【0018】そこで本発明は、ブリルアン散乱現象を利
用するファイバセンシングの測定原理だけで、長距離に
渡って歪みと温度との両方を区別して測定できる歪みと
温度の分布測定方法及びその装置を提供することを目的
とする。
Therefore, the present invention provides a strain and temperature distribution measuring method and apparatus capable of discriminating and measuring both strain and temperature over a long distance only by the fiber sensing measurement principle utilizing the Brillouin scattering phenomenon. The purpose is to do.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】本発明は、センシング用
光ファイバ中で発生するブリルアン散乱現象の変化を捉
えて被測定物理量の変化を測定する歪みと温度の分布測
定方法において、センシング用光ファイバにおける各波
長ごとのブリルアン散乱の歪み波長依存係数とその温度
波長係数を予め求めておき、センシング用光ファイバに
入射するポンプ光の各波長ごとのブリルアン周波数シフ
トの変化を求めるステップと、これら測定データを、セ
ンシング用光ファイバの歪みの変化と温度の変化とに関
する2元連立方程式に代入し演算することにより、セン
シング用光ファイバの各位置で発生した歪みの変化と温
度の変化とをそれぞれ識別して同時に求めるステップと
を有することを特徴とする歪みと温度の分布測定方法で
ある。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention provides a strain and temperature distribution measuring method for detecting a change in Brillouin scattering phenomenon occurring in a sensing optical fiber to measure a change in a physical quantity to be measured. In advance, the strain wavelength dependence coefficient of the Brillouin scattering for each wavelength and its temperature wavelength coefficient are obtained in advance, and the step of obtaining the change in the Brillouin frequency shift for each wavelength of the pump light incident on the sensing optical fiber, and these measurement data By substituting into the binary simultaneous equations relating to the change in strain and the change in temperature of the sensing optical fiber, the strain change and the temperature change generated at each position of the sensing optical fiber are identified. And a step of simultaneously obtaining the strain and temperature distribution measuring method.

【0020】本発明は、上記本発明の歪みと温度の分布
測定方法において、センシング用光ファイバの歪みの変
化と温度の変化とに関する2元連立方程式は、ポンプ光
の波長をλn、波長依存係数をCεn)、温度波長係数
をCTn)、ブリルアン周波数シフトの変化をΔνB
n)、センシング用光ファイバの歪みの変化をΔε、セン
シング用光ファイバの温度の変化をΔTとすると、
According to the present invention, in the strain and temperature distribution measuring method of the present invention, the two-dimensional simultaneous equation relating to the change in strain and the change in temperature of the optical fiber for sensing has a wavelength of pump light of λ n and a wavelength dependence. The coefficient is C εn ), the temperature wavelength coefficient is C Tn ), and the change in Brillouin frequency shift is Δν B
n ), the change in strain of the sensing optical fiber is Δε, and the change in temperature of the sensing optical fiber is ΔT,

【数5】 により表わされる。[Equation 5] Is represented by

【0021】本発明は、上記本発明の歪みと温度の分布
測定方法において、ポンプ光の波長の総数が3波長以上
の場合、センシング用光ファイバの各位置で発生した歪
みの変化と温度の変化とをそれぞれ加算平均演算して、
センシング用光ファイバの各位置で発生した歪みの変化
と温度の変化とをそれぞれ識別して同時に求めるステッ
プを有する。
According to the present invention, in the strain and temperature distribution measuring method of the present invention, when the total number of wavelengths of pump light is 3 wavelengths or more, a change in strain and a change in temperature generated at each position of the sensing optical fiber. And add and average respectively,
The method has a step of identifying and simultaneously obtaining a change in strain and a change in temperature generated at each position of the sensing optical fiber.

【0022】本発明は、上記本発明の歪みと温度の分布
測定方法において、加算平均演算する方程式は、2元連
立方程式を演算して得られた解であるセンシング用光フ
ァイバの歪みの変化をΔε、センシング用光ファイバの
温度の変化をΔT、これらΔε、ΔTの組合せの総数を
Nとすると、
In the strain and temperature distribution measuring method of the present invention described above, the equation for arithmetic mean calculation is a solution obtained by computing a binary simultaneous equation, which is a change in strain of the sensing optical fiber. Let ΔT be the change in temperature of the sensing optical fiber, and let T be the total number of combinations of these Δε and ΔT.

【数6】 により表わされる。[Equation 6] Is represented by

【0023】本発明は、センシング用光ファイバ中で発
生するブリルアン散乱現象の変化を捉えて被測定物理量
の変化を測定する歪みと温度の分布測定装置において、
複数の波長成分の光を出力する光源部と、この光源部か
らの出力光をポンプ光とプローブ光とに分岐する光分配
器と、ポンプ光又はプローブ光のいずれかの光に変調を
行う光変調器と、この光変調器により変調された光をセ
ンシング用光ファイバに導くと共に、センシング用光フ
ァイバからの温度と歪みの物理情報を有するブリルアン
散乱光を導く導光手段と、この導光手段により導かれた
ブリルアン散乱光を受光して電気信号に変換する受光部
と、この受光部からの電気信号を入力し、センシング用
光ファイバに入射するポンプ光の各波長ごとのブリルア
ン周波数シフトの変化を示す各測定データを、センシン
グ用光ファイバの歪みの変化と温度の変化とに関する2
元連立方程式に代入し演算し、センシング用光ファイバ
の各位置で発生した歪みの変化と温度の変化とをそれぞ
れ識別して同時に求める信号処理部とを具備したことを
特徴とする歪みと温度の分布測定装置である。
The present invention provides a strain and temperature distribution measuring apparatus for measuring a change in Brillouin scattering phenomenon occurring in a sensing optical fiber to measure a change in a physical quantity to be measured,
A light source section that outputs light of a plurality of wavelength components, an optical distributor that splits the output light from the light source section into pump light and probe light, and light that modulates either pump light or probe light. A modulator, a light guide means for guiding the light modulated by the optical modulator to a sensing optical fiber, and a Brillouin scattered light having physical information of temperature and strain from the sensing optical fiber, and the light guiding means. The Brillouin frequency shift for each wavelength of the pump light that enters the sensing optical fiber by receiving the Brillouin scattered light guided by the sensor and converting it to an electrical signal, and inputting the electrical signal from this receiver. Each measurement data indicating the 2 is related to the change in strain and the change in temperature of the sensing optical fiber.
The distortion and temperature characteristics are characterized by including a signal processing unit which is calculated by substituting the original simultaneous equations and calculating the change in strain and the change in temperature generated at each position of the sensing optical fiber. It is a distribution measuring device.

【0024】本発明は、上記本発明の歪みと温度の分布
測定装置において、信号処理部は、ポンプ光の波長をλ
n、波長依存係数をCεn)、温度波長係数をC
Tn)、ブリルアン周波数シフトの変化をΔνBn)、
センシング用光ファイバの歪みの変化をΔε、センシン
グ用光ファイバの温度の変化をΔTとすると、
According to the present invention, in the above strain and temperature distribution measuring apparatus of the present invention, the signal processing unit sets the wavelength of the pump light to λ.
n , the wavelength dependence coefficient is C εn ), and the temperature wavelength coefficient is C
Tn ), the change in Brillouin frequency shift is Δν Bn ),
Letting Δε be the change in strain of the sensing optical fiber and ΔT be the change in temperature of the sensing optical fiber,

【数7】 を演算する。[Equation 7] Is calculated.

【0025】本発明は、上記本発明の歪みと温度の分布
測定装置において、信号処理部は、ポンプ光の波長の総
数が3波長以上の場合、センシング用光ファイバの各位
置で発生した歪みの変化と温度の変化とをそれぞれ加算
平均演算して、センシング用光ファイバの各位置で発生
した歪みの変化と温度の変化とをそれぞれ識別して同時
に求める。
According to the present invention, in the strain and temperature distribution measuring apparatus of the present invention, when the total number of pumping light wavelengths is three or more, the signal processing unit detects the strain generated at each position of the sensing optical fiber. The change and the temperature change are arithmetically averaged, respectively, and the change in strain generated at each position of the sensing optical fiber and the change in temperature are identified and simultaneously obtained.

【0026】本発明は、上記本発明の歪みと温度の分布
測定装置において、信号処理部は、2元連立方程式を演
算して得られた解であるセンシング用光ファイバの歪み
の変化をΔε、センシング用光ファイバの温度の変化を
ΔT、これらΔε、ΔTの組合せの総数をNとすると、
According to the present invention, in the strain and temperature distribution measuring apparatus of the present invention, the signal processing unit changes the strain of the sensing optical fiber by Δε, which is a solution obtained by calculating a binary simultaneous equation. If the temperature change of the sensing optical fiber is ΔT, and the total number of combinations of these Δε and ΔT is N, then

【数8】 を演算する。[Equation 8] Is calculated.

【0027】本発明は、上記本発明の歪みと温度の分布
測定装置において、光源部は、出力する光の波長を連続
的に可変可能であり、かつ外部制御により随時任意の波
長の光を出力する。
According to the present invention, in the strain and temperature distribution measuring apparatus of the present invention, the light source section is capable of continuously varying the wavelength of the light to be output, and outputs light of an arbitrary wavelength at any time by external control. To do.

【0028】本発明は、上記本発明の歪みと温度の分布
測定装置において、光源部は、複数の光源を備え、これ
ら光源からはそれぞれ異なる各波長の光を出力する。
According to the present invention, in the strain and temperature distribution measuring apparatus of the present invention, the light source section includes a plurality of light sources, and these light sources output lights of different wavelengths.

【0029】本発明は、上記本発明の歪みと温度の分布
測定装置において、光源部は、複数の光源と、これら光
源からそれぞれ出力された光を一つの光路に集約し、単
一光路で同時に複数の波長の光を出力する波長合波器と
からなる。
According to the present invention, in the strain and temperature distribution measuring apparatus of the present invention, the light source unit collects a plurality of light sources and the lights respectively output from these light sources into one optical path, and simultaneously in a single optical path. And a wavelength multiplexer that outputs light of a plurality of wavelengths.

【0030】本発明は、上記本発明の歪みと温度の分布
測定装置において、光源部は、複数の光源からそれぞれ
出力された光のうち任意の単一波長のみの光を一つの光
路に導く光スイッチを備え、この光スイッチの光路選択
の切り替えによって出力する光の波長を随時選択する。
According to the present invention, in the strain and temperature distribution measuring apparatus of the present invention, the light source section guides light having only a single wavelength, out of the lights respectively output from the plurality of light sources, to one optical path. A switch is provided, and the wavelength of light to be output is selected at any time by switching the optical path selection of this optical switch.

【0031】本発明は、上記本発明の歪みと温度の分布
測定装置において、受光部は、ポンプ光の任意の波長に
見合ったブリルアン散乱光のみを透過させる波長可変光
バンドパスフィルタと、この波長可変光バンドパスフィ
ルタを透過した光を電気信号に変換する光検出器とから
なる。
According to the present invention, in the above-mentioned strain and temperature distribution measuring apparatus of the present invention, the light receiving section transmits a Brillouin scattered light corresponding to an arbitrary wavelength of the pump light, and a tunable optical bandpass filter, and this wavelength. And a photodetector for converting light transmitted through the variable optical bandpass filter into an electric signal.

【0032】本発明は、上記本発明の歪みと温度の分布
測定装置において、受光部は、センシング用光ファイバ
からの単一光路で導かれる複数の波長の後方散乱光を分
配する波長分配器と、この波長分配器により分配された
各波長ごとにポンプ光の任意の波長に見合ったブリルア
ン散乱光のみを透過させる複数の波長可変光バンドパス
フィルタと、これら波長可変光バンドパスフィルタをそ
れぞれ透過した各光をそれぞれ各電気信号に変換する複
数の光検出器とからなる。
According to the present invention, in the strain and temperature distribution measuring apparatus of the present invention, the light receiving section is a wavelength distributor for distributing backscattered light of a plurality of wavelengths guided by a single optical path from the sensing optical fiber. , A plurality of wavelength tunable optical bandpass filters that transmit only the Brillouin scattered light corresponding to an arbitrary wavelength of the pump light for each wavelength distributed by this wavelength splitter, and these wavelength tunable optical bandpass filters are respectively transmitted. And a plurality of photodetectors for converting each light into respective electric signals.

【0033】本発明は、上記本発明の歪みと温度の分布
測定装置において、信号処理部は、受光部から出力され
た電気信号からブリルアンビート周波数成分のみを抽出
する電気信号周波数フィルタと、この電気信号周波数フ
ィルタにより抽出された周波数信号から周波数スペクト
ラムの最大強度のピーク周波数を検出し、このピーク周
波数の値をブリルアン周波数として求める第1の演算部
と、この第1の演算部により定義されたポンプ波長毎の
ブリルアン周波数値のデータを格納するデータ格納部
と、このデータ格納部に格納されたデータを用いて上記
演算を行なってセンシング用光ファイバの各位置で発生
した歪みの変化と温度の変化とをそれぞれ識別して同時
に求める第2の演算部とからなる。
According to the present invention, in the strain and temperature distribution measuring apparatus of the present invention, the signal processing unit extracts an Brillouin beat frequency component from the electric signal output from the light receiving unit, and the electric signal frequency filter. A first arithmetic unit that detects the peak frequency of the maximum intensity of the frequency spectrum from the frequency signal extracted by the signal frequency filter and obtains the value of this peak frequency as a Brillouin frequency, and a pump defined by this first arithmetic unit A data storage unit that stores the data of the Brillouin frequency value for each wavelength, and the above-mentioned calculation is performed using the data stored in this data storage unit, and the change in strain and temperature that occur at each position of the sensing optical fiber are changed. And a second calculation unit for simultaneously identifying and simultaneously obtaining and.

【0034】本発明は、上記本発明の歪みと温度の分布
測定装置において、センシング用光ファイバからの単一
光路で導かれた複数の波長の後方散乱光がそれぞれ分配
された場合、信号処理部は、各波長ごとに電気信号周波
数フィルタと第1の演算部とが並列処理する。
According to the present invention, in the strain and temperature distribution measuring apparatus of the present invention, when the backscattered light of a plurality of wavelengths guided by the single optical path from the sensing optical fiber is distributed, the signal processing unit is provided. Is processed in parallel by the electric signal frequency filter and the first arithmetic unit for each wavelength.

【0035】本発明は、上記本発明の歪みと温度の分布
測定装置において、信号処理部は、センシング用光ファ
イバの歪みの変化と、センシング用光ファイバの温度の
変化との組み合わせが複数の場合、これら歪みと温度と
のそれぞれの値の加算平均を行う演算部と、この演算部
の演算結果を最終的な測定結果として表示する表示部と
からなる。
According to the present invention, in the strain and temperature distribution measuring apparatus of the present invention, when the signal processing unit has a plurality of combinations of changes in strain of the sensing optical fiber and changes in temperature of the sensing optical fiber. The calculation unit is configured to perform the arithmetic mean of the strain and the temperature, and the display unit to display the calculation result of the calculation unit as the final measurement result.

【0036】[0036]

【発明の実施の形態】(1)以下、本発明の第1の実施
の形態について図面を参照して説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION (1) A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0037】図1は歪みと温度の分布測定装置の構成図
である。この歪みと温度の分布測定装置は、Brillouin
Optical Time Domain Analysis (BOTDA)を適用した構成
である。このBOTDA法は、周波数νが可変のパルス
ポンプ光と連続波プローブ光とを、それぞれセンシング
用光ファイバ103の両端から入射し、ブリルアン散乱
現象によるプローブ光のブリルアンゲインに比例したパ
ワーの変化を時間の関数として測定し、その変化量から
温度、歪み分布を求めるものである。
FIG. 1 is a block diagram of a strain and temperature distribution measuring apparatus. This strain and temperature distribution measuring device is based on Brillouin
It is a configuration to which Optical Time Domain Analysis (BOTDA) is applied. In the BOTDA method, a pulse pump light having a variable frequency ν and a continuous wave probe light are respectively incident from both ends of the sensing optical fiber 103, and a change in power proportional to the Brillouin gain of the probe light due to the Brillouin scattering phenomenon is changed with time. Is measured as a function of, and the temperature and strain distribution are obtained from the amount of change.

【0038】歪みと温度の分布測定装置の全体構成を説
明すると、光源部1には、光ファイバ2−1を介して光
分配器3が接続されている。
The overall structure of the strain and temperature distribution measuring apparatus will be described. The light source section 1 is connected to an optical distributor 3 via an optical fiber 2-1.

【0039】この光分配器3には、2本の光ファイバ2
−2、2−3が接続され、一方の光ファイバ2−2に光
変調器4を介して光サーキュレータ5が接続されてい
る。これら光変調器4と光サーキュレータ5との間は、
光ファイバ2−4により接続されている。他方の光ファ
イバ2−3には、光変調器6が接続されている。
This optical distributor 3 has two optical fibers 2
-2, 2-3 are connected, and the optical circulator 5 is connected to one optical fiber 2-2 via the optical modulator 4. Between the optical modulator 4 and the optical circulator 5,
It is connected by an optical fiber 2-4. The optical modulator 6 is connected to the other optical fiber 2-3.

【0040】光サーキュレータ5と光変調器6との間に
は、各光ファイバ2−5、2−6を介してセンシング用
光ファイバ103が接続されている。このセンシング用
光ファイバ103は、実際の歪みや温度を検知するため
のものである。
A sensing optical fiber 103 is connected between the optical circulator 5 and the optical modulator 6 via the optical fibers 2-5 and 2-6. The sensing optical fiber 103 is for detecting actual strain and temperature.

【0041】光サーキュレータ5には、光ファイバ2−
7を介して受光部7が接続され、さらにこの受光部7の
出力端子に信号処理部8が接続されている。
The optical circulator 5 has an optical fiber 2-
A light receiving unit 7 is connected via 7, and a signal processing unit 8 is connected to an output terminal of the light receiving unit 7.

【0042】光源部1は、複数の波長成分の光を出力す
るもので、図2に示すように波長可変光源10と、波長
コントローラ電源11からなる。
The light source section 1 outputs light of a plurality of wavelength components, and comprises a variable wavelength light source 10 and a wavelength controller power source 11 as shown in FIG.

【0043】波長可変光源10は、波長範囲λ1〜λn
で波長を可変して光Pを出力するもので、例えば半導体
レーザ(LD)が用いられる。この波長可変光源2に
は、光ファイバ2−1を介して光分配器3が接続されて
いる。
The variable wavelength light source 10 has a wavelength range of λ 1 to λn.
To output the light P by changing the wavelength at, for example, a semiconductor laser (LD) is used. An optical distributor 3 is connected to the wavelength variable light source 2 via an optical fiber 2-1.

【0044】波長コントローラ電源11は、波長可変光
源2を駆動し、かつ出力光Pの波長を波長範囲λ1〜λ
nで波長可変のコントロールをする機能を有するもの
で、例えば出力光Pの波長を各中心波長λ、λ
…、λnのいずれかにコントロールする。
The wavelength controller power supply 11 drives the variable wavelength light source 2 and sets the wavelength of the output light P to the wavelength range λ 1 to λ.
has a function of a wavelength variable control in n, for example, the center wavelength lambda 1 to the wavelength of output light P, λ 2,
..., λn is controlled.

【0045】光分配器3は、光源部1の出力光Pをポン
プ光Pとプローブ光Pとに分配するもので、例えば
光カプラー、ビームスプリッター、ハーフミラー等が好
適である。この光分配器5の分岐出力側には、ポンプ光
用とプローブ光P用との2本の光ファイバ2−
2、2−3が接続される。
The light distributor 3 distributes the output light P of the light source unit 1 into the pump light P 1 and the probe light P 2, and is preferably an optical coupler, a beam splitter, a half mirror, or the like. Two optical fibers 2-for pump light P 1 and probe light P 2 are provided on the branch output side of the optical distributor 5.
2, 2-3 are connected.

【0046】なお、本実施の形態では、光ファイバ2−
2にポンプ光Pを導き、光ファイバ2−2、2−3に
プローブ光Pを導いているが、これとは逆に光ファイ
バ2−2にプローブ光Pを導き、光ファイバ2−2、
2−3にポンプ光Pを導いてもよい。
In this embodiment, the optical fiber 2-
2, the pump light P 1 is guided, and the probe light P 2 is guided to the optical fibers 2-2 and 2-3. On the contrary, the probe light P 2 is guided to the optical fiber 2-2 and the optical fiber 2 is guided. -2,
The pump light P 1 may be guided to 2-3.

【0047】光変調器6は、プローブ光Pをブリルア
ン周波数近傍まで変調する、すなわちプロープ光P
周波数を変調する機能を有する。なお、光ファイバ2−
2にプローブ光Pを導いた場合には、光変調器4によ
りプローブ光Pをブリルアン周波数近傍まで変調す
る。
The optical modulator 6 modulates the probe light P 2 to the vicinity Brillouin frequency, i.e. has a function of modulating the frequency of the Puropu light P 2. The optical fiber 2-
When the led probe light P 2 to 2 modulates the probe light P 2 to the vicinity of the Brillouin frequency by the optical modulator 4.

【0048】この光変調器6は、例えば波長1.55μ
mにおける石英光ファイバのブリルアンシフト周波数ν
B(=10〜11GHz相当)の変調可能な電界効果を
利用した導波路型変調器が挙げられる。この光変調器6
は、他に音響効果を用いた変調素子や、両効果に基づく
バルク型の変調素子等でもよい。
This optical modulator 6 has, for example, a wavelength of 1.55 μm.
Brillouin shift frequency ν of quartz optical fiber at m
An example is a waveguide type modulator that uses the electric field effect of B (= 10 to 11 GHz equivalent) that can be modulated. This optical modulator 6
Alternatively, a modulation element using an acoustic effect, a bulk type modulation element based on both effects, or the like may be used.

【0049】光サーキュレータ5は、入力ポート5−1
と2つの出力ポート5−2、5−3とを有し、このうち
入力ポート5−1にポンプ光P用の光ファイバ2−4
が接続され、出力ポート5−2に光ファイバ2−5を介
してセンシング用光ファイバ103が接続されている。
又、出力ポート5−3には、光ファイバ2−7を介して
受光部7が接続されている。この光サーキュレータ5
は、例えば光カプラー、ビームスプリッター、ハーフミ
ラー等が好適である。
The optical circulator 5 has an input port 5-1.
And two output ports 5-2 and 5-3, of which the input port 5-1 has an optical fiber 2-4 for the pump light P 1.
, And the sensing optical fiber 103 is connected to the output port 5-2 via the optical fiber 2-5.
Further, the light receiving unit 7 is connected to the output port 5-3 via the optical fiber 2-7. This optical circulator 5
For example, an optical coupler, a beam splitter, a half mirror, etc. are suitable.

【0050】センシング用光ファイバ103には、一端
からポンプ光Pが入射して同センシング用光ファイバ
103内を伝搬し、かつ他端からプローブ光Pが入射
してポンプ光Pの伝搬方向とは逆向きに伝搬(対向励
起)する。
The pump light P 1 enters the sensing optical fiber 103 from one end and propagates in the sensing optical fiber 103, and the probe light P 2 enters from the other end and the pump light P 1 propagates. Propagate in the opposite direction (opposite excitation).

【0051】これにより、センシング用光ファイバ10
3中では、ポンプ光Pによって発生するSBS現象を
介してそのパワーの一部がプローブ光Pに移行する。
このプローブ光Pからみれば、それはブリルアン増幅
による伝搬光として振舞う。
As a result, the sensing optical fiber 10
In 3, the power of the probe light P 2 is partially transferred to the probe light P 2 via the SBS phenomenon generated by the pump light P 1 .
From the perspective of this probe light P 2 , it behaves as propagating light due to Brillouin amplification.

【0052】このSBS情報を有するプローブ光P
は、再び光サーキュレータ5の出力ポート5−2に入
射し、この出力ポート5−2から出力ポート5−3、光
ファイバ2−7を伝搬して受光部7に入射する。
Probe light P having this SBS information
2 again enters the output port 5-2 of the optical circulator 5, propagates from the output port 5-2 through the output port 5-3 and the optical fiber 2-7, and enters the light receiving unit 7.

【0053】受光部7は、光ファイバ2−7を伝搬して
きたプローブ光Pのブリルアン散乱光を受光して電気
信号に変換する機能を有するもので、図3に示すように
波長可変光バンドパスフィルタ12と、光検出器13と
からなる。
The light receiving section 7 has a function of receiving the Brillouin scattered light of the probe light P 2 propagating through the optical fiber 2-7 and converting it into an electric signal, and as shown in FIG. It includes a pass filter 12 and a photodetector 13.

【0054】波長可変光バンドパスフィルタ12は、ポ
ンプ光Pの任意の波長λ、λ、…、λnに見合っ
たブリルアン散乱光のみを透過させる作用を持つもの
で、例えば光源部1の出力光Pの波長λnよりも0.0
8〜0.1nm(この数値は、石英ファイバで波長1.
55μmの場合)だけ離調したブリルアン散乱光波長の
みを抽出する機能を有する。
The wavelength tunable optical bandpass filter 12 has a function of transmitting only the Brillouin scattered light corresponding to the arbitrary wavelengths λ 1 , λ 2 , ..., λn of the pump light P 1 , and for example, the light source section 1 0.0 than the wavelength λn of the output light P
8 to 0.1 nm (This value is 1.
(In the case of 55 μm), it has a function of extracting only the wavelength of Brillouin scattered light detuned.

【0055】光検出器13は、波長可変光バンドパスフ
ィルタ12を透過した光を電気信号に変換する機能を有
する。
The photodetector 13 has a function of converting the light transmitted through the variable wavelength optical bandpass filter 12 into an electric signal.

【0056】信号処理部8は、受光部7からの電気信号
を入力し、センシング用光ファイバ103に入射するポ
ンプ光Pの各波長λ、λ、…、λnごとのブリル
アン周波数シフトの変化を示す各測定データを、センシ
ング用光ファイバ103の歪みの変化と温度の変化とに
関する2元連立方程式に代入し演算し、センシング用光
ファイバ103の各位置で発生した歪みの変化と温度の
変化とをそれぞれ識別して同時に求める機能を有する。
The signal processing unit 8 receives the electric signal from the light receiving unit 7 and performs Brillouin frequency shift for each wavelength λ 1 , λ 2 , ..., λn of the pump light P 1 incident on the sensing optical fiber 103. Each measurement data indicating the change is substituted into a binary simultaneous equation concerning the change in strain and the change in temperature of the sensing optical fiber 103, and the calculated data is calculated, and the change in strain generated at each position of the sensing optical fiber 103 and the temperature It has a function of identifying changes and requesting them at the same time.

【0057】この信号処理部8は、ポンプ光Pの波長
をλn、波長依存係数をCε(λn)、温度波長係数をC
T(λn)、ブリルアン周波数シフトの変化をΔνB
n)、センシング用光ファイバ103の歪みの変化をΔ
ε、センシング用光ファイバ103の温度の変化をΔT
とすると、次の2元連立方程式、
The signal processor 8 has a wavelength of the pump light P 1 of λn, a wavelength dependence coefficient of C ε (λn), and a temperature wavelength coefficient of C n.
T (λn), the change of Brillouin frequency shift is Δν B
n), the change in strain of the sensing optical fiber 103 is Δ
ε, the temperature change of the sensing optical fiber 103 is ΔT
Then, the following binary simultaneous equations,

【数9】 を演算してセンシング用光ファイバ103の各位置で発
生した歪みの変化Δεと温度の変化ΔTとをそれぞれ識
別して同時に求める機能を有する。
[Equation 9] And a change Δε in strain and a change ΔT in temperature generated at each position of the sensing optical fiber 103 are identified and simultaneously obtained.

【0058】図4は任意波長における歪み及び温度の物
理量とブリルアン周波数シフトとの関係を示す。歪みの
変化Δε及び温度の変化ΔTに対してブリルアン周波数
シフトの変化をΔνBは、それぞれ比例的に増加してい
る。
FIG. 4 shows the relationship between the physical quantity of strain and temperature at an arbitrary wavelength and the Brillouin frequency shift. The change in the Brillouin frequency shift, Δν B , increases proportionally to the change in strain Δε and the change in temperature ΔT.

【0059】又、信号処理部8は、ポンプ光Pの波長
の総数が3波長以上の場合、センシング用光ファイバ1
03の各位置で発生した歪みの変化と温度の変化とをそ
れぞれ加算平均演算して、センシング用光ファイバ10
3の各位置で発生した歪みの変化と温度の変化とをそれ
ぞれ識別して同時に求める機能を有する。
When the total number of wavelengths of the pump light P 1 is 3 wavelengths or more, the signal processor 8 detects the optical fiber 1 for sensing.
03, the change in strain and the change in temperature generated at each position are arithmetically averaged to obtain the sensing optical fiber 10
3 has a function of discriminating a change in strain generated at each position and a change in temperature, and simultaneously obtaining the same.

【0060】この信号処理部8は、上記2元連立方程式
(式(1))を演算して得られた解であるセンシング用光
ファイバ103の歪みの変化をΔε、センシング用光フ
ァイバ103の温度の変化をΔT、これらΔε、ΔTの
組合せの総数をNとすると、
The signal processing unit 8 calculates the change in strain of the sensing optical fiber 103, which is a solution obtained by calculating the above-mentioned simultaneous equations (equation (1)), by Δε, and the temperature of the sensing optical fiber 103. Let ΔT be the change in Δ, and let N be the total number of combinations of these Δε and ΔT.

【数10】 を演算してポンプ光Pの波長の総数が3波長以上の場
合のセンシング用光ファイバ103の各位置で発生した
歪みの変化と温度の変化とをそれぞれ識別して同時に求
める機能を有する。
[Equation 10] Is calculated and the change in strain and the change in temperature generated at each position of the sensing optical fiber 103 when the total number of wavelengths of the pump light P 1 is 3 wavelengths or more are respectively identified and simultaneously obtained.

【0061】具体的に信号処理部8は、図5に示すよう
に電気信号周波数フィルタ14と、A/D変換器15
と、第1の演算部16と、データ格納部17と、第2の
演算部(以下、分離演算部と称する)18と、波長総数
判定部19と、加算平均演算部20と、表示部21とを
有している。
Specifically, the signal processor 8 includes an electric signal frequency filter 14 and an A / D converter 15 as shown in FIG.
A first arithmetic unit 16, a data storage unit 17, a second arithmetic unit (hereinafter referred to as a separation arithmetic unit) 18, a total wavelength determination unit 19, an arithmetic mean arithmetic unit 20, and a display unit 21. And have.

【0062】電気信号周波数フィルタ14は、受光部7
から出力された電気信号のノイズ等を低減する作用を持
つ。
The electric signal frequency filter 14 includes the light receiving portion 7
It has a function of reducing noise and the like of the electric signal output from the.

【0063】A/D変換器15は、電気信号周波数フィ
ルタ14を透過したノイズが低減されたアナログ信号を
デジタル信号に変換する機能を有する。
The A / D converter 15 has a function of converting the noise-reduced analog signal transmitted through the electric signal frequency filter 14 into a digital signal.

【0064】第1の演算部16は、電気信号周波数フィ
ルタ14及びA/D変換器15を経た光変調器6の各変
調周波数νのデジタル信号波形、つまりこのデジタル信
号波形は光変調器6の変調周波数νと波形時間tと波形
強度Iの3つのパラメータ(3次元)が関係した波形デ
ータであり、その波形データから時間ごとの周波数と波
形強度の関係からその波形データを見て強度が最大とな
る周波数値(ピーク周波数値)をブリルアン周波数νB
として検出する。そしてそのブリルアン周波数を求める
過程をすべての波形時間にわたり行うことで、時間領域
におけるブリルアン周波数分布(2次元)νB(t)が求ま
る。すなわち時間領域と距離領域は等価であるため、結
果として各距離におけるブリルアン周波数分布νB(z)を
求める機能を有する。繰り返すが、第1の演算部16の
役割と作用は前述した通りである。
The first arithmetic unit 16 has a digital signal waveform of each modulation frequency ν of the optical modulator 6 which has passed through the electric signal frequency filter 14 and the A / D converter 15, that is, this digital signal waveform is the optical signal of the optical modulator 6. It is waveform data in which three parameters (three-dimensional) of the modulation frequency ν, the waveform time t, and the waveform intensity I are related. Brillouin frequency ν B
To detect as. Then, the Brillouin frequency distribution (two-dimensional) ν B (t) in the time domain is obtained by performing the process of obtaining the Brillouin frequency over the entire waveform time. That is, since the time domain and the distance domain are equivalent, as a result, it has a function of obtaining the Brillouin frequency distribution ν B (z) at each distance. Again, the role and action of the first calculation unit 16 are as described above.

【0065】データ格納部17には、第1の演算部16
により検出されたポンプ光Pの波長λ、λ、…、
λn毎のブリルアン周波数値のデータ(ブリルアン周波
数分布の計測データ)が格納される。これら計測データ
は、例えばピーク周波数νのデータλ[ν
(z)]、λ[ν(z)]、…、λn[ν(z)]であ
る。このデータ格納部17は、計測データλ[ν
(z)]、λ[ν(z)]、…、λn[ν(z)]の書
き込み、読み出し可能である。
The data storage unit 17 includes the first calculation unit 16
Wavelength lambda 1 of the pump light P 1 detected by, λ 2, ...,
Brillouin frequency value data (measurement data of Brillouin frequency distribution) for each λn is stored. These measurement data are, for example, the data λ 1 [ν of the peak frequency ν B
B (z)], λ 2B (z)], ..., λn [ν B (z)]. The data storage unit 17 stores the measurement data λ 1
B (z)], λ 2B (z)], ..., λn [ν B (z)] can be written and read.

【0066】分離演算部18は、データ格納部17に格
納された計測データλ[ν(z)]、λ[ν
(z)]、…、λn[ν(z)]を用いて上記式(1)の
演算を行なってセンシング用光ファイバ103の各位置
で発生した歪みの変化Δεと温度の変化ΔTとをそれぞ
れ識別して同時に求める機能を有する。
The separation / calculation unit 18 measures the measurement data λ 1B (z)] and λ 2 [ν stored in the data storage unit 17.
B (z)], ..., λn [ν B (z)] is used to calculate the change in strain Δε and the change in temperature ΔT of the strain generated at each position of the sensing optical fiber 103. Has a function of identifying each of them and simultaneously obtaining them.

【0067】ここで、本発明の基本原理であるブリルア
ン散乱を利用した方法は、外乱因子(この場合被測定物
理量)である「歪み」や「温度」の影響により、その散
乱光の周波数成分の変化量(ブリルアン周波数シフト)
を測定し、その測定値から被測定物理量を算出する方式
である。波長λの光波におけるブリルアン周波数νB
関係は次式
Here, the method using Brillouin scattering, which is the basic principle of the present invention, causes the frequency component of the scattered light to change due to the influence of the disturbance factors (physical quantity to be measured) “distortion” and “temperature”. Amount of change (Brillouin frequency shift)
Is measured and the measured physical quantity is calculated from the measured value. The relation of Brillouin frequency ν B in the light wave of wavelength λ is

【数11】 により表わされる。[Equation 11] Is represented by

【0068】ここで、nはセンシング用光ファイバ10
3の屈折率、λはセンシング用光ファイバ103中の光
の波長である。vaはセンシング用光ファイバ103の
音速であり、センシング用光ファイバ103の周辺の温
度や歪みが変化すると音速ν aが変化し、最終的な結果
として上記式(3)の関係からブリルアン周波数νB
変化する。
Here, n is the sensing optical fiber 10.
Refractive index of 3, λ is the light in the sensing optical fiber 103
Is the wavelength of. vaOf the sensing optical fiber 103
Is the speed of sound, and is the temperature around the sensing optical fiber 103.
Sound velocity ν when degree and distortion change aChanges and the final result
From the relation of the above equation (3), the Brillouin frequency νBBut
Change.

【0069】ちなみにこの音速νAは周囲環境下におけ
るセンシング用光ファイバ103固有の物性値に依存し
て得られる値であり、センシング用光ファイバ103の
ヤング率、ポアソン比、密度で与えられる。
Incidentally, this sound velocity ν A is a value obtained depending on the physical property value unique to the sensing optical fiber 103 in the surrounding environment, and is given by the Young's modulus, Poisson's ratio, and density of the sensing optical fiber 103.

【0070】上記式(3)を具体的に波長1.55μm
におけるUV(紫外線)被膜シングルモード石英ファイ
バについて求めると、そのブリルアン周波数νBの温
度、歪み量に関する演算係数C(λ)、Cε(λ)はそれ
ぞれ次式(4)、式(5)であることが知られている。
The above formula (3) is specifically expressed by a wavelength of 1.55 μm.
The calculation coefficient C T (λ) and C ε (λ) for the temperature and strain of the Brillouin frequency ν B of the UV (ultraviolet) coated single mode quartz fiber in the following equations (4) and (5) are respectively obtained. Is known to be.

【0071】[0071]

【数12】 [Equation 12]

【0072】又、同じ光通信帯の別な波長λ=1.3μ
mにおける同様な上記の係数は次式(6)、式(7)に
より表わされる。
Another wavelength λ = 1.3 μ in the same optical communication band
Similar coefficients described above for m are expressed by the following equations (6) and (7).

【0073】[0073]

【数13】 [Equation 13]

【0074】このように温度、歪み各係数とも波長依存
性があり、各波長固有の係数として取り扱うことができ
る。
As described above, each coefficient of temperature and strain has wavelength dependence, and can be treated as a coefficient unique to each wavelength.

【0075】上記分離演算部18は、上記式(1)、
(2)に従い、実際の測定によって求められるブリルア
ン周波数シフトの測定値から歪みの変化Δεと温度の変
化ΔTとの両被測定物理量を算出するので、この算出の
ために予め上記式(4)〜(7)のような演算係数値C
(λ)、Cε(λ)が算出パラメータとしてデータ化さ
れ、既値として用意している。
The separation calculation section 18 uses the equation (1),
According to (2), both the measured physical quantity of the strain change Δε and the temperature change ΔT are calculated from the measured value of the Brillouin frequency shift obtained by the actual measurement, and therefore the above equations (4)- Calculation coefficient value C as in (7)
T (λ) and C ε (λ) are converted into data as calculation parameters and prepared as existing values.

【0076】図6は各物理量変化係数の波長依存性を示
す。同図から波長λに対する温度変化係数(演算係数
値)C(λ)と歪み変化係数(演算係数値)Cε(λ)と
の変化が分る。
FIG. 6 shows the wavelength dependence of each physical quantity change coefficient. From the figure, changes in the temperature change coefficient (calculation coefficient value) C T (λ) and the strain change coefficient (calculation coefficient value) C ε (λ) with respect to the wavelength λ can be seen.

【0077】波長総数判定部19は、光源部1の波長λ
、λ、…、λnの総数が例えば3以上(n≧3)で
あるか否かを判断する機能を有する。
The total wavelength determining unit 19 determines the wavelength λ of the light source unit 1.
It has a function of determining whether or not the total number of 1 , 1 , λ 2 , ..., λn is, for example, 3 or more (n ≧ 3).

【0078】加算平均演算部20は、光源部1の波長λ
、λ、…、λnの総数が例えば3以上(n≧3)の
場合、分離演算部18の演算により求められた歪みの変
化Δεと温度の変化ΔTとのそれぞれの値の加算平均を
行う機能を有する。
The averaging unit 20 calculates the wavelength λ of the light source unit 1.
When the total number of 1 , λ 2 , ..., λn is, for example, 3 or more (n ≧ 3), the arithmetic mean of the respective values of the strain change Δε and the temperature change ΔT obtained by the calculation of the separation calculation unit 18 is calculated. Have the function to do.

【0079】具体的に加算平均演算部20は、上記2元
連立方程式(式(1))を演算して得られた解であるセン
シング用光ファイバ103の歪みの変化をΔε、センシ
ング用光ファイバ103の温度の変化をΔT、これらΔ
ε、ΔTの組合せの総数をNとすると、上記式(2)を
演算してポンプ光Pの波長の総数が3波長以上の場合
のセンシング用光ファイバ103の各位置で発生した歪
みの変化と温度の変化とをそれぞれ識別して同時に求め
る機能を有する。
More specifically, the averaging unit 20 calculates the change in strain of the sensing optical fiber 103, which is a solution obtained by computing the above simultaneous binary equations (equation (1)), Δε, and the sensing optical fiber. The temperature change of 103 is ΔT, and these Δ
When the total number of combinations of ε and ΔT is N, the above equation (2) is calculated to change the strain generated at each position of the sensing optical fiber 103 when the total number of wavelengths of the pump light P 1 is 3 wavelengths or more. And the change in temperature are identified and simultaneously determined.

【0080】表示部21は、分離演算部18の演算によ
り求められた歪みの変化Δεと温度の変化ΔT、又は加
算平均演算部20により加算平均されて求められた歪み
の変化Δεと温度の変化ΔTを表示出力する。
The display unit 21 displays the strain change Δε and the temperature change ΔT calculated by the separation calculation unit 18, or the strain change Δε and the temperature change calculated by averaging by the arithmetic mean calculation unit 20. Display and output ΔT.

【0081】次に、上記の如く構成された装置の作用に
ついて説明する。
Next, the operation of the apparatus configured as described above will be described.

【0082】光源部1からは、波長λ、λ、…、λ
nの光が出力される。この出力光Pは、光分配器3によ
りポンプ光Pとプローブ光Pとに分配される。
From the light source unit 1, wavelengths λ 1 , λ 2 , ..., λ
n lights are output. The output light P is distributed by the light distributor 3 into the pump light P 1 and the probe light P 2 .

【0083】このうちポンプ光Pは、光変調器4から
光サーキュレータ5を伝搬してセンシング用光ファイバ
103に入射する。
Of these, the pump light P 1 propagates from the optical modulator 4 through the optical circulator 5 and enters the sensing optical fiber 103.

【0084】プローブ光Pは、光変調器6に入射す
る。この光変調器6は、プローブ光P をブリルアン周
波数近傍まで変調する、すなわちプロープ光Pの周波
数を変調する。この変調されたプロープ光Pは、セン
シング用光ファイバ103に入射する。
Probe light PTwoEnters the light modulator 6
It This optical modulator 6 uses the probe light P TwoBrillouin Zhou
Modulates up to near wave number, that is, the probe light PTwoFrequency
Modulate a number. This modulated probe light PTwoIs Sen
It is incident on the optical fiber 103 for singing.

【0085】このセンシング用光ファイバ103には、
一端からポンプ光Pが入射して同センシング用光ファ
イバ103内を伝搬し、かつ他端からプローブ光P
入射してポンプ光Pの伝搬方向とは逆向きに伝搬(対
向励起)する。
In this sensing optical fiber 103,
The pump light P 1 enters from one end and propagates in the sensing optical fiber 103, and the probe light P 2 enters from the other end and propagates in a direction opposite to the propagation direction of the pump light P 1 (opposite excitation). To do.

【0086】これにより、センシング用光ファイバ10
3中では、ポンプ光Pによって発生するSBS現象を
介してそのパワーの一部がプローブ光Pに移行する。
このプローブ光Pからみれば、それはブリルアン増幅
による伝搬光として振舞う。
As a result, the sensing optical fiber 10
In 3, the power of the probe light P 2 is partially transferred to the probe light P 2 via the SBS phenomenon generated by the pump light P 1 .
From the perspective of this probe light P 2 , it behaves as propagating light due to Brillouin amplification.

【0087】このSBS情報を有するプローブ光P
は、再び光サーキュレータ5の出力ポート5−2に入
射し、この出力ポート5−2から出力ポート5−3、光
ファイバ2−7を伝搬して受光部7に入射する。
Probe light P having this SBS information
2 again enters the output port 5-2 of the optical circulator 5, propagates from the output port 5-2 through the output port 5-3 and the optical fiber 2-7, and enters the light receiving unit 7.

【0088】これにより、センシング用光ファイバ10
3には、一端からポンプ光Pが入射して同センシング
用光ファイバ103内を伝搬し、かつ他端からプローブ
光P が入射してポンプ光Pの伝搬方向とは逆向きに
伝搬(対向励起)する。
As a result, the sensing optical fiber 10
3, the pump light P from one end1Incident and the same sensing
Propagating in the optical fiber 103 for use and a probe from the other end
Light P TwoIs incident on the pump light P1Opposite to the propagation direction of
Propagate (opposite excitation).

【0089】このセンシング用光ファイバ103中で
は、ポンプ光Pによって発生するSBS現象を介して
そのパワーの一部がプローブ光Pに移行する。このプ
ローブ光Pからみれば、それはブリルアン増幅による
伝搬光として振舞う。
In the sensing optical fiber 103, a part of its power is transferred to the probe light P 2 via the SBS phenomenon generated by the pump light P 1 . From the perspective of this probe light P 2 , it behaves as propagating light due to Brillouin amplification.

【0090】このSBS情報を有するプローブ光P
は、再び光サーキュレータ5の出力ポート5−2に入
射し、この出力ポート5−2から出力ポート5−3、光
ファイバ2−7を伝搬して受光部7に入射する。
Probe light P having this SBS information
2 again enters the output port 5-2 of the optical circulator 5, propagates from the output port 5-2 through the output port 5-3 and the optical fiber 2-7, and enters the light receiving unit 7.

【0091】この受光部7は、図3に示すように光ファ
イバ2−7を伝搬してきたプローブ光Pのブリルアン
散乱光を波長可変光バンドパスフィルタ12に入射す
る。
The light receiving section 7 causes the Brillouin scattered light of the probe light P 2 propagating through the optical fiber 2-7 to enter the wavelength tunable optical bandpass filter 12 as shown in FIG.

【0092】この波長可変光バンドパスフィルタ12
は、ポンプ光Pの任意の波長λ、λ、…、λnに
見合ったブリルアン散乱光のみを透過させる。例えば光
源部1の出力光Pの波長λnよりも0.08〜0.1n
m(この数値は、石英ファイバで波長1.55μmの場
合)だけ離調したブリルアン散乱光波長のみを抽出して
光検出器13に入射する。
This wavelength tunable optical bandpass filter 12
Transmits only the Brillouin scattered light corresponding to the arbitrary wavelengths λ 1 , λ 2 , ..., λn of the pump light P 1 . For example, the wavelength of the output light P of the light source unit 1 is 0.08 to 0.1
Only the Brillouin scattered light wavelength detuned by m (this value is a quartz fiber having a wavelength of 1.55 μm) is extracted and incident on the photodetector 13.

【0093】この光検出器13は、波長可変光バンドパ
スフィルタ12を透過したブリルアン散乱光波長のみの
光を電気信号に変換する。この電気信号は、信号処理部
8に送られる。
The photodetector 13 converts the light having only the wavelength of the Brillouin scattered light transmitted through the variable wavelength optical bandpass filter 12 into an electric signal. This electric signal is sent to the signal processing unit 8.

【0094】この信号処理部8は、受光部7から送られ
てきた電気信号を電気信号周波数フィルタ14に送る。
この電気信号周波数フィルタ14は、受光部7から出力
された電気信号のノイズ等を低減する。
The signal processing section 8 sends the electric signal sent from the light receiving section 7 to the electric signal frequency filter 14.
The electric signal frequency filter 14 reduces noise and the like of the electric signal output from the light receiving unit 7.

【0095】次に、A/D変換器15は、電気信号周波
数フィルタ14を透過したノイズが低減されたアナログ
信号をデジタル信号に変換する。
Next, the A / D converter 15 converts the noise-reduced analog signal transmitted through the electric signal frequency filter 14 into a digital signal.

【0096】次に、第1の演算部16は、電気信号周波
数フィルタ14及びA/D変換器15を経た光変調器6
の各変調周波数νのデジタル信号波形、つまりこのデジ
タル信号波形は光変調器6の変調周波数νと波形時間t
と波形強度Iの3つのパラメータ(3次元)が関係した
波形データであり、その波形データから時間ごとの周波
数と波形強度の関係からその波形データを見て強度が最
大となる周波数値(ピーク周波数値)をブリルアン周波
数νBとして検出する。そしてそのブリルアン周波数を
求める過程をすべての波形時間にわたり行うことで、時
間領域におけるブリルアン周波数分布(2次元)νB(t)
が求まる。すなわち時間領域と距離領域は等価であるた
め、結果として各距離におけるブリルアン周波数分布ν
B(z)が求まる。
Next, the first calculation unit 16 passes through the electric signal frequency filter 14 and the A / D converter 15 and the optical modulator 6
Of each modulation frequency ν, that is, this digital signal waveform is the modulation frequency ν of the optical modulator 6 and the waveform time t.
And waveform strength I are three parameters (three-dimensional) related to each other, and the frequency value (peak frequency) at which the strength is maximized when the waveform data is viewed from the relationship between the frequency and the waveform strength at each time from the waveform data. Value) is detected as the Brillouin frequency ν B. The Brillouin frequency distribution (two-dimensional) ν B (t) in the time domain is obtained by performing the process of obtaining the Brillouin frequency over the entire waveform time.
Is required. That is, since the time domain and the distance domain are equivalent, as a result, the Brillouin frequency distribution ν at each distance is
B (z) is obtained.

【0097】データ格納部17には、第1の演算部16
により検出されたポンプ光Pの波長λ、λ、…、
λn毎のブリルアン周波数分布の計測データが格納され
る。これらデータは、例えばピーク周波数νの計測デ
ータλ[ν(z)]、λ[ν(z)]、…、λn[ν
(z)]である。図7には各波長λ、λ、…、λn
ごとのブリルアン周波数分布の計測データが示されてい
る。
The data storage unit 17 includes the first arithmetic unit 16
Wavelength lambda 1 of the pump light P 1 detected by, λ 2, ...,
The measurement data of the Brillouin frequency distribution for each λn is stored. These data are, for example, measurement data λ 1B (z)], λ 2B (z)], ..., λn [ν of the peak frequency ν B.
B (z)]. In FIG. 7, each wavelength λ 1 , λ 2 , ..., λn
The measurement data of the Brillouin frequency distribution for each is shown.

【0098】次に、分離演算部18は、データ格納部1
7に格納された計測データλ[ν (z)]、λ[ν
(z)]、…、λn[ν(z)]を読み取り、これら計測
データλ[ν(z)]、λ[ν(z)]、…、λn
[ν(z)]を用いて上記式(1)の演算を行なってセ
ンシング用光ファイバ103の各位置で発生した歪みの
変化Δεと温度の変化ΔTとをそれぞれ分離して同時に
求める。
Next, the demultiplexing operation unit 18 is connected to the data storage unit 1
Measurement data λ stored in 71 B(z)], λTwo
B(z)], ..., λn [νB(z)] and read these measurements
Data λ1B(z)], λTwoB(z)], ..., λn
B(z)] is used to calculate the above equation (1) and
Of the distortion generated at each position of the optical fiber 103 for
Separate the change Δε and the temperature change ΔT from each other at the same time.
Ask.

【0099】なお、分離演算部18は、上記式(1)、
(2)に従い、実際の測定によって求められるブリルア
ン周波数シフトの測定値から歪みの変化Δεと温度の変
化ΔTとの両被測定物理量を算出するので、この算出の
ために予め上記式(4)〜(7)のような演算係数値C
(λ)、Cε(λ)が算出パラメータとしてデータ化さ
れ、既値として用意している。
The separation calculation unit 18 uses the above equation (1),
According to (2), both the measured physical quantity of the strain change Δε and the temperature change ΔT are calculated from the measured value of the Brillouin frequency shift obtained by the actual measurement, and therefore the above equations (4)- Calculation coefficient value C as in (7)
T (λ) and C ε (λ) are converted into data as calculation parameters and prepared as existing values.

【0100】次に、波長総数判定部19は、光源部1の
波長λ、λ、…、λnの総数が例えば3以上(n≧
3)であるか否かを判断する。
Next, the total wavelength determining unit 19 determines that the total number of wavelengths λ 1 , λ 2 , ..., λn of the light source unit 1 is, for example, 3 or more (n ≧ 1).
It is determined whether or not 3).

【0101】この判断の結果、光源部1の波長λ、λ
、…、λnの総数が例えば3以下であれば、表示部2
1は、図7に示すように分離演算部18の演算により求
められた歪みの変化Δεと温度の変化ΔTを表示出力す
る。
As a result of this judgment, the wavelengths λ 1 and λ of the light source unit 1 are
If the total number of 2 , ..., λn is 3 or less, for example, the display unit 2
As shown in FIG. 7, 1 displays and outputs the strain change Δε and the temperature change ΔT obtained by the calculation of the separation calculation unit 18.

【0102】ところが、光源部1の波長λ、λ
…、λnの総数が例えば3以上(n≧3)であれば、加
算平均演算部20は、上記2元連立方程式(式(1))を
演算して得られた解であるセンシング用光ファイバ10
3の歪みの変化をΔε、センシング用光ファイバ103
の温度の変化をΔT、これらΔε、ΔTの組合せの総数
をNとして歪みの変化Δεと温度の変化ΔTとのそれぞ
れの値の加算平均、すなわち上記式(2)を演算してポ
ンプ光Pの波長の総数が3波長以上の場合のセンシン
グ用光ファイバ103の各位置で発生した歪みの変化と
温度の変化とをそれぞれ識別して同時に求める。
However, the wavelengths λ 1 , λ 2 of the light source unit 1,
If the total number of λn is, for example, 3 or more (n ≧ 3), the averaging calculation unit 20 is a solution obtained by calculating the above simultaneous binary equations (equation (1)). 10
The change in strain of 3 is Δε, the sensing optical fiber 103
The temperature change of ΔT, the total number of combinations of these Δε and ΔT is N, the arithmetic mean of the respective values of the strain change Δε and the temperature change ΔT, that is, the above formula (2) is calculated to calculate the pump light P 1 When the total number of wavelengths is 3 or more, the change in strain generated at each position of the sensing optical fiber 103 and the change in temperature are identified and simultaneously obtained.

【0103】次に、表示部21は、図7に示すように加
算平均演算部20により加算平均されて求められた歪み
の変化Δεと温度の変化ΔTを表示出力する。
Next, the display unit 21 outputs the change Δε in strain and the change ΔT in temperature, which are obtained by adding and averaging by the adding and averaging unit 20, as shown in FIG.

【0104】このように上記第1の実施の形態において
は、センシング用光ファイバ103における各波長
λ、λ、…、λnごとのブリルアン散乱の歪み波長
依存係数Cε(λ)とその温度波長係数C(λ)を予め求
めておき、センシング用光ファイバ103に入射するポ
ンプ光の各波長ごとのブリルアン周波数シフトの変化を
求め、これら計測データλ[ν(z)]、λ[ν
(z)]、…、λn[ν(z)]を、センシング用光ファ
イバ103の歪みの変化と温度の変化とに関する2元連
立方程式に代入し演算することによりセンシング用光フ
ァイバ103の各位置で発生した歪みの変化Δεと温度
の変化ΔTとをそれぞれ識別して同時に求めるので、ブ
リルアン散乱現象を利用するファイバセンシングの測定
原理だけで、長距離に渡って歪みと温度との両方を区別
して同時に測定できる。又、装置構成が簡単であり、装
置価格が定価にできる。
As described above, in the first embodiment, the distortion wavelength dependence coefficient C ε (λ) of Brillouin scattering for each wavelength λ 1 , λ 2 , ..., λn in the sensing optical fiber 103 and its temperature. The wavelength coefficient C T (λ) is obtained in advance, the change of the Brillouin frequency shift for each wavelength of the pump light incident on the sensing optical fiber 103 is obtained, and these measurement data λ 1B (z)], λ 2
B (z)], ..., λn [ν B (z)] is substituted into a binary simultaneous equation relating to a change in strain and a change in temperature of the sensing optical fiber 103, and calculation is performed to calculate the sensing optical fiber 103. Since the change Δε in strain generated at each position and the change ΔT in temperature are identified and obtained simultaneously, both the strain and temperature can be measured over a long distance using only the fiber sensing measurement principle that utilizes the Brillouin scattering phenomenon. Differentiate and measure simultaneously. Further, the device structure is simple, and the device price can be fixed.

【0105】又、ポンプ光の波長の総数が3波長以上の
場合、センシング用光ファイバ103の各位置で発生し
た歪みの変化Δεと温度の変化ΔTとをそれぞれ加算平
均演算して、センシング用光ファイバ103の各位置で
発生した歪みの変化Δεと温度の変化ΔTとをそれぞれ
識別して同時に求めるので、センシング用光ファイバ1
03の各位置で発生した歪みの変化Δεと温度の変化Δ
Tとをそれぞれ分離、識別し、かつ高精度に両物理量を
同時に表示できる。
When the total number of pump light wavelengths is 3 or more, the strain change Δε and the temperature change ΔT generated at each position of the sensing optical fiber 103 are arithmetically averaged to obtain the sensing light. Since the strain change Δε and the temperature change ΔT generated at each position of the fiber 103 are respectively identified and simultaneously obtained, the sensing optical fiber 1
03 strain change Δε and temperature change Δ
Both T and T can be separated and identified, and both physical quantities can be displayed simultaneously with high accuracy.

【0106】さらに、ラマン散乱より波長シフト量が極
めて少ないブリルアン散乱光を用いることで、光ファイ
バの低損失波長帯の1.3〜1.55μmの範囲内だけ
で測定することができ、より遠方まで測定範囲を拡大で
きる。
Furthermore, by using Brillouin scattered light whose wavelength shift amount is much smaller than that of Raman scattering, it is possible to measure only within the range of 1.3 to 1.55 μm of the low loss wavelength band of the optical fiber, and it is possible to measure further. The measurement range can be expanded up to.

【0107】ブリルアン散乱係数のうち歪み波長依存係
数と温度波長依存係数と、2波長以上におけるそれぞれ
のブリルアン周波数シフト量のパラメータを用いた連立
方程式を解くことで、歪みと温度を区別して同時に分布
計測できる。
Distortion and temperature are distinguished and simultaneous distribution measurement is performed by solving simultaneous equations using strain wavelength dependence coefficient and temperature wavelength dependence coefficient among Brillouin scattering coefficients and parameters of respective Brillouin frequency shift amount at two or more wavelengths. it can.

【0108】そのうえ、3波長以上のそれに関するそれ
ぞれのパラメータを用いた連立方程式の歪みと温度の複
数の解を加算平均することで、歪み、温度の測定精度を
向上することができる。
Moreover, the accuracy of measurement of strain and temperature can be improved by averaging a plurality of solutions of strain and temperature of simultaneous equations using respective parameters relating to that of three or more wavelengths.

【0109】従って、光ファイバを敷設した周囲の歪み
や温度等の外乱因子に関する物理量を測定するための光
ファイバセンサ等、例えば、(a)光通信網の保守管
理、(b)トンネルや鉄橋等の大型構造物の保守管理、
(c)航空機等に利用されている複合材料の故障、疲労
などの不具合の自己診断に用いるに最適である。
Therefore, an optical fiber sensor or the like for measuring a physical quantity relating to a disturbance factor such as strain or temperature around the optical fiber is installed, for example, (a) maintenance of an optical communication network, (b) tunnel or iron bridge, etc. Maintenance of large structures in
(C) It is most suitable for self-diagnosis of failures such as failure and fatigue of composite materials used in aircraft and the like.

【0110】(2)次に、本発明の第2の実施の形態に
ついて図面を参照して説明する。なお、図1と同一部分
には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
(2) Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The same parts as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0111】図8は歪みと温度の分布測定装置の構成図
である。この歪みと温度の分布測定装置は、Brillouin
Optical Time Domain Reflectometory (BOTDR)を適用し
た構成である。このBOTDR法は、ポンプパルス光の
みを被測定ファイバから入射し、自然ブリルアン散乱現
象による後方散乱光成分パワーのブリルアンゲインスペ
クトラムg(ν)の時間関数(ファイバ上の位置関
数)として測定し、その変化量から温度、歪みの分布を
求めるものである。
FIG. 8 is a block diagram of a strain and temperature distribution measuring apparatus. This strain and temperature distribution measuring device is based on Brillouin
This is a configuration to which Optical Time Domain Reflectometory (BOTDR) is applied. In this BOTDR method, only the pump pulse light is incident from the measured fiber and measured as a time function (positional function on the fiber) of the Brillouin gain spectrum g B (ν) of the backscattered light component power due to the natural Brillouin scattering phenomenon, The distribution of temperature and strain is obtained from the amount of change.

【0112】歪みと温度の分布測定装置の全体構成を説
明すると、光源部1には、光ファイバ2−1を介して光
分配器3が接続されている。この光分配器3には、2本
の光ファイバ2−2、2−3が並列接続され、一方の光
ファイバ2−2に光変調器4を介して光サーキュレータ
5が接続されている。そして、この光サーキュレータ5
の出力ポート5−2にセンシング用光ファイバ103が
接続されている。
The overall configuration of the strain and temperature distribution measuring apparatus will be described. The light source section 1 is connected to the optical distributor 3 via the optical fiber 2-1. Two optical fibers 2-2 and 2-3 are connected in parallel to this optical distributor 3, and an optical circulator 5 is connected to one optical fiber 2-2 via an optical modulator 4. And this optical circulator 5
The sensing optical fiber 103 is connected to the output port 5-2 of the.

【0113】光分配器3の他方の光ファイバ2−3に
は、光変調器6を介して光合波器22が接続されてい
る。この光合波器22には、光サーキュレータ5の出力
ポート5−3が光ファイバ2−7を介して接続されてい
る。
An optical multiplexer 22 is connected to the other optical fiber 2-3 of the optical distributor 3 via an optical modulator 6. The output port 5-3 of the optical circulator 5 is connected to the optical multiplexer 22 via an optical fiber 2-7.

【0114】従って、センシング用光ファイバ103に
ポンプ光Pを入射すると、センシング用光ファイバ1
03中では、ポンプ光Pによって自然ブリルアン散乱
光とレーリー散乱光を含む後方散乱光が発生する。この
後方散乱光は、再び光サーキュレータ5の出力ポート5
−2に帰還し、この出力ポート5−2、5−3から光フ
ァイバ2−7を伝搬して光合波器22に導かれる。
Therefore, when the pump light P 1 is incident on the sensing optical fiber 103, the sensing optical fiber 1
In 03, backscattered light including natural Brillouin scattered light and Rayleigh scattered light is generated by the pump light P 1 . This backscattered light is output to the output port 5 of the optical circulator 5 again.
-2, propagates through the optical fibers 2-7 from the output ports 5-2, 5-3, and is guided to the optical multiplexer 22.

【0115】この光合波器22は、光分配器3からのプ
ローブ光Pとセンシング用光ファイバ103からの後
方散乱光とを合波するものである。
The optical multiplexer 22 multiplexes the probe light P 2 from the optical distributor 3 and the backscattered light from the sensing optical fiber 103.

【0116】この光合波器22により合波された光は、
受光部7に送られる。そして、この受光部7に信号処理
部8が接続されている。
The light multiplexed by the optical multiplexer 22 is
It is sent to the light receiving unit 7. The signal processing unit 8 is connected to the light receiving unit 7.

【0117】次に、上記の如く構成された装置の作用に
ついて説明する。
Next, the operation of the apparatus configured as described above will be described.

【0118】光源部1からは、波長λ、λ、…、λ
nの光が出力される。この出力光Pは、光分配器3によ
りポンプ光Pとプローブ光Pとに分配される。
From the light source unit 1, wavelengths λ 1 , λ 2 , ..., λ
n lights are output. The output light P is distributed by the light distributor 3 into the pump light P 1 and the probe light P 2 .

【0119】このうちポンプ光Pは、光サーキュレー
タ5を伝搬してセンシング用光ファイバ103に入射す
る。
Of these, the pump light P 1 propagates through the optical circulator 5 and enters the sensing optical fiber 103.

【0120】このセンシング用光ファイバ103にポン
プ光Pが入射すると、センシング用光ファイバ103
中では、ポンプ光Pによって自然ブリルアン散乱光と
レーリー散乱光を含む後方散乱光が発生する。この後方
散乱光は、再び光サーキュレータ5の出力ポート5−2
に帰還し、この出力ポート5−2、5−3から光ファイ
バ2−7を伝搬して光合波器22に導かれる。
When the pump light P 1 enters the sensing optical fiber 103, the sensing optical fiber 103
In the inside, backscattered light including natural Brillouin scattered light and Rayleigh scattered light is generated by the pump light P 1 . This backscattered light is output to the output port 5-2 of the optical circulator 5 again.
To the optical multiplexer 22 through the optical fibers 2-7 from the output ports 5-2 and 5-3.

【0121】一方、プローブ光Pは、光変調器6によ
りブリルアン周波数近傍まで変調される。すなわちプロ
ープ光Pの周波数が変調される。この変調されたプロ
ープ光Pは、光合波器22に導かれる。
On the other hand, the probe light P 2 is modulated by the optical modulator 6 up to near the Brillouin frequency. That is, the frequency of the probe light P 2 is modulated. The modulated probe light P 2 is guided to the optical multiplexer 22.

【0122】この光合波器22は、光分配器3からのプ
ローブ光Pとセンシング用光ファイバ103からの後
方散乱光とを合波し、この合波された光を受光部7に送
る。
The optical multiplexer 22 multiplexes the probe light P 2 from the optical distributor 3 and the backscattered light from the sensing optical fiber 103, and sends the combined light to the light receiving section 7.

【0123】以下、上記第1の実施の形態と同様に、受
光部7は、光合波器22からの合波光を受光して電気信
号に変換する。
Hereinafter, as in the first embodiment, the light receiving section 7 receives the combined light from the optical multiplexer 22 and converts it into an electric signal.

【0124】信号処理部8は、受光部7からの電気信号
を入力し、センシング用光ファイバ103に入射するポ
ンプ光Pの各波長λ、λ、…、λnごとのブリル
アン周波数シフトの変化を示す各計測データλ[ν
(z)]、λ[ν(z)]、…、λn[ν(z)]を、セ
ンシング用光ファイバ103の歪みの変化と温度の変化
とに関する上記式(1)の2元連立方程式に代入し演算
し、センシング用光ファイバ103の各位置で発生した
歪みの変化Δεと温度の変化ΔTとをそれぞれ識別して
同時に求める。
The signal processing unit 8 receives the electric signal from the light receiving unit 7 and performs Brillouin frequency shift for each wavelength λ 1 , λ 2 , ..., λn of the pump light P 1 incident on the sensing optical fiber 103. Each measurement data showing change λ 1B
(z)], λ 2B (z)], ..., λn [ν B (z)] are binary elements of the above equation (1) relating to changes in strain and temperature of the sensing optical fiber 103. Substituting into the simultaneous equations for calculation, the change Δε in strain generated at each position of the sensing optical fiber 103 and the change ΔT in temperature are identified and simultaneously determined.

【0125】又、信号処理部8は、ポンプ光Pの波長
の総数が3波長以上の場合、センシング用光ファイバ1
03の各位置で発生した歪みの変化Δεと温度の変化Δ
Tとをそれぞれ上記式(2)を用いて加算平均演算し
て、センシング用光ファイバ103の各位置で発生した
歪みの変化Δεと温度の変化ΔTとをそれぞれ識別して
同時に求める。
When the total number of wavelengths of the pump light P 1 is 3 wavelengths or more, the signal processor 8 detects the optical fiber 1 for sensing.
03 strain change Δε and temperature change Δ
T and T are respectively calculated by addition and averaging using the above equation (2), and a change Δε in strain generated at each position of the sensing optical fiber 103 and a change ΔT in temperature are respectively identified and simultaneously obtained.

【0126】表示部21は、分離演算部18の演算によ
り求められた歪みの変化Δεと温度の変化ΔT、又は加
算平均演算部20により加算平均されて求められた歪み
の変化Δεと温度の変化ΔTを表示出力する。
The display unit 21 displays the strain change Δε and the temperature change ΔT obtained by the calculation of the separation calculation unit 18, or the strain change Δε and the temperature change obtained by the averaging by the arithmetic mean calculation unit 20. Display and output ΔT.

【0127】このように上記第2の実施の形態によれ
ば、BOTDR法を適用した構成であっても、長距離に
渡って歪みと温度との両方を区別して同時に測定でき
る。又、装置構成が簡単であり、装置価格が定価にでき
る。
As described above, according to the second embodiment, even if the BOTDR method is applied, both strain and temperature can be distinguished and measured simultaneously over a long distance. Further, the device structure is simple, and the device price can be fixed.

【0128】又、ポンプ光の波長の総数が3波長以上の
場合、センシング用光ファイバ103の各位置で発生し
た歪みの変化Δεと温度の変化ΔTとをそれぞれ加算平
均演算するので、センシング用光ファイバ103の各位
置で発生した歪みの変化Δεと温度の変化ΔTとをそれ
ぞれ分離、識別し、かつ高精度に両物理量を同時に表示
できる。
Further, when the total number of wavelengths of the pump light is three or more wavelengths, the change Δε of strain generated at each position of the sensing optical fiber 103 and the change ΔT of temperature are respectively calculated by averaging, so that the sensing light is used. The change Δε of strain and the change ΔT of temperature generated at each position of the fiber 103 can be separated and identified, and both physical quantities can be simultaneously displayed with high accuracy.

【0129】さらに、ラマン散乱より波長シフト量が極
めて少ないブリルアン散乱光を用いることで、光ファイ
バの低損失波長帯の1.3〜1.55μmの範囲内だけ
で測定することができ、より遠方まで測定範囲を拡大で
きる。
Furthermore, by using Brillouin scattered light whose wavelength shift amount is much smaller than that of Raman scattering, it is possible to measure only within the range of 1.3 to 1.55 μm in the low loss wavelength band of the optical fiber, and it is possible to measure further. The measurement range can be expanded up to.

【0130】ブリルアン散乱係数のうち歪み波長依存係
数と温度波長依存係数と、2波長以上におけるそれぞれ
のブリルアン周波数シフト量のパラメータを用いた連立
方程式を解くことで、歪みと温度を区別して同時に分布
計測できる。
Distortion and temperature are distinguished and simultaneous distribution measurement is performed by solving simultaneous equations using strain wavelength dependence coefficient and temperature wavelength dependence coefficient among Brillouin scattering coefficients and parameters of respective Brillouin frequency shift amounts at two or more wavelengths. it can.

【0131】そのうえ、3波長以上のそれに関するそれ
ぞれのパラメータを用いた連立方程式の歪みと温度の複
数の解を加算平均することで、歪み、温度の測定精度を
向上することができる。
In addition, the accuracy of measurement of strain and temperature can be improved by averaging a plurality of solutions of the strain and temperature of the simultaneous equations using the respective parameters related to that of three wavelengths or more.

【0132】(3)次に、本発明の第3の実施の形態に
ついて図面を参照して説明する。
(3) Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0133】この第3の実施の形態は、図1及び図8に
示す歪みと温度の分布測定装置における各光源部1、各
受光部7及び各信号処理部8の構成をそれぞれ変更した
ものである。
In the third embodiment, the configurations of each light source unit 1, each light receiving unit 7 and each signal processing unit 8 in the strain and temperature distribution measuring apparatus shown in FIGS. 1 and 8 are changed. is there.

【0134】図9は光源部1の構成図である。この光源
部1には、複数の光源30−1〜30−nが設けられて
いる。これら光源30−1〜30−nは、それぞれ異な
る発振波長λ、λ、…、λnを持っている。これら
光源30−1〜30−nには、それぞれ各光ファイバ3
1−1〜31−nを介して波長合波器32に並列接続さ
れている。
FIG. 9 is a block diagram of the light source unit 1. The light source unit 1 is provided with a plurality of light sources 30-1 to 30-n. The light sources 30-1 to 30-n have different oscillation wavelengths λ 1 , λ 2 , ..., λn. Each of the light sources 30-1 to 30-n includes an optical fiber 3
It is connected in parallel to the wavelength multiplexer 32 via 1-1 to 31-n.

【0135】光源コントローラ33は、各光源30−1
〜30−nをそれぞれ独立に個々の波長λ、λ
…、λnを安定化させて、それらの各光P〜Pnを出
力するもので、各光源30−1〜30−nを制御駆動す
るnチャンネルからなる。
The light source controller 33 is arranged so that each light source 30-1
.About.30-n independently of the individual wavelengths λ 1 , λ 2 ,
..., and to stabilize the lambda] n, and outputs their respective light P 1 to PN, made of n-channel for driving and controlling the light sources 30-1 to 30-n.

【0136】図10は受光部7の構成図である。この受
光部7は、例えば図8に示す光合波器22からの波長多
重のブリルアン散乱光を入射し、このブリルアン散乱光
を各波長λ、λ、…、λnの数の分(n個)に分配
する波長分配器34を備える。
FIG. 10 is a block diagram of the light receiving section 7. The light receiving unit 7 receives, for example, the wavelength-division-multiplexed Brillouin scattered light from the optical multiplexer 22 shown in FIG. 8, and the Brillouin scattered light is divided by the number of wavelengths λ 1 , λ 2 , ... ).

【0137】この波長分配器34には、光源部1の出力
光P〜Pnの各波長λ、λ、…、λnの数と同一
数の光バンドパスフィルタ35−1〜35−nが並列に
設けられている。これら光バンドパスフィルタ35−1
〜35−nは、それぞれポンプ光Pの任意の各波長λ
、λ、…、λnに見合ったブリルアン散乱光のみを
透過させる作用を持つものである。
The wavelength divider 34 includes the same number of optical bandpass filters 35-1 to 35-n as the number of wavelengths λ 1 , λ 2 , ..., λn of the output lights P 1 to Pn of the light source section 1. Are provided in parallel. These optical bandpass filters 35-1
~ 35-n are the respective wavelengths λ of the pump light P 1.
It has an effect of transmitting only Brillouin scattered light corresponding to 1 , λ 2 , ..., λn.

【0138】光受光器36−1〜36−nは、各光バン
ドパスフィルタ35−1〜35−nに対応して設けられ
ている。これら光受光器36−1〜36−nは、それぞ
れ各光バンドパスフィルタ35−1〜35−nを透過し
た各光を各電気信号に変換する機能を有する。
The optical receivers 36-1 to 36-n are provided corresponding to the respective optical bandpass filters 35-1 to 35-n. Each of the optical receivers 36-1 to 36-n has a function of converting each light transmitted through each optical bandpass filter 35-1 to 35-n into each electric signal.

【0139】図11は信号処理部8の構成図である。な
お、図5と同一部分には同一符号を付してその詳しい説
明は省略する。この信号処理部8は、電気信号周波数フ
ィルタ37、A/D変換器38及び第1の演算部39が
それぞれ光源部1の出力光P 〜Pnの各波長λ、λ
、…、λnの数と同一数のチャンネルnにより並列処
理するものとなっている。
FIG. 11 is a block diagram of the signal processor 8. Na
It should be noted that the same parts as those in FIG.
The description is omitted. The signal processing unit 8 uses the electric signal frequency
The filter 37, the A / D converter 38, and the first arithmetic unit 39
Output light P of each light source unit 1 1~ Each wavelength λ of Pn1, Λ
Two, ..., Parallel processing by the same number of channels n as λn.
It makes sense.

【0140】このうち電気信号周波数フィルタ37は、
受光部7から出力されたnチャンネルの各電気信号のノ
イズ等を低減する作用を持つ。
Of these, the electric signal frequency filter 37 is
It has a function of reducing noise and the like of each of the n-channel electric signals output from the light receiving unit 7.

【0141】A/D変換器38は、nチャンネルの電気
信号周波数フィルタ37を透過したノイズが低減された
各アナログ信号をそれぞれデジタル信号に変換する機能
を有する。
The A / D converter 38 has a function of converting each noise-reduced analog signal transmitted through the n-channel electric signal frequency filter 37 into a digital signal.

【0142】第1の演算部39は、nチャンネルの各電
気信号周波数フィルタ37及びA/D変換器38をそれ
ぞれ経た光変調器6の各変調周波数νのデジタル信号波
形、つまりこのデジタル信号波形は光変調器6の変調周
波数νと波形時間tと波形強度Iの3つのパラメータ
(3次元)が関係した波形データであり、その波形デー
タから時間ごとの周波数と波形強度の関係からその波形
データを見て強度が最大となる周波数値(ピーク周波数
値)をブリルアン周波数νBとして検出する。そしてそ
のブリルアン周波数を求める過程をすべての波形時間に
わたり行うことで、時間領域におけるブリルアン周波数
分布(2次元)νB(t)が求まる。すなわち時間領域と距
離領域は等価であるため、結果として各距離におけるブ
リルアン周波数分布νB(z)を求める機能を有する。
The first arithmetic unit 39 calculates the digital signal waveform of each modulation frequency ν of the optical modulator 6 that has passed through the n-channel electric signal frequency filter 37 and the A / D converter 38, that is, this digital signal waveform. It is waveform data in which three parameters (three-dimensional) of the modulation frequency ν of the optical modulator 6, the waveform time t, and the waveform intensity I are related. The frequency value (peak frequency value) at which the intensity is maximized is detected as the Brillouin frequency ν B. Then, the Brillouin frequency distribution (two-dimensional) ν B (t) in the time domain is obtained by performing the process of obtaining the Brillouin frequency over the entire waveform time. That is, since the time domain and the distance domain are equivalent, as a result, it has a function of obtaining the Brillouin frequency distribution ν B (z) at each distance.

【0143】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。
Next, the operation of the apparatus configured as described above will be described.

【0144】光源部1は、図9に示すように複数の光源
30−1〜30−nからそれぞれ異なる発振波長λ
λ、…、λnの各光P〜Pnを出力する。これら光
〜Pnは、波長合波器32によって合波されて光分
配器3に伝搬する。
As shown in FIG. 9, the light source unit 1 has a plurality of light sources 30-1 to 30-n which have different oscillation wavelengths λ 1 , respectively.
The lights P 1 to Pn of λ 2 , ..., λn are output. These lights P 1 to Pn are multiplexed by the wavelength multiplexer 32 and propagated to the optical distributor 3.

【0145】ところで、図1に示すBOTDA法又は図
8に示すBOTDR法のいずれを適用した装置であって
も、センシング用光ファイバ103からのブリルアン散
乱光は、複数の光源30−1〜30−nの各発振波長λ
、λ、…、λnに対応した波長多重のブリルアン散
乱光である。
By the way, the Brillouin scattered light from the sensing optical fiber 103, regardless of whether the device using the BOTDA method shown in FIG. 1 or the BOTDR method shown in FIG. Each oscillation wavelength λ of n
The wavelength-division-multiplexed Brillouin scattered light corresponding to 1 , λ 2 , ..., λn.

【0146】受光部7は、図10に示すように光合波器
22からの波長多重のブリルアン散乱光を入射し、この
ブリルアン散乱光を波長分配器34によって各波長
λ、λ 、…、λnの数の分(n個)に分配する。
As shown in FIG. 10, the light receiving section 7 is an optical multiplexer.
Injecting wavelength-division-multiplexed Brillouin scattered light from 22,
Each wavelength of the Brillouin scattered light is determined by the wavelength distributor 34.
λ1, Λ Two, ..., λn (n) are distributed.

【0147】これら分配されたn個の各ブリルアン散乱
光は、それぞれ各バンドパスフィルタ35−1〜35−
nに入射する。これにバンドパスフィルタ35−1〜3
5−nによりポンプ光Pの任意の各波長λ、λ
…、λnに見合ったブリルアン散乱光のみが透過する。
These n distributed Brillouin scattered lights are respectively passed through the bandpass filters 35-1 to 35-35.
incident on n. Bandpass filters 35-1 to 35-3
5-n, each arbitrary wavelength λ 1 , λ 2 , of the pump light P 1 ,
..., only Brillouin scattered light corresponding to λn is transmitted.

【0148】各光受光器36−1〜36−nは、各光バ
ンドパスフィルタ35−1〜35−nを透過した各波長
λ、λ、…、λnに対応する光をそれぞれ各電気信
号に変換する。
Each of the optical receivers 36-1 to 36-n supplies the light corresponding to each of the wavelengths λ 1 , λ 2 , ..., λn transmitted through each of the optical bandpass filters 35-1 to 35-n to each of the electrical receivers. Convert to signal.

【0149】次に、信号処理部8は、図11に示すよう
に電気信号周波数フィルタ37、A/D変換器38及び
第1の演算部39において光源部1の出力光P〜Pn
の各波長λ、λ、…、λnの数と同一数のチャンネ
ルnにより並列処理する。
Next, the signal processing section 8 outputs the output light P 1 to Pn of the light source section 1 in the electric signal frequency filter 37, the A / D converter 38 and the first calculating section 39 as shown in FIG.
, Λn of the respective wavelengths λ 1 , λ 2 , ...

【0150】このうち電気信号周波数フィルタ37は、
受光部7から出力されたnチャンネルの各電気信号のノ
イズ等を低減する作用を持つ。
Of these, the electric signal frequency filter 37 is
It has a function of reducing noise and the like of each of the n-channel electric signals output from the light receiving unit 7.

【0151】A/D変換器38は、nチャンネルの電気
信号周波数フィルタ37を透過したノイズが低減された
各アナログ信号をそれぞれデジタル信号に変換する機能
を有する。
The A / D converter 38 has a function of converting each noise-reduced analog signal transmitted through the n-channel electric signal frequency filter 37 into a digital signal.

【0152】第1の演算部39は、nチャンネルの各電
気信号周波数フィルタ37及びA/D変換器38をそれ
ぞれ経た光変調器6の各変調周波数νのデジタル信号波
形、つまりこのデジタル信号波形は光変調器6の変調周
波数νと波形時間tと波形強度Iの3つのパラメータ
(3次元)が関係した波形データであり、その波形デー
タから時間ごとの周波数と波形強度の関係からその波形
データを見て強度が最大となる周波数値(ピーク周波数
値)をブリルアン周波数νBとして検出する。そしてそ
のブリルアン周波数を求める過程をすべての波形時間に
わたり行うことで、時間領域におけるブリルアン周波数
分布(2次元)νB(t)が求まる。すなわち時間領域と距
離領域は等価であるため、結果として各距離におけるブ
リルアン周波数分布νB(z)を求める。
The first arithmetic unit 39 calculates the digital signal waveform of each modulation frequency ν of the optical modulator 6 that has passed through the n-channel electric signal frequency filter 37 and the A / D converter 38, that is, this digital signal waveform. It is waveform data in which three parameters (three-dimensional) of the modulation frequency ν of the optical modulator 6, the waveform time t, and the waveform intensity I are related. The frequency value (peak frequency value) at which the intensity is maximized is detected as the Brillouin frequency ν B. Then, the Brillouin frequency distribution (two-dimensional) ν B (t) in the time domain is obtained by performing the process of obtaining the Brillouin frequency over the entire waveform time. That is, since the time domain and the distance domain are equivalent, the Brillouin frequency distribution ν B (z) at each distance is obtained as a result.

【0153】以下、上記第1の実施の形態と同様に、デ
ータ格納部17には、第1の演算部39により検出され
たポンプ光Pの波長λ、λ、…、λn毎のブリル
アン周波数分布の計測データλ[ν(z)]、λ
[ν(z)]、…、λn[ν(z)]が格納される。
Hereinafter, similar to the above-described first embodiment, the data storage unit 17 stores, for each wavelength λ 1 , λ 2 , ..., λn of the pump light P 1 detected by the first arithmetic unit 39. Brillouin frequency distribution measurement data λ 1B (z)], λ
2B (z)], ..., λn [ν B (z)] are stored.

【0154】次に、分離演算部18は、データ格納部1
7に格納された計測データλ[ν (z)]、λ[ν
(z)]、…、λn[ν(z)]を読み取り、これら計測
データλ[ν(z)]、λ[ν(z)]、…、λn
[ν(z)]を用いて上記式(1)の演算を行なってセ
ンシング用光ファイバ103の各位置で発生した歪みの
変化Δεと温度の変化ΔTとをそれぞれ分離して同時に
求める。
Next, the demultiplexing operation unit 18 is connected to the data storage unit 1
Measurement data λ stored in 71 B(z)], λTwo
B(z)], ..., λn [νB(z)] and read these measurements
Data λ1B(z)], λTwoB(z)], ..., λn
B(z)] is used to calculate the above equation (1) and
Of the distortion generated at each position of the optical fiber 103 for
Separate the change Δε and the temperature change ΔT from each other at the same time.
Ask.

【0155】次に、波長総数判定部19は、光源部1の
波長λ、λ、…、λnの総数が例えば3以上(n≧
3)であるか否かを判断し、この判断の結果、光源部1
の波長λ、λ、…、λnの総数が例えば3以下であ
れば、表示部21は、図7に示すように分離演算部18
の演算により求められた歪みの変化Δεと温度の変化Δ
Tを表示出力する。
Next, the total wavelength determining unit 19 determines that the total number of wavelengths λ 1 , λ 2 , ..., λn of the light source unit 1 is, for example, 3 or more (n ≧ 1).
3) is determined, and as a result of this determination, the light source unit 1
If the total number of wavelengths λ 1 , λ 2 , ..., λn is 3 or less, the display unit 21 displays the separation calculation unit 18 as shown in FIG.
Strain change Δε and temperature change Δ
Display and output T.

【0156】光源部1の波長λ、λ、…、λnの総
数が例えば3以上(n≧3)であれば、加算平均演算部
20は、上記2元連立方程式(式(1))を演算して得ら
れた解であるセンシング用光ファイバ103の歪みの変
化をΔε、センシング用光ファイバ103の温度の変化
をΔT、これらΔε、ΔTの組合せの総数をNとして歪
みの変化Δεと温度の変化ΔTとのそれぞれの値の加算
平均を上記式(2)を演算することにより行ない、セン
シング用光ファイバ103の各位置で発生した歪みの変
化と温度の変化とをそれぞれ識別して同時に求める。
If the total number of wavelengths λ 1 , λ 2 , ..., λn of the light source unit 1 is, for example, 3 or more (n ≧ 3), the averaging arithmetic unit 20 causes the binary simultaneous equations (Equation (1)) The change in strain of the sensing optical fiber 103, which is the solution obtained by computing the above, is Δε, the change in temperature of the sensing optical fiber 103 is ΔT, and the total number of combinations of these Δε and ΔT is N. The arithmetic mean of the respective values of the temperature change ΔT and the temperature change ΔT is calculated by calculating the above formula (2), and the change of the strain generated at each position of the sensing optical fiber 103 and the change of the temperature are identified and simultaneously. Ask.

【0157】次に、表示部21は、図7に示すように加
算平均演算部20により加算平均されて求められた歪み
の変化Δεと温度の変化ΔTを表示出力する。
Next, as shown in FIG. 7, the display unit 21 displays and outputs the change Δε in strain and the change ΔT in temperature which are obtained by the averaging by the arithmetic mean calculator 20.

【0158】このように上記第3の実施の形態によれ
ば、上記第1の実施の形態と同様の効果を奏することが
できることは言うまでもなく、さらに、波長の異なる複
数の光源30−1〜30−nを並列に配置し、それに対
応した受光部7、信号処理部8も並列に構成すること
で、より高速に測定でき計測時間の短縮が図られる。
As described above, according to the third embodiment, it is needless to say that the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and further, a plurality of light sources 30-1 to 30 having different wavelengths are used. By arranging -n in parallel and configuring the light-receiving unit 7 and the signal processing unit 8 corresponding thereto in parallel, it is possible to measure at higher speed and shorten the measurement time.

【0159】(4)次に、本発明の第4の実施の形態に
ついて図面を参照して説明する。
(4) Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0160】この第4の実施の形態は、図1及び図8に
示す歪みと温度の分布測定装置における各光源部1、各
受光部7及び各信号処理部8の構成をそれぞれ変更した
ものである。
In the fourth embodiment, the configurations of each light source unit 1, each light receiving unit 7 and each signal processing unit 8 in the strain and temperature distribution measuring apparatus shown in FIGS. 1 and 8 are changed. is there.

【0161】光源部1は、上記第3の実施の形態で説明
した図9に示す光源部1と同一構成で、図12に示すよ
うに複数の光源30−1〜30−nと、各光ファイバ3
1−1〜31−nと、波長合波器32と、光源コントロ
ーラ33とからなる。
The light source unit 1 has the same structure as the light source unit 1 shown in FIG. 9 described in the third embodiment, and has a plurality of light sources 30-1 to 30-n and respective light sources as shown in FIG. Fiber 3
1-1 to 31-n, a wavelength multiplexer 32, and a light source controller 33.

【0162】受光部7は、上記第1の実施の形態で説明
した図3に示す受光部7と同一構成で、図13に示すよ
うに波長可変光バンドパスフィルタ12と、光検出器1
3とからなる。
The light receiving section 7 has the same structure as the light receiving section 7 shown in FIG. 3 described in the first embodiment, and as shown in FIG. 13, the variable wavelength optical bandpass filter 12 and the photodetector 1 are used.
3 and 3.

【0163】信号処理部8は、上記第1の実施の形態で
説明した図5に示す信号処理部8と同一構成で、図14
に示すように電気信号周波数フィルタ14と、A/D変
換器15と、第1の演算部16と、データ格納部17
と、第2の演算部(分離演算部)18と、波長総数判定
部19と、加算平均演算部20と、表示部21とからな
る。
The signal processing unit 8 has the same configuration as that of the signal processing unit 8 shown in FIG. 5 described in the first embodiment and has the same configuration as that shown in FIG.
As shown in FIG. 1, the electric signal frequency filter 14, the A / D converter 15, the first arithmetic unit 16, and the data storage unit 17
And a second calculation unit (separation calculation unit) 18, a wavelength total number determination unit 19, an arithmetic mean calculation unit 20, and a display unit 21.

【0164】このような構成であれば、光源部1は、図
12に示すように複数の光源30−1〜30−nからそ
れぞれ異なる発振波長λ、λ、…、λnの各光P
〜Pnを出力する。これら光P〜Pnは、波長合波器
32によって合波されて光分配器3に伝搬する。
With such a configuration, the light source section 1 has the respective light beams P having different oscillation wavelengths λ 1 , λ 2 , ..., λn from the plurality of light sources 30-1 to 30-n as shown in FIG. 1
~ Pn is output. These lights P 1 to Pn are multiplexed by the wavelength multiplexer 32 and propagated to the optical distributor 3.

【0165】ところで、図1に示すBOTDA法又は図
8に示すBOTDR法のいずれを適用した装置であって
も、センシング用光ファイバ103からのブリルアン散
乱光は、複数の光源30−1〜30−nの各発振波長λ
、λ、…、λnに対応した波長多重のブリルアン散
乱光である。
By the way, in any of the devices to which the BOTDA method shown in FIG. 1 or the BOTDR method shown in FIG. 8 is applied, the Brillouin scattered light from the sensing optical fiber 103 has a plurality of light sources 30-1 to 30-. Each oscillation wavelength λ of n
The wavelength-division-multiplexed Brillouin scattered light corresponding to 1 , λ 2 , ..., λn.

【0166】以下、上記第1の実施の形態と同様に、受
光部7は、光合波器22からの合波光を受光して電気信
号に変換する。
Hereinafter, as in the first embodiment, the light receiving section 7 receives the combined light from the optical multiplexer 22 and converts it into an electric signal.

【0167】信号処理部8は、受光部7からの電気信号
を入力し、センシング用光ファイバ103に入射するポ
ンプ光Pの各波長λ、λ、…、λnごとのブリル
アン周波数シフトの変化を示す各計測データλ[ν
(z)]、λ[ν(z)]、…、λn[ν(z)]を、セ
ンシング用光ファイバ103の歪みの変化と温度の変化
とに関する上記式(1)の2元連立方程式に代入し演算
し、センシング用光ファイバ103の各位置で発生した
歪みの変化Δεと温度の変化ΔTとをそれぞれ識別して
同時に求める。
The signal processing unit 8 receives the electric signal from the light receiving unit 7 and performs Brillouin frequency shift for each wavelength λ 1 , λ 2 , ..., λn of the pump light P 1 incident on the sensing optical fiber 103. Each measurement data showing change λ 1B
(z)], λ 2B (z)], ..., λn [ν B (z)] are binary elements of the above equation (1) relating to changes in strain and temperature of the sensing optical fiber 103. Substituting into the simultaneous equations for calculation, the change Δε in strain generated at each position of the sensing optical fiber 103 and the change ΔT in temperature are identified and simultaneously determined.

【0168】又、信号処理部8は、ポンプ光Pの波長
の総数が3波長以上の場合、センシング用光ファイバ1
03の各位置で発生した歪みの変化Δεと温度の変化Δ
Tとをそれぞれ上記式(2)を用いて加算平均演算し
て、センシング用光ファイバ103の各位置で発生した
歪みの変化Δεと温度の変化ΔTとをそれぞれ識別して
同時に求める。
If the total number of wavelengths of the pump light P 1 is 3 or more, the signal processing section 8 detects the optical fiber 1 for sensing.
03 strain change Δε and temperature change Δ
T and T are respectively calculated by addition and averaging using the above equation (2), and a change Δε in strain generated at each position of the sensing optical fiber 103 and a change ΔT in temperature are respectively identified and simultaneously obtained.

【0169】表示部21は、分離演算部18の演算によ
り求められた歪みの変化Δεと温度の変化ΔT、又は加
算平均演算部20により加算平均されて求められた歪み
の変化Δεと温度の変化ΔTを表示出力する。
The display unit 21 displays the strain change Δε and the temperature change ΔT obtained by the calculation of the separation calculation unit 18, or the strain change Δε and the temperature change obtained by the averaging by the arithmetic mean calculation unit 20. Display and output ΔT.

【0170】このように上記第4の実施の形態によれ
ば、上記第1の実施の形態と同様の効果を奏することが
できることは言うまでもなく、さらに、波長の異なる複
数の光源30−1〜30−nを並列に配置することで、
高速に測定でき計測時間を短縮することが可能である。
As described above, according to the fourth embodiment, it is needless to say that the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and further, a plurality of light sources 30-1 to 30 having different wavelengths are used. By arranging -n in parallel,
High-speed measurement is possible and measurement time can be shortened.

【0171】又、波長の異なる複数の光源30−1〜3
0−nを並列に配置しつつも、受光部7、信号処理部8
を直列構成することで、その装置構成をより簡素するこ
とでシステム全体が廉価になる。
Further, a plurality of light sources 30-1 to 30-3 having different wavelengths are used.
The light receiving unit 7 and the signal processing unit 8 are arranged while 0-n are arranged in parallel.
By serially configuring the devices, the entire system becomes cheaper by simplifying the device configuration.

【0172】なお、本発明は、上記第1乃至第4の実施
の形態に限定されるものでなく、実施段階ではその要旨
を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。
The present invention is not limited to the above-described first to fourth embodiments, and can be variously modified at the stage of implementation without departing from the spirit of the invention.

【0173】さらに、上記実施形態には、種々の段階の
発明が含まれており、開示されている複数の構成要件に
おける適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出でき
る。例えば、実施形態に示されている全構成要件から幾
つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとす
る課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で
述べられている効果が得られる場合には、この構成要件
が削除された構成が発明として抽出できる。
Further, the above embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. For example, even if some constituent elements are deleted from all the constituent elements shown in the embodiment, the problem described in the section of the problem to be solved by the invention can be solved, and it is described in the section of the effect of the invention. When the effect of being obtained is obtained, a configuration in which this constituent element is deleted can be extracted as an invention.

【0174】例えば、本発明は、FM光をポンプ光とプ
ローブ光とに分配し、ポンプ光をセンシング用光ファイ
バの一端から入射し、プローブ光をブリルアン周波数近
傍まで変調してセンシング用光ファイバの他端から入射
し、ポンプ光とプローブ光とがセンシング用光ファイバ
中を互いに対向する方向から伝搬したときに生じる誘導
ブリルアンによって被測定物理量の情報を受けて被測定
光として伝搬し、この被測定光とプローブ光との合波光
におけるビート信号の周波数値から被測定物理量の発生
個所を特定し、かつプローブ光の離調幅を変化させたと
きのビート信号の強度変化に基づいて被測定物理量を求
める光ファイバ分布型測定方法及びその装置にも適用で
きる。
For example, according to the present invention, FM light is divided into pump light and probe light, the pump light is made incident from one end of the sensing optical fiber, the probe light is modulated to near the Brillouin frequency, and The incident Brillouin, which is generated when the pump light and the probe light are incident from the other end and propagated in the sensing optical fiber from opposite directions, receives the information of the physical quantity to be measured and propagates as the light to be measured. The location of the physical quantity to be measured is specified from the frequency value of the beat signal in the combined light of the light and the probe light, and the physical quantity to be measured is calculated based on the intensity change of the beat signal when the detuning width of the probe light is changed. It can also be applied to an optical fiber distributed measuring method and its apparatus.

【0175】[0175]

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、ブ
リルアン散乱現象を利用するファイバセンシングの測定
原理だけで、長距離に渡って歪みと温度との両方を区別
して測定できる歪みと温度の分布測定方法及びその装置
を提供できる。
As described above in detail, according to the present invention, it is possible to measure strain and temperature by distinguishing both strain and temperature over a long distance only by the measurement principle of fiber sensing utilizing the Brillouin scattering phenomenon. It is possible to provide a method for measuring the distribution and a device therefor.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係わる歪みと温度の分布測定装置の第
1の実施の形態を示す構成図。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of a strain and temperature distribution measuring apparatus according to the present invention.

【図2】本発明に係わる歪みと温度の分布測定装置の第
1の実施の形態における光源部の具体的な構成図。
FIG. 2 is a specific configuration diagram of a light source unit in the strain and temperature distribution measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明に係わる歪みと温度の分布測定装置の第
1の実施の形態における受光部の具体的な構成図。
FIG. 3 is a specific configuration diagram of a light receiving section in the strain and temperature distribution measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明に係わる歪みと温度の分布測定装置の第
1の実施の形態における任意波長における歪み及び温度
の物理量とブリルアン周波数シフトとの関係を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a physical quantity of strain and temperature at an arbitrary wavelength and a Brillouin frequency shift in the first embodiment of the strain and temperature distribution measuring apparatus according to the present invention.

【図5】本発明に係わる歪みと温度の分布測定装置の第
1の実施の形態における信号処理部の具体的な構成図。
FIG. 5 is a specific configuration diagram of a signal processing unit in the first embodiment of the strain and temperature distribution measuring apparatus according to the present invention.

【図6】本発明に係わる歪みと温度の分布測定装置の第
1の実施の形態における各物理量変化係数の波長依存性
を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing wavelength dependence of each physical quantity change coefficient in the first embodiment of the strain and temperature distribution measuring apparatus according to the present invention.

【図7】本発明に係わる歪みと温度の分布測定装置の第
1の実施の形態における信号処理部の処理過程を示す
図。
FIG. 7 is a diagram showing a processing process of a signal processing unit in the strain and temperature distribution measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention.

【図8】本発明に係わる歪みと温度の分布測定装置の第
2の実施の形態を示す構成図。
FIG. 8 is a configuration diagram showing a second embodiment of a strain and temperature distribution measuring apparatus according to the present invention.

【図9】本発明に係わる歪みと温度の分布測定装置の第
3の実施の形態における光源部の構成図。
FIG. 9 is a configuration diagram of a light source unit in a strain and temperature distribution measuring apparatus according to a third embodiment of the present invention.

【図10】本発明に係わる歪みと温度の分布測定装置の
第3の実施の形態における受光部の構成図。
FIG. 10 is a configuration diagram of a light receiving section in a strain and temperature distribution measuring apparatus according to a third embodiment of the present invention.

【図11】本発明に係わる歪みと温度の分布測定装置の
第3の実施の形態における信号処理部の構成図。
FIG. 11 is a configuration diagram of a signal processing unit in a strain and temperature distribution measuring apparatus according to a third embodiment of the present invention.

【図12】本発明に係わる歪みと温度の分布測定装置の
第4の実施の形態における光源部の構成図。
FIG. 12 is a configuration diagram of a light source section in a strain and temperature distribution measuring apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.

【図13】本発明に係わる歪みと温度の分布測定装置の
第4の実施の形態における受光部の構成図。
FIG. 13 is a configuration diagram of a light receiving unit in a strain and temperature distribution measuring apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.

【図14】本発明に係わる歪みと温度の分布測定装置の
第4の実施の形態における信号処理部の構成図。
FIG. 14 is a configuration diagram of a signal processing unit in a strain and temperature distribution measuring apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.

【図15】従来における温度と歪みとの両方の分布を測
定するときの測定原理を示す図。
FIG. 15 is a diagram showing a measurement principle when measuring both temperature and strain distributions in the related art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

103:センシング用光ファイバ 1:光源部 2−1,2−2,2−3,2−4,2−5,2−6,2
−7:光ファイバ 3:光分配器 4,6:光変調器 5:光サーキュレータ 7:受光部 8:信号処理部 10:波長可変光源 11:波長コントローラ電源 12:波長可変光バンドパスフィルタ 13:光検出器 14:電気信号周波数フィルタ 15:A/D変換器 16:第1の演算部 17:データ格納部 18:第2の演算部(分離演算部) 19:波長総数判定部 20:加算平均演算部 21:表示部 22:光合波器 30−1〜30−n:光源 31−1〜31−n:光ファイバ 32:波長合波器 33:光源コントローラ 34:波長分配器 35−1〜35−n:光バンドパスフィルタ 36−1〜36−n:光受光器 37:電気信号周波数フィルタ 38:A/D変換器 39:第1の演算部
103: Optical fiber for sensing 1: Light source section 2-1, 2-2, 2-3, 2-4, 2-5, 2-6, 2
-7: Optical fiber 3: Optical distributors 4, 6: Optical modulator 5: Optical circulator 7: Light receiving unit 8: Signal processing unit 10: Wavelength variable light source 11: Wavelength controller power supply 12: Wavelength variable optical bandpass filter 13: Photodetector 14: Electric signal frequency filter 15: A / D converter 16: First calculation unit 17: Data storage unit 18: Second calculation unit (separation calculation unit) 19: Total wavelength determination unit 20: Addition average Operation unit 21: Display unit 22: Optical multiplexers 30-1 to 30-n: Light sources 31-1 to 31-n: Optical fiber 32: Wavelength multiplexer 33: Light source controller 34: Wavelength distributors 35-1 to 35 -N: Optical bandpass filters 36-1 to 36-n: Optical receiver 37: Electric signal frequency filter 38: A / D converter 39: First arithmetic unit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2F056 VF03 VF12 2F065 AA65 FF00 GG06 GG23 JJ01 LL00 LL02 LL23 LL46 LL53 LL57 NN06 NN08 QQ00 QQ03 QQ17 QQ23 QQ27 QQ33 QQ34 QQ42 2F103 BA41 BA43 CA07 EB02 EB05 EB11 EB19 EC09 EC10 EC16 ED27 ED37 FA02 2G086 DD04 DD05    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F term (reference) 2F056 VF03 VF12                 2F065 AA65 FF00 GG06 GG23 JJ01                       LL00 LL02 LL23 LL46 LL53                       LL57 NN06 NN08 QQ00 QQ03                       QQ17 QQ23 QQ27 QQ33 QQ34                       QQ42                 2F103 BA41 BA43 CA07 EB02 EB05                       EB11 EB19 EC09 EC10 EC16                       ED27 ED37 FA02                 2G086 DD04 DD05

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 センシング用光ファイバ中で発生するブ
リルアン散乱現象の変化を捉えて被測定物理量の変化を
測定する歪みと温度の分布測定方法において、 前記センシング用光ファイバにおける各波長ごとのブリ
ルアン散乱の歪み波長依存係数とその温度波長係数を予
め求めておき、 前記センシング用光ファイバに入射するポンプ光の各波
長ごとのブリルアン周波数シフトの変化を求めるステッ
プと、 これら測定データを、前記センシング用光ファイバの歪
みの変化と温度の変化とに関する2元連立方程式に代入
し演算することにより、前記センシング用光ファイバの
各位置で発生した前記歪みの変化と前記温度の変化とを
それぞれ識別して同時に求めるステップと、を有するこ
とを特徴とする歪みと温度の分布測定方法。
1. A strain and temperature distribution measuring method for detecting a change in Brillouin scattering phenomenon occurring in a sensing optical fiber to measure a change in a physical quantity to be measured, comprising: Brillouin scattering for each wavelength in the sensing optical fiber. Strain wavelength dependence coefficient and its temperature wavelength coefficient are obtained in advance, the step of obtaining the change of Brillouin frequency shift for each wavelength of the pump light incident on the sensing optical fiber, and these measurement data By substituting into a two-dimensional simultaneous equation relating to a change in fiber strain and a change in temperature, the change in strain generated at each position of the sensing optical fiber and the change in temperature are identified and simultaneously performed. A method for measuring distribution of strain and temperature, comprising:
【請求項2】 前記センシング用光ファイバの歪みの変
化と温度の変化とに関する前記2元連立方程式は、前記
ポンプ光の波長をλn、前記波長依存係数をCεn)、
前記温度波長係数をCTn)、前記ブリルアン周波数シ
フトの変化をΔνBn)、前記センシング用光ファイバ
の歪みの変化をΔε、前記センシング用光ファイバの温
度の変化をΔTとすると、 【数1】 により表わされることを特徴とする請求項1記載の歪み
と温度の分布測定方法。
2. The binary simultaneous equations relating to a change in strain and a change in temperature of the sensing optical fiber are: the wavelength of the pump light is λ n , the wavelength dependence coefficient is C εn ),
The temperature wavelength coefficient is C Tn ), the Brillouin frequency shift change is Δν Bn ), the strain change of the sensing optical fiber is Δε, and the temperature change of the sensing optical fiber is ΔT. Then, The method for measuring strain and temperature distribution according to claim 1, wherein:
【請求項3】 前記ポンプ光の波長の総数が3波長以上
の場合、前記センシング用光ファイバの各位置で発生し
た前記歪みの変化と前記温度の変化とをそれぞれ加算平
均演算して、前記センシング用光ファイバの各位置で発
生した前記歪みの変化と前記温度の変化とをそれぞれ識
別して同時に求めるステップを有することを特徴とする
請求項1記載の歪みと温度の分布測定方法。
3. When the total number of wavelengths of the pump light is 3 wavelengths or more, the change of the strain generated at each position of the sensing optical fiber and the change of the temperature are arithmetically averaged to obtain the sensing value. 2. The strain and temperature distribution measuring method according to claim 1, further comprising a step of identifying and simultaneously obtaining the change in the strain and the change in the temperature generated at each position of the optical fiber for use.
【請求項4】 前記加算平均演算する方程式は、前記2
元連立方程式を演算して得られた解である前記センシン
グ用光ファイバの歪みの変化をΔε、前記センシング用
光ファイバの温度の変化をΔT、これらΔε、ΔTの組
合せの総数をNとすると、 【数2】 により表わされることを特徴とする請求項3記載の歪み
と温度の分布測定方法。
4. The equation for calculating the arithmetic mean is the above-mentioned 2
Let Δε be the change in strain of the sensing optical fiber, which is the solution obtained by computing the simultaneous equations, ΔT be the change in temperature of the sensing optical fiber, and let N be the total number of combinations of these Δε and ΔT. [Equation 2] The strain and temperature distribution measuring method according to claim 3, wherein
【請求項5】 センシング用光ファイバ中で発生するブ
リルアン散乱現象の変化を捉えて被測定物理量の変化を
測定する歪みと温度の分布測定装置において、 複数の波長成分の光を出力する光源部と、 この光源部からの出力光をポンプ光とプローブ光とに分
岐する光分配器と、 前記ポンプ光又は前記プローブ光のいずれかの光に変調
を行う光変調器と、 この光変調器により変調された光を前記センシング用光
ファイバに導くと共に、前記センシング用光ファイバか
らの温度と歪みの物理情報を有するブリルアン散乱光を
導く導光手段と、 この導光手段により導かれた前記ブリルアン散乱光を受
光して電気信号に変換する受光部と、 この受光部からの前記電気信号を入力し、前記センシン
グ用光ファイバに入射するポンプ光の各波長ごとのブリ
ルアン周波数シフトの変化を示す各測定データを、前記
センシング用光ファイバの歪みの変化と温度の変化とに
関する2元連立方程式に代入し演算し、前記センシング
用光ファイバの各位置で発生した前記歪みの変化と前記
温度の変化とをそれぞれ識別して同時に求める信号処理
部と、を具備したことを特徴とする歪みと温度の分布測
定装置。
5. A strain and temperature distribution measuring device for measuring a change in Brillouin scattering phenomenon occurring in a sensing optical fiber to measure a change in a physical quantity to be measured, and a light source section for outputting light of a plurality of wavelength components. An optical distributor that splits the output light from the light source unit into a pump light and a probe light, an optical modulator that modulates the pump light or the probe light, and an optical modulator that modulates with the optical modulator. Guiding light to the sensing optical fiber and guiding Brillouin scattered light having physical information of temperature and strain from the sensing optical fiber, and the Brillouin scattered light guided by the light guiding means. A light-receiving part that receives the light and converts it into an electric signal, and a block for each wavelength of the pump light that inputs the electric signal from the light-receiving part and is incident on the sensing optical fiber. Each measurement data indicating the change of the Liluan frequency shift is substituted into a binary simultaneous equation concerning the change of the strain and the change of the temperature of the sensing optical fiber, and the strain is generated at each position of the sensing optical fiber. And a signal processing unit for simultaneously determining the change in the temperature and the change in the temperature, and measuring the distribution of strain and temperature.
【請求項6】 前記信号処理部は、前記ポンプ光の波長
をλn、前記波長依存係数をCεn)、前記温度波長係
数をCTn)、前記ブリルアン周波数シフトの変化をΔ
νBn)、前記センシング用光ファイバの歪みの変化を
Δε、前記センシング用光ファイバの温度の変化をΔT
とすると、 【数3】 を演算することを特徴とする請求項5記載の歪みと温度
の分布測定装置。
6. The signal processing unit, wherein the wavelength of the pump light is λ n , the wavelength dependence coefficient is C εn ), the temperature wavelength coefficient is C Tn ), and the Brillouin frequency shift is changed. Δ
ν Bn ), the change in strain of the sensing optical fiber is Δε, and the change in temperature of the sensing optical fiber is ΔT
Then, The strain and temperature distribution measuring device according to claim 5, wherein
【請求項7】 前記信号処理部は、前記ポンプ光の波長
の総数が3波長以上の場合、前記センシング用光ファイ
バの各位置で発生した前記歪みの変化と前記温度の変化
とをそれぞれ加算平均演算して、前記センシング用光フ
ァイバの各位置で発生した前記歪みの変化と前記温度の
変化とをそれぞれ識別して同時に求めることを特徴とす
る請求項5記載の歪みと温度の分布測定装置。
7. The signal processing unit, when the total number of wavelengths of the pump light is 3 wavelengths or more, adds and averages the change of the strain generated at each position of the sensing optical fiber and the change of the temperature, respectively. 6. The strain and temperature distribution measuring apparatus according to claim 5, wherein the strain and temperature distribution measuring apparatus calculates and simultaneously determines the strain change and the temperature change generated at each position of the sensing optical fiber.
【請求項8】 前記信号処理部は、前記2元連立方程式
を演算して得られた解である前記センシング用光ファイ
バの歪みの変化をΔε、前記センシング用光ファイバの
温度の変化をΔT、これらΔε、ΔTの組合せの総数を
Nとすると、 【数4】 を演算することを特徴とする請求項7記載の歪みと温度
の分布測定装置。
8. The signal processing unit, wherein the change in strain of the sensing optical fiber, which is a solution obtained by computing the simultaneous binary equations, is Δε, the change in temperature of the sensing optical fiber is ΔT, If the total number of combinations of these Δε and ΔT is N, then The strain and temperature distribution measuring device according to claim 7, wherein
【請求項9】 前記光源部は、出力する前記光の波長を
連続的に可変可能であり、かつ外部制御により随時任意
の波長の光を出力することを特徴とする請求項5記載の
歪みと温度の分布測定装置。
9. The distortion according to claim 5, wherein the light source section is capable of continuously changing the wavelength of the light to be output, and outputs light of an arbitrary wavelength at any time by external control. Temperature distribution measuring device.
【請求項10】 前記光源部は、複数の光源を備え、こ
れら光源からはそれぞれ異なる各波長の光を出力するこ
とを特徴とする請求項5記載の歪みと温度の分布測定装
置。
10. The strain and temperature distribution measuring apparatus according to claim 5, wherein the light source unit includes a plurality of light sources, and the light sources output lights of different wavelengths.
【請求項11】 前記光源部は、複数の光源と、これら
光源からそれぞれ出力された光を一つの光路に集約し、
単一光路で同時に複数の波長の光を出力する波長合波器
とからなることを特徴とする請求項10記載の歪みと温
度の分布測定装置。
11. The light source unit collects a plurality of light sources and lights respectively output from the light sources into one optical path,
11. The strain and temperature distribution measuring device according to claim 10, comprising a wavelength multiplexer that outputs light of a plurality of wavelengths simultaneously in a single optical path.
【請求項12】 前記光源部は、複数の光源からそれぞ
れ出力された光のうち任意の単一波長のみの光を一つの
光路に導く光スイッチを備え、この光スイッチの光路選
択の切り替えによって出力する光の波長を随時選択する
ことを特徴とする請求項10記載の歪みと温度の分布測
定装置。
12. The light source unit includes an optical switch for guiding light of an arbitrary single wavelength out of lights respectively output from a plurality of light sources to one optical path, and outputs by switching optical path selection of the optical switch. 11. The strain and temperature distribution measuring apparatus according to claim 10, wherein the wavelength of light to be selected is selected at any time.
【請求項13】 前記受光部は、前記ポンプ光の任意の
波長に見合ったブリルアン散乱光のみを透過させる波長
可変光バンドパスフィルタと、 この波長可変光バンドパスフィルタを透過した光を電気
信号に変換する光検出器と、からなることを特徴とする
請求項5記載の歪みと温度の分布測定装置。
13. The light receiving section includes a wavelength tunable optical bandpass filter for transmitting only Brillouin scattered light corresponding to an arbitrary wavelength of the pump light, and light transmitted through the wavelength tunable optical bandpass filter as an electric signal. 6. A strain and temperature distribution measuring device according to claim 5, further comprising a photodetector for converting.
【請求項14】 前記受光部は、前記センシング用光フ
ァイバからの単一光路で導かれる複数の波長の後方散乱
光を分配する波長分配器と、 この波長分配器により分配された各波長ごとに前記ポン
プ光の任意の波長に見合ったブリルアン散乱光のみを透
過させる複数の波長可変光バンドパスフィルタと、 これら波長可変光バンドパスフィルタをそれぞれ透過し
た各光をそれぞれ各電気信号に変換する複数の光検出器
と、からなることを特徴とする請求項5記載の歪みと温
度の分布測定装置。
14. The light receiving unit distributes backscattered light of a plurality of wavelengths guided by a single optical path from the sensing optical fiber, and a wavelength distributor for each wavelength distributed by the wavelength distributor. A plurality of wavelength tunable optical bandpass filters for transmitting only Brillouin scattered light corresponding to an arbitrary wavelength of the pump light, and a plurality of wavelength variable optical bandpass filters for converting each light respectively transmitted through these wavelength tunable optical bandpass filters into respective electric signals. The strain and temperature distribution measuring device according to claim 5, comprising a photodetector.
【請求項15】 前記信号処理部は、前記受光部から出
力された前記電気信号からブリルアンビート周波数成分
のみを抽出する電気信号周波数フィルタと、 この電気信号周波数フィルタにより抽出された周波数信
号から周波数スペクトラムの最大強度のピーク周波数を
検出し、このピーク周波数の値をブリルアン周波数とし
て求める第1の演算部と、 この第1の演算部により定義された前記ポンプ波長毎の
前記ブリルアン周波数値のデータを格納するデータ格納
部と、 このデータ格納部に格納された前記データを用いて請求
項6記載の演算を行なって前記センシング用光ファイバ
の各位置で発生した前記歪みの変化と前記温度の変化と
をそれぞれ識別して同時に求める第2の演算部と、から
なることを特徴とする請求項5記載の歪みと温度の分布
測定装置。
15. The signal processing unit includes an electric signal frequency filter that extracts only Brillouin beat frequency components from the electric signal output from the light receiving unit, and a frequency spectrum from the frequency signal extracted by the electric signal frequency filter. Of the peak intensity of the maximum intensity, and a value of the peak frequency is obtained as a Brillouin frequency, and a first calculation unit, and data of the Brillouin frequency value for each pump wavelength defined by the first calculation unit are stored. And a change in the strain generated at each position of the sensing optical fiber by performing the calculation according to claim 6 using the data storage unit that stores the data and the data stored in the data storage unit. 6. The strain and temperature of claim 5, characterized by comprising: Distribution measuring device.
【請求項16】 前記センシング用光ファイバからの単
一光路で導かれた複数の波長の後方散乱光がそれぞれ分
配された場合、前記信号処理部は、前記各波長ごとに前
記電気信号周波数フィルタと前記第1の演算部とが並列
処理することを特徴とする請求項15記載の歪みと温度
の分布測定装置。
16. When the backscattered light of a plurality of wavelengths guided by a single optical path from the optical fiber for sensing is respectively distributed, the signal processing unit is configured to operate with the electric signal frequency filter for each wavelength. The strain and temperature distribution measuring apparatus according to claim 15, wherein the first arithmetic unit performs parallel processing.
【請求項17】 前記信号処理部は、前記センシング用
光ファイバの歪みの変化と、前記センシング用光ファイ
バの温度の変化との組み合わせが複数の場合、これら歪
みと温度とのそれぞれの値の加算平均を行う演算部と、 この演算部の演算結果を最終的な測定結果として表示す
る表示部と、 からなることを特徴とする請求項5記載の歪みと温度の
分布測定装置。
17. The signal processing unit, when there are a plurality of combinations of a change in strain of the sensing optical fiber and a change in temperature of the sensing optical fiber, adds the respective values of strain and temperature. The strain and temperature distribution measuring device according to claim 5, further comprising: an arithmetic unit that performs averaging, and a display unit that displays the arithmetic result of the arithmetic unit as a final measurement result.
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