分布式光纤传感器制造技术

本发明专利技术提供一种分布式光纤传感器，能够同时且独立地以高空间分辨率对测量对象物的应变和温度进行测量。分布式光纤传感器（ＦＳ）是使用光纤（１５）作为传感器的分布式光纤传感器，其中，应变及温度检测计（１４）利用布里渊散射现象测量基于光纤（１５）中产生的应变及温度的布里渊频移量，利用瑞利散射现象测量基于光纤（１５）中产生的应变及温度的瑞利频移量，并根据测量出的布里渊频移量和瑞利频移量来计算光纤（１５）中产生的应变和温度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种使用光纤作为传感器、可在其长度方向高精度地测定应变及温度的分布式光纤传感器。
技术介绍
以往，作为测定应变和温度的技术，有基于光纤中引起的布里渊散射现象 (Brillouin scattering phenomenon)的方法。在此方法中，光纤作为检测该光纤所设置的环境(测量对象物)中的应变及/或温度的媒体而被利用。所谓布里渊散射现象，是指当光射入光纤时能量经由光纤中的声频声子 (acoustic phonon)而移动的现象，有频率彼此不同的两束光射入光纤而由这两束光的相互作用所产生的感应布里渊散射现象(stimulated Brillouin scattering phenomenon)、 和光射入光纤而由该光与因光纤中的热噪声产生的声频声子的相互作用所产生的自然布里渊散射现象(natural Brillouin scattering phenomenon)。在此布里渊散射现象时所见到的布里渊频移与光纤中的音速成比例，并且，该音速依赖于光纤的应变(strain)及温度。因此，应变及/或温度可通过测定布里渊频移来测定。作为利用该布里渊散射现象来测量应变及温度分布的代表性的方式， 有 BOTDA (Bri llouin Optical Time Domain Analysis,布里渊光时域分析)及 BOTDR(Brillouin Optical Time Domain Reflectometer，布里渊光时域反射)。首先，在BOTDA中，利用感应布里渊散射现象，将频率彼此不同的两束激光作为泵浦光及探测光(probe light)相向射入检测用光纤，在时间区域内测定检测用光纤中的、从泵浦光射入的端部射出的与感应布里渊散射现象相关的光的光强度。在此BOTDA中，通过泵浦光及探测光的相互作用激发声频声子。另一方面，在BOTDR中，将一束激光作为泵浦光从检测用光纤的一端射入，通过光带通滤光器来检测从所述一端射出的与自然布里渊散射现象相关的光，在时间区域内测定检测到的与自然布里渊散射现象相关的光的光强度。在该BOTDR中，利用了由热噪声产生的声频声子。并且，在这些BOTDA及BOTDR中，一边使泵浦光的频率依次变化、或者在BOTDA中一边使探测光的频率依次变化，一边针对每个频率进行这种测量，分别求出沿着检测用光纤的长度方向的各部分的布里渊增益谱(或在BOTDA中为布里渊损耗谱)，基于其测定结果来测定沿着检测用光纤的长度方向的应变分布及/或温度分布。作为上述的泵浦光，通常使用光强度为矩形状的光脉冲，作为BOTDA中的探测光，使用连续光(CW光)。此处，在BOTDA中，通过以探测光为基准，使泵浦光的频率高于探测光的频率，由此来检测布里渊增益谱(Brillouin gain spectrum)，另一方面，使探测光的频率高于泵浦光的频率，由此来检测布里渊损耗谱(Brillouin loss spectrum)。而且，在BOTDR中检测布里渊增益谱。在BOTDA中，无论使用所述布里渊增益谱及布里渊损耗谱的哪一种均可求出应变及/或温度。在本说明书中，对于B0TDA，将布里渊增益谱和布里渊损耗谱酌情地简称为“布里渊谱”。此BOTDA及BOTDR的空间分辨率受到测定所用的泵浦光的光脉冲的脉冲宽度限制。光纤中的光的速度会因光纤的材料而有些不同，但在通常所用的一般光纤中，声频声子的完全发生(rise of the acoustic phonon)需要约^ns。因此，布里渊谱在光脉冲的脉冲宽度为约^ns以上之前为洛伦兹曲线(Lorentzain curve)，若使光脉冲宽度较之更短， 则成为宽带的曲线，成为在中心频率附近失去陡度的平缓的形状。因此，难以求出中心频率，其空间分辨率通常为约2至:3m。因此，本案专利技术人在专利文献1中提出了一种方法，通过用两个成分构成上述的光脉冲，以高精度(例如200 μ ε以下)及高空间分辨率(例如Im以下)测定应变及/或温度的分布。本案专利技术人将此方法称为PPP-B0TDA/B0TDR(Pulse Pre-Pumped(脉冲预泵浦)B0TDA/B0TDR)。另外，100 μ ε 相当于 0.01% (100 μ ε =0.01%)。而且，布里渊频移相对于应变约为500ΜΗζ/%。但是，由于利用布里渊散射现象测量的布里渊频移量依赖于光纤的应变和温度这两个参数而发生变化，因此利用布里渊散射现象可测定的参数基本上仅为应变和温度的其中之一，无法将应变和温度分开并同时测量。专利文献1 国际公开第2006/001071号小册子
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种分布式光纤传感器，能够同时且独立地以高空间分辨率对测量对象物的应变和温度进行测量。为了达到该目的，本专利技术所提供的分布式光纤传感器使用光纤作为传感器，包括 布里渊测量单元，利用布里渊散射现象测量基于所述光纤中产生的应变及温度的布里渊频移量；瑞利测量单元，利用瑞利散射现象测量基于所述光纤中产生的应变及温度的瑞利频移量；以及计算单元，根据由所述布里渊测量单元测量到的布里渊频移量和由所述瑞利测量单元测量到的瑞利频移量，来计算在所述光纤中产生的应变和温度。在上述分布式光纤传感器中，由于利用布里渊散射现象测量基于光纤中产生的应变及温度的布里渊频移量，并且利用瑞利散射现象测量基于光纤中产生的应变及温度的瑞利频移量，因此能够利用两个频移量同时且独立地计算光纤中产生的应变和温度，从而能够同时且独立地以高空间分辨率测量附设有光纤的测量对象物的应变和温度。因此，在本专利技术所涉及的分布式光纤传感器中，能够同时且独立地以高空间分辨率测量被检查对象物的应变和温度。附图说明图1是表示本专利技术的第1实施例的分布式光纤传感器的结构的框图。图2是表示使图1所示的分布式光纤传感器以第1方式动作时的分布式光纤传感器的概略结构的框图。图3是表示使图1所示的分布式光纤传感器以第2方式动作时的分布式光纤传感器的概略结构的框图。图4是用于说明图1所示的分布式光纤传感器的应变及温度的测量动作的流程图。图5是用于说明图1所示的光脉冲生成部的结构及其动作的图。图6是用于说明泵浦光(副光脉冲及主光脉冲)的结构及匹配滤光器的图。图7是表示从图1所示的光脉冲生成部射出的脉冲光的一例的图。图8是表示通过图1所示的分布式光纤传感器测量的瑞利频移量的一例的图。图9是说明实测位置与测量期望位置之间的关系的图。图10是用于说明本专利技术的第2实施例的分布式光纤传感器的应变及温度的测量动作的流程图。图11是用于说明修正量的导出方法的图。图12是表示中间连接有不同种类的光纤的检测用光纤在长度方向上的各位置的布里渊谱的峰值频率的图。图13是用于说明参照瑞利谱与测定到的瑞利谱之间的关系的示意图。图14是表示参照瑞利谱及测定到瑞利谱的图。图15是表示阈值与相互关联系数之间的关系的图。图16是用于说明决定用于根据测定到瑞利谱相对于参照瑞利谱的偏移量与相互关联系数之间的关系求出瑞利频移量的扫描范围的方法的图。图17是用于说明基于修正量进行的修正效果的图。图18是表示图1所示的分布式光纤传感器构成为BOTDR时的分布式光纤传感器的结构的框图。图19是用于说明窄线宽光带通滤光器的图。图20是用于说明通过从整体减去构成要素而求出本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种分布式光纤传感器，使用光纤作为传感器，其特征在于包括：布里渊测量单元，利用布里渊散射现象测量基于所述光纤中产生的应变及温度的布里渊频移量；瑞利测量单元，利用瑞利散射现象测量基于所述光纤中产生的应变及温度的瑞利频移量；以及计算单元，根据由所述布里渊测量单元测量的布里渊频移量和由所述瑞利测量单元测量的瑞利频移量，计算所述光纤中产生的应变和温度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：李哲贤，
申请(专利权)人：光纳株式会社，
类型：发明
国别省市：JP