JP4201995B2 - Optical fiber strain measurement method and apparatus - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバひずみ計測方法およびその装置に関し、より詳細には、2つの歪みが混在する光ファイバの測定区間で散乱されるブリルアン散乱光の各々の歪みに対応するローレンツ型パワースペクトルを推定する光ファイバひずみ計測方法およびその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
光ファイバをセンサとして用いたひずみ計測方法において、光ファイバのひずみは、光ファイバ中に発生する後方散乱光の一つであるブリルアン散乱光の周波数シフト量を計測することで求めることができる。このような性質を利用した光ファイバひずみ測定装置が、例えば、特開平10−90121号公報に開示されている。同公報によれば、光ファイバひずみ測定装置が、測定用の光パルスをセンシング用光ファイバに入射すると、センシング用光ファイバ中でレイリー散乱やブリルアン散乱を受けて後方散乱光が生じる。光ファイバひずみ測定装置は、この後方散乱光を、参照光と合波し、コヒーレント検波した後、検出された光パワースペクトルに基づいてセンシング用光ファイバに生じたひずみに応じた特性の測定波形を出力する。
【0003】
図1は、従来の光ファイバひずみ計測器を示すブロック図である。光ファイバひずみ計測器10は、歪みセンシング用の光ファイバに接続され、信号光と参照光を発生する光源11と、信号光の光周波数を変換する光周波数変換器12と、信号光をパルス化する光パルス変換器13と、ブリルアン散乱光を検出するコヒーレント光受信器14と、検出された光パワーに基づいて測定波形を出力する信号処理部15とから構成されている。
【0004】
このような構成により、光源11から出射された連続光は、信号光と参照光に分岐される。信号光の光周波数は、光周波数変換器12によって11GHz程度高周波数側にシフトされ、光パルス変換器13で光パルスに変換される。光ファイバひずみ計測器10は、この計測用の光パルスをセンシング用の光ファイバに入射し、これによって生じたブリルアン散乱光を受信する。ブリルアン散乱光は、微弱なため、高感度な検出が行えるコヒーレント光受信器14が用いられている。このコヒーレント光受信器14には、受信信号であるブリルアン散乱光と光源から分岐された参照光とが用いられる。通常の通信用光ファイバに、波長が1.55μmの光を入射すると、ブリルアン散乱光は入射光に比べ約11GHz低周波数側にシフトする。従って、光周波数変換器12によって、予めこの11GHzとほぼ等しい周波数だけ高周波数側にシフトする。コヒーレント光受信器14は、ブリルアン散乱光と参照光の周波数差を小さくしたコヒーレント光を受信することができる。信号処理部15は、検出された光パワーに基づいて、センシング用の光ファイバに生じたひずみに応じた特性の測定波形を出力する。
【0005】
このようにして、光ファイバひずみ計測器10は、光ファイバの長さ方向に対して連続的な信号が得られるので、光ファイバの長さ方向でのブリルアン散乱光の分布を知ることができる。すなわち、光パルスを入射してから測定までの遅延時間に対応する長さが、測定されたブリルアン散乱光の散乱された位置となる。しかし、入射光パルスは有限の時間幅を持っており、実際には、この入射光パルス時間幅と光ファイバ中の光速の積で表される長さ(以下、測定区間という。)内で長さ方向に積分されたブリルアン散乱光が測定されることになる。
【0006】
光ファイバのある距離における測定区間において、入射光パルスの周波数とブリルアン散乱光の中心周波数との周波数差ΔνBは、次式で与えられる。
【0007】
【数1】
【0008】
但し、nfは、光ファイバの屈折率、λは、光ファイバに入射する光パルスの波長である。また、vAは、光ファイバ中の音速であり、光ファイバのヤング率とポアソン比と密度とから与えられる。入射光パルスの周波数とブリルアン散乱光の中心周波数との周波数差ΔνBと光ファイバの歪みεとの関係は、
【0009】
【数2】
【0010】
で与えられることが、例えば、倉島、堀口、立田、「ブリルアン散乱を応用した分布型光ファイバセンサ」電子情報通信学会論文誌 C-II,Vol.J.74-C-II,No.5,pp.467-476,1991 に記載されている。ここで、Kεは、光ファイバの歪みとΔνBとを関係付ける定数である。式(1)(2)より、入射光パルスの周波数とブリルアン散乱光の中心周波数との周波数差ΔνBを計測することにより、光ファイバの歪みを測定することができる。入射光パルスの周波数は既知であるので、ブリルアン散乱光のパワースペクトルを推定し、その中心周波数を得ることにより、式(1)(2)より光ファイバの歪みを得ることができる。
【0011】
単一の歪みしか存在しない領域におけるブリルアン散乱光のパワースペクトルの推定手法に関する従来技術について説明する。光ファイバ中で発生するブリルアン散乱光のパワースペクトルは良く知られている様に、ローレンツ型パワースペクトルで良く近似することができる。例えば、C.N.Pannell, J.Dhliwayo and D.J.Webb,“How to estimate the accuracy of a Brillouin distributed temperature sensor, Proc.OFS97(IEEE)”,PP.524-527,New York,1997(以下、文献Pannellという。)または T.Kurashima, T.Horiguchi, H.Izumita, S.Furukawa and Y.Koyamada,“Brillouin Optical-Fiber Time Domain Reflectometry”,IEICE Trans.Comm.,Vol.E76-B,No.4,pp.82-390,1993 に近似方法が記載されている。
【0012】
i番目の観測周波数νiにおける観測雑音を含まないブリルアン散乱光のパワーgTiは、
【0013】
【数3】
【0014】
と数式を用いて書くことができる。但し、νBは、ブリルアン散乱光の中心周波数、ωは、全半値幅(FWHM)、hは、式(1)における最大パワーであり、ピーク値と呼ばれる。通常ブリルアン散乱光のパワー観測時には、観測時に発生する観測雑音が存在する。この観測雑音は、加法的であると仮定すると、観測されるi番目の観測周波数における観測値giは、gTiとこの時の観測雑音Δiを用いて次式の様に表される。
【0015】
【数4】
【0016】
ブリルアン散乱光のパワースペクトル分布の推定とは、観測値giよりgTiあるいは式(3)のνB,ω,hを求める問題である。しかし、観測雑音は、一般的には未知量であるため、gTiあるいはνB,ω,hを直接求めることができない。そこで、通常の最小二乗法では、次式に示す二乗誤差J0を最小とするパラメータνB0,ω0,h0を求め、このパラメータより式(3)を用いて最も確からしいと思われるパワースペクトル分布を求めることになる。
【0017】
【数5】
【0018】
但し、g0iは、式(3)にνB=νB0,ω=ω0,h=h0を代入して求めたブリルアン散乱光の推定値であり、Nは、観測値の個数である。パラメータνB0,ω0,h0を解析的に求めるためには、
【0019】
【数6】
【0020】
を満たすνB0,ω0,h0を求めればよい。
【0021】
しかし、式(1)に示す様に、ローレンツ型パワースペクトルは、推定するパラメータに対して非線形であり、式(6)の解を解析的に求めるのは困難である。この問題を解決するために、下記のJ1を最小化するパラメータを求めることにより、式(5)のJ0を最小化するパラメータを近似的に求める手法が、文献Pannellに提案されている。
【0022】
【数7】
【0023】
式(7)に示す様に、J1を最小化する場合には線形化可能であり、通常の最小二乗法により、解であるパラメータνB0,ω0,h0を求めることができる。上述したように、単一の歪みしか存在しない場合、ブリルアン散乱光のローレンツ型パワースペクトルを推定することが可能である。
【0024】
図2は、2つの歪みが混在する測定区間を示した図である。歪み1,2は、想定している2つの歪みであり、測定区間Bは、この2つの歪みが混在する領域である。測定区間A,Cは、測定区間Bの両側に存在すると想定される単一の歪みしか存在しない領域である。上述したように、光ファイバ歪み測定器において測定されるブリルアン散乱光は、測定区間内に長さ方向に積分された信号である。
【0025】
従って、測定区間A,Cでは、単一の歪みに対応する単一のローレンツ型パワースペクトルにより近似し得るが、2つの歪みが混在する測定区間Bで散乱されるブリルアン散乱光のパワースペクトルは、それぞれの歪みに対応する単一のローレンツ型パワースペクトルの線形和となり、次式の様に近似される。
【0026】
【数8】
【0027】
但し、yCiは、二つの歪みが混在する測定区間Bにおけるi番目の観測周波数でのブリルアン散乱光のパワー、rAi,rBiは、ピーク値を1に規格化した歪み1,2に対応する単一のローレンツ型パワースペクトル、H1,H2はこれらのパワースペクトルの各々のピーク値である。rAi,rBiは、1に規格化した単一のローレンツ型パワースペクトルであることから、次式の様に表すことができる。
【0028】
【数9】
【0029】
但し、νAB0,νBB0は、歪み1,2の対応するローレンツ型パワースペクトルの中心周波数、ωA0,ωB0は、歪み1,2に対応するローレンツ型パワースペクトルの全半値幅である。
【0030】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、2つの歪みが混在する測定区間Bにおけるブリルアン散乱光の観測値に、式(7)で示した単一の歪みしか存在しない領域での線形化手法を適用したとすると、下記の二乗誤差J2を最小化するようにローレンツ型パワースペクトルのパラメータを決定することになる。
【0031】
【数10】
【0032】
但し、gCiは、測定区間Bでの観測値である。しかし、yCiは、式(8)〜(10)に示したように、歪み1,2に対応するローレンツ型パワースペクトルの線形和であるから、
【0033】
【数11】
【0034】
となり、線形化することができない。よって、従来の線形化による最小二乗法は、2つの歪みが混在する測定区間に適用できないという欠点がある。また、上述したように、従来の線形化による最小二乗法は適用してはならないが、もし、誤って2つの歪みが混在する測定区間の観測値に適用された場合、強引に単一のローレンツ型パワースペクトルとして推定するため、誤った中心周波数を推定するのみならず、結果として誤った歪みを推定するという問題があった。
【0035】
なお、最急降下法を用いて2つのローレンツ型パワースペクトルのパラメータνAB0,ωA0,H1,νBB0,ωB0,H2を求めることも考えられるが、ローレンツ型パワースペクトルは、式(8)〜(11)に示すように非線形であり、最急降下法の一般的な欠点であるローカルミニマムの問題、繰り返し回数の増大の問題、初期値の決定問題等を免れず、ローレンツ型パワースペクトルのパラメータおよび最終的に得られる歪みの値の信頼性が低いという問題もあった。
【0036】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、2つの歪みが混在する光ファイバの測定区間で散乱されるブリルアン散乱光の各々の歪みに対応するローレンツ型パワースペクトルのピーク値を推定することにより、光ファイバに発生している長さ方向の歪み分布を求める光ファイバひずみ計測方法およびその装置を提供することにある。
【0037】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、センサとして用いる光ファイバに光パルスを入射し、該光パルスにより発生した後方散乱光の一つであるブリルアン散乱光を、前記光パルスの時間幅と前記光ファイバ中の光の速度との積で表される測定区間において長さ方向に積分されたブルリアン散乱光として計測し、該計測されたブルリアン散乱光のパワースペクトルのピーク値と、該ピーク値を与える中心周波数と全半値幅とを決定して、前記光ファイバに発生している長さ方向の歪み分布を求める光ファイバ歪み計測方法において、前記測定区間のうち単一の第1の歪みのみ存在する第1の測定区間と、前記第1の歪みとは異なる単一の第2の歪みのみ存在する第2の測定区間と、前記第1の歪みと前記第2の歪みとが混在する第3の測定区間とにおいて散乱されたブリルアン散乱光のパワースペクトルをそれぞれ計測する計測ステップと、該計測ステップで計測された前記第1および第2の測定区間の前記パワースペクトルから、前記第1および第2の測定区間におけるピーク値を1に規格化したローレンツ型パワースペクトルをそれぞれ推定する第1推定ステップと、該第1推定ステップで推定された前記規格化したローレンツ型パワースペクトルと、前記計測ステップで計測された前記第3の測定区間の前記パワースペクトルとを用いて、前記第3の測定区間における前記第1および第2の歪みに対応するローレンツ型パワースペクトルのピーク値を推定する第2推定ステップとを備えることを特徴とする。
より具体的には、前記第2推定ステップは、前記第1推定ステップで推定された前記第1および第2の測定区間の前記規格化したローレンツ型パワースペクトル( r Ai , r Bi )の線形和( y Ci )と、前記計測ステップで計測された前記第3の測定区間の前記パワースペクトル( g Ci )との二乗誤差 (J 3 ) が最小となる、前記第3の測定区間における前記第1および第2の歪みに対応するローレンツ型パワースペクトルのピーク値( H 1 , H 2 )を、最小二乗法を用いて推定する。
【0038】
この方法によれば、2つの歪みが混在する光ファイバの測定区間で散乱されるブリルアン散乱光の各々の歪みに対応するローレンツ型パワースペクトルのピーク値を推定することにより、光ファイバに発生している長さ方向の歪み分布を求めることができる。
【0039】
請求項3に記載の発明は、センサとして用いる光ファイバに光パルスを入射するための光パルス生成部と、前記光パルスにより発生した後方散乱光の一つであるブリルアン散乱光を、前記光パルスの時間幅と前記光ファイバ中の光の速度との積で表される測定区間において長さ方向に積分されたブルリアン散乱光として計測する計測部とを備え、前記計測されたブルリアン散乱光のパワースペクトルのピーク値と、該ピーク値を与える中心周波数と全半値幅とを決定して、前記光ファイバに発生している長さ方向の歪み分布を求める光ファイバ歪み計測装置において、前記測定区間のうち単一の第1の歪みのみ存在する第1の測定区間と、前記第1の歪みとは異なる単一の第2の歪みのみ存在する第2の測定区間と、前記第1の歪みと前記第2の歪みとが混在する第3の測定区間とにおいて散乱されたブリルアン散乱光のパワースペクトルをそれぞれ計測する計測手段と、該計測手段で計測された前記第1および第2の測定区間の前記パワースペクトルから、前記第1および第2の測定区間におけるピーク値を1に規格化したローレンツ型パワースペクトルをそれぞれ推定する第1推定手段と、該第1推定手段で推定された前記規格化したローレンツ型パワースペクトルと、前記計測手段で計測された前記第3の測定区間の前記パワースペクトルとを用いて、前記第3の測定区間における前記第1および第2の歪みに対応するローレンツ型パワースペクトルのピーク値を推定する第2推定手段とを備えたことを特徴とする。
より具体的には、前記第2推定手段は、前記第1推定手段で推定された前記第1および第2の測定区間の前記規格化したローレンツ型パワースペクトル( r Ai , r Bi )の線形和( y Ci )と、前記計測手段で計測された前記第3の測定区間の前記パワースペクトル( g Ci )との二乗誤差 (J 3 ) が最小となる、前記第3の測定区間における前記第1および第2の歪みに対応するローレンツ型パワースペクトルのピーク値( H 1 , H 2 )を、最小二乗法を用いて推定する。
【0040】
請求項5に記載の発明は、センサとして用いる光ファイバに光パルスを入射するための光パルス生成部と、前記光パルスにより発生した後方散乱光の一つであるブリルアン散乱光を、前記光パルスの時間幅と前記光ファイバ中の光の速度との積で表される測定区間において長さ方向に積分されたブルリアン散乱光として計測する計測部とを備え、前記計測されたブルリアン散乱光のパワースペクトルのピーク値と、該ピーク値を与える中心周波数と全半値幅とを決定して、前記光ファイバに発生している長さ方向の歪み分布を求める光ファイバ歪み計測装置を制御するプログラムを記録した記録媒体であって、前記測定区間のうち単一の第1の歪みのみ存在する第1の測定区間と、前記第1の歪みとは異なる単一の第2の歪みのみ存在する第2の測定区間と、前記第1の歪みと前記第2の歪みとが混在する第3の測定区間とにおいて散乱されたブリルアン散乱光のパワースペクトルをそれぞれ計測する計測ステップと、該計測ステップで計測された前記第1および第2の測定区間の前記パワースペクトルから、前記第1および第2の測定区間におけるピーク値を1に規格化したローレンツ型パワースペクトルをそれぞれ推定する第1推定ステップと、該第1推定ステップで推定された前記規格化したローレンツ型パワースペクトルと、前記計測ステップで計測された前記第3の測定区間の前記パワースペクトルとを用いて、前記第3の測定区間における前記第1および第2の歪みに対応するローレンツ型パワースペクトルのピーク値を推定する第2推定ステップとをコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であることを特徴とする。
より具体的には、前記第2推定ステップは、前記第1推定ステップで推定された前記第1および第2の測定区間の前記規格化したローレンツ型パワースペクトル( r Ai , r Bi )の線形和( y Ci )と、前記計測ステップで計測された前記第3の測定区間の前記パワースペクトル( g Ci )との二乗誤差 (J 3 ) が最小となる、前記第3の測定区間における前記第1および第2の歪みに対応するローレンツ型パワースペクトルのピーク値( H 1 , H 2 )を、最小二乗法を用いて推定する。
【0041】
請求項7に記載の発明は、センサとして用いる光ファイバに光パルスを入射するための光パルス生成部と、前記光パルスにより発生した後方散乱光の一つであるブリルアン散乱光を、前記光パルスの時間幅と前記光ファイバ中の光の速度との積で表される測定区間において長さ方向に積分されたブルリアン散乱光として計測する計測部とを備え、前記計測されたブルリアン散乱光のパワースペクトルのピーク値と、該ピーク値を与える中心周波数と全半値幅とを決定して、前記光ファイバに発生している長さ方向の歪み分布を求める光ファイバ歪み計測装置を制御するプログラムであって、前記測定区間のうち単一の第1の歪みのみ存在する第1の測定区間と、前記第1の歪みとは異なる単一の第2の歪みのみ存在する第2の測定区間と、前記第1の歪みと前記第2の歪みとが混在する第3の測定区間とにおいて散乱されたブリルアン散乱光のパワースペクトルをそれぞれ計測する計測ステップと、該計測ステップで計測された前記第1および第2の測定区間の前記パワースペクトルから、前記第1および第2の測定区間におけるピーク値を1に規格化したローレンツ型パワースペクトルをそれぞれ推定する第1推定ステップと、該第1推定ステップで推定された前記規格化したローレンツ型パワースペクトルと、前記計測ステップで計測された前記第3の測定区間の前記パワースペクトルとを用いて、前記第3の測定区間における前記第1および第2の歪みに対応するローレンツ型パワースペクトルのピーク値を推定する第2推定ステップとをコンピュータに実行させるためのプログラムであることを特徴とする。
より具体的には、前記第2推定ステップは、前記第1推定ステップで推定された前記第1および第2の測定区間の前記規格化したローレンツ型パワースペクトル( r Ai , r Bi )の線形和( y Ci )と、前記計測ステップで計測された前記第3の測定区間の前記パワースペクトル( g Ci )との二乗誤差 (J 3 ) が最小となる、前記第3の測定区間における前記第1および第2の歪みに対応するローレンツ型パワースペクトルのピーク値( H 1 , H 2 )を、最小二乗法を用いて推定する。
【0042】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
2つの歪みが混在する測定区間での各々の歪みに対応するローレンツ型パワースペクトルの推定方法は、2つの歪みが混在する測定区間の両側に存在すると考えられる単一の歪みしか存在しない測定区間(例えば、図2に示した測定区間Aと測定区間C。)でのブリルアン散乱光のパワースペクトルを利用することにより、2つの歪みが混在する測定区間でのパワースペクトルのパラメータνAB0,ωA0,H1,νBB0,ωB0,H2を求める。
【0043】
図3は、本発明の一実施形態にかかるローレンツ型パワースペクトルの推定方法を示したフローチャートである。ステップS1では、2つの歪みが混在する測定区間の両側にある単一の歪みしか存在しない測定区間の観測値を用いてブリルアン散乱光のローレンツ型パワースペクトルを推定する。推定方法は、例えば、山田、成瀬、「重み付き最小二乗法の繰り返しによるBOTDR波形の推定」信学技報、OFT2000-30,pp.55-60,2000 に記載された従来技術を用いることができる。ステップS2では、ステップS1の推定結果であるローレンツ型パワースペクトルより、ピーク値を1に規格化したローレンツ型パワースペクトルを決定する。
【0044】
次に、ステップS3について説明する。測定区間A,B,Cについて歪み以外の条件は同一だとすると、ステップS2の結果であるピーク値を1に規格化したローレンツ型パワースペクトルは、式(8)におけるrAi,rBiと同一である。従って、求める2つの歪みが混在する測定区間のパラメータのうちνAB0,ωA0,νBB0,ωB0は、ステップS2で求められていることになる。残るピーク値H1,H2は、最小二乗法を用いて次式の二乗誤差J3を最小とする値をH1,H2として推定する。
【0045】
【数12】
【0046】
式(13)を最小とするH1,H2は、次式を満足する解として与えられる。
【0047】
【数13】
【0048】
このようにして、2つの歪みが混在する測定区間でのパワースペクトルのパラメータνAB0,ωA0,H1,νBB0,ωB0,H2を全て得ることができ、2つの歪みが存在する測定区間での各々の歪みに対応するローレンツ型パワースペクトルを推定することができる。
【0049】
本発明にかかる2つ歪みが混在する測定区間での各々の歪みに対応するローレンツ型パワースペクトルの推定方法が、実現可能でありかつ有効であることを、数値シミュレーションを用いて説明する。
【0050】
シミュレーションに用いるピーク値を1に規格化した単一のローレンツ型パワースペクトルrAi(i=1〜100),rBi(i=1〜100)を計算機にて用意する。但し、νAB0=10.5GHz,ωA0=81MHz,νBB0=10.4GHz,ωB0=82MHzを用いている。このシミュレーションに用いたrAi,rBiに、1/50の正規分布で仮定した観測雑音を加算し、シミュレーションに用いた単一の歪みだけの測定区間での観測値を作成する。
【0051】
図4は、シミュレーションに用いた単一の歪みだけの測定区間でのブリルアン散乱光の観測値を示した図である。但し、実線はrAiより作成した観測値、破線はrBiより作成した観測値である。縦軸は、ある値で規格化されていることを想定し、相対値で示している。計算機でもとめたものとは別に、rAi,rBiを基に式(8)に従いyCiを作成する。このyCiの値に、1/50の正規分布で仮定した観測雑音を加算して、シミュレーションに用いた2つの歪みが混在する測定区間での観測値を作成する。
【0052】
図5は、シミュレーションに用いた2つの歪みが混在する測定区間での観測値を示した図である。ここで、H1=0.7,H2=0.3を用いている。これら計算機により作成した観測値に、図3に示した本発明にかかる推定方法を適用して得られた、2つの歪みが混在する測定区間でのパワースペクトルのパラメータνAB0,ωA0,H1,νBB0,ωB0,H2と、シミュレーションに用いた真の値とを比較して表1に示す。
【0053】
【表1】
【0054】
表1に示したように、本発明によりH1,H2を含む2つの歪みが混在する測定区間でのパワースペクトルのパラメータが推定できることが分かる。
【0055】
本実施形態によれば、2つの歪みが混在する測定区間での各々の歪みに対応するローレンツ型パワースペクトルの推定方法が実現可能であり、有効であることが分かる。
【0056】
上述したように、2つ歪みが混在する測定区間での各々の歪みに対応するローレンツ型パワースペクトルの推定方法を用いることにより、2つ歪みが混在する測定区間での各々の歪みに対応するローレンツ型パワースペクトルのパラメータを推定することが可能となる。ここで、2つの歪みが混在する測定区間のブリルアン散乱光のエネルギーは、それぞれに対応するローレンツ型パワースペクトルより次式で表される。
【0057】
【数14】
【0058】
但し、s1は、2つの歪みが混在する測定区間での歪み1に起因するブリルアン散乱光のエネルギー、s2は、歪み2に起因するブリルアン散乱光のエネルギー、rA,rBは離散化される前のrAi,rBiである。
【0059】
歪み1、歪み2に起因するブリルアン散乱光の損失に差が無いとし、各ブリルアン散乱光のエネルギーは、2つの歪みが混在する測定区間内に存在する各歪みの長さに起因するとすると、入射光パルスのエネルギーは一定であるから、式(15)(16)のs1とs2との和は一定となる。従って、ωA0,H1,ωB0,H2を求め、s1とs2との比を計算することにより、2つの歪みが混在する測定区間内に存在する歪み1と歪み2の長さの比を求めることができる。
【0060】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、2つの歪みが混在する測定区間での各々の歪みに対応するローレンツ型パワースペクトルのパラメータを推定することができ、この結果を用いて光ファイバに発生している長さ方向の歪み分布を求めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の光ファイバひずみ計測器を示すブロック図である。
【図2】2つの歪みが混在する測定区間を示した図である。
【図3】本発明の一実施形態にかかるローレンツ型パワースペクトルの推定方法を示したフローチャートである。
【図4】シミュレーションに用いた単一の歪みだけの測定区間でのブリルアン散乱光の観測値を示した図である。
【図5】シミュレーションに用いた2つの歪みが混在する測定区間での観測値を示した図である。
【符号の説明】
10 光ファイバひずみ計測器
11 光源
12 光周波数変換器
13 光パルス変換器
14 コヒーレント光受信器
15 信号処理部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical fiber strain measurement method and apparatus, and more particularly, estimates a Lorentz-type power spectrum corresponding to each strain of Brillouin scattered light scattered in a measurement section of an optical fiber in which two strains are mixed. The present invention relates to an optical fiber strain measurement method and an apparatus therefor.
[0002]
[Prior art]
In the strain measurement method using an optical fiber as a sensor, the strain of the optical fiber can be obtained by measuring the frequency shift amount of Brillouin scattered light, which is one of the backscattered light generated in the optical fiber. An optical fiber strain measuring device using such properties is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 10-90121. According to the publication, when an optical fiber strain measuring apparatus enters a measurement optical pulse into a sensing optical fiber, backscattered light is generated by receiving Rayleigh scattering or Brillouin scattering in the sensing optical fiber. The optical fiber strain measurement device combines the backscattered light with the reference light, performs coherent detection, and then generates a measurement waveform having characteristics corresponding to the strain generated in the sensing optical fiber based on the detected optical power spectrum. Output.
[0003]
FIG. 1 is a block diagram showing a conventional optical fiber strain measuring instrument. An optical fiber
[0004]
With such a configuration, the continuous light emitted from the
[0005]
Thus, since the optical fiber
[0006]
In the measurement section at a certain distance of the optical fiber, the frequency difference Δν between the frequency of the incident light pulse and the center frequency of the Brillouin scattered lightBIs given by:
[0007]
[Expression 1]
[0008]
However, nfIs the refractive index of the optical fiber, and λ is the wavelength of the optical pulse incident on the optical fiber. And vAIs the speed of sound in the optical fiber, and is given by the Young's modulus, Poisson's ratio, and density of the optical fiber. Frequency difference Δν between the frequency of the incident light pulse and the center frequency of the Brillouin scattered lightBAnd the strain ε of the optical fiber is
[0009]
[Expression 2]
[0010]
For example, Kurashima, Horiguchi, Tachida, “Distributed optical fiber sensor using Brillouin scattering”, IEICE Transactions C-II, Vol. J. 74-C-II, No. 5, pp.467-476,1991. Here, Kε is the strain of the optical fiber and ΔνBIs a constant that relates From equations (1) and (2), the frequency difference Δν between the frequency of the incident light pulse and the center frequency of the Brillouin scattered light.BBy measuring this, the strain of the optical fiber can be measured. Since the frequency of the incident light pulse is known, the distortion of the optical fiber can be obtained from the equations (1) and (2) by estimating the power spectrum of the Brillouin scattered light and obtaining its center frequency.
[0011]
The prior art relating to a method for estimating the power spectrum of Brillouin scattered light in a region where only a single strain exists will be described. As is well known, the power spectrum of Brillouin scattered light generated in an optical fiber can be well approximated by a Lorentz power spectrum. For example, CNPannell, J. Dhliwayo and DJ Webb, “How to estimate the accuracy of a Brillouin distributed temperature sensor, Proc. OFS97 (IEEE)”, PP.524-527, New York, 1997 (hereinafter referred to as document Pannell. ) Or T.Kurashima, T.Horiguchi, H.Izumita, S.Furukawa and Y.Koyamada, “Brillouin Optical-Fiber Time Domain Reflectometry”, IEICE Trans.Comm., Vol.E76-B, No.4, pp. 82-390,1993 describes the approximation method.
[0012]
i-th observation frequency νiPower of Brillouin scattered light without observation noiseTiIs
[0013]
[Equation 3]
[0014]
And using mathematical formulas. Where νBIs the center frequency of the Brillouin scattered light, ω is the full width at half maximum (FWHM), h is the maximum power in equation (1), and is called the peak value. Usually, when observing the power of Brillouin scattered light, there is an observation noise generated during the observation. Assuming that this observation noise is additive, the observed value g at the i-th observed frequency observediIs gTiAnd observation noise Δ at this timeiIs expressed as follows.
[0015]
[Expression 4]
[0016]
Estimating the power spectrum distribution of Brillouin scattered light is the observed value giFrom gTiOr ν in equation (3)B, Ω, h. However, since the observation noise is generally an unknown quantity, gTiOr νB, Ω, h cannot be obtained directly. Therefore, in the normal least square method, the square error J0Parameter ν that minimizesB0, Ω0, H0From this parameter, the most probable power spectrum distribution is obtained using equation (3).
[0017]
[Equation 5]
[0018]
Where g0iIs ν in equation (3)B= ΝB0, Ω = ω0, H = h0Is an estimated value of Brillouin scattered light obtained by substituting, and N is the number of observed values. Parameter νB0, Ω0, H0To find it analytically,
[0019]
[Formula 6]
[0020]
Satisfy νB0, Ω0, H0You can ask for.
[0021]
However, as shown in Expression (1), the Lorentz power spectrum is nonlinear with respect to the parameter to be estimated, and it is difficult to analytically obtain the solution of Expression (6). To solve this problem, the following J1By obtaining a parameter that minimizes0A method for approximately obtaining a parameter for minimizing the above is proposed in the document Pannell.
[0022]
[Expression 7]
[0023]
As shown in equation (7), J1Can be linearized, and the parameter ν, which is the solution, can be obtained by ordinary least squares method.B0, Ω0, H0Can be requested. As described above, when only a single strain exists, it is possible to estimate the Lorentz power spectrum of the Brillouin scattered light.
[0024]
FIG. 2 is a diagram showing a measurement section in which two distortions are mixed. The
[0025]
Therefore, in the measurement sections A and C, the power spectrum of the Brillouin scattered light scattered in the measurement section B in which two distortions are mixed can be approximated by a single Lorentz-type power spectrum corresponding to a single distortion. It becomes a linear sum of a single Lorentzian power spectrum corresponding to each distortion, and is approximated by the following equation.
[0026]
[Equation 8]
[0027]
However, yCiIs the power of the Brillouin scattered light at the i-th observation frequency in the measurement section B where two distortions are mixed, rAi, RBiIs a single Lorentz-type power spectrum corresponding to
[0028]
[Equation 9]
[0029]
Where νAB0, ΝBB0Is the center frequency of the corresponding Lorentz-type power spectrum of
[0030]
[Problems to be solved by the invention]
However, if the linearization method in the region where only a single strain exists as shown in Expression (7) is applied to the observed value of Brillouin scattered light in the measurement section B where two strains are mixed, the following square error J2The parameter of the Lorentz type power spectrum is determined so as to minimize.
[0031]
[Expression 10]
[0032]
Where gCiIs an observed value in the measurement section B. But yCiIs a linear sum of Lorentz-type power spectra corresponding to
[0033]
[Expression 11]
[0034]
And cannot be linearized. Therefore, the conventional method of least squares by linearization has a drawback that it cannot be applied to a measurement section in which two distortions are mixed. In addition, as described above, the conventional least square method by linearization should not be applied. However, if it is applied to the observation value of the measurement section in which two distortions are mixed by mistake, the single Lorentz forcefully is forcibly applied. Therefore, there is a problem that not only an erroneous center frequency is estimated but also an erroneous distortion is estimated as a result.
[0035]
Note that the parameter ν of the two Lorentz-type power spectra using the steepest descent methodAB0, ΩA0, H1, ΝBB0, ΩB0, H2However, the Lorentz-type power spectrum is nonlinear as shown in the equations (8) to (11), and it is a problem of local minimum, which is a general drawback of the steepest descent method. There is also a problem that the reliability of the Lorentz-type power spectrum parameters and the finally obtained distortion value is low, without avoiding the problem and the problem of determining the initial value.
[0036]
The present invention has been made in view of such problems, and its object is to provide a Lorentz type corresponding to each distortion of Brillouin scattered light scattered in a measurement section of an optical fiber in which two distortions are mixed. An object of the present invention is to provide an optical fiber strain measurement method and apparatus for obtaining a lengthwise strain distribution generated in an optical fiber by estimating a peak value of a power spectrum.
[0037]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve such an object, the invention according to
More specifically, in the second estimation step, the normalized Lorentz power spectrum (in the first and second measurement sections estimated in the first estimation step) r Ai , r Bi ) Linear sum ( y Ci ), And the power spectrum of the third measurement section measured in the measurement step ( g Ci Squared error with (J Three ) Of the Lorentz power spectrum corresponding to the first and second distortions in the third measurement interval ( H 1 , H 2 ) Is estimated using the least squares method.
[0038]
According to this method, the peak value of the Lorentz-type power spectrum corresponding to each distortion of the Brillouin scattered light scattered in the measurement section of the optical fiber in which two distortions are mixed is estimated to be generated in the optical fiber. The strain distribution in the length direction can be obtained.
[0039]
Claim3The invention described in 1 is directed to an optical pulse generator for making an optical pulse incident on an optical fiber used as a sensor, and Brillouin scattered light that is one of backscattered light generated by the optical pulse.As the Brillouin scattered light integrated in the length direction in the measurement section represented by the product of the time width of the optical pulse and the speed of light in the optical fiber.A measuring unit for measuring,Of measured bullian lightIn the optical fiber strain measuring device for determining the peak value of the power spectrum, the center frequency giving the peak value and the full width at half maximum, and obtaining the strain distribution in the length direction generated in the optical fiber,Of the measurement intervals, a first measurement interval in which only a single first distortion exists, a second measurement interval in which only a single second distortion different from the first distortion exists, and the first The third distortion in which the second distortion and the second distortion are mixedThe power spectrum of the Brillouin scattered light scattered in the measurement intervalRespectivelyA measuring means for measuring, and the measuring means measured by the measuring meansFirst and secondFrom the power spectrum of the measurement interval,First and secondLorentz-type power spectrum with the peak value in the measurement section normalized to 1.RespectivelyA first estimating means for estimating; the normalized Lorentz power spectrum estimated by the first estimating means; and the measuring means measured by the measuring means.ThirdUsing the power spectrum of the measurement section,ThirdSaid in the measurement intervalFirst and secondAnd a second estimating means for estimating a peak value of a Lorentz type power spectrum corresponding to the distortion.
More specifically, the second estimating means is the normalized Lorentz-type power spectrum of the first and second measurement sections estimated by the first estimating means ( r Ai , r Bi ) Linear sum ( y Ci ) And the power spectrum of the third measurement section measured by the measuring means ( g Ci Squared error with (J Three ) Of the Lorentz power spectrum corresponding to the first and second distortions in the third measurement interval ( H 1 , H 2 ) Is estimated using the least squares method.
[0040]
Claim5The invention described in 1 is directed to an optical pulse generator for making an optical pulse incident on an optical fiber used as a sensor, and Brillouin scattered light that is one of backscattered light generated by the optical pulse.As the Brillouin scattered light integrated in the length direction in the measurement section represented by the product of the time width of the optical pulse and the speed of light in the optical fiber.A measuring unit for measuring,Of measured bullian lightA program for controlling an optical fiber strain measuring device that determines a peak value of a power spectrum, a center frequency that gives the peak value, and a full width at half maximum, and calculates a lengthwise strain distribution generated in the optical fiber. A recorded recording medium,Of the measurement intervals, a first measurement interval in which only a single first distortion exists, a second measurement interval in which only a single second distortion different from the first distortion exists, and the first The third distortion in which the second distortion and the second distortion are mixedThe power spectrum of the Brillouin scattered light scattered in the measurement intervalRespectivelyA measurement step for measuring, and the measurement step measured in the measurement stepFirst and secondFrom the power spectrum of the measurement interval,First and secondLorentz-type power spectrum with the peak value in the measurement section normalized to 1.RespectivelyA first estimating step to estimate, the normalized Lorentz-type power spectrum estimated in the first estimating step, and the measured in the measuring stepThirdUsing the power spectrum of the measurement section,ThirdSaid in the measurement intervalFirst and secondIt is a computer-readable recording medium which records the program for making a computer perform the 2nd estimation step which estimates the peak value of a Lorentz type power spectrum corresponding to distortion of this.
More specifically, in the second estimation step, the normalized Lorentz power spectrum (in the first and second measurement sections estimated in the first estimation step) r Ai , r Bi ) Linear sum ( y Ci ), And the power spectrum of the third measurement section measured in the measurement step ( g Ci Squared error with (J Three ) Of the Lorentz power spectrum corresponding to the first and second distortions in the third measurement interval ( H 1 , H 2 ) Is estimated using the least squares method.
[0041]
Claim7The invention described in 1 is directed to an optical pulse generator for making an optical pulse incident on an optical fiber used as a sensor, and Brillouin scattered light that is one of backscattered light generated by the optical pulse.As the Brillouin scattered light integrated in the length direction in the measurement section represented by the product of the time width of the optical pulse and the speed of light in the optical fiber.A measuring unit for measuring,Of measured bullian lightA program for controlling an optical fiber strain measuring device that determines a peak value of a power spectrum, a center frequency that gives the peak value, and a full width at half maximum, and obtains a strain distribution in the length direction generated in the optical fiber. There,Of the measurement intervals, a first measurement interval in which only a single first distortion exists, a second measurement interval in which only a single second distortion different from the first distortion exists, and the first The third distortion in which the second distortion and the second distortion are mixedThe power spectrum of the Brillouin scattered light scattered in the measurement intervalRespectivelyA measurement step for measuring, and the measurement step measured in the measurement stepFirst and secondFrom the power spectrum of the measurement interval,First and secondLorentz-type power spectrum with the peak value in the measurement section normalized to 1.RespectivelyA first estimating step to estimate, the normalized Lorentz-type power spectrum estimated in the first estimating step, and the measured in the measuring stepThirdUsing the power spectrum of the measurement section,ThirdSaid in the measurement intervalFirst and secondAnd a second estimation step for estimating the peak value of the Lorentz power spectrum corresponding to the distortion of the computer.
More specifically, in the second estimation step, the normalized Lorentz power spectrum (in the first and second measurement sections estimated in the first estimation step) r Ai , r Bi ) Linear sum ( y Ci ), And the power spectrum of the third measurement section measured in the measurement step ( g Ci Squared error with (J Three ) Of the Lorentz power spectrum corresponding to the first and second distortions in the third measurement interval ( H 1 , H 2 ) Is estimated using the least squares method.
[0042]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The Lorentz-type power spectrum estimation method corresponding to each distortion in a measurement section in which two distortions coexist is a measurement section in which there is only a single distortion considered to exist on both sides of a measurement section in which two distortions are mixed ( For example, by using the power spectrum of the Brillouin scattered light in the measurement section A and the measurement section C shown in FIG. 2, the parameter ν of the power spectrum in the measurement section in which two distortions are mixed is used.AB0, ΩA0, H1, ΝBB0, ΩB0, H2Ask for.
[0043]
FIG. 3 is a flowchart showing a Lorentz power spectrum estimation method according to an embodiment of the present invention. In step S1, a Lorentz-type power spectrum of Brillouin scattered light is estimated using observation values in a measurement section where only a single strain exists on both sides of a measurement section in which two strains are mixed. As the estimation method, for example, Yamada, Naruse, “Estimation of BOTDR waveform by iterative weighted least-squares method”, IEICE Technical Report, OFT 2000-30, pp.55-60, 2000, use the conventional technique it can. In step S2, a Lorentz power spectrum with a peak value normalized to 1 is determined from the Lorentz power spectrum that is the estimation result of step S1.
[0044]
Next, step S3 will be described. Assuming that the conditions other than the distortion are the same for the measurement sections A, B, and C, the Lorentz power spectrum obtained by normalizing the peak value as a result of step S2 to 1 is represented by rAi, RBiIs the same. Therefore, of the parameters of the measurement section where the two distortions to be found are mixed, νAB0, ΩA0, ΝBB0, ΩB0Is obtained in step S2. Remaining peak value H1, H2Is the square error J3The value that minimizes H1, H2Estimate as
[0045]
[Expression 12]
[0046]
H that minimizes Equation (13)1, H2Is given as a solution satisfying the following equation.
[0047]
[Formula 13]
[0048]
In this way, the parameter ν of the power spectrum in the measurement section where two distortions coexist.AB0, ΩA0, H1, ΝBB0, ΩB0, H2Can be obtained, and the Lorentz-type power spectrum corresponding to each distortion in the measurement section where two distortions exist can be estimated.
[0049]
A numerical simulation is used to explain that the Lorentz-type power spectrum estimation method corresponding to each distortion in a measurement section in which two distortions are mixed according to the present invention is feasible and effective.
[0050]
A single Lorentz-type power spectrum with the peak value used for simulation normalized to 1.Ai(I = 1 to 100), rBi(I = 1 to 100) is prepared by a computer. Where νAB0= 10.5 GHz, ωA0= 81 MHz, νBB0= 10.4 GHz, ωB0= 82 MHz is used. R used in this simulationAi, RBiIs added with the observation noise assumed in the normal distribution of 1/50, and the observation value in the measurement section of only a single distortion used in the simulation is created.
[0051]
FIG. 4 is a diagram showing observed values of Brillouin scattered light in a measurement section with only a single distortion used in the simulation. However, the solid line is rAiObservation values created from the graph, dashed line is rBiIt is the observation value made from. The vertical axis indicates relative values assuming that the values are normalized with a certain value. Apart from what I stopped with the computer, rAi, RBiY according to formula (8)CiCreate This yCiIs added to the observed noise assumed in the normal distribution of 1/50, and the observed value in the measurement section where the two distortions used in the simulation are mixed is created.
[0052]
FIG. 5 is a diagram showing observed values in a measurement section in which two distortions used in the simulation are mixed. Where H1= 0.7, H2= 0.3 is used. The parameter ν of the power spectrum in the measurement section in which two distortions are mixed, obtained by applying the estimation method according to the present invention shown in FIG. 3 to the observation values created by these computers.AB0, ΩA0, H1, ΝBB0, ΩB0, H2And the true value used in the simulation are shown in Table 1.
[0053]
[Table 1]
[0054]
As shown in Table 1, according to the present invention, H1, H2It can be seen that the parameters of the power spectrum can be estimated in the measurement section in which two distortions including are mixed.
[0055]
According to the present embodiment, it can be seen that a Lorentz power spectrum estimation method corresponding to each distortion in a measurement section in which two distortions coexist can be realized and is effective.
[0056]
As described above, by using the Lorentz power spectrum estimation method corresponding to each distortion in the measurement section where two distortions are mixed, the Lorentz corresponding to each distortion in the measurement section where two distortions are mixed. It is possible to estimate the parameters of the type power spectrum. Here, the energy of the Brillouin scattered light in the measurement section in which two strains are mixed is expressed by the following equation from the corresponding Lorentz power spectrum.
[0057]
[Expression 14]
[0058]
However, s1Is the energy of Brillouin scattered light caused by
[0059]
Assuming that there is no difference in loss of Brillouin scattered light due to
[0060]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to estimate the Lorentz power spectrum parameter corresponding to each distortion in the measurement section where two distortions coexist, and the result is generated in the optical fiber. Thus, it is possible to obtain the strain distribution in the length direction.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a conventional optical fiber strain measuring instrument.
FIG. 2 is a diagram showing a measurement section in which two distortions are mixed.
FIG. 3 is a flowchart showing a Lorentz power spectrum estimation method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing observed values of Brillouin scattered light in a measurement section with only a single strain used in the simulation.
FIG. 5 is a diagram showing observed values in a measurement section in which two distortions used in a simulation are mixed.
[Explanation of symbols]
10 Optical fiber strain measuring instrument
11 Light source
12 Optical frequency converter
13 Optical pulse converter
14 Coherent optical receiver
15 Signal processor
Claims (8)
前記測定区間のうち単一の第1の歪みのみ存在する第1の測定区間と、前記第1の歪みとは異なる単一の第2の歪みのみ存在する第2の測定区間と、前記第1の歪みと前記第2の歪みとが混在する第3の測定区間とにおいて散乱されたブリルアン散乱光のパワースペクトルをそれぞれ計測する計測ステップと、
該計測ステップで計測された前記第1および第2の測定区間の前記パワースペクトルから、前記第1および第2の測定区間におけるピーク値を1に規格化したローレンツ型パワースペクトルをそれぞれ推定する第1推定ステップと、
該第1推定ステップで推定された前記規格化したローレンツ型パワースペクトルと、前記計測ステップで計測された前記第3の測定区間の前記パワースペクトルとを用いて、前記第3の測定区間における前記第1および第2の歪みに対応するローレンツ型パワースペクトルのピーク値を推定する第2推定ステップと
を備えることを特徴とする光ファイバ歪み計測方法。A light pulse is incident on an optical fiber used as a sensor, and Brillouin scattered light , which is one of backscattered light generated by the light pulse, is obtained by multiplying the time width of the light pulse by the speed of light in the optical fiber. Measured as bullian scattered light integrated in the length direction in the measurement section represented, and determined the peak value of the power spectrum of the measured bullian scattered light, the center frequency giving the peak value, and the full width at half maximum In the optical fiber strain measurement method for obtaining the strain distribution in the length direction generated in the optical fiber,
Of the measurement intervals, a first measurement interval in which only a single first distortion exists, a second measurement interval in which only a single second distortion different from the first distortion exists, and the first a measurement step of measuring respective power spectrum of the Brillouin scattered light distortion and said second distortion is scattered at a third measuring section to be mixed,
From the power spectrum of the measured said measured in step the first and second measurement interval, the estimated respective Lorentz type power spectrum obtained by normalizing the peak values of the first and second measurement period to 1 1 An estimation step;
Using the normalized Lorentz-type power spectrum estimated in the first estimation step and the power spectrum of the third measurement interval measured in the measurement step, the first in the third measurement interval . And a second estimating step for estimating a peak value of a Lorentz type power spectrum corresponding to the first and second distortions.
前記測定区間のうち単一の第1の歪みのみ存在する第1の測定区間と、前記第1の歪みとは異なる単一の第2の歪みのみ存在する第2の測定区間と、前記第1の歪みと前記第2の歪みとが混在する第3の測定区間とにおいて散乱されたブリルアン散乱光のパワースペクトルをそれぞれ計測する計測手段と、
該計測手段で計測された前記第1および第2の測定区間の前記パワースペクトルから、前記第1および第2の測定区間におけるピーク値を1に規格化したローレンツ型パワースペクトルをそれぞれ推定する第1推定手段と、
該第1推定手段で推定された前記規格化したローレンツ型パワースペクトルと、前記計測手段で計測された前記第3の測定区間の前記パワースペクトルとを用いて、前記第3の測定区間における前記第1および第2の歪みに対応するローレンツ型パワースペクトルのピーク値を推定する第2推定手段と
を備えたことを特徴とする光ファイバ歪み計測装置。An optical pulse generator for making an optical pulse incident on an optical fiber used as a sensor, and Brillouin scattered light that is one of backscattered light generated by the optical pulse, the time width of the optical pulse and the optical fiber in the optical fiber A measurement unit that measures as a Brillouin scattered light integrated in the length direction in a measurement section represented by the product of the speed of light, and a peak value of the power spectrum of the measured Brillouin scattered light , and the peak value In the optical fiber strain measuring device for determining the center frequency and the full width at half maximum to give the strain distribution in the length direction generated in the optical fiber,
Of the measurement intervals, a first measurement interval in which only a single first distortion exists, a second measurement interval in which only a single second distortion different from the first distortion exists, and the first Measuring means for respectively measuring the power spectrum of the Brillouin scattered light scattered in the third measurement section in which the distortion of the second and the second distortion are mixed ,
A first Lorentz-type power spectrum in which the peak values in the first and second measurement sections are normalized to 1 are respectively estimated from the power spectra in the first and second measurement sections measured by the measuring means. An estimation means;
Using a Lorentz type power spectrum in which the normalized estimated by the first estimating means and the power spectrum of the third measurement interval measured by said measuring means, said in the third measurement interval the And a second estimating means for estimating a peak value of a Lorentz type power spectrum corresponding to the first and second distortions.
前記測定区間のうち単一の第1の歪みのみ存在する第1の測定区間と、前記第1の歪みとは異なる単一の第2の歪みのみ存在する第2の測定区間と、前記第1の歪みと前記第2の歪みとが混在する第3の測定区間とにおいて散乱されたブリルアン散乱光のパワースペクトルをそれぞれ計測する計測ステップと、
該計測ステップで計測された前記第1および第2の測定区間の前記パワースペクトルから、前記第1および第2の測定区間におけるピーク値を1に規格化したローレンツ型パワースペクトルをそれぞれ推定する第1推定ステップと、
該第1推定ステップで推定された前記規格化したローレンツ型パワースペクトルと、前記計測ステップで計測された前記第3の測定区間の前記パワースペクトルとを用いて、前記第3の測定区間における前記第1および第2の歪みに対応するローレンツ型パワースペクトルのピーク値を推定する第2推定ステップと
をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。An optical pulse generator for making an optical pulse incident on an optical fiber used as a sensor, and Brillouin scattered light that is one of backscattered light generated by the optical pulse, the time width of the optical pulse and the optical fiber in the optical fiber A measurement unit that measures as a Brillouin scattered light integrated in the length direction in a measurement section represented by the product of the speed of light, and a peak value of the power spectrum of the measured Brillouin scattered light , and the peak value A recording medium on which a program for controlling an optical fiber strain measuring device for determining a distribution of longitudinal strain generated in the optical fiber is determined by determining a center frequency and a full width at half maximum,
Of the measurement intervals, a first measurement interval in which only a single first distortion exists, a second measurement interval in which only a single second distortion different from the first distortion exists, and the first a measurement step of measuring respective power spectrum of the Brillouin scattered light distortion and said second distortion is scattered at a third measuring section to be mixed,
From the power spectrum of the measured said measured in step the first and second measurement interval, the estimated respective Lorentz type power spectrum obtained by normalizing the peak values of the first and second measurement period to 1 1 An estimation step;
Using the normalized Lorentz-type power spectrum estimated in the first estimation step and the power spectrum of the third measurement interval measured in the measurement step, the first in the third measurement interval . A computer-readable recording medium storing a program for causing a computer to execute a second estimation step of estimating a peak value of a Lorentz type power spectrum corresponding to the first and second distortions.
前記測定区間のうち単一の第1の歪みのみ存在する第1の測定区間と、前記第1の歪みとは異なる単一の第2の歪みのみ存在する第2の測定区間と、前記第1の歪みと前記第2の歪みとが混在する第3の測定区間とにおいて散乱されたブリルアン散乱光のパワースペクトルをそれぞれ計測する計測ステップと、
該計測ステップで計測された前記第1および第2の測定区間の前記パワースペクトルから、前記第1および第2の測定区間におけるピーク値を1に規格化したローレンツ型パワースペクトルをそれぞれ推定する第1推定ステップと、
該第1推定ステップで推定された前記規格化したローレンツ型パワースペクトルと、前記計測ステップで計測された前記第3の測定区間の前記パワースペクトルとを用いて、前記第3の測定区間における前記第1および第2の歪みに対応するローレンツ型パワースペクトルのピーク値を推定する第2推定ステップと
をコンピュータに実行させるためのプログラム。An optical pulse generator for making an optical pulse incident on an optical fiber used as a sensor, and Brillouin scattered light that is one of backscattered light generated by the optical pulse, the time width of the optical pulse and the optical fiber A measurement unit that measures as a Brillouin scattered light integrated in the length direction in a measurement section represented by the product of the speed of light, and a peak value of the power spectrum of the measured Brillouin scattered light , and the peak value Is a program for controlling an optical fiber strain measuring device to determine a center frequency and a full width at half maximum to obtain a strain distribution in the length direction generated in the optical fiber,
Of the measurement intervals, a first measurement interval in which only a single first distortion exists, a second measurement interval in which only a single second distortion different from the first distortion exists, and the first a measurement step of measuring respective power spectrum of the Brillouin scattered light distortion and said second distortion is scattered at a third measuring section to be mixed,
From the power spectrum of the measured said measured in step the first and second measurement interval, the estimated respective Lorentz type power spectrum obtained by normalizing the peak values of the first and second measurement period to 1 1 An estimation step;
Using the normalized Lorentz-type power spectrum estimated in the first estimation step and the power spectrum of the third measurement interval measured in the measurement step, the first in the third measurement interval . And a second estimating step for estimating a peak value of a Lorentz type power spectrum corresponding to the first and second distortions.
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