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公開番号2025128970
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-03
出願番号2024026044
出願日2024-02-22
発明の名称光ファイバセンサ、光ファイバセンシング方法及びプログラム
出願人沖電気工業株式会社
代理人個人,個人
主分類G01D 5/353 20060101AFI20250827BHJP(測定;試験)
要約【課題】温度歪み計測型コヒーレントOTDRにおいて、過度な光源制御を不要とする。
【解決手段】周波数可変光源を有し、パルス光と参照光を生成するパルス光生成部と、光ファイバにおいてパルス光が散乱した散乱光と、参照光が入力される散乱光情報取得部とを備えて構成される。散乱光情報取得部は、受光部と、演算部を備える。受光部は、参照光と散乱光をコヒーレント検波して、得られた電気信号を演算部に送る。演算部は、パルス光のパルス幅T_pに対して、δf≦1/2T_pを満たす周波数ステップ幅δfを選定するパルス幅・周波数ステップ幅選定手段と、周波数ステップ幅δfで周波数可変光源の周波数fを変化させ、第1の時刻における強度分布S₁(f、x)と、第2の時刻における強度分布S₂(f+Δf、x)の相互相関関数R(Δf、x)を計算し、相互相関関数R(Δf、x)が最大となるΔf_maxを取得する相互相関関数計算手段とを備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
周波数可変光源を有し、前記周波数可変光源で生成された連続光を２分岐し、２分岐された一方からパルス光を生成し、他方を参照光とするパルス光生成部と、
前記パルス光が入力される光ファイバと、
前記光ファイバにおいて前記パルス光が散乱した散乱光と、前記参照光が入力される散乱光情報取得部とを備え、
前記散乱光情報取得部は、受光部と、演算部を備え、
前記受光部は、前記参照光と前記散乱光をコヒーレント検波して、得られた電気信号を演算部に送り、
前記演算部は、
前記パルス光のパルス幅Ｔ
ｐ
に対して、δｆ≦１／２Ｔ
ｐ
を満たす周波数ステップ幅δｆを選定するパルス幅・周波数ステップ幅選定手
段と
、
前記周波数ステップ幅δｆで前記周波数可変光源の周波数ｆを変化させ、前記光ファイバの長手方向の位置ｘ、及び、前記周波数ｆの関数として、第１の時刻と第２の時刻における強度分布Ｓ
１
（ｆ，ｘ）、Ｓ
２
（ｆ、ｘ）を取得し、第１の時刻における強度分布Ｓ
１
（ｆ、ｘ）と、第２の時刻における強度分布Ｓ
２
（ｆ、ｘ）の相互相関関数Ｒ（Δｆ、ｘ）を計算し、相互相関関数Ｒ（Δｆ、ｘ）が最大となるΔｆを取得する相互相関関数計算手段と
を備える
光ファイバセンサ。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記演算部は、さらに、
前記相互相関関数計算手段が取得したΔｆから、第１の時刻と第２の時刻の間での、前記光ファイバの温度変化又は歪み変化を取得する歪み（温度）情報取得手段
を備える
請求項１に記載の光ファイバセンサ。
【請求項３】
予め設定されたパルス幅Ｔｐに対して、δｆ≦１／２Ｔ
ｐ
を満たす周波数ステップ幅δｆを選定する過程
を備え、
第１の時刻と第２の時刻において、
連続光を２分岐して、２分岐された一方から、パルス幅Ｔ
ｐ
の光パルスを生成し、他方を参照光とする過程と、
前記パルス光を光ファイバに入射する過程と、
前記光ファイバにおいて前記パルス光が散乱した散乱光と、前記参照光をコヒーレント検波して電気信号を得る過程と
を、前記連続光の周波数を選定された周波数ステップ幅δｆで変化させて行い、
さらに、
第１の時刻における散乱光の強度分布Ｓ
１
（ｆ，ｘ）と、第２の時刻における強度分布Ｓ
２
（ｆ、ｘ）の相互相関関数Ｒ（Δｆ、ｘ）を計算し、相互相関関数Ｒ（Δｆ、ｘ）が最大となるΔｆを取得する過程
を備える
光ファイバセンシング方法。
【請求項４】
さらに、
前記相互相関関数計算手段が取得したΔｆから、第１の時刻と第２の時刻の間での、前記光ファイバの温度変化又は歪み変化を取得する過程
を備える
請求項３に記載の光ファイバセンシング方法。
【請求項５】
周波数可変光源を有し、前記周波数可変光源で生成された連続光を２分岐し、２分岐された一方からパルス光を生成し、他方を参照光とするパルス光生成部と、
前記パルス光が入力される光ファイバと、
前記光ファイバにおいて前記パルス光が散乱した散乱光と、前記参照光が入力される散乱光情報取得部と
を備える光ファイバセンサの前記散乱光情報取得部を、
前記パルス光のパルス幅Ｔ
ｐ
に対して、δｆ≦１／２Ｔ
ｐ
を満たす周波数ステップ幅δｆを選定するパルス幅・周波数ステップ幅選定手段、
前記周波数ステップ幅δｆで前記周波数可変光源の周波数ｆを変化させ、前記光ファイバの長手方向の位置ｘ、及び、前記周波数ｆの関数として、第１の時刻と第２の時刻における強度分布Ｓ
１
（ｆ，ｘ）、Ｓ
２
（ｆ、ｘ）を取得し、第１の時刻における強度分布Ｓ
１
（ｆ、ｘ）と、第２の時刻における強度分布Ｓ
２
（ｆ、ｘ）の相互相関関数Ｒ（Δｆ、ｘ）を計算し、相互相関関数Ｒ（Δｆ、ｘ）が最大となるΔｆを取得する相互相関関数計算手段
として機能させるためのプログラム。
【請求項６】
前記散乱光情報取得部を、さらに、
前記相互相関関数計算手段が取得したΔｆから、第１の時刻と第２の時刻の間での、前記光ファイバの温度変化又は歪み変化を取得する歪み（温度）情報取得手段
として機能させるための請求項５に記載のプログラム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、温度歪み計測型コヒーレントＯＴＤＲに用いて好適な光ファイバセンサ及び光ファイバセンシング方法と、これらに用いることができるプログラムに関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
光ファイバ通信の発展とともに、光ファイバ自体をセンシング媒体とした技術が盛んに研究されている。特に散乱光を利用する光ファイバセンシングは、ポイントで計測する電気センサとは異なり、長距離の分布センシングを可能とする。
【０００３】
光ファイバをセンシング媒体とする歪み（温度）センサは、ブリルアン散乱光を用いるＢＯＴＤＲ（ＢｒｉｌｌｏｕｉｎＯｐｔｉｃａｌＴｉｍｅＤｏｍａｉｎＲｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）（例えば、特許文献１参照。）とレイリー散乱光を用いる温度歪み計測型コヒーレントＯＴＤＲ（ＯｐｔｉｃａｌＴｉｍｅＤｏｍａｉｎＲｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｏｒｙ）に大別される。
【０００４】
この中でも温度歪み計測型コヒーレントＯＴＤＲは、レイリー散乱光の周波数シフトが高い歪み（温度）感度を有することから、一般にＢＯＴＤＲ方式と比較し、高精度での計測が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
国際公開２０１５／０５９９６９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、温度歪み計測型コヒーレントＯＴＤＲでは、光源の周波数をステップ的に変化させる必要があり、光源の精密な制御が必要とされる。
【０００７】
この発明は、このような状況に鑑みなされたものである。この発明は、温度歪み計測型コヒーレントＯＴＤＲにおけるパルス幅と光源の周波数ステップ幅との間の関係から、アップサンプリングによる周波数分解能の向上に適切な周波数ステップ幅の選定を可能にし、過度な光源制御を不要とする光ファイバセンサ及び光ファイバセンシング方法と、これらに用いることができるプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した目的を達成するために、この発明の光ファイバセンサは、周波数可変光源を有し、前記周波数可変光源で生成された連続光を２分岐し、２分岐された一方からパルス光を生成し、他方を参照光とするパルス光生成部と、前記パルス光が入力される光ファイバと、前記光ファイバにおいて前記パルス光が散乱した散乱光と、前記参照光が入力される散乱光情報取得部とを備えて構成される。
【０００９】
前記散乱光情報取得部は、受光部と、演算部を備える。前記受光部は、前記参照光と前記散乱光をコヒーレント検波して、得られた電気信号を演算部に送る。
【００１０】
前記演算部は、前記パルス光のパルス幅Ｔ
ｐ
に対して、δｆ≦１／２Ｔ
ｐ
を満たす周波数ステップ幅δｆを選定するパルス幅・周波数ステップ幅選定手段と、前記周波数ステップ幅δｆで前記周波数可変光源の周波数ｆを変化させ、前記光ファイバの長手方向の位置ｘ、及び、前記周波数ｆの関数として、第１の時刻と第２の時刻における強度分布Ｓ
１
（ｆ，ｘ）、Ｓ
２
（ｆ、ｘ）を取得し、第１の時刻における強度分布Ｓ
１
（ｆ、ｘ）と、第２の時刻における強度分布Ｓ
２
（ｆ＋Δｆ、ｘ）の相互相関関数Ｒ（Δｆ、ｘ）を計算し、相互相関関数Ｒ（Δｆ、ｘ）が最大となるΔｆ
ｍａｘ
を取得する相互相関関数計算手段とを備える。
（【００１１】以降は省略されています）

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