專利名稱：光纖傳感系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及利用光纖對測定對象的物理量進行測定的光纖傳感系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來，提出了將光纖用作檢測例如地基變動、建筑物應變、變形等的傳感器的方 法，其代表之一，可以舉出FBG(Fiber Bragg Grating 光纖布拉格光柵)法。在該FBG法中，對光纖的特定的芯部照射紫外激光，在光纖長度方向生成周期性 的折射率調(diào)制，只反射與周期一致的特定的波長的光，而使其他波長的光透過。如果對該被照射了紫外激光的部分從外部施加壓力或改變其周圍的溫度，則其折 射率發(fā)生變化，該部分所反射的光的波長發(fā)生漂移(shift)。通過測定該返回光的波長的漂 移變化，來檢測上述地基變動、液體溫度、建筑物的位移、應變等。例如，專利文獻1中公開了這樣的技術(shù)，利用FBG高精度確定針對復合素材的沖擊 的有無、位置、大小。另外，專利文獻2公開了這樣的技術(shù)，利用FBG對測定對象的變形進行 測定。專利文獻1 JP特開2008-139171號公報。專利文獻2 JP特開2004-309218號公報。

發(fā)明內(nèi)容
然而，會存在這樣的情況因光源的出射功率、光纖的插入損耗、受光器的靈敏度 或放大器等的變動、另外因光纖彎曲導致的光能的損失(彎曲損失)、因光纖之間連接的連 接器導致的光能的損耗(連接器損耗)、平臺(platform)所具備的電路系統(tǒng)的增益變動等 的影響等的測定對象的物理量以外的干擾的影響。上述這些情況對測定對象的物理量的測 定產(chǎn)生影響而導致無法高精度測定情況，期望提供防止這些干擾影響而能夠高精度測定的 光纖傳感系統(tǒng)。本發(fā)明是鑒于上述課題而做成的，提供一種光纖傳感系統(tǒng)，能夠通過防止上述測 定對象的物理量以外的干擾影響從而進行高精度測定。通過以下方法來解決上述課題。第一技術(shù)方案的發(fā)明提供一種光纖傳感系統(tǒng)，其特征在于，包括光分支單元，與 用于輸出物理計測光的光源相連接；第一光纖，與上述光分支單元相連接；至少一個反射 傳感器，與上述第一光纖的末端相連接，使根據(jù)測定對象的物理量變化來對物理計測光進 行調(diào)制得到的反射光譜返回至上述光纖；光分離單元，與上述光分支單元的支線相連接，將 來自上述反射傳感器的返回光分離為強度根據(jù)該反射光譜的變化而互補變化的兩束光；第 二光線、第三光纖，分別為來自上述光分離單元的兩束光各自的光路；模擬光纖，與上述第 二光纖相連接，對被上述光分離單元分離的一束光賦予規(guī)定時間差即規(guī)定光程差；光耦合 器，使上述第三光纖的末端與上述模擬光纖的末端相結(jié)合；受光單元，接收來自上述光耦合 器的光；檢測單元，基于上述兩束光的強度比，計算上述測定對象的物理變化量。
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第二技術(shù)方案的發(fā)明是在第一技術(shù)方案的光纖傳感系統(tǒng)上，上述光分離單元由波 長傾斜濾光器與循環(huán)器構(gòu)成。第三技術(shù)方案的發(fā)明是在第一技術(shù)方案的光纖傳感系統(tǒng)上，上述光分離單元由波 長傾斜濾光器構(gòu)成。第四技術(shù)方案的發(fā)明是在第一 三技術(shù)方案中任意一個光纖傳感系統(tǒng)上，還具有 將上述光分離單元的周邊溫度保持為恒定的溫度保持單元。第五技術(shù)方案的發(fā)明提供一種光纖傳感系統(tǒng)，其特征在于，具有光纖，其與用于 輸出物理計測光的光源相連接；反射傳感器單元，其包括光分離單元、模擬光纖，上述光分 離單元與從光耦合器分支出的兩條支線中的一條支線相連接，將物理計測光分離為強度根 據(jù)測定對象的物理量變化來互補變化的兩束光，使這被分離的兩束光中的一束光返回至上 述光耦合器，上述光耦合器連接在上述光纖的末端，上述模擬光纖與上述光分離單元相連 接，對被上述光分離單元分離的兩束光中的另一束光賦予規(guī)定時間差即規(guī)定光程差，而且， 上述光耦合器的另一條支線與上述模擬光纖的另一端相連接，使被分離的另一束光經(jīng)由上 述模擬光纖而返回至上述光耦合器；光分支單元，其與上述光纖的光源側(cè)端部相連接；受 光單元，其與上述光分支單元的端部相連接，接收被分離的兩束光；檢測單元，其基于受光 單元接收到的兩束光的強度比，計算上述測定對象的物理變化量。第六技術(shù)方案的發(fā)明是在第五技術(shù)方案的光纖傳感系統(tǒng)上，上述光分離單元，由 配置為不與上述平行光平行的反射板和透過板構(gòu)成，根據(jù)測定對象的物理量而使反射板 和透過板中的至少一個板發(fā)生位移，從而使反射光和透過光中的至少一束光的強度發(fā)生變 化。第七技術(shù)方案的發(fā)明是在第一 六技術(shù)方案中任意一個光纖傳感系統(tǒng)上，上述光 纖從光干線經(jīng)由光分支器而分支出光分支路，在該光分支路上設置有上述反射傳感器。第八技術(shù)方案的發(fā)明是在第一 六技術(shù)方案中任意一個光纖傳感系統(tǒng)上，上述光 纖從光干線經(jīng)由光分光器而分支出多條光分支路，在各光分支路上設置有上述反射傳感
ο第九技術(shù)方案的發(fā)明是在第一 八技術(shù)方案中任意一個光纖傳感系統(tǒng)上，還具 有PN碼(pseudorandom noise code 偽隨機噪聲碼)生成器，其生成偽隨機信號；調(diào)制單 元，其基于由上述PN碼生成器生成的偽隨機信號，對上述物理計測光進行調(diào)制；變換單元， 其將由上述受光單元接收的兩束光變換為電信號；相關(guān)單元，其利用所變換的電信號和來 自上述PN碼生成器的偽隨機信號進行相關(guān)運算，從而計算兩束光的強度。第十技術(shù)方案提供一種光纖傳感系統(tǒng)，其特征在于，包括光分支單元，與用于輸 出物理計測光的光源相連接；光纖，與上述光分支單元相連接；至少一個反射傳感器，與上 述光纖的末端相連接，使根據(jù)測定對象的物理量變化來對物理計測光進行調(diào)制得到的反射 光譜返回至上述光纖；光耦合器，與上述光分支單元的支線相連接；巡回光路，包括光分離 單元、模擬光纖，上述光分離單元與從上述光耦合器分支出的兩條支線中的一條支線相連 接，將來自上述反射傳感器的返回光分離為兩束光，這兩束光的透過等級和反射等級根據(jù) 該返回光的反射光譜的變化來互補變化，并使這被分離的兩束光中的一束光返回至上述光 耦合器，上述模擬光纖與上述光分離單元相連接，對被上述光分離單元分離的兩束光中的 一束光賦予規(guī)定時間差即規(guī)定光程差，而且，該模擬光纖的另一端與上述光耦合器的另一條支線相連接，使從上述光耦合器分支的一條支線入射并被上述光分離單元分離的另一束 光，經(jīng)由另一條支線返回至上述光耦合器；受光單元，從上述光耦合器接收被上述光分離單 元分離的具有時間差的兩束光和在上述巡回光路中巡回過的光；檢測單元，基于來自上述 受光單元的三束光的強度比，計算上述測定對象的物理變化量。第十一技術(shù)方案提供一種光纖傳感系統(tǒng)，其特征在于，包括光纖，其與用于輸出 物理計測光的光源相連接；反射傳感器單元，其包括巡回光路，上述巡回光路包括光分離單 元、模擬光纖，上述光分離單元與從上述光耦合器分支出的兩條支線中的一條支線相連接， 將來自上述反射傳感器的返回光分離為兩束光，這兩束光的透過等級和反射等級根據(jù)該返 回光的反射光譜的變化來互補變化，并使這被分離的兩束光中的一束光返回至上述光耦合 器，上述模擬光纖與上述光分離單元相連接，對被上述光分離單元分離的兩束光中的一束 光賦予規(guī)定時間差即規(guī)定光程差，而且，該模擬光纖的另一端與上述光耦合器的另一條支 線相連接，使從上述光耦合器分支的一條支線入射并被上述光分離單元分離的另一束光， 經(jīng)由另一條支線返回至上述光耦合器；光分支單元，其與上述光纖的光源側(cè)端部相連接，受 光單元，其與上述光分支單元相連接，接收被上述光分離單元分離的具有時間差的兩束光 和在上述巡回光路中巡回過的光；檢測單元，其基于上述受光單元接收到的三束光的強度 比，計算上述測定對象的物理變化量。第十二技術(shù)方案的發(fā)明是在第十一技術(shù)方案的光纖傳感系統(tǒng)上，上述光分離單 元，由配置為不與上述平行光平行的反射板和透過板構(gòu)成，根據(jù)測定對象的物理量而使反 射板和透過板中的至少一個板發(fā)生位移，從而使反射光和透過光中的至少一束光的強度發(fā)
生變化。第十三技術(shù)方案的發(fā)明是在第十 十二技術(shù)方案中任意一個光纖傳感系統(tǒng)上，上 述光纖從光干線經(jīng)由光分支器而分支出光分支路，在該光分支路上設置有上述反射傳感器 單元。第十四技術(shù)方案的發(fā)明是在第十 十二技術(shù)方案中任意一個光纖傳感系統(tǒng)上，上 述光纖從光干線經(jīng)由光分光器而分支出多條光分支路，在各光分支路上設置有上述反射傳 感器單元。第十五技術(shù)方案的發(fā)明是在第十 十四技術(shù)方案中任意一個光纖傳感系統(tǒng)上，還 具有PN碼生成器，其生成偽隨機信號；調(diào)制單元，其基于由上述PN碼生成器生成的偽隨機 信號，對上述物理計測光進行調(diào)制，變換單元，其將由上述受光單元接收的三束光變換為電信號；相關(guān)單元，其利用所 變換的電信號和來自上述PN碼生成器的偽隨機信號進行相關(guān)運算，從而計算兩束光的強度。第十六技術(shù)方案的發(fā)明是在第一 十五技術(shù)方案中任意一個光纖傳感系統(tǒng)上，利 用一個受光單元來接收所分離的兩束光。根據(jù)第一技術(shù)方案所記載的發(fā)明，分離為強度根據(jù)測定對象的物理量而互補變化 的兩束光，根據(jù)這兩束光的強度比來測定與測定對象的物理量相關(guān)的信息，因此能夠使光 纖被捻等的測定對象以外的物理量以外的干擾要素相抵銷，從而能夠進行高精度測定。根據(jù)第二技術(shù)方案所記載的發(fā)明，光分離單元由波長傾斜濾光器和循環(huán)器構(gòu)成， 因此能夠利用波長傾斜濾光器將來自反射傳感器的返回光分離為兩束光，另外能夠?qū)⑴c來自反射傳感器的反射光分離的光導向規(guī)定方向。根據(jù)第三技術(shù)方案所記載的發(fā)明，能夠只利用波長傾斜濾光器來分離反射傳感器 的返回光，進而將所分離的兩束光導向規(guī)定的方向，因此能夠廉價地制造光分離單元。根據(jù)第四技術(shù)方案所記載的發(fā)明，通過將光分離單元的周邊溫度保持為恒定，能 夠防止溫度變化對測定結(jié)果帶來影響。根據(jù)第五技術(shù)方案所記載的發(fā)明，能夠在反射傳感器部分離為強度根據(jù)測定對象 的物理量而互補變化的兩束光。另外，根據(jù)這兩束光的強度比來測定與測定對象的物理量 相關(guān)的信息，因此能夠使光纖被捻等的測定對象以外的物理量以外的干擾要素相抵銷，從 而能夠進行高精度測定。根據(jù)第六技術(shù)方案所記載的發(fā)明，能夠?qū)⑽锢碛嫓y光置為平行光，因此能夠擴大 光的范圍(range)，進行高精度測定。根據(jù)第七技術(shù)方案所記載的發(fā)明，能夠級聯(lián)(cascade)設置多個反射傳感器，因 此能夠同時多點測定。根據(jù)第八技術(shù)方案所記載的發(fā)明，能夠放射狀設置多個反射傳感器，因此能夠同 時多點測定。根據(jù)第九技術(shù)方案所記載的發(fā)明，能夠利用偽隨機編碼(Pseudo-Random code)來 進行測定。因此，能夠容易地根據(jù)偽隨機編碼對導入光纖的光的動態(tài)范圍進行控制。例如， 通過增大編碼長度，能夠?qū)y定對象的物理量的微小變化進行測定根據(jù)第十技術(shù)方案所記載的發(fā)明，能夠?qū)碜苑瓷鋫鞲衅鞯姆瓷涔夥蛛x為三束 光，基于這三束光的強度來檢測測定對象的物理量，能夠進行更高精度的測定。根據(jù)第十一技術(shù)方案記載的發(fā)明，能夠在反射傳感器部根據(jù)測定對象的物理量變 化而將物理計測光分離為三束光，基于這三束光來測定測定對象的物理量，因此能夠進行 更高精度的測定。根據(jù)第十二技術(shù)方案所記載的發(fā)明，能夠?qū)⑽锢碛嫓y光置為平行光，因此能夠擴 大光的范圍(range)，進行高精度測定。根據(jù)第十三技術(shù)方案所記載的發(fā)明，能夠級聯(lián)設置多個反射傳感器，因此能夠同 時多點測定。根據(jù)第十四技術(shù)方案所記載的發(fā)明，能夠放射狀設置多個反射傳感器，因此能夠 同時多點測定。根據(jù)第十五技術(shù)方案所記載的發(fā)明，能夠利用偽隨機編碼來進行測定。因此，能夠 容易地根據(jù)偽隨機編碼對導入光纖的光的動態(tài)范圍進行控制。例如，通過增大編碼長度，能 夠?qū)y定對象的物理量的微小變化進行測定根據(jù)第十六技術(shù)方案所記載的發(fā)明，能夠利用一個受光單元接收被分離的兩束 光，因此能夠因回避受光元件的特性差，從而能夠進行高精度測定。


圖1是表示第一實施方式的光纖傳感系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)的圖。圖2的(a)部分是表示用PN碼生成器生成的偽隨機編碼的一例的圖，(b)部分是 表示導入光纖的物理計測光的圖。
圖3是表示針對入射至波長傾斜濾光器2 的傳感器反射光的波長的透過率和反 射率的圖。圖4的(a)和(b)部分是表示比較針對導入至光纖23a的物理計測光的反射光的 增益和針對物理計測光的透過光的增益的圖。圖5是用于說明波長漂移的計算方法的圖。圖6是表示反射脈沖和透過脈沖的漂移的圖。圖7的(a)部分是表示從寬頻帶光源22導入光纖23a的光的圖，(b)部分是將其 部分放大表示的圖。圖8的(a)部分是表示來自FBG4a、4b、4c的光被高斯型(gauss type)濾光器分 離后的透過光與反射光的波形的圖，(b)部分是表示將透過光與反射光合成后的波的波形 的圖。圖9的(a)部分是表示利用由PN碼生成器20生成的偽隨機編碼來對PD27接收 到的合成反射波取彼此間相關(guān)的圖，(b)部分是表示檢測值相對于FBG溫度的關(guān)系的圖。圖10是表示利用光纖傳感系統(tǒng)1測定容器內(nèi)的液體的溫度時的結(jié)構(gòu)的圖。圖11是表示寬頻帶光源22的發(fā)光譜的圖。圖12是表示頻帶濾光器的反射光譜的圖。圖13是表示波長相對于溫度的變化的圖。圖14是表示中心波長的溫度特性的圖。圖15是表示水的溫度為30°C時的波形應答(反應)的圖。圖16是表示水的溫度為56°C時的波形應答的圖。圖17是表示校準曲線的圖。圖18是表示向容器注入70°C的熱水，在其中浸入FBG^和溫度計后使其自然冷卻 時的測定結(jié)果的圖。圖19是表示與被溫度計測定為溫度指示值的溫度之間的相關(guān)關(guān)系的圖。圖20是表示第一實施方式的光纖傳感系統(tǒng)的第一變形例的圖。圖21是表示第一實施方式的光纖傳感系統(tǒng)的第二變形例的圖。圖22是表示第二實施方式的光纖傳感系統(tǒng)的一例的圖。圖23的(a)部分是表示由PN碼生成器生成的偽隨機編碼的一例的圖，(b)部分 是表示導入光纖內(nèi)的物理計測光的圖。圖M是表示位移傳感器單元的結(jié)構(gòu)的一例的圖。圖25是表示位移傳感器的剖面的圖。圖沈是表示針對施加位移的透過板和反射板的位置、透過光和反射光的強度的 圖。圖27的(a)部分是表示透過率及反射率相對于位移的變化的圖，(b)部分是表示 相對于位移的透過率/反射率比的圖。圖28是表示準直光的剖面分布的圖。圖四是表示準直光的剖面強度分布的圖。圖30是表示相對于用物理計測光的光束直徑w標準化的位移x/w的、透過等級與 反射等級的變化的圖。
圖31是表示在I x/w I < 1的范圍內(nèi)透過率/反射率比(ζ )相對于標準位移x/w 的變化的圖。圖32是表示將物理計測光的光束直徑w作為參數(shù)時相對于位移(X)的透過率/ 反射率比(ζ)的變化的圖。圖33是表示相對于用物理計測光的光束直徑w標準化的位移x/w的、透過率/反 射率比(ζ)的變化的圖。圖34是表示進行計測實驗時的裝置結(jié)構(gòu)的圖。圖35是表示從位移施加裝置施加的位移為0. 21mm的情況下的反射應答波形的圖。圖36是表示從位移施加裝置施加的位移為0. Ilmm的情況下的反射應答波形的圖。圖37是表示相對于位移(X)的透過光的受光等級以及反射光的受光等級的圖。圖38是表示位移(χ)與透過受光等級/反射受光等級比(ζ )的關(guān)系的圖。圖39是表示第二實施例的溫度傳感器單元的結(jié)構(gòu)的圖。圖40是表示針對傾斜濾光器的入射光的反射率與透過率的圖。圖41是表示溫度與透過反射功率比的關(guān)系的圖。圖42是表示第三實施例的溫度傳感器單元的結(jié)構(gòu)的圖。圖43是表示第四實施例中的設置位移傳感器單元與溫度傳感器單元，同時測定 位移與溫度時的結(jié)構(gòu)的圖。圖44是表示位移傳感器單元與溫度傳感器單元的各自的反射應答的圖。圖45是表示反射傳感器單元的變形例的圖。圖46是用于說明光纖的連接狀態(tài)的圖。
具體實施例方式下面，參照附圖，針對用于實施本申請的發(fā)明(以下只稱為“本發(fā)明”)的最佳方式 進行說明。(第一實施方式)首先，參照

本發(fā)明的第一實施方式。(整體結(jié)構(gòu))圖1是表示第一實施方式的光纖傳感系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)的圖。如圖所示，光纖傳感系統(tǒng)1具有計測裝置2、光耦合器3a、3b、FBG4a，4b，如等，兩個 光耦合器3a、3b插入在直通干線5上。另外，光耦合器3a、3b的分支路上分別連接有FBG4a、 4b，直通干線5的末端連接有FBG4c。計測裝置2具有PN碼生成器20，光源驅(qū)動器21，寬頻帶光源22，光纖23a、23b、 23c、23d、23e，循環(huán)器(cirulator) Ma、Mb，溫度控制機構(gòu)25，波長傾斜濾光器25a，模擬光 纖(dummy fiber) 26，光耦合器3c，PD (光電二極管)27，前置放大器(preamp) 28，A/D29、相 關(guān)器30和漂移解析器31等。PN碼生成器20以規(guī)定的芯片速度，生成圖2的(a)部分所示的具有編碼長度N的 M系列的偽隨機編碼(以下稱為偽隨機編碼)，并將偽隨機信號發(fā)送至光源驅(qū)動器21和相
10關(guān)器30。偽隨機編碼的編碼長度越大，則越能夠生成0與1的發(fā)生概率相等的高精度編 碼，另外導入光纖的光的峰值變高，因此能夠高精度測定反射等級小的返回光(例如瑞利 散射)。例如，如果將瑞利散射的反射增益設為_60dB。則能夠通過將編碼的長度設為N = 221_1(相當于增益63dB)以上來進行高精度測定。在本實施方式中，雖然使用M系列的偽隨機編碼，但不限于此，例如也可以使用 Gold系列等的其他偽隨機編碼。光源驅(qū)動器21被來自PN碼生成器20的偽隨機信號所驅(qū)動，基于來自PN碼生成 器20的偽隨機信號，對從寬頻帶光源22發(fā)出的光進行PN調(diào)制(以下將調(diào)制后的光稱為物 理計測光)，將物理計測光導入光纖23a。例如，在PN碼生成器20生成具有圖2的(a)部分所示的編碼長度N的偽隨機編 碼的情況下，從寬頻帶光源22將圖2的(b)部分所示的物理計測光導入光纖23a。在此，作為寬頻帶光源22，通常使用超輻射發(fā)光二極管(SLD :Super Luminescent Diode)，但在測定的動態(tài)范圍窄的情況下，也可以組合發(fā)光二極管和線芯直徑大的多模光 纖進行使用。循環(huán)器Ma、24b具有三個輸入輸出端口，入射至第一端口的光從第二端口輸出， 入射至第二端口的光從第三端口輸出，但阻斷從第二端口向第一端口的方向傳遞的光，并 且阻斷從第三端口向第二端口以及從第一端口、第一端口向第三端口的方向傳遞的光。例如，循環(huán)器Ma將從光纖23a入射來的光輸出至直通干線5，另一方面，將從直通 干線5入射至循環(huán)器2 的光輸出至光纖23b。另外，循環(huán)器24b將從光纖2 入射的光輸 出至光纖23c，另一方面，將從光纖23c入射的光輸出至光纖23e。溫度控制機構(gòu)25保持波長傾斜濾光器25a的溫度恒定。波長傾斜濾光器2 根據(jù)來自FBG4a、4b和如的返回光的波長，將強度互補變化 的透過光與反射光分離。此外，由循環(huán)器24b與波長傾斜濾光器2 構(gòu)成光分離單元，另外，作為波長傾斜 濾光器25a，使用在光纖的端面上蒸鍍電介質(zhì)多層膜濾光器而成的傾斜濾光器、邊緣濾光器寸。圖3是分別表示針對入射至波長傾斜濾光器25a的光的波長的、透過率和反射率 的圖。如圖所示，設定為在光的波長為λ 0的情況下反射率與透過率相等，反射率與透 過率互補變化，如果忽略濾光器的損失，則透過率與反射率的和一直為1。圖4的(a)、(b)部分是表示透過光與反射光的應答波形的圖。在入射至傾斜濾光器2 光的波長為λ 0的情況下，如上述那樣反射率與透過率 相等，因此，如圖4的(a)部分所示那樣透過光等級30與反射光的等級31分別相同。另一方面，在測定對象的物理量發(fā)生變化而返回光的波長漂移的情況下，例如在 變?yōu)棣甩?δ的情況下，如圖3的(a)部分所示，透過率只增加了 h，另一方面，反射率減少 Th。其結(jié)果，如圖4的(b)部分所示，透過光的等級32增加，另一方面反射光的等級33減 少。模擬光纖沈?qū)Ρ徊ㄩL傾斜濾光器25a分離的反射光與透過光，賦予計測裝置2所具有的距離分辨能力以上的光程差。在此，模擬光纖沈的長度只要在由PN碼生成器20的 芯片速度決定的距離分辨能力以上即可。由以下的公式計算距離分辨能力。距離分辨能力AL = 4X (100/fc) (m)(其中，fc是PN碼生成器20的芯片速度)例如，在芯片速度為IOMHz的情況下，模擬光纖沈只要在40m以上即可。此外，在本實施方式中，將模擬光纖沈設在光纖2 上，但也可以將模擬光纖沈 設在光纖23d上。光耦合器3c對來自光纖23e的反射波和來自光纖23d的透過光進行合成。PD27由光電二極管(photodiode)等構(gòu)成，隔著特定時間差來接收透過光和反射 光，所述特定時間差是與所賦予的光程差對應的時間差。前置放大器觀對由PD27接收的透過光與反射光進行放大。A/D29分別將由前置放大器觀放大后的透過光與反射光變換為電信號。相關(guān)器30，在來自A/1^9的電信號與來自PN碼生成器20的偽隨機編碼之間取相 關(guān)，從而根據(jù)透過光與反射光的強度來分別計算針對物理計測光的增益。漂移解析設備31根據(jù)由相關(guān)器30計算出的透過光的峰值時的增益與反射光的峰 值時的增益，來求出(透過率/反射率)比，根據(jù)該比的值來計算波長漂移，從而檢測測定 對象的物理量的信息。光耦合器3a、3b以規(guī)定的比率將從直通干線5通過的光的能量分支到兩根光纖。 在該實施方式中進行設定，從而對FBG4a、4b和如分別分配相等能量的光。FBG4a、4b和4c是光纖布拉格光柵(Fiber Bragg Grating)，被分別以(間隔)比 計測裝置2的距離分辨能力充分長的距離設置。另外，在測定對象的物理量不變化的情況 下，F(xiàn)BG4a、4b和如反射波長λ 0的光作為返回光，另一方面，在測定對象的物理量發(fā)生了 變化的情況下，根據(jù)測定對象的物理量的變化來使返回光的波長漂移。在此，F(xiàn)BG4a、4b和如的設置間隔只要在由PN碼生成器20的芯片速度決定的距 離分辨能力以上即可。按以下的公式計算距離分辨能力。距離分解AL = 4X (100/fc) (m)(其中，fc是PN碼生成器20的芯片速度，單位是MHz)例如，在芯片速度為IOMHz的情況下，F(xiàn)BG4a、4b和如的設置間隔分別為40m以上 即可。此外，在本實施方式中，雖然將物理計測光的強度作為計算透過光與反射光的等級時 的基準，但并不僅限于此，可以按其他基準來計算透過光的等級與反射光的等級。接下來，說明利用光纖傳感系統(tǒng)1的測定對象物理量的測定方法。首先，當利用PN碼生成器20生成了圖2的(a)部分所示的偽隨機編碼時，根據(jù)該 編碼來驅(qū)動光源驅(qū)動器21，針對從寬頻帶光源22輸出的光進行PN調(diào)制，從寬頻帶光源22 將圖2的(b)部分所示的物理計測光導入光纖23a。導入到光纖23a的物理計測光通過直通干線5，然后被光耦合器3a、!3b分支，分別 入射至FBG4a、4b和如。在FBG4a、4b和如中，反射具有基于測定對象的物理量的波長的 光。
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來自FBG4a、4b*k的光分別以(間隔)與設置間隔對應的時間差入射至計測裝置2。首先，來自設置在最近接計測裝置2的位置的FBG4a的返回光入射至循環(huán)器Ma， 并被輸入至光纖23b。輸出至光纖23b的光入射至循環(huán)器24b，并被輸出至光纖23c。輸出至光纖23c的光入射至波長傾斜濾光器25a，根據(jù)波長而被分離為強度互補 變化的透過光與反射光。透過光在光纖23d中前進而被PD27接收。另一方面，反射光在光纖23c中向循環(huán) 器24b的方向前進，入射至循環(huán)器Mb。入射光被輸出至光纖23e，被模擬光纖沈賦予了計 測裝置2所具有的距離分辨能力以上的光程差之后，被PD27接收。接下來，反射光和透過光被前置放大器觀放大后，被A/1^9變換為電信號，進而被 發(fā)送至相關(guān)器30。在相關(guān)器30中，利用從PN碼生成器20發(fā)送來的偽隨機編碼，對來自A/1^9的電 信號取相關(guān)，分別計算針對物理計測光的反射光和透過光的增益，然后使其向解析設備31 出射。在解析設備31中，求出透過光的峰值時的增益與反射光的峰值時的增益的分貝 (decibel)差。以下，基于該分貝差來計算波長漂移，根據(jù)漂移量來計算測定對象的物理量。此外，對來自FBG4b和如的返回光也采用與上述同樣的處理，分別檢測出測定對 象的物理量。(波長漂移的計算方法)接下來，參照附圖來說明根據(jù)上述分貝差來計算波長的漂移量的方法。圖5是為了說明波長的漂移量的計算方法而簡化了圖3所示的圖之后的圖，橫軸 表示頻率(MHz)，縱軸表示透過率(dB)和反射率(dB)。曲線51表示針對波長的入射至波長傾斜濾光器2 的光的透過率，用于數(shù)式1來表不。數(shù)式1
權(quán)利要求
1.一種光纖傳感系統(tǒng)，其特征在于，包括 光分支單元，與用于輸出物理計測光的光源相連接， 第一光纖，與上述光分支單元相連接，至少一個反射傳感器，與上述第一光纖的末端相連接，使根據(jù)測定對象的物理量變化 來對物理計測光進行調(diào)制得到的反射光譜返回至上述光纖，光分離單元，與上述光分支單元的支線相連接，將來自上述反射傳感器的返回光分離 為強度根據(jù)該反射光譜的變化而互補變化的兩束光，第二光線、第三光纖，分別為來自上述光分離單元的兩束光各自的光路， 模擬光纖，與上述第二光纖相連接，對被上述光分離單元分離的一束光賦予規(guī)定時間 差即規(guī)定光程差，光耦合器，使上述第三光纖的末端與上述模擬光纖的末端相結(jié)合， 受光單元，接收來自上述光耦合器的光，檢測單元，基于上述兩束光的強度比，計算上述測定對象的物理變化量。
2.如權(quán)利要求1所述的光纖傳感系統(tǒng)，其特征在于，上述光分離單元由波長傾斜濾光 器與循環(huán)器構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求1所述的光纖傳感系統(tǒng)，其特征在于，上述光分離單元由波長傾斜濾光 器構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求1 3中任意一項所述的光纖傳感系統(tǒng)，其特征在于，還具有將上述光分 離單元的周邊溫度保持為恒定的溫度保持單元。
5.一種光纖傳感系統(tǒng)，其特征在于，具有 光纖，其與用于輸出物理計測光的光源相連接，反射傳感器單元，其包括光分離單元、模擬光纖，上述光分離單元與從光耦合器分支出 的兩條支線中的一條支線相連接，將物理計測光分離為強度根據(jù)測定對象的物理量變化來 互補變化的兩束光，使這被分離的兩束光中的一束光返回至上述光耦合器，上述光耦合器 連接在上述光纖的末端，上述模擬光纖與上述光分離單元相連接，對被上述光分離單元分 離的兩束光中的另一束光賦予規(guī)定時間差即規(guī)定光程差，而且，上述光耦合器的另一條支 線與上述模擬光纖的另一端相連接，使被分離的另一束光經(jīng)由上述模擬光纖而返回至上述 光華禹合器，光分支單元，其與上述光纖的光源側(cè)端部相連接，受光單元，其與上述光分支單元的端部相連接，接收被分離的兩束光，檢測單元，其基于受光單元接收到的兩束光的強度比，計算上述測定對象的物理變化量。
6.如權(quán)利要求5所述的光纖傳感系統(tǒng)，其特征在于，上述光分離單元由配置為不與上 述平行光平行的反射板和透過板構(gòu)成，根據(jù)測定對象的物理量來使反射板和透過板中的至 少一個板發(fā)生位移，從而使反射光和透過光中的至少一束光的強度發(fā)生變化。
7.如權(quán)利要求1 6中任意一項所述的光纖傳感系統(tǒng)，其特征在于，上述光纖從光干線 經(jīng)由光分支器而分支出光分支路，在該光分支路上設置有上述反射傳感器。
8.如權(quán)利要求1 6中任意一項所述的光纖傳感系統(tǒng)，其特征在于，上述光纖從光干線 經(jīng)由光分光器而分支出多條光分支路，在各光分支路上設置有上述反射傳感器。
9.如權(quán)利要求1 8中任意一項所述的光纖傳感系統(tǒng)，其特征在于，還具有 PN碼生成器，其生成偽隨機信號，調(diào)制單元，其基于由上述PN碼生成器生成的偽隨機信號，對上述物理計測光進行調(diào)制，變換單元，其將由受光單元接收的兩束光變換為電信號，相關(guān)單元，其利用所變換的電信號和來自上述PN碼生成器的偽隨機信號來進行相關(guān) 運算，從而計算兩束光的強度。
10.一種光纖傳感系統(tǒng)，其特征在于，包括 光分支單元，與用于輸出物理計測光的光源相連接， 光纖，與上述光分支單元相連接，至少一個反射傳感器，與上述光纖的末端相連接，使根據(jù)測定對象的物理量變化來對 物理計測光進行調(diào)制得到的反射光譜返回至上述光纖， 光耦合器，與上述光分支單元的支線相連接，巡回光路，包括光分離單元、模擬光纖，上述光分離單元與從上述光耦合器分支出的兩 條支線中的一條支線相連接，將來自上述反射傳感器的返回光分離為兩束光，這兩束光的 透過等級和反射等級根據(jù)該返回光的反射光譜的變化來互補變化，并使這被分離的兩束光 中的一束光返回至上述光耦合器，上述模擬光纖與上述光分離單元相連接，對被上述光分 離單元分離的兩束光中的一束光賦予規(guī)定時間差即規(guī)定光程差，而且，該模擬光纖的另一 端與上述光耦合器的另一條支線相連接，使從上述光耦合器分支的一條支線入射并被上述 光分離單元分離的另一束光，經(jīng)由另一條支線返回至上述光耦合器，受光單元，從上述光耦合器接收被上述光分離單元分離的具有時間差的兩束光和在上 述巡回光路中巡回過的光，檢測單元，基于來自上述受光單元的三束光的強度比，計算上述測定對象的物理變化量。
11.一種光纖傳感系統(tǒng)，其特征在于，包括 光纖，其與用于輸出物理計測光的光源相連接，反射傳感器單元，其包括巡回光路，上述巡回光路包括光分離單元、模擬光纖，上述光 分離單元與從上述光耦合器分支出的兩條支線中的一條支線相連接，將來自上述反射傳感 器的返回光分離為兩束光，這兩束光的透過等級和反射等級根據(jù)該返回光的反射光譜的變 化來互補變化，并使這被分離的兩束光中的一束光返回至上述光耦合器，上述模擬光纖與 上述光分離單元相連接，對被上述光分離單元分離的兩束光中的一束光賦予規(guī)定時間差即 規(guī)定光程差，而且，該模擬光纖的另一端與上述光耦合器的另一條支線相連接，使從上述光 耦合器分支的一條支線入射并被上述光分離單元分離的另一束光，經(jīng)由另一條支線返回至 上述光耦合器，光分支單元，其與上述光纖的光源側(cè)端部相連接，受光單元，其與上述光分支單元相連接，接收被上述光分離單元分離的具有時間差的 兩束光和在上述巡回光路中巡回過的光，檢測單元，其基于上述受光單元接收到的三束光的強度比，計算上述測定對象的物理變化量。
12.如權(quán)利要求11所述的光纖傳感系統(tǒng)，其特征在于，上述光分離單元由配置為不與 上述平行光平行的反射板和透過板構(gòu)成，根據(jù)測定對象的物理量來使反射板和透過板中的 至少一個板發(fā)生位移，從而使反射光和透過光中的至少一束光的強度發(fā)生變化。
13.如權(quán)利要求10 12中任意一項所述的光纖傳感系統(tǒng)，其特征在于，上述光纖從光 干線經(jīng)由光分支器而分支出光分支路，在該光分支路上設置有上述反射傳感器單元。
14.如權(quán)利要求10 12中任意一項所述的光纖傳感系統(tǒng)，其特征在于，就上述光纖而 言，從光干線經(jīng)由光分光器而分支出多條光分支路，在各光分支路上設置有上述反射傳感 器單元。
15.如權(quán)利要求10 14中任意一項所述的光纖傳感系統(tǒng)，其特征在于，還具有 PN碼生成器，其生成偽隨機信號，調(diào)制單元，其基于由上述PN碼生成器生成的偽隨機信號，對上述物理計測光進行調(diào)制，變換單元，其將由上述受光單元接收的三束光變換為電信號，相關(guān)單元，其利用所變換的電信號和來自上述PN碼生成器的偽隨機信號進行相關(guān)運 算，從而計算兩束光的強度。
16.如權(quán)利要求1 15中任意一項所述的光纖傳感系統(tǒng)，其特征在于，利用一個受光單 元來接收所分離的兩束光。
全文摘要
提供一種高精度光纖傳感系統(tǒng)，能夠防止因光源的出射功率、光纖的插入損耗、受光器的靈敏度或放大器等的變動、另外因光纖彎曲導致的光能的損失(彎曲損失)、因光纖之間連接的連接器導致的光能的損耗(連接器損耗)、平臺(platform)所具備的電路系統(tǒng)的增益變動等的影響等的測定對象的物理量以外的干擾的影響，即，防止這些測定對象的物理量以外的干擾影響。在與用于輸出物理計測光的光源相連接的光纖上設置反射傳感器，將來自該反射傳感器的反射光分離為兩束光。并且，基于上述兩束光的強度比來檢測與測定對象的物理量相關(guān)的信息。
文檔編號G01B11/16GK102124306SQ20098013235
公開日2011年7月13日 申請日期2009年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月20日
發(fā)明者中野正行, 井上惠一, 斧田誠一 申請人:斧田誠一, 株式會社渡邊制作所