CN101578506A - 对象物的温度分布测定方法及传感器单元 - Google Patents

对象物的温度分布测定方法及传感器单元 Download PDF

Info

Publication number
CN101578506A
CN101578506A CNA200780049753XA CN200780049753A CN101578506A CN 101578506 A CN101578506 A CN 101578506A CN A200780049753X A CNA200780049753X A CN A200780049753XA CN 200780049753 A CN200780049753 A CN 200780049753A CN 101578506 A CN101578506 A CN 101578506A
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical fiber
temperature distribution
sensor
zone
regulation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CNA200780049753XA
Other languages
English (en)
Inventor
屉冈英资
市川经
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Publication of CN101578506A publication Critical patent/CN101578506A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
    • G01K11/32—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
    • G01D5/35303—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using a reference fibre, e.g. interferometric devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
    • G01D5/35338—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using other arrangements than interferometer arrangements
    • G01D5/35354—Sensor working in reflection
    • G01D5/35358—Sensor working in reflection using backscattering to detect the measured quantity

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)

Abstract

本发明涉及一种对象物的温度分布测定方法及传感器单元，其利用BOCDA方式的光纤传感技术，测定对象物的温度分布。在该测定方法中，通过将作为BOCDA方式的光纤传感器起作用的光纤，相对于对象物的规定测定区域二维或三维地进行配置，从而在构成配置有光纤的面或者空间的规定测定区域中，可以快速且高精度地测定对象物的温度分布。

Description

对象物的温度分布测定方法及传感器单元
技术领域
本发明涉及一种使用BOCDA方式的光纤传感器进行对象物的温度分布测定的方法以及可以应用于该光纤传感器中的传感器单元。
背景技术
当前，作为在光传感技术中使用的光纤传感器，已知OTCR(Optical Time Domain Reflectrometer)方式的光纤传感器，其通过对使光脉冲入射至光纤内时产生的瑞利散射(Rayleigh scattering)所引起的后方散射光进行测定，从而测定该光纤内的物理量(温度、损耗等)及缺陷部位。
另一方面，从光纤输出的布里渊散射光的布里渊增益频谱(BGS)的形状，随着光纤的温度以及/或者变形的不同而变化。作为利用该变化测定对象物(被测定物)的物理量的技术，已知例如专利文献1及非专利文献1中记载的BOCDA(Brillouin OpticalCorrelation Domain Analysis)方式的光纤传感器。
根据上述专利文献1及非专利文献1中公开的技术，通过一边对泵浦光和探测光的频率进行调制，一边使上述泵浦光及探测光从光纤的两端相对地入射，从而在光纤的长度方向上的期望位置产生布里渊散射。通过测定由该布里渊散射引起的增益频谱，而测定沿光纤的长度方向的温度分布。
根据采用了以上述连续光波的相干控制法为基础的布里渊散射方式的、光纤分布型变形传感技术(BOCDA方式)的光纤传感器，与当前已知的拉曼散射型光纤传感技术等相比，在测定温度范围、长度方向上的温度分布测定的空间分辨率、测定时间等各种特性上，可以期待优秀的效果。
例如，对于BOCDA方式的光纤传感器，斯托克斯光的强度(增益)即使在极低的温度下，也可以维持充分的水平。另外，由于BOCDA方式的光纤传感器根据频移来测定温度，所以已经确认其与基于强度比进行温度测定的拉曼散射型光纤传感技术相比，抗噪声能力强，直至绝对温度1K为止都可以进行测定。
另外，如后述所示，BOCDA方式的光纤传感器的空间分辨率，在典型的光纤中，长度方向的采样间隔可以为大约1cm。另外，由于在BOCDA方式的光纤传感器中使用连续光，所以可以高速地进行测定，已经确认可以对每个测定点以57Hz进行测定。
另外，在BOCDA方式的光纤传感器中，通过调整泵浦光及探测光的频率调制模式，可以与被测定对象物的特性等对应地，自由地调整光纤的长度方向上温度分布测定的空间分辨率、测定范围以及测定时间。另外，在BOCDA方式的光纤传感器中，不仅是空间分辨率，还可以自由地调整采样间隔。
专利文献1：日本特开2000-180265号公报
非专利文献1：“保立和夫、新井寛、「ポンプ·プロ一ブ時分割発生方式BOCDA光ファィバ歪み分布センシング系にぉける時間ゲ一ト法にょる測定レンジの拡大」、信学技報、社団法人  電子情報通信学会、OPE2004-224(2005-02)”
发明内容
发明人对现有的光纤传感器进行了研究，其结果发现如下课题。
即，在现有的OTDR方式的光纤传感器中，对于对象物的温度分布测定中的距离分辨率及测定时间，难以达到满意的测定性能。另外，虽然已知红外线热象仪(thermography)等已经确立的手段，但是该热象仪限定于对象物表面的温度测定，不适用于该对象物的背面及纵深方向的温度分布测定。
即，现有的OTDR方式的测定方法不适用于构造物的三维温度分布测定、容器内的内容物(液体、气体等)的三维温度分布测定、cm量级或者mm量级下的微细的二维温度分布测定等。
本发明就是为了解决上述课题而提出的，其目的在于，提供一种测定方法及传感器单元，该测定方法利用具有优秀的特性的BOCDA方式的光纤传感技术，不受对象物的形状的限制，可以更快速且高精度地测定该对象物的规定测定区域(测定面或者测定空间)中的温度分布。
为了达到上述目的，本发明所涉及的对象物的温度分布测定方法，使用BOCDA方式的光纤传感器，测定对象物中的规定测定区域的温度分布。在这里，“规定测定区域”的概念中，除了可以设置对象物自身的面形状以外，还包含如对象物的内部空间或表面那样的三维空间。作为面形状的规定测定区域，包括例如规定大小或者形状的平面、立面、曲面等，以下，在本说明书中，将面形状的规定测定区域简称为“测定面”。另外，作为三维空间的规定测定区域，包括例如规定大小或者形状的容器的内部空间、容器表面等，以下，将三维空间的规定测定区域简称为“测定空间”。
在规定测定区域具有面形状，可以设置对象物的情况下，在该测定方法中，准备光纤，该光纤包含与对象物接近或接触的传感器部分，该传感器部分在各部位的相对位置的变化受到抑制的状态下，二维地配置在该对象物的测定面上。
另一方面，在规定测定区域为三维空间的情况下，在该测定方法中，准备光纤，该光纤包含与对象物接近或接触的传感器部分，该传感器部分在各部位的相对位置的变化受到抑制的状态下，三维地配置在该对象物的测定空间内。
在规定测定区域为面形状及空间的任意一个的情况下，在该测定方法中，使探测光和泵浦光相对地入射，测定布里渊频谱(BGS)，以及确定规定测定区域(测定面或者测定空间)中的温度分布。即，从准备的光纤的一端入射泵浦光，另一方面，从该光纤的另一端入射探测光。通过对如上述所示从光纤的两端相对地入射的泵浦光及探测光的频率进行调制，从而测定在该光纤的长度方向上的期望位置产生的BGS。然后，作为对象物中的规定测定区域的温度分布，沿二维或三维地配置的光纤的长度方向，确定传感器部分(至少是位于对象物的规定测定区域中的部分)的温度分布。
此外，在本发明中，优选沿光纤的长度方向的温度分布测定中的采样间隔及空间分辨率、温度分布测定的范围、温度分布测定的执行时间，通过与作为被测定物的所述流体的种类对应地，调整所述泵浦光及探测光的频率调制模式而进行设定。
本发明所涉及的传感器单元适用于测定对象物中规定测定区域的物理量的BOCDA方式的光纤传感器。特别地，该传感器单元具有：光纤，其与对象物的规定测定区域的形状对应地，二维或三维地进行配置；以及固定构造，其保持该光纤中的各部位的相对位置。
具体地说，光纤包含与对象物接近或接触的传感器部分，该传感器部分相对于该对象物的规定测定区域(测定面或者测定空间)二维或三维地进行配置。固定构造保持该传感器部分的配置状态，以抑制光纤中传感器部分的各部位的相对位置的变化。
此外，上述测定面及测定空间，可以分别与对象物的大小、形状、特性等对应地任意选择。
另外，传感器单元由光纤的传感器部分和与该传感器部分一体化的基体(包含固定构造)构成。传感器单元的基体是决定传感器部分即光纤的配置方式的构造物，例如，可以是薄板、三维物体(筒状物体或者金属丝制品状物体等)等，是可以作为传感器单元使用的物体。在传感器单元的基体为薄板的情况下，在该基体的表面上，面状地排列配置光纤的传感器部分。在将该基体配置为与对象物表面接触的状态下，进行测定面的温度分布测定。此时，也可以在排列配置有光纤的传感器部分的表面上覆盖薄板。在传感器单元的基体为金属丝制品状物体的情况下，例如，将光纤的至少传感器部分埋入该金属丝制品状物体的包覆层中，或者对光纤的至少传感器部分在沿线材(金属丝等)的状态下，由外皮(胶带等)进一步覆盖表面。
此外，本发明所涉及的各实施例，通过下述详细说明及附图，能够进一步地充分理解。这些实施例是单纯为了例示而示出的，不能认为本发明限定于此。
另外，根据下面的详细说明可以明确本发明的更多应用范围。但是，虽然详细说明及特定的事例示出了本发明的优选实施例，但仅是为了例示而示出的，根据该详细说明，本发明的范围内的各种变形及改进对于本领域的技术人员来说显然是显而易见的。
发明的效果
如上述所示，根据本发明，可以灵活运用光纤的下述特征，即，具有轻量、细径、以及防爆性，同时，不受/不产生电磁噪声等的影响等。特别地，在利用BOCDA方式的光纤传感技术时，将该光纤的传感器部分相对于对象物的规定测定区域(测定面、测定空间)二维或三维地进行配置，其中，该BOCDA方式的光纤传感技术可以通过布里渊散射高精度、短时间地测定沿光纤的长度方向的温度分布。因此，可以与对象物的形状或特性对应地，进行现有传感技术中难以实现的高精度的温度分布测定。
特别地，在将光纤的传感器部分相对于测定空间三维地配置的情况下，不仅是对象物的表面，对于该对象物的纵深方向、高度方向、背面侧，也可以高精度且短时间地测定三维的温度分布。由此，本发明在三维的复杂构造物、或收容在容器内的液体、气体等的温度分布测定中非常有效，具有多种效果。
附图说明
图1是表示BOCDA方式的光纤传感器的概略构成的斜视图，该光纤传感器用于实现本发明所涉及的对象物的温度分布测定方法。
图2是表示BOCDA方式的光纤传感器的具体结构例的图，该光纤传感器用于实现本发明所涉及的对象物的温度分布测定。
图3是用于概略地说明对象物的温度分布测定的图。
图4是表示BOCDA方式的光纤传感器，特别是，包含在传感器单元中的光纤的传感器部分的二维配置的例子的图，其中，该光纤传感器用于实现本发明所涉及的对象物的温度分布测定。
图5是表示BOCDA方式的光纤传感器，特别是，包含在传感器单元中的光纤的传感器部分的三维配置的例子的图，其中，该光纤传感器用于实现本发明所涉及的对象物的温度分布测定。
图6是表示本发明所涉及的传感器单元的第1实施例的结构的图。
图7是表示本发明所涉及的传感器单元的第2实施例的结构的图。
图8是表示本发明所涉及的传感器单元的第3实施例的结构的图。
符号的说明
1…温度测定用光纤，2…测定面，2’…测定空间，3a、3b…连接用光纤，4…BOCDA方式的温度传感器主体。
具体实施方式
下面，参照图1～图8，详细说明本发明所涉及的对象物的温度分布测定方法及传感器单元的各实施例。此外，在附图的说明中，对于相同部位、相同位置，标注相同的标号，省略重复的说明。
图1是表示实现本发明所涉及的对象物的温度分布测定方法的、BOCDA方式的光纤传感器的概略构成的斜视图。如图1所示，BOCDA方式的光纤传感器具有温度测定用光纤1(传感器部分)和温度传感器主体4，同时，光纤1和温度传感器主体4经由连接用光纤3a、3b光学地连接。将光纤1二维地配置在以四边形划分出的对象物的测定面2上。详细地说，光纤1以下述方式大致Z字形地进行二维配置，即，在四边形的测定面2上，沿X方向延伸的长边部1a以适当的间隔并列排列，且，在该测定面2上，沿Y方向延伸的短边部1b将相邻的长边部1a的端部连接。
在光纤1的两端连接用于与温度传感器主体4光学地连接的连接用光纤3a、3b。上述连接用光纤3a、3b位于测定面2的外侧，通过与温度传感器主体4连接，光纤1作为BOCDA方式(采用了以连续光波的相干控制法为基础的布里渊散射方式的光纤分布型传感技术)的传感器部分起作用。
BOCDA方式的光纤传感器的温度传感器主体4的结构如图2所示。即，温度传感器主体4具有作为光源的激光二极管(LD)6，同时，由探测光生成系统、泵浦光生成系统以及测定系统构成。探测光生成系统具有：3dB耦合器7；偏振控制器8；相位调制器(LNmod.)9，其由微波发生器进行控制；以及光隔离器90。泵浦光生成系统具有3dB耦合器7、偏振控制器10、强度调制器(IM)11、延迟线12、光纤放大器(EDFA)13、光隔离器130、以及循环器14。测定系统具有循环器14、滤光器15、光电二极管16、锁相放大器(LIA)17、控制部(计算机)18、以及显示器18a。
首先，从LD6输出的光，由3dB耦合器7分支成2个光波成分。一束光经由偏振控制器(PC)8，通过相位调制器(LNmod.)9将频率移动大约11GHz。将该进行频移后的光作为探测光，依次向光隔离器90、连接用光纤3a传输，并入射至光纤1(传感器部分)的一端侧。另一束光经由偏振控制器10、强度调制器(IM)11、以及延迟线12，由光纤放大器(EDFA)13进行放大。将该放大后的光作为泵浦光，依次向光隔离器130、连接用光纤3b传输，并入射至光纤1的另一端侧。这样，使泵浦光和探测光在光纤1中相对地传输而产生受激布里渊散射(SBS)。此时，探测光以与斯托克斯光的增益频谱(BGS)对应的增益被放大。放大后的探测光经由循环器14被引导至滤光器15中。在由滤光器15除去不需要的光成分后，针对探测光通过光电二极管(PD)16、锁相放大器(LIA)17等来检测BGS。控制部18(计算机)基于该BGS的检测结果，测定对象物的温度分布，同时，在显示器18a中显示分布状况。
在上述BOCDA方式的光纤传感器中，泵浦光及探测光的频率是通过使LD6的注入电流变化为正弦波状而进行调制的。因此，在光纤1的长度方向上，生成泵浦光和探测光的频率差恒定的高相干位置(相干峰)和低相干位置，而仅在相干峰处产生较大的SBS。
其结果是，可以得到特定位置上的斯托克斯光的BGS信息，通过依次使泵浦光、探测光的频率调制模式变化，可以高精度且短时间地测定载置于二维配置的光纤1上的、或者与光纤1的上方或下方接近的对象物的温度分布。
此外，温度分布测定的对象物包括可以载置于如上述所示的二维配置的光纤1(传感器部分)上的物体，或者可以与该光纤1的上方、下方接近或接触的物体或流体等。
图3是用于概略地说明对象物的温度分布测定的图。另外，在该图3中，区域(a)是表示图1所示的光纤传感器的使用状态的斜视图，区域(b)是表示显示器18a的显示例的图，显示出通过区域(a)所示的使用例获得的测定结果。
例如，如图3的区域(a)所示，如果作为对象物100，将盛有咖啡等热液体101的杯子102和托盘103载置于二维配置的光纤1(传感器部分)上，则可以测定与该光纤1直接接触的托盘103的温度分布。
将上述状况下得到的对象物的温度分布数据，向内置于温度传感器主体4(参照图2)中的由个人计算机等构成的测定显示单元(包括控制部18、显示器18a)发送。
测定显示单元包括可以以与该光纤1的二维配置相同的形式显示光纤1的测定结果的显示器18a，可以可视地显示测定结果。
例如，图3的区域(a)中的对象物100的温度分布测定结果，如图3的区域(b)所示，以与光纤1的二维配置相同的显示模式18b显示在显示器18a中。此时，显示于显示器18a上的温度分布，如图3的区域(b)中所示，可以以低温侧为深色，高温侧为浅色等方式进行颜色区分，从而进行识别。
此外，在BOCDA方式的光纤传感器中，通过调整泵浦光、探测光的频率调制模式，可以自由地调整光纤1的长度方向上的采样间隔、测定范围、以及测定时间等。即，为了准确地掌握温度分布的时间性变化及二维分布，使对象物的与温度分布变化的位置相关的细密程度及宽广程度·温度变化的速度，与光纤传感器的沿光纤1的长度方向的采样间隔、测定范围、测定时间相对应是很重要的。此外，即使将采样间隔设定为比光纤传感器的空间分辨率小，也无法进行有效的测定。
例如，在面积为30cm2的测定面2上测定温度分布的情况下，优选使光纤1的测定范围尽可能地接近30cm2，即，使光纤1的长度方向的采样间隔(dz)为尽可能多的点。另外，优选各测定点的测定时间尽可能短。这样，在温度分布测定中，测定范围为30cm2左右、空间分辨率为1cm、测定时间小于或等于0.1秒这一要求水平，通过BOCDA方式的光纤传感器技术足以充分实现。
BOCDA方式的光传感器的空间分辨率Δzr，通过以下的公式(1)表示。
[公式1]
ΔZ r = Δv B f m v g 2 πmf m . . . ( 1 )
在这里，mfm、fm分别是向光源施加的正弦波状频率调制的振幅和调制频率，Δv B是BGS线宽，vg是光的群速度。
举一个例子，如果对于群速度为2.0×108m/秒、BGS线宽为50MHz的典型的光纤，假设通过已有的激光二极管(LD)可以实现的频率调制的振幅为2GHz、调制频率为100MHz，则沿该光纤的长度方向的空间分辨率为大约1cm。
另外，由于在BOCDA方式的光纤传感器中使用连续光，所以与脉冲法相比，OSNR(光信号与噪声的强度比)更好，另外，不需要对光信号进行累计或平均化。因此，可以高速地进行温度分布测定，已经确认可以对每个测定点以57Hz进行测定。作为本发明的用途，适用于例如测定复杂形状的被测定对象物的温度分布的情况等。
图4是表示BOCDA方式的光纤传感器，特别是，包含在传感器单元中的光纤1的传感器部分的二维配置的例子的图，其中，该光纤传感器用于实现本发明所涉及的对象物的温度分布测定。
在该图4中，在区域(a)所示的配置例中，将光纤1以圆形漩涡状的方式二维配置于圆形的测定面内。另一方面，在区域(b)所示的配置例中，将光纤1以三角形漩涡状的方式二维配置于三角形的测定面内。在任意配置例中，均在光纤1的两端分别连接连接用光纤3a、3b的一端，通过使上述连接用光纤3a、3b的另一端与温度传感器主体4(参照图2)连接，从而使光纤1作为BOCDA方式的光纤传感器起作用。
此外，光纤1的二维配置方式不限定于图4所示的例子，可以与对象物的形状及特性等对应地，采用各种二维配置方式。
图5是表示BOCDA方式的光纤传感器，特别是，包含在传感器单元中的光纤的传感器部分的三维配置的例子的图，其中，该光纤传感器用于实现本发明所涉及的对象物的温度分布测定。
在该图5中，在区域(a)所示的配置例中，光纤1在以圆筒形状划分出的测定空间2’内，在容器的高度方向上多段地配置圆形部1c，同时，上述圆形部1c之间通过垂直部1d进行连接。在这样通过局部变形而三维配置的光纤1的两端，分别连接连接用光纤3a、3b的一端。上述连接用光纤3a、3b位于测定空间2’的外部，通过使它们的另一端分别与温度传感器主体4连接，从而使光纤1作为BOCDA方式的光纤传感器起作用。
此外，在图5的区域(b)及区域(c)中示出了光纤1的三维配置方式的变形例。
即，在图5的区域(b)所示的配置例中，光纤1沿测定空间2’内的高度方向螺旋状地配置。此时，在光纤1的两端分别连接位于测定空间2’外部的连接用光纤3a、3b的一端。
另一方面，在图5的区域(c)所示的配置例中，将光纤1配置为在测定空间2’内具有：纬线状部1e，其配置在假想球体的中心部位；以及2条正交的经线状部1f、1g，其配置为通过该假想球体的上下极点。此时，在光纤1的两端分别连接位于测定空间2’外部的连接用光纤3a、3b的一端。
此外，光纤1的二维配置方式不限定于图5所示的例子，可以与对象物的形状及特性等对应地，采用各种三维的配置方式。
如上述所示，在通过使光纤1局部变形而进行三维配置的情况下，不只限于测定对象物的表面温度分布(二维温度分布)，也可以测定包括对象物的高度方向、纵深方向、深度方向等的三维温度分布。
上述光纤1的三维配置所适合的用途包含下述情况等，例如，希望使收容在构成测定空间2’的实体物即容器内的液体或气体的温度，在该容器内的整个区域内保持恒定的情况，或者按照期望的模式产生温度差的情况。本发明适用于例如进行容器内的晶体生长或期望的化学反应、发酵等对环境温度敏感的情况，以及其自身引起温度变化的工艺过程等。
下面，参照图6～图8，详细说明将图1所示的光纤1与薄板状的基体一体化而构成的传感器单元的例子。此外，在图6中，区域(a)是第1实施例所涉及的传感器单元200a的俯视图，区域(b)是传感器单元200a的侧视图。在图7中，区域(a)是表示与第1实施例所涉及的传感器单元200a邻接配置的另外的连接用传感器单元200a’的俯视图，区域(b)是表示将2种传感器单元200a、200a’邻接配置的状态(第2实施例所涉及的传感器单元)的俯视图。另外，在图8中，区域(a)是第3实施例所涉及的传感器单元200b的俯视图，区域(b)及区域(c)是分别从不同的方向观察传感器单元200b时的该传感器单元200b的侧视图。
图6所示的第1实施例所涉及的传感器单元具有温度测定用的光纤1(传感器部分)和薄板状的基体。在四边形的薄板20a的上表面，与图1所示的配置例相同地二维配置光纤1。通过在该光纤1的上表面层叠保护板20b，使光纤1与薄板状的基体一体化。
该第1光纤1具有连接用端部21、22，经由一端与上述端部21、22连接的连接用光纤3a、3b，将光纤1与温度传感器主体4(参照图2)光学地连接。通过该结构，使光纤1作为BOCDA方式的光纤传感器起作用。
在上述第1实施例所涉及的传感器单元200a中，二维地配置于基体上或者基体中的光纤1除了图1所示结构的效果以外，作为传感器单元还可以期待贴付在对象物的适当位置而使用等更广泛的用途。
另外，上述第1实施例所涉及的传感器单元200a，也可以与图7的区域(a)所示的连接用传感器单元200a’连接。该连接用传感器单元200a’是将薄板状的基体和光纤1一体化而成的传感器单元，该薄板状的基体在与连接用端部21、22相对应的位置上具有连接用端部21’、22’。也可以将上述传感器单元200a的基体和连接用传感器单元200a’的基体之间，例如图7的区域(b)所示，以邻接的状态连结(第2实施例所涉及的传感器单元)。在此情况下，使邻接的传感器单元200a、200a’的各自的光纤1彼此熔融连接(也可以是通过连接器进行连接)。这样，在第2实施例所涉及的传感器单元中，在基体上或者基体中二维地配置光纤1，同时，通过多个在适当位置上形成有连接用端部的薄板状基体进行连接，可以得到与对象物的测定区域的大小、形状相匹配的二维配置方式的传感器单元。
另外，图8所示的第3实施例所涉及的传感器单元200b以下述方式进行三维配置，即，将内设有光纤1的薄板状基体多层状地重叠，同时，使上下基体间的光纤1的配置方向彼此正交。
在该第3实施例所涉及的传感器单元200b中，通过上下的光纤1可以设定更多的测定点。因此，根据三维地配置光纤1的第3实施例所涉及的传感器单元200b，可以更高精度地进行温度分布测定。
如上述所示，通过薄板或者三维物体(筒状物体或者金属丝制品状物体等)等将光纤1单元化的结构，在图4及图5所示的配置例中，也同样可以实现。在此情况下，具有以二维或三维方式配置的光纤1的基体形成为规定的平面形状或者立体形状。另外，在基体上的适当位置形成连接用端部。
另外，在本发明中，在利用光纤作为传感器部分来求取二维或三维的温度分布时，准确地掌握进行温度测定的光纤的长度方向位置与对象物的测定位置之间的关系是很重要的。
作为一个例子，可以是在上述各实施例中，在包覆或者收容有温度测定用光纤1的线或者线缆等的外皮上，沿该光纤1的长度方向标记刻度。在此情况下，长度方向的刻度的原点位置(基准位置)是连接有与进行温度测定的光纤1不同的光纤(例如，连接用光纤3a、3b等)的连接点，或者，将光纤1中的温度或变形与其他部分不同的位置等有意地使BGS与其他部分不同的位置，设定为原点位置。由此，对象物与温度测定用光纤1的位置关系，可以经由该光纤1的长度方向的刻度而进行把握，光纤1与温度传感器主体4经由有意地使BGS不同的原点位置而建立关联。
通过以上的结构，可以根据温度传感器主体4的测定结果，准确地重构对象物的温度分布。
此外，在上述实施例中，以目视为前提在光纤1上标记刻度，但只要可以准确地掌握温度测定用光纤1与对象物之间的位置关系，并不限定于标记在光纤1上的刻度。例如，也可以采用在温度测定用光纤1上以一定间隔设置发出电、磁、光、声等各种信号的标识部等的方法。
另外，在图5的区域(c)中示出了具有纬线状部1e、经线状部1f、1g的以假想球体状三维配置的光纤1，而作为该区域(c)所示的配置例的应用，也可以将假想球体设想为地球。例如，如果以下述方式进行关联，即，使相当于北极点的位置相对于原点位置的距离为αm，从北极点经过经线状部1f而到达的赤道上相对于原点位置为βm，从这里开始绕赤道一周而配置纬线状部1e，环绕一周后返回的位置相对于原点位置为γm，从这里经过经线状部1f而到达的南极点相对于原点位置为δm，从这里开始配置经线状部1g，环绕一周后返回到达的南极点相对于原点位置为εm，从这里再次返回北极点的位置相对于原点位置为ηm，则可以重构(reconstruction)一维至三维的温度分布。
此外，在配置光纤1的路线中，在预测到相对于测定假设点的偏差超出容许范围的情况下，对于进行关联的位置，只要不采用从北极点直接抵达赤道的方式，而是例如相对于纬度每10度进行关联即可。
上述地球规模的关联是基于图5的区域(c)所示的配置例而进行的，但并不限定于该图，也可以是图3、图5～图8。
如上述所示，只要可以准确地掌握温度测定用光纤1的长度方向的位置与对象物的各测定点之间的对应关系，则对于一维至三维中的每一种，均可以根据温度传感器主体4的测定结果，重构对象物的温度分布。另外，通过设计光纤1的变形状态，可以提供用于建立这种对应关系的方法。
根据上述本发明的说明可知，能够对本发明进行各种变形。不能认为这些变形脱离本发明的精神及范围，所有对于本领域的技术人员来说显而易见的改良，都包括在所附权利要求书中。
工业实用性
本发明所涉及的测定方法及传感器头，能够应用于BOCDA方式的光纤传感技术，其不受对象物的形状限制，可以快速且高精度地测定该对象物的规定测定区域(测定面或者测定空间)内的温度分布。

Claims (4)

1.一种对象物的温度分布测定方法，其用于使用BOCDA方式的光纤传感器，测定对象物中的规定测定区域的温度分布，
在该温度分布测定方法中，
准备光纤，该光纤包含与所述对象物接近或接触的传感器部分，该传感器部分在各部位的相对位置的变化受到抑制的状态下，二维地配置在该对象物的规定测定区域上，
从所述光纤的一端入射泵浦光，另一方面，从所述光纤的另一端入射探测光，
通过对从所述光纤的两端相对地入射的泵浦光及探测光的频率进行调制，从而测定在所述光纤的长度方向上的期望位置产生的布里渊增益频谱，然后，
作为所述对象物中的规定测定区域的温度分布，沿二维地配置的所述光纤的长度方向，确定所述传感器部分的温度分布。
2.一种对象物的温度分布测定方法，其用于使用BOCDA方式的光纤传感器，测定对象物中的规定测定区域的温度分布，
在该温度分布测定方法中，
准备光纤，该光纤包含与所述对象物接近或接触的传感器部分，该传感器部分在各部位的相对位置的变化受到抑制的状态下，三维地配置在该对象物的规定测定区域内，
从所述光纤的一端入射泵浦光，另一方面，从所述光纤的另一端入射探测光，
通过对从所述光纤的两端相对地入射的泵浦光及探测光的频率进行调制，从而测定在所述光纤的长度方向上的期望位置产生的布里渊增益频谱，然后，
作为所述对象物中的规定测定区域的温度分布，沿三维地配置的所述光纤的长度方向，确定所述传感器部分的温度分布。
3.根据权利要求1或2所述的对象物的温度分布测定方法，其特征在于，
沿所述光纤的长度方向的温度分布测定中的采样间隔及空间分辨率、温度分布测定的范围、温度分布测定的执行时间，是通过与作为被测定物的所述流体的种类对应地，调整所述泵浦光及探测光的频率调制模式而进行设定的。
4.一种传感器单元，其适用于测定对象物中规定测定区域的物理量的BOCDA方式的光纤传感器，
该传感器单元具有：
光纤，其包含与所述对象物接近或接触的传感器部分，该传感器部分相对于该对象物的规定测定区域二维或三维地进行配置；以及
固定构造，其保持该传感器部分的配置状态，以抑制所述光纤中所述传感器部分的各部位的相对位置的变化。
CNA200780049753XA 2007-01-10 2007-12-19 对象物的温度分布测定方法及传感器单元 Pending CN101578506A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007002157 2007-01-10
JP002157/2007 2007-01-10

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN101578506A true CN101578506A (zh) 2009-11-11

Family

ID=39608534

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNA200780049753XA Pending CN101578506A (zh) 2007-01-10 2007-12-19 对象物的温度分布测定方法及传感器单元

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8337080B2 (zh)
EP (1) EP2120028A1 (zh)
JP (1) JPWO2008084637A1 (zh)
CN (1) CN101578506A (zh)
WO (1) WO2008084637A1 (zh)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103649704A (zh) * 2011-07-07 2014-03-19 西门子公司 实现全覆盖涡轮燃烧室的分布式裂缝及脱落瓷砖检测的方法及设备
CN106918293A (zh) * 2015-12-28 2017-07-04 横河电机株式会社 数据处理装置及数据处理方法
CN109425375A (zh) * 2017-08-31 2019-03-05 横河电机株式会社 光纤传感器测量装置
CN111164397A (zh) * 2017-10-12 2020-05-15 株式会社自动网络技术研究所 传感器单元
CN111289139A (zh) * 2020-02-19 2020-06-16 国网山东省电力公司菏泽供电公司 基于二维空间的光纤测温异常数据定位方法
CN112067155A (zh) * 2020-11-11 2020-12-11 武汉昊衡科技有限公司 基于ofdr锂电池温度动态监测方法
CN112654840A (zh) * 2018-09-07 2021-04-13 横河电机株式会社 光纤特性测定装置以及光纤特性测定方法
CN113720573A (zh) * 2021-08-30 2021-11-30 中国空气动力研究与发展中心设备设计与测试技术研究所 基于视觉与分布式光纤组合测温的风洞漏冷监测系统
CN116592922A (zh) * 2023-04-23 2023-08-15 复旦大学 基于单芯反馈式干涉仪的支路分布式定位系统
CN116773040A (zh) * 2021-12-28 2023-09-19 西安和其光电科技股份有限公司 一种获取高精度、易更换的变压器荧光测温设备的方法

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4775173B2 (ja) * 2006-08-24 2011-09-21 住友電気工業株式会社 光ファイバ温度センサ
WO2008084637A1 (ja) * 2007-01-10 2008-07-17 Sumitomo Electric Industries, Ltd. 対象物の温度分布測定方法及びセンサユニット
DE102008060032A1 (de) * 2008-07-31 2010-02-04 Sms Siemag Aktiengesellschaft Gießspiegelmessung in einer Kokille durch ein faseroptisches Messverfahren
GB2490086B (en) * 2010-11-08 2015-04-08 Silixa Ltd Fibre optic monitoring installation, apparatus and method
JP2012141241A (ja) * 2011-01-05 2012-07-26 Fujitsu Ltd 温度測定システム
EP2913647B1 (en) * 2012-10-23 2017-05-03 Fujitsu Limited Abnormality detecting system and abnormality detecting method
CA2823462A1 (en) * 2013-08-08 2015-02-08 Polyvalor, Limited Partnership Methods and devices involving stimulated brillouin scattering
US10217615B2 (en) * 2013-12-16 2019-02-26 Lam Research Corporation Plasma processing apparatus and component thereof including an optical fiber for determining a temperature thereof
US9587834B2 (en) 2014-02-13 2017-03-07 Siemens Energy, Inc. Flashback detection in gas turbine engines using distributed sensing
CN103822722B (zh) * 2014-03-17 2017-06-23 国家电网公司 一种基于光纤复合架空相线的长距离分布式温度监测系统
JP6020521B2 (ja) * 2014-07-16 2016-11-02 横河電機株式会社 光ファイバ温度分布測定装置
US10067030B2 (en) * 2016-08-29 2018-09-04 Schlumberger Technology Corporation Multifiber interrogation with reflectometry techniques
EP3933348A4 (en) * 2019-02-28 2022-04-20 NEC Corporation FIBER OPTIC DETECTION SYSTEM
CN112629701A (zh) * 2020-12-31 2021-04-09 湖北工业大学 一种基于分布式光纤测温技术的管道渗漏监测系统及漏点定位方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0713582B2 (ja) * 1988-12-26 1995-02-15 株式会社東芝 測定装置
JP2779031B2 (ja) * 1990-01-12 1998-07-23 株式会社フジクラ 光ファイバ温度センサ用面状ファイバ複合体
JP3210440B2 (ja) 1992-09-14 2001-09-17 株式会社東芝 積層セラミックコンデンサの製造方法
JP3667132B2 (ja) 1998-12-14 2005-07-06 アンリツ株式会社 ブリルアンゲインスペクトル測定方法および装置
US7719666B2 (en) * 2004-06-25 2010-05-18 Neubrex Co., Ltd. Distributed optical fiber sensor
TW200722712A (en) * 2005-09-29 2007-06-16 Sumitomo Electric Industries Sensor and external turbulence measuring method using the same
JP2007101508A (ja) * 2005-10-07 2007-04-19 Sumitomo Electric Ind Ltd 温度測定方法及び温度測定装置
JP4775094B2 (ja) * 2006-04-21 2011-09-21 住友電気工業株式会社 ブリルアンスペクトル測定装置
DE102006023588B3 (de) * 2006-05-17 2007-09-27 Sächsisches Textilforschungsinstitut eV Verwendung eines multifunktionalen, sensorbasierten Geotextilsystems zur Deichertüchtigung, für räumlich ausgedehntes Deichmonitoring sowie für die Gefahrenerkennung im Hochwasserfall
WO2008084637A1 (ja) * 2007-01-10 2008-07-17 Sumitomo Electric Industries, Ltd. 対象物の温度分布測定方法及びセンサユニット

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103649704B (zh) * 2011-07-07 2015-12-23 西门子公司 实现全覆盖涡轮燃烧室的分布式裂缝及脱落瓷砖检测的设备
CN103649704A (zh) * 2011-07-07 2014-03-19 西门子公司 实现全覆盖涡轮燃烧室的分布式裂缝及脱落瓷砖检测的方法及设备
CN106918293A (zh) * 2015-12-28 2017-07-04 横河电机株式会社 数据处理装置及数据处理方法
CN109425375A (zh) * 2017-08-31 2019-03-05 横河电机株式会社 光纤传感器测量装置
CN111164397A (zh) * 2017-10-12 2020-05-15 株式会社自动网络技术研究所 传感器单元
CN111164397B (zh) * 2017-10-12 2021-09-14 株式会社自动网络技术研究所 传感器单元
CN112654840B (zh) * 2018-09-07 2023-09-05 横河电机株式会社 光纤特性测定装置以及光纤特性测定方法
CN112654840A (zh) * 2018-09-07 2021-04-13 横河电机株式会社 光纤特性测定装置以及光纤特性测定方法
CN111289139A (zh) * 2020-02-19 2020-06-16 国网山东省电力公司菏泽供电公司 基于二维空间的光纤测温异常数据定位方法
CN112067155A (zh) * 2020-11-11 2020-12-11 武汉昊衡科技有限公司 基于ofdr锂电池温度动态监测方法
CN113720573B (zh) * 2021-08-30 2023-08-18 中国空气动力研究与发展中心设备设计与测试技术研究所 基于视觉与分布式光纤组合测温的风洞漏冷监测系统
CN113720573A (zh) * 2021-08-30 2021-11-30 中国空气动力研究与发展中心设备设计与测试技术研究所 基于视觉与分布式光纤组合测温的风洞漏冷监测系统
CN116773040A (zh) * 2021-12-28 2023-09-19 西安和其光电科技股份有限公司 一种获取高精度、易更换的变压器荧光测温设备的方法
CN116592922A (zh) * 2023-04-23 2023-08-15 复旦大学 基于单芯反馈式干涉仪的支路分布式定位系统

Also Published As

Publication number Publication date
EP2120028A1 (en) 2009-11-18
JPWO2008084637A1 (ja) 2010-04-30
WO2008084637A1 (ja) 2008-07-17
US20100040108A1 (en) 2010-02-18
US8337080B2 (en) 2012-12-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101578506A (zh) 对象物的温度分布测定方法及传感器单元
JP6989703B2 (ja) 分布光学センシングシステム及び方法
Hotate et al. Synthesis of optical-coherence function and its applications in distributed and multiplexed optical sensing
CA2809660C (en) Distributed fiber optic sensor system with improved linearity
EP2435795B1 (en) Method and apparatus for optical sensing
CN101573599B (zh) 流体的物理量测定方法及控制方法
CN102645236B (zh) 基于梳状频谱连续探测光的botda系统实现方法
CN110160572A (zh) 基于艾赫兹超快脉冲扫描的高性能分布式光纤传感系统
CN108415067B (zh) 一种基于微结构光纤分布式声波传感的地震波测量系统
CN206440242U (zh) 一种基于botda和定点应变光缆的分布式位移传感器
CN103207033A (zh) 一种同时测量温度和应变的分布式光纤传感方法及装置
CN105181108A (zh) 一种光纤光栅地声传感探头及传感系统
CN101573593A (zh) 对象物的物理量测定方法及控制方法
CN102589748A (zh) 基于光纤瑞利与布里渊原理的环境温度测量方法
CN104019836A (zh) 基于相干双脉冲对序列技术布里渊光时域分析仪及利用该分析仪抑制共模噪声的方法
Hotate Application of synthesized coherence function to distributed optical sensing
CN103712639B (zh) 一种光纤布里渊散射频谱的分布式快速检测方法和装置
CN111829584A (zh) 海洋温度及压力的连续空间同步监测装置
CN107830880A (zh) 基于微腔阵列光纤的全分布式解调系统及方法
CN110806259A (zh) 一种用于光纤传感高频扰动定位与检测的装置
CN204881836U (zh) 一种光纤光栅地声传感探头
CN214308813U (zh) 一种高性能的分布式光纤传感系统
Chen et al. Coherent OTDR using flexible all-digital orthogonal phase code pulse for distributed sensing
CN104729750A (zh) 一种基于布里渊散射分布式光纤温度传感器
Hartog et al. Non-linear interactions with backscattered light: A truly single-ended Brillouin optical time-domain analysis technique

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20091111