[发明专利]传感器及使用该传感器的干扰测定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种传感器以及使用该传感器的干扰测定方法，其利用使激光在内部传输的波导通路作为检测外力、热量等干扰的探针，通过监视由该波导通路输出的布里渊散射光的频谱(以下称为“布里渊频谱”)，测定该波导通路的温度(或温度分布)及在该波导通路中产生的应变(或应变分布)中的至少任一个。

背景技术

已知利用光纤作为干扰检测用探针，测定该光纤的温度或应变的装置。这种测定装置，是利用对从光纤检测出的布里渊散射光的频谱的监视技术，通过将该光纤安装于被测定物或设置于该被测定物附近，可以将该被测定物的应变或温度变化作为施加于该光纤的干扰进行测定。

例如，非专利文献1中公开了以下技术：在测定被测定物的温度时，向光纤输入规定的单色光，检测从该光纤得到的布里渊频谱，根据与检测出的布里渊频谱的峰值频率(以下简称为“峰值频率”)相关的信息测定温度。此外，所谓布里渊散射，是光纤中由光与声波的相互作用而使该光散射的非线性现象的一种。

记载于非专利文献1中的测定技术，基于通过检测布里渊散射光而得到的布里渊频谱随光纤温度而变化的感测原理。特别是，在非专利文献1中记载了布里渊频谱的峰值频率在230～370K附近的温度区域中，相对于温度以线性变化。

另一方面，非专利文献2中记载了，在60K～90K附近，表示峰值频率与温度间的关系的曲线具有极值，布里渊频谱的线宽(以下称为“频谱线宽”)相对于温度以线性变化。

另一方面，在应变测定中，当前，作为检测各种构造物等中的作为破坏、破损等异常情况的预兆而产生的应变的方法，已知例如利用电阻相对于应变的变化的应变规等。然而，使用这种应变规的测定方法，存在电力损耗或易受外界的电磁干扰的问题。因此，在该应变测定中，将光纤或包含该光纤的光缆用于干扰检测用探针的、利用布里渊散射光的应变测定也受到关注。特别是，由于利用布里渊散射光的应变测定适用于测定应变分布，且可以高分辨率地测定，所以可以期待用于高楼或桥梁等构造物的应变诊断。此外，利用这种布里渊散射光的应变测定，是基于布里渊频谱的峰值频率相对于因外力而在光缆中产生的应变的大小以线性变化的感测原理。

作为利用从光缆得到的布里渊散射光的应变测定方法，已知例如BOTDA(Brillouin Optical Time Domain Analysis)、BOCDA(Brillouin Optical Correlation Domain Analysis)等。

专利文献1中作为应变检测用探针公开了，将光纤及低热膨胀线材由被覆材一体化而形成的光缆。该光缆构成为，使光纤经由被覆材与具有低热膨胀系数的线材一体化，耐热膨胀、热收缩，可以减少温度的干扰。该专利文献1中记载的应变测定，假定使用BOTDA等进行测定。BOTDA是利用后方散射光的测定方法，距离分辨率约为1m左右。

另外，相对于上述专利文献1的BOTDA的约1m的距离分辨率，在非专利文献3中示出了可以实现小于或等于10cm的距离分辨率的测定方法(BOCDA)。BOTDA、BOCDA均必须两端入射，即从光纤的一端入射探测光，而从该光纤的另一端入射泵浦光。

图1是表示使用光缆的BOCDA方式的现有应变测定系统的概略结构图。图中，BOCDA方式的应变测定系统具备：作为光源的LD(激光二极管)101；耦合器102，其将光信号进行均匀分配；隔离器103，其使光向一个方向通过而不能向反方向通过；放大器104，其将光信号放大；光循环器105，其具有3个端口，并且分别仅耦合至相邻的1个端口；作为感光元件的PD(光电二极管)106；以及光缆110，其仅包含1根作为光波导通路的光纤111，作为传感器部起作用。如上所述，BOCDA方式的应变测定必须两端入射，即从光纤111的一端入射探测光，从该光纤111的另一端入射泵浦光。

在该BOCDA方式的应变测定系统中，通过将泵浦光、探测光以正弦波进行调频，仅在特定位置(相干峰)通过产生受激布里渊散射，从而进行位置解析。通过对产生的泵浦光、探测光进行调频而得到的布里渊频谱，成为仅包含泵浦光和探测光的相位一致、两者频率差恒定的相干峰位置处的干扰信息的频谱。因此，可以测定局部的应变。

另外，在非专利文献4中，记载了各种光缆中的与布里渊频谱的峰值频率、应变依赖性及温度依赖性相关的数据(参照图2)。

专利文献1：特开2001-12970号公报