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-山东亚星游戏官网机床有限公司

专利名称：：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
技术领域：
：本发明涉及在一才艮保偏(PolarizationMaintaining、PM)光纤中配置1个或多个光纤布拉格光栅(FiberBraggGrating、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(OpticalFrequencyDomainReflectometry、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lmm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才艮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l)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7>才艮专利文献2:日本专利第3819119号公报专利文献3:日本专利第4102291号7>报^^专矛J文献1:H.Igawa，H.Murayama，T.Kasai,I.Yamaguchi，K.KageyamaandK.Ohta，"MeasurementofstraindistributionswithlonggaugeFBGsensorusingopticalfrequencydomainreflectometry"ProceedingsOFS-17,pp.547-550(2005)^卩专矛J文献2:H.Murayama,H.Igawa,K.Kageyama，K.Ohta，I.Ohasawa，K.Uzawa，M.Kanai，T.KasaiandI.Yamaguchi，"DistributedStrainMeasurementwithHighSpatialResolutionUsingFiberBraggGratingsandOpticalFrequencyDomainReflectometry"ProceedingsOFS画18，ThE40(2006)非专利文献3:B.Childers,M.E.Froggatt，S.G.Allison，T.C.Moore,D.A.Hare,C.F.BattenandD.C.Jegley,"Useof3000Bragggratingstrainsensorsdistributedonfoureight-meteropticalfibersduringstaticloadtestofacompositestructure"ProceedingsSPIE，s8thInternationalSymposiumonSmartStructureandMaterials,Vol.4332，pp.133-142(2001)但是，迄今为止，尚未提出过使用了由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。这是因为，为了利用OFDR方式的分析方法，稳定地测定来自由PM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，需要将测定光以良好的控制性向正交的2个偏振轴分波而传输到FBG传感器和参考用的反射端。但是，通常来说，测定光是以单一偏振波射出的。由此，如果用PM光纤来构成到FBG传感器和参照用的反射端的光路，则虽然可以测定来自FBG传感器中的正交的2个偏振轴的布拉格反射中的一方，却无法测定另一方。其结果是，无法如上所述，测定来自正交的2个偏振轴的布拉格反射光。作为将单一偏振波的测定光向正交的2个偏振轴分波的方法，可以举出用单模光纤来构成到FBG传感器和参照用的反射端为止的光路的7存在无法以良好的控制性将以单一偏振波射出的测定光分波到正交的2个偏振轴的问题。
发明内容本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供一种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测量方法，其在1根PM光纤上配置1个或多个FBG传感器，并利用OFDR方式的分析方法测量该FBG传感器的位置、FBG传感器的应变或温度等物理量的光纤传感器系统中，特别是可以实现温度和应变的测量，并且可以以高空间分辨率测量温度和应变。本发明为了实现解决上述问题，采用了以下的手段。(1)本发明的光频域反射测定方式的物理量测量装置具备射出测定光的可调谐激光器；一端与该可调谐激光器连接的第一保偏光纤；与该第一保偏光纤的另一端连接的保偏耦合器；一端与该保偏耦合器连接、另一端为参照用反射端的第二保偏光纤；一端与上述保偏耦合器连接的第三保偏光纤；形成于该第三保偏光纤纤芯上的由光纤布拉格光栅构成的传感器；一端与上述保偏耦合器连接的第四保偏光纤；发光二极管，其经由该第四保偏光纤与上述保偏耦合器连接，检测来自上述传感器的布拉格反射光和来自上述参照用反射端的参照光；控制部，其基于由该发光二极管检测出的上述布拉格反射光和上述参照光的合波光强度变化，来检测这些布拉格反射光及参照光间的干涉光的强度调制；入射部oc,其向上述第二保偏光纤的正交的2个偏振轴及上述第三保偏光纤的正交的2个偏振轴双方，射入上述测定光，上述入射部oc配置于上述第一保偏光纤中或配置于上述第二保偏光纤和上述第三保偏光纤双方中。(2)最好上述入射部a在该入射部ot配置于上述第一保偏光纤中的情况下，是于该第一保偏光纤上以具有45°的偏振轴偏斜角度形成的熔接连接部；在上述入射部a配置于上述第二保偏光纤及上述第三保偏光纤双方中的情况下，是分别在该第二保偏光纤及上述第三保偏光纤上具有45°的偏振轴偏斜角度，形成的熔接连接部。(3)优选在上述第四保偏光纤上，还配置有将来自上述传感器的上述布拉格反射光分波的偏振波束分裂器。(4)优选在上述第三保偏光纤的上述传感器与上述保偏耦合器之间，还配置有延长光纤，该延长光纤用于使来自上述传感器的正交的2个偏振轴的布拉格反射光的光路长度差大于与上述传感器的长度相当的光路长度。(5)在将上述延长光纤的长度设为L,将上述第三保偏光纤的正交的2个偏振轴的有效折射率的差设为(nsl。w-nfast)，将上述传感器的长度设为l的情况下，上述L优选满足下式(1)。马>fW_("<W—W/05,(6)优选取代上述入射部a，还具备向上述第三保偏光纤的正交的2个偏振轴中的任意一方的偏振轴射入测定光的入射部P。(7)从上述第一保偏光纤到上述第四保偏光纤当中，至少上述第三保偏光纤中的正交的2个偏振轴的有效折射率差优选为4.4xl0"以上。(8)本发明的使用了光频域反射测定方式的物理量测量装置的温度和应变的测量方法具备使用上述(1)(7)中任意一项所述的光频域反射测定方式的物理量测量装置，测量来自l个或多个上述传感器的正交的2个偏振轴的上述布拉格反射光的波长的步骤；基于所测量的上述布拉格反射光的波长，计算上述传感器的上述布拉格反射光的波长的由温度和应变造成的变化量的步骤；基于所计算的上述变化量，计算配置上述传感器的部位的温度及应变。(9)本发明的使用了光频域反射测定方式的物理量测量装置的温度和应变的测量方法具备对使用上述(3)或(6)中任意一项所述的光频域反射测定方式的物理量测量装置用上述控制部检测到的上述正交的2个偏振轴各自的干涉信号，进行用于确定上述传感器的位置的短时间傅立叶变换分析的步骤；对来自上述传感器中的正交的2个偏振轴的上述布拉格反射光的各自的光路长度，代入各自的偏振轴的有效折射率，求出各个偏振轴的上述传感器的位置的步骤。(10)本发明的使用了光频域反射测定方式的物理量测量装置的温度和应变的测量方法具备对使用上述(4)或(5)中任意一项所述的光频域反射测定方式的物理量测量装置用上述控制部检测到的来自上述正交的2个偏振轴的干涉信号的和，进行用于确定上述传感器的位置的短时间傅立叶变换分析的步骤；对来自上述传感器中的正交的2个偏振轴有效折射率，求出各个偏振轴的从成为基准的位置到上述传感器的距离的步骤。(11)优选算出上述第三保偏光纤的配置了上述传感器的部位的沿着长度方向的温度分布及应变分布。发明效果根据上述(1)中所述的光频域反射测定方式的物理量测量装置，由于具有形成于保偏光纤的纤芯中的FBG传感器、向形成了该FBG传感器的保偏光纤的正交的2个偏振轴射入测定光的入射部a，因此就可以测量来自FBG传感器的正交的2个偏振轴的布拉格反射光，可以测量来自FBG传感器的正交的2个偏振轴的布拉格反射光的波长的变化量。其结果是，可以实现温度和应变的测量，并且能够以高空间分辨率测量温度和应变。根据上述(8)中所述的使用了光频域反射测定方式的物理量测量装置的温度和应变的测量方法，可以测量来自1个FBG传感器的应变和温度。根据上述(9)中所述的使用了光频域反射测定方式的物理量测量装置的温度和应变的测量方法，由于进行用于确定FBG传感器的位置的短时间傅立叶变换分析，对来自FBG传感器的正交的2个偏振轴的布拉格反射光的各个光路长度，代入各个偏振轴的有效折射率，求出各个偏振轴的FBG传感器的光纤位置，因此就可以以高空间分辨率来进行FBG传感器的温度和应变的测量。根据上述(10)中所述的使用了光频域反射测定方式的物理量测量装置的温度和应变的测量方法，通过在求出与利用短时间傅立叶变换分析求出的直到FBG传感器的光路长度相当的光纤长度时，将来自FBG传感器的正交的2个偏振轴的布拉格反射光的各个光路长度代入1个任意的有效折射率，来自FBG传感器的正交的2个偏振轴的布拉格反射光就波长轴而言不会重合，从而可以独立地识别、测量。其结果是，可以提高FBG传感器的温度和应变的测量精度。此外，可以同时地测量FBG传感器的沿着长度方向的温度分布和应变分布。图1是表示本发明的光频域反射测定方式的物理量测量装置的第一实施方式的概略构成图。图2是表示该实施方式的变形例的概略构成图。图3是表示作为PM光纤使用了PANDA光纤时的偏振轴角度偏斜熔接连接的概略立体图。图4是表示本发明的光频域反射测定方式的物理量测量装置的第二实施方式的概略构成图。图5是表示本发明的光频域反射测定方式的物理量测量装置的第三实施方式的概略构成图。图6是表示本发明的光频域反射测定方式的物理量测量装置的第四实施方式的概略构成图。图7是表示本发明的实施例1的光频域反射测定方式的物理量测量装置的概略构成图。图8是表示使用该实施例l测量了传感器的状态的结果的光镨曲线图。图9是表示在该实施例1中计算了来自传感器的慢轴和快轴的布拉格反射光的位置偏移量A1的相对于到传感器的光纤长度L2的依赖性的结果的曲线图。图10是表示本发明的实施例2的光频域反射测定方式的物理量测量装置的概略构成图。图11是表示使用该实施例2测量了传感器的状态的结果的光谱曲线图。图12是表示使用该实施例2测量了传感器的状态的结果的光语曲线图。图13是表示使用本发明的实施例3的光频域反射测定方式的物理量测量装置测量了传感器的状态的结果的光镨曲线图。图14是表示使用该实施例3测量了传感器的状态的结果的光镨曲线图。图15是表示将在相同的实施例3中增加测定点数同时测量温度和应变的结果曲线化后的图。图16是表示PANDA光纤的双折射和相对于由以该光纤构成的FBG制成的传感器的温度变化的布拉格波长的移动特性差的曲线图。图17是示意性地表示在本发明的实施例4中用于测量在传感器中ii产生的温度分布和应变的实验系统的图。图18是表示在该实施例4中测量了峰A的位置及峰B的位置的温度变化和应变的结果的曲线图。图19是表示使用比较例1的光频域反射测定方式的物理量测量装置测量了传感器的状态的结果的光谱曲线图。图20是表示使用该比较例1测量了传感器的状态的结果的光谱曲线图。图21是表示本发明的实施例5的光频域反射测定方式的物理量测量装置的概略构成图。图22是表示使用该实施例5测量了传感器的状态的结果的光谱曲线图。图23是表示使用本发明的实施例6的光频域反射测定方式的物理量测量装置测量了传感器的状态的结果的光谱曲线图。图24是表示使用比较例2的光频域反射测定方式的物理量测量装置测量了传感器的状态的结果的光镨曲线图。图25是表示本发明的实施例7的光频域反射测定方式的物理量测量装置的概略构成图。图26是表示使用该实施例7测量了传感器的状态的结果的光镨曲线图。图27是表示使用该实施例7测量了传感器的状态的结果的光语曲线图。图中符号说明IOA、簡、IOC、IOD、IOE、IOF、IOG、IOH、101、IOJ、10K(10)—光频域反射测定方式的物理量测量装置ll一保偏耦合器12—可调谐激光器13、14—发光二极管15—偏振波束分裂器16—参照用反射端17—传感器18、19、20、21—保偏光纤22—控制部74—系统控制器75—A/D转换器80(80A、80B)—PANDA光纤81(81A、81B)—纤芯82(82A、82a、82B、82b)—应力赋予部oc、P—入射部具体实施例方式下面，参照附图对本发明的光纤传感器系统的实施方式进行说明。(第一实施方式)图1是表示本发明的光频域反射测定(以下简称为"OFDR")方式的物理量测量装置的第一实施方式的概略构成图。本实施方式的OFDR方式的物理量测量装置10A(10)由如下部分构成，即，射出测定光的可调谐激光器(TLS)12;—端与该可调谐激光器12连接的第一保偏光纤18;与该第一保偏光纤18的另一端连接的保偏耦合器11;一端与该保偏耦合器11连接、另一端为参照用反射端16的第二保偏光纤20;—端与保偏耦合器11连接的第三保偏光纤21;形成于该第三保偏光纤的纤芯上的由光纤布拉格光栅构成的传感器17;一端与保偏耦合器11连接的第四保偏光纤19;发光二极管13，其经由该第四保偏光纤与保偏耦合器11连接，检测来自传感器17的布拉格反射光和来自参照用反射端16的参照光；控制部22，其基于由该发光二极管13检测出的布拉格反射光和参照光的合波光强度变化，来检测这些布拉格反射光及参照光间的干涉强度的调制；入射部a，其向第二保偏光纤20的正交的2个偏振轴及第三保偏光纤21的正交的2个偏振轴双方射入测定光。本实施方式中，保偏耦合器11由与第一第四保偏(以下简称为"PM")光纤相同种类的PM光纤构成。作为可调谐激光器12，优选使用具有比从可调谐激光器12中射出的测定光在传感器17中反射而射入发光二极管13的光路长度更长的相干长度的可调谐激光器。作为发光二极管13，优选使用如下的发光二极管，即，在使可调谐激光器12射出的测定光的波长变化时，具有可以检测由2个反射点、即由参照用反射端16和传感器17得到的光干涉的强度调制的截止频率。控制部22具备例如对来自发光二极管13的信号进行取样的A/D转换器75、分析该取样数据的系统控制器74。作为A/D转换器75，优选使用具有可以检测用发光二极管13检测到的光干涉的强度调制的取样频率的A/D转换器。A/D转换器75对用发光二极管13测量到的模拟的光干涉信号进行数字性地取样。该数字干涉信号被传送给系统控制器74。在系统控制器74中，4吏用该数字干涉信号，进行STFT(ShortTimeFourierTransform;STFT)分析。关于分析方法将在后面叙述。作为该系统控制器74，只要是可以对由A/D转换器75得到的数字干涉信号进行STFT分析的，就没有特别限定。系统控制器74经由通用接口总线(GPIB)与可调谐激光器12连接，进行可调谐激光器12的控制。入射部oc设于第一PM光纤18上，将从可调谐激光器12中作为单一偏振波射出的测定光向该第一PM光纤18的正交的2个偏振轴分波。入射部oc只要可以向第二PM光纤20的正交的2个偏振轴及第三PM光纤21的正交的2个偏振轴双方射入测定光即可，也可以如图2所示，配置于第二PM光纤20和第三PM光纤21双方上。在将入射部oc仅i殳于1处即可这一点上，优选将入射部oc设于形成了传感器17的PM光纤21和具有参照用反射端16的PM光纤20的分支部的前段(即第一PM光纤18)。另外，作为入射部a，有插入入/2板的方法；设置偏振轴角度偏斜熔接连接的方法；或者按照使PM光纤的偏振轴相对于来自可调谐激光器12的单一偏振波的测定光具有偏斜角度的方式，配置PM光纤，使来自可调谐激光器12的射出光与PM光纤耦合的方法等，只要是可以将单一偏振波的测定光向pm光纤的正交的2个偏振轴分波的手段，无论是何种都可以使用。其中，从简便的方面，可以将测定光均等地分波为2个偏振波的方面考虑，作为该入射部a，优选为在该第一PM光纤18上形成具有45°的偏振轴偏斜角度的熔接连接部(以下称作45。偏斜熔接)。14这里，所谓具有偏振轴角度偏斜的熔接连接是指，按照使PM光纤的一方的偏振轴具有作为熔接点的偏斜角度的方式，将2根PM光纤熔接连接。PM光纤的一方的偏振轴具有作为熔接点的偏斜角度是指，所正交的另一方的偏振轴也具有相同的偏斜角度地将2根PM光纤熔接连接。图3是示意性地表示作为PM光纤4吏用了PANDA(Polarization-maintainingandAbsorptionreducing)光纤时的45°偏斜熔接的情况的图。这里，所谓PANDA光纤80是为了使光纤具有双折射而在纤芯81两端的包层中设置了圆形的应力赋予部82的光纤。利用该应力赋予部82，在正交的2个偏振波模式间产生传输常数差(有效折射率差)。由此就可以抑制从各个偏振波模式向另一方的偏振波模式的耦合。传输该正交的2个偏振波模式的偏振轴被称作慢轴、快轴，慢轴与快轴的有效折射率的差被称作双折射。通过将连结这2个应力赋予部82和纤芯81的直线(即，连结PANDA光纤80A的2个应力赋予部82A、82a和纤芯81A的直线83A;连结PANDA光纤80B的2个应力赋予部82B、82b和纤芯81B的直线83B)按照在2个PANDA光纤80A、80B之间形成所需的偏振轴偏斜角度6的方式连接，就可以实现所需的偏斜熔接连接。本实施方式的OFDR方式的物理量测量装置10A中，在可调谐激光器12与PM耦合器11之间，设有用于将从可调谐激光器12中作为单一偏振波射出的测定光向第一PM光纤18的正交的2个偏振轴分支的入射部a。这样，就可以得到来自传感器17中的正交的2个偏振轴的布拉格反射光。如果检测出来自该正交的2个偏振轴的布拉格反射光的波长的变化，就可以测量配置了传感器17的部位的温度及应变，作为其结果，就可以不需要温度补偿用的传感器而实现传感器。<传感器的位置确定方法>下面，对使用了本实施方式的OFDR方式的物理量测量装置10A的传感器17的位置确定方法进行说明。以作为第一第四PM光纤使用了PANDA光纤的情况为例示出。本实施方式的OFDR方式的物理量测量装置10A中，来自传感器17的布拉格反射光与来自参照用反射端16的反射光的干涉光向发光二极管13射入。射入到发光二极管13的该光干涉信号Di为正交的2个偏振轴的和，以下述式(2)表示。A^及如C0S(A^,^Z2)+及,C0伞2咖lj(2)在上述式(2)中，Ra。w和Rfast表示来自PANDA光纤的正交的2个偏振轴的干涉光的强度，即，表示来自慢轴(X轴)和快轴(Y轴)的干涉光强度。k表示波数，！^。w和Ilfast表示慢轴(X轴)和快轴(Y轴)的有效折射率。L2表示第二PANDA光纤20的从PM耦合器11到参照用反射端16的长度、与第三PANDA光纤21的从PM耦合器11到传感器17的长度的差。也就是说，L2如图1所示，在第三PANDA光纤21中，表示从与具有参照用反射端16的第二PANDA光纤20的长度相当的位置到传感器17的光纤长度。4吏用本实施方式的OFDR方式的物理量测量装置IOA求出上述D"将所得的光干涉信号Di用控制部22中所设的系统控制器74进行短时间傅立叶变换(ShortTimeFourierTransform;STFT)分才斤。由此可以求出与第三PANDA光纤21的正交的2个偏振轴的L2相当的光路长度ns^L2和nfastL2。而且，在本发明的物理量测量装置中，将在发光二极管13中测量的与上述式(2)相当的模拟的光干涉信号用控制部22中所设的A/D转换器75数字性地取样，将该数字干涉信号用控制部22中所设的系统控制器74进行STFT分析，然而在本文中，对于简记为将在发光二极管13中测量的光干涉信号用控制部22中所设的系统控制器74进行STFT分析的情况，也是指进行相同的处理。如前所述，由于A/D转换器75具有可以检测由发光二极管13检测到的光干涉的强度调制的取样频率，因此模拟的光干涉信号和所取样的数字干涉信号在原理上是相同的信号。另外，对于通过使用表示模拟的光干涉信号的数学式可以更为有效地说明本发明的特征的部分，使用光干涉信号来说明。然后，在本实施方式的OFDR方式的物理量测量装置10A中，针对所得的2个光路长度n^L2和nfastL2,代入1个任意的有效折射率，求出L2。利用以上操作，就可以确定传感器17的位置。本实施方式中，使用像这样由传感器17的正交的2个偏振轴得到的布拉格反射光，求出传感器17的位置。<温度和应变的测量方法>下面，对使用了本实施方式的OFDR方式的物理量测量装置10A的温度和应变的测量方法进行说明。首先，预先测量出来自某个基准温度(例如2or;)、基准应变(例如0jue)下的传感器17的正交的2个偏振轴的布拉格反射光的波长。然后，将传感器17配置于想要检测的场所(以下称作"检测部")，在该检测部中，测量来自传感器17中的正交的2个偏振轴的布拉格反射光的波长。然后，计算检测部的布拉格反射光的波长与基准温度、基准应变下的布拉格反射光的波长差(变化量)。然后，将所得的波长差代入下述式(3),求出检测部的温度与基准温度的差、检测部的应变与基准应变的差，最后根据已知的基准温度、基准应变算出检测部的实际温度和实际应变。广AT—1D狄说狄w微(3)，其中,D二^r敏^附^V敏，賊/。w在上述式(3)中，AT表示检测部的温度与基准温度的差。As表示检测部的应变与基准应变的差。T表示检测部的温度，s表示检测部的应变。入d。w和入fast表示来自检测部中的传感器17的正交的2个偏振轴的布拉格反射光的波长。A入s一和AXfMt表示检测部中的来自传感器17中的正交的2个偏振轴的布拉格反射光的波长与来自基准温度、基准应变下的传感器17的正交的2个偏振轴的布拉格反射光的波长的差。3Xsl。w/3s和sXfast/3s表示单位应变的慢轴与快轴的布拉格波长移动量。3入Sl。w/3T和3入fast/3T表示单位温度的慢轴与快轴的布拉格波长移动量。上述每单位应变或每单位温度的布拉格波长的移动量可以通过如下操作来求出，即，使用OFDR方式的物理量测量装置IOA，在基准温度(201C)下对传感器17赋予应变，测定传感器17的布拉格波长变化的应变依赖性，在基准应变(Ops)下对传感器17赋予温度变化，测定传感器17的布拉格波长变化的温度依赖性。然后，才艮据这些3Xsl。w/3S、3入fast/3S、3Xsl。w/3T、5入fast/3T的值，求出上述式(3)中记载的D值。此后，通过将该D值和根据测量结果得到的A入^。w及A入fast代入上述式(3)进行运算，求出AT及As。此后，如果从这些值中减去基准温度、基准应变，就可以求出检测部的温度及应变。这些运算使用系统控制器74可以简单地进行。(第二实施方式)图4是表示本发明的OFDR方式的物理量测量装置10C的第二实施方式的概略构成图。本实施方式与第一实施方式不同的方面在于，在第四PM光纤19上，还配置有将来自传感器17的布拉格反射光分波的偏振波束分裂器15，在该偏振波束分裂器15上，连接有第一发光二极管13和第二发光二极管14。入射部ot与上述的第一实施方式的相同，18也可以i殳于第二PM光纤20和第三PM光纤21双方上。偏振波束分裂器15由与上述第一~第四PM光纤相同种类的PM光纤构成。来自传感器17的布拉格反射光和来自参照用反射端16的反射光的干涉光射入到该偏振波束分裂器15中。该干涉光被偏振波束分裂器15向正交的2个偏振轴分波，分别射入到第一发光二极管13和第二发光二极管14。就可调谐激光器12、PM耦合器11、第一发光二极管13、入射部oc、第一第四PM光纤、控制部22而言，与第一实施方式相同。另夕卜，第二发光二极管14可以使用与第一发光二极管13相同种类的发光二极管。才艮据本实施方式的OFDR方式的物理量测量装置10C,可以将来自传感器17中的正交的2个偏振轴的布拉格反射光与来自参照用反射端16的反射光的干涉光利用偏振波束分裂器15分波为各偏振轴的干涉光，利用第一发光二极管13及第二发光二极管14分别测量。这样，来自传感器17中的正交的2个偏振轴的布拉格反射光就波长轴而言不会重叠，可以独立地识别各个变化量而测量。其结果是，检测部的温度及应变的测量精度提高。另外，由于可以对由第一发光二极管13和第二发光二极管14得到的光干涉信号并行处理，因此可以在短时间内进行传感器17的温度和应变的测量。<传感器的位置确定方法>下面，对使用了本实施方式的OFDR方式的物理量测量装置10C的传感器的位置确定方法进行说明。以作为第一第四PM光纤使用了PANDA光纤的情况为例示出。在本实施方式的OFDR方式的物理量测量装置10C中，来自传感器17的布拉格反射光与来自参照用反射端16的反射光的干涉光被偏振波束分裂器15向正交的2个偏振轴分波，分别射入到第一发光二极管13和第二发光二极管14。射入到第一发光二极管13的光干涉信号D2可以用下述式(4)表示。另一方面，射入到第二发光二极管14的光干涉信号D3可以用下述式(5)表示。A=及如co傘")(4)在上述式(4)、(5)中，Rs,。w和Rfast表示来自PANDA光纤的正交的2个偏振轴的干涉光的强度，即，表示来自慢轴(X轴)和快轴(Y轴)的干涉光强度。k表示波数，！^。w和Ilfast表示慢轴(X轴)和快轴(Y轴)的有效折射率。L2与上述第一实施方式相同，表示在PANDA光纤21中，从与具有参照用反射端16的PANDA光纤20的长度相当的位置到传感器17的光纤长度。通过^"吏用本实施方式的OFDR方式的物理量测量装置10C求出上述D2、D3,将所得的光干涉信号D2及D3用系统控制器74进行STFT分析，来求出与PANDA光纤的正交的2个偏振轴的L2相当的光路长度Hsi。wL2和HfastL/2o然后，在本实施方式的OFDR方式的物理量测量装置10C中，针对所得的2个光路长度i^。wL2和nfMtL2，代入已知的！^。w和nfast,求出L2。作为该和可以使用根据来自传感器17的布拉格反射光的波长、和由传感器17的制作中所用的单一相位掩模的衍射格栅的间隔计算出的光栅周期求出的值；或由近场图形测定求出的值等。如上所述，在使用了本实施方式的OFDR方式的物理量测量装置10C的传感器的位置确定方法中，由于针对所得的2个光路长度nsl。wL2和nfMtL2，代入已知的nw和nfMt而求出L2，因此就可以准确地确定传感器17的光纤长度L2。由此就可以以高空间分辨率来进行测量。<温度和应变的测量方法>下面，对使用了本实施方式的OFDR方式的物理量测量装置10C的温度和应变的测量方法进行说明。在使用了本实施方式的OFDR方式的物理量测量装置10C的情况下，也可以与第一实施方式相同地测定。与第一实施方式时相同，预先测量出来自某个基准温度(例如20"C)、基准应变(例如Ops)下的传感器17的正交的2个偏振轴的布拉格反射光的波长。然后，将传感器17配置于检测部，在该检测部中，测量来自传感器17中的正交的2个偏振轴的布拉格反射光的波长。然后，计算检测部的布拉格反射光的波长与基准温度、基准应变下的布拉格反射光的波长差(变化量)。然后，将所得的波长差代入上述式(3)，求出检测部中的温度与基准温度的差、检测部中的应变与基准应变的差，最后根据已知的基准温度、基准应变算出检测部的实际温度和实际应变。然后，根据这些值求出上述式(3)中所记栽的D值。此后，通过将该D值和根据测量结果得到的AXs,。w及A入fMt代入上述式(3)而进行运算，求出AT及Ae。此后，如果从这些值中减去基准温度、基准应变，就可以求出检测部的温度及应变。使用了本实施方式的OFDR方式的物理量的测量装置10C的温度和应变的测定方法中，由于可以测量来自传感器17中的正交的2个偏振轴的布拉格反射光的波长的由温度和应变造成的变化量，因此提高了检测部中的温度及应变的测量精度。(第三实施方式)图5是表示本发明的OFDR方式的物理量测量装置10D的第三实施方式的概略构成图。本实施方式与第一实施方式不同的方面在于，在第三PM光纤21的传感器17与PM耦合器11之间配置有延长光纤31，该延长光纤31用于使来自传感器17中的正交的2个偏振轴的布拉格反射光的光路长度差大于与传感器17的长度相当的光路长度。入射部oc与上述的第一实施方式时相同，也可以"没于第二PM光纤20和第三PM光纤21双方上。在将入射部a设于第三PM光纤上时，入射部ot设于延长光纤3121与PM耦合器ll之间。就可调谐激光器12、PM耦合器11、发光二极管13、入射部oc、第一第四PM光纤及控制部22而言，与第一实施方式相同。作为延长光纤31,优选使用与形成了传感器17的第三PM光纤21相同种类的PM光纤。在延长光纤31与形成了传感器17的第三PM光纤21为相同种类的光纤时，如果将延长光纤31的长度设为L"将形成了传感器17的第三PM光纤21的正交的2个偏振轴的有效折射率的差设为(ns一-nfast)，将传感器17的长度设为1，则延长光纤31的长度L优选满足下述式(6)。>…,.^_(6)ow"""J&"其中，此时，传感器17的长度1、以及延长光纤31与传感器17之间的余长光纤长度相对于延长光纤31的长度L来说足够短，可以忽视。在本实施方式的OFDR方式的物理量测量装置10D中，在延长光纤31与形成了传感器17的第三PM光纤21为不同种类的光纤时，优选将延长光纤31的长度设为具有比与上述式(6)的Li相当的光路长度更长的光路长度的长度。本实施方式的OFDR方式的物理量测量装置10D中，在可调谐激光器12与PM耦合器11之间设有入射部oc，该入射部oc用于将从可调谐激光器12中作为单一偏振波射出的测定光向第二PM光纤20及第三PM光纤21的正交的2个偏振轴分支。由此，就可以得到来自传感器17中的正交的2个偏振轴的布拉格反射光，根据来自该正交的2个偏振轴的布拉格反射光的波长的变化，可以同时地测量传感器17中的温度及应变，作为其结果，可以实现不需要温度补偿用传感器的应变传感器。另外，通过设置延长光纤31,来自传感器17中的正交的2个偏振轴的布拉格反射光就波长轴而言不会重合。其结果是，可以独立地识别各个变化量而测量，可以提高检测部的温度及应变的测量精度。<传感器的位置确定方法>下面，对使用了本实施方式的OFDR方式的物理量测量装置10D的传感器17的位置确定方法进行说明。以作为第一第四PM光纤使用了PANDA光纤的情况为例示出。本实施方式的OFDR方式的物理量测量装置10D中，来自传感器17的布拉格反射光与来自参照用反射端16的反射光的干涉光射入发光二极管13。射入发光二极管13的该光干涉信号D4成为正交的2个偏振轴的和，可以用下述式(7)表示。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage23</formula>在上述式(7)中，R^w和R^表示来自PANDA光纤的正交的2个偏振轴的干涉光的强度，即表示来自慢轴(X轴)和快轴(Y轴)的干涉光强度。k表示波数，！^。w和Ilfast表示慢轴(X轴)和快轴(Y轴)的有效折射率。L表示延长光纤31的长度(准确地说，是第二PANDA光纤20中的从PM耦合器11到参照用反射端16的长度、与第三PANDA光纤21中的从PM耦合器11到传感器17的长度的差，然而在延长光纤31相对于第二PANDA光纤20来i兌足够长，并且第三PANDA光纤21的长度与第二PANDA光纤20大致相同时，可以将I^看作延长光纤31的长度)。通过使用本实施方式的OFDR方式的物理量测量装置10D求出上述D4，将所得的光干涉信号D4用控制部22的系统控制器74进行STFT分析，来求出与PANDA光纤的正交的2个偏振轴的"相当的光路长度nsi0WLi和Hfast"。然后，在本实施方式的OFDR方式的物理量测量装置10D中，针对所得的2个光路长度iia。wl^和HfMtLn代入1个任意的有效折射率(例如nsl。w)而,，出LlB作为该1个任意的有效折射率，可以使用根据来自传感器17的布拉格反射光的波长、和在传感器17的制作中所用的单一相位掩模的衍射格栅的间隔计算出的光栅周期求出的值；或由近场图形测定求出的值等。如上所述，在使用了本实施方式的OFDR方式的物理量测量装置10D的温度和应变的测量方法中，针对所得的2个光路长度！^。wl^和nfMtL"代入l个任意的有效折射率(例如i^。w)而求出Lh由此，分析上的延长光纤长度"就会在慢轴和快轴中变得不同。其结果是，来自各个偏振轴的布拉格反射光的位置发生偏移，就波长轴而言不会重合，从而可以独立地识别、测量。由此，就可以高精度地测量各个布拉格反射光的波长。<温度和应变的测量方法>下面，对使用了本实施方式的OFDR方式的物理量测量装置10D的温度和应变的测量方法进行说明。在使用了本实施方式的OFDR方式的物理量测量装置10D的情况下，也可以与第一实施方式相同地测定。与第一及第二实施方式时相同，预先测量出来自某个基准温度、基准应变下的传感器17的正交的2个偏振轴的布拉格反射光的波长。然后，将传感器17配置于检测部中，在该检测部中，测量来自传感器17中的正交的2个偏振轴的布拉格反射光的波长。然后，针对慢轴和快轴分别计算检测部的布拉格反射光的波长与基准温度、基准应变下的布拉格反射光的波长差(变化量)。然后，将所得的波长差代入上述式(3)，求出检测部中的温度与基准温度的差、检测部中的应变与基准应变的差，最后根据已知的基准温度、基准应变算出检测部的实际温度和实际应变。然后，才艮据这些值求出上述式(3)中记载的D值。此后，通过将该D值和根据测量结果得到的A入s,。w及A;Wast代入上述式(3)而进行运算，求出AT及As。此后，如果从这些值中减去基准温度、基准应变，就可以求出检测部中的温度及应变。使用了本实施方式的OFDR方式的物理量测量装置10D的温度和应变的测定方法中，通过针对来自传感器17中的正交的2个偏振轴的布拉格反射光的各个光路长度代入1个任意的有效折射率，来自传感器17中的正交的2个偏振轴的布拉格反射光就波长轴而言不会重合，可以独立地识别各自的变化量而测量。其结果是，可以同时地测量检测部的温度及应变。另外，可以提高检测部的温度及应变的测量精度。(第四实施方式)图6是表示本发明的OFDR方式的物理量测量装置10E的第四实施方式的概略构成图。本实施方式与第一实施方式不同的方面在于，取代入射部oc，而具备向第三PM光纤21的正交的2个偏振轴中的任意一方的偏振轴射入测定光的入射部P。作为入射部P,只要是可以向形成了传感器17的第三PM光纤21的正交的2个偏振轴中的任意一方的偏振轴射入测定光，就没有特别限定，例如可以举出A/2板等。该入射部P优选设于形成了传感器17的第三PM光纤21与具有参照用反射端16的第二PM光纤20的分支部的后段，并在传感器17的前段，即，在第三PM光纤21中，设于PM耦合器11与传感器17之间。此外，入射部P优选设于从PM耦合器11到参照用反射端16的光纤长度与从PM耦合器11到入射部p的光纤长度相等的位置。通过将入射部P设于该位置，就可以在后述的传感器的位置确定方法中，准确地求出传感器17的位置。本实施方式的OFDR方式的物理量测量装置10E中，可以通过利用外部控制器，或者利用手动，改变入射部P(入/2板)的角度，来自由地控制测定光向入射部P(入/2板)射入的角度。在从可调谐激光器12中作为单一偏振波射出的测定光相对于入射部P(入/2板)以角度0。、卯°、180°、270°射入时，测定光不变换偏振轴，经原来的偏振轴传输而到达传感器17。此外，在其反射光通过入射部P(X/2板)时，也不变换偏振轴，经原来的偏振轴传输。即，经传感器17的慢轴传输的测定光在保持其偏振轴的状态下射入发光二极管13中。本实施方式中，将其定义为慢轴测定模式。另一方面，在从可调谐激光器12中作为单一偏振波射出的测定光相对于入射部P(入/2板)以角度45。、135。、225。、315°射入时，测定光被变换为另一方的偏振轴而到达传感器17。此外，在其反射光通过入射部P(入/2板)时，会变换为原来的偏振轴。即，经传感器17的慢轴传输的测定光被变换为快轴，到达传感器17。此后，来自传感器17的布拉格反射光在通过入射部P(入/2板)时，被变换为慢轴而射入发光二极管13。本实施方式中，将其定义为快轴测定模式。所以，本实施方式的OFDR方式的物理量测量装置10E中，例如通过利用慢轴测定模式进行第一次的测量，利用快轴测定模式进行第二次的测量，就可以分别得到2个信号。由此，就可以独立地分析各个信号，实现测定精度的提高。<传感器的位置确定方法>下面，对使用了本实施方式的OFDR方式的物理量测量装置10E的传感器的位置确定方法进行说明。以作为第一第四PM光纤使用了PANDA光纤的情况为例示出。本实施方式的OFDR方式的物理量测量装置10E中，来自传感器17的布拉格反射光与来自参照用反射端16的反射光的干涉光射入发光二极管13。射入发光二极管13的光干涉信号D5由入射部P(A/2板)相对于的测定光的角度决定，分别可以用下述式(8)及(9)表示。在测定光相对于入射部P(入/2板)以角度0。、90。、180。、270°射入时(慢轴测定模式)，射入发光二极管13的光干涉信号Ds可以用下述式(8)表示。另外，在测定光相对于入射部P(入/2板)以角度45。、135。、225。、315°射入时(快轴测定模式)，射入发光二极管13的光干涉信号D6可以用下述式(9)表示。"5m及如cos(A2")(8)通过使用本实施方式的OFDR方式的物理量测量装置10E分别求出上述Ds、D6，将所得的光干涉信号D5、D6用控制部22的系统控制器74进行STFT分析，来求出与PANDA光纤的正交的2个偏振轴的L2相当的光路长度nsl。wL2和nfastL2。然后，在本实施方式的OFDR方式的物理量测量装置10E中，针对由在慢轴测定模式中得到的光干涉信号Ds得到的光路长度nsl。wL2,代入已知的！^。w而求出L2，针对由在快轴测定模式中得到的光干涉信号D6得到的光路长度nfastL2，代入已知的Ilfast而求出L之。本实施方式中，例如可以通过利用慢轴测定模式进行第一次的测量，利用快轴测定模式进行第二次的测量。即，利用2次的测量获得不同的2个信号，独立地分析各个信号。由此，就可以针对在各个测量中得到的2个光路长度ns,。wL2和nfastL2,代入已知的1181轉和llfast而求出L2。由此就可以准确地测定传感器17的光纤长度L2。本实施方式的OFDR方式的物理量测量装置10E中，由于可以获得来自传感器17中的正交的2个偏振轴的布拉格反射光，因此就能够测量温度和应变。这样，在使用OFDR方式的物理量测量装置10E来进行应变测量时，就不需要温度补偿用的传感器。另外，由于在一次的测定中，仅取得来自传感器17中的正交的2个偏振轴的一方的布拉格反射光的光干涉信号，因此可以独立地识别来自传感器17中的正交的2个偏振轴的布拉格反射光的变化量而测量。这样，就可以实现传感器17的温度及应变的测量精度的提高。<温度和应变的测量方法>下面，对^f吏用了本实施方式的OFDR方式的物理量测量装置10E的温度和应变的测量方法进行说明。在4吏用了本实施方式的OFDR方式的物理量测量装置10E的情况下，也可以与第一至第三实施方式相同地测定。与第一至第三实施方式时相同，首先，预先测量出来自某个基准温度、基准应变下的传感器17的正交的2个偏振轴的布拉格反射光的波长。然后，将传感器17配置于检测部，在该检测部中，分别测量来自传感器17中的正交的2个偏振轴的布拉格反射光的波长。然后，针对慢轴和快轴分别计算检测部的布拉格反射光的波长与基准温度、基准应变下的布拉格反射光的波长差(变化量)。然后，将所得的波长差代入上述式(3),求出检测部的温度与基准温度的差、检测部的应变与基准应变的差，最后根据已知的基准温度、基准应变算出检测部的实际温度和实际应变。然后，根据这些值求出上述式(3)中记载的D值。此后，通过将该D值和根据测量结果得到的AA^w及A入fast代入上述式(3)而进行运算，求出AT及As。此后，如果从这些值中减去基准温度、基准应变，就可以求出检测部的温度及应变。在^f吏用了本实施方式的OFDR方式的物理量的测量装置10E的温度和应变的测定方法中，由于可以分别测量来自传感器17中的正交的2个偏振轴的布拉格反射光的波长的由温度和应变造成的变化量，因此检测部的温度及应变的测量精度提高。对上述的第一实施方式第四实施方式的OFDR方式的物理量测定装置来说，优选将配置了传感器的第三PM光纤21用正交的2个偏振轴的有效折射率差(双折射)大的PM光纤来构成。这样，正交的2个偏振轴的对温度和应变的灵敏度差就会变大，可以实现更高精度的温度和应变的测量。更具体来说，正交的2个偏振轴的有效折射率差优选为4.4x10"以上。通过满足该值，就可以如后述的实施例中所得到的那样，使相对于传感器的温度变化的布拉格波长的移动特性差大于-5.0xl(T4nm/X:。其结果是，可以获得温度精度为2X:、应变精度为20jis这样的极高精度的温度和应变的测量精度。实施例下面，利用实施例对本发明进行更具体的说明，然而本发明并不限定于以下的实施例。"实施例1"图7是表示实施例1的OFDR方式的物理量测量装置10F的概略构成图。本实施例以上述的第一实施方式的OFDR方式的物理量测量装置10A为基础构成。图7中，对于与图1所示的实施例1的OFDR方式的物理量测量装置的构成要素相同的构成要素使用相同符号，省略其说明。实施例1的OFDR方式的物理量测量装置IOF在图1所示的OFDR方式的物理量测量装置10A中，还具备2个PM耦合器51、52;发光二极管55;2个参照用反射端59、60。它们由作为PM光纤的一种的PANDA光纤63、64、65、66、69、70连接设置。另外，作为第一第四PM光纤，也使用了PANDA光纤。可调谐激光器12经由通用接口总线(GPIB)与系统控制器74连接，并由它控制。来自2个发光二极管(发光二极管13及发光二极管55)的信号被A/D转换器75取样，该取样数据由系统控制器74进行STFT分析。关于该分析方法，如上述的第一实施方式中记载的所述。作为PM耦合器ll、51、52，使用了藤仓公司制的PTAP-0150-2-B(型号)。作为可调谐激光器12，使用了Agilent公司制的8164A(型号)。作为发光二极管13、55，使用了NewFocus公司制的2117FC(型号)。作为PANDA光纤18、19、20、21、63、64、65、66、69、70,使用了藤仓7>司制的SM-15-PS-U25A(型号)。作为系统控制器74，使用了NationalInstruments'^司制的PXI-8106(型号)。作为A/D转换器75，4吏用了NationalInstruments公司制的PXI-6115(型号)。可调谐激光器12射出以某个一定速度、在某个一定波长范围中进29行扫描(单调增加或单调减少)的单一偏振波的测定光。该实施例1中，射出以速度10nm/s扫描波长范围15451555nm的测定光。从可调谐激光器12中射出的单一偏振波的测定光经PANDA光纤63的慢轴传输而射入光纤耦合器51,被该光纤耦合器51进行光功率分离而射入2个光干涉仪。上述2个光干涉仪中的一方大致上由光纤耦合器52、参照用反射端59、60、第一发光二极管55构成，生成与具有参照用反射端59的PANDA光纤69、具有参照用反射端60的PANDA光纤70的光纤长度差(光路长度差)对应的触发信号。该实施例1中，将PANDA光纤69与PANDA光纤70的光纤长度差设为50m。而且，该触发信号是利用以下的方法生成的。当从可调谐激光器12向该光干涉仪射入以某个一定速度扫描某个一定波长范围的测定光时，测定光即被参照用反射端59、60反射，该干涉光由发光二极管55测量。由发光二极管55取得的信号被A/D转换器75取样而转换为电压信号，该电压信号被系统控制器74取入。由于从可调谐激光器12中射出的测定光以一定速度改变波长，因此由发光二极管55测量的信号就成为以一定的光波数间隔变动的正弦函数。所以，通过将某个一定的电压值设为阈值，利用系统控制器74，在超过该阈值的时刻(从阈值以下的值高于阈值的时刻、或从阈值以上的值低于阈值的时刻)生成触发信号，所生成的触发信号就会成为某个一定的光波数间隔。即使在可调谐激光器12的扫描速度并非一定的情况下，触发信号所产生的光波数间隔也总是一定的，在这一点上该触发信号的生成方法是非常有效的。上述的2个光干涉仪中的另一方大致上根据图1所示的第一实施方式构成。传感器17是利用使用了KrF准分子激光器和单一相位掩模的一般的曝光方法制作的。在实施例1中，将光栅长度(传感器长度H殳为5mm。另外，将从与具有参照用反射端16的PANDA光纤71相当的位置到传感器17的距离L2设为约6.2m。将使用本实施例的OFDR方式的物理量测量装置10F测量了传感器17的状态的结果表示于图8中。在OFDR方式的物理量测量装置中，将来自传感器17的布拉格反射光用光谱曲线图示。该光谱曲线图的横轴表示波长，纵轴表示光纤位置(从与具有参照用反射端16的PANDA光纤71相当的位置起的光纤长度L2)，色调表示布拉格反射强度。该实施例1中，以相当于大约80ms间隔(由于是使可调谐激光器12以10nm/s的速度进行扫描，因此换算为波长即为约800pm间隔)的窗口宽度分析了所得的光干涉信号Dla根据图8的结果，在实施例1中，得到了来自传感器17的慢轴及快轴的布拉格反射光。由该结果可以确认，在原理上，不另外使用温度补偿用传感器，就可以测量温度和应变。但是，由于来自传感器17的慢轴的布拉格反射光和来自快轴的布拉格反射光相对于波长轴发生重叠，因此很难独立地识别来自传感器17中的正交的2个偏振轴的布拉格反射光，波长分析精度降低。这意味着温度和应变的测量精度降低。另外，虽然是很微少的，然而还是可以确认来自传感器17的慢轴的布拉格反射光、与来自快轴的布拉格反射光的光纤位置发生偏移的情况。具体来说，来自慢轴的布拉格反射光的位置约为6.222m,来自快轴的布拉格反射光的位置约为6.221m。这是因为，将本来是不同的正交的2个偏振轴的有效折射率统一为！^。w来分析，结果就会出现偏移地测量来自各个偏振轴的布拉格反射光的位置。然后，计算了来自传感器17的慢轴和快轴的布拉格反射光的位置偏移量A1对L2的依赖性。将结果表示于图9中。该图9是利用下述式(10)求出的。,A,二("細-"/游/)A(10〕其中，此时，传感器17的长度相对于L2来说足够短，可以忽视。在上述式(10)中，！^。w和Ilfast是利用下述式(11)，由传感器17的布拉格反射光的波长、和根据传感器17的制作中所用的单一相位掩模的衍射格栅的间隔计算的光栅周期求出的值，使用了nsl。w=l.44756，nfast=l.44720。、打/舰=2八义'/加2A在上述式(ll)中，入s,。w和人fast表示来自传感器17中的正交的2个偏振轴的布拉格反射光的波长，A表示根据单一相位掩模的衍射格栅的间隔算出的光栅周期。才艮据图9的结果，在L2为6.2m时，可以计算出Al为1.55m。即，表示使用本实施方式的OFDR方式的物理量测量装置IOF测量了传感器17的状态的结果的图8中，来自慢轴的布拉格反射光与来自快轴的布拉格反射光的出现位置将会偏移1.55m。所以，制作了能够独立地识别来自传感器17中的正交的2个偏振轴的布拉格反射光而测量的实施例2，并进行了测定。"实施例2"图10是表示实施例2的OFDR方式的物理量测量装置10G的概略构成图。本实施例2与实施例1不同的方面在于，是以上述的第二实施方式的OFDR方式的物理量测量装置为基础制作的。即，本实施例与实施例1不同的方面在于，在第四PM光纤19上还配置有偏振波束分裂器15,该偏振波束分裂器15对来自传感器17的布拉格反射光进行分波，在该偏振波束分裂器15上，连接有第一发光二极管13和第二发光二极管14。本实施例中，来自3个发光二极管13、14、55的信号由A/D转换器75取样，该取样数据由系统控制器74进行STFT分析。将使用本实施例的OFDR方式的物理量测量装置IOG测量了传感器17的状态的结果表示于图11、图12中。图11是表示分析射入第一发光二极管13的光干涉信号D2的结果的光镨曲线图。图12是表示分析射入第二发光二极管14的光干涉信号D3的结果的光镨曲线图。在图ll所示的光镨曲线图中，1550.6nm的布拉格反射光是来自传感器17的慢轴的反射光。图12所示的光镨曲线图中，1550.2nm的布拉格反射光是来自传感器17的快轴的反射光。这2个布拉格反射光的位置都为约6.212m。该实施例2中，独立地分析光干涉信号D2和光干涉信号D3，但它是将在一次的测量中得到的2个信号利用系统控制器74进行了并行处理的。该实施例2中，由于得到了来自传感器17中的正交的2个偏振轴的布拉格反射光，因此在原理上可以测量温度和应变。这样，在使用本实施例的OFDR方式的物理量测量装置IOG进行应变测量时，就不需要温度补偿用的传感器。另外，由于对来自传感器17中的正交的2个偏振轴的布拉格反射光进行分波，分别利用发光二极管13、14取得光干涉信号，因此就可以独立地识别来自传感器17中的正交的2个偏振轴的布拉格反射光的变化量而测量。这样，就可以提高来自传感器17中的正交的2个偏振轴的布拉格反射光的波长分析精度。这意味着温度及应变的测量精度被提高了。此外，由于针对在各个测量中得到的2个光路长度ns一L2和nfastL2，代入已知的！^。w和nfast而求出L2，因此就可以准确地确定传感器17的位置，可以以高分辨率来进行测量。然后，通过使用本实施例的OFDR方式的物理量测量装置IOG，在基准温度(201C)下对传感器17赋予应变，测定传感器17的慢轴和快轴的布拉格波长变化的应变依赖性。另外，使用本实施例的OFDR方式的物理量测量装置IOG，在基准应变(Ons)下对传感器17赋予温33度变化，测定传感器17的慢轴和快轴的布拉格波长变化的温度依赖性，而求出了传感器17的上述式(3)的各项，其结果是，得到下述式(12)。如果使用该式(12)进行计算，则上述式(3)的D值就会成为D=-6.39x107(證2/ne"C)。芥<formula>formulaseeoriginaldocumentpage34</formula>通过将由测量结果得到的AXsl。w和△入fast以及上述的D代入上述式(3)而进行运算，求出AT及As，如果从这些值中减去基准温度、基准应变，就可以求出检测部的温度及应变。这些运算可以使用OFDR方式的物理量测量装置的系统控制器74简单地进行。"实施例3"除了在慢轴与快轴的有效折射率差(双折射)大的PANDA光纤上形成由FBG构成的传感器17以外，与实施例2相同地制作了OFDR方式的物理量测量装置IOH，将其设为实施例3。将使用本实施例的OFDR方式的物理量测量装置IOH测量了传感器17的状态的结果表示于图13、图14中。图13是表示分析射入第一发光二极管13的光干涉信号D2的结果的光镨曲线图。图14是表示分析射入第二发光二极管14的光干涉信号D3的结果的光镨曲线图。图13所示的光镨曲线图中，1551.1nm的布拉格反射光是来自传感器17的慢轴的反射光。图14所示的光镨曲线图中，1550.4nm的布拉格反射光是来自传感器17的快轴的反射光。这2个布拉格反射光的位置都为6.2408m。对实施例3中得到的传感器17的光镨曲线图进行了更为详细的分析，其结果是，慢轴与快轴的布拉格波长差是0.661nm，由该布拉格波长差计算出的双折射是6.19x10"。另一方面，对实施例2中得到的传感器17的光谱曲线图进行更详细的分析而得的布拉格波长差为0.361nm，由该布拉格波长差计算出的双折射为3.37xl(T4。也就是说，构成实施例3的传感器17的PANDA光纤比构成实施例2的传感器17的PANDA光纤大近2倍的双折射。然后，通过使用本实施例的OFDR方式的物理量测量装置IOH，在基准温度(20X:)下对传感器17赋予应变，测定传感器17中的慢轴和快轴的布拉格波长变化的应变依赖性。另外，使用本实施例的OFDR方式的物理量测量装置IOH，在基准应变(Ojue)下对传感器17赋予温度变化，测定传感器17中的慢轴和快轴的布拉格波长变化的温度依赖性，而求出了传感器17的上述式(3)的各项，其结果是，得到下述式(13)。如果使用它们来计算，则上述式(3)中的D值就会成为D=-10.02xl(T7(nm2/ns"C)o战0.01044lmn/t:賊j微"3fT、>(13)7在使用上述式(3)计算温度和应变时，3Xsl。w/5s与5Xfast/3s的差(布拉格波长相对于慢轴和快轴的应变的移动特性差)、以及3入Sl。w/ST与5入fast/5T的差(布拉格波长相对于慢轴和快轴的温度变化的移动特性差)越大，则温度和应变的计算精度就越高。在上述式(13)中应当关注的方面在于，与上述式(12)相比，布拉格波长相对于慢轴和快轴的温度变化的移动特性差大。具体来"i兌，实施例2中求出的上述式(12)为-3.63xlOm/X:，而实施例3中求出的上述式(13)为-6.49xio、m/X:。也就是"^兌，实施例3的传感器17与实施例2的传感器17相比具有接近2倍的布拉格波长相对于温度变化的移动特性差。这起因于构成各个传感器的PANDA光纤的双折射的差。已知PANDA光纤在纤芯中产生的双折射与温度的上升成比例地变�。�800卯0匸左右双折射几乎变为0。也就是说，基准温度下的双折射越大，则每上升单位温度的双折射的减少量就越大。所以，实施例3的传感器17与实施例2的传感器17相比具有接近2倍的布拉格波长相对于温度变化的移动特性差。下面，在表l中给出对实施例3的传感器17赋予任意的温度变化和应变，利用实施例3的OFDR方式的物理量测量装置IOH测量了温度变化和应变的结果。<table>tableseeoriginaldocumentpage36</column></row><table>根据表l的结果，将自基准温度(20匸)起的温度变化设为20、40、IOO"C(也就是说设定温度为40、60、120X:)，将自基准应变(0ps)起的应变i殳为250、500、1000jis，在合计9种条件下测量了温度和应变，其结果是，得到温度精度为2"C、应变精度为20jae这样的极高精度的温度和应变的同时测量结果。图15是与表1相比增加测定点数而将同时测量的结果曲线图化了的图。曲线图中的直线的交点表示测量条件，红的方块表示测量结果。也就是说，方块和交点的偏差表示测量误差。根据该结果可以确认，无论在何种测量条件下，都可以同时地以高精度测量温度变化和应变。根据以上所说明的实施例3，本发明的OFDR方式的物理量测量装置中所用的由FBG构成的传感器最好由双折射大的PANDA光纤构成。在对由FBG构成的传感器的温度变化和应变的同时测量精度的关系进行了详细的研究后，结果发现，最好具有如下的移动特性，即，布拉格波长相对于该传感器的温度变化的移动特性差大于-5.0xl(T4nm/1C。图16是表示评价了PANDA光纤的双折射和布拉格波长相对于由以该光纤构成的FBG制成的传感器的温度变化的移动特性差的曲线图。根据该结果，在PANDA光纤的双折射为4.4xl0"时，就会具有布拉格波长相对于该传感器的温度变化的移动特性差大于-5.0xl(T4nm/1C的移动特性。也就是说，最好PANDA光纤的双折射为4.4x10"以上。本实施例中，为了使布拉格波长相对于由FBG构成的传感器的温度变化的移动特性差大于-5.0x10"nm/lC,而使用了使应力赋予部靠近纤芯的PANDA光纤，然而作为能够实现本发明的其他的PANDA光纤，还可以举出具备熔点低的应力赋予部的PANDA光纤。更具体来说，在应力赋予部的熔点为600^C以下的情况下，可以使布拉格波长的移动特性大于-5.0xlO-4nm/X:。"实施例4"除了将传感器17的光栅长度(传感器长度)设为100mm以外，与实施例3相同地制作了OFDR方式的物理量测定装置101，将其作为实施例4。37使用本实施例的OFDR方式的物理量测定装置101,测定了传感器的状态，其结果是，来自传感器17的慢轴的布拉格反射光为1549.4nm，来自传感器17的快轴的布拉格反射光为1548.7nm。对此时得到的光谱曲线图进行更详细分析而得的布拉格波长差为0.670nm。由于它是与实施例3同等的布拉格波长差，因此本实施例的传感器的双折射与实施例3同等。图17是示意性地表示使用了本实施例的OFDR方式的物理量测量装置101的用于测量传感器中产生的温度分布和应变的实验系统的图。该实验系统中，利用砝码W沿着传感器的长度方向赋予均匀的应变，利用能够独立地控制温度的加热器A及加热器B，沿着传感器的长度方向赋予不均匀的温度变化。在图17所示的实验系统中，利用砝码W赋予传感器的应变为1000jue,并是恒定的。另外，利用加热器A赋予传感器的温度变化为IOO"C,并是恒定的。仅使利用加热器B赋予传感器的温度变化在0~100C变化，将测量了加热器A的位置及加热器B的位置的温度变化和应变的结果表示于图18中。根据图18，在加热器A的位置，测量到的应变及温度变化为1000jie及100X:，并是恒定的。然而，在加热器B的位置，测量到的应变为1000ns，并是一定的，并且得到测量到的温度变化与加热器B的设定温度相关联地变化的结果。也就是说，可以高精度地测量在加热器A的位置和加热器B的位置产生的温度分布和应变。如上说明所示，根据本实施例，本发明可以同时地并且高精度地测量沿着由FBG构成的传感器的长度方向的温度分布和应变。另外，通过使用本发明，即使在沿着由FBG构成的传感器的长度方向产生温度分布和应变分布的情况下，也可以同时地并且高精度地测量它们。"比较例1"除了将入射部a的偏振轴角度偏斜熔接连接设为0°以外，还与实施例2相同地制作了OFDR方式的物理量测量装置，将其设为比较例1。使用该比较例1，测量了传感器17的状态。将结果表示于图19、20中。38图19是表示分析了射入第一发光二极管13的光干涉信号D2的结果的光镨曲线图。图20是表示分析了射入第二发光二极管14的光干涉信号D3的结果的光镨曲线图。根据图19及图20的结果，在该比较例1中，只能得到来自传感器17的慢轴的布拉格反射光。仅用来自一方的偏振轴的布拉格反射光，不可能测量传感器17的温度和应变。所以，在使用比较例1的OFDR方式的物理量测量装置来进行应变测量的情况下，需要温度补偿用的传感器。"实施例5"在传感器17与PM耦合器ll之间，设置了延长光纤31，其用于使来自传感器中的正交的2个偏振轴的布拉格反射光的光路长度差大于相当于上述传感器的长度的光路长度，除此以外，与实施例l相同地制作了OFDR方式的物理量测量装置，将其作为实施例5。图21是表示本实施例的OFDR方式的物理量测量装置10J的概略构成图。延长光纤31的长度Lj殳为约20m。将使用本实施例的OFDR方式的物理量测量装置10J测量了传感器17的状态的结果表示于图22中。在图22所示的光镨曲线图中，1550.6nm的布拉格反射光是来自传感器17的慢轴的反射光，1550.2nm的布拉格反射光是来自传感器17的快轴的反射光。将本来不同的正交的2个偏振轴的有效折射率统一为!^。w进行分析，结果来自各个偏振轴的布拉格反射光的位置发生偏移，相对于波长轴没有重叠，可以独立地识别、测量。本实施例中，如果与实施例1相同地计算来自传感器17的慢轴和快轴的布拉格反射光的位置偏移量A1对于！^的依赖性，则也可以得到图9所示的结果。所以，如果将图9的横轴从L2的长度置换为"的长度，则在I^为20m时，可以计算出Al为5.01mm,Al比本实施例中所用的传感器40的长度(1)5mm更长。在Al比l长时，如图22的光镨曲线图中所示，来自传感器17中的正交的2个偏振轴的布拉格反射光相对于波长轴不会重叠，可以独立地识别、测量。这里，Al比l更长意味着，来自传感器17中的正交的2个偏振轴的布拉格反射光的光路长度差大于相当于传感器长度的光路长度。满足该条件的延长光纤31的长度L成为将△1看作1而将上述式(10)变形后的上述式(1)。该实施例5中确认，由于可以得到来自传感器17中的正交的2个偏振轴的布拉格反射光，因此在原理上可以同时地测量温度和应变。这样，在使用本实施例的OFDR方式的物理量测量装置10J来进行应变测量时，就不需要温度补偿用的传感器。另外确认，由于设置了延长光纤31，使得来自传感器17中的正交的2个偏振轴的布拉格反射光相对于波长轴不会重叠，因此可以独立地识别来自传感器17中的正交的2个偏振轴的布拉格反射光的变化量而进行测量。由此就可以提高传感器17中的温度及应变的测量精度。"实施例6"除了在慢轴和快轴的有效折射率差(双折射)大的PANDA光纤上形成由FBG构成的传感器17以外，还与实施例5相同地制作了OFDR方式的物理量测量装置，将其作为实施例6。将使用本实施例的OFDR方式的物理量测量装置测量了传感器17的状态的结果表示于图23中。其结果是，得到与实施例3同等的布拉格波长差。也就是说，本实施例的传感器17的双折射与实施例3相同。利用该实施例6也得到与实施例3相同精度的温度和应变的同时测量结果。"比较例2"除了将入射部oc的偏振轴角度偏斜熔接连接设为0°以外，还与实施例5相同地制作了OFDR方式的物理量测量装置，将其作为比较例2。此外，使用该比较例2，测量了传感器17的状态。将结果表示于图24中。根据图24的结果，该比较例2中，只能得到来自传感器17的慢轴的布拉格反射光。仅用来自一方的偏振轴的布拉格反射光，不可能测量传感器17的温度和应变。所以，在使用比较例2的OFDR方式的物理量测量装置来进行应变测量的情况下，需要温度补偿用的传感器。40"实施例7"除了取代入射部oc，具备向第三保偏光纤中的正交的2个偏振轴中的任意一方的偏振轴射入测定光的入射部P以外，还与实施例l相同地制作了OFDR方式的物理量测量装置，将其作为实施例7。图25是表示实施例7的OFDR方式的物理量测量装置IOK的概略构成图。作为该入射部P,使用了A/2板。使用本实施例的OFDR方式的物理量测量装置IOK，测量了传感器17的状态。将结果表示于图26、27中。图26是表示在慢轴测定模式中分析了射入发光二极管13的光干涉信号D5的结果的光i普曲线图。图27是表示在快轴测定模式中分析了射入发光二极管13的光干涉信号D6的结果的光谱曲线图。在图26所示的光镨曲线图中，1550.6nm的布拉格反射光是来自传感器17的慢轴的反射光。在图12所示的光镨曲线图中，1550.2nm的布拉格反射光是来自传感器17的快轴的反射光。这2个布拉格反射光的位置都为约6.212m。该实施例7中，利用慢轴测定模式进行第一次的测量，利用快轴测定模式进行第二次的测量。即，在2次的测量中得到不同的2个信号，独立地分析各个信号。在该实施例7中确认了，由于得到来自传感器17中的正交的2个偏振轴的布拉格反射光，因此在原理上可以测量温度和应变。这样，在使用本实施例的OFDR方式的物理量测量装置10K来进行应变测量时，就不需要温度补偿用的传感器。另外，由于在一次的测定中，仅取得来自传感器17中的正交的2个偏振轴的一方的布拉格反射光的光干涉信号，因此可以独立地识别来自传感器17中的正交的2个偏振轴的布拉格反射光的变化量而测量。这样，就可以实现传感器17的温度及应变的测量精度的提高。此外，由于针对在各个测量中得到的2个光路长度！^。wL2和nfastL2，代入已知的！ls^和Ilfast而求出L2，因此可以准确地测定传感器17的光纤长度L2。如上说明所示，在实施例2及7中，可以得到相同的作用效果。这可以从以下的方面看出，即，在实施例2中，表示由发光二极管13取得的光干涉信号D2的上述式(4)、及表示由发光二极管14取得的光干涉信号D3的上述式(5)被以相同的式子表示；实施例7中，表示由慢轴测定模式中的发光二极管13取得的光干涉信号Ds的上述式(8)、及表示由快轴测定模式中的发光二极管14取得的光干涉信号D6的上述式(9)被以相同的式子表示。另夕卜，在实施例2及实施例7中，就实施例2而言具有如下的优点，即，通过对实施例2中由2个发光二极管(发光二极管13、14)得到的光干涉信号并行地进行处理，就可以提供能够在短时间内进行传感器17的温度和应变的测量的OFDR方式的物理量测量装置。另一方面，就实施例7而言具有如下的优点，即，由于不需要使用偏振波束分裂器，因此可以提供廉价的OFDR方式的物理量测量装置。从实施例l到7,例示了在1根PM光纤上配置了1个FBG传感器的OFDR方式的物理量测量装置，然而本发明的OFDR方式的物理量测量装置并不限定于此。在本发明的OFDR方式的物理量测量装置中，也可以在1根PM光纤上设置多个FBG传感器。工业上的利用可能性根据本发明的OFDR方式的物理量测量装置，可以提供如下的OFDR方式的物理量测量装置，即，特别是可以测量温度和应变，并且能够以高空间分辨率测量温度和应变。权利要求1.一种光频域反射测定方式的物理量测量装置，其特征在于，具备射出测定光的可调谐激光器；一端与该可调谐激光器连接的第一保偏光纤；与该第一保偏光纤的另一端连接的保偏耦合器；一端与该保偏耦合器连接、另一端为参照用反射端的第二保偏光纤；一端与所述保偏耦合器连接的第三保偏光纤；形成于该第三保偏光纤的纤芯上的由光纤布拉格光栅构成的传感器；一端与所述保偏耦合器连接的第四保偏光纤；发光二极管，其经由该第四保偏光纤与所述保偏耦合器连接，检测来自所述传感器的布拉格反射光和来自所述参照用反射端的参照光；控制部，其基于由该发光二极管检测出的所述布拉格反射光和所述参照光的合波光强度变化，来检测这些布拉格反射光及参照光间的干涉光的强度调制；入射部α，其向所述第二保偏光纤的正交的2个偏振轴及所述第三保偏光纤的正交的2个偏振轴双方，射入所述测定光，所述入射部α配置于所述第一保偏光纤中或配置于所述第二保偏光纤和所述第三保偏光纤双方中。2.根据权利要求1所述的光频域反射测定方式的物理量测量装置，其特征在于，在该入射部oc配置于所述第一保偏光纤中的情况下，所述入射部a，是于该第一保偏光纤上，以具有45°的偏振轴偏斜角度形成的熔接连接部；在所述入射部a配置于所述第二保偏光纤及所述第三保偏光纤双方中的情况下，所述入射部oc，是分别具有45。的偏振轴偏斜角度，形成于该第二保偏光纤及所述第三保偏光纤上的熔接连接部。3.根据权利要求1或2所述的光频域反射测定方式的物理量测量装置，其特征在于，在所述第四保偏光纤上，还配置有将来自所述传感器的所述布拉格反射光分波的偏振波束分裂器。4.根据权利要求1~3中任意一项所述的光频域反射测定方式的物理量测量装置，其特征在于，在所述第三保偏光纤的在所述传感器与所述保偏耦合器之间还配置有延长光纤，该延长光纤用于使来自所述传感器的正交的2个偏振轴的布拉格反射光的光路长度差大于与所述传感器的长度相当的光路长度。5.根据权利要求4所述的光频域反射测定方式的物理量测量装置，其特征在于，在将所述延长光纤的长度设为L,将所述第三保偏光纤中的正交的2个偏振轴的有效折射率的差设为Usl。w-nfast)，将所述传感器的长度设为1的情况下，所述L满足下式(1)。(〗)w一"6.根据权利要求1所述的光频域反射测定方式的物理量测量装置，其特征在于，取代所述入射部oc,还具备向所述第三保偏光纤的正交的2个偏振轴中的任意一方的偏振轴射入测定光的入射部P。7.根据权利要求1~6中任意一项所述的光频域反射测定方式的物理量测量装置，其特征在于，所述第一保偏光纤到所述第四保偏光纤中，至少所述第三保偏光纤中的正交的2个偏振轴的有效折射率差为4.4x10—4以上。8.—种温度和应变的测量方法，其特征在于，具备使用权利要求17中任意一项所述的光频域反射测定方式的物理量测量装置，测量来自l个或多个所述传感器的正交的2个偏振轴的所述布拉格反射光的波长的步骤；基于所测量的所述布拉格反射光的波长，计算所述传感器的所述布拉格反射光的波长的由温度和应变造成的变化量的步骤；基于所计算出的所述变化量，计算配置所述传感器的部位的温度及应变的步骤。9.一种温度和应变的测量方法，其特征在于，具备对使用权利要求3或6所述的光频域反射测定方式的物理量测量装置用所述控制部检测到的所述正交的2个偏振轴各自的干涉信号，进行用于确定所述传感器的位置的短时间傅立叶变换分析的步骤；对来自所述传感器中的正交的2个偏振轴的所述布拉格反射光的各自的光路长度，代入各自的偏振轴的有效折射率，求出各个偏振轴的所述传感器的位置的步骤。10.—种温度和应变的测量方法，其特征在于，具备对使用权利要求4或5所述的光频域反射测定方式的物理量测量装置用所述控制部检测到的来自所述正交的2个偏振轴的干涉信号的和，进行用于确定所述传感器的位置的短时间傅立叶变换分析的步骤；对来自所述传感器中的正交的2个偏振轴的所述布拉格反射光的各自的光路长度，代入l个任意的有效折射率，求出各个偏振轴中的从成为基准的位置到所述传感器的距离的步骤。11.根据权利要求810中任意一项所述的温度和应变的测量方法，其特征在于，算出所述第三保偏光纤的配置了所述传感器的部位的沿着长度方向的温度分布及应变分布。全文摘要本发明的光频域反射测定方式的物理量测量装置具备一端与可调谐激光器连接、另一端与保偏耦合器连接的第一保偏光纤；一端与上述保偏耦合器连接、另一端为参照用反射端的第二保偏光纤；在纤芯中形成由光纤布拉格光栅构成的传感器、一端与上述保偏耦合器连接的第三保偏光纤；一端与上述保偏耦合器连接的第四保偏光纤；向上述第二保偏光纤的正交的2个偏振轴以及上述第三保偏光纤的正交的2个偏振轴双方射入测定光的入射部，上述入射部配置于上述第一保偏光纤中或配置于上述第二保偏光纤和上述第三保偏光纤双方中。文档编号G01K11/12GK101680782SQ200980000394公开日2010年3月24日申请日期2009年3月2日优先权日2008年2月29日发明者坂元明,大道浩儿,平船俊一郎申请人:株式会社藤仓

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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