WO2008023699A1 - Capteur de distribution de caractéristiques à fibre optique - Google Patents

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unit
optical fiber
light
phase difference
probe light
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PCT/JP2007/066188
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Eisuke Sasaoka
Yoshinori Yamamoto
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Sumitomo Electric Industries, Ltd.
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    • G01M11/39—Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides in which light is projected from both sides of the fiber or waveguide end-face

Definitions

  • the present invention relates to an optical fiber characteristic distribution sensor that performs temperature measurement or strain measurement using gain due to Brillouin scattering output from an optical fiber.
  • BGS Brillouin gain spectrum
  • Non-Patent Document 1 describes a technique for measuring strain of an optical fiber using BOCDA (Brillouin Optical Correlation Domain Analysis).
  • BOCDA is a technique in which probe light and pump light are incident on both ends of a measurement optical fiber so as to generate gain at a position in the measurement optical fiber where the phases of both coincide.
  • the gain is generated at each position of the measurement optical fiber by changing the phase difference between the probe light and the pump light, and the BGS of each gain is measured.
  • the strain distribution of optical fiber for industrial use is obtained.
  • Non-Patent Document 1 azuo HO TATE, et aL, “Simplified System of Fiber Brillouin Optical Correlation Domain Analysis for Distributed Strain SensingJ, 16th IE] Optical Fan Sensors International Conference (OFS-16), October 2003, We2_3, p.290-293
  • the phase difference between the probe light and the pump light is set as follows.
  • the waveform generator outputs an injection current modulated with a certain frequency and amplitude according to the indicated value indicating the phase difference.
  • This output injection current is input to the DFB-LD, and the optical frequency modulated probe light and pump light, respectively. Is output.
  • the output probe light is input to the measurement optical fiber through the delay optical fiber.
  • the injection current output from the waveform generator for the force indication value and the optical frequency response characteristics of the DFB-LD with respect to the injection current change over time. Therefore, the actual value of the phase difference between the pump light and the probe light output from the DFB-LD force varies with the indicated value.
  • the optical path length of the probe light changes.
  • the phase of the probe light when entering the measurement optical fiber changes.
  • the phase difference at each position in the measurement optical fiber changes from the set value, and the temperature measurement position calculated based on the phase difference indicated by the indicated value and the delay given by the delay optical fiber is It will shift. In this case, an error occurs in the temperature distribution measurement based on the BGS shape.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and includes a structure for effectively reducing a position measurement error in measurement of a characteristic distribution such as a temperature distribution or a strain distribution. Another object is to provide an optical fiber characteristic distribution sensor.
  • An optical fiber characteristic distribution sensor includes an optical fiber portion including a marker portion in which a longitudinal position is known and a BGS change is known at that position, and the marker portion in the optical fiber portion It is equipped with a structure for correcting measurement errors caused by the situation where the measured position information is different from the known position information.
  • This error correction includes a method of correcting the phase difference between the probe light and the pump light so that the measured position information of the marker section matches the known position information, and the measured position information of the marker section and the known position information.
  • correction of the phase difference between the probe light and the pump light includes adjustment using the difference value between the measured phase difference and the known phase difference, and adjustment to match the measured BGS with the known BGS. .
  • the optical fiber characteristic distribution sensor includes a light source system, an optical fiber unit, a phase difference adjustment unit, A measurement unit, a phase difference difference calculation unit, a position calculation unit, a characteristic calculation unit, and a characteristic distribution calculation unit.
  • the light source system outputs probe light and pump light. At least a part of the optical fiber part is installed on the measurement object, and both ends thereof are optically connected to the light source system so that the probe light is input from one end and the pump light is input from the other end. .
  • the optical fiber portion includes a marker portion arranged at a predetermined position. As for the marker part, the optical fiber part is normal as reference data related to the BGS shape of the probe light obtained by the Brillouin scattering generated by the propagation of the probe light and the pump light. The data related to the shape of the BGS is measured in advance in the installed state.
  • the phase difference adjustment unit adjusts the phase difference between the probe light and the pump light output from the light source system.
  • the spectrum measurement unit measures the data related to the shape of the BGS while receiving the probe light gained by Brillouin scattering generated as the probe light and pump light propagate as the output light from the optical fiber part. Go.
  • the phase difference difference calculation unit calculates the phase difference during measurement of the probe light and the pump light when the BGS reflecting the gain generated in the marker unit is measured by the spectrum measurement unit, and the reference data related to the marker unit is measured. The difference between the reference phase difference between the probe light and the pump light is calculated.
  • the position calculation unit uses the count information provided by the watch to determine the measured BGS generation position. For each BGS measured by the spectrum measurement unit, the characteristic calculation unit extracts the characteristic information (temperature or strain) of each part in the optical fiber unit from the data related to the shape.
  • the characteristic distribution calculation unit calculates the characteristic distribution along the longitudinal direction of the optical fiber unit from the information about the occurrence position calculated by the position calculation unit and the information about the characteristic calculated by the characteristic calculation unit.
  • the phase difference adjustment unit shifts the scanning range of the phase difference by the difference value calculated by the phase difference difference calculation unit, thereby outputting from the light source system.
  • the phase difference between the probe light and the pump light to be adjusted is adjusted. That is, the phase difference adjustment unit shifts the scanning range of the phase difference by an amount corresponding to the change in the phase difference between the probe light and the pump light output from the light source system.
  • the position is error corrected.
  • the optical fiber characteristic distribution sensor according to the present invention includes a light source system, an optical fiber unit, a position as described above.
  • an optical delay device that delays at least one of the probe light and the pump light, and the light You may provide the delay adjustment part which adjusts the delay given to a delay device.
  • the delay adjusting unit adjusts the delay provided by the optical delay device based on the difference value calculated by the phase difference difference calculating unit.
  • the optical fiber characteristic distribution sensor may include a timepiece that provides a count for obtaining position information when calculating the characteristic distribution along the longitudinal direction of the optical fiber part.
  • a count as position information is provided by the clock, and the phase difference between the probe light and the pump light output from the light source system is adjusted for each provided count.
  • the probe light and pump light output from the light source system are incident on the optical fiber portion. Brillouin scattered light is generated along with the propagation of the probe light and pump light, and the probe light gained by the generated Brillouin scattering is output from the optical fiber portion. Data related to the BGS shape is measured by the spectrum measurement unit for each count.
  • a marker part is provided in the optical fiber part, and data related to the shape of the BGS of the gain generated in the marker part is obtained in advance as reference data! Measured with the instrument set in a normal state with the specified temperature and strain applied! Also, the phase difference during measurement of the probe light and pump light when the BGS reflecting the gain generated in the marker part is measured by the spectrum measurement part, and the probe light and pump when reference data related to a part of the marker is measured. The difference from the reference phase difference of light is calculated by the phase difference difference calculation unit. Based on the count provided by the watch, the BGS generation position is determined by the position calculation unit.
  • Information related to characteristics is extracted by the characteristic calculator from the data related to the measured BGS shape, and the information about the occurrence position calculated by the position calculator and the characteristics calculated by the characteristic calculator
  • the characteristic distribution force is calculated from the information by the characteristic distribution calculation unit. Furthermore, by shifting the scanning range of the phase difference by the difference value calculated by the phase difference difference calculation unit, the phase difference between the probe light and the pump light output from the light source system is transferred to the phase difference adjustment unit. Therefore, it is adjusted. With this configuration, position measurement errors are reduced.
  • the optical fiber characteristic distribution sensor includes a light source system, a phase difference adjustment unit, an optical delay unit, an optical fiber unit, A spectrum measuring unit, a position calculating unit, a characteristic calculating unit, a characteristic distribution calculating unit, and a delay adjusting unit may be provided.
  • the light source system outputs probe light and pump light.
  • the phase difference adjusting unit adjusts the phase difference between the probe light and the pump light output from the light source system.
  • the optical delay device gives a delay to at least one of the probe light and the pump light.
  • At least a part of the light source system is optically connected to the light source system so that at least a part is placed on the measurement target and the probe light is input from one end while the pump light is input from the other end.
  • the optical fiber portion includes a marker portion arranged at a predetermined position.
  • the optical fiber part is in a normal state as reference data related to the BGS shape of the probe light gained by Brillouin scattering generated by the propagation of the probe light and pump light. The data related to the shape of the BGS is measured in advance.
  • the spectrum measurement unit receives probe light gained by Brillouin scattering generated as a result of propagation of probe light and pump light as output light from the optical fiber unit, and gain spectrum obtained by the received probe light by Brillouin scattering. Measure data related to the shape of BGS.
  • the position calculation unit is measured by the spectrum measurement unit based on the phase difference between the probe light and the pump light adjusted by the phase difference adjustment unit.
  • the characteristic calculation unit extracts characteristic information (temperature or strain) of each part in the optical fiber unit from data related to the shape of the BGS measured by the spectrum measurement unit.
  • the characteristic distribution calculation unit calculates a characteristic distribution along the longitudinal direction of the optical fiber unit from the information about the occurrence position calculated by the position calculation unit and the information about the characteristic calculated by the characteristic calculation unit. Then, the delay adjustment unit adjusts the delay given by the optical delay unit so that the measurement data related to the BGS shape in the marker unit matches the reference data measured in advance.
  • the probe light and the pump light whose phase difference is adjusted by the phase difference adjusting unit are output from the light source system.
  • Probe light and pump light At least one of them is delayed by an optical delay device. Thereafter, the probe light and the pump light are incident on the optical fiber portion, and Brillouin scattered light is generated in the optical fiber portion by the propagation of the probe light and the pump light.
  • the probe light gained by the generated Brillouin scattering is output from the optical fiber section.
  • Data related to the shape of the BGS is measured by the spectrum measurement unit. Further, the position calculation unit calculates the BGS generation position based on the phase difference adjusted by the phase difference adjustment unit.
  • Information related to characteristics is extracted from the data related to the shape of the measured BGS by the characteristic calculator. Further, a characteristic distribution along the longitudinal direction of the optical fiber portion is calculated by the characteristic distribution calculation unit from the information on the occurrence position and the information on the characteristic calculated respectively.
  • data related to the BGS shape of the gain generated in the marker section provided in the optical fiber section is obtained in advance as reference data! /, (The optical fiber section is subjected to a predetermined temperature and strain). ! /, Nale, measured in a normal state).
  • the delay adjustment unit adjusts the delay provided by the optical delay so that the measurement data related to the shape of the BGS in a part of the machine becomes the reference data measured in advance. Therefore, even with this configuration, the position measurement error in the characteristic distribution measurement is effectively reduced.
  • the adjustment to match the measured BGS with the known BGS includes the light source system, the optical fiber unit, the phase difference adjustment unit, the spectrum measurement unit, and the phase difference difference calculation unit as described above. It can also be realized by an optical fiber characteristic distribution sensor provided with a position calculation unit, a characteristic calculation unit, and a characteristic distribution calculation unit.
  • the phase difference adjusting unit causes the phase difference between the probe light and the pump light output from the light source system so that the measurement data related to the shape of the Brillouin gain spectrum in the marker unit matches the reference data measured in advance. Adjust. This configuration also effectively reduces the position measurement error in the characteristic distribution measurement.
  • the optical fiber characteristic distribution sensor includes a light source system, a phase difference adjustment unit, an optical fiber unit, a spectrum measurement unit, a phase difference difference calculation unit, a position calculation unit, and a characteristic. You may provide a calculation part and a characteristic distribution calculation part.
  • the light source system outputs probe light and pump light.
  • the phase difference adjustment unit The phase difference between the probe light and the pump light output from the system is adjusted.
  • At least a part of the optical fiber portion is installed on the measurement object, and both ends thereof are optically connected to the light source system so that the probe light is input from one end and the pump light is input from the other end.
  • the optical fiber portion includes a marker portion arranged at a predetermined position. As for this marker part, the optical fiber part is placed in a normal state as reference data related to the BGS shape of the probe light gained by Brillouin scattering generated by propagation of the probe light and pump light. In this state, data related to the shape of the BGS is measured in advance.
  • the spectrum measurement unit receives probe light gained by Brillouin scattering generated as a result of propagation of probe light and pump light as output light from the optical fiber unit, and gain spectrum obtained by the received probe light by Brillouin scattering. Measure data related to the shape of BGS.
  • the phase difference difference calculation unit is configured to measure the phase difference during measurement of the probe light and pump light when the BGS reflecting the gain generated in the marker unit is measured by the spectrum measurement unit, and when the reference data related to the marker unit is measured. The difference between the probe light and the reference phase difference of the pump light is calculated.
  • the position calculation unit is a BGS generation position measured by the spectrum measurement unit based on the phase difference between the probe light and the pump light adjusted by the phase difference adjustment unit and the difference value calculated by the phase difference difference calculation unit.
  • the characteristic calculator extracts characteristic information (temperature or strain) of each part in the optical fiber part from the data related to the shape of the BGS measured by the spectrum measuring part. Then, the characteristic distribution calculation unit calculates the characteristic distribution along the longitudinal direction of the optical fiber unit from the information about the occurrence position calculated by the position calculation unit and the information about the characteristic calculated by the characteristic calculation unit.
  • the probe light and the pump light whose phase difference is adjusted by the phase difference adjusting unit are output from the light source system. Thereafter, probe light and pump light are incident on the optical fiber portion, and Brillouin scattered light is generated in the optical fiber portion as the probe light and pump light propagate.
  • the probe light gained by the generated Brillouin scattering is output from the optical fiber section.
  • Data related to the BGS shape of the Brillouin scattered light is measured by the spectrum measurement unit.
  • the data related to the BGS shape of the gain generated in the marker section provided in the optical fiber section is the reference. Obtained in advance as data! /, Measured (measured with the optical fiber installed in a normal state with no prescribed temperature and strain! /).
  • the measurement phase difference between the probe light and the pump light when the measurement data related to the shape of the BGS at the marker is obtained, and the reference phase difference between the probe light and the pump light when the reference data measured in advance are obtained.
  • the phase difference difference calculation unit Based on the phase difference adjusted by the phase difference adjusting unit and the difference value calculated by the phase difference difference calculating unit, the position where the BGS is generated is calculated by the position calculating unit.
  • Information on characteristics is extracted from the data related to the measured BGS shape by the characteristic calculator. Then, a characteristic distribution is calculated by the characteristic distribution calculation unit from the information regarding the occurrence position calculated in this way and the information regarding the characteristic. This configuration also effectively reduces the position measurement error in the characteristic distribution measurement.
  • the phase difference adjustment unit shifts the scanning range of the phase difference by the difference value calculated by the phase difference difference calculation unit, thereby causing a phase difference between the probe light and the pump light output from the light source system. Adjust.
  • Fig. 1 is a diagram showing a configuration of the first embodiment of the optical fiber characteristic distribution sensor according to the present invention.
  • Fig. 3 is a diagram showing a configuration of a second embodiment of the optical fiber characteristic distribution sensor according to the present invention. is there.
  • FIG. 4 is a view showing a configuration of a third embodiment of the optical fiber characteristic distribution sensor according to the present invention.
  • Optical fiber characteristic distribution sensor 11 ... Light source, 12 ... Optical fiber part, 13 ... Clock, 1 4 ⁇ Phase difference adjustment part, 15 ⁇ Spectrum measurement part, 16 ⁇ Phase difference difference calculation unit, 17, 17a, 17 b ... Position calculation unit, 18 ... Characteristic calculation unit, 19 ... Characteristic distribution calculation unit, 20 ... 1st optical fiber, 2 1 ... 2nd light Fiber, 22 ⁇ Marker part, 31 ⁇ Optical delay device, 32 ⁇ Delay adjustment part.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a first embodiment of an optical fiber characteristic distribution sensor according to the present invention.
  • the optical fiber characteristic distribution sensor 1 according to the first embodiment uses an optical fiber part 12 arranged in a state in which the part is in contact with the measurement object M as a sensor, and is output from the optical fiber part 12 This device measures the temperature distribution and strain distribution of the measuring object M based on the BGS shape-related data of Brillouin scattered light.
  • Brillouin scattered light is down-converted in a direction opposite to the traveling direction of the pump light by the interaction between the pump light input to the optical fiber and the acoustic wave generated in the optical fiber by the pump light. Scattered light.
  • the Brillouin scattered light is generated at a position that shows a correlation peak between the incident probe light and the pump light by causing the probe light and the pump light to enter the optical fiber opposite to each other.
  • BGS is the gain spectrum that probe light receives by Brillouin scattering.
  • FIG. 2 is a graph showing BGS. As shown in Fig. 2, BGS is expressed by the Lorentzian function of Equation (1), where V is the optical frequency difference between the probe light and the pump light.
  • Equation (1) g is the maximum gain, V is the center frequency, and is the line width (full width at half maximum).
  • the maximum gain g, center frequency V and line width ⁇ V are parameters that characterize BGS.
  • the optical fiber characteristic distribution sensor 1 measures the BGS in which the gain generated at each position of the optical fiber section 12 is reflected, so that temperature information at the gain generation position is based on the center frequency of the BGS. The characteristics of the measurement object such as distortion information are calculated. Further, each gain generation position is calculated based on the phase difference between the probe light and the pump light. In this manner, the optical fiber characteristic distribution sensor 1 measures the characteristic distribution along the longitudinal direction of the optical fiber portion 12.
  • the characteristic distribution includes at least a strain distribution, a temperature distribution, and the like.
  • the optical fiber characteristic distribution sensor 1 includes a light source system 11, an optical fiber unit 12, a clock 13, a phase difference adjustment unit 14, a spectrum measurement unit 15, a phase difference difference calculation unit 16, a position calculation unit 17, a characteristic calculation unit 18, and A characteristic distribution calculation unit 19 is provided.
  • the light source system 11 can generate the probe light and the pump light with one light source as disclosed in Non-Patent Document 1 above.
  • the configuration of the light source system 11 is As shown, a configuration including a light source 11a that outputs probe light and 1 lb of light source that outputs pump light is shown.
  • the light source system 11 includes the light source 11a that outputs the probe light and the light source l ib that outputs the pump light.
  • a part of the optical fiber unit 12 is installed on the measurement object M, and the probe light output from the light source 11a is input to one end, while the pump light output from the light source ib is input to the other end. It is optically connected to the light source system 11 for input. Also this optical fiber part From 12, probe light obtained by Brillouin scattering generated along with propagation of probe light and pump light is output.
  • the optical fiber unit 12 includes a first optical fiber 20 and a second optical fiber 21 connected in series with each other.
  • the first optical fiber 20 has a zero dispersion wavelength of 1310 ⁇ m
  • the second optical fiber 21 has a zero dispersion wavelength of 1550 nm.
  • the BGS reflecting the gain generated in the marker part 22 which is the connection part between the first optical fiber 20 and the second optical fiber 21 is in a state where the optical fiber part 12 is normal (maintained at a predetermined temperature).
  • measurement data related to the shape of the BGS is obtained as reference data.
  • the marker portion 22 is colored in a different color from the other portions so that it can be discriminated from the appearance.
  • the area of the optical fiber section 12 (measurement target area) installed on the measurement target M may be immersed in the measurement target M! /, Or even! /, Or embedded! /.
  • the clock 13 provides a count for obtaining position information when calculating the characteristic distribution.
  • the phase difference adjusting unit 14 adjusts the phase difference between the probe light and the pump light output from the light source system 11 for each count. Further, the phase difference adjustment unit 14 shifts the scanning range of the phase difference by the difference value of the phase difference calculated by the phase difference difference calculation unit 16, so that the probe light and the pump output from the light source system 11 are pumped. Adjust the phase difference of light.
  • the phase difference adjusting unit 14 may adjust the phase of the probe light and the phase of the pump light, respectively, or may adjust the phase of the other light while fixing the phase of the one light.
  • the phase difference adjustment unit 14 outputs an instruction value indicating the phase difference between the probe light and the pump light, and the light source system 11 sets the phase difference between the probe light and the pump light according to the instruction value. There may be.
  • the spectrum measurement unit 15 receives the probe light output from the optical fiber unit 12 via the circulator 23 and measures data related to the shape of the BGS for each count provided from the timepiece 13.
  • the data related to the BGS shape includes the parameters that characterize the BGS shape, other numerical values representing the shape of the peak (for example, the slope value where the gain decreases from the center frequency), and the center frequency of the two peak portions. Data related to the unique shape of the spectrum, such as differences. In this embodiment, the center frequency is used as an example.
  • the phase difference difference calculation unit 16 calculates the difference of the measurement phase difference with respect to the reference phase difference.
  • the phase difference difference calculation unit 16 pre-defines the reference related to the marker unit 22 as described above.
  • Probe light when data related to the shape of the BGS reflecting the phase difference (reference phase difference) between the probe light and pump light when the data was obtained and the gain actually generated in the marker part 22 was measured.
  • the difference between the phase difference of the pump light (measurement phase difference).
  • the position calculation unit 17 determines a gain generation position due to Brillouin scattering based on the count provided by the timepiece 13.
  • the characteristic calculation unit 18 extracts information related to characteristics such as temperature and strain from data related to the measured BGS shape.
  • the characteristic distribution calculation unit 19 calculates the characteristic distribution along the longitudinal direction of the optical fiber unit 12 from the information about the occurrence position calculated by the position calculation unit 17 and the information about the characteristic calculated by the characteristic calculation unit 18. calculate.
  • probe light and pump light are incident on the optical fiber portion 12 from the light source system 11. From this optical fiber section 12, probe light having gain obtained by Brillouin scattering generated along with propagation of probe light and pump light is output. Then, the probe light is received by the spectrum measuring unit 15 and measured for each count provided by the data force S related to the shape of the BGS and the clock 13.
  • the phase difference difference calculation unit 16 preliminarily stores the reference data related to the marker unit 22 as described above. The difference between the reference phase difference between the probe light and the pump light and the phase difference during measurement is calculated.
  • the phase difference adjustment unit 14 shifts the scanning range of the phase difference by the difference value of the phase difference calculated by the phase difference difference calculation unit 16, so that the probe light and the pump light output from the light source system 11 are shifted. Adjust the phase difference. With the phase difference between the probe light and the pump light adjusted in this way, a gain is generated at each position in the measurement target region of the optical fiber section 12, and data related to the BGS shape reflecting the gain is sequentially generated. Measured. Based on the count provided by the clock 13, a position where a gain due to Brillouin scattering is generated is determined by the position calculating unit 17.
  • the BGS shape data measured by the spectrum measurement unit 15 for each count provided by the clock 13 is used.
  • Information on characteristics (temperature, strain, etc.) is extracted from the data by the characteristic calculator 18.
  • the characteristic distribution calculating unit 19 calculates the characteristic distribution from the information regarding the occurrence position calculated by the position calculating unit 17 and the information regarding the characteristic calculated by the characteristic calculating unit 18.
  • the injection current output from the waveform generator and the optical frequency response characteristics of DFB—LD with respect to the injection current change over time.
  • the optical path length of the probe light changes.
  • the phase difference between the probe light and the pump light changes. Therefore, even if the phase difference between the probe light and the pump light is set, the actual phase difference changes and the gain generation position changes.
  • the phase difference difference calculation unit 16 pre-defines the reference related to the marker unit 22 as described above. Calculate the difference between the reference phase difference between the probe light and pump light when the data was obtained, and the phase difference during measurement.
  • the phase adjustment unit 14 adjusts the phase difference between the probe light and the pump light output from the light source system 11 by shifting the scanning range of the phase difference by the phase difference difference calculated by the phase difference difference calculation unit 16. To do. Therefore, in the characteristic distribution measurement, it is possible to effectively reduce the measurement error at the position where the gain due to Brillouin scattering occurs.
  • the phase difference adjustment unit 14 shifts the scanning range of the phase difference by the amount that the phase difference between the probe light and the pump light output from the light source system 11 changes.
  • the phase difference scanning range may be shifted using ⁇ A which is the maximum of the required target markers. If the phase difference corresponding to the position of the marker portion 22 is at the end of the range to shift the phase difference, the marker portion It is set so that the phase difference during measurement is the end of the shift range.
  • the unit 18 and the characteristic distribution calculation unit 19 are preferably housed in a casing.
  • the marker portion 22 may be a force s used as a connection portion between the first optical fiber 20 and the second optical fiber 21, or a portion distorted by an external force.
  • the marker portion 22 is preferably in a form in which different types of fibers are connected in a place where there is a possibility of being affected by thermal and distortion.
  • FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the second embodiment of the optical fiber characteristic distribution sensor according to the present invention.
  • the optical fiber characteristic distribution sensor 2 according to the second embodiment includes a light source system 11, a phase difference adjustment unit 14, an optical delay unit 31, an optical fiber unit 12, a spectrum measurement unit 15, a position calculation unit 17a, a characteristic calculation unit 18, A characteristic distribution calculation unit 19 and a delay adjustment unit 32 are provided.
  • the light source system 11, the phase difference adjustment unit 14, the optical fiber unit 12, the spectrum measurement unit 15, the characteristic calculation unit 18, and the characteristic distribution calculation unit 19 function in the same manner as in the first embodiment.
  • the position calculating unit 17a calculates a position where a gain is generated due to Brillouin scattering based on the phase difference adjusted by the phase difference adjusting unit 14.
  • the optical delay device 31 gives a delay to the probe light output from the light source 11a included in the light source system 11. Further, the delay adjustment unit 32 adjusts the optical delay unit 31 so that the measurement data related to the shape of the BGS in the marker unit 22 matches the above-described reference data. In other words, the delay adjustment unit 32 shifts the delay amount so that the data related to the BGS shape measured by the spectrum measurement unit 15 matches the known reference data measured in advance in a normal state. Set the optimal delay amount.
  • probe light and pump light are output from the light source system 11.
  • the probe light and pump light output from the light source system 11 are incident on the optical fiber portion 12 in opposition to each other.
  • the optical fiber section 12 outputs probe light having gain obtained by Brillouin scattering generated along with propagation of probe light and pump light.
  • Spectrum measurement unit 15 is an optical fiber Receives probe light output from unit 12 and measures data related to BGS shape
  • the measurement data related to the shape of the BGS in the marker unit 22 is delayed to the probe light by the optical delay unit 31 adjusted by the delay adjustment unit 32 so that it matches the reference data measured in advance. Is given.
  • the measurement target region of the optical fiber unit 12 (a part of the optical fiber unit 12 installed in contact with the measurement target M is maintained in a state where the phase difference is substantially adjusted by adjusting the delay. ) To generate gain and measure the data related to the shape of the BGS.
  • the position where the gain due to Brillouin scattering is generated is calculated by the position calculating unit 17a.
  • information related to characteristics is extracted by the characteristic calculation unit 18 from the data related to the measured BGS shape.
  • a characteristic distribution is calculated by the characteristic distribution calculating unit 19 from the information regarding the occurrence position calculated by the position calculating unit 17a and the information regarding the characteristic calculated by the characteristic calculating unit 18.
  • the optical path length of the probe light changes.
  • the phase difference between the probe light and the pump light changes. For example, if the temperature of the optical fiber for delay constituting the optical delay device 31 changes by 5 ° C, the position where the gain due to Brillouin scattering is moved about 30 cm. Therefore, once the phase difference between the probe light and the pump light is set, the actual phase difference changes and the gain generation position changes.
  • the optical delay unit 31 uses the optical delay unit 31 so that the data related to the measured BGS shape matches the known reference data.
  • the delay given in this way is adjusted by the delay adjusting unit 32, and the phase difference between the probe light and the pump light is adjusted. That is, by generating gain in the measurement target area of the optical fiber unit 12 with the phase difference adjusted indirectly, the gain generation position and the measured BGS are accurately associated with each other. . Therefore, also according to the second embodiment, the measurement error of the gain generation position is effectively reduced in the characteristic distribution measurement.
  • the second embodiment may include a phase difference difference calculation unit as in the first embodiment described above. Good.
  • the delay adjustment unit 32 adjusts a delay amount corresponding to the difference in phase difference between the probe light and the pump light calculated by the phase difference difference calculation unit.
  • the difference in phase difference between the probe light and the pump light calculated by the phase difference difference calculation unit is obtained by measuring the phase difference between the probe light and the pump light (measured by the phase difference adjustment unit 14). It may be adjusted by shifting the data related to the shape of the BGS to match the known reference data.
  • FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the third embodiment of the optical fiber characteristic distribution sensor according to the present invention.
  • the optical fiber characteristic distribution sensor 2 according to the third embodiment includes a light source system 11, a phase difference adjustment unit 14, an optical fiber unit 12, a spectrum measurement unit 15, a phase difference difference calculation unit 16, a position calculation unit 17b, and a characteristic calculation unit. 18 and a characteristic distribution calculator 19.
  • the light source system 11, the phase difference adjustment unit 14, the optical fiber unit 12, the spectrum measurement unit 15, the phase difference difference calculation unit 16, the characteristic calculation unit 18, and the characteristic distribution calculation unit 19 are the same as those in the first and second embodiments described above. It works in the same way.
  • the position calculation unit 17b is based on the phase difference between the probe light and the pump light adjusted by the phase difference adjustment unit 14 and the difference between the phase differences calculated by the phase difference difference calculation unit. The occurrence position of is calculated.
  • probe light and pump light are output from the light source system 11.
  • the probe light and pump light output from the light source system 11 are incident on the optical fiber unit 12 so as to face each other.
  • the optical fiber section 12 outputs probe light having gain obtained by Brillouin scattering generated along with propagation of probe light and pump light.
  • the spectrum measurement unit 15 receives the probe light output from the optical fiber unit 12 and measures data related to the shape of the BGS.
  • the phase difference difference calculation unit 16 preliminarily stores the reference data related to the marker unit 22 as described above. The difference between the reference phase difference between the probe light and the pump light and the phase difference during measurement is calculated. [0070] After that, a gain is generated in the measurement target region of the optical fiber part 12 (a part of the optical fiber part 12 installed in contact with the measurement object M), and the BGS shape at the gain generation position is obtained. Relevant data is measured. Based on the phase difference between the probe light and the pump light adjusted by the phase difference adjusting unit 14 and the difference between the phase differences calculated by the phase difference difference calculating unit 16, a gain generation position is determined by the position calculating unit 17b.
  • the characteristic calculation unit 18 extracts information related to characteristics (temperature, strain, etc.) from data related to the measured BGS shape.
  • the characteristic distribution calculating unit 19 calculates the characteristic distribution from the information regarding the gain generation position calculated by the position calculating unit 17b and the information regarding the characteristic calculated by the characteristic calculating unit 18.
  • the position is determined by the position calculation unit 17b based on the difference between the phase difference adjusted by the phase difference adjustment unit 14 and the phase difference calculated by the phase difference difference calculation unit 16. In the distribution measurement, the measurement error of the gain generation position is effectively reduced.
  • two light sources l la and l ib are used as the light source system 11, but only one light source may be used.
  • a period for pump light and a period for probe light are set, and the optical frequency is adjusted for each period.
  • the plurality of marker portions are arranged in the longitudinal direction of the optical fiber portion 12 by alternately connecting the plurality of first optical fibers and the plurality of second optical fibers. It may be provided along.
  • the difference in phase difference is calculated for each marker part.
  • a section for performing position correction is set in each marker section, and position correction is performed using each marker section as a base point in each section. Further, for example, the position correction may be performed based on the average value of the difference in phase difference corresponding to each marker portion.
  • the phase difference scanning range is shifted by the maximum value of the phase difference difference corresponding to each marker portion, a section for position correction is set in each marker section, and each marker section is set in each section.
  • Position correction may be performed as a base point. Corrections may be made arbitrarily as needed.
  • the optical fiber characteristic distribution sensor according to the present invention can be used for sensing technology that detects characteristics of an object such as strain and temperature using an optical fiber placed in contact with the object. It can be applied to an object characteristic detection system using Brillouin scattered light. Specifically, the sensor according to the present invention can be applied to a measurement / detection system for deformation of various buildings and the like and environmental temperature.

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Description

明 細 書
光ファイバ特性分布センサ
技術分野
[0001] この発明は、光ファイバから出力されるブリルアン散乱による利得を利用して温度測 定又は歪測定を行う光ファイバ特性分布センサに関するものである。
背景技術
[0002] 光ファイバにおいて発生したブリルアン散乱に起因する利得が反映されたブリルァ ンゲインスペクトル（以下、 BGSという）の形状は、光ファイバにおいてそのブリルアン 散乱による利得が発生した位置の温度及び歪により変化する。この変化を利用して 温度及び歪を測定する技術が知られて!/、る。
[0003] 下記非特許文献 1には、 BOCDA (Brillouin Optical Correlation Domain Analysis) を用いて光ファイバの歪を測定する技術が記載されている。 BOCDAは、プローブ光 及びポンプ光を測定用光ファイバの両端から対向入射させ、測定用光ファイバ中に おける両者の位相が一致する位置において利得を発生させる技術である。下記非特 許文献 1に記載の技術では、プローブ光及びポンプ光の位相差を変化させることに より、測定用光ファイバの各位置で利得を発生させ、各利得の BGSを測定することに より測定用光ファイバの歪分布を求めている。
非特許文献 1： azuo HO TATE, et aL，「Simplified System of Fiber Brillouin Optical Correlation Domain Analysis for Distributed Strain SensingJ，第 16IE]光ファ ノヽセン サ国際会議 (OFS-16), 2003年 10月， We2_3， p.290-293
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] 発明者らは、従来技術について検討した結果、以下のような課題を発見した。すな わち、上記非特許文献 1に記載された BOCDAでは、プローブ光及びポンプ光の位 相差は次のように設定される。まず、位相差を指示する指示値に応じてある周波数、 振幅で変調された注入電流が波形発生器により出力される。この出力された注入電 流が DFB— LDに入力され、それぞれ光周波数変調されたプローブ光及びポンプ光 が出力される。出力されたプローブ光は、遅延用光ファイバを介して測定用光フアイ バに入力される。
[0005] ところ力 指示値に対する波形発生器から出力される注入電流、及び、注入電流に 対する DFB— LDの光周波数応答特性は、経時的に変化する。よって、 DFB— LD 力、ら出力されたポンプ光及びプローブ光の位相差の実際の値は、指示値に対して経 時的に変化する。
[0006] また、遅延用光ファイバに与えられる引張張力の変化又は温度変化が起こると、プ ローブ光の光路長が変化する。プローブ光の光路長が変化すると、測定用光フアイ バに入力するときのプローブ光の位相が変化する。
[0007] これらの要因から、測定用光ファイバ中の各位置における位相差が設定した値から 変化し、指示値が示す位相差及び遅延用光ファイバが与える遅延に基づいて算出 する温度測定位置がずれることになる。この場合、 BGS形状に基づく温度分布測定 に誤差が生じる。
[0008] 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、温度分布や 歪分布などの特性分布の測定における位置の測定誤差を効果的に低減するための 構造を備えた光ファイバ特性分布センサ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
[0009] この発明に係る光ファイバ特性分布センサは、長手方向の位置が既知であってそ の位置における BGS変化も既知であるマーカー部を含む光ファイバ部を備え、該光 ファイバ部におけるマーカー部の測定された位置情報と既知の位置情報とが異なる 状況に起因する測定誤差を補正していくための構造を備える。この誤差補正としては 、マーカー部の測定された位置情報と既知の位置情報とがー致するよう、プローブ光 とポンプ光の位相差を補正する方法と、マーカー部の測定された位置情報と既知の 位置情報のずれに基づいて位置測定結果を補正する方法がある。また、プローブ光 とポンプ光との位相差の補正には、測定された位相差と既知の位相差との差分値を 利用した調整と、測定された BGSを既知の BGSに一致させる調整がある。
[0010] 測定された位相差と既知の位相差との差分値を利用した調整の場合、この発明に 係る光ファイバ特性分布センサは、光源システムと、光ファイバ部と、位相差調整部と 、スぺ外ル測定部と、位相差差分算出部と、位置算出部と、特性算出部と、そして、 特性分布算出部とを備える。
[0011] 光源システムは、プローブ光及びポンプ光を出力する。光ファイバ部は、少なくとも 一部が測定対象物に設置され、プローブ光が一端から入力される一方、ポンプ光が 他端から入力されるよう、その両端が光源システムに光学的に接続されている。また、 光ファイバ部は、所定位置に配置されたマーカー部を含む。なお、このマーカー部に 関しては、プローブ光及びポンプ光の伝搬に伴レ、発生するブリルアン散乱により利 得を得たプローブ光の BGSの形状に関連する基準データとして、当該光ファイバ部 が正常状態に設置された状態で該 BGSの形状に関連するデータが事前に測定され ている。位相差調整部は、光源システムから出力されるプローブ光及びポンプ光の 位相差を調整する。スペクトル測定部は、光ファイバ部からの出力光として、プローブ 光及びポンプ光の伝搬に伴い発生するブリルアン散乱により利得を得たプローブ光 を受光しながら、 BGSの形状に関連するデータを測定していく。位相差差分算出部 は、マーカー部で発生した利得を反映する BGSがスペクトル測定部により測定され たときのプローブ光及びポンプ光の測定時位相差と、マーカー部に関する基準デー タが測定されたときのプローブ光及びポンプ光の基準位相差との差分を算出する。 位置算出部は、時計より提供されるカウント情報を利用して、測定された BGSの発生 位置を決定する。特性算出部は、スペクトル測定部により測定された BGSごとに、そ の形状に関連するデータから光ファイバ部における各部の特性情報（温度又は歪）を 抽出する。特性分布算出部は、位置算出部で算出された発生位置に関する情報と 特性算出部で算出された特性に関する情報とから、光ファイバ部の長手方向に沿つ た特性分布を算出する。
[0012] 特に、この発明に係る光ファイバ特性分布センサにおいて、位相差調整部は、位相 差差分算出部で算出された差分値だけ位相差の走査範囲をシフトさせることで、光 源システムから出力されるプローブ光及びポンプ光の位相差を調整する。すなわち、 光源システムから出力されるプローブ光とポンプ光の位相差が変化した分だけ、位相 差調整部が位相差の走査範囲をシフトさせるので、該シフト分だけ位置算出部が算 出する利得発生位置が誤差補正される。 [0013] また、測定された位相差と既知の位相差との差分値を利用した調整の場合、この発 明に係る光ファイバ特性分布センサは、上述のような光源システム、光ファイバ部、位 相差調整部、スペクトル測定部、位相差差分算出部、位置算出部、特性算出部、特 性分布算出部の他、プローブ光及びポンプ光の少なくともいずれかに遅延を与える 光遅延器と、該光遅延器に与える遅延を調整する遅延調整部を備えてもよい。この 場合、遅延調整部は、位相差差分算出部で算出された差分値に基づいて、光遅延 器が与える遅延を調整する。
[0014] さらに、この発明に係る光ファイバ特性分布センサは、光ファイバ部の長手方向に 沿った特性分布を算出する際の位置情報を得るためのカウントを提供する時計を備 えてもよい。この場合、位置情報としてのカウントが時計によって提供され、提供され るカウントごとに光源システムから出力されるプローブ光及びポンプ光の位相差が調 整される。光源システムから出力されるプローブ光及びポンプ光は、光ファイバ部に 対向入射される。プローブ光及びポンプ光の伝搬に伴いブリルアン散乱光が発生し 、発生したブリルアン散乱により利得を得たプローブ光が光ファイバ部から出力され る。その BGSの形状に関連するデータがカウントごとにスペクトル測定部によって測 定される。また、光ファイバ部にはマーカー部が設けられており、そのマーカー部に おいて発生した利得の BGSの形状に関連するデータが基準データとして事前に得 られて!/、る（光ファイバ部が所定温度かつ歪が加えられて!/、な!/、正常な状態に設置 された状態で測定)。また、マーカー部で発生した利得を反映する BGSがスペクトル 測定部により測定されたときのプローブ光及びポンプ光の測定時位相差と、マーカ 一部に関する基準データが測定されたときのプローブ光及びポンプ光の基準位相差 との差分が、位相差差分算出部によって算出される。そして、時計より提供されたカウ ントに基づき BGSの発生位置が位置算出部によって決定される。測定された BGSの 形状に関連するデータから特性 (温度または歪）に関する情報が特性算出部によつ て抽出され、位置算出部で算出された発生位置に関する情報と特性算出部で算出 された特性情報とから特性分布力 特性分布算出部によって算出される。さらに、位 相差差分算出部で算出された差分値だけ、位相差の走査範囲をシフトさせることで、 光源システムから出力されるプローブ光およびポンプ光の位相差が位相差調整部に よって調整される。この構成により、位置の測定誤差が低減される。
[0015] 測定された BGSを既知の BGSに一致させる調整の場合、この発明に係る光フアイ バ特性分布センサは、光源システムと、位相差調整部と、光遅延器と、光ファイバ部 と、スペクトル測定部と、位置算出部と、特性算出部と、特性分布算出部と、そして、 遅延調整部とを備えてもよい。
[0016] 光源システムは、プローブ光及びポンプ光を出力する。位相差調整部は、光源シス テムから出力される前記プローブ光及びポンプ光の位相差を調整する。光遅延器は 、プローブ光及びポンプ光の少なくともいずれかにに遅延を与える。光ファイバ部は
、少なくとも一部が測定対象物に設置され、プローブ光が一端から入力される一方、 ポンプ光が他端から入力されるよう、その両端が光源システムに光学的に接続されて いる。また、光ファイバ部は、所定位置に配置されたマーカー部を含む。なお、このマ 一力一部に関しては、プローブ光及びポンプ光の伝搬に伴い発生するブリルアン散 乱により利得を得たプローブ光の BGSの形状に関連する基準データとして、当該光 ファイバ部が正常状態に設置された状態で該 BGSの形状に関連するデータが事前 に測定されている。スペクトル測定部は、光ファイバ部からの出力光として、プローブ 光及びポンプ光の伝搬に伴い発生するブリルアン散乱により利得を得たプローブ光 を受光し、ブリルアン散乱により受光プローブ光が得た利得のスペクトルである BGS の形状に関連するデータを測定する。位置算出部は、位相差調整部により調整され たプローブ光及びポンプ光の位相差に基づレ、て、スペクトル測定部により測定される
BGSの発生位置を算出する。特性算出部は、スペクトル測定部により測定された BG Sの形状に関連するデータから、光ファイバ部における各部の特性情報（温度又は歪 )を抽出する。特性分布算出部は、位置算出部で算出された発生位置に関する情報 と特性算出部で算出された特性に関する情報とから、光ファイバ部の長手方向に沿 つた特性分布を算出する。そして、遅延調整部は、マーカー部における BGSの形状 に関連する測定データが事前に測定された基準データと一致するよう、光遅延器が 与える遅延を調整する。
[0017] 上述のような構造により、この発明では、位相差調整部により位相差が調整された プローブ光及びポンプ光が光源システムから出力される。プローブ光とポンプ光との うち少なくとも一方には光遅延器によって遅延が与えられる。その後、プローブ光及 びポンプ光が光ファイバ部に対向入射され、プローブ光及びポンプ光の伝搬により ブリルアン散乱光が光ファイバ部内で発生する。そして、発生したブリルアン散乱によ り利得を得たプローブ光が光ファイバ部から出力される。その BGSの形状に関連す るデータがスペクトル測定部によって測定される。また、位相差調整部で調整された 位相差に基づいて BGSの発生位置が位置算出部によって算出される。測定された B GSの形状に関連するデータから特性 (温度又は歪）に関する情報が特性算出部に よって抽出される。さらに、それぞれ算出された発生位置に関する情報と特性に関す る情報とから、光ファイバ部の長手方向に沿った特性分布が特性分布算出部によつ て算出される。また、光ファイバ部に設けられたマーカー部において発生した利得の BGSの形状に関連するデータは、基準データとして事前に得られて!/、る（光ファイバ 部が所定温度かつ歪が加えられて!/、なレ、正常な状態に設置された状態で測定)。マ 一力一部における BGSの形状に関連する測定データが事前に測定されている基準 データとなるように、光遅延器によって与えられる遅延が遅延調整部によって調整さ れる。よって、この構成によっても特性分布測定における位置の測定誤差は効果的 に低減される。
[0018] なお、測定された BGSを既知の BGSに一致させる調整は、上述のように、光源シス テムと、光ファイバ部と、位相差調整部と、スペクトル測定部と、位相差差分算出部と 、位置算出部と、特性算出部と、そして、特性分布算出部とを備えた光ファイバ特性 分布センサによっても実現可能である。この場合、位相差調整部は、マーカー部に おけるブリルアンゲインスペクトルの形状に関連する測定データが事前に測定された 基準データと一致するよう、光源システムから出力されるプローブ光及びポンプ光の 位相差を調整する。この構成によっても特性分布測定における位置の測定誤差は効 果的に低減される。
[0019] さらに、この発明に係る光ファイバ特性分布センサは、光源システムと、位相差調整 部と、光ファイバ部と、スペクトル測定部と、位相差差分算出部と、位置算出部と、特 性算出部と、そして、特性分布算出部とを備えてもよい。
[0020] 光源システムは、プローブ光及びポンプ光を出力する。位相差調整部は、光源シス テムから出力されるプローブ光及びポンプ光の位相差を調整する。光ファイバ部は、 少なくとも一部が測定対象物に設置され、プローブ光が一端から入力される一方、ポ ンプ光が他端から入力されるよう、その両端が光源システムに光学的に接続されてい る。また、光ファイバ部は、所定位置に配置されたマーカー部を含む。なお、このマー カー部に関しては、プローブ光及びポンプ光の伝搬に伴い発生するブリルアン散乱 により利得を得たプローブ光の BGSの形状に関連する基準データとして、当該光フ アイバ部が正常状態に設置された状態で該 BGSの形状に関連するデータが事前に 測定されている。スペクトル測定部は、光ファイバ部からの出力光として、プローブ光 及びポンプ光の伝搬に伴い発生するブリルアン散乱により利得を得たプローブ光を 受光し、ブリルアン散乱により受光プローブ光が得た利得のスペクトルである BGSの 形状に関連するデータを測定する。位相差差分算出部は、マーカー部で発生した利 得を反映する BGSがスペクトル測定部により測定されたときのプローブ光及びポンプ 光の測定時位相差と、マーカー部に関する基準データが測定されたときのプローブ 光及びポンプ光の基準位相差との差分を算出する。位置算出部は、位相差調整部 により調整されたプローブ光及びポンプ光の位相差と、位相差差分算出部で算出さ れた差分値に基づいて、スペクトル測定部により測定される BGSの発生位置を算出 する。特性算出部は、スペクトル測定部により測定された BGSの形状に関連するデ ータから、光ファイバ部における各部の特性情報（温度又は歪）を抽出する。そして、 特性分布算出部は、位置算出部で算出された発生位置に関する情報と特性算出部 で算出された特性に関する情報とから、光ファイバ部の長手方向に沿った特性分布 を算出する。
上述のような構成により、この発明では、位相差調整部により位相差が調整された プローブ光及びポンプ光が光源システムから出力される。その後、プローブ光及びポ ンプ光が光ファイバ部に対向入射され、プローブ光及びポンプ光の伝搬に伴いブリ ルアン散乱光が光ファイバ部内で発生する。発生したブリルアン散乱により利得を得 たプローブ光が光ファイバ部から出力される。そのブリルアン散乱光の BGSの形状 に関連するデータがスペクトル測定部によって測定される。また、光ファイバ部に設け られたマーカー部において発生した利得の BGSの形状に関連するデータは、基準 データとして事前に得られて!/、る（光ファイバ部が所定温度かつ歪が加えられて!/、な い正常な状態に設置された状態で測定)。マーカー部における BGSの形状に関連 する測定データを得たときのプローブ光及びポンプ光の測定位相差と、事前に測定 されている基準データを得たときのプローブ光及びポンプ光の基準位相差との差分 が、位相差差分算出部によって算出される。位相差調整部で調整された位相差と位 相差差分算出部で算出された差分値に基づいて、 BGSの発生位置が位置算出部 によって算出される。測定された BGSの形状に関連するデータから特性に関する情 報が特性算出部によって抽出される。そして、このように算出された発生位置に関す る情報と特性に関する情報とから特性分布が特性分布算出部によって算出される。 この構成によっても特性分布測定における位置の測定誤差は効果的に低減される。
[0022] 好ましくは、位相差調整部は、位相差差分算出部で算出された差分値だけ位相差 の走査範囲をシフトさせることにより、光源システムから出力されるプローブ光及びポ ンプ光の位相差を調整する。
[0023] 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。
[0024] 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 ヽ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
[0025] この発明によれば、温度分布測定における位置の測定誤差を低減することができる 図面の簡単な説明
[0026] 園 1]は、この発明に係る光ファイバ特性分布センサの第 1実施例の構成を示す図で ある。
Figure imgf000010_0001
園 3]は、この発明に係る光ファイバ特性分布センサの第 2実施例の構成を示す図で ある。
[図 4]は、この発明に係る光ファイバ特性分布センサの第 3実施例の構成を示す図で ある。
符号の説明
[0027] 1〜3…光ファイバ特性分布センサ、 11…光源、 12…光ファイバ部、 13…時計、 1 4···位相差調整部、 15···スペクトル測定部、 16···位相差差分算出部、 17, 17a, 17 b…位置算出部、 18···特性算出部、 19···特性分布算出部、 20···第 1光ファイバ、 2 1···第 2光ファイバ、 22···マーカー部、 31···光遅延器、 32···遅延調整部。
発明を実施するための最良の形態
[0028] 以下、この発明に係る光ファイバ特性分布センサの各実施例を、図;!〜 4を参照し て詳細に説明する。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。
[0029] (第 1実施例）
図 1は、この発明に係る光ファイバ特性分布センサの第 1実施例の構成を示す図で ある。この第 1実施例に係る光ファイバ特性分布センサ 1は、一部が測定対象物 Mと 接した状態で配置された光ファイバ部 12をセンサとして利用し、該光ファイバ部 12か ら出力されるブリルアン散乱光の BGSの形状関連データに基づいて、測定対象物 M の温度分布や歪み分布を測定する装置である。
[0030] ブリルアン散乱光は、光ファイバに入力されたポンプ光と、ポンプ光によって光ファ ィバ中に発生する音響波との相互作用により、ポンプ光の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である。このブリルアン散乱光は、光ファイバにプロ一 ブ光とポンプ光とを対向入射させることにより、入射されたプローブ光とポンプ光との 相関ピークを示す位置において発生する。 BGSは、ブリルアン散乱によりプローブ光 が受ける利得スペクトルである。
[0031] 図 2は、 BGSを示すグラフである。図 2に示されたように、 BGSは、プローブ光とポ ンプ光との光周波数差を Vとして、式（1)のローレンツ型関数で表される。
[数 1]
Figure imgf000012_0001
式（1)において、 gは最大ゲイン、 V は中心周波数、 は線幅（半値全幅）を示
0 Β Β
す。最大ゲイン g、中心周波数 V 、及び線幅 Δ V は、 BGSを特徴付けるパラメータ
0 B B
である。これらのパラメータは、光ファイバにおける利得が発生した発生位置の温度 に依存して変化する。
[0032] プローブ光とポンプ光の位相を変化させることにより、相関ピークを示す位置が移 動し、光ファイバの長手方向に沿った各位置で利得を発生させることができる。光フ アイバ特性分布センサ 1では、光ファイバ部 12の各位置において発生した利得が反 映された BGSを測定していくことで、その BGSの中心周波数に基づいて利得発生位 置での温度情報、歪情報など測定対象物の特性を算出する。さらに、プローブ光と ポンプ光の位相差に基づいて、各利得発生位置が算出される。このようにして、光フ アイバ特性分布センサ 1では、光ファイバ部 12の長手方向に沿った特性分布を測定 する。特性分布とは、少なくとも歪分布、温度分布等を含む。
[0033] 引き続き、図 1を参照して光ファイバ特性分布センサ 1の構成について詳細に説明 する。なお、この第 1実施例に係る光ファイバ特性分布センサ 1の構成例として、以下 、時計を含む構成について説明する。光ファイバ特性分布センサ 1は、光源システム 11、光ファイバ部 12、時計 13、位相差調整部 14、スペクトル測定部 15、位相差差 分算出部 16、位置算出部 17、特性算出部 18、及び特性分布算出部 19を備える。 なお、光源システム 11は、上記非特許文献 1に開示されたように 1つの光源によりプ ローブ光及びポンプ光を生成することも可能であるが、以下の各実施例では、光源 システム 11の構成として、プローブ光を出力する光源 11aと、ポンプ光を出力する光 源 1 lbを含む構成が示されて!/、る。
[0034] 上述のように、光源システム 11は、プローブ光を出力する光源 11aと、ポンプ光を 出力する光源 l ibを含む。
[0035] 光ファイバ部 12は、その一部が測定対象物 Mに設置され、光源 11aから出力され たプローブ光が一端に入力される一方、光源 l ibから出力されたポンプ光が他端に 入力されるよう、光源システム 11に光学的に接続されている。また、この光ファイバ部 12からは、プローブ光及びポンプ光の伝搬に伴い発生するブリルアン散乱により利 得を得たプローブ光が出力される。光ファイバ部 12は、互いに直列に接続された第 1 光ファイバ 20と第 2光ファイバ 21とを含む。第 1光ファイバ 20の零分散波長は 1310η mであり、第 2光ファイバ 21の零分散波長は 1550nmである。
[0036] 第 1光ファイバ 20と第 2光ファイバ 21との接続部分であるマーカー部 22において発 生した利得が反映された BGSは、光ファイバ部 12が正常な状態（所定温度に維持さ れるとともに不要な歪みも加えられていない状態）で事前に測定され、その BGSの形 状に関連する測定データが基準データとして得られている。このマーカー部 22は、 外観からも判別できるように、被覆の色が他の部分と異なる色に着色されている。な お、測定対象物 Mに設置された光ファイバ部 12の領域 (測定対象領域）は、測定対 象物 Mに浸漬されて!/、てもよ!/、し、埋設されてもよ!/、。
[0037] 時計 13は、特性分布を算出する際に位置情報を得るためのカウントを提供する。
[0038] 位相差調整部 14は、カウントごとに光源システム 11から出力されるプローブ光とポ ンプ光の位相差を調整する。また、位相差調整部 14は、位相差差分算出部 16で算 出された位相差の差分値だけ、位相差の走査範囲をシフトさせることで、光源システ ム 11から出力されるプローブ光とポンプ光の位相差を調整する。なお、位相差調整 部 14は、プローブ光の位相とポンプ光の位相をそれぞれ調整してもよいし、一方の 光の位相を固定して他方の光の位相を調整してもよい。また、位相差調整部 14は、 プローブ光とポンプ光の位相差を示す指示値を出力して、光源システム 11がこの指 示値に応じてプローブ光とポンプ光の位相差を設定する構成であってもよい。
[0039] スペクトル測定部 15は、光ファイバ部 12からサーキユレータ 23を経て出力されたプ ローブ光を受光し、時計 13から提供されるカウントごとに BGSの形状に関連するデ ータを測定する。 BGSの形状に関連するデータとは、 BGSの形状を特徴付けるパラ メータ、その他のピークの形状を表す数値 (例えば、中心周波数からのゲインが減少 する部分の傾き値)や 2つのピーク部の中心周波数差などのスペクトルの特異な形状 に関連するデータを指す。この実施例では、例として、中心周波数を用いる。
[0040] 位相差差分算出部 16は、基準位相差に対する測定位相差の差分を算出する。す なわち、位相差差分算出部 16は、上述のように予めマーカー部 22に関連する基準 データを得たときのプローブ光とポンプ光の位相差 (基準位相差)と、実際にマーカ 一部 22で発生した利得が反映された BGSの形状に関連するデータが測定されたと きのプローブ光とポンプ光の位相差 (測定時位相差)との差分を算出する。
[0041] 位置算出部 17は、時計 13により提供されたカウントに基づきブリルアン散乱による 利得の発生位置を決定する。
[0042] 特性算出部 18は、測定された BGSの形状に関連するデータから、温度、歪などの 特性に関する情報を抽出する。
[0043] 特性分布算出部 19は、位置算出部 17で算出された発生位置に関する情報と特性 算出部 18で算出された特性に関する情報とから光ファイバ部 12の長手方向に沿つ た特性分布を算出する。
[0044] 引き続いて、光ファイバ特性分布センサ 1の動作について説明する。
[0045] まず、プローブ光及びポンプ光が、光源システム 11から光ファイバ部 12に対向入 射される。この光ファイバ部 12からは、プローブ光及びポンプ光の伝搬に伴い発生 するブリルアン散乱により利得を得たプローブ光が出力される。そして、プローブ光が スペクトル測定部 15において受光され、 BGSの形状に関連するデータ力 S、時計 13 により提供されたカウントごとに測定される。
[0046] 実際にマーカー部 22で発生した利得が反映された BGSの形状に関連するデータ が測定されると、位相差差分算出部 16は、上述のように予めマーカー部 22に関連 する基準データを得たときのプローブ光とポンプ光の基準位相差と、測定時位相差と の差分を算出する。
[0047] 位相差調整部 14は、位相差差分算出部 16で算出された位相差の差分値だけ位 相差の走査範囲をシフトさせることで、光源システム 11から出力されるプローブ光と ポンプ光の位相差を調整する。プローブ光とポンプ光の位相差がこのように調整され た状態で、光ファイバ部 12の測定対象領域における各位置で利得を発生させ、その 利得が反映された BGSの形状に関連するデータが逐次測定される。そして、時計 13 により提供されたカウントに基づき、ブリルアン散乱による利得の発生位置が位置算 出部 17によって決定される。
[0048] 時計 13が提供するカウントごとにスペクトル測定部 15で測定された BGSの形状デ ータから、特性 (温度、歪など）に関する情報が特性算出部 18によって抽出される。 また、位置算出部 17で算出された発生位置に関する情報と特性算出部 18で算出さ れた特性に関する情報とから、特性分布が特性分布算出部 19によって算出される。
[0049] ところで、波形発生器から出力される注入電流、及び、注入電流に対する DFB— L Dの光周波数応答特性は、経時的に変化する。また、遅延用光ファイバに与えられる 引張張力の変化又は温度変化が起こると、プローブ光の光路長が変化する。プロ一 ブ光の光路長が変化すると、プローブ光とポンプ光の位相差が変化する。よって、プ ローブ光とポンプ光の位相差が設定されても、実際の位相差は変化し、利得発生位 置が変化することになる。
[0050] この第 1実施例に係る光ファイバ特性分布センサ 1では、光ファイバ部 12における マーカー部に関連する測定時情報と事前に測定された既知情報とを利用して、プロ ーブ光とポンプ光の位相差が調整される。すなわち、実際にマーカー部 22で発生し た利得が反映された BGSの形状に関連するデータが測定されると、位相差差分算 出部 16は、上述のように予めマーカー部 22に関連する基準データを得たときのプロ ーブ光とポンプ光の基準位相差と、測定時位相差との差分を算出する。位相調整部 14は、この位相差差分算出部 16により算出された位相差の差分だけ位相差の走査 範囲をシフトさせることで、光源システム 11から出力されるプローブ光とポンプ光の位 相差を調整する。よって、特性分布測定において、ブリルアン散乱による利得が発生 する位置の測定誤差を効果的に低減させることが可能になる。
[0051] すなわち、この第 1実施例では、光源システム 11から出力されるプローブ光とボン プ光の位相差が変化した分だけ、位相差調整部 14が位相差の走査範囲をシフトさ せるので、該シフト分だけ位置算出部 17が算出する利得発生位置を誤差補正するこ とができる。測定時位相差を Al、既知の基準位相差を A2、位相差の差分を Δ Aと すると、 ΔΑ=Α1— A2とし、位相差をスキャンする走査範囲を Δ Αだけずらすことで、 当初想定された範囲（測定対象領域）内における特性を測定することが可能になる。
[0052] なお、マーカー部 22が複数あるときは、その必要とする対象マーカーのうちの最大 となる Δ Aを使用して、位相差走査範囲をシフトさせればよい。また、マーカー部 22 の位置に対応する位相差が位相差をシフトさせる範囲の端にある場合、マーカー部 22の測定時位相差がシフト範囲の端になるように設定される。
[0053] また、この第 1実施例において、光源システム 11、光ファイバ部 12、時計 13、位相 差調整部 14、スペクトル測定部 15、位相差差分算出部 16、位置算出部 17、特性算 出部 18、及び特性分布算出部 19は、筐体内に収容されるのが好ましい。
[0054] この第 1実施例において、マーカー部 22は、第 1光ファイバ 20と第 2光ファイバ 21と の接続部分とした力 s、外力により歪みが与えられた部分であってもよい。マーカー部 22は、熱的、歪的影響を受ける可能性がある場所では、異種ファイバを接続した形 態の方が好ましい。
[0055] (第 2実施例）
図 3は、この発明に係る光ファイバ特性分布センサの第 2実施例の構成を示す図で ある。この第 2実施例に係る光ファイバ特性分布センサ 2は、光源システム 11、位相 差調整部 14、光遅延器 31、光ファイバ部 12、スペクトル測定部 15、位置算出部 17a 、特性算出部 18、特性分布算出部 19、及び遅延調整部 32を備える。光源システム 11、位相差調整部 14、光ファイバ部 12、スペクトル測定部 15、特性算出部 18、及 び特性分布算出部 19は、上述の第 1実施例と同様に機能する。
[0056] 位置算出部 17aは、位相差調整部 14によって調整された位相差に基づいてブリル アン散乱による利得の発生位置を算出する。
[0057] 光遅延器 31は、光源システム 11に含まれる光源 11aから出力されたプローブ光に 遅延を与える。また、遅延調整部 32は、マーカー部 22における BGSの形状に関連 する測定データが上述の基準データに一致するよう、光遅延器 31を調整する。すな わち、遅延調整部 32は、スペクトル測定部 15で測定された BGSの形状に関連する データが、事前に正常な状態で測定された既知の基準データに一致するように遅延 量をシフトさせながら、最適遅延量を設定する。
[0058] 引き続いて、光ファイバ特性分布センサ 2の動作について説明する。
[0059] まず、プローブ光及びポンプ光が、光源システム 11から出力される。光源システム 1 1から出力されたプローブ光及びポンプ光は光ファイバ部 12に対向入射される。この 光ファイバ部 12からは、プローブ光及びポンプ光の伝搬に伴い発生するブリルアン 散乱により利得を得たプローブ光が出力される。スペクトル測定部 15は、光ファイバ 部 12から出力されたプローブ光を受光し、 BGSの形状に関連するデータを測定する
[0060] なお、マーカー部 22における BGSの形状に関連する測定データが事前に測定さ れた基準データに一致するよう、遅延調整部 32によって調整された光遅延器 31によ つてプローブ光に遅延が与えられる。このように、遅延が調整されることにより実質的 に位相差が調整された状態で光ファイバ部 12の測定対象領域 (測定対象物 Mに接 した状態で設置された光ファイバ部 12の一部）で利得を発生させ、その BGSの形状 に関連するデータが測定される。
[0061] そして、位相差調整部 14によって調整された位相差に基づいて、ブリルアン散乱 による利得の発生位置が位置算出部 17aによって算出される。また、測定された BG Sの形状に関連するデータから、特性 (温度、歪など）に関する情報が特性算出部 18 によって抽出される。位置算出部 17aで算出された発生位置に関する情報と特性算 出部 18で算出された特性に関する情報とから、特性分布が特性分布算出部 19によ つて算出される。
[0062] ところで、遅延用光ファイバ（光遅延器 31に含まれる）に与えられる引張張力の変 化又は温度変化が起こると、プローブ光の光路長が変化する。プローブ光の光路長 が変化すると、プローブ光とポンプ光の位相差が変化する。例えば、光遅延器 31を 構成する遅延用の光ファイバの温度が 5°C変化すると、ブリルアン散乱による利得の 発生位置は、 30cm程度移動する。よって、一旦プローブ光とポンプ光の位相差が設 定しても、実際の位相差が変化し、利得発生位置が変化する。
[0063] このように、この第 2実施例に係る光ファイバ特性分布センサ 2では、測定された BG Sの形状に関連するデータが既知の基準データに一致するよう、光遅延器 31によつ て与えられた遅延が遅延調整部 32によって調整され、プローブ光とポンプ光の位相 差が調整されることとなる。すなわち、間接的に位相差が調整された状態で光フアイ バ部 12の測定対象領域にお!/、て利得を発生させることで、利得発生位置と測定され る BGSとが正確に対応付けられる。よって、この第 2実施例によっても、特性分布測 定において利得発生位置の測定誤差が効果的に低減される。
[0064] なお、この第 2実施例は、上述の第 1実施例と同様に位相差差分算出部を備えても よい。この場合、位相差差分算出部により算出されたプローブ光とポンプ光の位相差 の差分に相当する遅延量が遅延調整部 32によって調整される。一方、第 1実施例に おいて、位相差差分算出部により算出されたプローブ光とポンプ光の位相差の差分 は、位相差調整部 14によってプローブ光とポンプ光の位相差を（測定された BGSの 形状に関連するデータが既知の基準データに一致するよう）シフトさせることで調整さ れてもよい。
[0065] (第 3実施例）
図 4は、この発明に係る光ファイバ特性分布センサの第 3実施例の構成を示す図で ある。この第 3実施例に係る光ファイバ特性分布センサ 2は、光源システム 11、位相 差調整部 14、光ファイバ部 12、スペクトル測定部 15、位相差差分算出部 16、位置 算出部 17b、特性算出部 18、及び特性分布算出部 19を備える。光源システム 11、 位相差調整部 14、光ファイバ部 12、スペクトル測定部 15、位相差差分算出部 16、 特性算出部 18、及び特性分布算出部 19は、上述の第 1及び第 2実施例と同様に機 能する。
[0066] 位置算出部 17bは、位相差調整部 14で調整されたプローブ光とポンプ光の位相 差と位相差差分算出部で算出された位相差の差分に基づいて、ブリルアン散乱によ る利得の発生位置を算出する。
[0067] 引き続いて、光ファイバ特性分布センサ 3の動作について説明する。
[0068] まず、プローブ光及びポンプ光が光源システム 11から出力される。光源システム 11 から出力されたプローブ光及びポンプ光が光ファイバ部 12に対向入射される。この 光ファイバ部 12からは、プローブ光及びポンプ光の伝搬に伴い発生するブリルアン 散乱により利得を得たプローブ光が出力される。スペクトル測定部 15では、光フアイ バ部 12から出力されたプローブ光が受光し、 BGSの形状に関連するデータが測定 される。
[0069] 実際にマーカー部 22で発生した利得が反映された BGSの形状に関連するデータ が測定されると、位相差差分算出部 16は、上述のように予めマーカー部 22に関連 する基準データを得たときのプローブ光とポンプ光の基準位相差と、測定時位相差と の差分を算出する。 [0070] その後、光ファイバ部 12の測定対象領域 (測定対象物 Mに接した状態で設置され た光ファイバ部 12の一部）で利得を発生させ、その利得発生位置での BGSの形状 に関連するデータが測定される。そして、位相差調整部 14で調整されたプローブ光 とポンプ光の位相差と位相差差分算出部 16で算出された位相差の差分に基づき、 利得発生位置が位置算出部 17bによって決定される。
[0071] また、特性算出部 18は、測定された BGSの形状に関連するデータから特性（温度 、歪など）に関する情報を抽出する。このように位置算出部 17bで算出された利得発 生位置に関する情報と特性算出部 18で算出された特性に関する情報とから、特性 分布が特性分布算出部 19によって算出される。
[0072] このように、位相差調整部 14で調整された位相差と位相差差分算出部 16で算出さ れた位相差の差分に基づき、位置が位置算出部 17bによって決定されるので、特性 分布測定において利得発生位置の測定誤差が効果的に低減される。
[0073] 上述の第 1〜第 3実施例では、光源システム 11として、 2個の光源 l la、 l ibを使用 しているが、光源は 1個でもよぐその場合、時間軸上で、ポンプ光とする期間とプロ ーブ光とする期間を設定し、期間ごとに光周波数が調整される。
[0074] なお、上述の第 1〜第 3実施例では、複数の第 1光ファイバと複数の第 2光ファイバ とを交互に接続することにより、複数のマーカー部が光ファイバ部 12の長手方向に 沿って設けられてもよい。この場合、各マーカー部ごとに位相差の差分が算出される 。補正の仕方としては、例えば、各マーカー部に位置補正を行う区間を設定し、各区 間に各マーカー部を基点として位置補正をする。また、例えば、各マーカー部に相 当する位相差の差分の平均値に基づいて、位置補正が行われてもよい。また、例え ば、各マーカー部に相当する位相差の差分の最大値分だけ位相差の走査範囲をシ フトさせ、各マーカー部に位置補正を行う区間を設定し、各区間に各マーカー部を 基点として位置補正が行われてもよい。補正は、必要に応じて任意に行われればよ い。
[0075] また、上述の第 1〜第 3実施例では、温度、歪などの特性分布の測定について説明 したが、光ファイバ特性分布センサ;!〜 3を用いて、その他の特性分布を測定すること も可能である。 [0076] 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から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
[0077] この発明に係る光ファイバ特性分布センサは、歪みや温度など対象物の特性を、 該対象物に接した状態で配置された光ファイバを用いて検知するセンシング技術に 利用することができ、ブリルアン散乱光を利用した対象物の特性検知システムへ適用 すること力 Sできる。具体的に、この発明に係るセンサは、各種建造物等の変形や環境 温度の測定/検知システムへの適用が可能である。

Claims

請求の範囲
プローブ光及びポンプ光を出力する光源システムと、
前記光源システムから出力されるプローブ光及びポンプ光の位相差を調整する位 相差調整部と、
少なくとも一部が測定対象物に設置され、前記プローブ光が一端から入力される一 方、前記ポンプ光が他端から入力されるよう、その両端が前記光源システムに光学的 に接続された光ファイバ部であって、前記プローブ光及びポンプ光の伝搬に伴レ、発 生するブリルアン散乱により利得を得たプローブ光のブリルアンゲインスペクトルの形 状に関連する基準データとして、当該光ファイバ部が正常状態に設置された状態で 該ブリルアンゲインスペクトルの形状に関連するデータが事前に測定されているマー カー部を含む光ファイバ部と、
前記光ファイバ部からの出力光として、プローブ光及びポンプ光の伝搬に伴い発 生するブリルアン散乱により利得を得たプローブ光を受光し、該ブリルアン散乱により 受光プローブ光が得たブリルアンゲインスペクトルの形状に関連するデータを測定す るスペクトル測定部と、
前記マーカー部で発生した利得を反映するブリルアンゲインスペクトルが前記スぺ タトル測定部により測定されたときの前記プローブ光及びポンプ光の測定時位相差と 、前記マーカー部に関する前記基準データが測定されたときの前記プローブ光及び ポンプ光の基準位相差との差分を算出する位相差差分算出部と、
前記スペクトル測定部により測定されたブリルアンゲインスペクトルの発生位置を決 定する位置算出部と、
前記スペクトル測定部により測定されたブリルアンゲインスペクトルごとに、その形状 に関連するデータから前記光ファイバ部における各部の特性情報を抽出する特性算 出部と、そして、
前記位置算出部で算出された発生位置に関する情報と前記特性算出部で算出さ れた特性に関する情報とから、前記光ファイバ部の長手方向に沿った特性分布を算 出する特性分布算出部と、を備えた光ファイバ特性分布センサにおいて、
前記位相差調整部は、前記位相差差分算出部で算出された差分値だけ位相差の 走査範囲をシフトさせることで、前記光源システムから出力されるプローブ光及びポ ンプ光の位相差を調整する光ファイバ特性分布センサ。
プローブ光及びポンプ光を出力する光源システムと、
前記光源システムから出力されるプローブ光及びポンプ光の位相差を調整する位 相差調整部と、
前記プローブ光及びポンプ光の少なくともいずれかに遅延を与える光遅延器と、 少なくとも一部が測定対象物に設置され、前記プローブ光が一端から入力される一 方、前記ポンプ光が他端から入力されるよう、その両端が前記光源システムに光学的 に接続された光ファイバ部であって、前記プローブ光及びポンプ光の伝搬に伴レ、発 生するブリルアン散乱により利得を得たプローブ光のブリルアンゲインスペクトルの形 状に関連する基準データとして、当該光ファイバ部が正常状態に設置された状態で 該ブリルアンゲインスペクトルの形状に関連するデータが事前に測定されているマー カー部を含む光ファイバ部と、
前記光ファイバ部からの出力光として、プローブ光及びポンプ光の伝搬に伴い発 生するブリルアン散乱により利得を得たプローブ光を受光し、該ブリルアン散乱により 受光プローブ光が得たブリルアンゲインスペクトルの形状に関連するデータを測定す るスペクトル測定部と、
前記マーカー部で発生した利得を反映するブリルアンゲインスペクトルが前記スぺ タトル測定部により測定されたときの前記プローブ光及びポンプ光の測定時位相差と 、前記マーカー部に関する前記基準データが測定されたときの前記プローブ光及び ポンプ光の基準位相差との差分を算出する位相差差分算出部と、
前記スペクトル測定部により測定されたブリルアンゲインスペクトルの発生位置を決 定する位置算出部と、
前記スペクトル測定部により測定されたブリルアンゲインスペクトルごとに、その形状 に関連するデータから前記光ファイバ部における各部の特性情報を抽出する特性算 出部と、
前記位置算出部で算出された発生位置に関する情報と前記特性算出部で算出さ れた特性に関する情報とから、前記光ファイバ部の長手方向に沿った特性分布を算 出する特性分布算出部と、そして、
前記位相差差分算出部で算出された差分値に基づいて、前記光遅延器が与える 遅延を調整する遅延調整部と、を備えた光ファイバ特性分布センサ。
[3] 前記光ファイバ部の長手方向に沿った特性分布を算出する際の位置情報を得るた めのカウントを提供する時計を更に備え、
前記位相調整部は、前記時計により提供されるカウントごとに、前記光源システムか ら出力されるプローブ光及びポンプ光の位相差を調整し、前記スペクトル測定部は、 前記時計により提供されるカウントごとにブリルアンゲインスペクトルの形状に関連す るデータを測定し、そして、前記位置算出部は、前記時計より提供されるカウント情報 を利用して、測定されたブリルアンゲインスペクトルの発生位置を決定することを特徴 とする請求項 1又は 2記載の光ファイバ特性分布センサ。
[4] プローブ光及びポンプ光を出力する光源システムと、
前記光源システムから出力される前記プローブ光及びポンプ光の位相差を調整す る位相差調整部と、
前記プローブ光及びポンプ光の少なくともいずれかに遅延を与える光遅延器と、 少なくとも一部が測定対象物に設置され、前記プローブ光が一端から入力される一 方、前記ポンプ光が他端から入力されるよう、その両端が前記光源システムに光学的 に接続された光ファイバ部であって、前記プローブ光及びポンプ光の伝搬に伴レ、発 生するブリルアン散乱により利得を得たプローブ光のブリルアンゲインスペクトルの形 状に関連する基準データとして、当該光ファイバ部が正常状態に設置された状態で 該ブリルアンゲインスペクトルの形状に関連するデータが事前に測定されているマー カー部を含む光ファイバ部と、
前記光ファイバ部からの出力光として、プローブ光及びポンプ光の伝搬に伴い発 生するブリルアン散乱により利得を得たプローブ光を受光し、ブリルアン散乱により受 光プローブ光が得た利得のスペクトルであるブリルアンゲインスペクトルの形状に関 連するデータを測定するスペクトル測定部と、
前記位相差調整部により調整された前記プローブ光及びポンプ光の位相差に基 づレ、て、前記スペクトル測定部により測定されるブリルアンゲインスペクトルの発生位 置を算出する位置算出部と、
前記スペクトル測定部により測定されたブリルアンゲインスペクトルの形状に関連す るデータから、前記光ファイバ部における各部の特性情報を抽出する特性算出部と、 前記位置算出部で算出された発生位置に関する情報と前記特性算出部で算出さ れた特性に関する情報とから、前記光ファイバ部の長手方向に沿った特性分布を算 出する特性分布算出部と、そして、
前記マーカー部におけるブリルアンゲインスペクトルの形状に関連する測定データ が事前に測定された前記基準データと一致するよう、前記光遅延器が与える遅延を 調整する遅延調整部と、を備えた光ファイバ特性分布センサ。
プローブ光及びポンプ光を出力する光源システムと、
前記光源システムから出力される前記プローブ光及びポンプ光の位相差を調整す る位相差調整部と、
少なくとも一部が測定対象物に設置され、前記プローブ光が一端から入力される一 方、前記ポンプ光が他端から入力されるよう、その両端が前記光源システムに光学的 に接続された光ファイバ部であって、前記プローブ光及びポンプ光の伝搬に伴レ、発 生するブリルアン散乱により利得を得たプローブ光のブリルアンゲインスペクトルの形 状に関連する基準データとして、当該光ファイバ部が正常状態に設置された状態で 該ブリルアンゲインスペクトルの形状に関連するデータが事前に測定されているマー カー部を含む光ファイバ部と、
前記光ファイバ部からの出力光として、プローブ光及びポンプ光の伝搬に伴い発 生するブリルアン散乱により利得を得たプローブ光を受光し、ブリルアン散乱により受 光プローブ光が得た利得のスペクトルであるブリルアンゲインスペクトルの形状に関 連するデータを測定するスペクトル測定部と、
前記位相差調整部により調整された前記プローブ光及びポンプ光の位相差に基 づレ、て、前記スペクトル測定部により測定されるブリルアンゲインスペクトルの発生位 置を算出する位置算出部と、
前記スペクトル測定部により測定されたブリルアンゲインスペクトルの形状に関連す るデータから、前記光ファイバ部における各部の特性情報を抽出する特性算出部と、 前記位置算出部で算出された発生位置に関する情報と前記特性算出部で算出さ れた特性に関する情報とから、前記光ファイバ部の長手方向に沿った特性分布を算 出する特性分布算出部と、を備えた光ファイバ特性分布センサにおいて、
前記位相差調整部は、前記マーカー部におけるブリルアンゲインスペクトルの形状 に関連する測定データが事前に測定された前記基準データと一致するよう、前記光 源システムから出力されるプローブ光及びポンプ光の位相差を調整する光ファイバ 特性分布センサ。
プローブ光及びポンプ光を出力する光源システムと、
前記光源システムから出力されるプローブ光及びポンプ光の位相差を調整する位 相差調整部と、
少なくとも一部が測定対象物に設置され、前記プローブ光が一端から入力される一 方、前記ポンプ光が他端から入力されるよう、その両端が前記光源システムに光学的 に接続された光ファイバ部であって、前記プローブ光及びポンプ光の伝搬に伴レ、発 生するブリルアン散乱により利得を得たプローブ光のブリルアンゲインスペクトルの形 状に関連する基準データとして、当該光ファイバ部が正常状態に設置された状態で 該ブリルアンゲインスペクトルの形状に関連するデータが事前に測定されているマー カー部を含む光ファイバ部と、
前記光ファイバ部からの出力光として、プローブ光及びポンプ光の伝搬に伴い発 生するブリルアン散乱により利得を得たプローブ光を受光し、ブリルアン散乱により受 光プローブ光が得た利得のスペクトルであるブリルアンゲインスペクトルの形状に関 連するデータを測定するスペクトル測定部と、
前記マーカー部で発生した利得を反映するブリルアンゲインスペクトルが前記スぺ タトル測定部により測定されたときの前記プローブ光及びポンプ光の測定時位相差と 、前記マーカー部に関する前記基準データが測定されたときの前記プローブ光及び ポンプ光の基準位相差との差分を算出する位相差差分算出部と、
前記位相差調整部により調整された前記プローブ光及びポンプ光の位相差と、前 記位相差差分算出部で算出された差分値に基づ!/、て、前記スペクトル測定部により 測定されるブリルアンゲインスペクトルの発生位置を算出する位置算出部と、 前記スペクトル測定部により測定されたブリルアンゲインスペクトルの形状に関連す るデータから、前記光ファイバ部における各部の特性情報を抽出する特性算出部と、 そして、
前記位置算出部で算出された発生位置に関する情報と前記特性算出部で算出さ れた特性に関する情報とから、前記光ファイバ部の長手方向に沿った特性分布を算 出する特性分布算出部と、を備えた光ファイバ特性分布センサ。
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