[发明专利]光频域反射测定方式的物理量测量装置及使用其的温度和应变的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及在一根保偏(Polarization Maintaining、PM)光纤中配置1个或多个光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating、FBG)传感器并测量该FBG传感器的位置、和FBG传感器的应变或温度等物理量的光频域反射测定(Optical Frequency Domain Reflectometry、OFDR)方式的物理量测量装置、和使用该物理量测量装置的温度和应变的测量方法。 

本申请主张于2008年2月29日在日本申请的日本特愿2008-51344号、2008年2月29日在日本申请的日本特愿2008-51345号、2008年12月5日在日本申请的日本特愿2008-311286号、2008年12月5日在日本申请的日本特愿2008-311287号的优先权，并在这里援引其内容。 

背景技术

使用光纤来测量温度或应变等物理量的传感器，由于寿命长、重量轻、直径小并且具有柔软性，因此能够在狭窄的空间中使用。另外，由于光纤具有绝缘性，因此该传感器能够具有耐受电磁噪音强的特性。由此，可以期待将该传感器用于桥梁或大厦等巨大建筑物、客机或人造卫星等航空、航天机器等的健全性评价中。 

作为用于对这些构造物进行健全性评价的传感器所要求的性能，可以举出：应变分辨率高、空间分辨率高、可以进行传感器内的应变分布测量、传感器具有多个点(检测范围宽)以及可以实时地进行测量等。 

迄今为止虽然提出过各种各样的光纤传感器系统，然而作为最有希望充分地满足上述要求性能的光纤传感器，可以举出使用了FBG传感器和OFDR方式的分析方法的光纤传感器。 

使用了FBG传感器和OFDR方式的分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的反射端的反射光的干涉强度的周期性变化，来确定FBG传感器的位置。另外，该光纤传感器系统根据布拉格反射光的波长的变化量来测量检测部的应变或温度。 

作为该光纤传感器系统，公开过如下的内容，即，能够以高应变分辨率进行传感器内的应变分布测量(例如参照非专利文献1及专利文献3)；具有1mm以下的高空间分辨率(例如参照非专利文献2)；可以在8m的光纤中配置800个FBG传感器，用4根光纤同时地进行共计3000点以上的应变测量(例如参照非专利文献3)；以及测量的实时性优异(例如参照专利文献1)等。这里，非专利文献1及专利文献3中记载的所谓传感器内的应变分布测量是指可以测量沿着FBG传感器的长度方向产生的不均匀的应变。 

另一方面，作为光纤传感器系统的一般性的问题点，可以举出如果温度或应变等物理量有多个项变化，则无法独立地识别并测定它们的变化量。由此，例如在将光纤传感器系统作为应变传感器使用时，为了不将检测部的温度变化当作应变的变化来看，另外，还需要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2)。该方法是如下的方法，即，通过使用作为PM光纤的一种的PANDA光纤，测定来自由该PANDA光纤构成的FBG传感器中的正交的2个偏振轴的布拉格反射光的波长的变化量，可以测量温度和应变。 

即，该方法是能够实现不需要温度补偿用的传感器的应变传感器的方法。 

可以认为，如果将以上所说明的技术组合，使用采用了由PM光纤构成的FBG传感器和OFDR方式的分析方法的光纤传感器系统，可以同时地实现高应变分辨率、高空间分辨率、多点测量、实时测量、温度和应变的测量。 

专利文献1：日本专利第3740500号公报 

专利文献2：日本专利第3819119号公报 

专利文献3：日本专利第4102291号公报 

非专利文献1：H.Igawa，H.Murayama，T.Kasai，I.Yamaguchi，K.Kageyama and K.Ohta，“Measurement of strain distributions withlong gauge FBG sensor using optical frequency domain reflectometry”Proceedings OFS-17，pp.547-550(2005)