JPH0452531A - 分布型光ファイバ計測方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光ファイバ自体をセンサとして測定を行なう
、分布型光ファイバ計測方法に関するものである。

〔従来の技術〕

光ファイバ自身をセンサとし、これに沿った物理量を連
続的に測定できる技術には、光ファイバの障害点検索に
用いられる　０ＴＤＲ（Ｏｐｔｌｃａｌ　ＴｌｍｅＤｏ
ｍｅｌｎ　Ｒｅｆｌｅｃｔｍｅｔｅｒ）やこれを基礎と
した、ＤＴＳ（Ｄｌｓｔｒｌｂｕｔｅｄ　Ｔｅｍｐｅｒ
ａｔｕｒｅ　５ｅｎｓｏｒ）と呼ばれる温度計測システ
ムがある。

まず、０ＴＤＨの基本構成を第２図（ａ）に示す。

図示のように、光源１１．光方向性結合器１２、受光回
路１５等から構成され、光源１１からの光パルスは光方
向性結合器１２を介して光ファイバ１３に入射される。

すると、光ファイバ各部では光が散乱され、その一部は
入射端へ戻って来る（後方散乱光）。そして、後方散乱
光は光方向性結合器亘２によって受光回路１５側へと導
かれ、その強度検出が行なわれるのである。

ここで、例えば光ファイバ中の０点に光コネクタ１４が
あったとすれば、検出される光強度は第２図（ｂ）のよ
うになる。つまり、光を入射した時間を起点に考えると
、後方散乱光受光までの経過時間（遅延時間）は光が光
ファイバを往復する時間であるため、その発生位置を求
めることができるのである。光コネクタのある０点では
伝送損失が大きいため、（ｂ）図のグラフにおいて、検
出光強度の急激な低下として表わされる。

このような０ＴＤＲ技術の延長にあるのがＤＴＳである
。これは、光源、受光回路等を備え、センサとなる光フ
ァイバに光パルスを入射し、その後方散乱光の遅延時間
より発生位置を求める点で０ＴＤＲと共通するが、さら
に後方散乱光に含まれるラマン散乱光の強度を検出する
ことで各位置の温度を求めるというものである。

一方、スペックル測定法という非常に高感度な技術があ
る。その基本原理を第３図を用いて説明する。図に示す
ように、光源２１より光ファイバ２２に光を入射すると
、出射端２３より出た光が自然に広がりスペックルと呼
ばれる光の干渉パターンが観測される。スペックルパタ
ーン２４は、光ファイバ中での光の干渉現象によって発
生するランダムな明暗による斑点状のパターンである。

いま、スペックルパターンの１点りでその光強度を測定
する場合、光ファイバ２２に何らの外的要因（歪、振動
、温度変化）も加わらない静的な状態とすれば、光強度
は一定値である。ここで光ファイバのある位置に例えば
振動が加わったとすれば、光の伝搬状態が変化するため
に、スペックルノずターンも変化し、Ｄ点での検出強度
もそれに応じて変化することになる（第３図（ｂ）参照
）。このようにスペックルパターンは伝搬状態に変化を
及ぼす何らかの外的要因が光ファイバに加われば、その
変化を非常に高感度でとらえることができるのであるる 〔発明が解決するための課題〕 ところで、前記の０ＴＤＲやＤＴＳで後方散乱光（これ
にもスペックルパターンが観測される）を検出する場合
はその平均値（スペックルパターン全体の平均光強度）
を検出している。このため光ファイバに加わる外的要因
が、前記平均値に変化を及ぼさない程微小な場合はこれ
を検知することができない。

一方、スペックル測定法は上述のように非常に高精度な
ものであるが、外的要因の有無は検知できてもその発生
場所を特定することはできないという問題があった。

従って、本発明は上記問題点を解決するためになされた
ものであって、スペックル測定法を用い、より高精度の
測定を可能とする分布型光ファイバ計測方法を提供する
ことを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために本発明は光ファイバの一端
から光を入射し、その後方散乱光を検出することによっ
て光ファイバ各部の状態測定を行なう分布型光ファイバ
計測方法において、後方散乱光のスペックルパターンを
観測し、その特定箇所の光強度を検出することを特徴と
している。

〔実施例〕

以下、第１図（ａ）に示すシステムを用い、本発明の詳
細な説明する。第１図のシステムは０ＴＤＲとスペック
ル測定法の技術を複合したもので、歪測定を考えた例で
ある。

光源１からの光パルスは、光方向性結合器２を介してセ
ンサとなる光ファイバ３へ入射される。

ここで光ファイバ３の各部からは後方散乱光がかえって
くるが、スペックルパターンの観測される光ファイバで
あればこの後方散乱光もスペックルパターンを作ってい
る。そこで光方向性結合器２によって受光回路５側へ導
かれた後方散乱光のスペックルパターンを観測し、その
中の１点Ｂの光強度を検出する。尚、光源の光パルス強
度が変化すればスペックルパターン全体の光強度も変化
するため、Ｂ点の光強度をスペックルパターン全体の光
強度で除することにより空間的に正規化している。

さて、光ファイバに何も外的要因が加わらなかった場合
、光パルス入射から後方散乱光検出までの時間を横軸、
光強度を縦軸にとれば第１図（ｂ）に示すようなグラフ
になる。ここで、光ファイバのＡ点に歪が加わったとす
ると、Ａ点での伝搬状態が変化するため、Ａ点を通過し
た後方散乱光が作るスペックルパターンも変化すること
になる。この場合の光強度と時間の関係を第１図（ｂ）
同様に示せば同図（Ｃ）のグラフのようになる。このグ
ラフに示すように、歪の加わったＡ点に対応する時間ｔ
Ａ以前では変化がなく（ｂ）のグラフと同様であるのに
対し、ｔＡ以後（Ａ点より遠方からかえってきた後方散
乱光）の光強度には変化がみられる。

このように、外的要因の変化に対し非常に鋭敏な反応を
示すスペックルパターンの変化を観測することで、従来
では知り得なかった微小な外的要因の変化の有無を検知
することが可能になる。

尚、以上は０ＴＤＲ技術を基本とし、これにスペックル
測定技術を組み合わせたものだが、ＤＴＳ技術を基本と
してこれにスペックル測定技術を組み合わせることによ
り高感度の温度測定システムを構成することもできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、非常に高感度な測定技術として知
られるスペックル測定法を用いた本発明により、−層高
感度な光ファイバに沿った物理量の測定が可能になる。

従って高感度歪センサ、振動センサ、圧力センサ、温度
センサなどに応用すれば効果的である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明実施に用いたシステムの説明図、
同（ｂ）及び（Ｃ）は（ａ）図システムによる光強度の
検出結果を示すもので（ｂ）は静的状態、（Ｃ）はＡ点
に歪を加えた状態を示すグラフであり、第２図（ａ）は
０ＴＤＨの構成図、同（ｂ）は（ａ）図システムにより
測定した光強度と時間の関係を示すグラフ、第３図（ａ
）はスペックル測定法の説明図、同（ｂ）は（ａ）図の
光ファイバに振動を加えた場合の光強度と時間の関係を
示すグラフである。 １、ｌｌ、　２１・・・光源、２．１２・・・光方向性
結合器、３．１３．２２・・・光ファイバ、４、＋５・
・・受光回路、＋４・・・光コネクタ、２３・・・出射
端、２４・・・スペックルパターン。 聾　１　図 聾　２ＷＪ （Ｑ） 一１５λりゑＢ （Ｃ） ？Ａ 岡間

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）光ファイバの一端から光を入射し、その後方散乱
   光を検出することによって光ファイバ各部の状態測定を
   行なう分布型光ファイバ計測方法において、前記後方散
   乱光のスペックルパターンを観測し、その特定箇所の光
   強度を検出することを特徴とする分布型光ファイバ計測
   方法。