JP7331373B2 - 光周波数反射計測装置およびその計測方法 - Google Patents
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Description
本開示は、光周波数反射計測（ＯＦＤＲ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）に関する。
光ファイバ反射計測技術として、非特許文献１（以下、従来技術１と呼ぶ）記載の光周波数反射計測技術（以下、ＯＦＤＲと呼ぶ）が確立されている。ＯＦＤＲでは、光周波数を線形掃引できる周波数掃引光源を用いる。周波数掃引光をプローブ光とローカル光に２分岐し、プローブ光を光ファイバに入射することで発生する光ファイバからの後方散乱光とローカル光のビート信号を測定する。後方散乱光はローカル光に対して、時間的に遅延したレプリカであるため、距離ｚからの後方散乱光とローカル光のビート周波数ｆｂｅａｔは
ｆｂｅａｔ ＝ γ２ｚ／ｃ
で与えられる。ここで、γは周波数掃引速度、ｃは光ファイバ中の光速、２ｚ／ｃは距離ｚからの後方散乱光のローカル光に対する遅延を表す。
ｆｂｅａｔ ＝ γ２ｚ／ｃ
で与えられる。ここで、γは周波数掃引速度、ｃは光ファイバ中の光速、２ｚ／ｃは距離ｚからの後方散乱光のローカル光に対する遅延を表す。
周波数掃引光源を使うため、光帯域を容易に広帯域化でき、非特許文献２（以下、従来技術２と呼ぶ）では、２２μｍの空間分解能が報告されている。レーザの位相雑音起因の周波数掃引非線形性が空間分解能を劣化させる要因ではあるが、非特許文献３（以下、従来技術３と呼ぶ）では、信号処理によって非線形性を補償することで、空間分解能を劣化させることなく４０ｋｍの長距離測定が報告されている。
Ｗ． Ｅｉｃｋｈｏｆｆ ａｎｄ Ｒ． Ｕｌｒｉｃｈ． "Ｏｐｔｉｃａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｏｍａｉｎ ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ ｉｎ ｓｉｎｇｌｅ ｍｏｄｅｆｉｂｅｒ，" Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ．， ｖｏｌ． ３９， １９８１．
Ｂ． Ｊ． Ｓｏｌｌｅｒ ｅｔ ａｌ．， "Ｈｉｇｈ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｏｍａｉｎ ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ ｆｏｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ａｎｄ ａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ，" Ｏｐｔ． Ｅｘｐ．， ｖｏｌ． １３， ｎｏ． ２， ２００５．
Ｘ． Ｆａｎ ｅｔ ａｌ．， "Ｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒ－ｌｅｖｅｌ ｓｐａｔｉａｌ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｖｅｒ ４０ ｋｍ ｒｅａｌｉｚｅｄ ｂｙ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ－ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｐｈａｓｅ－ｎｏｉｓｅ－ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ ＯＦＤＲ，" Ｏｐｔ． Ｅｘｐ．， ｖｏｌ． １９， ｎｏ． ２０， ２０１１．
従来方式における距離は絶対的な距離であり、絶対的な距離を係数γ２／ｃでビート周波数に割り当てている。このため、従来方式には、長距離からの後方散乱光のビート周波数は高くなり、広帯域な受信系が必要という課題があった。さらに、従来方式には、長距離測定においては空間分解能劣化を防ぐためにレーザの位相雑音を補償する信号処理が必要であり、その処理時間のために計測時間が長くなるという課題があった。
そこで、本発明は、上記課題を解決するために、長距離測定を行う場合であっても、広帯域な受信系を用いることなく、位相雑音による空間分解能劣化の少ない反射率分布を測定できる光周波数反射計測装置およびその計測方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る光周波数反射計測装置およびその計測方法は、絶対的な距離にビート周波数を割り当てるのではなく、参照となる距離を基準とした相対距離にビート周波数を割り当てることとした。
具体的には、本発明に係る光周波数反射計測装置は、
被測定光ファイバの長手方向にある任意点を基準とするようにローカル光を遅延する遅延光ファイバと、
前記遅延光ファイバで遅延された前記ローカル光に対する後方散乱光の相対遅延で、前記ローカル光と前記後方散乱光とのビート信号のビート周波数を表現する解析部と、
を備えることを特徴とする。
被測定光ファイバの長手方向にある任意点を基準とするようにローカル光を遅延する遅延光ファイバと、
前記遅延光ファイバで遅延された前記ローカル光に対する後方散乱光の相対遅延で、前記ローカル光と前記後方散乱光とのビート信号のビート周波数を表現する解析部と、
を備えることを特徴とする。
具体的には、本発明に係る光周波数反射計測方法は、ＯＦＤＲで、
被測定光ファイバの長手方向にある任意点を基準とするようにローカル光を遅延光ファイバで遅延し、前記遅延光ファイバで遅延された前記ローカル光に対する後方散乱光の相対遅延で、前記ローカル光と前記後方散乱光とのビート信号のビート周波数を表現することを特徴とする。
被測定光ファイバの長手方向にある任意点を基準とするようにローカル光を遅延光ファイバで遅延し、前記遅延光ファイバで遅延された前記ローカル光に対する後方散乱光の相対遅延で、前記ローカル光と前記後方散乱光とのビート信号のビート周波数を表現することを特徴とする。
本発明に係る光周波数反射計測装置及びその計測方法は、ローカル光を遅延し、参照となる距離を長くすることで、長距離測定においてもビート周波数を高くすることなく測定を実現できる。また信号処理を行うことなくレーザの位相雑音による空間分解能劣化を抑制することができる。
従って、本発明は、長距離測定を行う場合であっても、広帯域な受信系を用いることなく、位相雑音による空間分解能劣化の少ない反射率分布を測定できる光周波数反射計測装置およびその計測方法を提供することができる。
本発明に係る光周波数反射計測装置及びその計測方法は、光９０度ハイブリッドで前記ローカル光と前記後方散乱光とを合波し、前記ビート信号を生成し、前記光９０度ハイブリッドから前記ビート信号の同相成分と直交成分を取得し、前記同相成分と前記直交成分とから前記ビート信号のビート周波数の正負を判断し、前記後方散乱光が発生した被測定光ファイバの長手方向の位置を特定することを特徴とする。
本発明に係る光周波数反射計測装置及びその計測方法は、前記光９０度ハイブリッドからの前記ビート信号の同相成分と直交成分をＡ／Ｄ変換する前に、前記光９０度ハイブリッドからの前記ビート信号の同相成分と直交成分から前記Ａ／Ｄ変換器のナイキスト周波数を超えるビート周波数を低減することを特徴とする。エイリアシングの発生を抑制してノイズを低減できる。
本発明に係る光周波数反射計測装置及びその計測方法は、被測定光ファイバの測定対象となる位置に応じて前記遅延光ファイバの遅延量を変更することを特徴とする。長距離測定においては、ローカル光の遅延を大きくすることで、ビート周波数が高くなることなく長距離からの後方散乱光を測定できる。
本発明は、長距離測定を行う場合であっても、広帯域な受信系を用いることなく、位相雑音による空間分解能劣化の少ない反射率分布を測定できる光周波数反射計測装置およびその計測方法を提供することができる。
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
図１は、本実施形態の光周波数反射計測装置３０１を説明する図である。１は周波数掃引光源、２は光分岐手段、３は遅延光ファイバ、４は光サーキュレータ、５は被測定光ファイバ、６は光９０度ハイブリッド、７－１と７－２はバランス型受光器、８－１と８－２は電気ローパスフィルタ、９はＡ／Ｄ変換器、１０は解析部を表す。
周波数掃引光源１から出力された周波数掃引光は光分岐手段２によって２分岐され、一方は光サーキュレータ４に伝搬するプローブ光として分岐され、もう一方は遅延用光ファイバ３を伝搬し、光９０度ハイブリッド６に伝搬するローカル光として分岐される。光サーキュレータ５を介して被測定光ファイバ５に入射したプローブ光は、被測定光ファイバ５を構成する散乱体によって後方散乱される。後方散乱された光は、被測定光ファイバ５の各位置からの後方散乱光の重ね合わせであり、信号光として光サーキュレータ５を介して光９０度ハイブリッド６に伝搬する。ローカル光と信号光は光９０度ハイブリッド６で合波され、そのビート信号の同相成分と直交成分がそれぞれバランス型受光器７－１と７－２によって検出される。検出されたビート信号の同相成分と直行成分に含まれる不要な高周波はそれぞれローパスフィルタ８－１と８－２で除去される。ローパスフィルタで高周波除去されたビート信号の同相成分と直交成分がＡ／Ｄ変換器９によって数値化（デジタル化）される。測定されたビート信号の同相成分と直交成分は解析部１０において、解析され、被測定光ファイバの反射率が測定される。
遅延用光ファイバ３は、被測定光ファイバ５の長手方向にある任意点を基準とするようにローカル光を遅延する。解析部１０は、遅延光ファイバ３で遅延された前記ローカル光に対する後方散乱光の相対遅延で、前記ローカル光と前記後方散乱光とのビート信号のビート周波数を表現する。
光周波数反射計測装置３０１が、遅延用光ファイバ３の長さを相対距離の基準とし、相対距離における被測定光ファイバ５の反射率を測定できることを説明する。そして、従来技術に対して光周波数反射計測装置３０１が長距離測定において、ビート周波数を高くすることなく測定を実現し、また信号処理を行うことなくレーザの位相雑音による空間分解能劣化を抑制することを説明する。
周波数掃引光源１から出射する光電界波形Ｅ（ｔ）を次式で表す。
ここで、ν０は周波数掃引開始時刻における光周波数、γは周波数掃引速度、θ（ｔ）は光源の位相雑音を表す。ローカル光は長さｚＬＯの遅延用光ファイバを伝搬することで、その電界波形ＥＬＯ（ｔ）は次式で表される。
ここで、τＬＯは遅延用光ファイバの伝搬による遅延、ｃは光ファイバ中の光速を表す。一方、被測定光ファイバからの後方散乱光ＥＳＩＧ （ｔ）は各距離ｚからの後方散乱光の重ね合わせであり、次式で表される。
ここで、τは距離ｚの往復伝搬による遅延、Ｒ（τ）は遅延τにおける光反射率を表す。
（２）式で与えられるローカル光と（３）式で表される後方散乱光は光９０度ハイブリッド６で合波され、ビート信号ＥＳＩＧ
＊（ｔ）・ＥＬＯ（ｔ）の同相成分Ｉ（ｔ）と直交成分Ｑ（ｔ）がバランス型受光器（７－１、７－２）で検出される。
（４）式はビート信号がローカル光の遅延τＬＯを基準とした相対的な遅延τ－τＬＯでビート周波数γ（τ－τＬＯ）が定められる振幅√Ｒ（τ）の波の重ね合わせであることを表す。ビート周波数の正負を見分けるために（６）式で表されるビート信号ＥＳＩＧ
＊（ｔ）・ＥＬＯ（ｔ）の同相成分Ｉ（ｔ）と直交成分Ｑ（ｔ）から解析信号Ｓ（ｔ）を生成する。
（７）式をフーリエ変換し、ビート周波数領域おける解析信号の表式を得る。ここでは簡単のために、（４）式の位相雑音の項θ（ｔ－τ）－θ（ｔ－τＬＯ）は考慮しない。
ここでｆはビート周波数を表す。
（８）式はビート周波数領域における標本化関数δ［２π｛γ（τ－τＬＯ）－ｆ｝］で複素振幅√Ｒ（τ）ｅｘｐ［ｊφ（τ）］を標本化することを表す。（４）式の位相雑音の項θ（ｔ－τ）－θ（ｔ－τＬＯ）は考慮しなかったが、この位相雑音の項は標本化関数の幅を広げる効果を持つ。
（８）式はビート周波数γ（τ－τＬＯ）に複素振幅√Ｒ（τ）ｅｘｐ［ｊφ（τ）］が割り当てられることを表し、絶対的な遅延τにおける複素振幅√Ｒ（τ）ｅｘｐ［ｊφ（τ）］を相対的な遅延ττ－τＬＯで表すことを意味する。相対的な遅延の大きさ｜τ－τＬＯ｜が大きくなるほど（相対的な遅延の基準τＬＯから離れるほど）ビート周波数は大きくなる。
Ａ／Ｄ変換器９のナイキスト周波数を超えるビート周波数はエイリアシングを発生させ、折り返しノイズとなる。これを防ぐためにアンチエイリアスフィルタとしてローパスフィルタ８－１と８－２で（８）式に含まれるビート周波数のうち、低周波のみを抽出する。Ａ／Ｄ変換器９のサンプリングレートをｆｓａｍとすると、Ａ／Ｄ変換器９のナイキスト周波数はｆｓａｍ／２であり、エイリアシングを発生させない条件は次式で与えられる。
（９）式を満たすようにローパスフィルタ８－１と８－２のカットオフ周波数を設定すればエイリアシングを防ぐことができる。
本発明と従来技術を比較する。従来技術では（４）式においてτＬＯ＝０の場合であり、さらにビート信号の成分の同相成分のみを測定するため、（４）－（５）式から、測定されるビート信号Ｓ’（ｔ）は次式で表される。
（１０）式はビート信号が被測定ファイバの絶対的な遅延τでビート周波数γτが定められる振幅√Ｒ（τ）の波の重ね合わせであることを表す。（１０）式のスペクトルを解析することで、ビート周波数γτに反射率Ｒ（τ）を持つスペクトルを得ることができ、このスペクトルは絶対遅延τに反射率Ｒ（τ）を持つ被測定ファイバの反射率を表す。
（７）式と（１０）式を比較すると、図２に示すように、本発明のビート周波数（３１、３２）はローカル光２１の遅延を基準とした相対遅延で与えられる。ビート周波数３１は、遅延τ１の後方散乱光２２のビート周波数γ（τ１－τＬＯ）であり、負の値である。ビート周波数３１は、遅延τ２の後方散乱光２３のビート周波数γ（τ２－τＬＯ）であり、正の値である。長距離測定においては、所望の測定点に応じてローカル光２１の遅延τＬＯを設定する（当該測定点近傍に設定する）ことで、ビート周波数が高くなることなく遠距離からの後方散乱光を測定できる。また、ビート周波数の正負より、設定した遅延より遠端側の後方散乱光なのか近端側の後方散乱光なのかを判断することができる。一方、従来技術では、ビート周波数は被測定ファイバの絶対遅延で与えられるため、遠端からの後方散乱光２３のビート周波数３２（γτ２）は近端からの後方散乱光２２のビート周波数３１（γτ１）より高くなる（図３）。
また位相雑音による空間分解能劣化について、本発明ではθ（ｔ－τ）－θ（ｔ－τＬＯ）で与えられるが、従来技術ではθ（ｔ－τ）－θ（ｔ）で与えられる。２つの位相雑音の間の相対的な遅延量が大きいほど、空間分解能が劣化する。本発明では相対遅延τ－τＬＯで決定するが、従来技術では絶対遅延τで決定するため、長距離測定における位相雑音による空間分解能劣化を抑制することができる。
被測定光ファイバ５が短い、あるいは被測定光ファイバ５の近端側（プローブ光の入射端に近い側）の領域の反射率を測定する場合は、従来技術のようにビート信号のビート周波数を絶対的な距離で与えてもよい。しかし、被測定光ファイバ５が長い、あるいは被測定光ファイバ５の遠端側（プローブ光の入射端から遠い側）の領域の反射率を測定する場合は、本発明のように遅延光ファイバ５でローカル光を遅延し、ビート信号のビート周波数をローカル光の遅延を基準とした相対遅延で与えるとよい。また、反射率を測定しようとする位置に応じてローカル光の遅延量を調整することが好ましい。
（発明の効果）
本発明に係る光反射計測装置は、従来技術に対して以下の有利な特徴を持つ。
本発明に係る光反射計測装置は、従来技術に対して以下の有利な特徴を持つ。
従来技術１～３では、光ファイバの絶対遅延をビート周波数に割り当てるため、長距離測定では広帯域な受信系が求められるが、本発明では、ローカル光の遅延との相対遅延でビート周波数に割り当てる。ローカル光の遅延を長くすることで、長距離からのビート周波数を落とし、広帯域な受信系を必要としない。
従来技術３では、絶対遅延で位相雑音による空間分解能が劣化するため、参照干渉計で測定した位相雑音の時間波形を元に測定されたビート信号がデジタル上でリサンプリング（補間）する信号処理を行った後、リサンプリングされたビート信号をスペクトル解析し、ファイバの反射率を測定していた。本発明では、相対遅延で位相雑音による空間分解能が劣化するため、長距離測定においては、従来技術で発生するほどの空間分解能劣化が発生しない。測定されたビート信号をスペクトル解析のみでファイバの反射率を測定することができる。
［付記］
以下は、本発明に係る光反射計測装置を説明したものである。
以下は、本発明に係る光反射計測装置を説明したものである。
（１）：本発明に係る光反射計測装置は、
被測定光ファイバの反射率分布を測定する装置であって、周波数掃引光源と、前記周波数掃引光源が出力する周波数掃引光を２分岐する光分岐手段と、前記周波数掃引光の一方のうち、被測定光ファイバに入射し、被測定光ファイバからの後方散乱光を導波させる光サーキュレータと、前記周波数掃引光のもう一方をローカル光とし、前記ローカル光に遅延を与える遅延用光ファイバと、前記後方散乱光と前記遅延用光ファイバで遅延を与えられたローカル光を合波する光９０度ハイブリッドと、前記合波された後方散乱光とローカル光のビート信号の同相成分と直交成分を検出し、出力する手段と、前記出力されたビート信号の同相成分と直交成分に含まれる高周波を除去するローパスフィルタと、前記ローパスフィルタによって高周波が除去されたビート信号の同相成分と直交成分をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／Ｄ変換されたビート信号の同相成分と直交成分からスペクトルを解析する解析部から構成される。
被測定光ファイバの反射率分布を測定する装置であって、周波数掃引光源と、前記周波数掃引光源が出力する周波数掃引光を２分岐する光分岐手段と、前記周波数掃引光の一方のうち、被測定光ファイバに入射し、被測定光ファイバからの後方散乱光を導波させる光サーキュレータと、前記周波数掃引光のもう一方をローカル光とし、前記ローカル光に遅延を与える遅延用光ファイバと、前記後方散乱光と前記遅延用光ファイバで遅延を与えられたローカル光を合波する光９０度ハイブリッドと、前記合波された後方散乱光とローカル光のビート信号の同相成分と直交成分を検出し、出力する手段と、前記出力されたビート信号の同相成分と直交成分に含まれる高周波を除去するローパスフィルタと、前記ローパスフィルタによって高周波が除去されたビート信号の同相成分と直交成分をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／Ｄ変換されたビート信号の同相成分と直交成分からスペクトルを解析する解析部から構成される。
（２）：本発明に係る光反射計測装置は、
ローカル光に設けた遅延を基準とした後方散乱光の相対遅延でビート周波数が決まり、光９０度ハイブリッドでビート信号の同相成分と直交成分を測定し、前記ビート信号の同相成分と直交成分からビート信号の解析信号を生成し、前記解析信号の周波数の正負の符号を見分けることで、前記ローカル光の遅延で設定された相対遅延における被測定光ファイバの反射率を測定する。
ローカル光に設けた遅延を基準とした後方散乱光の相対遅延でビート周波数が決まり、光９０度ハイブリッドでビート信号の同相成分と直交成分を測定し、前記ビート信号の同相成分と直交成分からビート信号の解析信号を生成し、前記解析信号の周波数の正負の符号を見分けることで、前記ローカル光の遅延で設定された相対遅延における被測定光ファイバの反射率を測定する。
（３）：本発明に係る光反射計測装置は、
前記ローカル光に設けた遅延を基準とした後方散乱光の相対遅延でビート信号に含まれる位相雑音が決まり、前記ローカル光に設けた遅延を長くすることで、長距離測定におけるビート信号に含まれる位相雑音を低減する。
前記ローカル光に設けた遅延を基準とした後方散乱光の相対遅延でビート信号に含まれる位相雑音が決まり、前記ローカル光に設けた遅延を長くすることで、長距離測定におけるビート信号に含まれる位相雑音を低減する。
１：周波数掃引光源
２：光分岐手段
３：遅延光ファイバ
４：光サーキュレータ
５：被測定光ファイバ
６：光９０度ハイブリッド
７－１、７－２：バランス型受光器
８－１、８－２：電気ローパスフィルタ
９：Ａ／Ｄ変換器
１０：解析部
２１：ローカル光
２２、２３：後方散乱光
３１、３２：ビート周波数
３０１：光周波数反射計測装置
２：光分岐手段
３：遅延光ファイバ
４：光サーキュレータ
５：被測定光ファイバ
６：光９０度ハイブリッド
７－１、７－２：バランス型受光器
８－１、８－２：電気ローパスフィルタ
９：Ａ／Ｄ変換器
１０：解析部
２１：ローカル光
２２、２３：後方散乱光
３１、３２：ビート周波数
３０１：光周波数反射計測装置
Claims (6)
- 光周波数が線形掃引された周波数掃引光を出力する周波数掃引光源と、
前記周波数掃引光源から出力された前記周波数掃引光をプローブ光とローカル光に２分岐し、前記プローブ光を被測定光ファイバに入射する光分岐手段と、
前記被測定光ファイバの長手方向にある任意点を基準とするように前記ローカル光を単一の時間だけ遅延する遅延光ファイバと、
前記遅延光ファイバで単一の時間だけ遅延された１つの前記ローカル光に対する前記被測定光ファイバからの後方散乱光の相対遅延で、前記ローカル光と前記後方散乱光とのビート信号のビート周波数を表現する解析部と、
を備えることを特徴とする光周波数反射計測（ＯＦＤＲ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）装置であって、
前記ローカル光と前記後方散乱光とを合波し、前記ビート信号を生成する光９０度ハイブリッドをさらに備え、
前記解析部は、
前記光９０度ハイブリッドから前記ビート信号の同相成分と直交成分を取得し、前記同相成分と前記直交成分とから前記ビート信号のビート周波数の正負を判断し、前記ビート信号のビート周波数を前記基準からの離隔量として、前記ビート信号のビート周波数の正負を前記基準に対する遠端側であるか近端側であるかとして、前記後方散乱光が発生した前記被測定光ファイバの長手方向の位置を特定することを特徴とするＯＦＤＲ装置。 - 前記光９０度ハイブリッドからの前記ビート信号の同相成分と直交成分それぞれをＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、
前記光９０度ハイブリッドからの前記ビート信号の同相成分と直交成分それぞれから前記Ａ／Ｄ変換器のナイキスト周波数を超えるビート周波数を低減して、前記Ａ／Ｄ変換器へ入力するローパスフィルタと、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のＯＦＤＲ装置。 - 前記遅延光ファイバの遅延量を変更する遅延量可変機構をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のＯＦＤＲ装置。
- 光周波数反射計測（ＯＦＤＲ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）で、
光周波数が線形掃引された周波数掃引光をプローブ光とローカル光に２分岐し、前記プローブ光を被測定光ファイバに入射し、
前記被測定光ファイバの長手方向にある任意点を基準とするように前記ローカル光を単一の時間だけ遅延光ファイバで遅延し、
前記遅延光ファイバで単一の時間だけ遅延された１つの前記ローカル光に対する前記被測定光ファイバからの後方散乱光の相対遅延で、前記ローカル光と前記後方散乱光とのビート信号のビート周波数を表現する
ことを特徴とする計測方法であって、
光９０度ハイブリッドで前記ローカル光と前記後方散乱光とを合波し、前記ビート信号を生成し、
前記光９０度ハイブリッドから前記ビート信号の同相成分と直交成分を取得し、前記同相成分と前記直交成分とから前記ビート信号のビート周波数の正負を判断し、前記ビート信号のビート周波数を前記基準からの離隔量として、前記ビート信号のビート周波数の正負を前記基準に対する遠端側であるか近端側であるかとして、前記後方散乱光が発生した前記被測定光ファイバの長手方向の位置を特定することを特徴とする計測方法。 - 前記光９０度ハイブリッドからの前記ビート信号の同相成分と直交成分それぞれをＡ／Ｄ変換する前に、
前記光９０度ハイブリッドからの前記ビート信号の同相成分と直交成分それぞれからＡ／Ｄ変換器のナイキスト周波数を超えるビート周波数を低減することを特徴とする請求項４に記載の計測方法。 - 前記被測定光ファイバの測定対象となる位置に応じて前記遅延光ファイバの遅延量を変更することを特徴とする請求項４又は５に記載の計測方法。
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|---|---|---|---|---|
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| CN112798025B (zh) * | 2021-03-19 | 2021-08-10 | 武汉昊衡科技有限公司 | 提高ofdr测量空间分辨率的方法及ofdr系统 |
| CN115235367B (zh) * | 2022-07-26 | 2023-04-25 | 北京理工大学 | 一种大应变测量范围的高精度双频光频域反射仪 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003322589A (ja) | 2002-03-01 | 2003-11-14 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | ブリルアンスペクトル分布測定方法および装置 |
| JP2003322588A (ja) | 2002-03-01 | 2003-11-14 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 反射式ブリルアンスペクトル分布測定方法および装置 |
| EP2110646A2 (de) | 2008-04-16 | 2009-10-21 | BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung | Vorrichtung und Verfahren zur Brillouin-Frequenzbereichsanalyse |
| JP2013195225A (ja) | 2012-03-19 | 2013-09-30 | Anritsu Corp | ブリルアンゲインスペクトル測定装置及び方法 |
| US20140176937A1 (en) | 2011-08-18 | 2014-06-26 | Tiegen Liu | Distributed disturbance sensing device and the related demodulation method based on polarization sensitive optical frequency domain reflectometry |
| JP2014209685A (ja) | 2013-04-16 | 2014-11-06 | 日本電信電話株式会社 | マルチキャリア光送信器及びマルチキャリア光送信方法 |
| WO2017115459A1 (ja) | 2015-12-28 | 2017-07-06 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | センサ、およびセンサを用いた水栓装置 |
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|---|---|---|---|---|
| JPH10148596A (ja) * | 1996-11-15 | 1998-06-02 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光反射測定回路 |
| JP3513432B2 (ja) * | 1999-07-27 | 2004-03-31 | 三菱重工業株式会社 | 光周波数領域反射測定装置および光周波数領域反射測定方法 |
| EP1927838B1 (en) * | 2005-09-22 | 2014-11-12 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Method, device and program for measuring wavelength dispersion of optical waveguide |
| WO2008105322A1 (ja) * | 2007-02-28 | 2008-09-04 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | 光リフレクトメトリ測定方法および装置 |
| DE102009043546A1 (de) * | 2009-09-30 | 2011-03-31 | Lios Technology Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur ortsaufgelösten Messung mechanischer Größen, insbesondere mechanischer Schwingungen |
| US9683928B2 (en) * | 2013-06-23 | 2017-06-20 | Eric Swanson | Integrated optical system and components utilizing tunable optical sources and coherent detection and phased array for imaging, ranging, sensing, communications and other applications |
| US10247581B2 (en) * | 2014-04-28 | 2019-04-02 | Optoplan As | Interferometric optical fibre sensor system and method of interrogation |
| WO2016075672A1 (en) * | 2014-11-16 | 2016-05-19 | DSIT Solutions Ltd. | Spectrally efficient optical frequency-domain reflectometry using i/q detection |
| IL243731B (en) * | 2016-01-23 | 2021-01-31 | Dsit Solutions Ltd | Optical reflectometry in the frequency plane by non-linear frequency scanning |
| US10670389B2 (en) * | 2017-02-23 | 2020-06-02 | General Photonics Corporation | Sensitive optical fiber shape sensing based on shape-related optical polarization evolution |
| CN112513567A (zh) * | 2018-07-31 | 2021-03-16 | 古河电气工业株式会社 | 线缆、线缆的形状感测系统、感测系统、线缆形状的感测方法 |
| JP6773091B2 (ja) * | 2018-09-07 | 2020-10-21 | 横河電機株式会社 | 光ファイバ特性測定装置及び光ファイバ特性測定方法 |
| JP2020063971A (ja) * | 2018-10-17 | 2020-04-23 | 横河電機株式会社 | 光ファイバ特性測定装置及び光ファイバ特性測定方法 |
-
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Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003322589A (ja) | 2002-03-01 | 2003-11-14 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | ブリルアンスペクトル分布測定方法および装置 |
| JP2003322588A (ja) | 2002-03-01 | 2003-11-14 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 反射式ブリルアンスペクトル分布測定方法および装置 |
| EP2110646A2 (de) | 2008-04-16 | 2009-10-21 | BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung | Vorrichtung und Verfahren zur Brillouin-Frequenzbereichsanalyse |
| US20140176937A1 (en) | 2011-08-18 | 2014-06-26 | Tiegen Liu | Distributed disturbance sensing device and the related demodulation method based on polarization sensitive optical frequency domain reflectometry |
| JP2013195225A (ja) | 2012-03-19 | 2013-09-30 | Anritsu Corp | ブリルアンゲインスペクトル測定装置及び方法 |
| JP2014209685A (ja) | 2013-04-16 | 2014-11-06 | 日本電信電話株式会社 | マルチキャリア光送信器及びマルチキャリア光送信方法 |
| WO2017115459A1 (ja) | 2015-12-28 | 2017-07-06 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | センサ、およびセンサを用いた水栓装置 |
| JP2018146371A (ja) | 2017-03-06 | 2018-09-20 | 日本電信電話株式会社 | 温度・歪センシング装置及び温度・歪センシング方法 |
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