[发明专利]布里渊散射测定方法及布里渊散射测定装置

说明书

本发明的布里渊散射测定方法是在需要BOTDR的高空间分辨率来进行测量的情况下，利用脉冲间的间隔在声子寿命以上的多个脉冲的脉冲序列来进行脉冲间编码调制。在使用相关性的方法中，特别利用相关旁瓣成为零的Golay码作为该脉冲编码调制。另外，在不使用相关性的方法中，使用通过阿达马矩阵来进行脉冲间编码调制且在信号处理中进行矩阵转置的方法。

技术领域

本发明涉及利用光纤中的布里渊散射来对被测定体的应变、温度的分布进行测量的测定方法及装置，特别涉及使用BOTDR(Brillouin optical time-domainreflectometry:布里渊光时域反射)方法来进行空间分辨率较高的测量的方法及装置。

背景技术

BOTDR是一种从光纤的一端将光脉冲(以下简称为脉冲)即探测光射入到光纤中，利用产生的布里渊散射光来对应变、温度的分布进行测量的方法，适用于长距离的测量。但是空间分辨率很低，在1m左右，如果为了提高该空间分辨率使脉冲宽度变窄，则频谱变宽，从而存在作为该测量方法的基础量的布里渊频移(Brillouin Frequency Shift。简称为BFS。以下也称为BFS)的测量精度无法提高的困境。

但是，近年来，作为用于改善现有的BOTDR法的方法，提出有如下方法：利用2个短脉冲(时间宽度窄的脉冲，以下简称为短脉冲)的DP(Doublepulse)(双脉冲)-BOTDR、利用长脉冲(时间宽度宽的脉冲，以下简称为长脉冲)与短脉冲进行组合的复合脉冲的S(Synthetic)(合成)-BOTDR、PSP(Phase shift pulse)(移相脉冲)-BOTDR等的新的方法，从而使得高空间分辨率成为可能。

其中，DP-BOTDR(双脉冲布里渊光时域反射)能够获得高空间分辨率，但是由于频谱中除了原本的峰值以外，等级接近原本峰值的多个峰值会同时地出现，因此为了正确地求出布里渊频移需要SN比高的测量信号。另一方面，S-BOTDR利用对短脉冲与长脉冲添加相位差并组合后得到的4种复合探测光来对4种BOTDR进行测量，通过对这些频谱进行合成，从而能够获得接近于洛伦兹频谱的频谱，因此不仅能提高空间分辨率也能提高频率分辨率且在实验中确认到实现了10cm的空间分辨率。另外,PSP-BOTDR为对该S-BOTDR方法进行简化的方法，利用对短脉冲和长脉冲进行组合后得到的2种复合探测光能够来获得空间分辨率与频率分辨率都得到提高的频谱。

然而，在利用了布里渊散射的测量中，由于布里渊散射光较微弱，1次的测量只能获得与噪声相同程度的强度，因此需要通过多次重复测量来进行相加或者求平均，例如为了使SN比成为20dB而需要1万次的重复测量。

另外，BOTDR的频谱由于想要对光纤中的声子的随机振动的频谱进行测量，因此频谱自身根据瑞利分布进行较大变动。为此，为了抑制该变动即波动而需要多次重复测量。

另外，为了实现高空间分辨率，S-BOTDR或者PSP-BOTDR采用合成频谱的方法，各要素的频谱的波动的和成为该合成频谱的波动，为了抑制波动，与现有的BOTDR相比存在需要更多次重复测量的缺点。为了弥补该缺点，提高SN比较为重要。

一般地，为了维持空间分辨率而提高SN比而使用在脉冲内编码调制成的长脉冲、或者用在脉冲间编码调制成的长脉冲序列通过信号处理来进行解码的编码方法。这些方法大致分为以相关性为基础的方法、以及不利用相关性而使用矩阵转置的方法。

作为以相关性为基础的方法利用巴克码代码、M序列、Golay码等，这些字符串的自相关系数具有接近于δ函数的性质。其中，时滞(时间的延迟)为0(零)以外的相关，即旁瓣完全成为0的仅为Golay码。在雷达领域中，使用这些代码来进行长脉冲的脉冲内调制的方式被称为脉冲压缩。

另一方面，在不使用相关性的方法中，利用由以阿达马(Hadamard)矩阵为基础的代码序列构成的矩阵来进行对应于各行来进行观测，从而通过矩阵的转置与平均化来使SN比提高。特别地单工代码是由0和1构成的代码，能够作为强度调制来实现，能够获得与利用Golay码相同效果。