JP6226897B2 - Ofdr装置および方法 - Google Patents
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Description
λ0 = 2nΛ ・・・ (1)
となる。ここで、nは被測定光ファイバの屈折率である。被測定光ファイバの長手方向に歪みεが加わった場合の反射波長の変化Δλは、
λ0+Δλ = 2(n+Δn)(Λ+ΔΛ) ・・・ (2)
となる。
第1の実施形態に係るOFDR装置1Aにおいて、被測定光ファイバ13Aは、例えば図1における重複配置FBG131a,131bのように、格子間隔が異なる2つの重複配置FBG(図1参照)を含む構成を有する。
第2の実施形態に係るOFDR装置1Bにおいて、被測定光ファイバ13Bは、格子間隔が異なる3つの重複配置FBGを含む構成を有する。
第3の実施形態に係るOFDR装置1Cにおいて、被測定光ファイバ13Cは、格子間隔が異なる4つの重複配置FBGを含む構成を有する。
第4の実施形態に係るOFDR装置1Dにおいて、被測定光ファイバ13Dは、格子間隔が異なる5つの重複配置FBGが重ねて書き込まれた構造を有する。
第5の実施形態では、重複配置FBGの反射率(強度)をそれぞれ異なる値にすることにより、測定されたピーク波長がどの反射波長に対応するかを識別し、測定波長範囲外かどうかを検出するものである。これを実現するために、本実施形態に係るOFDR装置1Eにおいて、被測定光ファイバ13Eは、格子間隔および反射率が異なる複数の重複配置FBGが重ねて書き込まれた構造を有する。
第5の実施形態では、測定されたピーク波長の強度(ピーク強度)によって範囲A〜Cを判断している。しかし、被測定光ファイバ13Eの曲げが大きい場合は、曲げによって損失が発生しピーク強度が低下する場合があり、ピーク強度による範囲A〜Cの判断に誤りが発生する場合がある。このような場合は、測定波長範囲内で複数のピークを測定しそれらの強度差によって範囲を判断する方が望ましい。
本実施形態に係る5つの重複配置FBGからの異なる5波長の反射光の反射率差を用いて被測定光ファイバ13Fの歪みを測定する方法によれば、歪み測定可能範囲Δεは、
第2〜第4の実施形態に係る重複配置FBGの波長間隔を変える方法、第5の実施形態に係る重複配置FBGの反射率を変える方法、第6の実施形態に係る重複配置FBGの反射率差を変える方法では、歪み測定可能範囲を更に広げるためにはそれぞれ波長間隔、反射率、反射率差の多値度を上げる必要があり、測定データからの弁別が難しくなる。そこで、多値度を上げずに歪み測定可能範囲を更に広げる方法として、疑似ランダムパターンを用いる方法を以下に説明する。
第8の実施形態では、上述したPRBSパターンに基づいて重複配置FBGの波長間隔を変えることにより歪み測定可能範囲を広げるものである。
PRBSを用いた方法においても、反射波長の間隔の代わりに重複配置FBGの反射率を変えるようにすることも可能である。第9の実施形態では、PRBSパターンに基づいて重複配置FBGの反射率を変えることにより歪み測定可能範囲を広げるものである。
第10の実施形態では、PRBSパターンに基づいて重複配置FBGの反射率差を変えることにより歪み測定可能範囲を広げるものである。
11 掃引光源
12,12K 光合分波部
13 被測定光ファイバ
131,132,133 FBG(ファイバブラッグ回折格子)
131a,131b 重複配置FBG
132a,132b 重複配置FBG
133a,133b 重複配置FBG
14 基準光用光ファイバ
14a 反射膜(反射面)
20,20K 反射波長検出部
21 掃引波長範囲設定部
22 受光器
22K バランス受光器
23 A/D変換器
24 スペクトログラム算出部
25 ピーク波長検出部
26 測定範囲外検出部
27 ピーク波長補正部
Claims (17)
- 波長掃引された光を出力する光源(11)と、ファイバブラッグ回折格子(131〜133)を含む被測定光ファイバ(13)と、前記光源(11)からの出力光の一部を前記被測定光ファイバに入力すると共に前記被測定光ファイバからの反射光と前記光源からの出力光の一部を合波する光合分波部(12)と、前記光合分波部からの光を電気信号に変換する受光器(22)と、前記電気信号をディジタル信号に変換するA/D変換器(23)と、前記ディジタル信号を離散フーリエ変換してスペクトログラムを算出するスペクトログラム算出部(24)と、前記スペクトログラムの波長軸上のピークを検出するピーク波長検出部(25)と、を有し、前記被測定光ファイバの歪み分布または温度分布を測定するOFDR装置において、
前記被測定光ファイバは、反射波長が異なる複数の重複したファイバブラッグ回折格子(131a,131b)を有するものであり、
前記被測定光ファイバの歪みまたは温度変化に対する前記重複した各ファイバブラッグ回折格子のピーク波長の変化の特性を示し、前記特性中、前記ピーク波長の軸方向に所定の測定波長範囲が設定され、前記歪みまたは温度変化の軸方向に連続する複数の歪みまたは温度変化範囲が設定された測定波長範囲外検出条件データ(Ds)に基づき、前記ピーク波長検出部により検出されたピーク波長から、前記被測定光ファイバの歪みまたは温度が含まれる歪みまたは温度変化範囲またはどの前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が前記測定波長範囲の範囲外かを検出する測定範囲外検出部(26)、を備え、
前記測定範囲外検出部による前記歪みまたは温度変化範囲またはどの前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が前記測定波長範囲の範囲外かの検出結果に基づいて前記被測定光ファイバの歪み分布または温度分布を測定することを特徴とするOFDR装置。 - 少なくとも1つの前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が前記測定波長範囲の範囲外であると検出されているときに前記ピーク波長検出部により検出されている前記測定波長範囲の範囲内である測定波長範囲内の前記重複したファイバブラッグ回折格子のピーク波長に歪みまたは温度変化の測定処理用の波長が含まれるか否かを判定し、前記測定波長範囲内の前記重複したファイバブラッグ回折格子のピーク波長に前記測定処理用の波長が含まれないときは、前記測定波長範囲内の前記重複したファイバブラッグ回折格子のピーク波長を前記測定処理用の波長に換算して出力するピーク波長補正部(27)をさらに備えることを特徴とする請求項1記載のOFDR装置。
- 前記被測定光ファイバは、2つの重複したファイバブラッグ回折格子を有するとともに、前記2つの重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長の間隔が前記測定波長範囲の1/2以下に設定され、
前記測定範囲外検出部は、前記ピーク波長検出部により検出されたピーク波長の個数を検出し、検出されたピーク波長の個数が2の場合は前記2つの重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が前記測定波長範囲内と判断し、検出されたピーク波長の個数が1で検出されたピーク波長が測定波長範囲の中間よりも長波長側の場合は長波長側の前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が前記測定波長範囲外と判断し、検出されたピーク波長の個数が1で検出されたピーク波長が測定波長範囲の中間よりも短波長側の場合は短波長側の前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が前記測定波長範囲外と判断することを特徴とする請求項1または2記載のOFDR装置。 - 前記被測定光ファイバは、3つ以上の重複したファイバブラッグ回折格子を有するとともに、前記重複したファイバブラッグ回折格子の隣接する反射波長の間隔が異なる値に設定され、
前記測定範囲外検出部は、前記ピーク波長検出部により検出されたピーク波長の間隔に基づいてどの前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が測定波長範囲外かを推定することを特徴とする請求項1または2記載のOFDR装置。 - 前記被測定光ファイバは、2つ以上の重複したファイバブラッグ回折格子を有し、前記重複した各ファイバブラッグ回折格子の反射率が異なる値に設定され、
前記測定範囲外検出部は、前記ピーク波長検出部により検出されたピーク波長の強度に基づいてどの前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が測定波長範囲外かを推定することを特徴とする請求項1または2記載のOFDR装置。 - 前記被測定光ファイバは、n個(n≧3)の重複したファイバブラッグ回折格子を有し、前記重複したファイバブラッグ回折格子の隣接する反射波長の間隔がそれぞれ異なる値に設定されるとともに、前記反射波長のうちの最長の反射波長と最短の反射波長との差が前記測定波長範囲の(n−1)/2倍以下に設定され、
前記ピーク波長検出部は、2つの前記重複したファイバブラッグ回折格子のピーク波長を検出し、
前記測定範囲外検出部は、前記検出された2つのピーク波長の間隔に基づいてどの前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が測定波長範囲外かを推定することを特徴とする請求項4記載のOFDR装置。 - 前記被測定光ファイバは、n個(n≧2)の重複したファイバブラッグ回折格子を有し、前記重複した各ファイバブラッグ回折格子の反射率がそれぞれ異なる値に設定されるとともに、前記重複した各ファイバブラッグ回折格子の反射波長のうちの最長の反射波長と最短の反射波長との差が前記測定波長範囲の(n−1)倍以下に設定され、
前記ピーク波長検出部は、1つの前記重複したファイバブラッグ回折格子のピーク波長を検出し、
前記測定範囲外検出部は、前記検出されたピーク波長の強度に基づいてどの前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が測定波長範囲外かを推定することを特徴とする請求項5記載のOFDR装置。 - 前記被測定光ファイバは、n個(n≧3)の重複したファイバブラッグ回折格子を有し、反射波長が隣接した前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射率の差がそれぞれ異なる値に設定されるとともに、前記重複した各ファイバブラッグ回折格子の反射波長のうちの最長の反射波長と最短の反射波長との差が前記測定波長範囲の(n−1)/2倍以下に設定され、
前記ピーク波長検出部は、2つの前記重複したファイバブラッグ回折格子のピーク波長を検出し、
前記測定範囲外検出部は、前記検出された2つのピーク波長の強度の差に基づいてどの前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が測定波長範囲外かを推定することを特徴とする請求項5記載のOFDR装置。 - 前記重複した各ファイバブラッグ回折格子の反射波長が、波長間隔Δλsの等間隔波長に対してそれぞれシフト無しまたはΔλ1シフトした波長に設定されるとともに、前記シフト無しと前記Δλ1シフトはm段の疑似ランダムパターンに従って選択され、
前記ピーク波長検出部は、少なくともm個のピーク波長を検出し、
前記測定範囲外検出部は、隣接する前記ピーク波長の間隔がΔλsかΔλs+Δλ1かΔλs−Δλ1かを弁別して少なくともmビットのパターンを検出し、前記少なくともmビットのパターンから前記疑似ランダムパターンの位相を求めてどの前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が測定波長範囲外かを推定することを特徴とする請求項4記載のOFDR装置。 - 前記重複したファイバブラッグ回折格子の隣接した反射波長の間隔がそれぞれΔλ0またはΔλ1に設定されるとともに、前記Δλ0またはΔλ1はm段の疑似ランダムパターンに従って選択され、
前記ピーク波長検出部は、少なくとも(m+1)個のピーク波長を検出し、
前記測定範囲外検出部は、隣接する前記ピーク波長の間隔がΔλ0またはΔλ1かを弁別して少なくともmビットのパターンを検出し、前記少なくともmビットのパターンから前記疑似ランダムパターンの位相を求めてどの前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が測定波長範囲外かを推定することを特徴とする請求項4記載のOFDR装置。 - 前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射率がそれぞれR0またはR1に設定されるとともに、前記R0とR1はm段の疑似ランダムパターンに従って選択され、
前記ピーク波長検出部は、少なくともm個のピーク波長を検出し、
前記測定範囲外検出部は、前記ピーク波長の強度から反射率がR0かR1かを弁別して少なくともmビットのパターンを検出し、前記少なくともmビットのパターンから前記疑似ランダムパターンの位相を求めてどの前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が測定波長範囲外かを推定することを特徴とする請求項5記載のOFDR装置。 - 前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射率がそれぞれR0またはR1に設定されるとともに、前記R0とR1はm段の疑似ランダムパターンに従って選択され、
前記ピーク波長検出部は、少なくともm個のピーク波長を検出し、
前記測定範囲外検出部は、隣接した前記ピーク波長の強度差がゼロかR0−R1かR1−R0かを弁別して少なくともmビットのパターンを検出し、前記少なくともmビットのパターンから前記疑似ランダムパターンの位相を求めてどの前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が測定波長範囲外かを推定することを特徴とする請求項5記載のOFDR装置。 - 反射波長が隣接した前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射率の差がそれぞれΔR0またはΔR1に設定されるとともに、前記ΔR0とΔR1はm段の疑似ランダムパターンに従って選択され、
前記ピーク波長検出部は、少なくとも(m+1)個のピーク波長を検出し、
前記測定範囲外検出部は、隣接した前記ピーク波長の強度差から反射率差がΔR0かΔR1かを弁別して少なくともmビットのパターンを検出し、前記少なくともmビットのパターンから前記疑似ランダムパターンの位相を求めてどの前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が測定波長範囲外かを推定することを特徴とする請求項5記載のOFDR装置。 - 波長掃引された光を出力する光源と、ファイバブラッグ回折格子を含む被測定光ファイバと、前記光源からの出力光の一部を前記被測定光ファイバに入力すると共に前記被測定光ファイバからの反射光と前記光源からの出力光の一部を合波する光合分波部と、前記光合分波部からの光を電気信号に変換する受光器と、前記電気信号をディジタル信号に変換するA/D変換器と、前記ディジタル信号を離散フーリエ変換してスペクトログラムを算出するスペクトログラム算出部と、前記スペクトログラムの波長軸上のピークを検出するピーク波長検出部と、を有し、前記被測定光ファイバは、反射波長が異なる複数の重複したファイバブラッグ回折格子を有するOFDR装置における前記被測定光ファイバの歪み分布または温度分布を測定するOFDR方法であって、
前記被測定光ファイバの歪みまたは温度変化に対する前記重複した各ファイバブラッグ回折格子のピーク波長の変化の特性を示し、前記特性中、前記ピーク波長の軸方向に所定の測定波長範囲が設定され、前記歪みまたは温度変化の軸方向に連続する複数の歪みまたは温度変化範囲が設定された測定波長範囲外検出条件データ(Ds)を設定する設定ステップ(S11)と、
前記測定波長範囲外検出条件データと、前記ピーク波長検出部による前記ピーク波長の検出出力とに基づいて、前記被測定光ファイバの歪みまたは温度が含まれる歪みまたは温度変化範囲またはどの前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が前記測定波長範囲の範囲外かを検出する検出ステップ(S14)と、を有し、
前記検出ステップにおける前記歪みまたは温度変化範囲またはどの前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が前記測定波長範囲の範囲外かの検出結果に基づいて前記被測定光ファイバの歪み分布または温度分布を測定することを特徴とするOFDR方法。 - 前記検出ステップで少なくとも1つの前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が前記測定波長範囲の範囲外であると検出されているときに前記ピーク波長検出部により検出されている前記測定波長範囲の範囲内である測定波長範囲内の前記重複したファイバブラッグ回折格子のピーク波長に歪みまたは温度変化の測定処理用の波長が含まれるか否かを判定する判定ステップと、
前記測定波長範囲内の前記重複したファイバブラッグ回折格子のピーク波長に前記測定処理用の波長が含まれないと判定されたときは、前記測定波長範囲内の前記重複したファイバブラッグ回折格子のピーク波長を前記測定処理用の波長に換算して出力するピーク波長補正ステップと、をさらに有することを特徴とする請求項14記載のOFDR方法。 - 前記被測定光ファイバは、3つ以上の重複したファイバブラッグ回折格子を有するとともに、前記重複したファイバブラッグ回折格子の隣接する反射波長の間隔が異なる値に設定され、
前記検出ステップでは、前記ピーク波長検出部により検出されたピーク波長の間隔に基づいてどの前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が測定波長範囲外かを推定することを特徴とする請求項14または15記載のOFDR方法。 - 前記被測定光ファイバは、2つ以上の重複したファイバブラッグ回折格子を有するとともに、前記重複した各ファイバブラッグ回折格子の反射率が異なる値に設定され、
前記検出ステップでは、前記ピーク波長検出部により検出されたピーク波長の強度に基づいてどの前記重複したファイバブラッグ回折格子の反射波長が測定波長範囲外かを推定することを特徴とする請求項14または15記載のOFDR方法。
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