WO2007123080A1 - ブリルアンスペクトル測定方法及びブリルアンスペクトル測定装置 - Google Patents

ブリルアンスペクトル測定方法及びブリルアンスペクトル測定装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2007123080A1
WO2007123080A1 PCT/JP2007/058266 JP2007058266W WO2007123080A1 WO 2007123080 A1 WO2007123080 A1 WO 2007123080A1 JP 2007058266 W JP2007058266 W JP 2007058266W WO 2007123080 A1 WO2007123080 A1 WO 2007123080A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
optical fiber
brillouin spectrum
brillouin
spectrum
measurement
Prior art date
Application number
PCT/JP2007/058266
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Yoshinori Yamamoto
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries, Ltd.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries, Ltd. filed Critical Sumitomo Electric Industries, Ltd.
Priority to CN2007800144326A priority Critical patent/CN101427108B/zh
Priority to EP07741702A priority patent/EP2019292A1/en
Priority to US11/913,244 priority patent/US7576840B2/en
Publication of WO2007123080A1 publication Critical patent/WO2007123080A1/ja

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
    • G01D5/35338—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using other arrangements than interferometer arrangements
    • G01D5/35354—Sensor working in reflection
    • G01D5/35358—Sensor working in reflection using backscattering to detect the measured quantity
    • 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
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
    • G01D5/3537—Optical fibre sensor using a particular arrangement of the optical fibre itself
    • G01D5/3538—Optical fibre sensor using a particular arrangement of the optical fibre itself using a particular type of fiber, e.g. fibre with several cores, PANDA fiber, fiber with an elliptic core or the like
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
    • 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
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/08—Testing mechanical properties
    • G01M11/083—Testing mechanical properties by using an optical fiber in contact with the device under test [DUT]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
    • 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
    • G01K11/322—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 using Brillouin scattering

Definitions

  • the present invention relates to a Brillouin spectrum measurement method and a Brillouin spectrum measurement apparatus.
  • Non-Patent Document 1 when the same type of optical fiber is applied in the measurement region and other regions (non-measurement region), the respective Brillouin spectra overlap, There was a problem that accurate Brillouin spectrum measurement in the measurement area could not be performed, and the position of the measurement target was difficult to split!
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 11-287670
  • Non-Patent Literature 1 Nikles, et al., “Bmlouin Gain spectrum characterization in; single-Mode Optical Fibers J Journal of Lightwave Technology, October 1997, vol.15, no.10, p.l 842-1851
  • the Brillouin spectrum of the optical fiber attached to the measurement region and the Brillouin spectrum of other optical fibers located in the non-measurement region are used.
  • the parameters of each Brillouin spectrum cannot be identified.
  • the temperature and strain in the measurement region cannot be measured with high accuracy.
  • the measurement area cannot be clearly identified.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and more accurately measures the Brillouin spectrum parameters of a predetermined section in the optical fiber, and also accurately measures the position of the measurement target.
  • a Brilliance vector measurement method and a Brillouin spectrum measurement apparatus having a structure for enabling grasping. Means for solving the problems
  • the Brillouin spectrum measurement method utilizes a Brillouin spectrum that is a spectrum of Brillouin scattered light generated in response to pump light input of a predetermined wavelength from within an optical fiber installed in the vicinity of a measurement target.
  • a Brillouin spectrum that is a spectrum of Brillouin scattered light generated in response to pump light input of a predetermined wavelength from within an optical fiber installed in the vicinity of a measurement target.
  • the measurement method prepares an optical fiber that functions as a sensor for measuring physical quantities such as temperature and strain of a measurement target.
  • This optical fiber section includes a first optical fiber and a second optical fiber in which the difference between the peak frequencies of the Brillouin spectrum obtained at a predetermined temperature and a predetermined strain application state assuming each use environment is equal to or greater than a predetermined frequency difference.
  • the first and second optical fibers are connected in series via a connecting portion. Further, the measurement method measures the Brillouin spectrum obtained according to the pump light supplied to the optical fiber section, and based on the measured Brillouin spectrum measurement data, the first and second Check the connection between the optical fibers.
  • the predetermined strain application state means a state in which strain is applied to the optical fiber. In this specification, the applied strain (applied strain) refers to both ends of the optical fiber in the length direction. The amount of change in the length of the optical fiber when pulled along is given as a percentage.
  • the first and second optical fibers have a Brillouin in a predetermined temperature range and a predetermined strain application state assuming respective use environments. It is preferable to have a Brillouin spectrum in which the line width portions of the peaks in the spectrum do not overlap each other. That is, obtained from the first optical fino The differential force between the peak frequency of the Brillouin spectrum and the peak power of the second Brillouin spectrum obtained is greater than the line width of each Brillouin spectrum.
  • the Brillouin spectrum of the first optical fiber and the Brillouin spectrum of the second optical fiber do not overlap! /, So each Brillouin spectrum can be clearly discriminated.
  • each Brillouin spectrum parameter can be measured with high accuracy.
  • the Brillouin spectrum shape parameters include, for example, a spectrum peak frequency, a spectrum peak line width, a spectrum peak value, and a frequency range between adjacent spectrum peaks.
  • the first and second optical fibers may be mechanically connected in addition to fusion splicing.
  • the mechanical connection includes, for example, a configuration in which the first and second optical fibers are optically connected via a connector, and a configuration in which a butt connection is made on a substrate having a V groove.
  • the connection between the first and second optical fibers is installed at the boundary between the measurement region to be measured and the non-measurement region other than the measurement region.
  • the measurement method can accurately discriminate between the Brillouin spectrum parameter of the first optical fiber and the Brillouin spectrum parameter of the second optical fiber corresponding to the measurement region of the measurement target (that is, the measurement target of the measurement target).
  • the Brillouin spectrum corresponding to the measurement region and the Brillouin spectrum corresponding to the non-measurement region can be discriminated), and the measurement region to be measured can be clearly confirmed on the measurement data.
  • one of the first and second optical fibers installed in the non-measurement region includes an optical fiber having low Brillouin spectrum sensitivity to strain or temperature. preferable. This configuration makes it difficult for the measurement data to reflect the effects of temperature fluctuations and distortion in the non-measurement region.
  • At least one of the first and second optical fibers includes a plurality of optical fiber elements, and the optical fiber portion belongs to the first optical fiber.
  • optical fiber elements belonging to the second optical fiber may be alternately arranged.
  • the optical fiber element belonging to the first optical fiber and the optical fiber element belonging to the second optical fiber are located in the optical fiber portion.
  • the function of the connection point of B functions as a marker in Brillouin spectrum measurement.
  • a Brillouin spectrum measuring apparatus uses a Brillouin spectrum that is a spectrum of Brillouin scattered light generated in response to pump light input of a predetermined wavelength from within an optical fiber installed in the vicinity of a measurement target. Then, the physical quantity related to the measurement object is measured.
  • the measurement apparatus includes an optical fiber unit, a detection unit, and one measurement unit.
  • the optical fiber portion includes a first optical fiber and a second optical fiber connected in series to the first optical fiber via a connection portion.
  • One of the first and second optical fibers is installed in the vicinity of the measurement object such as being attached to the measurement object, and the other is installed in the non-measurement region of the measurement object.
  • the detection means supplies pump light for obtaining a Brillouin spectrum to the optical fiber portion, and detects the Brilliance vector obtained from the optical fiber portion force in response to the supply of the pump light. Then, the position measuring unit identifies the position of the connection part between the first and second optical fibers based on the detected Brillouin spectrum.
  • the connecting portion preferably includes a connection mechanism for mechanically connecting the first and second optical fibers, for example, a connector and a V-groove substrate.
  • Each of the first and second optical fibers has a Brillouin spectrum having different peak frequencies. With this configuration, the measurement area to be measured can be clearly confirmed on the measurement data.
  • the first optical fiber includes a pure silica core optical fiber
  • the second optical fiber includes a specific refractive index of the core with respect to pure silica in order to clearly distinguish the measurement region to be measured and the non-measurement region. It is preferable to include an optical fiber with a rate difference of 0.083% or more.
  • the Brillouin spectrum measurement apparatus may further include a calculation unit that calculates a temperature distribution or a strain distribution of the measurement target based on the detected Brillouin spectrum.
  • BOTDR Boillouin Optical Time Domain Reflectometry
  • BO TDA Boillouin Optical Time Domain Analysis
  • BOCDA Boillouin Optical Correla
  • the temperature distribution or strain distribution can be measured from a simpler measurement without using a technique such as “tion Domain Analysis”.
  • the Brillouin spectrum parameters in a predetermined section of the optical fiber can be measured with higher accuracy.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a first embodiment of a Brillouin spectrum measuring apparatus according to the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a specific mode of a connection portion between the first optical fiber and the second optical fiber.
  • FIG. 3 shows the spectrum of Brillouin scattered light (Brillouin spectrum).
  • Figure 4 is a table that summarizes the specifications of various samples prepared as the first optical fiber (connection optical fiber).
  • FIG. 5 is a Brillouin spectrum of the first and second optical fibers applied to the Brillouin spectrum measuring apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a Brillouin spectrum of the optical fiber portion applied to the Brillouin spectrum measuring apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a flowchart (Brillouin spectrum measurement method according to the present invention) for explaining the operation of the Brillouin spectrum measurement apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 8 shows an optical fiber portion applied to the Brillouin spectrum measuring apparatus according to the first embodiment. Is the Brillouin spectrum.
  • FIG. 9 is a Brillouin spectrum of the optical fiber portion applied to the Brillouin spectrum measuring apparatus according to the comparative example.
  • FIG. 10 is a Brillouin spectrum of the optical fiber portion applied to the first modification of the Brillouin spectrum measuring apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 11 is a Brillouin spectrum of the optical fiber portion applied to the second modification of the Brillouin spectrum measuring apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram showing a configuration of a third modified example of the Brillouin spectrum measuring apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a second example of the Brillouin spectrum measuring apparatus according to the present invention.
  • FIG. 14 is a view for explaining the structure of an optical fiber portion applied to the Brillouin spectrum measuring apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 15 is a diagram for explaining the structure of an optical fiber portion applied to a first modification of the Brillouin spectrum measuring apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 16 is a diagram for explaining the structure of an optical fiber portion applied to a second modification of the Brillouin spectrum measuring apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 17 is a view for explaining the structure of an optical fiber portion applied to a third modification of the Brillouin spectrum measuring apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 18 is a view for explaining the structure of an optical fiber portion applied to a fourth modification of the Brillouin spectrum measuring apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 19 is a view for explaining the structure of an optical fiber portion applied to a fifth modification of the Brillouin spectrum measuring apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 20 is a view for explaining the structure of an optical fiber portion applied to a third embodiment of the Brillouin spectrum measuring apparatus according to the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a first embodiment of a Brillouin spectrum measuring apparatus according to the present invention.
  • the Brillouin spectrum measuring apparatus 1 according to the first embodiment includes a measuring instrument (detection means) 5, a discrimination section 7, a temperature / strain measurement section (temperature measurement means, strain measurement means) 9 as a calculation section,
  • the apparatus includes an optical fiber unit 10 and measures the temperature and strain of the measuring object 3.
  • the optical fiber unit 10 includes a sensing fiber 11 and connecting fibers 12 and 13. These sensing fiber 11 and connecting fibers 12 and 13 are connected via a connecting unit having a structure as shown in FIG. Are connected in series.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a specific mode of a connection portion between the sensing fiber 11 and the connection fibers 12 and 13.
  • the measuring device 5 detects the spectrum (Brillouin spectrum) of the Brillouin scattered light output from the optical fiber unit 10. That is, the measuring instrument 5 supplies pump light having a predetermined wavelength to both ends or one end of the optical fiber unit 10 and supplies the pump light from the optical fiber unit 10 in response to the supply of the pump light.
  • the Brillouin spectrum is detected.
  • the Brillouin scattered light refers to scattered light that is down-converted in the direction opposite to the pump light traveling direction due to the interaction between the pump light and the acoustic wave generated due to the pump light.
  • the acoustic wave is generated in the optical fiber by the pump light when the pump light propagates in the optical fiber.
  • the Brillouin spectrum is a gain spectrum received by the Brillouin scattered light.
  • FIG. 3 is a Brillouin spectrum.
  • the Brillouin spectrum is expressed by the Lorentzian function of the following equation (1), where V is the frequency difference between the pump light and the Brillouin scattered light.
  • Peak frequency Peak frequency
  • ⁇ V Peak linewidth (half the peak in the Brillouin spectrum)
  • the optical fiber unit 10 includes a sensing fiber 11 and connecting fibers 12 and 13, and the sensing fiber 11 and the connecting fibers 12 and 13 include various kinds of devices as shown in FIG. Connected according to specific aspects.
  • the sensor fiber 11 and the connecting fibers 12 and 13 may be optically connected by a connector 14 (mechanical connection mechanism).
  • the sensing fiber 11 and the connecting fibers 12 and 13 may be fusion-bonded (14a in the figure indicates a fusion point).
  • the sensing fiber 11 and the connecting fibers 12 and 13 may be mechanically connected by a substrate 14b having a V groove and a cover plate 14c.
  • the connection mechanism shown in area (c) of FIG. 2 is a state in which the tip of the sensing fiber 11 and one of the connection fibers 12 and 13 are arranged in the V groove provided on the substrate 14b. This is realized by bonding the substrate 14b and the cover plate 14c.
  • the sensing fiber 11 is disposed in the vicinity of the measurement object 3. Specifically, the sensing fiber 11 is installed in a state of being affixed, immersed, or buried in the measurement object 3. Therefore, the temperature and strain application state of the sensing fiber 11 change under the influence of the temperature and strain of the measurement object 3.
  • the sensing fiber 11 is an optical fiber having a pure silica core and a length of 100 m, for example.
  • the sensing fiber 11 has a Brillouin spectrum peak frequency of about 11.08 GHz and a peak line width (full width at half maximum of spectrum peak) of about 50 MHz at a predetermined temperature and a predetermined strain application state.
  • connection fibers 12 and 13 are connected in series to both ends of the sensing fiber 11 via connectors 14 respectively.
  • Each of the connection fibers 12 and 13 is optically connected to the sensing fiber 11 at one end and is connected to the measuring instrument 5 at the other end.
  • the connecting fibers 12 and 13 may be included in the measuring instrument 5. Note that the connecting fibers 12 and 13 are not in contact with the measurement object 3.
  • connection fibers 12 and 13 are, for example, single mode fibers having a Brillouin spectrum peak frequency of about 10.85 GHz and a peak line width of about 50 MHz at a predetermined temperature and a predetermined strain application state.
  • the total length of the connecting fibers 12 and 13 is about 20 m.
  • the difference between the peak frequency in the Brillouin spectrum of the sensing fiber 11 at a predetermined temperature and a predetermined strain application state and the peak frequency in the Brillouin spectrum of the connecting fibers 12 and 13 at the predetermined temperature and a predetermined strain application state. Is about 170 MHz, which is equal to or larger than the peak line width (50 MHz) of the Brillouin spectrum in each of the sensing fiber 11 and the connecting fibers 12 and 13 at a predetermined temperature and a predetermined strain application state.
  • the above-described connecting fibers 12 and 13 are preferably optical fibers because the sensitivity of the Brilliance vector is low with respect to applied strain or temperature. It is also a force capable of accurately discriminating the Brillouin spectrum parameter of the sensing fiber 11 corresponding to the measurement region to be measured and the Brillouin spectrum parameter of the connecting fibers 12 and 13.
  • FIG. 4 is a table summarizing the specifications of various samples prepared as the connecting optical fibers 12 and 13. That is, FIG. 4 shows the specifications of Sample 1 having a pure silica core and Samples 2 and 3 having a core with a relative refractive index difference of 0.80% or more as the connecting fibers 12 and 13. Yes.
  • the connecting fiber of Sample 1 has a frequency shift temperature coefficient of 0.660 MHz ZK at 77 K and a frequency shift temperature coefficient of 1.40 ⁇ at 300 mm.
  • the connecting fiber of Sample 2 has a frequency shift temperature coefficient of 0.17 ° at 77 ° and a frequency shift temperature coefficient of 1.20 ° at 300 °.
  • the connecting fiber of Sample 3 has a frequency shift temperature coefficient of 77 ° at 77 ° and a frequency shift temperature coefficient of 0.74 ° at 300 °.
  • the sensing fiber 11 is a pure silica core fiber (the relative refractive index difference of the core with respect to pure silica ⁇ : 0%, peak frequency V of Brillouin spectrum at 300K)
  • the peak frequency V of the Brillouin spectrum in the sensing fiber 11 decreases at a frequency of approximately 600 MHz every time the relative refractive index difference ⁇ of the core increases by 1%.
  • Figure 5 shows the Brillouin spectrum for two types of optical fiber.
  • one of the first fiber and the second fiber functions as the sensing fiber 11, and the other functions as the connection fibers 12 and 13.
  • Brillouin spectrum B1 is a Brillouin spectrum of the first fiber at a predetermined temperature and a predetermined strain application state.
  • the peak frequency V is the predetermined temperature and the predetermined strain.
  • Brillouin beta Bin is the Brillouin spectrum of the first fiber having a minimum peak frequency V in a given temperature range and a given strain application range. Brillouin spectrum
  • Blx has a maximum peak frequency in a given temperature range and a given strain application range. It is the Brillouin spectrum of the first fiber taking v.
  • the frequency range C1 is the specified temperature
  • the fluctuation range of the peak frequency in the Brillouin spectrum of the first fiber is shown in the degree range and the predetermined strain application range.
  • the Brillouin spectrum B2 is a Brillouin spectrum of the second fiber at a predetermined temperature and a predetermined strain application state.
  • the peak frequency V is the predetermined temperature and the predetermined strain.
  • the Brillouin beta B2n is a Brillouin spectrum of the second fiber having a minimum peak frequency V in a predetermined temperature range and a predetermined strain application range. Brillouin spectrum
  • B2x is a Brillouin spectrum of the second fiber having a maximum peak frequency V in a predetermined temperature range and a predetermined strain application range.
  • the frequency range C2 is the specified temperature
  • the fluctuation range of the peak frequency of the Brillouin spectrum in the second fiber in the temperature range and the predetermined strain application range is shown.
  • the frequency range C1 and the frequency range C2 do not overlap each other.
  • the minimum value V force of the peak frequency in the Brillouin spectrum B1 of the first fiber in a predetermined temperature range and a predetermined strain application range.
  • the minimum value V of the peak frequency in the Brillouin spectrum B1 of the first fiber and the Brillouin of the second fiber is a predetermined temperature range and a predetermined strain application range.
  • the difference from the maximum peak frequency V in spectrum B2 is the brittleness of the first fiber.
  • the measuring instrument 5 detects both the Brillouin spectrum of the sensing fiber 11 and the Brillouin spectrum of the connecting fibers 12 and 13 by detecting the Brillouin spectrum output from the optical fiber unit 10. Detected. The measuring device 5 outputs information indicating the detected Brillouin spectrum to the determination unit 7.
  • FIG. 6 is a Brillouin spectrum of the optical fiber portion applied to the Brillouin spectrum measuring apparatus 1 according to the first embodiment. Figure 6 shows that the applied strain to the sensing fiber 11 and the connecting fibers 12, 13 is 0% and the connection The Brillouin spectrum obtained from the optical fiber section 10 when the temperature of the connecting fibers 12 and 13 is room temperature.
  • Brillouin spectrum Ba is obtained when the temperature of measurement object 3 and sensing fiber 11 is 277K.
  • the Brillouin spectrum Ba includes the Brillouin vector Bl la of the sensing fiber 11 and the Brillouin spectrum B12a of the connecting fibers 12 and 13.
  • Brillouin spectrum Bb is obtained when the temperature of measurement object 3 and sensing fiber 11 is 296K.
  • the Brillouin spectrum Bb includes the Brillouin spectrum B l ib of the sensing fiber 11 and the Brillouin spectrum B12b of the connecting fibers 12 and 13.
  • the Brilliance beta Be is obtained when the temperature of the measurement object 3 and the sensing fiber 11 is 323K.
  • the Brillouin spectrum Be includes the Brillouin spectrum Bl lc of the sensing fiber 11 and the Brillouin spectrum B 12c of the connecting fibers 12 and 13.
  • the difference between the Brillouin spectrum Bl la of the sensing fiber 11 and the peak frequency of the Bl lc and the Brillouin spectrum B 12a to S 12c of the connecting fibers 12 and 13 is , Brillouin spectrum Bl la ⁇ :
  • the peak line width of each of Bl lc and Brillouin spectrum B12a ⁇ S 12c is greater than.
  • the peak frequency of the Brillouin spectrum Bl la of the sensing fiber 11 is higher than the peak frequency of the Brillouin beta B12a to B12c of the connecting fibers 12 and 13, and the higher the temperature of the sensing fiber 11 is, the higher the frequency is. shift.
  • the discriminating unit 7 determines the Brillouin spectrum of the sensing fiber 11 and the Brillouin of the connecting fibers 12 and 13 based on the Brillouin spectrum of the optical fiber unit 10 detected by the measuring instrument 5.
  • the spectrum is distinguished from each other (confirm the connection location of sensing fiber 11 and connecting fibers 12 and 13 on the measurement data).
  • the discriminator 7 corresponds to the sensing fiber 11 and the Brillouin spectrum Bl 2a is connected to the connection fiber. It is determined that it corresponds to 12 and 13.
  • the discriminating unit 7 outputs information to the temperature / strain measuring unit 9 that is a calculation unit indicating a Brillouin spectrum discriminated to correspond to the sensing fiber 11.
  • the temperature 'strain measurement unit 9 performs the Brillouin spectrum peak indicated by the information output from the determination unit 7.
  • the temperature and strain of the sensing fiber 11 are measured using at least one of the peak frequency, peak line width, and gain. Then, the temperature / strain measuring unit 9 analyzes the temperature and strain of the measuring object 3 using the measured temperature and strain.
  • the Brillouin spectrum of the sensing fiber 11 is measured by the Brillouin spectrum measuring method shown in FIG. 7, and the temperature and strain of the measuring object 3 are analyzed.
  • FIG. 7 is a flowchart for explaining the operation of the Brillouin spectrum measuring apparatus according to the first embodiment (Brilliance spectrum measuring method according to the present invention).
  • the measuring instrument 5 detects the Brillouin spectrum output from the optical fiber unit 10.
  • the detection step S1 is performed when the sensing fiber 11 and the connecting fibers 12 and 13 are in a predetermined temperature range and a predetermined strain application range.
  • the predetermined temperature range and the predetermined strain application range are the minimum peak frequency V in the Brillouin spectrum B1 of the sensing fiber 11 and the Brillouin spectrum B2 of the connecting fibers 12 and 13.
  • FIG. 8 is a Brillouin spectrum of the optical fiber unit 10 applied to the Brillouin spectrum measuring apparatus 1 according to the first embodiment. That is, FIG. 8 shows the optical fiber detected by the measuring instrument 5 when the applied strain to the sensing fiber 11 and the connecting fibers 12 and 13 is 0% and the temperature of the connecting fibers 12 and 13 is the room temperature. This is the Brillouin spectrum from Part 10.
  • the Brillouin spectrum Bd is obtained when the temperature of the measurement object 3 and the sensing fiber 11 is 300K.
  • the Brillouin spectrum Bd includes the Brillouin vector Bl Id of the sensing fiber 11 and the Brillouin spectrum B12d of the connecting fibers 12 and 13.
  • the peak frequency of the Brillouin spectrum Bl Id of the sensing fiber 11 and the peak frequency of the Brillouin spectrum B12d of the connecting fibers 12 and 13 are separated by more than the line width of the Brillouin spectrum Bl Id and the Brillouin spectrum B12d on the frequency axis! /
  • Brillouin spectrum Bx is measured when the temperature of measurement object 3 and sensing fiber 11 is 77K. Obtained in case. Brillouin spectrum Bx
  • the difference between the peak frequency of the tuttle and the peak frequency of the Brillouin spectrum of each of the connecting fibers 12 and 13 is smaller than the peak line width of the respective Brillouin spectrum on the frequency axis. Therefore, the Brillouin spectrum parameter of the sensing fiber 11 and the Brillouin spectrum parameter of the connecting fibers 12 and 13 cannot be accurately distinguished from the Brillouin spectrum Bx.
  • the temperature of the fiber 11 rises by 1 ° C, it shifts to the high frequency side at a rate of 1 to 1.36 MHz. Therefore, if the temperature of the measurement object 3 and the sensing fiber 11 is in the range of 150 K or more, the minimum peak frequency V in the Brillouin spectrum B1 of the sensing fiber 11 and the peak frequency in the Brillouin spectrum B2 of the connecting fibers 12 and 13 are used.
  • B2max is equal to or greater than the peak line width (50MHz) in Brillouin spectrum B2 of each of Couttle B1 and connecting fibers 12 and 13. At this time, the temperature range is 150K or more, and the applied strain is about 0%.
  • the predetermined temperature range ⁇ (maximum temperature (T)
  • ⁇ is the relative refractive index difference of the core in the connecting optical fibers 12 and 13 and the sensor fiber.
  • the sensing fiber 1 should satisfy this condition if ⁇ is 0.25% or more.
  • connecting fibers 12 and 13 may be selected.
  • the sensing fiber 11 and the connecting fibers 12 and 13 may be selected so as to satisfy this condition.
  • the determination unit 7 determines the Brillouin spectrum of the sensing fiber 11 and the connection fibers 12 and 13 based on the Brillouin spectrum detected in the detection step S 1.
  • the Brillouin spectrum is distinguished from each other (confirm the connection location of the sensing fiber 11 and the connecting fibers 12 and 13 on the measurement data).
  • the temperature / strain measurement unit 9 determines the temperature of the sensing fiber 11 based on the Brillouin spectrum parameter of the sensing fiber 11 determined in the determination step S2. And measure the strain. Then, the temperature and strain measurement unit 9 analyzes the temperature and strain of the measurement object 3 based on the measured temperature and strain.
  • the peak frequency of the Brillouin spectrum B1 in the sensing fiber 11 in a predetermined temperature and a predetermined strain application state is connected to the predetermined temperature and the predetermined strain application state.
  • the difference from the peak frequency of the Brillouin spectrum B2 in the fibers 12 and 13 is equal to or larger than the peak line width of the Brillouin spectrum in each of the sensing fiber 11 and the connecting fibers 12 and 13 in a predetermined temperature and a predetermined strain application state.
  • the minimum value V of the peak frequency in the Brillouin spectrum B1 of the sensing fiber 11 and the connection are set in a predetermined temperature range and a predetermined strain application range.
  • the difference B2max is equal to or larger than the peak line width in each of the Brillouin spectrum B1 of the sensing fiber 11 and the Brillouin spectrum B2 of the connecting fibers 12 and 13.
  • the detection step S1 includes the minimum peak frequency V in the Brillouin spectrum B1 of the sensing fiber 11 and the Brillouin spectrum B2 of the connecting fibers 12 and 13.
  • the difference between the peak frequency in the Brillouin spectrum of the sensing fiber 11 and the peak frequency in the Brillouin spectrum of the connecting fibers 12 and 13 is More than the peak line width of each Brillouin spectrum. Therefore, the Brillouin vector of the sensing fiber 11 and the Brillouin spectrum of the connecting fibers 12 and 13 can be accurately discriminated. As a result, the Brillouin spectrum parameters corresponding to the sensing fiber 11 and the connecting fibers 12 and 13 can be measured with high accuracy. That is, the temperature and strain of the measuring object 3 where the sensing fiber 11 is installed can be analyzed with higher accuracy.
  • the peak frequency in the Brillouin spectrum of the sensing fiber 11 is higher than the peak frequency in the Brillouin spectrum of the connecting fibers 12 and 13 at room temperature and an applied strain of 0%. Also, the peak frequency in the Brillouin spectrum of the sensing fiber shifts to the high frequency side when the temperature of the sensing fiber 11 rises. Therefore, the Brillouin spectrum measuring apparatus 1 according to the first embodiment is particularly suitable for temperature measurement above room temperature.
  • FIG. 9 shows the Brillouin spectrum of the optical fiber part applied to the Brillouin spectrum measurement device according to the comparative example.
  • Fig. 8 shows the Brillouin spectrum output from the optical fiber section when the applied strain to the sensing fiber and the connecting fibers 12 and 13 is 0% and the temperature of the connecting fibers 12 and 13 is room temperature. is there.
  • Brillouin spectrum Biz has a measurement target 3 and sensing fiber temperature of 323K (5 Obtained at 0 ° C).
  • Brillouin spectrum Biz is the difference between the peak frequency in the Brillouin spectrum of the sensing fiber and the peak frequency in the Brillouin spectrum of the connecting fibers 12 and 13, and is smaller than the peak line width of each Brillouin spectrum on the frequency axis. Therefore, the Brillouin spectrum parameter of the sensing fiber and the Brillouin spectrum parameters of the connecting fibers 12 and 13 cannot be measured accurately from Brillouin spectrum Biz.
  • the Brillouin spectrum B2z is obtained when the temperature of the measurement object 3 and the sensing fiber is 273.5K.
  • the Brillouin spectrum B2z is the difference between the peak frequency in the Brillouin spectrum of the sensing fiber and the peak frequency in the Brillouin spectrum of the connecting fibers 12 and 13, and is smaller than the peak line width of each Brillouin spectrum on the frequency axis. Therefore, the Brillouin spectrum parameters of the sensing fiber and the Brillouin spectrum meters of the connecting fibers 12 and 13 cannot be accurately extracted from the Brillouin spectrum B2z.
  • the peak frequency in the Brillouin spectrum of the sensing fiber and the connecting fiber are measured in a predetermined temperature range of 150K or higher. Differential force with peak frequency in Brillouin spectrum of 12 and 13 It becomes smaller than the line width of each Brillouin spectrum on the frequency axis. Therefore, it is impossible to measure the Brilliance vector parameter of the sensing fiber.
  • the peak frequency in the Brillouin spectrum of the sensing fiber 11 and the Brillouin spectrum of the connecting fibers 12 and 13 in the temperature range and strain applied range to be measured is measured.
  • the sensing fiber 11 and the connecting fibers 12 and 13 are selected so that the difference from the peak frequency at is equal to or greater than the peak line width of each Brillouin spectrum on the frequency axis. Therefore, in the first embodiment described above, the Brillouin spectrum parameters of the sensing fiber and the Brillouin spectrum parameters of the connecting fibers 12 and 13 can be measured with high accuracy.
  • the predetermined temperature range may be a range including 67 to 77K, or a range including 300K or 200 to 600K.
  • the strain application range may be in the range of 1% to + 1%, -0.1% to + 0.1%, or 0.01% to + 0.01%, or 0%.
  • an optical fiber fiber having a pure silica core and having a length of 1 OOm (relative index difference of the core with respect to pure silica is 0%) is applied as the sensing fiber 11.
  • a single mode fiber having a core relative refractive index difference of 0.35% with respect to pure silica and a length of about 100 m is used as the sensing fiber.
  • FIG. 10 is a Brillouin spectrum of the optical fiber portion applied to the first modified example of the Brillouin spectrum measuring apparatus according to the first embodiment. That is, FIG. 10 shows the Brillouin spectrum output from the optical fiber unit 10 when the applied strain to the sensing fiber 11 and the connecting fibers 12 and 13 is 0% and the temperature of the connecting fibers 12 and 13 is room temperature. It is.
  • the Brillouin spectrum Be is obtained when the temperature of the measurement object 3 and the sensing fiber 11 is 77K.
  • Brillouin spectrum Be includes the Brillouin spectrum Bile of the sensing fiber and the Brillouin spectrum B12e of the connecting fibers 12 and 13.
  • the difference between the peak frequency of the Brillouin spectrum Bi le of the sensing fiber 11 and the peak frequency of the Brillouin spectrum B 12e of the connecting fibers 12 and 13 is equal to or larger than the peak line widths of the Brillouin spectrum Bi le and the Brillouin spectrum B 12e on the frequency axis.
  • Brillouin spectrum By is obtained when the temperature of measurement object 3 and sensing fiber 11 is 300K.
  • Brillouin spectrum By, the difference between the peak frequency in the Brillouin vector of the sensing fiber and the peak frequency in the Brillouin spectrum of the connecting fibers 12 and 13 is smaller than the peak line width of each Brillouin spectrum on the frequency axis.
  • the temperature of the measurement object 3 and the sensing fiber 11 is 200K or less or 400K or more, and the applied strain to the entire optical fiber 10 is 0%.
  • the peak in the Brillouin spectrum of the sensing fiber 11 The difference between the minimum peak frequency and the maximum peak frequency in the Brillouin spectrum of the connecting fibers 12 and 13 is equal to or greater than the peak line width in the Brillouin spectrum of the sensing fiber 11 and the Brillouin spectrum of the connecting fibers 12 and 13. It is.
  • the predetermined temperature range is 200K or lower and 400K or higher, and the predetermined applied strain is 0%.
  • the maximum peak frequency force in the Brillouin spectrum B1 of the sensor fiber 11 is the minimum of the peak frequency in the Brillouin spectrum B2 of the connecting fibers 12 and 13. Less than the value.
  • the minimum value of the peak frequency in the Brillouin spectrum B1 of the sensing fiber 11 From the maximum value of the peak frequency in the Brillouin spectrum B2 of the connecting fibers 12 and 13 large.
  • the peak frequency in the Brillouin spectrum of the sensing fiber and the peak frequency in the Brillouin spectrum of the connection fibers 12 and 13 are This difference is more than the peak line width of each Brillouin spectrum on the frequency axis. Therefore, the Brillouin spectrum parameters corresponding to the sensing fiber and the connecting fibers 12 and 13 can be measured with high accuracy. As a result, the temperature or strain of the measuring object 3 can be analyzed with high accuracy.
  • the sensing fiber 11 has a core whose relative refractive index difference with respect to pure silica is set to 0.8% by adding germanium, and has a length of 100 m.
  • Single mode fiber with improved bending loss (bending loss improving fiber) is applied.
  • FIG. 11 shows the Brillouin spectrum of the optical fiber portion applied to the second modification of the Brillouin spectrum measuring apparatus according to the first embodiment.
  • Figure 11 shows the Brillouin scattering output from the optical fiber section when the applied strain to the sensing fiber 11 and the connecting fibers 12 and 13 is 0% and the temperature of the connecting fibers 12 and 13 is room temperature. The spectrum of light is shown.
  • Brillouin spectrum Bg is measured when the temperature of measurement object 3 and sensing fiber 11 is 77K. Obtained in case.
  • Brillouin spectrum Bg includes the Brillouin spectrum Bl lg of the sensing fiber and the Brillouin spectrum B12g of the connecting fibers 12 and 13.
  • the difference between the peak frequency of the Brillouin spectrum Bl lg of the sensing fiber 11 and the Brillouin spectrum B12g peak frequency of the connecting fibers 12 and 13 is equal to or larger than the peak line widths of the Brilliance vector Bl lg and the Brillouin spectrum B12g on the frequency axis.
  • the Brillouin spectrum Bf is obtained when the temperature of the measurement object 3 and the sensing fiber 11 is 300K.
  • the Brillouin spectrum Bf includes the Brillouin spectrum Bl If of the sensing fiber and the Brillouin spectrum B12f of the connecting fibers 12 and 13.
  • the peak frequency of the Brillouin spectrum Bl If of the sensing fiber 11 and the peak frequency of the Brillouin spectrum B12f of the connecting fibers 12 and 13 are equal to or larger than the peak line widths of the Brillouin spectrum Bl lf and the Brillouin spectrum B12f on the frequency axis. It is.
  • the sensing fiber 11 applied to the second modification if the temperature of the measurement object 3 and the sensing fiber 11 is 300 or less and the applied strain to the entire optical fiber 10 is 0%, sensing is performed.
  • the difference between the minimum peak frequency in the Brillouin spectrum of fiber 11 and the maximum peak frequency in the Brillouin spectrum of connecting fibers 12 and 13 is the difference between the Brillouin spectrum of sensing fiber 11 and the Brillouin spectrum of connecting fibers 12 and 13. More than the peak line width.
  • the predetermined temperature range is 300K or less, and the predetermined applied strain is 0%.
  • the maximum value of the peak frequency in the Brillouin spectrum B1 of the sensing fiber 11 in the state of 300K or less and the applied strain of 0% is the minimum value of the peak frequency in the Brillouin spectrum B2 of the connecting fibers 12 and 13. Smaller than.
  • the peak frequency in the Brillouin spectrum of the sensing fiber 11 and the Brillouin spectrum of the connecting fibers 12 and 13 are measured.
  • the difference from the peak frequency is more than the peak line width of each Brillouin spectrum on the frequency axis. Therefore, the Brillouin spectrum parameters corresponding to the sensing fiber 11 and the connecting fibers 12 and 13 can be measured with higher accuracy. As a result, the temperature or strain of the measuring object 3 can be analyzed with high accuracy.
  • the peak frequency in the Brillouin spectrum of the sensing fiber 11 is lower than the peak frequency in the Brillouin spectrum of the connecting fibers 12 and 13 when the temperature is 300 K and the applied strain is 0%. Also, the peak frequency in the Brillouin spectrum of the sensing fiber 11 shifts to the low frequency side as the temperature of the sensing fiber decreases. Therefore, the Brillouin spectrum measuring apparatus 1 according to the first embodiment is particularly suitable for temperature measurement of 300K or less.
  • FIG. 12 is a diagram showing a configuration of a third modification of the Brillouin spectrum measuring apparatus according to the first embodiment.
  • One end of the optical fiber portion 10a is connected to the measuring device 5a provided in the Brillouin spectrum measuring apparatus la according to the third modification, and pulsed light (pump light) is input from the one end to the optical fiber portion 10a. .
  • the optical fiber portion 10a in the third modified example is configured by one sensing fiber 11 and one connection fiber 12.
  • One end of the sensing fiber 11 is connected to one end of the connecting fiber 12, and the other end of the connecting fiber 12 is connected to the measuring instrument 5a. It is detected by the Brillouin spectrum force measuring device 5a obtained from the optical fiber portion 10a thus configured.
  • FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a second embodiment of the Brillouin spectrum measuring apparatus according to the present invention.
  • the Brillouin spectrum measuring apparatus 2 according to the second embodiment includes a measuring instrument 25 (detection means), a discrimination section 27 (discrimination means), a distribution measurement section (measurement means) 29 as a calculation section, and an optical fiber section. 30 and a device for measuring the temperature and strain distribution of the measuring object 3.
  • the optical fiber unit 30 includes one first optical fiber 41 as a sensing fiber and two second optical fibers 42 as connection fibers.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining the configuration of the optical fiber portion applied to the Brillouin spectrum measuring apparatus according to the second embodiment.
  • region (a) in FIG. 14 shows the configuration of the optical fiber portion.
  • the connecting portion between the first and second optical fibers 41 and 42 has a structure as shown in FIG.
  • the first optical fiber 41 is installed in a state where the force at one end is in contact with the measuring object 3 up to the other end. Yes.
  • the first optical fiber 41 is disposed on the measurement object 3 by being attached, immersed, or embedded.
  • the two second optical fibers 42 are connected in series to both ends of the first optical fiber 41, respectively. Each of these two second optical fibers 42 has one end connected to both ends of the first optical fiber 41 and the other end connected to the measuring instrument 25. Note that the two second optical finos 2 are not in contact with the object 3 to be measured.
  • Region (b) in Fig. 14 shows the parameter distribution of the Brillouin spectrum in the optical fiber section 30 at a predetermined temperature and a predetermined strain application state.
  • the horizontal axis in the region (b) of FIG. 14 is the distance from one end of the optical fiber section 30, and the vertical axis shows the Brillouin spectrum parameters.
  • the Brillouin spectrum parameter is one of peak frequency, peak line width, or gain in the Brillouin spectrum. Brillouin spectral parameters vary with the temperature and strain of the optical fiber.
  • region A 41 corresponds to the first optical fiber 41 and is a measurement region that is affected by the temperature and strain applied to the measurement object 3.
  • the region A42 is a non-measurement region corresponding to the second optical fiber 42.
  • the first optical fiber 41 and the second optical fiber 42 have different values of at least one Brillouin spectral parameter.
  • the difference between the peak frequency in the Brilliance vector of the first optical fiber 41 and the peak frequency in the Brillouin spectrum of the second optical fiber 42 at a predetermined temperature and a predetermined strain application state is as follows. It is greater than the peak line width in each of the Brillouin spectra of the second optical fiber 42. Further, in the predetermined temperature range and the predetermined strain application range, the minimum value of the peak frequency in the Brillouin spectrum of the first optical fiber 41 is larger than the maximum value of the peak frequency in the Brillouin spectrum of the second optical fiber.
  • the predetermined temperature range may include 67 to 77K, 273 to 323mm, or 3mm, or may be in the range of 0 to 200mm, or 200 to 600mm.
  • the predetermined strain application range is 1% to + 1%, 1% to + 0.1%, or ⁇ 0.01% to + 0.01%. However, it may be in the range including 0%.
  • the first optical fiber 41 and the second optical fiber 42 have a minimum peak frequency in the Brillouin spectrum of the first optical fiber 41 in the predetermined temperature range and the predetermined strain application range as described above.
  • the difference from the maximum peak frequency in the Brillouin spectrum of the second optical fino 42 is equal to or greater than the peak line width in the Brillouin spectrum of the first optical fiber 41 and the second optical fiber 42 at a predetermined temperature and a predetermined strain application state, respectively. Selected to be.
  • a general-purpose SMF single-mode fino
  • the general-purpose SMF is a peak of the Prillouin spectrum in a state where there is no distortion at room temperature.
  • the frequency is 10.8 ⁇ : LO. 9 GHz and the peak line width is about 50 MHz
  • an optical fiber having a pure silica core is suitable as the first optical fiber 41.
  • Light having a pure silica core The fiber has a Brillouin spectrum peak frequency of about 11.08 GHz and a peak line width of about 50 MHz in an undistorted state at room temperature.
  • measuring instrument 25 detects the Brillouin spectrum output from optical fiber unit 30.
  • the measuring device 25 is, for example, BOCDA (Brillouin Optical Correlation Domain Analysis).
  • BOCDA Bossembly-Coupled Device Analysis
  • pump light and probe light which are frequency-modulated with the same modulation frequency, are incident so as to propagate in opposite directions from both ends of the optical fiber section 30, and the correlation value is obtained by matching the respective phases. Measure the Brillouin spectrum at the rising position.
  • the BOCDA changes the measurement frequency along the longitudinal direction of the optical fiber portion 30 by changing the modulation frequency of the pump light and the probe light, and the Brillouin along the longitudinal direction of the optical fiber portion 30. Measure the spectral distribution.
  • the measuring device 25 outputs information indicating the detected Prillouin spectrum and information regarding the modulation frequencies of the pump light and the probe light to the determination unit 27.
  • the discriminating unit 27 discriminates the Brillouin spectrum of the first optical fiber 41 and the Brillouin spectrum of the second optical fiber 42 based on the Brillouin spectrum detected by the measuring device 25 (the first light on the measurement data). Check the connection between the fiber 41 and the second optical fiber 42).
  • the discriminating unit 27 outputs information indicating the Brillouin spectrum of the first optical fiber 42 and information regarding the corresponding pump light and the modulation frequency of the probe light to the distribution measuring unit 29.
  • the distribution measurement unit 29 determines the longitudinal direction of the first optical fiber 41 based on the Brillouin spectrum of the first optical fiber 41 determined by the determination unit 27 and the information on the modulation frequency of the corresponding pump light and probe light. Measure the temperature distribution or strain distribution along Then, the distribution measurement unit 29 analyzes the temperature distribution or strain distribution of the measurement target 3 based on the measurement result.
  • BOCDA measures the Brillouin spectrum at a position where the correlation value increases when the phases of the pump light and the probe light match.
  • BOCDA it was difficult to directly identify the location of the Brillouin spectrum.
  • the Brillouin spectrum measuring apparatus in the Brillouin scattered light detected by the measuring device 25, the peak frequency in the Brillouin spectrum of the first optical fiber 41 and the second optical fiber 42 The difference from the peak frequency in the Brillouin spectrum is greater than the peak line width of each Brillouin spectrum on the frequency axis. Therefore. More specifically, the Brillouin spectrum parameters of the first optical fiber 41 and the second optical fiber 42 can be measured. The measurement position can be clearly defined by comparing the longitudinal distribution measurement result of the Brillouin spectrum parameter measured by the measuring instrument 25 with the actual position where the second optical fiber 42 is installed. That is, the section corresponding to the first optical fiber 41 can be directly specified, and the Brilliance vector corresponding to the measurement object 3 can be clearly identified. As a result, the Brillouin beta measurement apparatus according to the second embodiment can measure the Brillouin spectrum corresponding to the measurement object with higher accuracy.
  • the present invention is not limited to the second embodiment as described above, and various modifications are possible.
  • the maximum value of the peak frequency in the Brillouin spectrum of the first optical fiber 41 is the second optical fiber.
  • the difference between the maximum peak frequency in the Brillouin spectrum of the first optical fiber 41 and the minimum peak frequency in the Brillouin spectrum of the second optical fiber 42 is smaller than the minimum peak frequency in the Brillouin spectrum of the first optical fiber 41. It may be equal to or larger than the peak line width in each of the Brilliance vectors of the first optical fiber 41 and the second optical fiber 42 in a predetermined temperature and a predetermined strain application state.
  • the measuring instrument 25 measures the Brillouin spectrum distribution along the longitudinal direction of the optical fiber section 30 using BOCDA.
  • the measuring device 25 may measure the Brillouin spectrum distribution using BO TDR or BOTD A!
  • the Brillouin spectrum in the case of using BP TDR is the spectrum of the back Brillouin scattered light generated by the pump light.
  • BOTDA or BOCDA pump light and probe light are incident so as to propagate in opposite directions, and probe light amplified by Brillouin gain generated by pump light is observed.
  • the Brillouin spectrum when using BOTDA or BOCDA is the spectrum of the Brillouin gain that the probe beam receives from the pump beam.
  • the optical fiber section 30 may have a structure as in the following first to fifth modifications.
  • the Brillouin spectrum measurement method by the measuring device 25 may be performed as in the sixth modification.
  • the optical fiber portion 30a applied to the first modification of the Brillouin spectrum measuring apparatus according to the second embodiment includes a first optical fiber 41 and a second optical fiber 42 as shown in FIG. .
  • FIG. 15 is a diagram for explaining the structure of the optical fiber portion applied to the first modification of the Brillouin spectrum measuring apparatus according to the second embodiment. In particular, region (a) in FIG. 15 shows the configuration of the optical fiber portion 30a.
  • the first optical fiber 41 is placed in contact with the measurement object 3.
  • the second optical fibers 42 are inserted into both ends of the portion of the first optical fiber 41 that is in contact with the measurement object 3, and are connected in series with the first optical fiber 41.
  • the second optical fiber 42 is installed in a non-contact state with the measurement object 3.
  • the length of the second optical fiber 42 is shorter than the length of the portion of the first optical fiber 41 that is in contact with the measurement object 3.
  • both end portions of the optical fiber portion 30 a are constituted by the first optical fiber 41, and the end portion of the first optical fiber 41 is connected to the measuring instrument 25.
  • Region (b) in Fig. 15 shows the Brillouin spectral parameter distribution in the optical fiber section 30a.
  • the horizontal axis in region (b) of Fig. 15 is the distance of one end force of the optical fiber portion 30a, and the vertical axis shows the Brillouin spectrum parameter.
  • the area A41 is an area corresponding to the first optical fiber 41.
  • the area sandwiched between the areas A42 is affected by the temperature of the measurement object 3 and the applied strain. It is a measurement area.
  • the region A42 is a region corresponding to the second optical fiber 42.
  • the first optical fiber 41 and the second optical fiber 42 have different values of at least one Brillouin spectral parameter. Also, in the Brillouin scattered light detected by the measuring device 25, the difference between the peak frequency in the Brillouin spectrum of the first optical fiber 41 and the peak frequency in the Brillouin spectrum of the second optical fiber 42 is different on the frequency axis. More than the peak line width of the Brillouin spectrum. Therefore, it is possible to discriminate the Brilliance vector corresponding to the start position of the measurement region (measurement target section) and the Brillouin spectrum corresponding to the end position.
  • the section (measurement region) corresponding to the first optical fiber 41 can be directly specified, and the Brillouin spectrum parameter corresponding to the measurement object 3 can be measured with higher accuracy. Also, the Brillouin spectrum parameters of the first optical fiber 41 and the second optical fiber 42 can be measured with higher accuracy.
  • the optical fiber portion 30b applied to the second modification of the Brillouin spectrum measuring apparatus according to the second embodiment includes a first optical fiber 41 and a second optical fiber 42 as shown in FIG. .
  • FIG. 16 is a diagram for explaining the structure of the optical fiber portion applied to the second modification of the Brillouin spectrum measuring apparatus according to the second embodiment. In particular, region (a) in FIG. 16 shows the configuration of the optical fiber portion 30b.
  • the optical fiber portion 30b has a structure in which first optical fibers 41 and second optical fibers 42 of known lengths are alternately connected in series. That is, in the optical fiber portion 30b, the second optical fiber 42 having a predetermined length is placed at a predetermined position in the first optical fiber 41. In the inserted state, the first optical fiber 41 is connected in series. In the second modification, the lengths of the plurality of first optical fibers 41 are the same. The plurality of second optical fibers 42 have the same length, but each length is set shorter than the length of the first optical fiber 41.
  • the optical fiber portion 30b is placed in contact with the measurement object 3. That is, the plurality of first optical fibers 41 and the plurality of second optical fibers 42 included in the optical fiber portion 30b are installed in contact with the measurement object 3.
  • Region (b) in Fig. 16 shows the Brillouin spectral parameter distribution in the optical fiber portion 30b.
  • the horizontal axis in region (b) of FIG. 16 is the distance of one end force of the optical fiber portion 30b, and the vertical axis shows the Brillouin spectrum parameter.
  • the area A 41 corresponds to the first optical fiber 41
  • the area A 42 corresponds to the second optical fiber 42.
  • the first optical fiber 41 and the second optical fiber 42 have at least one Brillouin spectral parameter value different from each other. Further, regarding the spectrum of the Brillouin scattered light from the optical fiber portion 30b detected by the measuring device 25, the peak frequency in the Brillouin spectrum of the first optical fiber 41 and the peak frequency in the Brillouin spectrum of the second optical fiber 42 are calculated. The difference is more than the peak line width of each Brillouin spectrum on the frequency axis. Therefore, the Brillouin spectrum parameters of the first optical fiber 41 and the second optical fiber 42 can be measured with high accuracy, and furthermore, the distribution of the Brillouin spectrum along the longitudinal direction of the optical fiber portion 30b can be detected with high accuracy. be able to.
  • the second optical fiber 42 having a different Brillouin spectrum is inserted into the first optical fiber 41 at a predetermined interval or at a predetermined position with a predetermined length. Yes. Therefore, the insertion portion of the second optical fiber 42 can function as a position marker. In other words, it is possible to clarify the measurement position by comparing the longitudinal distribution measurement result of the Brillouin spectrum parameter measured by the measuring instrument 25 with the actual position where the second optical fiber 42 is installed. it can.
  • the Brillouin vector of the first optical fiber 41 and the Brillouin spectrum of the second optical fiber 2 are the physical quantity changes ( The temperature and strain distribution can be measured without interruption even at the insertion portion of the second optical fiber 42.
  • the optical fiber portion 30c applied to the third modified example of the Brillouin spectrum measuring apparatus according to the second embodiment includes a first optical fiber 41 and a second optical fiber 42 as shown in FIG. .
  • FIG. 17 is a view for explaining the structure of the optical fiber portion applied to the third modification of the Brillouin spectrum measuring apparatus according to the second embodiment.
  • the area (a) in FIG. 17 shows the configuration of the optical fiber portion 30c.
  • the optical fiber portion 30c has a structure in which first optical fibers 41 and second optical fibers 42 of known lengths are alternately connected in series. That is, in the optical fiber portion 30c, the second optical fiber 42 having a predetermined length is connected in series with being inserted at a predetermined position in the first optical fiber 41. In the third modification, the plurality of first optical fibers 41 and the plurality of second optical fibers 42 have the same length.
  • the optical fiber portion 30c is installed in contact with the measurement object 3. That is, the plurality of first optical fibers 41 and the plurality of second optical fibers 42 included in the optical fiber portion 30c are disposed in contact with the measurement object 3.
  • Region (b) in Fig. 17 shows the Brillouin spectral parameter distribution in the optical fiber section 30c.
  • the horizontal axis in region (b) of Fig. 17 is the distance of one end force of the optical fiber portion 30c, and the vertical axis shows the Brillouin spectrum parameter.
  • the region A41 corresponds to the first optical fiber 41
  • the region A42 corresponds to the second optical fiber 42.
  • the first optical fiber 41 and the second optical fiber 42 have at least one Brillouin spectral parameter value different from each other.
  • the difference between the peak frequency in the Brillouin spectrum of the first optical fiber 41 and the peak frequency in the Brillouin spectrum of the second optical fiber 42 is the frequency. It is more than the peak line width of each Brillouin spectrum on the axis. Therefore, the Brillouin spectral parameters of the first optical fiber 41 and the second optical fiber 42 are accurately measured, and the longitudinal direction of the optical fiber portion 30c is measured. The Brillouin spectrum distribution along the direction can be detected with high accuracy.
  • the second optical fiber 2 having a different Prillouin spectrum is inserted into the first optical fiber 41 at a predetermined interval or at a predetermined position with a predetermined length. Therefore, the insertion portion of the second optical fiber 42 can function as a position marker. That is, it is possible to clarify the measurement position by comparing the longitudinal distribution measurement result of the Brillouin spectrum parameter measured by the measuring instrument 25 with the actual position where the second optical fiber 42 is installed. it can.
  • the Brillouin spectrum of the first optical fiber 41 and the Brillouin spectrum of the second optical fiber 42 change with the physical quantity change of the measurement target (temperature change Z applied strain), so there is no interruption even in the insertion part of the second optical fiber 42. Temperature and strain distribution measurement is possible.
  • the optical fiber portion 30d applied to the fourth modified example of the Brillouin spectrum measuring apparatus according to the second embodiment includes first to fifth optical fibers 41 to 45 as shown in FIG.
  • FIG. 18 is a diagram for explaining the structure of the optical fiber portion applied to the fourth modified example of the Brillouin spectrum measuring apparatus according to the second embodiment.
  • region (a) in FIG. 18 shows the configuration of the optical fiber portion 30d.
  • the optical fiber portion 30d is connected in series with the second to fifth optical fibers 42 to 45 having a predetermined length inserted at predetermined positions in the first optical fiber 41. It has a structure. That is, the second to fifth optical fibers 42 to 45 are inserted into the first optical fiber 41 in order at a constant predetermined interval and at a predetermined predetermined length.
  • the optical fiber portion 30d is placed in contact with the measurement object 3.
  • a plurality of first to fifth optical fibers 41 to 45 included in the optical fiber portion 30d are installed in contact with the measurement object 3. Further, the first to fifth optical fibers 41 to 45 have a difference in peak frequency in each Brillouin spectrum in a predetermined temperature range and a predetermined strain application range, which is equal to or larger than the peak line width of each Brillouin spectrum.
  • Region (b) in Fig. 18 shows the Brillouin spectral parameter distribution in the optical fiber portion 30d.
  • the horizontal axis in region (b) of Fig. 18 is the distance of one end force of the optical fiber portion 30d, and the vertical axis shows the Brillouin spectrum parameter.
  • Areas A41 to A45 are areas corresponding to the first to fifth optical fibers 41 to 45, respectively.
  • the first to fifth optical fibers 41 to 45 have different values of at least one Brillouin spectral parameter.
  • the difference in peak frequency in each Prillouin spectrum is equal to or larger than the peak line width of each Brillouin spectrum. It is. Therefore, the Brillouin spectral parameters of the first optical fiber 41 and the second optical fiber 42 can be measured with high accuracy. Furthermore, it is possible to detect the Brillouin spectrum distribution along the longitudinal direction of the optical fiber portion 30d with high accuracy.
  • the second to fifth optical fibers 42 to 45 having different Brillouin spectra are determined in advance with respect to the first optical fiber 41 at a predetermined interval or a predetermined position. It is inserted with the length. Therefore, the insertion portion of the second to fifth optical fibers 42 to 45 can function as a position marker. In other words, the second to fifth optical fibers 42 to 45 serving as position markers function as clearer position markers because the Brillouin spectrum values are different from each other.
  • the measurement position can be clearly defined by comparing the longitudinal direction distribution measurement result of the Brillouin spectrum parameter measured by the measuring instrument 25 with the actual position where the second optical fiber 42 is installed. can do.
  • the Brillouin spectrum of the first optical fiber 41 and the Brillouin spectrum of the second optical fiber 42 change due to changes in the physical quantity of the measurement target (temperature change Z applied strain). Temperature and strain distribution can be measured.
  • the optical fiber unit 30e applied to the fifth modification of the Brillouin spectrum measuring apparatus according to the second embodiment includes first to fifth optical fibers 41 to 45 as shown in FIG.
  • FIG. 19 is a view for explaining the structure of an optical fiber portion applied to a fifth modification of the Brillouin spectrum measuring apparatus according to the second embodiment.
  • region (a) in FIG. 19 shows the configuration of the optical fiber portion 30e.
  • the optical fiber portion 30e is composed of first to fifth optical fibers 41 to 45 having the same length. Have a structure connected in series. Further, the optical fiber portion 30e is installed in contact with the measurement object 3. That is, the plurality of first to fifth optical fibers 41 to 45 included in the optical fiber portion 30e are installed in contact with the measurement object 3.
  • the first to fifth optical fibers 41 to 45 have a peak frequency difference in each Brillouin vector in a predetermined temperature range and a predetermined strain application range, and are not less than the peak line width of each Brillouin spectrum.
  • Region (b) in Fig. 19 shows the Brillouin spectral parameter distribution in the optical fiber portion 30e.
  • the horizontal axis in region (b) of FIG. 19 is the distance from one end of the optical fiber portion 30e, and the vertical axis shows the Brillouin spectrum parameter.
  • areas A41 to A45 are areas corresponding to the first to fifth optical fibers 41 to 45, respectively.
  • the first to fifth optical fibers 41 to 45 have different values of at least one Brillouin spectral parameter.
  • the first to fifth optical fibres 41 to 45 have a difference in peak frequency in each Prillouin spectrum at a predetermined temperature range and a predetermined strain application range that is equal to or larger than the peak line width of each Brillouin spectrum. is there. Therefore, the Brillouin spectral parameters of the first optical fiber 41 and the second optical fiber 42 can be measured with high accuracy. Furthermore, it becomes possible to detect the Brillouin spectrum distribution along the longitudinal direction of the optical fiber portion 30e with high accuracy.
  • the second to fifth optical fibers 42 to 45 having different Brillouin spectra are determined in advance with respect to the first optical fiber 41 at predetermined intervals or at predetermined positions. It is inserted with the length. Therefore, the insertion portion of the second to fifth optical fibers 42 to 45 can function as a position marker. That is, the second to fifth optical fibers 42 to 45 serving as position markers function as clearer position markers because the Brillouin spectrum values are different from each other.
  • the measurement position can be clearly defined by comparing the longitudinal distribution measurement result of the Brillouin spectrum parameter measured by the measuring device 25 with the actual position where the second optical fiber 42 is installed. can do.
  • the Brillouin spectrum of the first optical fiber 41 and the Brillouin spectrum of the second optical fiber 42 show the physical quantity change (temperature change Therefore, the distribution of temperature and strain along the longitudinal direction of the optical fiber portion 30e can be measured without interruption even at the insertion portion of the second optical fiber 42.
  • the Brillouin spectrum measurement apparatus has the same configuration as the Brillouin spectrum measurement apparatus 2 according to the second embodiment described above.
  • the optical fiber portion 30f applied to the Prillouin spectrum measuring apparatus according to the third embodiment includes first to third optical fibers 41 to 43 as shown in FIG.
  • FIG. 20 is a diagram for explaining the structure of the optical fiber portion as a part of the Brillouin beta measurement apparatus according to the third embodiment.
  • Region (a) in FIG. 20 shows the Brillouin spectrum of the first to third optical fibers 41 to 43 together with the configuration of the optical fiber portion 30f.
  • Region (b) in Fig. 20 is the Brillouin spectrum of the optical fiber section 30f.
  • Region (c) in FIG. 20 shows the temperature distribution or strain distribution of the optical fiber portion 30f analyzed based on the Brillouin spectrum of the first to third optical fibers 41 to 43.
  • the optical fiber portion 30f has a structure in which first to third optical fibers 41 to 43 having the same length are connected in series in order. Further, in the first to third optical fibers 41 to 43, in a predetermined temperature range and a predetermined strain application range, a difference in peak frequency in each Brillouin spectrum is not less than a peak line width of each Brillouin spectrum. is there.
  • the maximum value of the peak frequency V in the Brillouin spectrum of the first optical fiber 41 is equal to the second optical fino.
  • the difference from the minimum peak frequency V in the spectrum is the difference between the first optical fiber 41 and the second optical
  • the measuring device 25 measures the Brillouin spectrum of the optical fiber section 30f by measuring the Brillouin spectrum of the entire optical fiber section 30f without using a distribution measurement technique such as BOTDR, BOTDA, BOCDA. Is detected without measuring the distribution.
  • the Brillouin spectrum from the optical fiber section 30f detected by the measuring instrument 25 includes Brillouin spectra Bl, B2, and B3 as shown in region (b) of Fig. 20, and the difference in peak frequency in each Brillouin vector. Force More than the peak line width of each Brillouin spectrum.
  • the discriminating section 27 Based on the Brillouin spectrum from the optical fiber section 30f detected by the measuring instrument 25, the discriminating section 27, the Brillouin spectrum B1 of the first optical fiber 41, the Brillouin spectrum B2 of the second optical fiber 42, and the first The Brillouin spectrum B3 of the three optical fibers 43 is distinguished from each other (confirm connection points of the first to third optical fibers 41, 42, and 43 on the measurement data).
  • the distribution measurement unit 29 (distribution determination means) measures the temperature or strain of the first optical fiber 41 based on the parameter of the Prillouin spectrum B1 of the first optical fiber 41 determined by the determination unit 27.
  • the distribution measuring unit 29 measures the temperature or strain of the second optical fiber 42 based on the parameters of the Brillouin spectrum B2 of the second optical fiber 42 determined by the determining unit 27.
  • the distribution measuring unit 29 measures the temperature or strain of the third optical fiber 43 based on the parameter of the Brilliance vector B3 of the third fiber 43 determined by the determining unit 27.
  • the distribution measuring unit 29 integrates the temperature or strain information in each of the first to third optical fibers 41 to 43, so that the longitudinal direction of the optical fiber unit 30f as shown in the region (c) of FIG.
  • the temperature distribution or strain distribution along the line can be measured.
  • the lengths of the first to third optical fibers 41 to 43 correspond to the distance resolution.
  • the number of optical fibers applied to the optical fiber portion 30f is not limited to three and may be more.
  • the Brillouin spectrum measurement method and measurement apparatus according to the present invention can be used for strain sensing technology using an optical fiber, and can measure deformations and environmental temperatures of various buildings using Brillouin scattered light. Applicable.

Abstract

　この発明は、光ファイバにおける所定区間のブリルアンスペクトルのパラメータをより精度良く測定するための構造を備えたブリルアンスペクトル測定方法及び測定装置に関する。当該測定方法は、接続部を介して直列接続された第一及び第二光ファイバを含む光ファイバ部を備え、これら第一及び第二光ファイバは、それぞれの使用環境を想定した所定の温度及び所定の歪み印加状態においてピーク周波数の差が所定の周波数差以上となるブリルアンスペクトルを有する。当該測定方法では、光ファイバ部に供給されたポンプ光に応じて得られるブリルアンスペクトルが測定され、測定されたブリルアンスペクトルの測定データに基づいて、第一及び第二光ファイバ間の接続箇所が特定される。

Description

明 細 書
ブリルアンスペクトル測定方法及びブリルアンスペクトル測定装置 技術分野
[0001] この発明は、ブリルアンスペクトル測定方法及びブリルアンスペクトル測定装置に関 するものである。
背景技術
[0002] 測定対象近傍に設置された光ファイバから得られる、ポンプ光入力に応じて発生し たブリルアン散乱光のスペクトルを測定し、測定されたブリルアンスペクトルのパラメ ータに基づいて光ファイバの温度又は歪を、測定対象の物理的変化として測定する 技術が知られている (非特許文献 1参照)。
[0003] し力しながら、非特許文献 1に記載された技術では、測定領域とそれ以外の領域（ 非測定領域）とで同種の光ファイバが適用されると、それぞれのブリルアンスペクトル が重なり、測定領域の正確なブリルアンスペクトル測定ができない、また、測定対象 の位置が分力りにく!/、と 、う課題があった。
[0004] このような課題に対して、例えば、特許文献 1には、波長 1. 55 m用光ファイバを 測定領域に貼り付ける一方、波長 1. 55 m用光ファイバに波長 1. 用光フアイ バを接続し、これら二種類の光ファイバから出力されるブリルアン散乱光のスペクトル を測定することで、測定領域と非測定領域とを識別する技術が記載されて 、る。 特許文献 1：特開平 11― 287670号公報
非特干文献 1 :Nikles, et al.,「Bmlouin Gain spectrum characterization in； single- Mo de Optical FibersJ Journal of Lightwave Technology, 1997年 10月 , vol.15, no.10, p.l 842-1851
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0005] 発明者は、従来の測定技術にっ 、て検討した結果、以下のような課題を発見した。
すなわち、上記特許文献 1記載の技術では、測定領域に貼り付けられた光ファイバ のブリルアンスペクトルと非測定領域に位置する他の光ファイバのブリルアンスぺクト ルとが互いに重なり合 、、それぞれのブリルアンスペクトルのパラメータを識別できな い場合がある。この場合、測定領域の温度及び歪を精度良く測定することはできない 。また、測定領域を明確に判別することもできない。
[0006] この発明は上述のような課題を解決するためになされたものであり、光ファイバにお ける所定区間のブリルアンスペクトルのパラメータをより精度良く測定するとともに、測 定対象の位置を精度よく把握することを可能にするための構造を備えたブリルアンス ベクトル測定方法及びブリルアンスペクトル測定装置を提供することを目的としている 課題を解決するための手段
[0007] この発明に係るブリルアンスペクトル測定方法は、測定対象近傍に設置された光フ アイバ内から所定波長のポンプ光入力に応じて発生するブリルアン散乱光のスぺタト ルであるブリルアンスペクトルを利用して、測定対象に関する物理量の高精度な測定 を可能にする。具体的に当該測定方法は、測定対象の温度、歪み等の物理量を計 測するためのセンサとして機能する光ファイバを用意する。この光ファイバ部は、それ ぞれの使用環境を想定した所定の温度及び所定の歪み印加状態において得られる ブリルアンスペクトルのピーク周波数の差が所定の周波数差以上となる第一光フアイ ノ と第二光ファイバを含み、これら第一及び第二光ファイバが接続部を介して直列接 続されている。さらに、当該測定方法は、この光ファイバ部に供給されたポンプ光に 応じて得られるブリルアンスペクトルを測定し、そして、測定されたブリルアンスぺクト ルの測定データに基づいて、前記第一及び第二光ファイバ間の接続箇所を確認す る。なお、所定の歪み印加状態とは、光ファイバに対して歪みが印加されている状態 を意味し、この明細書において、印加される歪み（印加歪み）は光ファイバの両端を その長さ方向に沿った引っ張ったときの該光ファイバの長さの変化量を百分率表示 した数値で与えられる。
[0008] また、この発明に係るブリルアンスペクトル測定方法にお!、て、第一及び第二光フ アイバは、それぞれの使用環境を想定した所定の温度範囲及び所定の歪み印加状 態において、ブリルアンスペクトルにおけるピークの線幅部分同士が互いに重ならな いブリルアンスペクトルを有するのが好ましい。すなわち、第一光ファイノ から得られ るブリルアンスペクトルのピーク周波数と第二光ファイバ力 得られるブリルアンスぺク トルのピーク周波数との差力 それぞれのブリルアンスペクトルの線幅以上となる。こ のように、当該測定方法では、第一光ファイバのブリルアンスペクトルと第二光フアイ バのブリルアンスペクトルが重ならな!/、ので、それぞれのブリルアンスペクトルを明確 に判別することができる。また、それぞれのブリルアンスペクトルのパラメータを精度良 く測定することができる。なお、ブリルアンスペクトルの形状パラメータとしては、例え ば、スペクトルピーク周波数、スペクトルピーク線幅、スペクトルピーク値、隣り合うスぺ タトルピーク間の周波数範囲などである。
[0009] この発明に係るブリルアンスペクトル測定方法において、第一及び第二光ファイバ は、融着接続される他、機械的に接続されてもよい。具体的に機械的接続には、例 えば、コネクタを介して第一及び第二光ファイバを光学的に接続する構成、また、 V 溝を有する基板上において突き合わせ接続する構成が含まれる。
[0010] この発明に係るブリルアンスペクトル測定方法において、第一及び第二光ファイバ 間の接続部は、測定対象の測定領域と測定領域以外の非測定領域との境に設置さ れる。当該測定方法は、測定対象の測定領域に対応する第一光ファイバのブリルァ ンスペクトルのパラメータと第二光ファイバのブリルアンスペクトルのパラメータとを精 度よく判別することができるの（すなわち、測定対象の測定領域に対応するブリルァ ンスペクトルと非測定領域に対応するブリルアンスペクトルとを判別することができる） 、測定対象の測定領域を、測定データ上で明確に確認することができる。
[0011] この発明に係るブリルアンスペクトル測定方法において、第一及び第二光ファイバ のうち非測定領域に設置された一方は、歪み又は温度に対してブリルアンスペクトル の感受性が低い光ファイバを含むのが好ましい。この構成により、非測定領域におけ る温度変動や歪みの影響が測定データに反映されにくくなる。
[0012] さらに、この発明に係るブリルアンスペクトル測定方法において、第一及び第二光 ファイバのうち少なくとも一方は、複数の光ファイバ要素を含むとともに、光ファイバ部 は第一光ファイバに属する光ファイバ要素と第二光ファイバに属する光ファイバ要素 とが交互に配置された構造を有してもよい。この場合、光ファイバ部内に位置する、 第一光ファイバに属する光ファイバ要素と第二光ファイバに属する光ファイバ要素と の接続箇所がブリルアンスペクトル測定におけるマーカーとして機能する。
[0013] この発明に係るブリルアンスペクトル測定装置は、測定対象近傍に設置された光フ アイバ内から所定波長のポンプ光入力に応じて発生するブリルアン散乱光のスぺタト ルであるブリルアンスペクトルを利用して、測定対象に関する物理量を測定する。具 体的に当該測定装置は、光ファイバ部と、検出部と、一測定部を備える。光ファイバ 部は、第一光ファイバと、接続部を介して前記第一光ファイバに直列接続された第二 光ファイバを含む。第一及び第二光ファイバのうち、いずれか一方は、測定対象に貼 り付けられるなど該測定対象近傍に設置され、他方は該測定対象の非測定領域に 設置される。この構成により、第一光ファイバのブリルアンスペクトルのパラメータと第 二光ファイバのブリルアンスペクトルのパラメータとを精度よく判別することができ、測 定対象区間における各位置に対応するブリルアンスペクトルを判別することができる
[0014] また、検出手段は、ブリルアンスペクトルを得るためのポンプ光を、光ファイバ部に 供給する一方、ポンプ光の供給に応じて前記光ファイバ部力 得られるブリルアンス ベクトルを検出する。そして、位置測定部は、検出されたブリルアンスペクトルに基づ いて、第一及び第二光ファイバ間の接続部の位置を特定する。
[0015] この発明に係るブリルアンスペクトル測定装置において、接続部は、第一及び第二 光ファイバ間を機械的に接続するための接続機構、例えば、コネクタ、 V溝基板を含 むのが好ましい。また、第一及び第二光ファイバのそれぞれは、互いにピーク周波数 の異なるブリルアンスペクトルを有する。この構成により、測定対象の測定領域を、測 定データ上で明確に確認することができる。なお、測定対象の測定領域と非測定領 域とを明確に区別するため、第一光ファイバは、純シリカコア光ファイバを含み、そし て、前記第二光ファイバは、純シリカに対するコアの比屈折率差が 0. 083%以上で ある光ファイバを含むのが好まし 、。
[0016] この発明に係るブリルアンスペクトル測定装置は、検出されたブリルアンスペクトル に基づいて、測定対象の温度分布又は歪み分布を算出する算出部をさらに備えても よい。この構成により、 BOTDR (Brillouin Optical TimeDomain Reflectometry)、 BO TDA (Brillouin Optical Time Domain Analysis)、 BOCDA (Brillouin Optical Correla tion DomainAnalysis)などの技術を用いなくても、より簡便な測定から温度分布又は 歪分布を測定することができる。
[0017] なお、この発明に係る各実施例は、以下の詳細な説明及び添付図面によりさらに 十分に理解可能となる。これら実施例は単に例示のために示されるものであって、こ の発明を限定するものと考えるべきではない。
[0018] また、この発明のさらなる応用範囲は、以下の詳細な説明から明らかになる。しかし ながら、詳細な説明及び特定の事例はこの発明の好適な実施例を示すものではある 力 例示のためにのみ示されているものであって、この発明の思想及び範囲における 様々な変形および改良はこの詳細な説明から当業者には自明であることは明らかで ある。
発明の効果
[0019] この発明によれば、光ファイバにおける所定区間のブリルアンスペクトルのパラメ一 タをより精度良く測定することができる。
図面の簡単な説明
[0020] [図 1]は、この発明に係るブリルアンスペクトル測定装置の第 1実施例の構成を示す 図である。
[図 2]は、第一光ファイバと第二光ファイバ間の接続部の具体的態様を示す図である
[図 3]は、ブリルアン散乱光のスペクトル（ブリルアンスペクトル）である。
[図 4]は、第一光ファイバ (接続用光ファイバ）として用意された種々のサンプルの諸 元を纏めた表である。
[図 5]は、第 1実施例に係るブリルアンスペクトル測定装置に適用される第一及び第 二光ファイバのブリルアンスペクトルである。
[図 6]は、第 1実施例に係るブリルアンスペクトル測定装置に適用される光ファイバ部 のブリルアンスペクトルである。
[図 7]は、第 1実施例に係るブリルアンスペクトル測定装置の動作を説明するためのフ ローチャート（この発明に係るブリルアンスペクトル測定方法)である。
[図 8]は、第 1実施例に係るブリルアンスペクトル測定装置に適用される光ファイバ部 のブリルアンスペクトルである。
[図 9]は、比較例に係るブリルアンスペクトル測定装置に適用される光ファイバ部のブ リルアンスペクトルである。
[図 10]は、第 1実施例に係るブリルアンスペクトル測定装置の第 1変形例に適用され る光ファイバ部のブリルアンスペクトルである。
[図 11]は、第 1実施例に係るブリルアンスペクトル測定装置の第 2変形例に適用され る光ファイバ部のブリルアンスペクトルである。
[図 12]は、第 1実施例に係るブリルアンスペクトル測定装置の第 3変形例の構成を示 す図である。
[図 13]は、この発明に係るブリルアンスペクトル測定装置の第 2実施例の構成を示す 図である。
[図 14]は、第 2実施例に係るブリルアンスペクトル測定装置に適用される光ファイバ部 の構造を説明するための図である。
[図 15]は、第 2実施例に係るブリルアンスペクトル測定装置の第 1変形例に適用され る光ファイバ部の構造を説明するための図である。
[図 16]は、第 2実施例に係るブリルアンスペクトル測定装置の第 2変形例に適用され る光ファイバ部の構造を説明するための図である。
[図 17]は、第 2実施例に係るブリルアンスペクトル測定装置の第 3変形例に適用され る光ファイバ部の構造を説明するための図である。
[図 18]は、第 2実施例に係るブリルアンスペクトル測定装置の第 4変形例に適用され る光ファイバ部の構造を説明するための図である。
[図 19]は、第 2実施例に係るブリルアンスペクトル測定装置の第 5変形例に適用され る光ファイバ部の構造を説明するための図である。
[図 20]は、この発明に係るブリルアンスペクトル測定装置の第 3実施例に適用される 光ファイバ部の構造を説明するための図である。
符号の説明
1、 la、 2…ブリルアンスペクトル測定装置、 5、 5a…測定器、 7…判別部、 9…温度 '歪測定部、 10、 10a…光ファイバ部、 11…センシングファイノく、 12、 13· · ·接続用フ ァイノく、 25· "測定器、 27…判別部、 29· ··分布測定部、 30、 30a〜30f…光ファイバ 部、 41〜45…第一〜第五光ファイバ。
発明を実施するための最良の形態
[0022] 以下、この発明に係るブリルアンスペクトル測定方法の各実施例を、図 1〜20を参 照しながら詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一要素、同一部位には 同一符号を付して重複する説明を省略する。
[0023] (第 1実施例）
図 1は、この発明に係るブリルアンスペクトル測定装置の第 1実施例の構成を示す 図である。この第 1実施例に係るブリルアンスペクトル測定装置 1は、測定器 (検出手 段) 5と、判別部 7と、算出部である温度 ·歪測定部 (温度測定手段、歪測定手段) 9と 、光ファイバ部 10とを備え、測定対象 3の温度及び歪を測定する装置である。なお、 光ファイバ部 10は、センシングファイバ 11と、接続用ファイバ 12、 13とを備え、これら センシングファイバ 11と接続用ファイバ 12、 13は、図 2に示されたような構造の接続 部を介して直列接続されている。図 2は、センシングファイバ 11と接続用ファイバ 12、 13との間の接続部の具体的態様を示す図である。
[0024] 測定器 5は、光ファイバ部 10から出力されるブリルアン散乱光のスペクトル (ブリル アンスペクトル)を検出する。すなわち、測定器 5は、光ファイバ部 10の両端又は片端 カも該光ファイバ部 10へ所定波長のポンプ光を供給し、このポンプ光の供給に応答 して得られる、光ファイバ部 10からのブリルアンスペクトルを検出する。なお、ブリルァ ン散乱光とは、ポンプ光と該ポンプ光に起因して発生する音響波との相互作用により ポンプ光進行方向とは逆の方向にダウンコンバートされる散乱光をいう。音響波は、 光ファイバ中をポンプ光が伝搬するときに該ポンプ光によって光ファイバ中に発生す る。また、ブリルアンスペクトルは、ブリルアン散乱光が受ける利得スペクトルをいう。
[0025] ここで、図 3は、ブリルアンスペクトルである。図 3に示されたように、ブリルアンスぺク トルは、ポンプ光とブリルアン散乱光との周波数差を Vとして、以下のような式（1)の ローレンツ型関数で表される。
[数 1] 式（1)において、 gは最大ゲイン、 V はピーク周波数 (ブリルアンスペクトルにおける
0 B
ピークの中心周波数）、 Δ V はピーク線幅（ブリルアンスペクトルにおけるピークの半
B
値全幅）を示す。最大ゲイン g、ピーク周波数 V 、及び線幅 Δ V は、ブリルアンスべ
0 B B
タトルを特徴付けるパラメータである。最大ゲイン g
0、ピーク周波数 V
B、及びピーク線 幅 Δ V は、光ファイバの温度及び歪に依存して変化する。
B
[0026] 光ファイバ部 10は、センシングファイバ 11と、接続用ファイバ 12、 13とを備え、これ らセンシングファイバ 11と接続用ファイバ 12、 13は、図 2に示されたような種々の具 体的態様により接続される。図 2の領域 (a)や図 1に示されたように、センシンダフアイ バ 11と接続用ファイバ 12、 13は、コネクタ 14 (機械的な接続機構）により光学的に接 続されてもよい。また、図 2の領域 (b)に示されたように、センシングファイバ 11と接続 用ファイバ 12、 13とは、融着接続されてもよい（図中の 14aは融着点を示す)。さらに 、図 2の領域 (c)に示されたように、センシングファイバ 11と接続用ファイバ 12、 13は 、 V溝を有する基板 14b及びカバープレート 14cにより、機械的に接続されてもよい。 なお、図 2の領域 (c)に示された接続機構は、基板 14bに設けられた V溝に、センシ ングファイバ 11の先端と接続用ファイバ 12、 13のいずれかの先端が配置された状態 で、該基板 14bとカバープレート 14cとが接着されることにより実現される。
[0027] センシングファイバ 11は、測定対象 3の近傍に配置されている。具体的にセンシン グファイバ 11は、測定対象 3に貼り付け、浸漬、又は埋設された状態で設置されてい る。したがって、センシングファイバ 11の温度及び歪み印加状態は、測定対象 3の温 度及び歪の影響を受けて変化する。また、センシングファイバ 11は、例えば、純シリ 力コアを有し、長さ 100mの光ファイバである。センシングファイバ 11は、所定の温度 及び所定の歪み印加状態におけるブリルアンスペクトルのピーク周波数が 11. 08G Hz程度、ピーク線幅 (スペクトルピーク半値全幅）が 50MHz程度である。なお、この ときの温度は室温（300K)であり、印加歪みは 0% (センシングファイバ 11の両端を 引っ張ったときの該センシングファイバ 11の長さの変化量を百分率表示で与えられ る）である。 [0028] 一方、接続用ファイバ 12、 13は、センシングファイバ 11の両端にそれぞれコネクタ 14を介して直列接続されている。接続用ファイバ 12、 13は、それぞれ一方端がセン シングファイバ 11に光学的に接続されて、他方端が測定器 5に接続されている。接 続用ファイバ 12、 13は測定器 5内に含まれていても良い。なお、接続用ファイバ 12、 13は、測定対象 3と接していない。接続用ファイバ 12、 13は、例えば、所定の温度 及び所定の歪み印加状態におけるブリルアンスペクトルのピーク周波数が 10. 85G Hz程度であり、ピーク線幅が 50MHz程度のシングルモードファイバである。また、接 続用ファイバ 12、 13の合計の長さは、 20m程度である。
[0029] すなわち、所定の温度及び所定の歪み印加状態におけるセンシングファイバ 11の ブリルアンスペクトルにおけるピーク周波数と所定の温度及び所定の歪み印加状態 における接続用ファイバ 12、 13のブリルアンスペクトルにおけるピーク周波数との差 は、 170MHz程度であり、これは、所定の温度及び所定の歪み印加状態におけるセ ンシングファイバ 11と接続用ファイバ 12、 13それぞれにおけるブリルアンスペクトル のピーク線幅（50MHz)以上である。
[0030] なお、上述の接続用ファイバ 12、 13は、印加歪み又は温度に対してブリルアンス ベクトルの感受性が低!、光ファイバであるのが好ま 、。測定対象の測定領域に対 応するセンシングファイバ 11のブリルアンスペクトルのパラメータと接続用ファイバ 12 、 13のブリルアンスペクトルのパラメータとを精度よく判別することができる力もである 。図 4は、接続用光ファイバ 12、 13として用意された種々のサンプルの諸元を纏めた 表である。すなわち、図 4では、接続用ファイバ 12、 13として、純シリカコアを有する サンプル 1と、純シリカに対する比屈折率差が 0. 80%以上のコアを有するサンプル 2、 3の諸元が示されている。具体的に、サンプル 1の接続用ファイバは、 77Kにおい て 0. 60MHzZKの周波数シフト温度係数を有するとともに、 300Κにおいて 1. 40 ΜΗζΖΚの周波数シフト温度係数を有する。サンプル 2の接続用ファイバは、 77Κ において 0. 17ΜΗζΖΚの周波数シフト温度係数を有するとともに、 300Κにおいて 1. 20ΜΗζΖΚの周波数シフト温度係数を有する。サンプル 3の接続用ファイバは、 77Κにおいて ΟΜΗζΖΚの周波数シフト温度係数を有するとともに、 300Κにおいて 0. 74ΜΗζΖΚの周波数シフト温度係数を有する。 [0031] ここで、センシングファイバ 11は、上述のような純シリカコアファイバ（純シリカに対す るコアの比屈折率差 Δ : 0%、 300Kにおけるブリルアンスペクトルのピーク周波数 V
B
: 11. 08GHz,ピーク線幅： 50MHz)の他、後述のシングルモードファイバ（純シリカ に対するコアの比屈折率差 Λ : 0. 35%、 300Kにおけるブリルアンスペクトルのピー ク周波数 V : 10. 85GHz,ピーク線幅： 30〜50MHz程度）、曲げ損失改善フアイ
B
ノ （純シリカに対するコアの比屈折率差 Δ : 0. 80%、 300Kにおけるブリルアンスべ タトルのピーク周波数 V : 10. 57GHz、ピーク線幅： 30〜50MHz程度）が適用可
B
能である。このように、センシングファイバ 11におけるブリルアンスペクトルのピーク周 波数 V は、コアの比屈折率差 Δが 1%増加するごとに約 600MHzの割合で低周波
B
側にシフトする。したがって、温度 300K、印加歪み 0%の条件下において、センシン グファイバ 11のブリルアンスペクトルにおけるピーク周波数と接続用光ファイバ 12、 1 3のブリルアンスペクトルいのけるピーク周波数の間隔をピーク線幅（50MHz)以上 に設定するためには、センシングファイバ 11におけるコアの比屈折率差と接続用ファ ィバ 12、 13におけるコアの比屈折率差の差が 0. 083% ( = 50MHz/600MHz) 以上である必要がある。すなわち、センシングファイバ 11が純シリカコアファイバであ る場合、接続用ファイバ 12、 13として、純シリカに対するコアの比屈折率差が 0. 083 %以上である光ファイバが選択されればよ!、。
[0032] 次に、図 5を参照して、 2種類の光ファイバ (第一及び第二ファイバ）におけるブリル アンスペクトルのパラメータの関係についてより詳細に説明する。図 5は、 2種類の光 ファイバにおけるブリルアンスペクトルである。測定器 5では、第一ファイバと第二ファ ィバとのいずれか一方がセンシングファイバ 11として機能し、他方が接続用ファイバ 12、 13として機能する。
[0033] ブリルアンスペクトル B1は、所定の温度及び所定の歪み印加状態における第一フ アイバのブリルアンスペクトルである。ピーク周波数 V は、所定の温度及び所定の歪
B1
み印加状態におけるブリルアンスペクトル B1のピーク周波数である。ブリルアンスべ タトル Binは、所定の温度範囲及び所定の歪み印加範囲においてピーク周波数が 最小値 V をとる第一ファイバのブリルアンスペクトルである。ブリルアンスペクトル
Bimin
Blxは、所定の温度範囲及び所定の歪み印加範囲においてピーク周波数が最大値 v をとる第一ファイバのブリルアンスペクトルである。周波数範囲 C1は、所定の温
Blmax
度範囲及び所定の歪み印加範囲において、第一ファイバのブリルアンスペクトルに おけるピーク周波数の変動範囲を示して 、る。
[0034] ブリルアンスペクトル B2は、所定の温度及び所定の歪み印加状態における第二フ アイバのブリルアンスペクトルである。ピーク周波数 V は、所定の温度及び所定の歪
B2
み印加状態におけるブリルアンスペクトル B2のピーク周波数である。ブリルアンスべ タトル B2nは、所定の温度範囲及び所定の歪み印加範囲においてピーク周波数が 最小値 V をとる第二ファイバのブリルアンスペクトルである。ブリルアンスペクトル
B2min
B2xは、所定の温度範囲及び所定の歪み印加範囲においてピーク周波数が最大値 V をとる第二ファイバのブリルアンスペクトルである。周波数範囲 C2は、所定の温
B2max
度範囲及び所定の歪み印加範囲における第二ファイバにおけるブリルアンスぺクト ルのピーク周波数の変動範囲を示して 、る。
[0035] 図 5に示されたように、周波数範囲 C1と周波数範囲 C2とは互いに重ならない。す なわち、この第 1実施例では、所定の温度範囲及び所定の歪み印加範囲において、 第一ファイバのブリルアンスペクトル B1におけるピーク周波数の最小値 V 力 第
Blmin 二ファイバのブリルアンスペクトル B2におけるピーク周波数の最大値 V より大き
B2max い。
[0036] また、所定の温度範囲及び所定の歪み印加範囲において、第一ファイバのブリル アンスペクトル B1におけるピーク周波数の最小値 V と第二ファイバのブリルアン
Blmin
スペクトル B2におけるピーク周波数の最大値 V との差は、第一ファイバのブリル
B2max
アンスペクトル B1及び第二ファイバのブリルアンスペクトル B2のピーク線幅以上であ る。
[0037] 図 1に戻って、測定器 5は、光ファイバ部 10から出力されるブリルアンスペクトルを 検出することにより、センシングファイバ 11のブリルアンスペクトルと接続用ファイバ 1 2、 13のブリルアンスペクトルの双方を検出している。測定器 5は、検出されたブリル アンスペクトルを示す情報を判別部 7へ出力する。図 6は、第 1実施例に係るブリルァ ンスペクトル測定装置 1に適用される光ファイバ部のブリルアンスペクトルである。図 6 は、センシングファイバ 11及び接続用ファイバ 12、 13への印加歪みが 0%、かつ、接 続用ファイバ 12、 13の温度が室温の状態において、光ファイバ部 10から得られたブ リルアンスペクトルである。
[0038] ブリルアンスペクトル Baは、測定対象 3及びセンシングファイバ 11の温度が 277K の場合に得られる。ブリルアンスペクトル Baは、センシングファイバ 11のブリルアンス ベクトル Bl laと接続用ファイバ 12, 13のブリルアンスペクトル B12aとを含む。ブリル アンスペクトル Bbは、測定対象 3及びセンシングファイバ 11の温度が 296Kの場合に 得られる。ブリルアンスペクトル Bbは、センシングファイバ 11のブリルアンスペクトル B l ibと接続用ファイバ 12、 13のブリルアンスペクトル B12bとを含む。ブリルアンスべ タトル Beは、測定対象 3及びセンシングファイバ 11の温度が 323Kの場合に得られる 。ブリルアンスペクトル Beは、センシングファイバ 11のブリルアンスペクトル Bl lcと接 続用ファイバ 12、 13のブリルアンスペクトル B 12cとを含む。
[0039] 図 6に示されたように、センシングファイバ 11のブリルアンスペクトル Bl la〜： Bl lc のピーク周波数と接続用ファイバ 12、 13のブリルアンスペクトル B 12a〜S 12cのピー ク周波数との差は、ブリルアンスペクトル Bl la〜： Bl lcとブリルアンスペクトル B12a 〜S 12cそれぞれのピーク線幅以上である。また、センシングファイバ 11のブリルアン スペクトル Bl la〜： Bl lcのピーク周波数は、接続用ファイバ 12、 13のブリルアンスべ タトル B12a〜B12cのピーク周波数よりも高ぐセンシングファイバ 11の温度が高い ほど高周波側にシフトする。
[0040] 図 1に戻って、判別部 7は、測定器 5が検出した光ファイバ部 10のブリルアンスぺク トルに基づ 、て、センシングファイバ 11のブリルアンスペクトルと接続用ファイバ 12、 13のブリルアンスペクトルとをそれぞれ判別する（センシングファイバ 11と接続用ファ ィバ 12, 13の接続箇所を測定データ上で確認)。例えば、判別部 7は、図 6における ブリルアンスペクトル Baを示す情報が測定器 5から入力されると、ブリルアンスぺクト ル Bl laがセンシングファイバ 11に対応し、ブリルアンスペクトル Bl 2aが接続用ファ ィバ 12、 13に対応すると判別する。判別部 7は、センシングファイバ 11に対応すると 判別されたブリルアンスペクトルを示す算出部である情報を温度 ·歪測定部 9へ出力 する。
[0041] 温度'歪測定部 9は、判定部 7から出力された情報が示すブリルアンスペクトルのピ ーク周波数、ピーク線幅、又はゲインのうち少なくとも一つを利用してセンシングファ ィバ 11の温度及び歪を測定する。そして、温度'歪測定部 9は、測定された温度及び 歪を用いて測定対象 3の温度及び歪を解析する。
[0042] この第 1実施例に係るブリルアンスペクトル測定装置 1では、図 7に示されたブリルァ ンスペクトル測定方法によってセンシングファイバ 11のブリルアンスペクトルを測定し 、測定対象 3の温度及び歪を解析する。図 7は、第 1実施例に係るブリルアンスぺクト ル測定装置の動作を説明するためのフローチャート (この発明に係るブリルアンスべ タトル測定方法)である。まず、検出ステップ S1において、測定器 5が、光ファイバ部 1 0から出力されるブリルアンスペクトルを検出する。
[0043] 検出ステップ S1は、センシングファイバ 11及び接続用ファイバ 12、 13が所定の温 度範囲及び所定の歪み印加範囲である状態にぉ 、て行われる。所定の温度範囲及 び所定の歪み印加範囲とは、センシングファイバ 11のブリルアンスペクトル B1におけ るピーク周波数の最小値 V と接続用ファイバ 12、 13のブリルアンスペクトル B2に
Blmin
おけるピーク周波数の最大値 V との差が、センシングファイバ 11のブリルアンス
B2max
ベクトル B1及び接続用ファイバ 12、 13のブリルアンスペクトル B2の線幅（50MHz) 以上となる範囲である。
[0044] 図 8は、第 1実施例に係るブリルアンスペクトル測定装置 1に適用される光ファイバ 部 10のブリルアンスペクトルである。すなわち、図 8は、センシングファイバ 11及び接 続用ファイバ 12、 13への印加歪みが 0%、かつ、接続用ファイバ 12、 13の温度が室 温の状態において、測定器 5が検出する光ファイバ部 10からのブリルアンスペクトル である。
[0045] ブリルアンスペクトル Bdは、測定対象 3及びセンシングファイバ 11の温度が 300K の場合に得られる。ブリルアンスペクトル Bdは、センシングファイバ 11のブリルアンス ベクトル Bl Idと接続用ファイバ 12、 13のブリルアンスペクトル B12dとを含む。センシ ングファイバ 11のブリルアンスペクトル Bl Idのピーク周波数と接続用ファイバ 12、 1 3のブリルアンスペクトル B12dのピーク周波数とは、周波数軸上においてブリルアン スペクトル Bl Idとブリルアンスペクトル B12dとの線幅以上離れて!/、る。
[0046] ブリルアンスペクトル Bxは、測定対象 3及びセンシングファイバ 11の温度が 77Kの 場合に得られる。ブリルアンスペクトル Bxは、
タトルのピーク周波数と接続用ファイバ 12、 13それぞれのブリルアンスペクトルのピ ーク周波数との差が、周波数軸上にぉ 、てそれぞれのブリルアンスペクトルのピーク 線幅より小さい。よって、ブリルアンスペクトル Bxからセンシングファイバ 11のブリルァ ンスペクトルのパラメータと接続用ファイバ 12、 13のブリルアンスペクトルのパラメータ とを精度よく判別することができな 、。
[0047] センシングファイバ 11のブリルアンスペクトルにおけるピーク周波数 V は、センシン
B
グファイバ 11の温度が 1°C上昇すると、 1〜1. 36MHzの割合で高周波側にシフトす る。したがって、測定対象 3及びセンシングファイバ 11の温度が 150K以上の範囲で あれば、センシングファイバ 11のブリルアンスペクトル B1におけるピーク周波数の最 小値 V と接続用ファイバ 12、 13のブリルアンスペクトル B2におけるピーク周波数
Blmin
の最大値 V との差
B2max は、 クトル B1及び接続 用ファイバ 12、 13のブリルアンスペクトル B2それぞれにおけるピーク線幅（50MHz) 以上となる。このとき、温度範囲は 150K以上であり、印加歪みは 0%程度である。
[0048] なお、センシングファイバ 11におけるブリルアンスペクトル B1のピーク周波数の最 小値 V 力 接続用ファイバ 12、 13のブリルアンスペクトル B2におけるピーク周波
Blmin
数の最大値 V よりも大きくなるためには、所定の温度範囲 Δ (最大温度 (T )
B2max T MAX 最小温度 (T ) )、印加歪み 0%において以下の条件を満たす必要がある。
ΜΙΝ
600 (MHz) X Δ (%) - l (MHz/K) X Δ (K)≥0 (MHz)
D Τ
ここで、 Δ は接続用光ファイバ 12、 13におけるコアの比屈折率差とセンシンダフアイ
D
バ 11におけるコアの比屈折率差の差である。例えば、温度範囲が 150Κ〜300Κの 場合、 Δ は 0. 25%以上であればよぐこの条件を満たすようにセンシングファイバ 1
D
1と接続用ファイバ 12、 13が選択されればよい。
[0049] また、センシングファイバ 11のブリルアンスペクトルにおけるピーク周波数 V と、接
Β
続用ファイバ 12、 13のブリルアンスペクトルにおけるピーク周波数 V との差を、ピー
Β
ク線幅 50MHzよりも大きくするためには、所定の温度範囲 Δ (最大温度 (T ) -
T MAX
最小温度 (T ) )、印加歪み 0%において以下の条件を満たす必要がある。
MIN
600 (MHz) X Δ (%) 1 (MHz/K) X Δ (K)≥ 50 (MHz) 例えば、温度範囲が 150K(T ；)〜 300Κ (Τ )の場合、 Δ は 0. 33%以上であ
MIN MAX D
ればよぐこの条件を満たすようにセンシングファイバ 11と接続用ファイバ 12、 13が 選択されればよい。
[0050] 図 7に戻って、判別ステップ S 2では、判別部 7が、検出ステップ S1において検出さ れたブリルアンスペクトルに基づ 、て、センシングファイバ 11のブリルアンスペクトルと 接続用ファイバ 12、 13のブリルアンスペクトルとをそれぞれ判別する（センシングファ ィバ 11と接続用ファイバ 12、 13の接続箇所を測定データ上で確認)。続いて、測定 ステップ S3にお 、て、温度 ·歪測定部 9が、判別ステップ S2にお 、て判別されたセン シングファイバ 11のブリルアンスペクトルのパラメータに基づ 、て、センシングフアイ バ 11の温度及び歪を測定する。そして、温度'歪測定部 9は、測定された温度及び 歪に基づいて測定対象 3の温度及び歪が解析される。
[0051] 以上説明したように、第 1実施例では、所定の温度及び所定の歪み印加状態のセ ンシングファイバ 11におけるブリルアンスペクトル B1のピーク周波数と所定の温度及 び所定の歪み印加状態の接続用ファイバ 12、 13におけるブリルアンスペクトル B2の ピーク周波数との差は、所定の温度及び所定の歪み印加状態のセンシングファイバ 11及び接続用ファイバ 12、 13それぞれにおけるブリルアンスペクトルのピーク線幅 以上である。
[0052] また、第 1実施例では、所定の温度範囲又は所定の歪み印加範囲のセンシンダフ アイバ 11のブリルアンスペクトル B1におけるピーク周波数の最小値 V 力 所定の
Bimin
温度範囲又は所定の歪み印加範囲の接続用ファイバ 12、 13のブリルアンスペクトル B2におけるピーク周波数の最大値 V より大きい。
B2max
[0053] 第 1実施例では、所定の温度範囲及び所定の歪み印加範囲において、センシング ファイバ 11のブリルアンスペクトル B1におけるピーク周波数の最小値 V と接続用
Bimin
ファイバ 12、 13のブリルアンスペクトル B2におけるピーク周波数の最大値 V との
B2max 差は、センシングファイバ 11のブリルアンスペクトル B1及び接続用ファイバ 12、 13の ブリルアンスペクトル B2それぞれにおけるピーク線幅以上である。
[0054] さらに、検出ステップ S1は、センシングファイバ 11のブリルアンスペクトル B1におけ るピーク周波数の最小値 V と接続用ファイバ 12、 13のブリルアンスペクトル B2に
Bimin おけるピーク周波数の最大値 v との差が、センシングファイバ 11のブリルアンス
B2max
ベクトル B1及び接続用ファイバ 12、 13のブリルアンスペクトル B2それぞれにおける ピーク線幅以上となる所定の温度範囲及び所定の歪み印加範囲において行われる
[0055] よって、測定器 5が検出する光ファイバ部 10からのブリルアンスペクトルに関し、セ ンシングファイバ 11のブリルアンスペクトルにおけるピーク周波数と接続用ファイバ 1 2、 13のブリルアンスペクトルにおけるピーク周波数との差は、それぞれのブリルアン スペクトルのピーク線幅以上となる。そのため、センシングファイバ 11のブリルアンス ベクトルと接続用ファイバ 12、 13のブリルアンスペクトルとを的確に判別することがで きる。その結果、センシングファイバ 11と接続用ファイバ 12、 13とにそれぞれ対応す るブリルアンスペクトルのパラメータを精度良く測定することができる。すなわち、セン シングファイバ 11が設置される測定対象 3の温度及び歪をより精度良く解析すること ができる。
[0056] センシングファイバ 11のブリルアンスペクトルにおけるピーク周波数は、室温かつ印 加歪みが 0%の状態で、接続用ファイバ 12、 13のブリルアンスペクトルにおけるピー ク周波数より高い。また、センシングファイバのブリルアンスペクトルにおけるピーク周 波数は、センシングファイバ 11の温度が上昇すると高周波側にシフトする。したがつ て、この第 1実施例に係るブリルアンスペクトル測定装置 1は、室温以上の温度測定 に特に好適である。
[0057] (比較例）
次に、上述の第 1実施例との比較のため、ゲルマニウムが添加されることにより純シ リカに対する比屈折率差が 0. 35%であるコアを有する、長さ 5mのシングルモードフ アイバがセンシングファイバとして適用された比較例について説明する。図 9は、比較 例に係るブリルアンスペクトル測定装置に適用される光ファイバ部のブリルアンスぺク トルである。なお、図 8は、センシングファイバ及び接続用ファイバ 12、 13への印加歪 みが 0%、かつ、接続用ファイバ 12、 13の温度が室温の状態において、光ファイバ 部から出力されるブリルアンスペクトルである。
[0058] ブリルアンスペクトル Bizは、測定対象 3及びセンシングファイバの温度が 323K (5 0°C)の場合に得られる。ブリルアンスペクトル Bizは、センシングファイバのブリルァ ンスペクトルにおけるピーク周波数と接続用ファイバ 12、 13のブリルアンスペクトルに おけるピーク周波数との差力 周波数軸上においてそれぞれのブリルアンスペクトル のピーク線幅より小さい。よって、ブリルアンスペクトル Bizからセンシングファイバの ブリルアンスペクトルパラメータと接続用ファイバ 12、 13のブリルアンスペクトルのパラ メータとを精度良く測定することができない。
[0059] また、ブリルアンスペクトル B2zは、測定対象 3及びセンシングファイバの温度が 27 3. 5Kの場合に得られる。ブリルアンスペクトル B2zは、センシングファイバのブリルァ ンスペクトルにおけるピーク周波数と接続用ファイバ 12、 13のブリルアンスペクトルに おけるピーク周波数との差力 周波数軸上においてそれぞれのブリルアンスペクトル のピーク線幅より小さい。よって、ブリルアンスペクトル B2zからセンシングファイバの ブリルアンスペクトルのパラメータと接続用ファイバ 12、 13のブリルアンスペクトルの ノ メータとを精度良く抽出することができない。
[0060] すなわち、この比較例に係るブリルアンスペクトル測定装置では、上述のようなセン シングファイバが適用された場合、 150K以上の所定の温度範囲において、センシン グファイバのブリルアンスペクトルにおけるピーク周波数と接続用ファイバ 12、 13のブ リルアンスペクトルにおけるピーク周波数との差力 周波数軸上においてそれぞれの ブリルアンスペクトルの線幅より小さくなる。よって、センシングファイバのブリルアンス ベクトルのパラメータを測定することができな 、。
[0061] この比較例に対して上述の第 1実施例では、測定対象となる温度範囲及び歪み印 加範囲において、センシングファイバ 11のブリルアンスペクトルにおけるピーク周波 数と接続用ファイバ 12、 13のブリルアンスペクトルにおけるピーク周波数との差が周 波数軸上においてそれぞれのブリルアンスペクトルのピーク線幅以上となるように、セ ンシングファイバ 11と接続用ファイバ 12、 13とが選択される。よって、上述の第 1実施 例では、センシングファイバのブリルアンスペクトルのパラメータと接続用ファイバ 12、 13のブリルアンスペクトルのパラメータとを精度よく測定することができる。
[0062] この第 1実施例は、種々の変形が可能である。例えば、所定の温度範囲は、 67〜7 7Kを含む範囲、又は 300Kを含んでも良ぐ 200〜600Kとしてもよい。また、所定の 歪み印加範囲は、 1%〜+ 1%、 -0. 1%〜+ 0. 1%、又は 0. 01%〜+ 0. 0 1%の範囲でもよぐ 0%を含む範囲でもよい。
[0063] 引き続いて、この第 1実施例の第 1〜第 3変形例について説明する。
[0064] (第 1変形例）
上述の第 1実施例では、センシングファイバ 11として、純シリカコアを有する、長さ 1 OOmの光ファイバファイバ（純シリカに対するコアの比屈折率差が 0%)が適用された 。第 1実施例の第 1変形例では、センシングファイバとして、純シリカに対するコアの 比屈折率差が 0. 35%、長さが 100m程度のシングルモードファイバが適用される。
[0065] 図 10は、第 1実施例に係るブリルアンスペクトル測定装置の第 1変形例に適用され る光ファイバ部のブリルアンスペクトルである。すなわち、図 10は、センシングファイバ 11及び接続用ファイバ 12、 13への印加歪みが 0%、かつ、接続用ファイバ 12、 13 の温度が室温の状態において、光ファイバ部 10から出力されるブリルアンスペクトル である。
[0066] ブリルアンスペクトル Beは、測定対象 3及びセンシングファイバ 11の温度が 77Kの 場合に得られる。ブリルアンスペクトル Beは、センシングファイバのブリルアンスぺクト ル Bi leと接続用ファイバ 12、 13のブリルアンスペクトル B12eとを含む。センシング ファイバ 11のブリルアンスペクトル Bi leのピーク周波数と接続用ファイバ 12、 13の ブリルアンスペクトル B12eのピーク周波数との差は、周波数軸上においてブリルアン スペクトル Bi leとブリルアンスペクトル B12eそれぞれにおけるピーク線幅以上であ る。
[0067] ブリルアンスペクトル Byは、測定対象 3及びセンシングファイバ 11の温度が 300K の場合に得られる。ブリルアンスペクトル Byでは、センシングファイバのブリルアンス ベクトルにおけるピーク周波数と接続用ファイバ 12、 13のブリルアンスペクトルにお けるピーク周波数との差力 周波数軸上においてそれぞれのブリルアンスペクトルの ピーク線幅より小さい。
[0068] この第 1変形例に適用されたセンシングファイバ 11の場合、測定対象 3及びセンシ ングファイバ 11の温度が 200K以下又は 400K以上、かつ、光ファイバ 10全体への 印加歪みが 0%であれば、センシングファイバ 11のブリルアンスペクトルにおけるピー ク周波数の最小値と接続用ファイバ 12、 13のブリルアンスペクトルにおけるピーク周 波数の最大値との差は、センシングファイバ 11のブリルアンスペクトル及び接続用フ アイバ 12、 13のブリルアンスペクトルそれぞれにおけるピーク線幅以上である。この 第 1変形例では、所定の温度範囲が 200K以下かつ 400K以上であり、所定の印加 歪みが 0%である。
[0069] すなわち、温度が 200K以下かつ印加歪み 0%の状態において、センシンダフアイ バ 11のブリルアンスペクトル B1におけるピーク周波数の最大値力 接続用ファイバ 1 2、 13のブリルアンスペクトル B2におけるピーク周波数の最小値より小さい。カロえて、 温度が 400K以上かつ印加歪み 0%の状態において、センシングファイバ 11のブリ ルアンスペクトル B1におけるピーク周波数の最小値力 接続用ファイバ 12、 13のブ リルアンスペクトル B2におけるピーク周波数の最大値より大きい。
[0070] このように、第 1変形例では、測定器 5が検出するブリルアン散乱光のスペクトルに 関し、センシングファイバのブリルアンスペクトルにおけるピーク周波数と接続用フアイ ノ 12、 13のブリルアンスペクトルにおけるピーク周波数との差は、周波数軸上でそれ ぞれのブリルアンスペクトルのピーク線幅以上である。よって、センシングファイバと接 続用ファイバ 12、 13とにそれぞれ対応するブリルアンスペクトルのパラメータを精度 良く測定することができる。その結果、測定対象 3の温度又は歪が精度良く解析され 得る。
[0071] (第 2変形例）
上述の第 1実施例の第 2変形例では、センシングファイバ 11として、ゲルマニウムが 添加されることにより純シリカに対する比屈折率差が 0. 8%に設定されたコアを有す る、長さ 100m程度の曲げ損失が改善されたシングルモードファイバ（曲げ損失改善 ファイバ）が適用される。図 11は、第 1実施例に係るブリルアンスペクトル測定装置の 第 2変形例に適用される光ファイバ部のブリルアンスペクトルを示す。図 11は、センシ ングファイバ 11及び接続用ファイバ 12、 13への印加歪みが 0%、かつ、接続用ファ ィバ 12、 13の温度が室温の状態において、光ファイバ部から出力されるブリルアン 散乱光のスペクトルを示す。
[0072] ブリルアンスペクトル Bgは、測定対象 3及びセンシングファイバ 11の温度が 77Kの 場合に得られる。ブリルアンスペクトル Bgは、センシングファイバのブリルアンスぺクト ル Bl lgと接続用ファイバ 12、 13のブリルアンスペクトル B12gとを含む。センシング ファイバ 11のブリルアンスペクトル Bl lgのピーク周波数と接続用ファイバ 12、 13の ブリルアンスペクトル B12gピーク周波数との差は、周波数軸上においてブリルアンス ベクトル Bl lgとブリルアンスペクトル B12gそれぞれにおけるピーク線幅以上である。
[0073] ブリルアンスペクトル Bfは、測定対象 3及びセンシングファイバ 11の温度が 300K の場合に得られる。ブリルアンスペクトル Bfは、センシングファイバのブリルアンスぺク トル Bl Ifと接続用ファイバ 12、 13のブリルアンスペクトル B12fとを含む。センシング ファイバ 11のブリルアンスペクトル Bl Ifのピーク周波数と接続用ファイバ 12、 13のブ リルアンスペクトル B12fのピーク周波数とは、周波数軸上においてブリルアンスぺクト ル Bl lfとブリルアンスペクトル B12fそれぞれにおけるピーク線幅以上である。
[0074] この第 2変形例に適用されたセンシングファイバ 11の場合、測定対象 3及びセンシ ングファイバ 11の温度が 300以下、かつ、光ファイバ 10全体への印加歪みが 0%で あれば、センシングファイバ 11のブリルアンスペクトルにおけるピーク周波数の最小 値と接続用ファイバ 12、 13のブリルアンスペクトルにおけるピーク周波数の最大値と の差は、センシングファイバ 11のブリルアンスペクトル及び接続用ファイバ 12、 13の ブリルアンスペクトルそれぞれにおけるピーク線幅以上である。なお、この第 2変形例 では、所定の温度範囲は 300K以下であり、所定の印加歪みは 0%である。
[0075] また、 300K以下かつ印加歪み 0%の状態において、センシングファイバ 11のブリ ルアンスペクトル B1におけるピーク周波数の最大値は、接続用ファイバ 12、 13のブ リルアンスペクトル B2におけるピーク周波数の最小値より小さい。
[0076] このように、第 2変形例では、測定器 5が検出する光ファイバ部 10からのブリルアン スペクトルに関し、センシングファイバ 11のブリルアンスペクトルにおけるピーク周波 数と接続用ファイバ 12、 13のブリルアンスペクトルにおけるピーク周波数との差は、 周波数軸上でそれぞれのブリルアンスペクトルのピーク線幅以上である。よって、セ ンシングファイバ 11と接続用ファイバ 12、 13とにそれぞれ対応するブリルアンスぺク トルのパラメータをより精度良く測定することができる。その結果、測定対象 3の温度 又は歪が精度良く解析され得る。 [0077] センシングファイバ 11のブリルアンスペクトルにおけるピーク周波数は、温度が 300 Kかつ印加歪みが 0%の状態で、接続用ファイバ 12、 13のブリルアンスペクトルにお けるピーク周波数より低い。また、センシングファイバ 11のブリルアンスペクトルにお けるピーク周波数は、センシングファイバの温度が下降すると低周波側にシフトする。 したがって、当該第 1実施例に係るブリルアンスペクトル測定装置 1は、 300K以下の 温度測定に特に好適である。
[0078] (第 3変形例）
図 12は、第 1実施例に係るブリルアンスペクトル測定装置の第 3変形例の構成を示 す図である。この第 3変形例に係るブリルアンスペクトル測定装置 laが備える測定器 5aには、光ファイバ部 10aの一端が接続されており、この一端から光ファイバ部 10a へパルス光 (ポンプ光）を入力される。
[0079] また、この第 3変形例における光ファイバ部 10aは、 1本のセンシングファイバ 11と 1 本の接続用ファイバ 12とによって構成されている。センシングファイバ 11の一端には 接続用ファイバ 12の一端が接続され、接続用ファイバ 12の他端が測定器 5aに接続 されている。このように構成された光ファイバ部 10aから得られるブリルアンスペクトル 力 測定器 5aによって検出される。
[0080] (第 2実施例）
図 13は、この発明に係るブリルアンスペクトル測定装置の第 2実施例の構成を示す 図である。この第 2実施例に係るブリルアンスペクトル測定装置 2は、測定器 25 (検出 手段)と、判別部 27 (判別手段)と、算出部である分布測定部 (測定手段) 29と、光フ アイバ部 30とを備えて、測定対象 3の温度及び歪の分布を測定する装置である。
[0081] 光ファイバ部 30は、光ファイバ部 30の両端が測定器 25に接続されている。また、 光ファイバ部 30は、図 14に示されたように、センシングファイバとして 1本の第一光フ アイバ 41と、接続用ファイバとして 2本の第二光ファイバ 42とを備える。図 13は、第 2 実施例に係るブリルアンスペクトル測定装置に適用される光ファイバ部の構成を説明 するための図である。特に、図 14の領域 (a)は、光ファイバ部の構成を示す。なお、 第一及び第二光ファイバ 41、 42間の接続部は、図 2に示されたような構造を備える。
[0082] 第一光ファイバ 41は、一端力も他端まで測定対象 3に接触した状態で設置されて いる。例えば、第一光ファイバ 41は、測定対象 3に貼り付け、浸漬、又は埋設して配 置される。
[0083] 2本の第二光ファイバ 42は、第一光ファイバ 41の両端にそれぞれ直列接続されて いる。これら 2本の第二光ファイバ 42は、第一光ファイバ 41の両端にそれぞれの一 端が接続され、他端が測定器 25に接続されている。なお、 2本の第二光ファイノ 2 は、測定対象 3と接していない。
[0084] 図 14の領域 (b)は、所定の温度及び所定の歪み印加状態における光ファイバ部 3 0におけるブリルアンスペクトルのパラメータ分布を示す。図 14の領域 (b)における横 軸は、光ファイバ部 30の一端からの距離であり、縦軸はブリルアンスペクトルのパラメ ータを示す。ブリルアンスペクトルのパラメータは、ブリルアンスペクトルにおけるピー ク周波数、ピーク線幅、又はゲインのいずれかである。ブリルアンスペクトルのパラメ ータは、光ファイバの温度及び歪に応じて変化する。
[0085] 図 14の領域 (b)において、領域 A41は、第一光ファイバ 41に対応するとともに、測 定対象 3の温度及び歪み印加の影響を受ける測定領域である。領域 A42は、第二 光ファイバ 42に対応する非測定領域である。図 14の領域 (b)に示されたように、第 一光ファイバ 41と第二光ファイバ 42は、少なくとも 1つのブリルアンスペクトルパラメ一 タの値が異なる。
[0086] 所定の温度及び所定の歪み印加状態において、第一光ファイバ 41のブリルアンス ベクトルにおけるピーク周波数と第二光ファイバ 42のブリルアンスペクトルにおけるピ ーク周波数との差は、第一光ファイバ 41及び第二光ファイバ 42のブリルアンスぺクト ルそれぞれにおけるピーク線幅以上である。また、所定の温度範囲及び所定の歪み 印加範囲において、第一光ファイバ 41のブリルアンスペクトルにおけるピーク周波数 の最小値は、第二光ファイバのブリルアンスペクトルにおけるピーク周波数の最大値 より大きい。
[0087] また、所定の温度範囲及び所定の歪み印加範囲において、第一光ファイバ 41のブ リルアンスペクトルにおけるピーク周波数の最小値と第二光ファイノ 42のブリルアン スペクトルにおけるピーク周波数の最大値との差は、第一光ファイバ 41及び第二光 ファイバ 42のブリルアンスペクトルそれぞれにおけるピーク線幅以上である。 [0088] この第 2実施例において、所定の温度範囲とは、 67〜77K、 273〜323Κ、又は 3 ΟΟΚを含んでも良く、 0〜200Κ、又は 200〜600Κの範囲でもよい。また、この第 2 実施例において、所定の歪み印加範囲は、一 1%〜+ 1%、 一 0. 1%〜+ 0. 1%、 又は—0. 01%〜+ 0. 01%の範囲でもよぐ 0%を含む範囲でもよい。
[0089] 第一光ファイバ 41と第二光ファイバ 42は、上述のような所定の温度範囲及び上記 所定の歪み印加範囲において、第一光ファイバ 41のブリルアンスペクトルにおけるピ ーク周波数の最小値と第二光ファイノ 42のブリルアンスペクトルにおけるピーク周波 数の最大値との差が所定の温度及び所定の歪み印加状態における第一光ファイバ 41及び第二光ファイバ 42のブリルアンスペクトルそれぞれにおけるピーク線幅以上 となるように選択される。
[0090] この第 2実施例では、例えば、第二光ファイノ 42として汎用的な SMF (シングルモ 一ドファイノ が適用される。汎用的な SMFは、室温で歪のない状態において、プリ ルアンスペクトルのピーク周波数が 10. 8〜： LO. 9GHz程度、ピーク線幅が 50MHz 程度である。この場合、第一光ファイバ 41として、例えば、純シリカコアを有する光フ アイバが適している。純シリカコアを有する光ファイバは、室温で歪のない状態におい て、ブリルアンスペクトルのピーク周波数が 11. 08GHz程度、ピーク線幅が 50MHz 程度である。
[0091] 図 13に戻って、測定器 25は、光ファイバ部 30から出力されるブリルアンスペクトル を検出する。測定器 25は、例えば、 BOCDA(Brillouin Optical Correlation Domain Analysis)である。 BOCDAは、互いに等しい変調周波数で周波数変調されたポンプ 光とプローブ光とを光ファイバ部 30の両端カゝらそれぞれ逆方向に伝搬するよう入射さ せ、それぞれの位相が一致することで相関値が高まる位置におけるブリルアンスぺク トルを測定する。
[0092] また、 BOCDAは、ポンプ光とプローブ光との変調周波数を変化させることにより、 測定位置を光ファイバ部 30の長手方向に沿って変化させ、光ファイバ部 30の長手 方向に沿ったブリルアンスペクトルの分布を測定する。測定器 25は、検出されたプリ ルアンスペクトルを示す情報と、ポンプ光及びプローブ光の変調周波数に関する情 報を判別部 27へ出力する。 [0093] 判別部 27は、測定器 25が検出したブリルアンスペクトルに基づいて第一光フアイ ノ 41のブリルアンスペクトルと第二光ファイバ 42のブリルアンスペクトルとをそれぞれ 判別する（測定データ上で第一光ファイバ 41と第二光ファイバ 42の接続箇所を確認 )。判別部 27は、第一光ファイバ 42のブリルアンスペクトルを示す情報と、対応するポ ンプ光及びプローブ光の変調周波数に関する情報とを分布測定部 29へ出力する。
[0094] 分布測定部 29は、判別部 27が判別した第一光ファイバ 41のブリルアンスペクトル と、対応するポンプ光及びプローブ光の変調周波数に関する情報とに基づいて、第 一光ファイバ 41の長手方向に沿った温度分布又は歪分布を測定する。そして、分布 測定部 29は、測定結果に基づいて、測定対象 3の温度分布又は歪分布を解析する
[0095] ところで、 BOCDAでは、ポンプ光とプローブ光の位相が一致することで相関値が 高まる位置におけるブリルアンスペクトルを測定する。しかしながら、 BOCDAでは、 ブリルアンスペクトルの発生位置を直接的に特定することが困難であった。
[0096] この第 2実施例に係るブリルアンスペクトル測定装置によれば、測定器 25が検出す るブリルアン散乱光において、第一光ファイバ 41のブリルアンスペクトルにおけるピ ーク周波数と第二光ファイバ 42のブリルアンスペクトルにおけるピーク周波数との差 力、周波数軸上においてそれぞれのブリルアンスペクトルのピーク線幅以上である。 よって。より明確に第一光ファイバ 41及び第二光ファイノく 42のブリルアンスペクトル のパラメータを測定することができる。測定器 25によって測定されるブリルアンスぺク トルのパラメータの長手方向分布測定結果と、第二光ファイバ 42が設置された実際 の位置とを比較することにより測定位置を明確ィ匕することができる。すなわち、第一光 ファイバ 41に対応する区間を直接的に特定し、測定対象 3に対応するブリルアンス ベクトルを明確に識別することができる。その結果、第 2実施例に係るブリルアンスべ タトル測定装置は、より精度よく測定対象に対応するブリルアンスペクトルを測定し得 る。
[0097] この発明は、上述のような第 2実施例に限定されるものではなぐ種々の変形が可 能である。例えば、所定の温度範囲及び所定の歪み印加範囲において、第一光ファ ィバ 41のブリルアンスペクトルにおけるピーク周波数の最大値が第二光ファイノく 42 のブリルアンスペクトルにおけるピーク周波数の最小値より小さぐかつ、第一光ファ ィバ 41のブリルアンスペクトルにおけるピーク周波数の最大値と第二光ファイバ 42の ブリルアンスペクトルにおけるピーク周波数の最小値との差は、所定の温度及び所定 の歪み印加状態において第一光ファイバ 41及び第二光ファイバ 42のブリルアンス ベクトルそれぞれにおけるピーク線幅以上であってもよい。
[0098] 上述の第 2実施例では、測定器 25は、 BOCDAを用いて光ファイバ部 30の長手方 向に沿ったブリルアンスペクトルの分布測定を行う。しかしながら、測定器 25は、 BO TDR又は BOTD A等を用いてブリルアンスペクトルの分布測定を行ってもよ!、。 BP TDRを用いる場合のブリルアンスペクトルとは、ポンプ光によって生じた後方ブリルァ ン散乱光のスペクトルである。 BOTDA又は BOCDAでは、ポンプ光とプローブ光と を逆方向に伝搬するように入射させ、ポンプ光によって生じたブリルアン利得によつ て増幅されたプローブ光を観測する。 BOTDA又は BOCDAを用いる場合のブリル アンスペクトルとは、プローブ光がポンプ光から受けたブリルアン利得のスペクトルの ことである。
[0099] 例えば、光ファイバ部 30は、下記第 1〜第 5変形例のような構造を備えてもよい。ま た、測定器 25によるブリルアンスペクトルの測定方法は、第 6変形例のように行われ てもよい。
[0100] (第 1変形例）
第 2実施例に係るブリルアンスペクトル測定装置の第 1変形例に適用される光フアイ バ部 30aは、図 15に示されたように、第一光ファイバ 41と第二光ファイバ 42とを備え る。図 15は、第 2実施例に係るブリルアンスペクトル測定装置の第 1変形例に適用さ れる光ファイバ部の構造を説明するための図である。特に、図 15の領域 (a)は、光フ アイバ部 30aの構成を示す。
[0101] 第一光ファイバ 41は、測定対象 3に接触して設置されている。第二光ファイバ 42は 、第一光ファイバ 41において測定対象 3に接触している部分の両端にそれぞれ挿入 され、第一光ファイバ 41と直列接続されている。また、第二光ファイバ 42は、測定対 象 3と非接触状態で設置されている。この第 1変形例において、第二光ファイバ 42の 長さは、第一光ファイバ 41において測定対象 3に接触している部分の長さより短い。 また、光ファイバ部 30aの両端部は、第一光ファイバ 41によって構成され、第一光フ アイバ 41の端部が測定器 25に接続されている。
[0102] 図 15の領域 (b)は、光ファイバ部 30aにおけるブリルアンスペクトルパラメータ分布 を示す。図 15の領域 (b)における横軸は、光ファイバ部 30aの一方端力もの距離で あり、縦軸はブリルアンスペクトルのパラメータを示す。図 15の領域 (b)において、領 域 A41は、第一光ファイバ 41に対応する領域であるが、特に領域 A42で挟まれた領 域は、測定対象 3の温度及び歪み印加の影響を受ける測定領域である。領域 A42 は、第二光ファイバ 42に対応する領域である。
[0103] 図 15の領域 (b)に示されたように、第一光ファイバ 41と第二光ファイバ 42とは、少 なくとも 1つのブリルアンスペクトルパラメータの値が互いに異なる。また、測定器 25に よって検出されるブリルアン散乱光において、第一光ファイバ 41のブリルアンスぺクト ルにおけるピーク周波数と第二光ファイバ 42のブリルアンスペクトルにおけるピーク 周波数との差は、周波数軸上においてそれぞれのブリルアンスペクトルのピーク線幅 以上である。よって、測定領域 (測定対象区間）の開始位置に対応するブリルアンス ベクトルと終了位置に対応するブリルアンスペクトルとを判別することができる。すな わち、第一光ファイバ 41に対応する区間 (測定領域)を直接的に特定し、測定対象 3 に対応するブリルアンスペクトルのパラメータをより精度良く測定することができる。ま た、第一光ファイバ 41と第二光ファイノく 42とのブリルアンスペクトルのパラメータをそ れぞれより精度良く測定することができる。
[0104] (第 2変形例）
第 2実施例に係るブリルアンスペクトル測定装置の第 2変形例に適用される光フアイ バ部 30bは、図 16に示されたように、第一光ファイバ 41と第二光ファイバ 42とを備え る。図 16は、第 2実施例に係るブリルアンスペクトル測定装置の第 2変形例に適用さ れる光ファイバ部の構造を説明するための図である。特に、図 16の領域 (a)は、光フ アイバ部 30bの構成を示す。
[0105] 光ファイバ部 30bは、長さが既知の第一光ファイバ 41と第二光ファイバ 42とが交互 に直列接続された構造を有する。すなわち、光ファイバ部 30bにおいて、予め決めら れた長さの第二光ファイバ 42は、第一光ファイバ 41における予め決められた位置に 挿入された状態で第一光ファイバ 41に直列接続されて 、る。この第 2変形例では、 複数の第一光ファイバ 41の長さは互いに同じである。複数の第二光ファイバ 42の長 さは互いに同じであるが、それぞれの長さは第一光ファイバ 41の長さより短く設定さ れている。
[0106] また、光ファイバ部 30bは、測定対象 3に接触して設置されている。すなわち、光フ アイバ部 30bに含まれる複数の第一光ファイバ 41と複数の第二光ファイバ 42とが、 測定対象 3に接触して設置されている。
[0107] 図 16の領域 (b)は、光ファイバ部 30bにおけるブリルアンスペクトルパラメータ分布 を示す。図 16の領域 (b)における横軸は、光ファイバ部 30bの一端力もの距離であり 、縦軸はブリルアンスペクトルのパラメータを示す。図 16の領域 (b)において、領域 A 41は、第一光ファイバ 41に対応し、領域 A42は、第二光ファイバ 42に対応する領域 である。
[0108] 図 16の領域 (b)に示されたように、第一光ファイバ 41と第二光ファイバ 42とは、少 なくとも 1つのブリルアンスペクトルパラメータの値が互いに異なる。また、測定器 25に よって検出される光ファイバ部 30bからのブリルアン散乱光のスペクトルに関し、第一 光ファイバ 41のブリルアンスペクトルにおけるピーク周波数と第二光ファイバ 42のブ リルアンスペクトルにおけるピーク周波数との差は、周波数軸上においてそれぞれの ブリルアンスペクトルのピーク線幅以上である。よって、第一光ファイバ 41及び第二 光ファイバ 42のブリルアンスペクトルのパラメータを精度よく測定することができ、さら には光ファイバ部 30bの長手方向に沿ったブリルアンスペクトルの分布を精度よく検 出することができる。
[0109] 光ファイバ部 30bでは、第一光ファイバ 41に対して、予め決められた間隔又は予め 決められた位置にブリルアンスペクトルの異なる第二光ファイバ 42が予め決められた 長さで挿入されている。よって、第二光ファイバ 42の挿入部分が位置マーカーとして 機能し得る。すなわち、測定器 25によって測定されるブリルアンスペクトルのパラメ一 タの長手方向分布測定結果と、第二光ファイバ 42が設置された実際の位置とを比較 することにより測定位置を明確ィ匕することができる。第一光ファイバ 41のブリルアンス ベクトル及び第二光ファイノ 2のブリルアンスペクトルは、測定対象の物理量変化（ 温度変化 Z印加歪み）によってそれぞれ変化するので、第二光ファイバ 42の挿入部 分でも途切れることなく温度や歪の分布測定が可能である。
[0110] (第 3変形例）
第 2実施例に係るブリルアンスペクトル測定装置の第 3変形例に適用される光フアイ バ部 30cは、図 17に示されたように、第一光ファイバ 41と第二光ファイバ 42とを備え る。図 17は、第 2実施例に係るブリルアンスペクトル測定装置の第 3変形例に適用さ れる光ファイバ部の構造を説明するための図である。特に、図 17の領域 (a)は、光フ アイバ部 30cの構成を示す。
[0111] 光ファイバ部 30cは、長さが既知の第一光ファイバ 41と第二光ファイバ 42とが交互 に直列接続された構造を有する。すなわち、光ファイバ部 30cにおいて、予め決めら れた長さの第二光ファイバ 42は、第一光ファイバ 41における予め決められた位置に 挿入された状態で直列接続されている。この第 3変形例では、複数の第一光ファイバ 41と複数の第二光ファイバ 42との長さは互いに同じである。また、光ファイバ部 30c は、測定対象 3に接触して設置されている。すなわち、光ファイバ部 30cに含まれる 複数の第一光ファイバ 41と複数の第二光ファイバ 42とが、測定対象 3に接触して設 置されている。
[0112] 図 17の領域 (b)は、光ファイバ部 30cにおけるブリルアンスペクトルパラメータ分布 を示す。図 17の領域 (b)における横軸は、光ファイバ部 30cの一方端力もの距離で あり、縦軸はブリルアンスペクトルのパラメータを示す。図 17の領域 (b)において、領 域 A41は、第一光ファイバ 41に対応し、領域 A42は、第二光ファイバ 42に対応する 領域である。
[0113] 図 17の領域 (b)に示されたように、第一光ファイバ 41と第二光ファイバ 42とは、少 なくとも 1つのブリルアンスペクトルパラメータの値が互いに異なる。また、測定器 25に よって検出される光ファイバ部 30cからのブリルアンスペクトルに関し、第一光フアイ ノ 41のブリルアンスペクトルにおけるピーク周波数と第二光ファイバ 42のブリルアン スペクトルにおけるピーク周波数との差は、周波数軸上においてそれぞれのブリルァ ンスペクトルのピーク線幅以上である。よって、第一光ファイバ 41及び第二光ファイバ 42のブリルアンスペクトルパラメータを精度よく測定して、光ファイバ部 30cの長手方 向に沿ったブリルアンスペクトルの分布を精度よく検出することができる。
[0114] 第一光ファイバ 41に対して、予め決められた間隔又は予め決められた位置にプリ ルアンスペクトルの異なる第二光ファイノ 2が予め決められた長さで挿入されている 。よって、第二光ファイバ 42の挿入部分が位置マーカーとして機能し得る。すなわち 、測定器 25によって測定されるブリルアンスペクトルのパラメータの長手方向分布測 定結果と、第二光ファイバ 42が設置された実際の位置とを比較することにより測定位 置を明確ィ匕することができる。第一光ファイバ 41のブリルアンスペクトル及び第二光 ファイバ 42のブリルアンスペクトルは、測定対象の物理量変化 (温度変化 Z印加歪 み）によってそれぞれ変化するので、第二光ファイバ 42の挿入部分でも途切れること なく温度や歪の分布測定が可能である。
[0115] (第 4変形例）
第 2実施例に係るブリルアンスペクトル測定装置の第 4変形例に適用される光フアイ バ部 30dは、図 18に示されたように、第一〜第五光ファイバ 41〜45を備える。図 18 は、第 2実施例に係るブリルアンスペクトル測定装置の第 4変形例に適用される光フ アイバ部の構造を説明するための図である。特に、図 18の領域 (a)は、光ファイバ部 30dの構成を示す。
[0116] 光ファイバ部 30dは、第一光ファイバ 41における予め決められた位置に予め決めら れた長さの第二〜第五光ファイバ 42〜45が挿入された状態で直列接続されたこう 構造を有する。すなわち、第二〜第五光ファイバ 42〜45は、一定の所定間隔且つ 一定の所定長さで順に第一光ファイバ 41に挿入されて 、る。
[0117] 光ファイバ部 30dは、測定対象 3に接触して設置されている。光ファイバ部 30dに含 まれる複数の第一〜第五光ファイバ 41〜45が、測定対象 3に接触して設置されてい る。また、第一〜第五光ファイバ 41〜45は、所定の温度範囲及び所定の歪み印加 範囲において、それぞれのブリルアンスペクトルにおけるピーク周波数の差力 それ ぞれのブリルアンスペクトルのピーク線幅以上である。
[0118] 図 18の領域 (b)は、光ファイバ部 30dにおけるブリルアンスペクトルパラメータ分布 を示す。図 18の領域 (b)における横軸は、光ファイバ部 30dの一方端力もの距離で あり、縦軸はブリルアンスペクトルのパラメータを示す。図 18の領域 (b)において、領 域 A41〜 A45は、それぞれ第一〜第五光フアイバ 41〜45に対応する領域である。
[0119] 図 18の領域 (b)に示されたように、第一〜第五光ファイバ 41〜45は、少なくとも 1 つのブリルアンスペクトルパラメータの値が互いに異なる。また、第一〜第五光フアイ ノ 41〜45は、所定の温度範囲及び所定の歪み印加範囲において、それぞれのプリ ルアンスペクトルにおけるピーク周波数の差は、それぞれのブリルアンスペクトルのピ 一ク線幅以上である。よって、第一光ファイバ 41及び第二光ファイノく 42のブリルアン スペクトルパラメータを精度よく測定することが可能になる。さらに、光ファイバ部 30d の長手方向に沿ったブリルアンスペクトルの分布を精度よく検出することが可能にな る。
[0120] この第 4変形例では、第一光ファイバ 41に対して、予め決められた間隔又は予め決 められた位置にブリルアンスペクトルの異なる第二〜第五光ファイバ 42〜45が予め 決められた長さで挿入されている。よって、第二〜第五光ファイバ 42〜45の挿入部 分が位置マーカーとして機能し得る。換言すれば、位置マーカーとなる第二〜第五 光ファイバ 42〜45は、互いにブリルアンスペクトルの値が異なるので、より明確な位 置マーカーとして機能する。
[0121] すなわち、測定器 25によって測定されるブリルアンスペクトルのパラメータの長手方 向分布測定結果と、第二光ファイバ 42が設置された実際の位置とを比較することに より測定位置を明確ィ匕することができる。第一光ファイバ 41のブリルアンスペクトル及 び第二光ファイバ 42のブリルアンスペクトルは、測定対象の物理量変化 (温度変化 Z印加歪み）によってそれぞれ変化するので、第二光ファイバ 42の挿入部分でも途 切れることなく温度や歪の分布測定が可能である。
[0122] (第 5変形例）
第 2実施例に係るブリルアンスペクトル測定装置の第 5変形例に適用される光フアイ バ部 30eは、図 19に示されたれたように、第一〜第五光ファイバ 41〜45を備える。 図 19は、第 2実施例に係るブリルアンスペクトル測定装置の第 5変形例に適用される 光ファイバ部の構造を説明するための図である。特に、図 19の領域 (a)は、光フアイ バ部 30eの構成を示す。
[0123] 光ファイバ部 30eは、長さが互いに同じである第一〜第五光ファイバ 41〜45が、順 に直列接続された構造を有する。また、光ファイバ部 30eは、測定対象 3に接触して 設置されている。すなわち、光ファイバ部 30eに含まれる複数の第一〜第五光フアイ バ 41〜45は、測定対象 3に接触して設置されている。第一〜第五光ファイバ 41〜4 5は、所定の温度範囲及び所定の歪み印加範囲において、それぞれのブリルアンス ベクトルにおけるピーク周波数の差力 それぞれのブリルアンスペクトルのピーク線幅 以上である。
[0124] 図 19の領域 (b)は、光ファイバ部 30eにおけるブリルアンスペクトルパラメータ分布 を示す。図 19の領域 (b)における横軸は、光ファイバ部 30eの一方端からの距離で あり、縦軸はブリルアンスペクトルのパラメータを示す。図 19の領域 (b)において、領 域 A41〜 A45は、それぞれ第一〜第五光フアイバ 41〜45に対応する領域である。
[0125] 図 19の領域 (b)に示されたように、第一〜第五光ファイバ 41〜45は、少なくとも 1 つのブリルアンスペクトルパラメータの値が互いに異なる。また、第一〜第五光フアイ ノ 41〜45は、所定の温度範囲及び所定の歪み印加範囲において、それぞれのプリ ルアンスペクトルにおけるピーク周波数の差力 それぞれのブリルアンスペクトルのピ 一ク線幅以上である。よって、第一光ファイバ 41及び第二光ファイノく 42のブリルアン スペクトルパラメータを精度よく測定することが可能になる。さらに、光ファイバ部 30e の長手方向に沿ったブリルアンスペクトルの分布を精度よく検出することが可能にな る。
[0126] この第 5変形例では、第一光ファイバ 41に対して、予め決められた間隔又は予め決 められた位置にブリルアンスペクトルの異なる第二〜第五光ファイバ 42〜45が予め 決められた長さで挿入されている。よって、第二〜第五光ファイバ 42〜45の挿入部 分が位置マーカーとして機能し得る。すなわち、位置マーカとなる第二〜第五光ファ ィバ 42〜45は、互いにブリルアンスペクトルの値が異なるので、より明確な位置マー カーとして機能する。
[0127] すなわち、測定器 25によって測定されるブリルアンスペクトルのパラメータの長手方 向分布測定結果と、第二光ファイバ 42が設置された実際の位置とを比較することに より測定位置を明確ィ匕することができる。第一光ファイバ 41のブリルアンスペクトル及 び第二光ファイバ 42のブリルアンスペクトルは、測定対象の物理量変化 (温度変化 Z印加歪み）によってそれぞれ変化するので、第二光ファイバ 42の挿入部分でも途 切れることなく光ファイバ部 30eの長手方向に沿った温度や歪の分布測定が可能で ある。
[0128] (第 3実施例）
第 3実施例に係るブリルアンスペクトル測定装置は、上述の第 2実施例に係るブリル アンスペクトル測定装置 2と同様な構成を有する。ただし、この第 3実施例に係るプリ ルアンスペクトル測定装置に適用される光ファイバ部 30fは、図 20に示されたように、 第一〜第三光ファイバ 41〜43を備える。図 20は、第 3実施例に係るブリルアンスべ タトル測定装置の一部として、光ファイバ部の構造を説明するための図である。図 20 の領域 (a)は、光ファイバ部 30fの構成とともに、第一〜第三光ファイバ 41〜43のブ リルアンスペクトルを示す。図 20の領域（b)は、光ファイバ部 30fのブリルアンスぺクト ルである。図 20の領域（c)は、第一〜第三光ファイバ 41〜43のブリルアンスペクトル に基づいて解析された光ファイバ部 30fの温度分布又は歪分布を示す。
[0129] 光ファイバ部 30fは、長さが互いに同じである第一〜第三光ファイバ 41〜43が、順 に直列接続された構造を有する。また、第一〜第三光ファイバ 41〜43は、所定の温 度範囲及び所定の歪み印加範囲において、それぞれのブリルアンスペクトルにおけ るピーク周波数の差が、それぞれのブリルアンスペクトルのピーク線幅以上である。
[0130] すなわち、所定の温度範囲及び所定の歪み印加範囲において、第一光ファイバ 4 1のブリルアンスペクトルにおけるピーク周波数 V の最大値は、第二光ファイノく 42
B1
のブリルアンスペクトルにおけるピーク周波数 V の最小値より小さい。所定の温度
B2
範囲及び所定の歪み印加範囲において、第二光ファイバ 42のブリルアンスペクトル におけるピーク周波数 V の最大値は、第三光ファイノ 3のブリルアンスペクトルに
B2
おけるピーク周波数 V の最小値より小さい。
B3
[0131] 所定の温度範囲及び所定の歪み印加範囲において、第一光ファイバ 41のブリル アンスペクトルにおけるピーク周波数 V の最大値と第二光ファイノ 42のブリルアン
B1
スペクトルにおけるピーク周波数 V の最小値との差は、第一光ファイバ 41と第二光
B2
ファイバ 42のブリルアンスペクトルの線幅以上である。また、第二光ファイバ 42のブリ ルアンスペクトルにおけるピーク周波数 V の最大値と第三光ファイノ 43のブリルァ ンスペクトルにおけるピーク周波数 V の最小値との差は、第二光ファイバ 42と第三
B3
光ファイバ 43のブリルアンスペクトルの線幅以上である。
[0132] この第 3実施例において、測定器 25は、 BOTDR、 BOTDA、 BOCDAなどの分布 測定技術を用いることなく光ファイバ部 30f全体のブリルアンスペクトルを測定するこ とにより光ファイバ部 30fのブリルアンスペクトルを分布測定することなく検出する。測 定器 25が検出する光ファイバ部 30fからのブリルアンスペクトルは、図 20の領域 (b) に示されたように、ブリルアンスペクトル Bl、 B2、 B3を含み、それぞれのブリルアンス ベクトルにおけるピーク周波数の差力 それぞれのブリルアンスペクトルのピーク線幅 以上である。
[0133] 判別部 27は、測定器 25が検出した光ファイバ部 30fからのブリルアンスペクトルに 基づいて、第一光ファイバ 41のブリルアンスペクトル B1と、第二光ファイバ 42のブリ ルアンスペクトル B2と、第三光ファイバ 43のブリルアンスペクトル B3とをそれぞれ判 別する（測定データ上で第一〜第三光ファイバ 41、 42、 43それぞれの接続箇所を 確認)。
[0134] 分布測定部 29 (分布決定手段）は、判別部 27が判別した第一光ファイバ 41のプリ ルアンスペクトル B1のパラメータに基づいて、第一光ファイバ 41の温度又は歪を測 定する。また、分布測定部 29は、判別部 27が判別した第二光ファイバ 42のブリルァ ンスペクトル B2のパラメータに基づ 、て、第二光ファイバ 42の温度又は歪を測定す る。また、分布測定部 29は、判別部 27が判別した第三ファイバ 43のブリルアンスべ タトル B3のパラメータに基づいて、第三光ファイバ 43の温度又は歪を測定する。
[0135] すなわち、分布測定部 29は、各第一〜第三光ファイバ 41〜43における温度又は 歪情報を統合することにより、図 20の領域 (c)のような光ファイバ部 30fの長手方向 に沿った温度分布又は歪分布を測定することができる。なお、この第 3実施例では、 第一〜第三光ファイバ 41〜43の長さが距離分解能に相当する。また、光ファイバ部 30fに適用される光ファイバの本数は、 3本に限らず、それ以上でもよい。
[0136] 以上の本発明の説明から、本発明を様々に変形しうることは明らかである。そのよう な変形は、本発明の思想および範囲力 逸脱するものとは認めることはできず、すべ ての当業者にとって自明である改良は、以下の請求の範囲に含まれるものである。 産業上の利用可能性
この発明に係るブリルアンスペクトル測定方法及び測定装置は、光ファイバを用い た歪みセンシング技術に利用することができ、ブリルアン散乱光を利用した各種建造 物等の変形や環境温度の測定 Z検知システムへの適用が可能である。

Claims

請求の範囲
[1] 測定対象近傍に設置された光ファイバ内から所定波長のポンプ光入力に応じて発生 するブリルアン散乱光のスペクトルであるブリルアンスペクトルを利用して、前記測定 対象に関する物理量を測定するブリルアンスペクトル測定方法において、
それぞれの使用環境を想定した所定の温度及び所定の歪み印加状態において得 られるブリルアンスペクトルのピーク周波数の差が所定の周波数差以上となる第一光 ファイバと第二光ファイバを含み、これら第一及び第二光ファイバが接続部を介して 直列接続された光ファイバ部を用意し、
前記光ファイバ部に供給されたポンプ光に応じて得られるブリルアンスペクトルを測 定し、そして、
前記測定されたブリルアンスペクトルの測定データに基づ 、て、前記第一及び第二 光ファイバ間の接続箇所を確認するブリルアンスペクトル測定方法。
[2] 請求項 1記載のブリルアンスペクトル測定方法にぉ 、て、
前記第一及び第二光ファイバは、それぞれの使用環境を想定した所定の温度範囲 及び所定の歪み印加状態において、ブリルアンスペクトルにおけるピークの線幅部 分同士が互いに重ならな 、ブリルアンスペクトルを有する。
[3] 請求項 1記載のブリルアンスペクトル測定方法にぉ 、て、
前記第一及び第二光ファイバは、機械的に接続されている。
[4] 請求項 1記載のブリルアンスペクトル測定方法にぉ 、て、
前記第一及び第二光ファイバ間の接続部は、前記測定対象の測定領域と前記測 定領域以外の非測定領域との境に設置されて 、る。
[5] 請求項 4記載のブリルアンスペクトル測定方法にぉ 、て、
前記第一及び第二光ファイバのうち前記非測定領域に設置された一方は、歪み又 は温度に対してブリルアンスペクトルの感受性が低い光ファイバを含む。
[6] 請求項 4記載のブリルアンスペクトル測定方法にぉ 、て、
前記第一及び第二光ファイバのうち少なくとも一方は、複数の光ファイバ要素を含 むとともに、前記光ファイバ部は前記第一光ファイバに属する光ファイバ要素と前記 第二光ファイバに属する光ファイバ要素とが交互に配置された構造を有し、そして、 前記光ファイバ部内に位置する、前記第一光ファイバに属する光ファイバ要素と前 記第二光ファイバに属する光ファイバ要素との接続箇所がブリルアンスペクトル測定 におけるマーカーとして利用される。
[7] 測定対象近傍に設置された光ファイバ内から所定波長のポンプ光入力に応じて発生 するブリルアン散乱光のスペクトルであるブリルアンスペクトルを利用して、前記測定 対象に関する物理量を測定するブリルアンスペクトル測定装置において、
第一光ファイバと、接続部を介して前記第一光ファイバに直列接続された第二光フ アイバを含む光ファイバ部と、
前記ブリルアンスペクトルを得るためのポンプ光を、前記光ファイバ部に供給する一 方、前記ポンプ光の供給に応じて前記光ファイバ部から得られるブリルアンスぺクト ルを検出する検出手段と、そして、
検出されたブリルアンスペクトルに基づいて、前記第一及び第二光ファイバ間の接 続部の位置を特定する位置測定部を備えたブリルアンスペクトル測定装置。
[8] 請求項 7記載のブリルアンスペクトル測定装置にお 、て、
前記接続部は、前記第一及び第二光ファイバ間を機械的に接続するための接続 機構を含む。
[9] 請求項 7記載のブリルアンスペクトル測定装置にお 、て、
前記第一及び第二光ファイバのそれぞれは、互いにピーク周波数の異なるブリル アンスペクトルを有する。
[10] 請求項 7記載のブリルアンスペクトル測定装置にお 、て、
前記第一光ファイバは、純シリカコア光ファイバを含み、そして、前記第二光フアイ バは、純シリカに対するコアの比屈折率差が 0. 083%以上である光ファイバを含む。
[11] 請求項 7記載のブリルアンスペクトル測定装置は、さらに、
前記検出されたブリルアンスペクトルに基づ 、て、前記測定対象の温度分布又は 歪み分布を算出する算出部を備える。
PCT/JP2007/058266 2006-04-21 2007-04-16 ブリルアンスペクトル測定方法及びブリルアンスペクトル測定装置 WO2007123080A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2007800144326A CN101427108B (zh) 2006-04-21 2007-04-16 布里渊频谱测定方法及布里渊频谱测定装置
EP07741702A EP2019292A1 (en) 2006-04-21 2007-04-16 Brillouin spectrum measuring method and brillouin spectrum measuring device
US11/913,244 US7576840B2 (en) 2006-04-21 2007-04-16 Brillouin spectral measuring method and Brillouin spectral measuring apparatus

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006-118228 2006-04-21
JP2006118228A JP4775094B2 (ja) 2006-04-21 2006-04-21 ブリルアンスペクトル測定装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2007123080A1 true WO2007123080A1 (ja) 2007-11-01

Family

ID=38624980

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2007/058266 WO2007123080A1 (ja) 2006-04-21 2007-04-16 ブリルアンスペクトル測定方法及びブリルアンスペクトル測定装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7576840B2 (ja)
EP (1) EP2019292A1 (ja)
JP (1) JP4775094B2 (ja)
CN (1) CN101427108B (ja)
WO (1) WO2007123080A1 (ja)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4929949B2 (ja) * 2006-09-26 2012-05-09 住友電気工業株式会社 光ファイバ分布型センサ及び光ファイバ分布型検知方法
JP4652309B2 (ja) * 2006-10-31 2011-03-16 三菱重工業株式会社 光ファイバ特性測定装置
EP2120028A1 (en) * 2007-01-10 2009-11-18 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
JP4932625B2 (ja) * 2007-07-12 2012-05-16 日鐵住金溶接工業株式会社 光ファイバセンサ及び歪観測システム
FR2934365B1 (fr) * 2008-07-25 2010-08-13 Thales Sa Capteur a fibre optique auto-reference a diffusion brillouin stimulee
BR112013019125A2 (pt) * 2011-01-27 2016-10-04 Univ Ramot método de detecção de brillouin distribuída e dinâmica em fibras óticas e sistema de detecção de brillouin distribuída e dinâmica em fibras óticas
CN102445285B (zh) * 2011-09-29 2014-04-02 国电南京自动化股份有限公司 Botdr系统的寻峰方法
KR101291591B1 (ko) 2011-11-30 2013-08-01 한국철도기술연구원 광섬유 브릴루앙 산란 센서를 이용한 철도 콘크리트 도상 변형 감시 시스템 및 방법
US8948550B2 (en) * 2012-02-21 2015-02-03 Corning Incorporated Sensing systems and few-mode optical fiber for use in such systems
CN103344191B (zh) * 2013-06-27 2016-02-03 中国电子科技集团公司第四十一研究所 一种布里渊谱自适应分析方法
CN104345038A (zh) * 2014-11-20 2015-02-11 南昌航空大学 基于布里渊散射的盐溶液浓度检测方法
CN105181152B (zh) * 2015-08-28 2018-05-25 苏州光格设备有限公司 分布式布里渊散射光谱频移的计算方法
US10665075B2 (en) * 2016-11-11 2020-05-26 Kidde Technologies, Inc. Fiber optic based monitoring of temperature and/or smoke conditions at electronic components
CN110715790A (zh) * 2018-07-13 2020-01-21 中兴通讯股份有限公司 脉冲测试方法及装置、测试设备及存储介质
CN111895918B (zh) * 2020-08-28 2021-06-15 哈尔滨工业大学 一种多点串联式分布式光纤位移传感器及其测量系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08125607A (ja) * 1994-10-21 1996-05-17 Fujitsu Ltd 光伝送路障害点標定方法および光伝送線
JPH11142293A (ja) * 1997-11-10 1999-05-28 Fujikura Ltd Ｏｔｄｒ装置
JPH11287670A (ja) 1998-02-03 1999-10-19 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 計測対象区間識別方法
JP2004317436A (ja) * 2003-04-18 2004-11-11 Honda Motor Co Ltd 接着部の剥離検査方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3524431B2 (ja) * 1998-06-19 2004-05-10 岸田 欣増 測定装置
ES2207417B1 (es) * 2002-11-14 2005-07-16 Fibercom, S.L. Dispositivo analizador de espectros opticos por difusion brillouin y procedimiento de medida asociado.
KR100625807B1 (ko) * 2004-02-25 2006-09-20 한국과학기술원 브릴루앙 광섬유 센서를 이용하는 물리량 측정방법
US7283216B1 (en) * 2004-06-22 2007-10-16 Np Photonics, Inc. Distributed fiber sensor based on spontaneous brilluoin scattering
CA2571515C (en) * 2004-06-25 2010-10-26 Neubrex Co., Ltd. Distributed optical fiber sensor
CN1267696C (zh) * 2004-09-22 2006-08-02 哈尔滨工业大学 采用布里渊环形激光器测量超窄激光线宽的装置和方法
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
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

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08125607A (ja) * 1994-10-21 1996-05-17 Fujitsu Ltd 光伝送路障害点標定方法および光伝送線
JPH11142293A (ja) * 1997-11-10 1999-05-28 Fujikura Ltd Ｏｔｄｒ装置
JPH11287670A (ja) 1998-02-03 1999-10-19 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 計測対象区間識別方法
JP2004317436A (ja) * 2003-04-18 2004-11-11 Honda Motor Co Ltd 接着部の剥離検査方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
NIKLES ET AL.: "Brillouin Gain Spectrum Characterization in Single-Mode Optical Fibers", JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, vol. 15, no. 10, October 1997 (1997-10-01), pages 1842 - 1851

Also Published As

Publication number Publication date
EP2019292A1 (en) 2009-01-28
CN101427108A (zh) 2009-05-06
US7576840B2 (en) 2009-08-18
JP4775094B2 (ja) 2011-09-21
JP2007292503A (ja) 2007-11-08
US20090079961A1 (en) 2009-03-26
CN101427108B (zh) 2011-06-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2007123080A1 (ja) ブリルアンスペクトル測定方法及びブリルアンスペクトル測定装置
US7543982B2 (en) Sensor and disturbance measurement method using the same
US8496376B2 (en) Dual source auto-correction in distributed temperature systems
WO2007043432A1 (ja) 温度測定装置及び温度測定方法
US5945666A (en) Hybrid fiber bragg grating/long period fiber grating sensor for strain/temperature discrimination
EP2035792B1 (en) Distributed strain and temperature discrimination in polarization maintaining fiber
US7995198B2 (en) Optical fiber feature distribution sensor
US7526149B1 (en) Dual wavelength strain-temperature Brillouin sensing system and method
WO2008112023A1 (en) Systems and methods for detecting corrosion
EP2565370A1 (en) Subsea pipe monitoring system
US6201237B1 (en) Fiber optic sensor
US7628533B2 (en) Systems and methods for detecting corrosion
KR100812309B1 (ko) 성분 분포형 변형률 측정용 광케이블 및 이를 이용한 변형방향 및 그에 대한 곡률 측정 시스템 및 방법
Seim et al. Low-cost high-speed fiber optic grating demodulation system for monitoring composite structures
KR101030728B1 (ko) 이중 파장 ｆｂｇ 센서를 이용한 감시 시스템 및 그 방법
RU2386105C1 (ru) Волоконно-оптическое устройство для измерения вектора поперечной деформации
Kim et al. Phase-shifted transmission/reflection-type hybrid extrinsic Fabry-Perot interferometric optical fiber sensors
Wosniok et al. Simultaneous measurement of temperature and strain distribution using Brillouin scattering in dispersion-shifted fibers
KR20220085711A (ko) 무선전력전송에서 공진 주파수 변이를 이용한 금속 이물질 검출 시스템
CN114562953A (zh) 非对称双芯光纤的弯曲测量结构、实验仪器以及传感器

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 11913244

Country of ref document: US

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 07741702

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 200780014432.6

Country of ref document: CN

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2007741702

Country of ref document: EP