JP7435772B2 - 歪変化計測装置及び歪変化計測方法 - Google Patents
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Description
参照時刻にて、周波数が時間に対して線形に変化するチャープを有する第1のチャープパルス光を、カプラで分岐された被測定光ファイバに入射し、第1のチャープパルス光に対する第1の散乱光の信号を取得し、
各モニタ時刻にて、チャープを第1のチャープパルス光と時間軸で反転させた第2のチャープパルス光を前記被測定光ファイバに入射し、第2のチャープパルス光に対する第2の散乱光の信号を取得し、
第1の散乱光の信号を時間軸で反転させてさらにシフトさせた波形と第2の散乱光の信号の波形との間の相関が最大となるシフト量を求め、該シフト量を用いて参照時刻から各モニタ時刻への前記被測定光ファイバでの歪量の変化を算出する。
歪変化計測装置が、周波数が時間に対して線形に変化するチャープを有する第1のチャープパルス光を、カプラで分岐された被測定光ファイバに入射し、第1のチャープパルス光に対する第1の散乱光の信号を取得し、
歪変化計測装置が、チャープを第1のチャープパルス光と時間軸で反転させた第2のチャープパルス光を前記被測定光ファイバに入射し、第2のチャープパルス光に対する第2の散乱光の信号を取得し、
歪変化計測装置が、第1の散乱光の信号を時間軸で反転させてさらにシフトさせた波形と第2の散乱光の信号の波形との間の相関が最大となるシフト量を求め、該シフト量を用いて前記被測定光ファイバでの歪量の変化を算出する。
被測定光ファイバが光カプラで分岐されている場合に、各分岐光ファイバの先に試験光の波長の光を反射する反射素子が存在する構成において、分岐した各分岐光ファイバに生じた歪変化を、高いサンプリングレートで測定する技術を提案する。
提案方法では、OTDR方式をベースとしてパルス光を入射するが、入射パルス光として互いに反転させたチャープを持った2種類の光パルスを使い分けることを特徴とする。
既設・新設を問わず、光カプラの先に試験光を反射する素子(反射フィルタや反射ミラー)が存在している構成であれば、カプラ分岐後の各芯線に加わった振動の分布測定を高いサンプリングレートで実施が可能である。例えば、光ファイバを面的に張り巡らせてセンシングネットワークを構築する場合を考えると、分岐なしでネットワークを構築する場合には途中で断線等の故障が生じると、その箇所以降の全ての地点でのセンシングができなくなってしまうが、カプラを用いた分岐構成のネットワークとすれば冗長性の機能を持たせることなどが可能であり、そのような分岐構成のセンシングネットワークにおける歪変化計測の方法を提供する。
本実施形態例で用いるシステム構成を図1に示す。本実施形態に係る歪変化計測装置は、レーザ1、変調器2、サーキュレータ3、フォトダイオード7、ADボード8、計算機9を備える。歪変化計測装置は、被測定光ファイバ4に接続される。
手順S111では、参照時刻にて、時間に対し瞬間周波数が線型的に変化するチャープを持ったチャープパルス光を被測定光ファイバに入射し、散乱光の信号Irefを取得し記憶部10に保存する。
手順S112では、モニタ時刻にて、手順S111とはチャープを反転させたチャープパルス光を被測定光ファイバに入射し、散乱光の信号Ipを取得し記憶部10に保存する。歪変化を追跡したい複数のモニタ時刻で手順S112を繰り返す。
手順S113では、計算部11において、参照時刻で取得したIrefを時間軸で反転させてさらにシフトさせた波形が、各モニタ時刻で取得したIpの波形との間の相関を最大化するように、反転させたIrefに対するシフト量を計算し、計算したシフト量を用いて、参照時刻から各モニタ時刻への歪量変化を計算する。これら手順をまとめたのが図2である。
・影響1:
変化ΔD#nと変化ΔL#nに伴う試験光および散乱光の伝播時間の変化により、散乱光が入射端へ到達するタイミングが変化することによる影響
・影響2:
前記区間における散乱体同士の間隔が(1+ε#n(D))倍となることにより、各散乱体から散乱された散乱光同士の干渉パターンとして得られる散乱光波形が変化する影響
・影響1の大きさ:
入射端から見かけ上距離2L#n-Dの位置での散乱光を考えているため、散乱光が入射端に到達するタイミングは、光の往復分を考慮して、2(2ΔL#n-ΔD)/cだけ変化する。
・影響2の大きさ:
前記区間での散乱光パワースペクトルを考える。振動が加わる前の参照時刻での散乱光パワースペクトルをσ(D,ω)とすれば、OFDR方式等と同様の考え方により、モニタ時刻にて散乱体同士の間隔が(1+ε#n(D))倍となると、散乱光パワースペクトルσ(D,ω,ε#n(D))は式(10)となる。
実施形態例1では、参照時刻に対して各モニタ時刻での歪量変化を測定することで、振動を追跡した。しかし、参照時刻からモニタ時刻への歪変化が大きくなると、式(15)の絶対値を計算して得られるような、|E#n[D,t,ΔD#n,ΔL#n,ε#n(D)]|が|E#n(D,t)|に対してパラメータt方向にε#n(D)に比例した量だけシフトした波形となる、という近似式が使用できなくなる。この問題に対処するため、本実施形態例では、各モニタ時刻の参照として、一つ手前のモニタ時刻で得られた散乱光波形を使用する方法を説明する。
2、503:変調器
3、504:サーキュレータ
4、505:被測定光ファイバ
5、506:光カプラ
6、507:反射素子
7:フォトダイオード
8:ADボード
9、513:計算機
10、514:記憶部
11、515:計算部
502:カプラ
508:光90度ハイブリッド
509、510:バランスド検出器
511、512:AD変換ボード
Claims (6)
- 歪変化計測装置が、周波数が時間に対して線形に変化するチャープを有する第1のチャープパルス光を、カプラで分岐された被測定光ファイバに入射し、第1のチャープパルス光に対する第1の散乱光の信号を取得し、
歪変化計測装置が、チャープを第1のチャープパルス光と時間軸で反転させた第2のチャープパルス光を前記被測定光ファイバに入射し、第2のチャープパルス光に対する第2の散乱光の信号を取得し、
歪変化計測装置が、第1の散乱光の信号を時間軸で反転させてさらにシフトさせた波形と第2の散乱光の信号の波形との間の相関が最大となるシフト量を求め、該シフト量を用いて前記被測定光ファイバでの歪量の変化を算出する、
歪変化計測方法。 - 前記被測定光ファイバは、カプラで分岐された各分岐光ファイバの先端に反射素子が設けられ、
前記第1の散乱光は、前記反射素子に到達する前の前記被測定光ファイバで散乱された光(以降、通常信号と呼ぶ)であり、
前記第2の散乱光は、前記反射素子により前記第2のチャープパルス光が反射された後、反射された入射端方向へと戻る前記第2のチャープパルス光の伝播に伴って発生した反射素子の方向へと伝播する後方散乱光が、さらに前記反射素子で反射されて入射端方向へ伝播することで検出される信号(以降、ゴースト信号と呼ぶ)を含み、
前記シフト量は、前記ゴースト信号の時間波形と前記通常信号を時間的に反転させてシフトさせた時間波形との相関値を、所定の区間の範囲に限定して計算し、計算した相関値を最大化するようなシフト量である、
請求項1に記載の歪変化計測方法。 - 前記被測定光ファイバは、カプラで分岐された各分岐光ファイバの先端に反射素子が設けられ、
前記第1の散乱光は、前記反射素子により前記第2のチャープパルス光が反射された後、反射された入射端方向へと戻る前記第2のチャープパルス光の伝播に伴って発生した反射素子の方向へと伝播する後方散乱光が、さらに前記反射素子で反射されて入射端方向へ伝播することで検出される信号(以降、ゴースト信号と呼ぶ)を含み、
前記第2の散乱光は、前記反射素子に到達する前の前記被測定光ファイバで散乱された光(以降、通常信号と呼ぶ)であり、
前記シフト量は、前記ゴースト信号の時間波形と前記通常信号を時間的に反転させてシフトさせた時間波形との相関値を、所定の区間の範囲に限定して計算し、計算した相関値を最大化するようなシフト量である、
請求項1に記載の歪変化計測方法。 - 前記第1の散乱光の信号を予め取得し、
振動を追跡する各モニタ時刻にて前記第2の散乱光の信号を取得し、
予め取得した前記第1の散乱光の信号に対する前記各モニタ時刻での前記第2の散乱光の信号の歪変化を計算し、計算した歪変化に基づき歪の時間変化を取得することで前記被測定光ファイバの分布振動計測を行う
請求項1から3のいずれかに記載の歪変化計測方法。 - 振動を追跡する各モニタ時刻にて、前記第1のチャープパルス光と前記第2のチャープパルス光とを交互に被測定光ファイバに入射し、前記第1の散乱光の信号及び前記第2の散乱光の信号を取得し、
モニタ時刻とは異なる時刻で取得した前記第1の散乱光の信号に対する、モニタ時刻での前記第2の散乱光の信号の歪変化を計算し、計算した歪変化に基づき歪の時間変化を取得することで前記被測定光ファイバの分布振動計測を行う
請求項1から3のいずれかに記載の歪変化計測方法。 - 参照時刻にて、周波数が時間に対して線形に変化するチャープを有する第1のチャープパルス光を、カプラで分岐された被測定光ファイバに入射し、第1のチャープパルス光に対する第1の散乱光の信号を取得し、
各モニタ時刻にて、チャープを第1のチャープパルス光と時間軸で反転させた第2のチャープパルス光を前記被測定光ファイバに入射し、第2のチャープパルス光に対する第2の散乱光の信号を取得し、
第1の散乱光の信号を時間軸で反転させてさらにシフトさせた波形と第2の散乱光の信号の波形との間の相関が最大となるシフト量を求め、該シフト量を用いて参照時刻から各モニタ時刻への前記被測定光ファイバでの歪量の変化を算出する、
歪変化計測装置。
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