光纤传感器装置和光纤传感器系统的制作方法

本发明涉及光纤传感器装置和光纤传感器系统。

背景技术：

近年来，已开发出与使用光纤的传感有关的技术。用于该传感的光纤传感器与现有的电气式传感器不同，其特征在于传感器部无需电源。因此，光纤传感器适于设置到例如密闭的装置内等难以供给电源的部位。

另外，光纤传感的类别中的、能够在长度方向上计测光纤并以光纤本身为传感器介质的类别被称作分布型光纤传感。例如，在专利文献1中公开有与分布型光纤传感有关的技术。

非专利文献1：k.koizumi,etal,“high-speeddistributedstrainmeasurementusingbrillouinopticaltime-domainreflectometrybased-onself-delayedheterodynedetection”,ecoc2015,p.1.07,sep.2015

在分布型光纤传感中配置有多个测定部位的情况下，距光源的距离按照每个测定部位而不同，因此，光的传输损耗也按照每个该距离而不同。到测定部位为止的传输损耗的不同使光纤传感器装置接收的散射光的强度产生不同。其结果是，假设多个测定部位的接收灵敏度不统一，多个测定部位的测定结果的比较变得困难。

因此，为了进行多个测定部位的测定结果的比较，要求使多个测定部位的接收灵敏度大致相同。

技术实现要素：

因此，本发明正是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，提供一种新改良的光纤传感器装置和光纤传感器系统，能够通过使多个测定部位的接收灵敏度大致相同，容易地比较多个测定部位的测定结果。

为了解决上述课题，根据本发明的某个观点，提供一种光纤传感器装置，该光纤传感器装置具有控制部，该控制部根据接收到的散射光的强度，计算设置在多个测定部位处的光纤中的物理量，计算所述光纤的所述计算出的物理量的平均，所述控制部根据所述计算出的物理量和所述光纤的长度计算所述物理量的平均，设置在所述测定部位处的所述光纤随着光源与各个所述测定部位之间的距离变长而变长。

此外，也可以是，所述控制部对设置在所述测定部位处的所述光纤的长度的差异进行补偿，计算补偿后的所述长度内的所述物理量的平均。

此外，也可以是，所述控制部计算设置在所述多个测定部位处的所述光纤中的所述物理量，作为大致相同的长度内的所述物理量。

此外，也可以是，以将所述多个测定部位连成一串的方式设置所述光纤，所述控制部计算以所述连成一串的方式设置的光纤中的所述物理量，计算以所述连成一串的方式设置的光纤的所述计测出的物理量的平均。

此外，也可以是，所述控制部使用botdr(brillouinopticaltimedomainreflectometry：布里渊光时域反射仪)计算所述光纤中的所述物理量，计算所述物理量的平均。

此外，为了解决上述课题，根据本发明的另一个观点，提供一种光纤传感器系统，该光纤传感器系统具有：光源部，其使用光源产生入射光；光纤，其设置在多个测定部位处，使所述入射光散射而产生散射光；受光部，其接收在所述光纤内产生的所述散射光；以及控制部，其根据所述接收到的散射光的强度，计算所述光纤中的物理量，计算所述光纤的所述计算出的物理量的平均，所述控制部根据所述计测出的物理量和所述光纤的长度计算所述物理量的平均，设置在所述测定部位处的所述光纤随着光源与各个所述测定部位之间的距离变长而变长。

如以上说明的那样，根据本公开，提供一种新改良的光纤传感器装置和光纤传感器系统，能够通过使多个测定部位的接收灵敏度大致相同，容易地比较多个测定部位的测定结果。

附图说明

图1是示出本公开的一个实施方式的光纤传感器系统的结构例的框图。

图2是用于说明从光纤210接收的散射光的强度的图。

图3是用于说明本实施方式的根据接收到的散射光的强度计算物理量的处理的图。

图4是用于说明本实施方式的计算光纤传感器系统的物理量的平均的动作流程的一例的图。

图5是用于说明第2实施方式的测定部位220的一例的图。

图6是用于说明本实施方式的湿敏材料h的补偿量的计算方法的一例的图。

图7是示出本发明的一个实施方式的各结构的硬件结构例的框图。

标号说明

10：光纤传感器装置；110：控制部；120：光源部；130：环行器；140：受光部；210：光纤；220：测定部位。

具体实施方式

以下参照附图详细说明本发明的优选实施方式。另外，在本说明书和附图中，对于具有实质上相同的功能结构的结构要素，通过标注相同的标号来省略重复说明。

<1.第1实施方式>

<<1-1.概要>>

首先，对本公开的概要进行说明。

近年来，已开发出与将光纤作为传感器介质进行传感的光纤传感器有关的技术。光纤传感器与电池式传感器相比，作为优点可举出无需电源供给、直径小重量轻等。此外，当使用光纤传感器时，能够使设置在测定对象上的传感器部与具有光源和受光器的部分远离。因此，光纤传感器的传感例如可期待用于建筑物的基础设施监测的可能性。

但是，光纤传感器的种类中存在使用光纤自身作为传感器部中的传感介质的分布型光纤传感器。当使用分布型光纤传感器时，能够测定光纤的长度方向的物理量的分布。这里，物理量是指温度、应变等。

另外，在分布型光纤传感器中，例如使用otdr(opticaltimedomainreflectometry：光时域反射仪)。在otdr中，光纤传感器装置向光纤内发射脉冲光，接收在该光纤内产生的后向散射光。通过计测从光纤传感器装置发射脉冲光到该光纤传感器装置接收脉冲光作为后向散射光为止的时间，判明产生了散射的光纤的部位。即，在使用otdr的情况下，能够测定光纤的长度方向上的物理量的分布。能够根据接收到的后向散射光的强度的变化量、频率的变化量，计算温度、应变量等。

另外，2个测定部位之间由光纤连接。此外，散射光的强度的传输损耗随着光纤传感器装置与测定部位之间的距离变长而变大。即，在与各个测定部位的传感器部之间产生接收灵敏度的不同。假设多个测定部位的测定结果的比较由于该不同而变得困难的情况。

本公开的一个实施方式的技术构思是着眼于上述方面而构思成的，其特征在于，具有控制部，该控制部根据接收到的散射波的强度，计测设置在多个测定部位处的光纤中的物理量，计算光纤的计测出的物理量的平均，控制部根据计测出的物理量和光纤的长度计算物理量的平均，设置在测定部位处的光纤随着光源与各个测定部位之间的距离变长而变长。

根据该特征，能够通过使多个测定部位的接收灵敏度大致相同，容易地比较多个测定部位的测定结果。

另外，以下，举例说明分布型光纤传感。

<<1-2.结构例>>

首先，对本公开的一个实施方式的光纤传感器系统的结构例进行说明。图1是示出本公开的一个实施方式的光纤传感器系统的结构例的框图。该光纤传感器系统具有光纤传感器装置10、光纤210和测定部位220。另外，测定部位220a、220b、220c沿着光纤210配置。

(光纤传感器装置10)

本实施方式的光纤传感器装置10是能够使用光纤210进行测定部位220处的物理量测定的测定装置。这里，物理量例如是指测定部位220的温度、应变等。

另外，光纤传感器装置10包含控制部110、光源部120、环行器130和受光部140。

(控制部110)

本实施方式的控制部110具有根据受光部140接收到的散射波的强度进行与测定部位220a～220c处的物理量有关的计算的功能。具体而言，控制部110根据接收到的散射光，沿着光纤210在长度方向上计测物理量，计算设置在多个测定部位220a～220c处的光纤210中的该物理量的平均。另外，控制部110具有对光源部120和受光部140进行控制的功能。

(光源部120)

本实施方式的光源部120具有产生用于入射到光纤210的入射光的功能。另外，光源部120经由后述的环行器130而使该入射光入射到光纤210。该入射光例如可以是脉冲光。脉冲光可能在通过时间分解测定物理量时，作为入射光特别有用。此外，光源部120可以包含光分支器，在产生入射光时，使用该光分支器还产生参考光。

另外，光源部120例如具有半导体激光器(laserdiode)、电/光调制器(electro-opticmodulator)。

(环行器130)

本实施方式的环行器130是使从光源部120入射的入射光向光纤210出射并使从光纤210入射的散射光向受光部140出射的光分支器。

(受光部140)

本实施方式的受光部140具有接收在光纤210内产生的散射光的功能。另外，受光部140经由环行器130而接收该散射光。

此外，受光部140例如具有平衡检测器(balancedphotodiode)、电谱分析仪(electricalspectrumanalyzer)。

(光纤210)

本实施方式的光纤210用于供光纤传感器装置10测定各个测定部位220a～220c处的物理量。可以以将光纤传感器装置10和各个测定部位220a～220c连成一串的方式设置光纤210。在设置在测定部位220a～220c处的光纤的一部分中，产生的散射光根据各个测定部位220a～220c的物理量而发生变化。

另外，设置在各个测定部位220a～220c处的光纤可以设置成随着光纤传感器装置10与各个测定部位220a～220c之间的距离变长而变长。

(测定部位220)

本实施方式的测定部位220a～220c是作为测定物理量的对象的部位。测定部位220a～220c具有光纤210的一部分。测定部位220可以是规定的装置，也可以是空间。例如，在测定部位220是规定的装置的情况下，测定部位220也可以卷绕有光纤210。测定部位220的光纤210的一部分的设置方法不限于上述的例子。

以上，对本实施方式的光纤传感器系统的结构例进行了说明。另外，使用图1而说明的上述结构只不过是一例，本实施方式的光纤传感器系统的功能结构不限定于该例子。本实施方式的光纤传感器系统的功能结构能够与规格、运用对应地灵活变形。例如，除了控制部110以外的结构也可以独立地存在于与光纤传感器装置10不同的装置中，例如也可以经由网络而由控制部110对其他结构进行控制。

<<1-2.动作例>>

接着，对本实施方式的光纤传感器系统的处理的一例进行说明。另外，以下，将光纤传感器中的、能够沿着光纤进行连续计测的分布型计测作为一例进行说明。

首先，对从光纤210接收的散射光的强度进行说明。图2是用于说明从光纤210接收的散射光的强度的图。在图2的上侧示出光纤传感器装置10、光纤210和测定部位220a～220c。如图2的上侧所示，设置在测定部位220a～220c处的光纤210设有余长。

此外，在图2的下侧示出相对于距光纤传感器装置10的距离的、来自光纤210的散射光的强度。这里，a1是光纤210的全长，测定长度da是设置在测定部位220a处的光纤的余长的长度，测定长度db是设置在测定部位220b处的光纤的余长的长度，测定长度dc是设置在测定部位220c处的光纤的余长的长度。

由于距光纤传感器装置10的距离越长，入射光和散射光在光纤210中传输的距离越长，因此，受光部140从光纤210接收的散射光的强度下降。此外，如图2的下侧所示，测定长度d的距离随着距光纤传感器装置10的距离变长而变长。在图2的一例中，距光纤传感器装置10的距离按照测定部位220a、220b、220c的顺序变长，因此，测定长度d也按照测定长度da、db、dc的顺序变长。

接着，根据受光部140接收到的散射光的强度计算物理量。计算物理量的方法取决于该物理量的类别、测定部位220的状况。图3是用于说明第1实施方式的根据接收到的散射光的强度计算物理量的处理的图。在图3的上侧示出相对于距光纤传感器装置10的距离的、来自光纤210的散射光的强度。在图3的下侧示出针对距光纤传感器装置10的距离而计算出的物理量。

控制部110根据散射光的强度，计算规定类别的物理量。控制部110计算计算出的物理量中的、设置在各个测定部位220a～220c处的光纤的测定长度da～dc内的各个物理量的平均。这里，计算平均时的単位距离在测定部位220a～220c之间相同。控制部110计算测定长度da～dc内的相对于距光纤传感器装置10的距离的物理量，作为相对于相同长度的物理量。

在图3的下侧的一例中，控制部110计算测定长度da～dc内的物理量，作为测定点pa～pc处的物理量。如图3的下侧所示，控制部110计算测定长度da～dc内的物理量的平均，作为测定点pa～pc处的物理量。如图3的下侧所示，测定点pa～pc被作为一个点处理。这样，控制部110以对测定长度da～dc之间的长度差异进行补偿的方式计算物理量的平均。这里，长度a2是光纤210的全长a1减去测定部位220a～220c的长度而得到的长度。另外，在图3的下侧的一例的情况下，测定点pa～pc被示作1个点，但未必需要通过控制部110的补偿，将测定长度da～dc作为1个点计算物理量。控制部110也可以将测定长度da～dc补偿成大致相同的长度。控制部110能够进行补偿，使得能够比较测定部位220a～220c的测定结果。

如上所述，设置在各个测定部位220a～220c处的光纤被设置成随着光纤传感器装置10与各个测定部位220a～220c之间的距离变长而变长。即，测定长度d的距离随着距光纤传感器装置10的距离变长而变长。因此，控制部110计算平均作为测定点pa～pc处的物理量，由此，测定部位220a～220c的散射光的强度的合计变得大致相同，即，测定部位220a～220c的接收灵敏度变得大致相同。

根据该功能，能够使多个测定部位的接收灵敏度大致相同。

另外，图2和图3所示的曲线图只不过是一例，不限定于该例子。即使在与图2下侧或图3上侧所示的例子不同的传输损耗的状况，也能够应用上述功能。另外，根据该传输损耗的状况的变化，图3下侧所示的控制部110计算的物理量的平均也有可能不同。此外，上述的处理还能够使用botdr(brillouinopticaltimedomainreflectometry：布里渊光时域反射仪)来实现。

接着，对计算光纤传感器系统的物理量的平均的动作流程进行说明。图4是用于说明第1实施方式的直到计算光纤传感器系统的物理量的平均为止的动作流程的一例的图。

参照图4，首先，光源部120经由环行器130而使入射光入射到光纤210(s1101)。接着，受光部140经由环行器130而计测在光纤210内产生的散射光(s1102)。接着，控制部110根据在步骤s1102中计测出的散射光的强度，计算光纤210的全长a1中的物理量(s1103)。接着，控制部110根据在步骤s1103中计算出的物理量，在测定长度d内对各个物理量进行平均化(s1104)。最后，以光纤210的全长a1减去测定长度d而得到的长度a2为新的光纤长，取得距光纤传感器装置10的距离与物理量的关系(s1105)，光纤传感器系统结束动作。

<2.第2实施方式>

在上文中，对本公开的第1实施方式进行了说明。接着，对本公开的第2实施方式进行说明。基本上，省略与第1实施方式的说明重复的内容，对与第1实施方式的不同进行说明。此外，以下，对使用测定布里渊散射光的频谱的传感技术即botdr(brillouinotdr：布里渊光时域反射仪)的一例进行说明。

在第2实施方式中，通过调整测定部位处的外周面具备光纤的湿敏材料的量，使多个测定部位的接收灵敏度大致相同，容易地比较多个测定部位的测定结果。

图5是用于说明第2实施方式的测定部位220的一例的图。图5示出中空管p、湿敏材料h和光纤210的一部分。湿敏材料h被设置成卷绕于中空管p的圆柱面。这里，湿敏材料h是随着湿度上升而膨胀的物体。湿敏材料h的膨胀比率根据湿敏材料h固有的湿度膨胀系数决定。

在图5中，光纤传感器能够测定相对于湿度的应变量。以下，具体地进行说明。首先，当湿度上升时，湿敏材料h膨胀。当湿敏材料h膨胀时，卷绕于湿敏材料h的光纤210被施加压力而应变。即，光纤传感器装置10通过使用湿敏材料h，能够间接地测定湿度。

这里，在使中空管p的大小恒定的情况下，例如，使设置在中空管p的圆柱面上的湿敏材料h的体积增加时，一般来说，相同量的湿度上升中的湿敏材料h的体积的增加量变大。该体积的增加量的增大使光纤210的应变量更加增加。因此，当使湿敏材料h的体积增加时，相同量的湿度上升中的光纤210的一部分的应变量增加。例如，光纤传感器系统在使用botdr的情况下，测定应变引起的布里渊散射的频移，因此，光纤传感器的灵敏度由于相同量的湿度上升中的光纤210的应变量的增加而上升。

另外，中空管p的形状无需是如图5所示的圆柱体，例如也可以是立方体等。此外，也可以不使用中空管p而仅由湿敏材料h构成。

这里，关于湿敏材料h的涂敷量的调整，将涂敷在圆柱体的圆柱面上的湿敏材料h作为一例进行说明。图6是用于说明第2实施方式的湿敏材料h涉及的补偿量的计算方法的一例的图。图6示出图5所示的圆柱体的切断面。图6示出中空管p和湿敏材料h。

在图6中，设中空管p的半径为r[m]、湿敏材料h的湿度膨胀系数为x[ppm/％rh]、湿度上升前的湿敏材料h的厚度为z1[m]。这里，湿度上升前的外周是2π(r+z1)[m]。

在如上所述的状况下，当湿度上升y[％]时，如果设湿度上升后的湿敏材料h的厚度为z2[m]，则湿敏材料h的厚度z2[m]求出为z2＝z1(1+xy)。因此，应变率ε被计算为以下的式(1)。

[式1]

即，当决定湿度膨胀系数x、湿度上升前的湿敏材料h的厚度z1、中空管p的半径r时，应变率ε与湿度上升率y的关系确定。因此，当设散射光相对于应变率的频移量为p[mhz/με]时，散射光相对于湿度上升率y的频移量被计算为以下的式(2)。

[式2]

即，为了通过相同量的湿度上升中的光纤210的应变量的增加使光纤传感器的灵敏度上升，距离较长的部位的湿敏材料的厚度z1比距离较短的部位的湿敏材料的厚度z1厚。

对计算湿敏材料的厚度的方法进行了说明，但上述只不过是一例。必要的补偿量即湿敏材料h的体积的计算方法根据湿敏材料h的种类、形状等而不同。此外，必要的补偿量的计算方法也根据各个测定部位220的状况、光纤210的设置方法等而不同。

根据该功能，能够将多个测定部位的接收灵敏度调整成大致相同。

<3.硬件结构例>

接着，对本发明的一个实施方式的光纤传感器装置10的硬件结构例进行说明。图7是示出本发明的一个实施方式的各结构的硬件结构例的框图。参照图7，光纤传感器装置10例如具有cpu871、rom872、ram873、主机总线874、桥875、外部总线876、接口877、输入部878、输出部879、存储部880、驱动器881、连接端口882和通信部883。另外，这里所示的硬件结构只是一例，也可以省略结构要素的一部分。此外，也可以还包含除了这里所示的结构要素以外的结构要素。

(cpu871)

cpu871例如作为运算处理装置或控制装置发挥功能，根据rom872、ram873、存储部880或可移动记录介质901中记录的各种程序对各结构要素的整个动作或其一部分进行控制。

(rom872、ram873)

rom872是存储被cpu871读入的程序和运算中使用的数据等的单元。ram873中例如临时或者永久性地存储有被cpu871读入的程序、执行该程序时适当发生变化的各种参数等。

(主机总线874、桥875、外部总线876、接口877)

cpu871、rom872、ram873例如经由能够高速传输数据的主机总线874而相互连接。另一方面，主机总线874例如经由桥875而与数据传输速度较低的外部总线876连接。此外，外部总线876经由接口877而与各种结构要素连接。

(输入部878)

输入部878例如可以使用鼠标、键盘、触摸面板、按钮、开关、麦克风和杆等。并且，作为输入部878，有时还使用能够利用红外线或其他电波发送控制信号的遥控控制器(以下，遥控器)。

(输出部879)

输出部879例如是crt(cathoderaytube：阴极射线管)、lcd或有机el等显示器装置(显示装置)，扬声器、耳机等音频输出装置，打印机、移动电话或传真机等能够在视觉或者听觉上向使用者通知已取得的信息的装置。

(存储部880)

存储部880是用于存储各种数据的装置。作为存储部880，例如可使用硬盘驱动器(hdd)等磁存储器件、半导体存储器件、光存储器件或光磁存储器件等。

(驱动器881)

驱动器881例如是读出磁盘、光盘、光磁盘或半导体存储器等可移动记录介质901中记录的信息或将信息写入到可移动记录介质901中的装置。

(可移动记录介质901)

可移动记录介质901例如是dvd介质、blu-ray(注册商标)介质、hddvd介质、各种半导体存储介质等。当然，可移动记录介质901例如也可以是搭载有非接触型ic芯片的ic卡或电子设备等。

(连接端口882)

连接端口882例如是usb(universalserialbusialbus：通用串行总线)端口、ieee1394端口、scsi(smallcomputersysteminterface：小型计算机系统接口)、rs-232c端口或光音频端子等用于连接外部连接设备902的端口。

(外部连接设备902)

外部连接设备902例如是打印机、便携式音乐播放器、数字照相机、数字摄像机或ic录音机等。

(通信部883)

通信部883是用于与网络903连接的通信设备，例如是有线或无线lan、bluetooth(注册商标)或wusb(wirelessusb：无线usb)用的通信卡、光通信用的路由器、adsl(asymmetricdigitalsubscriberline：非对称数字用户线)用的路由器或各种通信用的调制解调器等。此外，也可以与内线电话网、移动电话运营商网等电话网连接。

<4.总结>

如以上说明的那样，能够提供一种新改良的光纤传感器装置和光纤传感器系统，能够通过使多个测定部位的接收灵敏度大致相同，容易地比较测定部位之间的测定结果。

以上，参照附图对本发明的优选实施方式详细地进行了说明，但本发明不限定于上述例子。只要是具有本发明所属技术领域的公知常识的人，显然可以在权利要求书记载的技术构思的范畴内想到各种变更例或者修正例，这些变更例或者修正例当然也应理解为属于本发明的技术范围。