(57)【要約】光学的検知システムは、検知ファイバーに沿った状態を検知するためにファイバーから散乱する光を利用し、周波数−振幅コンバーターを持った受信器を有して受光した散乱光のブリルアン成分の周波数を得て上記状態を推定する。このコンバーターはブリルアン周波数スペクトルを得るための時間のかかる周波数走査を回避出来、スペクトルからピークまたは平均の周波数を導き出すための重い処理負荷を回避する。該コンバーターは、光学的ドメインにおいて回折格子または干渉計を用いて、または電気的ドメインンにおいてはダイプレクサーまたは電気的干渉計を用いて実現される。それは逆の符号を持った相補信号を発生することが出来、その信号の比率が周波数を表わす。これは、受信した散乱光信号の振幅変化に対する感度を無視することを可能にし、ノイズの共通モード阻止性能を提供することができる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学的検知システム用の受信器であって、該システムは検知導波路に沿って光を送り、該検知導波路からの散乱光を利用して状態を検知するように構成され、前記受信器は前記散乱光を受光して該受光した散乱光のブリルアン成分の周波数を得るように構成され、前記受信器は、受信した信号を、振幅が前記ブリルアン成分の瞬間的な周波数によって変化する信号に直接変換するように構成された周波数−振幅コンバーターを有する、前記状態を検知するために用いられる受信器。
【請求項２】
前記コンバーターが逆の符号を持った相補信号を発生しこれらの信号の比率を出力するように構成されている請求項１記載の受信器。これは、前記コンバーターが、前記受信した散乱信号における振幅の変化に感度が殆ど無いか、全く無いようにすることを可能にする。
【請求項３】
前記コンバーターは、電気的ドメインの周波数−振幅コンバーターを含む請求項１または２記載の受信器。
【請求項４】
前記受光した散乱光を前記電気的ドメインコンバーターのために電気的形態に変換するコヒーレント検知器を含む請求項３項記載の受信器。
【請求項５】
前記コンバーターは、電気的なダイプレクサーを有する請求項３または４記載の受信器。
【請求項６】
前記コンバーターは、電気的干渉計を有する請求項３または４記載の受信器。
【請求項７】
前記周波数−振幅コンバーターは、光学的ドメインの周波数−振幅コンバーターを含む請求項１または２記載の受信器。
【請求項８】
前記受信器は、１つ以上のブリルアン成分を分離するために前記コンバーターの前に光学的フィルターを有する、先行する請求項のいずれかに記載の受信器。
【請求項９】
前記コンバーターは、回折格子を有し、該回折格子によって反射し、透過する信号の比が決定される、請求項７または８記載の受信器。
【請求項１０】
前記コンバーターは、干渉計装置を有する、請求項７または８記載の受信器。
【請求項１１】
前記干渉計装置は、干渉計と３ｘ３カプラーを有し、前記コンバーターは、周波数を得るために該カプラーの出力を比較するように構成されている、請求項１０記載の受信器。
【請求項１２】
前記干渉計装置は、ファブリーペロー干渉計を有する、請求項１０記載の受信器。
【請求項１３】
複数波長の光を送るように構成されたシステムとともに使用する受信器であって、上記異なった波長からの散乱光を受光して識別し、周波数の複数の測定値を同時に導き出すように構成されている、先行する請求項のいずれかの受信器。
【請求項１４】
分布配置された検知システムのための受信器であって、導波路のどの部分が散乱光を発生したかを判定するように構成されている、先行する請求項のいずれかの受信器。
【請求項１５】
検出をキャリブレーションするために、制御された状態に維持された導波路の参照区域を有する、先行する請求項のいずれかの受信器。
【請求項１６】
多くの周波数測定値の平均値を決定する回路を有する、先行する請求項のいずれかの受信器。
【請求項１７】
前記コンバーターは、制御可能なオフセットを有する、先行する請求項のいずれかの受信器。
【請求項１８】
送信器と、先行する請求項のいずれかに記載の受信器とを有する、検知システム。
【請求項１９】
導波路に沿って測定量を歪に変換するセンサーを有する検知導波路を備え、前記受信器は、前記歪を検知して該歪から前記測定量を推論するように構成された、請求項１８に記載の検知システム。
【請求項２０】
前記センサーは、前記検知導波路に沿って分布配置された流量センサーを含み、前記受信器は歪を検知して前記検知導波路の異なった箇所における流量を検知するように構成されている、請求項１９に記載の検知システム。
【請求項２１】
前記流量センサーは、前記導波路が液流のなかに浸されたときに牽引力を発生させるために前記導波路上にコーティングを有する、請求項２０に記載の検知システム。
【請求項２２】
送信器と、受信器と、検知導波路とを有する光学的検知システムであって、前記送信器は前記検知導波路に沿って光を送るように構成され、前記受信器は前記検知導波路のいずれの部分の歪をも検知するために前記検知導波路から散乱する光を利用するように構成され、前記検知導波路は液流内で牽引力を起こすためのコーティングを有して前記検知導波路内で部分的な歪を発生させ、前記受信器は前記部分的な歪を検知して前記検知導波路に沿った異なった箇所の流量を導きだすように構成されている、光学的検知システム。
【請求項２３】
検知導波路に沿って送られる光を使用して該検知導波路に沿った状態に関する検出信号を生成する方法であって、該方法は、前記検知導波路からの散乱光を受信するステップと、該受信した散乱光のブリルアン成分の周波数を得るステップと、周波数−振幅コンバーターを使用して上記受信した信号を、振幅が前記ブリルアン成分の瞬間的な周波数とともに変化する、変換された信号に直接変換するステップと、、前記変換された信号に従った前記検出信号を生成するステップとを有する方法。
【請求項２４】
請求項１から２２のいずれかに記載の装置または請求項２３に記載の方法を用いた検知サービスを提供する方法。
【請求項２５】
請求項２３に記載の方法を実行するソフトウェア。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検知システム、そのようなシステムのための受信器、それに対応する検知方法、検知信号を生成する方法、検知システムを作る方法、およびそのような方法のためのソフトウェアに関する。
【背景技術】
【０００２】
工業界には長距離にわたる全てのポイントで、歪または温度のような、状態の測定をするという要請がある。典型的な用途は石油やガスの井戸、長いケーブルやパイプラインなどである。温度を判定する手段として、分布配置された温度センサーは、しばしば光ファイバー中の散乱光のラーマンまたはブリルアン成分を用いる。ここでは、光源からの光がファイバーの中に送り込まれ、光源に向かって逆に散乱する少量の光が分析される。パルス光を使って、戻ってくる光を時間の関数として計測し、逆散乱光をファイバーに沿った距離と相関させることが出来る。この逆散乱光は、弾性体散乱（レイリー光）の成分、および光源光の周波数から上下にシフトした成分（各々レイリーおよびブリルアンの反ストークス光とストークス光、また非弾性体散乱光としても知られている）を含んでいる。戻ってくるラーマン成分のパワーは温度依存的であり、この成分の分析が温度を提供する。戻ってくるブリルアン成分のパワーは歪および温度依存的であり、したがって両方の成分の分析が温度と歪を個別に提供する。
【０００３】
歪および温度の測定のためのブリルアン逆散乱の分析の原理は以前に述べられており、以下に参照される。
【０００４】
Parker,T.R, Farhadiroushan, M,Handerek, V.A, Rogers, A.J., ”Temperature and stain dependence of the power level and frequency of spontaneous Brillouin scattering in optical fibres”, OPtics Letters, 1st June 1997, Vol.22, No.11, pp.787-789, およびParker,T.R, Farhadiroushan, M,Feced, R,Handerek, V.A, Rogers, A.J.,”Simultaneous Distributed Measurement of Strain and Temperature from Noise-Initiated Brillouin Scattering in Optical Fibers”, IEEE Journal of Quantum Electronics, April 1998, Vol.34, No.4, pp.645-659 。
【０００５】
もしブリルアン逆散乱の周波数とパワーが測定できればファイバーの歪と温度を決定できる。逆散乱光の周波数測定は、光源光波長の走査、または逆散乱信号を通すフィルターによる周波数分析を必要としてきた。異なった波長の振幅の曲線から、ピークが決定され、ピークの周波数および曲線の平均周波数も決定される。周波数分析は光学的ドメイン内、または電気的ドメイン内のどちらでも行うことが出来ることは知られている。自然界においては調査対象の信号は極端に雑音を含むので、走査の工程は幾分時間がかかる。
【０００６】
ファイバーの長さが増大するにつれて温度および歪測定の正確さは減少する。１つの理由はファイバー全長に渡るロスが増大し、したがって遠くの端から戻ってくる信号がより小さくなり、結果として雑音がより大きくなるからである。誤差を減少させる１つの方法は、多くのパルスを使った多くの測定値を平均化することである。そのような平均化の量は最大パルス繰り返し数によって制限される。その速さは、通常、そうでなければ戻ってきた信号の発生場所を判定することが不可能である（複数のパルスからの逆散乱光が重なってしまう）ような任意の時間に、通常は１つのパルスしかファイバーの中に持つことが出来ないという事実によって制限されている。光のパルスがファイバーを通り抜ける時間はファイバーの長さに比例するので、ファイバーの長さが増せば最大パルス繰り返し数は減少する。したがって、検出長が増せば正確さは落ちる。上述したように、周波数の１回
の測定には多くのパルス（典型的には何百もの）が必要とされ、したがって有効な測定繰り返し数は最大パルス繰り返し数よりも多くの場合低い（多分何百倍も低い）。
【０００７】
このことの例は、Sensornet社に譲渡されたUSP 6,380,534に示されている。スペクトルが狭域ファブリーペローフィルターを通り抜け、異なった時間に異なった波長が通過して、異なった波長に対する出力曲線がもたらされる。光学フィルターは、光源のパルス繰り返し数と比較してより遅い速度で走査される。このことは、１回の走査サイクル中に多くの光パルスを送ることによって、選択された異なった波長の逆散乱光が捕捉されることを可能にする。逆散乱光の図形は、組み合わされて検知ファイバーに沿った逆散乱光の全スペクトルの反応形を構成する。各分光光の反応は、ファイバーの異なる部分に対応して、温度および歪に感応しないレイリー光ピークに対して正規化される。測定値は既知の温度および歪の分光光反応に対してキャリブレーションされ、ブリルアン光ピークの相対的な振幅と位置を測定することによって検知ファイバーに沿った歪と温度の分布が計算される。
【０００８】
Kee,H.H., G.P., およびNewton,T.P.,による論文”Low loss, low cost spontaneous Brillouin-based system for simultaneous distributed strain and temperature sensing”, CLEO 2000, Cth14, San Fransisco, May 2000に示されている他の知られた例は、ブリルアン成分の識別のための１つの干渉計と、周波数を決定するための第２の干渉計を使用している。これは、単一の周波数を計算するために異なった光源周波数の２つのパルスを使った２ステップの工程を用いる。これはそして平均化を可能にするために繰り返される。これの不利な点は、異なる位置の間で光源の波長を変更するために必要とする時間である。また、光源の波長の調整の正確さや再現性による周波数誤差を招く可能性がある。Muaghan,S.M., Kee,H.H., およびNewton,T.P., ”Simultaneous distributed fibre temperature and strain sensor using microwave coherent detection of spontaneous Brillouin backscatter” Measurement Science and Technology, Vol.12,2001,pp834-842 に示される他の知られた例では、電気的なドメインに変換するためにコヒーレントな検出を用いている。電気信号が電気的スペクトルアナライザーを用いて分析され、ブリルアン光ピークの周波数が決定される。電気的スペクトルアナライザーは、受信信号のスペクトルを決定することを、現場のＲＦ発振器を用いた受信光学信号の混合と、この発振器の周波数を走査することに頼っている。再度、この方法は光源の周波数走査、今回はＲＦ発振器を必要とし、達成できる測定速度を減じる。
【発明の開示】
【０００９】
本発明の目的は、改良された装置と方法を提供することである。
【００１０】
本発明の第１の態様によれば、状態の検出に用いるために、光学的検知システムのための受信器が用意され、該システムは検知導波路に沿って光を送り、この検知導波路からの散乱光を用いて上記状態を検知するように構成され、上記受信器は、散乱光を受光し、この受光した散乱光のブリルアン成分の周波数を得るように構成され、また、上記受信器は、受光した信号を、振幅が上記ブリルアン成分の瞬間の周波数とともに変化する信号に直接変換するように構成された周波数−振幅コンバーターを有する。
【００１１】
そのようなコンバーターを用いることによって、ブリルアン周波数を得るために時間のかかるスペクトル分析はもはや必要ない。そのようなスペクトル分析の回避によって、時間のかかるスペクトルを得るための周波数の走査を回避し、かつ、スペクトルからピークや平均周波数を導き出す重い処理負荷を回避する。いくつかのケースでは、これは測定の速さを何十倍も、あるいは、何百倍までも改善できる。そのようなより早い測定の結果として、平均化の時に、より多くのサンプルを含ませることを可能にする。検知精度は、典型的に、平均化されるサンプル数の平方根に従って変化するので、このことは正確さを非
常に増大させる。有用な情報を歪の変化の周波数スペクトルから導き出すことが出来、より早い測定によって、測定すべき広いスペクトルを音響分析のドメインに導入することが出来る。より早い測定は、ある与えられたノイズレベルに対して、到達距離がより遠いとか、または空間的解像力がより高いなどの他の利点と交換することが出来る。ブリルアン周波数は、例えば歪を検出するために、または／および温度のような他の状態の検知を補正するために用いることが出来る。それは、例えば小さな領域の精密な検知や、または広域の荒い検知など、検知のフレキシビリティを増す他の技術と組み合わせることが出来る。基本的には、この優位点はコンバーターが光学的ドメインまたは電気的ドメイン内で実現されるか否かに関わらず当てはまる。同様に、基本的には、この優位点はブリルアン成分がコンバーターの前または後で散乱光の他の成分から分離されるか否かに関わらず当てはまる。それらの利点はパルスまたは連続した照明を送るシステムに当てはまる。
【００１２】
従属項の追加的な特徴は、逆符号の信号を持った補助的な信号を生成し、これらの信号の比を出力するように構成されているコンバーターを有することである。このことによってコンバーターは、受信した散乱光信号の振幅の変動に感度が殆ど無いか、全く無いように出来る。したがって、正確度が増すか、もしそのような振幅感度が下流で補正が殆ど必要ないか、あるいは全く必要ないならば、システムを簡単に出来る。さらに、ほとんどのノイズは通常周波数ノイズよりは振幅ノイズなので、比をとることによってそのようなノイズの良好な共通モード阻止性能が得られ、したがってまた、正確度は上がる。
【００１３】
さらなる他の特徴として、コンバーターは電気的ドメインの周波数−振幅コンバーターを含む。
【００１４】
電気的ドメインの利点には、電気回路のより高度なレベルの集積と更なる信号処理の実行の可能性が含まれ、計算時間を節約する。電気回路は、より簡単に可変の周波数オフセットを与える装置と組み合わせることが出来、所望の広い周波数範囲にわたって測定範囲を移動させることが出来る。
【００１５】
他の、そのようなさらなる特徴は、受信器が、受光した散乱光を電気的コンバーター用に電気的な形態に変換するためのコヒーレント検出器を有することである。これは光学的位相情報を保存することが出来る。コヒーレント検出器は検出した信号のシグナル対ノイズ比を増加させるという幾分の利点をもたらす。このことは、検出器としてより高価なアバランシフォトダイオードＡＰＤの代わりに高速ＰＩＮのような、より廉価な部品を用いることが出来ることを可能にする。
【００１６】
他の、そのようなさらなる特徴は、コンバーターが電気的なダイプレクサーを有することである。
【００１７】
そのようなコンバーターの利点は、コンバーターが異なった周波数帯に分割され、所望の感度を与えるためにロールオフのようなコンバーター特性を設計するのが容易になる可能性があることである。それらは可変にすることが出来、使用中変換の範囲および感度を積極的に選択、または制御出来る。
【００１８】
他の、そのようなさらなる特徴は、コンバーターが電気的な干渉計を有することである。これの利点は、コンバーターを小さな周波数の変化に対して高い感度にすることが出来ることである。欠点は、オフセットの設計や補正が困難なことであるが、周波数の絶対値よりは相対的な変化を検知する必要のあるアプリケーションにとっては問題ではない。そのようなアプリケーションには音響検知やノイズ記録（noise logging）が含まれる。
【００１９】
他の、そのようなさらなる特徴は、光学的ドメインの周波数−振幅コンバーターを含む
、周波数から振幅へのコンバーターである。電気的ドメインのコンバーターに比べて、これは、より少ない、より安い部品で実現出来、ノイズを招く危険性も低い。
【００２０】
他の、そのようなさらなる特徴は、受信器がコンバーターの手前に、１つ以上のブリルアン成分を分離するための光学フィルターを有することである。このことの利点は、後ろ側での濾過よりは装備するのが容易で、あるタイプのコンバーターにおいては受光した散乱光以外の部分からの干渉を回避できる。
【００２１】
他の、そのようなさらなる特徴は、コンバーターが光学的回折格子を有することであって、回折格子による反射信号と透過信号の比が決定される。そのような装置の利点は、単純さ、信頼性、偏光による感度差がない、および干渉計の装置よりもロスが少ないことなどを含む。また、システムは導波路に沿って送られる光の波長の変更によって周波数測定のオフセットが変えられるように構成することが出来る。
【００２２】
他の、そのようなさらなる特徴は、コンバーターが干渉装置を有することである。これらは、周波数の僅かな変化に対して他の光学装置よりも大きな感度を有する。
【００２３】
他の、そのようなさらなる特徴は、干渉装置が干渉計と３ｘ３カプラーを有することで、コンバーターは周波数を求めるためにカプラーの出力を比較するように構成される。
【００２４】
他の、そのようなさらなる特徴は、干渉装置がファブリーペロー装置を有することである。この利点は、マッハツェンダー装置よりも低い感度ではあるが作動範囲が広いことである。それらはセットアップや調整が容易で、そのオフセットを決定することもより簡単である。
【００２５】
他の、そのようなさらなる特徴は、受信器が多波長光を送るように構成されたシステムと共に使用されることで、受信器は異なった波長からの散乱光を識別し、複数の周波数測定値を同時に導き出すように構成される。これの利点は、測定の頻度がさらに向上し、対応して正確度を増すことである。基本的に、より複雑で高価な光学部品のコストでではあるが、偏光多重化も一緒に、あるいは、代わりに実施される。異なった波長は、異なった測定範囲、および／または異なった感度を有するように用意される。
【００２６】
他の、そのようなさらなる特徴は、受信器が導波路のどの箇所で散乱が生じているのかを決定するように構成される、分布型の光学的検知システムである。これには、例えばＯＴＤＲ（Optical time domain reflectometry）またはＯＦＤＲ（Optical frequency domain reflectometry）技術を用いることが出来る。これは、例えば与えられた時間にパルスを送る、または送る波長を変化させる送信機を含んでいる。タイミングまたは周波数、および時間の関係が送信器から受信器へ連携される。
【００２７】
他の、そのようなさらなる特徴は、導波路の参照部が検知のキャリブレーションのために被制御状態に維持されることである。これは絶対値における正確度を向上する。
【００２８】
他の、そのようなさらなる特徴は、多くの周波数測定値の平均を決定する回路である。これはノイズの効果を減じて正確度を向上させることができる。
【００２９】
他の、そのようなさらなる特徴は、コンバーターが、制御可能なオフセットを有することである。これは、周波数測定の自由度を可能にし、狭い範囲での感度の良い測定をもたらし、また、その範囲を好きなように移動することができる。
【００３０】
本発明の他の態様は、上記のように設計された送信器と受信器を含む検知システムを提
供する。
【００３１】
他のさらなる特徴は、システムが、測定量（measurand）を導波路に沿った歪に変換するセンサーを持った導波路と、上記歪を検知して歪から上記測定量を推測するように構成された受信器を有する検知導波路を含むことである。
【００３２】
このことは、同じ受信器で、検知されるべき状態のさまざまな種類の測定をどれでも可能にするのに有効である。これは装置のコストや設置のコストを削減できる。測定値は、状態に関するいかなる測定値、また他のどんな情報としても定義される。
【００３３】
他の、そのようなさらなる特徴は、センサーが検知導波路に沿って分布配置された流量センサーを含み、受信器が検知導波路の異なった部分における歪と、したがって流量を検知するように構成されていることである。
【００３４】
これは、石油やガスの製造速度を監視するようなアプリケーションに対して特に価値のある種類の測定の１つである。
【００３５】
他の、そのようなさらなる特徴は、導波路が流体の中に入れられたときに抗力を発生させるために、流量センサーがその導波路にコーティングを有することである。これは、そのような分布型の測定を達成するために特に効果的な方法である。それは、装備するのが容易で、導波路に沿って備え付けられているマイクロベンダー（micro benders）等の個別のポイントセンサー（discrete point sensors）のような代替のものよりもざらざらしている。センサーの位置を予め決めておく必要は無い。その分布配置された状態は、ポイントセンサーよりも多くの情報を与えてくれ、例えばパイプに沿ってセンサーが延伸するにつれて異状の追跡や、または、例えば漏洩の精密な検出を容易にする。
【００３６】
本発明の他の態様は、送信機が検知導波路に沿って光を送るように構成され、受信器が検知導波路のどの部分における歪をも検知するように構成され、検知導波路が流体中で抗力を生じるように、また、検知導波路内に局部的な歪を生じるようにコーティングを有し、受信器がその局部的歪を検知して検知導波路に沿った異なる箇所での流量を推論するように構成されている、送信機、受信器、および検知導波路を有する光学的検知システムを提供する。
【００３７】
これは、そのようなコーティングは、受信器が歪を検知する方法とは無関係に有効であることを反映させている。
【００３８】
本発明の他の態様は、検知導波路に沿って送られる光を用いて、検知導波路に沿った状態に関する信号を生成する方法を提供し、この方法は、検知導波路から散乱する光を受光するステップと、受光した散乱光のブリルアン周波数成分を得るステップと、周波数−振幅コンバーターを使って振幅がブリルアン成分の瞬間的な周波数とともに変化する変換信号に直接変換するステップと、その変換信号に応じた検知信号を生成するステップとを有する。
【００３９】
本発明の他の態様は、上述のように設計された装置または方法を使った検知サービスを提供する方法を提供する。
【００４０】
本発明の他の態様は、上記方法を実行するソフトウェアを提供する。
【００４１】
当業者には、特に本発明者に知られていない他の従来技術に関する者には、他の利点は明らかであろう。当業者には明らかであるような他の構成や他の態様のいずれもが組み合
わせ可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
本発明の実施例およびそれを実現する方法を、添付する図を参照して、例に従って述べる。
【００４３】
記述する実施例は、光学的または電気的な構成を用い、その静的な特性により、ブリルアン逆散乱スペクトルを、それによって温度と歪を直接計算することが出来る周波数とパワーに直接変換する。１つの大きな違いは、ブリルアンスペクトルの詳細な曲線を取る必要が無いことである。これは、光学的あるいは、電気的な要素による周波数の走査を通じてブリルアンスペクトルを捕らえる必要がもはや無いので、測定速度を非常に増すことができる。この技術は、光学的な時間のドメインである反射光測定技術と結びつけることが出来、この反射光測定技術は、単一パルスを発してその逆散乱光を時間解析することで、ファイバー内の温度と歪の完全分布型の測定をもたらす。
【００４４】
先願のSensornet社のUSP 6,380,534に述べられているように、ファイバーの参照区域を使用することは、この技術を自己キャリブレーションさせる１つの方法であり、パワーと周波数の両方の測定値を同時にもたらす。いくつかの技術はブリルアン周波数をより素早く（後に述べるように数Ｈｚのオーダーで）決定することが出来る。これが有効である２つの可能性ある測定方法は次のようである。
【００４５】
ａ）動的な歪：歪のすばやい変化（１０Ｈｚオーダーの）であって、しかし適当に大きな、多分１００ｕｅ以上の歪を求める。
【００４６】
ｂ）音響検知：歪の極端に早い変化（何百Ｈｚオーダーの）であって、歪量の小さい歪を求める。いくつかのケースでは絶対値は必要でなく、どのくらいの変化が起こったのかだけが必要である。
【００４７】
上述した全ての技術の有用な特徴は、信号を瞬時に検知することが出来ることである。言い換えれば、多チャンネルのデータ取得が性能を向上させるために有効である。
【００４８】
図１
図１は、本発明の一実施例を示す。光源１０の形態をした送信手段が検知ファイバー３０に接続され、ファイバーに沿って波長λ１のパルスを送る。検知ファイバーの全ての地点からの逆散乱光が既存の技術を使って、前進する光から循環器２０によって分離され、受信器１５に送られる。この逆散乱光は、前進光の波長λ１から導かれるブリルアンストークス、ラーマンストークス、抗ストークスラーマン、抗ストークスブリルアン、およびレイリー成分を持っている。
【００４９】
受信器は、検知した値、または逆散乱光から導かれる、検知ファイバー３０に沿った状態の値を出力するという包括的な目的を持っている。これは、分布型の検知システムにおいてファイバーの異なった部分の状態、または検知ファイバー全体に渡る状態を含ませることが出来る。受信器は逆散乱光の有効な部分の識別と、検知された値を計算することを含む。示した例では、望まない逆散乱光から所望の逆散乱光を分離するためのフィルター４０を持った受光器がある。周波数−振幅コンバーター５０がブリルアン周波数を表わす値、したがって歪を示す値を出力するために用いられる。
【００５０】
実施例の３つのカテゴリーを以下に述べる。
【００５１】
１．光周波数／波長の単調な識別器
この技術は、周波数のシフトを振幅の変化に変換する光学フィルター機能を用いてフィルターを走査する必要性を取り除き、詳細な光学スペクトルを得る。特に、透過かつ反射する光学フィルターを使用することが出来、反射パワーは透過パワーの補数である。言い換えると、濾過されるパワーは吸収されないで反射する。このことは、周波数シフトとしての解釈なしに、もたらされるパワーの揺らぎによる振幅の変化を可能にする。このことは、温度変化のような長い期間の変化や振幅ノイズのような高周波数の変化からくる誤差を減らすことが出来る。
【００５２】
１つの特別な技術は、ファイバー型のブラッグ回折格子を含む（代替としてはファブリーペローエタロンを用いる）。検知器は、図２に示すように透過光路および反射光路それぞれに置かれる。
【００５３】
図２．回折格子を使ったコンバーター
このコンバーターは、回折格子からの透過光および反射光を各々検知するために、循環器２００、回折格子、および検知器２２０，２３０を含む。透過光と反射光の比を決定するために回路２３３が設けられる。同時に反射光と透過光の合計を決定するための回路（図示せず）が任意にある。これらのそれぞれの要素は既存のハードウェアを使って実装される。検知されたパワーの比率は周波数の程度を表わし、一方、検知されたパワーを合わせた大きさは受光したすべてのパワーの程度を表わす。合計のパワーとパワーの比率を観察することで、ブリルアンパワーと周波数の両方が決定出来、したがって温度と歪の両方が決定される。標準の単一モードのファイバーにおいて、光学フィルター４０は分析すべき１つのスペクトル成分、すなわちブリルアン逆散乱を分離するよう機能する。分散シフト型のファイバー（dispersion shifted fibres）やそれと同様のものに時折見られるように複数のブリルアン周波数が存在する場合は、比率が周波数の平均を与えてくれる。他の可能な測定は、ファイバーロスに対してブリルアンパワーを正規化するためのレイリー逆散乱の測定である。回路２３３は、既存の電気的アナログ信号処理ハードウェア、または専用の部品もしくはアプリケーション専用の集積回路を用いて既存の処理回路上で動作するソフトウェア内に実装できる。
【００５４】
図３．回折格子レスポンス
回折格子の所望のフィルターレスポンスの設計パラメーターは、必要とされる歪測定範囲の定義によって決定することが出来る。これは、今度は、パワー測定精度の既知のレベルを与えられた時の、可能な歪量解像力を与える。この目的のための理想的な回折格子は完璧にリニアなレスポンスを有することである。実際にはこれはあり得ないことで、したがってフィルターの正確なキャリブレーションも必要である。
【００５５】
図３に示すレスポンスは、標準のバンドパス／バンドストップ回折格子のレスポンスとは幾分異なっている。もし回折格子がチャープ（chirp）したり、回折格子の長さに沿った強度が変化していれば図３に示したレスポンスが得られ、より広い、よりリニアな作動範囲を与えることが出来る。図３は、波長によってどのように透過および反射の出力が変化するかを示している。それぞれのケースでピークと対応する谷間がある。両サイドのスロープは作動範囲として利用することが出来る。スロープがより緩やかなほどブリルアン周波数の測定感度は低くなり、測定範囲は広くなる。オフセットを変化させ、範囲を移動するために、光源の光周波数を変化させることが出来る。
【００５６】
このシステムの他の特徴として、既知の温度および歪の参照ファイバー区域を含ませることが出来、それによって他の読み取りをキャリブレーション出来る。検知システムは、分布型の検知システムであり得る。参照部および分布配置される検知媒体を全て同時に観察するために時間ドメインの反射光測定が用いられている。光学的な波長識別器そのものは新しくはない。一般的に、これは通常２組のフィルター／エタロンを用い、これまで述
べたような方法で各々の出力を組み合わせる。そのアプリケーションはレーザー波長の調整に特に関連する。Colbourne社のUSP 5,798,859は、光伝送および反射モードで使用されるフィルターを１個だけ準備することを含んでいる。読者は実装のより詳細内容についてそのような文献を参照されたい。
【００５７】
２．干渉計型光周波数／波長識別器
図４は、干渉計を持ったコンバーターを備えた受信器を有するシステムの１例を示す。このシステムは、レーザー４００およびパルス変調器４１０の形態の光源を含んでいる。出力パワーレベルを制御するためにＥＤＦＡ（Erbium doped Fibre Amplifier）４１５のような光増幅器を任意に含ませることが出来る。図１におけるように、循環器および検知ファイバーが示されている。受光した散乱光は循環器によって受信器に導かれ、受信器は、この例ではＥＤＦＡ４２５を含んでおり、信号対ノイズ比を改善するために光学的パワーを増大させる。
【００５８】
コンバーターは、３ｘ３カプラー４３５に接続しているマッハツェンダー干渉計４２５を使用する。３つの出力Ａ，Ｂ，Ｃは、光学フィルター４５０によって濾過され、ブリルアン成分を分離する。これは、任意に、コンバーターの干渉計の手前で実施しても良い。もし、図８に示すようにＷＤＭ信号分離器を使用したときは、この機能は濾過機能と結びつけて、望むならばレイリー成分も分離できる。次に、３つの出力は互いに比較され、周波数の変化が決定される。この部分は従来は電気的ドメイン内で行われてきた。検出器５００が電気信号への変換のために用意される。電気回路５１０が比較を実行するためとブリルアン周波数を表わす信号を出力するために用意される。この電気回路は、従来のアナログまたはデジタルの信号処理回路、または従来の信号処理ハードウェア上で動作するソフトウェア内に実装することが出来る。値の平均化もここで実行することが出来、また、出力のキャリブレーションや補正などのそれ以上のいかなる処理もここで実行することが出来る。
【００５９】
この技術は、アーム間の光路長が異なっているマッハツェンダー干渉計に基づいている。それは、ナノ変位のような非常に小さな変化を測定できる潜在力がある。これを詳細に述べる。
【００６０】
歪および温度に伴うブリルアン周波数のシフトは次のようである。
【００６１】
Δf = 1 MHz/1℃
Δf = 1 MHz/20με
ブリルアンシフト＝10.8GHz(1550nmで)
空間周波数δｚ＝  １ｍ
パルス幅  τ＝  10nsec
サンプリング間隔ｓ＝  10nsec
周波数の測定は、ブリルアン散乱光のコヒーレンス属性および時間属性にマッチした光路不均等干渉計を使用する。２つのアーム間に１ｍの光路長差があり、２つの出力が互いに直角の位相差を持つ、例えばファイバー干渉計の出力側に３ｘ３カプラーを用いるようなマッハツェンダー干渉計を考慮されたい。
【００６２】
逆散乱光は、すべて干渉計を通過し、ストークス、レイリー、および反ストークス成分が選択され濾過される。レイリーは周波数の変化が無く、この成分は干渉計にバイアスをかけるために継続的に入射光の周波数を監視するために使用されることに注目されたい。
【００６３】
また、ストークスの周波数が落ちると反ストークスの周波数が上がる。したがって、干渉計を通過するストークス信号の位相が減じると反ストークスの位相が増大する。レイリー周波数は入射光に対して変化せず、したがって、レイリーは参照位相信号として使用できる。これは、ファイバー全長に渡って平均化される継続運転モードにおいて用いることが出来る。ストークスおよび反ストークス信号は非線形的に変化することに注意されたい。レイリーは、コヒーレントノイズに影響を受け、しかしストークス信号は温度ノイズ特性に従う。
【００６４】
光学的位相差は以下によって与えられる。
【数１】
2007535674.tif 000003
λ＝１５５０ｎｍ、Ｌ＝１ｍ、ｎ＝１．４５  とすると、
Φ＝２π０．９３５４８４  約１０６フリンジ（fringes）となる。
周波数シフトΔｆに対する位相感度δΦは、等式（１）を用いて計算できる。
【数２】
2007535674.tif 000004
位相感度が１０−４ラジアンだとすると、例えば直角位相検知を用いて周波数分解能は、
δｆ＝３ＫＨｚ                                    （３）
に等しい。
【００６５】
ブリルアン周波数のシフトが１ＭＨｚ／℃、および１ＭＨｚ／２０μεとすると、周波数分解能は温度感度３ｍ°Ｋ、および歪感度
2007535674.tif 000005
に等しい。
【００６６】
位相は、３ｘ３カプラーの異なったアームにおける信号強度を測定し、その値をアークタンジェント計算して位相差に変換することによって簡単に求められる。
【００６７】
位相は、明らかに２πラジアン以上のところに決定される。これは２００ＭＨｚまたは４０００μεの周波数シフトに相当する。
【００６８】
３ｘ３カプラーのアーム間の位相差は数式を簡単な状態に保つためには理想的には９０°であるが、アーム間の位相差が等しく３つのアーム全てを使用するとすれば他の値を用いることも出来る。
【００６９】
受信器の干渉計の温度変化は位相ノイズを招く、したがって、位相ノイズを最小化するために干渉計の温度制御をする必要がある。ファイバーの全長またはある区域から受光するレイリー光はフリンジの位置を固定したり追尾するために使用することが出来る。加えて、ファイバーの参照部分からの散乱光は受光干渉計にバイアスをかけたりファイバーの感度を調整するために使用することが出来る。
【００７０】
ストークスと反ストークスは位相が反対であることに注意されたい。
【００７１】
しかし、共通の受光干渉計の光路を通った位相は同じ方向に変化する。したがって、ストークスおよび反ストークスの位相出力は共通のノイズを消去するために差し引かれる。
【００７２】
ストークス信号と反ストークス信号は約２２ＧＨｚ分、分離される。これは約１００フリンジ分のフリンジ分離に相当する。低周波数またはＤＣの歪はストークスと反ストークスの位相差を測定し、その相対的位相（２−周波数フリンジ位置）を比較することによって推論される。
【００７３】
いくつかの論文やUSP 6,674,928のような特許は、周波数測定のために干渉計と３ｘ３カプラーを使用することを示しており、その全ては特にＦＢＧの波長シフトの測定に関する。
干渉計の偏光感度は偏光維持部品の使用によって取り扱うことが出来る。
【００７４】
３．電気的周波数識別器
これは、上述した技術の直接の均等技術であるが、現在はダイプレクサーを使用して周波数−振幅変換を電気的ドメインで行うところが異なっている。図５は、そのようなダイプレクサーを使用したシステムを示す。ダイプレクサーは、特に衛星テレビ受像機等の間では通常の部品である。それは、上述した光学ファイバーのように周波数−振幅変換をもたらす。再度、それは、フィルターとして考えられ、フィルター応答の補数も得られる。したがって、これらのフィルターのエッジで信号周波数が落ちるとその振幅が周波数と共に変化する。２つの信号出力ＡおよびＢの比を取ることで電気的な周波数の程度を得ることが出来る。重要なことは、これは電気的スペクトルアナライザーの場合のように現場の電気的発振器を走査する必要も無く１回のステップで行われることである。再度、このことは動的な歪の調査のようなアプリケーションに必要な高頻度取得を可能にする。
【００７５】
システムはレーザー４００の形態をした光源と、パルス調整器４１０を含む。出力パワーレベルを制御するために、ＥＤＦＡ（Erbium doped Fibre Amplifier）のような光増幅器を任意に含ませることが出来る（図示せず）。図１におけるように、循環器および検知ファイバー３０が示されている。受光路中にはＥＤＦＡ（図示せず）と、ブリルアン成分を分離するための光学ファイバー４５０と、コヒーレント検知器が置かれる。このコヒーレント検知器はレーザーの連続波出力のような参照光源を結合する結合器４２０を有し、後ろに検知器４３０が置かれて電気的形態に変換する。結合はいくらかのコヒーレントゲインを与えるので、より低感度の検知器が用いられる。典型的な例としては、１２ＧＨｚのＰＩＮ検知器が実装される。任意の構成として、結合器に入力する前にレーザー光の波長をシフトするための周波数シフター４０５がある。これの目的は、結合器から出力される２つのブリルアン成分のオフセットを区分けすることである。２つの例えば＋および−１０ＧＨｚのオフセットの代わりに、例えば＋９および−１１ＧＨｚにすることが出来る。これは検知器で２つの成分が重なることが無く、望むならばその後に別々に処理することが可能であることを意味する。
【００７６】
電気信号は、処理の都合のためにより低い周波数に下方変換（ダウンコンバート）され
る。これはＲＦ発振器４８０によって供給され、ミキサー４６０によって実施される。これはまた、もしＲＦ発振周波数がオフセットコントローラー４９０によって可変であれば、周波数測定値のオフセットを変化させるために役立つ。例えば５００ＭＨｚ近傍に下方変換された信号がダイプレクサー４４０に送られる。ダイプレクサー４４０は周波数−振幅変換を行い、出力ＡおよびＢの比が周波数を表わす。これに続いて、もし検知ファイバーの特別な部分における測定を望むならば、要素４６８によって時間ゲートを行う。ゲートのタイミングは、送信サイドからの同期パルスが供給される可変ディレイ４６４によって制御することが出来る。最後に、比を取ったり、値を平均化したり、他のキャリブレーションや補正を行うために回路４７０が用意される。再び、この回路は、従来のアナログまたはデジタルの回路、または従来の処理ハードウェア上で動作するソフトウェアに実装することが可能である。
【００７７】
システムにおいてファイバーの参照部を使用することはダイプレクサー出力のキャリブレーションを可能にする１つの方法である。ダイプレクサーは所望の歪範囲に対して必要とされる周波数／振幅傾斜を与えるようにカスタム設計し製作することが出来る。信号の品質は使用されるコヒーレント検知器によっても、また、向上する。光学ファイバー技術を使用する場合は、最初にユニットを作り上げる時に事前に慎重にダイプレクサーの特性をキャリブレーションすることが必要である。
【００７８】
図６  可変ダイプレクサー
図６は、図５の実施例、または他の実施例で使用するダイプレクサーの構成を示す。この場合、それは可変のロールオフ、したがって可変の感度、可変の測定範囲を有するように作られる。これは、多くのタップを用意し、どのタップが補助信号として用いられるかを選択することによって達成される。この構成はフィルターが接続している２系統のラインを含んでいる。第１のラインはローパスフィルターＬＰＦ１〜ＬＰＦｎを含む。第２のラインはハイパスフィルターＨＰＦ１〜ＨＰＦｎを含む。第１のラインからのタップ１Ａ〜ｎＡおよび第２のラインからのタップ１Ｂ〜ｎＢがセレクター７００Ａおよび７００Ｂに各々繋がっている。選択された出力ＡおよびＢは、例えば図５に示される次の要素に送られる。これらの出力の比が周波数を表わす。第１のタップ１Ａおよび１Ｂは最も広い範囲と最も小さな感度を与える。
【００７９】
図７  電気的干渉計
図７は、図５および６に示したダイプレクサーの代わりに、コンバーターを実現する電気回路を示す。これは、図４に示した光学干渉計の実施例と同様の機能を持っている。図５におけるように、コヒーレント検知器がミキサー４６０に電気信号を送る。これは、処理の都合の良いように低周波数に下方変換（ダウンコンバート）することの別選択肢である。このミキサーはＲＦ発振器４８０から供給される。これはまた、もしＲＦ発振周波数がオフセットコントローラー４９０によって可変であれば、周波数測定値のオフセットを変化させるために役立つ。例えば５００ＭＨｚ近傍に下方変換された信号は、異なった遅延を持った２つの通路の形態をした電気的干渉計５５０に送られる。これらは、例えば４つのポートを持つミキサー５６０によって再結合され、２つの通路上で位相成分内のものは加算され、位相成分外のものは差し引かれ、光学干渉計と同様の結果を達成する。相補的な出力ＡおよびＢが与えられ、その比が相対的な周波数を表わす。この電気的な構成は循環性フィルターとなり、その周期は通路長の差によって決定される。電気的干渉計は、選択的に干渉計のアームの可変通路長差を有することが出来る。可変の通路長差は、周期、したがってフィルターのロールオフを変化させることが可能となる。干渉計によって作られる電気的フィルターのロールオフを変化させることは、望むならば、特別なアプリケーションに仕立てられた装置への対応を可能にする。
【００８０】
図８  多波長
図８は、ＷＤＭ波長分離器を有する受信器の他の可能性ある実装の配置を示す。これは、もし、送信側が複数のパルスまたは信号を送信するように構成されていれば、複数の測定を同時に行うことを可能にする。これは、例えば単一の変調器およびＥＤＦＡ（図示せず）に対して複数のレーザー波長を多重化するなどの確立された技術を用いて達成される。入ってくる光学的逆散乱信号はＷＤＭ（Wavelength division multiplex）波長分離装置３００に送られる。これは、波長毎にさまざまな成分を分離するように構成されている。これらは一般に入手可能な部品によって実装可能である。さらに多くが可能ではあるが、４つの分離された出力が示されている。この同じ構成要素は、他の成分からブリルアン成分を分離することが出来る。検知器へのダメージを避けるために、必要ならばレイリー成分を減衰させる、切り替え可能な、または制御可能な減衰器（図示せず）を設けることが出来る。
【００８１】
光−電気変換Ｏ／Ｅが、各波長に対して光検出器３２０によって行われる。検出は、前述したようにコヒーレント検出である。図５から７を参照して上述したように、アナログの電気信号がコンバーター３３０に送られ、選択的に下方変換および可変のオフセット制御を含む、周波数から振幅への変換が行われる。そのような変換は、代替として、上述したように光学的ドメイン内で実施することが出来る。もし、より多くのチャンネルがあり、また、もしコンバーターが高度に集積されているならば、電気的ドメインの変換はもっと費用効率の良いことを証明する。その出力は相補信号ＡおよびＢを含むかも知れず、それは比率を決定する前か後に、デジタル化装置、および時間ゲートの３４０に送られる。この部分では、少なくとも信号の最高周波数の２倍のサンプリング周波数で、送信側から送られるタイミングトリガー信号によって設定される時間幅の間中、与えられた瞬間にサンプリングされるデジタル値が出力される。この時間幅は、ファイバーに沿ってどれくらい遠くの状態が検知されるかを決定し、確立された技術を使って実現することが出来る。デジタルのデータ列はバッファーおよび／または平均化部３５０に送られ、平均化部３５０は値または平均化した値を処理装置３６０に送る。処理装置は、現場または例えば遠隔地に置かれるＰＣ（personal computer）、または他の既存のハードウェア回路に実装することが出来る。処理装置は検知された値を出力する。それは、あらゆるキャリブレーションを制御したり、どの波長を受信するかを制御するために使用される。それはまた、どれくらい多くの平均化を行うかを制御したり、例えば各チャンネルのオフセットおよび／または感度を制御する。
【００８２】
光学ファイバーはシングルモードまたはマルチモードで、相互作用を最大化するために区分された添加物レベルを有するか、または多くの異なった添加物添加層を有する。光学ファイバーはより制御された相互作用をもたらすために偏光が維持される。光学ファイバーは、異なった長さのファイバーを有し、長さに沿った異なった散乱を起こさせ、または伝播する光のモード特性を変化させる。
【００８３】
光源出力は直接に、または減衰、増幅手段によって変化させられる。濾過は、光学フィルター、可変の光学フィルター、波長分割多重化カプラー、またはカプラーとフィルターの組み合わせを用いて行うことが出来る。
【００８４】
図９、１０  流れセンサー
図９は、上述した受信器の実施例、またの歪検出受信器とともに用いる検知導波路の例を示す。それは、流体の流量が歪に変換されるように流体流内で牽引力（drag）を起こすようにコーティング８１０の形をした流れセンサーを示している。導波路は光学ファイバー８００の形態をしている。歪の成分は導波路に沿った長手方向の歪である。これは、上述のように測定することが出来るブリルアン周波数に影響を与える。歪の値は上述の信号処理回路によって流量値に変換される。これは、所定の数値を使ったルックアップテーブル、または他のファクターを補正するためのより複雑な計算を含むことが出来る。流量が
変化するときの、流体に沿って伝播する音波を検出することも出来る。コーティングが、見られるように、牽引力を生じるために、その表面は荒らされ、または、例えば突起やリブが設けられる。所望の牽引の量を得るために必要な寸法は測定値によって決定されるか、または例えば流体の粘度に依存する。誘引される歪は、ファイバーの誘引されたポイントから１つ戻った次の繋留ポイントまでの部分に沿って表われる。したがって、もし歪が局部に食い止められれば、ファイバーは周期的間隔で固定されるか、または流体の導管のような構造体に連続して固定される。図１０は、牽引を起こすためにより滑らかな厚さ変化をもった異なった表面形状を有する他の異なったコーティングの例を示す。流量は、石油やガス生産量の観測のようなアプリケーションにとって特に価値のある種類の測定である。コーティングまたは他の分布配置されるセンサーは、導波路に沿って設けられるマイクロベンダーのような個別のポイントセンサーのような代替品よりは実装が容易で、また、より凹凸がある。センサーの位置を予め決めておく必要は無い。配置されているという性格から、ポイントセンサーよりも多くの情報を得ることが出来、例えばパイプに沿って伝播する異常を追尾したり、例えば漏洩の精密な検出を可能にする。
【００８５】
他の構成
正確度や分解能を上げるために時間ゲートや多くの測定値の平均化、および温度やロスの変化に対する補正などのさらなる処理が実施される。特に、周波数の走査はもはや必要ないので、測定は非常により早く測定が行われる。原則的に、走査は示したような技術と結びつけることが可能で、もっと広い範囲にわたって非常に細かな分解能をもたらす。キャリブレーションは、検知ファイバーに沿った色々な場所にある参照回折格子で、その波長応答が温度および歪で所定の様子で変化し、その歪と温度が既知である回折格子のような、ファイバーの参照区域、または他の手段を含むことが出来る。
【００８６】
原則として、この構成の多くの変形が考えられる。例えば、もしそれらが異なった波長を有するならば複数のパルスがファイバー内に存在可能で、もし適切であるならば受光器に適切なフィルターが設けられ、波長ごとに異なったパルスからの散乱光を分離する。選択的に、受信器からの電気的出力がタイミングゲートに出力される。検知ファイバー内の各ポイントからの逆散乱光は受光器に戻るのに異なった時間がかかる。タイミングゲートの開始および終了のタイミングは、所望の検出位置からの逆散乱のみが通過することが出来るように、各々のパルスの発信時刻が注意深く参照される。原則的に、受信器は、もし元の前進パルスが分離可能であれば、前進散乱光を測定するように構成される。受信器は、任意に、例えば電源や処理回路を共同使用するために送信機と同じユニット内に実装することが出来る。受信器は、電気的処理部品が少なくとも一般的なパッケージまたはハイブリッド部品に集積された別個のユニットとして作ることが出来る。
【００８７】
いくつかのアプリケーションに対しては、検知または参照ファイバーはコイル状にすることが出来ることに注意されたい。他のアプリケーションでは、多軸分布型の加速度計（a multi axis distributed accelerometer）にするために、ファイバーに分散質量を付着させることを含む。
【００８８】
光学ファイバーは、異なった伝播波長のためにシングルモード、マルチモード、または混合シングルモード、および混合マルチモードにすることが出来、ロスを最適化するために、区分けされた添加レベル、または多くの異なった添加層を持つことが出来る。
【００８９】
光源のパワーは、温度および歪を導き出すときに非線形さを補正することを補助し、非線形の影響が重大になる場所のファイバー内の１位置、または複数の位置を変化させるために変化させられる。
【００９０】
いくつかの部分は図示されていないか、または任意である。例えば、パルスの出力レベ
ルを制御する減衰器は図示されていない。これは、光路中のさまざまな位置に実装可能で、例えばマイクロプロセッサーで制御することが出来る。送信された出力パルスの小さな部分がたたき出されてタイミングトリガーとして使用される。これは、受信手段におけるタイミングゲートの同期をとるために図示された受信手段に送られる。選択的には、他の場所からたたき出すか、またはパルス制御手段から電気的に駆動することが可能であるが、送信手段内の光学的信号成分の後の光学的な叩き出し（an optical tap）はより正確であり、送信手段における遅延を計算に入れる必要がない。光学的叩き出しは、パルス制御手段にフィードバックされ、望むならば観察または制御目的に出力パルスタイミングおよび形状に関していくらかのフィードバックを与える。
【００９１】
光源は外部変調のレーザーでも良い。これは、パルス生成のために直接変調されるマイクロチップレーザーの代替として用いることが可能である。連続波からパルスを形成するために、変調器２２０が設けられ、パルス制御部によって制御される。出力を増大し、出力レベルを制御してそれが全てのパルスで同じであることを確実にするために能動的に出力を制御するための光学的増幅器を変調器の出口に設けることが出来る。パルスタイミング信号は変調器に送られ、一方、パルス出力は原則として３つの成分のいずれかによって制御される。
【００９２】
戻って来るラーマンストークス、ラーマン反ストークス、およびレイリー信号が、温度および／またはロスを計算するときに、信号内のどんな非線形性をも補正するために比較される。ファイバーの両端からの測定値がファイバーのより良いキャリブレーションを可能にするために用いられる。ファイバー端は反射を防ぐために屈折率を合致させ、かつ／または角度を付けてカットされる。
【００９３】
光学信号は、例えば光検出器、光検出器アレイ、アバランシフォトダイオード、シングルフォトン計数検知器、マルチフォトン計数検知器を用いて電気信号に変換され、プロセッサーに送られて所望の形態で記録される。プロセッサーはシステムの要素を制御するために使用される。
【００９４】
最後の言及
例として光を参照して述べてきたが、明らかに上述した優位性に対応する優位性を可能にする同様な特性を有する、電磁スペクトルの他の部分を包含することを意図している。歪および温度を参照して述べたが、明らかにそのようなアプリケーションに限定する意図はなく、他のアプリケーションにさまざまな側面を使用することが考えられる。これには、圧力やファイバー材質の属性が含まれる。非平衡終端されたシステム（a single ended
system）について述べたが、送信または受信のためにファイバーの両端が使用されるシステムにも適用可能である。検知ファイバーを参照して述べたが、それらが同等の散乱を起こすのであれば他の導波路を用いることが出来る。他の実施例は確立している原理を使った誘導ブリルアン散乱を用いたシステムを包含することが出来る。
【００９５】
上で述べてきたように、光学的検知システムは、ファイバーに沿って状態を検知するために検知ファイバーから散乱する光を利用し、状態を推論するために、受光した散乱光のブリルアン成分の周波数を得るための周波数−振幅コンバーターを持った受信器を有する。このコンバーターは、ブリルアン周波数スペクトルを得るための、時間を浪費する周波数の走査を回避出来、また、スペクトルからピークまたは平均周波数を演繹する重いプロセス負荷を回避出来る。コンバーターは、光学的ドメイン内では回折格子、または干渉計を用いて具体化出来、または電気的ドメイン内ではダイプレクサーまたは電気干渉計を用いて具体化できる。それは逆の符号を持った相補信号を発生することが出来、それらの比率は周波数を表わす。これは受信した散乱信号における振幅変化に対する感度を無効にすることが出来、ノイズの共通モード阻止性能をもたらす。
【００９６】
請求項の範囲内での他の変形が考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】図１は、受信器を有する検知システムを含む本発明の一実施例を示す。
【図２】図２は、回折格子を用いた光学系ドメインの一実施例を示す。
【図３】図３は、図２のコンバーターの応答のグラフを示す。
【図４】図４は、干渉計とカプラーを持った受信器を有するシステムを示す一実施例を示す。
【図５】図５は、電気的ドメインのコンバーターを示す一実施例を示す。
【図６】図６は、可変のダイプレクサーを示す一実施例を示す。
【図７】図７は、電気的干渉計を用いた電気的ドメインのコンバーターの一実施例を示す。
【図８】図８は、多波長を用いた一実施例を示す。
【図９】図９は、測定のために流量を歪に変換する検知導波路を示す。
【図１０】図１０は、測定のために流量を歪に変換する検知導波路を示す。
【図１】
2007535674.tif 000006
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2007535674.tif 000015
【国際調査報告】
2007535674.tif 000016
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