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Info
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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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Classifications
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
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- 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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- G—PHYSICS
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- 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。
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
【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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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1】ブラッグ格子の反射スペクトルを示す図であ
る。
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。
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。
される反射出力を示す曲線である。
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)
- 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR9413767 | 1994-11-17 | ||
FR9413767 | 1994-11-17 | ||
FR9413768 | 1994-11-17 | ||
FR9413768A FR2727201B1 (fr) | 1994-11-17 | 1994-11-17 | Procede de detection et/ou de mesure de grandeurs physiques utilisant un capteur distribue |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08240451A true JPH08240451A (ja) | 1996-09-17 |
Family
ID=26231541
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7300286A Pending JPH08240451A (ja) | 1994-11-17 | 1995-11-17 | 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 |
Country Status (9)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5684297A (ja) |
EP (1) | EP0713077B1 (ja) |
JP (1) | JPH08240451A (ja) |
KR (1) | KR960018538A (ja) |
CN (1) | CN1183548A (ja) |
BR (1) | BR9505199A (ja) |
DE (1) | DE69513937T2 (ja) |
DK (1) | DK0713077T3 (ja) |
FI (1) | FI955511A (ja) |
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