JP2016176858A - 光ファイバ温度測定装置、光ファイバの温度測定方法及び光ファイバの温度測定プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】光ファイバ温度測定装置や光ファイバに異常が発生した際、異常が発生した箇所を正確に判定することができる。【解決手段】光ファイバ内にパルス光を照射する光源と、光ファイバ内で生じたラマン散乱光を受光する受光系と、光源及び受光系の動作を制御する制御部と、を備え、制御部は、光ファイバにおける所定部位の温度を算出する温度算出機能と、光ファイバに異常が生じているものと判定する光ファイバ診断機能と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバ温度測定装置、光ファイバの温度測定方法及び光ファイバの温度測定プログラムに関する。

従来より、例えば、光ファイバ内にパルス光を照射する光源と、光ファイバ内で生じたラマン散乱光を受光する受光系と、を備える光ファイバ温度測定装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。このような光ファイバ温度測定装置では、光源がパルス光を照射してから受光系がラマン散乱光を受光するまでの時間と、受光系が受光したラマン散乱光に含まれるストークス光の強度に対するラマン散乱光に含まれる反ストークス光の強度の比率と、から光ファイバにおける所定部位の温度を算出している。

特開２０１４−１７３８７７号公報

従来の光ファイバ温度測定装置では、光ファイバ等に発生した異常の診断を、光ファイバの終端部における温度の変化に基づいて行っている。例えば、光ファイバの終端部位の温度が該部位の温度の初期値よりも所定値以上低くなった（算出した光ファイバの終端部の温度のデータのばらつきが閾値を超過した）場合に、光ファイバ等に異常が発生していると判定している。しかしながら、このような異常の判定方法では、光ファイバに異常が発生しているのか、光ファイバ温度測定装置が備える光源や受光系に異常が発生しているのかを区別することができない。

本発明は、上記課題を解決し、光ファイバ温度測定装置や光ファイバに異常が発生した際、異常が発生した箇所を正確に判定することができる技術を提供することにある。

本発明の一態様によれば、
光ファイバ内にパルス光を照射する光源と、
前記光ファイバ内で生じたラマン散乱光を受光する受光系と、
前記光源及び前記受光系の動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記光源がパルス光を照射してから前記受光系がラマン散乱光を受光するまでの時間Ｔ、および前記受光系が受光したラマン散乱光に含まれるストークス光の強度Ａに対するラマン散乱光に含まれる反ストークス光の強度Ｂの比率Ｂ／Ａから、前記光ファイバにおける所定部位の温度を算出する温度算出機能と、
前記強度Ａとストークス光の基準強度Ａ０とを前記光ファイバの複数の部位でそれぞれ比較し、前記強度Ａが前記基準強度Ａ０未満になったら、前記光ファイバに異常が生じているものと判定する光ファイバ診断機能と、を備える光ファイバ温度測定装置が提供される。

本発明の他の態様によれば、
光源から光ファイバ内にパルス光を照射する工程と、
前記光ファイバ内で生じたラマン散乱光を受光系により受光する工程と、
前記光源がパルス光を照射してから前記受光系がラマン散乱光を受光するまでの時間Ｔ、および前記受光系が受光したラマン散乱光に含まれるストークス光の強度Ａに対するラマン散乱光に含まれる反ストークス光の強度Ｂの比率Ｂ／Ａから、前記光ファイバにおける所定部位の温度を制御部が備える温度算出機能により算出する工程と、
前記強度Ａとストークス光の基準強度Ａ０とを前記光ファイバの複数の部位でそれぞれ比較し、前記強度Ａが前記基準強度Ａ０未満になったら、前記光ファイバに異常が生じているものと前記制御部が備える光ファイバ診断機能により判定する工程と、を有する光ファイバの温度測定方法が提供される。

本発明のさらに他の態様によれば、
光源から光ファイバ内にパルス光を照射する手順と、
前記光ファイバ内で生じたラマン散乱光を受光系により受光する手順と、
前記光源がパルス光を照射してから前記受光系がラマン散乱光を受光するまでの時間Ｔ、および前記受光系が受光したラマン散乱光に含まれるストークス光の強度Ａに対するラマン散乱光に含まれる反ストークス光の強度Ｂの比率Ｂ／Ａから、前記光ファイバにおける所定部位の温度を温度算出機能により算出する手順と、
前記強度Ａとストークス光の基準強度Ａ０とを前記光ファイバの複数の部位でそれぞれ比較し、前記強度Ａが前記基準強度Ａ０未満になったら、前記光ファイバに異常が生じているものと光ファイバ診断機能により判定する手順と、をコンピュータに実行させる光ファイバの温度測定プログラムが提供される。

本発明によれば、光ファイバ温度測定装置や光ファイバに異常が発生した際、異常が発生した箇所を正確に判定することができる。

本発明の一実施形態にかかる光ファイバ温度測定装置の概略構成図である。 本発明の一実施形態にかかる光ファイバ温度測定装置に接続される制御部の概略構成図である。 本発明の一実施形態にかかる光ファイバ温度測定装置が備える光ファイバ診断機能により光ファイバを診断した結果の一例を示すグラフ図である。

＜本発明の一実施形態＞
（１）光ファイバ温度測定装置の構成
以下に、本発明の一実施形態にかかる光ファイバ温度測定装置１について、図１及び図２を参照しながら説明する。

図１に示すように、光ファイバ温度測定装置１は、光ファイバＦＢ内にパルス光を照射する光源２を備えている。光源２として、例えば所定のパルス幅のレーザ光を出射する半導体レーザを用いることができる。光源２には、後述のコントローラ（制御部）２０が電気的に接続されている。光源２は、コントローラ２０から出力されたパルス光を照射させる指示に応じて、パルス光を出射させるように構成されている。光源２は、コントローラ２０からの指示に応じて出射するパルス光の強度を調整可能に構成されていてもよい。

光ファイバＦＢは、光ファイバＦＢをセンサとして用いることで温度を測定する測定対象物の温度が光ファイバＦＢに効率よく伝わるように、測定対象物に沿って敷設されている。光ファイバＦＢとしては、例えば少なくともコアに石英（ＳｉＯ_２）が用いられたグレーデッドインデックス（ＧＩ）型のマルチモード光ファイバを用いることができる。

光源２と光ファイバＦＢとの間には、光ファイバＦＢとは異なる光ファイバであり、例えば加熱手段により一定温度に加熱される（一定温度に保たれる）リファレンスファイバ（校正用の光ファイバ）３が設けられている。リファレンスファイバ３は、その一端部（光源側端部）が光源２に光学的に接続され、他端部が光ファイバＦＢに接続されている。リファレンスファイバ３は例えば数メートル〜数百メートル程度の全長を有している。リファレンスファイバ３は巻き回されて例えば巻回体を形成している。

なお、リファレンスファイバ３（巻回体）の近傍には、リファレンスファイバ３の温度を測定する温度センサが設けられていることが好ましい。温度センサには、後述のコントローラ２０が電気的に接続されており、測定した温度情報を後述のコントローラ２０に送信可能に構成されている。

主に、リファレンスファイバ３、温度センサによりリファレンス部（校正部）が構成されている。

光源２とリファレンスファイバ３との間には、リファレンスファイバ３内、光ファイバＦＢ内で生じたラマン散乱光を受光する分光器４が設けられている。分光器４は、光源２から照射されたパルス光がリファレンスファイバ３内、光ファイバＦＢ内に入射して散乱することで生じた散乱光のうち、リファレンスファイバ３の光源側端部まで戻ってきたラマン散乱光（後方ラマン散乱光）を受光するように構成されている。また、分光器４は、受光したラマン散乱光を、光源２から照射されたパルス光（入射光）の波長よりも長波長側にシフトし、温度依存性が低いストークス光と、入射光の波長よりも短波長側にシフトし、温度依存性が高い反ストークス光（アンチストークス光）と、に分光するように構成されている。分光器４としては、例えば光学フィルタ、光カプラ（光スプリッタ）を用いることができる。

分光器４には、分光器４からストークス光を受光し、受光したストークス光の強度Ａを算出する第１の受光素子５と、分光器４から反ストークス光を受光し、受光した反ストークス光の強度Ｂを算出する第２の受光素子６と、が接続されている。第１の受光素子５、第２の受光素子６としては、例えばフォトディテクタを用いることができる。

第１の受光素子５、第２の受光素子６はそれぞれ、後述のコントローラ２０に電気的に接続されている。第１の受光素子５は、ストークス光を受光した時間及び算出したストークス光の強度Ａ（以下、「強度Ａ」ともいう）をコントローラ２０に送信可能に構成されている。第２の受光素子６は、反ストークス光を受光した時間及び算出した反ストークス光の強度Ｂ（以下、「強度Ｂ」ともいう）をコントローラ２０に送信可能に構成されている。

主に、分光器４、第１の受光素子５、第２の受光素子６により、受光系が構成されている。

光ファイバ温度測定装置１には、制御手段としての制御部（コントローラ）２０が電気的に接続されている。コントローラ２０は、光源２、温度センサ、第１の受光素子５、第２の受光素子６等の動作等をそれぞれ制御するように構成されている。例えば、コントローラ２０は、光源２に対してパルス光を照射させる指示を出力するように構成されている。コントローラ２０は、温度センサからの温度情報に応じてリファレンスファイバ３を加熱する加熱手段の温度を調整するように構成されている。

図２に示すように、コントローラ２０は、中央処理装置（ＣＰＵ）２１と、内部にメモリ領域を有するメモリ（ＲＡＭ）２２と、記憶手段としての記憶装置２３と、を備えたコンピュータとして構成されている。記憶装置２３としては、例えばＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）を用いることができる。ＲＡＭ２２、記憶装置２３等はそれぞれ、例えばＬＡＮ２６を介してＣＰＵ２２とデータ交換可能なように構成されている。コントローラ２０は、光ファイバ温度測定装置１（例えば受光系）からデータを受信してメモリ２２に渡したり、メモリに保管されているデータを光ファイバ温度測定装置１（例えば光源２）に送信するように構成されている。コントローラ２０には、キーボード、マウス等の入出力手段２４や、ディスプレイ装置等の表示手段２５等が接続されていてもよい。

また、記憶装置２３は、受光系から送信されたラマン散乱光を受光した時間Ｔ１（例えば第１の受光素子５がストークス光を受光した時間（以下、「ストークス光受光時間」ともいう）、第２の受光素子６が反ストークス光を受光した時間（以下、「反ストークス光受光時間」ともいう））の情報、ラマン散乱光に含まれるストークス光の強度Ａの情報、ラマン散乱光に含まれる反ストークス光の強度Ｂの情報が読み出し可能に格納するように構成されている。記憶装置２３は、例えばストークス光の強度Ａ（反ストークス光の強度Ｂ）の情報に、ラマン散乱光を受光した時間Ｔ１であるストークス光受光時間（反ストークス光受光時間）の情報を関連付けて読み出し可能に格納するように構成されていることが好ましい。

記憶装置２３内には、光源２からパルス光の照射が開始された時間Ｔ０の情報が読み出し可能に格納されている。また、記憶装置２３内には、例えば敷設直後の光ファイバＦＢ又はリファレンスファイバ３（以下、「光ファイバＦＢ等」ともいう。）のストークス光の強度がストークス光の基準強度（ストークス光の強度の初期値）Ａ０として読み出し可能に格納され、敷設直後の光ファイバＦＢ等の反ストークス光の強度が反ストークス光の基準強度（反ストークス光の強度の初期値）Ｂ０として読み出し可能に格納されている。

また、記憶装置２３内には、光ファイバ温度測定装置１に種々の機能を実現させるプログラムが読み出し可能に格納されている。コントローラ２０は、記憶装置２３内に保管されているプログラムを読み出して実行することで、後述の温度算出機能３０、光ファイバ診断機能３１、第１の光源診断機能３２、受光系診断機能３３、第２の光源診断機能３４等を実現させるように構成されている。

（温度算出機能）
温度算出機能３０は、例えば入出力手段２４が温度算出開始の情報を受け付けると、光ファイバＦＢ等の所定部位の温度を算出する。

具体的には、温度算出機能３０は、温度算出開始の情報を受け付けると、光源２からパルス光の照射が開始された時間Ｔ０の情報、受光系がラマン散乱光を受光した時間Ｔ１の情報を記憶装置２３から読み出し、光源２がパルス光を照射してから受光系がラマン散乱光を受光するまでの時間Ｔ（Ｔ＝Ｔ１−Ｔ０）を算出する。なお、時間Ｔは、ラマン散乱光が生じた光ファイバＦＢ等の部位からリファレンスファイバ３の光源側端部（光源側端）までの距離に依存する。

また、温度算出機能３０は、温度算出開始の情報を受け付けると、時間Ｔ１における（時間Ｔ１と関連付けられた）ストークス光の強度Ａの情報、時間Ｔ１における反ストークス光の強度Ｂの情報を記憶装置２３から読み出し、強度Ａに対する強度Ｂの比率Ｂ／Ａを算出する。Ｂ／Ａの値は、ラマン散乱光を生じさせた光ファイバＦＢ等の所定部位の温度に依存する。

温度算出機能３０は、上述の時間ＴおよびＢ／Ａの値から、ラマン散乱光を生じさせた光ファイバＦＢ等の所定部位の温度を算出する。

温度算出機能３０は、光ファイバＦＢの複数の部位の温度を算出することが好ましく、これにより光ファイバＦＢ等の温度分布を評価することができる。

温度算出機能３０は、光ファイバＦＢ等の所定部位の温度の算出結果を表示手段２５に表示させるように構成されていることが好ましい。

（光ファイバ診断機能）
光ファイバ診断機能３１は、例えば入出力手段２４が光ファイバ診断開始の情報を受け付けると、ストークス光の強度Ａの情報、ストークス光の基準強度Ａ０の情報を記憶装置２３内から読み出し、光ファイバＦＢに異常が生じていないか否かを診断する。

具体的には、光ファイバ診断機能３１は、強度Ａと基準強度Ａ０とを光ファイバＦＢの複数の部位でそれぞれ比較し、強度Ａが基準強度Ａ０未満になったら（例えば強度Ａと基準強度Ａ０との差が所定値以上になったら）、光ファイバＦＢに異常が生じているものと判定する。なお、光ファイバ診断機能３１による判定は、光ファイバＦＢから受光したラマン散乱光に含まれるストークス光の強度Ａ及び反ストークス光の強度Ｂに基づいて行われる。

光ファイバ診断機能３１は、光ファイバＦＢの診断結果を表示手段２５に表示させるように構成されていることが好ましい。

（第１の光源診断機能）
第１の光源診断機能３２は、コントローラ２０が光源２に対してパルス光を照射させる指示を出力した後、例えば入出力手段２４が第１の光源診断開始の情報を受け付けると、時間Ｔ１に関連付けられたストークス光の強度Ａの情報、ストークス光の基準強度Ａ０の情報、時間Ｔ１に関連付けられた反ストークス光の強度Ｂの情報、反ストークス光の基準強度Ｂ０の情報を記憶装置２３内から読み出し、光源２に異常が生じていないか否かを診断する。つまり、第１の光源診断機能３２は、光源２からパルス光が照射（出射）されているか否かを診断する。

具体的には、第１の光源診断機能３２は、強度Ａと基準強度Ａ０とを比較するとともに、強度Ｂと基準強度Ｂ０とを比較し、強度Ａが基準強度Ａ０未満になり、かつ、強度Ｂが基準強度Ｂ０未満になったら、光源２に異常が生じているものと判定する。

第１の光源診断機能３２による判定は、光源２の異常の判定をより正確に行う観点から、例えばリファレンスファイバ３から受光したラマン散乱光に含まれるストークス光の強度Ａ及び反ストークス光の強度Ｂに基づいて行われることが好ましい。第１の光源診断機能３２による判定が、光ファイバＦＢから受光したストークス光の強度Ａ及び反ストークス光の強度Ｂに基づいて行われると、光ファイバＦＢの温度が変化にともなって温度依存性が高い反ストークス光の強度Ｂが変化するため、光源２の異常の判定を正確に行うことができないことがある。

第１の光源診断機能３２は、光源２の診断結果を表示手段２５に表示させるように構成されていることが好ましい。

（受光系診断機能）
受光系診断機能３３は、コントローラ２０が光源２に対してパルス光を照射させる指示を出力した後、例えば入出力手段２４が受光系診断開始の情報を受け付けると、時間Ｔ１におけるストークス光の強度Ａの情報、ストークス光の基準強度Ａ０の情報、時間Ｔ１における反ストークス光の強度Ｂの情報、反ストークス光の基準強度Ｂ０の情報を記憶装置２３内から読み出し、受光系に異常が生じていないか否かを診断する。

具体的には、受光系診断機能３３は、強度Ａと基準強度Ａ０とを比較するとともに、強度Ｂと基準強度Ｂ０とを比較し、強度Ａのみが基準強度Ａ０未満になる、又は、強度Ｂのみが基準強度Ｂ０未満になったら、受光系に異常が生じているものと判定する。つまり、受光系診断機能３３は、強度Ａのみが基準強度Ａ０未満になり、かつ、強度Ｂは基準強度Ｂ０から変動がない場合、又は、強度Ｂのみが基準強度Ｂ０未満になり、かつ、強度Ａは基準強度Ａ０から変動がない場合に、受光系に異常が生じているものと判定する。なお、強度Ａ（強度Ｂ）が基準強度Ａ０（基準強度Ｂ０）から変動がないとは、強度Ａ（強度Ｂ）と基準強度Ａ０（基準強度Ｂ０）とが同じ値である場合のほか、強度Ａ（強度Ｂ）と基準強度Ａ０（基準強度Ｂ０）との差が所定範囲内である場合も含むものとする。

受光系診断機能３３による判定は、受光系の異常の判定をより正確に行う観点から、例えばリファレンスファイバ３から受光したラマン散乱光に含まれるストークス光の強度Ａ及び反ストークス光の強度Ｂに基づいて行われることが好ましい。受光系診断機能３３による判定が、光ファイバＦＢから受光したストークス光の強度Ａ及び反ストークス光の強度Ｂに基づいて行われると、光ファイバＦＢの温度が変化にともなって温度依存性が高い反ストークス光の強度Ｂが変化するため、受光系の異常の判定を正確に行うことができないことがある。

受光系診断機能３３は、受光系の診断結果を表示手段２５に表示させるように構成されていることが好ましい。

（第２の光源診断機能）
第２の光源診断機能３４は、コントローラ２０が光源２に対してパルス光を照射させる指示を出力した後、例えば入出力手段２４が第２の光源診断開始の情報を受け付けると、時間Ｔ１におけるストークス光の強度Ａの情報、基準強度Ａ０の情報、時間Ｔ１における反ストークス光の強度Ｂの情報、反ストークス光の基準強度Ｂ０の情報を記憶装置２３内から読み出し、光源２に異常が生じていないか否かを診断する。第２の光源診断機能３４は、光源２から照射されるパルス光の強度が強すぎないか否かを診断する。光源２から照射されるパルス光の強度が強すぎると、リファレンスファイバ３や光ファイバＦＢ中で誘導ラマン散乱現象が生じ、リファレンスファイバ３内、光ファイバＦＢ内で生じるストークス光が増えることがある。その結果、上述のＢ／Ａの値を正確に算出することができず、温度算出機能３０により正確な温度を算出できないことがある。

具体的には、第２の光源診断機能３４は、強度Ａと基準強度Ａ０とを比較するとともに、強度Ｂと基準強度Ｂ０とを比較し、強度Ａのみが基準強度Ａ０よりも高くなったら、光源２に異常が生じているものと判定する。つまり、第２の光源診断機能３４は、強度Ａのみが基準強度Ａ０よりも高くなり、強度Ｂは基準強度Ｂ０から変動がない場合に、光源２に異常が生じているものと判定する。なお、強度Ｂが基準強度Ｂ０から変動がないとは、強度Ｂと基準強度Ｂ０とが同じ値である場合のほか、強度Ｂと基準強度Ｂ０との差が所定範囲内である場合も含むものとする。

第２の光源診断機能３４は、光源２の診断結果を表示手段２５に表示させるように構成されていることが好ましい。

（２）光ファイバの温度測定方法
続いて、光ファイバの温度測定方法の各工程について説明する。かかる光ファイバの温度測定の各工程は、上述の光ファイバ温度測定装置１により実施される。なお、以下の説明において、光ファイバ温度測定装置１を構成する各部の動作はコントローラ２０により制御される。

（パルス光照射工程）
コントローラ２０から光源２に対してパルス光を照射させる指示を出力し、光源２がパルス光を照射させる指示を受信すると、光源２から光ファイバＦＢ内へのパルス光の照射が開始される。光源２から照射されたパルス光は、リファレンスファイバ３の一端部（光源側端部）からリファレンスファイバ３内に入射し、リファレンスファイバ３を介して光ファイバＦＢ内に入射する。また、コントローラ２０は、光源２に対してパルス光を照射させる指示を出力した後、この指示を出力した時間を光源２からパルス光の照射が開始された時間Ｔ０として記憶装置２３内に読み出し可能に格納する。

（受光工程）
リファレンスファイバ３を介して光ファイバＦＢ内にパルス光が入射して散乱することで、リファレンスファイバ３内、光ファイバＦＢ内で散乱光が生じる。この散乱光のうち、リファレンスファイバ３の光源側端部まで戻ってきたラマン散乱光（後方ラマン散乱光）を、分光器４により受光する。そして、分光器４により、ラマン散乱光をストークス光と反ストークス光とに分光する。

分光器４で分光したストークス光を、分光器４に接続された第１の受光素子５により受光してストークス光の強度Ａを算出する。分光器４で分光した反ストークス光を、分光器４に接続された第２の受光素子６により受光して反ストークス光の強度Ｂを算出する。

第１の受光素子５がストークス光を受光した時間の情報及び第１の受光素子５により算出したストークス光の強度Ａの情報が、第１の受光素子５からコントローラ２０に送信される。また、第２の受光素子６が反ストークス光を受光した時間の情報及び第２の受光素子６により算出した反ストークス光の強度Ｂの情報が、第２の受光素子６からコントローラ２０に送信される。コントローラ２０に送信された強度Ａの情報は、ストークス光受光時間と関連付けられて記憶装置２３内に読み出し可能に格納される。コントローラ２０に送信された強度Ｂの情報も同様に、反ストークス光受光時間と関連付けられて記憶装置２３内に読み出し可能に格納される。

（温度算出工程）
例えば入出力手段２４が温度算出開始の情報の入力を受け付けると、温度算出開始の指示がコントローラ２０が備える温度算出機能３０に送信される。温度算出機能３０が温度算出開始の指示を受信すると、温度算出機能３０は、記憶装置２３内から、光源２からパルス光の照射が開始された時間Ｔ０の情報、受光系がラマン散乱光を受光した時間Ｔ１の情報（第１の受光素子５がストークス光を受光した時間の情報、第２の受光素子６が反ストークス光を受光した時間の情報）を読み出して取得する。そして、温度算出機能３０は、取得した時間Ｔ０の情報と時間Ｔ１の情報とから、光源２がパルス光を照射してから受光系がラマン散乱光を受光するまでの時間Ｔ（Ｔ＝Ｔ１−Ｔ０）を算出する。

また、温度算出機能３０が温度算出開始の指示を受信すると、温度算出機能３０は、時間Ｔ１における（時間Ｔ１と関連付けられた）ストークス光の強度Ａの情報、時間Ｔ１における反ストークス光の強度Ｂの情報を記憶装置２３から読み出し、強度Ａに対する強度Ｂの比率Ｂ／Ａを算出する。

そして、温度算出機能３０は、上述の時間ＴおよびＢ／Ａの値から、ラマン散乱光を生じさせた光ファイバＦＢ等の所定部位の温度を算出する。そして、温度算出機能３０は、光ファイバＦＢ等の所定部位の温度の算出結果を表示手段２５に表示させる。

（光ファイバ診断工程）
例えば入出力手段２４が光ファイバ診断開始の情報の入力を受け付けると、光ファイバ診断開始の指示がコントローラ２０が備える光ファイバ診断機能３１に送信される。光ファイバ診断機能３１が光ファイバ診断開始の指示を受信すると、光ファイバ診断機能３１は、記憶装置２３内から、光ファイバＦＢの複数の部位のストークス光の強度Ａの情報、ストークス光の基準強度Ａ０の情報をそれぞれ読み出して取得する。光ファイバ診断機能３１は、強度Ａと基準強度Ａ０とを光ファイバＦＢの複数の部位でそれぞれ比較し、強度Ａが基準強度Ａ０未満になったら（例えば強度Ａと基準強度Ａ０との差が所定値以上になったら）、光ファイバＦＢに異常が生じているものと判定する。そして、光ファイバ診断機能３１は、光ファイバＦＢの診断結果を表示手段２５に表示させる。

（第１の光源診断工程）
例えば入出力手段２４が第１の光源診断開始の情報の入力を受け付けると、第１の光源診断開始の指示がコントローラ２０が備える第１の光源診断機能３２に送信される。第１の光源診断機能３２が第１の光源診断開始の指示を受信すると、第１の光源診断機能３２は、記憶装置２３内から、時間Ｔ１におけるストークス光の強度Ａの情報、ストークス光の基準強度Ａ０の情報、時間Ｔ１における反ストークス光の強度Ｂの情報、反ストークス光の基準強度Ｂ０の情報を読み出して取得する。第１の光源診断機能３２は、強度Ａと基準強度Ａ０とを比較するとともに、強度Ｂと基準強度Ｂ０とを比較し、強度Ａが基準強度Ａ０未満になり、かつ、強度Ｂが基準強度Ｂ０未満になったら、光源２に異常が生じているものと判定する。そして、第１の光源診断機能３２は、光源２の診断結果を表示手段２５に表示させる。

（受光系診断工程）
例えば入出力手段２４が受光系診断開始の情報の入力を受け付けると、受光系診断開始の指示がコントローラ２０が備える受光系診断機能３３に送信される。受光系診断機能３３が受光系診断開始の指示を受信すると、受光系診断機能３３は、記憶装置２３内から、時間Ｔ１におけるストークス光の強度Ａの情報、ストークス光の基準強度Ａ０の情報、時間Ｔ１における反ストークス光の強度Ｂの情報、反ストークス光の基準強度Ｂ０の情報を読み出して取得する。受光系診断機能３３は、強度Ａと基準強度Ａ０とを比較するとともに、強度Ｂと基準強度Ｂ０とを比較し、強度Ａのみが基準強度Ａ０未満になる、又は、強度Ｂのみが基準強度Ｂ０未満になったら、受光系（特に、第１の受光素子５、又は第２の受光素子６）に異常が生じているものと判定する。そして、受光系診断機能３３は、受光系の診断結果を表示手段２５に表示させる。

（第２の光源診断工程）
例えば入出力手段２４が第２の光源診断開始の情報の入力を受け付けると、第２の光源診断開始の指示がコントローラ２０が備える第２の光源診断機能３４に送信される。第２の光源診断機能３４が第２の光源診断開始の指示を受信すると、第２の光源診断機能３４は、記憶装置２３内から、時間Ｔ１におけるストークス光の強度Ａの情報、基準強度Ａ０の情報、時間Ｔ１における反ストークス光の強度Ｂの情報、反ストークス光の基準強度Ｂ０の情報を読み出して取得する。第２の光源診断機能３４は、強度Ａと基準強度Ａ０とを比較するとともに、強度Ｂと基準強度Ｂ０とを比較し、強度Ａのみが基準強度Ａ０よりも高くなったら、光源２に異常が生じているものと判定する。そして、第２の光源診断機能３４は、光源２の診断結果を表示手段２５に表示させる。

（３）本実施形態にかかる効果
本実施形態によれば、以下に示す１つまたは複数の効果を奏する。

（ａ）コントローラ（制御部）２０が、光源２がパルス光を照射してから受光系がラマン散乱光を受光するまでの時間Ｔ、およびストークス光の強度Ａに対する反ストークス光の強度Ｂの比率Ｂ／Ａから、光ファイバＦＢ等の所定部位の温度を算出する温度算出機能３０と、温度を算出する際に用いるストークス光の強度Ａとストークス光の基準強度Ａ０とを用いて光ファイバＦＢに生じた異常を診断する光ファイバ診断機能３１と、を備えることで、温度算出機能３０により光ファイバＦＢの温度を算出しつつ、光ファイバ診断機能３１により光ファイバＦＢの診断を行うことができる。これにより、光ファイバＦＢに生じた異常をすぐに診断することができるため、光ファイバＦＢの温度をより正確に算出することができる。

（ｂ）光ファイバ診断機能３１が、光ファイバＦＢ内で生じたラマン散乱光に含まれるストークス光の強度Ａとストークス光の基準強度Ａ０とを比較し、強度Ａが基準強度Ａ０未満になったら光ファイバＦＢに異常が生じているものと判定することで、光ファイバＦＢに生じた異常を正確に診断することができる。例えば、光ファイバＦＢに衝撃が加わることによる光ファイバＦＢの変形や破損の発生を正確に診断することができる。

（ｃ）光ファイバ診断機能３１が、強度Ａとストークス光の基準強度Ａ０とを光ファイバＦＢの複数の部位でそれぞれ比較することで、光ファイバＦＢに異常が生じた際、異常が生じた光ファイバＦＢの箇所を正確に特定することができる。例えば、光ファイバＦＢに衝撃が加わることにより生じた光ファイバＦＢの変形位置や破損の位置を正確に特定することができる。

例えば、図３に光ファイバ診断機能３１による光ファイバＦＢの診断結果の一例であるグラフ図を示す。図３において、実線は光ファイバＦＢの所定部位での基準強度Ａ０を示し、破線は光ファイバＦＢの所定部位の強度Ａを示す。図３では、Ｘの地点を過ぎると、強度Ａが基準強度Ａ０未満になっていることが分かる。従って、光ファイバ診断機能３１は、Ｘの地点で光ファイバＦＢに異常が生じているものと診断することができる。

（ｄ）コントローラ２０が、第１の光源診断機能３２、第２の光源診断機能３４を備えることで、光ファイバ温度測定装置１が備える光源２に生じた異常を正確に診断することができる。例えば、光源２からパルス光が照射されているか否か、また光源２から照射されるパルス光の強度が強すぎないか否かを正確に診断することができる。これにより、光ファイバＦＢの温度をより正確に算出することができる。

（ｅ）コントローラ２０が受光系診断機能３３を備えることで、光ファイバ温度測定装置１が備える受光系に生じた異常を正確に診断することができる。これにより、光ファイバＦＢの温度をより正確に算出することができる。

（ｆ）光ファイバ診断機能３１、第１の光源診断機能３２、受光系診断機能３３、第２の光源診断機能３４がそれぞれ、温度算出機能３０により温度を算出する際に使用したパラメータであるストークス光の強度Ａ及び反ストークス光の強度Ｂを用いることで、追加の設備を設けることなく、光ファイバＦＢ、光ファイバ温度測定装置１（例えば光源２、受光系）に生じた異常を診断することができる。

（ｇ）第１の光源診断機能３２による判定、受光系診断機能３３による判定を、一定温度に加熱されたリファレンスファイバ３から受光したストークス光の強度Ａ及び反ストークス光の強度Ｂに基づいて行うことで、光ファイバ温度測定装置１に生じた異常をより正確に診断することができる。

（ｈ）温度算出機能３０による光ファイバの温度の算出（温度算出工程）、光ファイバ診断機能３１による光ファイバの診断（光ファイバ診断工程）、第１の光源診断機能３２による光源２の診断（第１の光源診断工程）、受光系診断機能３３による受光系の診断（受光系診断工程）、第２の光源診断機能３４による光源の診断（第２の光源診断工程）を同時並行的に行うことで、光ファイバＦＢの温度を算出しつつ、光ファイバＦＢの異常診断、光ファイバ温度測定装置１（光源２、受光系）の異常診断を行うことができる。なお、これらの各工程は、個別に行ってもよい。

ここで、参考までに、従来の光ファイバ温度測定装置における異常診断方法について説明する。従来の光ファイバ温度測定装置では、光ファイバＦＢや光ファイバ温度測定装置に生じた異常の診断を、光ファイバＦＢの終端部における温度の変化に基づいて行っている。このため、光ファイバＦＢ又は光ファイバ温度測定装置の少なくともいずれかに異常が生じていることは診断することができるが、光ファイバＦＢに生じた異常と光ファイバ温度測定装置に生じた異常とを区別することができない。これに対し、本実施形態にかかる発明では、リファレンスファイバ３、光ファイバＦＢ内に入射させたパルス光により得られた後方ラマン散乱光を用いて光ファイバＦＢ、光ファイバ温度測定装置に生じた異常の診断を行うことで、光ファイバＦＢに生じた異常と光ファイバ温度測定装置に異常とを区別して診断することができる。さらに、本実施形態にかかる発明では、光ファイバ温度測定装置が備える光源２に生じた異常と、受光系に生じた異常とを区別して診断することができる。

＜本発明の他の実施形態＞
本発明の技術的範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の構成要件やその組み合わせによって得られる特定の効果を導き出せる範囲において、種々の変更や改良を加えた形態も含む。

例えば、コントローラ２０は、記憶装置２３内に保管されているプログラムを読み出して実行することで、第２の受光系診断機能をさらに実現させるように構成されていてもよい。第２の受光系診断機能は、第１の光源診断機能３２により光源２に異常が生じていると診断され、例えば光源２を新しくしたり、光源２の修理等を行った直後に、第１の光源診断機能３２により再度光源２に異常が生じていると診断（判定）された場合は、受光系（特に分光器４、又は、第１の受光素子５及び第２の受光素子６）に異常が生じているものと診断する。

上述の実施形態では、ストークス光受光時間及び反ストークス光受光時間が同じ時間である場合について説明したが、これに限定されない。例えば、ストークス光受光時間と反ストークス光受光時間とが異なる場合、適当な補正を行い、補正後のストークス光受光時間（反ストークス光受光時間）を受光系がラマン散乱光を受光した時間Ｔ１にしてもよい。

上述の実施形態では、コントローラ２０は、受光系から送信されてきた受光系がラマン散乱光を受光した時間Ｔ１の情報、ストークス光の強度Ａの情報、反ストークス光の強度Ｂの情報を受信すると、これらの情報を記憶装置２３に一旦格納する場合について説明したが、これに限定されない。例えば、コントローラ２０は、受光系から送信されてきた時間Ｔ１の情報、強度Ａの情報、強度Ｂの情報を受信すると、例えばコントローラ２０が備えるＲＡＭ２２等に一旦保管した後、時間Ｔ１の情報、強度Ａの情報、強度Ｂの情報を温度算出機能３０に送信し、少なくとも強度Ａの情報を光ファイバ診断機能３１に送信し、少なくとも強度Ａの情報、強度Ｂの情報を第１の光源診断機能３２、受光系診断機能３３、第２の光源診断機能３４に送信するように構成されていてもよい。なお、時間Ｔ１の情報、強度Ａの情報、強度Ｂの情報を、ＲＡＭ２２等に一旦保管することなく、各情報を温度算出機能３０、光ファイバ診断機能３１、第１の光源診断機能３２、受光系診断機能３３、第２の光源診断機能３４にそれぞれ送信してもよい。これらの場合、温度算出機能３０は、少なくとも時間Ｔ１の情報を受信したら、時間Ｔ０の情報を記憶装置２３内から読み出すように構成されている。光ファイバ診断機能３１は、強度Ａの情報を受信したら、基準強度Ａ０の情報を記憶装置２３内から読み出すように構成されている。第１の光源診断機能３２、受光系診断機能３３、第２の光源診断機能３４はそれぞれ、強度Ａの情報、強度Ｂの情報を受信したら、基準強度Ａ０の情報、基準強度Ｂ０の情報を記憶装置２３内から読み出すように構成されている。

上述の実施形態では、敷設直後の光ファイバＦＢのストークス光の強度をストークス光の基準強度Ａ０とし、敷設直後の光ファイバＦＢの反ストークス光の強度を反ストークス光の基準強度Ｂ０とする場合について説明したが、これに限定されない。例えば、敷設直後の光ファイバＦＢのストークス光の強度よりも所定値だけ低い値をストークス光の基準強度Ａ０とし、敷設直後の光ファイバＦＢの反ストークス光の強度よりも所定値だけ低い値を反ストークス光の基準強度Ｂ０としてもよい。また、基準強度Ａ０、基準強度Ｂ０がそれぞれ所定の範囲を有していてもよい。例えば、光ファイバ診断機能３１は、強度Ａの値が基準強度Ａ０が有する範囲の下限値未満になったら、強度Ａが基準強度Ａ０未満になったと判定するように構成されていてもよい。

上述の実施形態では、光ファイバＦＢとして、ＧＩ型のマルチモード光ファイバを用いたが、これに限定されない。光ファイバＦＢとして、ステップインデックス（ＳＩ）型のシングルモードの光ファイバを用いてもよい。

上述の実施形態では、リファレンスファイバ３が一定温度に加熱される場合について説明したが、これに限定されない。例えばリファレンスファイバ３が一定温度に冷却されていてもよい。つまり、リファレンスファイバ３が一定温度に保たれていればよい。

＜本発明の好ましい態様＞
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。

［付記１］
本発明の一態様によれば、
光ファイバ内にパルス光を照射する光源と、
前記光ファイバ内で生じたラマン散乱光を受光する受光系と、
前記光源及び前記受光系の動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記光源がパルス光を照射してから前記受光系がラマン散乱光を受光するまでの時間Ｔ、および前記受光系が受光したラマン散乱光に含まれるストークス光の強度Ａに対するラマン散乱光に含まれる反ストークス光の強度Ｂの比率Ｂ／Ａから、前記光ファイバにおける所定部位の温度を算出する温度算出機能と、
前記強度Ａとストークス光の基準強度Ａ０とを前記光ファイバの複数の部位でそれぞれ比較し、前記強度Ａが前記基準強度Ａ０未満になったら、前記光ファイバに異常が生じているものと判定する光ファイバ診断機能と、を備える光ファイバ温度測定装置が提供される。

［付記２］
付記１の光ファイバ温度測定装置であって、好ましくは、
前記制御部は、
前記光源に対してパルス光を照射させる指示を出力した後、前記強度Ａと前記基準強度Ａ０とを比較するとともに前記強度Ｂと前記基準強度Ｂ０とを比較し、前記強度Ａが前記基準強度Ａ０未満になり、かつ、前記強度Ｂが前記基準強度Ｂ０未満になったら、前記光源に異常が生じているものと判定する第１の光源診断機能を備える。

［付記３］
付記１又は２の光ファイバ温度測定装置であって、好ましくは、
前記制御部は、
前記光源に対してパルス光を照射させる指示を出力した後、前記強度Ａと前記基準強度Ａ０とを比較するとともに前記強度Ｂと前記基準強度Ｂ０とを比較し、前記強度Ａのみが前記基準強度Ａ０未満になる、又は前記強度Ｂのみが前記基準強度Ｂ０未満になったら、前記受光系に異常が生じているものと判定する受光系診断機能を備える。

［付記４］
付記２又は３の光ファイバ温度測定装置であって、好ましくは、
前記光源と前記光ファイバとの間に配置され、一定温度に加熱されるリファレンスファイバを備え、
前記第１の光源診断機能及び前記受光系診断機能による判定は、前記リファレンスファイバから受光したラマン散乱光に含まれるストークス光及び反ストークス光に基づいて行われる。

［付記５］
付記１ないし４のいずれかの光ファイバ温度測定装置であって、好ましくは、
前記制御部は、
前記光源に対してパルス光を照射させる指示を出力した後、前記強度Ａと前記基準強度Ａ０とを比較するとともに前記強度Ｂと前記基準強度Ｂ０とを比較し、前記強度Ａのみが前記基準強度Ａ０よりも高くなったら、前記光源に異常が生じているものと判定する第２の光源診断機能を備える。

［付記６］
本発明の他の態様によれば、
光源から光ファイバ内にパルス光を照射する工程と、
前記光ファイバ内で生じたラマン散乱光を受光系により受光する工程と、
前記光源がパルス光を照射してから前記受光系がラマン散乱光を受光するまでの時間Ｔ、および前記受光系が受光したラマン散乱光に含まれるストークス光の強度Ａに対するラマン散乱光に含まれる反ストークス光の強度Ｂの比率Ｂ／Ａから、前記光ファイバにおける所定部位の温度を制御部が備える温度算出機能により算出する工程と、
前記強度Ａとストークス光の基準強度Ａ０とを前記光ファイバの複数の部位でそれぞれ比較し、前記強度Ａが前記基準強度Ａ０未満になったら、前記光ファイバに異常が生じているものと前記制御部が備える光ファイバ診断機能により判定する工程と、を有する光ファイバの温度測定方法が提供される。

［付記７］
付記６の光ファイバの温度測定方法であって、好ましくは、
前記光源に対してパルス光を照射させる指示を出力した後、前記強度Ａと前記基準強度Ａ０とを比較するとともに前記強度Ｂと反ストークス光の基準強度Ｂ０とを比較し、前記強度Ａが前記基準強度Ａ０未満になり、かつ、前記強度Ｂが前記基準強度Ｂ０未満になったら、前記光源に異常が生じているものと前記制御部が備える第１の光源診断機能により判定する工程を有する。

［付記８］
付記６又は７の光ファイバの温度測定方法であって、好ましくは、
前記光源に対してパルス光を照射させる指示を出力した後、前記強度Ａと前記基準強度Ａ０とを比較するとともに、前記強度Ｂと前記基準強度Ｂ０とを比較し、前記強度Ａのみが前記基準強度Ａ０未満になる、又は、前記強度Ｂのみが前記基準強度Ｂ０未満になったら、前記受光系に異常が生じているものと前記制御部が備える受光系診断機能により判定する工程を有する。

［付記９］
付記７又は８の光ファイバの温度測定方法であって、好ましくは、
前記第１の光源診断機能により判定する工程、前記受光系診断機能により判定する工程は、
前記光源と前記光ファイバとの間に配置され、一定温度に加熱されるリファレンスファイバから受光したラマン散乱光に含まれるストークス光及び反ストークス光に基づいて行う。

［付記１０］
付記６ないし９のいずれかの光ファイバの温度測定方法であって、好ましくは、
前記光源に対してパルス光を照射させる指示を出力した後、前記強度Ａと前記基準強度Ａ０とを比較するとともに、前記強度Ｂと前記基準強度Ｂ０とを比較し、前記強度Ａのみが前記基準強度Ａ０よりも高くなったら、前記光源に異常が生じているものと前記制御部が備える第２の光源診断機能により判定する工程を有する。

［付記１１］
本発明のさらに他の態様によれば、
光源から光ファイバ内にパルス光を照射する手順と、
前記光ファイバ内で生じたラマン散乱光を受光系により受光する手順と、
前記光源がパルス光を照射してから前記受光系がラマン散乱光を受光するまでの時間Ｔ、および前記受光系が受光したラマン散乱光に含まれるストークス光の強度Ａに対するラマン散乱光に含まれる反ストークス光の強度Ｂの比率Ｂ／Ａから、前記光ファイバにおける所定部位の温度を温度算出機能により算出する手順と、
前記強度Ａとストークス光の基準強度Ａ０とを前記光ファイバの複数の部位でそれぞれ比較し、前記強度Ａが前記基準強度Ａ０未満になったら、前記光ファイバに異常が生じているものと光ファイバ診断機能により判定する手順と、をコンピュータに実行させる光ファイバの温度測定プログラム、または、該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。

１ 光ファイバ温度測定装置
２ 光源
４ 分光器
５ 第１の受光素子
６ 第２の受光素子
２０ 制御部
ＦＢ 光ファイバ

Claims (7)

1. 光ファイバ内にパルス光を照射する光源と、
   前記光ファイバ内で生じたラマン散乱光を受光する受光系と、
   前記光源及び前記受光系の動作を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記光源がパルス光を照射してから前記受光系がラマン散乱光を受光するまでの時間Ｔ、および前記受光系が受光したラマン散乱光に含まれるストークス光の強度Ａに対するラマン散乱光に含まれる反ストークス光の強度Ｂの比率Ｂ／Ａから、前記光ファイバにおける所定部位の温度を算出する温度算出機能と、
   前記強度Ａとストークス光の基準強度Ａ０とを前記光ファイバの複数の部位でそれぞれ比較し、前記強度Ａが前記基準強度Ａ０未満になったら、前記光ファイバに異常が生じているものと判定する光ファイバ診断機能と、を備える
   光ファイバ温度測定装置。
2. 前記制御部は、
   前記光源に対してパルス光を照射させる指示を出力した後、前記強度Ａと前記基準強度Ａ０とを比較するとともに前記強度Ｂと前記基準強度Ｂ０とを比較し、前記強度Ａが前記基準強度Ａ０未満になり、かつ、前記強度Ｂが前記基準強度Ｂ０未満になったら、前記光源に異常が生じているものと判定する第１の光源診断機能を備える
   請求項１に記載の光ファイバ温度測定装置。
3. 前記制御部は、
   前記光源に対してパルス光を照射させる指示を出力した後、前記強度Ａと前記基準強度Ａ０とを比較するとともに前記強度Ｂと前記基準強度Ｂ０とを比較し、前記強度Ａのみが前記基準強度Ａ０未満になる、又は前記強度Ｂのみが前記基準強度Ｂ０未満になったら、前記受光系に異常が生じているものと判定する受光系診断機能を備える
   請求項１又は２に記載の光ファイバ温度測定装置。
4. 前記光源と前記光ファイバとの間に配置され、一定温度に加熱されるリファレンスファイバを備え、
   前記第１の光源診断機能及び前記受光系診断機能による判定は、前記リファレンスファイバから受光したラマン散乱光に含まれるストークス光及び反ストークス光に基づいて行われる
   請求項２又は３に記載の光ファイバ温度測定装置。
5. 前記制御部は、
   前記光源に対してパルス光を照射させる指示を出力した後、前記強度Ａと前記基準強度Ａ０とを比較するとともに前記強度Ｂと前記基準強度Ｂ０とを比較し、前記強度Ａのみが前記基準強度Ａ０よりも高くなったら、前記光源に異常が生じているものと判定する第２の光源診断機能を備える
   請求項１ないし４のいずれかに記載の光ファイバ温度測定装置。
6. 光源から光ファイバ内にパルス光を照射する工程と、
   前記光ファイバ内で生じたラマン散乱光を受光系により受光する工程と、
   前記光源がパルス光を照射してから前記受光系がラマン散乱光を受光するまでの時間Ｔ、および前記受光系が受光したラマン散乱光に含まれるストークス光の強度Ａに対するラマン散乱光に含まれる反ストークス光の強度Ｂの比率Ｂ／Ａから、前記光ファイバにおける所定部位の温度を制御部が備える温度算出機能により算出する工程と、
   前記強度Ａとストークス光の基準強度Ａ０とを前記光ファイバの複数の部位でそれぞれ比較し、前記強度Ａが前記基準強度Ａ０未満になったら、前記光ファイバに異常が生じているものと前記制御部が備える光ファイバ診断機能により判定する工程と、を有する
   光ファイバの温度測定方法。
7. 光源から光ファイバ内にパルス光を照射する手順と、
   前記光ファイバ内で生じたラマン散乱光を受光系により受光する手順と、
   前記光源がパルス光を照射してから前記受光系がラマン散乱光を受光するまでの時間Ｔ、および前記受光系が受光したラマン散乱光に含まれるストークス光の強度Ａに対するラマン散乱光に含まれる反ストークス光の強度Ｂの比率Ｂ／Ａから、前記光ファイバにおける所定部位の温度を温度算出機能により算出する手順と、
   前記強度Ａとストークス光の基準強度Ａ０とを前記光ファイバの複数の部位でそれぞれ比較し、前記強度Ａが前記基準強度Ａ０未満になったら、前記光ファイバに異常が生じているものと光ファイバ診断機能により判定する手順と、をコンピュータに実行させる
   光ファイバの温度測定プログラム。

Images