JPH03120437A - Method and device for measuring strain or temperature of optical waveguide - Google Patents
Method and device for measuring strain or temperature of optical waveguideInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、光導波路における歪または温度の測定方法お
よび装置に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method and apparatus for measuring strain or temperature in an optical waveguide.
本願出願人は、光導波路の歪または温度の測定方法およ
び装置として、ブリルアン散乱光を利用したものを提案
している（特願昭６３−１０５６０５号、特願昭６３−
１５４８２８号）。この提案のものは、ブリルアン散乱
光の周波数シフトが、光導波路（例えば、光ファイバ）
に加わっている歪または温度に比例して変化することを
利用したものである。すなわち、光導波路に周波数ｆの
光を入射すると、この入射光と光導波路中の音波との相
互作用により、周波数ｆ−ｆｂの光が後方に散乱される
。この散乱光をブリルアン散乱光、ｆｂをブリルアン周
波数シフトと呼ぶ。このｆｂは光導波路に加わっている
歪または周囲温度に比例して変化するので、ｆｂを測定
することにより、歪ないし温度を測定することが可能と
なる（特願昭６３−１０５６０５号）、シかし、このブ
リルアン散乱光は非常に微弱である。The applicant has proposed a method and device for measuring strain or temperature in an optical waveguide that utilizes Brillouin scattered light (Japanese Patent Application No. 105605/1983;
No. 154828). In this proposal, the frequency shift of Brillouin scattered light is
This method takes advantage of the fact that it changes in proportion to the strain or temperature applied to it. That is, when light of frequency f is incident on the optical waveguide, light of frequency f-fb is scattered backward due to the interaction between the incident light and the sound waves in the optical waveguide. This scattered light is called Brillouin scattered light, and fb is called Brillouin frequency shift. This fb changes in proportion to the strain applied to the optical waveguide or the ambient temperature, so by measuring fb, it is possible to measure strain or temperature (Japanese Patent Application No. 105605/1983). However, this Brillouin scattered light is extremely weak.
そこで、上記入射光に対向して、周波数ｆ−ｆｂのプロ
ーブ光も上記光導波路に入射させると、誘導ブリルアン
散乱が生じるようになり、ｆｂをさらに高精度に測定す
ることも可能となる（特願昭６３−１５４８′２８号）
。Therefore, if a probe light with a frequency f-fb is also made to enter the optical waveguide opposite to the incident light, stimulated Brillouin scattering will occur, making it possible to measure fb with even higher precision (especially (No. 63-1548'28)
.
しかしながら、上述のブリルアン周波数シフトは歪また
は温度のみならず、光導、波路の構成材料にも依存する
ことが知られている。従って、高精度な歪または温度測
定が要求される場合には、光導波路の構成材料のわずか
なばらつきが問題となってくる。上述の先行技術のさら
に解決すべき点を、数値をあげて以下に説明する。However, it is known that the above-mentioned Brillouin frequency shift depends not only on strain or temperature but also on the constituent materials of the optical guide and wave path. Therefore, when highly accurate strain or temperature measurement is required, slight variations in the constituent materials of the optical waveguide become a problem. Further points to be solved in the above-mentioned prior art will be explained below using numerical values.
まず、光導波路として、コアにＧｅｍ２をドープした、
比屈折率差りが約０．３９６の標準的な光ファイバを例
にとる。この光ファイバのブリルアン周波数シフトｆｂ
（Ｄｓｅ）は、
ｆｂ（Ｄｓｅ）−ｆｂｏ（Ｄ）＋Ｂｅ
（１）ｆｂｏ（Ｄ）＝ ｆｂｏ（Ｄｓ）
−Ａ（ＤｓＤ、） （
２）で表すことができる。ここで、ｆｂｏ（Ｄ）および
ｆｂｏ（Ｄｓ） は、それぞれ、歪ｅ＝ｏ％のときのテ
スト光ファイバおよび基準光ファイバのブリルアン周波
数シフトである。また、Ａは、比屈折率差１％当りのブ
リルアン周波数シフトの減少を表す係数であり、上記フ
ァイバの場合、１．０７ＧＨ２／にであることが知られ
ている。また、Ｂは、歪１％当りのブリルアン周波数シ
フトの増加を表す係数であり、Ｂ ＝ ５７９Ｍ）ｌｚ
／９６であることが知られている。First, as an optical waveguide, the core was doped with Gem2,
Take for example a standard optical fiber with a relative index difference of about 0.396. Brillouin frequency shift fb of this optical fiber
(Dse) is fb(Dse)−fbo(D)+Be
(1) fbo(D) = fbo(Ds)
−A(DsD,) (
2). where fbo(D) and fbo(Ds) are the Brillouin frequency shifts of the test optical fiber and the reference optical fiber, respectively, when strain e=o%. Further, A is a coefficient representing a reduction in the Brillouin frequency shift per 1% of the relative refractive index difference, and is known to be 1.07 GH2/ in the case of the above fiber. Also, B is a coefficient representing the increase in Brillouin frequency shift per 1% distortion, and B = 579M)lz
/96 is known.
現在、光通信用に使われている光ファイバの構造パラメ
ータの規格から推定すると、光ファイバの比屈折率差り
は、０．３＊を中心に、約±０．０６％のばらつきがあ
ると考えられる。このばらつきは、上記係数Ａ、Ｂの値
を考慮すると、±６４ＭＨｚのブリルアン周波数シフト
の変化を引き起こし、またそれは、±０．１１％の歪測
定誤差となって現れてくる。もちろん、事前に比屈折率
差りが正確に分かつていれば、この歪測定誤差を無くす
ことが可能であるカミ通常、比屈折率差りの値は未知で
ある。さらに、光ファイバが何本も接続された場合にお
いては、両端以外の光ファイバの比屈折率差りの値は知
る由もない。以上歪測定について説明したが、温度測定
についてもこれと全く同様である。Estimating from the standards for the structural parameters of optical fibers currently used for optical communications, it is estimated that the relative refractive index difference of optical fibers has a variation of approximately ±0.06%, centered on 0.3*. Conceivable. Considering the values of the coefficients A and B, this variation causes a change in the Brillouin frequency shift of ±64 MHz, which also appears as a distortion measurement error of ±0.11%. Of course, if the relative refractive index difference is accurately known in advance, it is possible to eliminate this distortion measurement error.Usually, the value of the relative refractive index difference is unknown. Furthermore, when a number of optical fibers are connected, there is no way to know the value of the relative refractive index difference between the optical fibers other than both ends. Although strain measurement has been described above, temperature measurement is also completely similar.
本発明の目的は、上述の解決すべき課題に鑑みて、光導
波路の構成材料のばらつきが存在する場゛合においても
、高精度に光導波路の歪または温度が測定可能な測定方
法および装置を提供することにある。In view of the above-mentioned problems to be solved, an object of the present invention is to provide a measurement method and apparatus that can measure the strain or temperature of an optical waveguide with high accuracy even when there are variations in the constituent materials of the optical waveguide. It is about providing.
上記目的を達成するため、本発明の方法は、テスト光導
波路の歪または温度を、該テスト光導波路中で発生した
ブリルアン散乱光のブリルアン周波数シフトから測定す
る測定方法において、比屈折率差Ｄｓと、歪が雫のとき
の、または温度が基準温度のときのブリルアン周波数シ
フトｆｂｏ（Ｄｓ）があらかじめわかっている基準光導
波路を用意し、該基準光導波路と前記テスト光導波路に
おける後方レーリー散乱光の強度比をＯＴＤＲ法により
測定し、該後方レーリー散乱光の強度比と、歪が雫のと
きの、または温度が予め設定した基準温度のときの前記
ブリルアン周波数シフトｆｂｏ（Ｄｓ） との関係か
ら、歪が雫のときの、または温度が基準温度のときの前
記テスト光導波路のブリルアン周波数シフトｆｂｏ（Ｄ
）を求め、該テスト光導波路のブリルアン周波数シフト
測定値ｆｂ（Ｄｓｅ）と、該ブリルアン周波数シフトｆ
ｂｏ（ａ）の差周波数ｆｂ（Ｄｓｅ）−ｆｂｏ（Ｄ）か
ら、該テスト光導波路の歪または温度を求めるものであ
る。In order to achieve the above object, the method of the present invention includes a measurement method for measuring the strain or temperature of a test optical waveguide from the Brillouin frequency shift of the Brillouin scattered light generated in the test optical waveguide. , a reference optical waveguide whose Brillouin frequency shift fbo(Ds) is known in advance when the strain is a drop or when the temperature is the reference temperature is prepared, and the backward Rayleigh scattered light in the reference optical waveguide and the test optical waveguide is calculated. The intensity ratio is measured by the OTDR method, and from the relationship between the intensity ratio of the backward Rayleigh scattered light and the Brillouin frequency shift fbo (Ds) when the strain is a drop or when the temperature is a preset reference temperature, Brillouin frequency shift fbo(D
), and the measured Brillouin frequency shift value fb(Dse) of the test optical waveguide and the Brillouin frequency shift f
The strain or temperature of the test optical waveguide is determined from the difference frequency fb(Dse)-fbo(D) of bo(a).
また、本発明の装置は、テスト光導波路の歪または温度
を、該テスト光導波路中で発生したブリルアン散乱光の
ブリルアン周波数シフトから測定する測定装置において
、比屈折率差Ｄｓと、歪が雫のときの、または温度が基
準温度のときのブリルアン周波数シフトｆｂｏ （Ｄｓ
）があらかじめわかっている基準光導波路に接続し、該
基準光導波路と前記テスト光導波路における後方レーリ
ー散乱光の強度比をＯＴＤＲ法により測定する測定手段
と、該測定手段で測定された該後方レーリー散乱光の強
度比と、歪が雫のときの、または温度が予め設定した基
準温度のときの前記ブリルアン周波数シフトｆｂｏｃＤ
ｓ）との関係から、歪が雫のときの、または温度が基準
温度のときの前記テスト光導波路のブリルアン周波数シ
フトｆ ｂｏ （Ｄ）を求め、かつ該テスト光導波路の
ブリルアン周波数シフト測定値ｆｂ（Ｄｓｅ） と、該
ブリルアン周波数シフトｆ ｂｏ （Ｄ）の差周波数ｆ
ｂ（Ｄｓｅ）−ｆｂａ（Ｄ）から、該テスト光導波路の
歪または温度を求める演算手段とを具備するものである
。Furthermore, the apparatus of the present invention is a measurement apparatus that measures the strain or temperature of a test optical waveguide from the Brillouin frequency shift of the Brillouin scattered light generated in the test optical waveguide. Brillouin frequency shift fbo (Ds
) is connected to a reference optical waveguide whose wavelength is known in advance, and measures the intensity ratio of the backward Rayleigh scattered light in the reference optical waveguide and the test optical waveguide by an OTDR method; The intensity ratio of scattered light and the Brillouin frequency shift fbocD when the strain is a drop or when the temperature is a preset reference temperature
s), determine the Brillouin frequency shift f bo (D) of the test optical waveguide when the strain is a drop or when the temperature is the reference temperature, and calculate the measured Brillouin frequency shift fb of the test optical waveguide. (Dse) and the Brillouin frequency shift f bo (D), the difference frequency f
The apparatus also includes calculation means for determining the strain or temperature of the test optical waveguide from b(Dse)-fba(D).
本発明では、ＯＴＤＲ（０ｐｔｉｃａｌ ｔｉｍｅ ｄ
ｏｍａｉｎｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｅｒ ）法により光
導波路のパラメータのばらつきを補正可能にしたので、
高精度な歪、または温度測定が可能である。In the present invention, OTDR (0pical time d
Since it is possible to correct variations in the parameters of the optical waveguide using the omain reflectometer) method,
Highly accurate strain or temperature measurement is possible.
本発明は、光導波路の構成材料の変化と、後方レーリー
散乱光の反射係数の変化の関係を利用することを最も主
要な特徴とする。従って、本発明は、事前に光導波路の
構成材料および各成分を正確に知る必要があった従来技
術とは大きく異なる。The main feature of the present invention is to utilize the relationship between changes in the constituent materials of the optical waveguide and changes in the reflection coefficient of backward Rayleigh scattered light. Therefore, the present invention is significantly different from the conventional technology in which it is necessary to accurately know the constituent material and each component of the optical waveguide in advance.
なお、上述のＯＴＤＲ法は、光導波路中で発生する後方
レーリー散乱光を時間領域で解析を行って検出する測定
法をいい、光パルス試験法とも称されている（たとえば
、Ｍ、に、Ｂａｒｎｏｓｋｉ、ｅｔ ａｌ、。The above-mentioned OTDR method is a measurement method in which backward Rayleigh scattered light generated in an optical waveguide is analyzed and detected in the time domain, and is also called an optical pulse test method (for example, M., Barnoski et al. , et al.
“０ｐｔｉｃａｌ ｔｉｍｅ ｄｏｍａｉｎ ｒｅｆｌ
ｅｃｔｏｍｅｔｅｒ″Ａｐｐｌ。“0ptical time domain refl
ectometer"Appl.
Ｏｐｔ、、Ｖｏｌ、１Ｂ、ｐｐ、２３７５〜２３７９．
１９７７参照）。Opt,, Vol, 1B, pp, 2375-2379.
(see 1977).
（実施例）
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
Ω３Ｊｌｉ（Ｆｌｌｌ
第１図（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の実施例１を説明する
ための図であって、ここで１はＯＴＤＲ法による測定装
置（以下、ＯＴＤＲ測定装置と称する）％Ｓは基準ファ
イバ、ｔはテストファイバである。Ω3Jli(Fllll FIGS. 1(A) to 1(D) are diagrams for explaining Example 1 of the present invention, where 1 is a measuring device using the OTDR method (hereinafter referred to as an OTDR measuring device)% S is the reference fiber and t is the test fiber.
基準ファイバＳは、比屈折率差Ｄ１と、歪が雫のときの
、または温度が基準温度のときのブリルアン周波数シフ
トｆｂｏ （Ｄｓ） とがあらかじめわかっている光導
波路（基準光導波路とする）である。The reference fiber S is an optical waveguide (referred to as a reference optical waveguide) in which the relative refractive index difference D1 and the Brillouin frequency shift fbo (Ds) when the strain is a drop or when the temperature is the reference temperature are known in advance. be.
ＯＴＤＲ測定装置１はテストファイバｔ（テスト光導波
路）の歪または温度を、そのテストファイバを中で発生
したブリルアン散乱光のブリルアン周波数シフトから測
定する装置である。即ち、このＯＴＤＲ測定装置１は、
基準ファイバＳとテストファイバｔにおける後方レーリ
ー散乱光の強度比をＯＴＤＲ法により測定する測定部と
、この測定部で測定された後方レーリー散乱光の強度比
と、歪が雫のときの、または温度が予め設定した基準温
度のときのブリルアン周波数シフトとの関係（以下、関
係■と称する）から、歪が零または温度が基準温度のと
きのテストファイバｔのブリルアン周波数シフトｆｂｏ
（Ｄ）を演算で求め、そのテストファイバｔのブリルア
ン周波数シフト測定値ｆｂ（Ｄｓｅ）と、上記ブリルア
ン周波数シフトｆｂｏ（Ｄ）の差周波数ｆｂ（Ｄｓｅ）
−ｆｂｏ（Ｄ）から、このテストファイバｔの歪または
温度の測定値を求める演算部とから構成されている。The OTDR measuring device 1 is a device that measures the strain or temperature of a test fiber t (test optical waveguide) from the Brillouin frequency shift of Brillouin scattered light generated within the test fiber. That is, this OTDR measuring device 1 has the following characteristics:
A measuring section that measures the intensity ratio of the backward Rayleigh scattered light in the reference fiber S and the test fiber t by the OTDR method, the intensity ratio of the backward Rayleigh scattered light measured by this measuring section, and the temperature when the strain is a drop. From the relationship with the Brillouin frequency shift when fbo is at a preset reference temperature (hereinafter referred to as relationship ■), the Brillouin frequency shift fbo of the test fiber t when the strain is zero or the temperature is the reference temperature.
(D) is obtained by calculation, and the difference frequency fb (Dse) between the measured Brillouin frequency shift value fb (Dse) of the test fiber t and the above Brillouin frequency shift fbo (D) is obtained.
-fbo(D), and an arithmetic unit that calculates the measured value of the strain or temperature of the test fiber t.
次に、本実施例１の動作を説明する。Next, the operation of the first embodiment will be explained.
本実施例では、測定に先だって、まず基準ファイバＳと
テストファイバｔとを接続する。第１図（Ａ）はＯＴＤ
Ｒ測定装置１を基準ファイバＳ側に接続した場合を示し
、第１図（Ｂ）はこの場合のＯＴＤＲ測定装置１の信号
光の光強度についての測定波形を示している。また、第
１図（Ｃ）はＯＴＤＲ測定装置１をテストファイバ側ｔ
に接続した場合を示し、第１図（Ｄ）はこの場合のＯＴ
ＤＲ測定装置１の信号光の光強度についての測定波形を
示している。第１図（Ｂ） 、 （Ｄ）において、各フ
ァイバｓ、ｔの接続点（第１図（Ａ） 、 （Ｃ）でｘ
印で示す）における上記測定波形中の信号強度（光強度
）の段差は、接続損失を表わすだけではなく、基準ファ
イバＳとテストファイバｔの構造パラメータの違いによ
る後方レーリー散乱光強度の違いも表わしている。In this embodiment, before measurement, the reference fiber S and the test fiber t are first connected. Figure 1 (A) is OTD
A case is shown in which the R measuring device 1 is connected to the reference fiber S side, and FIG. 1(B) shows a measurement waveform of the optical intensity of the signal light of the OTDR measuring device 1 in this case. In addition, FIG. 1(C) shows the OTDR measuring device 1 on the test fiber side t.
Figure 1 (D) shows the case where the OT is connected to the OT in this case.
A measurement waveform of the optical intensity of the signal light of the DR measuring device 1 is shown. In Figure 1 (B) and (D), the connection point of each fiber s and t (x in Figure 1 (A) and (C)
The step in the signal intensity (light intensity) in the above measurement waveform (indicated by the mark) not only represents the splice loss, but also represents the difference in the back Rayleigh scattered light intensity due to the difference in the structural parameters of the reference fiber S and the test fiber t. ing.
今、この接続点前後から戻ってきた信号光の強度を、第
１図（Ｂ） 、 （Ｄ）の波形図中に示したように定義
すると、その比は以下の式の通りとなる。Now, if the intensity of the signal light returning from before and after this connection point is defined as shown in the waveform diagrams of FIGS. 1(B) and (D), the ratio will be as shown in the following equation.
Ｒ−Ｐ−ｔ／Ｐｓ＊
−ａ ｔＶｔＳｔＴ’／ ａ ｇＶＪｓ
（３）Ｒｔ−Ｐｔｍ／Ｐｔｔ
−ａ ｇｖｗｓｇＴ’／ ａ ｔＶｔｓｔ
（４）ここで、αはレーリー散乱損失係数、■は
光フアイバ中の光速、Ｓは光フアイバ中で散乱された光
（レーリー散乱光）の中で、光ファイバの導波モードと
なって後方に伝搬する光電力の割合を表す捕捉係数、Ｔ
は接続部の透過率である。添字ｓ、ｔはそれぞれ基準フ
ァイバ、テストファイバであることを表す。上式（３）
と（４）の比をとると、
Ｒｍ／Ｒｔ−（ａ ｔＶｔＳｔ／ ａ ｇＶｓｓｓ）
２（５）となる。R-P-t/Ps* -a tVtStT'/ a gVJs
(3) Rt-Ptm/Ptt-a gvwsgT'/a tVtst
(4) Here, α is the Rayleigh scattering loss coefficient, ■ is the speed of light in the optical fiber, and S is the light scattered in the optical fiber (Rayleigh scattered light) that becomes the guided mode of the optical fiber and goes backwards. The capture coefficient, T, represents the proportion of optical power propagating to
is the transmittance of the connection. The subscripts s and t represent the reference fiber and test fiber, respectively. Above formula (3)
Taking the ratio of (4), Rm/Rt-(a tVtSt/ a gVsss)
2(5).
さらに、以下のことが知られている。Furthermore, the following is known.
α、／α−（０，７５’０．４ＳＤｔ）／ （０，７５
÷０．４５Ｄ、） （６）ｖ ｔ ／ ｖ ｓ ＝
（１＋０．０１ Ｄ ｗ ） ／ （１十〇 −０１０
ｔ ） （７）また簡単な計算から次式が導
かれる。α, /α-(0,75'0.4SDt)/ (0,75
÷0.45D,) (6) v t / v s =
(1+0.01 Dw) / (100 -010
t ) (7) The following equation can also be derived from simple calculations.
Ｓｔ／５−＝Ｄｔ／Ｄ−（８）
上式（５） と（８）から、
Ｒｓ／Ｒｔ−（（［１，７５◆０．４５Ｄｔ） （１１
，０１Ｄ−）Ｄｔ／（０，７５＋０．４５Ｄ、） （１
◆０．０１０ｔ）Ｄ、） ” （９）が得られる。上式
（９）は、テスト光ファイバｔの比屈折率差Ｏｔに関す
る２次方程式に帰着する。St/5-=Dt/D-(8) From the above equations (5) and (8), Rs/Rt-(([1,75◆0.45Dt) (11
,01D-)Dt/(0,75+0.45D,) (1
◆0.010t)D, ) ” (9) is obtained. The above equation (9) results in a quadratic equation regarding the relative refractive index difference Ot of the test optical fiber t.
従って、ＯＴＤＲ測定装置１により、比Ｒａ／Ｒｔを測
定すれば、テスト光ファイバｔの比屈折率差Ｄｔを容易
に求められることがわかる。このようにして求めたＤｔ
を上式（２）のＤに代入することにより、歪が零のとき
のテスト光ファイバｔのブリルアン周波数シフトｆｂｏ
（Ｄｔ）が求まる。すなわち、上式（２） 、 （９）
から、歪が零のときのテスト光ファイバｔのブリルアン
周波数シフトｆｂｏ（Ｏｔ） と、ＯＴＤＲ法により
得られる比Ｒ，／Ｒ１の関係（関係のと称する）が得ら
れる。Therefore, it can be seen that by measuring the ratio Ra/Rt with the OTDR measuring device 1, the relative refractive index difference Dt of the test optical fiber t can be easily determined. Dt obtained in this way
By substituting D into D in the above equation (2), the Brillouin frequency shift fbo of the test optical fiber t when the strain is zero is obtained.
(Dt) is found. That is, the above equations (2), (9)
From this, the relationship (referred to as the relationship) between the Brillouin frequency shift fbo(Ot) of the test optical fiber t when the strain is zero and the ratio R, /R1 obtained by the OTDR method can be obtained.
この間係■から得られたｆｂｏ（Ｄｔ） と、測定した
テスト光ファイバｔのブリルアン周波数シフトｆ ｂ
（Ｄ ＊ ｅ）を上式（１）に代入することにより、テ
スト光ファイバの歪ｅを求めることができる。fbo(Dt) obtained from this relationship ① and the measured Brillouin frequency shift f b of the test optical fiber t.
By substituting (D*e) into the above equation (1), the strain e of the test optical fiber can be determined.
第２図は、本発明実施例１において、テストファイバｔ
と基準光ファイバＳの比屈折率差りが異なることによる
ブリルアン周波数シフトの差ｆｂｏ（Ｄ）−ｆｂｏ（Ｄ
ｓ）と、比Ｒ，／Ｒｔとの関係を示す図である。本図に
おける実線は、上式（９）および上式（２）から求めた
計算値である。また、黒丸は、０・０．３本前後の標準
的なファイバ、白丸はＤ−０，５に前後のファイバの実
際の測定値である。実験では、Ｄ−０，鮪のファイバを
基準光ファイバＳとした。本図に示すように、計算値と
実験値とは良く一致していることがわかる。この実験結
果から、ＯＴＤＲ法により比Ｒｓ／ｉｔを求めれば、テ
ストファイバｔの比屈折率りのばらつきによるブリルア
ン周波数シフトの変化を補正することが可能であり、よ
って、本実施例１によれば高精度な歪測定ができること
がわかる。FIG. 2 shows the test fiber t in Example 1 of the present invention.
The difference in the Brillouin frequency shift due to the difference in the relative refractive index difference between the reference optical fiber S and the reference optical fiber S is fbo(D)−fbo(D
s) and the ratio R, /Rt. The solid line in this figure is the calculated value obtained from the above equation (9) and the above equation (2). Further, the black circles are actual measured values for standard fibers around 0.0.3, and the white circles are actual measured values for fibers around D-0.5. In the experiment, the D-0, tuna fiber was used as the reference optical fiber S. As shown in this figure, it can be seen that the calculated values and experimental values are in good agreement. From this experimental result, if the ratio Rs/it is determined by the OTDR method, it is possible to correct the change in the Brillouin frequency shift due to the variation in the relative refractive index of the test fiber t. Therefore, according to the first embodiment, It can be seen that highly accurate strain measurement is possible.
９ｇ
以上の説明は、テスト光ファイバが１本の場合の実施例
についてであった。第３図（Ａ）〜（Ｄ）は、テスト光
ファイバｔが何本も縦方向に直列に接続されたとき、あ
るいは、テスト光ファイバｔのパラメータが長手方向に
変化している場合についての本発明実施例２を説明する
図である。今、接続点（図中、×印）前後から戻ってき
た信号光の強度を、第３図（Ｂ） 、 （Ｄ）に示した
ように定義すると、その比は以下の式の通りとなる。9g The above description was about an example in which there is one test optical fiber. Figures 3(A) to 3(D) show cases in which a number of test optical fibers t are connected in series in the longitudinal direction, or the parameters of the test optical fibers t vary in the longitudinal direction. It is a figure explaining invention Example 2. Now, if we define the intensity of the signal light coming back from before and after the connection point (x mark in the figure) as shown in Figure 3 (B) and (D), the ratio will be as follows: .
Ｒ１（ｚ） −Ｐａｔ （ｚ）／ｐ＊ｓ＝ ａｔ（ｚ）
ｖｔ（ｚ）Ｓｔ（ｚ）Ｔ’（ｚ）／ａ、ｖ、ｓ、 （１
０）Ｒｔ （ｚ） −Ｐｔｇ／Ｐｔｔ （Ｚ）−ｃｘ＠
ＶｍＳｍＴ”／ｃｘｔ（ｚ＞Ｖｔ（Ｚ）ＳｔＣＺ）
（１１）ここで、２は、テスト光ファイバｔｌ〜ｔｎ
の長手方向に沿った位置座標である＠ Ｑｔ（Ｚ）、Ｖ
ｔ（Ｚ）、５ｔ（Ｚ）は、それぞれ、テスト光ファイバ
ｔ１〜ｔｎの着目する位置２における、レーリー散乱損
失係数、光速、捕捉係数である。また、丁（Ｚ）は基準
光ファイバＳと位置２間の、光信号の透過率を表す、上
式（１０） 、 （１１） と上式（３） 、 （４）
とを比較すると、引数（２）の有無の違いがあるの
みである。すなわち、実施例１で述べた議論が、テスト
光ファイバのあらゆる位置２で有効であることがわかる
。よって、ＯＴＤＲ測定装置１１により比Ｒ＊（ｚ）／
Ｒｔ（ｚ）を求めれば、テストファイバｔ、〜ｔｎの比
屈折率差りのばらつきによるブリルアン周波数シフトの
変化を、すべての位置２において補正することが可能で
あり、よって、高精度な歪測定ができることがわかる。R1(z) −Pat(z)/p*s= at(z)
vt(z)St(z)T'(z)/a, v, s, (1
0) Rt (z) -Ptg/Ptt (Z) -cx@
VmSmT”/cxt (z>Vt(Z)StCZ)
(11) Here, 2 is the test optical fiber tl~tn
@Qt(Z), V which is the position coordinate along the longitudinal direction of
t(Z) and 5t(Z) are the Rayleigh scattering loss coefficient, the speed of light, and the capture coefficient at the target position 2 of the test optical fibers t1 to tn, respectively. In addition, Z (Z) represents the transmittance of the optical signal between the reference optical fiber S and position 2, as shown in the above equations (10), (11) and the above equations (3), (4).
Comparing the above, the only difference is the presence or absence of argument (2). That is, it can be seen that the argument described in Example 1 is valid at any position 2 of the test optical fiber. Therefore, the ratio R*(z)/
By determining Rt(z), it is possible to correct changes in the Brillouin frequency shift due to variations in the relative refractive index difference between the test fibers t and ~tn at all positions 2, and therefore, highly accurate distortion measurement is possible. It turns out that you can.
以上、コアにＧｅｍ、をドープした光ファイバを例にと
って説明したが、他のドーパント（Ｐ２Ｏ，、Ｆ。The above description has been made by taking as an example an optical fiber doped with Gem in the core, but other dopants (P2O,, F.
Ａ Ｉ ２０ ｓ ＊ ’ ２０３．Ｔ ｔｏ ２等）
をドープした場合においても、それに対応した式（６）
および係数Ａ、Ｂを使用すれば、全く同様にして高精度
な歪測定が可能である。また以上の説明では、関係■は
式（２）。A I 20 s * ' 203. T to 2 etc.)
Even when doped, the corresponding equation (6)
By using the coefficients A and B, it is possible to measure distortion with high precision in exactly the same way. Furthermore, in the above explanation, the relationship (■) is expressed by equation (2).
（９）から計算により求めたが、この計算の代わりに実
験により直接求めても良いことは言うまでもない、さら
に、本発明は、光ファイバのみならず、平面基板上に作
製した光導波路の歪測定にも応用可能である。(9), but it goes without saying that it may be directly determined by experiment instead of this calculation; It is also applicable to
以上の説明は歪の測定に限って説明してきたが、歪ｅを
、基準温度Ｔ、からの温度変化Ｔ−Ｔ、に、係数Ｂを、
温度１℃当りのブリルアン周波数シフトの変化を表す係
数Ｃに、また、ｆｂｏ（Ｄ）を、基準温度時のブリルア
ン周波数シフトに置き換えれば、上記の説明は全て光導
波路の温度測定に関するものとなる。なお、係数Ｃは、
石英系光フアイバ素線の場合は、約Ｉ ＭＨｚ／ｌであ
ることが知られている。The above explanation has been limited to the measurement of strain, but the strain e is the temperature change T-T from the reference temperature T, and the coefficient B is
If we replace fbo(D) with the coefficient C representing the change in the Brillouin frequency shift per 1° C. temperature, and by replacing fbo(D) with the Brillouin frequency shift at the reference temperature, the above explanation will all relate to the temperature measurement of the optical waveguide. Note that the coefficient C is
In the case of quartz-based optical fiber wire, it is known that it is about I MHz/l.
以上説明したように、本発明によれば、光導波路の構成
材料の変化と、後方レーリー散乱光の反射係数の変化の
関係を利用して、ＯＴＤＲ法により光導波路のパラメー
タのばらつきを補正可能にしたので、光導波路の構成材
料のばらつきが存在する場合においても、光導波路の歪
または温度が高精度に測定することができる効果が得ら
れる。As explained above, according to the present invention, it is possible to correct variations in the parameters of an optical waveguide using the OTDR method by utilizing the relationship between changes in the constituent materials of the optical waveguide and changes in the reflection coefficient of backward Rayleigh scattered light. Therefore, even if there are variations in the constituent materials of the optical waveguide, the strain or temperature of the optical waveguide can be measured with high precision.
第１図（＾）〜（Ｄ）は本発明の実施例１を説明する構
成図および測定波形例を示す波形図、第２図はＯＴＤＲ
法により得られる信号強度比と、ブリルアン周波数シフ
トの関係を示す特性図、第３図（Ａ）〜（Ｄ）は本発明
の実施例２を説明する構成図および測定波形例を示す波
形図である。
１．１１−・・ＯＴＤＲ測定装置、
Ｓ・・・基準光ファイバ、
ｔ、ｔｌ、 −−−、ｔｎ・・・テスト光ファイバ。Figures 1 (^) to (D) are block diagrams explaining Embodiment 1 of the present invention and waveform diagrams showing examples of measured waveforms, and Figure 2 is an OTDR
FIGS. 3A to 3D are characteristic diagrams showing the relationship between the signal strength ratio obtained by the method and the Brillouin frequency shift, and FIGS. be. 1.11--OTDR measuring device, S... reference optical fiber, t, tl, ---, tn... test optical fiber.
Claims (1)
路中で発生したブリルアン散乱光のブリルアン周波数シ
フトから測定する測定方法において、 比屈折率差Ｄ＿ｓと、歪が雫のときの、または温度が基
準温度のときのブリルアン周波数シフトｆ＿ｂ＿ｏ（Ｄ
＿ｓ）があらかじめわかっている基準光導波路を用意し
、 該基準光導波路と前記テスト光導波路における後方レー
リー散乱光の強度比をＯＴＤＲ法により測定し、 該後方レーリー散乱光の強度比と、歪が零のときの、ま
たは温度が予め設定した基準温度のときの前記ブリルア
ン周波数シフトｆ＿ｂ＿ｏ（Ｄ＿ｓ）との関係から、歪
が零のときの、または温度が基準温度のときの前記テス
ト光導波路のブリルアン周波数シフトｆ＿ｂ＿ｏ（Ｄ）
を求め、 該テスト光導波路のブリルアン周波数シフト測定値ｆ＿
ｂ（Ｄ、ｅ）と、該ブリルアン周波数シフトｆ＿ｂ＿ｏ
（Ｄ）の差周波数ｆ＿ｂ（Ｄ、ｅ）−ｆ＿ｂ＿ｏ（Ｄ）
から、該テスト光導波路の歪または温度を求めることを
特徴とする光導波路の歪または温度の測定方法。 ２）テスト光導波路の歪または温度を、該テスト光導波
路中で発生したブリルアン散乱光のブリルアン周波数シ
フトから測定する測定装置において、 比屈折率差Ｄ＿ｓと、歪が零のときの、または温度が基
準温度のときのブリルアン周波数シフトｆ＿ｂ＿ｏ（Ｄ
＿ｓ）があらかじめわかっている基準光導波路に接続し
、 該基準光導波路と前記テスト光導波路における後方レー
リー散乱光の強度比をＯＴＤＲ法により測定する測定手
段と、 該測定手段で測定された該後方レーリー散乱光の強度比
と、歪が零のときの、または温度が予め設定した基準温
度のときの前記ブリルアン周波数シフトｆ＿ｂ＿ｏ（Ｄ
＿ｓ）との関係から、歪が零のときの、または温度が基
準温度のときの前記テスト光導波路のブリルアン周波数
シフトｆ＿ｂ＿ｏ（Ｄ）を求め、かつ該テスト光導波路
のブリルアン周波数シフト測定値ｆ＿ｂ（Ｄ、ｅ）と、
該ブリルアン周波数シフトｆ＿ｂ＿ｏ（Ｄ）の差周波数
ｆ＿ｂ（Ｄ、ｅ）−ｆ＿ｂ＿ｏ（Ｄ）から、該テスト光
導波路の歪または温度を求める演算手段と を具備することを特徴とする光導波路の歪または温度の
測定装置。[Claims] 1) A measurement method in which the strain or temperature of a test optical waveguide is measured from the Brillouin frequency shift of Brillouin scattered light generated in the test optical waveguide, comprising: Brillouin frequency shift f_b_o(D
Prepare a reference optical waveguide whose _s) is known in advance, measure the intensity ratio of the backward Rayleigh scattered light in the reference optical waveguide and the test optical waveguide by the OTDR method, and calculate the intensity ratio of the backward Rayleigh scattered light and the distortion. From the relationship with the Brillouin frequency shift f_b_o(D_s) when the strain is zero or when the temperature is a preset reference temperature, the Brillouin frequency shift of the test optical waveguide when the strain is zero or when the temperature is the reference temperature. Frequency shift f_b_o(D)
Find the Brillouin frequency shift measurement value f_ of the test optical waveguide.
b(D, e) and the Brillouin frequency shift f_b_o
(D) difference frequency f_b(D,e)−f_b_o(D)
A method for measuring strain or temperature of an optical waveguide, the method comprising determining the strain or temperature of the test optical waveguide from the above. 2) In a measuring device that measures the strain or temperature of a test optical waveguide from the Brillouin frequency shift of the Brillouin scattered light generated in the test optical waveguide, Brillouin frequency shift f_b_o(D
_s) is connected to a reference optical waveguide in which the _s) is known in advance, and measures the intensity ratio of the backward Rayleigh scattered light in the reference optical waveguide and the test optical waveguide by an OTDR method; The intensity ratio of Rayleigh scattered light and the Brillouin frequency shift f_b_o(D
_s), determine the Brillouin frequency shift f_b_o(D) of the test optical waveguide when the strain is zero or when the temperature is the reference temperature, and calculate the measured Brillouin frequency shift f_b(D) of the test optical waveguide. D, e) and
A calculation means for calculating the strain or temperature of the test optical waveguide from the difference frequency f_b(D, e)-f_b_o(D) of the Brillouin frequency shift f_b_o(D), or Temperature measuring device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1257123A JP2840682B2 (en) | 1989-10-03 | 1989-10-03 | Method and apparatus for measuring strain or temperature of optical waveguide |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1257123A JP2840682B2 (en) | 1989-10-03 | 1989-10-03 | Method and apparatus for measuring strain or temperature of optical waveguide |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03120437A true JPH03120437A (en) | 1991-05-22 |
| JP2840682B2 JP2840682B2 (en) | 1998-12-24 |
Family
ID=17302051
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1257123A Expired - Lifetime JP2840682B2 (en) | 1989-10-03 | 1989-10-03 | Method and apparatus for measuring strain or temperature of optical waveguide |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2840682B2 (en) |
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- 1989-10-03 JP JP1257123A patent/JP2840682B2/en not_active Expired - Lifetime
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| CN106197946B (en) * | 2016-06-29 | 2018-11-23 | 富通光纤光缆（深圳）有限公司 | A kind of method of fiber laser arrays, equipment and system |
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