JP2007240174A - Optical fiber distribution type temperature measuring apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光ファイバ分布型温度測定装置に関し、特に測定時間の短縮及び測定精度の向上が可能な光ファイバ分布型温度測定装置に関する。 The present invention relates to an optical fiber distributed temperature measuring device, and more particularly to an optical fiber distributed temperature measuring device capable of shortening measurement time and improving measurement accuracy.
近年、光ファイバをセンサとして温度を測定する技術が確立されている。この技術は光ファイバ内で発生する後方散乱光を利用している。図５にこの後方散乱光のスペクトルを示す。図５に示すように、後方散乱光にはレイリー散乱光、ブリルアン散乱光、ラマン散乱光等がある。 In recent years, a technique for measuring temperature using an optical fiber as a sensor has been established. This technique uses backscattered light generated in an optical fiber. FIG. 5 shows the spectrum of this backscattered light. As shown in FIG. 5, backscattered light includes Rayleigh scattered light, Brillouin scattered light, Raman scattered light, and the like.
温度測定には温度依存性が高い後方ラマン散乱光が利用され、この後方ラマン散乱光を波長分波して測定を行う。後方ラマン散乱光には入射光の波長に対して短い波長側に発生するアンチストークス光と、長い波長側に発生するストークス光がある。 For temperature measurement, backward Raman scattered light having high temperature dependence is used, and measurement is performed by demultiplexing the backward Raman scattered light. The back Raman scattered light includes anti-Stokes light generated on the short wavelength side with respect to the wavelength of incident light and Stokes light generated on the long wavelength side.
従来の光ファイバ分布型温度測定装置に関連する先行技術文献としては次のようなものがある。 Prior art documents related to a conventional optical fiber distributed temperature measuring device include the following.
図６はこのような従来の光ファイバ分布型温度測定装置の一例を示す構成ブロック図である。図６において１はパルス光を出射するレーザダイオード等のパルス光源、２は波長分波器、３及び５は光信号を電気信号に変換する受光部、４及び６はサンプリング部、７はＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算制御部である。１００は温度センサとして用いる光ファイバである。 FIG. 6 is a block diagram showing an example of such a conventional optical fiber distributed temperature measuring device. In FIG. 6, 1 is a pulse light source such as a laser diode that emits pulsed light, 2 is a wavelength demultiplexer, 3 and 5 are light receiving units that convert optical signals into electrical signals, 4 and 6 are sampling units, and 7 is a CPU ( Central processing unit). Reference numeral 100 denotes an optical fiber used as a temperature sensor.
パルス光源１の出射端から出射されたパルス光は波長分波器２の入射端に入射され、波長分波器２の入出射端から出射されたパルス光は光ファイバ１００に入射される。光ファイバ１００内で発生した後方ラマン散乱光は光ファイバ１００の入射端から出射され、波長分波器２の入出射端に入射される。
The pulsed light emitted from the emission end of the
波長分波器２の一方の出射端から出射されたストークス光は受光部３に入射され、波長分波器２の他方の出射端から出射されたアンチストークス光は受光部５に入射される。
Stokes light emitted from one emission end of the
また、受光部３の出力端子はサンプリング部４の入力端子に接続され、サンプリング部４の出力端子は演算制御部７の一方の入力端子に接続される。受光部５の出力端子はサンプリング部６の入力端子に接続され、サンプリング部６の出力端子は演算制御部７の他方の入力端子に接続される。演算制御部７の出力端子はパルス光源１の入力端子に接続される。
The output terminal of the light receiving unit 3 is connected to the input terminal of the
ここで、図６に示す従来例の動作を図７を用いて説明する。図７は演算制御部７の温度測定時の動作を説明するフロー図である。 Here, the operation of the conventional example shown in FIG. 6 will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a flowchart for explaining the operation of the arithmetic control unit 7 during temperature measurement.
図７中”Ｓ００１”において演算制御部７はパルス光源１にパルス光出射のトリガ信号となるタイミングパルスを出力する。タイミングパルスを受信したパルス光源１はパルス光を出射し、パルス光は波長分波器２を経由して光ファイバ１００に入射される。そして、光ファイバ１００内で発生する後方ラマン散乱光が光ファイバ１００の入射端に戻ってくる。
In “S001” in FIG. 7, the arithmetic control unit 7 outputs a timing pulse as a trigger signal for emitting pulsed light to the
この後方ラマン散乱光は波長分波器２の入出射端に入射され、ストークス光とアンチストークス光に波長分波される。ストークス光は受光部３に入射され、電気信号に変換される。この電気信号がサンプリング部４に入力され、サンプリングデータに変換される。
This backward Raman scattered light enters the input / output end of the
同様に、アンチストークス光は受光部５に入射され、電気信号に変換される。この電気信号がサンプリング部６に入力され、サンプリングデータに変換される。図７中”Ｓ００２”において演算制御部７はサンプリング部４及びサンプリング部６から出力されるサンプリングデータをそれぞれ取り込む。
Similarly, anti-Stokes light enters the light receiving unit 5 and is converted into an electrical signal. This electric signal is input to the sampling unit 6 and converted into sampling data. In “S002” in FIG. 7, the arithmetic control unit 7 takes in the sampling data output from the
そして、図７中”Ｓ００３”において演算制御部７は予め指定された回数分サンプリングデータを取り込んだか否かを判断し、もし、指定された回数分サンプリングデータを取り込んだ場合には、図７中”Ｓ００４”において演算制御部７は今まで取り込んだサンプリングデータに対して加算平均化処理を行い、ストークス光強度及びアンチストークス光強度を算出する。 Then, in “S003” in FIG. 7, the arithmetic control unit 7 determines whether or not sampling data for the designated number of times has been fetched, and if sampling data for the designated number of times is fetched, in FIG. In “S004”, the arithmetic control unit 7 performs an averaging process on the sampling data acquired so far, and calculates the Stokes light intensity and the anti-Stokes light intensity.
一方、図７中”Ｓ００３”において演算制御部７は予め指定された回数分サンプリングデータを取り込んだか否かを判断し、もし、指定された回数分サンプリングデータを取り込んでいない場合には、図７中”Ｓ００１”に戻り、再度、サンプリングを行う。 On the other hand, in “S003” in FIG. 7, the arithmetic control unit 7 determines whether or not the sampling data for the designated number of times has been fetched, and if the sampling data for the designated number of times has not been fetched, FIG. Returning to “S001”, sampling is performed again.
最後に、図７中”Ｓ００５”において演算制御部７は図７中”Ｓ００４”において算出したストークス光強度及びアンチストークス光強度を用いて強度比を比較する温度変換処理を行い、光ファイバ１００の温度分布を求める。 Finally, in “S005” in FIG. 7, the arithmetic control unit 7 performs a temperature conversion process for comparing the intensity ratio using the Stokes light intensity and the anti-Stokes light intensity calculated in “S004” in FIG. Find the temperature distribution.
後方ラマン散乱光の光強度は光ファイバ１００へ入射されるパルス光の光強度に比例して大きくなるので、このパルス光の光強度が大きいほど、Ｓ／Ｎ比（Signal to Noise Ratio：信号対雑音比）が改善され、測定精度の向上に繋がる。 Since the light intensity of the backward Raman scattered light increases in proportion to the light intensity of the pulsed light incident on the optical fiber 100, the S / N ratio (Signal to Noise Ratio: signal pair) increases as the light intensity of the pulsed light increases. (Noise ratio) is improved, leading to improvement in measurement accuracy.
しかし、光ファイバ１００へ入射されるパルス光の光強度が、ある光強度を超えると、非線形現象である誘導ラマン散乱現象が発生する。誘導ラマン散乱現象は、光ファイバ１００の長手方向の距離に対してストークス光がアンチストークス光よりも先に非線形となる。 However, when the light intensity of the pulsed light incident on the optical fiber 100 exceeds a certain light intensity, a stimulated Raman scattering phenomenon that is a nonlinear phenomenon occurs. In the stimulated Raman scattering phenomenon, the Stokes light becomes nonlinear before the anti-Stokes light with respect to the longitudinal distance of the optical fiber 100.
誘導ラマン散乱現象が発生すると、光ファイバ１００の長手方向の距離の直線性が保たれず、長距離温度測定が困難になってしまう。そのため、測定する後方ラマン散乱光は、線形現象である自然ラマン散乱光に限定される。 When the stimulated Raman scattering phenomenon occurs, the linearity of the distance in the longitudinal direction of the optical fiber 100 is not maintained, and long-distance temperature measurement becomes difficult. Therefore, the backward Raman scattered light to be measured is limited to natural Raman scattered light which is a linear phenomenon.
この結果、パルス光源１から波長分波器２を経由して光ファイバ１００にパルス光を入射し、戻ってくる後方ラマン散乱光を波長分波器２でストークス光とアンチストークス光に波長分波し、受光部３及び受光部５でそれぞれを電気信号に変換し、サンプリング部４及びサンプリング部６でサンプリングデータに変換し、演算制御部７で強度比を求めることにより、強度比と温度に比例関係があるので、光ファイバ１００の温度分布を測定することが可能になる。
As a result, the pulse light is incident on the optical fiber 100 from the
しかし、図６に示す従来例では、測定する後方ラマン散乱光は微弱光であるため、繰り返し取り込み、加算平均化処理を行って測定精度を高めているので、測定時間が掛かるという問題点があった。 However, in the conventional example shown in FIG. 6, since the back Raman scattered light to be measured is weak light, the measurement accuracy is increased by repeatedly taking in and adding and averaging, so that there is a problem that it takes a long measurement time. It was.
また、光ファイバ１００に入射されるパルス光の光強度は誘導ラマン散乱現象の発生閾値以下に制限されるため、測定する後方ラマン散乱光のＳ／Ｎ比が良くないので、測定精度も制限されるという問題点があった。 In addition, since the light intensity of the pulsed light incident on the optical fiber 100 is limited to be less than or equal to the threshold of occurrence of the stimulated Raman scattering phenomenon, the S / N ratio of the backward Raman scattered light to be measured is not good, so the measurement accuracy is also limited. There was a problem that.
従って本発明が解決しようとする課題は、測定時間の短縮及び測定精度の向上が可能な光ファイバ分布型温度測定装置を実現することにある。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is to realize an optical fiber distributed temperature measuring device capable of shortening measurement time and improving measurement accuracy.
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
光ファイバをセンサとして温度を測定する光ファイバ分布型温度測定装置において、
パルス光を出射するパルス光源と、前記パルス光を前記光ファイバに入射し、前記光ファイバから戻ってくる後方ラマン散乱光をストークス光及びアンチストークス光に分波する波長分波器と、前記ストークス光を電気信号に変換する第１の受光部と、前記アンチストークス光を電気信号に変換する第２の受光部と、前記第１の受光部からの電気信号をサンプリングする第１のサンプリング部と、前記第２の受光部からの電気信号をサンプリングする第２のサンプリング部と、前記パルス光の光強度を設定し、自然ラマン散乱光測定条件下で前記第１のサンプリング部にサンプリングされた第１のデータと、誘導ラマン散乱光測定条件下で前記第２のサンプリング部にサンプリングされた第２のデータを用いて温度を算出する演算制御部とを備えたことにより、測定時間の短縮及び測定精度の向上が可能になる。
In order to achieve such a problem, the invention according to
In an optical fiber distributed temperature measuring device that measures temperature using an optical fiber as a sensor,
A pulse light source that emits pulsed light, a wavelength demultiplexer that makes the pulsed light incident on the optical fiber, and demultiplexes back Raman scattered light returning from the optical fiber into Stokes light and anti-Stokes light, and the Stokes A first light receiving unit that converts light into an electric signal; a second light receiving unit that converts the anti-Stokes light into an electric signal; and a first sampling unit that samples an electric signal from the first light receiving unit; A second sampling unit that samples an electrical signal from the second light receiving unit, and a light intensity of the pulsed light that is set in the first sampling unit under a natural Raman scattered light measurement condition. 1 and an arithmetic control unit that calculates a temperature using the second data sampled by the second sampling unit under the stimulated Raman scattering light measurement condition By was example, it is possible to shorten and improve the measurement accuracy of the measurement time.
請求項２記載の発明は、
光ファイバをセンサとして温度を測定する光ファイバ分布型温度測定装置において、
パルス光を出射するパルス光源と、前記パルス光を前記光ファイバに入射し、前記光ファイバから戻ってくる後方ラマン散乱光をストークス光とアンチストークス光に分波する波長分波器と、前記ストークス光、若しくは、前記アンチストークス光を選択する光スイッチと、この光スイッチから出射される光を電気信号に変換する受光部と、前記受光部からの電気信号をサンプリングするサンプリング部と、前記パルス光の光強度を設定し、自然ラマン散乱光測定条件下で前記ストークス光を選択するように前記光スイッチを制御すると共に前記サンプリング部にサンプリングされた第１のデータを取得し、誘導ラマン散乱光測定条件下で前記アンチストークス光を選択するように前記光スイッチを制御すると共に前記サンプリング部にサンプリングされた第２のデータを取得し、前記第１のデータ及び前記第２のデータを用いて温度を算出する演算制御部とを備えたことにより、測定時間の短縮、測定精度の向上及びコスト削減が可能になる。
The invention according to
In an optical fiber distributed temperature measuring device that measures temperature using an optical fiber as a sensor,
A pulse light source that emits pulsed light, a wavelength demultiplexer that makes the pulsed light incident on the optical fiber, and demultiplexes back Raman scattered light returning from the optical fiber into Stokes light and anti-Stokes light, and the Stokes An optical switch that selects light or the anti-Stokes light, a light receiving unit that converts light emitted from the optical switch into an electrical signal, a sampling unit that samples the electrical signal from the light receiving unit, and the pulsed light And controlling the optical switch so as to select the Stokes light under the natural Raman scattered light measurement condition, obtaining the first data sampled by the sampling unit, and measuring the stimulated Raman scattered light. The optical switch is controlled so as to select the anti-Stokes light under conditions, and the sampling unit is sampled. An operation control unit that acquires the second data that has been ringed and calculates the temperature using the first data and the second data includes a reduction in measurement time, improvement in measurement accuracy, and cost. Reduction is possible.
請求項３記載の発明は、
請求項１若しくは請求項２記載の光ファイバ分布型温度測定装置において、
前記パルス光源が、
レーザダイオードを使用していることにより、測定時間の短縮及び測定精度の向上が可能になる。
The invention described in claim 3
In the optical fiber distributed temperature measuring device according to
The pulse light source is
By using the laser diode, the measurement time can be shortened and the measurement accuracy can be improved.
請求項４記載の発明は、
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光ファイバ分布型温度測定装置において、
前記パルス光源が、
光アッテネータにより前記パルス光の光強度を変化させていることにより、測定時間の短縮及び測定精度の向上が可能になる。
The invention according to
In the optical fiber distributed temperature measuring device according to any one of
The pulse light source is
By changing the light intensity of the pulsed light by the optical attenuator, the measurement time can be shortened and the measurement accuracy can be improved.
請求項５記載の発明は、
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光ファイバ分布型温度測定装置において、
前記パルス光源が、
光アンプにより前記パルス光の光強度を変化させていることにより、測定時間の短縮及び測定精度の向上が可能になる。
The invention according to claim 5
In the optical fiber distributed temperature measuring device according to any one of
The pulse light source is
By changing the light intensity of the pulsed light by the optical amplifier, the measurement time can be shortened and the measurement accuracy can be improved.
本発明によれば次のような効果がある。
請求項１，３，４及び請求項５の発明によれば、自然ラマン散乱光の条件下でストークス光強度を取得し、誘導ラマン散乱光の条件下でアンチストークス光強度を取得し、強度比から光ファイバの温度分布を求めることにより、Ｓ／Ｎ比が改善されたアンチストークス光強度を取得することができるので、測定時間の短縮及び測定精度の向上が可能になる。
The present invention has the following effects.
According to the inventions of
請求項２，３，４及び請求項５の発明によれば、自然ラマン散乱光の条件下でストークス光強度を取得し、誘導ラマン散乱光の条件下でアンチストークス光強度を取得し、強度比から光ファイバの温度分布を求めることにより、Ｓ／Ｎ比が改善されたアンチストークス光強度を取得することができるので、測定時間の短縮及び測定精度の向上が可能になる。さらに、光スイッチを用いることにより、受光部とサンプリング部が１系統に簡略化できるので、コスト削減が可能になる。
According to the inventions of
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る光ファイバ分布型温度測定装置の一実施例を示す構成ブロック図である。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of an optical fiber distributed temperature measuring apparatus according to the present invention.
図１において２，３，４，５，６及び１００は図６と同一符号を付してあり、８はパルス光強度を変化できるレーザダイオード等のパルス光源、９はＣＰＵ等の演算制御部である。 1, 2, 3, 4, 5, 6 and 100 are given the same reference numerals as in FIG. 6, 8 is a pulse light source such as a laser diode capable of changing the intensity of the pulsed light, and 9 is an arithmetic control unit such as a CPU. is there.
パルス光源８の出射端から出射されたパルス光は波長分波器２の入射端に入射される。サンプリング部４の出力端子は演算制御部９の一方の入力端子に接続され、サンプリング部６の出力端子は演算制御部９の他方の入力端子に接続される。演算制御部９の出力端子はパルス光源８の入力端子に接続される。その他の接続に関しては図６と同一のため、説明を省略する。
The pulsed light emitted from the emission end of the pulse light source 8 is incident on the incident end of the
ここで、図１に示す実施例の動作を図２及び図３を用いて説明する。図２は演算制御部９の温度測定時の動作を説明するフロー図、図３はストークス光及びアンチストークス光の特性図である。図３において横軸は時間、縦軸は光強度を表している。横軸の時間は光ファイバ１００の長手方向の距離に換算される。 The operation of the embodiment shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a flowchart for explaining the operation of the arithmetic control unit 9 during temperature measurement, and FIG. 3 is a characteristic diagram of Stokes light and anti-Stokes light. In FIG. 3, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents light intensity. The time on the horizontal axis is converted into the distance in the longitudinal direction of the optical fiber 100.
図１に示す実施例の動作は図６の従来例とほぼ同一であり、異なる点はストークス光のデータを取得する時とアンチストークス光のデータを取得する時でパルス光源８から出射されるパルス光の光強度を変えていることである。 The operation of the embodiment shown in FIG. 1 is almost the same as that of the conventional example of FIG. 6 except that a pulse emitted from the pulse light source 8 is obtained when acquiring Stokes light data and anti-Stokes light data. The light intensity of light is changed.
図２中”Ｓ１０１”において演算制御部９はパルス光源８から出射されるパルス光の光強度を設定する。このパルス光の光強度は、誘導ラマン散乱現象が発生する閾値より小さくなるように、すなわち、後方ラマン散乱光が自然ラマン散乱光となるように設定される。なお、この閾値は予め測定される。 In “S101” in FIG. 2, the arithmetic control unit 9 sets the light intensity of the pulsed light emitted from the pulsed light source 8. The light intensity of the pulsed light is set so as to be smaller than a threshold value at which the stimulated Raman scattering phenomenon occurs, that is, the backward Raman scattered light becomes natural Raman scattered light. This threshold value is measured in advance.
図２中”Ｓ１０２”において演算制御部９はパルス光源８にパルス光出射のトリガ信号となるタイミングパルスを出力する。タイミングパルスを受信したパルス光源８はパルス光を出射し、パルス光は波長分波器２を経由して光ファイバ１００に入射される。そして、光ファイバ１００内で発生する後方ラマン散乱光が光ファイバ１００の入射端に戻ってくる。
In “S102” in FIG. 2, the arithmetic control unit 9 outputs a timing pulse serving as a trigger signal for emitting pulsed light to the pulsed light source 8. The pulse light source 8 that has received the timing pulse emits pulse light, and the pulse light enters the optical fiber 100 via the
この後方ラマン散乱光は波長分波器２の入出射端に入射され、ストークス光とアンチストークス光に波長分波される。ストークス光は受光部３に入射され、電気信号に変換される。この電気信号がサンプリング部４に入力され、サンプリングデータに変換される。
This backward Raman scattered light enters the input / output end of the
同様に、アンチストークス光は受光部５に入射され、電気信号に変換される。この電気信号がサンプリング部６に入力され、サンプリングデータに変換される。図２中”Ｓ１０３”において演算制御部９はサンプリング部４及びサンプリング部６から出力されるサンプリングデータをそれぞれ取り込む。
Similarly, anti-Stokes light enters the light receiving unit 5 and is converted into an electrical signal. This electric signal is input to the sampling unit 6 and converted into sampling data. In “S103” in FIG. 2, the arithmetic control unit 9 takes in the sampling data output from the
そして、図２中”Ｓ１０４”において演算制御部９は予め指定された回数分サンプリングデータを取り込んだか否かを判断し、もし、指定された回数分サンプリングデータを取り込んだ場合には、図２中”Ｓ１０５”において演算制御部９は今まで取り込んだサンプリングデータに対して加算平均化処理を行い、ストークス光強度及びアンチストークス光強度を算出する。 Then, in “S104” in FIG. 2, the arithmetic control unit 9 determines whether or not sampling data for the designated number of times has been fetched, and if sampling data for the designated number of times is fetched, in FIG. In “S105”, the arithmetic control unit 9 performs an averaging process on the sampling data acquired so far, and calculates the Stokes light intensity and the anti-Stokes light intensity.
一方、図２中”Ｓ１０４”において演算制御部９は予め指定された回数分サンプリングデータを取り込んだか否かを判断し、もし、指定された回数分サンプリングデータを取り込んでいない場合には、図２中”Ｓ１０２”に戻り、再度、サンプリングを行う。 On the other hand, in "S104" in FIG. 2, the arithmetic control unit 9 determines whether or not sampling data for the designated number of times has been taken in, and if sampling data for the designated number of times has not been taken, FIG. Returning to “S102”, sampling is performed again.
例えば、光ファイバ１００にシングルモード型の光ファイバを用いた時、パルス光源８から出射されるパルス光の光強度をおよそ”３８．５ｄＢｍ”とすると、光ファイバ１００の入射端から”１ｍ”地点のストークス光強度はおよそ”−５７ｄＢｍ”となり、アンチストークス光強度はおよそ”−６２ｄＢｍ”となる。 For example, when a single mode type optical fiber is used as the optical fiber 100, assuming that the light intensity of the pulsed light emitted from the pulse light source 8 is approximately “38.5 dBm”, the point “1 m” from the incident end of the optical fiber 100. The Stokes light intensity is approximately “−57 dBm” and the anti-Stokes light intensity is approximately “−62 dBm”.
この時に得られたストークス光及びアンチストークス光のデータを演算制御部９で対数変換したものを図３（ａ）に示す。ストークス光強度”ＣＨ０１”及びアンチストークス光強度”ＣＨ０２”共に光ファイバ１００の長手方向の距離に線形に変化している。 FIG. 3A shows a result of logarithmic conversion of the Stokes light and anti-Stokes light data obtained at this time by the arithmetic control unit 9. Both the Stokes light intensity “CH01” and the anti-Stokes light intensity “CH02” change linearly with the distance in the longitudinal direction of the optical fiber 100.
図２中”Ｓ１０６”において演算制御部９はパルス光の光強度を変えて全てのデータを取得したか否かを判断し、もし、全てのデータを取得していない場合には、図２中”Ｓ１０１”において演算制御部９はパルス光源８から出射されるパルス光の光強度を設定する。 In “S106” in FIG. 2, the arithmetic control unit 9 determines whether or not all data has been acquired by changing the light intensity of the pulsed light. If all the data has not been acquired, In “S101”, the arithmetic control unit 9 sets the light intensity of the pulsed light emitted from the pulsed light source 8.
この時、パルス光の光強度は、誘導ラマン散乱現象が発生する閾値より大きくなるように、すなわち、後方ラマン散乱光が誘導ラマン散乱光となるように設定される。 At this time, the light intensity of the pulsed light is set to be larger than a threshold value at which the stimulated Raman scattering phenomenon occurs, that is, the backward Raman scattered light becomes the stimulated Raman scattered light.
そして、図２中”Ｓ１０２”から”Ｓ１０５”までの処理を行う。例えば、パルス光源８から出射されるパルス光の光強度をおよそ”４１．５ｄＢｍ”とすると、光ファイバ１００の入射端から”１ｍ”地点のストークス光強度はおよそ”−５４ｄＢｍ”となり、アンチストークス光強度はおよそ”−５９ｄＢｍ”となる。 Then, the processing from “S102” to “S105” in FIG. 2 is performed. For example, if the light intensity of the pulsed light emitted from the pulse light source 8 is approximately “41.5 dBm”, the Stokes light intensity at the “1 m” point from the incident end of the optical fiber 100 is approximately “−54 dBm”, and the anti-Stokes light The intensity is approximately “−59 dBm”.
この時に得られたストークス光及びアンチストークス光のデータを演算制御部９で対数変換したものを図３（ｂ）に示す。ストークス光強度”ＣＨ０３”は誘導ラマン散乱現象によって、光ファイバ１００の長手方向の距離に非線形となり、不安定となっている。 FIG. 3B shows a logarithmic conversion of the Stokes light and anti-Stokes light data obtained at this time by the arithmetic control unit 9. The Stokes light intensity “CH03” is non-linear and unstable due to the stimulated Raman scattering phenomenon in the longitudinal distance of the optical fiber 100.
一方、アンチストークス光強度”ＣＨ０４”は自然ラマン散乱光の条件下での測定値と比較して誘導ラマン散乱光の条件下での測定値は”３ｄＢｍ”の改善が見られ、Ｓ／Ｎ比が向上している。 On the other hand, the anti-Stokes light intensity “CH04” shows an improvement of “3 dBm” in the measured value under the stimulated Raman scattered light condition compared with the measured value under the natural Raman scattered light condition, and the S / N ratio. Has improved.
図２中”Ｓ１０６”において演算制御部９はパルス光の光強度を変えて全てのデータを取得したか否かを判断し、もし、全てのデータを取得した場合には、図２中”Ｓ１０７”において演算制御部９は、自然ラマン散乱光の条件下で取得したストークス光強度と誘導ラマン散乱光の条件下で取得したアンチストークス光強度を用いて強度比を比較する温度変換処理を行い、光ファイバ１００の温度分布を求める。 In “S106” in FIG. 2, the arithmetic control unit 9 determines whether or not all data has been acquired by changing the light intensity of the pulsed light. If all the data has been acquired, “S107” in FIG. The arithmetic control unit 9 performs a temperature conversion process for comparing the intensity ratio using the Stokes light intensity acquired under the natural Raman scattered light condition and the anti-Stokes light intensity acquired under the stimulated Raman scattered light condition, The temperature distribution of the optical fiber 100 is obtained.
図６に示す従来例において、加算平均回数を”２Ｎ回”とした時、Ｓ／Ｎ比を”３ｄＢｍ”改善するためには”２（Ｎ＋２）回”の加算平均回数が必要であり、”２Ｎ回”の加算平均時と比較して４倍の測定時間が必要となる。 In the conventional example shown in FIG. 6, when the average number of additions is “2 N times”, the average number of additions “2 (N + 2) times” is required to improve the S / N ratio by “3 dBm”. The measurement time is four times as long as the “2 N times” addition averaging.
本発明では、”２Ｎ回”の加算平均を自然ラマン散乱光の条件下でのストークス光測定と、誘導ラマン散乱光の条件下でのアンチストークス光測定で行うため、加算平均回数は”２（Ｎ＋１）回”となり、”２Ｎ回”の加算平均時と比較して２倍の測定時間が必要となる。 In the present invention, the addition average of “2 N times” is performed by Stokes light measurement under the condition of natural Raman scattering light and anti-Stokes light measurement under the condition of stimulated Raman scattering light. (N + 1) times ”, which requires twice as much measurement time as the“ 2 N times ”addition average.
しかし、アンチストークス光強度がＳ／Ｎ比で”３ｄＢｍ”改善されているため、図６に示す従来例と比較して半分の測定時間で同程度のＳ／Ｎ比改善が可能になる。 However, since the anti-Stokes light intensity is improved by “3 dBm” in the S / N ratio, the same S / N ratio improvement can be achieved in half the measurement time compared to the conventional example shown in FIG.
この結果、自然ラマン散乱光の条件下でストークス光強度を取得し、誘導ラマン散乱光の条件下でアンチストークス光強度を取得し、強度比から光ファイバの温度分布を求めることにより、Ｓ／Ｎ比が改善されたアンチストークス光強度を取得することができるので、測定時間の短縮及び測定精度の向上が可能になる。 As a result, the Stokes light intensity is acquired under the condition of natural Raman scattered light, the anti-Stokes light intensity is acquired under the condition of stimulated Raman scattered light, and the temperature distribution of the optical fiber is obtained from the intensity ratio. Since the anti-Stokes light intensity with an improved ratio can be obtained, the measurement time can be shortened and the measurement accuracy can be improved.
図４は本発明に係る光ファイバ分布型温度測定装置の他の実施例を示す構成ブロック図である。図４において２，３，４，８及び１００は図１と同一符号を付してあり、１０は光スイッチ、１１はＣＰＵ等の演算制御部である。 FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of another embodiment of the optical fiber distributed temperature measuring device according to the present invention. 4, 2, 3, 4, 8 and 100 are assigned the same reference numerals as in FIG. 1, 10 is an optical switch, and 11 is an arithmetic control unit such as a CPU.
パルス光源８の出射端から出射されたパルス光は波長分波器２の入射端に入射され、波長分波器２の入出射端から出射されたパルス光は光ファイバ１００に入射される。光ファイバ１００内で発生した後方ラマン散乱光は光ファイバ１００の入射端から出射され、波長分波器２の入出射端に入射される。
The pulsed light emitted from the emission end of the pulse light source 8 is incident on the incident end of the
波長分波器２の一方の出射端から出射されたストークス光は光スイッチ１０の一方の入射端に入射され、波長分波器２の他方の出射端から出射されたアンチストークス光は光スイッチ１０の他方の入射端に入射される。
The Stokes light emitted from one output end of the
また、光スイッチ１０の出射端から出射された光は受光部３の入射端に入射され、受光部３の出力端子はサンプリング部４の入力端子に接続される。サンプリング部４の出力端子は演算制御部１１の入力端子に接続される。演算制御部１１の一方の出力端子はパルス光源８の入力端子に接続され、演算制御部１１の他方の出力端子は光スイッチ１０の入力端子に接続される。
Further, the light emitted from the emission end of the
ここで、図４に示す実施例の動作を図２を用いて説明する。図４に示す実施例の動作は図１の実施例とほぼ同一であり、異なる点はストークス光のデータを取得する時とアンチストークス光のデータを取得する時で光スイッチ１０により受光部３へ入射する光を選択していることである。
Here, the operation of the embodiment shown in FIG. 4 will be described with reference to FIG. The operation of the embodiment shown in FIG. 4 is almost the same as that of the embodiment of FIG. 1, and the difference is that when the Stokes light data is acquired and when the anti-Stokes light data is acquired, the
具体的には、図２中”Ｓ１０１”においてパルス光源８から出射されるパルス光の光強度を設定する時に、自然ラマン散乱光が発生する条件ではストークス光を選択し、誘導ラマン散乱光が発生する条件ではアンチストークス光を選択するように光スイッチ１０が演算制御部１１により制御される。
Specifically, when setting the light intensity of the pulsed light emitted from the pulsed light source 8 in “S101” in FIG. 2, Stokes light is selected under the condition that natural Raman scattered light is generated, and stimulated Raman scattered light is generated. Under such conditions, the
この結果、自然ラマン散乱光の条件下でストークス光強度を取得し、誘導ラマン散乱光の条件下でアンチストークス光強度を取得し、強度比から光ファイバの温度分布を求めることにより、Ｓ／Ｎ比が改善されたアンチストークス光強度を取得することができるので、測定時間の短縮及び測定精度の向上が可能になる。さらに、光スイッチ１０を用いることにより、受光部とサンプリング部が２系統から１系統に簡略化できるので、コスト削減が可能になる。
As a result, the Stokes light intensity is acquired under the condition of natural Raman scattered light, the anti-Stokes light intensity is acquired under the condition of stimulated Raman scattered light, and the temperature distribution of the optical fiber is obtained from the intensity ratio. Since the anti-Stokes light intensity with an improved ratio can be obtained, the measurement time can be shortened and the measurement accuracy can be improved. Furthermore, by using the
なお、図１及び図４に示す実施例においては自然ラマン散乱光条件下での測定をした後に誘導ラマン散乱光条件下での測定を行っているが、必ずしもこの順序で測定する必要は無く、誘導ラマン散乱光条件下での測定をした後に自然ラマン散乱光条件下での測定を行ってもよい。 In addition, in the Example shown in FIG.1 and FIG.4, after measuring on a natural Raman scattered light condition, the measurement on a stimulated Raman scattered light condition is performed, but it is not necessary to measure in this order necessarily, After measurement under stimulated Raman scattering light conditions, measurement under natural Raman scattering light conditions may be performed.
また、図１に示す実施例においては自然ラマン散乱光条件下での測定及び誘導ラマン散乱光条件下での測定でストークス光及びアンチストークス光の両方を加算平均化処理して求めているが、必ずしもこのようにする必要は無く、自然ラマン散乱光条件下ではストークス光のみ、誘導ラマン散乱光条件下ではアンチストークス光のみを加算平均化処理して求めるようにしてもよい。 Further, in the embodiment shown in FIG. 1, both the Stokes light and the anti-Stokes light are obtained by averaging the measurement under the natural Raman scattering light condition and the measurement under the stimulated Raman scattering light condition. It is not always necessary to do this, and only Stokes light may be obtained under a natural Raman scattered light condition, and only anti-Stokes light may be obtained by an averaging process under a stimulated Raman scattered light condition.
また、図１及び図４に示す実施例においてはパルス光源８から出射されるパルス光の光強度を変化させているが、光アッテネータ、若しくは、光アンプを用いて変化するようにしてもよい。 In the embodiment shown in FIGS. 1 and 4, the light intensity of the pulsed light emitted from the pulsed light source 8 is changed. However, it may be changed using an optical attenuator or an optical amplifier.
１，８ パルス光源
２ 波長分波器
３，５ 受光部
４，６ サンプリング部
７，９，１１ 演算制御部
１０ 光スイッチ
１００ 光ファイバ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
パルス光を出射するパルス光源と、
前記パルス光を前記光ファイバに入射し、前記光ファイバから戻ってくる後方ラマン散乱光をストークス光及びアンチストークス光に分波する波長分波器と、
前記ストークス光を電気信号に変換する第１の受光部と、
前記アンチストークス光を電気信号に変換する第２の受光部と、
前記第１の受光部からの電気信号をサンプリングする第１のサンプリング部と、
前記第２の受光部からの電気信号をサンプリングする第２のサンプリング部と、
前記パルス光の光強度を設定し、自然ラマン散乱光測定条件下で前記第１のサンプリング部にサンプリングされた第１のデータと、誘導ラマン散乱光測定条件下で前記第２のサンプリング部にサンプリングされた第２のデータを用いて温度を算出する演算制御部と
を備えたことを特徴とする光ファイバ分布型温度測定装置。 In an optical fiber distributed temperature measuring device that measures temperature using an optical fiber as a sensor,
A pulse light source that emits pulsed light;
A wavelength demultiplexer that makes the pulsed light incident on the optical fiber and demultiplexes back Raman scattered light returning from the optical fiber into Stokes light and anti-Stokes light;
A first light receiving unit that converts the Stokes light into an electrical signal;
A second light receiving unit that converts the anti-Stokes light into an electrical signal;
A first sampling unit for sampling an electrical signal from the first light receiving unit;
A second sampling unit for sampling an electrical signal from the second light receiving unit;
The light intensity of the pulsed light is set, and the first data sampled in the first sampling unit under the natural Raman scattered light measurement condition and the second sampling unit sampled under the stimulated Raman scattered light measurement condition An optical fiber distributed temperature measuring apparatus comprising: an arithmetic control unit that calculates a temperature using the second data that has been set.
パルス光を出射するパルス光源と、
前記パルス光を前記光ファイバに入射し、前記光ファイバから戻ってくる後方ラマン散乱光をストークス光とアンチストークス光に分波する波長分波器と、
前記ストークス光、若しくは、前記アンチストークス光を選択する光スイッチと、
この光スイッチから出射される光を電気信号に変換する受光部と、
前記受光部からの電気信号をサンプリングするサンプリング部と、
前記パルス光の光強度を設定し、自然ラマン散乱光測定条件下で前記ストークス光を選択するように前記光スイッチを制御すると共に前記サンプリング部にサンプリングされた第１のデータを取得し、誘導ラマン散乱光測定条件下で前記アンチストークス光を選択するように前記光スイッチを制御すると共に前記サンプリング部にサンプリングされた第２のデータを取得し、前記第１のデータ及び前記第２のデータを用いて温度を算出する演算制御部と
を備えたことを特徴とする光ファイバ分布型温度測定装置。 In an optical fiber distributed temperature measuring device that measures temperature using an optical fiber as a sensor,
A pulse light source that emits pulsed light;
A wavelength demultiplexer that makes the pulsed light incident on the optical fiber and demultiplexes back Raman scattered light returning from the optical fiber into Stokes light and anti-Stokes light;
An optical switch for selecting the Stokes light or the anti-Stokes light;
A light receiving unit that converts light emitted from the optical switch into an electrical signal;
A sampling unit for sampling an electrical signal from the light receiving unit;
The light intensity of the pulsed light is set, the optical switch is controlled so as to select the Stokes light under the natural Raman scattered light measurement condition, and the first data sampled by the sampling unit is acquired, and the stimulated Raman is obtained. The optical switch is controlled so as to select the anti-Stokes light under scattered light measurement conditions, and second data sampled by the sampling unit is acquired, and the first data and the second data are used. An optical fiber distributed temperature measuring device comprising an arithmetic control unit for calculating temperature.
レーザダイオードを使用していることを特徴とする
請求項１若しくは請求項２記載の光ファイバ分布型温度測定装置。 The pulse light source is
3. An optical fiber distributed temperature measuring device according to claim 1, wherein a laser diode is used.
光アッテネータにより前記パルス光の光強度を変化させていることを特徴とする
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光ファイバ分布型温度測定装置。 The pulse light source is
The optical fiber distributed temperature measuring device according to any one of claims 1 to 3, wherein the optical intensity of the pulsed light is changed by an optical attenuator.
光アンプにより前記パルス光の光強度を変化させていることを特徴とする
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光ファイバ分布型温度測定装置。
The pulse light source is
The optical fiber distributed temperature measuring device according to any one of claims 1 to 3, wherein the light intensity of the pulsed light is changed by an optical amplifier.
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