JP2019521339A - Ofdr呼掛け監視及び最適化のための方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
Description
この出願は、2016年6月29日に出願された「METHODS AND APPARATUS FOR OFDR INTERROGATOR MONITORING AND OPTIMAZATION」という名称の米国仮特許出願第62/355,957号の優先権及び利益を主張し、その全体を参照として本明細書に援用する。
導入部に記載したように、図1は、例示的なOFDR測定システムである。単一のチューナブルレーザ1(tunable laser)によって、ある範囲の周波数/波長に亘って掃引された非増幅光(unamplified light)が、光ネットワーク2に案内され、センサ又はDUT3からの反射光は、光ネットワーク2の基準経路を横断する光と干渉する。結果として得られる光は、検出及び取得エレクトロニクス4によって検出され、デジタル形態に変換され、プロセッサ5において処理されて、所望のOFDR測定値、例えば、ファイバセンサ3の形状を提供する。幾つかの場合において、OFDR測定は、光周波数が増加又は減少する、1つのレーザ掃引方向において行われる。更新速度、掃引速度、及び掃引範囲のような、用途要件に依存して、レーザの単一の掃引方向においてだけ所望の測定を行うことが必ずしも適切であるとは限らない。多くの用途は、上昇/増大する(rising/increasing)及び下降/減少する(falling/decreasing)掃引で連続的に掃引されるレーザを必要とする。
光ファイバ感知システムでは、遅延の測定が重要である。測定される1つの遅延は、マルチコアファイバセンサのコア間の遅延変化である。この遅延変化は、各コアについての基準位相からの位相シフト又は位相差に関して測定されることができる。OFDRシステムでは、光信号及び対応する電気信号がOFDR検出及び取得システムによって検出される前に受ける多くの遅延経路がある。多くの他の遅延の中でも、1つの例示的な遅延は、検出及び取得システムを通じたフォトダイオードへの測定干渉計の基準経路と関連付けられる。
変調されたレーザ光はセンサ測定と干渉することがあるが、干渉がファイバセンサ内の反射事象によって引き起こされることも可能である。本発明者は、この変調信号に対する線形化の効果が理解され且つ説明される必要があることを認識した。線形化は、レーザの瞬間同調速度に基づいて取得された測定データを再サンプリングするプロセスを指す。線形化プロセスの結果は、時間内というよりもむしろ光周波数内で均等に離間する測定データである。
Claims (39)
- 複数の光コアを含む光ファイバセンサを測定する光測定システムであって、
第1の測定範囲の波長に亘ってレーザ光を掃引するように構成されるチューナブルレーザと、
該掃引されたレーザ光を増幅する光増幅器と、
該増幅された掃引されたレーザ光を前記光ファイバセンサに提供し、前記光ファイバセンサからの反射光を出力する、光ネットワークであって、前記出力される反射光は、前記複数の光コアの各々の光コアと関連付けられる、光ネットワークと、
前記光ファイバセンサからの前記出力される反射光を検出し、対応する電気信号に変換する、検出回路構成と、
前記光増幅器の利得を制御して、前記掃引されたレーザ光のパワーを制御する、データ処理回路構成とを含む、
光測定システム。 - 前記光増幅器は、ポンプレーザ源の出力と前記チューナブルレーザに連結される光スプリッタからのレーザ光の部分とに接続されるエルビウムドープファイバ増幅器(EDFA)で実施される、請求項1に記載の光測定システム。
- 当該光測定システムは、前記検出回路構成に連結されるレーザモニタ干渉計と前記光ファイバセンサ及び前記検出回路構成に連結される測定干渉計とを含む前記光ネットワークを備える光周波数領域反射測定法(OFDR)呼掛けシステムであり、
前記チューナブルレーザは、前記検出回路構成が前記チューナブルレーザの下降掃引及び上昇掃引の間に前記光ファイバセンサからOFDR測定データを取得するよう、前記第1の測定範囲の波長に亘って連続的に掃引されるように構成される、
請求項1又は2に記載の光測定システム。 - 前記データ処理回路構成は、前記チューナブルレーザの前記上昇掃引と前記下降掃引との間のレーザパワー不均衡又は変動を補償するために、前記光増幅器の前記利得を制御するように構成される、請求項3に記載の光測定システム。
- 前記データ処理回路構成は、前記第1の測定範囲の波長内の複数の異なる周波数で前記光増幅器の前記利得を補正するように構成される、請求項3に記載の光測定システム。
- 前記データ処理回路構成は、前記第1の測定範囲の波長に亘って実質的に一定なレーザパワーレベルを維持するために、前記光増幅器の前記利得を制御するように構成される、請求項3に記載の光測定システム。
- 前記データ処理回路構成は、前記光増幅器の前記利得を前記チューナブルレーザの前記上昇掃引のための第1の利得及び前記チューナブルレーザの前記下降掃引のための第2の異なる利得に制御するように構成される、請求項3に記載の光測定システム。
- 複数の光コアを含む光ファイバセンサを測定する光周波数領域反射測定法(OFDR)呼掛けシステムであって、
第1の測定範囲の波長に亘ってレーザ光を掃引し、掃引されたレーザ出力信号を生成する、ように構成される、チューナブルレーザと、
既知の信号を前記掃引されたレーザ出力信号に加える変調器と、
前記掃引されたレーザ光を前記光ファイバセンサに提供し、前記光ファイバセンサからの反射光を出力する、光干渉ネットワークであって、前記出力される反射光は、センサ測定データに対応する前記複数の光コアの各光コアと関連付けられる、光干渉ネットワークと、
前記光ファイバセンサからの前記出力される反射光を検出し、対応する電気信号に変換する、検出回路構成と、
前記加えられる既知の信号に基づいて、前記第1の測定範囲の波長内の前記チューナブルレーザの掃引中に取得される前記センサ測定データを処理する、データ処理回路構成とを含む、
OFDR呼掛けシステム。 - 前記データ処理回路構成は、前記加えられる既知の信号に基づいて、前記光干渉ネットワーク、前記光ファイバセンサ、及び前記検出回路構成のうちの1つ又はそれよりも多くによって引き起こされる遅延からの誤差を決定するように構成される、請求項8に記載のOFDR呼掛けシステム。
- レーザドライバを更に含み、前記変調器は、前記レーザドライバの出力に連結される、請求項8又は9に記載のOFDR呼掛けシステム。
- 前記変調器は、デジタルアナログ変換器に連結されるコントローラと、フィルタとを含み、前記デジタルアナログ変換器は、電圧制御される発振器を駆動させるように構成され、前記フィルタは、前記電圧制御される発振器からの出力をフィルタリングして、前記既知の信号を生成する、請求項8又は9に記載のOFDR呼掛けシステム。
- 前記変調器は、数値制御される発振器と、フィルタとを含み、前記数値制御される発振器は、クロック信号を提供するために使用される最上位ビットを有するバイナリ信号を生成し、前記フィルタは、前記クロック信号をフィルタリングして、前記既知の信号を生成する、請求項8又は9に記載のOFDR呼掛けシステム。
- N個の光コアがあり、前記Nは、3よりも大きい正の整数であり、前記変調器は、N個の光コアに対応するN個の位相信号とN−1個の位相差信号とを生成する、数値制御される発振器を含む、請求項8又は9に記載のOFDR呼掛けシステム。
- 前記データ処理回路構成は、前記N−1個の位相差信号に基づいて前記センサ測定データ内に位相誤差を決定するように構成される、請求項13に記載のOFDR呼掛けシステム。
- 前記チューナブルレーザは、レーザ光波長が前記第1の測定範囲の波長内で最小波長から最大波長に増大する上昇掃引と、前記レーザ光波長が前記第1の測定範囲の波長内で前記最大波長から前記最小波長に減少する下降掃引と、前記上昇掃引と前記下降掃引との間で移行するターンアラウンド部分とを含めることによって、第1の測定範囲の波長に亘ってレーザ光を掃引するように構成され、
前記変調器は、前記ターンアラウンド部分の間に前記既知の信号を前記掃引されるレーザ出力信号に加えるよう制御されるように構成される、
請求項14に記載のOFDR呼掛けシステム。 - 前記チューナブルレーザは、レーザ光波長が前記第1の測定範囲の波長内で最小波長から最大波長に増大する上昇掃引と、前記レーザ光波長が前記第1の測定範囲の波長内で前記最大波長から前記最小波長に減少する下降掃引とを含めることによって、前記第1の測定範囲の波長に亘ってレーザ光を掃引するように構成され、
前記変調器は、前記第1の測定範囲の波長の外側の波長で前記既知の信号を前記掃引されるレーザ出力信号に加えるよう制御されるように構成される、
請求項14に記載のOFDR呼掛けシステム。 - 複数の光コアを含む光ファイバセンサを測定する光周波数領域反射測定法(OFDR)呼掛けシステムであって、
レーザ光波長が第1の測定範囲の波長内で最小波長から最大波長に増大するチューナブルレーザの上昇掃引と、前記レーザ光波長が前記第1の測定範囲の波長内で前記最大波長から前記最小波長に減少する前記チューナブルレーザの下降掃引と、前記上昇掃引と前記下降掃引との間で移行するターンアラウンド部分とを含めることによって、前記第1の測定範囲の波長に亘って掃引するように構成される前記チューナブルレーザと、
前記掃引されるレーザ光を前記光ファイバセンサに提供し、前記光ファイバセンサから反射光を出力する、光干渉ネットワークであって、前記出力される反射光は、センサ測定データに対応する前記複数の光コアの各光コアと関連付けられる、光干渉ネットワークと、
前記光ファイバセンサからの前記出力される反射光を検出し、対応する電気信号に変換する、検出回路構成と、
前記第1の測定範囲の波長内の前記チューナブルレーザの前記上昇掃引及び前記下降掃引の間に取得される前記センサ測定データを処理し、前記ターンアラウンド部分の間に追加的な操作を実行する、データ処理回路構成とを含む、
OFDR呼掛けシステム。 - 前記追加的な操作は、前記第1の測定範囲の外側の掃引されるレーザ波長で追加的な測定を実行する、請求項17に記載のOFDR呼掛けシステム。
- 前記第1の測定範囲の外側の前記掃引されるレーザ波長の一部についての前記チューナブルレーザの掃引速度は、前記第1の測定範囲の波長内の波長についての前記チューナブルレーザの掃引速度よりも遅い、請求項18に記載のOFDR呼掛けシステム。
- 前記追加的な操作は、上昇掃引及び前記下降掃引内の前記掃引されるレーザ光のパワーレベルを平衡させる、請求項17に記載のOFDR呼掛けシステム。
- 前記追加的な操作は、前記光ファイバセンサのために散乱ベースのOFDR測定を行うことを含む、請求項17又は請求項18乃至20のうちのいずれか1項に記載のOFDR呼掛けシステム。
- 前記光ファイバセンサは、前記第1の測定範囲の刃町内の光反射をもたらすファイバブラッググレーティングを含み、前記追加的な操作は、前記光反射から波長内で分離される散乱ベースのOFDR測定を行うことを含む、請求項17又は請求項18乃至20のうちのいずれか1項に記載のOFDR呼掛けシステム。
- 前記追加的な操作は、システムダイナミクスに応答してシステム内確認又は調整を実行することを含む、請求項17又は請求項18乃至20のうちのいずれか1項に記載のOFDR呼掛けシステム。
- 複数の光コアを含む光ファイバセンサを測定する方法であって、
第1の測定範囲の波長に亘ってレーザ光を掃引するステップと、
該掃引されるレーザ光を増幅するステップと、
該増幅される掃引されるレーザ光を前記光ファイバセンサに提供し、前記光ファイバセンサから反射光を出力する、ステップであって、前記反射光は、前記複数の光コアの各光コアと関連付けられる、ステップと、
前記光ファイバセンサからの前記反射光を対応する電気信号に変換するステップと、
前記掃引されるレーザ光のパワーを制御するために光増幅器の利得を制御するステップとを含む、
方法。 - 前記光増幅器の前記利得を制御するステップは、
前記レーザ光の上昇掃引及び下降掃引の間のレーザパワー不均衡又は変動を補償するよう前記利得を制御するステップを含む、
請求項24に記載の方法。 - 前記光増幅器の前記利得を制御するステップは、
前記第1の測定範囲の波長内の複数の異なる周波数で前記光増幅器の前記利得を補正するステップを含む、
請求項24に記載の方法。 - 前記光増幅器の前記利得を制御するステップは、
前記第1の測定範囲の波長に亘って実質的に一定なレーザパワーレベルを維持するよう前記利得を制御するステップを含む、
請求項24に記載の方法。 - 前記光増幅器の前記利得を制御するステップは、
前記レーザ光の上昇掃引のための第1の利得と前記レーザ光の下降掃引のための第2の利得とを使用するステップを含む、
請求項24に記載の方法。 - 複数の光コアを含む光ファイバセンサを測定するために光周波数領域反射測定法(OFDR)呼掛けシステムを使用する方法であって、
第1の測定範囲の波長に亘ってチューナブルレーザからのレーザ光を掃引し、掃引されるレーザ出力信号を生成する、ステップと、
既知の信号を前記掃引されるレーザ出力信号に加えるステップと、
光干渉ネットワークを使用して、前記掃引されるレーザ光を前記光ファイバセンサに提供し、前記光ファイバセンサからの反射光を出力する、ステップであって、前記反射光は、センサ測定データに対応する前記複数の光コアの各光コアと関連付けられる、ステップと、
前記光ファイバセンサからの前記反射光を対応する電気信号に変換するステップと、
前記加えられる既知の信号に基づいて、前記第1の測定範囲の波長内の前記レーザ光の掃引中に取得される前記センサ測定データを処理するステップとを含む、
方法。 - 前記第1の測定範囲の波長に亘ってレーザ光を掃引するステップは、
レーザ光が前記第1の測定範囲の波長内で最小波長から最大波長に増大する上昇掃引を含めるステップと、
前記レーザ光が前記第1の測定範囲の波長内で最大波長から最小波長に減少する下降掃引を含めるステップと、
前記上昇掃引と前記下降掃引との間で移行するターンアラウンド部分を含めるステップとを含む、
請求項29に記載の方法。 - 前記既知の信号は、前記ターンアラウンド部分の間に前記掃引されるレーザ出力信号に加えられる、請求項30に記載の方法。
- 前記第1の測定範囲の波長に亘ってレーザ光を掃引するステップは、
レーザ光が前記第1の測定範囲の波長内で最小波長から最大波長に増大する上昇掃引を含めるステップと、
前記レーザ光が前記第1の測定範囲の波長内で最大波長から最小波長に減少する下降掃引を含めるステップとを含み、
前記既知の信号を前記掃引されるレーザ出力信号に加えるステップは、前記第1の測定範囲の波長の外側の波長で加えるステップを含む、
請求項29に記載の方法。 - 複数の光コアを含む光ファイバセンサを測定するために光周波数領域反射測定法(OFDR)呼掛けシステムを使用する方法であって、
レーザ光が第1の測定範囲の波長内で最小波長から最大波長に増大する上昇掃引を含めること、前記レーザ光が前記第1の測定範囲の波長内で最大波長から最小波長に減少する下降掃引を含めること、及び前記上昇掃引と前記下降掃引との間で移行するターンアラウンド部分を含めることによって、第1の波長範囲の波長に亘ってチューナブルレーザからのレーザ光を掃引するステップと、
光干渉ネットワークを使用して、前記掃引されるレーザ光を前記光ファイバセンサに提供し、前記光ファイバセンサからの反射光を出力する、ステップであって、前記反射光は、センサ測定データに対応する前記複数の光コアの各光コアと関連付けられる、ステップと、
前記光ファイバセンサからの前記反射光を対応する電気信号に変換するステップと、
前記上昇掃引及び下降掃引の間に取得される前記センサ測定データを処理するステップと、
前記ターンアラウンド部分の間に追加的な操作を実行するステップとを含む、
方法。 - 前記ターンアラウンド部分の間に追加的な操作を実行するステップは、
前記第1の測定範囲の外側の掃引されるレーザ波長で追加的な測定を実行するステップを含む、
請求項33に記載の方法。 - 前記第1の測定範囲の外側の掃引されるレーザ波長で追加的な測定を実行するステップは、
前記第1の測定範囲の波長内の掃引波長と比べてより遅い速度で前記第1の測定範囲の外側の前記掃引されるレーザ波長の一部を掃引するステップを含む、
請求項34に記載の方法。 - 前記ターンアラウンド部分の間に追加的な操作を実行するステップは、
上昇掃引及び下降掃引内で前記掃引されるレーザ光のパワーレベルを平衡させるステップを含む、
請求項33に記載の方法。 - 前記ターンアラウンド部分の間に追加的な操作を実行するステップは、
前記光ファイバセンサのために散乱ベースのOFDR測定を行うステップを含む、
請求項33に記載の方法。 - 前記光ファイバセンサは、第1の測定範囲の波長内の光反射をもたらすファイバブラッググレーティングを含み、
前記ターンアラウンド部分の間に追加的な操作を実行するステップは、
前記光反射から波長内で分離される散乱ベースのOFDR測定を行うステップを含む、
請求項33に記載の方法。 - 前記ターンアラウンド部分の間に追加的な操作を実行するステップは、
システムダイナミクスに応答してシステム内確認又は調整を実行するステップを含む、
請求項33に記載の方法。
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