JPH08240451A - 分布型センサを利用して物理量の測定または検知もしくはその両方を行う方法 - Google Patents

分布型センサを利用して物理量の測定または検知もしくはその両方を行う方法

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JPH08240451A
JPH08240451A JP7300286A JP30028695A JPH08240451A JP H08240451 A JPH08240451 A JP H08240451A JP 7300286 A JP7300286 A JP 7300286A JP 30028695 A JP30028695 A JP 30028695A JP H08240451 A JPH08240451 A JP H08240451A
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wavelength
reflection
reflected
sensor
optical
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JP7300286A
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Andre Tardy
アンドレ・タルデイ
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Nexans France SAS
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Alcatel Cable SA
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Publication date
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    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G02B6/24—Coupling light guides
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    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G02B6/29304—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by diffraction, e.g. grating
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    • G02B6/29319—With a cascade of diffractive elements or of diffraction operations

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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 分布型センサを利用して物理量を検知又は測
定する。 【解決手段】 光ファイバーは、各々が測定ポイントの
いずれか一つのレベルに位置する多数の回析格子を含ん
でおり、この回析格子はすべて、応力がない場合にはほ
ぼ同一の反射中心波長を有しており、光ファイバの一端
へ、反射中心波長と近似の波長を有する光信号を射出す
る段階と、検知された反射光信号の出力を時間に応じて
決定する段階と、時間に応じて検知された反射出力と、
物理量の変化がない場合のセンサによる時間に応じた反
射出力とを比較する段階と、検知された反射出力が空状
態での反射出力と異なる場合にこの物理量の変化を検知
する段階とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、分布型センサ及び
とりわけ光ファイバを用いて検知が行われる分布型セン
サを利用する、たとえば温度、圧力、機械的変形、電
界、磁界等々・・・のような物理量の変化の測定または
検知方法もしくはその両方に関するものである。
【０００２】光ファイバは、シリカをベースにして光学
的コアと呼ばれる中央部分を含む光導波管である。この
中央部分は、コアによって伝達されない光波を案内する
ために、同じくシリカをベースにした光学的クラッドと
呼ばれる周辺部に囲まれており、光波の大半を案内する
ためのものである。
【０００３】
【従来の技術】光ファイバは、その構造上、取り巻く環
境条件に敏感であることがよく知られている。特に、温
度の変化（たとえば低下）はファイバの収縮を引き起こ
し、その結果、容易に検知可能な案内特性が変わってし
まう（光信号の減衰の増大）。光ファイバがたとえば、
変形を引き起こす機械的応力、圧力の変化、ファイバに
よって伝達される光波の電磁場と相互作用する電界や磁
界の変化を受ける場合にも同様である。
【０００４】このように、従来の数多くのセンサにおい
ては、物理量の変化の検知は、光ファイバを用いて行わ
れている。
【０００５】従来のこれらのセンサのなかには、特にブ
ラッグ格子と呼ばれる典型的な回析格子が組み込まれた
光ファイバを利用しているものもある。このようなセン
サは、たとえば米国特許ＵＳ−４９９６４１９号に記載
されている。以下、回析格子をブラッグ格子と呼ぶが、
本発明の適用範囲をブラグ格子のみに限定するわけでは
ない。
【０００６】光ファイバのコアのなかに組み込まれた回
析格子は、（光ファイバの軸に沿った）任意の長さにお
いて、ファイバのコアの屈折率の周期的な変化の連続で
構成されている点をあらかじめ指摘しておく。ファイバ
によって伝達される光の信号に対するこれらの変化の累
積作用は、その射出端に向ってこの信号の重要な部分の
屈折である。これはまた、回析格子のピッチ及び光ファ
イバのコアの最初の屈折率（格子の組み込み前）の関数
である回析格子の反射中心波長と呼ばれる波長の前後に
見られる。信号の残りの部分については、回析格子はほ
ぼ透明である。このように、光ファイバのコアのなかに
組み込まれた回析格子は、コアによって伝達された光信
号については狭い移送帯型光フィルタと同じ要領で作動
する。
【０００７】ブラッグ格子の反射スペクトルにおいて
は、このことは、反射中心波長に集中し、この波長の前
後の比較的狭い間隔において、ピークとなって表れる。
また伝達スペクトルにおいては、この波長に対応する降
下となって表れる。
【０００８】図１の曲線１０は、ブラッグ格子の反射ス
ペクトルを図式的に示している。すなわち波長λに応じ
て、ブラッグ格子λ0 によって反射する信号の出力Ｐは
ブラッグ格子の反射中心波長を示している。
【０００９】λ0 がその関数である２つのパラメータ
（屈折率及びブラッグ格子のピッチ）は、直接温度によ
って左右され、温度の変化が屈折率の変化（熱−光学作
用）と同時に、熱による膨張または収縮を引き起こす。
これら２つのパラメータはまた、ファイバに加えられる
機械適応力に直接左右され、このような応力は、ファイ
バの縦方向の変形を引き起こし、その結果当然のことな
がらブラッグ格子のピッチの変化ならびに弾性光学作用
による指数の変化が生じる。結局、λ0 がその関数であ
るパラメータは、静水圧に直接左右される。このよう
に、ブラッグ格子を有する光ファイバは、本来、温度セ
ンサ、圧力センサまたは歪みゲージ（つまり応力ゲー
ジ）として作動する。
【００１０】たとえば磁界または電界の変化について
は、一つまたは複数のブラッグ格子を含む光ファイバを
たとえば、それぞれ磁歪または圧電気材質でできたカバ
ーのような適合手段に連結させることによって、監視す
るフィールドの変化の作用の下にファイバの変形を引き
起こし、これらの大きさのあらゆる変化を反射中心波長
λ0 の変化に結びつけることができる。
【００１１】よく知られているこれまでの現象は、セン
サの内部で活用される。監視する物理量の変化を検知す
るために、光ファイバのなかに恒常的に光の信号を送
り、反射信号の波長を決定するために伝達または反射に
おけるスペクトルを観察する。この波長が、通常の条件
（監視する物理量の変化がない「空状態」）で得られる
従来の波長でない場合にはこの格子の付近で監視される
大きさの変化が検知される。また、適合する較正手段を
用いて、観察される反射波長に応じて検知される変化の
振幅を評価することもできる。
【００１２】このように、米国特許ＵＳ−４９９６４１
９号は、空状態（通常条件）でそれぞれほぼ同じであ
る、つまり各々がほぼ同じ反射中心波長を有している多
数のブラッグ格子が、互いにあらかじめ設定された間隔
で組み込まれた光ファイバを含む分布型センサを提案し
ている。これらブラッグ格子の分配によって、分布型セ
ンサ、つまり広い範囲の地理的区域をコントロールでき
るように、分散型検知あるいは測定もしくはその両方の
箇所を多数有しているセンサをつくりだすことができ
る。
【００１３】たとえば、このようなセンサは、有害な温
度上昇が生じるようなこのケーブルの区域を限定できる
ように非常に長いエネルギーケーブルの付近で使用する
ことができる。
【００１４】上記の特許においては、監視される物理量
の変化を検知または測定もしくはその両方を行うために
は、これらの物理量の変化によって改良されるブラッグ
格子のあらゆる反射波長を含むのに十分な広さをもつ波
長の範囲において調整可能な光源を光ファイバの一端に
接続する。反射信号は、上述の要領で検知及び分析され
る、対応する往復時間は、監視される物理量が変化を受
ける箇所を限定できるように決定される。
【００１５】さらに、この特許では、それぞれのブラッ
グ格子の反射係数（反射光信号の出力と入射光信号の出
力との比）が、それぞれの格子間での多重反射の伝達の
ために有害な影響を及ぼさないように、およそ０．０１
とならなければならないと指定されている。
【００１６】このように、上記の特許のなかに記載され
ている方法は完全に満足のいくものとはいえない。
【００１７】実際に、ここで勧められている方法では、
かなり広い範囲のスペクトルを走査し、できるだけ細か
くブラッグ格子の反射中心波長において一致させる必要
がある。この一致は、ブラッグ格子の反射スペクトルが
狭くなればなるほど細かくなる。したがって精度の高い
調整可能な光源の使用が必要であり、このことから複雑
かつコストがかかる計器の使用が前提となってしまう。
【００１８】さらに、測定箇所全体の状態を知るために
必要な時間は比較的長い。なぜなら、かなり広いスペク
トルを走査する必要があり、使用される光源の各波長の
改善は、およそ１秒（新しい波長における光源の安定時
間）という比較的長い時間においてのみ得ることができ
るからである。加えて、比較的長い安定時間に調整可能
な光源を使用すると、集積化が難しくなり、その結果、
センサの入力から最も遠くにあるブラッグ格子から生じ
るレスポンスが使用された受信器特有のノイズと区別で
きなくなる。
【００１９】その一方で、米国特許ＵＳ−４９９６４１
９号の方法を実施するためにこの特許に記載されている
センサを使用することは、完全に満足のいくものとはい
えない。
【００２０】というのも、このセンサにたとえばおよそ
１０ｋｍという非常に長い範囲をもたせようとする場
合、そこには非常に多数のブラッグ格子を組み込まなけ
ればならない。たとえば、２ｍおきの測定箇所をもつた
めには、５０００本の格子が必要である。上記の特許の
なかで勧められている係数（０．０１）のように従来の
反射係数を適応する場合には、光ファイバの減衰に対す
るブラッグ格子の影響は、ブラッグ格子の反射中心波長
（たとえばおよそ１．５５μｍを選択）においておよそ
２２ｄＢ／ｋｍである。これは、光ファイバの固有の減
衰（１．５５μｍにおいて０．３ｄＢ／ｋｍ）をはるか
に上回る。したがって、もはやファイバの端部に位置す
るセンサによって反射する信号を検出できない。なぜな
らそれらはあまりに減衰されすぎるからである。
【００２１】さらに、光ファイバのなかにブラッグ格子
を組み込むためには、光ファイバのコアを光学的クラッ
ドを通して、２つの紫外線束から得られた干渉模様でさ
らさなければならない。また、それは、望ましい反射係
数が高くなればなるほど長い時間及び高いエネルギー密
度で行われなければならない。
【００２２】加えて、米国特許ＵＳ−４９９６４１９号
の方法によっては、狭いブラッグ格子の反射スペクトル
を選ぶことが望ましいことがわかった。たとえば、およ
そ０．１ｎｍのスペクトルの幅が選択される。ブラッグ
格子の反射スペクトルのスペクトルの幅はその長さと逆
比例するので、提案された方法では、比較的長いブラッ
グ格子、実際にはスペクトルの幅が０．１ｎｍの場合に
は、およそ１０ミリメートルの長さのブラッグ格子使用
が必要となる。ところで、光ファイバのなかにブラッグ
格子を組み入れるために必要な出力は、この格子の長さ
の関数である。
【００２３】このように、０．０１の反射係数と比較的
狭いスペクトルの幅を有し、米国特許ＵＳ−４９９６４
１９号で開示されたようなセンサを得るために必要な非
常に多くのブラッグ格子のオンライン統合には、およそ
１Ｊ／ｃｍ2 のエネルギー密度が必要となる。限定され
た時間（およそ１０ｎｓ）においてこのようなエネルギ
ーを使用するためには、また特にブラッグ格子の組み込
みがオンラインで行われる場合にはファイバ化作業に不
利な条件を与えないように、場所をとる強力なレーザが
必要となる。この結果、このような格子の工業生産が複
雑になってしまう。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
の不都合を取り除き、ブラッグ格子のような回析格子を
含む分布型センサを使用する方法を完成することにあ
る。
【００２５】
【課題を解決するための手段】このため、本発明は、測
定箇所と呼ばれる前記のセンサの多数のポイントのレベ
ルで、分布型センサを用いて物理量の変化の検知または
測定もしくはその両方を行う方法を提案している。前記
のセンサは、大半の光波を案内するための光学的コアを
備えている光ファイバを備えており、また前記の光学的
コアは、前記の光ファイバに沿って分配され、それぞれ
が前記の測定箇所のレベルに位置する多数の回析格子を
含んでいる。前記の回析格子はすべて、応力がない場合
には、ほとんど同一の反射中心波長を有している。
【００２６】この方法は以下の段階を含むことを特徴と
している。
【００２７】− 前記の反射中心波長に近似の波長を有
する検知用と呼ばれる光信号を、入力端と呼ばれる前記
の光ファイバの一端へ射出する。
【００２８】− 時間の関数として、検知された反射出
力と呼ばれる反射光信号の出力を決定する。
【００２９】− 時間の関数としての前記の検知された
反射出力と、空状態での反射出力と呼ばれる、前記の物
理量の変化がない状態でのセンサによる時間の関数とし
ての反射出力とを比較する。
【００３０】− 前記の検知された反射出力が前記の空
状態での反射出力と異なる場合には前記の物理量の変化
の検知。
【００３１】このように、本発明による監視される物理
量の変化の検知方法は、時間に応じて反射する信号の出
力（または同じように強度）を利用する。監視される物
理量の変化が、いずれか一つの回析格子の付近で生じた
場合には、その反射中心波長は移動し、この波長の付近
で発生した信号をもはや反射しなくなる。その結果、時
間に応じた反射信号の出力を示す曲線においては、この
回析格子に対応するポイントレベルにおいて、応力の存
在を表す出力の降下がみられ、したがって関連する大き
さの変化の検知が可能になる。
【００３２】当該の回析格子の中心波長の対応する変
化、つまり監視される物理量の変化を、任意の振幅の出
力の変化に結びつけるためには、センサをあらかじめ正
確に較正するだけでよい。
【００３３】米国特許ＵＳ−４９９６４１９号のなかで
公開されている方法に対して、本発明による方法は、よ
り簡単で、特に調整可能な光源の使用を防ぐことで、従
来の反射率計において使用されるのとほぼ同じ計装の使
用が可能になる。
【００３４】本発明による方法はさらに、反射信号の波
長ではなく出力（または強度）の検知にもとづくものな
ので、狭いスペクトル帯の、したがって長い回析格子を
実現する必要がなくなる。
【００３５】できれば各回析格子の反射波長帯に属する
検知用光信号の波長は、回析格子の反射スペクトルがほ
ぼ直線型であるような波長の間隔で表れることが好まし
い。このように、監視される物理量の変化の一定の範囲
においては、本発明によるセンサのレスポンスはほぼ直
線型である。
【００３６】さらに、すぐれた点として、検知用光信号
の波長は、回析格子の反射スペクトルのほぼ半分の高さ
に位置する。このように、たとえば監視する物理量の変
化の範囲の中央値は、入射信号がこのように選択された
波長を有している場合には反射信号の最大振幅、あるい
は偏位の中央値に相当するように、本発明によるセンサ
を較正することができる。
【００３７】本発明の方法の改良によって、偶発的減衰
に起因する利用信号の出力の変化を避けるために、検知
用の各信号は、連続する２つの光パルスで構成されてい
る。そのうちの一つのパルスの波長は、回析格子の反射
中心波長より短く、もう一つのパルスの波長はこの反射
中心波長より長い。これらの２つの波長は、回析格子の
反射スペクトルに属している。物理量の変化の検知は、
２つの波長において検知された反射出力の比を利用して
行われる。このことから、実施される検知または測定感
度が２倍になるという利点がある。
【００３８】回析格子の反射帯のスペクトル幅は非常に
小さい（およそナノメートル）ことから、検知用信号を
構成するパルスの２つの波長の差異減衰はごくわずかで
ある。
【００３９】本発明による方法の特にすぐれた特性によ
れば、センサの光学的コアはｎ本の回析格子を含んでい
る。ｎは５０より大きな整数であり、前記の回析格子の
各々の最大反射係数は１／２０ｎから１／２ｎの間であ
る。
【００４０】本発明の方法とともに、このような分布型
センサを使用すると、従来の技術による方法や分布型セ
ンサより長い範囲及びより多くの測定箇所を得ることが
できる。このセンサは、製造するのに、まったく複雑で
なくコストもほとんどかからず、光源から最も離れた端
部付近の物理量の変化の検知を可能にする。
【００４１】実際に、反射係数の選択によって、長さの
単位当たりに多くの測定箇所を含む長い範囲のセンサを
つくりだすことができ、このセンサは、回析格子の存在
に起因するファイバの減衰の増大の影響を有害なほど受
けることもなく（上記で選択されたのと同じ例において
は、光ファイバの減衰への回析格子の寄与は、およそ
１．５５μｍの選択された回析格子の反射の中心波長に
おいて０．０２ないし０．２ｄＢ／ｋｍである）、さら
に、容易に製造することができる。というのも、上述し
たように、回析格子の組み入れエネルギーは、屈折率の
変化の深さ、つまり組み込まれる格子の反射係数にほぼ
比例するからである。実際には、たとえば５０００に等
しい格子の数ｎについて、反射係数が１０-2から１０-6
に変化すると、必要な出力が１／１００に減少する。
【００４２】さらに、このような反射係数によってであ
っても、回析格子によって反射する信号のレベルは、レ
イリーの後方散乱信号のレベルより高いままとなる。こ
のことから、レイリーの後方散乱信号とは容易に区別で
きる。
【００４３】実際に、センサによって検知された反射信
号の出力は、反射係数がおよそ１／２ｎとなるとき最大
となる。反射係数が１０倍大きな場合、検知された信号
の最大出力はおよそ８００分の１となる。反対に、反射
係数が１０分の１になっても、検知された信号の最大出
力のレベルはおよそ４分の１となるだけである。
【００４４】このような検証によって、１／２０ｎから
１／２ｎまでの回析格子についての反射係数を選択しな
がら、従来の技術によって生じる問題を解決することが
できた。
【００４５】さらに、本発明による方法の使用は、反射
係数の減少とともに、使用されるセンサの製造をより簡
単に、より低いコストで行うことに貢献する。
【００４６】本発明の他の特性及び利点は、本発明によ
る検知の方法及び装置についてのまったく限定的でなく
例示的な以下の説明から明らかになろう。
【００４７】
【発明の実施の形態】あらゆる図において、共通のエレ
メントには同じ参照番号が付されている。
【００４８】図１は、現況技術との関係ですでに説明し
た。
【００４９】図２には、センサのような単一モードの光
ファイバ１を利用する、物理量の変化の検知あるいは測
定もしくはその両方のためのセンサ１００が非常に図式
的に示されている。ファイバ１は、光学的クラッド（こ
こには記されていない）に囲まれた光学的コアを備えて
おり、両者ともシリカをベースにした材質でできてい
る。光ファイバ１のコアのなかに、互いにまったく同
じ、すなわちすべて反射波長がほぼ同じであるブラッグ
格子４が組み込まれている。
【００５０】各ブラッグ格子４は、たとえば１ないし２
ｍｍといったファイバの短い長さについては光ファイバ
１のコアの屈折率の周期的変化の連続で構成されてお
り、これらの変化は、ブラッグ格子４の各々のレベルに
おける垂直線によって図式的に示されている。
【００５１】連続する２本のブラッグ格子４間の間隔Ｌ
（たとえば各々の中心間を測定）は、図２に示されてい
るように一定とすることもできる。たとえばそれは１ｍ
となる。実際には、各ブラッグ格子間の距離はどんな値
とすることもでき、エレメント（たとえば電力ケーブ
ル）や監視する物理量に適応できる。
【００５２】本発明によれば、各ブラッグ格子の反射係
数は１／２０ｎと１／２ｎの間で選択するか、またはそ
れらの値のいずれか一つとすることができ、すでに説明
したように、これは、それぞれのブラッグ格子の反射の
存在に起因するファイバ１の減衰の過度の増大を防ぐと
ともに、反射信号のレベルがレイリーの後方散乱信号の
レベルより高いままとするためである。
【００５３】センサ１００においては、監視される物理
量の変化が加えられる機械的応力によって表すことがで
きるような手段（ここには記されていない）と連結し
て、必要な場合には（上記参照）、光ファイバ１が使用
される。
【００５４】したがって、ファイバ１の各ブラッグ格子
４は、一つの測定箇所、つまりセンサ１００がその役割
を果たすことを可能にするような、監視する物理量の変
化に敏感な一つの箇所を構成する。
【００５５】このように、温度センサとしてセンサ１０
０を使用するためには、ファイバ１は本来、温度の変化
に敏感なので、監視する本体の付近の外部の機械的擾乱
からの保護管のなかにファイバ１を置くだけで良い。
【００５６】センサ１００を変形または応力ゲージとし
て使用するためには、たとえば、各ブラッグ格子４の長
さにおいて樹脂のなかでむき出しのファイバ１を型抜き
し、たとえば接着剤で監視する本体と一体にしてしまう
ことができる。
【００５７】センサ１００を流体の静水圧センサとして
使用するためには、ファイバ１を監視する流体の容器と
連絡している容器のなかに入れれば良い。
【００５８】最後に、磁界や電界、またさらに他の大き
さの変化を検知または測定もしくはその両方を行うため
にセンサ１００を使用するためには、たとえば、水の存
在を検知するために、上述されているように、これらの
大きさに敏感な材質でファイバ１を被覆することもでき
る。
【００５９】さらに、センサ１００は、結合器６を介し
てファイバ１の端部１Ａに連結されるレーザー光源５を
備えている。この光源５は、監視される物理量の検知ま
たは測定もしくはその両方のために、ファイバ１中を光
パルス７の形で検知信号と呼ばれる信号を送ることがで
きる。
【００６０】発生する光のパルス７の一時的な幅τは、
連続する２本のブラッグ格子４の間に存在する最小距離
Ｌに応じて選択される。その結果、たとえばブラッグ格
子４の反射中心波長λ0 に近いまたはできれば１．５５
μｍ前後で選択されることが望ましいパルスの波長７に
おいては、これらの格子によって反射する信号が重なら
ない。実際に、たとえばτ≦２Ｌ／Ｖg が選択される。
このときＶg は光波の群速度である。
【００６１】さらに、本発明による方法によって可能に
なる収集用エレクトロニクスの簡略性がエレクトロニク
スの周波数を１００ＭＨｚに限定するので、この簡略性
によって、時間幅ｔは実際には１０ｎｓより大きくな
る。このように、ブラッグ格子４の各々の長さに応じた
時間幅に対してはｔは小さくなり、その結果、反射パル
スは入射パルスの形態とほぼ同じ形態をもつ。したがっ
て、比較的長い水平域をもつように入射パルスを較正す
る場合には、反射パルスもまたこのような水平域を示
し、その結果その高さを測定することができる、つまり
非常に高精度の方法で検知された反射出力の振幅を決定
することができる複数のサンプルの獲得が容易になる。
この結果、精度の高い測定を行うことができる。
【００６２】ブラッグ格子４について非常に短い長さを
選ぶことによって、監視される物理量の変化が発生する
区域が非常に限定されている場合には、入射パルスの幅
に相当するファイバ１の長さにおいて行われる集積化に
関連した不確実性を避けることができる。
【００６３】さらに、センサ１００は、一つの入射パル
ス７に呼応して、ファイバ１によって反射信号を受取る
ために、結合器６を介してファイバ１の先端１Ａに連結
された受信器８を備えている。
【００６４】受信器８は、反射信号を視覚化するために
たとえばオシロスコープのような視覚化手段９に接続さ
れている。これらの反射信号を、図３と関連してより詳
しく説明する。
【００６５】次に、センサ１００を用いて、たとえば温
度といった、本発明による物理量の変化の検知方法及び
測定方法を説明する。
【００６６】センサ１００はたとえば、いずれはケーブ
ルの良好な作動を害する恐れがある局部的な加熱を検知
したいと考えている電力ケーブルのすぐそばに平行に置
かれる。センサ１００においては、光ファイバ１が温度
の変化を受け、その結果温度の局所的な変化と、温度が
変化する区域の近くにあるブラッグ格子の反射中心波長
の対応する変化を関連付けることができる。
【００６７】光源５を用いて、光パルス７の形態で検知
信号を定期的に送信する。できれば、これらのパルスの
送信周期は、ファイバ１の端部１Ａから最も離れたブラ
ッグ格子によるパルスの反射に必要な時間より大きくす
ることが望ましい。
【００６８】光のパルスの波長７は、第１の変形におい
て、ブラッグ格子の反射中心波長λ0 にほぼ等しくなる
ように選択される。
【００６９】ブラッグ格子のいずれかのレベルで、いか
なる温度変化も発生しない場合には、パルス７の発生に
呼応するファイバ１の反射信号は、図３に曲線４０で示
された形態を有し、これは時間に応じた反射出力Ｐを示
している。反射信号は、それぞれが別々のブラッグ格子
のレスポンスに対応するパルスの連続４０１で構成され
ていることがわかる。あらゆるパルス４０１は、互いに
また入射パルス７ともほぼ同じである。
【００７０】ブラッグ格子のいずれかのレベルで温度変
化が発生した場合には、入射パルス７ａの発生に続くセ
ンサ１００による反射信号は、図３の曲線４１によって
示された形態を有する。いかなる温度変化も生じないレ
ベルでブラッグ格子に対応している反射パルス４１１
は、互いに等しい（曲線４０のパルス参照）。反対に、
付近で温度変化が生じるブラッグ格子による反射パルス
４１１’は、他のパルスの振幅とは異なる振幅を有して
いる（温度の上昇または減少を検知するかどうかによっ
て振幅が大きくなるかまたは小さくなる）。
【００７１】このように、曲線４１が視覚化手段９にお
いて曲線４０と異なることを単に見てみるだけで、温度
の変化が生じたことを検知できる。複数の変化が複数の
別々の場所で生じる場合でももちろん同様である。
【００７２】入射パルスの発生と反射パルスの受信時と
の間に経過する時間を決定しながら、直接このパルスを
反射したブラッグ格子の局所化を得ることができ、その
結果、この変化が生じる付近にケーブルのポイントを得
ることができる。
【００７３】検知された温度の変化の振幅を測定したい
と思うときには、たとえば各温度変化に反射パルスの対
応する最大振幅を結びつけるためにあらかじめセンサ１
００を構成するだけで良い。
【００７４】監視する物理量の変化を検知または測定す
るためには、これまでに述べたように、単に反射信号を
観察するだけで良い。さらに、そのときどきｔで、検知
反射出力と呼ばれる検知された反射信号の出力Ｐと、
「空状態」での、つまり監視する物理量のあらゆる変化
がない場合にセンサによる反射信号の空状態での反射出
力と呼ばれる出力Ｐ0 との間の差または比を計算するこ
ともできる。この差または比が、あらかじめ設定した限
界値を超える場合には、対応する瞬間（つまり対応する
ポイント）の変化の存在を検知し、場合によってはその
振幅を測定することができる。
【００７５】すぐれた点として、回析格子の各々の反射
波長帯に属する検知用の光信号の波長は、ブラッグ格子
４の反射スペクトルがほぼ直線的であるような波長の区
間に属する。さらに、検知用光信号の波長は、ブラッグ
ネットワーク４の反射スペクトルのほぼ半分の高さに位
置決めできる。
【００７６】本発明の他の改良によれば、ファイバ１の
減衰の偶発的な変化を避けるために、各入射検知信号
は、２つの連続するパルスで構成され、その中心の一方
はλ0より小さい波長λ1 に向かい、中心の他方はλ0
より大きい波長λ2 に向かい、λ0 とλ1 との差、及び
λ0 とλ2 との差はほぼ同じである。λ1 とλ2 はもち
ろんブラッグ格子の反射スペクトルに属している。ブラ
ッグ格子のいずれかのレベルに温度変化が生じた場合に
は、波長λ1 に おいて図３の曲線４２で、また波長λ
2 において曲線４３で示された反射信号が得られる。ま
た、そのときどきに、２つの入射パルスへの２つのレス
ポンスの最大振幅間の比が得られる。この比があらかじ
め設定された限界値とは異なる場合には、監視する物理
量の変化が検知され、あらかじめ適切な較正が行われた
場合には、この変化を測定することができる。
【００７７】この改良によって、本発明によるセンサに
ついて、およそ１％／℃の感度を得ることができる。
【００７８】以上のことにより、本発明による検知また
は測定方法は、従来の技術で利用される方法よりはるか
に単純であることがわかる。なぜなら、これは実際には
反射率計の従来の方法で使用される方法に対応している
からである。
【００７９】もちろん、本発明は、上記の実施例及び方
法に限定されるわけではなく、本発明の枠を逸脱しない
かぎりすべての手段は同等の手段によって置き換えるこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ブラッグ格子の反射スペクトルを示す図であ
る。
【図２】本発明によって望ましい検知または測定もしく
はその両方を行うために必要な関連機器を備えた回析格
子のセンサを非常に図式的に示す図である。
【図３】理論上の反射出力と本発明の方法によって測定
される反射出力を示す曲線である。
【符号の説明】
１ ファイバ ４ フラッグ格子 ５ レーザ光源 ６ 結合器 ７ 光パルス ８ 受信器 ９ 視覚化手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０２Ｂ 6/00 Ｇ０１Ｌ 11/00 Ｂ Ｇ０２Ｆ 1/01 Ｇ０２Ｂ 6/00 Ｂ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 分布型センサを用いて、測定ポイントと
    呼ばれるこのセンサの多数のポイントレベルで、物理量
    の変化を測定または検知もしくはその両方を行う方法で
    あり、前記のセンサは大半の光波の案内のために光学的
    コアを備えた光ファイバを有しており、前記の光学的コ
    アは、前記の光ファイバに沿って分布し、それぞれが前
    記の測定ポイントのいずれか一つのレベルに位置する多
    数の回析格子を内包しており、これらの回析格子はすべ
    て、応力がない場合にはほぼ同一の反射中心波長を有し
    ており、さらに − 入力端と呼ばれる前記の光ファイバの一端へ、前記
    の反射中心波長に近似の波長を有する検知用と呼ばれる
    光の信号を射出する段階と、 − 検知された反射出力と呼ばれる反射した光信号の出
    力を時間の関数として決定する段階と、 − 時間の関数としての前記の検知された反射出力と、
    空状態での反射出力と呼ばれる、前記の物理量の変化が
    ない状態でのセンサによる時間の関数としての反射出力
    とを比較する段階と、 − 前記の検出された反射出力が前記の空状態での反射
    出力と異なる場合に前記の物理量の変化を検知する段階
    とを含むことを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 前記の回析格子の各々の反射波長帯に属
    する前記の検知用光信号の波長が、前記の回析格子の反
    射スペクトルがほぼ直線型であるような波長の区間に属
    していることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 物理量の変化の検知が、絶えず、検知さ
    れた反射出力と空状態での反射出力との間の比を決定す
    ることによって、またこの比をあらかじめ設定された限
    界値と比べることによって行われることを特徴とする請
    求項１または２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 各検知用信号が連続した２つの光パル
    ス、つまり、波長が回析格子の反射スペクトルに属して
    おり、前記の反射中心波長より小さい一つのパルスと、
    波長が回析格子の反射スペクトルに属しており、前記の
    反射中心波長より大きい一つのパルスとで構成されてお
    り、物理量の変化の検知が、２つの光のパルスの２つの
    波長において検知された反射出力の比を活用して行われ
    ることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記量の変化を測定するために、前記の
    検知された反射出力のそれぞれの振幅を前記の量の対応
    する振幅に結合するようにあらかじめ較正を行うことを
    特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方
    法。
  6. 【請求項６】 前記のセンサの光学的コアがｎ本の回析
    格子を内包しておりｎは５０より大きな整数であり、前
    記の回析格子の各々の最大反射係数は１／２０ｎから１
    ／２ｎの間であることを特徴とする請求項１から５のい
    ずれか一項に記載の方法。
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