專利名稱：光纖溫度傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種利用在光纖內發(fā)生的布里淵散射而產生的增 益，進行光纖的溫度測定的光纖溫度傳感器。
背景技術：
通過在光纖內發(fā)生的布里淵散射而獲得增益的頻譜即布里淵增
益頻譜(以下稱為BGS)的形狀，由于光纖的溫度及變形而發(fā)生變 化。已知利用該BGS的形狀變化測定溫度及變形的技術。
作為測定BGS的技術，已知例如BOCDA (Brillouin Optical Correlation Domain Analysis)(參照非專利文獻1)。在該BOCDA 中，使泵浦光及探測光從光纖的兩端相對地入射，同時一邊對探測光 及泵浦光各自的中心頻率之差(以下稱為光頻差)進行掃描， 一邊對 在相位一致的位置上產生的增益的BGS進行測定。
非專利文獻1: kazuo HOTATE， et al.， "Simplified System of Fiber Brillouin Optical Correlation Domain Analysis for Distributed Strain Sensing",第16回光7 7 一卜ir y f國際會議(OFS—16) ， 2003 年10月，We2-3， p.290-29
發(fā)明內容
本發(fā)明者人對上述現(xiàn)有技術進行研究，其結果發(fā)現(xiàn)了下述問題。 艮P，在上述非專利文獻1所記載的BOCDA中，對探測光及泵浦光如 下述所示進行光頻調制。
首先，從波形發(fā)生器輸出與指示值對應而對頻率、振幅進行調 制后的注入電流。在從該波形發(fā)生器輸出的注入電流輸入至DFB-LD 后，從該DFB-LD分別輸出光頻調制后的探測光及泵浦光。如上述 所示進行光頻調制后的探測光及泵浦光的光頻差的函數由BGS表示。
但是，從波形發(fā)生器輸出的與指示值對應的注入電流、以及與
注入電流對應的DFB-LD的光頻響應特性，隨時間推移而變化。因 此，泵浦光及探測光的光頻差的實際值，相對于指示值隨時間推移而 變化。如果泵浦光和探測光的光頻差的實際值與指示值偏離，則實際 的BGS相對于橫軸(光頻差的指示值)偏離。由此，在基于BGS的 形狀進行的溫度測定中產生誤差。
本發(fā)明就是為了解決上述課題而提出的，其目的在于提供一種 光纖溫度傳感器，其具有可以使構成部件隨時間推移而特性變化導致 的測定誤差減少的構造。
本發(fā)明所涉及的光纖溫度傳感器具有光纖、光頻差調整部、
光源系統(tǒng)、頻譜測定部、溫度計算部、以及校正部。光纖包括，設置
在對象物上的第1區(qū)域和設定為規(guī)定溫度的第2區(qū)域。光頻差調整部
對要輸入至光纖內的探測光及泵浦光各自的中心頻率之差進行掃描。
光源系統(tǒng)將根據光頻差調整部的指示而設定了中心頻率的探測光向
光纖的一端輸出，另一方面，將根據光頻差調整部的指示而設定了中 心頻率的泵浦光向光纖的另一端輸出。頻譜測定部將通過布里淵散射
而獲得增益的探測光作為來自光纖的輸出光而進行受光，測定與受光 的探測光通過布里淵散射獲得的增益的頻譜即布里淵增益頻譜的形 狀相關聯(lián)的數據，該布里淵散射是伴隨著來自光源系統(tǒng)的探測光及泵 浦光的傳輸而產生的。溫度計算部根據由頻譜測定部測定出的、與第 1區(qū)域的BGS的形狀相關聯(lián)的測定數據，計算出光纖中的第1區(qū)域 的溫度分布。另外，校正部指示光源系統(tǒng)對向光纖輸出的泵浦光及探 測光中的至少某一個的光頻進行校正，使得已知的基準數據和與第2 區(qū)域的BGS的形狀相關聯(lián)的測定數據一致，該基準數據作為處于規(guī) 定溫度下的第2區(qū)域的BGS的基準值而預先設定，與該BGS的形狀 相關聯(lián)。
在具有上述構造的光纖溫度傳感器中，從光頻差調整部向光源 系統(tǒng)輸出用于掃描光頻差的指示，根據該指示從光源系統(tǒng)輸出設定了 中心頻率的探測光及泵浦光。從光源系統(tǒng)輸出的探測光及泵浦光相對地入射至光纖內。即，將探測光從光纖的一端向該光纖內輸入，另一 方面，將泵浦光從光纖的另一端向該光纖內輸入。此時，由頻譜測定
部測定與光纖的設定為規(guī)定溫度的第2區(qū)域的BGS (在第2區(qū)域中 產生的增益的BGS)的形狀相關聯(lián)的數據。校正部指示光源系統(tǒng)對 泵浦光及探測光中的至少某一個的光頻進行校正，使得該測定數據和 預先設定的基準數據一致。頻譜測定部在由校正部發(fā)出校正指示的同 時，測定與設置在對象物上的第1區(qū)域的BGS的形狀相關聯(lián)的數據， 得到的與BGS的形狀相關聯(lián)的數據反映了校正指示。因此，溫度計 算部根據該測定數據而計算出的第1區(qū)域的溫度分布，可以減少溫度 測定的誤差。
本發(fā)明所涉及的光纖溫度傳感器也可以具有光纖、光源系統(tǒng)、 頻譜測定部、校正部、以及溫度計算部。在該結構中，光纖包括設置 在對象物上的第1區(qū)域和設定為規(guī)定溫度的第2區(qū)域。光源系統(tǒng)將探 測光向光纖的一端輸出，另一方面，將泵浦光向光纖的另一端輸出。 頻譜測定部將通過布里淵散射而獲得增益的探測光作為來自光纖的 輸出光而進行受光，測定與受光的探測光通過布里淵散射獲得的增益 的頻譜即BGS的形狀相關聯(lián)的數據，該布里淵散射是伴隨著來自光 源系統(tǒng)的探測光及泵浦光的傳輸而產生的。校正部根據已知的基準數 據和與所述第2區(qū)域的BGS的形狀相關聯(lián)的測定數據之差，將作為 與基準數據和測定數據之差對應的溫度校正成分的換算值而預先設 定的值中的最優(yōu)值，作為校正值輸出，該基準數據作為處于規(guī)定溫度 下的所述第2區(qū)域的BGS的基準值而預先設定，與該BGS的形狀相 關聯(lián)。溫度計算部根據由頻譜測定部測定出的、與第1區(qū)域的BGS 的形狀相關聯(lián)的測定數據，以及從校正部輸出的校正值，計算出光纖 中的第1區(qū)域的校正后的溫度分布。
在具有上述構造的光纖溫度傳感器中，探測光及泵浦光從光源 系統(tǒng)相對地入射至光纖內。由頻譜測定部測定與光纖的設定為規(guī)定溫 度的第2區(qū)域的BGS (在第2區(qū)域中產生的增益的BGS)的形狀相 關聯(lián)的數據，校正部輸出與該測定數據和基準數據之差對應的溫度校 正量的換算值。頻譜測定部與校正部的換算值確定過程并行，測定與
8設置在對象物上的第1區(qū)域的BGS的形狀相關聯(lián)的數據，溫度計算
部根據該測定數據和從校正部輸出的換算值，計算第1區(qū)域的溫度分 布，從而可以減少溫度測定的誤差。
另外，本發(fā)明所涉及的光纖溫度傳感器還可以具有光纖、光 頻差調整部、光源系統(tǒng)、頻譜測定部、溫度計算部、存儲部、以及校 正部。在該結構中，光纖包括設置在對象物上的第1區(qū)域、和應由規(guī) 定的溫度測量單元測量溫度的第2區(qū)域。光頻差調整部對要輸入光纖 內的探測光及泵浦光各自的中心頻率之差進行掃描。光源系統(tǒng)將根據 光頻差調整部的指示而設定了中心頻率的探測光向光纖的一端輸出， 另一方面，將根據光頻差調整部的指示而設定了中心頻率的泵浦光向 所述光纖的另一端輸出。頻譜測定部將通過布里淵散射而獲得增益的 探測光作為來自光纖的輸出光進行受光，測定與受光的探測光通過布
里淵散射獲得的增益的頻譜即BGS的形狀相關聯(lián)的數據，該布里淵
散射是伴隨著來自光源系統(tǒng)的探測光及泵浦光的傳輸而產生的。溫度
計算部根據由頻譜測定部測定出的、與第1區(qū)域的BGS的形狀相關 聯(lián)的測定數據，計算出光纖中的第1區(qū)域的溫度分布。存儲部存儲已 知的基準數據，該基準數據作為與各種溫度相對應的第2區(qū)域的BGS 的基準值而預先設定，與該BGS的形狀相關聯(lián)。另外，校正部指示 光源系統(tǒng)對向光纖輸出的泵浦光及探測光中的至少某一個的光頻進 行校正，使得與第2區(qū)域的BGS的形狀相關聯(lián)的測定數據、和存儲 在存儲部的基準數據中與由溫度測量單元測量出的第2區(qū)域的溫度 對應的基準數據一致。
在具有上述構造的光纖溫度傳感器中，從光頻差調整部向光源
系統(tǒng)輸出用于掃描光頻差的指示。光源系統(tǒng)將根據該指示而設定了中 心頻率的探測光及泵浦光相對地入射至光纖內。頻譜測定部測定與可
以進行溫度測量的第2區(qū)域的BGS(第2區(qū)域中產生的增益的BGS) 的形狀相關聯(lián)的數據，校正部指示光源系統(tǒng)對泵浦光及探測光中的至 少某一個的光頻進行校正，使得該測定數據和與各種溫度對應地存儲 的、與第2區(qū)域的BGS相關聯(lián)的基準數據一致。此時，頻譜測定部 還測定與設置在對象物上的第1區(qū)域的BGS的形狀相關聯(lián)的數據，得到的與BGS的形狀相關聯(lián)的數據反映了校正指示。因此，溫度計 算部根據該測定數據而計算出的第1區(qū)域的溫度分布，可以減少溫度 測定的誤差。
并且，本發(fā)明所涉及的光纖溫度傳感器還可以具有光纖、光 源系統(tǒng)、頻譜測定部、存儲部、校正部、以及溫度計算部。在該結構 中，光纖包括設置在對象物上的第1區(qū)域、和應由規(guī)定的溫度測量單 元測量溫度的第2區(qū)域。光源系統(tǒng)將探測光向光纖的一端輸出，另一 方面，將泵浦光向光纖的另一端輸出。頻譜測定部將通過布里淵散射 而獲得增益的探測光作為來自光纖的輸出光而進行受光，測定與受光
的探測光通過布里淵散射獲得的增益的頻譜即BGS的形狀相關聯(lián)的
數據，該布里淵散射是伴隨著來自光源系統(tǒng)的探測光及泵浦光的傳輸 而產生的。存儲部存儲已知的基準數據，該基準數據作為與各種溫度
相對應的第2區(qū)域的BGS的基準值而預先設定，與該BGS的形狀相 關聯(lián)。校正部根據存儲在存儲部中的基準數據中的與由規(guī)定的溫度測 量單元測量出的第2區(qū)域的溫度對應的基準數據、和與第2區(qū)域的 BGS的形狀相關聯(lián)的測定數據之差，將作為與基準數據和測定數據 之差對應的溫度校正成分的換算值而預先設定的值中的最優(yōu)值，作為 校正值輸出。另外，溫度計算部根據由頻譜測定部測定出的、與第1 區(qū)域的BGS的形狀相關的測定數據，以及從校正部輸出的校正值，
計算出光纖中的第1區(qū)域的校正后的溫度分布。
在具有上述構造的光纖溫度傳感器中，探測光及泵浦光從光源
系統(tǒng)相對地入射至光纖內。頻譜測定部測定與可以進行溫度測量的第 2區(qū)域的BGS (在第2區(qū)域中產生的增益的BGS)的形狀相關聯(lián)的 數據，校正部輸出對該測定數據、和與第2區(qū)域的溫度對應的基準數 據(預選存儲在存儲部中的基準數據)之差進行對應的溫度校正量的 換算值。溫度計算部根據與設置在對象物上的第1區(qū)域的BGS的形 狀相關聯(lián)的測定數據(由頻譜測定部測定出的數據)、和從校正部輸 出的換算值，計算出光纖中的第1區(qū)域的校正后的溫度分布，根據該 結構，可以減少溫度測定的誤差。
此外，本發(fā)明所涉及的各實施例，可以通過下述的詳細說明及附圖進一步地充分理解。這些實施例是僅為了例示而示出的，不能認 為本發(fā)明限定于此。
另外，本發(fā)明的更多應用范圍根據下面的詳細說明可以明確。 雖然詳細說明及特定的事例示出了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但僅是為了 例示而示出的，本發(fā)明的范圍中的各種變形及改進，本領域技術人員 能夠根據該詳細說明輕易地得到。
發(fā)明的效果
根據本發(fā)明所涉及的光纖溫度傳感器，可以減少在溫度測定時 產生的光源系統(tǒng)中的特性變化等構成部件的隨時間推移而特性變化 導致的測定誤差。


圖1是表示本發(fā)明所涉及的光纖溫度傳感器的第1實施例的結 構的圖。
圖2是表示BGS的曲線圖。
圖3是表示本發(fā)明所涉及的光纖溫度傳感器的第2實施例的結 構的圖。
圖4是表示本發(fā)明所涉及的光纖溫度傳感器的第3實施例的結 構的圖。
圖5是表示第3實施例所涉及的光纖溫度傳感器的變形例的結 構的圖。
圖6是表示本發(fā)明所涉及的光纖溫度傳感器的第4實施例的結 構的圖。
標號的說明
1 4…光纖溫度傳感器，11…第1光纖，12…第2光纖， 13…光頻差指示部，14…光源系統(tǒng)，15…頻譜測定部，16、 26、 46…溫度計算部，17、 27、 37、 47…校正部，18…連接 區(qū)域，21…光頻差調整部，39…溫度計，DB…存儲部
具體實施例方式
下面，參照圖1 圖6詳細說明本發(fā)明所涉及的光纖溫度傳感器 的各個實施例。此外，在

中，對于相同部位、相同要素標注 相同標號，省略重復說明。
(第1實施例)
圖1是表示本發(fā)明所涉及的光纖溫度傳感器的第1實施例的結 構的圖。本第1實施例所涉及的光纖溫度傳感器是對測定對象物M 的溫度進行測定的裝置，其具有第l光纖ll、第2光纖12、光頻 差指示部13、光源系統(tǒng)14、頻譜測定部15、溫度計算部16、校正部 17、以及光頻差調整部21。此外，光源系統(tǒng)14可以如上述非專利文 獻l所公開的那樣，由一個光源生成探測光及泵浦光，但在下述各個 實施例中，作為光源系統(tǒng)14的結構，示出包括輸出探測光的光源14a 和輸出泵浦光的光源14b的結構。
第1光纖11和第2光纖12具有彼此不同的零色散波長。在本 第1實施例中，第1光纖11的零色散波長為1310nm，第2光纖12 的零色散波長為1550nm。第1光纖11的一端與第2光纖12的一端 相互熔接，使第1光纖11和第2光纖12作為連續(xù)的光纖起作用。第 1光纖11的另一端與光源14a光學連接，第2光纖12的另一端經由 連接用光纖12a與光源14b光學連接。此外，光源系統(tǒng)14也可以如 上述非專利文獻1所示具有下述構造，S卩從單個光源向第1光纖 ll的另一端供給探測光，另一方面，經由連接用光纖12a，從該單個 光源向第2光纖12的另一端供給泵浦光。
第1光纖11的一部分(第1區(qū)域)貼附在測定對象物M上， 使第1光纖11和測定對象物M彼此成為相同溫度。此外，第1光纖 11也可以插入測定對象物M中，還可以埋設在測定對象物M中。
包括第1與第2光纖11、 12的連接區(qū)域在內的連接區(qū)域的部分 (以下稱為連接區(qū)域18)配置在箱體19內。箱體19內設定為規(guī)定 的溫度，與外部隔熱。由此，將連接區(qū)域(第2區(qū)域)18設定為規(guī)
12定溫度。在本第l實施例中，將連接區(qū)域18設定為20°C。
光頻差指示部13輸出用于指示光頻差的指示值，以用于對探測 光及泵浦光各自的中心頻率之差(光頻差)進行掃描。在本實施例中， 光頻差指示部13向光頻差調整部21輸出指示光頻差的指示值，以使 得在10.00 11.00GHz之間對光頻差進行掃描。光頻差調整部21根 據指示值而分別調整從光源系統(tǒng)14輸出的探測光和泵浦光的光頻。 另外，光源系統(tǒng)14輸出根據從光頻差指示部13輸出的指示值而設定 了各自中心頻率的探測光及泵浦光。
此外，在光源系統(tǒng)14中，在從單個光源生成探測光及泵浦光的 情況下，光源系統(tǒng)14如下所述進行動作。g卩，首先根據由指示值所 表示的光頻差，波形發(fā)生器交互輸出(以規(guī)定周期輸出)用于對探測 光進行光頻調制而以規(guī)定頻率規(guī)定振幅進行調制的注入電流、和用于 對泵浦光進行光頻調制而以規(guī)定頻率規(guī)定振幅進行調制的注入電流。 將輸出的注入電流輸入DFB-LD (輸出探測光及泵浦光的單個光源) 中。DFB-LD根據輸入的注入電流，交互輸出(以規(guī)定周期輸出)分 別進行了光頻調制的探測光及泵浦光。
從光源系統(tǒng)14輸出的探測光，從第1光纖11的一端輸入至該 第l光纖ll內，沿圖1示出的箭頭Y1方向在第l光纖ll中傳輸。 另一方面，從光源系統(tǒng)14輸出的泵浦光，從第2光纖12的一端輸入 至該第2光纖12內，沿圖1示出的箭頭Y2方向在第2光纖12中傳 輸。
在泵浦光在光纖中傳輸時，由泵浦光在光纖中產生聲波，通過 泵浦光和聲波之間的相互作用，在與泵浦光的前進方向相反的方向上 產生降頻后的散射光。該散射光是布里淵散射光。BGS是通過布里 淵散射而探測光獲得的增益的頻譜。
光纖內的探測光主要在表現(xiàn)出探測光和泵浦光之間的相干峰的 位置處獲得增益。通過使探測光和泵浦光之間的相位變化，從而表現(xiàn) 出相干峰的位置進行移動，可以測定光纖沿長度方向的各個位置處產 生的增益的BGS。在本第l實施例中，光源系統(tǒng)14分別設定探測光 及泵浦光的相位，以使得在第1及第2光纖11、 12各自中的期望位置處產生增益。
圖2是表示BGS的曲線圖。如圖2所示，BGS以算式(1)的 洛倫茲型函數進行表示，其中v表示探測光和泵浦光之間的光頻差。 [算式1]
gB(i/) = ~^~~^-^ (1)
l + {2(n)/AW
在算式(1)中，go表示最大增益，Vb表示中心頻率，Avb表示
線寬(半高寬)。最大增益go、中心頻率Vb、以及線寬AVB是表征
BGS的形狀的參數。上述參數依賴于光纖的溫度而進行變化。
頻譜測定部15對從第1及第2光纖11、 12輸出的探測光進行 受光，測定與BGS的形狀相關聯(lián)的數據。即，利用設置在第2光纖 12的中途的環(huán)行器20，將在第2光纖中以與泵浦光相對的方式進行 傳輸的探測光向頻譜測定部15引導(使探測光由頻譜測定部15進行 受光)。
頻譜測定部15將探測光的光強與從光頻差指示部13輸出的指 示值進行關聯(lián)，測定與BGS的形狀相關聯(lián)的數據。頻譜測定部15在 對通過位于連接區(qū)域18的第1光纖11的一部分中產生的布里淵^射 而獲得增益的探測光進行受光的情況下，向校正部17輸出第1測定 值，該第1測定值表示測定出的與BGS的形狀相關聯(lián)的數據。所謂 與BGS的形狀相關聯(lián)的數據，是指表征BGS的形狀的參數、其它表 示波峰形狀的數值(例如，從中心頻率開始增益減少的部分的斜率 值)、及兩個波峰的中心頻率差等與頻譜的特殊形狀關聯(lián)的數據。在 本實施例中，使用中心頻率作為與BGS的形狀相關聯(lián)的數據。
在第1實施例中，零色散波長各不相同的第1及第2光纖11、 12的連接區(qū)域18設定為規(guī)定溫度。從零色散波長各不相同的光纖輸 出的布里淵散射光的BGS，即使在溫度相同的情況下形狀也不同。 因此，如果使探測光及泵浦光各自的相位變化，則在增益的產生位置 從一側光纖移動至另一側光纖中時，所測定的BGS的形狀變化。
根據該變化，可以容易地檢測出在連接區(qū)域18中產生的增益。 即，頻譜測定部15可以高精度地將反映了設定為2(TC的連接區(qū)域18
1418中的第1光纖11的一部分)中產生的增益的BGS、 和反映了其它區(qū)域中產生的增益的BGS區(qū)分開來。
而且，頻譜測定部15在對第1光纖11中通過沿測定對象物M 的測定對象部分的各個位置處產生的布里淵散射而獲得增益的探測 光進行受光的情況下，向溫度計算部16輸出第2測定值，其示出測 定出的BGS的中心頻率。
溫度計算部16根據從頻譜測定部15輸出的第2測定值，求出 測定對象物M的溫度。溫度計算部16預先存儲下述數據庫，該數據 庫將反映了第1光纖11中產生的增益的BGS的中心頻率(與BGS 的形狀相關聯(lián)的數據)、與在產生該增益時的第1光纖11的溫度相 關聯(lián)。
溫度計算部16根據所存儲的數據庫和從頻譜測定部15輸出的 第2測定值，求出測定對象物M的溫度。另外，溫度計算部16也可 以通過輸入第2測定值，針對各第2測定值求出測定對象物M的溫 度，從而求出測定對象物M的溫度分布，該第2測定值表示對與測 定對象物M接觸的第1光纖11的各位置處產生的增益進行反映的 BGS的中心頻率。
校正部17將與規(guī)定溫度下的連接區(qū)域18的BGS的形狀相關聯(lián) 的數據(已知數據)設定為基準值，對光源系統(tǒng)14指示進行泵浦光 或探測光的光頻的校正，以使得與連接區(qū)域18的BGS的形狀相關聯(lián) 的測定數據即第1測定值與基準值一致。基準值是示出與基準BGS 的形狀相關聯(lián)的數據的值，該基準BGS反映了位于連接區(qū)域18的第 1光纖11的一部分中產生的增益。與基準BGS的形狀相關聯(lián)的數據， 在溫度計算部16存儲的數據庫中，是與第1光纖11的對應于溫度 2(TC的BGS的形狀相關聯(lián)的數據值。
艮口，所謂基準BGS是在溫度計算部16存儲的中心頻率所表示 的頻譜中，在由光頻差指示部13輸出的光頻差的指示值、和實際從 光源系統(tǒng)14輸出的探測光及泵浦光的實際頻率差相等時所取得的頻 譜。在本實施例中，在設定為2(TC的第1光纖11中產生的BGS的 中心頻率為10.80GHz，該中心頻率作為基準值存儲在校正部17內。
15下面，說明光纖溫度傳感器1的動作。首先，從光頻差指示部
13向光源14輸出用于在10.00 11.00GHz的范圍內對探測光和泵浦 光的光頻差進行掃描的指示值。光源系統(tǒng)14一邊在10.00 11.00GHz 的范圍內對光頻差進行掃描， 一邊由光頻差調整部21輸出設定了各 自的中心頻率的探測光及泵浦光，以使得在連接區(qū)域18的第1光纖 11中產生布里淵散射光。
從光源系統(tǒng)14輸出的探測光及泵浦光，分別相對地入射至第1 及第2光纖11、 12內。與輸入的探測光及泵浦光的傳輸對應，在連 接區(qū)域18的第1光纖11中產生布里淵散射，通過該布里淵散射而獲 得增益的探測光，由頻譜測定部15進行受光。由此，由頻譜測定部 15測定出與BGS的形狀相關聯(lián)的數據。
測定出的BGS的中心頻率(與連接區(qū)域18中的BGS相關的第 1測定值)向校正部17輸出。在第1測定值與基準值不同的情況下， 校正部17校正從光頻差指示部13輸出的指示值，以使得第1測定值 與基準值彼此一致。并且，將進行了校正的指示值輸入光源系統(tǒng)14 中。光源系統(tǒng)14 一邊實際在10.00 11.00GHz的范圍內對光頻差進 行掃描， 一邊輸出設定了各自的中心頻率的探測光及泵浦光，以使得 在第1光纖11與測定對象物M接觸的部分中產生增益。
從光源系統(tǒng)14輸出的探測光及泵浦光，分別輸入至第1及第2 光纖ll、 12中。輸入的探測光及泵浦光通過傳輸，在與測定對象物 M接觸的第1光纖11的區(qū)域中產生布里淵散射，通過該布里淵散射 而獲得增益的探測光，由頻譜測定部15進行受光。由此，由頻譜測 定部15測定出與BGS的形狀相關聯(lián)的數據。
測定出的BGS的中心頻率(與第1光纖11的測定對象區(qū)域中 的BGS相關的第2測定值)向溫度計算部16輸出。溫度計算部16 根據第2測定值和數據庫，計算出測定對象物M的溫度。通過利用 在第1光纖11與測定對象物M接觸的區(qū)域中各個位置處產生的增 益，即取得第2測定值，可以測定出測定對象物M的溫度分布。溫 度分布是指在長度方向上大于或等于2點的溫度測定數據的分布。
例如，在與第1光纖11對應的第1測定值為10.81GHz、基準值為10.80的情況下，如果將第1測定值與基準值之間的偏差換算為
溫度，則為l(TC左右。上述第1測定值與基準值之間的偏差，是由
于對應于指示值而從波形發(fā)生器輸出的注入電流、以及對應于注入電
流的DFB-LD的光頻響應特性隨時間推移而變化導致的。
由于上述設備的隨時間性推移的特性變化，泵浦光及探測光的 光頻差的實際值相對于指示值發(fā)生變化。如果泵浦光和探測光的光頻 差的實際值與指示值偏離，則BGS相對于橫軸(光頻差的指示值) 發(fā)生偏離。由此，利用與BGS的形狀相關聯(lián)的數據進行的溫度測定 中產生誤差。
因此，在第l實施例中，在通過頻譜測定部15得到的第1測定 值與存儲在校正部17中的基準值互不相同的情況下，通過校正部17 對光頻差的指示值進行校正，以使得兩者一致。因此，在實際值相對 于光頻差的指示值發(fā)生變化的情況下，會對實際值的偏差進行校正。 更具體地說，在第1測定值從10.80GHz變化為10.81GHz的情況下， 通過由校正部17對指示值進行校正，而使第1測定值復原為 10.80GHz。
在進行了上述校正的狀態(tài)下，由頻譜測定部15測定出與沿測定 對象物M的第1光纖的測定對象區(qū)域的BGS的形狀相關聯(lián)的數據。 因此，溫度計算部16根據測定出的BGS而求出的測定對象物的溫度 是反映了校正的數據，可以有效地減少溫度測定的誤差。
此外，在上述第1實施例中，優(yōu)選將光頻差指示部B、光源14、 頻譜測定部15、溫度計算部16、校正部17、包括連接區(qū)域18在內 的箱體19、以及光頻差調整部21收容在殼體內。另外，優(yōu)選該連接 區(qū)域18以不產生變形的方式配置在殼體內，以使得連接區(qū)域18中產 生的增益不受變形的影響。
另外，在上述第l實施例中，光頻差指示部13指示光頻差，但 也可以是對泵浦光及探測光的其中一個的光頻進行調整(另一個固 定)。由于這種情況與指示光頻差的情況等價，因此不需要進行光頻 差的指示。也可以不根據來自光頻差指示部13的指示，而是根據來 自校正部17的指示而直接調整光源的光頻。(第2實施例)
在上述第1實施例中，校正部17對探測光和泵浦光的光頻差的 指示值發(fā)出校正指示，以使第l測定值和基準值一致。與此相對，在 第2實施例中，根據第1測定值和基準值之差，對求出的溫度進行校
正。圖3是表示本發(fā)明所涉及的光纖溫度傳感器的第2實施例的結構的圖。
第2實施例所涉及的光纖溫度傳感器2，取代第1實施例所涉及 的光纖溫度傳感器1中的溫度計算部16及校正部17，而具有溫度計 算部26及校正部27。另外，第2實施例所涉及的光纖溫度傳感器2 不具有第1實施例所涉及的光纖溫度傳感器1中的光頻差指示部13 及光頻差調整部21。此外，對于光纖溫度傳感器2的其它結構，與 光纖溫度傳感器1的結構相同。
在校正部27中，將與規(guī)定溫度下的連接區(qū)域18的BGS的形狀 相關聯(lián)的數據(已知數據)設定為基準數據。此外，在校正部27中， 將與連接區(qū)域18的BGS的形狀相關聯(lián)的測定數據和基準數據之差對 應的溫度校正量設定為換算值。校正部27根據實際計算出的與連接 區(qū)域18的BGS的形狀相關聯(lián)的測定數據、和基準數據之間的差，輸 出換算值。換算值可以通過表格進行設定，也可以通過換算式進行設 定。
然后，溫度計算部26根據與反映了在第1光纖11的測定對象 區(qū)域中產生的增益的BGS的形狀相關聯(lián)的數據(由頻譜測定部15測 定出的數據)，求出第1光纖11的測定對象區(qū)域的溫度分布，利用 由校正部27計算出的換算值進行校正，該第1光纖11以與測定對象 物M接觸的狀態(tài)配置。
在上述第2實施例中，從光源系統(tǒng)14輸出探測光及泵浦光，相 對地入射至光纖內。由頻譜測定部15測定出與反映了在光纖的一部 分(位于設定為規(guī)定溫度的連接區(qū)域18的部分)中產生的增益的BGS 的形狀相關聯(lián)的數據。由校正部27輸出與該測定數據和基準數據之 差對應的溫度校正量的換算值。另一方面，與反映了在第1光纖11的測定對象區(qū)域(設置在測定對象物M上的部分)中產生的增益的
BGS的形狀相關聯(lián)的數據，也由頻譜測定部15進行測定，溫度計算 部26根據該測定數據求出的溫度分布(第1光纖11的測定對象區(qū)域 的溫度分布)，使用從校正部27輸出的換算值進行校正。因此，本 第2實施例所涉及的光纖溫度傳感器2也可以減少溫度測定的誤差。 此外，由于通過軟件進行該校正動作，因此可以進行簡單且可靠的校 正。
更具體地說，在20度下的連接區(qū)域18的基準數據為10.80GHz， 實測數據為10.81GHz的情況下，在實測數據和基準數據之間存在
0. 01GHz的頻率偏差。由于認為其是由光源導致的偏離，因此認為在 第1光纖11的測定對象區(qū)域中也同樣產生了 O.OlGHz的偏差。由于 第1光纖11的測定對象物區(qū)域的頻率變動量和溫度之間的關系是已 知的，因此通過對計算溫度校正相當于O.OlGHz的頻率的量，可以 減少溫度測定的誤差。
(第3實施例)
在上述第l及第2實施例中，設定連接區(qū)域18為規(guī)定的恒定溫 度。與此相對，在第3實施例中，預先存儲了表示BGS的中心頻率 的基準數據(與BGS的形狀相關聯(lián)的數據)，該BGS反映了在各種 溫度下連接區(qū)域18中產生的增益。對于與該連接區(qū)域18中的BGS 的形狀相關聯(lián)的測定數據(第l測定值)，通過在BGS測定時對該 連接區(qū)域18的溫度進行測定，而對光頻差的指示值進行校正，以使 得與該測定出的溫度對應的基準數據和第1測定值一致。圖4是表示 本發(fā)明所涉及的光纖溫度傳感器的第3實施例的結構的圖。
第3實施例所涉及的光纖溫度傳感器3，取代光纖溫度傳感器1 中的箱體19而具有溫度計(溫度測量單元)39，同時取代校正部17 而具有校正部37及存儲部DB。此外，溫度計39只要是熱電偶、基 于半導體的電阻值而測量溫度的裝置等可以進行溫度測量的儀器即 可。另外，對于該光纖溫度傳感器3的其它結構，與光纖溫度傳感器
1、 2的結構相同。溫度計39測定連接區(qū)域18的溫度，將該測定結果向存儲部DB 輸出。存儲部DB事先存儲與各種溫度下的連接區(qū)域18的BGS的形 狀相關聯(lián)的數據，作為已知的基準值。
校正部37指示校正泵浦光或探測光的光頻，以使得與連接區(qū)域 18的BGS的形狀相關聯(lián)的測定數據和由溫度計39實際測定出的溫 度下的基準數據一致。
在上述第3實施例中，存儲部DB中存儲與各種溫度下的連接 區(qū)域18的BGS的形狀相關聯(lián)的基準數據，由溫度計39測定連接區(qū) 域18的溫度。因此，可以得到與在通過頻譜測定部15得到第1測定 值時的連接區(qū)域18的溫度對應的基準數據。然后，在第l測定值與 基準數據不同的情況下，校正部37對指示值進行校正以使兩者一致。 因此，在實際值相對于光頻差的指示值發(fā)生變化的情況下，會對實際 值的偏差進行校正。在如上述所示對光頻差的指示值進行了校正的狀 態(tài)下，頻譜測定部15測定與BGS的形狀相關聯(lián)的數據，該BGS反 映了在第1光纖11的測定對象區(qū)域中產生的增益。因為溫度計算部 16根據測定出的BGS的中心頻率求出測定對象物的溫度，所以可以 減少BGS的測定誤差。其結果，在本第3實施例中也可以有效地減 少根據BGS進行溫度測定的誤差。
在本第3實施例中，利用溫度計39測定連接區(qū)域18的溫度， 但由溫度計測量溫度的部分也可以是設置在測定對象物M上的第1 光纖ll的一部分。例如圖5所示，也可以由溫度計39a測定與測定 對象物M接觸的第1光纖11的部分18a。在此情況下，存儲部DB 事先存儲與反映了各種溫度下在部分18a中產生的增益的BGS的形 狀相關聯(lián)的數據，作為基準數據(已知數據)。此外，圖5是表示第 3實施例所涉及的光纖溫度傳感器的變形例的結構的圖。
(第4實施例)
在上述第3實施例中，校正部37對探測光和泵浦光的光頻差的 指示值進行校正，以使得第1測定值(與連接區(qū)域18中的BGS的形 狀相關聯(lián)的測定數據)與基準數據一致。與此相對，在第4實施例中，根據第l測定值與基準數據之差，對求出的溫度進行校正。圖6是表 示本發(fā)明所涉及的光纖溫度傳感器的第4實施例的結構的圖。
第4實施例所涉及的光纖溫度傳感器4，取代第3實施例所涉及 的光纖溫度傳感器3中的溫度計算部16及校正部37，而具有溫度計 算部26及校正部47。另外，第4實施例所涉及的光纖溫度傳感器4 不具有第3實施例所涉及的光纖溫度傳感器3中的光頻差指示部13 及光頻差調整部21。光纖溫度傳感器4的其它結構，與光纖溫度傳 感器3的結構相同。
校正部47將與連接區(qū)域18的BGS的形狀相關聯(lián)的測定數據和 上述基準數據之差對應的溫度校正量設定為換算值。因此，校正部 47根據實際計算出的與連接區(qū)域18中產生的BGS的形狀相關聯(lián)的 測定數據、和基準數據之間的差，輸出換算值。
然后，溫度計算部26根據與反映了第1光纖11中產生的增益 的BGS的形狀相關聯(lián)的數據(由頻譜測定部15測定出的與BGS的 形狀相關聯(lián)的數據)，求出在與測定對象物M接觸的狀態(tài)下配置的 第1光纖11的測定對象區(qū)域的溫度分布，并且，用校正部47計算出 的換算值校正該溫度分布。
在上述第4實施例中，從光源14輸出探測光及泵浦光，相對地 入射至光纖內。頻譜測定部15測定與BGS的形狀相關聯(lián)的數據，該 BGS反映了在可以進行溫度測量的連接區(qū)域18中產生的增益。并且， 由校正部47輸出與該頻譜測定部15的測定數據、和所存儲的基準數 據中與連接區(qū)域18的溫度對應的基準數據之間的差對應的溫度校正 量的換算值。另一方面，與反映了在第1光纖11的測定對象區(qū)域中 產生的增益的BGS的形狀相關聯(lián)的數據，也由頻譜測定部15進行測 定。根據該測定數據，溫度計算部26求出第1光纖11的測定對象區(qū) 域的溫度分布，并且，利用由校正部47輸出的換算值校正該溫度分 布。因此，根據本第4實施例，也可以有效地減少溫度測定的誤差。 此外，由于本實施例中的溫度校正也可以通過軟件實現(xiàn)，因此可以進 行簡單且可靠的校正。
在上述第1 第4實施例中，為了得到校正信息而預先設置了連
21接區(qū)域18，但只要能夠確定反映了在被設定為規(guī)定溫度的區(qū)域(或
部分)、或可以進行溫度測定的區(qū)域(或部分)中產生的增益的BGS， 也可以沒有連接區(qū)域18。 S卩，也可以取代第1及第2光纖而只使用 一個光纖。
此外，也可以在光纖中設置多個連接區(qū)域18。各個連接區(qū)域18 的設定溫度也可以互不相同。
另外，在上述第1 第4實施例中使用了兩個光源，但也可以使 用一個光源，在這種情況下，在時間軸上設定產生泵浦光的期間和產 生探測光的期間，針對各個期間調整光頻。
在上述第1 第4實施例中，連接區(qū)域18作為在測定溫度分布 時把握位置關系的基準點起作用。在上述各實施例中，將與反映了在 被設定為規(guī)定溫度的連接區(qū)域18附近產生的增益的BGS的形狀相關 聯(lián)的數據作為基準數據，但也可以如圖5示出的第3實施例的變形例 所示，將與反映了在遠離連接區(qū)域18的部分中產生的增益的BGS的 形狀相關聯(lián)的數據設定為基準數據。另外，也可以將與反映了在第2 光纖12中產生的增益的BGS的形狀相關聯(lián)的數據設定為基準數據。
根據上述本發(fā)明的說明可知，能夠對本發(fā)明進行各種變形。不 能認為這些變形脫離本發(fā)明的精神及范圍，所有對于本領域的技術人 員而言是顯而易見的改進，都包括在權利要求書中。
工業(yè)實用性
本發(fā)明所涉及的光纖溫度傳感器，可以應用于溫度測定/檢測 系統(tǒng)，該溫度測定/檢驗系統(tǒng)利用了由設置于規(guī)定環(huán)境下的光纖內產 生的布里淵散射獲得的增益變動。
權利要求
1. 一種光纖溫度傳感器，其具有光纖，其包括設置在對象物上的第1區(qū)域和設定為規(guī)定溫度的第2區(qū)域；光頻差調整部，其對要輸入至所述光纖的探測光及泵浦光的各自的中心頻率之差進行掃描；光源系統(tǒng)，其將根據所述光頻差調整部的指示而設定了中心頻率的所述探測光向所述光纖的一端輸出，另一方面，將根據所述光頻差調整部的指示而設定了中心頻率的所述泵浦光向所述光纖的另一端輸出；頻譜測定部，其將通過布里淵散射而獲得增益的探測光作為來自所述光纖的輸出光而進行受光，測定與受光的探測光通過布里淵散射獲得的增益的頻譜即布里淵增益頻譜的形狀相關聯(lián)的數據，該布里淵散射是伴隨著來自所述光源系統(tǒng)的探測光及泵浦光的傳輸而產生的；溫度計算部，其根據由所述頻譜測定部測定出的、與所述第1區(qū)域的布里淵增益頻譜的形狀相關聯(lián)的測定數據，計算出所述光纖中的第1區(qū)域的溫度分布；以及校正部，其指示所述光源系統(tǒng)對向所述光纖輸出的泵浦光及探測光中的至少某一個的光頻進行校正，使得已知的基準數據和與所述第2區(qū)域的布里淵增益頻譜的形狀相關聯(lián)的測定數據一致，該基準數據作為處于所述規(guī)定溫度下的所述第2區(qū)域的布里淵增益頻譜的基準值而預先設定，與該布里淵增益頻譜的形狀相關聯(lián)。
2. —種光纖溫度傳感器，其具有光纖，其包括設置在對象物上的第1區(qū)域和設定為規(guī)定溫度的第2區(qū)域；光源系統(tǒng)，其將探測光向所述光纖的一端輸出，另一方面，將泵浦光向所述光纖的另一端輸出；頻譜測定部，其將通過布里淵散射而獲得增益的探測光作為來自所述光纖的輸出光而進行受光，測定與受光的探測光通過布里淵散射獲得的增益的頻譜即布里淵增益頻譜的形狀相關聯(lián)的數據，該布里淵散射是伴隨著來自所述光源系統(tǒng)的探測光及泵浦光的傳輸而產生的；校正部，其根據已知的基準數據和與所述第2區(qū)域的布里淵增益頻譜的形狀相關聯(lián)的測定數據之差，將作為與基準數據和測定數據之差對應的溫度校正成分的換算值而預先設定的值中的最優(yōu)值，作為校正值輸出，該基準數據作為處于所述規(guī)定溫度下的所述第2區(qū)域的布里淵增益頻譜的基準值而預先設定，與該布里淵增益頻譜的形狀相關聯(lián)；以及溫度計算部，其根據由所述頻譜測定部測定出的、與所述第1區(qū)域的布里淵增益頻譜的形狀相關聯(lián)的測定數據，以及從所述校正部輸出的校正值，計算出所述光纖中的第1區(qū)域的校正后的溫度分布。
3. —種光纖溫度傳感器，其具有光纖，其包括設置在對象物上的第1區(qū)域、和應由規(guī)定的溫度測量單元測量溫度的第2區(qū)域；光頻差調整部，其對要輸入所述光纖中的探測光及泵浦光的各自的中心頻率之差進行掃描；光源系統(tǒng)，其將根據所述光頻差調整部的指示而設定了中心頻率的所述探測光向所述光纖的一端輸出，另一方面，將根據所述光頻差調整部的指示而設定了中心頻率的所述泵浦光向所述光纖的另一端輸出；頻譜測定部，其將通過布里淵散射而獲得增益的探測光作為來自所述光纖的輸出光而進行受光，測定與受光的探測光通過布里淵散射獲得的增益的頻譜即布里淵增益頻譜的形狀相關聯(lián)的數據，該布里淵散射是伴隨著來自所述光源系統(tǒng)的探測光及泵浦光的傳輸而產生的；溫度計算部，其根據由所述頻譜測定部測定出的、與所述第1區(qū)域的布里淵增益頻譜的形狀相關聯(lián)的測定數據，計算出所述光纖中的第1區(qū)域的溫度分布；存儲部，其存儲已知的基準數據，該基準數據作為與各種溫度相對應的所述第2區(qū)域的布里淵增益頻譜的基準值而預先設定，與該布里淵增益頻譜的形狀相關聯(lián)；以及校正部，其指示所述光源系統(tǒng)對向所述光纖輸出的泵浦光及探測光中的至少某一個的光頻進行校正，使得與所述第2區(qū)域的布里淵增益頻譜的形狀相關聯(lián)的測定數據、和存儲在所述存儲部的基準數據中的與由所述溫度測量單元測量出的所述第2區(qū)域的溫度對應的基準數據一致。
4. 一種光纖溫度傳感器，其具有光纖，其包括設置在對象物上的第1區(qū)域、和應由規(guī)定的溫度測量單元測量溫度的第2區(qū)域；光源系統(tǒng)，其將探測光向所述光纖的一端輸出，另一方面，將泵浦光向所述光纖的另一端輸出；頻譜測定部，其將通過布里淵散射而獲得增益的探測光作為來自所述光纖的輸出光而進行受光，測定與受光的探測光通過布里淵散射獲得的增益的頻譜即布里淵增益頻譜的形狀相關聯(lián)的數據，該布里淵散射是伴隨著來自所述光源系統(tǒng)的探測光及泵浦光的傳輸而產生的；存儲部，其存儲已知的基準數據，該基準數據作為與各種溫度相對應的所述第2區(qū)域的布里淵增益頻譜的基準值而預先設定，與該布里淵增益頻譜的形狀相關聯(lián)；校正部，其根據存儲在所述存儲部中的基準數據中的與由所述規(guī)定的溫度測量單元測量出的第2區(qū)域的溫度對應的基準數據、和與所述第2區(qū)域的布里淵增益頻譜的形狀相關聯(lián)的測定數據之差，將作為與基準數據和測定數據之差對應的溫度校正成分的換算值而預先設定的值中的最優(yōu)值，作為校正值輸出；以及溫度計算部，其根據由所述頻譜測定部測定出的、與所述第1區(qū)域的布里淵增益頻譜的形狀相關聯(lián)的測定數據，以及從所述校正部輸出的校正值，計算出所述光纖中的第1區(qū)域的校正后的溫度分布。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可以減少溫度測定的誤差的光纖溫度傳感器。該傳感器具有光纖、光頻差調整部、光源系統(tǒng)、頻譜測定部、溫度計算部、以及校正部。光源系統(tǒng)根據來自光頻差指示部的指示，向光纖的各不相同的端部輸出設定了中心頻率的探測光及泵浦光。溫度計算部根據由頻譜測定部測定出的第1區(qū)域的BGS，求出對象物的溫度。另一方面，校正部向光源系統(tǒng)輸出校正指示，以使得第2區(qū)域的BGS的中心頻率與基準值一致。
文檔編號G01K11/12GK101506635SQ20078003157
公開日2009年8月12日 申請日期2007年8月21日 優(yōu)先權日2006年8月24日
發(fā)明者屜岡英資, 山本義典 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社