JP6564522B2 - レイリー測定システムおよびレイリー測定方法 - Google Patents
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Description
そこで、このような長距離を測定対象とする場合には、上述の計測位置のずれを何らかの手段で補正する必要がある。
また、ハイブリッド計測手法を用いた場合においては、実際上、測定距離の制約がないようにはできたが、位置補正における課題、すなわち位置補正を求める場合に使用する相関測定における課題があることが、最近、本発明の提案者によって明らかにされた。
光ファイバに光パルスを入射して、発生するレイリー後方散乱光を基に、前記光ファイバの物理量の分布を求めるレイリー測定システムであって、
前記光ファイバの前記レイリー後方散乱光から校正の基準となる初期データを測定する初期データ測定部と、
前記光ファイバの前記レイリー後方散乱光から被校正の対象となる対象データを測定する対象データ測定部と、
前記初期データ測定部で測定した初期データを解析して前記レイリー後方散乱光の周波数特性をスペクトルとして求める初期レイリー散乱スペクトル解析部と、
前記対象データ測定部で測定した対象データを解析して前記レイリー後方散乱光の周波数特性をスペクトルとして求める対象レイリー散乱スペクトル解析部と、
前記初期レイリー散乱スペクトル解析部で求めたスペクトルと、前記対象レイリー散乱スペクトル解析部で求めたスペクトルとを比較することにより、前記対象レイリー散乱スペクトル解析部で求めたスペクトルの、測定対象位置での距離誤差を補正する比較方式距離補正部と、
前記初期レイリー散乱スペクトル解析部で求めたスペクトルのデータと、前記比較方式距離補正部で距離誤差を補正された対象レイリー散乱スペクトルのデータとの相関解析を行う相関解析部と、
この相関解析部で得たデータを基に、レイリースペクトルシフトを求めるレイリースペクトルシフト演算部と、を備え、
前記光ファイバの測定対象位置でのレイリースペクトルシフト量を求めることを特徴とするものである。
光ファイバに光パルスを入射して、発生するレイリー後方散乱光を基に、前記光ファイバの物理量の分布を求めるレイリー測定方法であって、
前記光ファイバの前記レイリー後方散乱光の、校正の基準となる初期データを解析して得た初期レイリー散乱スペクトルのデータと、前記光ファイバの前記レイリー後方散乱光の、被校正の対象となる対象データを解析して得た対象レイリー散乱スペクトルのデータを基に、これら2種類のデータを比較することにより、前記対象レイリー散乱スペクトルのデータを距離補正し、この距離補正で得たデータと初期レイリー散乱スペクトルのデータの2つのデータの相関解析を行うことにより、前記光ファイバの測定対象位置でのレイリースペクトルシフト量を求めることを特徴とするものである。
本発明の実施の形態1について、以下、図を用いて説明する。
まず、図2に示したような、位置すなわち距離により補正量が変動する問題を解決することが必要である。このための方法について図を用いて、以下説明する。
すなわち、図3において、校正の基準となる初期データを初期データ測定部1で測定し、この初期データと比較するための、被校正の対象となるデータである対象データを対象データ測定部2で測定する。次に、初期データ測定部1で得た初期データを初期RSS解析部3で周波数解析して初期RSSデータを得るとともに、対象データ測定部2で得た対象データを対象RSS解析部4で周波数解析して対象RSSデータを得る。
次に、先に得た対象RSSデータに含まれている距離誤差を補正するため、比較方式距離補正部9に、初期RSSデータと、先に得た対象RSSデータを入力し、これらを比較するため、相関解析することにより、距離補正量を求め、新たな対象RSSデータを得る。そして、距離補正した対象RSSデータと初期RSSデータとの相関解析を相関解析部7で行い、この情報をもとに、レイリースペクトルシフト演算部8で演算して、測定対象位置でのレイリースペクトルシフト量を求めるシステムである。
すなわち、本実施の形態1によるシステムは、図1で示したシステムに比較して、距離補正において、ブリルアン計測方式など他方式で得た距離補正のための情報を用いることなく、レイリー計測方式で得た距離補正のための情報だけを用いてレイリースペクトルシフト量を求めるシステムとなっている。目標としては20cm程度の距離で補正ができれば、適切な周波数シフト量を求められることが判明した。以下、この距離補正方法について、図を用いてさらに詳しく説明する。
また、この図において、xll、xulは、それぞれ、補正すべき位置x0に対する補正対象となる下限位置及び上限位置を示す。この場合において補正すべき位置x0が設定されると、下限位置xll、上限位置xulは、例えば、それぞれx0−a、x0+bに設定される。ここで、a、bは経験的に決まる定数で、具体的には、光ファイバ長が1kmの場合1m程度である。なお、光ファイバの伸縮が事前に判明している場合には、下限位置xll、上限位置xulは、必ずしも位置x0を挟む必要はない。
(2)初期データ及び対象データのRSSについて、位置x0での各々のデータのスペクトルSref(x0、ν)とS(x0、ν)を切り出し、両者をスペクトル抽出部91で比較する(図10参照)。
(3)そして、図5に示すように、初期データのスペクトルSref(x0、ν)は固定したままで、対象データのスペクトルS(x0、ν)をy軸上、すなわち周波数軸上にシフトさせながら、両者の相互相関係数を第1の距離補正解析部92の第1の相互相関解析部93で計算する(図10参照)。
(4)上記第1の相互相関解析部93で、上記(3)の計算で求めた相互相関係数の値を周波数シフト量に対してプロットする(図6、図10参照)。そして、第1の距離補正解析部92の第1の解析結果記憶部94に、この相互相関係数が最大となる周波数シフト量Δν(x0)と、そのときの相互相関係数の値であるCC(x0)を記憶する(図10参照)。
(5)次に、初期データのスペクトルSref(x0、ν)はそのままで、位置変更部95を用いて、対象データを切り出す位置をx(xll≦x≦xul)に移動させて、対象データのスペクトルS(x、ν)をy軸上、すなわち周波数軸上にシフトさせながら、同様の計算を、第2の距離補正解析部96の第2の相互相関解析部97で行う(図7、図10参照)。そして、相互相関係数が最大となる周波数シフト量Δν(x)とそのときの相互相関係数の値CC(x)を上記第2の相互相関解析部97で求める(図8、図10参照)。
(6)位置xに対して、CC(x)をプロットし、その値が最大となる位置xmaxを上記第2の相互相関解析部97で求める。そして、第2の距離補正解析部96の第2の解析結果記憶部98に、この相互相関係数が最大となる位置xmaxと、そのときの相互相関係数の値であるCC(xmax)を記憶する(図10参照)。
(7)次に、上記xmaxと初期データ測定部で入力されたx0が位置補正量演算部99に入力され、位置補正量演算部99で、これら2つの値の差であるΔx=xmax−x0が演算されることにより、位置x0における位置補正量が求められる(図9、図10参照)。なお、このとき、Δν(xmax)が、この位置でのレイリー周波数シフト量となる。
Claims (6)
- 光ファイバに光パルスを入射して、発生するレイリー後方散乱光を基に、前記光ファイバの物理量の分布を求めるレイリー測定システムであって、
前記光ファイバの前記レイリー後方散乱光から校正の基準となる初期データを測定する初期データ測定部と、
前記光ファイバの前記レイリー後方散乱光から被校正の対象となる対象データを測定する対象データ測定部と、
前記初期データ測定部で測定した初期データを解析して前記レイリー後方散乱光の周波数特性をスペクトルとして求める初期レイリー散乱スペクトル解析部と、
前記対象データ測定部で測定した対象データを解析して前記レイリー後方散乱光の周波数特性をスペクトルとして求める対象レイリー散乱スペクトル解析部と、
前記初期レイリー散乱スペクトル解析部で求めたスペクトルと、前記対象レイリー散乱スペクトル解析部で求めたスペクトルとを比較することにより、前記対象レイリー散乱スペクトル解析部で求めたスペクトルの、測定対象位置での距離誤差を補正する比較方式距離補正部と、
前記初期レイリー散乱スペクトル解析部で求めたスペクトルのデータと、前記比較方式距離補正部で距離誤差を補正された対象レイリー散乱スペクトルのデータとの相関解析を行う相関解析部と、
この相関解析部で得たデータを基に、レイリースペクトルシフトを求めるレイリースペクトルシフト演算部と、を備え、
前記光ファイバの測定対象位置でのレイリースペクトルシフト量を求めることを特徴とするレイリー測定システム。 - 前記比較方式距離補正部は、
予め設定された初期位置での、初期データ及び対象データのレイリー散乱スペクトルを抽出するスペクトル抽出部と、
前記初期データのレイリー散乱スペクトルと前記対象データのレイリー散乱スペクトルを解析し、前記初期位置での最大相互相関係数と周波数シフト量を求める第1の距離補正解析部と、
前記初期位置に従って、所定の上限値と下限値を予め定めるとともに、前記上限値と下限値の間で前記初期位置を変更する位置変更部と、
前記対象データを切り出す位置を前記位置変更部で定めた位置とし、この位置を前記上限値と下限値の間で変更させつつ、当該対象データを切り出す位置での初期データのレイリー散乱スペクトルと対象データのレイリー散乱スペクトルを解析し、当該対象データを切り出す位置での最大相互相関係数と周波数シフト量を求めるとともに、
前記対象データを切り出す位置を変化させたときに、前記対象データを切り出す位置での最大相互相関係数が最大となる位置を求める第2の距離補正解析部と、
前記第2の距離補正解析部で求めた最大相互相関係数が最大となる位置と前記初期位置との差から、前記初期位置における位置補正量を決定する位置補正演算部と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載のレイリー測定システム。 - 前記第1の距離補正解析部は、
前記初期位置での初期データのレイリー散乱スペクトルと対象データのレイリー散乱スペクトルの相互相関係数を解析する第1の相互相関解析部、および前記第1の相互相関解析部の解析結果を記憶する第1の解析結果記憶部、を備え、
前記第2の距離補正解析部は、
前記対象データを切り出す位置での初期データのレイリー散乱スペクトルと対象データのレイリー散乱スペクトルの相互相関係数を解析するとともに、前記対象データを切り出す位置を変更したときの最大相互相関係数を解析する第2の相互相関解析部、および前記第2の相互相関解析部の解析結果を記憶する第2の解析結果記憶部、を備えていることを特徴とする請求項2に記載のレイリー測定システム。 - 光ファイバに光パルスを入射して、発生するレイリー後方散乱光を基に、前記光ファイバの物理量の分布を求めるレイリー測定方法であって、
前記光ファイバの前記レイリー後方散乱光の、校正の基準となる初期値である初期データを解析して得た初期レイリー散乱スペクトルのデータと、前記光ファイバの前記レイリー後方散乱光の、被校正の対象となる対象データを解析して得た対象レイリー散乱スペクトルのデータを基に、これら2種類のデータを比較することにより、前記対象レイリー散乱スペクトルのデータを距離補正し、この距離補正で得たデータと初期レイリー散乱スペクトルのデータの2つのデータの相関解析を行うことにより、前記光ファイバの測定対象位置でのレイリースペクトルシフト量を求めることを特徴とするレイリー測定方法。 - レイリー散乱スペクトルを、距離軸と周波数軸とで構成される面上での信号レベルとして解析し、
前記距離軸上に前記距離補正を行う特定位置を設定するとともに、当該距離補正を行う位置範囲を、前記特定位置によって定めた、距離軸上の2つの異なる位置の範囲として設定し、
前記初期データおよび前記対象データのレイリー散乱スペクトルを基に、前記特定位置でのそれぞれのレイリー散乱スペクトルを切り出し、
前記特定位置での初期データのレイリー散乱スペクトルは固定したままで、
対象データのレイリー散乱スペクトルを前記周波数軸上でシフトさせながら、前記特定位置での初期データのレイリー散乱スペクトルと、前記特定位置での対象データのレイリー散乱スペクトルとの相互相関係数である第1の相互相関係数を解析し、
この解析で求めた前記第1の相互相関係数が最大となる周波数シフト量と、当該最大となる周波数シフト量に対応する相互相関係数を記憶し、
続いて、対象データを切り出す位置を、前記2つの異なる位置の間で変更し、変更した各位置での対象データのレイリー散乱スペクトルと前記特定位置での初期データのレイリー散乱スペクトルとの相互相関係数である第2の相互相関係数を解析して、この解析で求めた第2の相互相関係数が最大となる周波数シフト量と、そのときの相互相関係数を求め、前記変更した各位置で求めた最大の第2の相互相関係数のうち、その値が最大となる位置を求め、
この求めた位置を基に、前記特定位置における位置補正量を定めることを特徴とする請求項4に記載のレイリー測定方法。 - 前記特定位置における位置補正量は、前記最大となる第2の相互相関係数が最大となる位置と前記特定位置との差から求めることを特徴とする請求項5に記載のレイリー測定方法。
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