[发明专利]光频域反射测定方式的物理量测量装置、及使用了其的温度和应变的同时测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及在一根保偏(Polarization Maintaining、PM)光纤上配置 一个或多个光纤光栅(Fiber Bragg Grating、FBG)传感器，对该FBG传 感器的位置和FBG传感器的应变、温度等物理量进行测量的光频域反射 测定(Optical Frequency Domain Reflectometry、OFDR)方式的物理量 测量装置、和使用了该物理量测量装置的温度和应变的同时测量方法。

本申请以2008年2月29日向日本申请的特愿2008-51343号、和2008 年9月18日向日本申请的特愿2008-239368号为基础主张优先权，并在 此援用它们的内容。

背景技术

使用光纤来测量温度、应变等物理量的传感器，由于寿命长、轻量、 直径细且具有柔软性，所以可以在狭窄的空间中使用。而且，该传感器由 于光纤具有绝缘性，所以具有抗电磁噪声的特性。因此，期待着将该传感 器用于桥梁或楼宇等大型建筑物、客机或人造卫星等航空、宇宙设备等的 健全性评价。

作为用于进行这些构造物的健全性评价的传感器所被要求的性能，可 以举出空间分辨率高、具有多点的传感器(探测范围广)、及能够实时测 量等。

迄今为止提出了各种光纤传感器系统，但作为充分满足上述要求性能 的最有希望的光纤传感器，可以举出使用了FBG传感器和OFDR方式的 解析方法的光纤传感器。

使用了FBG传感器和OFDR方式的解析方法的光纤传感器系统，利 用来自FBG传感器的布拉格反射光和来自参照用反射端的反射光的干涉 强度的周期性变化，确定FBG传感器的位置。而且，该光纤系统根据布 拉格反射光的波长的变化量来测量探测部的应变、温度。

作为该光纤传感器系统，其被公开了具有1mm以下的高空间分辨率 (例如参照非专利文献1)、在8m的光纤上配置800个FBG传感器而能 够通过4根光纤同时进行共计3000点以上的应变测量(例如参照非专利文 献2)、和测量的实时性出色(例如参照专利文献1)等。并且，根据非专 利文献1，还能够测量FBG传感器的长边方向的应变分布(是指FBG传 感器的沿着长边方向的应变量不均匀)。对于该应变分布的测量，在专利 文献3中也进行了记载。

另一方面，作为光纤传感器系统的一般性问题，可以举出如果温度、 应变等物理量多项发生变化，则无法独立辨识测量它们的变化量。因此， 例如在使用光纤传感器系统作为应变传感器的情况下，为了不将探测部的 温度变化捕捉为应变的变化，需要另外使用温度补偿用的传感器。

作为解决该问题的方法，可以举出使用由PM光纤构成的FBG传感 器的方法(例如参照专利文献1)。该方法是使用作为PM光纤的一种的 PANDA光纤，通过对布拉格反射光的波长的变化量进行测量由此能够同 时测量温度和应变的方法，所述布拉格反射光来自由该PANDA光纤构成 的FBG传感器中的正交的两个偏振轴。

即，该方法是可以实现不需要温度补偿用传感器的应变传感器的方法。

如果组合以上所说明的技术，使用利用了由PM光纤构成的FBG传感 器和OFDR方式的解析方法的光纤传感器系统，则认为可同时实现高分辨 率、多点测量、实时测量、温度和应变的同时测量。

专利文献1：日本国专利第3740500号公报

专利文献2：日本国专利第3819119号公报

专利文献3：日本国专利第4102291号公报

非专利文献1：H.Murayama，H.Igawa，K.Kageyama，K.Ohta，I.Ohsawa， K.Uzawa，M.Kanai，T.Kasai and I.Yamaguchi，“Distributed Strain Measurement with High Spatial Resolution Using Fiber Bragg Gratings and Optical Frequency Domain Reflectometry”Proceedings OFS-18，ThE40(2006)