JP2018010011A - 干渉検知システムの動き補償のための方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光学インテロゲーションシステム、例えばOFDRベースのシステムは、時間変化する外乱にさらされる検知ライトガイドの屈折率の局所的な変化を測定する。検知ライトガイドの長さに対して検出される干渉測定信号は、スペクトル領域に変換される。時間変化する信号が、変換された干渉測定データセットから決定される。補償信号が、時間変化する外乱に対して干渉測定データセットを補償するために使用される時変信号から決定される。さらに、ロバスト性が、平均すること及びひずみ補償を使用して達成される。補償技術は、光ガイドの長さに沿って適用されることができる。
【選択図】図1
Description
本願は、2011年12月5日に出願された米国仮特許出願第61/566,860号及び2012年3月23日に出願された米国仮特許出願第61/614,662号の優先権を主張し、これらの内容は本明細書に参照により援用される。
追加的な非限定的な例示の実施形態が次に記載される。
この概念を説明するために、シミュレートされたレイリー散乱データに演算される以前の例を検討する。図25は、ファイバのひずみのない長さに対する波長に応じた複数のセグメントに対して計算される位相ひずみをプロットする。ゼロひずみの状況下でセグメントのそれぞれに対して計算される位相差は、位相カーブの密なグルーピングを提供し、複素数は、全てのポイントにおいて平均位相を得るために直接平均され得る。言い換えると、動きにさらされるひずみのないファイバに対して複素数値を平均することは、オリジナルの位相誤差の良好な表現を生成する。ここで、ひずみは、オリジナルの散乱データに線形位相項を加えることによってオリジナルの計算モデルに加えられる。
時間領域における遅延は、式1、式2、及び式3に示されるように、周波数領域において線形位相項である。
振動、時間的なずれ、及び検知ファイバの長さにわたるひずみの基準を用いて、検知ファイバの長さに沿って進むフィードバックループが確立されることができる。例示の、コンピュータに実装されるフィードバックアルゴリズムが図32に描かれ、これは、蓄積された振動、蓄積されたひずみ、及び参照と測定セグメントとの間の遅延の不整合を補正するファイバの長さに沿って実行され得る。最初に、測定長さが選択され、これはスペクトル応答の平均で使用されるセグメントの数と等しい(ステップA)。各長さは、そのポイントまで振動(v)に関して補正され、長さにわたって存在するひずみ(ε)は除去され、このセグメントに対する測定データセットは、遅延信号(τ)に基づくベースライン参照におけるファイバの補正セグメントに対する参照データセットと比較される(ステップB)。アルゴリズムは、これらのフィードバック信号v、ε、及びτが、OFDRシステムの処理の中の初期化の間に全て決定されることを仮定する。測定長さは、フィードバック信号v、ε、及びτを使用して補正される(ステップC)。前に記載されたように、振動(v)は、センサのその位置までの動きの結果としてのひずみに基づく測定値のスペクトル領域に位相補正を適用することによって除去されることができる。測定長さにわたるひずみ(ε)は、ひずみに比例する時間領域におけるデータにわたって位相勾配を適用することによって除去される。物理的な距離におけるずれ、又は遅延(τ)は、ずれのこの基準にしたがってベースラインデータをインデキシングすることによって説明される。いったん補正されると、測定長さは、上述の例示的技法を用いて動きの影響のロバストな基準を提供するスペクトル位相応答を平均するために、より小さいセグメント測定データセットに分割される(ステップD)。より小さいセグメントは、動き(Δv)の結果としてのひずみの変化、セグメントにわたるひずみ(Δε)の変化、参照と測定の間の遅延不整合(Δτ)の測定を可能にする(ステップE)。これらの変化Δv、Δε、及びΔτは、新しいセットの値v’、ε’、及びτ’を生成するために、以前の値v、ε、及びτに蓄積される(ステップF)。信号がセンサの長さに沿ってゆっくり変化することを仮定すると、これらの蓄積された値v’、ε’、及びτ’は、次の測定長さ(G)を補正するために必要とされる必要な信号の良好な近似値である。処理は、検知ファイバの長さに沿って繰り返し動き、ファイバに沿ったひずみの変化、動きの結果としての蓄積されたひずみの変化、及び蓄積された遅延をゆっくり除去するとともに監視する。
Claims (16)
- 光学インテロゲーションシステムであって:
光学干渉インテロゲータ;
検知ライトガイドの長さに対して光学干渉測定信号を検出するための、前記光学干渉インテロゲータに接続される、光学検出回路;及び
データ処理回路であって:
前記光学検出回路から前記光学干渉測定信号を受信し、
前記光学干渉測定信号に基づいて、前記検知ライトガイドの前記長さに沿った前記検知ライトガイドのセグメントに対応する干渉測定セグメントデータを生成し、
前記干渉測定セグメントデータをスペクトル領域に変換し、
変換された前記干渉測定セグメントデータをベースライン参照干渉測定データと比較することによって補償信号を決定し、
前記干渉測定セグメントデータの少なくとも一部に対して時変外乱を補償するように前記補償信号を使用する、ように構成される、
データ処理回路;を有する、
光学インテロゲーションシステム。 - 前記光学干渉インテロゲータは、前記光学干渉測定信号を生成するための単一の光学干渉計を含む、
請求項1に記載の光学インテロゲーションシステム。 - 前記干渉測定セグメントデータの前記少なくとも一部は、前記時変外乱が生じる前記検知ライトガイドに沿った場所と異なる前記検知ライトガイドに沿った場所に対応する、
請求項1に記載の光学インテロゲーションシステム。 - 前記光学インテロゲーションシステムは、インテロゲーション光源を含む光周波数領域リフレクトメトリ(OFDR)ベースのシステムであり、
前記光学干渉測定信号は、時間に応じた、前記検知ライトガイドに沿った後方散乱振幅を示し、
前記検知ライトガイドは光ファイバであり、
前記データ処理回路は、前記光ファイバにおけるひずみに対して前記干渉測定セグメントデータを補償するように構成される、
請求項1に記載の光学インテロゲーションシステム。 - 前記補償信号は位相信号であり、
前記データ処理回路は:
前記変換された干渉測定セグメントデータから前記位相信号を抽出し、
抽出された前記位相信号から直線近似を取り除くことによって前記検知ライトガイドへの前記時変外乱を表す非線形信号を決定する、
ように構成され、
前記非線形信号は前記補償信号である、
請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光学インテロゲーションシステム。 - 前記補償信号は位相信号であり、
前記データ処理回路は:前記スペクトル領域の前記ベースライン参照干渉測定データを使用して、前記スペクトル領域の前記変換された干渉測定セグメントデータから前記位相信号を抽出する、ように構成される、
請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光学インテロゲーションシステム。 - 前記データ処理回路は:
前記干渉測定セグメントデータを複数のデータセグメントに分割し、
前記複数のデータセグメントのそれぞれを前記スペクトル領域に変換し、
前記スペクトル領域において、合成されたデータセグメントを生成するよう、複数の変換された前記データセグメントを、前記ベースライン参照干渉測定データからのものである対応するベースライン参照データセグメントと合成し、
合成された前記データセグメントを平均し、
平均された前記合成されたデータセグメントから位相応答を決定し、
前記位相応答に基づいて前記時変外乱に対応する時変信号を決定する、
ように構成される、
請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光学インテロゲーションシステム。 - 前記データ処理回路は:
前記干渉測定セグメントデータを複数のデータセグメントに分割し、
前記複数のデータセグメントのそれぞれに関連付けられるひずみを決定し、
前記補償信号を決定するうえで前記複数のデータセグメントのそれぞれに関連付けられる前記ひずみを使用する、
ように構成される、
請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光学インテロゲーションシステム。 - 前記データ処理回路は:
前記干渉測定セグメントデータを複数のデータセグメントに分割し、
前記複数のデータセグメントのそれぞれの前記データセグメントを、前記ベースライン参照干渉測定データからの対応するベースライン参照データセグメントと比較し、
時間領域において前記対応するベースライン参照データセグメントと前記複数のデータセグメントとの間のミスアライメントの量を示す時間遅延を決定し、
前記時間領域において前記対応するベースライン参照データセグメント及び前記複数のデータセグメントを整列させるように前記時間遅延を使用する、
ように構成される、
請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光学インテロゲーションシステム。 - 光学インテロゲーションシステムの作動方法であって:
検知ライトガイドの長さに対して光学干渉測定信号を生成するステップ;
前記光学干渉測定信号を使用して干渉測定セグメントデータを生成するステップであって、前記干渉測定セグメントデータは、前記検知ライトガイドの前記長さに沿った前記検知ライトガイドのセグメントに対応する、ステップ;
前記干渉測定セグメントデータをスペクトル領域に変換するステップ;
変換された前記干渉測定セグメントデータをベースライン参照干渉測定データと比較することによって、時変外乱に対する補償信号を決定するステップ;及び
前記時変外乱に対して前記干渉測定セグメントデータの少なくとも一部を補償するように前記補償信号を使用するステップ;を有する、
方法。 - 前記検知ライトガイドの前記長さに対して前記光学干渉測定信号を生成するステップは、前記光学干渉測定信号を生成するための単一の光学干渉計を使用するステップを含む、
請求項10に記載の方法。 - 前記方法は、インテロゲーション光源を含む光周波数領域リフレクトメトリ(OFDR)ベースのシステムを使用し、
前記光学干渉測定信号は、時間に応じた前記検知ライトガイドに沿った後方散乱振幅を示し、
前記検知ライトガイドは光ファイバであり、
前記方法はさらに、前記光ファイバにおけるひずみに対して前記干渉測定セグメントデータを補償するステップを含む、
請求項10に記載の方法。 - 前記補償信号は位相信号であり、
前記方法はさらに:
前記変換された干渉測定セグメントデータから前記位相信号を抽出するステップ;及び
抽出された前記位相信号から直線近似を取り除くことによって前記検知ライトガイドへの前記時変外乱を表す非線形信号を決定するステップ;
を含み、
前記非線形信号は前記補償信号である、
請求項10乃至12のいずれか1項に記載の方法。 - 前記干渉測定セグメントデータを複数のデータセグメントに分割するステップ;
前記複数のデータセグメントのそれぞれを前記スペクトル領域に変換するステップ;
前記スペクトル領域において、合成されたデータセグメントを生成するよう、複数の変換された前記データセグメントを、対応するベースライン参照データセグメントと合成するステップであって、前記対応するベースライン参照データセグメントは、前記ベースライン参照干渉測定データからのものである、ステップ;
合成された前記データセグメントを平均するステップ;
平均された前記合成されたデータセグメントから位相応答を決定するステップ;及び
前記位相応答に基づいて前記時変外乱に対応する時変信号を決定するステップ;をさらに含む、
請求項10乃至12のいずれか1項に記載の方法。 - 前記干渉測定セグメントデータを複数のデータセグメントに分割するステップ;
前記複数のデータセグメントのそれぞれに関連付けられるひずみを決定するステップであって、前記ひずみは、前記複数のデータセグメントの隣接する前記データセグメントの応答間のミスアライメントの量を示す、ステップ、及び
前記補償信号を決定するうえで前記複数のデータセグメントのそれぞれに関連付けられる前記ひずみを使用するステップ、をさらに含む、
請求項10乃至12のいずれか1項に記載の方法。 - 前記干渉測定セグメントデータを複数のデータセグメントに分割するステップ;
前記複数のデータセグメントのそれぞれの前記データセグメントを、前記ベースライン参照干渉測定データからの対応するベースライン参照データセグメントと比較するステップ;
時間領域において前記対応するベースライン参照データセグメントと前記複数のデータセグメントとの間のミスアライメントの量を示す時間遅延を決定するステップ;及び
前記時間領域において前記対応するベースライン参照データセグメント及び前記複数のデータセグメントを整列させるように前記時間遅延を使用するステップ;をさらに含む、
請求項10乃至12のいずれか1項に記載の方法。
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