光纤电缆传感装置、光纤电缆传感方法以及程序.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114270162A(43)申请公布日2022.04.01(21)申请号201980099490.6(51)Int.Cl.(22)申请日2019.09.03G01M11/00(2006.01)(85)PCT国际申请进入国家阶段日2022.02.17(86)PCT国际申请的申请数据PCT/JP2019/0345512019.09.03(87)PCT国际申请的公布数据WO2021/044511JA2021.03.11(71)申请人日本电信电话株式会社地址日本东京都(72)发明人饭田大辅冈本圭司押田博之(74)专利代理机构广州嘉权专利商标事务所有限公司44205代理人伍志健林明校权利要求书2页说明书8页附图6页(54)发明名称光纤电缆传感装置、光纤电缆传感方法以及程序(57)摘要本发明的目的在于提供无需使用特殊结构的光纤传感器就能够测量曲率以及扭转率的长度方向分布的光纤电缆传感装置。本装置包括：输入对容纳于被测量光纤电缆中的各光纤测量的应变(弯曲损耗、偏振波动)的长度方向分布的数据和表示作为测量对象的各光纤在电缆截面上的位置的数据的单元；根据同一地点的各光纤的应变(弯曲损耗、偏振波动)与该光纤在电缆截面上的位置，计算该地点的被测量光纤电缆的曲率向量κ的单元；和，根据计算出的曲率向量κ计算该地点的被测量光纤电缆的扭转率τ的单元。CN114270162ACN114270162A权利要求书1/2页1.光纤电缆传感装置，包括：测量仪器，将测试光入射至容纳于光纤电缆中的M根(M是3以上的整数)单模光纤中的任意N根(N为小于M的整数)单模光纤，测量所述N根单模光纤的每一根的表征弯曲的物理量的长度方向分布；和，运算器，在所述光纤电缆的长度方向的任意地点，根据所述光纤电缆的截面中的所述N根单模光纤各自的位置以及所述物理量，通过数学式1计算出所述光纤电缆的所述任意地点的曲率κ，通过数学式2计算出所述光纤电缆的所述任意地点的扭转率τ；[数学式1]其中，与分别为x轴方向与y轴方向上的单位向量；[数学式2]θ＝angle(κ)τ(s)＝θ′(s)(2)其中，i：所述N根单模光纤的序号；εi：所述N根单模光纤中第i根单模光纤在所述任意地点的所述物理量；ri：在所述截面中，所述第i根单模光纤与所述弯曲轴的距离；θi：在所述截面中，所述第i根单模光纤相对于所述x轴的角度偏移；angle(v)：向量v相对于所述x轴的角度；θ：在任意位置的曲率κ的向量相对于所述x轴的斜率；θ'(s)：所述θ相对于所述光纤电缆的中心弧长s的导数；弯曲轴：在任意位置与所述光纤电缆的中心轴相切的切线的切点处的，与垂直通过曲率半径的圆的中心的直线平行且通过所述切点的直线。2.根据权利要求1所述的光纤电缆传感装置，其特征在于，所述运算器将所述曲率κ和所述扭转率τ代入数学式3，运算所述光纤电缆的中心轴轨迹r(s)；[数学式3]r(s)＝∫T(s)ds+r0其中，T(s)：位置向量；r0：初始位置；e1：单位切向量；e2：单位主法线向量；e3：单位副法线向量；2CN114270162A权利要求书2/2页d/ds：每单位弧长变化量。3.根据权利要求1或2所述的光纤电缆传感装置，其特征在于，所述测量仪器测量应变量、弯曲损耗或偏振波动作为所述物理量。4.根据权利要求3所述的光纤电缆传感装置，其特征在于，所述运算器将应变量、弯曲损耗以及偏振波动中的至少两个作为所述物理量；并将对每个所述物理量计算出的所述曲率κ进行统计处理后的值、以及将对每个所述物理量计算出的所述扭转率τ进行统计处理后的值，分别作为新的所述曲率κ以及所述扭转率τ。5.光纤电缆传感方法，其特征在于，将测试光入射至容纳于光纤电缆中的M根(M是3以上的整数)单模光纤中的任意N根(N为小于M的整数)单模光纤；测量所述N根单模光纤的每一根的表征弯曲的物理量的长度方向分布；和，在所述光纤电缆的长度方向的任意地点，根据所述光纤电缆的截面中的所述N根单模光纤各自的位置以及所述物理量，通过数学式1计算出所述光纤电缆的所述任意地点的曲率κ，通过数学式2计算出所述光纤电缆的所述任意地点的扭转率τ；[数学式1]其中，与分别为x轴方向与y轴方向上的单位向量；[数学式2]θ＝angle(κ)τ(s)＝θ′(s)(2)其中，i：所述N根单模光纤的序号；εi：所述N根单模光纤中第i根单模光纤在所述任意地点的所述物理量；ri：在所述截面中，所述第i根单模光纤与弯曲轴的中心的距离；θi：在所述截面中，所述第i根单模光纤相对于所述x轴的角度偏移；angle(v)：向量v相对于所述x轴的角度；θ：在任意位置的曲率κ的向量相对于所述x轴的斜率；θ'(s)：所述θ相对于所述光纤电缆的中心弧长s的导数；弯曲