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光ファイバセンサ概論(6)

基礎編<その1>(10)

基礎編<その2>(10)

基礎編<その3>(10)

基礎編<その4>(3)

設計編<その1>(10)

設計編<その2>(3)

施工保守編<その1>(10)

施工保守編<その2>(10)

施工保守編<その3>(3)

コラム(11)

基礎編<その3>

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20_BOTDRはどのように計測を行うものですか

事務局
BOTDRは、センサとして使用する光ファイバへの温度変化や応力印加による歪をセンサ光ファイバの長手方向に数十kmにわたり連続データとして取得することが可能です。

センサ光ファイバの設置手法によって二次元(面)または三次元(立体)的にデータを取得することが出来ます。

光ファイバに入射された光は光ファイバ中を進んでいくうちに図1のような各種散乱光を生じます。そのうちの、歪や温度の変化に依存するブリルアン散乱光の周波数シフトを片端から測定できる装置がBOTDRです。

図1
図1 後方散乱光のスペクトラム

測定に使用する光ファイバの特性を事前に確認しておき、測定したブリルアン散乱光の周波数シフト結果に光ファイバの歪や温度の係数を用いることにより、歪や温度の変化を測定することが出来ます。

光ファイバ内を伝搬する光の速度は一定です。

パルス光を入射してからブリルアン散乱光が戻ってくるまでの経過時間を測定することで光ファイバのどの位置で発生したブリルアン散乱光かを特定することができ、時間領域および波長領域で処理されたブリルアン散乱光の周波数シフト分布から、光ファイバに沿った歪や温度データを得ることができます。

図2
図2 BOTDR歪分布測定イメージ

【長所】

1本の光ファイバの片端から長距離(数十km)の連続分布測定ができます。ループ状にセンサ光ファイバを施工すれば一箇所で破断があっても両端から測定をすることによって測定を継続できます。

【短所】

入射端に戻ってくるブリルアン散乱光のレベルが低いために平均化処理演算を行います。そのため1回の測定に数十秒から十数分かかる場合もあります。したがって動的(ダイナミック)な測定はできません。

【最近の製品の代表的な仕様】

2012年3月の時点で市販されているBOTDRの代表的な仕様は下記のとおりです。

・測定最小パルス幅10 ns(空間距離分解能1 m)
・3.5 dB以上のダイナミックレンジ
・光チャンネルセレクタ 本体内蔵(8chか16chを発注時に指定)
・読み取り距離分解能 5 cm
・最長距離測定レンジ 80 km

図3
図3 BOTDRブロック図



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