分布型光纖聲波檢測裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明所提供的分布型光纖聲波檢測裝置包括：使光脈沖射入所述光纖的光脈沖射出部；以及接收在所述光纖內(nèi)產(chǎn)生的瑞利散射光的瑞利散射光接收部。所述光脈沖射出部輸出利用具有基于所述光纖的長度尺寸的規(guī)定長度且使所述光脈沖被分割為規(guī)定寬度的多個單元的碼序列而被調(diào)制的所述光脈沖。所述瑞利散射光接收部具有：對所述瑞利散射光進行與所述光脈沖射出部中的調(diào)制對應(yīng)的解調(diào)，從已被進行了該解調(diào)的所述瑞利散射光求出其相位變化的相位變化導(dǎo)出部；以及從由所述相位變化導(dǎo)出部求出的相位變化求出碰撞到所述光纖的聲波的聲波檢測部。
【專利說明】分布型光纖聲波檢測裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用光纖作為傳感器，能夠高靈敏度且高精度地檢測到達其長度方向上的各區(qū)域的聲波的分布型光纖聲波檢測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]以往,作為利用因使探測光(probe light)射入光纖而產(chǎn)生的瑞利后方散射光(以下僅稱為“瑞利散射光(Rayleigh scattered light)”。)來測定該光纖的線路特性(光纖的損耗或破裂點的位置等)、或在該光纖的長度方向上的應(yīng)變(strain)的分布的光纖傳感技術(shù)，存在被稱為OTDR(Optical Time Domain Reflectometer:光時域反射儀)的方法。
[0003]作為在該OTDR中例如測定線路特性的方法，已知有專利文獻I所記載的方法。在該方法中，探測光輸入(入射)到光纖內(nèi)，基于由此在光纖內(nèi)產(chǎn)生的瑞利散射光測定線路特性。
[0004]具體而言，光脈沖作為探測光從光纖的一個端部(輸入端)輸入(入射)。測定通過該光脈沖的輸入而在光纖的長度方向上的各區(qū)域中產(chǎn)生并返回到輸入端的瑞利散射光。根據(jù)這樣測定的瑞利散射光的強度和產(chǎn)生了該瑞利散射光的位置測定光纖的線路特性。在此，在光纖的長度方向上產(chǎn)生了瑞利散射的位置是基于從輸入端輸入的光脈沖在光纖中散射并返回到輸入端為止的往返時間而確定的。
[0005]另外，作為在OTDR中例如測定光纖的長度方向上的應(yīng)變的分布的方法，已知有利用在光纖中產(chǎn)生了應(yīng)變時在產(chǎn)生該應(yīng)變的區(qū)域產(chǎn)生的瑞利散射光的頻移的方法。
[0006]在該方法中，光脈沖從光纖的輸入端輸入(入射)。然后，分別測定通過該光脈沖的輸入而在光纖的長度方向上的各區(qū)域中產(chǎn)生并返回到輸入端的瑞利散射光。如果光纖被施加壓力而在該光纖內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)變，則在發(fā)生該應(yīng)變的區(qū)域中產(chǎn)生的瑞利散射光的頻率發(fā)生偏移，因此，該測定到的瑞利散射光與在初始狀態(tài)(未被施加所述壓力的狀態(tài))的光纖內(nèi)產(chǎn)生的瑞利散射光相比相位發(fā)生變化。能夠根據(jù)該相位變化檢測施加于光纖的壓力。此時，通過多次進行光脈沖的輸入并求出所述各區(qū)域中的瑞利散射光的平均，能夠高精度地得到所述相位變化。
[0007]這樣，在上述的OTDR中，對光纖的長度方向上的各區(qū)域中的瑞利散射光的相位變化進行檢測，并基于該相位變化，能夠高靈敏度且高精度地檢測光纖的長度方向上的各區(qū)域中的應(yīng)變(施加于光纖的壓力)。
[0008]根據(jù)上述的利用瑞利散射光的相位變化的方法，能夠高靈敏度且高精度地檢測在光纖的長度方向上的各區(qū)域中產(chǎn)生的應(yīng)變，因此可考慮利用該方法來檢測碰撞(到達)光纖的所述各區(qū)域的聲波。
[0009]具體而言，當(dāng)某聲波在氣體、液體、固體等介質(zhì)中傳播并到達光纖即碰撞光纖時，光纖中產(chǎn)生極其微小的應(yīng)變。該應(yīng)變依賴于碰撞光纖的聲波的頻率、振幅等。因此，通過上述的利用相位變化的方法來檢測在光纖的所述各區(qū)域中產(chǎn)生的該應(yīng)變，并對其進行分析，由此能夠進行所述聲波(頻率、振幅等)的檢測、所述聲波的發(fā)送源的位置的確定等。
[0010]在上述的方法中,根據(jù)輸入到光纖的探測光(光脈沖)的脈沖寬度，可決定在光纖的長度方向上的各區(qū)域中檢測聲波時該長度方向上的分辨率(長度方向分辨率)。例如在分別檢測碰撞到在光纖的長度方向上隔開間隔的兩點的聲波的情況下，如果所述間隔小于探測光的脈沖寬度，則無法區(qū)分所導(dǎo)出的瑞利散射光的相位變化由碰撞到所述兩點中的哪一點的聲波而引起的。因此，為了實現(xiàn)較高的長度方向分辨率，需要減小脈沖寬度。
[0011]但是，如果減小探測光的脈沖寬度，則各光脈沖的能量減少，由此，在光纖的各區(qū)域散射并返回到輸入端的散射光的信號強度降低。
[0012]并且，在上述的利用相位變化的方法中，檢測在短時間內(nèi)不發(fā)生變動的應(yīng)變(光纖的應(yīng)變)，因此多次分別測定在光纖的各區(qū)域中產(chǎn)生的瑞利散射光，利用其平均高精度地求出所述各區(qū)域中的瑞利散射光的相位變化。但是，聲波的碰撞引起的光纖的應(yīng)變在極短時間內(nèi)變動，因此無法使用多次測定在所述各區(qū)域中產(chǎn)生的瑞利散射光來利用其平均的方法。
[0013]這樣，通過上述的利用相位變化的方法高精度地檢測聲波是極為困難的。
[0014]先行技術(shù)文獻
[0015]專利文獻
[0016]專利文獻1:日本特開平9-236513號公報
【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]本發(fā)明的目的在于提供一種高靈敏度且高精度地檢測聲波、并且能夠?qū)崿F(xiàn)高分辨率的分布型光纖聲波檢測裝置。
[0018]本發(fā)明的一個方面所涉及的分布型光纖聲波檢測裝置是將光纖作為傳感器使用的分布型光纖聲波檢測裝置，包括:
[0019]光脈沖射出部，使光脈沖從所述光纖的一端射入該光纖內(nèi)；以及
[0020]瑞利散射光接收部，接收因所述光脈沖的入射而在所述光纖內(nèi)產(chǎn)生的瑞利散射光，
[0021]其中，所述光脈沖射出部輸出利用具有基于所述光纖的長度尺寸的規(guī)定長度且使所述光脈沖被分割為規(guī)定寬度的多個單元的碼序列而被調(diào)制的所述光脈沖，
[0022]所述瑞利散射光接收部具備:
[0023]相位變化導(dǎo)出部，對所述瑞利散射光進行與所述光脈沖射出部的調(diào)制對應(yīng)的解調(diào)，從已被進行了該解調(diào)的所述瑞利散射光求出其相位變化；以及
[0024]聲波檢測部，從由所述相位變化導(dǎo)出部求出的相位變化求出碰撞到所述光纖的聲波。
[0025]本發(fā)明的目的、特征以及優(yōu)點通過以下的詳細(xì)說明和附圖會變得更清楚。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是表示本發(fā)明的第I本實施方式所涉及的分布型光纖聲波檢測裝置的結(jié)構(gòu)的功能框圖。
[0027]圖2是用于說明從所述分布型光纖聲波檢測裝置的光脈沖射出部輸出的相位調(diào)制后的光脈沖的圖。
[0028]圖3是用于說明所述分布型光纖聲波檢測裝置的相位測定部的圖。
[0029]圖4是表示所述分布型光纖聲波檢測裝置的數(shù)字信號處理部的電路的圖。
[0030]圖5的㈧?⑶是用于說明調(diào)制后的光脈沖和用于對該光脈沖進行解調(diào)的脈沖壓縮復(fù)原濾波器的概念圖。
[0031]圖6是表示沿著檢測用光纖的長度方向的瑞利散射光的相位變化的分布數(shù)據(jù)的圖。
[0032]圖7是表示檢測聲波時的流程的圖。
[0033]圖8是表示本發(fā)明的第2實施方式所涉及的分布型光纖聲波檢測裝置的結(jié)構(gòu)的功能框圖。
[0034]圖9是表示本發(fā)明的第3實施方式所涉及的分布型光纖聲波檢測裝置的結(jié)構(gòu)的功能框圖。
[0035]圖10是用于說明從多個脈沖單元輸出的光脈沖的圖。
【具體實施方式】
[0036](第I實施方式)
[0037]下面，參照圖1至圖6說明本發(fā)明的第I實施方式。
[0038]本實施方式所涉及的分布型光纖聲波檢測裝置10使用光纖(檢測用光纖)12作為傳感器，以高靈敏度且高精度分別檢測碰撞到其長度方向上的各區(qū)域的聲波，并且實現(xiàn)所述長度方向上的聞分辨率(以下也僅稱為“長度方向分辨率”。)O此外，本實施方式所涉及的分布型光纖聲波檢測裝置10不僅檢測碰撞到檢測用光纖12的長度方向(Z軸方向)上的指定位置(部位)的聲波，而且還能夠檢測同時碰撞到長度方向上的各區(qū)域的聲波的分布。
[0039]在該分布型光纖聲波檢測裝置10中，能夠利用檢測用光纖12來代替麥克風(fēng)進行錄音。另外，例如向油井等插入檢測用光纖12，通過該檢測用光纖12檢測在地中傳播的聲波(例如IkHz左右的聲波)，由此能夠觀察油井的狀態(tài)、地中內(nèi)部的情形。另外，在醫(yī)療領(lǐng)域中，例如通過用檢測用光纖12檢測在人體內(nèi)部傳播的聲波(例如頻率為3MHz?30MHz的超聲波)，能夠進行人體內(nèi)部的觀察等。
[0040]如圖1所示，該分布型光纖聲波檢測裝置10具備裝置主體11和檢測用光纖12。裝置主體11具備光脈沖射出部20、相位測定部50、光環(huán)行器14、瑞利散射光接收部30、控制處理部16以及輸出部40。
[0041]此外，在分布型光纖聲波檢測裝置10中，也可以在光脈沖射出部20與光環(huán)行器14之間配置摻鉺光纖(EDFA)等光放大器。
[0042]另外，在分布型光纖聲波檢測裝置10中，也可以在光脈沖射出部20與光環(huán)行器14之間配置用于確保從光脈沖射出部20輸出的光脈沖的消光比的LN開關(guān)。在此情況下，優(yōu)選在分布型光纖聲波檢測裝置10中，使從光脈沖射出部20輸出的光脈沖的消光比為幾十dB以上。
[0043]檢測用光纖12被用作為用于檢測碰撞到該光纖12的聲波的傳感器。該檢測用光纖12是具有第I端部(一端)12a以及與該第I端部12a相反一側(cè)的端部即第2端部12b的長條光纖。例如，具體而言，在該分布型光纖聲波檢測裝置10用于上述油井中的聲波檢測的情況下，檢測用光纖12的長度尺寸(全長)L為30km左右，在該分布型光纖聲波檢測裝置10用于上述醫(yī)療領(lǐng)域中的聲波(超聲波)檢測的情況下，檢測用光纖12的長度尺寸(全長)L為IOOm左右。
[0044]使光脈沖(探測光)從該檢測用光纖12的第I端部12a射入該光纖12內(nèi)，并且起因于該光脈沖而在該檢測用光纖12內(nèi)產(chǎn)生的與瑞利散射現(xiàn)象有關(guān)的光(瑞利后方散射光)向外部射出。
[0045]光脈沖射出部20具備輸出規(guī)定頻率的光脈沖的光源部22以及對光源部22輸出的光脈沖進行調(diào)制(在本實施方式中為相位調(diào)制)的調(diào)制部24，使光脈沖從檢測用光纖12的第I端部12a射入該檢測用光纖12內(nèi)。
[0046]光源部22具有光源220、第I分光部222以及第2分光部(分光部)224,輸出第I光脈沖和第2光脈沖。
[0047]光源220能夠輸出(射出)規(guī)定頻率的光脈沖。具體而言，如圖2所示，光源220通過以第I時間間隔Td輸出具有規(guī)定的脈沖寬度D的光脈沖Pp P2、P3、…Pi，來生成脈沖光。另外，光源220輸出直線偏振的光脈沖Pi (脈沖光)。該光源220由控制處理部16控制，通過由該控制處理部16變更溫度或驅(qū)動電流來變更振蕩波長(振蕩頻率)。另外，光源220輸出光脈沖Pi的輸出間隔由控制處理部16來控制。本實施方式的光源220是激光二極管(LD)。
[0048]各光脈WPi的脈沖寬度D是基于檢測用光纖12的長度尺寸L設(shè)定的。詳細(xì)而言，脈沖寬度D越大，光脈沖Pi所具有的能量越大。因此，脈沖寬度D被設(shè)定為在瑞利散射光接收部30接收到通過從檢測用光纖12的第I端部12a入射的光脈沖Pi而在第2端部12b附近產(chǎn)生的瑞利散射光時，在所述接收`到的瑞利散射光中充分確保檢測碰撞到該檢測用光纖12的第2端部12b附近的聲波所需要的信號強度(瑞利散射光的強度)的大小。一般，檢測用光纖12的長度尺寸L越大，脈沖寬度D也越大。
[0049]另外，各光脈沖Pi間的時間間隔Td是基于作為該分布型光纖聲波檢測裝置10的檢測對象的聲波的頻率設(shè)定的。詳細(xì)如下。
[0050]根據(jù)奈奎斯特的采樣定理，作為檢測對象的聲波在該聲波的I周期內(nèi)必須至少被采樣2次。因此，各光脈沖Pi間的時間間隔Td必須是作為檢測對象的聲波的I周期的一半以下。即，用一個光脈沖Pi能夠檢測(掃描)的聲波的分布(碰撞到長度方向上的各區(qū)域的聲波的分布)在所述光脈沖Pi能夠在所述采樣周期的時間內(nèi)在檢測用光纖12內(nèi)往復(fù)的范圍內(nèi)。而且，頻率高的聲波因I周期短，因此所需的采樣周期短，由此，在該采樣周期內(nèi)光脈沖Pi能夠在檢測用光纖12內(nèi)往復(fù)的范圍短。因此，利用一個光脈沖Pi能夠?qū)㈩l率高的聲波作為沿著檢測用光纖12的分布來檢測的范圍窄(短)。因此，在用作為傳感器的檢測用光纖12比在根據(jù)所述檢測的聲波的周期規(guī)定的采樣周期的時間內(nèi)光脈沖Pi能夠往復(fù)的范圍長的情況下，如果將采樣周期設(shè)定為光脈沖的往復(fù)時間以上，則在聲波的頻譜中產(chǎn)生混疊(aliasing)，導(dǎo)致檢測出的聲波產(chǎn)生混亂。另外，如果將采樣周期設(shè)定為光脈沖的往復(fù)時間以下，則會同時接收來自該檢測用光纖12的長度方向上的多個區(qū)域的瑞利散射光，無法檢測聲波的整體分布。
[0051]因此，在該分布型光纖聲波檢測裝置10中，使光脈沖Pi間的間隔為短于作為檢測對象的聲波(在作為檢測對象的聲波的頻帶較寬的情況下為所述頻帶中的最高的頻率的聲波)的I周期的一半的時間間隔(第I時間間隔)TD，讓多個光脈沖P1、P2、P3、以規(guī)定的間隔(與所述第I時間間隔Td對應(yīng)的間隔)在檢測用光纖12中前進。由此，通過多個光脈沖P:、P2> P3、能夠在所述采樣周期內(nèi)對檢測用光纖12的長度方向上的整個區(qū)域進行掃描，并且能夠依次接收來自所述長度方向上的各區(qū)域的瑞利散射光，使來自所述長度方向上的各區(qū)域的瑞利散射光彼此不重復(fù)。
[0052]此外，本實施方式中的第I時間間隔Td是根據(jù)作為檢測對象的聲波規(guī)定的采樣周期(所述聲波的半周期以下的時間)內(nèi)的指定的時間間隔。
[0053]另一方面，以第I時間間隔Td輸出的各光脈沖Pi在調(diào)制部24中通過互不相同的(相互獨立的)碼序列而被進行相位調(diào)制，因此通過對接收到的瑞利散射光進行解調(diào)，能夠判別該瑞利散射光是由哪個光脈沖Pi產(chǎn)生的。
[0054]因而，在分布型光纖聲波檢測裝置10中，使用長條的檢測用光纖12作為傳感器，即使在檢測頻率高的(例如超聲波那樣的I周期短的)聲波的情況下，也能夠通過以第I時間間隔Td輸出光脈沖Pi來高精度地檢測沿著該檢測用光纖12的聲波的分布。
[0055]返回到圖1，第I分光部222將從光源220輸出的光脈沖Pi以維持直線偏振的狀態(tài)進行分光(分支)，并將該分光的光脈沖Pi分別輸出到第2分光部224和瑞利散射光接收部30 (詳細(xì)而言數(shù)字相干接收部320)。
[0056]第2分光部224將來自第I分光部222的光脈沖Pi以維持直線偏振的狀態(tài)分光成第I光脈沖和第2光脈沖，并將第I光脈沖和第2光脈沖(一對光脈沖)輸出到調(diào)制部
24。該第2分光部224以1/2的比率(50:50)將所輸入的光脈沖進行分支并輸出。本實施方式的第2分光部224是3dB分光器(3dB分束器)。
[0057]調(diào)制部24具有相位調(diào)制部240和合成部242，對光源部22 (詳細(xì)而言第2分光部224)輸出的第I光脈沖和第2光脈沖分別進行相位調(diào)制，將相位調(diào)制后的第I光脈沖與第2光脈沖進行合成。
[0058]相位調(diào)制部240具有進行第I光脈沖的相位調(diào)制的第I相位調(diào)制器240a、進行第2光脈沖的相位調(diào)制的第2相位調(diào)制器240b以及制作由第I碼序列Ai和第2碼序列Bi構(gòu)成的一對碼序列(成對碼:參照圖2)的碼生成部244。
[0059]第I相位調(diào)制器240a基于從碼生成部244輸入的第I碼序列Ai對第I光脈沖進行相位調(diào)制。
[0060]第2相位調(diào)制器240b基于從碼生成部244輸入的第2碼序列Bi對第2光脈沖進行相位調(diào)制。
[0061]碼生成部244如上所述那樣生成由第I碼序列Ai和第2碼序列Bi構(gòu)成的成對碼，將第I碼序列Ai輸出到第I相位調(diào)制器240a，并且將第2碼序列Bi輸出到第2相位調(diào)制器240b。該碼生成部244生成的成對碼(第I碼序列Ai和第2碼序列Bi)分別具有基于檢測用光纖12的長度尺寸L的規(guī)定長度(規(guī)定的序列長度)，通過利用該成對碼對第I光脈沖和第2光脈沖分別進行相位調(diào)制，各光脈沖被分割為規(guī)定寬度d的多個單元(cell)(參照圖5的(A)和圖5的(B))。即，各光脈沖以調(diào)制速度d分別被進行相位調(diào)制。
[0062]各單元的寬度d是基于聲波檢測中的檢測用光纖12的長度方向分辨率設(shè)定的。詳細(xì)而言如下。[0063]例如在分別檢測碰撞到檢測用光纖12中的在該光纖12的長度方向上隔著間隔的兩點的聲波的情況下，為了獨立地檢測碰撞到各點的聲波而使用單脈沖(未被分割為多個單元的光脈沖)時，需要使脈沖寬度比該兩點間的間隔短。在此，如果光脈沖Pi通過利用規(guī)定的碼序列的相位調(diào)制而被分割為多個單元，則各單元能夠起到與脈沖寬度小的光脈沖相同的作用。因此，各單元的寬度(單元寬度)d被設(shè)定為比作為目標(biāo)的長度方向分辨率短。
[0064]另外，通過以這樣的方式將各光脈沖分割為寬度d的多個單元，還能夠檢測頻率高的聲波。具體而言，在為了檢測高頻率的聲波而使用單脈沖的情況下，必須利用比該高頻率的聲波在一周期內(nèi)前進的距離短的脈沖寬度的光脈沖來進行測定。在此，如果光脈沖被分割為寬度d的多個單元，則如上所述那樣各單元能夠起到與脈沖寬度小的光脈沖相同的作用，因此能夠檢測通過脈沖寬度d的光脈沖可檢測的高頻率(與各單元的寬度d對應(yīng)的高頻率)的聲波。
[0065]在本實施方式的分布型光纖聲波檢測裝置10中，利用形成這樣設(shè)定的寬度d的單元的碼序列(成對碼)分別對第I光脈沖和第2光脈沖進行相位調(diào)制。
[0066]本實施方式的碼生成部244輸出Golay碼序列。此外，碼生成部244輸出的碼序列并不限定于Golay碼序列。即，碼生成部輸出的碼序列只要是自相關(guān)函數(shù)的和為δ函數(shù)的成對碼、或自相關(guān)函數(shù)單獨為δ函數(shù)的碼即可，例如可以是基于M序列等偽隨機數(shù)的碼序列。
[0067]另外，碼生成部244生成按從光源部22輸出的每個光脈沖Pi而不同的(獨立的)成對碼。由此，能夠判別從檢測用光纖12返回來的瑞利散射光是通過哪個光脈沖Pi產(chǎn)生的。
[0068]合成部242將在相位調(diào)制部240中分別被相位調(diào)制的第I光脈沖與第2光脈沖合成為一個光脈沖Pi進行輸出。
[0069]本實施方式的合成部242具有一對輸入端子(第I輸入端子242a和第2輸入端子242b),這一對輸入端子242a、242b分別被指定成所輸入的光的偏光(偏振)方向為相互正交的方向。即，本實施方式的合成部242將第I光脈沖與第2光脈沖以偏光方向相互正交的狀態(tài)進行合成并輸出。下面，輸入到第I輸入端子242a的第I光脈沖也被稱為P偏振脈沖，輸入到第2輸入端子242b的第2光脈沖也被稱為S偏振脈沖。
[0070]將從光源220到合成部242的各結(jié)構(gòu)進行連接的光路由偏振保持光纖(PM光纖)、維持偏振狀態(tài)的波導(dǎo)構(gòu)成。由此，從光源220作為直線偏光輸出的光脈沖Pi在第2分光部224中的分光后也保持其偏光狀態(tài)。為此，通過將連接第2分光部224與第I輸入端子242a的偏振保持光纖等和連接第2分光部224與第2輸入端子242b的偏振保持光纖等以其偏光方向相互正交的方式連接于合成部242的輸入端子242a、242b，使輸入到合成部242的一對光脈沖(第I光脈沖和第2光脈沖)成為偏光方向相互正交的狀態(tài)。
[0071]相位測定部50測定光源220輸出的光脈沖Pi的相位，檢測該光脈沖中因光源220引起的相位的變化(相位的時間變化)。該相位測定部50連接于從光源220延伸的光纖(波導(dǎo)(waveguide))和解調(diào)部324,向解調(diào)部324輸出與測定結(jié)果相應(yīng)的相位信號。通過由解調(diào)部324進行基于該相位信號的修正，能夠從解調(diào)后的信號排除因光源220產(chǎn)生的相位的變化的影響。
[0072]具體而言，相位測定部50如圖3所示，具備I/Q分離部52和相位變化導(dǎo)出部54。[0073]I/Q分離部52具有從自光源220延伸的光纖(波導(dǎo))分支的兩個光波導(dǎo)521、522、光率禹合器523以及90°移相器524,對從光源220輸出的光(光脈沖)進行I/Q分離。
[0074]光波導(dǎo)521、522使在從光源220延伸的光纖(波導(dǎo))中前進的光的一部分分支，并將其引導(dǎo)至光稱合器523。各光波導(dǎo)521、522的光程長度互不相同。具體而言,光波導(dǎo)521的光程長度E2比光波導(dǎo)522的光程長度E1長τ (詳細(xì)而言在時間τ內(nèi)光脈沖前進的距離)。
[0075]光I禹合器523使通過各光波導(dǎo)521、522而被引導(dǎo)的光彼此干涉并輸出。此時，由于光波導(dǎo)521與光波導(dǎo)522的光程長度互不相同，因此光波導(dǎo)521引導(dǎo)的光比光波導(dǎo)522引導(dǎo)的光延遲時間τ到達光耦合器523。光耦合器523將該干涉后的光分支為兩束向相位變化導(dǎo)出部54輸出。
[0076]90°移相器524使通過光耦合器523分支的其中一束光的相位移動90°。
[0077]從如上所述的I/Q分離部52輸出以下所示的1、Q信號。
[0078][數(shù)I]
【權(quán)利要求】
1.一種分布型光纖聲波檢測裝置，將光纖作為傳感器而使用，其特征在于包括: 光脈沖射出部，使光脈沖從所述光纖的一端射入該光纖內(nèi)；以及 瑞利散射光接收部，接收因所述光脈沖的入射而在所述光纖內(nèi)產(chǎn)生的瑞利散射光，其中， 所述光脈沖射出部，輸出利用碼序列而被調(diào)制的所述光脈沖，所述碼序列具有基于所述光纖的長度尺寸的規(guī)定長度且使所述光脈沖被分割為規(guī)定寬度的多個單元， 所述瑞利散射光接收部具有: 相位變化導(dǎo)出部，對所述瑞利散射光進行與所述光脈沖射出部的調(diào)制對應(yīng)的解調(diào)，從已被進行了該解調(diào)的所述瑞利散射光求出其相位變化；以及 聲波檢測部，從由所述相位變化導(dǎo)出部求出的相位變化求出碰撞到所述光纖的聲波。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布型光纖聲波檢測裝置，其特征在于，所述調(diào)制是相位調(diào)制。
3.根據(jù)權(quán)利 要求1所述的分布型光纖聲波檢測裝置，其特征在于，所述調(diào)制是強度調(diào)制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項所述的分布型光纖聲波檢測裝置，其特征在于，所述單元的寬度基于在所述聲波的檢測中所述光纖在長度方向的分辨率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的分布型光纖聲波檢測裝置，其特征在于，所述光脈沖射出部具有: 光源部，輸出規(guī)定頻率的光脈沖；以及 調(diào)制部，利用所述碼序列對從所述光源部輸出的光脈沖進行相位調(diào)制。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的分布型光纖聲波檢測裝置，其特征在于， 所述光源部輸出第I光脈沖和第2光脈沖， 所述調(diào)制部具有: 相位調(diào)制部，利用由自相關(guān)函數(shù)的和為S函數(shù)的第I碼序列和第2碼序列構(gòu)成的一對碼序列，用所述第I碼序列對所述第I光脈沖進行相位調(diào)制，并且用所述第2碼序列對所述第2光脈沖進行相位調(diào)制；以及 合成部，將通過所述相位調(diào)制部分別被相位調(diào)制的第I光脈沖和第2光脈沖合成為一個光脈沖， 所述相位變化導(dǎo)出部具有: 分離部，將所述瑞利散射光分離成與所述第I光脈沖對應(yīng)的第I瑞利散射光以及與所述第2光脈沖對應(yīng)的第2瑞利散射光； 解調(diào)部，對由所述分離部分離的第I瑞利散射光進行與所述第I碼序列對應(yīng)的解調(diào)，并且對所述分離的第2瑞利散射光進行與所述第2碼序列對應(yīng)的解調(diào)；以及 導(dǎo)出部，從被解調(diào)的第I瑞利散射光和第2瑞利散射光求出所述相位變化。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的分布型光纖聲波檢測裝置，其特征在于， 所述光源部具有輸出直線偏振的光脈沖的光源，以及將從所述光源輸出的光脈沖以維持直線偏振的狀態(tài)分光為所述第I光脈沖和所述第2光脈沖而輸出的分光部， 所述合成部，將所述第I光脈沖與所述第2光脈沖以偏振方向相互正交的狀態(tài)進行合成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的分布型光纖聲波檢測裝置，其特征在于還包括， 相位測定部，測定所述光脈沖的相位并檢測該光脈沖中因所述光源而引起的相位的變化，其中， 所述解調(diào)部，對基于由所述相位測定部檢測出的相位的變化而被分別修正的所述第I瑞利散射光和所述第2瑞利散射光進行解調(diào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的分布型光纖聲波檢測裝置，其特征在于， 所述光源部具有輸出所述第I光脈沖的第I光源以及輸出所述第2光脈沖的第2光源， 所述第I光脈沖的波長與所述第2光脈沖的波長互不相同。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的分布型光纖聲波檢測裝置，其特征在于包括: 第I相位測定部，測定所述第I光脈沖的相位并檢測該第I光脈沖中因所述第I光源而引起的相位的變化；以及 第2相位測定部，測定所述第2光脈沖并檢測該第2光脈沖中因所述第2光源而引起的相位變化，其中， 所述解調(diào)部，對基于由所述第I相位測定部檢測出的相位變化而被修正的所述第I瑞利散射光和基于由所述第2相位測定部檢測出的相位變化而被修正的所述第2瑞利散射光分別進行解調(diào)。
11.根據(jù)權(quán)利要求5至10中 的任一項所述的分布型光纖聲波檢測裝置，其特征在于， 所述光源部以基于通過所述光纖檢測出的聲波的頻率的第I時間間隔輸出所述光脈沖， 所述調(diào)制部利用對從所述光源部輸出的每個光脈沖通過不同的碼序列進行相位調(diào)制。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的分布型光纖聲波檢測裝置，其特征在于， 所述光脈沖射出部包括具有所述光源部和所述調(diào)制部的多個脈沖單元， 從各脈沖單元輸出的所述光脈沖的頻率互不相同， 所述多個脈沖單元按照如下所示的方式依次輸出光脈沖，即，各脈沖單元以所述第I時間間隔輸出所述光脈沖，而各脈沖單元之間的光脈沖的輸出時機則相互錯開比所述第I時間間隔短的第2時間間隔。
【文檔編號】G01H9/00GK103842782SQ201280047302
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月5日
【發(fā)明者】岸田欣增, 西口憲一, 李哲賢 申請人:光納株式會社