JP2009174987A - Distributed optical fiber temperature sensor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a distributed optical fiber temperature sensor aiming to making a measuring apparatus main body compact. <P>SOLUTION: The distributed optical fiber temperature sensor includes: a measuring optical fiber 2 disposed along a temperature-measurement place; the measuring apparatus main body 3 which makes light incident to the measuring optical fiber 2, detects backscattered light, and measures a temperature distribution along the measuring optical fiber 2; a reference temperature fiber part 11 formed in the measuring optical fiber 2; and a reference temperature sensor 12 being disposed at the reference temperature fiber part 11 and detecting a temperature of an area close to the reference temperature fiber part 11, and compensates a temperature distribution of the whole of the measuring optical fiber 2, by compensating the temperature of the reference temperature fiber part 11 which is obtained by the measuring apparatus main body 3, by using a detection temperature from the reference temperature sensor 12. In above configuration, the reference temperature fiber part 11 is disposed at the measuring optical fiber 2 which is positioned apart from the measuring apparatus main body 3. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、光ファイバ中で発生するラマン散乱光を検出して温度を測定する分布型光ファイバ温度センサに関する。   The present invention relates to a distributed optical fiber temperature sensor that detects Raman scattered light generated in an optical fiber and measures temperature.

光ファイバを用いて、温度、歪み、圧力などの測定を行う光センサがあり、特に、光ファイバに発生するラマン散乱光を利用した分布型光ファイバ温度センサがある。   There are optical sensors that measure temperature, strain, pressure, and the like using an optical fiber, and in particular, there are distributed optical fiber temperature sensors that use Raman scattered light generated in the optical fiber.

図5は、従来の分布型光ファイバ温度センサを示す回路図である。   FIG. 5 is a circuit diagram showing a conventional distributed optical fiber temperature sensor.

図5に示すように、従来の分布型光ファイバ温度センサ51は、温度測定箇所に沿って配設される測定用光ファイバ52を、測定装置本体53に接続して構成される。   As shown in FIG. 5, a conventional distributed optical fiber temperature sensor 51 is configured by connecting a measurement optical fiber 52 disposed along a temperature measurement location to a measurement apparatus main body 53.

測定装置本体53の光源54からパルス状の光信号を測定用光ファイバ52に入射すると、測定用光ファイバ52の各個所で微弱なラマン散乱光が発生する。ラマン散乱光は、入射光波長を中心として、その両側の波長帯に発生する。長波長側のラマン散乱光はストークス光であり、短波長側のラマン散乱光はアンチストークス光である。   When a pulsed optical signal is incident on the measurement optical fiber 52 from the light source 54 of the measurement apparatus main body 53, weak Raman scattered light is generated at each location of the measurement optical fiber 52. Raman scattered light is generated in the wavelength band on both sides of the incident light wavelength. The Raman scattered light on the long wavelength side is Stokes light, and the Raman scattered light on the short wavelength side is anti-Stokes light.

測定用光ファイバ52で発生したストークス光とアンチストークス光との強度比は、測定用光ファイバ52の温度に依存する。したがって、被温度測定物の温度によって、測定用光ファイバ52の温度が変化し、検知されるストークス光とアンチストークス光の強度比が変化する。この光強度比を求めることにより、被温度測定物の温度を測定することができる。   The intensity ratio between Stokes light and anti-Stokes light generated in the measurement optical fiber 52 depends on the temperature of the measurement optical fiber 52. Therefore, the temperature of the measurement optical fiber 52 changes depending on the temperature of the object to be measured, and the intensity ratio between the detected Stokes light and anti-Stokes light changes. By obtaining this light intensity ratio, the temperature of the object to be measured can be measured.

分布型光ファイバ温度センサ51では、後方散乱したストークス光とアンチストークス光とを波長フィルターモジュール55によって分波し、それぞれ独立して光検出器56,57で受光する。受光された光は光検出器56,57で電気信号に変換され、その電気信号が増幅器58で増幅され、増幅された電気信号はAD変換器59でディジタル信号に変換されて信号処理回路60に入力される。この入力された電気信号から信号処理制御回路60により温度分布が求められる。   In the distributed optical fiber temperature sensor 51, the back-scattered Stokes light and anti-Stokes light are demultiplexed by the wavelength filter module 55 and received by the photodetectors 56 and 57, respectively. The received light is converted into an electric signal by the photodetectors 56 and 57, the electric signal is amplified by the amplifier 58, and the amplified electric signal is converted into a digital signal by the AD converter 59 and then sent to the signal processing circuit 60. Entered. A temperature distribution is obtained by the signal processing control circuit 60 from the inputted electric signal.

アンチストークス光の受信電力をPa、ストークス光の受信電力をPsとすると、測定温度はこれらの比Pa/Psをもとに計算される。しかし、これら受信電力Pa,Psは、光検出器56,57の増倍率の変化や、光源54の波長変動によりストークス光およびアンチストークス光の波長が変動し、波長フィルターモジュール55を通過した後の光量が変動することにより変化してしまう。よって、これらの比であるPa/Psも変化し、比Pa/Psをもとに計算した温度分布も変化してしまう。   When the reception power of anti-Stokes light is Pa and the reception power of Stokes light is Ps, the measured temperature is calculated based on the ratio Pa / Ps. However, these received powers Pa and Ps are obtained after the wavelengths of the Stokes light and the anti-Stokes light fluctuate due to the change in the multiplication factor of the photodetectors 56 and 57 and the wavelength fluctuation of the light source 54 and pass through the wavelength filter module 55. It changes when the light quantity fluctuates. Therefore, the ratio Pa / Ps also changes, and the temperature distribution calculated based on the ratio Pa / Ps also changes.

そこで、分布型光ファイバ温度センサ51では、測定用光ファイバ52に基準温度ファイバ部61を形成すると共に、基準温度センサ62を用意し、基準温度ファイバ部61での比Pa/Psと、基準温度センサ62で検出した温度T0との相関をとっている。これにより、温度T0のときの比Pa/Psが決まり、正しい温度を計算できる。 Therefore, in the distributed optical fiber temperature sensor 51, the reference temperature fiber portion 61 is formed in the measurement optical fiber 52, and the reference temperature sensor 62 is prepared. The ratio Pa / Ps in the reference temperature fiber portion 61 and the reference temperature are prepared. The correlation with the temperature T 0 detected by the sensor 62 is taken. Thereby, the ratio Pa / Ps at the temperature T 0 is determined, and the correct temperature can be calculated.

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。   The prior art document information related to the invention of this application includes the following.

特開2000−121452号公報JP 2000-121452 A 特開平7−12655号公報JP-A-7-12655

しかしながら、従来の分布型光ファイバ温度センサ51では、基準温度ファイバ部61は測定用光ファイバ52の一部を巻き回して形成されるが、基準温度ファイバ部61の長さはラマン後方散乱光による距離応答性(距離分解能)を考慮して、距離応答性以上の長さ、好ましくは距離応答性の5倍程度(30〜50m程度)とする必要があり、基準温度ファイバ部61が大型となってしまう。したがって、基準温度ファイバ部61を収納する測定装置本体53も大型となってしまう。   However, in the conventional distributed optical fiber temperature sensor 51, the reference temperature fiber portion 61 is formed by winding a part of the measurement optical fiber 52, but the length of the reference temperature fiber portion 61 is due to Raman backscattered light. Considering the distance responsiveness (distance resolution), it is necessary to make the length more than the distance responsiveness, preferably about 5 times the distance responsiveness (about 30 to 50 m), and the reference temperature fiber part 61 becomes large. End up. Therefore, the measuring device main body 53 that houses the reference temperature fiber portion 61 also becomes large.

さらに、基準温度ファイバ部61を収納するためのケースが必要となり、測定装置本体の内部構造が複雑となってしまう。   Furthermore, a case for housing the reference temperature fiber portion 61 is required, and the internal structure of the measuring apparatus main body becomes complicated.

そこで、本発明の目的は、前記課題を解決し、測定装置本体の小型化を図った分布型光ファイバ温度センサを提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a distributed optical fiber temperature sensor that solves the above-described problems and is intended to reduce the size of the measuring device body.

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、温度の測定箇所に沿って配設される測定用光ファイバと、その測定用光ファイバに光を入射すると共に後方散乱光を検出して、前記測定用光ファイバに沿った温度分布を測定する測定装置本体と、前記測定用光ファイバに形成された基準温度ファイバ部と、その基準温度ファイバ部に設けられた前記基準温度ファイバ部の近傍の温度を検出する基準温度センサとからなり、前記測定装置本体で求めた基準温度ファイバ部の温度を前記基準温度センサからの検出温度で補正して、前記測定用光ファイバ全体の温度分布を補正する分布型光ファイバ温度センサであって、前記測定装置本体より離れた位置の前記測定用光ファイバに、前記基準温度ファイバ部が配置されている分布型光ファイバ温度センサである。   The present invention was devised to achieve the above-described object, and includes a measurement optical fiber disposed along a temperature measurement location, light incident on the measurement optical fiber, and detection of backscattered light. A measuring device main body for measuring a temperature distribution along the measuring optical fiber, a reference temperature fiber portion formed in the measuring optical fiber, and the reference temperature fiber portion provided in the reference temperature fiber portion. A reference temperature sensor for detecting a temperature in the vicinity of the temperature of the reference optical fiber section obtained by correcting the temperature of the reference temperature fiber portion obtained by the measurement apparatus main body with the detected temperature from the reference temperature sensor, Is a distributed optical fiber temperature sensor for correcting the reference temperature fiber portion, wherein the reference temperature fiber portion is disposed in the measurement optical fiber at a position away from the measurement apparatus main body. Iba is a temperature sensor.

また、本発明は、前記基準温度ファイバ部が前記測定装置本体の近傍に配置されている分布型光ファイバ温度センサである。   Further, the present invention is a distributed optical fiber temperature sensor in which the reference temperature fiber portion is disposed in the vicinity of the measurement apparatus main body.

または、本発明は、前記基準温度ファイバ部が前記測定用光ファイバの長手方向の中心付近に設置されている分布型光ファイバ温度センサである。   Alternatively, the present invention is the distributed optical fiber temperature sensor in which the reference temperature fiber portion is installed near the center in the longitudinal direction of the measurement optical fiber.

さらに、本発明は、前記基準温度ファイバ部の雰囲気温度を検出する基準温度センサに温度データ送信機が設けられ、その温度データ送信機からの温度データを受信して前記測定装置本体に入力する受信機が前記測定装置本体に設けられている分布型光ファイバ温度センサである。   Further, according to the present invention, a temperature data transmitter is provided in a reference temperature sensor for detecting an ambient temperature of the reference temperature fiber portion, and the temperature data from the temperature data transmitter is received and input to the measurement apparatus main body. This is a distributed optical fiber temperature sensor provided in the measuring apparatus main body.

本発明は、前記温度データ送信機と前記基準温度センサは光電変換器で駆動され、その光電変換器が電力供給用ファイバを介して発電用の光を供給する前記測定装置本体に接続されている分布型光ファイバ温度センサである。   In the present invention, the temperature data transmitter and the reference temperature sensor are driven by a photoelectric converter, and the photoelectric converter is connected to the measuring device main body that supplies light for power generation via a power supply fiber. This is a distributed optical fiber temperature sensor.

本発明は、前記測定用光ファイバに、前記基準温度ファイバ部が複数形成されている分布型光ファイバ温度センサである。   The present invention is a distributed optical fiber temperature sensor in which a plurality of the reference temperature fiber portions are formed in the measurement optical fiber.

本発明によれば、測定装置本体を小型化できる。   According to the present invention, the measuring device main body can be miniaturized.

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面にしたがって説明する。   Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

本実施形態に係る分布型光ファイバ温度センサは、例えば、電力線の温度監視や、工場・ビルのガスダクトの温度管理、路面の凍結を調べるための道路の温度測定などに用いられるものである。   The distributed optical fiber temperature sensor according to the present embodiment is used for, for example, power line temperature monitoring, temperature management of gas ducts in factories and buildings, and road temperature measurement for examining road surface freezing.

図1は、本発明の好適な第1の実施形態を示す分布型光ファイバ温度センサの概略図であり、図2はその回路図である。   FIG. 1 is a schematic view of a distributed optical fiber temperature sensor showing a preferred first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a circuit diagram thereof.

図1および図2に示すように、第1の実施形態に係る分布型光ファイバ温度センサ1は、温度の測定箇所に沿って配設される測定用光ファイバ2と、その測定用光ファイバ2に光を入射すると共に後方散乱光を検出して、測定用光ファイバ2に沿った温度分布を測定する測定装置本体3と、その測定装置本体3の近傍に配置された基準温度部4とを主に備える。   As shown in FIGS. 1 and 2, the distributed optical fiber temperature sensor 1 according to the first embodiment includes a measurement optical fiber 2 disposed along a temperature measurement location, and the measurement optical fiber 2. A measuring device main body 3 for detecting the backscattered light and measuring the temperature distribution along the measuring optical fiber 2, and a reference temperature unit 4 arranged in the vicinity of the measuring device main body 3. Prepare mainly.

測定用光ファイバ2としては、コアにGeをドープした一般的な通信用のマルチモードファイバ、あるいはシングルモードファイバを用いるとよい。   As the measurement optical fiber 2, a general communication multimode fiber having a core doped with Ge or a single mode fiber may be used.

測定装置本体3は、測定用光ファイバ2に光を入射する光源5と、測定用光ファイバ2で発生した後方散乱光からラマン散乱光を分波する波長フィルターモジュール6と、その波長フィルターモジュール6で分波されたラマン散乱光を検出して電気信号に変換し、受光信号を出力する光検出器7と、その光検出器7からの受光信号を処理する信号処理制御回路8とを主に備える。   The measurement apparatus main body 3 includes a light source 5 that makes light incident on the measurement optical fiber 2, a wavelength filter module 6 that demultiplexes Raman scattered light from backscattered light generated by the measurement optical fiber 2, and the wavelength filter module 6. A light detector 7 that detects the Raman scattered light demultiplexed in step S4 and converts it into an electrical signal and outputs a light reception signal, and a signal processing control circuit 8 that processes the light reception signal from the light detector 7 are mainly used. Prepare.

光源5は、例えば、半導体レーザ(LD)からなる。光源5は光源5を駆動するLDドライバ5aに接続され、LDドライバ9はLDドライバ9を制御する信号処理制御回路8に接続される。   The light source 5 is composed of, for example, a semiconductor laser (LD). The light source 5 is connected to an LD driver 5 a that drives the light source 5, and the LD driver 9 is connected to a signal processing control circuit 8 that controls the LD driver 9.

光検出器7は、ラマン散乱光のうちストークス光(ST光)を検出するストークス光受光用光検出器7aと、アンチストークス光(AS光)を検出するアンチストークス光受光用光検出器7bとからなる。ストークス光受光用光検出器7aおよびアンチストークス光受光用光検出器7bは、例えば、APD(Avalanche Photo Diode)からなる。   The photodetector 7 includes a Stokes light receiving photodetector 7a that detects Stokes light (ST light) out of Raman scattered light, and an anti-Stokes light receiving photodetector 7b that detects anti-Stokes light (AS light). Consists of. The Stokes light receiving photodetector 7a and the anti-Stokes light receiving photodetector 7b are made of, for example, an APD (Avalanche Photo Diode).

光源5、ストークス光受光用光検出器7a、およびアンチストークス光受光用光検出器7bは、波長フィルターモジュール6を介して測定用光ファイバ2に接続される。   The light source 5, the Stokes light receiving photodetector 7 a, and the anti-Stokes light receiving photodetector 7 b are connected to the measurement optical fiber 2 via the wavelength filter module 6.

波長フィルターモジュール6は、測定用光ファイバ2で発生した後方散乱光のラマン散乱光のうちストークス光を透過させる長波長側バンドパスフィルタと、アンチストークス光を透過させる短波長側バンドパスフィルタとを備える。   The wavelength filter module 6 includes a long-wavelength side band-pass filter that transmits Stokes light among the Raman scattered light of the backscattered light generated in the measurement optical fiber 2, and a short-wavelength side band-pass filter that transmits anti-Stokes light. Prepare.

波長フィルターモジュール6は、光源5からの光を測定用光ファイバ2に出力すると共に、測定用光ファイバ2からの後方散乱光のうち、長波長側バンドパスフィルタを通過したストークス光をストークス光受光用光検出器7aに出力し、短波長側バンドパスフィルタを通過したアンチストークス光をアンチストークス光受光用光検出器7bに出力するように構成される。   The wavelength filter module 6 outputs the light from the light source 5 to the measurement optical fiber 2 and also receives the Stokes light of the backscattered light from the measurement optical fiber 2 that has passed through the long wavelength side bandpass filter. The anti-Stokes light that has been output to the optical detector 7a and passed through the short wavelength band-pass filter is output to the anti-Stokes light receiving photodetector 7b.

長波長側バンドパスフィルタおよび短波長側バンドパスフィルタは、レイリー散乱光成分の混入を避けるため、光源5に用いる半導体レーザの波長帯域の光を通過しないようにされる。   The long wavelength side band pass filter and the short wavelength side band pass filter are configured not to pass light in the wavelength band of the semiconductor laser used for the light source 5 in order to avoid mixing of the Rayleigh scattered light component.

ストークス光受光用光検出器7aには、ストークス光受光用光検出器7aから出力された受光信号を増幅する増幅器9aが接続される。増幅器9aには、増幅器9aで増幅した受光信号をディジタル信号に変換するAD(アナログ・ディジタル)変換器10aが接続される。   The Stokes light receiving photodetector 7a is connected to an amplifier 9a that amplifies the received light signal output from the Stokes light receiving photodetector 7a. Connected to the amplifier 9a is an AD (analog / digital) converter 10a for converting the received light signal amplified by the amplifier 9a into a digital signal.

同様に、アンチストークス光受光用光検出器7bには、アンチストークス光受光用光検出器7aから出力した受光信号を増幅する増幅器9bが接続される。増幅器9bには、増幅器9bで増幅した受光信号をディジタル信号に変換するAD変換器10bが接続される。   Similarly, the anti-Stokes light receiving photodetector 7b is connected to an amplifier 9b that amplifies the received light signal output from the anti-Stokes light receiving photodetector 7a. The amplifier 9b is connected to an AD converter 10b that converts the light reception signal amplified by the amplifier 9b into a digital signal.

各AD変換器10a,10bは信号処理制御回路8に接続される。信号処理回路8は、FPGA(Field Programmable Gate Array)からなる信号処理制御部8aと、その信号処理制御部8aに接続された、CPU(Central Processing Unit)からなる温度分布演算部8bとからなる。   Each AD converter 10a, 10b is connected to a signal processing control circuit 8. The signal processing circuit 8 includes a signal processing control unit 8a including a field programmable gate array (FPGA), and a temperature distribution calculation unit 8b including a CPU (central processing unit) connected to the signal processing control unit 8a.

信号処理制御部8aは、ストークス光受光用光検出器7aおよびアンチストークス光受光用光検出器7bからの各受光信号を複数回測定し、これを平均化する平均化回路(図示せず)と、LDドライバ5aを制御して光源5を駆動させる制御回路(図示せず)と、平均化回路と制御回路とを同期させる同期回路(図示せず)とを備える。   The signal processing control unit 8a measures the received light signals from the Stokes light receiving light detector 7a and the anti-Stokes light receiving light detector 7b a plurality of times, and averages them. And a control circuit (not shown) for controlling the LD driver 5a to drive the light source 5, and a synchronization circuit (not shown) for synchronizing the averaging circuit and the control circuit.

基準温度部4は、測定用光ファイバ2に形成された基準温度ファイバ部11と、基準温度ファイバ部11の近傍の温度を検出する基準温度センサ12とからなり、移動可能に配置される。基準温度部4は、これら基準温度ファイバ部11および基準温度センサ12を容器、箱などの閉じた空間に収容したものである。   The reference temperature unit 4 includes a reference temperature fiber unit 11 formed in the measurement optical fiber 2 and a reference temperature sensor 12 that detects a temperature in the vicinity of the reference temperature fiber unit 11 and is movably disposed. The reference temperature unit 4 is a unit in which the reference temperature fiber unit 11 and the reference temperature sensor 12 are accommodated in a closed space such as a container or a box.

基準温度ファイバ部11は、測定用光ファイバ2の一部をループ状に巻き回して形成される。基準温度センサ12としては、白金抵抗体、サーミスタ、熱電対などの公知の温度センサを用いるとよい。基準温度センサ12は、基準温度ファイバ部11の近傍に設置される。   The reference temperature fiber portion 11 is formed by winding a part of the measurement optical fiber 2 in a loop shape. As the reference temperature sensor 12, a known temperature sensor such as a platinum resistor, a thermistor, or a thermocouple may be used. The reference temperature sensor 12 is installed in the vicinity of the reference temperature fiber unit 11.

基準温度センサ12と測定装置本体3の温度分布演算部8bとはケーブル13で接続される。ケーブル13は、基準温度センサ12が動作するための電力を温度分布演算部8b側から供給すると共に、基準温度センサ12で検出した温度データを温度分布演算部8bに伝搬する。   The reference temperature sensor 12 and the temperature distribution calculation unit 8b of the measuring apparatus body 3 are connected by a cable 13. The cable 13 supplies power for operating the reference temperature sensor 12 from the temperature distribution calculation unit 8b side, and propagates temperature data detected by the reference temperature sensor 12 to the temperature distribution calculation unit 8b.

次に、分布型光ファイバ温度センサ1の動作を説明する。   Next, the operation of the distributed optical fiber temperature sensor 1 will be described.

まず、LDドライバ5aにより光源5を駆動し、パルス状の光信号を出射する。光源5より出射された光信号は、波長フィルターモジュール6を通過し、測定用光ファイバ2を伝搬する。この光信号が測定用光ファイバ2を伝搬する際に、測定用光ファイバ2の各個所で後方散乱光が発生する。発生した後方散乱光は、光信号の進行方向と反対方向に測定用光ファイバ2を伝搬し、波長フィルターモジュール6に入射する。   First, the light source 5 is driven by the LD driver 5a to emit a pulsed optical signal. The optical signal emitted from the light source 5 passes through the wavelength filter module 6 and propagates through the measurement optical fiber 2. When this optical signal propagates through the measurement optical fiber 2, backscattered light is generated at each location of the measurement optical fiber 2. The generated backscattered light propagates through the measurement optical fiber 2 in the direction opposite to the traveling direction of the optical signal and enters the wavelength filter module 6.

波長フィルターモジュール6に入射した後方散乱光のうちラマン散乱光のストークス光は、長波長側バンドパスフィルタを通過し、ストークス光受光用光検出器7aで検出され電気信号に変換される。ストークス光受光用光検出器7aで出力した受光信号は、増幅器9aで増幅され、AD変換器10aでディジタル信号に変換されて、信号処理制御回路8の信号処理制御部8aに出力される。   Stokes light of Raman scattered light out of backscattered light incident on the wavelength filter module 6 passes through the long wavelength band pass filter, is detected by the Stokes light receiving photodetector 7a, and is converted into an electric signal. The received light signal output from the Stokes light receiving photodetector 7a is amplified by the amplifier 9a, converted into a digital signal by the AD converter 10a, and output to the signal processing control unit 8a of the signal processing control circuit 8.

同様に、波長フィルターモジュール6に入射した後方散乱光のうちラマン散乱光のアンチストークス光は、短波長側バンドパスフィルタを通過し、アンチストークス光受光用光検出器7bで検出され電気信号に変換される。アンチストークス光受光用光検出器7bで出力した受光信号は、増幅器9bで増幅され、AD変換器10bでディジタル信号に変換されて、信号処理制御部8aに出力される。   Similarly, of the backscattered light incident on the wavelength filter module 6, the Raman scattered light anti-Stokes light passes through the short wavelength band-pass filter and is detected by the anti-Stokes light receiving photodetector 7 b and converted into an electrical signal. Is done. The light reception signal output by the anti-Stokes light receiving photodetector 7b is amplified by the amplifier 9b, converted into a digital signal by the AD converter 10b, and output to the signal processing control unit 8a.

信号処理制御部8aは、上記各受光信号を複数回測定した後にこれを平均化処理し、各受光信号の平均出力を温度分布演算部8bに出力する。また、信号処理制御部8aは、光源5で光信号を出射してからラマン散乱光が戻ってくるまでの時間を測定し、その時間から各受光信号に対応する測定装置本体3からの距離を求め、各受光信号の平均出力と共に温度分布演算部8bに出力する。   The signal processing control unit 8a measures each of the received light signals a plurality of times, averages them, and outputs an average output of each received light signal to the temperature distribution calculation unit 8b. The signal processing control unit 8a measures the time from when the light signal is emitted from the light source 5 until the Raman scattered light returns, and the distance from the measuring device body 3 corresponding to each received light signal is determined from that time. It is obtained and output to the temperature distribution calculation unit 8b together with the average output of each received light signal.

各受光信号の平均出力と各受光信号に対応する距離のデータを受けた温度分布演算部8bは、信号処理制御部8aからの各平均出力をもとに仮の温度分布を求める。すなわち、アンチストークス光の受光信号の平均出力をPa、ストークス光の受光信号の平均出力をPsとすると、その強度比Pa/Psを求め、強度比Pa/Psとそれに対応する距離のデータから仮の温度分布を求める。   The temperature distribution calculation unit 8b that receives the average output of each light reception signal and the distance data corresponding to each light reception signal obtains a temporary temperature distribution based on each average output from the signal processing control unit 8a. That is, assuming that the average output of the light reception signal of anti-Stokes light is Pa and the average output of the light reception signal of Stokes light is Ps, the intensity ratio Pa / Ps is obtained, and the temporary ratio is calculated from the intensity ratio Pa / Ps and the corresponding distance data. Obtain the temperature distribution of.

さらに、温度分布演算部8bは、基準温度部4の基準温度ファイバ部11からのラマン散乱光(ストークス光およびアンチストークス光)から基準温度ファイバ部11の温度(強度比Pa/Ps)を求め、この基準温度ファイバ部11の温度と、基準温度センサ12で検出した基準温度ファイバ部11近傍の温度との相関をとる。この基準温度ファイバ部11の温度と基準温度センサ12で検出した温度とが一致するように上述した仮の温度分布を補正すると、測定用光ファイバ2に沿った温度分布が得られる。   Further, the temperature distribution calculation unit 8b obtains the temperature (intensity ratio Pa / Ps) of the reference temperature fiber unit 11 from the Raman scattered light (Stokes light and anti-Stokes light) from the reference temperature fiber unit 11 of the reference temperature unit 4. The temperature of the reference temperature fiber part 11 is correlated with the temperature in the vicinity of the reference temperature fiber part 11 detected by the reference temperature sensor 12. When the above-described provisional temperature distribution is corrected so that the temperature of the reference temperature fiber portion 11 and the temperature detected by the reference temperature sensor 12 coincide with each other, a temperature distribution along the measurement optical fiber 2 is obtained.

第1の実施形態の作用を説明する。   The operation of the first embodiment will be described.

第1の実施形態に係る分布型光ファイバ温度センサ1では、測定装置本体3と基準温度部4とを別体に形成し、測定装置本体3より離れた位置の測定用光ファイバ2に基準温度部4を形成している。   In the distributed optical fiber temperature sensor 1 according to the first embodiment, the measuring device main body 3 and the reference temperature unit 4 are formed separately, and the measuring optical fiber 2 at a position away from the measuring device main body 3 has a reference temperature. Part 4 is formed.

これにより、従来測定装置本体3に収納されていた基準温度部4を測定装置本体3の外部に出すことができ、測定装置本体3を小型化できる。よって、測定装置本体3を設置したときの設置面積を小さくできる。   Thereby, the reference temperature unit 4 that has been stored in the measurement apparatus main body 3 can be taken out of the measurement apparatus main body 3, and the measurement apparatus main body 3 can be downsized. Therefore, the installation area when the measurement apparatus main body 3 is installed can be reduced.

また、分布型光ファイバ温度センサ1では、基準温度部4が移動可能に配置されるため、基準温度部4を被測定物に接触させ、その温度を基準温度センサ12および基準温度ファイバ部11で検出することができ、基準温度部4を高精度のスポット温度センサとして用いることができる。   In the distributed optical fiber temperature sensor 1, since the reference temperature unit 4 is movably disposed, the reference temperature unit 4 is brought into contact with an object to be measured, and the temperature is measured by the reference temperature sensor 12 and the reference temperature fiber unit 11. The reference temperature unit 4 can be used as a highly accurate spot temperature sensor.

基準温度部4をスポット温度センサとして用いる際には、基準温度部4の温度が被測定物の温度と同じになる。このとき、基準温度センサ12の温度と基準温度ファイバ部11の温度とが等しくなるので、基準温度部4をスポット温度センサとして用いた場合でも、基準温度部4を温度分布演算部8bで補正を行う際の基準として用いることができる。   When the reference temperature unit 4 is used as a spot temperature sensor, the temperature of the reference temperature unit 4 is the same as the temperature of the object to be measured. At this time, since the temperature of the reference temperature sensor 12 is equal to the temperature of the reference temperature fiber unit 11, even when the reference temperature unit 4 is used as a spot temperature sensor, the reference temperature unit 4 is corrected by the temperature distribution calculation unit 8b. It can be used as a reference when performing.

さらに、分布型光ファイバ温度センサ1では、基準温度部4を測定装置本体3の近傍に設置しているため、測定装置本体3の近傍の温度を求めることができ、測定装置本体3が使用温度範囲内の温度で使われているかどうかのチェッカーとして基準温度部4を用いることができる。   Further, in the distributed optical fiber temperature sensor 1, since the reference temperature unit 4 is installed in the vicinity of the measuring apparatus body 3, the temperature in the vicinity of the measuring apparatus body 3 can be obtained. The reference temperature unit 4 can be used as a checker whether or not the temperature is within the range.

次に、第2の実施形態を説明する。   Next, a second embodiment will be described.

図3に示すように、第2の実施形態に係る分布型光ファイバ温度センサ31は、基本的に図1の分布型光ファイバ温度センサ1と同じ構成であり、測定装置本体32と基準温度部33とを備え、これら測定装置本体32と基準温度部33とを電力供給用ファイバ34で接続したものである。   As shown in FIG. 3, the distributed optical fiber temperature sensor 31 according to the second embodiment has basically the same configuration as the distributed optical fiber temperature sensor 1 of FIG. 33, and the measuring device main body 32 and the reference temperature unit 33 are connected by a power supply fiber 34.

基準温度部33は、測定用光ファイバ2の長手方向の中心付近に設置される。この基準温度部33には、基準温度センサ12で検出した温度データを送信する温度データ送信機35と、その温度データ送信機35と基準温度センサ12とを駆動する光電変換器(光発電機)が設けられる。   The reference temperature unit 33 is installed near the center in the longitudinal direction of the measurement optical fiber 2. The reference temperature unit 33 includes a temperature data transmitter 35 that transmits temperature data detected by the reference temperature sensor 12, and a photoelectric converter (photogenerator) that drives the temperature data transmitter 35 and the reference temperature sensor 12. Is provided.

測定装置本体32には、基準温度部33の温度データ送信機35で送信した温度データを受信して測定装置本体32に入力する受信機36と、基準温度部33の光電変換器に光を供給する発電用光源が設けられる。基準温度部33の光電変換器と測定装置本体32の発電用光源とは、電力供給用ファイバ34で接続される。   The measuring device main body 32 is supplied with light to the receiver 36 that receives the temperature data transmitted from the temperature data transmitter 35 of the reference temperature unit 33 and inputs the temperature data to the measuring device main body 32, and the photoelectric converter of the reference temperature unit 33. A power generation light source is provided. The photoelectric converter of the reference temperature unit 33 and the power generation light source of the measuring device main body 32 are connected by a power supply fiber 34.

分布型光ファイバ温度センサ31では、基準温度センサ12で検出した温度データを送信機35から送信し、その送信機35から送信した温度データを測定装置本体32の受信機36で受信し、受信機36で受信した温度データを温度分布演算部8bに入力する。   In the distributed optical fiber temperature sensor 31, the temperature data detected by the reference temperature sensor 12 is transmitted from the transmitter 35, and the temperature data transmitted from the transmitter 35 is received by the receiver 36 of the measuring apparatus main body 32. The temperature data received at 36 is input to the temperature distribution calculation unit 8b.

基準温度部33は、例えば、測定装置本体32から数km離れた位置に配置される場合も考えられるため、基準温度センサ12と温度分布演算部8bとを単に電線で接続し、基準温度センサ12で検出した温度データを電線を用いて送信した場合、電線の抵抗分で基準温度センサ12から送信した温度データの信号が減衰し、測定装置本体32側で温度データを受信できないことがある。   For example, the reference temperature unit 33 may be arranged at a position several km away from the measuring device main body 32. Therefore, the reference temperature sensor 12 and the temperature distribution calculation unit 8b are simply connected by an electric wire, and the reference temperature sensor 12 is connected. When the temperature data detected in (1) is transmitted using an electric wire, the temperature data signal transmitted from the reference temperature sensor 12 is attenuated by the resistance of the electric wire, and the temperature data may not be received on the measuring device main body 32 side.

分布型光ファイバ温度センサ31では、基準温度センサ12で検出した温度データを送信機35で送信し、その温度データを受信機36で受信して温度分布演算部8bに入力しているため、基準温度センサ12からの温度データの信号を減衰することなく確実に温度分布演算部8bに入力できる。   In the distributed optical fiber temperature sensor 31, the temperature data detected by the reference temperature sensor 12 is transmitted by the transmitter 35, and the temperature data is received by the receiver 36 and input to the temperature distribution calculation unit 8b. The temperature data signal from the temperature sensor 12 can be reliably input to the temperature distribution calculation unit 8b without being attenuated.

また、分布型光ファイバ温度センサ31では、測定装置本体32に設けた発電用光源からの光を電力供給用ファイバ34を介して基準温度部33の光電変換器に供給し、その供給した光を光電変換器で電力に変換し、その電力により基準温度センサ12および送信機35を駆動しており、光で電力を供給することができる。   The distributed optical fiber temperature sensor 31 supplies light from the light source for power generation provided in the measurement apparatus main body 32 to the photoelectric converter of the reference temperature unit 33 through the power supply fiber 34, and the supplied light is supplied. It converts into electric power with a photoelectric converter, the reference temperature sensor 12 and the transmitter 35 are driven with the electric power, and electric power can be supplied with light.

さらに、分布型光ファイバ温度センサ31では、基準温度部33を測定用光ファイバ2の長手方向の中心付近に設置している。分布型光ファイバ温度センサ31の測定誤差は基準温度部33から離れるほど大きくなるため、基準温度部33を測定用光ファイバ2の長手方向の中心付近に設置することで、測定用光ファイバ2の遠端と近端での測定誤差を小さくすることができる。   Further, in the distributed optical fiber temperature sensor 31, the reference temperature unit 33 is installed near the center in the longitudinal direction of the measurement optical fiber 2. Since the measurement error of the distributed optical fiber temperature sensor 31 increases as the distance from the reference temperature portion 33 increases, the reference temperature portion 33 is disposed near the center of the measurement optical fiber 2 in the longitudinal direction. Measurement errors at the far end and near end can be reduced.

上記実施形態では、基準温度部を1つ配置したものを説明したが、これに限定されず、基準温度部を複数配置してもよい。基準温度部を複数配置する際は、図4に示すように、測定用光ファイバ2に直列に基準温度部42を配置するとよい。このとき、各基準温度部42の間隔は、任意の間隔でよい。   In the embodiment described above, one reference temperature unit is arranged. However, the present invention is not limited to this, and a plurality of reference temperature units may be arranged. When arranging a plurality of reference temperature sections, it is preferable to arrange the reference temperature sections 42 in series with the measurement optical fiber 2 as shown in FIG. At this time, the interval between the reference temperature units 42 may be an arbitrary interval.

また、測定装置本体43から遠方にある基準温度部42からの信号(基準温度センサ12で検出した温度データ)を受信する場合、配線が長く信号が減衰して、信号が受信できない場合があるので、その場合は、基準温度部42に送信機を設けると共に測定装置本体43に受信機を設け、基準温度センサ12で検出した温度データを送信機で送信し、その温度データを受信機で受信して測定装置本体43の温度分布演算部8bに入力するようにしてもよい。   In addition, when receiving a signal from the reference temperature unit 42 far from the measuring device main body 43 (temperature data detected by the reference temperature sensor 12), the signal may not be received because the wiring is long and the signal is attenuated. In that case, a transmitter is provided in the reference temperature unit 42 and a receiver is provided in the measuring device main body 43, the temperature data detected by the reference temperature sensor 12 is transmitted by the transmitter, and the temperature data is received by the receiver. The temperature distribution calculation unit 8b of the measurement apparatus main body 43 may be input.

基準温度部42を複数配置することで、設置した基準温度部42を中心に精度がよくなるので、測定用光ファイバ2全長にわたって精度よく温度分布を測定することができる。   By disposing a plurality of reference temperature units 42, the accuracy is improved with the installed reference temperature unit 42 as the center, so that the temperature distribution can be accurately measured over the entire length of the measurement optical fiber 2.

また、上記実施形態では、基準温度センサ(および送信機)を動作させるための電力を測定装置本体側から供給したが、基準温度部付近に電源がある場合、そこから電力を供給してもよい。   In the above embodiment, power for operating the reference temperature sensor (and transmitter) is supplied from the measurement apparatus main body. However, when there is a power source near the reference temperature unit, power may be supplied from there. .

本発明の好適な実施形態を示す分布型光ファイバ温度センサの概略図である。1 is a schematic view of a distributed optical fiber temperature sensor showing a preferred embodiment of the present invention. 図1の分布型光ファイバ温度センサの回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram of the distributed optical fiber temperature sensor of FIG. 1. 第2の実施形態を示す分布型光ファイバ温度センサの概略図である。It is the schematic of the distributed optical fiber temperature sensor which shows 2nd Embodiment. 本発明の一変形例を示す分布型光ファイバ温度センサの概略図である。It is the schematic of the distributed optical fiber temperature sensor which shows one modification of this invention. 従来の分布型光ファイバ温度センサの回路図である。It is a circuit diagram of a conventional distributed optical fiber temperature sensor.

符号の説明Explanation of symbols

1 分布型光ファイバ温度センサ
2 測定用光ファイバ
3 測定装置本体
4 基準温度部
11 基準温度ファイバ部
12 基準温度センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Distribution type optical fiber temperature sensor 2 Optical fiber for measurement 3 Measuring device main body 4 Reference temperature part 11 Reference temperature fiber part 12 Reference temperature sensor

Claims (6)

温度の測定箇所に沿って配設される測定用光ファイバと、その測定用光ファイバに光を入射すると共に後方散乱光を検出して、前記測定用光ファイバに沿った温度分布を測定する測定装置本体と、前記測定用光ファイバに形成された基準温度ファイバ部と、その基準温度ファイバ部に設けられた前記基準温度ファイバ部の近傍の温度を検出する基準温度センサとからなり、前記測定装置本体で求めた基準温度ファイバ部の温度を前記基準温度センサからの検出温度で補正して、前記測定用光ファイバ全体の温度分布を補正する分布型光ファイバ温度センサであって、
前記測定装置本体より離れた位置の前記測定用光ファイバに、前記基準温度ファイバ部が配置されていることを特徴とする分布型光ファイバ温度センサ。
A measurement optical fiber disposed along a temperature measurement location, and a measurement for measuring the temperature distribution along the measurement optical fiber by making light incident on the measurement optical fiber and detecting backscattered light The measurement apparatus comprises: an apparatus main body; a reference temperature fiber portion formed in the measurement optical fiber; and a reference temperature sensor that detects a temperature in the vicinity of the reference temperature fiber portion provided in the reference temperature fiber portion. A distributed optical fiber temperature sensor that corrects the temperature distribution of the entire measurement optical fiber by correcting the temperature of the reference temperature fiber portion obtained by the main body with the detected temperature from the reference temperature sensor,
The distributed optical fiber temperature sensor, wherein the reference temperature fiber portion is disposed in the measurement optical fiber at a position away from the measurement apparatus main body.
前記基準温度ファイバ部が前記測定装置本体の近傍に配置されている請求項1記載の分布型光ファイバ温度センサ。   The distributed optical fiber temperature sensor according to claim 1, wherein the reference temperature fiber portion is disposed in the vicinity of the measurement apparatus main body. 前記基準温度ファイバ部が前記測定用光ファイバの長手方向の中心付近に設置されている請求項1記載の分布型光ファイバ温度センサ。   The distributed optical fiber temperature sensor according to claim 1, wherein the reference temperature fiber portion is installed in the vicinity of the center in the longitudinal direction of the measurement optical fiber. 前記基準温度ファイバ部の雰囲気温度を検出する基準温度センサに温度データ送信機が設けられ、その温度データ送信機からの温度データを受信して前記測定装置本体に入力する受信機が前記測定装置本体に設けられている請求項1〜3いずれかに記載の分布型光ファイバ温度センサ。   A temperature data transmitter is provided in a reference temperature sensor that detects the ambient temperature of the reference temperature fiber portion, and a receiver that receives temperature data from the temperature data transmitter and inputs the temperature data to the measurement device body is the measurement device body. The distributed optical fiber temperature sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the distributed optical fiber temperature sensor is provided. 前記温度データ送信機と前記基準温度センサは光電変換器で駆動され、その光電変換器が電力供給用ファイバを介して発電用の光を供給する前記測定装置本体に接続されている請求項4記載の分布型光ファイバ温度センサ。   5. The temperature data transmitter and the reference temperature sensor are driven by a photoelectric converter, and the photoelectric converter is connected to the measurement apparatus main body for supplying light for power generation via a power supply fiber. Distributed optical fiber temperature sensor. 前記測定用光ファイバに、前記基準温度ファイバ部が複数形成されている請求項1〜5いずれかに記載の分布型光ファイバ温度センサ。   The distributed optical fiber temperature sensor according to claim 1, wherein a plurality of the reference temperature fiber portions are formed in the measurement optical fiber.
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