光纤温度传感器的制作方法

专利名称：光纤温度传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用在光纤内发生的布里渊散射而产生的增 益，进行光纤的温度测定的光纤温度传感器。
背景技术：
通过在光纤内发生的布里渊散射而获得增益的频谱即布里渊增
益频谱(以下称为BGS)的形状，由于光纤的温度及变形而发生变 化。已知利用该BGS的形状变化测定温度及变形的技术。
作为测定BGS的技术，已知例如BOCDA (Brillouin Optical Correlation Domain Analysis)(参照非专利文献1)。在该BOCDA 中，使泵浦光及探测光从光纤的两端相对地入射，同时一边对探测光 及泵浦光各自的中心频率之差(以下称为光频差)进行扫描， 一边对 在相位一致的位置上产生的增益的BGS进行测定。
非专利文献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国際会議(OFS—16) ， 2003 年10月，We2-3， p.290-29
发明内容
本发明者人对上述现有技术进行研究，其结果发现了下述问题。 艮P，在上述非专利文献1所记载的BOCDA中，对探测光及泵浦光如 下述所示进行光频调制。
首先，从波形发生器输出与指示值对应而对频率、振幅进行调 制后的注入电流。在从该波形发生器输出的注入电流输入至DFB-LD 后，从该DFB-LD分别输出光频调制后的探测光及泵浦光。如上述 所示进行光频调制后的探测光及泵浦光的光频差的函数由BGS表示。
但是，从波形发生器输出的与指示值对应的注入电流、以及与
注入电流对应的DFB-LD的光频响应特性，随时间推移而变化。因 此，泵浦光及探测光的光频差的实际值，相对于指示值随时间推移而 变化。如果泵浦光和探测光的光频差的实际值与指示值偏离，则实际 的BGS相对于横轴(光频差的指示值)偏离。由此，在基于BGS的 形状进行的温度测定中产生误差。
本发明就是为了解决上述课题而提出的，其目的在于提供一种 光纤温度传感器，其具有可以使构成部件随时间推移而特性变化导致 的测定误差减少的构造。
本发明所涉及的光纤温度传感器具有光纤、光频差调整部、
光源系统、频谱测定部、温度计算部、以及校正部。光纤包括，设置
在对象物上的第1区域和设定为规定温度的第2区域。光频差调整部
对要输入至光纤内的探测光及泵浦光各自的中心频率之差进行扫描。
光源系统将根据光频差调整部的指示而设定了中心频率的探测光向
光纤的一端输出，另一方面，将根据光频差调整部的指示而设定了中 心频率的泵浦光向光纤的另一端输出。频谱测定部将通过布里渊散射
而获得增益的探测光作为来自光纤的输出光而进行受光，测定与受光 的探测光通过布里渊散射获得的增益的频谱即布里渊增益频谱的形 状相关联的数据，该布里渊散射是伴随着来自光源系统的探测光及泵 浦光的传输而产生的。温度计算部根据由频谱测定部测定出的、与第 1区域的BGS的形状相关联的测定数据，计算出光纤中的第1区域 的温度分布。另外，校正部指示光源系统对向光纤输出的泵浦光及探 测光中的至少某一个的光频进行校正，使得已知的基准数据和与第2 区域的BGS的形状相关联的测定数据一致，该基准数据作为处于规 定温度下的第2区域的BGS的基准值而预先设定，与该BGS的形状 相关联。
在具有上述构造的光纤温度传感器中，从光频差调整部向光源 系统输出用于扫描光频差的指示，根据该指示从光源系统输出设定了 中心频率的探测光及泵浦光。从光源系统输出的探测光及泵浦光相对地入射至光纤内。即，将探测光从光纤的一端向该光纤内输入，另一 方面，将泵浦光从光纤的另一端向该光纤内输入。此时，由频谱测定
部测定与光纤的设定为规定温度的第2区域的BGS (在第2区域中 产生的增益的BGS)的形状相关联的数据。校正部指示光源系统对 泵浦光及探测光中的至少某一个的光频进行校正，使得该测定数据和 预先设定的基准数据一致。频谱测定部在由校正部发出校正指示的同 时，测定与设置在对象物上的第1区域的BGS的形状相关联的数据， 得到的与BGS的形状相关联的数据反映了校正指示。因此，温度计 算部根据该测定数据而计算出的第1区域的温度分布，可以减少温度 测定的误差。
本发明所涉及的光纤温度传感器也可以具有光纤、光源系统、 频谱测定部、校正部、以及温度计算部。在该结构中，光纤包括设置 在对象物上的第1区域和设定为规定温度的第2区域。光源系统将探 测光向光纤的一端输出，另一方面，将泵浦光向光纤的另一端输出。 频谱测定部将通过布里渊散射而获得增益的探测光作为来自光纤的 输出光而进行受光，测定与受光的探测光通过布里渊散射获得的增益 的频谱即BGS的形状相关联的数据，该布里渊散射是伴随着来自光 源系统的探测光及泵浦光的传输而产生的。校正部根据已知的基准数 据和与所述第2区域的BGS的形状相关联的测定数据之差，将作为 与基准数据和测定数据之差对应的温度校正成分的换算值而预先设 定的值中的最优值，作为校正值输出，该基准数据作为处于规定温度 下的所述第2区域的BGS的基准值而预先设定，与该BGS的形状相 关联。温度计算部根据由频谱测定部测定出的、与第1区域的BGS 的形状相关联的测定数据，以及从校正部输出的校正值，计算出光纤 中的第1区域的校正后的温度分布。
在具有上述构造的光纤温度传感器中，探测光及泵浦光从光源 系统相对地入射至光纤内。由频谱测定部测定与光纤的设定为规定温 度的第2区域的BGS (在第2区域中产生的增益的BGS)的形状相 关联的数据，校正部输出与该测定数据和基准数据之差对应的温度校 正量的换算值。频谱测定部与校正部的换算值确定过程并行，测定与
8设置在对象物上的第1区域的BGS的形状相关联的数据，温度计算
部根据该测定数据和从校正部输出的换算值，计算第1区域的温度分 布，从而可以减少温度测定的误差。
另外，本发明所涉及的光纤温度传感器还可以具有光纤、光 频差调整部、光源系统、频谱测定部、温度计算部、存储部、以及校 正部。在该结构中，光纤包括设置在对象物上的第1区域、和应由规 定的温度测量单元测量温度的第2区域。光频差调整部对要输入光纤 内的探测光及泵浦光各自的中心频率之差进行扫描。光源系统将根据 光频差调整部的指示而设定了中心频率的探测光向光纤的一端输出， 另一方面，将根据光频差调整部的指示而设定了中心频率的泵浦光向 所述光纤的另一端输出。频谱测定部将通过布里渊散射而获得增益的 探测光作为来自光纤的输出光进行受光，测定与受光的探测光通过布
里渊散射获得的增益的频谱即BGS的形状相关联的数据，该布里渊
散射是伴随着来自光源系统的探测光及泵浦光的传输而产生的。温度
计算部根据由频谱测定部测定出的、与第1区域的BGS的形状相关 联的测定数据，计算出光纤中的第1区域的温度分布。存储部存储已 知的基准数据，该基准数据作为与各种温度相对应的第2区域的BGS 的基准值而预先设定，与该BGS的形状相关联。另外，校正部指示 光源系统对向光纤输出的泵浦光及探测光中的至少某一个的光频进 行校正，使得与第2区域的BGS的形状相关联的测定数据、和存储 在存储部的基准数据中与由温度测量单元测量出的第2区域的温度 对应的基准数据一致。
在具有上述构造的光纤温度传感器中，从光频差调整部向光源
系统输出用于扫描光频差的指示。光源系统将根据该指示而设定了中 心频率的探测光及泵浦光相对地入射至光纤内。频谱测定部测定与可
以进行温度测量的第2区域的BGS(第2区域中产生的增益的BGS) 的形状相关联的数据，校正部指示光源系统对泵浦光及探测光中的至 少某一个的光频进行校正，使得该测定数据和与各种温度对应地存储 的、与第2区域的BGS相关联的基准数据一致。此时，频谱测定部 还测定与设置在对象物上的第1区域的BGS的形状相关联的数据，得到的与BGS的形状相关联的数据反映了校正指示。因此，温度计 算部根据该测定数据而计算出的第1区域的温度分布，可以减少温度 测定的误差。
并且，本发明所涉及的光纤温度传感器还可以具有光纤、光 源系统、频谱测定部、存储部、校正部、以及温度计算部。在该结构 中，光纤包括设置在对象物上的第1区域、和应由规定的温度测量单 元测量温度的第2区域。光源系统将探测光向光纤的一端输出，另一 方面，将泵浦光向光纤的另一端输出。频谱测定部将通过布里渊散射 而获得增益的探测光作为来自光纤的输出光而进行受光，测定与受光
的探测光通过布里渊散射获得的增益的频谱即BGS的形状相关联的
数据，该布里渊散射是伴随着来自光源系统的探测光及泵浦光的传输 而产生的。存储部存储已知的基准数据，该基准数据作为与各种温度
相对应的第2区域的BGS的基准值而预先设定，与该BGS的形状相 关联。校正部根据存储在存储部中的基准数据中的与由规定的温度测 量单元测量出的第2区域的温度对应的基准数据、和与第2区域的 BGS的形状相关联的测定数据之差，将作为与基准数据和测定数据 之差对应的温度校正成分的换算值而预先设定的值中的最优值，作为 校正值输出。另外，温度计算部根据由频谱测定部测定出的、与第1 区域的BGS的形状相关的测定数据，以及从校正部输出的校正值，
计算出光纤中的第1区域的校正后的温度分布。
在具有上述构造的光纤温度传感器中，探测光及泵浦光从光源
系统相对地入射至光纤内。频谱测定部测定与可以进行温度测量的第 2区域的BGS (在第2区域中产生的增益的BGS)的形状相关联的 数据，校正部输出对该测定数据、和与第2区域的温度对应的基准数 据(预选存储在存储部中的基准数据)之差进行对应的温度校正量的 换算值。温度计算部根据与设置在对象物上的第1区域的BGS的形 状相关联的测定数据(由频谱测定部测定出的数据)、和从校正部输 出的换算值，计算出光纤中的第1区域的校正后的温度分布，根据该 结构，可以减少温度测定的误差。
此外，本发明所涉及的各实施例，可以通过下述的详细说明及附图进一步地充分理解。这些实施例是仅为了例示而示出的，不能认 为本发明限定于此。
另外，本发明的更多应用范围根据下面的详细说明可以明确。 虽然详细说明及特定的事例示出了本发明的优选实施例，但仅是为了 例示而示出的，本发明的范围中的各种变形及改进，本领域技术人员 能够根据该详细说明轻易地得到。
发明的效果
根据本发明所涉及的光纤温度传感器，可以减少在温度测定时 产生的光源系统中的特性变化等构成部件的随时间推移而特性变化 导致的测定误差。


图1是表示本发明所涉及的光纤温度传感器的第1实施例的结 构的图。
图2是表示BGS的曲线图。
图3是表示本发明所涉及的光纤温度传感器的第2实施例的结 构的图。
图4是表示本发明所涉及的光纤温度传感器的第3实施例的结 构的图。
图5是表示第3实施例所涉及的光纤温度传感器的变形例的结 构的图。
图6是表示本发明所涉及的光纤温度传感器的第4实施例的结 构的图。
标号的说明
1 4…光纤温度传感器，11…第1光纤，12…第2光纤， 13…光频差指示部，14…光源系统，15…频谱测定部，16、 26、 46…温度计算部，17、 27、 37、 47…校正部，18…连接 区域，21…光频差调整部，39…温度计，DB…存储部
具体实施例方式
下面，参照图1 图6详细说明本发明所涉及的光纤温度传感器 的各个实施例。此外，在

中，对于相同部位、相同要素标注 相同标号，省略重复说明。
(第1实施例)
图1是表示本发明所涉及的光纤温度传感器的第1实施例的结 构的图。本第1实施例所涉及的光纤温度传感器是对测定对象物M 的温度进行测定的装置，其具有第l光纤ll、第2光纤12、光频 差指示部13、光源系统14、频谱测定部15、温度计算部16、校正部 17、以及光频差调整部21。此外，光源系统14可以如上述非专利文 献l所公开的那样，由一个光源生成探测光及泵浦光，但在下述各个 实施例中，作为光源系统14的结构，示出包括输出探测光的光源14a 和输出泵浦光的光源14b的结构。
第1光纤11和第2光纤12具有彼此不同的零色散波长。在本 第1实施例中，第1光纤11的零色散波长为1310nm，第2光纤12 的零色散波长为1550nm。第1光纤11的一端与第2光纤12的一端 相互熔接，使第1光纤11和第2光纤12作为连续的光纤起作用。第 1光纤11的另一端与光源14a光学连接，第2光纤12的另一端经由 连接用光纤12a与光源14b光学连接。此外，光源系统14也可以如 上述非专利文献1所示具有下述构造，S卩从单个光源向第1光纤 ll的另一端供给探测光，另一方面，经由连接用光纤12a，从该单个 光源向第2光纤12的另一端供给泵浦光。
第1光纤11的一部分(第1区域)贴附在测定对象物M上， 使第1光纤11和测定对象物M彼此成为相同温度。此外，第1光纤 11也可以插入测定对象物M中，还可以埋设在测定对象物M中。
包括第1与第2光纤11、 12的连接区域在内的连接区域的部分 (以下称为连接区域18)配置在箱体19内。箱体19内设定为规定 的温度，与外部隔热。由此，将连接区域(第2区域)18设定为规
12定温度。在本第l实施例中，将连接区域18设定为20°C。
光频差指示部13输出用于指示光频差的指示值，以用于对探测 光及泵浦光各自的中心频率之差(光频差)进行扫描。在本实施例中， 光频差指示部13向光频差调整部21输出指示光频差的指示值，以使 得在10.00 11.00GHz之间对光频差进行扫描。光频差调整部21根 据指示值而分别调整从光源系统14输出的探测光和泵浦光的光频。 另外，光源系统14输出根据从光频差指示部13输出的指示值而设定 了各自中心频率的探测光及泵浦光。
此外，在光源系统14中，在从单个光源生成探测光及泵浦光的 情况下，光源系统14如下所述进行动作。g卩，首先根据由指示值所 表示的光频差，波形发生器交互输出(以规定周期输出)用于对探测 光进行光频调制而以规定频率规定振幅进行调制的注入电流、和用于 对泵浦光进行光频调制而以规定频率规定振幅进行调制的注入电流。 将输出的注入电流输入DFB-LD (输出探测光及泵浦光的单个光源) 中。DFB-LD根据输入的注入电流，交互输出(以规定周期输出)分 别进行了光频调制的探测光及泵浦光。
从光源系统14输出的探测光，从第1光纤11的一端输入至该 第l光纤ll内，沿图1示出的箭头Y1方向在第l光纤ll中传输。 另一方面，从光源系统14输出的泵浦光，从第2光纤12的一端输入 至该第2光纤12内，沿图1示出的箭头Y2方向在第2光纤12中传 输。
在泵浦光在光纤中传输时，由泵浦光在光纤中产生声波，通过 泵浦光和声波之间的相互作用，在与泵浦光的前进方向相反的方向上 产生降频后的散射光。该散射光是布里渊散射光。BGS是通过布里 渊散射而探测光获得的增益的频谱。
光纤内的探测光主要在表现出探测光和泵浦光之间的相干峰的 位置处获得增益。通过使探测光和泵浦光之间的相位变化，从而表现 出相干峰的位置进行移动，可以测定光纤沿长度方向的各个位置处产 生的增益的BGS。在本第l实施例中，光源系统14分别设定探测光 及泵浦光的相位，以使得在第1及第2光纤11、 12各自中的期望位置处产生增益。
图2是表示BGS的曲线图。如图2所示，BGS以算式(1)的 洛伦兹型函数进行表示，其中v表示探测光和泵浦光之间的光频差。 [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
线宽(半高宽)。最大增益go、中心頻率Vb、以及线宽AVB是表征
BGS的形状的参数。上述参数依赖于光纤的温度而进行变化。
频谱测定部15对从第1及第2光纤11、 12输出的探测光进行 受光，测定与BGS的形状相关联的数据。即，利用设置在第2光纤 12的中途的环行器20，将在第2光纤中以与泵浦光相对的方式进行 传输的探测光向频谱测定部15引导(使探测光由频谱测定部15进行 受光)。
频谱测定部15将探测光的光强与从光频差指示部13输出的指 示值进行关联，测定与BGS的形状相关联的数据。频谱测定部15在 对通过位于连接区域18的第1光纤11的一部分中产生的布里渊^射 而获得增益的探测光进行受光的情况下，向校正部17输出第1测定 值，该第1测定值表示测定出的与BGS的形状相关联的数据。所谓 与BGS的形状相关联的数据，是指表征BGS的形状的参数、其它表 示波峰形状的数值(例如，从中心频率开始增益减少的部分的斜率 值)、及两个波峰的中心频率差等与频谱的特殊形状关联的数据。在 本实施例中，使用中心频率作为与BGS的形状相关联的数据。
在第1实施例中，零色散波长各不相同的第1及第2光纤11、 12的连接区域18设定为规定温度。从零色散波长各不相同的光纤输 出的布里渊散射光的BGS，即使在温度相同的情况下形状也不同。 因此，如果使探测光及泵浦光各自的相位变化，则在增益的产生位置 从一侧光纤移动至另一侧光纤中时，所测定的BGS的形状变化。
根据该变化，可以容易地检测出在连接区域18中产生的增益。 即，频谱测定部15可以高精度地将反映了设定为2(TC的连接区域18
1418中的第1光纤11的一部分)中产生的增益的BGS、 和反映了其它区域中产生的增益的BGS区分开来。
而且，频谱测定部15在对第1光纤11中通过沿测定对象物M 的测定对象部分的各个位置处产生的布里渊散射而获得增益的探测 光进行受光的情况下，向温度计算部16输出第2测定值，其示出测 定出的BGS的中心频率。
温度计算部16根据从频谱测定部15输出的第2测定值，求出 测定对象物M的温度。温度计算部16预先存储下述数据库，该数据 库将反映了第1光纤11中产生的增益的BGS的中心频率(与BGS 的形状相关联的数据)、与在产生该增益时的第1光纤11的温度相 关联。
温度计算部16根据所存储的数据库和从频谱测定部15输出的 第2测定值，求出测定对象物M的温度。另外，温度计算部16也可 以通过输入第2测定值，针对各第2测定值求出测定对象物M的温 度，从而求出测定对象物M的温度分布，该第2测定值表示对与测 定对象物M接触的第1光纤11的各位置处产生的增益进行反映的 BGS的中心频率。
校正部17将与规定温度下的连接区域18的BGS的形状相关联 的数据(已知数据)设定为基准值，对光源系统14指示进行泵浦光 或探测光的光频的校正，以使得与连接区域18的BGS的形状相关联 的测定数据即第1测定值与基准值一致。基准值是示出与基准BGS 的形状相关联的数据的值，该基准BGS反映了位于连接区域18的第 1光纤11的一部分中产生的增益。与基准BGS的形状相关联的数据， 在温度计算部16存储的数据库中，是与第1光纤11的对应于温度 2(TC的BGS的形状相关联的数据值。
艮口，所谓基准BGS是在温度计算部16存储的中心频率所表示 的频谱中，在由光频差指示部13输出的光频差的指示值、和实际从 光源系统14输出的探测光及泵浦光的实际频率差相等时所取得的频 谱。在本实施例中，在设定为2(TC的第1光纤11中产生的BGS的 中心频率为10.80GHz，该中心频率作为基准值存储在校正部17内。
15下面，说明光纤温度传感器1的动作。首先，从光频差指示部
13向光源14输出用于在10.00 11.00GHz的范围内对探测光和泵浦 光的光频差进行扫描的指示值。光源系统14一边在10.00 11.00GHz 的范围内对光频差进行扫描， 一边由光频差调整部21输出设定了各 自的中心频率的探测光及泵浦光，以使得在连接区域18的第1光纤 11中产生布里渊散射光。
从光源系统14输出的探测光及泵浦光，分别相对地入射至第1 及第2光纤11、 12内。与输入的探测光及泵浦光的传输对应，在连 接区域18的第1光纤11中产生布里渊散射，通过该布里渊散射而获 得增益的探测光，由频谱测定部15进行受光。由此，由频谱测定部 15测定出与BGS的形状相关联的数据。
测定出的BGS的中心频率(与连接区域18中的BGS相关的第 1测定值)向校正部17输出。在第1测定值与基准值不同的情况下， 校正部17校正从光频差指示部13输出的指示值，以使得第1测定值 与基准值彼此一致。并且，将进行了校正的指示值输入光源系统14 中。光源系统14 一边实际在10.00 11.00GHz的范围内对光频差进 行扫描， 一边输出设定了各自的中心频率的探测光及泵浦光，以使得 在第1光纤11与测定对象物M接触的部分中产生增益。
从光源系统14输出的探测光及泵浦光，分别输入至第1及第2 光纤ll、 12中。输入的探测光及泵浦光通过传输，在与测定对象物 M接触的第1光纤11的区域中产生布里渊散射，通过该布里渊散射 而获得增益的探测光，由频谱测定部15进行受光。由此，由频谱测 定部15测定出与BGS的形状相关联的数据。
测定出的BGS的中心频率(与第1光纤11的测定对象区域中 的BGS相关的第2测定值)向温度计算部16输出。温度计算部16 根据第2测定值和数据库，计算出测定对象物M的温度。通过利用 在第1光纤11与测定对象物M接触的区域中各个位置处产生的增 益，即取得第2测定值，可以测定出测定对象物M的温度分布。温 度分布是指在长度方向上大于或等于2点的温度测定数据的分布。
例如，在与第1光纤11对应的第1测定值为10.81GHz、基准值为10.80的情况下，如果将第1测定值与基准值之间的偏差换算为
温度，则为l(TC左右。上述第1测定值与基准值之间的偏差，是由
于对应于指示值而从波形发生器输出的注入电流、以及对应于注入电
流的DFB-LD的光频响应特性随时间推移而变化导致的。
由于上述设备的随时间性推移的特性变化，泵浦光及探测光的 光频差的实际值相对于指示值发生变化。如果泵浦光和探测光的光频 差的实际值与指示值偏离，则BGS相对于横轴(光频差的指示值) 发生偏离。由此，利用与BGS的形状相关联的数据进行的温度测定 中产生误差。
因此，在第l实施例中，在通过频谱测定部15得到的第1测定 值与存储在校正部17中的基准值互不相同的情况下，通过校正部17 对光频差的指示值进行校正，以使得两者一致。因此，在实际值相对 于光频差的指示值发生变化的情况下，会对实际值的偏差进行校正。 更具体地说，在第1测定值从10.80GHz变化为10.81GHz的情况下， 通过由校正部17对指示值进行校正，而使第1测定值复原为 10.80GHz。
在进行了上述校正的状态下，由频谱测定部15测定出与沿测定 对象物M的第1光纤的测定对象区域的BGS的形状相关联的数据。 因此，温度计算部16根据测定出的BGS而求出的测定对象物的温度 是反映了校正的数据，可以有效地减少温度测定的误差。
此外，在上述第1实施例中，优选将光频差指示部B、光源14、 频谱测定部15、温度计算部16、校正部17、包括连接区域18在内 的箱体19、以及光频差调整部21收容在壳体内。另外，优选该连接 区域18以不产生变形的方式配置在壳体内，以使得连接区域18中产 生的增益不受变形的影响。
另外，在上述第l实施例中，光频差指示部13指示光频差，但 也可以是对泵浦光及探测光的其中一个的光频进行调整(另一个固 定)。由于这种情况与指示光频差的情况等价，因此不需要进行光频 差的指示。也可以不根据来自光频差指示部13的指示，而是根据来 自校正部17的指示而直接调整光源的光频。(第2实施例)
在上述第1实施例中，校正部17对探测光和泵浦光的光频差的 指示值发出校正指示，以使第l测定值和基准值一致。与此相对，在 第2实施例中，根据第1测定值和基准值之差，对求出的温度进行校
正。图3是表示本发明所涉及的光纤温度传感器的第2实施例的结构的图。
第2实施例所涉及的光纤温度传感器2，取代第1实施例所涉及 的光纤温度传感器1中的温度计算部16及校正部17，而具有温度计 算部26及校正部27。另外，第2实施例所涉及的光纤温度传感器2 不具有第1实施例所涉及的光纤温度传感器1中的光频差指示部13 及光频差调整部21。此外，对于光纤温度传感器2的其它结构，与 光纤温度传感器1的结构相同。
在校正部27中，将与规定温度下的连接区域18的BGS的形状 相关联的数据(已知数据)设定为基准数据。此外，在校正部27中， 将与连接区域18的BGS的形状相关联的测定数据和基准数据之差对 应的温度校正量设定为换算值。校正部27根据实际计算出的与连接 区域18的BGS的形状相关联的测定数据、和基准数据之间的差，输 出换算值。换算值可以通过表格进行设定，也可以通过换算式进行设 定。
然后，温度计算部26根据与反映了在第1光纤11的测定对象 区域中产生的增益的BGS的形状相关联的数据(由频谱测定部15测 定出的数据)，求出第1光纤11的测定对象区域的温度分布，利用 由校正部27计算出的换算值进行校正，该第1光纤11以与测定对象 物M接触的状态配置。
在上述第2实施例中，从光源系统14输出探测光及泵浦光，相 对地入射至光纤内。由频谱测定部15测定出与反映了在光纤的一部 分(位于设定为规定温度的连接区域18的部分)中产生的增益的BGS 的形状相关联的数据。由校正部27输出与该测定数据和基准数据之 差对应的温度校正量的换算值。另一方面，与反映了在第1光纤11的测定对象区域(设置在测定对象物M上的部分)中产生的增益的
BGS的形状相关联的数据，也由频谱测定部15进行测定，温度计算 部26根据该测定数据求出的温度分布(第1光纤11的测定对象区域 的温度分布)，使用从校正部27输出的换算值进行校正。因此，本 第2实施例所涉及的光纤温度传感器2也可以减少温度测定的误差。 此外，由于通过软件进行该校正动作，因此可以进行简单且可靠的校 正。
更具体地说，在20度下的连接区域18的基准数据为10.80GHz， 实测数据为10.81GHz的情况下，在实测数据和基准数据之间存在
0. 01GHz的频率偏差。由于认为其是由光源导致的偏离，因此认为在 第1光纤11的测定对象区域中也同样产生了 O.OlGHz的偏差。由于 第1光纤11的测定对象物区域的频率变动量和温度之间的关系是已 知的，因此通过对计算温度校正相当于O.OlGHz的频率的量，可以 减少温度测定的误差。
(第3实施例)
在上述第l及第2实施例中，设定连接区域18为规定的恒定温 度。与此相对，在第3实施例中，预先存储了表示BGS的中心频率 的基准数据(与BGS的形状相关联的数据)，该BGS反映了在各种 温度下连接区域18中产生的增益。对于与该连接区域18中的BGS 的形状相关联的测定数据(第l测定值)，通过在BGS测定时对该 连接区域18的温度进行测定，而对光频差的指示值进行校正，以使 得与该测定出的温度对应的基准数据和第1测定值一致。图4是表示 本发明所涉及的光纤温度传感器的第3实施例的结构的图。
第3实施例所涉及的光纤温度传感器3，取代光纤温度传感器1 中的箱体19而具有温度计(温度测量单元)39，同时取代校正部17 而具有校正部37及存储部DB。此外，温度计39只要是热电偶、基 于半导体的电阻值而测量温度的装置等可以进行温度测量的仪器即 可。另外，对于该光纤温度传感器3的其它结构，与光纤温度传感器
1、 2的结构相同。温度计39测定连接区域18的温度，将该测定结果向存储部DB 输出。存储部DB事先存储与各种温度下的连接区域18的BGS的形 状相关联的数据，作为已知的基准值。
校正部37指示校正泵浦光或探测光的光频，以使得与连接区域 18的BGS的形状相关联的测定数据和由温度计39实际测定出的温 度下的基准数据一致。
在上述第3实施例中，存储部DB中存储与各种温度下的连接 区域18的BGS的形状相关联的基准数据，由温度计39测定连接区 域18的温度。因此，可以得到与在通过频谱测定部15得到第1测定 值时的连接区域18的温度对应的基准数据。然后，在第l测定值与 基准数据不同的情况下，校正部37对指示值进行校正以使两者一致。 因此，在实际值相对于光频差的指示值发生变化的情况下，会对实际 值的偏差进行校正。在如上述所示对光频差的指示值进行了校正的状 态下，频谱测定部15测定与BGS的形状相关联的数据，该BGS反 映了在第1光纤11的测定对象区域中产生的增益。因为温度计算部 16根据测定出的BGS的中心频率求出测定对象物的温度，所以可以 减少BGS的测定误差。其结果，在本第3实施例中也可以有效地减 少根据BGS进行温度测定的误差。
在本第3实施例中，利用温度计39测定连接区域18的温度， 但由温度计测量温度的部分也可以是设置在测定对象物M上的第1 光纤ll的一部分。例如图5所示，也可以由温度计39a测定与测定 对象物M接触的第1光纤11的部分18a。在此情况下，存储部DB 事先存储与反映了各种温度下在部分18a中产生的增益的BGS的形 状相关联的数据，作为基准数据(已知数据)。此外，图5是表示第 3实施例所涉及的光纤温度传感器的变形例的结构的图。
(第4实施例)
在上述第3实施例中，校正部37对探测光和泵浦光的光频差的 指示值进行校正，以使得第1测定值(与连接区域18中的BGS的形 状相关联的测定数据)与基准数据一致。与此相对，在第4实施例中，根据第l测定值与基准数据之差，对求出的温度进行校正。图6是表 示本发明所涉及的光纤温度传感器的第4实施例的结构的图。
第4实施例所涉及的光纤温度传感器4，取代第3实施例所涉及 的光纤温度传感器3中的温度计算部16及校正部37，而具有温度计 算部26及校正部47。另外，第4实施例所涉及的光纤温度传感器4 不具有第3实施例所涉及的光纤温度传感器3中的光频差指示部13 及光频差调整部21。光纤温度传感器4的其它结构，与光纤温度传 感器3的结构相同。
校正部47将与连接区域18的BGS的形状相关联的测定数据和 上述基准数据之差对应的温度校正量设定为换算值。因此，校正部 47根据实际计算出的与连接区域18中产生的BGS的形状相关联的 测定数据、和基准数据之间的差，输出换算值。
然后，温度计算部26根据与反映了第1光纤11中产生的增益 的BGS的形状相关联的数据(由频谱测定部15测定出的与BGS的 形状相关联的数据)，求出在与测定对象物M接触的状态下配置的 第1光纤11的测定对象区域的温度分布，并且，用校正部47计算出 的换算值校正该温度分布。
在上述第4实施例中，从光源14输出探测光及泵浦光，相对地 入射至光纤内。频谱测定部15测定与BGS的形状相关联的数据，该 BGS反映了在可以进行温度测量的连接区域18中产生的增益。并且， 由校正部47输出与该频谱测定部15的测定数据、和所存储的基准数 据中与连接区域18的温度对应的基准数据之间的差对应的温度校正 量的换算值。另一方面，与反映了在第1光纤11的测定对象区域中 产生的增益的BGS的形状相关联的数据，也由频谱测定部15进行测 定。根据该测定数据，温度计算部26求出第1光纤11的测定对象区 域的温度分布，并且，利用由校正部47输出的换算值校正该温度分 布。因此，根据本第4实施例，也可以有效地减少温度测定的误差。 此外，由于本实施例中的温度校正也可以通过软件实现，因此可以进 行简单且可靠的校正。
在上述第1 第4实施例中，为了得到校正信息而预先设置了连
21接区域18，但只要能够确定反映了在被设定为规定温度的区域(或
部分)、或可以进行温度测定的区域(或部分)中产生的增益的BGS， 也可以没有连接区域18。 S卩，也可以取代第1及第2光纤而只使用 一个光纤。
此外，也可以在光纤中设置多个连接区域18。各个连接区域18 的设定温度也可以互不相同。
另外，在上述第1 第4实施例中使用了两个光源，但也可以使 用一个光源，在这种情况下，在时间轴上设定产生泵浦光的期间和产 生探测光的期间，针对各个期间调整光频。
在上述第1 第4实施例中，连接区域18作为在测定温度分布 时把握位置关系的基准点起作用。在上述各实施例中，将与反映了在 被设定为规定温度的连接区域18附近产生的增益的BGS的形状相关 联的数据作为基准数据，但也可以如图5示出的第3实施例的变形例 所示，将与反映了在远离连接区域18的部分中产生的增益的BGS的 形状相关联的数据设定为基准数据。另外，也可以将与反映了在第2 光纤12中产生的增益的BGS的形状相关联的数据设定为基准数据。
根据上述本发明的说明可知，能够对本发明进行各种变形。不 能认为这些变形脱离本发明的精神及范围，所有对于本领域的技术人 员而言是显而易见的改进，都包括在权利要求书中。
工业实用性
本发明所涉及的光纤温度传感器，可以应用于温度测定/检测 系统，该温度测定/检验系统利用了由设置于规定环境下的光纤内产 生的布里渊散射获得的增益变动。
权利要求
1. 一种光纤温度传感器，其具有光纤，其包括设置在对象物上的第1区域和设定为规定温度的第2区域；光频差调整部，其对要输入至所述光纤的探测光及泵浦光的各自的中心频率之差进行扫描；光源系统，其将根据所述光频差调整部的指示而设定了中心频率的所述探测光向所述光纤的一端输出，另一方面，将根据所述光频差调整部的指示而设定了中心频率的所述泵浦光向所述光纤的另一端输出；频谱测定部，其将通过布里渊散射而获得增益的探测光作为来自所述光纤的输出光而进行受光，测定与受光的探测光通过布里渊散射获得的增益的频谱即布里渊增益频谱的形状相关联的数据，该布里渊散射是伴随着来自所述光源系统的探测光及泵浦光的传输而产生的；温度计算部，其根据由所述频谱测定部测定出的、与所述第1区域的布里渊增益频谱的形状相关联的测定数据，计算出所述光纤中的第1区域的温度分布；以及校正部，其指示所述光源系统对向所述光纤输出的泵浦光及探测光中的至少某一个的光频进行校正，使得已知的基准数据和与所述第2区域的布里渊增益频谱的形状相关联的测定数据一致，该基准数据作为处于所述规定温度下的所述第2区域的布里渊增益频谱的基准值而预先设定，与该布里渊增益频谱的形状相关联。
2. —种光纤温度传感器，其具有光纤，其包括设置在对象物上的第1区域和设定为规定温度的第2区域；光源系统，其将探测光向所述光纤的一端输出，另一方面，将泵浦光向所述光纤的另一端输出；频谱测定部，其将通过布里渊散射而获得增益的探测光作为来自所述光纤的输出光而进行受光，测定与受光的探测光通过布里渊散射获得的增益的频谱即布里渊增益频谱的形状相关联的数据，该布里渊散射是伴随着来自所述光源系统的探测光及泵浦光的传输而产生的；校正部，其根据已知的基准数据和与所述第2区域的布里渊增益频谱的形状相关联的测定数据之差，将作为与基准数据和测定数据之差对应的温度校正成分的换算值而预先设定的值中的最优值，作为校正值输出，该基准数据作为处于所述规定温度下的所述第2区域的布里渊增益频谱的基准值而预先设定，与该布里渊增益频谱的形状相关联；以及温度计算部，其根据由所述频谱测定部测定出的、与所述第1区域的布里渊增益频谱的形状相关联的测定数据，以及从所述校正部输出的校正值，计算出所述光纤中的第1区域的校正后的温度分布。
3. —种光纤温度传感器，其具有光纤，其包括设置在对象物上的第1区域、和应由规定的温度测量单元测量温度的第2区域；光频差调整部，其对要输入所述光纤中的探测光及泵浦光的各自的中心频率之差进行扫描；光源系统，其将根据所述光频差调整部的指示而设定了中心频率的所述探测光向所述光纤的一端输出，另一方面，将根据所述光频差调整部的指示而设定了中心频率的所述泵浦光向所述光纤的另一端输出；频谱测定部，其将通过布里渊散射而获得增益的探测光作为来自所述光纤的输出光而进行受光，测定与受光的探测光通过布里渊散射获得的增益的频谱即布里渊增益频谱的形状相关联的数据，该布里渊散射是伴随着来自所述光源系统的探测光及泵浦光的传输而产生的；温度计算部，其根据由所述频谱测定部测定出的、与所述第1区域的布里渊增益频谱的形状相关联的测定数据，计算出所述光纤中的第1区域的温度分布；存储部，其存储已知的基准数据，该基准数据作为与各种温度相对应的所述第2区域的布里渊增益频谱的基准值而预先设定，与该布里渊增益频谱的形状相关联；以及校正部，其指示所述光源系统对向所述光纤输出的泵浦光及探测光中的至少某一个的光频进行校正，使得与所述第2区域的布里渊增益频谱的形状相关联的测定数据、和存储在所述存储部的基准数据中的与由所述温度测量单元测量出的所述第2区域的温度对应的基准数据一致。
4. 一种光纤温度传感器，其具有光纤，其包括设置在对象物上的第1区域、和应由规定的温度测量单元测量温度的第2区域；光源系统，其将探测光向所述光纤的一端输出，另一方面，将泵浦光向所述光纤的另一端输出；频谱测定部，其将通过布里渊散射而获得增益的探测光作为来自所述光纤的输出光而进行受光，测定与受光的探测光通过布里渊散射获得的增益的频谱即布里渊增益频谱的形状相关联的数据，该布里渊散射是伴随着来自所述光源系统的探测光及泵浦光的传输而产生的；存储部，其存储已知的基准数据，该基准数据作为与各种温度相对应的所述第2区域的布里渊增益频谱的基准值而预先设定，与该布里渊增益频谱的形状相关联；校正部，其根据存储在所述存储部中的基准数据中的与由所述规定的温度测量单元测量出的第2区域的温度对应的基准数据、和与所述第2区域的布里渊增益频谱的形状相关联的测定数据之差，将作为与基准数据和测定数据之差对应的温度校正成分的换算值而预先设定的值中的最优值，作为校正值输出；以及温度计算部，其根据由所述频谱测定部测定出的、与所述第1区域的布里渊增益频谱的形状相关联的测定数据，以及从所述校正部输出的校正值，计算出所述光纤中的第1区域的校正后的温度分布。
全文摘要
本发明涉及一种可以减少温度测定的误差的光纤温度传感器。该传感器具有光纤、光频差调整部、光源系统、频谱测定部、温度计算部、以及校正部。光源系统根据来自光频差指示部的指示，向光纤的各不相同的端部输出设定了中心频率的探测光及泵浦光。温度计算部根据由频谱测定部测定出的第1区域的BGS，求出对象物的温度。另一方面，校正部向光源系统输出校正指示，以使得第2区域的BGS的中心频率与基准值一致。
文档编号G01K11/12GK101506635SQ20078003157
公开日2009年8月12日 申请日期2007年8月21日 优先权日2006年8月24日
发明者屉冈英资, 山本义典 申请人:住友电气工业株式会社