JP2014173877A - 光ファイバ温度分布測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温度変化点や損失変化点における温度測定値の歪みを適切に補正することによって測定精度の向上を図ることが可能な光ファイバ温度分布測定装置を提供する。
【解決手段】光ファイバ温度分布測定装置１は、所定の符号変調を行った光パルス列を光ファイバＦＢに入射させる送光部（符号発生部１０及び光源１１）と、光パルス列を光ファイバＦＢに入射させて得られる後方ラマン散乱光を受光する受光部（光フィルタ１４及び光電変換回路１５ａ，１５ｂ）と、受光部からの受光信号と送光部で行われる符号変調の種類に応じた符号列との相関処理を施すことにより復調を行う復調部１８と、送光部からインパルス状のパルス光が出力されたとした場合に得られる受光部の受光信号の歪みを補正し得る補正データＡＤを記憶する記憶部２０と、記憶部２０に記憶された補正データＡＤを用いて、復調部１８からの復調信号の補正を行う補正部２１とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバの長さ方向における温度分布を測定する光ファイバ温度分布測定装置に関する。

従来から、光ファイバをセンサとして用い、光ファイバの長さ方向における物理量の分布を測定する分布型測定装置の研究・開発が盛んに行われている。この分布型測定装置の一種に、光ファイバ内で生ずる後方ラマン散乱光（ストークス光及び反ストークス光）を測定して光ファイバの長さ方向における温度分布を測定する光ファイバ温度分布測定装置がある。尚、この光ファイバ温度分布測定装置は、Ｒ−ＯＴＤＲ（Raman Optical Time Domain Reflectmetry）とも呼ばれる。

具体的に、上記の光ファイバ温度分布測定装置は、光ファイバの一端からパルス状のレーザ光を光ファイバ内に入射させて、レーザ光が光ファイバ内を伝播することによって順次生ずる後方ラマン散乱光を光ファイバの一端側で順次受光する動作を繰り返す。そして、光ファイバの長手方向の測定点の各々におけるストークス光と反ストークス光との強度比（正確には、ストークス光の強度の平均値と反ストークス光の強度の平均値との比）を求めることによって光ファイバの長手方向における温度分布を測定している。

また、近年においては、ゴーレイ符号（Golay code）やバーカー符号（Barker code）を用いて符号変調した光パルス列を光ファイバに入射させ、光ファイバからの後方ラマン散乱光を受光して得られる受光信号に対して相関処理（復調）を行うことで、ダイナミックレンジを向上させる光ファイバ温度分布測定装置も実現されている。以下の特許文献１には、ゴーレイ符号を用いて符号変調した光パルス列を光ファイバに入射させて温度分布を測定する従来の光ファイバ温度分布測定装置が開示されている。また、以下の特許文献２には、装置本体側の温度変化による測定誤差の発生を防ぐことが可能な従来の光ファイバ温度分布測定装置が開示されている。

特開２０１１−２４２１４１号公報 特開２０１１−２４２１４２号公報

ところで、ゴーレイ符号等を用いて変調した光パルス列を光ファイバに入射させて測定を行う光ファイバ温度分布測定装置では、光源或いは駆動回路（光源を駆動する駆動回路）の特性によって、光ファイバに入射させる光パルス列が忠実に変調されない場合がある。このような光パルス列を用いて光ファイバの測定を行うと、大きな温度変化が生じている箇所（温度変化点）や大きな損失変化が生じている箇所（損失変化点）において、温度測定値に歪み（誤差）が生ずる。このような歪みを補正する方法としては、歪みが生じた箇所の近傍で得られたデータを用いて補正する方法が考えられる。

しかしながら、光ファイバ内で生じたストークス光及び反ストークス光を受光して得られる受光信号の信号強度は、光ファイバの温度に依存して変化する。このため、上述した方法によって歪みを補正しようとしても期待する補正がなされずに、却って測定精度が悪化する場合があるという問題がある。また、光ファイバ温度分布測定装置の内部に設けられた送光部（上記の光源及び駆動回路を含む）及び受光部は温度依存性を有しており、光ファイバ温度分布測定装置の環境温度によっても上述した歪みの程度が変化するため、測定精度を向上させるには環境温度を考慮して歪みを適切に補正する必要がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、温度変化点や損失変化点における温度測定値の歪みを適切に補正することによって測定精度の向上を図ることが可能な光ファイバ温度分布測定装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の光ファイバ温度分布測定装置は、所定の符号変調を行った光パルス列を光ファイバ（ＦＢ）に入射させる送光部（１０、１１）と、前記光パルス列を前記光ファイバに入射させて得られる後方ラマン散乱光を受光する受光部（１４、１５ａ、１５ｂ）と、該受光部からの受光信号と前記送光部で行われる前記符号変調の種類に応じた符号列との相関処理を施すことにより復調を行う復調部（１８）とを備えており、該復調部から出力される復調信号を用いて前記光ファイバの長さ方向における温度分布を測定する光ファイバ温度分布測定装置（１、２）において、前記送光部からインパルス状のパルス光が出力されたとした場合に得られる前記受光部の受光信号の歪みを補正し得る補正データ（ＡＤ）を記憶する記憶部（２０）と、前記記憶部に記憶された前記補正データを用いて、前記復調部からの復調信号若しくは前記受光部からの受光信号の補正を行う補正部（２１、３０）とを備えることを特徴としている。
この発明によると、送光部からインパルス状のパルス光が出力されたとした場合に得られる受光部の受光信号の歪みを補正し得る補正データが記憶部に記憶され、記憶部に記憶された補正データを用いて復調部からの復調信号若しくは受光部からの受光信号を補正する処理が補正部によって行われる。
また、本発明の光ファイバ温度分布測定装置は、前記記憶部が、予め規定された複数の温度における補正データを記憶することを特徴としている。
また、本発明の光ファイバ温度分布測定装置は、装置内部の温度を測定する温度センサ（１３ｂ）を備えており、前記補正部が、前記温度センサで測定された温度に応じた補正データを前記記憶部から読み出して前記補正を行うことを特徴としている。
また、本発明の光ファイバ温度分布測定装置は、前記補正部が、前記温度センサで測定された温度が前記予め規定された複数の温度の何れにも該当しない場合には、前記温度センサで測定された温度に近い温度における補正データを補間したデータを用いて前記補正を行うことを特徴としている。
また、本発明の光ファイバ温度分布測定装置は、前記受光部が、前記後方ラマン散乱光に含まれるストークス光（ＳＴ）を受光する第１受光回路（１５ａ）と、反ストークス光（ＡＳ）を受光する第２受光回路（１５ｂ）とを備えており、前記記憶部が、前記ストークス光についての受光信号の歪みを補正し得る第１補正データと、前記反ストークス光についての受光信号の歪みを補正し得る第２補正データとを前記補正データとして記憶しており、前記補正部が、前記第１補正データを用いて前記復調部からの前記ストークス光についての復調信号若しくは前記受光部からの前記ストークス光についての受光信号の補正を行い、前記第２補正データを用いて前記復調部からの前記反ストークス光についての復調信号若しくは前記受光部からの前記反ストークス光についての受光信号の補正を行うことを特徴としている。
また、本発明の光ファイバ温度分布測定装置は、前記復調部が、前記補正部を兼ねており、前記復調と前記補正とを同時に行うことを特徴としている。

本発明によれば、送光部からインパルス状のパルス光が出力されたとした場合に得られる受光部の受光信号の歪みを補正し得る補正データを予め記憶部に記憶しておき、記憶部に記憶された補正データを用いて復調部からの復調信号若しくは受光部からの受光信号の補正を補正部が行っている。このため、温度変化点や損失変化点における温度測定値の歪みが適切に補正され、測定精度の向上を図ることができるという効果がある。

本発明の第１実施形態による光ファイバ温度分布測定装置の要部構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態による光ファイバ温度分布測定装置で用いられる補正データを説明するための図である。 本発明の第１実施形態における補正データ算出方法を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態において補正データを算出するために用いられるサンプルデータ群の波形例を示す図である。 本発明の第１実施形態において補正データを算出するために求められる擬似的なインパルス応答を示すデータの波形を示す図である。 本発明の第１実施形態による光ファイバ温度分布測定装置の測定結果の一例を示す図である。 本発明の第１実施形態による光ファイバ温度分布測定装置の測定結果の他の例を示す図である。 本発明の第２実施形態による光ファイバ温度分布測定装置の要部構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態による光ファイバ温度分布測定装置について詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態による光ファイバ温度分布測定装置の要部構成を示すブロック図である。図１に示す通り、本実施形態の光ファイバ温度分布測定装置１は、符号発生部１０（送光部）、光源１１（送光部）、方向性結合器１２、温度基準部１３、光フィルタ１４（受光部）、光電変換回路（Ｏ／Ｅ）１５ａ，１５ｂ（受光部）、増幅回路１６ａ，１６ｂ、Ａ／Ｄ変換回路１７ａ，１７ｂ、復調部１８、平均化回路１９、記憶部２０、補正部２１、及び演算部２２を備える。

この光ファイバ温度分布測定装置１は、コネクタＣＮに接続される光ファイバＦＢ内で生ずる後方ラマン散乱光（ストークス光及び反ストークス光）を受光して光ファイバＦＢの長さ方向における温度分布を測定する光ファイバ測定装置（Ｒ−ＯＴＤＲ）である。ここで、光ファイバＦＢは、例えば数ｋｍ〜数十ｋｍ程度の長さを有する石英系マルチモード光ファイバを用いることができる。尚、シングルモード光ファイバを用いてもよい。

符号発生部１０は、光源１１から射出される光パルス列がゴーレイ符号を用いて符号変調された光パルス列となるような駆動信号（符号）を生成して光源１１に出力する。また、符号発生部１０は、上記の駆動信号とともに、平均化回路１９を動作させるタイミングを規定するタイミング信号も出力する。ここで、ｎビット（例えば、６４ビット）のゴーレイ符号は、以下の（１）式で表される２種類の符号列Ａ０，Ｂ０であり、それぞれ（−１）と（＋１）の要素からなる双極性相関符号である。但し、光は負のパワーを有さないため、符号発生部１０は、Ａ＋，Ａ−，Ｂ＋，Ｂ−なる４種類の符号列を生成する。

光源１１は、例えば半導体レーザ等を備えており、符号発生部１０から駆動信号が出力されるタイミングでパルス状のレーザ光の射出することにより、上記の駆動信号に応じた光パルス列を射出する。尚、光源１１から射出されるレーザ光の波数をｋ０とする。方向性結合器１２は、光源１１から射出されたレーザ光が温度基準部１３に導かれ、且つ、光ファイバＦＢで生じた後方散乱光が光フィルタ１４に導かれるよう、光源１１、温度基準部１３、及び光フィルタ１４を光学的に結合する。

温度基準部１３は、巻回された光ファイバ１３ａと温度センサ１３ｂとを備えており、光ファイバ温度分布測定装置１内部の温度（基準温度）を得るためのものである。光ファイバ１３ａは、一端が方向性結合器１２と光学的に結合され、他端がコネクタＣＮ（光ファイバＦＢの一端が接続されるコネクタ）と光学的に結合された数十〜数百ｍ程度の全長を有する光ファイバである。温度センサ１３ｂは、例えば白金測温抵抗体を備えており、光ファイバ１３ａの近傍の温度を測定する。この温度センサ１３ｂの測定結果は、補正部２１及び演算部２２に出力される。

光フィルタ１４は、方向性結合器１２からの後方散乱光に含まれる後方ラマン散乱光（ストークス光ＳＴ及び反ストークス光ＡＳ）を抽出するとともに、ストークス光ＳＴと反ストークス光ＡＳとを分離して出力するフィルタである。尚、光ファイバＦＢで生ずるラマンシフト（波数）をｋｒとすると、ストークス光ＳＴの波数はｋ０−ｋｒで表され、反ストークス光ＡＳの波数はｋ０＋ｋｒで表される。

光電変換回路１５ａ（第１受光回路）及び光電変換回路１５ｂ（第２受光回路）は、例えばアバランシェ・フォトダイオード等の受光素子を備えており、光フィルタ１４から出力されるストークス光ＳＴ及び反ストークス光ＡＳをそれぞれ光電変換する。増幅回路１６ａ，１６ｂは光電変換回路１５ａ，１５ｂから出力される光電変換信号をそれぞれ所定の増幅率で増幅する。

Ａ／Ｄ変換回路１７ａ，１７ｂは、増幅回路１６ａ，１６ｂで増幅された光電変換信号をサンプリングし、ディジタル化したサンプルデータを出力する。これらＡ／Ｄ変換回路１７ａ，１７ｂは、コネクタＣＮの位置を原点とし、光ファイバＦＢの長手方向に一定間隔（例えば、１［ｍ］の間隔）で設定されたサンプルポイント（測定点）において生ずる後方ラマン散乱光（ストークス光ＳＴ及び反ストークス光ＡＳ）の光電変換信号をサンプリングするように動作タイミングが規定される。

復調部１８は、Ａ／Ｄ変換回路１７ａ，１７ｂから出力されるサンプルデータと、符号発生部１０で用いられるゴーレイ符号との相関処理を施すことによって復調を行う。具体的に、復調部１８は、Ａ／Ｄ変換回路１７ａ，１７ｂから出力されるサンプルデータの各々に対して以下の（２）式に示す相互相関を演算することによって、Ａ／Ｄ変換回路１７ａ，１７ｂから出力されるサンプルデータの信号強度Ｑ１をそれぞれ求める。

ここで、上記（２）式中のＳ（Ａ＋），Ｓ（Ａ−），Ｓ（Ｂ＋），Ｓ（Ｂ−）は、符号列Ａ＋，Ａ−，Ｂ＋，Ｂ−によって変調された光パルス列をそれぞれ光ファイバＦＢに入射させたときに得られるサンプルデータ群である。また、上記（２）式中に示す演算子（記号「○」の中に記号「×」が付された演算子）は、畳み込み演算（コンボリューション）を示す演算子である。

平均化回路１９は、符号発生部１０からのタイミング信号によって動作し、光源１１から複数回に亘って射出される光パルス列が光ファイバＦＢに入射される度に得られる復調部１８からのサンプルデータ群（ストークス光ＳＴについてのサンプルデータ群及び反ストークス光ＡＳについてのサンプルデータ群）をそれぞれ平均化する。光ファイバＦＢで生ずる後方ラマン散乱光（ストークス光ＳＴ及び反ストークス光ＡＳ）は微弱であるため、光ファイバＦＢに対して複数回に亘ってレーザ光を入射させて得られるサンプルデータを平均化することにより、所望の信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）を得ている。

記憶部２０は、平均化回路１９から出力されるサンプルデータ群（ストークス光ＳＴについてのサンプルデータ群及び反ストークス光ＡＳについてのサンプルデータ群）の歪みを補正し得る補正データＡＤを記憶する。この補正データＡＤは、大きな温度変化が生じている箇所（温度変化点）や大きな損失変化が生じている箇所（損失変化点）で得られるインパルス応答の歪みを補正し得るデータである。

図２は、本発明の第１実施形態による光ファイバ温度分布測定装置で用いられる補正データを説明するための図である。図２に示す通り、補正データＡＤは、ストークス光ＳＴについてのサンプルデータ群の歪みを補正し得る補正データ（第１補正データ）と、反ストークス光ＡＳについてのサンプルデータ群の歪みを補正し得る補正データ（第２補正データ）とからなる。このように、ストークス光ＳＴについての補正データと反ストークスＡＳについての補正データとを別々に設けるのは、ストークス光ＳＴ及び反ストークス光ＡＳに対する光フィルタ１４及び光電変換回路１５ａ，１５ｂの特性がそれぞれ異なるからである。

また、図２に示す通り、上述したストークス光ＳＴについての補正データ及び反ストークスＡＳについての補正データは、予め規定された複数の温度（図２に示す例では、４℃刻みの温度）毎に用意されている。このように、複数の温度毎に補正データを用意するのは、光源１１、光フィルタ１４、及び光電変換回路１５ａ，１５ｂが温度特性を有するためである。尚、温度変化点における温度変化が２０℃である場合に、歪みに起因する温度変化は約０．５℃であるため、図２に示す通り４℃刻みで温度データを用意することにより約０．１℃の測定精度が得られることになる。

ここで、図２においては、理解を容易にするために、０℃から４℃刻みの温度（０℃、４℃、８℃、…）おけるストークス光ＳＴについての補正データをｄ１０１、ｄ１０２、ｄ１０３、…と表記し、反ストークス光ＳＴについての補正データをｄ２０１、ｄ２０２、ｄ２０３、…と表記している。しかしながら、これらの補正データは、単純な１つのデータではなく複数のデータからなるもの（データ列又はデータ群）である。

尚、詳細は後述するが、補正データＡＤは、光ファイバＦＢがコネクタＣＮに接続されていない状態で、温度基準部１３に設けられた光ファイバ１３ａにパルス光を入射させて得られるサンプルデータ群（平均化回路１９で得られるサンプルデータ群）をコンピュータ（図示省略）に読み出し、読み出したサンプルデータに対して演算を施すことによって求められる。ここで、補正データＡＤを求める際に光ファイバＦＢを用いずに光ファイバ１３ａを用いるのは、温度変化点や損失変化点におけるインパルス応答をより正確に求めるためである。尚、求められた補正データＡＤは、光ファイバＦＢがコネクタＣＮに接続されて測定が開始される前に予め記憶部２０に記憶される。

補正部２１は、記憶部２０に記憶された補正データＡＤを用いて平均化回路１９から出力されるサンプルデータ群（ストークス光ＳＴについてのサンプルデータ群及び反ストークス光ＡＳについてのサンプルデータ群）をそれぞれ補正する。具体的に、補正部２１は、温度センサ１３ｂの測定結果で示される温度に応じた補正データＡＤを記憶部２０から読み出し、読み出した補正データＡＤとストークス光ＳＴについてのサンプルデータ群との畳み込み演算、及び読み出した補正データＡＤと反ストークス光ＡＳについてのサンプルデータ群との畳み込み演算をそれぞれ行う。

ここで、補正部２１は、温度センサ１３ｂの測定結果で示される温度における補正データが記憶部２０に記憶されていない場合には、温度センサ１３ｂの測定結果に近い温度における補正データを記憶部２０から複数読み出し、読み出した複数のデータを補間したデータを用いて上述した補正を行うようにしても良い。例えば、温度センサ１３ｂの測定結果で示される温度が２６℃である場合には、図２に示す温度２４℃における補正データ「ｄ１０７」，「ｄ２０７」と、温度２８℃における補正データ「ｄ１０８」，「ｄ２０８」とを読み出す。そして、補正データ「ｄ１０７」，「ｄ１０８」を直線補間したデータを用いてストークス光ＳＴについてのサンプルデータ群を補正し、補正データ「ｄ２０７」，「ｄ２０８」を直線補間したデータを用いて反ストークス光ＡＳについてのサンプルデータ群を補正する。

演算部２２は、温度センサ１３ｂの測定結果を参照しつつ、補正部２１で補正されたストークス光ＳＴについてのサンプルデータ群と、補正部２１で補正された反ストークス光ＡＳについてのサンプルデータ群とを用いて、サンプルポイント（測定点）毎の強度比を求める演算を行う。かかる演算によってサンプルポイント毎の温度が求められ、これにより光ファイバＦＢの長さ方向における温度分布が得られる。

次に、本実施形態の光ファイバ温度分布測定装置１の動作について説明する。以下では、まず温度分布測定装置１で用いられる補正データＡＤを求める方法（以下、「補正データ算出方法」という）について説明し、次に光ファイバＦＢを用いて光ファイバＦＢの長手方向における温度分布を温度分布測定装置１で測定する動作（以下、「温度分布測定動作」という）について説明する。

〈補正データ算出方法〉
図３は、本発明の第１実施形態における補正データ算出方法を示すフローチャートである。図３に示す通り、まず光ファイバ温度分布測定装置１のコネクタＣＮから光ファイバＦＢを取り外した状態で、光ファイバ温度分布測定装置１の内部の温度を変えつつ光ファイバ１３ａの特性を測定する動作が行われる（ステップＳ１１）。

具体的には、光ファイバ温度分布測定装置１の内部温度を目標温度に設定した上で、光源１１からのパルス光を光ファイバ１３ａに入射させ、光ファイバ１３ａから得られる後方ラマン散乱光（ストークス光ＳＴ及び反ストークス光ＡＳ）を測定する動作が、目標温度を変えながら繰り返し行われる。これにより、各目標温度におけるストークス光ＳＴについてのサンプルデータ群、及び反ストークス光ＡＳについてのサンプルデータ群が平均化回路１９で求められる。

以上の動作が終了すると、測定されたサンプルデータ群をコンピュータに読み出す作業が行われる（ステップＳ１２）。例えば、光ファイバ温度分布測定装置１にパーソナルコンピュータを接続して、平均化回路１９で求められた各温度についてのサンプルデータ群（ストークス光ＳＴについてのサンプルデータ群、及び反ストークス光ＡＳについてのサンプルデータ群）をパーソナルコンピュータに読み出す作業が行われる。

サンプルデータ群の読み出しが完了すると、読み出した各温度のサンプルデータ群に対するデータ処理（切出し処理及び合成処理）を行って、各温度のサンプルデータ群をインパルス応答を示すデータに変換する処理がコンピュータで行われる（ステップＳ１３）。このような変換を行うのは、光ファイバ温度分布測定装置１の大幅なコスト上昇を招くことなくインパルス応答を求めるためである。

ここで、インパルス応答を求めるには、本来であればパルス幅が極めて狭いパルス光を光源１１から射出して光ファイバ１３ａに入射させて、光ファイバ１３ａ内で発生する後方ラマン散乱光を測定する必要がある。しかしながら、光源１１から射出されるパルス光のパルス幅を狭くするには光ファイバ温度分布測定装置１の構成を変える必要があり、大幅なコスト上昇を招いてしまう。そこで、本実施形態では、サンプルデータ群に対するデータ処理を行ってインパルス応答を擬似的に求めることにより、大幅なコスト上昇を招くことなくインパルス応答を得るようにしている。

図４は、本発明の第１実施形態において補正データを算出するために用いられるサンプルデータ群の波形例を示す図である。尚、図３においては、コネクタＣＮの位置を原点とした距離を横軸にとり、後方ラマン散乱光の信号レベルを縦軸にとってある。尚、コネクタＣＮから光源１１側に距離Ｄ［ｍ］だけ離れた位置（距離−Ｄ［ｍ］の位置）には、光ファイバ１３ａの一端（光源１１からのパルス光が入射される端部）が配置されている。

図４中において、符号Ｗ１を付した曲線は、ストークス光ＳＴについてのサンプルデータ群の波形を示す曲線であり、符号Ｗ２を付した曲線は、反ストークス光ＡＳについてのサンプルデータ群の波形を示す曲線である。これらの波形Ｗ１，Ｗ２を参照すると、ストークス光ＳＴについてのサンプルデータ群及び反ストークス光ＡＳについてのサンプルデータ群は何れも、光ファイバ１３ａの一端（距離−Ｄ［ｍ］の位置）において信号レベルが急激に立ち上がり、光ファイバ１３ａの内部において徐々に信号レベルが下降し、コネクタＣＮの位置（原点）において信号レベルが急激に立ち下がる変化を示す。尚、ストークス光ＳＴについてのサンプルデータ群は、反ストークス光ＡＳについてのサンプルデータ群よりも全体的に信号レベルが高い。

図４に示す信号レベルの変化を示すサンプルデータ群が得られた場合には、信号レベルが急激に立ち上がっている部分（距離−Ｄ［ｍ］の位置）のサンプルデータ群と、信号レベルが急激に立ち下がっている部分（原点）のサンプルデータ群とが切り出され、切り出されたサンプルデータ群を合成する処理が行われる。かかる処理によって、徐々に信号レベルが下降する部分（光ファイバ１３ａの内部における部分）のサンプルデータ群が除かれ、図５に示す擬似的なインパルス応答を示すデータが求められる。

図５は、本発明の第１実施形態において補正データを算出するために求められる擬似的なインパルス応答を示すデータの波形を示す図である。尚、図５中において、符号Ｗ１１を付した曲線は、ストークス光ＳＴについてのサンプルデータ群に対するデータ処理を行って得られるデータの波形を示す曲線であり、符号Ｗ１２を付した曲線は、反ストークス光ＡＳについてのサンプルデータ群に対するデータ処理を行って得られるデータの波形を示す曲線である。

図５を参照すると、波形Ｗ１，Ｗ２は何れも、おおむねδ関数的な変化を示すものであることが分かる。但し、立ち上がりの開始部分及び立ち下がりの終了部分においては波形が乱れており、インパルス応答の歪みが生じていることが分かる。また、図５を参照すると、ストークス光ＳＴについてのインパルス応答の歪み、及び反ストークス光ＡＳについてのインパルス応答の歪みがそれぞれ異なっていることが分かる。これは、ストークス光ＳＴ及び反ストークス光ＡＳに対する光フィルタ１４及び光電変換回路１５ａ，１５ｂの特性がそれぞれ異なるからである。

以上の処理が終了すると、ステップＳ１３で求められた各温度の擬似的なインパルス応答を示すデータを、インパルス応答の歪みを補正し得る補正データＡＤに変換する処理がコンピュータで行われる（ステップＳ１４）。具体的には、ステップＳ１３で得られたデータをｈ（ｉ）とすると、以下の（３）式で示す関係が成立するデータｈ^−１（ｉ）を求める処理が行われる。つまり、データｈ（ｉ）とデータｈ^−１（ｉ）とを畳み込んだ結果が、「０００…００１００…０００」となるデータｈ^−１（ｉ）を求める処理が行われる。

いま、説明の簡単のために、ｈ＝｛ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ｝、ｈ^−１＝｛Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ｝とすると、ステップＳ１４の処理では、例えば、中心を含む前半部分のデータ（ａ，ｂ，ｃ）及び（Ａ，Ｂ，Ｃ）と、後半部分のデータ（ｄ，ｅ）及び（Ｄ，Ｅ）とに分け、各部分のデータについて（３）式で示す関係が成立するデータｈ^−１（ｉ）を求める処理が行われる。

例えば、上記の前半部分のデータ（ａ，ｂ，ｃ）及び（Ａ，Ｂ，Ｃ）について、上記（３）式に示す演算を行うと、以下の（４）式が得られる。

そして、上記（４）式が｛０，０，０，０，１｝となるデータ（Ａ，Ｂ，Ｃ）を求める処理が行われ、Ｃ＝１／ｃ，Ｂ＝−ｂ／ｃ^２，Ａ＝−ａ／ｃ^２＋ｂ／ｃ^３が得られる。後半部分のデータについても前半部分のデータと同様の演算が行われる。以上の処理によって、インパルス応答の歪みを補正し得る補正データが求められる。

以上の処理が終了すると、求められた各温度の補正データＡＤを光ファイバ温度分布測定装置１の記憶部２０に記憶させる作業が行われる（ステップＳ１５）。例えば、再び光ファイバ温度分布測定装置１にパーソナルコンピュータを接続して、パーソナルコンピュータで求められた各温度の補正データＡＤ（ストークス光ＳＴについての補正データ、及び反ストークス光ＡＳについての補正データ）を記憶部２０に記憶する作業が行われる。

〈温度分布測定動作〉
動作が開始されると、符号発生部１０から駆動信号が出力され、この駆動信号に基づいて光源１１からはゴーレイ符号を用いて符号変調された光パルス列が順次射出される。この光パルス列は、方向性結合器１２、温度基準部１３、及びコネクタＣＮを順に介して光ファイバＦＢに入射し、光ファイバＦＢ中を伝播する。光パルス列が光ファイバＦＢ中を進むと、後方ラマン散乱光（ストークス光ＳＴ及び反ストークス光ＡＳ）を含む後方散乱光が発生する。この後方散乱光は、光ファイバＦＢ中を光パルス列の進行方向とは逆方向に進み、コネクタＣＮ、温度基準部１３、及び方向性結合器１２を順に介して光フィルタ１４に入射する。そして、光フィルタ１４において、ストークス光ＳＴと反ストークス光ＡＳとが抽出されて分離される。

ストークス光ＳＴ及び反ストークス光ＡＳは、光電変換回路１５ａ，１５ｂでそれぞれ光電変換されて、それらの光電変換信号が増幅回路１６ａ，１６ｂでそれぞれ増幅される。増幅回路１６ａ，１６ｂで増幅された光電変換信号は、Ａ／Ｄ変換回路１７ａ，１７ｂにおいてそれぞれサンプリングされる。これらＡ／Ｄ変換回路１７ａ，１７ｂでサンプリングされたサンプルデータは復調部１８に出力され、符号発生部１０で用いられるゴーレイ符号との相関処理が施されてそれぞれ復調される。復調部１８で復調されたサンプルデータは、平均化回路１９に出力され、光ファイバＦＢの長手方向に設定されたサンプルポイント数分のサンプルデータ群がそれぞれ蓄えられる。

ゴーレイ符号を用いて符号変調された光パルス列が光ファイバＦＢに入射される度に以上の処理が繰り返し行われ、Ａ／Ｄ変換回路１７ａ，１７ｂから順次サンプルポイント数分のサンプルデータ群がそれぞれ出力される。そして、Ａ／Ｄ変換回路１７ａから順次出力されるストークス光ＳＴについてのサンプルデータ群が平均化回路１９でサンプルポイント毎に平均化されるとともに、Ａ／Ｄ変換回路１７ｂａから順次出力される反ストークス光ＡＳについてのサンプルデータ群が平均化回路１９でサンプルポイント毎に平均化される。

平均化回路１９における平均化処理が終了すると、平均化されたサンプルデータ群（ストークス光ＳＴについてのサンプルデータ群及び反ストークス光ＡＳについてのサンプルデータ群）の歪みを補正する処理が補正部２１でそれぞれ行われる。具体的には、温度センサ１３ｂの測定結果で示される温度に応じた補正データＡＤが記憶部２０から補正部２１に読み出され、読み出された補正データＡＤとストークス光ＳＴについてのサンプルデータ群との畳み込み演算、及び読み出した補正データＡＤと反ストークス光ＡＳについてのサンプルデータ群との畳み込み演算がそれぞれ行われる

ここで、温度センサ１３ｂの測定結果で示される温度における補正データが記憶部２０に記憶されていない場合には、温度センサ１３ｂの測定結果に近い温度における補正データが記憶部２０から補正部２１に複数読み出される。そして、読み出された複数のデータを補間したデータが補正部２１で求められ、このデータを用いて上述した畳み込み演算がそれぞれ行われる。

補正部２１における処理が終了すると、演算部２２において、補正されたストークス光ＳＴについてのサンプルデータ群と補正された反ストークス光ＡＳについてのサンプルデータ群とを用いて、サンプルポイント（測定点）毎の強度比が求められ、これによりサンプルポイント毎の温度が求められる。このようにして、光ファイバＦＢの長さ方向における温度分布が求められる。

図６は、本発明の第１実施形態による光ファイバ温度分布測定装置の測定結果の一例を示す図である。尚、図６に示す測定結果は、光ファイバＦＢの温度を一定の温度Ｔ１（例えば、２８［℃］程度）に設定したときに得られたものである。図６中の符号Ｌ１が付された曲線は、補正部２１による補正を行って得られた温度分布を示す曲線であり、符号Ｌ２が付された曲線は、補正部２１による補正を行わずに得られた温度分布を示す曲線である。

図６を参照すると、曲線Ｌ２は、光ファイバ温度分布測定装置１のコネクタＣＮに近い部分（距離が小さい部分）において温度Ｔ１から大きくずれているのに対し、曲線Ｌ１は、全体に亘って温度Ｔ１からのずれが小さいことが分かる。これにより、補正データＡＤを用いた補正を行うことによって、コネクタＣＮに近い損失変化点におけるサンプルデータ群の歪みが適切に補正されるのが分かる。

図７は、本発明の第１実施形態による光ファイバ温度分布測定装置の測定結果の他の例を示す図である。尚、図７に示す測定結果は、光ファイバＦＢの温度を一定の温度Ｔ２（例えば、１２［℃］程度）に設定し、且つ光ファイバ温度分布測定装置１の内部の温度を所定の温度ＴＤ（例えば、７０［℃］）に設定したときに得られたものである。図７中の符号Ｌ１１が付された曲線は、温度ＴＤにおける補正データを用いた補正を行って得られた温度分布を示す曲線であり、符号Ｌ１２が付された曲線は、温度ＴＤとは大きく異なる温度（例えば、２５［℃］）における補正データを用いた補正を行って得られた温度分布を示す曲線である。また、符号Ｌ１３が付された曲線は、補正部２１による補正を行わずに得られた温度分布を示す曲線である。

図７を参照すると、曲線Ｌ１３は、図６中の曲線Ｌ２と同様に、光ファイバ温度分布測定装置１のコネクタＣＮに近い部分（距離が小さい部分）において温度Ｔ２から大きくずれているのに対し、曲線Ｌ１１，Ｌ１２は、全体に亘って曲線Ｌ１３よりも温度Ｔ２からのずれが小さいことが分かる。ここで、曲線Ｌ１１，Ｌ１２を比較すると、曲線Ｌ１１は、光ファイバ温度分布測定装置１のコネクタＣＮに近い部分において、温度Ｔ２からのずれが曲線Ｌ１２よりも小さくなっていることが分かる。これにより、補正データＡＤを用いた補正を行えばコネクタＣＮに近い損失変化点におけるサンプルデータ群の歪みが補正されるが、光ファイバ温度分布測定装置１の内部温度に応じた適切な補正データ補正データＡＤを用いた補正を行うことによって、コネクタＣＮに近い損失変化点におけるサンプルデータ群の歪みがより適切に補正されるのが分かる。

以上の通り、本実施形態では、温度変化点や損失変化点で得られるインパルス応答の歪みを補正し得るデータである補正データＡＤを予め記憶部２０に記憶しておき、補正部２１が記憶部２０に記憶された補正データＡＤを用いて、平均化回路１９で平均化されたサンプルデータ群（ストークス光ＳＴ及び反ストークス光ＡＳについてのサンプルデータ群）の歪みを補正するようにしている。これにより、光源１１、光フィルタ１４、光電変換回路１５ａ，１５ｂ等の特性に応じて温度変化点や損失変化点におけるサンプルデータ群の歪みを適切に補正することができるため測定精度の向上を図ることができる。

〔第２実施形態〕
図８は、本発明の第２実施形態による光ファイバ温度分布測定装置の要部構成を示すブロック図である。図８に示す通り、本実施形態の光ファイバ温度分布測定装置２は、図１中の補正部２１を省略するとともに、図１中の復調部１８に変えて復調補正部３０を設けた構成である。

変復調補正部３０は、図１に示す光ファイバ温度分布測定装置１が備える復調部１８と補正部２１とを兼ねるものである。つまり、変復調補正部３０は、Ａ／Ｄ変換回路１７ａ，１７ｂから出力されるサンプルデータと、符号発生部１０で用いられるゴーレイ符号との相関処理を施すことによって復調をそれぞれ行うとともに、記憶部２０に記憶された補正データＡＤを用いてＡ／Ｄ変換回路１７ａ，１７ｂから出力されるサンプルデータの補正をそれぞれ行う。

ここで、図１に示す光ファイバ温度分布測定装置１の平均化回路１９から出力されるサンプルデータ群の信号強度Ｑ２は、以下の（５）式で表される。

また、補正部２１で用いられる補正データＡＤをＩとすると、補正部２１から出力されるサンプルデータ群（演算部２２に入力されるサンプルデータ群）の信号強度Ｑ３は以下の（６）式で表される。

上記（６）式は、以下の（７）式に変形することが可能である。

上記（６），（７）から、演算部２２に入力されるサンプルデータ群は、図１に示す補正部２１の補正が平均化回路１９の後段で行われた場合であっても、平均化回路１９の前段で行われた場合であっても、等しいものになることが分かる。このため、本実施形態では、図１に示す光ファイバ温度分布測定装置１が備える復調部１８と補正部２１とを兼ねる復調補正部３０を平均化回路１９の前段に設けて構成を簡略化している。尚、本実施形態の光ファイバ温度分布測定装置２の動作は、補正データＡＤを用いた補正が平均化回路１９の前段で行われる点を除いては、図１に示す光ファイバ温度分布測定装置１の動作と同様であるため、動作の詳細な説明は省略する。

本実施形態においては、温度変化点や損失変化点で得られるインパルス応答の歪みを補正し得るデータである補正データＡＤを予め記憶部２０に記憶しておき、復調補正部３０が、Ａ／Ｄ変換回路１７ａ，１７ｂから出力されるサンプルデータの復調を行うと同時に補正データＡＤを用いて歪みを補正するようにしている。これにより、光源１１、光フィルタ１４、光電変換回路１５ａ，１５ｂ等の特性に応じて温度変化点や損失変化点におけるサンプルデータ群の歪みを適切に補正することができるため測定精度の向上を図ることができる。

以上、本発明の実施形態による光ファイバ温度分布測定装置について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上述した実施形態では、ストークス光ＳＴと反ストークス光ＡＳとを光電変換回路１５ａ，１５ｂでそれぞれ光電変換し、これらの光電変換信号に対してＡ／Ｄ変換回路１７ａ，１７ｂでそれぞれサンプリングする構成について説明した。しかしながら、光周波数の領域でストークス光ＳＴと反ストークス光ＡＳとを同一のタイミングでサンプリングし、サンプリングされたストークス光ＳＴと反ストークス光ＡＳとを光電変換回路１５ａ，１５ｂを用いて個別に光電変換する構成であっても良い。かかる構成の場合には、Ａ／Ｄ変換回路１７ａ，１７ｂは省略される。また、本発明の光ファイバ温度分布測定装置は、上述したゴーレイ符号以外に、バーカー符号等を用いることもできる。

１，２ 光ファイバ温度分布測定装置
１０ 符号発生部
１１ 光源
１３ｂ 温度センサ
１４ 光フィルタ
１５ａ，１５ｂ 光電変換回路
１８ 復調部
２０ 記憶部
２１ 補正部
３０ 補正部
ＡＤ 補正データ
ＡＳ 反ストークス光
ＦＢ 光ファイバ
ＳＴ ストークス光

Claims (6)

1. 所定の符号変調を行った光パルス列を光ファイバに入射させる送光部と、前記光パルス列を前記光ファイバに入射させて得られる後方ラマン散乱光を受光する受光部と、該受光部からの受光信号と前記送光部で行われる前記符号変調の種類に応じた符号列との相関処理を施すことにより復調を行う復調部とを備えており、該復調部から出力される復調信号を用いて前記光ファイバの長さ方向における温度分布を測定する光ファイバ温度分布測定装置において、
   前記送光部からインパルス状のパルス光が出力されたとした場合に得られる前記受光部の受光信号の歪みを補正し得る補正データを記憶する記憶部と、
   前記記憶部に記憶された前記補正データを用いて、前記復調部からの復調信号若しくは前記受光部からの受光信号の補正を行う補正部と
   を備えることを特徴とする光ファイバ温度分布測定装置。
2. 前記記憶部は、予め規定された複数の温度における補正データを記憶することを特徴とする請求項１記載の光ファイバ温度分布測定装置。
3. 装置内部の温度を測定する温度センサを備えており、
   前記補正部は、前記温度センサで測定された温度に応じた補正データを前記記憶部から読み出して前記補正を行う
   ことを特徴とする請求項２記載の光ファイバ温度分布測定装置。
4. 前記補正部は、前記温度センサで測定された温度が前記予め規定された複数の温度の何れにも該当しない場合には、前記温度センサで測定された温度に近い温度における補正データを補間したデータを用いて前記補正を行うことを特徴とする請求項３記載の光ファイバ温度分布測定装置。
5. 前記受光部は、前記後方ラマン散乱光に含まれるストークス光を受光する第１受光回路と、反ストークス光を受光する第２受光回路とを備えており、
   前記記憶部は、前記ストークス光についての受光信号の歪みを補正し得る第１補正データと、前記反ストークス光についての受光信号の歪みを補正し得る第２補正データとを前記補正データとして記憶しており、
   前記補正部は、前記第１補正データを用いて前記復調部からの前記ストークス光についての復調信号若しくは前記受光部からの前記ストークス光についての受光信号の補正を行い、前記第２補正データを用いて前記復調部からの前記反ストークス光についての復調信号若しくは前記受光部からの前記反ストークス光についての受光信号の補正を行う
   ことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ温度分布測定装置。
6. 前記復調部は、前記補正部を兼ねており、前記復調と前記補正とを同時に行うことを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の光ファイバ温度分布測定装置。

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