JP2008051643A

JP2008051643A - 光ファイバ温度センサ

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Publication number: JP2008051643A
Application number: JP2006227989A
Authority: JP
Inventors: Hideyori Sasaoka; 英資笹岡; Yoshinori Yamamoto; 義典山本
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2006-08-24
Filing date: 2006-08-24
Publication date: 2008-03-06
Anticipated expiration: 2026-08-24
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Abstract

【課題】温度測定の誤差を低減可能な光ファイバ温度センサを提供すること。
【解決手段】第１光ファイバ１１は、測定対象物Ｍに接して配置されている。第１及び第２光ファイバ１１，１２の接続部分１８は、所定の温度に設定されている。光周波数差指示部１３は、光周波数差を掃引するために光周波数差を指示する指示値を出力する。光源１４は、指示値に応じて各々の中心周波数が設定されたプローブ光及びポンプ光を出力する。スペクトル測定部１５は、ブリルアン散乱により利得を得たプローブ光を受光し、利得のＢＧＳを測定する。温度算出部１６は、第１光ファイバ１１の測定対象物Ｍに接して配置された部分に対応するＢＧＳに基づいて測定対象物Ｍの温度を求める。補正部１７は、接続部分１８に対応するＢＧＳの中心周波数が、基準値と一致するように、指示値に補正を加える。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバにおいて発生するブリルアン散乱による利得を利用して光ファイバの温度測定を行う光ファイバ温度センサに関する。

光ファイバにおいて発生するブリルアン散乱による利得のスペクトル（以下ＢＧＳとする）の形状は、光ファイバの温度及び歪により変化する。この変化を利用して温度及び歪を測定する技術が知られている。

ＢＧＳを測定する技術として、ＢＯＣＤＡ（Brillouin Optical Correlation Domain Analysis）が知られている（下記非特許文献１参照）。このＢＯＣＤＡでは、ポンプ光及びプローブ光を光ファイバの両端から対向入射させると共に、プローブ光及びポンプ光それぞれの中心周波数の差（以下「光周波数差」という）を掃引して、位相が一致する位置において発生する利得のＢＧＳを測定する。
Kazuo HOTATE, et al., 「Simplified System of Fiber Brillouin OpticalCorrelation Domain Analysis for Distributed Strain Sensing」, 第16回光ファイバセンサ国際会議(OFS-16), 2003年10月, We2-3, p.290-293

上記非特許文献１に記載のＢＯＣＤＡにおいて、プローブ光及びポンプ光は次のようにして光周波数変調される。まず、指示値に応じてある周波数、振幅で変調された注入電流が波形発生器により出力される。この出力された注入電流をＤＦＢ−ＬＤに入力し、それぞれ光周波数変調されたプローブ光及びポンプ光が出力される。このように光周波数変調されたプローブ光及びポンプ光の光周波数差の関数として、ＢＧＳが表される。

ところが、指示値に対する波形発生器から出力される注入電流、及び、注入電流に対するＤＦＢ−ＬＤの光周波数応答特性は、経時的に変化する。よって、ポンプ光及びプローブ光の光周波数差の実際値は、指示値に対して経時的に変化する。ポンプ光とプローブ光の光周波数差の実際値が指示値からずれると、実際のＢＧＳが横軸（光周波数差の指示値）に対してずれることとなる。このことにより、ＢＧＳの形状に基づく温度測定に誤差が発生する。

そこで本発明は、温度測定の誤差を低減可能な光ファイバ温度センサを提供することを目的とする。

本発明の光ファイバ温度センサは、プローブ光及びポンプ光それぞれの中心周波数の差を掃引する光周波数差調整部と、光周波数差調整部からの指示により各々の中心周波数が設定されたプローブ光及びポンプ光を出力する光源と、測定対象物に設置される第１部分及び所定温度に設定される第２部分を有し、光源から出力されたプローブ光を一端に入力すると共に、光源から出力されたポンプ光を他端に入力して、当該プローブ光及びポンプ光の伝搬に伴い発生するブリルアン散乱により利得を得たプローブ光を出力する光ファイバと、光ファイバから出力されたプローブ光を受光し、ＢＧＳの形状データを測定するスペクトル測定部と、光ファイバの第１部分において発生した利得についてスペクトル測定部により測定されたＢＧＳの形状データに基づいて第１部分の温度分布を求める温度算出部と、第２部分の所定温度での既知のＢＧＳの形状データが基準値として設定されており、第２部分のＢＧＳの形状データの測定値と基準値とが一致するように、ポンプ光又はプローブ光の光周波数の補正を指示する補正部とを備えることを特徴とする。

本発明では、光周波数差を掃引するための指示が光周波数差調整部によって出力され、その指示により中心周波数が設定されたプローブ光及びポンプ光が光源によって出力され、出力されたプローブ光及びポンプ光が光ファイバに対向入射する。光ファイバの所定温度に設定された第２部分において発生した利得のＢＧＳ形状データがスペクトル測定部によって測定され、この測定値と基準値とが一致するように、ポンプ光又はプローブ光の光周波数の補正の指示が補正部によってなされる。そして、光ファイバの測定対象物に設置された第１部分において発生した利得のＢＧＳ形状データがスペクトル測定部によって測定され、得られたＢＧＳ形状データに基づいて第１部分の温度分布が温度算出部によって求められる。よって、温度測定の誤差を低減することができる。

本発明の光ファイバ温度センサは、プローブ光及びポンプ光を出力する光源と、測定対象物に設置される第１部分及び所定温度に設定される第２部分を有し、光源から出力されたプローブ光を一端に入力すると共に、光源から出力されたポンプ光を他端に入力して、当該プローブ光及びポンプ光の伝搬に伴い発生するブリルアン散乱により利得を得たプローブ光を出力する光ファイバと、光ファイバから出力されたプローブ光を受光し、ＢＧＳの形状データを測定するスペクトル測定部と、第２部分の所定温度での既知のＢＧＳの形状データが基準値として設定されており、第２部分のＢＧＳの形状データの測定値と基準値との差に応じた温度補正分が換算値として設定されており、実際に算出された第２部分のＢＧＳの形状データの測定値と基準値との差に基づき換算値を出力する補正部と、光ファイバの第１部分において発生した利得についてスペクトル測定部により測定されたＢＧＳの形状データに基づいて第１部分の温度分布を求め、補正部で算出した換算値で補正して算出する温度算出部とを備えることを特徴とする。

本発明では、プローブ光及びポンプ光が光源によって出力され、光ファイバに対向入射する。光ファイバの所定温度に設定された第２部分において発生した利得のＢＧＳ形状データがスペクトル測定部によって測定され、この測定値と基準値との差に応じた温度補正分の換算値が補正部によって出力される。光ファイバの測定対象物に設置された第１部分において発生した利得のＢＧＳ形状データがスペクトル測定部によって測定され、この測定値に基づいて第１部分の温度分布が温度算出部によって求められ、補正部によって出力された換算値を用いて補正がなされる。よって、温度測定の誤差を低減することができる。

本発明の光ファイバ温度センサは、プローブ光及びポンプ光それぞれの中心周波数の差を掃引する光周波数差調整部と、光周波数差調整部からの指示により各々の中心周波数が設定されたプローブ光及びポンプ光を出力する光源と、測定対象物に設置される第１部分及び他の温度計測手段により温度を計測可能な第２部分を有し、光源から出力されたプローブ光を一端に入力すると共に、光源から出力されたポンプ光を他端に入力して、当該プローブ光及びポンプ光の伝搬に伴い発生するブリルアン散乱により利得を得たプローブ光を出力する光ファイバと、光ファイバから出力されたプローブ光を受光し、ＢＧＳの形状データを測定するスペクトル測定部と、光ファイバの第１部分において発生した利得についてスペクトル測定部により測定されたＢＧＳの形状データに基づいて第１部分の温度分布を求める温度算出部と、第２部分の温度に対する第２部分において発生する利得のＢＧＳの形状データを既知の基準値として事前に種々の温度対して格納する格納部と、第２部分のＢＧＳの形状データの測定値と他の温度計測手段により実際に測定した温度に対する基準値とが一致するように、ポンプ光又はプローブ光の光周波数の補正を指示する補正部とを備えることを特徴とする。

本発明では、光周波数差を掃引するための指示が光周波数差調整部によって出力され、その指示により中心周波数が設定されたプローブ光及びポンプ光が光源によって出力され、そのプローブ光及びポンプ光が光ファイバに対向入射する。温度を計測可能な第２部分において発生した利得のＢＧＳ形状データがスペクトル測定部によって測定され、この測定値と第２部分の温度に対して格納された基準値とが一致するように、ポンプ光又はプローブ光の光周波数の補正の指示が補正部によってなされる。そして、光ファイバの測定対象物に設置された第１部分において発生した利得のＢＧＳ形状データがスペクトル測定部によって測定され、得られたＢＧＳ形状データに基づいて第１部分の温度分布が温度算出部によって求められる。よって、温度測定の誤差を低減することができる。

本発明の光ファイバ温度センサは、プローブ光及びポンプ光を出力する光源と、測定対象物に設置される第１部分及び他の温度計測手段により温度を計測可能な第２部分を有し、光源から出力されたプローブ光を一端に入力すると共に、光源から出力されたポンプ光を他端に入力して、当該プローブ光及びポンプ光の伝搬に伴い発生するブリルアン散乱により利得を得たプローブ光を出力する光ファイバと、光ファイバから出力されたプローブ光を受光し、ＢＧＳの形状データを測定するスペクトル測定部と、第２部分の温度に対する第２部分において発生する利得のＢＧＳの形状データを既知の基準値として事前に種々の温度対して格納する格納部と、第２部分のＢＧＳの形状データの測定値と基準値との差に応じた温度補正分が換算値として設定されており、実際に算出された第２部分のＢＧＳの形状データの測定値と基準値との差に基づき換算値を出力する補正部と、光ファイバの第１部分において発生した利得についてスペクトル測定部により測定されたＢＧＳの形状データに基づいて第１部分の温度分布を求め、補正部で算出した換算値で補正して算出する温度算出部とを備えることを特徴とする。

本発明では、プローブ光及びポンプ光が光源によって出力され、光ファイバに対向入射する。温度を計測可能な第２部分において発生した利得のＢＧＳ形状データがスペクトル測定部によって測定され、この測定値と第２部分の温度に対して格納された基準値との差に応じた温度補正分の換算値が補正部によって出力される。光ファイバの測定対象物に設置された第１部分において発生した利得のＢＧＳ形状データがスペクトル測定部によって測定され、この測定値に基づいて第１部分の温度分布が温度算出部によって求められ、補正部によって出力された換算値を用いて補正がなされる。よって、温度測定の誤差を低減することができる。

本発明によれば、温度測定の誤差を低減することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素に同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係る光ファイバ温度センサの構成図である。本実施形態に係る光ファイバ温度センサ１は、第１光ファイバ１１、第２光ファイバ１２、光周波数差指示部１３、光源１４、スペクトル測定部１５、温度算出部１６、補正部１７、及び光周波数差調整部２１を備えて、測定対象物Ｍの温度を測定する装置である。

第１光ファイバ１１と第２光ファイバ１２とは、零分散波長が互いに異なる。本実施形態では、第１光ファイバ１１の零分散波長が１３１０ｎｍであり、第２光ファイバ１２の零分散波長が１５５０ｎｍである。第１光ファイバ１１の一端と第２光ファイバ１２の一端とが互いに接続され、第１光ファイバ１１と第２光ファイバ１２とが一連の光ファイバとして機能する。第１光ファイバ１１の他端が光源１４に接続され、第２光ファイバ１２の他端とが接続用ファイバ１２ａを介して光源１４に接続されている。

第１光ファイバ１１の一部（第１部分）は、測定対象物Ｍに貼り付けられ、第１光ファイバ１１と測定対象物Ｍとが互いに同じ温度となる。なお、第１光ファイバ１１は、測定対象物Ｍに浸漬されていてもよいし、埋設していてもよい。

第１，第２光ファイバ１１，１２において接続部分を含む接続部分の付近（以下、「接続部分１８」という）は、箱１９内に配置される。箱１９内は、所定の温度に設定され、外部と断熱されている。よって、接続部分（第２部分）１８は、所定温度に設定されることとなる。本実施形態では、接続部分１８が２０℃に設定される。

光周波数差指示部１３は、プローブ光及びポンプ光それぞれの中心周波数の差（光周波数差）を掃引するために、光周波数差を指示する指示値を出力する。本実施形態では、光周波数差指示部１３は、光周波数差を１０．００〜１１．００ＧＨｚの間で掃引するように、光周波数差を指示する指示値を光周波数差調整部２１へ出力する。光周波数差調整部２１は、指示値に応じて光源１４から出力されるプローブ光とポンプ光の光周波数をそれぞれ調整する。

光源１４は、光周波数差指示部１３から出力された指示値に応じて各々の中心周波数が設定されたプローブ光及びポンプ光を出力することとなる。より具体的には、光源１４において次のようにしてプローブ光及びポンプ光が出力される。

まず、指示値が示す光周波数差に応じて、波形発生器が、プローブ光を光周波数変調するためにある周波数、振幅で変調を行った注入電流と、ポンプ光を光周波数変調するためにある周波数、振幅で変調を行った注入電流とを交互に所定の周期で出力する。出力された注入電流をＤＦＢ−ＬＤに入力し、入力した注入電流に応じて、それぞれ光周波数変調されたプローブ光及びポンプ光を交互に所定の周期で出力する。

光源１４から出力されたプローブ光が、第１光ファイバ１１の一端から入力されて、図１に示す矢印Ｙ１の方向に第１光ファイバ１１中を伝搬する。光源１４から出力されたポンプ光が、第２光ファイバ１２の一端から入力されて、図１に示す矢印Ｙ２の方向に第２光ファイバ１２中を伝搬する。

光ファイバ中をポンプ光が伝搬するとき、ポンプ光によって光ファイバ中に音響波が発生し、ポンプ光と音響波との相互作用によりポンプ光進行方向とは逆の方向にダウンコンバートされる散乱光が発生する。この散乱光がブリルアン散乱光である。ＢＧＳは、ブリルアン散乱によりプローブ光が受ける利得スペクトルである。

光ファイバにおいてプローブ光は、プローブ光とポンプ光とが相関ピークを示す位置において主に利得を得る。プローブ光とポンプ光との位相を変化させることにより、相関ピークを示す位置が移動し、光ファイバの長手方向に沿った各位置で発生する利得のＢＧＳを測定することができる。本実施形態では、第１及び第２光ファイバ１１，１２おける所望の位置で利得を発生させるように、光源１４がプローブ光とポンプ光との位相をそれぞれ設定している。

図２は、ＢＧＳを示すグラフである。図２に示すように、ＢＧＳは、プローブ光とポンプ光との光周波数差をνとして、式（１）のローレンツ型関数で表される。

式（１）において、g₀は最大ゲイン、ν_Bは中心周波数、Δν_Bは線幅（半値全幅）を示す。最大ゲインg₀、中心周波数ν_B、及び線幅Δν_Bは、ＢＧＳの形状を特徴付けるパラメタである。これらのパラメタは、光ファイバの温度に依存して変化する。

スペクトル測定部１５は、第１，第２光ファイバ１１，１２から出力されたプローブ光を受光し、ＢＧＳを測定する。第２光ファイバ１２の途中に設けられたサーキュレータ２０によって、第２光ファイバ１２中をポンプ光と対向するように伝搬するプローブ光をスペクトル測定部１５へ導き、スペクトル測定部１５によって受光する。

スペクトル測定部１５は、プローブ光の光強度と光周波数差指示部１３によって出力された指示値とを対応づけてＢＧＳを測定する。スペクトル測定部１５は、接続部分１８の第１光ファイバ１１において発生させたブリルアン散乱により利得を得たプローブ光を受光した場合、測定したＢＧＳの形状データを示す第１測定値を補正部１７へ出力する。ＢＧＳの形状データとは、上記のＢＧＳの形状を特徴付けるパラメタ、その他のピークの形状を表す数値（例えば、中心周波数からのゲインが減少する部分の傾き値「傾き値」）や２つのピーク部の中心周波数差などのスペクトルの特異な形状に関するデータを指す。本実施形態では、例として、中心周波数を用いる。

本実施形態では、零分散波長が互いに異なる第１及び第２光ファイバ１１，１２の接続部分１８を所定温度に設定している。零分散波長が互いに異なる光ファイバから出力されるブリルアン散乱光のＢＧＳは、温度が同じ場合であっても形状が異なる。よって、プローブ光とポンプ光との位相を変化させていくと、利得の発生箇所が一方の光ファイバから他方の光ファイバに移ったときに、出力されるプローブ光のＢＧＳが変化する。

この変化により、接続部分１８において発生する利得を容易に検出することができる。すなわち、スペクトル測定部１５は、２０℃の接続部分１８の第１光ファイバ１１において発生した利得のＢＧＳを、その他の部分で発生した利得のＢＧＳと精度よく区別することができる。

スペクトル測定部１５は、第１光ファイバ１１において測定対象物Ｍに沿った測定対象部分の各位置で発生させたブリルアン散乱により利得を得たプローブ光を受光した場合、測定したＢＧＳの中心周波数を示す第２測定値を温度算出部１６へ出力する。

温度算出部１６は、スペクトル測定部１５から出力された第２測定値に基づいて測定対象物Ｍの温度を求める。温度算出部１６は、予め、第１光ファイバ１１において発生する利得のＢＧＳの中心周波数（ＢＧＳの形状データ）と、その利得が発生したときの第１光ファイバ１１の温度とを対応づけたデータベースを格納している。

温度算出部１６は、格納したデータベースとスペクトル測定部１５から出力された第２測定値とに基づいて測定対象物Ｍの温度を求める。また、温度算出部１６は、測定対象物Ｍに接している第１光ファイバ１１の各位置で発生した利得のＢＧＳの中心周波数を示す第２測定値を入力し、各第２測定値について測定対象物Ｍの温度を求めることにより、測定対象物Ｍの温度分布を求めることができる。

補正部１７は、接続部分１８の所定温度での既知のＢＧＳの形状データが基準値として設定されており、接続部分１８のＢＧＳの形状データの第１測定値と基準値とが一致するように、ポンプ光又はプローブ光の光周波数の補正を指示する。基準値は、接続部分１８の第１光ファイバ１１において発生する利得の基準スペクトルのＢＧＳの形状データを示す値である。基準スペクトルのＢＧＳの形状データは、温度算出部１６が格納しているデータベースにおいて、第１光ファイバ１１の温度２０℃に対して関連付けられたＢＧＳの形状データの値と同じである。

すなわち、基準スペクトルとは、温度算出部１６が格納する中心周波数が示すスペクトルが取得されたときにおける、光周波数差指示部１３によって出力された光周波数差の指示値と実際に光源１４から出力された実際値との差が、同等であるときに取得されたスペクトルである。本実施形態においては、２０℃における第１光ファイバ１１において発生したＢＧＳの中心周波数は１０．８０ＧＨｚであり、この中心周波数の値が基準値として補正部１７に格納される。

引き続いて、光ファイバ温度センサ１の動作について説明する。まず、プローブ光とポンプ光との光周波数差を１０．００〜１１．００ＧＨｚの範囲で掃引させるための指示値が、光周波数差指示部１３によって光源１４へ出力される。光周波数差を１０．００〜１１．００ＧＨｚの範囲で掃引すると共に接続部分１８の第１光ファイバ１１においてブリルアン散乱光が発生するように、中心周波数が光周波数差調整部２１によってそれぞれ設定されたプローブ光及びポンプ光が、光源１４によって出力される。

光源１４によって出力されたプローブ光及びポンプ光が、それぞれ第１，第２光ファイバ１１，１２によって入力される。入力されたプローブ光及びポンプ光の伝搬に応じて接続部分１８の第１光ファイバ１１において発生したブリルアン散乱により利得を得たプローブ光が、スペクトル測定部１５によって受光される。それにより、ＢＧＳが、スペクトル測定部１５によって測定される。

測定されたＢＧＳの中心周波数（第１測定値）が、補正部１７へ出力される。第１測定値が基準値と異なる場合、補正部１７によって、第１測定値と基準値とが互いに一致するように光周波数差指示部１３から出力された指示値に補正が加えられる。そして、補正が加えられた指示値が、光源１４によって入力される。光周波数差が実際に１０．００〜１１．００ＧＨｚの範囲で掃引すると共に、第１光ファイバ１１の測定対象物Ｍに接する部分において利得が発生するように中心周波数がそれぞれ設定されたプローブ光及びポンプ光が、光源１４によって出力される。

光源１４によって出力されたプローブ光及びポンプ光が、それぞれ第１，第２光ファイバ１１，１２によって入力される。入力されたプローブ光及びポンプ光の伝搬によって第１光ファイバ１１の測定対象物Ｍに接する部分において発生したブリルアン散乱により利得を得たプローブ光が、スペクトル測定部１５によって受光される。それにより、ＢＧＳが、スペクトル測定部１５によって測定される。

測定されたＢＧＳの中心周波数（第２測定値）が、温度算出部１６へ出力される。第２測定値とデータベースに基づいて、測定対象物Ｍの温度が、温度算出部１６によって算出される。第１光ファイバ１１の測定対象物Ｍに接する部分の各位置において発生した利得について、第２測定値を取得することにより、測定対象物Ｍの温度分布を測定することができる。温度分布は、長手方向で、２点以上の温度測定データの分布を指す。

例えば、第１光ファイバ１１に対応する第１測定値が１０．８１ＧＨｚ、基準値が１０．８０である場合、第１測定値と基準値とのずれを温度に換算すると、１０℃程度となる。このような第１測定値と基準値とのずれは、指示値に対する波形発生器から出力される注入電流、及び、注入電流に対するＤＦＢ−ＬＤの光周波数応答特性が、経時的に変化することに起因する。

これら機器の特性が経時的に変化することにより、ポンプ光及びプローブ光の光周波数差の実際値は、指示値に対して変化する。ポンプ光とプローブ光の光周波数差の実際値が指示値からずれると、ＢＧＳが横軸（光周波数差の指示値）に対してずれることとなる。このことにより、ＢＧＳ形状に基づく温度測定に誤差が発生する。

そこで本実施形態では、スペクトル測定部１５によって得られた第１測定値と補正部１７に格納された基準値とが互いに異なる場合に、補正部１７によって両者が一致するように光周波数差の指示値に補正が加えられる。よって、光周波数差の指示値に対する実際値が変化した場合に、実際値のずれを補正することとなる。より具体的には、第１測定値が１０．８０ＧＨｚから１０．８１ＧＨｚに変化した場合に、補正部１７によって指示値に補正を加えることにより、第１測定値が１０．８０ＧＨｚに復帰する。

このように補正を加えた状態において、第１光ファイバ１１において測定対象物Ｍに沿った測定対象部分に対応するＢＧＳがスペクトル測定部１５によって測定され、そのＢＧＳに基づいて測定対象物の温度が、温度算出部１６によって求められる。よって、温度測定の誤差を低減することができる。

なお、上記実施形態では、光周波数差指示部１３、光源１４、スペクトル測定部１５、温度算出部１６、補正部１７、接続部分１８を含む箱１９、及び光周波数差調整部２１を筐体内に収容することが好ましい。また、接続部分１８において発生する利得に歪の影響を与えないようにするため、接続部分１８には歪が加わらないように配置することが好ましい。

また、上記実施形態では、光周波数差指示部１３が光周波数差を指示したが、ポンプ光かプローブ光かどちらかの光周波数を調整すること（他方は固定）でも対応でき、結果として、光周波数差を指示した形態と同じになるが、この場合は、光周波数差の指示は不要となる。また、光周波数差指示部１３からの指示でなく、補正部１７からの指示で直接光源の光周波数を指定して調整しても良い。

（第２実施形態）
上記第１実施形態では、補正部１７が、第１測定値と基準値とを一致させるようにプローブ光とポンプ光との光周波数差の指示値に補正を加えた。これに対して、第２実施形態では、第１測定値と基準値との差に基づいて、求める温度の補正を行う。この第２実施形態に係る光ファイバ温度センサの構成図を図３に示す。

第２実施形態に係る光ファイバ温度センサ２は、光ファイバ温度センサ１における温度算出部１６及び補正部１７に替えて温度算出部２６及び補正部２７を備え、光周波数差指示部１３及び光周波数差調整部２１を備えていない。

補正部２７は、接続部分１８の所定温度での既知のＢＧＳの形状データが基準値として設定されており、接続部分１８のＢＧＳの形状データの測定値と基準値との差に応じた温度補正分が換算値として設定されており、実際に算出された接続部分１８のＢＧＳの形状データの測定値と基準値との差に基づき換算値を出力する。換算値の設定は、テーブルでもよいし、換算式として設定されていても良い。

その後、温度算出部２６は、第１光ファイバ１１の測定対象物Ｍに接して配置された部分において発生した利得についてスペクトル測定部１５により測定されたＢＧＳの形状データに基づいて、第１光ファイバ１１の測定対象物Ｍに接して配置された部分の温度分布を求め、補正部２７で算出した換算値で補正して算出する。

このように本実施形態では、プローブ光及びポンプ光が光源１４によって出力され、光ファイバに対向入射する。光ファイバの所定温度に設定された接続部分１８において発生した利得のＢＧＳ形状データがスペクトル測定部１５によって測定され、この測定値と基準値との差に応じた温度補正分の換算値が補正部２７によって出力される。第１光ファイバ１１の測定対象物Ｍに設置された部分において発生した利得のＢＧＳ形状データがスペクトル測定部１５によって測定され、この測定値に基づいて第１光ファイバ１１の測定対象物Ｍに設置された部分の温度分布が温度算出部２６によって求められ、補正部２７によって出力された換算値を用いて補正がなされる。よって、温度測定の誤差を低減することができる。この場合、ソフトウエア的に補正を行うこととなるので、簡易かつ的確に補正を行うことができる。

より具体的には、２０度における接続部分１８の基準値が１０．８０ＧＨｚ、実測値が１０．８１ＧＨｚである場合、基準値から０．０１ＧＨｚの周波数ずれがある。これは光源に起因するものと考えられるため、第１光ファイバ１１の測定対象物Ｍに接して配置された部分でも同様に０．０１ＧＨｚのずれが発生していると考えることができる。第１光ファイバ１１の測定対象物Ｍに接して配置された部分の周波数シフト量と温度の関係は既知であるため、０．０１ＧＨｚの周波数に相当する分だけ温度算出時に補正を行うことにより、温度測定の誤差を低減することができる。

（第３実施形態）
上記第１及び第２実施形態では、接続部分１８を所定の一定温度に設定した。これに対して、第３実施形態では、予め接続部分１８の各温度について発生する利得のＢＧＳの中心周波数を示す基準値を格納し、第１測定値を得るときの接続部分１８の温度を測定することにより、この測定した温度に対する基準値と第１測定値とを一致させるように、光周波数差の指示値に補正を加える。この第３実施形態に係る光ファイバ温度センサの構成図を図４に示す。

第３実施形態に係る光ファイバ温度センサ３は、光ファイバ温度センサ１における箱１９に替えて温度計（温度計測手段）３９を備え、補正部１７に替えて補正部３７及び格納部ＤＢを備える。温度計３９は、熱電対、半導体の抵抗値を基に温度を計測する装置等、温度を計測できるものであれば良い。

温度計３９は、接続部分１８の温度を測定し、測定結果を格納部ＤＢへ出力する。格納部ＤＢは、接続部分１８の温度に対する接続部分１８において発生するブリルアン散乱光のＢＧＳの形状データを既知の基準値として事前に種々の温度対して格納する。

補正部３７は、接続部分１８のＢＧＳの形状データの測定値と温度計３９により実際に測定した温度に対する基準値とが一致するように、ポンプ光又はプローブ光の光周波数の補正を指示する。

このように本実施形態では、格納部ＤＢに接続部分１８の温度に対する基準値が格納され、温度計３９によって接続部分１８の温度を測定する。よって、スペクトル測定部１５によって第１測定値が得られたときの接続部分１８の温度に対する基準値を得ることができる。そして、第１測定値と基準値とが異なる場合に、補正部３７によって両者が一致するように指示値に補正が加えられる。よって、光周波数差の指示値に対する実際値が変化した場合に、実際値のずれを補正することとなる。このように補正を加えた状態において、スペクトル測定部１５よって、第１光ファイバ１１の測定対象物Ｍに接する部分において発生する利得のＢＧＳが測定され、測定されたペクトルの中心周波数に基づいて温度算出部１６によって測定対象物の温度が求められる。従って、ＢＧＳの測定誤差を低減することができるので、ＢＧＳに基づく温度測定の誤差を低減することができる。

上記実施形態では、接続部分１８の温度を温度計３９によって測定したが、温度計により温度を計測する部分は、測定対象物Ｍに設置される第１光ファイバ１１の一部分であってもよい。例えば、図５に示すように、第１光ファイバ１１の測定対象物Ｍに接した部分１８ａを温度計３９ａによって測定してもよい。この場合、格納部ＤＢは、部分１８ａの温度に対する部分１８ａにおいて発生する利得のＢＧＳの形状データを既知の基準値として事前に種々の温度対して格納する。

（第４実施形態）
上記第３実施形態では、補正部３７が、第１測定値と基準値とを一致させるようにプローブ光とポンプ光との光周波数差の指示値に補正を加えた。これに対して、第４実施形態では、第１測定値と基準値との差に基づいて、求める温度の補正を行う。この第４実施形態に係る光ファイバ温度センサの構成図を図６に示す。

第４実施形態に係る光ファイバ温度センサ４は、光ファイバ温度センサ３における温度算出部１６及び補正部３７に替えて温度算出部２６及び補正部４７を備え、光周波数差指示部１３及び光周波数差調整部２１を備えていない。光ファイバ温度センサ４の他の構成については、光ファイバ温度センサ３の構成と同様である

補正部４７は、接続部分１８のＢＧＳの形状データの測定値と前記基準値との差に応じた温度補正分が換算値として設定されており、実際に算出された接続部分１８のＢＧＳの形状データの測定値と前記基準値との差に基づき前記換算値を出力する。

その後、温度算出部２６は、第１光ファイバ１１において発生した利得についてスペクトル測定部１５により測定されたＢＧＳの形状データに基づいて第１光ファイバ１１の測定対象物Ｍに接して配置された部分の温度分布を求め、補正部４７で算出した前記換算値で補正して算出する。

このように本実施形態では、プローブ光及びポンプ光が光源１４によって出力され、光ファイバに対向入射する。温度を計測可能な接続部分１８において発生した利得のＢＧＳ形状データがスペクトル測定部１５によって測定され、この測定値と接続部分１８の温度に対して格納された基準値との差に応じた温度補正分の換算値が補正部４７によって出力される。第１光ファイバ１１の測定対象物Ｍに設置された部分において発生した利得のＢＧＳ形状データがスペクトル測定部１５によって測定され、この測定値に基づいて第１光ファイバ１１の測定対象物Ｍに設置された部分の温度分布が温度算出部２６によって求められ、補正部４７によって出力された換算値を用いて補正がなされる。よって、温度測定の誤差を低減することができる。この場合、ソフトウエア的に補正を行うこととなるので、簡易かつ的確に補正を行うことができる。

上記第１〜第４実施形態では、接続部分１８を設けたが、所定温度に設定した部分又は温度測定が可能な部分において発生する利得のＢＧＳを特定できれば、接続部分１８はなくてもよい。すなわち、第１及び第２光ファイバに替えて、１つの光ファイバのみでもよい。

なお、接続部分１８を複数設けてもよい。接続部分１８を所定の温度に設定する場合、複数の接続部分１８を互いに異なる所定温度となるように設定してもよい。

上記第１〜第４実施形態では、２個の光源を使用しているが、１個でもよく、その場合は、時間軸上で、ポンプ光とする期間とプローブ光とする期間を設定し、期間毎に光周波数を調整する。

また、上記第１〜第４実施形態において、接続部分１８は、温度分布を測定するにあたって、位置関係を把握する基準点として機能する。上記実施形態では、接続部分１８付近で発生した利得のＢＧＳの形状データを基準値としたが、図５に示した第３実施形態の変形例のように、接続部分１８から離れた部分で発生した利得のＢＧＳの形状データを基準値としてもよい。また、第２の光ファイバ１２で発生した利得のＢＧＳの形状データを基準値としてもよい。

第１実施形態に係る光ファイバ温度センサの構成図である。ＢＧＳを示すグラフである。第２実施形態に係る光ファイバ温度センサの構成図である。第３実施形態に係る光ファイバ温度センサの構成図である。第３実施形態の変形例に係る光ファイバ温度センサの構成図である。第４実施形態に係る光ファイバ温度センサの構成図である。

符号の説明

１〜４…光ファイバ温度センサ、１１…第１光ファイバ、１２…第２光ファイバ、１３…光周波数差指示部、１４…光源、１５…スペクトル測定部、１６，２６，４６…温度算出部、１７，２７，３７，４７…補正部、１８…接続部分、２１…光周波数差調整部、３９…温度計、ＤＢ…格納部。

Claims

プローブ光及びポンプ光それぞれの中心周波数の差（以下「光周波数差」という）を掃引する光周波数差調整部と、
前記光周波数差調整部からの指示により各々の中心周波数が設定されたプローブ光及びポンプ光を出力する光源と、
測定対象物に設置される第１部分及び所定温度に設定される第２部分を有し、前記光源から出力されたプローブ光を一端に入力すると共に、前記光源から出力されたポンプ光を他端に入力して、当該プローブ光及びポンプ光の伝搬に伴い発生するブリルアン散乱により利得を得たプローブ光を出力する光ファイバと、
前記光ファイバから出力されたプローブ光を受光し、ブリルアン散乱によりプローブ光が得た利得のスペクトル（以下「ＢＧＳ」という）の形状データを測定するスペクトル測定部と、
前記光ファイバの前記第１部分において発生した利得について前記スペクトル測定部により測定されたＢＧＳの形状データに基づいて前記第１部分の温度分布を求める温度算出部と、
前記第２部分の前記所定温度での既知の前記ＢＧＳの形状データが基準値として設定されており、前記第２部分のＢＧＳの形状データの測定値と前記基準値とが一致するように、前記ポンプ光又は前記プローブ光の光周波数の補正を指示する補正部と
を備えることを特徴とする光ファイバ温度センサ。
プローブ光及びポンプ光を出力する光源と、
測定対象物に設置される第１部分及び所定温度に設定される第２部分を有し、前記光源から出力されたプローブ光を一端に入力すると共に、前記光源から出力されたポンプ光を他端に入力して、当該プローブ光及びポンプ光の伝搬に伴い発生するブリルアン散乱により利得を得たプローブ光を出力する光ファイバと、
前記光ファイバから出力されたプローブ光を受光し、ブリルアン散乱によりプローブ光が得た利得のスペクトル（以下「ＢＧＳ」という）の形状データを測定するスペクトル測定部と、
前記第２部分の前記所定温度での既知の前記ＢＧＳの形状データが基準値として設定されており、前記第２部分のＢＧＳの形状データの測定値と前記基準値との差に応じた温度補正分が換算値として設定されており、実際に算出された前記第２部分のＢＧＳの形状データの測定値と前記基準値との差に基づき前記換算値を出力する補正部と、
前記光ファイバの前記第１部分において発生した利得について前記スペクトル測定部により測定されたＢＧＳの形状データに基づいて前記第１部分の温度分布を求め、前記補正部で算出した前記換算値で補正して算出する温度算出部と
を備えることを特徴とする光ファイバ温度センサ。
プローブ光及びポンプ光それぞれの中心周波数の差（以下「光周波数差」という）を掃引する光周波数差調整部と、
前記光周波数差調整部からの指示により各々の中心周波数が設定されたプローブ光及びポンプ光を出力する光源と、
測定対象物に設置される第１部分及び他の温度計測手段により温度を計測可能な第２部分を有し、前記光源から出力されたプローブ光を一端に入力すると共に、前記光源から出力されたポンプ光を他端に入力して、当該プローブ光及びポンプ光の伝搬に伴い発生するブリルアン散乱により利得を得たプローブ光を出力する光ファイバと、
前記光ファイバから出力されたプローブ光を受光し、ブリルアン散乱によりプローブ光が得た利得のスペクトル（以下「ＢＧＳ」という）の形状データを測定するスペクトル測定部と、
前記光ファイバの前記第１部分において発生した利得について前記スペクトル測定部により測定されたＢＧＳの形状データに基づいて前記第１部分の温度分布を求める温度算出部と、
前記第２部分の温度に対する前記第２部分において発生する利得のＢＧＳの形状データを既知の基準値として事前に種々の温度対して格納する格納部と、
前記第２部分のＢＧＳの形状データの測定値と前記他の温度計測手段により実際に測定した温度に対する前記基準値とが一致するように、前記ポンプ光又はプローブ光の光周波数の補正を指示する補正部と
を備えることを特徴とする光ファイバ温度センサ。
プローブ光及びポンプ光を出力する光源と、
測定対象物に設置される第１部分及び他の温度計測手段により温度を計測可能な第２部分を有し、前記光源から出力されたプローブ光を一端に入力すると共に、前記光源から出力されたポンプ光を他端に入力して、当該プローブ光及びポンプ光の伝搬に伴い発生するブリルアン散乱により利得を得たプローブ光を出力する光ファイバと、
前記光ファイバから出力されたプローブ光を受光し、ブリルアン散乱によりプローブ光が得た利得のスペクトル（以下「ＢＧＳ」という）の形状データを測定するスペクトル測定部と、
前記第２部分の温度に対する前記第２部分において発生する利得のＢＧＳの形状データを既知の基準値として事前に種々の温度対して格納する格納部と、
前記第２部分のＢＧＳの形状データの測定値と前記基準値との差に応じた温度補正分が換算値として設定されており、実際に算出された前記第２部分のＢＧＳの形状データの測定値と前記基準値との差に基づき前記換算値を出力する補正部と、
前記光ファイバの前記第１部分において発生した利得について前記スペクトル測定部により測定されたＢＧＳの形状データに基づいて前記第１部分の温度分布を求め、前記補正部で算出した前記換算値で補正して算出する温度算出部と
を備えることを特徴とする光ファイバ温度センサ。