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JP3319306B2 - Optical fiber strain distribution sensor - Google Patents

Optical fiber strain distribution sensor

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JP3319306B2
JP3319306B2 JP26316396A JP26316396A JP3319306B2 JP 3319306 B2 JP3319306 B2 JP 3319306B2 JP 26316396 A JP26316396 A JP 26316396A JP 26316396 A JP26316396 A JP 26316396A JP 3319306 B2 JP3319306 B2 JP 3319306B2
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light
optical
optical fiber
sensor
frequency
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Hitachi Cable Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバ歪み分
布センサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical fiber strain distribution sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】図4は従来の光ファイバ歪み分布センサ
のブロック図である。
2. Description of the Related Art FIG. 4 is a block diagram of a conventional optical fiber strain distribution sensor.

【0003】センサ用光ファイバ1の一端1aには光周
波数がν0の連続光(CW光)を発生するCW光源2が
接続されている。センサ用光ファイバ1の他端1bには
光分岐器3を介して光周波数νpのパルス光を発生する
パルス光源4が接続されている。センサ用光ファイバ1
の他端1bに到達する光周波数ν0のCW光の時間変化
を測定する受光系(図示せず)が受光器5を介して接続
されている。
A CW light source 2 for generating continuous light (CW light) having an optical frequency of ν0 is connected to one end 1a of the sensor optical fiber 1. The other end 1b of the sensor optical fiber 1 is connected via a light splitter 3 to a pulse light source 4 for generating pulse light having an optical frequency νp. Optical fiber for sensor 1
A light receiving system (not shown) for measuring a time change of the CW light having the optical frequency ν0 reaching the other end 1 b of the light receiving device 1 is connected via the light receiver 5.

【0004】このような光ファイバ歪み分布センサが作
動すると、センサ用光ファイバ1中で互いに逆方向に伝
搬するパルス光とCW光とが出会う位置で生じるブリル
アン増幅による光周波数ν0のCW光の強度変化を受光
系で測定することができる。このブリルアン増幅は、セ
ンサ用光ファイバ1に生じた歪みεXによるブリルアン
周波数シフトが(νp−ν0)に等しいときに生じるも
のであり、受光系で受光した光周波数ν0の光の時間変
化(図5(a))からセンサ用光ファイバ1にεXの歪
みが発生している位置を求めることができる。受光系で
の受光強度は、ブリルアン増幅以外に光周波数νpのパ
ルス光の伝送損失によっても変化するので、実際は伝送
損失による減衰の補正を行って、εXの歪みが発生して
いる位置を求めることになる。センサ用光ファイバ1の
歪み分布を求めるには(νp−ν0)の値を順次変えて
測定する歪みの大きさを変えて同様の測定を繰り返し行
えばよい。尚、図5(a)、(b)は光ファイバ歪み分
布センサの受光系の受光強度と時間との関係を示す図で
あり、横軸が時間、縦軸が受光強度である。
When such an optical fiber strain distribution sensor is operated, the intensity of CW light having an optical frequency ν0 due to Brillouin amplification occurs at a position where pulse light and CW light propagating in opposite directions in the sensor optical fiber 1 meet. The change can be measured by a light receiving system. This Brillouin amplification occurs when the Brillouin frequency shift due to the strain εX generated in the sensor optical fiber 1 is equal to (νp−ν0), and the time change of the light of the optical frequency ν0 received by the light receiving system (FIG. 5) From (a)), the position where the strain of εX is generated in the optical fiber for sensor 1 can be obtained. Since the received light intensity in the light receiving system also changes due to the transmission loss of the pulse light of the optical frequency νp in addition to the Brillouin amplification, it is necessary to actually correct the attenuation due to the transmission loss and find the position where the εX distortion occurs. become. In order to obtain the strain distribution of the sensor optical fiber 1, the same measurement may be repeatedly performed by changing the value of (νp−ν0) sequentially and changing the magnitude of the strain to be measured. FIGS. 5A and 5B are diagrams showing the relationship between the light receiving intensity of the light receiving system of the optical fiber strain distribution sensor and time, with the horizontal axis representing time and the vertical axis representing light receiving intensity.

【0005】しかしながら、νp>ν0とした場合に
は、ブリルアン増幅により光周波数ν0のCW光が増幅
される際に、光周波数νpのパルス光がΔpだけ減衰す
るために、測定対象の歪みが発生している区間が長い場
合には、光周波数νpのパルス光の強度の減衰が大きく
なる。このため光周波数ν0のCW光の増幅度合いも小
さくなりS/N比が劣化する場合がある。
[0005] However, when νp> ν0, when the CW light having the optical frequency ν0 is amplified by Brillouin amplification, the pulse light having the optical frequency νp is attenuated by Δp. If the length of the section is long, the attenuation of the intensity of the pulse light of the optical frequency νp becomes large. For this reason, the degree of amplification of the CW light having the optical frequency ν0 may be reduced, and the S / N ratio may be deteriorated.

【0006】そこで、このような問題を回避するため
に、νp<ν0となるようにパルス光及びCW光の光周
波数を設定して測定することが試みられた。この場合に
は(νp−ν0)のブリルアン周波数シフトに相当する
歪みの発生している地点でのCW光の減衰が生じるの
で、CW光の減衰からセンサ用光ファイバ1の歪み分布
を求めることができる(図5(b))。
Therefore, in order to avoid such a problem, an attempt was made to set and measure the optical frequencies of the pulse light and the CW light so that νp <ν0. In this case, the CW light is attenuated at the point where the distortion corresponding to the Brillouin frequency shift of (νp−ν0) occurs. Therefore, it is necessary to obtain the strain distribution of the sensor optical fiber 1 from the CW light attenuation. (FIG. 5B).

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図4に
示した従来の技術では、測定されたCW光強度変化から
歪み分布を求める際に光ファイバの伝送損失分布の影響
を受けるため、正確な歪み分布を求めることが困難であ
った。
However, in the prior art shown in FIG. 4, when the strain distribution is obtained from the measured change in the CW light intensity, it is affected by the transmission loss distribution of the optical fiber. It was difficult to determine the distribution.

【0008】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、センサ用光ファイバの伝送損失分布の影響を受けず
に歪み分布を求めることができる光ファイバ歪み分布セ
ンサを提供することにある。
An object of the present invention is to provide an optical fiber strain distribution sensor which can solve the above-mentioned problems and can obtain a strain distribution without being affected by a transmission loss distribution of an optical fiber for a sensor.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、センサ用光ファイバの一端に光周波数の差
が2×Δνである光周波数ν0及びν2(ν0<ν2)
の連続光を入射するためのCW光源と、センサ用光ファ
イバの他端に光周波数がν0+Δνであるパルス光を入
射するパルス光源と、センサ用光ファイバの一端に到達
する光周波数ν0の光の強度時間変化S0(t)及び光
周波数ν2の光の強度時間変化S2(t)を、パルス光
がセンサ用光ファイバの他端に入射した時刻を基準にし
て測定すると共に、強度時間変化S0(t)及び強度時
間変化S2(t)からセンサ用光ファイバの伝送損失分
布を求めた後、強度時間変化S0(t)及び強度時間変
化S2(t)から伝送損失分布を除去し、センサ用光フ
ァイバ上のブルリアン周波数シフトΔνの歪みの位置を
求める受光系とを備えたものである。
In order to achieve the above object, the present invention provides an optical fiber for a sensor, in which optical frequencies ν0 and ν2 (ν0 <ν2) having an optical frequency difference of 2 × Δν at one end.
CW light source for injecting continuous light of the same type, a pulse light source for inputting a pulse light having an optical frequency of ν0 + Δν to the other end of the sensor optical fiber, and a light source of an optical frequency ν0 reaching one end of the sensor optical fiber The intensity time change S0 (t) and the intensity time change S2 (t) of the light of the optical frequency ν2 are measured with reference to the time when the pulse light is incident on the other end of the sensor optical fiber, and the intensity time change S0 ( After the transmission loss distribution of the optical fiber for the sensor is obtained from t) and the intensity time change S2 (t), the transmission loss distribution is removed from the intensity time change S0 (t) and the intensity time change S2 (t), and the sensor light And a light receiving system for finding the position of the distortion of the Brillouin frequency shift Δν on the fiber.

【0010】上記構成に加え本発明の光ファイバ歪み分
布センサは、パルス光源が、光周波数ν0の連続光を出
射するCW光源と、CW光源とセンサ用光ファイバの一
端との間に設けられた第1の光分岐器と、第1の光分岐
器の副出入力端に接続され分岐された光の周波数をΔν
だけシフトさせる光周波数シフタと、光周波数シフタの
出力端に接続され出力光を2方向に切り替える光スイッ
チと、光スイッチの一方の出力端に接続され第1の光分
岐器を介してセンサ用光ファイバの一端に導く第1の案
内手段と、光スイッチの他方の出力端に接続され第2の
光分岐器を介してセンサ用光ファイバの他端に導く第2
の案内手段とで構成してもよい。
In the optical fiber strain distribution sensor according to the present invention, in addition to the above configuration, the pulse light source is provided between the CW light source that emits continuous light having the optical frequency ν0, and one end of the CW light source and one end of the sensor optical fiber. The frequency of the first optical splitter and the split light connected to the sub input / output terminal of the first optical splitter is Δν
An optical frequency shifter that shifts the output light only, an optical switch that is connected to the output end of the optical frequency shifter and switches output light in two directions, and a sensor light that is connected to one output end of the optical switch via a first optical splitter. A first guiding means for leading to one end of the fiber; and a second guiding means connected to the other output end of the optical switch and leading to the other end of the sensor optical fiber via a second optical branch.
May be configured with the guide means.

【0011】上記構成に加え本発明の光ファイバ歪み分
布センサは、センサ用光ファイバの一端に到達した光周
波数ν0及びν2の光を受ける受光器に、受光した光の
強度時間変化S0(t)及び強度時間変化S2(t)を
検出するためのバンドパスフィルタを設けてもよい。
In addition to the above structure, the optical fiber strain distribution sensor according to the present invention provides a photodetector which receives light of optical frequencies ν0 and ν2 reaching one end of an optical fiber for a sensor, and the intensity time change S0 (t) of the received light. And a band-pass filter for detecting the intensity time change S2 (t).

【0012】上記構成によって、連続光(CW光)の光
周波数がパルス光の光周波数よりもΔνだけ小さい場合
に測定される光の強度時間変化S0(t)とCW光の光
周波数がパルス光の光周波数よりもΔνだけ大きい場合
に測定される光の強度時間変化S2(t)を用いて、セ
ンサ用光ファイバの伝送損失分布に対応した時間変化波
形SL(t)を求めることができ、強度時間変化S0
(t)、S2(t)を伝送損失分布SL(t)で除算す
る等することにより、伝送損失の影響を受けずに光ファ
イバの歪み分布を求めることができる。
According to the above configuration, the intensity time change S0 (t) of light measured when the optical frequency of continuous light (CW light) is smaller than the optical frequency of pulse light by Δν and the optical frequency of CW light are pulsed light Using the intensity time change S2 (t) of the light measured when it is larger than the optical frequency by Δν, a time change waveform SL (t) corresponding to the transmission loss distribution of the sensor optical fiber can be obtained. Intensity time change S0
By dividing (t) and S2 (t) by the transmission loss distribution SL (t), the distortion distribution of the optical fiber can be obtained without being affected by the transmission loss.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.

【0014】図1は本発明の光ファイバ歪み分布センサ
の一実施の形態を示すブロック図である。尚、図4に示
した従来例と同様の部材には共通の符号を用いた。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of an optical fiber strain distribution sensor according to the present invention. The same members as those of the conventional example shown in FIG.

【0015】CW光源2の出力側は光ファイバ6を介し
て光源側の光分岐器7の主入出力端(図では左側)7a
に接続されており、光分岐器7の主出入力端(図では右
側)7bは第1の光分岐器9の主入出力端(図では左
側)9aに接続されている。第1の光分岐器9の主出入
力端9bは長さLのセンサ用光ファイバ1の一端1aに
接続され、センサ用光ファイバ1の両端1a,1bが光
分岐器の出入力端9b,10bに接続されている。第1
の光分岐器9の副出入力端9cは光ファイバ11を介し
て光周波数シフタ12の入力端に接続され、光周波数シ
フタ12の出力端は光ファイバ13を介して、出力光を
2方向に切り替える光スイッチ14の入力端14aに接
続されている。
The output side of the CW light source 2 is connected to the main input / output end (left side in the figure) 7a of an optical splitter 7 on the light source side via an optical fiber 6.
The main input / output terminal (right side in the figure) 7b of the optical splitter 7 is connected to the main input / output end (left side in the figure) 9a of the first optical splitter 9. A main input / output end 9b of the first optical splitter 9 is connected to one end 1a of the sensor optical fiber 1 having a length L, and both ends 1a and 1b of the sensor optical fiber 1 are connected to input / output ends 9b and 9b of the optical splitter. 10b. First
Of the optical splitter 9 is connected to the input end of the optical frequency shifter 12 via the optical fiber 11, and the output end of the optical frequency shifter 12 transmits the output light in two directions via the optical fiber 13. It is connected to the input terminal 14a of the optical switch 14 for switching.

【0016】ここで光スイッチ14は、通常は光ファイ
バ13と光ファイバ15とが導通状態であり、信号が印
加されると光ファイバ13と光ファイバ15とが遮断状
態になると共に光ファイバ13と光ファイバ16とが導
通状態となるように構成されている。尚、光スイッチ1
4としては電気光学効果を利用したものが用いられ、光
周波数シフタ12としては音響光学効果を利用したもの
が用いられる。
Here, in the optical switch 14, the optical fiber 13 and the optical fiber 15 are normally in a conductive state, and when a signal is applied, the optical fiber 13 and the optical fiber 15 are cut off and the optical fiber 13 and the optical fiber 13 are connected. The optical fiber 16 is configured to be conductive. The optical switch 1
As 4, a device utilizing an electro-optic effect is used, and as the optical frequency shifter 12, a device utilizing an acousto-optic effect is used.

【0017】光スイッチ14の一方の出力端14bは第
1の案内手段としての光ファイバ15を介して第1の光
分岐器9の副入出力端9dに接続され、光スイッチ14
の他方の出力端14cは第2の案内手段としての光ファ
イバ16を介して第2の光分岐器10の副入出力端10
bに接続されている。第2の光分岐器10の主入出力端
10cは光ファイバ17を介して受光器側の光分岐器1
8の主出入力端18aに接続されている。光分岐器18
の副出入力端18bは光ファイバ19を介して光周波数
シフタ20の出力端に接続され、光周波数シフタ20の
入力端は光ファイバ21を介して光分岐器7の副出入力
端7cに接続されている。光分岐器18の主入出力端1
8cは光ファイバ22を介して受光器5に接続されてい
る。受光器5の出力端は信号線23を介して2つのバン
ドパスフィルタ24,25に接続されている。一方のバ
ンドパスフィルタ24の中心周波数はΔν0であり、他
方のバンドパスフィルタ25の中心周波数は2Δν−Δ
ν0である。両バンドパスフィルタ24,25の出力信
号線はオシロスコープ(或いはデータサンプリング装
置)26に接続されている。
One output end 14b of the optical switch 14 is connected to a sub-input / output end 9d of the first optical splitter 9 via an optical fiber 15 as a first guiding means.
The other output end 14c of the second optical splitter 10 is connected to the sub input / output end 10 of the second optical splitter 10 via an optical fiber 16 as a second guiding means.
b. The main input / output terminal 10c of the second optical splitter 10 is connected via an optical fiber 17 to the optical splitter 1 on the optical receiver side.
8 is connected to the main input / output terminal 18a. Optical splitter 18
Is connected to the output terminal of the optical frequency shifter 20 via the optical fiber 19, and the input terminal of the optical frequency shifter 20 is connected to the sub input / output terminal 7c of the optical splitter 7 via the optical fiber 21. Have been. Main input / output end 1 of optical splitter 18
8 c is connected to the light receiver 5 via the optical fiber 22. The output end of the light receiver 5 is connected to two bandpass filters 24 and 25 via a signal line 23. The center frequency of one bandpass filter 24 is Δν0, and the center frequency of the other bandpass filter 25 is 2Δν−Δ
ν0. Output signal lines of both bandpass filters 24 and 25 are connected to an oscilloscope (or data sampling device) 26.

【0018】CW光源2と、光分岐器9、光周波数シフ
タ12、光スイッチ14及び光ファイバ11,13,1
6でパルス光源が構成され、バンドパスフィルタ24,
25及びオシロスコープ26で受光系が構成されてい
る。
A CW light source 2, an optical splitter 9, an optical frequency shifter 12, an optical switch 14, and optical fibers 11, 13, 1
6 constitute a pulse light source,
25 and the oscilloscope 26 constitute a light receiving system.

【0019】次に光ファイバ歪み分布センサの動作につ
いて説明する。尚、図2(a)は図1に示した光ファイ
バ歪み分布センサの光周波数ν0のCW光のタイミン
グ、図2(b)は光周波数νpのパルス光のタイミン
グ、図2(c)は光周波数ν2のCW光のタイミングを
示す図である。
Next, the operation of the optical fiber strain distribution sensor will be described. 2A shows the timing of the CW light having the optical frequency ν0 of the optical fiber strain distribution sensor shown in FIG. 1, FIG. 2B shows the timing of the pulse light having the optical frequency νp, and FIG. It is a figure showing the timing of CW light of frequency ν2.

【0020】光ファイバ歪み分布センサのCW光源(光
周波数ν0)2から出射された出射光は、光分岐器7を
通過した後、光分岐器9を介してセンサ用光ファイバ1
の一端1aに入射される。
The outgoing light emitted from the CW light source (optical frequency ν 0) 2 of the optical fiber strain distribution sensor passes through the optical splitter 7, and then passes through the optical splitter 9, and the optical fiber 1 for the sensor is used.
At one end 1a.

【0021】センサ用光ファイバ1の一端1aから光周
波数がν0より2×Δνだけ大きいν2のCW光を入射
させるため、光分岐器9で分岐された光を光周波数シフ
ト量Δνの光周波数シフタ12を2回通過した後にセン
サ用光ファイバ1の一端1aから入射するようになって
いる。光周波数シフタ12を2回通過させるため、光周
波数シフタ12、光スイッチ14及び光分岐器9を経由
するループ状の光路LPを形成するようになっている。
In order to make CW light having an optical frequency 2 × Δν greater than ν0 by 2 × Δν incident from one end 1a of the optical fiber for sensor 1, the light branched by the optical splitter 9 is converted into an optical frequency shifter having an optical frequency shift amount Δν. After passing twice through the optical fiber 12, the light enters from one end 1 a of the sensor optical fiber 1. In order to pass through the optical frequency shifter 12 twice, a loop-shaped optical path LP passing through the optical frequency shifter 12, the optical switch 14, and the optical splitter 9 is formed.

【0022】実際には、センサ用光ファイバ1の一端1
aからは、光周波数がν0、ν2の光の他に光周波数の
差がΔνである光(νp,ν3=ν2+Δν,…)が複
数種類入射することになる。
In practice, one end 1 of the optical fiber 1 for sensor is used.
From a, a plurality of types of light (νp, ν3 = ν2 + Δν,...) having an optical frequency difference of Δν are incident in addition to the light having the optical frequencies ν0 and ν2.

【0023】センサ用光ファイバ1の一端1aに入射さ
れセンサ用光ファイバ1の他端1bに到達したCW光
は、光分岐器10で分岐された後光分岐器18に入射す
る。光周波数ν0のCW光源2からの出射光は周波数シ
フト量Δν0の光周波数シフタ20で光周波数(ν0+
Δν0)にシフトされた後、光分岐器18に入射してC
W光と合波して受光器5に入射する。
The CW light incident on one end 1a of the optical fiber for sensor 1 and reaching the other end 1b of the optical fiber for sensor 1 is split by the optical splitter 10 and then enters the optical splitter 18. The light emitted from the CW light source 2 having the optical frequency ν0 is subjected to the optical frequency shift (ν0 +
Δν0), and then enters the optical splitter 18 and C
The light is multiplexed with the W light and enters the light receiver 5.

【0024】光分岐器9で分岐されたCW光は、光ファ
イバ11、光周波数シフタ12及び光ファイバ13を1
回通過した後、光スイッチ14の切り替えにより図2
(b)に示すようなパルス(光周波数νp)の波形が得
られるように周期Tp=L/vでスイッチングされ、光
ファイバ16及び光分岐器10を介してセンサ用光ファ
イバ1の他端1bに入射される。
The CW light split by the optical splitter 9 is transmitted to the optical fiber 11, the optical frequency shifter 12, and the optical fiber 13 by one.
2 times, the optical switch 14 is switched to
The switching is performed at a period Tp = L / v so as to obtain a pulse (optical frequency νp) waveform as shown in FIG. Is incident on.

【0025】ここで、vは光周波数ν0の光の光ファイ
バ中の伝搬速度である(ブリルアン周波数シフト量は小
さいので、光周波数ν0〜ν0+2Δνの範囲では光フ
ァイバ中の伝搬速度は同じと考えてさしつかえない)。
Here, v is the propagation velocity of the light having the optical frequency ν0 in the optical fiber (because the Brillouin frequency shift is small, it is considered that the propagation velocity in the optical fiber is the same in the range of optical frequencies ν0 to ν0 + 2Δν). I can't tell).

【0026】実際には、光ファイバ16からセンサ用光
ファイバ1へは、光周波数の差がΔνである光(νp=
ν0+n×Δν;n=1,2,…)が複数種類入射する
ことになる。
Actually, the light having the difference in optical frequency of Δν (νp =
.nu.0 + n.times..nu .; n = 1, 2,...

【0027】このようにすると、センサ用光ファイバ1
の他端1bに到達した光周波数ν0の光の強度は((ν
0+Δν0)−ν0)=Δν0の光周波数の干渉信号の
強度となるので、中心周波数Δν0のバンドパスフィル
タ24の出力として得られる(S0(t))。
In this way, the optical fiber for sensor 1
Of the light having the optical frequency ν0 reaching the other end 1b of the
0 + Δν0) −ν0) = intensity of the interference signal at the optical frequency of Δν0, which is obtained as the output of the bandpass filter 24 at the center frequency Δν0 (S0 (t)).

【0028】一方、センサ用光ファイバ1の他端1bに
到達した光周波数ν2の光強度は数式(1)で表される
周波数(2×Δν−Δν0)の干渉信号の強度となるの
で、中心周波数(2×Δν−Δν0)のバンドパスフィ
ルタ25の出力として得られる(S2(t))。
On the other hand, the light intensity of the optical frequency ν2 reaching the other end 1b of the sensor optical fiber 1 becomes the intensity of the interference signal of the frequency (2 × Δν−Δν0) represented by the equation (1). It is obtained as the output of the band-pass filter 25 having the frequency (2 × Δν−Δν0) (S2 (t)).

【0029】 (ν2−(ν0+Δν0))=((ν0+2×Δν)−(ν0+Δν0)) =(2×Δν−Δν0) …(1) このようにして得られた強度時間変化S0(t)及び強
度時間変化S2(t)は、それぞれ図5(a)、(b)
と同様な波形(の繰り返し)である。本発明では、パル
ス光の光周波数がCW光の光周波数よりも大きいときに
得られるブリルアン増幅の波形とパルス光の光周波数が
CW光の光周波数よりも小さいときに得られるブリルア
ン減衰の波形を同時に得ることができるので、これらの
波形の平均を取る等の処理を行うことにより図3(a)
に示すように光ファイバの伝送損失のみによる信号の減
衰波形SL(t)を得ることができる。S0(t)及び
S2(t)をSL(t)で除算する等の処理を行うこと
で図3(b)、(c)の実線で示すようなセンサ用光フ
ァイバの伝送損失の影響を受けない歪み分布のみに依存
する波形を得ることができる。これらの波形は、パルス
光が減衰したり増幅されたりすることの影響は受けてい
るが、伝送損失の影響は受けていないので、センサ用光
ファイバ1の他端1bから順次ブリルアン増幅やブリル
アン減衰による信号の変化分を補正していくことにより
図3(b)及び図3(c)の破線のように歪み分布にの
み依存する波形を得ることができる。尚、図3(a)、
(b)、(c)は図1に示した光ファイバ歪み分布セン
サで歪み分布を得るための波形処理の過程を説明するた
めの説明図である。
(Ν2− (ν0 + Δν0)) = ((ν0 + 2 × Δν) − (ν0 + Δν0)) = (2 × Δν−Δν0) (1) The intensity time change S0 (t) and the intensity thus obtained The time change S2 (t) is shown in FIGS. 5A and 5B, respectively.
The waveform is similar to (repeated). In the present invention, the Brillouin amplification waveform obtained when the optical frequency of the pulsed light is higher than the optical frequency of the CW light and the Brillouin attenuation waveform obtained when the optical frequency of the pulsed light is lower than the optical frequency of the CW light are described. Since these waveforms can be obtained at the same time, by performing processing such as averaging these waveforms, the waveform shown in FIG.
As shown in (1), an attenuation waveform SL (t) of the signal due to only the transmission loss of the optical fiber can be obtained. Processing such as dividing S0 (t) and S2 (t) by SL (t) is affected by the transmission loss of the sensor optical fiber as shown by the solid lines in FIGS. 3 (b) and 3 (c). It is possible to obtain a waveform that depends only on the distortion distribution. These waveforms are affected by the attenuation or amplification of the pulse light, but are not affected by the transmission loss. Therefore, Brillouin amplification and Brillouin attenuation are sequentially performed from the other end 1b of the sensor optical fiber 1. By correcting the signal change due to the above, a waveform dependent only on the distortion distribution can be obtained as shown by the broken lines in FIGS. 3 (b) and 3 (c). In addition, FIG.
FIGS. 2B and 2C are explanatory diagrams for explaining a process of waveform processing for obtaining a strain distribution by the optical fiber strain distribution sensor shown in FIG.

【0030】以上において、CW光の光周波数がパルス
光の光周波数よりもΔνだけ小さい場合に測定される光
の強度時間変化S0(t)とCW光の光周波数がパルス
光の光周波数よりもΔνだけ大きい場合に測定される光
の強度時間変化S2(t)を用いて、センサ用光ファイ
バの伝送損失分布に対応した時間変化波形SL(t)を
求めることができ、強度時間変化S0(t)、S2
(t)を伝送損失分布SL(t)で除算する等すること
により、伝送損失の影響を受けずに光ファイバの歪み分
布を求めることができる。また、一つのCW光源からパ
ルス光を発生させるので、低消費電力化、低発熱化、低
コスト化が図れる。
In the above, the intensity time change S0 (t) of light measured when the optical frequency of the CW light is smaller than the optical frequency of the pulse light by Δν, and the optical frequency of the CW light is higher than the optical frequency of the pulse light. Using the intensity time change S2 (t) of the light measured when Δν is larger, a time change waveform SL (t) corresponding to the transmission loss distribution of the sensor optical fiber can be obtained, and the intensity time change S0 ( t), S2
By dividing (t) by the transmission loss distribution SL (t), the distortion distribution of the optical fiber can be obtained without being affected by the transmission loss. Further, since pulse light is generated from one CW light source, low power consumption, low heat generation, and low cost can be achieved.

【0031】また、光路LP中に光増幅器を挿入する
と、光路LP中での光の減衰が補償され、測定性能が向
上する。さらにセンサ用光ファイバのブリルアン増幅
は、歪み以外でも温度変化によっても生じるので、本発
明を温度分布センサに適用することもできる。
When an optical amplifier is inserted in the optical path LP, the attenuation of light in the optical path LP is compensated, and the measurement performance is improved. Further, since the Brillouin amplification of the sensor optical fiber is caused not only by distortion but also by temperature change, the present invention can be applied to a temperature distribution sensor.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。
In summary, according to the present invention, the following excellent effects are exhibited.

【0033】CW光の光周波数がパルス光の光周波数よ
りもΔνだけ小さい場合に測定される光の強度時間変化
S0(t)とCW光の光周波数がパルス光の光周波数よ
りもΔνだけ大きい場合に測定される光の強度時間変化
S2(t)を用いて、センサ用光ファイバの伝送損失分
布に対応した時間変化波形LS(t)を求めることによ
り、伝送損失分布が既知となるので、センサ用光ファイ
バの伝送損失分布の影響を受けずに歪み分布を求めるこ
とができる光ファイバ歪み分布センサの提供を実現する
ことができる。
When the optical frequency of the CW light is smaller than the optical frequency of the pulse light by Δν, the intensity time change S0 (t) of the light and the optical frequency of the CW light are larger by Δν than the optical frequency of the pulse light. The transmission loss distribution is known by obtaining the time change waveform LS (t) corresponding to the transmission loss distribution of the sensor optical fiber using the intensity time change S2 (t) of the measured light. An optical fiber strain distribution sensor that can obtain a strain distribution without being affected by the transmission loss distribution of the sensor optical fiber can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の光ファイバ歪み分布センサの一実施の
形態を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of an optical fiber strain distribution sensor according to the present invention.

【図2】(a)は図1に示した光ファイバ歪み分布セン
サの光周波数ν0のCW光のタイミング、(b)は光周
波数νpのパルス光のタイミング、(c)は光周波数ν
2のパルス光のタイミングを示す図である。
2A is a timing of CW light having an optical frequency ν0 of the optical fiber strain distribution sensor shown in FIG. 1, FIG. 2B is a timing of pulse light having an optical frequency νp, and FIG.
FIG. 6 is a diagram illustrating timings of two pulse lights.

【図3】(a)、(b)及び(c)は図1に示した光フ
ァイバ歪み分布センサで歪み分布を得るための波形処理
の過程を説明するための説明図である。
FIGS. 3A, 3B and 3C are explanatory diagrams for explaining a process of waveform processing for obtaining a strain distribution by the optical fiber strain distribution sensor shown in FIG. 1;

【図4】従来の光ファイバ歪み分布センサのブロック図
である。
FIG. 4 is a block diagram of a conventional optical fiber strain distribution sensor.

【図5】(a)及び(b)は光ファイバ歪み分布センサ
の受光系の受光強度と時間との関係を示す図である。
FIGS. 5A and 5B are diagrams showing the relationship between the light receiving intensity of the light receiving system of the optical fiber strain distribution sensor and time.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 センサ用光ファイバ 2 CW光源 5 受光器 7,9,10,18 光分岐器 12,20 光周波数シフタ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical fiber for sensors 2 CW light source 5 Optical receiver 7, 9, 10, 18 Optical splitter 12, 20 Optical frequency shifter

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01M 11/00 - 11/08 G01J 1/00 - 1/60 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01M 11/00-11/08 G01J 1/00-1/60

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 センサ用光ファイバの一端に光周波数の
差が2×Δνである光周波数ν0及びν2(ν0<ν
2)の連続光を入射するためのCW光源と、センサ用光
ファイバの他端に光周波数がν0+Δνであるパルス光
を入射するパルス光源と、センサ用光ファイバの一端に
到達する光周波数ν0の光の強度時間変化S0(t)及
び光周波数ν2の光の強度時間変化S2(t)を、上記
パルス光がセンサ用光ファイバの他端に入射した時刻を
基準にして測定すると共に、強度時間変化S0(t)及
び強度時間変化S2(t)からセンサ用光ファイバの伝
送損失分布を求めた後、強度時間変化S0(t)及び強
度時間変化S2(t)から上記伝送損失分布を除去し、
センサ用光ファイバ上のブルリアン周波数シフトΔνの
歪みの位置を求める受光系とを備えたことを特徴とする
光ファイバ歪み分布センサ。
1. An optical frequency ν0 and ν2 (ν0 <ν) having an optical frequency difference of 2 × Δν at one end of an optical fiber for a sensor.
2) a CW light source for inputting continuous light, a pulse light source for inputting pulse light having an optical frequency of ν0 + Δν to the other end of the sensor optical fiber, and a light frequency ν0 reaching one end of the sensor optical fiber. The intensity time change S0 (t) of the light and the intensity time change S2 (t) of the light of the optical frequency ν2 are measured with reference to the time when the pulsed light is incident on the other end of the sensor optical fiber. After obtaining the transmission loss distribution of the sensor optical fiber from the change S0 (t) and the intensity time change S2 (t), the transmission loss distribution is removed from the intensity time change S0 (t) and the intensity time change S2 (t). ,
An optical fiber strain distribution sensor, comprising: a light receiving system for determining a position of a strain having a Brillouin frequency shift Δν on the sensor optical fiber.
【請求項2】 上記パルス光源が、光周波数ν0の連続
光を出射するCW光源と、該CW光源とセンサ用光ファ
イバの一端との間に設けられた第1の光分岐器と、第1
の光分岐器の副出入力端に接続され分岐された光の周波
数をΔνだけシフトさせる光周波数シフタと、該光周波
数シフタの出力端に接続され出力光を2方向に切り替え
る光スイッチと、該光スイッチの一方の出力端に接続さ
れ第1の光分岐器を介して上記センサ用光ファイバの一
端に導く第1の案内手段と、上記光スイッチの他方の出
力端に接続され第2の光分岐器を介して上記センサ用光
ファイバの他端に導く第2の案内手段とで構成されてい
る請求項1に記載の光ファイバ歪み分布センサ。
2. A pulse light source comprising: a CW light source for emitting continuous light having an optical frequency ν0; a first optical splitter provided between the CW light source and one end of a sensor optical fiber;
An optical frequency shifter connected to the sub-input / output end of the optical splitter for shifting the frequency of the split light by Δν, an optical switch connected to the output end of the optical frequency shifter and switching output light in two directions, First guiding means connected to one output terminal of the optical switch and leading to one end of the optical fiber for a sensor via a first optical splitter; and second light connected to the other output terminal of the optical switch. 2. The optical fiber strain distribution sensor according to claim 1, further comprising: a second guide for guiding the other end of the optical fiber for a sensor via a branch.
【請求項3】 上記センサ用光ファイバの一端に到達し
た光周波数ν0及びν2の光を受ける受光器に、受光し
た光の強度時間変化S0(t)及び強度時間変化S2
(t)を検出するためのバンドパスフィルタを設けた請
求項1に記載の光ファイバ歪み分布センサ。
3. A light-receiving device that receives light of optical frequencies ν0 and ν2 reaching one end of the optical fiber for a sensor, receives a light intensity change S0 (t) and a light intensity change S2 of the received light.
The optical fiber strain distribution sensor according to claim 1, further comprising a bandpass filter for detecting (t).
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