WO2006001071A1 - 分布型光ファイバセンサ - Google Patents

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WO2006001071A1
WO2006001071A1 PCT/JP2004/009352 JP2004009352W WO2006001071A1 WO 2006001071 A1 WO2006001071 A1 WO 2006001071A1 JP 2004009352 W JP2004009352 W JP 2004009352W WO 2006001071 A1 WO2006001071 A1 WO 2006001071A1
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light
optical fiber
brillouin
detection
spectrum
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PCT/JP2004/009352
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Kinzo Kishida
Tekken Li
Shenbin Lin
Original Assignee
Neubrex Co., Ltd.
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Publication date
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Priority to EP04746821A priority patent/EP1760424B1/en
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Priority to AT04746821T priority patent/ATE545003T1/de
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    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/24—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
    • G01L1/242—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet the material being an optical fibre
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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    • G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
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    • G—PHYSICS
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    • G01D5/35364—Sensor working in reflection using backscattering to detect the measured quantity using inelastic backscattering to detect the measured quantity, e.g. using Brillouin or Raman backscattering
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    • G01K11/32—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres

Definitions

  • the present invention relates to a distributed optical fiber sensor that uses an optical fiber as a sensor and can measure strain and / or temperature with a high spatial resolution in the longitudinal direction. Background leakage
  • One method for measuring the total strain is based on the Brillouin separation L ⁇ that occurs in optical fibers.
  • the optical fiber is used as a medium for detecting strain and / or in the distance where the telescope fiber is placed.
  • Brillouin Li Li gland when two pieces of different circumferences pass in the optical fiber, the power moves from high I circumference light to low L, circumference light via acoustic phonons in the optical fiber. It is a phenomenon.
  • the moving power is approximately proportional to the Brillouin gain spectrum B Sg (yd) defined by Equation 1.
  • BSg (yd) 1 / (1 + (2 d-ub) / Ai / b) 2 ) ⁇ ⁇ ⁇ Equation 1
  • b is the Brillouin frequency shift and is the Brillouin gain linewidth (half value)
  • the Brillouin frequency shift b is given by Equation 2.
  • n va / ⁇ ⁇ 'Equation 2 where n is the refractive index of the optical fino, va is the speed of sound in the optical fiber, and ⁇ is the wavelength of light incident on the optical fiber. is there.
  • the strain and / or temperature can be measured by measuring the Brillouin shift shift b.
  • the Brillouin gain spectrum in each part of the optical fiber is measured separately. You can measure it. And in order to ensure high spatial resolution, the length of this part is shortened ⁇ .
  • FIG. 24 is a diagram showing the configuration of the distributed optical fiber sensor and the probe light according to the background art.
  • FIG. 24 (A) is a block diagram showing the configuration of the distributed fino sensor according to the background 3 ⁇ 4 operation
  • FIG. 24 (B) is a diagram showing the first probe light
  • FIG. FIG. 4C is a diagram showing the second probe light.
  • Figure 25 shows the Brillouin's loss Z gain spectrum. The horizontal axis in Figure 25 is the grace period, and the vertical axis is the loss / gain.
  • the distributed optical fiber sensor 5 0 0 is a probe source 5 0 1, an optical power bra 5 0 2, a detection optical fiber 5 0 3, and a pump; 4 and a detector 5 0 5 are provided.
  • Probe ⁇ at; 5 0 1 emits the pulsed pulse shown in Fig. 2 4 (B) and emits this ⁇ g as the probe beam.
  • Probe light emitted from the probe source 5 0 1 is incident on one end of the detection optical fiber 5 0 3 through the optical power bra 5 0 2.
  • the optical fiber for detection '503 is an optical fiber for detecting strain and wrinkles or temperature in the environment in which it is placed, and is used as a sensor.
  • the pump 1 6 source 5 0 4 emits continuous light having a frequency lower than that of the probe light, and emits this continuous light 1 C (CW light) as pump light.
  • the pump light emitted from the pump source 50 4 is incident on the other end of the detection optical fiber 50 3.
  • the probe light and the pump light cause the Brillouin scattering Li appearance, and the light related to this Brillouin scattering phenomenon is detected by the detector 5 0 5 via the optical power bra 5 0 2.
  • the detector 50 measures the light intensity of light related to the Brillouin scattering phenomenon in the time domain.
  • the distributed fiber optic sensor 50 0 measures the light intensity of the Brillouin separation Li ⁇ in each time zone while the pump ⁇ changes the circumference of the probe light sequentially.
  • 0 3 Obtain the Brillouin Gain 'spectrum BS g (Le d) of each part along the SK ⁇ direction, and calculate the strain distribution and / or ⁇ Jt distribution along the detection optical fiber 5 0 3 respectively.
  • the method of obtaining the distortion and Z or temperature from the Brillouin gain spectrum B Sg (re d) has been described.
  • the Brillouin can be obtained by making the pump light circulation higher than the probe light circumference.
  • ⁇ Distortion and Z or ⁇ can be obtained in the same way by using Brillouin's loss vector BSI (Le d) instead of gain spectrum B Sg (d).
  • the spatial resolution of this distributed optical fino sensor 500 is limited by the width of the pulse used for measurement. In other words, the velocity of light in the optical fiber is v g [m / s], and the pulse width is 3 tA with Tp [s].
  • the spatial resolution ⁇ ⁇ is v g Tp / 2 [m].
  • the speed of light in the optical fiber varies slightly depending on the material of the optical fiber, it is usually used in the “typical optical phino, Brillouin gain spectrum BSg (yd) or Prillouin loss, spe Kutor BSI (yd) (hereinafter abbreviated as “Brillouin Loss / Gain, Spectrum BSI / g (Le d)”) is a Loren curve (up to 30 ns). Lorentzain curve) (curve a) shown in Fig.
  • the incident light of the predetermined light As 2 is incident on the detection optical fiber 503 while the weak light intensity Cs 2 association (leakage light) is incident on the detection optical fiber 503.
  • the Brillouin-loss / gain 'spectrum BSI / g (d) has a sharp peak at an approximate center frequency where the center circumference can be clearly recognized. It is known that distortion and / or wrinkles can be measured at high spatial resolution in degrees because of the curve.
  • the Lorentz curve is expressed as one IS in Equation 3 of the Lorentz function g (x).
  • the light intensity Cs 2 of the leaked light Cs 2 depends on the length of the detection optical fiber, it must be finely adjusted manually according to the fiber length of the detection optical fiber for each measurement. There was a point. For this reason, even though the distributed fiber optic sensor is an industrial product, the user has to perform this difficult manual adjustment, which has hindered the commercialization of the distributed optical fiber sensor.
  • the distributed optical fiber sensor related to the background when the strain is evenly distributed over a wide range (for example, 25 times or more of the spatial resolution), a small strain of 200 S or less is included. It was difficult to detect.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and such a gland is clarified by analysis. Based on the analysis result, the fiber length of the detection optical fiber is adjusted.
  • the purpose of this is to create a distributed optical fino sensor that allows manual adjustment of the light intensity of leakage light. Then, when the strain is evenly distributed over a wide range, the purpose is to share a distributed optical fiber sensor capable of detecting a minute strain of 200 ⁇ or less. Disclosure of the invention In order to meet the above-mentioned purpose, a distributed optical fiber sensor that measures strain and / or ⁇ using a Brillouin tongue 1 image, which is difficult according to the present invention, increases in light intensity toward the inside.
  • the I- Lu 1 light source, the light source that emits the continuous light, and the above-mentioned Lus as the probe light. is incident as the communication ⁇ 1 pump light with the incident, the detection optical fiber Burirua down scattering phenomenon occurs between the probe light and the pumping light, Burirua down Chishita emitted from the detection optical fiber
  • the Brillouin Ross spectrum or Brillouin gain spectrum is obtained based on the light related to the Li image, and the detection is performed based on the Brillouin Ross spectrum or Brillouin 'gain' spectrum obtained.
  • optical Characterized in that it comprises a pre-Ruan time domain detector that measures resulting distortion and / or to the bar.
  • the E-probe light is ⁇ from one end of the detection optical fiber, and the self-pump light is incident from the other end of the detection optical fiber.
  • the Brillouin time domain detector obtains a Brillouin-loss spectrum or a Brillouin-gain spectrum based on the light related to the Brillouin scattering gradient emitted from one end of the detection optical fiber.
  • the strain and / or temperature generated in the detection optical fiber is measured based on the obtained self-adjusted Brillouin, Ross spectrum, or Brillouin-gain spectrum.
  • the probe light is incident from one end of the detection optical fiber, and the pump light is ⁇ ⁇ ⁇ from one end of the detection optical fiber,
  • the detection optical fiber transmits the propagating pump light at the other end, and the Brillouin time-domain detector includes a Brillouin scattering beam based on the Brillouin scattering light emitted from one end of the detection optical fiber. Loss spectrum or Brillouin gain spectrum is obtained, and the distortion and the occurrence in the detection optical fiber are calculated based on the obtained Prillouin loss spectrum or Brillouin gain-spectrum. It is characterized by measuring temperature.
  • the Brillouin in each region portion of 1 m or less in the direction of the detection optical fiber based on the pump light subjected to the Brillouin scattering light emitted from the detection optical fiber Ross spectrum or Brillouin gain.
  • the spectrum is essentially a Lorentzian curve.
  • ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ 's light source and front tm ⁇ iwu. Continuously emits light with a predetermined line width and a constant light separation.
  • a 3 ⁇ 4J control unit that holds ⁇ of the light emitting element substantially constant, and a peripheral control unit that holds the circumference of the light generated by the braided light emitting element substantially constant It is characterized by this.
  • the first and second light modulations that modulate the light intensity of the incident light, and 3 ⁇ 4 ⁇ the light that is a predetermined circumference with a narrow line width »m ⁇ ⁇ constant first light ⁇ e
  • the first light intensity ⁇ 11 that drives the first light intensity modulator to modulate the light intensity of the incident light, and the second light 5
  • the second light intensity modulator is mounted so as to modulate the light intensity of the light incident from the first light 5 daughter so as to leave the continuous light of the light and be removed.
  • a second light intensity modulator driving unit is mounted so as to modulate the light intensity of the light incident from the first light 5 daughter so as to leave the continuous light of the light and be removed.
  • the staircase ⁇ ) ⁇ ⁇ light source generates the first 1 ⁇ light in which the light intensity is stepped so that the light intensity increases toward the inside.
  • the Brillouin Ross Spectral or Brillouin 'Gain' spectrum is obtained based on the memorized first light intensity Jt3 ⁇ 4 and second light 5 daughter, and the Brillouin Ross Spectral or Brillouin obtained is obtained.
  • ⁇ Gain ⁇ Strain and Z or ⁇ generated in the optical fiber for detection are measured based on the spectrum.
  • the fluorescent Bino has a large distortion
  • the Brillouin time domain detector has the stepped shape.
  • a self-light pulse is generated by a light source and incident as a probe light on a pre-Eg quasi-optical fiber, and the above-mentioned m3 ⁇ 4-source is made an S-associative light and is incident on a SS ⁇ optical fiber as a pump light.
  • ⁇ ⁇ Find the center circumference of the Brillouin loss spectrum or Brillouin gain spectrum based on the light related to the Brillouin scattering phenomenon emitted from the optical fiber.
  • the Brillouin loss spectrum or the Brillouin gain-spectrum center circumference is determined as the detection value based on the light related to the Brillouin separation Li gland emitted from the optical fiber.
  • the correction value is obtained from the previous BS BS value and the detected value based on the change, and the Brillouin-Loss spectrum or Brillouin-Gain spectrum, and the detection value is calculated based on the calculated 5 correction value. light And measuring the resulting strain and / or temperature Aiba.
  • the above-described distributed optical fiber sensor can be used for the detection described above, from the viewpoint that it can detect a very small strain below 200 ⁇ .
  • the optical fiber is an optical fino whose Brillouin circumferential shift amount changes periodically.
  • the detection optical fiber is fixed to a measurement object to be measured for distortion and / or.
  • the light intensity is stepped so that the daughter of light 5 increases toward the inner side.
  • Is used for probe light only the limited part in front of the strongest light intensity part, or the limited part in front of the strongest light intensity part and only the limited part of the interference, the background light is leaked.
  • the optical intensity staircase ⁇ ⁇ ⁇ ° Lussian waveform can be pre-determined ⁇ 3 ⁇ 4, so that the fiber of the detection optical fiber is measured every time as in the background technique.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining Rito analysis of a Brillouin scattering kit according to the present invention.
  • Figure 1 is a diagram for explaining Rito analysis of a Brillouin scattering kit according to the present invention.
  • FIG. 1 shows a measuring system in the sense Fuji ⁇ Brillouin Chishita Mizo according to the present invention
  • FIG. 2 is a diagram (part 1) showing " ⁇ " of the simulation based on the logical solution.
  • Fig. 3 is a diagram (part 2) showing ⁇ 5 «of the simulation based on the logical analysis.
  • Fig. 5 is a diagram showing a simulation of H2 / (H1 + H3 + H4) with respect to the ratio Prx based on logic analysis.
  • this light 5 J floor; ⁇ 1 ⁇ ° Lus 0 Ps (Wi Lus 0 P in front of the continuous leaked light left with a predetermined time width Tf ⁇ .
  • Lus forward light Called OPf light intensity P all stages ⁇ ° Lus 0 Ps 1 0 ⁇ Lus 0 P Continuous leaking light left behind for a predetermined time width Tb is called Lus ⁇ Light 0 Pb I will do it.
  • the length of the detection optical fiber SOF is defined as the position coordinate of the detection optical fiber SOF in the longitudinal direction z (0 ⁇ z ⁇ , and the origin is one of the detection optical fibers SOF.
  • the time coordinate is t
  • the equations for Brillouin scattering when the detection optical fiber is distorted are expressed by equations 4 to 6.
  • Is" beta 2 [rho is the density of the detection optical fiber, is ⁇ is ( ⁇ X qXq) / (1 6 ⁇ 7 ⁇ ) .
  • Equation 4 is an equation related to pump light
  • Equation 5 is an equation related to probe light
  • Equation 6 is an equation related to the lifetime of acoustic phonon.
  • ⁇ is a position in the direction of the detection optical fiber
  • s is time.
  • cc is a constant
  • h (z, s) is ⁇ Xe ⁇ )) at time z at time s
  • LL is the total length of the detection optical fiber
  • the HI expressed by Equation 8 represents the Brillouin-Ross spectrum based on acoustic phonons excited by the Luth OP and pump light.
  • H2 represented by Equation 9 represents a Brillouin-loss spectrum based on acoustic phonon excited by the light pulse forward light 0 Pf and the pump light and further excited by the 0 A relief OP and the pump light.
  • ⁇ 3 shown by Equation 10 represents the Brillouin-loss spectrum based on acoustic phonons excited by the light ⁇ ⁇ and the pump light, and further excited by the light forward O Pf and the pump light.
  • the H4 expressed by Equation 11 represents a Brillouin loss spectrum based on acoustic phonons excited by the optical pulse forward light OPf and pump light.
  • light 3 ⁇ 4JP P ⁇ dan ⁇ ⁇ Lus OPs has a time width of 14 ns, Lus 0
  • the horizontal axis of each figure is a circle, and the solid line has a distortion of 100 ⁇ 6 £: 11 ⁇ , and the stone fiber has no distortion.
  • Each figure shows the right half because the Brillouin-loss spectrum is symmetrical about the center circumference (frequency at the peak of the Brillouin-loss spectrum) as the central axis. That is, the vertical axis of each figure is the central circumference (is the central axis. From FIG. 2, it can be seen that only the component of ⁇ 2 shows the Brillouin circumferential shift.
  • ⁇ 3 and ⁇ 4 are local distortions due to the wide range of energy transfer from the probe light to the pump light.
  • HI and ⁇ 2 are local distortions because energy transfer from the probe light to the pump light is performed locally.
  • ⁇ 3 is an order of magnitude smaller than the other ⁇ 1, ⁇ 2 and ⁇ 4, and the full width at half maximum of HI extends to about 1 GHz as can be seen from 12 (A).
  • H1 is a wide band ⁇ ⁇ curve, making it difficult to find the center circumference.
  • Probe light in the present invention is essential to the light intensity Kaikoboshi ⁇ 1 ⁇ Luz O Ps shown to eliminate the need for pre Makoto to respond Ji was adjusted to Faiba length of sensing optical Faiba waveform in FIG. 4 for example is there.
  • the continuous leakage light left with a predetermined time width Tf in front of the light OP; the light OP of 3 ⁇ 4tA ° Lus OPs is referred to as the light front light OPf
  • the light intensity mm / o Continuous light leaked for a given time span Tb due to interference in PS ⁇ Less op is referred to as false light 0 Pb.
  • the waveform of the light intensity Kaikoma ⁇ ° pulse 0 Ps is the time width Tf of the optical pulse front light OP f
  • earthenware pots one pulse width (time width) of the pulse OP Tp and Rabbit 1 A Riresu backward light OPb
  • the time width T b of the light, and the light 5 daughter P1 of the 3 ⁇ 4 ⁇ ° Lus OP and the light P2 of the ⁇ ⁇ light OPf (the t-less light. P2 of the pb) need to be linked.
  • the pulse width ⁇ of 1 ⁇ 0 ⁇ should be 1 0 ns ⁇ Tp> 0 in order to obtain a high spatial resolution of 1 m or less.
  • the time width Tb of the Luster fluorescent OPb is Tb and Tf, and the shorter the time width Tb may be 0.
  • Prx 1 OX I 0 g (P1 / P2)
  • H2 / (H1 + H3 + H4) for Prx was simulated.
  • H2 / (H1 + H3 + H4) was calculated using the values of the peaks of H1, H2, H3 and H4.
  • Tf of the 3 ⁇ 4 ⁇ light OPf is 11 ns
  • Tp of the 3 ⁇ 4 ⁇ light OPf is
  • Figure 5 shows the results of a simulation based on logical analysis using an optical staircase of 0 Ps with a time width Tb of 0 ns.
  • the horizontal axis in FIG. 5 is the ratio Prx expressed in dB units, and the vertical axis in FIG. 5 is H 2 / (H1 + H3 + H4).
  • the detection optical fiber SO F in the simulation has a strain force of 100 At ⁇ at the point of 3.05m, and at the point of 3.05 ⁇ 0.2. Performed simulations assuming that L was not distorted.
  • the curve indicating ⁇ 2 / (H1 + H3 + H4) with respect to the ratio Prx is a higher-order curve of a convex dog with a ratio Prx having a peak at a predetermined value.
  • H2 / (H1 + H3 + H4) need only be 0.5 or more. By obtaining such a curve, H2 / (H1 + H3 + H4) is 0.
  • the ratio Prx range (a ⁇ j; bPrx ⁇ b) that is 5 or more can be obtained, and in order to detect H2 with the highest accuracy, H2 / (H1 + H3 + H4) is the highest value, ie peak
  • each time of light P total stage 0 Ps in each of the above ranges Enter the widths T f, Tp, and Tb respectively.
  • H2 / (H 1 + H3 + H4) for the ratio P rx defined by Equation 1 2 is simulated based on Equation 8 to Equation 1 1, and H2 / (H 1 +
  • the ratio P rx where H3 + H4) is 0.5 or more, especially the ratio P rx where H2 / (HI + H 3+ H4) peaks, is the light intensity step; ⁇ 1 ⁇ ⁇ . It is sufficient to set it to the ratio of the loss P rx.
  • the minimum length ⁇ ffl verifiable in the detection optical fiber SOF is obtained from the optical five-daughter staircase OPS with each time width Tf, Tp, Tb.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining the theoretical analysis of the Brillouin scattering phenomenon according to the present invention.
  • Figure 2 shows an example of a simulation based on logic analysis (part 1).
  • Figure 3 is a diagram (part 2) showing the simulation based on logic analysis.
  • Figure 4 shows the waveform of the light intensity staircase.
  • Figure 5 shows a simulation of H 2 / (H 1 + H3 + H4) for the ratio P rx based on logic analysis.
  • FIG. 6 is a block diagram showing the distribution optical fiber sensor in the first configuration.
  • Figure 7 is a block diagram showing the integrity of the staircase tetA light source in the distributed optical fiber sensor.
  • Figure 8 is a block diagram showing the integrity of the automatic ⁇ Jt controller in a distributed fiber optic sensor.
  • FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of an automatic frequency controller in a distributed optical fiber sensor and a diagram for explaining its operating principle.
  • Figure ⁇ 0 is a diagram for explaining the generation of stairs ⁇ 5t less.
  • FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of light intensity polarization adjustment in the distributed optical fiber sensor.
  • FIG. 12 is a block diagram showing the configuration of the CW light source in the distributed optical fiber sensor in the first thigh state.
  • Figure ⁇ 3 shows the light intensity adjustment in a distributed optical fiber sensor! 3 ⁇ 4 It is a block diagram showing integrity.
  • Fig. 14 is a diagram showing the distribution of Lil'an loss / gain spectrum and the Brillouin loss / gain spectrum at distance L1 and distance 2.
  • FIG. 15 is a block diagram showing the configuration of the distributed optical fiber sensor in the second actual expanded state.
  • FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the CW light source in the distributed optical fiber sensor of the second embodiment.
  • Fig. 7 is a block diagram showing the configuration of the distributed fino sensor in the third actual state.
  • Fig. 8 is a diagram showing the light intensity staircase “!”, “Lus” and leakage in the fourth actual expanded state.
  • FIG. 19 is a diagram showing the operation of the distribution fiber sensor in the fourth actual expanded state.
  • FIG. 20 is a block diagram showing a configuration of the distributed optical fiber sensor in the fifth embodiment corresponding to the distributed optical fiber sensor in the first embodiment.
  • FIG. 21 is a diagram showing the operation of the distributed optical fiber sensor in the fifth mode.
  • Figure 22 shows the frequency error ratio-correction value characteristic I raw curve that represents the correction value for the frequency ratio.
  • FIG. 23 is a diagram showing the Brillouin circumferential shift amount in the longitudinal direction of the detection optical fiber.
  • Fig. 24 is a diagram showing the probe light of the distributed fiber sensor related to the background sickle.
  • Figure 25 shows the Brillouin Loss / Gain spectrum. Best Mode for Carrying Out the Invention J
  • the distributed optical fiber sensor injects probe light of stepped pulse light intensity from one end of a detection optical fiber for detecting strain and / or and detects this. If an associative pump light is incident from the other end of the optical fiber, the light related to the Brillouin scattering generated in the detection optical fiber is received, and the Brillouin gain spectrum time region ifl ⁇ B Gain- OTDA Brillouin Gain Optical Time Domain Analys is) or Brillouin Ross Spectral Time Domain Analysis (B L.
  • FIG. 6 is a block diagram showing the g of the distributed optical fiber sensor in the first embodiment.
  • FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the staircase tA light source in the distributed optical fiber sensor.
  • FIG. 8 is a block diagram showing the top of the automatic ⁇ J controller in the distributed optical fiber sensor.
  • FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of the automatic circumferential controller in the distributed optical fiber sensor and a diagram for explaining the principle of operation thereof.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the generation of P everyone.
  • FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of the light intensity / polarization adjusting unit in the distributed optical fiber sensor.
  • Fig. 1 ⁇ is a block diagram showing the difficulties of the CW light source in the ⁇ ⁇ »dynamically distributed optical fine sensor.
  • Fig. 13 is a block diagram showing the concealment of the light intensity control in the distributed optical fiber sensor.
  • the distribution sdt fino sensor 1 in the first embodiment is
  • Light source 1 1, Light power bra 1 2, Light bow ⁇ Polarization 3, Optical circuit 1 4, Optical connector 1 5, Control processing unit 1 6, Brillouin time domain detector 1 7 , A detection optical fiber 8, a CW light source 19, a light intensity bra 20, a light intensity adjustment light 2 1, and an optical connector 2 2.
  • Stairs ⁇ ⁇ 6 ⁇ ° light source 1 1 is a light source device that controls the control processing unit 16 and has a light intensity stepped so that the light intensity increases toward the inside. .
  • Such 3 ⁇ 4 ⁇ ° Lus appears to be multiplexed with 5 different daughters of light.
  • the output (emission terminal) of the light source 1 1 is optically applied to the input terminal (injection terminal) of the optical power ⁇ 2.
  • the Rus light source 1 1 includes: »Anti-101, Temperature detection element 1 02, tm ⁇ 03, Optical power bra 1 04, and Fabry-Perot etalon file ( Below Fabry-perotEtalon Filter, abbreviated as “EFJ.” 1 05, 1st element 1 06, 2nd light receiving element 1 07, SJ adjustment element 1 08, automatic controller
  • ATC Automatic Temperature Controller
  • AFCJ Automatic Frequency Controller
  • Reference numeral 101 denotes a frame on which the detecting element 102, the light emitting element 103, the optical power bra 104, EF1 05, the first S3 ⁇ 4 element 106 and the second light receiving eave 110 are placed.
  • ⁇ Detection element 102 is placed near element 103 and is a component for detecting the difference of element 103. For example, it is detected when the resistance value changes according to iSt change. It is a thermistor. From the view that the temperature detection element ⁇ 02 can accurately detect the temperature of the light-emitting element 103, 1 ⁇ 101 is made of a metal material (including ⁇ ) with high heat transfer ⁇ such as aluminum or copper. Preferably there is. Further, it is preferable that the fiber 10 has a large heat capacity so as to reduce the change.
  • the adjusting element 108 is a component that adjusts the temperature of the substrate 10 ⁇ ⁇ ⁇ by generating and absorbing heat.
  • the adjusting element 108 is a thermal element of a Peltier element. In this actual expanded state, Peltier eaves in which P-type and N-type thermoelectric semiconductors are soldered to copper electrodes are used, and this Peltier is opposite to the surface of the substrate 101 on which the light-emitting element 103 is placed. The elements are arranged in close contact.
  • the ATC 109 is a circuit that automatically controls the temperature of the basic 101 to a predetermined temperature by controlling the ⁇ J adjusting element ⁇ 08 based on the detection output of the detection element 102.
  • the ATC 109 is supplied with the detection output of the detection element 102 and the reference voltage Vrefl from the control processing unit 16 and outputs a difference between them.
  • An integrating circuit 202 for example, comprising a low-pass filter circuit to which the output is input, and a differential circuit comprising, for example, a high-pass filter circuit, to which the output is input, of the amplifier 201
  • the proportional circuit 2 0 4 that inputs the output of the circuit 2 0 3, the integration output of the integration circuit 2 0 2, and the differentiation output of the differentiation circuit 2 0 3, and the proportional output thereof, and the plus and minus outputs of the proportional circuit 2 0 4
  • the amplifiers 2 0 5 and 2 0 6 that obtain the output for driving the regulator driver 20 7 and the bridge that generates the drive ⁇ for the temperature regulator 1 0 8 according to the proportional output of the proportional circuit 2 0 4
  • an adjustment eave driver 2 0 7 composed of a circuit.
  • the ATC 10 9 is configured to perform PID control of the J adjustment element ⁇ 0 8 based on the detection output of the detection element 10 2.
  • the reference voltage Vrefl is set to the same value as the detection output of the detection eave 10 2 at 3 ⁇ 4
  • the ATC 1 0 9 has the adjustment element 1 0 8 so that the adjustment eave 1 0 8 absorbs heat when the distance 1 0 1 is higher than the predetermined value ⁇ 1.
  • the adjusting element ⁇ 0 8 is slid so that the adjusting element 1 0 8 3 ⁇ 4i.
  • This actual expansion ITT is +1.4 A electricity when heat is absorbed by the Peltier element, which is ⁇ Jt adjustment element ⁇ 0 8; 3 ⁇ 4 ⁇ ' .
  • Si anti- 10 1 is automatically maintained at a predetermined value.
  • mt-0 3 is also automatically held constant at the predetermined ⁇ . For this reason, the SJ dependency is suppressed even though the light intensity of the light emitted from the element 103 is dependent.
  • the predetermined is the image to be oscillated f
  • the proportional output of the proportional circuit 204 is analog / digital converted and output to the control processing unit 16 in order to monitor the stability of the fiber 10 1.
  • element 103 is an element that can oscillate the oscillation wavelength (oscillation frequency by changing the element ⁇ and the drive as well as illuminating a predetermined light with a narrow line width.
  • it is a tunable semiconductor laser (circumference tunable semiconductor laser 1 ) such as a large volume it ⁇ DFB laser and a skin-distributed Bragg reflection laser, etc.
  • the delay of the laser light emitted by the frequency tunable semiconductor laser is
  • the ATC 1 0 9 is automatically set to the si-constant value, so the ⁇ j dependency of the detection is suppressed, and the m-tunable semiconductor laser is It can be changed stably.
  • the optical power ⁇ 0 4 is an optical component that divides incident light into two light beams and emits the light, and is a beam splitter such as a half mirror.
  • EF 1 0 5 is a period with a periodic 3 ⁇ 411 wave number characteristic I (periodic scabbard) where the daughter changes periodically according to the change of the circumference «(wavelength). Periodic filter.
  • the FSR (Free Spectral Range) of EF1 05 is 1 OO GHz in this embodiment.
  • the first and second light receiving eaves 106 and 107 are photoelectric photoelectric cranes that generate according to the light 3 ⁇ 4Jg of the received light, and convert the generated ⁇ to 3 ⁇ 4 ⁇ and output it. ⁇ Be equipped with diodes and ⁇ ®5 fixtures.
  • the light emitted from the front and the front of Heniko 1 03 is ⁇ ⁇ to the first light ⁇ II device 1 1 1 and light power bra 104 respectively. .
  • 03 The light incident on the optical power bra 104 is distributed into two by the optical power bra 104 at a predetermined distribution lt, and one of the distributed light is incident on the second third element 107, The other distributed light is incident on the first light receiving element 106 through the EF1 05.
  • the first and second light receiving elements 106, 107 are incident light 5 according to the daughter. Is output to A FC1 1 0 as ⁇ t output.
  • AFC1 1 0 controls the element 1 03 based on the light reception outputs P Dvl and P Dv2 of the first and second elements 1 06 and 1 07, thereby determining the frequency of light that the element 1 03! It is a circuit that automatically keeps the constant "" around.
  • AFC1 10 amplifies the output 21v of the first light receiving element 106 and the light receiving output PDv2 of the second light receiving element 107.
  • the amplifier 21 7 and the output of the amplifier 214 ⁇ !, the output and the reference voltage Vref 3 from the control processing unit 16 are input
  • the above-mentioned split calculation power PD v1 / P Dv2 is obtained by calculating the light intensity (light receiving output PDv1) of the light received from the light emitting element 103 through the periodic EF1 05 having the characteristics from the light emitting element 103. Since this value is divided by the light intensity of the directly received light (light reception output PDv2), the curve c shown in Fig. 9 (B) As shown, the frequency changes periodically according to the change in frequency according to the FSR of EF 105.
  • the point on curve c corresponding to the light source ef 0 that 03 should oscillate (that is, the light circumference «f 0 that the light source 103 should perform) is taken as the lock point, and the calculation power P Dvl / P
  • the value of Dv2 is the mouth-point value LP 0.
  • the harm output PDv1 / PDv2 will be larger than the lock point value LP 0. Conversely, if it is lower than the revolving frequency f 0, the split calculation power PD v1 / PD v2 will be the mouth point value. It becomes smaller than LP 0.
  • AFC1 10 is used when the split calculation power PD vlZ PDv2 is higher than the lock point value LP 0 , when the light intensity of the light emitting element 103 is higher and the steel plate f 0 to be oscillated is higher. So there is a light emitting element ⁇ 03 so that the perimeter of light falls!
  • the above-mentioned reference 3 ⁇ 4EVref3 expresses the same value as the split calculation force PDv1 / PDv2 when the light circumference of the 3 ⁇ 4 ⁇ child 103 is frustrated by the steel plate f 0 to oscillate is, element, above referenced 3 ⁇ 4 £ EVref2 are reference 3 ⁇ 4E for performing ISei, reference 3 ⁇ 4EVref2 is saying to more accurately match the lock point value L [rho 0.
  • This reference 3 ⁇ 4EV ref2, Vref3 as is set to be in the mouth Kkupointo value LP 0 circumference of the light Uma ⁇ in «is issued 3 ⁇ 4ll should oscillation» (f 0 of the element 103.
  • AFC1 10 causes the light frequency ⁇ of the light emitting eave 103 to deviate from the ⁇ wave number f 0 to be oscillated. If this occurs, the light emitting element 103 can be used to eliminate this deviation.
  • the AFC 110 since a peripheral variable semiconductor laser is used for the negative element 03, the AFC 110 adjusts the injection according to the deviation from the proposed wave number f 0 to oscillate. It is automatically possible to “laser light at a predetermined frequency f 0 held constant”. For this reason, the optical power bra 10 04, EF 10 05, the first and second light receiving elements 10 06, 10 07 and A
  • the F C I 10 constitutes a so-called wavelength locker that substantially fixes the wavelength of light emitted by the I ⁇ element 10 3.
  • the first and second optical modulators ⁇ 1 1 ⁇ 3 are optical components that modulate the light intensity of incident light, and are abbreviated as, for example, a Mach-Zenter optical modulator (hereinafter referred to as ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ). ) And semiconductor electric field absorption optical modulators.
  • the ⁇ 1 ⁇ in this different mode cannot propagate through the optical waveguide, so the light is intensive.
  • the MZ optical modulator modulates the light intensity of the incident light in the process of electrical signal—refractive index change ⁇ ⁇ phase change ⁇ change. 3 ⁇ 4 ⁇ Academic instruments using academic effects as well as academic effects , Acousto-optic modulators using the acousto-optic effect and Franz Electro-absorption light modulation using the Franz-Keldysh effect and quantum-confined Stark effect There are also containers.
  • the first and second light 5 daughters 1 1 2 and 1 1 4 are controlled by the control processing unit 16, respectively, and the first and second light intensity modulators 1 1 K 1 1 3
  • the control processing unit 16 controls the first and second light intensity modulators 1 1 K 1 1 3
  • an eight-less generator circuit that generates an E pulse to be applied to the first and second optical intensity modulators 1 1 K 1 1 3 and a timing generator that controls the generation timing of the eight-res Circuit and To be sincere.
  • This 3E pulse corresponds to the above-described electrical signal when the first and second optical five daughters 1 1 1 and 1 1 3 are MZ optical modulators.
  • FIG. 10 (A) is a diagram showing the output light of element 10 03 (position of arrow A shown in Fig. 7), and Fig. 10 (B) is the first optical 5 ⁇ modulator 1 1 1 1
  • FIG. 10 is a diagram showing output light (position of arrow B shown in FIG. 7), and FIG. 10 (C) is output light of the second light intensity modulator 11 13, that is, a stage. It is a figure which shows the output light (position of the arrow C shown in FIG. 7) of the Rus light source ⁇ 1.
  • the idea element ⁇ 0 3 has a predetermined line width f 0 with a narrow line width of 18 ⁇ ⁇ constant by AFC 110 based on the control of the control processing unit 16.
  • Light ⁇ J PI light CW 0 is continuously emitted and emitted.
  • the series cw 0 emitted by the P ⁇ element 10 3 is incident on the first light intensity modulator 1 1 1.
  • the optical 5-daughter modulator is normally off, and generates an optical pulse shown in FIG. 24 (B) by turning on and off at a predetermined timing.
  • the light intensity modulator is a MAT8 ententer optical modulator ⁇ "
  • off the light propagating through the first waveguide arm and the second waveguide This is realized by setting the phase difference with the light propagating through the arm to 1800 degrees.
  • On is achieved by aligning the phases of the light propagating through the first waveguide arm and the light propagating through the second waveguide arm. Realized.
  • the first light intensity modulator 1 1 1 in the main weave form is mmxn
  • 3 ⁇ 4J P2 is the ⁇ ⁇ °° forward light OP f and in Fig. 1 and Fig. 4.
  • the light is a Mach-Zenta type optical modulator: In the first light, the set-up 1 1 2 is applied to the first and second recommended arms of the Mach-Zenta type optical modulator.
  • the light propagating through the first recommended arm Adjusts the phase difference between the light propagating through the first conducting arm and the light propagating through the second conducting arm so that the phase of the light propagating through the two conducting arms is aligned, and at the timing ⁇ 2, the normal light intensity is ⁇ 2.
  • the light with the waveform shown in Fig. ⁇ 0 ( ⁇ ) consisting of continuous leakage light CWL and ⁇ ⁇ ° L ⁇ ⁇ enters the second light intensity modulator 1 1 1 to the second light intensity modulator 1 1 3 Is done.
  • Fig. ⁇ 0 ( ⁇ ) consisting of continuous leakage light CWL and ⁇ ⁇ ° L ⁇ ⁇ enters the second light intensity modulator 1 1 1 to the second light intensity modulator 1 1 3 Is done.
  • the second light intensity modulator 1 1 3 is normally off in the!: Machine so that it turns on at timing ⁇ 3 and returns to the normal state off at timing ⁇ 4. It is driven by the second light intensity modulator driving unit 1 1 4 based on the control of the control processing unit 16. In this way, the second light intensity modulator 1 1 1 is mounted by the second light intensity modulator driver 1 1 4, so that the first light intensity modulator 1 1 1 to the second light intensity modulator 1 1 3
  • the light of the waveform shown in FIG. 10 (B) incident on the light is modulated (turned off) to light intensity 0 until timing T3, and is left unmodulated from timing T3 to timing T4, and again from timing T4. Hikari 5 Daughter is beaten by 0 (turned off).
  • the second optical intensity modulator 1 13 is driven by the second optical section 11 14 in this way, so that the second light intensity modulator 1 13 is connected to the light 3 ⁇ 4JP2 only in front of ⁇ ° Lus ⁇ ⁇ .
  • Leakage light 0 P f OtA Rus forward light OP f) Leaves f
  • the second light S daughter modulator 1 1 3 has a light intensity P2 t / ° of light intensity P1 greater than the light intensity P2 in the light intensity P2 ⁇ / less.
  • this light intensity step 3 ⁇ 4tA Lus 0 light forward light at 0 Ps 0 P f time width T f, ⁇ ° Rus 0 P time width Tp and the ratio P rx defined by Equation 12 is It will be done.
  • the time width Tf of the forward light OP f is set to 5 ns, 10 ns, 15 ns, 20 ns, etc., for example. Also, 3 ⁇ 4 ⁇ .
  • the pulse width Tp of the Rus OP is less than 10 ns in order to obtain a high spatial resolution of less than ⁇ m, but the Brillouin circulation shift at a certain position of the detection optical fiber ⁇ 8 From this view, it is possible to suppress the mixing of the Brillouin shift around this certain position. It is preferable to match the gain-spectrum BSI / g (yd) with the sampling time interval in i3 ⁇ 4 measured by the Brillouin time domain detector 17. This actual expansion ⁇ is the pulse width Tp of 3 ⁇ 4A ° Lus ⁇ To 5ns, 2ns and 1ns.
  • the ratio Prx is obtained by simulating H2 / (H1 + H3 + H4) with respect to the ratio Prx based on the equations 8 to 11 and Ti based on the result of the simulation.
  • the ratio Prx is to detect distortion and / or with high accuracy and high spatial resolution even if the value of the ratio Prx is such that the H2Z (H1 + H3 + H4) value in the simulation result is 0.5 or more. Can do.
  • the ratio Prx is about 1 5 8 to about 27 € 18 In order to get the value between, and about the most complete Lorentz curve, it is set to about 21 d ⁇ .
  • the optical amplifier 1 1 5 which amplifies the light to compensate for the loss of the first optical intensity modulator 1 1 1 and the second optical intensity modulator 1 1 3 ⁇ ; You may arrange on the avoidance of 2. In particular, the nature of noise: ⁇ First light intensity modulator 1 1 1 and second light intensity modulator 1 1 as shown by the broken line in Fig. 7 from the viewpoint of amplification while light emission (ASE, Amplifier Spontaneous Emission) is small It is preferable to arrange it on the ridge between 3.
  • the optical amplifier 1 15 is, for example, an optical fiber amplifier or a semiconductor optical amplifier having a gain with respect to the circumference of light emitted from the element 103.
  • the optical fiber amplifier is composed of rare earth it elements such as erbium (element symbol; E r), neodymium (element symbol; N d), placer Zu (element symbol; Pr) and thulium (element symbol; Tm).
  • optical fiber amplifiers and Raman-amplified optical fiber 'amplifiers' using Raman amplification are optical fiber amplifiers and Raman-amplified optical fiber 'amplifiers' using Raman amplification.
  • optical power bras 1 2 and 22 are optical components that divide incident light into two light beams and emit them.
  • Fiber optical fiber type ⁇ , Yamakichi ⁇ !, optical waveguide type optical spectrum ⁇ , etc. can be used.
  • One output terminal of optical power bra 1 2 is optical 5 daughter, polarization adjuster ⁇ Optically disliked by input terminal 3 ⁇ output terminal is connected to first input terminal of Brillouin time domain detector 17 Optically tricked.
  • the light beam polarization adjustment I 3 is a part that is controlled by the control processing unit 16 and adjusts the light separation of the light and emits it by randomly changing the polarization plane of the incident light.
  • the output of the light intensity / polarization adjustment unit 1 3 is optically input to the first terminal of the optical circuit 14.
  • the light intensity 'polarization adjustment 3' includes, for example, an optical variable attenuator 1 2 1 and a polarization controller 1 2 2 as shown in FIG.
  • the variable optical attenuator 1 2 1 is an optical component that can emit and attenuate the light intensity of incident light and change the attenuation.
  • the variable optical weaving 1 2 1 an attenuation disk is inserted between the incident light and the emitted light, and a metal film whose thickness is continuously changed in the rotation direction is deposited on the surface of the attenuation disk.
  • variable optical attenuator that adjusts the attenuation by rotating the attenuation disk, and a magnetic crystal between the incident light and the emitted light, and a polarizer on the exit side of the magnetic crystal. It is possible to use optical variable weaving that adjusts the attenuation by applying a magnetic field to the crystal and changing the magnetic strength.
  • the polarization controller 1 2 2 is an optical component that emits light by changing the polarization plane of incident light at random.
  • the incident light incident on the light polarization adjustment unit 1 3 is adjusted to a predetermined light intensity by the control processing unit 16 with the optical variable attenuator ⁇ 2 ⁇ and is incident on the polarization controller 1 2 2.
  • the polarization plane is changed randomly by the polarization controller 1 2 2 and emitted.
  • the optical circuit 14 is a first to third optical circuit, and is an irreversible optical component in which incident light and outgoing light have a cyclic relationship with their terminal numbers. That is, the light incident on the first is emitted from the second terminal and from the third terminal (the light that is not emitted from the first terminal is emitted from the third terminal and is emitted from the first terminal. (Not acknowledged, the light incident on the third is emitted from the first terminal and not from the second terminal.
  • the optical connectors 15 and 2 are connected between optical fibers or between optical components and optical fibers.
  • the second terminal of the optical circuit 14 is optically connected to one end of the optical fiber 18 for detection via the optical connector 15 and is connected to the optical circuit.
  • the third terminal of 14 is optically connected to the third input of the Brillouin time domain detector 17.
  • the CW light source 19 is a device that is controlled by the control processing unit 16 and has an associative CWp, 1 with a light intensity ranging from 1 to a predetermined range fr.
  • the CW light source 1 9 includes a substrate 1 3 1, ⁇ detection element 1 3 2, light emitting element 1 3 3, light power bra 1 3 4, £ 1 3 5 And the first light receiving element 1 3 6, the second light receiving element 1 3 7, the ⁇ adjusting element 1 3 8, the ATC 1 3 9, and the AFC 1 4 0, and leakage. That is, the CW light source 19 needs to emit light in a predetermined frequency range fr! ⁇ "" A constant series ⁇ CWpumpl should be emitted.
  • the distributed optical fiber sensor ⁇ in this difficult form is fixed with a steep fiber f 0 of probe light and a continuous light CWpumpl of pump light with a predetermined circumference «
  • the Brillouin loss / gain spectrum BSI / g ( ⁇ ) is measured by scanning, and the Brillouin frequency shift b is measured.
  • the predetermined frequency range fr is 4 GHz
  • the lockboyin value corresponding to f L below this predetermined circumference »range fr and LPL when the lock point Bok value corresponding on wavenumber fu of the predetermined circumferential «range lock point value LPU, lock point value LP 0 is to be changed in the range of L PL ⁇ LP 0 ⁇ LPu Become.
  • the output of the CW light source 19 is optically input to the input terminal of the optical power bra 20.
  • One output of the optical power bra 20 is optically is ⁇ to the input terminal of the optical intensity adjustment unit 21, and the other output terminal is ⁇ optically to the second input terminal of the Brillouin time domain detector meter 1 7 .
  • the light intensity adjusting unit 21 is a component that is controlled by the control processing unit 16 and adjusts the light intensity of the incident light to be emitted.
  • the output terminal of the optical 5 daughter adjustment 21 is optically connected to the other end of the detection optical fiber 18 via the optical connector 22.
  • the optical 5 daughter adjustment unit 21 is provided with, for example, an optical variable fabric 15 1 and an optical isolation 15 2 as shown in FIG.
  • the variable optical attenuator ⁇ 51 is an optical component that attenuates the light intensity of the incident light and emits it in the same manner as the variable optical attenuator 1 2 1.
  • the optical isolator 1 5 2 is an optical component that emits light only in one direction from the input ⁇ ? To the output terminal.
  • a Faraday rotator is placed between two CD polarizers that are 45 degrees apart. It's possible to compose it.
  • the optical isolator ⁇ 5 2 prevents the propagation of reflected light generated by each optical component in the distributed optical fiber sensor ⁇ [%: prevents propagation of reflected light to the cw light source 19] 3 ⁇ 4 j . e mm ⁇
  • the incident light 1 e incident on 21 is adjusted to a predetermined light separation by the variable optical attenuator 15 1 and emitted through the optical isolator 15 2.
  • the pump light propagated through the detection optical fiber 18 enters the Brillouin time domain detector 17 through the optical connector 15 and the optical circuit 14 so that the light intensity “polarization adjustment a It is not incident on 1.
  • the pump light intensity 'and polarization adjustment unit 1 3 stairs ⁇
  • the detection optical fiber ⁇ 8 is an optical fiber for a sensor that detects strain and / or ⁇ Jt. Probe light is incident from one end, pump is incident from the other end, and Brillouin scattering is eliminated. Received probe and pump are emitted from the other end and one end, respectively.
  • the detection optical fiber 18 is fixed to the measurement object. It can be measured.
  • the control processing unit 16 increases the strain and / or temperature distribution of the detection optical fiber 18 in the longitudinal direction of the detection optical fiber 18 by inputting and outputting signals to and from the Brillouin time domain detector 17. P everyone; ⁇ / less light source 1 light intensity 'polarization an
  • Electronic circuit for controlling CW light source 19 and light intensity adjustment 21 For example, microprocessor, working memory, and reference for ATC 1 0 9 3 ⁇ 4EV ref1, reference for AFC 1 1 0 3 ⁇ 4EV ref2 , V ref3, ATC ⁇ 39 Reference voltage for TOV ref1, AFC 14 0 Reference voltage V ref2, V ref3, Timing ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3, ⁇ 4, Ratio P rx, etc.
  • the Brillouin time domain detector 17 controls each part of the distributed Sdt Fino sensor 1 and detects the light related to the Brillouin scattering phenomenon received at a predetermined sampling interval for detection in the longitudinal direction of the optical fiber 18 Obtain the Brillouin-mouth / gain 'spectrum BSI / g (yd) of each region of the optical fiber 18 and calculate the Brillouin loss / gain spectrum BS l / g (re d ) To determine the Brillouin circumference shift b for ⁇ t
  • the Brillouin time region detector 17 stores the above-mentioned ratio P rx obtained by the Lorentz curve s.
  • Lus light source 1 Light emitted by ⁇ 3 ⁇ 4Jt step; ⁇ ⁇ ° Lus Detects the light intensity of O Ps, light 5 daughter step ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ° Lus.
  • the control processor 16 is notified so that P 1Z ⁇ 2 of P s becomes this ratio P rx.
  • the Brillouin time domain detector meter 1 7 is light 5 daughter light 5iJt3 ⁇ 4 beauty pumping light ftil probe light to obtain a Lorenz curve is stored, P all drama ⁇ 1 light pulse light source 1 1 is emitted Strength staircase ⁇ ! 1 6 ⁇ .
  • the light intensity of the continuous light CWpumpl emitted by the CW light source 19 is detected so that the optimal probe light intensity and the optimal pump light intensity are obtained.
  • the control processing unit 16 is notified to adjust the polarization adjustment 3 and the light 3 ⁇ 4J adjustment unit 21.
  • the Brillouin time domain detector 17 is equipped with an optical switch, spectrum analyzer and computer.
  • the above-described ratio P rx which is measured by the Lorentz curve, can be stored in advance in the Brillouin time domain detector 17 is because the probe is a slab. Also, since the above-mentioned ratio P rx obtained from the lenticular curve is stored in advance in the Brillouin time domain detector 17, it matches the fiber length of the detection optical fiber at every measurement as shown in the background ⁇ . There is no need to manually adjust 3 ⁇ 4A °.
  • FIG. 14 is a diagram showing the Brillouin loss / gain spectrum distribution and the Brillouin loss Z gain spectrum at distance L1 and distance L2.
  • Fig. 14 (A) shows the distribution of the prill-an-loss Z-gain spectrum, where the X-axis is from one end of the detection optical fiber 18 and the y-axis is circular. Yes, the z-axis is the light intensity.
  • Fig. 14 (B) shows the Brillouin loss Z gain spectrum at distances U and X, where the X axis is circular and the y axis is the light intensity.
  • the S6HL1 has a detection optical fiber. It is assumed that the optical fiber 18 is not distorted, and that the optical fiber 18 for detection is distorted.
  • the Brillouin time domain detector 17 is prepared to measure the spectrum of the light from the staircase "! Lusu light source 1 ⁇ through the light bra 1 2 Notify the signal to the control processing unit ⁇ 6.
  • control processing unit 16 Upon receiving this signal, the control processing unit 16 converts the reference for ATC1 09 of 3 ⁇ 4 to the reference for 3 ⁇ 41 1 and the reference for AFC1 1 0, 3 ⁇ 4EVref2 and Vref3 to ATC1 09 and ⁇ 1 ⁇ 0, respectively. In addition, make 03 03, and turn the floor light source 1 1 to emit light.
  • the light emitted from the P t stage “t ⁇ tA Reless light source ⁇ ⁇ is incident on the Brillouin time domain detector 1 7 via the optical power ⁇ 2, and the Brillouin time domain detector 1 7
  • the Brillouin time domain detector 1 7 confirms whether or not the staircase light source 1 1 emits the light of the predetermined emission iUi «f 0 from the measurement result. If it is not «f 0, the Brillouin time domain detector 17 controls the signal to adjust the reference ⁇ EVref2 and Vref3 for AF C1 1 0 so that the predetermined image interval f 0 is obtained.
  • the control processing unit 16 adjusts the reference for the AFC1 1 0 3 ⁇ 4EVref2 and Vref3 so that the predetermined translation f 0 is obtained.
  • HatsuAkiranao f of the light emitted from the light source I 1 becomes a predetermined Hatsukoboshi vertical f 0, the Brillouin time domain detector meter 1 7, control light 5 ⁇ P 1 of their To notify the processing unit 1 6.
  • Luz O In cases where there is cormorants 1 AA ° pulse backward light 0 Pb, 3 ⁇ 4 ⁇ ° pulse front light OPf and ⁇ ° pulse ⁇ light OPb) 3 ⁇ 4 ⁇ Riresu forward light O Pf in Ps of the light intensity P 2 3 ⁇ 4.
  • Luth OP light 5 Daughter P1 ratio The first light intensity modulator 1 1 1 is controlled by the first light intensity modulator driver ⁇ 1 2 and the light intensity is adjusted to the specified ratio Prx. Staircase ⁇ ! O tA.
  • the second light intensity modulator 1 ⁇ 3 is controlled so that the second OPs are emitted so that the OPs are emitted.
  • the control processing unit 16 Upon receiving this signal, the control processing unit 16 adjusts the first optical device 11 1 1 so that the predetermined ratio P rx is obtained. Repeating such adjustment, stepped 1 ⁇ ° light source 1 light emitted from 1 5 daughter ⁇ everyone step ⁇ 1 ⁇ ° 0 0 s J: ⁇ When the ratio p rx is reached, the pre-run time domain Detector
  • Luminous light source 1 Optical intensity staircase emitted by 1 ⁇ yatA Luth O Ps is the optical fiber for detection with the optimal light intensity to obtain the Brillouin loss / gain 'spectrum BS l / g (Li d) of the Lorentz curve 1 8 Light intensity
  • a signal for adjusting the decrease of 3 is notified to the control processing unit 16.
  • control processing unit 16 Upon receiving this signal, the control processing unit 16 adjusts the attenuation amount of the optical polarization adjustment unit 13, and the control processing unit 16 sends a signal indicating that the adjustment of the attenuation amount is completed to the Brillouin time domain detector. 1
  • the Brillouin time domain detector 17 determines that the staircase light source 1 1 is ready to emit a certain light intensity staircase ⁇ ⁇ ⁇ ° Lus O Ps. Stair-like 3 ⁇ 4 ⁇ Lu O Ps to stop the injection.
  • the control light processing unit ⁇ 6 controls the light source 1 ⁇ .
  • the Brillouin time domain detector 17 then starts measuring the Brillouin 'loss Z gain' spectrum B S l / g (y d).
  • the Brillouin time domain detector 17 prepares to measure the spectrum of light from the CW light source 19 via the optical power bra 20. Then, the Brillouin time domain detector 17 notifies the control processing unit 16 of a signal for causing the CW light source 19 to emit the lowest frequency f L in the scanning range.
  • control processing unit 16 Upon receiving this notification, the control processing unit 16 sends the reference 1 for ATC 1 39 and the reference for AFC 1 40 corresponding to the lowest frequency «f L 3 ⁇ 4 EV ref2 and V ref3 to ATC 1 3 9 and AFC 1 40 are applied to cause P ⁇ element 1 3 3 to emit light, and continuous light is emitted from CW light source 19.
  • the continuous light emitted from the CW light source 19 enters the Brillouin time domain detector 17 via the optical power bra 20, and the Prillouin time domain detector 17 measures the spectrum of the light.
  • the Brillouin time domain detector ⁇ 7 determines whether or not the CW light source 11 emits the lowest frequency f L. Brillouin time domain detector, if not lowest «f L 17 notifies the control processing unit 16 of signals for adjusting the reference 3 ⁇ 4EV ref2 and V ref3 for AFC 110 so that the minimum frequency f L is obtained.
  • the Brillouin time domain detector meter 1 7 communicates ⁇ 1 A of the CW light source I 9 from the measurement results of the space click Bokuru is emitted is, the Lorenz curve Brillouin loss / gain -.
  • the control processing unit 16 Upon receiving these signals, the control processing unit 16 adjusts AFC 1 4 0ffl (# BS ⁇ EV ref2, V ref3 so that Mr. Shuji f L is reached. Further, the control processing unit 16 The attenuation amount of the optical adjustment unit 2 ⁇ is adjusted, and the control processing unit 16 sends a signal indicating that the adjustment of the attenuation amount is completed to the Prillouin time domain detector 17.
  • the Brillouin time domain detector 17 notifies the control processing unit 16 of a signal for emitting the staircase tet 'Lus light source 11 1 to emit the light staircase 0 Ps.
  • Lus O Ps is injected, and a signal indicating the timing of injection is input to the Brillouin time domain detector 17.
  • Probe light optical S daughter staircase ⁇ 1 ⁇ ° L O Ps
  • ⁇ dimension at one end of detection optical fiber 1 8 enters from the other end of detection optical fiber 2 2 and is detected optical fiber 1 8 It propagates from one end of the optical fiber for detection 18 to the other end while producing the pump light (continuous light CWpumpl) propagating through the light and the appearance of the Brillouin tongue Li.
  • the light related to the Brillouin separation beam is emitted from one end of the detection optical fiber 18, and is incident on the Brillouin time domain detector 7 through the optical circuit 4.
  • the Brillouin time domain detector 17 is a light intensity stair that is comforted by the control processing unit 16! ⁇ Based on the timing at which the Lilles O Ps is emitted, the received light related to the Brillouin scattering phenomenon is detected in the time domain ⁇ ⁇ I pray and measure the light intensity distribution of the Brillouin scattering phenomenon in the longitudinal direction of the detection optical fiber 18. In this way, the Brillouin time domain detector 17 has a CW light source ⁇ 9 that emits continuous light of the lowest lap f L as pump light and a staircase! 1 6 A Luth light source 1 1 with light intensity P ! 1 ⁇ less O
  • the detection optical fiber 1 8 Brillouin separation L phenomenon is generated by the pump light, and the light related to the Brillouin scattering phenomenon is timed and prayed, and the detection optical fiber 8 : Brillouin scattering in the direction Measure the light intensity distribution of Saito.
  • the curve m shown in FIG. 14 (A) which is the light intensity distribution of the Brillouin scattering light corresponding to the pump light having the lowest circumference f L, is obtained.
  • the degree of interaction between the probe light and the pump light related to the Brillouin separation L phenomenon depends on the relative relationship between the probe light ( ⁇ light-splitting surface and the polarization plane of the pump light.
  • the distributed fiber optic sensor 1 is capable of separating the light intensity at each measurement with the polarization adjustment 1 3;
  • the light intensity distribution of the Brillouin separation light corresponding to the pump light with the lowest frequency f L is repeatedly measured and the average value is adopted. Thus, this dependency can be substantially eliminated. Therefore, the light intensity distribution ml related to the Brillouin scattering phenomenon can be obtained with high accuracy.
  • measurement is performed 500 or 100 times.
  • the Brillouin time-domain detector 1 7 corresponds to the pump light of the next circulation when the measurement of the light of the Brillouin scattering transport corresponding to the pump light of the lowest circumference f L is completed.
  • the Brillouin time range: t or the detector 17 can be used as a pump light for the next peripheral to the CW light source 19 by the same method as above.
  • the optical bow daughter P metrology 3 tA ° Lus O Ps is emitted as the probe light.
  • the Brillouin time domain detector 17 emits light related to the Brillouin separation phenomenon emitted from one end of the detection optical fiber 18 and incident on the Prillouin time domain detector 17 via the optical circuit 14.
  • Brillouin time domain detector meter 1 7 the measurement of the distribution of light intensity of the light m2 according to Brillouin scattering phenomenon corresponding to the pump light of the next lap ⁇ ends, successively the pump light circumferential ⁇ the best one after another Change up to Zhou Fu, and measure the distribution m3, m4,.,., Mn of the light 5 ⁇ related to the Brillouin scattering phenomenon corresponding to the pump light in this way as described above.
  • distribution mn is This represents the light intensity distribution m of the Brillouin scattering light corresponding to the nth circumferential pump light in the range.
  • the Brillouin scattering in the direction of the optical fiber for detection 18 at each circumference in the range 3 ⁇ 43 ⁇ 4J , M2, m3, m4..., Mn is obtained with high and high spatial resolution, and as a result, Brillouin loss / gain spectrum BSI / g (V d) can be obtained with high accuracy and high spatial resolution.
  • the Brillouin time domain detector 17 has a loop corresponding to the peak of the Brillouin, loss / gain spectrum BS l / g (id) in the portion where the detection optical fiber 18 is not distorted.
  • the prillouin lag shift b in each of the detection optical fibers 18 in the ⁇ direction is obtained with high accuracy and high spatial resolution.
  • Figs. 14 (A) and (B) there is no distortion in the portion of SgH L 1 from one end of the detection optical fiber 18 and there is distortion in the portion of distance L 2 To do.
  • the Brillouin 'loss / gain' spectrum BS l / g (Le d) at distance L 1 is shown by the solid curve e in Fig. 14 (B), and the Brillouin loss / gain
  • the spectrum BS l / g (yd) is shown in Fig. 14 (B) by the Kureo curve f.
  • L1 is equal to the Brillouin Ross / Gain' spectrum at L2
  • Find the difference from the lap V b2 corresponding to the peak of BS l / g (Le d), and the Brillouin shift shift b V b2—li bl.
  • the Brillouin time domain detector 17 detects the distortion and _ or temperature in each region in the longitudinal direction of the detection optical fiber 18 from the Brillouin margin shift Vb of each region with high accuracy and high spatial resolution.
  • the distribution of distortion and / or ⁇ in each region of SK ⁇ direction of the obtained detection optical fiber 18 is shown in an output section (not shown) such as a CRT display or a X ⁇ plotter.
  • the distributed optical fiber sensor 1 uses the optical intensity level of the probe light as the optical beam stage !! 3 ⁇ 4 A ° OPS Os, so the above-mentioned ratio P rx from which the Lorentz curve can be obtained is expressed as Brillouin. Since it can be stored in advance in the time domain detector 17, manually adjust 3 ⁇ 4 / °° to match the length of the optical fiber 18 for each detection, as shown in the background. There is no habit. Therefore, the distributed optical fiber sensor 1 can be commercialized. As a result of the logical analysis, it can be said that the small ratio P rx can be expressed as S3 ⁇ 4. Therefore, the Brillouin loss / gain spectrum BS l / g (yd) is a Lorentz curve, so it has high accuracy and high spatial resolution. Strain and / or SJg generated in the detection optical fiber 18 can be measured.
  • the distributed optical fiber sensor in the second separation mode is a detection optical fiber that receives probe and pump light from one end of a detection optical fiber for detecting strain and Z or SJ.
  • Brillouin Scattering Receiving pump light that has been subjected to ⁇ Gland, Brillouin- Gain Spectrum Time Domain Reflection Analysis (B Gain — OTDR, Brillouin Gain Optical Time Domain Ref! Ectometer) or Brillouin Ross Spectral It performs distortion and / or temperature detection based on Brillouin frequency shift by performing a time-domain reflection analysis (B Loss -OTDR, B I louin Loss Optical Time Domain Reflectometer).
  • Brillouin-gain-spectrum time-domain reflection analysis or Prillouin-loss-spectral time-domain reflection analysis is abbreviated as Brillouin-loss / gain 'spectral-time-domain analysis.
  • the light associated with the Brillouin tongue is Brillouin scattered light.
  • FIG. 15 is a block diagram showing wrinkles of the distributed optical fiber sensor in the second embodiment.
  • FIG. 16 is a block diagram showing the configuration of the CW light source in the distributed fiber sensor according to the second embodiment.
  • the distributed optical fiber 'sensor 2 in the second actual rising state consists of a floor light source 1 1, a light intensity bra 1 2, a light intensity' polarization adjuster 1 3, a light Circulator 1 4, Optical power bra 3 3, Optical connector 1 5, Control processing unit 3 1, Brillouin time domain detector 1 7, Detection optical fiber 1 8, CW light source 3 2, A light intensity bra 20 and a light intensity adjustment unit 21 are provided.
  • the output of the step-like 3 ⁇ 4 ⁇ light source 1 1 is optically input to the input of the optical power ⁇ 2.
  • One output terminal of the light intensity bracket 2 is optically connected to the input terminal of the light intensity / polarization adjusting unit 13.
  • the output terminal of tm ⁇ 3 is optically connected to the first terminal of the optical circuit.
  • the second terminal of the optical circuit is connected to one input terminal of the optical power bra 3 3. It is sold scientifically.
  • the output terminal of the optical power bra 33 is optically connected to one end of the detection optical fiber 18 via the optical connector 15.
  • the output of the CW light source 32 is optically connected to the input terminal of the optical power bra 20.
  • One output terminal of the optical power bra 20 is optically connected to the input of the light intensity adjustment S 21.
  • the output of the light intensity adjusting unit 21 is optically connected to the other input terminal of the light intensity bra 33.
  • the other output of the optical power bra 12 is optically input to the first input terminal of the Brillouin time domain detector 31, and the other output of the optical power bra 20 is the second input of the Brillouin time domain detector 31.
  • the third of the optical circuit 14 is optically connected to the terminal and the third input of the Brillouin time domain detector 31 is optically connected.
  • Light power bra 33 is a ⁇ g product that divides incident light into two lights and emits them.
  • the light source 32 is a device that is controlled by the control processing unit 16 and performs 3E 3 ⁇ 4 CWpump2 of a predetermined surrounding IS range f rTl ⁇ ⁇ .
  • the associative C Wpump2 is emitted for a predetermined period at a predetermined timing.
  • the CW light source 32 includes a cloth 131, a ⁇ J detection element 132, a
  • the configuration further includes a modulator driving unit 162.
  • ⁇ 40 is a staircase 1 including the optical connection and electrical connection except that the AFC 140 changes the ilJ M ( ⁇ 6 element 133 under the control of the control processing unit 16.
  • the third light device 1 61 is an optical component that increases the light intensity of the incident light. Similarly to the first and second light intensity fixtures 1 1 2 and 1 1 4, the third light intensity modulator 1 6 2 is controlled by the control processing unit 16, and the third light intensity modulator 1 6 2 This is a driver circuit that drives the degree modulator 1 6 1. Light from the light emitting element 1 3 3 is incident on the third light intensity modulator 61. 3rd light intensity modulator ⁇ 6 1 is this! ⁇ Tren light from eaves 1 3 3 CWp, 2 is turned on and off based on the control of third light 5 daughter modulator horse head 6 2.
  • the light emitted from the third light intensity modulator 1 6 ⁇ enters the light intensity bra 20 as the output light of the CW light source 3 2.
  • the light source 32 emits iE3 ⁇ 4C Wpump2 for a predetermined period at a predetermined timing by operating in this way.
  • an optical amplifier 1 63 that amplifies the light to compensate for the loss of the third optical intensity modulator ⁇ 6 ⁇ is placed after the third optical intensity modulator 1 61. May be.
  • the control processing unit 31 inputs / outputs signals to / from the Brillouin time domain detector 17 so that the probe light at the one end of the detection fiber 8 is reflected at the other end by the probe light.
  • the pump light and probe light are propagated to the detection optical fiber 1 8 so that is incident on one end of the detection optical fiber 1 8, and the detection optical fiber 1 8: detection optical fiber in the SK ⁇ direction 1 8
  • the electronic circuit is configured to include a microprocessor, a working memory, a memory for storing data, and the like.
  • the other end of the detection optical fiber 18 is used. Further, a mirror part for threatening incident light may be provided, and the other end of the detection optical fiber 18 may be mirror-finished.
  • the distributed optical fiber sensor 2 according to the second embodiment is a light having a predetermined ratio P rx by the same operation as the distributed optical fiber sensor ⁇ according to the first embodiment. 5tJ staircase> y3tA ° Lus 0 Ps P everyone play; OfeA Lilles light source 1 Emit from 1 1
  • the distributed optical fiber sensor 2 according to the second embodiment has the same operation as that of the distributed optical fiber sensor 1 according to the first 3 ⁇ 43 ⁇ 4S configuration. Brillouin Blossan Ross / Gain BS l / g (yd) can be obtained: light bow J staircase ⁇ 3 ⁇ 4 ⁇ with 1 ⁇ light intensity.
  • the reduction of the light intensity / polarization adjusting unit 13 is adjusted so that the light OPs enters the detection optical fiber 18 as probe light.
  • the distribution according to the second form ⁇ ; the fiber sensor 2 controls the staircase 4 ⁇ ° light source ⁇ 1 to stop the emission of a predetermined light intensity step ⁇ 1 ⁇ ° Lus O Ps Let Part 6 control.
  • the distributed fiber sensor 2 according to the second embodiment is the Brillouin 'Loss / Gain' spectrum BS of the Lorentz curve by the same IW as the distribution type optical fino sensor 1 according to the first separation form.
  • the light intensity of the pump light should be adjusted so that l / g (re d) cannot be obtained.
  • the distribution fino sensor 2 according to the second embodiment causes the control processing unit 6 to control the CW light source 19 so as to stop the emission of the associative CWpimp2.
  • the distributed optical fiber sensor 2 is configured to detect the optical intensity of the light relating to the Brillouin tongue in Li direction of the detection optical fiber 18 in each circumference of the 3 ⁇ 4 ⁇ ⁇ range fr: I ⁇ direction Distribution of m1, m2, m3, m4 ⁇ Start measurement of spectrum / l (g) spectrum.
  • the distributed optical fiber sensor 2 performs Brillouin-loss / gain-spectrum time-domain reflection analysis, so that at each frequency of ⁇ mmm fr, the detection optical fiber is detected.
  • 18 Pump light and probe light are sent to the detection optical fiber 18 so that the probe light is incident on one end of the detection optical fiber 18 when the pump light incident on one end is reflected on the other end.
  • Propagation and Brillouin scattering Analyze light related to ⁇ gland with Brillouin scattering detector 17.
  • the distributed optical fiber sensor 2 according to the second embodiment performs the same operation as the distributed optical fiber sensor 1 according to the first actual expansion state, thereby detecting the optical fiber for detection.
  • ⁇ ⁇ Obtain the strain and / or temperature in each region in the longitudinal direction of 8 with high accuracy and high spatial resolution, and present it to the output unit (not shown).
  • the distributed optical fiber sensor 2 uses the staircase ⁇ 3 t ° as the probe light in the same manner as the distributed optical fiber sensor 1 according to the first embodiment. that stores in advance the ratio P rx above which is obtained in the Brillouin time domain detector meter 1 7 Therefore, it is not necessary to manually adjust the ⁇ ⁇ ° L to match the fiber length of the detection optical fiber 18 for each measurement as described in the background. Therefore, the distributed optical fiber sensor 2 can be commercialized.
  • the distributed optical fiber sensor according to the third embodiment of the present invention has a Brillouin loss / gain 'spectrum time domain, analysis and Brillouin loss / gain' spectrum time domain reflection in a single unit. It's something that can be analyzed.
  • Fig. 17 is a block diagram showing the integrity of the distributed optical fiber sensor in the third difficult form.
  • the distributed fiber optic sensor 3 in the third actual expansion state includes a staircase light source 1 1, a light power bra 1 2, a light intensity polarization adjustment unit 1 3, an optical circuit 1 4 and a light Force bra 3 3, optical connector 15, control processing unit 4 1, Brillouin time domain detector 1 7, detection optical fino 1 ⁇ 8, light source 3 2, light power bra 2 0, The light intensity adjustment rod 2 1, the optical switch 4 2, and the optical connector 2 2 are provided.
  • the output S 3 ⁇ 4 ⁇ of the capital S 3 ⁇ 4tA ° light source 1 ⁇ is optically viewed at the input 3 ⁇ 4 ⁇ of the optical power bra 12.
  • One output terminal of the optical power bra 12 is optically connected to an input terminal of the optical 5 daughter polarization adjustment 13.
  • the output terminal of the light intensity polarization adjustment unit 13 is optically connected to the first terminal of the optical circuit 14.
  • the second terminal of the optical circuit 14 is optically connected to one input terminal of the optical power bra 33.
  • the output terminal of the optical power bra 33 is optically connected to one end of the optical fiber for detection 8 through the optical connector 15.
  • the output terminal of the CW light source 32 is optically connected to the input ⁇ of the optical power bra 20.
  • One output terminal of the optical power bra 20 is optically connected to the input ⁇ ?
  • the output terminal of the light intensity adjusting unit 21 is optically connected to the input terminal of the optical switch 42.
  • One output of the optical switch 4 2 is optically connected to the interference input of the optical power bra 33 3, and the other output terminal is connected to the other end of the detection optical fiber 18 through the connector 24.
  • the other output of the optical power bra 12 is optically input to the first input terminal of the Brillouin time domain detector 17, and the output terminal 2 of the optical power bra 20 0 is connected to the Brillouin time domain detector 17.
  • 17 is optically input to the second input terminal
  • the third of the optical circuit 14 is optically input to the third input of the Brillouin time region i or the detector 17.
  • the control processing unit 41 receives the output of the Brillouin time-domain detector 17, and P all stages ⁇
  • the adjusting unit 21 and the optical switch 4 2 are controlled.
  • optical power bra ⁇ 1, optical power bra ⁇ 2, light-polarization adjustment 3 ⁇ 4 3, optical circulation evening 14, optical connector 15, Brillouin time domain detector 17, optical fiber for detection 1 8, optical power bra 20, light intensity Since the adjustment unit 21 and the optical connector 22 are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted. Since the CW light source 32 and the light intensity bra 33 are the same as those in the second embodiment, description thereof is omitted.
  • the optical switch 4 2 is a 1 ⁇ 2 optical switch with 1 input and 2 outputs. Light input from the input terminal based on the control of the control processing unit 4 1 is sent to either one of the two output terminals. Inject selectively.
  • the optical switch 42 for example, a light switch or a light switch can be used.
  • the 5 t switch is an optical component that changes its taste by moving and rotating microscopic elements such as prisms, rod lenses, and mirrors, and the optical fiber itself.
  • an optical microelectronic system that uses semiconductor microfabrication ⁇ 3 ⁇ 41 ⁇ to enclose the refractive index between the light guides and move the nights freely, or move the mirrors overnight.
  • An optical waveguide switch is an optical component that, for example, forms a Mach-Zenter interference type by optical seismic motion, changes the refractive index of each optical waveguide arm by applying an electric field to each optical optical arm, and switches the optical fiber.
  • a semiconductor optical switch using a semiconductor optical switch using a refractive index change caused by carrier injection and an optical semiconductor amplifier as an on / off gate are also known.
  • the control processing unit 3 1 inputs and outputs signals to and from the Brillouin time domain detector 17, so that the Brillouin loss / gain spectrum time range: 1 analysis and Brillouin loss / gain spectrum time domain
  • the Pf ⁇ c pulse light source ⁇ 1 optical Intensity-polarization difficulty 1 3
  • CW light source 1 CW light source 1 9
  • light 5 daughter adjustment unit 2 1 and light switch
  • it is equipped with a microprocessor, working memory, memory for storing data, etc.
  • the control processing sound I 1 is The optical switch 42 is controlled so that the light incident from the optical fiber 22 exits from an output optically input to the other end of the detection optical fiber 18 via the optical connector 22. Since the distributed S! Bfe fiber sensor 3 according to the third embodiment operates in the same manner as the distributed optical fiber sensor according to the first separation mode, the description thereof is omitted.
  • the Brillouin-loss Z gain-spectrum time domain analysis is performed using the distributed optical fiber sensor 3 according to the third actual expansion state.
  • the optical switch 4 2 is set so that the light incident from the terminal is emitted from the output terminal connected to the optical fiber 1 8 to the one end of the detection optical fiber 1 8 via the optical power bra 3 3 and the optical connector 15. Control. Since the distributed optical fiber sensor 3 according to the third actual expansion state operates in the same manner as the distributed optical fiber sensor according to the second exemplary embodiment, the description thereof is omitted.
  • the detection optical fiber 18 receives the interaction between the probe light and the Brillouin scattering, and the pump light emitted from one end of the detection optical fiber 18 is divided into two by the optical power bra 33.
  • One of them will be distributed to the Brillouin time domain detector 17 through the optical circuit 14. That is, the pump light that has received the interaction loses its power in the optical power bra 33. Therefore, in order to compensate for this iron, an optical amplifier may be further provided on the screen from the optical circuit 14 to the Brillouin time domain detector 17. Alternatively, an amplifier may be further provided in the Brillouin time domain detector 17 so that the pump light is amplified by light received by the light receiving element and photoelectrically converted.
  • the distributed fiber optic sensor 3 according to the third actual expansion state changes the probe light. Therefore, the ratio p rx of the Lorentz curve field can be stored in advance in the Brillouin time domain detector 17, so that the fiber length of the detection optical fiber 18 is measured every time as in the background art. There is no need to manually adjust the sleeve to match 3 ⁇ 4. Accordingly, the distributed optical fiber sensor 3 can be commercialized.
  • the distributed optical fiber sensors 1, 2, and 3 according to the first to third modes are designed to use a light intensity step of ⁇ 3 ⁇ 4 ⁇ Lus 0 Ps for the probe light according to the length of the detection optical fiber 18 3 ⁇ 4 ⁇ Lus. Measures distortion and / or ⁇ generated in the detection optical fiber 1 8 with high accuracy and high spatial resolution without manual adjustment of.
  • the distributed optical fiber sensor according to the fourth embodiment has the configuration of the distributed optical fiber sensors 1, 2, and 3 in the first to third separation forms, and the light of 3 ⁇ 4 ⁇ ° light OP f 3 ⁇ 4J P2 Pulse light and light intensity staircase ⁇ » ⁇ .
  • the distributed optical fiber sensor according to the fourth aspect can improve errors by being configured in this way, the distributed optical fiber sensors 1, 2, and 2 according to the first to third E3 ⁇ 4S configurations are provided.
  • the time width Tf of 3feA ° Lus forward light O P f in the range of Tp ⁇ Tf ⁇ 2 8.57 n s can be used.
  • the distributed optical fiber sensor according to the fourth ⁇ configuration can improve the error by configuring in this way, when the distortion is evenly distributed over a wide range, Detects a small strain of 0 0 ⁇ ⁇ or less: Suitable for ⁇ 3 ⁇ 4.
  • the Brillouin time-domain detector 17 operates to “ ⁇ ”, the Brillouin-Loss in each region in the longitudinal direction of the detection optical fiber 18 ⁇ Gain-spectrum BSI / g (Since it is the same as the first to third embodiments except for obtaining the first, the description is omitted.
  • the light intensity in the fourth actual ⁇ Kaikoboshi: is a diagram showing a ⁇ t pulse and leakage ⁇ 1 ⁇ ° pulse.
  • FIG. 19 is a diagram showing rf ⁇ of the distributed optical fiber sensor in the fourth actual state.
  • the fourth actual expansion is that the Brillouin time domain detector 17 first emits the pump light of the continuous light and the probe light to the stair ⁇ l; 3 ⁇ 4tA °
  • the leakage time is 1 ⁇ ° Lus O PL
  • the time width is 1 ⁇ ⁇ ° Lus 0 Ps
  • the light intensity is 1 ⁇ .
  • Luth 0 Ps is the smallest light 5 daughter is the smallest ⁇ A ° Lus forward light 0 P f light intensity.
  • the Brillouin time domain detector 17 emits associative pump light, and the P light is used as a probe light for the light source 11 in Fig. 1 8 ( ⁇ )
  • the light intensity step shown in Fig. 4 is emitted by 1 Lus O Ps (S 1 0 3), and the light intensity distribution M2 related to Brillouin scattering in the longitudinal direction of the detection optical fiber 18 is measured. Memorize measurement results (S 1
  • the Brillouin time domain detector 17 obtains the difference M2—M1 between the distribution M1 in the process S 1 0 2 and the distribution M2 in the process S 1 0 4 and determines the difference M2—Ml. S 1 0
  • Such operations of processing S 1 0 1 to processing S 1 0 5 are performed at each frequency in the ⁇ Ji3 ⁇ 4 range (S 1 0 6), and the Brillouin scattering phenomenon in the longitudinal direction of the detection optical fiber 18 is involved.
  • the distributions m1, m2, m3, m4..., Mn of the light of light? 3 are obtained, and the Brillouin loss / gain 'spectrum BS l in each region in the longitudinal direction of the detection optical fiber 18 is obtained from these.
  • the distributed optical fiber sensor according to the fourth embodiment is better in error than the distribution ⁇ ⁇ fiber sensors 1, 2, and 3 according to the first to third real thighs.
  • the distributed optical fiber sensor 3 can be made into an industrial product.
  • the distributed optical fiber sensor according to the fourth difficult form has the configuration of the distributed optical fiber sensors 2 and 3 in the first to third separated forms, and the optical intensity of the forward light OP / f as the probe light.
  • the distributed optical fiber sensor 1 according to the first to third embodiments, 2 improve Ayama ⁇ occurring result of detection by the 3
  • the distributed optical fiber sensor according to the fifth embodiment has a configuration in which the distributed optical fiber sensors 1, 2, and 3 in the first to third separation modes are connected to the optical fibers for detection.
  • FIG. 20 is a block diagram showing a configuration of the distributed optical fin sensor in the fifth actual rising state corresponding to the distributed optical fin sensor in the first actual expanding state.
  • the configuration of the distributed optical fiber sensor 5 in the fifth embodiment is that the fermented light is detected at one end of the detection optical fiber ⁇ 8, and in the example shown in FIG. 20 at the end where the pump light is incident.
  • Connect the fiber 5 ⁇ ⁇ ⁇ further, memorize the mysterious correction value change it instead of the Brillouin time domain detector 1 7, and operate vertically so that the standard obtained from the reference optical fiber 5 1
  • the Brillouin time domain is used to calculate the correction value from the correction value conversion formula based on the value, and to correct the center frequency in the measurement result Prillouin loss Z gain spectrum BS l / g (Li d) with this correction value.
  • the area detector 52 this is the same as the first to third embodiments, and the description thereof is omitted.
  • the combined optical fiber 51 is an optical fiber having the same quality as the detection optical fiber 18 and having a length corresponding to the spatial resolution of the distributed optical fiber sensor 5. And, 3 ⁇ 4 ⁇
  • the optical fiber 51 includes the light used for the distributed optical fiber sensor 5 5 daughter P all stages “t tA ° Lus OPs time width
  • FIG. 21 is a diagram showing the operation of the distributed fiber sensor in the fifth ⁇ ! 5 state.
  • FIG. 22 is a diagram showing a ratio 1 correction value characteristic I raw curve representing a correction value for the circumference.
  • the Brillouin time domain detector 52 first obtains the Brillouin loss / gain spectrum BS l / g (re d) in the fresh optical fiber 51, and obtains the calculated Brillouin aperture / gain The frequency (center frequency) at the peak of the spectrum BSI / g (vd) is obtained and set as a summary value f H0 (S 201). That is, the Brillouin time domain detector 52 measures the light intensity of the light related to the Brillouin tongue U gland in the optical fiber 51 in each circumference of the ⁇ Jl range.
  • the Brillouin time domain detector 52 obtains the Brillouin loss / gain spectrum BS l / g (re d) in the reference optical fiber 51 from each measured light intensity. Then, the Brillouin time domain detector 52 obtains the center loop in the Brillouin-loss / gain-spectrum BS l / g (re d) and sets the value as the direct fH0. Next, the Brillouin time-domain detector 52 operates in the same manner as in the first to third actual expanded states to detect the Brillouin loss Z gain in each region of the detection optical fiber 18 in the S ⁇ direction.
  • the Brillouin time domain detector 52 detects the optical fiber for detection 1 from the measured distribution ml, m2, m3, m4,.
  • Brillouin ⁇ Loss Z gain ⁇ Spectrum BS l / g Determine the order, respectively, each Brillouin loss / gain spectrum BSI / g (Les Find the center circumference and set each value as the detected value fHn .
  • the detection value f Hn represents the detection value f H in the ⁇ -th region.
  • the Brillouin time domain detector 52 obtains the ratio f rx (frequency ratio) of the detected value f H to the collective value f H0 defined by Equation 13 in each domain part (S2 03) Further, the correction value f En corresponding to the frequency ratio f rxn is obtained by transforming each frequency ratio f rxn (S204).
  • the circumferential «I ratio frxn represents the division ratio f rx in the region portion of the n-th correction value f En represents your Keru correction value f E in the n-th territory ⁇ .
  • the correction value conversion equation is an equation related to the error that H4 gives to H2, and it is assumed that a predetermined distortion is given to the detection optical fiber according to the light intensity step ⁇ 1 ⁇ ⁇ ° Lus OPs used as the probe light.
  • 22 is a functional equation obtained based on the difference between the value obtained by performing the simulation using the above Equations 7 to 11 and the predetermined distortion, for example, with respect to the peripheral key ratio ⁇ rx as shown in FIG. peripheral ⁇ spoon represents the correction value f E - is a function expression of the correction value JP I production curve.
  • Fig. 22 shows a simulation of the circumference »!
  • the correction value may be converted from WMtt f rx.
  • the Brillouin time domain detector 52 calculates the Brillouin 'loss / gain' on the low-circulation side from each detected value f Hn in the Brillouin loss / gain.s vector BSI / g (yd) of each region.
  • the area S Ln represents the area S L of the n-th region portion
  • the area S Rn represents the area S R in the n-th region portion.
  • the Brillouin time domain detector 52 obtains in step S204 based on each area S Ln and 0 ⁇ area S Rn obtained in the Brillouin-loss / gain-spectrum BSI / g (re d) of each area portion.
  • the Brillouin time domain detector 52 receives the detected value fHn of the Brillouin loss Z gain spectrum BS l / g (Li d) obtained in the process S 2 0 2 in each region. processing-out each ⁇ by S 2 0 6 a correction value f E n respectively added (the sign of the correction value f E is the case of the plus correction value f E in addition to the test detection value f H, the correction value f E ⁇ There minus the draw correction value f E from the detected value f H), the detection an if H n (correction ⁇ wheat detecting iii f HE n of Brillouin loss / gain Su Bae corrected vector BS l / g (ld) ) For each (S 2 0 7).
  • the Brillouin time domain detector 52 uses the center circumference of the Brillouin Ross / Gain 'spectrum BS l / g (yd) in the portion where the detection optical fiber 18 is not distorted as »
  • Optical fiber for detection 1 8 Brillouin 'loss / gain' spectrum in each direction part of the spectrum BS l / g (Le d)
  • the detection optical fiber 1 by obtaining the difference from the corrected detection value f HE n
  • the Brillouin circumference in each of the longitudinal sections of 8 is calculated, and the Brillouin time domain detector 52 calculates the Brillouin circumference of each of the detected optical fibers 18: Based on b, the strain distribution and / or SJt distribution in the direction of the detection optical fiber 18 is obtained (S 2 0 8).
  • the distributed optical fiber sensor 5 in the fifth embodiment corresponding to the configuration of the distributed optical fiber sensor 1 in the first embodiment has been described.
  • the distributed optical fiber sensor 5 in the second and third embodiments is described.
  • the distributed optical fiber sensor according to the fifth actual expansion state is better in error than the distributed optical fiber sensors 1, 2, and 3 according to the first to third actual expansion states. Therefore, the strain and / or generated in the detection optical fiber 18 can be measured with a higher degree of separation and higher spatial resolution.
  • the distributed optical fiber sensor according to the fifth actual state can detect a minute strain of 2 0 0 ⁇ ⁇ or less when the strain is evenly distributed over a wide range. .
  • it is adjusted to the fiber length of the detection optical fiber 18 every time it is measured. Rus manually No need to adjust. Therefore, the distributed optical fiber sensor 3 can be commercialized.
  • FIG. 23 is a diagram showing the Brillouin circumferential shift amount in the direction of the detection optical fiber.
  • Such a detection optical fiber 18 whose Brillouin circumferential shift amount changes periodically has a length II having a first Brillouin circumferential shift amount (1) as shown in Fig. 23, for example.
  • the portion DMI 1 and the first Brillouin circumferential shift amount b (1) and the partial DM I2 of length I 2 having a different second Brillouin circumferential shift amount b (2) were repeated.
  • the first and second Prillouin shifts b (1) and vb (2) can be realized by appropriately distorting the optical fiber.
  • the Brillouin loss / gain spectrum BSI / g (yd) is measured by scanning the frequency of the continuous light CWpumpl in the predetermined frequency range fr, and the Brillouin circumference shift shift b is measured. .
  • P everyone ⁇ 1 ; ⁇ ⁇ ° Los light source 1 0 3 is not necessarily a tunable semiconductor laser, but may be a semiconductor laser.
  • the distribution sat image sensors 1, 2, and 3 input the stair «tetA ° of the probe light, f 0, within a predetermined frequency range fr,
  • the Brillouin loss Z gain spectrum BSI / g (Le d) may be measured by fixing the circumference of the Brillouin, and the Brillouin circulation shift b may be measured.

Abstract

本発明は、マニュアル調整することなく、歪み及び／又は温度を高精度かつ高空間分解能で測定し得る分布型光ファイバセンサを提供する。　本発明のブリルアン散乱現象を利用した分布型光ファイバセンサは、内側に向かうほど光強度が大きくなるように光強度が階段状になった光パルスを生成する階段状光パルス光源と、連続光を生成するＣＷ光源と、光パルスがプローブ光として入射されると共に連続光がポンプ光として入射され、プローブ光とポンプ光との間でブリルアン散乱現象が生じる検出用光ファイバと、検出用光ファイバから射出されるブリルアン散乱現象に係る光に基づいてブリルアン・ロス又はゲイン・スペクトルを求め、これに基づいて検出用光ファイバの長尺方向における検出用光ファイバに生じた歪み及び／又は温度の分布を測定するブリルアン時間領域検出計とを備える。

Description

明細書
分布型光ファイバセンサ !^、野
本発明は、 光ファイバをセンサとして用い、 その長尺方向について歪み及び/又は温度 を離度かつ高空間分解能で測定し得る分布型光フアイバセンサに関する。 背景漏
総、 歪みゃ を測定する謹として、 光ファイバ中で起こるブリルアン離 L驗に 基づく方法がある。 この方法において光ファイバは、 当言統ファイバの置かれる離にお ける歪み及び/又は を検出する媒体として利用される。
ブリルアン離 Li腺とは、 光ファイバ中で周獵の異なる 2個の すれ違うとき、 高 Iゝ周 «の光から低 L、周纖の光へ、 光ファィバ中の音響フォノンを介してパワーが移動 する現象である。 すれ違う 2光波間の周« ^を とするとき、 移動するパワーは、 近 似的に式 1で定義されるブリルアン■ゲイン ·スぺクトル B Sg (yd) に比例する。
BSg (yd) =1 / (1 + (2 d- ub) /Ai/b) 2) · ■ ·式 1 ここで、 レ bは、 ブリルアン周波数シフトであり、 は、 ブリルアンゲイン線幅（半 値全幅） と呼ばれ、 これらはブリルアン'ゲイン'スペクトル BSg ( d) を特徴づける パラメ一夕である。
ブリルアン周波数シフトリ bは、 式 2で与えられる。
リ b=2 n va/λ · · '式 2 ここで、 nは、 光ファイノの屈折率であり、 vaは、 光ファイバ中の音速であり、 λは、 光ファイバに入射する光の波長である。
音速 V aが光ファイバの歪み及び に依存するので、 ブリルアン周猶シフトレ bを 測定することによって歪み及び/又は温度が測定され得る。
従つて、 光フアイバの: 方向における光フアイバの歪み分布及び Z又は^ 分布を測 定するためには、 光ファイバの各部分におけるブリルアン 'ゲイン ·スぺク卜ルをそれぞ れ測定すればよい。 そして、 高空間分解能を誠するためには、 この部分の長さを短くす る^^ある。
図 2 4は、 背景技術に係る分布型光ファイバセンサの構成及びプローブ光を示す図であ る。 図 2 4 (A) は、 背景 ¾Τ術に係る分布 ファイノセンサの構成を示すブロック図で あり、 図 2 4 ( B) は、 第 1のプローブ'光を示す図であり、 そして、 図 2 4 (C) は、 第 2のプローブ光を示す図である。 図 2 5は、 ブリルアン'ロス Zゲイン ·スペクトルを示 す図である。 図 2 5の横軸は、 周猶であり、 その縦軸は、 ロス/ゲインである。
図 2 4において、 背景 ί摘に係る分布型光ファイバセンサ 5 0 0は、 プローブ 源 5 0 1と、 光力ブラ 5 0 2と、 検出用光ファイバ 5 0 3と、 ポンプ;^原 5 0 4と、 検出器 5 0 5とを備えて «される。
プローブ^ at; 5 0 1は、 図 2 4 ( B) に示すパルス状の ルスを^^し、 この^ g した^ άΛルスをプローブ光として射出する。 プローブ;^源 5 0 1から射出されたプロ一 ブ光は、 光力ブラ 5 0 2を介して検出用光ファイバ 5 0 3の一方端に入射される。 検出用 光ファイバ' 5 0 3は、 置かれた環境における歪み及び Ζ又は温度を検出するための光ファ ィバであり、 センサとして用いられている。 ポンプ^16源 5 0 4は、 プローブ光の周蕭 よりも低い周«の連続した光を铺し、 この^^した連^1 ά (CW光） をポンプ光とし て射出する。 ポンプ 源 5 0 4から射出されたポンプ光は、 検出用光ファイバ 5 0 3の 他方端に入射される。 検出用光ファイバ 5 0 3では、 プローブ光とポンプ光とがブリルァ ン散舌 Li見象を起し、 このブリルアン散乱現象に係る光は、 光力ブラ 5 0 2を介して検出器 5 0 5に入射される。 検出器 5 0 5は、 ブリルアン散乱現象に係る光の光強度を時間領域 で測定する。 分布型光ファイバセンサ 5 0 0は、 ポンプ^ はプローブ光の周蕭を順次 に変化させながら周蕭ごとにブリルアン離 Li臃に係る光の光強度を時間領域で測定し、 検出用光ファイバ 5 0 3の: SK^向に沿った各部分のブリルアン ·ゲイン'スぺクトル B S g (レ d) をそれぞれ求め、 検出用光ファイバ 5 0 3に沿った歪み分布及び/又は ^Jt分 布を求める。
なお、 上述では、 ブリルアン'ゲイン ·スペクトル B Sg (レ d) から歪み及び Z又は温 度を求める方法を示したが、 ポンプ光の周通をプローブ光の周膽よりも高くすること により、 ブリルアン ·ゲイン ·スぺクトル B Sg ( d) の代わりにブリルアン'ロス■ス ベクトル B S I (レ d) を用いても同様に歪み及び Z又は^ を求めることができる。 この分布型光ファイノセンサ 500の空間分解能は、 測定に用いられる ルスの幅で 制限される。 即ち、 光ファイバ中の光の速度を vg [m/s] とした に、 、°ルス幅 が Tp [s] の 3tA。ルスを用いた測定では、 空間分解^ Δζは、 vgTp/2 [m] となる。 具体的には、 光ファイバの材質によって光ファイバ中の光の速度が若干異なるが通常使用 される "^的な光ファイノでは、 ブリルアン'ゲイン ·スペクトル BSg (yd) 又はプリ ルアン ·ロス ,スぺクトル BSI (yd) (以下、 「ブリルアン■ロス/ゲイン ,スぺクト ル BSI/g (レ d) 」 と略記する。 ) は、 ルスの ½ヽ°ルス幅が 30 n sまではローレン ッ曲線（Lorentzain curve) (図 25に示す曲線 a) であり、 それよりも ¾ヽ°ルス幅を短 くすると広帯 il^よ曲線（図 25に示す曲線 b) となって中心周 傍で鎌さを失った なだらかな？^犬となる。 このため、 空間分解能 Δζは、 約 2〜3mとなる。 空間分解能を 向上させるためには短、う1 άΑ°ルス幅の ルスを必要とするが、 この場合う ¾ 。ルスの持つ スペクトル幅が広がるため、 結果的に歪みの測定精度が悪くなつてしまう。 そのため、 高 精度 （例えば 20 ε以下）で高空間分解（例えば 1 m以下） に歪み及び/又は の 分布を測定することは、 困難とされ、 度で高空間分解に歪み及び Z又は の分布を. 測定することが要望されていた。 なお、 1 00^ ε = 0. 01 %である。
そのため、 例えば、 下記文献 1乃至 «3に開示されているように、 プローブ 原 5
01が図 24 (C) に示すように、 微弱な光強度 Cs2の連観 （漏れ光） を検出用光フ アイバ 503に入射しながら所定の光 As2の ヽ 'ルスを入射することによって、 図 25において曲線 aで示すように、 ブリルアン-ロス/ゲイン'スペクトル BSI/g ( d) が中心周«を明らかに認識することができる略中心周波数で急膽なピークを持つ略 口一レンツ曲線となるので、 度で高空間分解に歪み及び/又は雖を測定することが できることが知られている。
ここで、 ローレンツ曲線は、 ローレンツ関数 g (x)の式 3で一ISに表される。
g (X) =1 /T a/ (a2+ (x— a) 2) ■ . '式 3 文献
X.Bao and A. Brown, M. DeMerchant，丄 Smith," Characterization of the Bri I louin-loss spec trum of single-mode fibers by use of very short «10-ns) pulses" , OPT ICS LETTERS, Vol.24, N o.8, April 15,1999
'文献 2 - V. Lecoeuche, D. J. Webb, C. N. Panne 11 , and D. A. Jackson, " Transient response in high-resolut ion Br i I lou in-based distributed sensing using probe pulses shorter than the acoustic re I axation time" , OPT ICS LEHERS, Vo 1.25, No.3, February 1,2000
文献 3
Shahraam Afshar V. , Graham A. Ferrier,Xiaoyi Bao, and Liang Chen, " Effect of the finite extinction ratio of an electro-optic modulator on the performance of distributed probe- pump Brillouin sensor systems" , OPT ICS LETTERS, Vo 1.28, No.16, Augus t 15, 2003
ところで、 漏れ光の光強度 Cs2の言 S¾は、 検出用光ファイノ、'の長さに依存するため、 測定のたびに検出用光ファィバのファィバ長に合わせてマニュアルで微少な調整を行う必 要があった。 このため、 分布^ tファイバセンサを工業製品とした に、 ユーザがこの 難しいマニュアル調整を行う があり、 このことが分布型光ファイバセンサを工業製品 化する妨げとなっていた。
そして、 文献 2では、 その歸らは、 シミュレーションを行うことにより文献 1の職 を確認しているが 析的には明らかにしていない。 文献 2では、 微弱な光 5娘の連続 光（漏れ光） を検出用光ファイバに入射しながら所定の光^の 3tAリレスを入射すること によって高精度で高空間分解に歪み及び/又は温度を測定することができるその要因が明 らかではなかった。 そのため、 高精度で高空間分解に歪み及び Z又は温度を測定するため に、 微弱な光？^の連観と所定の光 5娘の^ °ルスとにおける物理的な諸量をどのよう に調整すれば良いかが明らかではなかった。
さらに、 背景 ί蕭に係る分布型光ファイバセンサでは、 歪みが広範囲 （例えば、 し た空間分解能の 25倍以上） に均等に分布している場合において、 その中の 200 S以 下の微小な歪みを検出することが困難であった。
本発明は、 このような事情に鑑みて為されたものであり、 かかる ϊ腺を理薩析的に明 らかにし、 この理薩析結果に基づいて、 検出用光ファイバのファイバ長に合わせて漏れ 光の光強度のマニュアル調整が^な分布型光ファイノセンサを樹共することを目的とす る。 そして、 歪みが広範囲に均等に分布している場合において、 その中の 200 ε以下 の微小な歪みを検出可 よ分布型光ファィバセンサを摁共することを目的とする。 発明の開示 上述の目的を誠するために、 本発明に係る一難の、 ブリルアン散舌 1象を利用して 歪み及び/又は^ を測定する分布型光ファイバセンサは、 内側に向かうほど光強度が大 きくなるように光強度が階段状になった^ A°ルスを生成する階段 I犬う1 άΑ°ルス光源と、 連镜 光を^^する連 源と、 Ρ皆段状の前記 ルスがプローブ光として入射されると共に 前記連^1 ポンプ光として入射され、 前記プローブ光と前記ポンプ光との間でブリルァ ン散乱現象が生じる検出用光ファイバと、 前記検出用光ファイバから射出されるブリルァ ン散舌 Li見象に係る光に基づいてブリルアン ·ロス ·スぺクトル又はブリルアン ·ゲイン■ スぺクトルを求め、 求めた前記ブリルアン ·ロス■スぺクトル又はブリルアン 'ゲイン' スぺクトルに基づいて前記検出用光ファイバに生じた歪み及び/又は を測定するプリ ルァン時間領域検出計とを備えることを特徴とする。
そして、 上述の一謹に係る分布型光ファイバセンサにおいて、 Eプローブ光は、 前 記検出用光ファイバの一方端から Λ寸し、 廳己ポンプ光は、 前記検出用光ファイバの他方 端から入射し、 前記ブリルアン時間領域検出計は、 前記検出用光ファイバの一方端から射 出したブリルアン散乱 ί腺に係る光に基づいてブリルアン ·ロス ·スぺクトル又はブリル アン ·ゲイン ·スぺクトルを求め、 求めた調己ブリルアン ,ロス ·スぺクトル又はブリル アン -ゲイン.スぺクトルに基づいて前記検出用光ファイバに生じた歪み及び/又は温度 を測定することを特徴とする。
また、 上述のー繊に係る分布 ファイバセンサにおいて、 前記プローブ光は、 前記 検出用光ファイバの一方端から入射し、 前記ポンプ光は、 前記検出用光ファイバの一方端 から Λ ίし、 瞻己検出用光ファイバは、 伝播する前記ポンプ光をその他方端で鋪し、 前 記ブリルァン時間領域検出計は、 前記検出用光ファィバの一方端から射出したブリルァン 散乱驗に係る光に基づいてブリルアン ·ロス ·スぺクトル又はブリルアン■ゲイン■ス ぺクトルを求め、 求めた前記プリルアン ·ロス ·スぺクトル又はブリルアン■ゲイン-ス ぺクトルに基づ tゝて前記検出用光ファィバに生じた歪み及び/又は温度を測定することを 特徴とする。
さらに、 それら上述の分布型光ファイバセンサにおいて、 前記検出用光ファイバから射 出したブリルアン散乱驗を受けたポンプ光に基づく前記検出用光ファイバの: 方向の 1 m以下の各領域部分におけるブリルアン ·ロス ·スぺクトル又はブリルアン ·ゲイン. スぺクトルが実質的にローレンツ曲線であることを特徴とする。 そして、 それら上述の分布 SBtファイバセンサにおいて、 入射光の光弓娘を調整すると 共に Λ ί光の偏光面をランダムに麵して射出する光髓 ·偏光調 と、 入射光の光強 度を調整する光強度調 とをさらに備え、 前記プローブ光は、 m - i mm^ を介して編己検出用光ファイバに入射し、 謂己ポンプ光は、 前 ^娘調 SSを介して前 記検出用光フアイバに入射することを特徴とする。
また、 それら上述の分布型光ファイバセンサにおいて、 歸 皆段 ヽ 'ルス光源及び前 tm ^iwu. 線幅の狭い所定の周蕭であって 定の光離である光を連続的に発 光する!^子と、 前記発光素子の^を実質的に一定に保持する ¾J 制御部と、 編己発 光素子が する前記光の周«を実質的に一定に保持する周«制御部とを備えること を特徴とする。
また、 それら上述の分布型光ファイバセンサにおいて、
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線 幅の狭い所定の周 »であって m§~定の第 1光^である光を連続的に^ eする ¾ ^子 と、 入射光の光強度を変調する第 1及び第 2光 変調器と、 前記第 1光強度よリも小さ い第 2光 5娘の連続的な光の中に前記第 1光強度の ¾ヽ 'ルスが在るように、 mi^ m= から連続的に入射された光の光強度を変調するように第 1光強度変調器を駆動する第 1光 強度^ 11器馬豳部と、 前言 tA°ルスの繊にそれぞれ所定の幅だけ前記第 2光 5艘の連镜 的な光を残して残^^除去されるように、 前記第 1光 5娘 '麵器から入射され广 の光強 度を変調するように第 2光強度変調器を馬隱する第 2光強度変調器駆動部とを備えること を特徴とする。
さらに、 それら上述の分布 s tファイバセンサにおいて、 前記階段 ·)^έΛルス光源は、 内側に向かうほど光強度が大きくなるように光強度が階段状になった第 1う1 άΛルスを生成 すると共に、 己第 1 ¾ \°ルスの時間幅と等しい時間幅であって、 前記第 ルスの最 も低 tゝ光強度と等しい光強度である第 23tA°ルスを生成するものであリ、 前記ブリルァン 時間領域検出計は、 前記階段状う1 άΑ°ルス光源に前記第 2 ¾ヽリレスを生成させてプロープ'光 として前記検出用光ファイバに入射させると共に、 前記連誠光源に前記連観を さ せてポンプ光として前記検出用光ファイバに入射させ、 前記検出用光ファイバから射出さ れるブリルアン散乱現象に係る光の第 Ί光 5艘を記憶し、 前記階段 ·|^έΑ°ルス光源に前記 第 1 ルスを賊させてプローブ光として前記検出用光ファイバに入射させると共に、 前記違«¾源に 己連観を させてポンプ光として前記検出用光ファイバに入射さ せ、 i 検出用光フアイバから射出されるプリルァン離し現象に係る光の第 2光強度を記 憶し、 前記記憶した第 1光強 Jt¾び第 2光 5娘に基づいてブリルアン ·ロス ·スぺクトル 又はブリルアン 'ゲイン'スぺクトルを求め、 求めた前記ブリルアン ·ロス ·スぺクトル 又はブリルアン ·ゲイン ·スぺクトルに基づいて前記検出用光ファイバに生じた歪み及び Z又は ^を測定することを特徴とする。
そして、 それら上述の分布型光ファイバセンサにおいて、 前記検出用光ファイバと同質 であって空間分解能に相当する長さであり、 かつ、 前言 1 άΑ 'ルスの時間幅の によって 表される歪みよりも大きな歪みを持つ辨光フアイノをさらに備え、 前記ブリルアン時間 領域検出計は、 前記階段状 £ヽ。ルス光源に廳己光パルスを生成させてプローブ光として前 冒 Eg準光ファィバに入射させると共に、 前記連 m¾源に賺 S連観を させてポンプ 光として編 SS^光ファイバに入射させ、 黼麟光ファイバから射出されるブリルアン 散乱現象に係る光に基づいてブリルアン■ロス ·スぺク卜ル又はブリルアン■ゲイン ·ス ぺクトルの中心周蕭を求めて »^値として記憶し、 前記検出用光ファイバから射出され るブリルアン離 Li腺に係る光に基づいてブリルアン ·ロス ·スぺクトル又はブリルァ ン 'ゲイン-スぺク卜ルの中心周 «を検出値として求め、 予め記憶された補正値変 に基づいて前言 BS ^値と前記検出値と ϋϊ己ブリルアン ·ロス ·スぺクトル又はブリルァ ン-ゲイン ·スぺクトルとから補正値を求め、 求めた黼5補正値に基づいて前記検出用光 ファイバに生じた歪み及び/又は温度を測定することを特徴とする。
また、 歪みが広範囲に均等に分布している場合において、 その中の 2 0 0 ε以下の微 小な歪みを検出可能とする観 から、 それら上述の分布型光ファイバセンサにおいて、 前 記検出用光ファイバは、 周期的にブリルアン周¾シフ卜量が変化する光ファイノである ことを特徴とする。
さらに、 それら上述の分布 ファイバセンサにおいて、 前記検出用光ファイバは、 歪 み及び/又は を測定すべき計測嫩物に固定されることを特徴とする。
このような賺の分布型光ファイバセンサでは、 内側に向かうほど光 5娘が大きくなる ように光強度が階段状になった ¾/ヽ°ルス （以下、 m m WTi と呼称するこ ととする。 ） をプローブ光に用いる。 このため、 最も光強度の強い部分の前方の限られた 部分のみに、 あるいは、 最も光強度の強い部分の前方の限られた部分及び ί妨の限られた 部分のみに背景 ¾r術の漏れ光に相当する光離の弱 tゝ部分が することになリ、 背景技 術のように連続した漏れ光ではなくなる。 その結果、 光強度階段 <Ι^ά °ルスの波形を予め 言 δ¾することができるから、 背景 術のように測定のたびに検出用光フアイバのファイバ 長に合わせてプローブ光 Ofe 。ルス） の漏れ光の光強度 Cs2をマニュアルで調整する必 要がない。 よって、 本発明に係る分布 1 ^ファイバセンサを工業製品化することも可能で ある。
そして、 以下、 光 5 ^階段 'ルスをプローブ光として用いた騎におけるブリルァ ン散舌 象の理 ϋϋ?祈について図 1乃至図 3を用いて説明し、 そして、 光強度階翻； tA°
)レスの波形につ Lゝて囡 4及び図 5を用 t \て説明する。
図 1は、 本発明に係るブリルアン散乱驗の理藤析を説明するための図である。 図 1
(A)は、本発明に係るブリルアン散舌 見象の理藤析における測定系を示し、 図1
(B) は、 ポンプ光を示し、 そして、 図 1 (C) は、 プローブ光を示す。 図 2は、 論理解 祈に基づくシミュレーションの "^を示す図 （その 1) である。 図 3は、 論理解析に基づ くシミュレーションの Η5«を示す図 （その 2) である。 図 4は、 光? ¾t階劇^ レスの 波形を示す図である。 図 5は、 論理解析に基づく比 Prxに対する H 2/ (H1 + H3+H4) のシミュレーションを示す図である。
まず、 理薩析について説明する。 図 1において、 ^m m .光 5娘 AL2である mwt (CW) のポンプ光が検出用光ファイバ SO Fの一方端から入射され、 時間幅 Tf で光 5娘 Cs2である^ A°ルス前方光 OPf とパルス幅 Dで光？^ (As+Cs) 2である光 パルス。 Pとからなる光強度階段 ·Ι;^άΑ°ルス 0 Psがプローブ光として検出用光ファイバ S 0 Fの他方端から入射される場合におけるブリルアン ·ロス ·スぺクトルを導出するも のである。 光? JtAs2は、 ルス 光 OPfの光 ^J Cs2を纏とした光強度であ る。
ここで、 本明細書では、 この光 5 J 階 ;^1 άΑ°ルス 0 Ps (Wi ルス 0 Pにおける前方 に所定の時間幅 Tfで残された逢続的な漏れ光を \。ルス前方光 OPf と呼称し、 光強度 P皆段^^ °ルス 0 Psのう10Λルス 0 Pにおける後方に所定の時間幅 Tbで残された連続的 な漏れ光を ルス ^^光 0 Pbと呼称することとする。
^S SI祈において、 検出用光ファイバ SO Fの長さをしとし、 検出用光ファイバ SO Fの長尺方向における位置座標を z (0≤z≤し 原点は、 検出用光ファイバ SOFの一 方端とする） とし、 そして、 時間座標を tとすると、 検出用光ファイバに歪みがある場合 のブリルアン散乱の方程式は、 式 4乃至式 6によって表される。 ■ " 顧
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¾
Figure imgf000011_0002
ここで、 vgは検出用光ファイバ SOF中における光の群 iS (Vg=c/n、 ci であり、 nは検出用光ファイバ SO Fの屈折率である） であり、 ELはポンプ光の電荆茧 度であり、 ESはストークス光の電^ Jgであり EAは ΓΧ/0/Λである。 *は共 あることを示す。 「は「β 2であり、 ρは検出用光ファイバの密度であり、 Λは （ァ X qXq) / (1 6Χ7ΤΧΩ) である。 「Bは、 音響フォノンの寿命を τΒとすると「B= 1 /τ:Βであり、 ァは離結合定数 (Electrostrielive Coupling ConslanO と呼ばれ誘電率を εとするとァ =p (<5 εΖδ ρ) であり、 qはポンプ光の蕭を kLとしストークス光の 通を ksとすると q = k |_+ ksであり、 Ωは歪みが発生しない騎のブリルアン角周波 数シフ卜であり、 ポンプ光の角周 ¾を ωしとしストークス光の角周波数を cosとすると Ω=ωι_— cosであり、 ΩΒ (域る歪みが生じている場合のブリルアン角周«シフ卜であ U、 ポンプ光の角周 を ω Βしとしストークス光の角周¾を ω B sとすると Ω Β =ω Β し ω B sである。 iは複素単位であリ、 i X i =— 1である。 j8は κ X Λ/「であリ、 κは (γ ω / (4X 0XnXc) = (τΧω3) / (4X 00XnXc) である。 i00は、 検出用光ファイバの密度の平均値である。 また、 y8は、 誘導ブリルアン散乱 (S BS) の利得 ί纖を gSBSとすると、 gSBS=1 6 ΧπΧβ/ (nXc) であり、 gSBS =2. 5X 1 0— 11 mZWであることが例えば、 文献 4に示されている。
文献 4
ALGaeta and R.W.Boyd,"StDchaslic dynamoics of stimulated Brilbuin scatterina in an optical fiber", Physical ReviewAVol.44,no.5,1991 ,ρρ3205·3209
式 4は、 ポンプ光に関する式であり、 式 5は、 プローブ光に関する式であり、 式 6は、 音響フオノンの寿命に関する式である。 これら式 4乃至式 6を解いて、 近似解として、 ブ リルアン-ロス V (t Ω) を求めると、 式 7乃至式 1 1となる。
Figure imgf000012_0001
2 )
E =A
1 62 J vg(tt-~TT,f-)2 t-Tf~2g/vg
hc(g,s)dsdg …(式 8) g(i~T D)l2
U 2 ijS"し g "'(式
Figure imgf000012_0002
h (gts)dsdg …(式 10)
Figure imgf000012_0003
h i.cc(g,s)dsd ς (式 11)
Figure imgf000012_0004
ここで、 ζは検出用光ファイバの 方向における位置であり、 sは時間である。 c c は、 定数であり、 h (z, s) は、 検出用光ファイバの全長を LLとすると、 位置 zで時 間 sにおける「Xe Ω) )であり、 hc (ζ s) = (z, s) = h ( (LL— ζ) s) である。
この式 8によって示される HIは、 ルス OPとポンプ光とにより励起される音響フ オノンに基づくブリルアン -ロス ·スぺクトルを示す。 式 9によって示される H2は、 光 パルス前方光 0 Pf とポンプ光とにより励起されさらに 0Aリレス O Pとポンプ光とにより 励起される音響フオノンに基づくブリルアン ·ロス ·スぺク卜ルを示す。 式 1 0によって 示される Η3は、 ルス〇 Ρとポンプ光とにより励起されさらに^ άΛルス前方光 O Pf とポンプ光とにより励起される音響フォノンに基づくブリルアン ·ロス ·スぺク卜ルを示 す。 式 1 1によって示される H4は、 光パルス前方光 OPf とポンプ光とにより励起され る音響フォノンに基づくブリルアン■ロス■スぺク卜ルを示す。
一例として、 光 ¾J P皆段 ·Ι^Λルス OPsにおけるその時間幅を 14 n s、 ルス 0
Ρの時間幅 Dを 1 n s、 1 OX I og ( (As+Cs) 2/Cs2) を 20d Bとし、 検出用 光ファイバ' SO F (全長 1 0mの ¾mみの棘リファイノ ） における 3. 05|71の所に1 00A εの歪みが、生じ、 3. 05m±0. 2 mの所では歪みが生じていない場合について、 3. 05m— 0. 2m、 3. 05m、 3. 05m+0. 2mにおける H1 + H3、 H2及び H4対する各シミュレーションの結果を図 2及び図 3に示す。 図 2 (A) は H1 + H3の場 合であり、 図 2 (B) は H2の ϋ ^であり、 図 3 (Α) は、 Η4の ϋ ^であり、 図 3
(Β) は、 Η (=Η1 + Η2+Η3+Η4) の である。 各図の横軸は、 周通であり、 実 線は、 1 00^6 £の歪みがぁる：11^でぁ 、 石繊は、 歪みがない場合である。 そして、 各 図は、 ブリルアン ·ロス ·スぺクトルが中心周通 （ブリルアン ·ロス ·スぺクトルのピ —クにおける周波数） を中心軸として左右対称であることから、 右半分について示してい る。 即ち、 各図の縦軸が中心周 «(であり、 中心軸である。 図 2から Η 2の成分のみが顕 著にブリルアン周薩シフ卜を示して ( ることが分かる。
式 7乃至式 1 1から分かるように、 Η3及び Η4は、 プローブ光からポンプ光へのエネ ルギ一の転移が広範囲に亘ることから、 局所的な歪みの Us權ぃ。 一方、 HI及び Η 2は、 プローブ光からポンプ光へのエネルギーの転移が局所的に行われることから、 局所 的な歪みの 1講 謁ぃ。 ところで、 シミュレーションの結果によると、 Η3は、 他の Η 1、 Η2及び Η4に較べて 1桁小さく、 HIの半値全幅は、 例えば 12 (A) から分かるよ うに約 1 GHzに及ぶため、 H2に較べて H1は、 広帯^ ε曲線となって中心周通を見 つけ難い。
従って、 Η2を検出することができるように誠することによって、 短いパルス幅の光 パルスを用いて高精度で高空間分解能で歪み及び Ζ又は を検出することができる。 次に、 この Η2を検出することができる光強度階翻; 6tA 'ルス 0 Psの波形について説 明する。
本発明におけるプローブ光は、 波形を予め誠して検出用光ファィバのファィバ長に応 じた調整を不要とするために 例えば図 4に示す光強度階翻^1 άΛルス O Psとする 要 がある。 ここで、 本明細書では、 この光 階劇; ¾tA°ルス OPsの ルス OPにおける前方 に所定の時間幅 Tfで残された連続的な漏れ光を ルス前方光 OPf と呼称し、 光強度 m m/ o PS < レス o pにおける ί妨に所定の時間幅 Tbで残された連続的 な漏れ光をヲ ルス ^光 0 Pbと呼称することとする。
この光強度階駒 ヽ°ルス 0 Psの波形を規定するためには、 光パルス前方光 O P fの 時間幅 Tf、 う1 ルス OPのパルス幅（時間幅） Tp及びう1 ά リレス後方光 OPbの時間幅 T b、 並びに、 ¾ヽ°ルス OPの光 5娘 P1及び^ Λルス 光 OPfの光^ P2 ( t レス 光。 p bの p 2) を夫 ι¾する 要がある。
まず、 ¾ ルス^ ·光 OPfの時間幅 Tf、 ¾Λルス OPのパルス幅 Tp及び ¾ 。ルス後. 方光 0 Pbの時間幅 Tbについ ΤΙ¾明する。
この^ ά リレス前方光 0 P fの時間幅 Tfは、 例えば 1見在 に使用されている 1 300 n m帯シング！Έ—ド光ファイバや 1 550 n m帯シングリ! Ε—ド光ファイバを検出用光 ファイバ SOFに娜する に、 音響フオノンの立上り時間に応じてその音響フオノン が 90%に立ち上がった i¾で、 そのブリルアン散乱スぺクトルの半値全幅が約 35 MH zであるから、 Tpく Tf≤ (1/35MHz) =28. 57 n sであればよい。
また、 έΑ。ルス前方光 OP fの時間幅 Tfを長くすると （Tf>28. 57 n s) 、 プリ ルアン ·ロス Zゲイン■スぺクトル B S l/g (レ d) の職がよりローレンツ曲線に近くな るので、 ブリルアン周通シフ卜の値が精度よく得られ歪み及び/又は^^の精度が良く なる一方で、 検出用光ファイバ S O Fの或る位置におけるブリルアン周«シフ卜にこの 或る位置の周辺におけるブリルアン周«シフ卜の情 ίβ 昆じってしまうのでこの或る位 置におけるブリルアン周波数シフトの SNR (Signal to Noise Ratio) が悪くなつてこの 或る位置における歪み及び Z又は SJtの精度が悪くなる。 このように^ έΑ°ルス前方光 0 Ρ fの時間幅 Tfを長くすることは、 歪み及び/又は^の精度の点で良くなる方向と悪く なる方向とに作用する。
う1 άΛルス 0 Ρのパルス幅 Τρは、 1 m以下の高空間分解能を得るために 1 0 n s≥Tp >0であればよい。 ルス魴光 OPbの時間幅 Tbは、 Tbく Tf であって短い程よぐ 0でもよい。
そして、 本発明では、 光強度階段《1；»ヽ°ルス OPsが検出用光ファイバ SOF内で図 2 4 (C) ではなく図 4の波形で存在する機がある。 このため、 上述の範囲で、 まず ¾Λ ルス前方光 O P fの時間幅 T f、 Vレス O Pの時間幅 Tp及び^ °ルス^光 0 P bの時 間幅 Tbが され、 この された各時間幅を持つ光強度階段 ルス O Psが検出 用光フアイバ S O F内で図 4の波形で ^¾する検出用光フアイバ S O Fの最小の長さが規 定される。 従って、 この^:された最小の長さ以上の光ファイバを検出用光ファイバ SO Fに使用することにより、 背景技術のように測定のたびに検出用光ファイバ S 0 Fのファ ィバ長に応じてプローブ光をマニュアルで調整する 要がなくなる。
次に、 ¾ヽ。ルス OPの光強度 PI及び^ヽ°ルス前方光 opfの光 ¾ jtP2 レス m~ 光 OPbの光^ P2) につい "C 明する。
ここで、 ¾ /ヽ。ルス前方光 OPfの光離 P2 0"άΑ。ルス ί妨光 OPbの光強度 P2) に対 する ヽ°ルス OPの光 ggjgPIの比 Prxを式 12によって定義する。
Prx=1 OX I 0 g (P1/P2)
=1 OX I og ( (As+Cs) 2/Cs2) ■ ■ ·式 1 2 そして、 上述の H2を容易に検出する条件を調べるため、 式 12によって定義される比
Prxに対する H2/ (H1 + H3+H4) をシミュレーションした。 なお、 H2/ (H1 + H3 + H4) は、 H1、 H2、 H3及び H4の各ピークの値をそれぞれ用いて計算した。 Uとし て、 ¾Λルス 光 OPfの時間幅 Tfが 1 1 nsであり、 ¾Λルス OPの時間幅 Tpが
1 nsであリ、 そして、 3tAつレス妨光 OPbの時間幅 Tbが 0n sである光 階段状 ルス 0 Psを用いた場合の論理解析に基づくシミュレーションの結果を図 5に示す。 図 5の横軸は d B単位で表す比 Prxであり、 図 5の縦軸は H 2/ (H1 + H3+H4) である。 なお、 シミュレーションにおける検出用光ファイバ SO F (全長 10mの零歪みの棘り ファイバ） には、 3. 05mの所で 100 At εの歪み力生じ、 3. 05±0. 2«1の所で は歪みが生じて Lゝないと仮定してシミユレーションを行った。
図 5から分かるように、 比 Prxに対する Η2/ (H1 + H3+H4) を示す曲線は、 比 Prx が所定の値でピークを持つ上に凸开^ I犬の高次曲線である。 H2を検出するためには、 H2 / (H1 + H3+H4) が 0. 5以上であればよいことから、 このような曲線を得ることに よって、 H2/ (H1 + H3+H4) が 0. 5以上となる比 Prxの範囲 (a≤j;bPrx≤b) を 求めることができ、 最も精度よく H2を検出するためには、 H2/ (H1 + H3+H4)が最 高値、 即ちピークとなる比 Prxの値（比 Prx=c) とすればよい。
従って、 各時間幅が上述のように した光 5娘階段《tetA°ルス O Psを用いる に おいて、 離度で高空間分解能で歪み及び/又は^ を検出するためには Η2Ζ (H1 + H 3+H4) が約 0. 5以上となる比 Prxの範囲内の値に、 そして、 最も高精度で高空間分 解能で歪み及び Z又は温度を検出するためには H 2/ (H 1 + H3+ H4) がピークとなる比 P rxの値に、 光離 P皆劍 ヽ°ルス 0 Psの比 P rxを誠するればよい。
以上の説明から、 高精度で高空間分解能に歪み及び/又は^ を検出し、 そして、 微小 な歪みの変化を検出するためには、 上述の各範囲で光 P皆段 ルス 0 Psの各時間 幅 T f、 Tp、 Tbをそれぞれ减し、 この^:した各時間幅 Tf、 Tp、 Tbを持つ光強度 階劇:^ヽ。ルス O Psにおいて、 式 1 2によって定義される比 P rxに対する H2/ (H 1 + H3+ H4) を式 8乃至式 1 1に基づいてシミュレーションし、 そして、 シミュレーション の結果における H2/ (H 1 + H3+ H4) が 0. 5以上となる比 P rx、 特にこの H2/ (H I + H 3+ H4) がピークとなる比 P rxを光強度階駒;^1 άヽ。ルスの比 P rxに設定すればよい。 また、 この^:した各時間幅 Tf、 Tp、 Tbを持つ光 5娘階段 ルス O Psから検出 用光フアイバ S O Fにおける^ ffl可肯 最小の長さが される。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明に係るブリルアン散乱現象の理薩析を説明するための図である。
図 2は、 論理解析に基づくシミュレーションの一例を示す図 （その 1 )である。
図 3は、 論理解析に基づくシミュレーションの を示す図 （その 2 ) である。
図 4は、 光強度階段^^/ レスの波形を示す図である。
図 5は、 論理解析に基づく比 P rxに対する H 2/ (H 1 + H3+ H4) のシミュレーション を示す図である。
図 6は、 第 1の^形態における分布型光ファイバセンサの を示すブロック図であ る。
図 7は、 分布型光ファイバセンサにおける階段■tetAルス光源の誠を示すプロック図 である。
図 8は、 分布型光ファイバセンサにおける自動 ^Jt制御器の誠を示すプロック図であ る。
図 9は、 分布型光ファイバセンサにおける自動周波数制御器の構成を示すプロック図及 びその動作原理を説明するための図である。
図 Ί 0は、 階段^ 5t レスの生成を説明するための図である。
図 1 1は、 分布型光ファイバセンサにおける光強度'偏光調觀の構成を示すブロック 図である。 図 1 2は、 第 1の実腿態の分布型光ファイバセンサにおける CW光源の構成を示すプ ロック図である。
図 Ί 3は、 分布型光ファイバセンサにおける光強度調觀！ ¾ 誠を示すブロック図であ る。
図 1 4は、 'リルアン ·ロス/ゲイン■スぺク卜ルの分布及び距離 L 1と距離し 2とに おけるブリルアン■ロス/ゲイン ·スぺクトルを示す図である。
図 1 5は、 第 2の実膨態における分布型光ファイバセンサの構成を示すブロック図で ある。
図 Ί 6は、 第 2の実施形態の分布型光ファイバセンサにおける CW光源の構成を示すブ ロック図である。
図 Ί 7は、 第 3の実讓態における分布 ファイノセンサの構成を示すブロック図で ある。
図 Ί 8は、 第 4の実膨態における光強度階段 "！ 、"ルス及び漏れ^ £Λルスを示す図 である。
図 1 9は、 第 4の実膨態における分布 § tファイバセンサの動作を示す図である。 図 2 0は、 第 1の実施形態における分布型光ファイバセンサに対応する第 5の¾»態 における分布型光フアイノ センサの構成を示すプロック図である。
図 2 1は、 第 5の 態における分布型光ファイバセンサの動作を示す図である。 図 2 2は、 周波 比に対する補正値を表す周波数誤 比—補正値特 I生曲線を示す図 である。
図 2 3は、 検出用光ファイバ'の^ 向におけるブリルアン周通シフト量を示す図で ある。
図 2 4は、 背景 ί鎌に係る分布 ファィバセンサの構戯びプローブ光を示す図であ る。
図 2 5は、 ブリルアン■ロス/ゲイン'スぺク卜ルを示す図である。 発明を実施するための最良の形 J
以下、 本発明に係る離形態を図面に基づいて説明する。 なお、 各図において同一の構 成については、 同一の を付し、 その説明を省略する。
(第 Ίの 形態） 本発明に係る第 1の離形態における分布型光ファイバセンサは、 歪み及び/又は を検出するための検出用光ファイバの一方端から光強度階段状パルス光のプローブ光を入 射すると共にこの検出用光ファイバの他方端から連観のポンプ光を入射して、 検出用光 ファイバで生じたブリルアン散乱驗に係る光を受光し、 ブリルアン■ゲイン ·スぺク卜 ラ厶時間領 ifl^析 ( B Gain- O T D A Bri l loui n Gain Opt ical Time Domai n Analys is)又は ブリルアン ·ロス ·スぺク卜ラ厶時間領域分析 （B L。ss—O T D A、 Bri l louin Loss Opt i cal Time Domain Analys is) を行うことにより、 ブリルアン周通シフトに基づい "C歪 み及び Z又は の分布を検出するものである。 以下、 プリルアン.ゲイン.スぺクトラ 厶時間領域分析又はフリルアン ·ロス ·スぺク卜ラム時間領域分析をブリルアン ·ロスノ ゲイン ·スぺク卜ラム時間領域分析と略記する。 このブリルアン ·ロス Zゲイン'スぺク 卜ラム時間領! ^、祈では、 ブリルアン散乱驗に係る光は、 ブリルアン減衰/増幅を受け 7cJt ある。
図 6は、 第 1の実施形態における分布型光ファイバセンサの^ gを示すブロック図であ る。 図 7は、 分布型光ファイバセンサにおける階段^ tAルス光源の構成を示すブロック 図である。 図 8は、 分布型光ファイバセンサにおける自動 ^J 制御器の «を示すプロッ ク図である。 図 9は、 分布型光ファイバセンサにおける自動周蕭制御器の構成を示すブ ロック図及びその動作原理を説明するための図である。 図 1 0は、 P皆段 レスの生成 を説明するための図である。 図 1 1は、 分布型光ファイバセンサにおける光強度 ·偏光調 整部の構成を示すブロック図である。 図 1 ≥は、 第 Ίの^ »動分布型光ファイノセン サにおける CW光源の難を示すブロック図である。 図 1 3は、 分布型光ファイバセンサ における光強度調 の匿を示すプロック図である。
図 6において、 第 1の実施形態における分布 sdtファイノセンサ 1は、
光源 1 1と、 光力ブラ 1 2と、 光弓艘'偏光調 3と、 光サーキユレ一夕 1 4と、 光 コネクタ 1 5と、 制御処理部 1 6と、 ブリルアン時間領域検出計 1 7と、 検出用光フアイ /\Ί 8と、 CW光原 1 9と、 光力ブラ 2 0と、 光強度調整咅 Ρ2 1と、 光コネクタ 2 2とを 備えて構成される。
階段 ·Ι 6Α°ルス光源 1 1は、 制御処理部 1 6によって制御され、 内側に向かうほど光強 度が大きくなるように光強度が階段状になった ¾ ^ルスを铺する光源装置である。 この ような ¾ヽ °ルスは、 見かけ上、 互いに異なる光 5娘の ヽルスが多重されているように見 える。 P皆段《Ι^έ 。ルス光源 1 1の出力 （射出端子） は、 光力ブラ Ί 2の入力端子（入 射端子） に光学的に される。
このような階翻^1 έΑ。ルス光源 1 1は、 例えば、 図 7に示すように、 »反 1 01と、 温 度検出素子 1 02と、 tm ^ 03と、 光力ブラ 1 04と、 フアブリペローエタロンフ ィル夕 （Fabry-perotEtalon Filter以下、 「EFJ と略記する。 ） 1 05と、 第 1 素 子 1 06と、 第 2受光素子 1 07と、 SJ 調整素子 1 08と、 自動 制御器
(Automatic Temperature Controller, 以下、 「ATC」 と略記する。 ） 1 09と、 自動周 波数制御器 (Automatic Frequency Controller, 以下、 「AFCJ と略言 5する。 ） 1 1 0と、 第 1光強度変調器 1 1 1と、 第 Ί光強度変調器馬豳部 1 1 2と、 第 2光? Jg変調器 1 1 3 と、 第 2光強度変調器馬隱部 1 1 4とを備えて難される。
反 1 01は、 検出素子 1 02、 発髓子 1 03、 光力ブラ 1 04、 EF1 05、 第 1 S¾素子 1 06及び第 2受光軒 1 07が載置される架台である。
驢検出素子 1 02は、 素子 1 03の近傍に配置され、 素子 1 03のミ を検 出するための部品であり、 例えば、 抵抗値が iSt変化に応じて変化することによつで を検出するサーミスタである。 温度検出素子 Ί 02が発光素子 1 03の温度を精度よく検 出し得る観 から、 嶽反 1 01は、 例えば、 アルミニウムや銅等の熱伝^^の高い金属材 料（^^を含む） であることが好ましい。 また、 繊 1 0 Ίは、 変化を少なくするこ とが'でさるように、 その熱容量が大さいことが好ましい。
調整素子 1 08は、 発熱及び吸熱を行うことにより基板 1 0 Ίの温度を調整する部 品であり、 例えば、 ペルチェ素子ゃゼ一ベック の熱 «鶴子である。 本実膨態 では、 P型と N型の熱電半導体を銅電極にはんだ付けしたペルチェ軒が用いられ、 発光 素子 1 03等がs置された嶽反 1 01の面と逆の面にこのペルチェ素子が密着 ¾ 配置 される。
ATC1 09は、 検出素子 1 02の検出出力に基づいて ^J 調整素子 Ί 08を制御 することによって、 基仮 1 01の温度を所定の温度に自動的に略一定に保持する回路であ る。
ATC1 09は、 例えば、 図 8に示すように、 検出素子 1 02の検出出力と制御処 理部 1 6からの参照電圧 Vreflとが入力されこれらの差分を出力する増幅器 201と、 増幅器 201の差分出力が入力される例えばローパスフィルタ回路から成る積分回路 20 2と、 増幅器 201の 、出力が入力される例えばハイパスフィルタ回路から成る微分回 路 2 0 3と、 積分回路 2 0 2の積分出力及び微分回路 2 0 3の微分出力が入力されその比 例を出力する比例回路 2 0 4と、 比例回路 2 0 4のプラス出力及びマイナス出力に応じて ^調整素子ドライバ 2 0 7を駆動する出力を得る増幅器 2 0 5、 2 0 6と、 比例回路 2 0 4の比例出力に応じて温度調整素子 1 0 8の駆動 ^を生成するブリッジ回路からなる 調整軒ドライバ 2 0 7とを備えて構成される。 即ち、 A T C 1 0 9は、 検出素 子 1 0 2の検出出力に基づいて^ J 調整素子 Ί 0 8を P I D制御する構成である。 参照電 圧 Vreflは、 ¾|反 1 0 1か所定の である における 検出軒 1 0 2の検出出 力と同じ値に^される。
このような嫌によって、 A T C 1 0 9は、 嶽反 1 0 1が所定の^よりも高い離に は、 調整軒 1 0 8が吸熱するように 調整素子 1 0 8を馬隱し、 繊 1 0 1が所 定のミ S よりも低い場合には、 調整素子 1 0 8が ¾iするように^ 調整素子 Ί 0 8 を馬豳する。 本実膨 ITTは、 ^Jt調整素子 Ί 0 8であるペルチェ素子に吸熱時には + 1 . 4 Aの電; ¾ ^'偶台され、 ¾ι、時には一 0. 6 の電¾^¾袷される。 このように AT C 1 0 9が' ^調整素子 1 0 8を馬睡することによって Si反 1 0 1の が所定の に自動 的に |»§~定に保持される。 その結果、 mt - 0 3の も所定の^ に自動的に 定に保持される。 そのため、 素子 1 0 3が醜する光の周獵が 依存性を有する に、 その SJ 依存性が抑制される。 そして、 所定の は、 発振すべき発画通 f
0で^ ά素子 1 0 3が発振する場合における である。 また、 比例回路 2 0 4の比例出 力は、 繊 1 0 1の 安定度をモニタするために、 アナログ/ディジタル変換されて制 御処理部 1 6に出力される。
図 7に戻って、 素子 1 0 3は、 線幅の狭い所定の周通の光を魏すると共に素子 ^や駆動 を変更することによって発振波長（発振周 « を変えることができる素 子であり、 例えば、 多量 戸 it^D F Bレーザや可 皮長分布ブラッグ反射型レーザ等 の波長可変半導体レーザ（周灘可変半導体レーザ1) である。 周波数可変半導体レーザが 発光するレーザ光の周猶は、 に依存するが、 上述のように A T C 1 0 9によって所 定の に自動的に si-定に顯されるため発観通の ^j 依存性が抑制され、 m 可変半導体レーザは、 馬國 によって発翻蕭を安定的に変更し得る。
光力ブラ Ί 0 4は、 入射光を 2つの光に分配して射出する光部品であり、 例えば、 ハー フミラー等のビームスプリッタである。 E F 1 0 5は、 周 « (波長） の変化に従って周 期的に 娘が変化する周期的な ¾11波数特 I生（周期的な顯皮爵性） を持つ周 期的フィルタである。 EF1 05の FSR (Free Spectral Range) は、 本実施形態では 1 OOGHzである。 第 1及び第 2受光軒 1 06、 1 07は、 受光した光の光 ¾Jgに応じ た を発生し、 この発生した^を ¾Εに変換して出力する光電変鶴子でぁリ、 例え ば、 ホ卜ダイオードや ί®5Ϊ器を備えて誠される。
発魅子 1 03の前方及び から射出される光 （本実膨^ は、 レーザ光） は、 そ れぞれ第 1光^^ II器 Ί 1 1及び光力ブラ 1 04に λ ίされる。
Figure imgf000021_0001
03( から光力ブラ 1 04に入射された光は、 光力ブラ 1 04で所定の分酉ltで 2つに分配され、 分配された一方の光は、 第 2¾¾素子 1 07に入射され、 分配された他方の光は、 EF1 05を介して第 1受光素子 1 06に入射される。 第 1及び第 2受光素子 1 06, 1 07は、 入射された光の光 5娘に応じた ¾Ξを^ t出力としてそれぞれ A FC1 1 0へ出力する。
AFC1 1 0は、 第 1及び第 2 素子 1 06、 1 07の受光出力 P Dvl、 P Dv2に 基づいて 素子 1 03を制御することによって、 素子 1 03が!^する光の周膽 を所定の周膽に自動的に ""定に保持する回路である。
AFC1 1 0は、 例えば、 図 9 (A) に示すように、 第 1受光素子 1 06の¾^出カ Dv1を増幅する増幅器 21 1と、 第 2受光素子 1 07の受光出力 PDv2を増幅する増幅 器 21 2と、 増幅器 21 1で増幅された第 1受髓子 1 06の受光出力 PD VIを増幅器 21 2で増幅された第 2受光素子 1 06の受光出力 PDv2で割る割り算を行う害擤回路 21 3と、 割算回路 21 3の害擤出力 PDvlZPDv2を増幅しアナログンディジタル変 換を行って制御処理部 1 6へ出力する増幅器 21 6と、 割算回路 21 3の割算出力 PDvl /PDv2と制御処理部 1 6からの参照電圧 Vref2とが入力されこれらの差分を出力する 増幅器 21 4と、 増幅器 21 4の ^^出力を増幅しアナログ/ディジタル変換を行って制 御処理部 1 6へ出力する増幅器 21 7と、 増幅器 214の^!、出力と制御処理部 1 6から の参照電圧 Vref 3とが入力されこれらの差分を出力する増幅器 21 5とを備えて構成さ れる。
発鶴子 1 03が発光する光の周鍾を 軒 1 03が発振すべき所定の周波数 f 0 に自動的に B§" "定に保持する AFC 1 1 0の動作について説明する。
上述の割算出力 P D v1/ P Dv2は、 発光素子 1 03から周期的な^ ϋϋ« [特性を持 つ EF1 05を介して受光した光の光強度（受光出力 PDv1) を発光素子 1 03から直接 受光した光の光強度（受光出力 PDv2) で割った値であるから、 図 9 (B) に示す曲線 c のように、 E F 105の F S Rに合わせて周波数の変化に従って周期的に変化することに なる。
03が発振すべき発 ef0 (即ち、 発魅子 103が すべき光の 周 «f 0) に対応する曲線 c上の点をロックポイント （Lock Point) とし、 その割算出 力 P Dvl/ P Dv2の値を口ックポィン卜値 L P 0とする。
従って、
Figure imgf000022_0001
f 0よりも高くな ると害擤出力 PDv1/PDv2がロックポイント値 LP0よりも大きくなリ、 逆に、 発翻 波数 f 0よりも低くなると割算出力 P D v1/ P D v2が口ックポイント値 L P 0よりも小さ くなる。
そこで、 AFC1 10は、 割算出力 PD vlZ PDv2がロックポイント値 LP 0よりも大 きい騎には、 発光素子 103の光の周 ί無、 発振すべき発鋼纖 f 0よりも高い場 合であるから、 発光素子 Ί 03の光の周繊が下がるように発髓子 ·！ 03を馬豳し、一 方、 害猜出力 PDVIZPDV2がロックポイント値 LP0よりも小さい騎には、 =f- 1。3の光の周«が、 発振すべき発 e»f0よりも低い騎であるから、 m^
103の光の周波数が上がるように ¾ ^子 103を誦すればよい。
このため、 上述の参,照 ¾EVref3は、 ¾ ^子 103の光の周 が'、 発振すべき発 鋼蕭 f 0で馬豳されている場合の割算出力 PDv1/PDv2と同じ値に言貌され、 そし て、 上述の参照 ¾£EVref2は、 謂整を行うための参照 ¾Eであり、 さらに正確にロッ クポイント値 L Ρ0に合わせるべく参照 ¾EVref2が言 される。 このように参照 ¾EV ref2、 Vref3は、 素子 103の光の周 «が発振すべき発 ¾ll»(f 0で馬豳する口 ックポイント値 L P 0になるように設定される。
このように参照、濯王 Vref2及び Vref3が言 され、 AFC1 10か勸作することによ つて、 AFC1 10は、 発光軒103の光の周 ¾ ^が、 発振すべき発 β波数 f 0から ズレを生じると、 このズレを解消するように発光素子 1 03を馬國することができる。 本 実施形態では、 魏素子 Ί 03に周膽可変半導体レーザが用いられるから、 AFC1 1 0は、 発振すべき発議波数 f 0からのズレに応じて注入 を調整するので、 波長可変 半導体レーザは、 自動的に "定に保持された所定の周波数 f 0でレーザ光を するこ とが'でさる。 このため、 光力ブラ 1 0 4、 E F 1 0 5、 第 1及び第 2受光素子 1 0 6、 1 0 7及び A
F C I 1 0は、 I ^素子 1 0 3が する光の波長 ) を略固定する所謂波長ロッ カーを構成している。
第 1及び第 2光? ¾ 変調器 Ί 1 1 Ί 3は、 入射光の光強度を変調する光部品であり、 例えば'、 マッハツエンタ 光変調器（以下、 ΓΜ Ζ光麵器」 と略記する。 ） や半導体電 界吸輕光変調器等である。
Μ Ζ光麵器は、 例えば二オフ截リチウム、 タンタル酸リチウム、 ニオブ髗リチウム- 夕ンタル酸リチウ厶固有体等の電就学効果を有する謹に、 »と信号電極と接地 電極とが形成される。 猶は、 2個の Υ分岐導蘭でその中間部分が 2本に分かれて 第 1および第 2導藤アームを形成して、 マッハ'ツエンダ干渉計 (Mach-Zehnder interferometer) を構成する。 信号電極は、 この 2本の導蘭アーム上にそれぞれ形成さ れ、 接地電極は、 所定の間隔で信号電極と平行するように gfchに形成される。 M Z光変 調器に入射された光は、 光導舰を伝播し、 第 1 Y分岐導赚で 2つに分岐し、 それぞれ 各導蘭アームを伝播し、 第 2 Y分岐導舰で再び 皮され、 ^¾蘭から射出される。 ここで、 ί言号電極に mm信号、 例えば、 高周波信号を印加すると^1 έ学効果によって 各導¾アームの屈折率が ¾、化するため、 第 1及び第 2導»アームを伝播する第 1及び 第 2光は、 進行 ί¾§が変化することになる。 このため、 各電気信号間で所定の位相差を設 けることで、 第 2 Y分岐導 ¾¾¾で第 1光と第 2光とが異なる位相で 皮されることになり、 皮された光は、 入射した光のモードと異なるモード、 例えば、 高次モードになる。 この 異なるモードの^1 έは、 光導波路を伝播することができないので、 光が強度麵される ことになる。 M Z光変調器は、 電気信号—屈折率変化" ^立相変化→ 変化というプロセ スで入射光の光強度を変調する。 ¾ ^学効果を利用したものの他、 学効果を利用 した 学麵器、 音響光学効果を利用した音響光学変調器およびフランツ■ケルディ ッシュ効果 (Franz-Keldysh effect) や量子閉: ιΔめシュ夕ゾレク効果 (quantum-conf i ned Stark effect ) を利用した電界吸輕光変調器などもある。
第 1及び第 2光 5娘^ 器馬鳓部 1 1 2、 1 1 4は、 制御処理部 1 6によってそれぞれ 制御され、 それぞれ第 Ί及び第 2光強度変調器 1 1 K 1 1 3を馬隱するドライバ回路で あり、 例えば、 第 1及び第 2光強度変調器 1 1 K 1 1 3に印加する ¾Eパルスを発生す る八レス発生回路と、 この 八リレスの発生タイミングを制御するタイミング発生回路と を備えて誠される。 この ¾Eパルスは、 第 1及び第 2光 5娘'麵器 1 1 1、 1 1 3が M Z光変調器である には、 上述の電気信号に相当する。
このような の階翻^ ά/ヽ。ルス光源 1 1が階段 <Ι^άΛルスを する動作につい Τ|½ 明する。 図 1 0 (A) は、 素子 1 0 3の出力光（図 7に示す矢印 Aの位置） を示す図 であり、 図 1 0 (B) は、 第 1光 5艘変調器 1 1 1の出力光（図 7に示す矢印 Bの位置） を示す図であり、 そして、 図 1 0 (C) は、 第 2光強度変調器 1 1 3の出力光、 即ち、 階 段 。ルス光源 Ί 1の出力光（図 7に示す矢印 Cの位置） を示す図である。
図 1 0 (A) に示すように、 発想子 Ί 0 3は、 制御処理部 1 6の制御に基づく A F C 1 1 0によって、 線幅の狭い所定の周 « f 0であって 18§~定の光 ^J PIである光 CW 0を連続的に ^し射出する。 この P ^素子 1 0 3によって射出された連 cw0は、 第 1光強度変調器 1 1 1に入射される。
背景 ¾¾fでは光 5娘変調器は、 通常 はオフであり、 所定のタイミングでオン.才 フすることによって図 2 4 (B) に示す光パルスを生成するものである。 光強度変調器が マッ八ツエンタ 光変調器である ϋβ"には、 導 »に印加される電圧を調整することによ り、 オフは、 第 1導波路アームを伝播する光と第 2導波路アームを伝播する光との位相差 を 1 8 0度に設定することによって実現され、 オンは、 第 1導波路アームを伝播する光と 第 2導 アームを伝播する光の位相を揃えることによつて実現される。
図 1 0 (Β) に示すように、 本織形態の第 1光強度変調器 1 1 1は、 mmxn
1光 ¾J 変調器 1 1 1から射出される光の光強度が光 ¾J P 1より小さく微弱な光 ^Jt P 2となるように、 制御処理部 Ί 6の制御に基づく第 Ί光強度変調器駆動部 1 1 2によって 馬園され、 タイミング T1でオンすると共にタイミング T2で通常:^に戻るように、 制 御処理部 1 6の制御に基づく第 Ί光強度変調器馬隱部 Ί 1 2によって駆動される。 このよ うに第 1光強度変調器馬隱部 1 1 2によって第 1光強度変調器 1 1 1が'馬区動されることに よって、 第 1光強度変調器 1 1 1に入射した違観 CW0は、 タイミング T1まで光強度 P2に変調され、 タイミング T1からタイミング T2まで麵を受けずに光強度 P 1のまま に為され、 タイミング T2から再び光 ¾Jg P2に変調される。 即ち、 このように第 1光強 度変調器馬豳部〗 1 2によって i lされることによって、 第〗光強度変調器 1 1 1は、 図 1 0 (B) に示す光強度 P2の連続的な漏れ光 CWLの中に光^ P lの ヽ°ルス O Pが 在る光を射出する。 この光強度 P 1は、 図 1及び図 4における光強度 P I (= (As+ C s) 2) に対応し、 光 ¾J P2は、 図 1及び図 4に示す^ άΑ°ルス前方光 O P f及び ¾/ヽ°ルス ί妨光 O Pbの光 P2 (= Cs 2) に対応する。 光? ^麵器がマッハツエンタ型光変 調器である: ^には、 第 1光 '麵器馬睡部 1 1 2は、 マッハツエンタ型光変調器の第 1及び第 2導薦アームに印加される ¾Eを調整することにより、 通常^！では光離が P2となるように第 1導波路アームを伝播する光と第 2導波路アームを伝播する光との位 相差を調整し、 タイミング T1では第 1導薦アームを伝播する光と第 2導 ¾β§アームを 伝播する光の位相を揃え、 タイミング Τ2では通常 光強度が Ρ2となるように第 1 導赚アームを伝播する光と第 2導通アームを伝播する光との位相差を調整する。 そして、 連続的な漏れ光 CWLと^ ά °ルス Ο Ρから成る図 Ί 0 ( Β) に示す波形の光が 第 Ί光強度変調器 1 1 1から第 2光強度変調器 1 1 3に入射される。 図 1 0 (C) に示す ように、 第 2光強度変調器 1 1 3は、 通常:!機ではオフであり、 タイミング Τ3でオンす ると共にタイミング Τ4で通常状態のオフに戻るように、 制御処理き 1 6の制御に基づく 第 2光強度変調器駆動部 1 1 4によって駆動される。 このように第 2光強度変調器駆動部 1 1 4によって第 2光離変調器 1 1 1が馬 されることによって、 第 1光強度変調器 1 1 1から第 2光強度変調器 1 1 3に入射した図 1 0 ( B) に示す波形の光は、 タイミング T3まで光強度 0に変調され（オフされ） 、 タイミング T3からタイミング T4まで変調 を受けずにそのままに為され、 タイミング T4から再び光 5娘 0に^ ϋされる （オフにさ れる）。 即ち、 このように第 2光 器馬隱部 1 1 4によって馬隱されることによつ て、 第 2光強度変調器 1 1 3は、 ヽ°ルス Ο Ρの前方だけ光 ¾J P2の連镜的な漏れ光 0 P f OtAルス前方光 O P f) を残して歹餘を除去する。 これによつて第 2光 S娘変調器 1 1 3は、 光強度 P2の^/ レスの中に光強度 P 2よりも大きい光強度 P 1のtA°ルスが在 る光 ¾Jtがー段 変化する階段状であって線幅の狭い光強度階段 "！ ^レス 0 Psを^^ する。 なお、 タイミング T4を調整することによって ルス ί妨光 O Pbを持つ光強度
Figure imgf000025_0001
Psとしてもよい。
ここで、 この光強度階翻; ¾tAルス 0 Psにおける ルス前方光 0 P fの時間幅 T f、 ヽ°ルス 0 Pの時間幅 Tp及び式 1 2で定義される比 P rxは、 前述のように される。 本実施形態では、 ヽリレス前方光 O P fの時間幅 Tfは、 例えば、 5 n sや 1 0 n sや 1 5 n sや 2 0 n s等に した。 また、 ¾ヽ。ルス O Pのパルス幅 Tpは、 前述したよう に Ί m以下の高空間分解能を得るために 1 0 n s以下に言 する があるが、 検出用光 ファイバ Ί 8の或る位置におけるブリルアン周通シフ卜にこの或る位置の周辺における ブリルアン周 シフトの ' '混じることを抑制し得る観 から、 ブリルアン-ロス/ ゲイン-スペクトル BSI/g (yd) をブリルアン時間領域検出計 1 7が測定する i¾にお けるサンプリング時間間隔に合わせると好適であり、 本実膨^ は、 ¾A°ルス ΟΡのパ ルス幅 Tpは、 5n sや 2 n sや 1 n sに言貌した。 そして、 比 Prxは、 前述したように、 比 Prxに対する H2/ (H1 + H3+H4) を式 8乃至式 1 1に基づいてシミュレーションし、 そして、 そのシミュレーションの結果に基づい Ti される。 本実謹^ T'は、 ブリルァ ン-ロス■スぺクトル B S l/g (レ d) のピークを検出する上で最も^ I子なローレンツ曲線 を得ることができ、 最も高精度で高空間分解能に歪み及び/又は温度を検出することがで きることから、 比 Prxは、 シミュレーションの結果における H 2/ (H1 + H3+H4) のピ ークを与える値に離される。 比 Prxは、 シミュレーションの結果における H2Z (H1 + H3+H4) の値が 0. 5以上となる比 Prxの値に言 しても、 高精度で高空間分解能 に歪み及び/又は を検出することができる。 例えば、 ¾ \ 'ルス 光 OPfの時間幅 Tfが 1 2n sであって^ άΑ°ルス OPの時間幅 Tpが 1 n sである ϋ ^において、 比 Prx は、 約 1 5 8〜約27€18の間の値に、 そして、 最も^ ί子なローレンツ曲線を得るため には約 21 d Βに^ される。
なお、 第 1光強度変調器 1 1 1及び第 2光強度変調器 1 1 3の損失を補償するために光 を増幅する光増幅器 1 1 5を^;素子 1 03か,ら光力ブラ Ί 2の避上に配置してもよい。 特に、 雑音となる自然: ^出光 （ASE、 Amplifier Spontaneous Emission) の少ないうちに 増幅する観点から図 7に破線で示すように第 1光強度変調器 1 1 1と第 2光強度変調器 1 1 3との間の舰上に配置することが好ましい。 光増幅器 1 1 5は、 例えば、 素子 1 03が発光する光の周膽に対し利得を持つ光フアイバ増幅器や半導体光増幅器である。 光ファイバ増幅器は、 例えば、 エルビウム （元素記号； E r) 、 ネオジム （元素記号； N d)、 プラセ才ジゥ厶 （元素記号； P r)及びツリウム （元素記号； Tm)等の希土類 it 素を光ファィバに添 した希: 玩難 Π光ファィバ増幅器やラマン増幅を利用したラマ ン増幅光ファィパ'増幅器等が'ある。
図 6に戻って、 光力ブラ 1 2、 22は、 入射光を 2つの光に分配して射出する光部品で あり、 例えば、 ハーフミラ一等の微少 学素子形光分山 吉^!や溶融ファイバの光フアイ バ形^、山 吉^!や光導波路形光分 吉^等を利用することができる。 光力ブラ 1 2の 一方の出力端子は、 光 5娘.偏光調整部 Ί 3の入力端子に光学的に嫌され、 做の出力 端子は、 ブリルアン時間領域検出計 1 7の第 1入力端子に光学的に灘される。 光赚'偏光調觀 I 3は、 制御処理部 1 6によって制御され、 寸光の光離を調整 すると共に入射光の偏光面をランダムに変更して射出する部品である。 光強度 ·偏光調整 部 1 3の出力^?は、 光サーキユレ一夕 1 4の第 1端子に光学的に赚される。
光強度'偏光調^ 3は、 例えば、 図 1 1に示すように光可変減衰器 1 2 1と、 偏光 制御器 1 2 2とを備えて構成される。 光可変 衰器 1 2 1は、 入射光の光強度を減衰して 射出するとともにその減衰量を変更することができる光部品である。 光可変減織 1 2 1 は、 例えば、 入射光と射出光との間に減衰円板を挿入し、 減衰円板の表面には回転方向に 厚みが連镜的に変えてある金属膜を蒸着して、 この減衰円板を回転させることによリ減衰 量を調節する光可変減衰器や、 入射光と射出光との間に磁^学結晶およびこの磁^学 結晶の射出側に偏光子を挿入し、 学結晶に磁界を印加してこの磁 0強さを変える ことにより減衰量を調整する光可変減織等を利用することができる。 偏光制御器 1 2 2 は、 入射光の偏光面をランダムに変えて射出する光部品である。 光 .偏光調整部 1 3 に入射した入射光は、 光可変減衰器 Ί 2 Ίで制御処理部 1 6の制御により光強度が所定の 光強度に調整されて偏光制御器 1 2 2に入射され、 偏光制御器 1 2 2で偏光面がランダム に変えられて射出される。
光サーキユレ一夕 1 4は、 第 1乃至第 3の 3¾ίの光サーキユレ一夕であり、 入射光と 射出光とがその端子番号に循環関係を有する非可逆性の光部品である。 即ち、 第 1 に 入射した光は、 第 2端子から射出されると共に第 3端子から (ま射出されず、 第 2端子に入 射した光は、 第 3端子から射出されると共に第 1端子から (謝出されず、 第 3 に入射 した光は、 第 1端子から射出されると共に第 2端子からは射出されない。 光コネクタ 1 5、 2 2は、 光ファイバ同士や光部品と光ファイバとを光学的に接続する光部品である。 光サ ーキユレ一夕 1 4の第 2端子は、 光コネクタ 1 5を介して検出用光ファイバ 1 8の一方端 に光学的に賺され、 光サーキユレ一夕 1 4の第 3端子は、 ブリルアン時間領域検出計 1 7の第 3入力 に光学的に赚される。
CW光源 1 9は、 制御処理部 1 6によって制御され、 所定の周蕭範囲 f rで光強度が 1§~定の連観 CWp,1を! ^する装置である。 CW光源 1 9は、 例えば、 図 1 2に示 すように、 基板 1 3 1と、 ^検出素子 1 3 2と、 発光素子 1 3 3と、 光力ブラ 1 3 4と、 £ 1 3 5と、 第 1受光素子 1 3 6と、 第 2受光素子 1 3 7と、 ^調整素子 1 3 8と、 A T C 1 3 9と、 A F C 1 4 0とを備えて漏される。 即ち、 CW光源 1 9は、 所定の周 波数範囲 f rで光 が! § ""定の連 ^CWpumplを発光すればよいから、 発光素子 1 3 3が射出する連読を階段《1：^ヽ 'ルス光源 Ί 1のように光 ¾Jtが階段状の ルスに形成 する必要がないので、 Ρ皆段《Iお1 άΛ°ルス光源 1 1における第 1及び第 2光強度変調器 1 1 1、 1 1 3と第 Ί及び第 2光強度麵器馬睡部 1 1 2、 1 1 4とを備えない誠である。 CW 光源 1 9における籠 1 31、 検出素子 1 32、 魏素子 1 33、 光力ブラ 1 34、 EF 1 35、 第 1 ¾t素子 1 36、 第 2受光素子 1 37、 SJ調整軒1 38、 ATC 1 39及び A FC1 40は、 AFC1 40が制御処理部 1 6の制御に基づき！ ^素子 1 33 の光の周«を変更することを除き、 光学的な ¾ 関係や ^的な^関係を含めて階段 ¾^ヽ°ルス光源 Ί 1における観反 1 0 Ί、 ^J検出素子 1 02、 素子 1 03、 光力プ ラ 1 04、 EF 1 05、 第 1受光素子 1 06、 第 2受光素子 1 07、 調整^? ·1 08、 ATC1 09及び AFC 1 1 0とそれぞれ同 i /よので、 その説明を省略する。
本難形態の分布型光ファイバセンサ Ίは、 プローブ光である階段 ·|^ °ルスの周繊 f 0を固定し、 ポンプ光である連続光 CWpumplの周 を所定の周 «|g囲 f rで走査す ることによってブリルアン'ロス/ゲイン ·スペクトル BSI/g (νά) を測定し、 ブリル アン周波数シフ卜リ bを測定するものである。
そのため、 制御処理部 1 6が錢するための周蕭に合わせて A FC 1 40における参 照^ IV ref2及び参照 ¾EV ref3を変更することによって、 A F C 1 40の口ックボイ ン卜値 L P 0を変更し、 趨するための周 こ保持された連観 CWpumplを ^する ように構成されている。
本^^形態では、 図 9 (C) に示すように、 所定の周波数範囲 f rが 4GH zであり、 この所定の周 »範囲 f rの下 f Lに対応するロックボイン卜値を口ックポイン 卜値 L P Lとし、 この所定の周«範囲の上 波数 f uに対応するロックポイン卜値を ロックポイント値 LPuとすると、 ロックポイント値 LP0は、 L PL≤L P0≤LPuの 範囲で変更されることになる。
CW光源 1 9の出力 は、 光力ブラ 20の入力端子に光学的に赚される。 光力ブラ 20の一方の出力 は、 光強度調整部 21の入力端子に光学的に赚され、 他方の出力 端子は、 ブリルアン時間領域検出計1 7の第2入力端子に光学的に赚される。
図 6に戻って、 光強度調整部 21は、 制御処理部 1 6によって制御され、 入射光の光強 度を調整して射出する部品である。 光 5娘調翻 21の出力端子は、 光コネクタ 22を介 して検出用光ファイバ 1 8の他方端に光学的に赚される。 光 5娘調整部 2 1は、 例えば、 図 1 3に示すように光可変咸織 1 5 1と、 光アイソレ 一夕 1 5 2とを備えて賺される。 光可変減衰器 Ί 5 1は、 光可変減衰器 1 2 1と同様に、 入射光の光強度を減衰して射出する光部品である。 光アイソレータ 1 5 2は、 入力^?か ら出力端子へ一方向のみ光を する光部品であり、 例えば、 4 5度ずれた^ CD 2つの 偏光子の間にファラデー回転子を配置することによつて構成することが'でさる。 光アイソ レータ Ί 5 2は、 分布型光ファイバセンサ Ί内における各光部品の赚咅 [%：どで生じる反 射光の伝播やプローブ光の cw光源 1 9への伝播を防止する ¾ jを果たす。 e mm^
2 1に入射した入^1 eは、 光可変減衰器 1 5 1で光強度が所定の光離に調整されて光ァ イソレー夕 1 5 2を介して射出される。
なお、 検出用光ファイバ 1 8を伝播したポンプ光は、 光コネクタ 1 5及び光サーキユレ 一夕 1 4を介してブリルアン時間領域検出計 1 7に入射するので、 光強度'偏光調 a
Figure imgf000029_0001
1に入射することはない。 ここで、 光サーキユレ一夕 1 4の代 わりに光力ブラを用いる場合には、 ポンプ光が光強度'偏光調整部 1 3や階段 ·|お16Λルス 光源 1 1に入射することを防止するために、 光 5艘，偏光調整部 1 3の出力 ¾ ^に光アイ ソレータ又はポンプ光を遮断し階段 'ルス 0 Psを する光フィルタを配置するこ とか子ましい。
検出用光ファイバ Ί 8は、 歪み及び/又は ^Jtを検出するセンサ用の光ファイバであり、 その一方端からプローブ光が入射され、 その他方端からポンプ 入射され、 ブリルアン 散乱 ϊ腺排用を受けたプローブ びポンプ その他方端及び一方端からそれぞれ射 出される。 ここで、 橋、 トンネル、 ダム、 建物等の 1f¾Iや地鶴の計測纖物に生じた 歪み及び Z又は温度を測定する場合には、 検出用光ファイバ 1 8を計測対象物に固定する ことによって測定することがでさる。
制御処理部 1 6は、 ブリルアン時間領域検出計 1 7と信号を入出力することによって、 検出用光ファイバ 1 8の長尺方向における検出用光ファイバ 1 8の歪み及び/又は温度の 分布を高空間分解能で測定するように、 P皆 ; ^/ レス光源 1 光強度'偏光調 an
3、 CW光源 1 9及び光強度調觀 2 1を制御する電子回路であり、 例えば、 マイクロプ ロセッサ、 ワーキングメモリ、 及び、 A T C 1 0 9用の参照 ¾EV ref1、 A F C 1 1 0用 の参照 ¾EV ref2、 V ref3、 A T C Ί 3 9用の参照 TOV ref1、 A F C 1 4 0用の参照電 圧 V ref2、 V ref3、 タイミング Τ 1、 Τ2、 Τ3、 Τ4、 比 P rx等の各データを記憶するメモ リ等を備えて される。 ブリルアン時間領域検出計 1 7は、 分布 Sdtフアイノセンサ 1の各部を制御し、 所定の サンプリング間隔で受光したブリルアン散乱現象に係る光を検出することによって検出用 光ファイバ 1 8の長尺方向における検出用光ファイバ 1 8の各領域部分のブリルアン-口 ス /ゲイン'スペクトル B S I/g ( y d) をそれぞれ求め、 求めた各領域部分のブリルァ ン■ロス/ゲイン ·スぺクトル B S l/g (レ d) に基づいて ^t|¾分のブリルアン周 シフトリ bをそれぞれ求め、 求めた各領域部分のブリルアン周通シフ卜 V bに基づいて 検出用光ファイバ 1 8の歪み分布及び/又は ^Jg分布を検出する。 そして、 ブリルアン時 間領域検出計 1 7は、 ローレンツ曲 s得られる上述の比 P rxが記憶されており、 P皆段 。ルス光源 1 Ίが射出した光 ¾Jt階翻; ^ヽ°ルス O Psの光強度を検出し、 光 5娘階 段 ·Ι^Λ°ルス。 P sの P 1Z Ρ 2がこの比 P rxとなるように制御処理部 1 6に通知する。 さらに、 ブリルアン時間領域検出計 1 7は、 ローレンツ曲線を得るべく ftilなプローブ光 の光 5iJt¾び なポンプ光の光 5娘が記憶されており、 P皆劇^1 ルス光源 1 1が射出 した光強度階段 ·!お16Α。ルス O Psの光強度を検出すると共に CW光源 1 9が射出した連続 光 CWpumplの光強度を検出し、 この最適なプローブ光の光強度及び最適なポンプ光の光 強度となるように光強度-偏光調 3及び光 ¾J 調整部 2 1を調整すべく制御処理部 1 6に通知する。 ブリルアン時間領域検出計 1 7は、 光スィッチ、 スペクトルアナライザ 及びコンピュータ等を備えて誠される。
このようにローレンツ曲 ¾ ^尋られる上述の比 P rxをブリルアン時間領域検出計 1 7 に予め記憶することができるのは、 プローブ 邛皆段 ·Ι^\°ルスであるからである。 また、 口一レンツ曲 得られる上述の比 P rxがブリルァン時間領域検出計 1 7に予め記憶さ れるので、 背景攝のように測定のたびに検出用光ファィバのフ 7ィバ長に合わせて ¾A° ルスをマニュアルで調整する 要がない。
次に、 第 1の実歸態に係る分布型光ファイバセンサの動作について説明する。
図 1 4は、 ブリルアン ·ロス/ゲイン'スぺク卜ルの分布及び距離 L 1と距離 L2とに おけるブリルアン ·ロス Zゲイン ·スペクトルを示す図である。 図 1 4 (A) は、 プリル アン ·ロス Zゲイン'スぺク卜ルの分布を示し、 X軸は、 検出用光ファイバ 1 8の一方端 からの であり、 y軸は、 周通であり、 z軸は、 光強度である。 図 1 4 ( B) は、 距 離 Uと とにおけるブリルアン ·ロス Zゲイン ·スぺクトルを示し、 X軸は、 周 通であり、 y軸は、 光強度である。 また、 説明の都合上、 S6HL1では、 検出用光ファ ィバ 1 8に歪みが生じていないものとし、 では、 検出用光ファイバ 1 8に歪みが 生じているものとする。
まず、 ブリルアン時間領域検出計 1 7は、 光力ブラ 1 2を介して階段 "！ ルス光源 1 Ίからの光のスペクトルを測定するように準備し、 P皆 ルス光源 1 1から光を射出 させる信号を制御処理部 Ί 6に通知する。
この信号を受けると、 制御処理部 1 6は、 醜の ATC1 09用の参照¾1 1と AFC1 1 0用の参照、 ¾EVref2、 Vref3とを ATC1 09と 「〇1 Ί 0とにそれそ、れ EP加し、 03を^させ、 階翻^ レス光源 1 1から光を射出させる。
P皆段 "t^tAリレス光源 Ί Ίから射出された光は、 光力ブラ Ί 2を介してブリルアン時間頟 域検出計 1 7に入射され、 ブリルアン時間領域検出計 1 7は、 その光のスペクトルを測定 する。 ブリルアン時間領域検出計 1 7は、 この測定結果から階段 ルス光源 1 1が所 定の発 iUi«f 0の光を射出しているか否かを確認する。 所定の発 $U «f 0ではな い場合には、 ブリルアン時間領域検出計 1 7は、 所定の発画猶 f 0となるように A F C1 1 0用の参照 ^EVref2、 V ref 3を調整する信号を制御処理部 1 6に通知する。 この信号を受けると、 制御処理部 1 6は、 所定の発翻蕭 f 0となるように AFC1 1 0用の参照 ¾EVref2、 V ref 3を調整する。 階 ^ヽリレス光源 Ί 1から射出された光 の発顯猶 fが所定の発翻垂 f 0になると、 ブリルアン時間領域検出計 1 7は、 そ の光 5鍍 P 1を制御処理部 1 6に通知する。
制御処理部 1 6は、 この通知された光強度 P1及び記憶している比 Prxに基づいて、 光 強度階段 ·!お1 ά 。ルス O Psにおける ¾ヽリレス前方光 O Pf (う1 άΑ°ルス後方光 0 Pbがある場 合には、 ¾ヽ°ルス前方光 OPf及び^ °ルス^^光 OPb) の光強度 P 2に対する ¾ 。ルス OPの光 5娘 P1の比カ湔述した所定の比 Prxとなるように、 第 1光強度変調器 1 1 1を 第 1光強度変調器駆動部 Ί 1 2を制御すると共に、 光強度階段 <!お tA。ルス OPsを射出す るように第 2光強度変調器 1 Ί 3を第 2光強度変調器馬隱部 Ί 1 3を制御する。
P皆段 。ルス光源 1 1から射出された光強度階段 "！ ヽ。ルス OPsは、 光力ブラ 1 2 を介してブリルアン時間領域検出計 1 7に入射され、 ブリルアン時間領域検出計 1 7は、 その光強度階段 。ルス 0 Psのスぺク卜ルを測定する。 ブリルアン時間領域検出計 1 7は、 この測定結果から階段 ^！ 、リレス光源 1 1か所定の比 Prxの光娘階段 "tetAル ス OPsを射出しているか否かを廳忍する。 所定の比 Prxではない場合には、 ブリルアン 時間領域検出計 1 7は、 所定の比 P rxとなるように第 1光 5驢麵器 1 1 1を調整する 信号を制御処理部 1 6に通知する。
この信号を受けると、 制御処理部 1 6は、 所定の比 P rxとなるように第 1光 麵 器 1 1 1を調整する。 このような調整を繰り返し、 階段状う1 έΑ°ルス光源 1 1から射出され た光 5娘 Ρ皆段《1 ヽ°ルス 0 P sの J: ^所定の比 p rxになると、 プリルァン時間領域検出計
1 7は、 スペクトルの測定結果から階段《| ヽ。ルス光源 1 1が射出した光強度階段 ^yatA ルス O Psが、 ローレンツ曲線のブリルアン ·ロス/ゲイン'スぺクトル B S l/g (リ d) を得られる最適な光強度で検出用光ファイバ 1 8に入射するように、 光強度■偏光調整部
1 3の減^ *を調整する信号を制御処理部 1 6に通知する。
この信号を受けると、 制御処理部 1 6は、 光 偏光調整部 1 3の減衰量を調整し、 制御処理部 1 6は、 減衰量の調整が終了した旨を示す信号をブリルアン時間領域検出計 1
7に通知する。
この信号を受けると、 ブリルアン時間領域検出計 1 7は、 階段 ルス光源 1 1か所 定の光強度階段 ·Ι^\°ルス O Psを射出する準備が整ったと判断し、 所定の光 5娘階段状 う ¾Λルス O Psの射出を止めるように階殳《| ヽ。ルス光源 1 Ίを制御処理部 Ί 6に制御さ せる。
そして、 ブリルアン時間領域検出計 1 7は、 ブリルアン'ロス Zゲイン 'スペクトル B S l/g ( y d) の測定を開始する。
まず、 ブリルアン時間領域検出計 1 7は、 光力ブラ 2 0を介して CW光源 1 9からの光 のスペクトルを測定するように準備する。 そして、 ブリルアン時間領域検出計 1 7は、 走 査する周 «範囲における最低の周波数 f Lの逢 を C W光源 1 9から射出させる信号 を制御処理部 1 6に通知する。
この通知を受けると、 制御処理部 1 6は、 の A T C 1 3 9用の参照¾ 1と 最低の周 « f Lに対応する A F C 1 4 0用の参照 ¾EV ref2、 V ref3とを A T C 1 3 9 と A F C 1 4 0とにそれそ'れ印加し、 P ^素子 1 3 3を発光させ、 CW光源 1 9から連檨 光を射出させる。
CW光源 1 9から射出された連続光は、 光力ブラ 2 0を介してブリルアン時間領域検出 計 1 7に入射され、 プリルアン時間領域検出計 1 7は、 その光のスペクトルを測定する。 ブリルアン時間領域検出計 Ί 7は、 CW光源 1 1が最低の周波数 f Lの連^;を射出して いるか否かを躪忍する。 最低の周 « f Lではない場合には、 ブリルアン時間領域検出計 1 7は、 最低の周鍾 f Lとなるように A F C 1 1 0用の参照 ¾EV ref2、 V ref3を調整 する信号を制御処理部 1 6に通知する。 さらに、 ブリルアン時間領域検出計 1 7は、 スぺ ク卜ルの測定結果から CW光源 Ί 9が射出した連^1 άが、 ローレンツ曲線のブリルアン. ロス/ゲイン-スペクトル B S I/g (レ d) を得られる ¾ϋな光 ¾JTC検出用光ファイバ 1 8に 寸するように、 光強度調整咅 2 1の減衰量を調整する ί言号を制御処理咅 1 6に通知 する。
これらの信号を受けると、 制御処理部 1 6は、 氏の周猶 f Lとなるように A F C 1 4 0ffl( #BS^EV ref2, V ref3を調整する。 さらに、 制御処理部 1 6は、 光 調整部 2 Ίの減衰量を調整し、 制御処理部 1 6は、 減衰量の調整が終了した旨を示す信号をプリ ルアン時間領域検出計 1 7に懋。する。
この信号を受け、 CW光源 1 9から射出された光の周 が 氏の周 « f Lになると、 光サーキユレ一夕 1 4を介したブリルアン散乱 に係る光のスぺクトルを測定するよう に準備し、 ブリルアン時間領域検出計 1 7は、 階段■tet 'ルス光源 1 1から光髓階段状 ルス 0 Psを射出させる信号を制御処理部 1 6に通知する。
この信号を受けると、 制御処理部 Ί 6は、 階 ルス光源 Ί 1
Figure imgf000033_0001
ルス O Psを射出させ、 射出させたタイミングを知らせる信号をブリルアン時間領域検出 計 1 7に賺卩する。
P皆段 >1 ヽ°ルス光源 1 1から射出された光強度階段 <1^ヽ°ルス O Psは、 光力ブラ 1 2 を介して光強度，偏光調整部 1 3に入射され、 光強度 .偏光調 MgP 1 3でその光強^ ¾び 偏光面が調整され、 光サ一キユレ一夕 1 4及び光コネクタ 1 5を介してプローブ光として 検出用光ファイバ 1 8の一方端に入射する。 検出用光ファイバ 1 8の一方端に Λ寸したプ ローブ光 （光 S娘階段 <1 ヽ°ルス O Ps) は、 検出用光ファイバ 2 2の他方端から入射さ れ検出用光ファイバ 1 8を伝播するポンプ光（連続光 CWpumpl) とブリルアン散舌 Li見象 を生じさせながら検出用光ファイバ 1 8の一方端から他方端へ伝播する。
ブリルアン離し驗に係る光は、 検出用光ファイバ 1 8の一方端から射出され、 光サ一 キユレ一夕 Ί 4を介してブリルアン時間領域検出計 Ί 7に入射される。 ブリルアン時間領 域検出計 1 7は、 制御処理部 1 6から慰卩された光強度階段 "！ ヽリレス O Psを射出した タイミングに基づいて、 受光したブリルアン散乱現象に係る光を時間領 ϋ ι、祈し、 検出用 光ファイバ 1 8の長尺方向におけるブリルアン散乱現象に係る光の光強度の分布を測定す る。 このようにブリルアン時間領域検出計 1 7は、 CW光源 Ί 9に最低の周猶 f Lの連続 光をポンプ光として射出させると共に階段 ·!お16Aルス光源 1 1に光強度 P皆段"!お1 άΑΜレス O
Psをプローブ光として射出させ、 検出用光ファイバ 1 8でこれらプローブ; びポンプ 光によってブリルアン離 L現象を生じさせ、 ブリルアン散乱現象に係る光を時間領 、祈 し、 検出用光ファイバ Ί 8の: 方向におけるブリルアン散乱 Ϊ藤に係る光の光強度の分 布を測定する。 このように測定することによって、 最低の周纖 f Lのポンプ光に対応す るブリルアン散乱驗に係る光の光強度の分布である図 1 4 (A) に示す曲線 m が得ら れる。 - ここで、 ブリルアン離 L現象に係るプローブ光とポンプ光との間における相互作用の程 度は、 プローブ光 (^扁光面とポンプ光の偏光面との相対関係に依存する。 本実謹態に係 る分布型光ファイバセンサ 1は、 測定ごとに光離 '偏光調觀 1 3で光強度階翻;
ルス 0 Psの偏光面がランダムに変わるので、 最低の周波数 f Lのポンプ光に対応するブ リルァン離し驗に係る光の光強度の分布の測定を謹回実行してその平均値を採用する ことによって、 この依存性を実質的に解消することができる。 そのため、 精度よくブリル アン散乱現象に係る光の光強度の分布 ml を得ることができる。 本雄形態では、例えば、 5 0 0回や 1 0 0 0回の測定が実行される。
ブリルアン時間領域検出計 1 7は、 最低の周 f Lのポンプ光に対応するブリルアン 散乱輸に係る光の光 5娘の分布 mlの測定が終わると、 次の周通のポンプ光に対応す るブリルアン ¾SLi腺に係る光の光強度の分布を測定すべく、 ブリルアン時間領: t或検出計 1 7は、 上述と同様の 乍によって、 まず、 CW光源 1 9に次の周蕭のポンプ光として の連観を射出させ、 階¾¾^£ \°ルス光源 1 1にプローブ光としての光弓娘 P都 ¾«3tA°ル ス O Psを射出させる。 そして、 ブリルアン時間領域検出計 1 7は、 検出用光ファイバ 1 8の一方端から射出され光サーキユレ一夕 1 4を介してプリルアン時間領域検出計 1 7に 入射されたブリルアン離し現象に係る光を、 光強度階段 "Ι^έΛ'ルス 0 Psを射出したタイ ミングに基づいて時間領域分析し、 次の周通に対する、 検出用光ファイバ 1 8の: S 方 向におけるブリルァン離し現象に係る光の光強度の分布 m2を測定する。
ブリルアン時間領域検出計1 7は、 次の周蕭のポンプ光に対応するブリルアン散乱現 象に係る光の光強度の分布 m2の測定が終わると、 次々と順次にポンプ光の周蕭を最高 の周膽 f uまで変えて、 当言調通のポンプ光に対応するブリルアン散乱現象に係る光 の光 5艘の分布 m3、 m4、 . ， .、 mnの測定を上述と同様に行う。 ここで、 分布 m nは、 範囲における n番目の周 «のポンプ光に対応するブリルアン散乱驗に係る 光の光強度の分布 mを表す。
このように測定することによって、 図 1 4 (A) に示すように、 ¾¾J 鍾範囲の各周 纖における検出用光ファイバ 1 8の: 方向におけるブリルアン散乱 Ϊ腺に係る光の光 強度の分布 ml、 m2、 m3、 m4 . . .、 mnが 度かつ高空間分解能で得られ、 その結果、 検出用光ファイバ 1 8の: 方向の各領域部分におけるブリルアン■ロス/ゲイン ·スぺ クトル B S I/g ( V d) が高精度かつ高空間分解能で得られる。
そして、 ブリルアン時間領域検出計 1 7は、 検出用光ファイバ 1 8に歪みを生じていな い部分におけるブリルアン ,ロス/ゲイン ·スぺクトル B S l/g ( i d) のピークに対応す る周通を鮮に、 検出用光ファイバ 1 8の^/ ^向の各領域部分におけるブリルアン' ロス/ゲイン 'スペクトル B S l/g (レ d) のピークに対応する周膽の差を求めることに よって、 検出用光ファイバ 1 8の: ^方向の各部分におけるプリルアン周猶シフトリ b を高精度かつ高空間分解能で求める。
例えば、 図 1 4 (A) 、 (B) に示すように、 検出用光ファイバ 1 8の一方端から SgH L 1の部分では、 歪みが無ぐ 距離 L 2の部分で歪みが生じているとする。 距離 L 1にお けるブリルアン'ロス/ゲイン 'スペクトル B S l/g (レ d) は、，図 1 4 (B) で実線の曲 線 eで示され、 藤 L 1におけるブリルアン ·ロス/ゲイン ·スぺクトル B S l/g ( y d) は、 図 1 4 (B) で ΐ雄の曲線 fで示されている。 この場合では、 jJg||L1におけるプリ ルアン ·ロス/ゲイン'スぺクトル B S l/g ( ν ά) のピークに対応する周 «リ blと £離 L2におけるブリルアン ·ロス,ゲイン'スぺクトル B S l/g (レ d) のピークに対応する 周猶 V b2と差を求めて、 ブリルアン周蕭シフ卜レ b= V b2—リ blが求められる。
そして、 ブリルアン時間領域検出計 1 7は、 この各領域部分のブリルアン周猶シフト V bから検出用光ファィバ 1 8の長尺方向の各領域部分における歪み及び _ 又は温度を高 精度かつ高空間分解能で求める。 この求めた検出用光ファイバ 1 8の: SK^向の各領域部 分における歪み及び/又は^ の分布は、 C R T表示^置や X丫プロッタゃプリン夕等の 不図示の出力部に提示される。
このように第 Ίの実膨態に係る分布型光ファイバセンサ 1は、 プローブ光に光髓階 段 ·!お ¾A°ルス O Psを用いるので、 ローレンツ曲線が得られる上述の比 P rxをブリルアン 時間領域検出計 1 7に予め記憶することができるから、 背景 ί鐘のように測定のたびに検 出用光フアイバ 1 8のフアイノ\ '長に合わせて¾/\°ルスをマニュアルで調整する艘がない。 従って、 分布型光ファイバセンサ 1を工業製品化することも可能である。 また、 論理解析 の結果、 廳な比 P rxに言 S¾し得るので、 ブリルアン■ロス/ゲイン ·スぺクトル B S l/g ( y d) は、 ローレンツ曲線となるから、 高精度かつ高空間分解能で検出用光ファイバ 1 8に生じた歪み及び/又は SJgを測定することができる。
(第 2の離形態）
本発明に係る第 2の離形態における分布型光ファイバセンサは、 歪み及び Z又は SJ を検出するための検出用光ファイバの一方端からプローブ びポンプ光を入射して、 検 出用光ファイバでブリルアン散乱 ί腺 乍用を受けたポンプ光を受光し、 ブリルアン -ゲ イン ·スペクトラム時間領域反射分析 （B Gain— O T D R、 Bri l louin Gain Optical Time Domain Ref !ectometer)又はブリルアン■ロス ·スぺク卜ラ厶時間領域反射分析 (B Loss- O T D R、 Bri I louin Loss Optical Time Domain Ref lectometer) を行うことにより、 ブリル アン周波数シフトに基づいて歪み及び/又は温度を検出するものである。 以下、 ブリルァ ン-ゲイン-スぺク卜ラム時間領域反射分析又はプリルアン ·ロス ·スぺク卜ラ厶時間領 域反射分析をブリルアン ·ロス/ゲイン'スぺク卜ラ厶時間領域 分析と略記する。 こ のブリルアン .ロス/ゲイン .スぺク卜ラ厶時間領域 J¾分析では、 ブリルアン散舌 象 に係る光は、 ブリルアン散乱光である。
まず、 第 2の実膨態における分布型光ファイバセンサの構成につい Ti¾明する。 図 1 5は、 第 2の¾»態における分布型光ファイバセンサの灘を示すプロック図である。 図 1 6は、 第 2の ¾5¾形態の分布 ファイバセンサにおける CW光源の構成を示すプロ ック図である。
図 1 5において、 第 2の実騰態における分布型光ファイノ 'センサ 2は、 階劂 \°ル ス光源 1 1と、 光力ブラ 1 2と、 光強度'偏光調整部 1 3と、 光サーキユレ一タ 1 4と、 光力ブラ 3 3と、 光コネクタ 1 5と、 制御処理部 3 1と、 ブリルアン時間領域検出計 1 7 と、 検出用光ファイバ 1 8と、 CW光源 3 2と、 光力ブラ 2 0と、 光強度調整部 2 1とを 備えて構成される。
階段状 ¾Λルス光源 1 1の出力 は、 光力ブラ Ί 2の入力 に光学的に^ される。 光力ブラ Ί 2の一方の出力端子は、 光強度.偏光調整部 1 3の入力端子に光学的に接続さ れる。 - tm ^ 3の出力端子は、 光サーキユレ一夕 1 4の第 1端子に光学的 に接続される。 光サーキユレ一夕 1 4の第 2端子は、 光力ブラ 3 3の一方の入力端子に光 学的に擦売される。 光力ブラ 33の出力端子は、 光コネクタ 1 5を介して検出用光フアイ バ 1 8の一方端に光学的に接続される。
また、 CW光源 32の出力 は、 光力ブラ 20の入力端子に光学的に接続される。 光 力ブラ 20の一方の出力端子は、 光強度調^ S 21の入力^?に光学的に接続される。 光 強度調整部 21の出力 は、 光力ブラ 33の他方の入力端子に光学的に接続される。 そして、 光力ブラ 12の他方の出力 は、 ブリルアン時間領域検出計 31の第 1入力 端子に光学的に赚され、 光力ブラ 20の他方の出力 は、 ブリルアン時間領域検出計 31の第 2入力端子に光学的に接続され、 光サーキユレ一夕 14の第 3 は、 ブリルァ ン時間領域検出計 31の第 3入力 に光学的に される。
これら階 ; ¥ 、°ルス光源 1 1、 光力ブラ 1 2、 光離'偏光調 a 3、 光サーキュ レー夕 14、 光コネクタ 15、 ブリルアン散乱驗検出計 17、 検出用光ファイバ 18、 光力ブラ 20及び光強度調觀 21は、 第 Ίの実施形態と同徵ので、 その説明を省略す る。
光力ブラ 33は、 入射光を 2つの光に分配して射出する ^g品であり、 光力ブラ 1 2、
22と同様の光咅品である。
。 光源32は、 制御処理部 1 6によって制御され、 所定の周獵 IS囲 f rTl§~ の 3E ¾CWpump2を! ^する装置であり、 連観 C Wpump2は、 所定のタイミングで所定 の期間だけ射出される。 CW光源 32は、 例えば、 図 16に示すように、 嶽反 131と、 ^J 検出素子 132と、 ||¾素子 133と、 光力ブラ 134と、 EF1 35と、 第 1受光 素子 1 36と、 第 2受^^子 137と、 ^調整素子 138と、 ATC1 39と、 AFC
140と、 第 3光 ¾J ^l3器 1 61と、 第 3光 5iJ '変調器馬隱咅 62とを備えて ί«さ れる。 即ち、 。 光源32は、 連読 CWpump2を所定のタイミングで所定の期間だけ射 出する があるので、 図 12に示す CW光源 1 9に第 3光強度変調器 Ί 61及びこれを 馬隱する第 3光強度変調器駆動部 1 62をさらに備えた構成である。 CW光源 32におけ る基板 1 31、 検出素子 Ί 32、
Figure imgf000037_0001
33、 光力ブラ 1 34、 EF135、 第
1受光素子 1 36、 第 2受光素子 1 37、 調整素子 1 38、 ATC139¾UAFC
Ί 40は、 A F C 140が制御処理部 16の制御に基づき^ 6素子 133の発 ilJ M (を 変更することを除き、 光学的な接続関係や電気的な接続関係を含めて階段 1 άΛルス光源
1 1における ¾反 101、 ^検出 102、 発光 03、 光力ブラ 104、 EF 1 0 5、 第 1 ^素子 1 0 6、 第 2受^ ^子 1 0 7、 ^調整素子 1 0 8、 A T C 1 0 9 及び A F C 1 1 0とそれぞれ同; よので、 その説明を省略する。
第 3光 ^ 器 1 6 1は、 第 1及び第 2光 5 ^変調器 1 1 1 1 3と同様に、 入射 光の光強度を麵する光部品である。 第 3光強度変調器馬隱部 1 6 2は、 第 1及び第 2光 強度麵器馬黝部 1 1 2、 1 1 4と同様に、 制御処理部 1 6によって制御され、 第 3光強 度変調器 1 6 1を馬隱するドライバ回路である。 発光素子 1 3 3からの光は、 第 3光強度 変調器 6 1に入射される。 第 3光強度変調器 Ί 6 1は、 この！ ^軒 1 3 3からの連镜 光 CWp,2を第 3光 5娘変調器馬隱部 Ί 6 2の制御に基づいてオンオフする。 第 3光強 度変調器 1 6 1がオンの場合に第 3光強度変調器 1 6 Ίから射出された光は、 CW光源 3 2の出力光として光力ブラ 2 0に入射される。 0 ^光源3 2は、 このように動作すること によって所定のタイミングで所定の期間だけ iE ¾C Wpump2を射出する。
なお、 図 Ί 6に で示すように、 第 3光強度変調器 Ί 6 Ίの損失を補償するために光 を増幅する光増幅器 1 6 3を第 3光強度変調器 1 6 1の後に配置してもよい。
制御処理部 3 1は、 ブリルアン時間領域検出計 1 7と信号を入出力することによって、 検出用光フアイバ Ί 8の一方端に Λ ίしたポンプ光が他方端で反射したタイミングでプロ ーブ光が検出用光ファイバ 1 8の一方端に入射するようにポンプ光及びプローブ光を検出 用光ファイバ 1 8に伝播させ、 検出用光ファイバ 1 8の: SK^向における検出用光フアイ バ 1 8の歪み及び/又は ^J の分布を高空間分解能で 定するように、 階翻^ Λルス光 源 1 1、 光強度-偏光調整部 1 3、 CW光源 1 9及び光 5娘調觀 2 1を制御する電子回 路であり、 例えば、 マイクロプロセッサ、 ワーキングメモリ及びデータを記憶するメモリ 等を備えて構成される。
なお、 検出用光ファイバ 1 8の一方端から他方端へ伝播したポンプ光がこの 端でパ ヮーを損失することなく効率よく反射するようにするために、 検出用光ファイバ 1 8の他 方端にさらに入射光を威寸する鏡部を備えてもよぐ また、 検出用光ファイバ 1 8の他方 端を鏡面処理してもよい。
次に、 第 2の実膨態に係る分布型光フアイバセンサの動作について説明する。
第 2の実施形態に係る分布型光ファイバセンサ 2は、 第 1の実施形態に係る分布型光フ アイバセンサ Ίと同様の動作によって所定の比 P rxを持つ光 5tJ 階段 >y3tA°ルス 0 Psを P皆劇; OfeAリレス光源 1 1から射出させる。 第 2の実施形態に係る分布 光ファイバセンサ 2は、 第 1の ¾¾S形態に係る分布型光ファイバセンサ 1と同様の動作によって、 口一レン ッ曲線のブリルアン ·ロス/ゲイン■スぺクトル B S l/g ( y d) を得られる： 1ϋな光強度 で光弓 J 階段 ·Κ¾Α。ルス O Psがプローブ光として検出用光ファイバ 1 8に入射するよう に、 光強度.偏光調整部 1 3の減 «を調整する。 調整が終了すると、 第 2の^ 形態に 係る分布^;ファイバセンサ 2は、 所定の光強度階駒^1 άΛ°ルス O Psの射出を止めるよ うに階段 4 ヽ°ルス光源 Ί 1を制御処理部 Ί 6に制御させる。
そして、 第 2の¾»態に係る分布 ファイバセンサ 2は、 第 1の離形態に係る分 布型光ファイノセンサ 1と同様の IW乍によって、 ローレンツ曲線のブリルアン'ロス/ゲ イン 'スペクトル B S l/g (レ d) を得られる な光離にポンプ光の光強度を調整すベ く CW光源 1 1及び光 5嫉調戀 2 1を制御する。 調整が終了すると、 第 2の 形態に 係る分布 ファイノセンサ 2は、 連観 CWpimp2の射出を止めるように CW光源 1 9 を制御処理部 Ί 6に制御させる。
そして、 第 2の離形態に係る分布型光ファィバセンサ 2は、 ¾^灘範囲 f rの各 周 こおける検出用光ファイバ 1 8の: I ^向におけるブリルアン散舌 Li見象に係る光の 光強度の分布 m1、 m2、 m3、 m4 · · ·、 mnを離度かつ高空間分解能で得るベぐ プリ ルアン ·ロス/ゲイン■スぺクトル B S l/g (レ d) の測定を開始する。
ここで、 第 2の離形態に係る分布型光ファイバセンサ 2は、 ブリルアン ·ロス/ゲイ ン ·スぺク卜ラム時間領域反射分析を行うので、 ^ mmm f rの各周波数において、 検出用光フアイバ 1 8の一方端に入射したポンプ光が他方端で反射したタイミングでプロ ーブ光が検出用光フアイバ 1 8の一方端に入射するようにポンプ光及びプローブ光を検出 用光ファイバ 1 8に伝播させ、 ブリルアン散乱 ί腺に係る光をブリルアン散乱驗検出計 1 7で分析する。
こうして高精度かつ高空間分解能で得られた^!屋範囲 f rの各周猶における検 出用光ファイバ 1 8の長尺方向におけるブリルアン散乱現象に係る光の光強度の分布 m1、 m2、 m3、 m4 . . ·、 mnに基づき、 第 2の実施形態に係る分布型光ファイノセンサ 2は、 第 1の実膨態に係る分布型光ファイバセンサ 1と同様の動作によって、 検出用光フアイ バ Ί 8の長尺方向の各領域部分における歪み及び/又は温度を高精度かつ高空間分解能で 求め、 不図示の出力部に提示する。
このように第 2の実施形態に係る分布型光ファイバセンサ 2は、 第 1の実施形態に係る 分布型光ファイバセンサ 1と同様に、 プローブ光に階段^ 3t °ルスを用いるので、 ローレ ンッ曲線が得られる上述の比 P rxをブリルアン時間領域検出計1 7に予め記憶すること ができるから、 背景議のように測定のたびに検出用光ファイバ 1 8のファイバ長に合わ せて^ έ °ルスをマニュアルで調整する 要がない。 従って、 分布型光ファイバセンサ 2を 工業製品化することも可能である。 また、 論理解析の結果、 顧な比 P rxに言 し得る ので、 ブリルアン'ロス/ゲイン 'スペクトル B S I/g (レ d) は、 ローレンツ曲線となる から、 高精度かつ高空間分解能で検出用光ファイバ 1 8に生じた歪み及び Z又は を測 定することがでさる。
(第 3の難形態）
本発明に係る第 3の諭形態における分布型光ファイバセンサは、 1台でブリルアン · ロス/ゲイン'スぺク卜ラム時間領 、析及びブリルアン ·ロス/ゲイン'スぺク卜ラム 時間領域反射分析を行うことが'できるものである。
まず、 第 3の実膨態における分布 ファイバセンサの構成につい "^½明する。 図 1 7は、 第 3の難形態における分布型光フアイバセンサの誠を示すプロック図である。 図 1 7において、 第 3の実膨態における分布型光ファイバセンサ 3は、 階段 ル ス光源 1 1と、 光力ブラ 1 2と、 光強度'偏光調整部 1 3と、 光サーキユレ一夕 1 4と、 光力ブラ 3 3と、 光コネクタ 1 5と、 制御処理部 4 1と、 ブリルアン時間領域検出計 1 7 と、 検出用光ファイノ1 Π 8と、 光源、3 2と、 光力ブラ 2 0と、 光強度調整咅 2 1と、 光スィツチ 4 2と、 光コネクタ 2 2とを備えて誠される。
P都 S ¾tA°ルス光源 1 Ίの出力 ¾ ^は、 光力ブラ 1 2の入力 ¾^に光学的に観される。 光力ブラ 1 2の一方の出力端子は、 光 5娘.偏光調觀 1 3の入力 ¾ΐに光学的に纖さ れる。 光強度'偏光調整部 1 3の出力端子は、 光サーキユレ一夕 1 4の第 1端子に光学的 に接続される。 光サーキユレ一タ 1 4の第 2端子は、 光力ブラ 3 3の一方の入力端子に光 学的に接続される。 光力ブラ 3 3の出力端子は、 光コネクタ 1 5を介して検出用光フアイ バ Ί 8の一方端に光学的に される。
また、 CW光源 3 2の出力端子は、 光力ブラ 2 0の入力^に光学的に接続される。 光 力ブラ 2 0の一方の出力端子は、 光強度調^ 1の入力^?に光学的に接続される。 光 強度調整部 2 1の出力端子は、 光スィッチ 4 2の入力端子に光学的に接続される。 光スィ ツチ 4 2の一方の出力 は、 光力ブラ 3 3の ί妨の入力 に光学的に接続され、 他方 の出力端子は、 コネクタ 2 4を介して検出用光ファイバ 1 8の他方端に光学的に され る。 そして、 光力ブラ 1 2の他方の出力 は、 ブリルアン時間領域検出計 1 7の第 1入力 端子に光学的に赚され、 光力ブラ 2 0の ίΐ2 ^の出力端子は、 ブリルアン時間領域検出計 1 7の第 2入力端子に光学的に賺され、 光サーキユレ一夕 1 4の第 3 は、 ブリルァ ン時間領 i或検出計 1 7の第 3入力^に光学的に^ される。
制御処理部 4 1は、 ブリルアン時間領域検出計 1 7の出力が入力され、 また、 P皆段《|恍 パルス光源 Ί 1、 光強度'偏光調觀 1 3、 CW¾ .3 2 , 光 5娘調整部 2 1及び光スィ ツチ 4 2をそれぞれ制御する。
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1、 光力ブラ Ί 2、 光 -偏光調 ¾ 3、 光サーキュ レー夕 1 4、 光コネクタ 1 5、 ブリルアン時間領域検出計 1 7、 検出用光ファイバ 1 8、 光力ブラ 2 0、 光強度調整部 2 1及び光コネクタ 2 2は、 第 Ίの実施形態と同様なので、 その説明を省略する。 そして、 CW光源 3 2及び光力ブラ 3 3は、 第 2の実施形態と同様 なので、 その説明を省略する。
また、 光スィツチ 4 2は、 1入力 2出力である 1 X 2の光スィツチであり、 制御処理部 4 1の制御に基づいて入力端子から入射された光を 2個の出力端子の何れか一方に選択的 に射出する。
光スィッチ 4 2は、例えば、 謹 スィッチや光導纖スィッチなどを利用すること ができる。 顯 5 tスィヅチは、 プリズム、 ロッドレンズおよび鏡などの微少咣学素子や 光ファイバ自体を移動 ·回転させることによって趣を切リ換える光学部品である。 さら に、 半導体微細加工 ί¾1ίを用 ゝて光導鹏間に屈折率整 夜を封入して言趨 夜を觀的 に動かしたり、 鏡を静電ァクチユエ一夕で動かしたりする光微少電気匿システム (Opto Micro ElectroMechanical Systems ) の光スィッチもある。 光導波路スィッチは、 例えば、 光導震でマッハ ·ツエンタ 干渉型を構成し、 各光導纖アームに電界を印加すること によって各光導波路アームの屈折率を変化させ、 舰を切り換える光学部品である。 また、 キヤリア注入による屈折率変化を利用した半導体光スィッチや光半導体増幅器をオン■ォ フのゲ一卜として用いた分配^^の半導体光スィツチも知られている。
制御処理部 3 1は、 ブリルアン時間領域検出計 1 7と信号を入出力することによって、 ブリルアン■ロス/ゲイン ·スぺク卜ラム時間領： 1紛析及びブリルアン ·ロス/ゲイン · スペクトラム時間領域反射分析により、 検出用光ファイバ 1 8の: SK^向における検出用 光ファイバ Ί 8の歪み及び/又は^ の分布を高空間分解能で測定するように、 Pf ^^c パルス光源 Ί 1、 光強度-偏光調難 1 3、 CW光源 1 9、 光 5娘調整部 2 1及び光スィ ツチ 4 2を制御する電子回路であり、 例えば、 マイクロプロセッサ、 ワーキングメモリ及 びデータを記憶するメモリ等を備えて誠される。
次に、 第 3の実膨態に係る分布型光ファイバセンサの動作について説明する。
まず、 第 3の実膨態に係る分布型光ファイノセンサ 3を用いてブリルアン'ロス/ゲ イン ·スぺグ卜ラム時間領域分析を行う場合には、 制御処理音 I 1は、 入力端子から入射 された光が光コネクタ 2 2を介して検出用光ファイバ 1 8の他方端に光学的に謹される 出力 から射出するように光スィッチ 4 2を制御する。 そして、 第 3の実施形態に係る 分布 S!Bfeファイバセンサ 3は、 第 1の離形態に係る分布型光ファイバセンサと同様に動 作するので、 その説明を省略する。
次に、 第 3の実膨態に係る分布型光ファイバセンサ 3を用いてブリルアン ·ロス Zゲ イン ·スぺク卜ラム時間領域颇分析を行う J¾には、 制御処理部 4 1は、 入力端子から 入射された光が光力ブラ 3 3及び光コネクタ 1 5を介して検出用光ファイバ 1 8の一方端 に光^ fi勺に接続される出力端子から射出するように光スィツチ 4 2を制御する。 そして、 第 3の実膨態に係る分布型光ファイバセンサ 3は、 第 2の¾»態に係る分布型光ファ ィバセンサと同様に動作するので、 その説明を省略する。
なお、 この において、 検出用光ファイバ 1 8でプローブ光とブリルアン散乱職の 相互作用を受け、 検出用光ファイバ 1 8の一方端から射出されるポンプ光は、 光力ブラ 3 3で 2つに分配され、 その一方が光サーキユレ一夕 1 4を介してブリルアン時間領域検出 計 1 7に されることになる。 即ち、 相互作用を受けたポンプ光は、 光力ブラ 3 3でそ のパワーが損失する。 そのため、 この ί鉄を補償するために、 光サ一キユレ一夕 1 4から ブリルアン時間領域検出計 1 7までの舰上に光増幅器をさらに備えてもよい。 あるいは、 ポンプ光を受光素子で受光し光電変換した後に増幅するように増幅器をブリルアン時間領 域検出計 1 7にさらに備えてもよい。
このように第 3の実膨態に係る分布型光フアイバセンサ 3は、 第 1及び第 2の離形 態に係る分布型光ファイバセンサ 1、 2と同様に、 プローブ光に階翻; ルスを用いる ので、 ローレンツ曲嶽場られる上述の比 p rxをブリルアン時間領域検出計 1 7に予め 記憶することができるから、 背景 術のように測定のたびに検出用光ファイバ 1 8のファ ィバ長に合わせて¾ \リレスをマニュアルで調整する 要がない。 従って、 分布型光フアイ ノ\ 'センサ 3を工業製品化することも可能である。 また、 論理解析の結果、 顧な比 P rx に言捉し得るので、 ブリルアン'ロス/ゲイン 'スペクトル B S I/g (リ d) は、 ローレン ッ曲線となるから、 高精度かつ高空間分解能で検出用光ファイバ 1 8に生じた歪み及び, 又は温度を測定することができる。
(第 4の難形態）
第 1乃至第 3の 態にかかる分布型光ファイバセンサ 1、 2、 3は、 プローブ光に 光強度階段 ·Κ¾Λルス 0 Psを用いることによって検出用光ファイバ 1 8の長さに応じて ¾Λルスをマニュアル調整することなく高精度かつ高空間分解能で検出用光ファイバ 1 8 に生じた歪み及び/又は ^^を測定するものである。 第 4の実腿態にかかる分布型光フ ァイノセンサは、 第 1乃至第 3の離形態における分布型光ファイバセンサ 1、 2、 3の 構成で、 ¾ヽ°ルス 光 O P fの光 ¾J P2のパルス光と光強度階段^ »ヽ。ルス O Psと におけるプリルアン散乱現象に係る光の光 5娘の分布 M1、 M2をそれぞれ測定し、 これ ら測定したブリルアン散乱現象に係る光の光強度の分布 M1、 M2の差 M2— Ml を求めて、 検出用光ファイバ 1 8の長尺方向の各領域部分におけるブリルアン ·ロス/ゲイン■スぺ クトル B S I/g ( y d) を求めることによって、 第 1乃至第 3の^ ¾|形態にかかる分布型光 ファイバセンサ 2、 3で検出した結果に生じる誤 、 特に、 1 / (Tp+ Tf) の付近 に生じる誤 を改善するものである。
そして、 第 4の 態にかかる分布型光ファイバセンサは、 このように構成すること により誤 を改善することができるから、 第 1乃至第 3の E¾S形態にかかる分布型光ファ ィバセンサ 1、 2、 3では光離階劇 ルス 0 Psの^ °ルス前方光 0 P fの時間幅 Tfを Tp<Tf≤ ( 1ノ 3 5 M H z ) = 2 8. 5 7 n sの範囲内の値に言 S¾したが、 第 4 の実膨態にかかる分布型光ファイノセンサは、 Tp<T f≤2 8. 5 7 n sの範囲を越え た^ ルス前方光 O P f の時間幅 Tf、 例えば畤間幅 Tf= 5 0 n sを用いることができる。 もちろん、 Tp<Tf≤2 8. 5 7 n sの範囲内の 3feA°ルス前方光 O P fの時間幅 Tfを用 いることができることは言うまでもない。 さらに、 第 4の^ 形態にかかる分布型光ファ ィバセンサは、 このように構成することによリ誤 を改善することができるから、 歪みが 広範囲に均等に分布している場合においてその中の 2 0 0 ^ ε以下の微小な歪みを検出す る: Ι¾に好適である。
第 4の離形態における分布型光ファイバセンサの誠は、 ブリルアン時間領域検出計 1 7が"^するように動作することにより検出用光ファイバ 1 8の長尺方向の各領域部分 におけるブリルアン-ロス Ζゲイン-スペクトル B S I/g (レめ を求めることを除き、 第 1乃至第 3の^ ¾6形態と同様であるので、 その説明を省略する。 図 1 8は、 第 4の実膨態における光強度階翻: ^t ルス及び漏れ^1 άΑ°ルスを示す図 である。 図 1 9は、 第 4の実婦態における分布型光ファイバセンサの rf乍を示す図であ る。
図 1 9において、 第 4の実膨 は、 ブリルアン時間領域検出計 1 7は、 まず、 連続 光のポンプ光を射出させると共に、 階段《l;¾tA°ルス光源 1 1にプローブ光として図 Ί 8
(B) に示す漏れ «7ヽリレス O PLを射出させ（S 1 0 1 ) 、 検出用光ファイバ 1 8の長 向におけるブリルアン散舌 Li見象に係る光の光強度の分布 Mlを測定し、 この測定結果 を記憶、する （S 1 0 2 ) 。
図 1 8 (A) に示す時間幅 Tpで光體 P1の ¾A。ルス O Pと時間幅 Tfで光強度 P2の う1 άヽ。ルス前方光 0 Pf とからなる光強度階段■!お1 έΑ°ルス 0 Psを光強度階段状う ¾Α。ルスに 用いる 、 漏れ^ 0ヽ°ルス O PLは、 図 1 8 (Β) に示すように、 時間幅（Tp+ Tf) で光? ¾J P2の ¾/ヽ°ルスである。 即ち、 漏れ^1 έΑ°ルス O PLは、 その時間幅が光體階 翻お1 άΑ°ルス 0 Psの時間幅であって、 その光強度が光強度階段状う1 άΑ。ルス 0 Psにおけ る最も光 5娘が小さい^ A°ルス前方光 0 P fの光強度である。
図 1 9に戻って、 次に、 ブリルアン時間領域検出計 1 7は、 連観のポンプ光を射出さ せると共に、 P皆段 ·Κ¾Α°ルス光源 1 1にプローブ光として図 1 8 (Α) に示す光強度階段 4お1 ルス O Psを射出させ （S 1 0 3 ) 、 検出用光ファイバ 1 8の長尺方向におけるブ リルアン散乱驗に係る光の光強度の分布 M2を測定し、 この測定結果を記憶する （S 1
0 4 ) 。
次に、 ブリルアン時間領域検出計 1 7は、 処理 S 1 0 2における分布 M1と処理 S 1 0 4における分布 M2との差分 M2— M1を求め、 この差分 M2— Mlを言己 1意する （S 1 0
5 )。 この差分 M2— Mlが第 1の離形態における mに対応する。
このような処理 S 1 0 1乃至処理 S 1 0 5の動作を ^Ji¾範囲の各周波数において 実行し （S 1 0 6 ) 、 検出用光ファイバ 1 8の長尺方向におけるブリルアン散乱現象に係 る光の光? ¾ の分布 m1、 m2、 m3、 m4 . . .、 mnを求め、 これらから検出用光ファイバ 1 8の長尺方向の各領域部分におけるブリルアン ·ロス/ゲイン'スぺクトル B S l/g ( u d) を求め、 求めたブリルアン'ロス/ゲイン'スペクトル B S l/g (レ d) に基づい て検出用光ファイバ 1 8の長尺方向における歪み分布及び Z又は温度分布を求める （S 1 0 7 ) 。 このように動作することによって、 第 4の実施形態にかかる分布型光フアイバセンサは、 第 1乃至第 3の実腿態にかかる分布 § ^フアイバセンサ 1、 2、 3よりも誤 が 善さ れ、 また、 ルス前方光 0 P fの時間幅 T fが Tpく T f≤ 2 8. 5 7 n sの範囲を越え た時間幅の光 ¾J P皆段 "tetA°ルス 0 Psを用いたとしても、 高精度かつ高空間分解能で検 出用光ファイバ 1 8に生じた歪み及び/又は ^^を測定することができる。 そして、 第 4 の実腿態にかかる分布型光ファイバセンサは、 歪みが広範囲に均等に分布している離 においてその中の 2 0 0 ^ ε以下の微小な歪みを検出することができる。 また、 言うまで もなく、 第 4の実膨態においても、 背景 ¾Ττのように測定のたびに検出用光ファイバ 1 8のファイバ長に合わせて ルスをマニュアルで調整する がない。 従って、 分布型 光フアイバセンサ3を工業製品化することも可能である。
(第 5の¾»態）
第 4の難形態にかかる分布型光ファイバセンサは、 第 1乃至第 3の離形態における 分布型光ファイバセンサ 2、 3の構成で、 プローブ光として¾/\°ルス前方光 O Pfの 光強度 P 2のパルス光と光強度階段状う1 ルス O Psとを用いることにより、 第 1乃至第 3の 形態にかかる分布型光ファイバセンサ 1、 2、 3で検出した結果に生じる誤羞を 改善するものであるが、 第 5の¾«態にかかる分布型光ファイバセンサは、 第 1乃至第 3の離形態における分布型光ファイバセンサ 1、 2、 3の構成において纏光ファイバ を検出用光ファイバ Ί 8の一方端に接続し、 錢光ファイバから求めた 値に基づいて 測定結果のブリルアン ·ロス Zゲイン ·スぺクトル B S l/g (i/ d) における中心周猶を 補正することにより、 第 1乃至第 3の 態にかかる分布型光ファイバセンサ 1、 2、 3で検出した結果に生じる誤 を改善するものである。
図 2 0は、 第 1の実膨態における分布型光ファイノセンサに対応する第 5の実騰態 における分布型光ファイノ \'センサの構成を示すプロック図である。
図 2 0において、 第 5の実腿態における分布型光ファイバセンサ 5の構成は、 検出用 光ファイバ Ί 8の一方端、 図 2 0に示す例では、 ポンプ光が入射される端に酵光フアイ バ 5 Ίをさらに接続し、 ブリルアン時間領域検出計 1 7の代わりに、 謎の補正値変^ it を記憶すると共に、 縦するように動作することにより基準光ファイバ 5 1から求めた基 準値に基づいて補正値変換式から補正値を求め、 測定結果のプリルアン■ロス Zゲイン · スペクトル B S l/g (リ d) における中心周波数をこの補正値で補正するブリルアン時間領 域検出計 52を用いることを除き、 第 1乃至第 3の実«態と同様であるので、 その説明 を省略する。
纏光ファイバ 51は、 検出用光ファイバ 1 8と同質であって、 この分布型光ファイバ センサ 5の空間分解能に相当する長さである光ファイノ ^である。 そして、 ¾ ^光ファイバ 51には、 この分布型光ファイバセンサ 5に用いる光 5娘 P皆段 "t tA°ルス OPsの時間幅
(Tp+Tf) の週によって表される歪みよりも充分に大きな歪み、 例えば'、 2/ (Tp + Tf) によって表される歪みや 3 (Tp+Tf) によって表される歪みや 4 Z (Tp+T f) によって表される歪みが与えられる。
図 21は、 第 5の^ !5態における分布 ファイバセンサの動作を示す図である。 図 22は、 周 に対する補正値を表す周 比一補正値特 I生曲線を示す図であ る。
図 21において、 ブリルアン時間領域検出計 52は、 まず、 鮮光ファイバ 51におけ るブリルアン ·ロス /ゲイン ·スぺクトル B S l/g (レ d) を求め、 求めたブリルアン ·口 ス /ゲイン ·スペクトル BSI/g (vd) のピークにおける周波数（中心周波数） を求めて 纏値 f H0とする （S 201 ) 。 即ち、 ブリルアン時間領域検出計 52は、 ^Jl猶 範囲の各周蕭における 光ファイバ 51におけるブリルアン散舌 U腺に係る光の光強 度をそれぞれ測定する。 次に、 ブリルアン時間領域検出計 52は、 この測定した各光強度 から基準光ファイバ 51におけるブリルアン ·ロス/ゲイン ·スぺクトル B S l/g (レ d) を求める。 そして、 ブリルアン時間領域検出計 52は、 そのブリルアン-ロス/ゲイン- スぺクトル B S l/g (レ d) における中心周通を求め、 その値を纖直 f H 0とする。 次に、 ブリルアン時間領域検出計 52は、 第 1乃至第 3の実膨態と同様の動作によつ て、 検出用光ファイバ 1 8の: S ^向の各領域部分におけるブリルアン ·ロス Zゲイン' スペクトル BSI/g (yd)を求め、 これら H或部分において、 各ブリルアン'ロス Zゲ イン ·スペクトル BSI/g ( d) のピークにおける周 «!： (中心周 «0をそれぞれ求め て各検出値 f Hnとする （S202) 。 即ち、 ブリルアン時間領域検出計 52は、 通範囲の各周膽における検出用光ファイバ Ί 8の: g 方向におけるブリルアン離し現 象に係る光の光強度の分布 ml、 m2、 m3、 m4 . . .、 mnを測定する。 次に、 ブリルアン 時間領域検出計 52は、 この測定した分布 ml、 m2、 m3、 m4、 · ， .、 mnから検出用光フ アイバ 1 8の長尺方向の各領域部分におけるブリルアン ·ロス Zゲイン ·スぺクトル B S l/g (レめ をそれぞれ求め、 各ブリルアン ·ロス/ゲイン ·スペクトル BSI/g (レ の 中心周膽をそれぞれ求め、 それら各値を各検出値 f Hnとする。 ここで、 検出値 f Hn は、 π番目の領域部分における検出値 f Hを表す。
次に、 ブリルアン時間領域検出計 52は、 各領域部分において、 式 1 3によって定義さ れる、 纏値 f H0に対する検出値 f Hの比 f rx (周 比） をそれぞれ求め (S2 03) 、 求めた各周 比 f rxnを補正値変翻こ用いて周波 比 f rxnに対応 する補正値 f Enをそれぞれ求める （S204) 。 ここで、 周 «I 比 frxnは、 n番 目の領域部分における周 比 f rxを表し、 補正値 f Enは、 n番目の領繊盼にお ける補正値 f Eを表す。 補正値変換式は、 H4が H2に与える誤差分に関する式であり、 プローブ光として用いる光強度階段 <1^ヽ°ルス O Psに応じて、 検出用光ファイバに所定 の歪みを与えたと して上述の式 7乃至式 1 1を用いてシミュレーションを行って得た 値とその所定の歪みとの差に基づいて求めた関数式であり、例えば図 22に示すような周 删鍵比† rxに対する補正値 f Eを表す周誦吳 匕—補正値特 I生曲線の関数式である。 図 22に示す周 »!|鍵比一補正値特 I生曲線は、 Tp= 1 n s、 丁 f = 14 n s、 比 P rx =22d Bの条件でシミュレーションしたものである。
f rx= (f H0- f H) /f HO · · ·式 1 3 なお、 本実腿^ T'は、 ブリルアン時間領域検出計 52は、 関数式の形態で記憶した補 正値変^ ^を用いて周 Mci ^比 f rxから補正値に変換したが、 テーブルの形態で記憶 した周波嬲賠比 f rxと補正値とを対応付けたルックアップ ·テーブルを用いて周纖
WMtt f rxから補正値に変換してもよい。
次に、 ブリルアン時間領域検出計 52は、 各領域部分のブリルアン■ロス/ゲイン.ス ベクトル BSI/g (yd) において、 その各検出値 f Hnから低周通側におけるブリルァ ン 'ロス/ゲイン'スペクトル BSI/g (レ d) の各面積 SLn、 及び、 その検出値 f Hnか ら高周 側におけるブリルアン■ロス/ゲイン'スぺクトル B S l/g (i d) の各面積 S Rnをそれぞれ求める （S 205) 。 ここで、 面積 SLnは、 n番目の領域部分における 面積 SLを表し、 面積 SRnは、 n番目の領域部分における面積 SRを表す。
そして、 ブリルアン時間領域検出計 52は、 各領域部分のブリルアン-ロス/ゲイン- スペクトル BSI/g (レ d) において、 求めた各面積 SLn及 0 ^面積 SRnに基づいて処理 S 204で求めた舗正値 f Enの をそれぞれ する （S 206) 。 即ち、 ブリル アン時間領域検出計 52は、 面積 SL>面積 SRの場合には、 処理 S 204で求めた補正 値 f Eの!^をマイナス （一） とし、 面積 SL<面積 SRの場合には、 処理 S 204で求 めた補正値 f Eの符号をプラス （+) とする。 なお、 面積 s L=面積 S Rの驗は、 補正 値 E= oである。
次に、 ブリルアン時間領域検出計 5 2は、 各領域部分において、 処理 S 2 0 2で求めた ブリルアン■ロス Zゲイン ·スぺクトル B S l/g (リ d) の各検出値 f H nに処理 S 2 0 6 による各飼寸き補正値 f E nをそれぞれ加算し （補正値 f Eの符号がプラスの場合は検 出値 f Hに補正値 f Eを加え、 補正値 f Eの^がマイナスの は検出値 f Hから補正 値 f Eを引く） 、 補正後のブリルアン ·ロス/ゲイン ·スぺクトル B S l/g ( l d) の検出 i f H n (補正 ί麦検出 iii f H E n) をそれそ、れ求める （S 2 0 7 ) 。
次に、 ブリルアン時間領域検出計 5 2は、 検出用光ファイバ 1 8に歪みを生じていない 部分におけるブリルアン ·ロス/ゲイン'スぺクトル B S l/g ( y d) の中心周通を » に、 検出用光ファイバ 1 8の: 向の各領域部分におけるブリルアン 'ロス/ゲイン' スペクトル B S l/g (レ d) の補正後検出値 f H E nとの差を求めることによって、 検出用 光ファイバ 1 8の長尺方向の各部分におけるブリルアン周 »ίシフト をそれぞれ求め、 ブリルアン時間領域検出計 5 2は、 求めた検出用光ファイバ 1 8の: 方向の各部分にお けるブリルアン周«シフ卜レ bに基づいて検出用光ファイバ 1 8の: 向における歪 み分布及び/又は SJt分布を求める （S 2 0 8 ) 。
なお、 上述では、 第 1の実施形態における分布型光ファイバセンサ 1の構成に対応する 第 5の実施形態における分布型光ファイバセンサ 5について説明したが、 第 2及び第 3の 実施形態における分布型光フアイノセンサ 2、 3の構成において上述の処理 S 2 0 Ί乃至 処理 2 0 8を実行することによって、 同様に、 第 2及び第 3の離形態における分布型光 ファイバセンサ 2、 3の構成に対応する第 5の ^形態における分布型光ファィバセンサ を構成することが'でさる。
このように動作することによって、 第 5の実膨態にかかる分布型光フアイバセンサは、 第 1乃至第 3の実膨態にかかる分布型光フアイバセンサ 1、 2、 3よりも誤 が 善さ れ、 より離度かつ高空間分解能で検出用光ファイバ 1 8に生じた歪み及び/又は を 測定することができる。 そして、 第 5の実歸態にかかる分布型光ファイバセンサは、 歪 みが広範囲に均等に分布している場合においてその中の 2 0 0 ^ ε以下の微小な歪みを検 出することができる。 また、 言うまでもなく、 第 5の識形態においても、 背景技術のよ うに測定のたびに検出用光フアイバ 1 8のファィバ長に合わせて^ 0Α。ルスをマニュアルで 調整する 要がない。 従って、 分布型光ファイバセンサ 3を工業製品化することも可能で る。
また、 第 1乃至第 3の実施形態において、 歪みが広範囲に均等に分布している場合にお いて、 その中の 2 0 0 ε以下の微小な歪みを検出可能とする観 から、 周期的にプリル アン周«シフ卜量が変化する光ファイバを検出用光ファイバ 1 8に用いてもよい。 図 2 3は、 検出用光フアイノの: 向におけるブリルアン周通シフト量を示す図で ある。
このような周期的にブリルアン周通シフト量が変化する検出用光ファイバ 1 8は、 例 えば、 図 2 3に示すように、 第 1のブリルアン周獵シフト量 ( 1 ) を持つ長さ I I の部分 D M I 1と第 1のブリルアン周«シフト量レ b ( 1 ) と (塌なる第 2のブリルアン 周 シフト量リ b ( 2 ) を持つ長さ I 2の部分 D M I2とが繰リ返された光ファィバであ る。 この第 1及び第 2のプリルアン周蕭シフト量 b ( 1 ) 、 v b ( 2 ) は、 光ファイバ に適宜歪みを与えることによつて実現することが'でさる。
なお、 第 1乃至第 5の実施形態において、 分布型光ファイノセンサ 1、 2、 3は、 プロ ーブ光である階段 ·!お1 άΑ°ルスの周 « f 0を固定し、 ポンプ光である連続光 CWpumplの 周波数を所定の周波数範囲 f rで走査することによってブリルアン■ロス/ゲイン ·スぺ ク卜ル B S I/g ( y d) を測定し、 ブリルアン周«シフトレ bを測定するものである。 こ のため、 P皆段《1；^ヽ°ルス光源 1
Figure imgf000049_0001
0 3は、 必ずしも周猶可変半導体レーザ である 要はなく、 半導体レーザでもよい。 また、 上述の難形態において、 分布 satフ アイメセンサ 1、 2、 3は、 プローブ光である階段《tetA°ルスの周猶 f 0を所定の周波 数範囲 f rで趙し、
Figure imgf000049_0002
の周 »を固定することによって ブリルアン ·ロス Zゲイン ·スペクトル B S I/g (レ d) を測定し、 ブリルアン周通シフ 卜レ bを測定するように構成してもよい。
本願 明を表現するために、 上述において図面を参照しながら実膨態を通して本願 明を適切且つ に説明したが、 当業者であれば上述の実»態を変^び/又は改良す ることは額に為し得ることであると認識すべきである。 従って、 当業者が実施する変更 形態又は改良形態が、 請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を鋼兑するレベルのもの でない限り、 当該変更形態又は当該改良形態は、 当該請求項の権利範囲に包括されると解 釈される。

Claims

請求の範囲
1 . ブリルアン散乱現象を利用して歪み及び Z又は を測定する分布! ^ファイバセン サにおいて、
内側に向かうほど光強度が大きくなるように光強度が階段状になったう1 έΛルスを生成す る階段《 tA°ルス光源と、
逢 ¾を^する連^ 6原と、
前言 1 ルスがプローブ光として入射される
Figure imgf000050_0001
れ、 編己プローブ光と廳己ポンプ光との間でブリルァン散舌 Li見象が生じる検出用光ファィ バと、
前記検出用光ファイバから射出されるブリルアン散舌 Li見象に係る光に基づいてブリルァ ン'ロス'スぺクトル又はブリルアン ·ゲイン ·スぺクトルを求め、 求めた前記ブリルァ ン■ロス'スぺクトル又はブリルアン 'ゲイン'スぺクトルに基づいて調己検出用光ファ ィバに生じた歪み及び/又は^ を測定するブリルァン時間領域検出計とを備えること を特徴とする分布型光ファィバセンサ。
2. 前記プローブ光は、 前記検出用光ファイバの一方端から入射し、
前言 S ンプ光は、 前記検出用光ファイバの他方端から入射し、
前記ブリルアン時間領域検出計は、 前記検出用光ファイバの一方端から射出したプリル アン髓 L驗に係る光に基づいてブリルアン ·ロス ·スぺクトル又はブリルアン ·ゲイ ン ·スぺクトルを求め、 求めた前記ブリルアン ·ロス ·スぺクトル又はブリルアン■ゲイ ン ·スぺクトルに基づいて前記検出用光ファイバに生じた歪み及び Z又は^を測定する こと
を特徴とする請求の範囲 1に記載の分布型光ファイバセンサ。
3. 前記プローブ光は、 前記検出用光ファイバの一方端から入射し、
前記ポンプ光は、 前記検出用光ファィバの一方端から入射し、
前記検出用光ファイバは、 伝播する前記ポンプ光をその他方端で励し、
前記ブリルァン時間領域検出計は、 前記検出用光フアイバの一方端から射出したブリル アン散乱 ί腺に係る光に基づいてブリルアン ·ロス ·スぺクトル又はブリルアン■ゲイ ン■スぺクトルを求め、 求めた前記ブリルアン ·ロス ·スぺク卜ル又はブリルアン ·ゲイ ン■スぺクトルに基づいて前記検出用光ファイバに生じた歪み及び/又は温度を測定する こと
を特徴とする請求の範囲 1に記載の分布 M:ファイバセンサ。
4. 前記検出用光ファイバから射出したブリルアン散乱現象に係る光に基づく膽己検出用 光ファイバの^ 方向の 1 m以下の各領域部分におけるブリルアン 'ロス'スぺクトル又 はブリノレアン ·ゲイン■スぺク卜ルが実質的にローレンツ曲線であること
を特徴とする請求の範囲 1乃至請求の範囲 3の何れか 1つに言識の分布型光ファイバセ ンサ。
5. 入射光の光強度を調整すると共に入射光の偏光面をランダムに変更して射出する光強 度'偏光調整部と、
入射光の光?^を調整する光強度調 とをさらに備え、
前記プローブ光は、 前記光 ¾ ·偏光調 MSを介して前記検出用光ファイバに入射し、 前記ポンプ光は、 前 E ^強度調整部を介して前記検出用光フアイバに入射すること を特徴とする請求の範囲 Ί乃至請求の範囲 3の何れか 1つに言 E«lの分布型光ファイバセ ンサ。
6. 前記階剧; ルス光源及び前記連 源は、
線幅の狭い所定の周 «であって !8§~定の光 ¾Jtである光を連镜的に I ^する ^素子 前記発髓子の^ gを実質的に一定に保持する SJt 御部と、
前記 素子が する前言 atの周 «を実質的に一定に保持する周 ¾制御部とを備 えるしと
を特徴とする請求の範囲 Ί乃至請求の範囲 3の何れか Ίつに言魔の分布型光ファイバセ ンサ。
7. 前記階段 、。ルス光源は、
線幅の狭い所定の周纖であって 定の第 1光強度である光を連镜的に発光する発光 素子と、
入射光の光 ¾ ^を変調する第 1及び第 2光強度変調器と、
前記第 1光 5娘よりも小さい第 2光 5娘の逢続的な光の中に鶴 5第 1光強度の ¾ ルス が在るように、 前記発光素子から連镜的に入射された光の光強度を変調するように第 1光 強度変調器を馬働する第 Ί光鏃変調器 §鼸部と、 前言 atAルスの i ^にそれぞれ所定の幅だけ前記第 2光 ¾j の連続的な光を残して^ が除去されるように、 前記第 1光離変調器から入射された光の光 ¾J を変調するように 第 2光強度変調器を駆動する第 2光強度変調器馬睡部とを備えること
を特徴とする請求の範囲 1乃至請求の範囲 3の何れか 1つに言 5|¾の分布型光ファイノ 'セ ンサ。
8. 編 P皆段《1 \°ルス光源は、 内側に向かうほど光 5艘が大きくなるように光強度が階 段状になった第 1 、リレスを^^すると共に、 m 1 ルスの時間幅と等しい時間幅 であって、 前記第 1 ^ヽ 'ルスの最も低い光強度と等しい光強度である第 2 ヽ°ルスを生成 するものであり、
前記ブリルアン時間領域検出計は、 編己 Ρ皆段 レス光源に前記第 2 \。ルスを^^ させてプローブ光として前記検出用光ファイバに入射させると共に、 前記連Ι^ά源に前 記逢観を «させてポンプ光として前記検出用光ファイバに入射させ、 前記検出用光フ アイバから射出されるブリルアン散乱 ϊ腺に係る光の第 1光強度を記憶し、 前記階段 "！ パルス光源に前記第 1 ¾ 'ルスを^ ¾させてプロ一フ光として前記検出用光ファイバに入 射させると共に、 嫌己連^ t源に前記逢観を^^させてポンプ光として前記検出用光 ファイバに入射させ、 前記検出用光ファイバから射出されるブリルアン離し現象に係る光 の第 2光離を記憶し、 前記記憶した第 1光強 J ¾び第 2光強度に基づいてブリルアン■ ロス ·スぺクトル又はブリルアン 'ゲイン'スぺクトルを求め、 求めた廳5ブリルアン · ロス ·スぺク卜ル又はブリルアン 'ゲイン'スぺクトルに基づいて前 検出用光ファイバ に生じた歪み及び/又は^を測定すること
を特徴とする請求の範囲 1乃至請求の範囲 3の何れか Ίつに言 5¾の分布型光ファイバセ ンサ。
9. 前記検出用光ファイバと同質であって空間分解能に相当する長さであり、 かつ、 前記 う1 ά 'ルスの時間幅の によって表される歪みよりも大きな歪みを持つ基準光ファイバを さらに備え、
前記プリルアン時間領域検出計は、 謂 5Ρ皆翻； ^έΛルス光源に前言 S¾A°ルスを^ gさせ てプローブ光として前言 5»準光ファイバに入射させると共に、 前記連 源に前記連続 光を «させてポンプ光として前言 光ファィバに Λ寸させ、 前言 M 光ファイバから 射出されるブリルアン散乱現象に係る光に基づいてブリルアン ·ロス ·スぺクトル又はブ リルアン■ゲイン-スぺクトルの中心周«を求めて »値として記噫し、 前記検出用光 ファイバから射出されるブリルアン散舌 腺に係る光に基づいてブリルアン ·ロス 'スぺ クトル又はブリルアン -ゲイン .スぺクトルの中心周 «を検出値として求め、 予め記憶 された補正値変 に基づいて前言 値と前記検出値と編己ブリルアン ·ロス ·スぺク トル又はブリルアン ·ゲイン ·スぺクトルとから補正値を求め、 求めた前記補正値に基づ I、て識5検出用光フアイバに生じた歪み及び/又は を測定すること
を特徴とする請求の範囲 1乃至請求の範囲 3の何れか 1つに言 の分布型光ファイバセ ンサ。
1 0. 前記検出用光ファイバは、 周期的にブリルアン周波数シフト量が変化する光フアイ パであること
を特徴とする請求の範囲 1乃至請求の範囲 3の何れか 1つに言 E¾の分布型 ファイノセ ンサ。
1 1 . 前記検出用光ファイバは、 歪み及び/又は を測定すべき Hill赚物に固定され ること
を特徴とする請求の範囲 1乃至請求の範囲 3の何れか 1つに言 5¾の分布型光ファイバセ ンサ。
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Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007240351A (ja) * 2006-03-09 2007-09-20 Neubrex Co Ltd 分布型光ファイバセンサ
JP2007333517A (ja) * 2006-06-14 2007-12-27 Fuji Heavy Ind Ltd 接着部はく離形状同定装置
WO2008047329A2 (en) * 2006-10-19 2008-04-24 University Of Johannesburg Method and apparatus for distributed sensing with strokes-locked reference laser
JP2008286697A (ja) * 2007-05-18 2008-11-27 Neubrex Co Ltd 分布型光ファイバセンサ
JP2010008400A (ja) * 2008-05-29 2010-01-14 Neubrex Co Ltd 分布型光ファイバセンサ
WO2010061718A1 (ja) 2008-11-27 2010-06-03 ニューブレクス株式会社 分布型光ファイバセンサ
CN101799430A (zh) * 2010-02-20 2010-08-11 昆明理工大学 基于光纤测温原理的内置防渗土工膜破损监测方法
CN102607736A (zh) * 2011-12-30 2012-07-25 宋牟平 一种光纤光栅结合布里渊散射信号检测的传感结构
CN102706451A (zh) * 2012-07-02 2012-10-03 中国计量学院 利用受激布里渊光损耗机制的高精度光谱分析仪
JP2012225744A (ja) * 2011-04-19 2012-11-15 Research Institute Of Innovative Technology For The Earth 物体の体積変化計測方法
WO2014024233A1 (ja) * 2012-08-10 2014-02-13 公益財団法人 地球環境産業技術研究機構 物体の体積変化計測方法
WO2014027592A1 (ja) * 2012-08-17 2014-02-20 公益財団法人地球環境産業技術研究機構 物質の圧力、温度、ひずみ分布測定システム、これを用いた二酸化炭素地中貯留の監視方法、二酸化炭素注入による地層安定性への影響評価方法、および結氷監視方法
WO2014155400A2 (en) 2013-03-29 2014-10-02 Bastiannini Filippo Apparatus for interrogating distributed stimulated brillouin scattering optical fibre sensors using a quickly tuneable brillouin ring laser
CN104614092A (zh) * 2015-02-12 2015-05-13 哈尔滨理工大学 液芯光纤模间干涉温度传感器
WO2015170355A1 (en) 2014-05-05 2015-11-12 Filippo Bastianini Apparatus for interrogating distributed optical fibre sensors using a stimulated brillouin scattering optical frequency-domain interferometer
CN106404215A (zh) * 2015-08-13 2017-02-15 珠海任驰光电科技有限公司 基于布里渊散射的分布式光纤传感系统的设计
CN111707299A (zh) * 2020-06-08 2020-09-25 太原理工大学 一种基于泵浦光扫频获取增益损耗谱的botda装置
CN115276780A (zh) * 2022-05-07 2022-11-01 北京邮电大学 光纤异常检测方法、装置、电子设备及存储介质
WO2023248437A1 (ja) * 2022-06-23 2023-12-28 日本電信電話株式会社 ブリルアン利得解析装置及びブリルアン利得解析方法

Families Citing this family (78)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1939596A4 (en) * 2005-09-29 2012-04-25 Sumitomo Electric Industries SENSOR AND EXTERNAL TURBULENCE MEASURING PROCESS WITH THIS
JP4100574B2 (ja) * 2005-12-01 2008-06-11 国立大学法人 東京大学 光ファイバ特性測定装置及び光ファイバ特性測定方法
JP4775094B2 (ja) * 2006-04-21 2011-09-21 住友電気工業株式会社 ブリルアンスペクトル測定装置
ITRM20060302A1 (it) * 2006-06-09 2007-12-10 Cnr Consiglio Naz Delle Ric Er Metodo di misura di profilo di shift brillouin in fibra ottica basato sulla demodulazione ottica dei segnali e relativo apparato
JP4775173B2 (ja) * 2006-08-24 2011-09-21 住友電気工業株式会社 光ファイバ温度センサ
US8337080B2 (en) * 2007-01-10 2012-12-25 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Method for measuring temperature distribution of object, and sensor unit
JP5070874B2 (ja) * 2007-02-14 2012-11-14 住友電気工業株式会社 測定装置、異常検知装置及び異常検知方法
JP4930107B2 (ja) * 2007-03-06 2012-05-16 住友電気工業株式会社 光ファイバのｐｍｄ特性測定方法、線引方法、異常個所特定方法、光ファイバ伝送路構築方法
CA2711223C (en) * 2008-01-18 2016-12-06 Sensortran, Inc. Methods and systems for extending the range of fiber optic distributed temperature sensing (dts) systems
DE102008019150B4 (de) * 2008-04-16 2010-07-08 BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung Vorrichtung und Verfahren zur Brillouin-Frequenzbereichsanalyse
DE102008023777B4 (de) * 2008-05-15 2011-08-25 LIOS Technology GmbH, 51063 Vorrichtung zur ortsaufgelösten Temperaturmessung
CN101629855B (zh) * 2008-07-18 2012-07-11 派克森公司 分布式光纤传感系统及利用其的检测方法
FR2934365B1 (fr) * 2008-07-25 2010-08-13 Thales Sa Capteur a fibre optique auto-reference a diffusion brillouin stimulee
US20110063437A1 (en) * 2008-08-20 2011-03-17 Tatsumi Watanabe Distance estimating device, distance estimating method, program, integrated circuit, and camera
EP2166328A1 (en) 2008-09-22 2010-03-24 Universita' degli studi di Bari System for optical fiber strain measure
WO2010094604A1 (en) * 2009-02-20 2010-08-26 Tyco Electronics Raychem Bvba Optical fibre network test device
EP2431719B1 (en) * 2009-05-01 2018-07-04 Fujitsu Limited Temperature measurement system and temperature measurement method
WO2010144129A2 (en) 2009-06-08 2010-12-16 SensorTran, Inc High sampling resolution dts system and method
US20110019178A1 (en) * 2009-07-22 2011-01-27 Christos Vlatas Method for post processing fiber optic strain measurement data
US20110088462A1 (en) * 2009-10-21 2011-04-21 Halliburton Energy Services, Inc. Downhole monitoring with distributed acoustic/vibration, strain and/or density sensing
US20110090496A1 (en) * 2009-10-21 2011-04-21 Halliburton Energy Services, Inc. Downhole monitoring with distributed optical density, temperature and/or strain sensing
GB0919899D0 (en) * 2009-11-13 2009-12-30 Qinetiq Ltd Fibre optic distributed sensing
GB0919906D0 (en) 2009-11-13 2009-12-30 Qinetiq Ltd Improvements to distributed fibre optic sensing
CN101852655B (zh) * 2010-04-13 2012-04-18 中国计量学院 分布式光纤拉曼、布里渊散射传感器
US8505625B2 (en) 2010-06-16 2013-08-13 Halliburton Energy Services, Inc. Controlling well operations based on monitored parameters of cement health
US8930143B2 (en) 2010-07-14 2015-01-06 Halliburton Energy Services, Inc. Resolution enhancement for subterranean well distributed optical measurements
US8584519B2 (en) * 2010-07-19 2013-11-19 Halliburton Energy Services, Inc. Communication through an enclosure of a line
KR101207345B1 (ko) * 2010-08-05 2012-12-05 한국표준과학연구원 자동보정 기능을 갖는 광섬유 분포 온도 센서 시스템 및 이를 이용한 온도 측정방법
CN101995222B (zh) * 2010-11-03 2012-06-06 哈尔滨工业大学 光纤本征布里渊线宽测量装置及测量方法
CN102062649B (zh) * 2010-11-26 2012-11-21 中国计量学院 光纤拉曼频移器双波长光源自校正分布式光纤拉曼温度传感器
WO2012119124A1 (en) * 2011-03-03 2012-09-07 University Of Southern California Sweep-free stimulated brillouin scattering-based fiber optical sensing
US8493555B2 (en) * 2011-04-29 2013-07-23 Corning Incorporated Distributed Brillouin sensing systems and methods using few-mode sensing optical fiber
ES2392527B1 (es) 2011-05-13 2013-11-11 Universidad Pública de Navarra Dispositivo y procedimiento para la medida de la distribución de magnitudes físicas en una fibra óptica
US20130018633A1 (en) * 2011-07-12 2013-01-17 University Of New Brunswick Method and apparatus for central frequency estimation
CA2834797C (en) * 2011-07-27 2017-10-24 Julien GOSTELI A sensor and method for sensing
CN102322806B (zh) * 2011-08-01 2013-08-07 杭州欧忆光电科技有限公司 一种混沌激光相关布里渊光时域分析器
CN102494801B (zh) * 2011-12-07 2013-05-29 电子科技大学 一种分布式光延迟光纤温度传感器
CN102564481A (zh) * 2012-01-11 2012-07-11 中国科学院上海光学精密机械研究所 提高分布式光纤布里渊传感器信噪比的方法和装置
CN104272079B (zh) * 2012-02-09 2018-04-27 Osmos股份有限公司 利用至少一个光波导监测建筑或土地的区域的监测设备、系统和方法
US9002150B2 (en) 2012-05-08 2015-04-07 General Dynamics Advanced Information Systems, Inc. Optical sensing system and method
US8893785B2 (en) 2012-06-12 2014-11-25 Halliburton Energy Services, Inc. Location of downhole lines
CN102865914B (zh) * 2012-09-19 2013-12-18 朱涛 分布式光纤振动传感器
US9823373B2 (en) 2012-11-08 2017-11-21 Halliburton Energy Services, Inc. Acoustic telemetry with distributed acoustic sensing system
EP2917699B1 (en) * 2012-11-12 2019-01-02 Omnisens S.A. A brillouin optoelectronic measurement method
GB2509153B (en) 2012-12-21 2016-07-13 Kidde Tech Inc Heat detector with shape metal alloy element
GB2509530B (en) 2013-01-07 2015-11-11 Kidde Tech Inc Optical fibre distributed LHD with SMA element for discrete alarm
JP5742861B2 (ja) * 2013-02-28 2015-07-01 横河電機株式会社 光ファイバ温度分布測定装置
ES2528327B1 (es) 2013-07-05 2015-12-18 Universidad De Alcalá Sistema de detección diferencial para sensores distribuidos sobre fibra óptica basados en scattering brillouin estimulado
US9766371B2 (en) * 2013-10-17 2017-09-19 Halliburton Energy Services, Inc. Reflector configuration for distributed sensing in an optical fiber network using multiple sets of circulators
US9605534B2 (en) * 2013-11-13 2017-03-28 Baker Hughes Incorporated Real-time flow injection monitoring using distributed Bragg grating
CN103776474A (zh) * 2014-01-10 2014-05-07 江苏昂德光电科技有限公司 一种3d矩阵式多通道光纤传感解调系统
GB2523319B (en) * 2014-02-19 2017-08-16 Ap Sensing Gmbh Distributed optical sensing with two-step evaluation
JP6206351B2 (ja) * 2014-07-15 2017-10-04 横河電機株式会社 光ファイバ温度分布測定装置
US9631923B2 (en) * 2014-09-22 2017-04-25 The Boeing Company Real-time non-linear optical strain gauge system
US9435712B2 (en) * 2014-12-29 2016-09-06 Verizon Patent And Licensing Inc. OTDR signal injection for multi-band optical power balancing
CN104776871B (zh) * 2015-01-30 2017-07-28 佛山科学技术学院 光纤布里渊分布式测量光路、装置和方法
JP6308160B2 (ja) * 2015-03-31 2018-04-11 沖電気工業株式会社 光ファイバ歪み測定装置及び光ファイバ歪み測定方法
CN104964699B (zh) * 2015-05-22 2017-09-08 北京交通大学 基于φ‑OTDR光纤分布式扰动传感器的扰动判断方法和装置
WO2016204738A1 (en) * 2015-06-17 2016-12-22 Halliburton Energy Services, Inc. Multiplexed microvolt sensor systems
US9869607B2 (en) 2016-04-21 2018-01-16 General Electric Company Systems and methods for distributed measurement
WO2018063390A1 (en) 2016-09-30 2018-04-05 Halliburton Energy Services, Inc. Systems and methods to improve distributed acoustic sensing properties of optical fibers
CN106525092A (zh) * 2016-11-03 2017-03-22 华南理工大学 高空间分辨率长距离分布式光纤温度应变传感系统
CN108204833A (zh) * 2016-12-19 2018-06-26 上海朗研光电科技有限公司 一种基于近红外单光子探测器的botdr测量方法
US20180188019A1 (en) * 2016-12-31 2018-07-05 Alcatel-Lucent Usa Inc. Hybrid Raman And Optical Coherence Tomography Imaging
IL251841A0 (en) * 2017-04-20 2017-07-31 Univ Bar Ilan Distributed sensing by optical fiber using guided acoustic patterns
CN107843203B (zh) * 2017-10-13 2019-12-27 同济大学 基于分布式光纤传感器的基坑工程立体化监测网络的实现方法
CN107907058B (zh) * 2017-11-14 2020-10-02 上饶市盛和光学有限公司 一种光学元器件厚度的测量装置
JP6888579B2 (ja) * 2018-04-04 2021-06-16 日本電信電話株式会社 環境特性測定装置および環境特性測定方法
CN108801305B (zh) * 2018-06-14 2020-10-09 南京大学（苏州）高新技术研究院 基于阶梯脉冲自放大的布里渊光时域反射仪的方法及装置
CN109186736A (zh) * 2018-07-18 2019-01-11 广西师范大学 一种可固定频移结构的斜坡辅助布里渊光纤传感振动测量装置及测量方法
CN113167980B (zh) * 2018-11-27 2022-08-26 深圳市大耳马科技有限公司 光纤传感器及其光强损耗值计算分析方法和装置
CN109974760B (zh) * 2019-01-24 2021-08-03 西南交通大学 一种基于布里渊相移解调的布里渊光时域分析方法
CN110426372B (zh) * 2019-07-16 2021-10-22 南昌航空大学 一种扫频式布里渊散射体弹性模量成像检测方法
CN111637846B (zh) * 2020-05-26 2022-02-08 太原理工大学 多点并行的高速混沌布里渊动态应变监测装置及方法
CN111964700B (zh) * 2020-08-28 2021-06-04 武汉理工大学 基于光纤参量放大的分布式脉冲光放大器和放大及性能表征方法
CN112713931B (zh) * 2021-01-27 2022-03-11 武汉光迅科技股份有限公司 Otdr设备、光时域反射检测方法及存储介质
CN114034374B (zh) * 2022-01-07 2022-03-25 高勘(广州)技术有限公司 分布式光纤声波传感系统的控制方法及相关设备
CN114485748B (zh) * 2022-01-17 2023-06-23 武汉地震工程研究院有限公司 一种多参量分布式光纤传感的方法和系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10111171A (ja) * 1996-10-03 1998-04-28 Hitachi Cable Ltd 光ファイバ歪み分布センサ
JPH11183135A (ja) * 1997-12-25 1999-07-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 分布型歪計測装置
US6237421B1 (en) 1998-06-19 2001-05-29 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Apparatus for measuring a characteristic of an object using an optical fiber and light pulses
JP2001507446A (ja) * 1996-12-16 2001-06-05 センサーネット リミテッド 分布型の歪み及び温度センシングシステム

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2840682B2 (ja) 1989-10-03 1998-12-24 日本電信電話株式会社 光導波路の歪または温度の測定方法および装置
JP3033677B2 (ja) 1995-09-26 2000-04-17 安藤電気株式会社 光ファイバ特性測定装置
US6813403B2 (en) * 2002-03-14 2004-11-02 Fiber Optic Systems Technology, Inc. Monitoring of large structures using brillouin spectrum analysis
US7245789B2 (en) * 2002-10-07 2007-07-17 Vascular Imaging Corporation Systems and methods for minimally-invasive optical-acoustic imaging
JP4537212B2 (ja) * 2005-01-11 2010-09-01 日本碍子株式会社 圧電／電歪素子の製造方法
US7448447B2 (en) * 2006-02-27 2008-11-11 Schlumberger Technology Corporation Real-time production-side monitoring and control for heat assisted fluid recovery applications

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10111171A (ja) * 1996-10-03 1998-04-28 Hitachi Cable Ltd 光ファイバ歪み分布センサ
JP2001507446A (ja) * 1996-12-16 2001-06-05 センサーネット リミテッド 分布型の歪み及び温度センシングシステム
JPH11183135A (ja) * 1997-12-25 1999-07-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 分布型歪計測装置
US6237421B1 (en) 1998-06-19 2001-05-29 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Apparatus for measuring a characteristic of an object using an optical fiber and light pulses

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SHAHRAAM AFSHAR V. ET AL.: "Effect of the finite extinction ratio of an electro-optic modulator on the performance of distributed probe- pump Brillouin sensor system", OPTICS LETTERS, vol. 28, no. 16, 15 August 2003 (2003-08-15)
V. LECOEUCHE ET AL.: "Transient response in High-resolution Brillouin-based distributed sensing using probe light shorter than the acoustic relaxation time", OPTICS LETTERS, vol. 25, no. 3, 1 February 2000 (2000-02-01)
X. BAO ET AL.: "Characterization of the Brillouin-loss spectrum of single mode fibers by use of very short (( 10-ns) pulses", OPTICS LETTERS, vol. 24, no. 8, 15 April 1999 (1999-04-15)

Cited By (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007240351A (ja) * 2006-03-09 2007-09-20 Neubrex Co Ltd 分布型光ファイバセンサ
JP2007333517A (ja) * 2006-06-14 2007-12-27 Fuji Heavy Ind Ltd 接着部はく離形状同定装置
WO2008047329A2 (en) * 2006-10-19 2008-04-24 University Of Johannesburg Method and apparatus for distributed sensing with strokes-locked reference laser
WO2008047329A3 (en) * 2006-10-19 2008-06-12 Univ Johannesburg Method and apparatus for distributed sensing with strokes-locked reference laser
JP2008286697A (ja) * 2007-05-18 2008-11-27 Neubrex Co Ltd 分布型光ファイバセンサ
JP2010008400A (ja) * 2008-05-29 2010-01-14 Neubrex Co Ltd 分布型光ファイバセンサ
JP5322184B2 (ja) * 2008-11-27 2013-10-23 ニューブレクス株式会社 分布型光ファイバセンサ
WO2010061718A1 (ja) 2008-11-27 2010-06-03 ニューブレクス株式会社 分布型光ファイバセンサ
JPWO2010061718A1 (ja) * 2008-11-27 2012-04-26 ニューブレクス株式会社 分布型光ファイバセンサ
US8699009B2 (en) 2008-11-27 2014-04-15 Neubrex Co., Ltd. Distributed optical fiber sensor
CN102227615B (zh) * 2008-11-27 2013-11-27 光纳株式会社 分布式光纤传感器
CN101799430A (zh) * 2010-02-20 2010-08-11 昆明理工大学 基于光纤测温原理的内置防渗土工膜破损监测方法
CN101799430B (zh) * 2010-02-20 2013-05-08 昆明理工大学 基于光纤测温原理的内置防渗土工膜破损监测方法
JP2012225744A (ja) * 2011-04-19 2012-11-15 Research Institute Of Innovative Technology For The Earth 物体の体積変化計測方法
CN102607736A (zh) * 2011-12-30 2012-07-25 宋牟平 一种光纤光栅结合布里渊散射信号检测的传感结构
CN102706451A (zh) * 2012-07-02 2012-10-03 中国计量学院 利用受激布里渊光损耗机制的高精度光谱分析仪
WO2014024233A1 (ja) * 2012-08-10 2014-02-13 公益財団法人 地球環境産業技術研究機構 物体の体積変化計測方法
US9829352B2 (en) 2012-08-17 2017-11-28 Research Institute Of Innovative Technology For The Earth Distribution measurement system for pressure, temperature, strain of material, monitoring method for carbon dioxide geological sequestration, assessing method for impact of carbon dioxide injection on integrity of strata, and monitoring method for freezing using same
WO2014027592A1 (ja) * 2012-08-17 2014-02-20 公益財団法人地球環境産業技術研究機構 物質の圧力、温度、ひずみ分布測定システム、これを用いた二酸化炭素地中貯留の監視方法、二酸化炭素注入による地層安定性への影響評価方法、および結氷監視方法
JP2014038039A (ja) * 2012-08-17 2014-02-27 Research Institute Of Innovative Technology For The Earth 物質の圧力、温度、ひずみ分布測定システム、これを用いた二酸化炭素地中貯留の監視方法、二酸化炭素注入による地層安定性への影響評価方法、および結氷監視方法
WO2014155400A2 (en) 2013-03-29 2014-10-02 Bastiannini Filippo Apparatus for interrogating distributed stimulated brillouin scattering optical fibre sensors using a quickly tuneable brillouin ring laser
WO2015170355A1 (en) 2014-05-05 2015-11-12 Filippo Bastianini Apparatus for interrogating distributed optical fibre sensors using a stimulated brillouin scattering optical frequency-domain interferometer
CN104614092A (zh) * 2015-02-12 2015-05-13 哈尔滨理工大学 液芯光纤模间干涉温度传感器
CN106404215A (zh) * 2015-08-13 2017-02-15 珠海任驰光电科技有限公司 基于布里渊散射的分布式光纤传感系统的设计
CN111707299A (zh) * 2020-06-08 2020-09-25 太原理工大学 一种基于泵浦光扫频获取增益损耗谱的botda装置
CN115276780A (zh) * 2022-05-07 2022-11-01 北京邮电大学 光纤异常检测方法、装置、电子设备及存储介质
CN115276780B (zh) * 2022-05-07 2023-09-22 北京邮电大学 光纤异常检测方法、装置、电子设备及存储介质
WO2023248437A1 (ja) * 2022-06-23 2023-12-28 日本電信電話株式会社 ブリルアン利得解析装置及びブリルアン利得解析方法

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