JP2506690Y2 - Distributed Optical Fiber-Temperature Sensor- - Google Patents

Distributed Optical Fiber-Temperature Sensor-

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JP2506690Y2
JP2506690Y2 JP6680090U JP6680090U JP2506690Y2 JP 2506690 Y2 JP2506690 Y2 JP 2506690Y2 JP 6680090 U JP6680090 U JP 6680090U JP 6680090 U JP6680090 U JP 6680090U JP 2506690 Y2 JP2506690 Y2 JP 2506690Y2
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JP
Japan
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optical fiber
light
stokes light
detector
stokes
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俊宏 今井
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  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)

Description

【考案の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本考案は、分布型光ファイバー温度センサーに関する
ものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial application] The present invention relates to a distributed optical fiber temperature sensor.

[従来の技術] 第3図に、従来の分布型光ファイバー温度センサーの
ブロック図、第4図及び第5図に従来の検出部の例を示
す。半導体レーザ(LD)等の光源1から出たレーザパル
スは、光方向性結合器2を通過し被測定光ファイバー3
に入射される。被測定光ファイバー3からは、この入射
光によりラマン散乱光が、入射方向とは逆向きに戻って
くる。ラマン散乱光は再び方向性結合器2を通過する
が、この光は光源1側光ファイバーと、検出部側の光フ
ァイバーに分割される。検出部側の光ファイバーから出
射された光は、反ストークス、ストークス成分に分けら
れ、それぞれ別の検出器4にて検出され、その後信号処
理される。ここで、5は増幅器、6は信号の平均化処理
等を行なう信号処理器で、7は更に測定データを解析し
たりディスプレイに表示するコンピュータである。その
検出部の、詳細が第4図と第5図である。例として2通
り挙げた。
[Prior Art] FIG. 3 shows a block diagram of a conventional distributed optical fiber temperature sensor, and FIGS. 4 and 5 show an example of a conventional detection unit. A laser pulse emitted from a light source 1 such as a semiconductor laser (LD) passes through an optical directional coupler 2 and an optical fiber 3 to be measured.
Is incident on. From the measured optical fiber 3, the incident light causes Raman scattered light to return in a direction opposite to the incident direction. The Raman scattered light passes through the directional coupler 2 again, and this light is split into an optical fiber on the light source 1 side and an optical fiber on the detection section side. The light emitted from the optical fiber on the detector side is divided into anti-Stokes and Stokes components, detected by different detectors 4, and then signal-processed. Here, 5 is an amplifier, 6 is a signal processor for averaging the signals, and 7 is a computer for further analyzing the measured data and displaying it on a display. Details of the detector are shown in FIGS. 4 and 5. Two examples are given as examples.

いずれの場合も調整の便宜上、ストークス、反ストー
クス光分波後、光ファイバー8を用いて検出部に導いて
いる。ここで、8は光ファイバー、9はストークス光と
反ストークス光を分波するフィルター、10は集光用レン
ズ、11は狭帯域フィルター、12はアバランシュフォトダ
イオード(APD)等の検出器、13は1×2光ファイバー
カプラーである。
In either case, for convenience of adjustment, after the Stokes and anti-Stokes light splitting, the light is guided to the detection unit using the optical fiber 8. Here, 8 is an optical fiber, 9 is a filter for demultiplexing Stokes light and anti-Stokes light, 10 is a condenser lens, 11 is a narrow band filter, 12 is a detector such as avalanche photodiode (APD), 13 is 1 × 2 Optical fiber coupler.

[考案の解決しようとする課題] 従来例の場合、問題となるのは2点あり、1つは光フ
ァイバー8で伝送することにより損失が大きいことで、
2つめは光ファイバー8に外部から圧力、温度変化等の
何らかの外乱が加わると、検出器12の受光レベルが変動
してしまうことであった。
[Problems to be Solved by the Invention] In the case of the conventional example, there are two problems, and one is that the loss is large due to transmission by the optical fiber 8.
Secondly, if some external disturbance such as pressure or temperature change is applied to the optical fiber 8, the light receiving level of the detector 12 will fluctuate.

第4図の例では、ストークス光と反ストークス光分波
後の光ファイバー8結合で損失50%、検出器15前面での
結合損失20%であり、結局40%程度の結合効率しか得ら
れない。
In the example of FIG. 4, the loss due to the coupling of the optical fiber 8 after the demultiplexing of the Stokes light and the anti-Stokes light is 50%, and the coupling loss at the front surface of the detector 15 is 20%, so that only a coupling efficiency of about 40% can be obtained.

第5図の例でも、1×2光ファイバーカプラー13の分
岐比は1:1(50%:50%)であるが、光ファイバー8によ
る結合のため第4図の例とほとんど同じである。光ファ
イバー8はシステム中で外乱が加わらないように工夫さ
れるが、温度変化等による損失の変化がストークス光と
反ストークス光用の光ファイバーとで異なると、安定性
に問題が生じる。
Also in the example of FIG. 5, the branching ratio of the 1 × 2 optical fiber coupler 13 is 1: 1 (50%: 50%), but because of the coupling by the optical fiber 8, it is almost the same as the example of FIG. The optical fiber 8 is devised so that no disturbance is applied in the system, but if the change in loss due to temperature change or the like is different between the Stokes light and the anti-Stokes optical fiber, there is a problem in stability.

[課題を解決する為の手段] 本考案は、前述の課題を解決すべくなされたものであ
り、被測定光ファイバーへレーザパルスを入射する光源
と、被測定光ファイバーからの戻り光を測定装置へ導光
する光方向性結合器と、戻り光中に含まれるストークス
光と反ストークス光とを検出しそれらの強度比と遅れ時
間から被測定光ファイバー及びその周囲の距離に関する
温度分布を測定する測定装置とからなる分布型光ファイ
バー温度センサーにおいて、ストークス光と反ストーク
ス光の分波器と検出器間を空間伝搬とし、前記分波器と
検出器間は複数部分に細分化され、細分化された区間毎
に光の透過部分にのみ開口があけられた容器が配置さ
れ、該容器内に少なくとも1つの光学部品及び/又は検
出器が収納されていることを特徴とする分布型光ファイ
バー温度センサーを提供するものである。
[Means for Solving the Problems] The present invention has been made to solve the above-described problems, and guides a light source for injecting a laser pulse to an optical fiber to be measured and a return light from the optical fiber to be measured to a measuring device. An optical directional coupler that emits light, a measuring device that detects Stokes light and anti-Stokes light contained in the return light, and measures the temperature distribution related to the optical fiber to be measured and the distance around it from the intensity ratio and delay time thereof. In the distributed optical fiber temperature sensor consisting of, the space between the demultiplexer and the detector of Stokes light and anti-Stokes light is spatially propagated, and the demultiplexer and the detector are subdivided into a plurality of parts, and each subdivided section A distributed light, characterized in that a container having an opening only in a light transmitting portion is arranged in the container, and at least one optical component and / or a detector is housed in the container. A fiber temperature sensor is provided.

本考案における、検出部の構成を第1図に示す。 FIG. 1 shows the structure of the detection unit in the present invention.

検出部の構成は、ストークス光と反ストークス光、分
波部30、狭帯域フィルター部31、APDなどの検出器を有
する検出器部32とからなる。ここで、20は光ファイバ
ー、21は集光用レンズ、22はストークス光と反ストーク
ス光の分波器であるフィルター、23は狭帯域フィルタ
ー、24はAPD等の検出器である。
The configuration of the detection unit includes Stokes light and anti-Stokes light, a demultiplexing unit 30, a narrow band filter unit 31, and a detector unit 32 having a detector such as an APD. Here, 20 is an optical fiber, 21 is a condenser lens, 22 is a filter that is a demultiplexer of Stokes light and anti-Stokes light, 23 is a narrow band filter, and 24 is a detector such as an APD.

本構成において、 光ファイバー20から、検出器24までの距離は使用す
るレンズにより異なるが、なるべく短距離にしたほうが
結合効率、軸ズレ等の点で良い。
In this configuration, the distance from the optical fiber 20 to the detector 24 varies depending on the lens used, but it is better to make the distance as short as possible in terms of coupling efficiency, axial misalignment, and the like.

各部30、31、32ごとにレーザビーム透過用の開口を
有する密閉構造とし、空気の対流を防ぐことによりレー
ザビームのゆらぎを最小限に抑えられるので好ましい。
It is preferable that each part 30, 31, 32 has a closed structure having an opening for transmitting a laser beam to prevent air convection so that fluctuation of the laser beam can be minimized.

狭帯域フィルターは、マイクロメータ等の微調具に
て角度微調整可能とし、またフィルターへの入射光は角
度の関係上できるだけ平行光が好ましい。
The narrow band filter can be finely adjusted in angle with a fine adjusting tool such as a micrometer, and the incident light to the filter is preferably parallel light as much as possible in view of the angle.

APD信号増幅回路等は熱源となるので、それらの発
熱要素を少なくするか、あまり近いところに設置しない
ようにする。
Since the APD signal amplification circuit etc. becomes a heat source, either reduce the heat generating elements or do not install them too close.

等の構成をとれば、上述の理由で好ましい。The above configuration is preferable for the above reason.

[作用] 本考案による作用、特徴は 1) 検出ポートファイバー出射光を、直接APD等の検
出器に入射するため、従来方式よりも高効率である。
[Operation] The operation and features of the present invention are as follows: 1) Since the light emitted from the detection port fiber is directly incident on the detector such as APD, it is more efficient than the conventional method.

2) 検出系を3部分に分け空気の対流をほとんど無く
している為、レーザビームのゆらぎが無く検出強度の安
定化が得られる。
2) Since the detection system is divided into three parts and air convection is almost eliminated, there is no fluctuation of the laser beam and the detection intensity is stabilized.

3) 狭帯域フィルターをマイクロメータヘッドのよう
な微調機構にて調整する為、機械的位置ズレ防止や取り
込み波長調整が簡単に行なえる。
3) Since the narrow band filter is adjusted by a fine adjustment mechanism such as a micrometer head, it is possible to easily prevent mechanical misalignment and adjust the captured wavelength.

[実施例] 本考案の実施例を第1図と第2図に記す。[Embodiment] An embodiment of the present invention is shown in FIGS. 1 and 2.

レンズ21にセルフォックレンズ(登録商標)を使用
し、光ファイバーからAPDまでの距離を60mm程度の空間
伝搬とした時結合効率は90%以上得られた。また、スト
ークス光と反ストークス光の分波部のフィルター22の特
性を第2図のようにすると、結合効率をそれほど落すこ
とはない。
When a SELFOC lens (registered trademark) was used as the lens 21 and the distance from the optical fiber to the APD was set to spatial propagation of about 60 mm, the coupling efficiency was 90% or more. Further, if the characteristics of the filter 22 in the demultiplexing unit of the Stokes light and the anti-Stokes light are set as shown in FIG. 2, the coupling efficiency will not be lowered so much.

狭帯域フィルター23は初期設定角度を10〜13度程度に
設定し、0〜25度程度の範囲でマイクロメータにより変
化させることにより、任意の波長を容易に得ることがで
きる。
By setting the initial setting angle of the narrow band filter 23 to about 10 to 13 degrees and changing it with a micrometer in the range of about 0 to 25 degrees, an arbitrary wavelength can be easily obtained.

本考案において、ストークス光と反ストークス光分離
部30と狭帯域フィルター部31と検出器部32とは、各々レ
ーザ光の入出射孔を設けたアルミニウムの容器に収納さ
れている。容器の材料はアルミニウム、鉄等の金属ある
いはプラスチック等加工性の良いものが好ましく使用で
きる。容器は透明体のものでレーザ光の通過する部分を
レンズ状に研磨したものでもよいが、外光が検出されて
しまうという問題点がある。また、光ファイバー20のレ
ーザビーム出射端からAPD等の検出器24までの距離は70m
m以内が結合効率の点で好ましい。
In the present invention, the Stokes light / anti-Stokes light separation unit 30, the narrow band filter unit 31, and the detector unit 32 are respectively housed in an aluminum container provided with an entrance / exit hole for laser light. As the material of the container, a material having good workability such as metal such as aluminum and iron or plastic can be preferably used. The container may be made of a transparent material and the portion through which the laser light passes is polished into a lens shape, but there is a problem that external light is detected. The distance from the laser beam emitting end of the optical fiber 20 to the detector 24 such as APD is 70m.
Within m is preferable in terms of binding efficiency.

[考案の効果] 本考案は、ストークス光と反ストークス光の分波部と
検出器間の結合効率が向上し、検出部を複数部分に細分
化しそれぞれ容器に収納しているので、外部の温度変化
による空気の対流の影響を受けず、レーザビームのゆら
ぎがなく安定した検出強度を得られるという効果を有す
る。
[Advantage of the Invention] The present invention improves the coupling efficiency between the demultiplexing unit for the Stokes light and the anti-Stokes light and the detector, and the detecting unit is subdivided into a plurality of parts and housed in respective containers, so that the external temperature There is an effect that stable detection intensity can be obtained without fluctuation of the laser beam without being affected by air convection due to the change.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図と第2図は本考案の実施例を示し、第1図はスト
ークス光と反ストークス光の検出部のブロック図で、第
2図はストークス光と反ストークス光の分波部のフィル
ター特性を示すグラフで、第3図〜第5図は従来例を示
し、第3図は分布型光ファイバー温度センサーのブロッ
ク図で、第4図と第5図は検出部のブロック図である。 20:光ファイバー 22:ストークス光と反ストークス光の分波部のフィルタ
ー 23:狭帯域フィルター 24:検出器
1 and 2 show an embodiment of the present invention, FIG. 1 is a block diagram of a detection unit for Stokes light and anti-Stokes light, and FIG. 2 is a filter for a demultiplexing unit for Stokes light and anti-Stokes light. 3 to 5 are graphs showing characteristics, FIG. 3 to FIG. 5 show conventional examples, FIG. 3 is a block diagram of a distributed optical fiber temperature sensor, and FIGS. 4 and 5 are block diagrams of a detection unit. 20: Optical fiber 22: Filter for demultiplexing Stokes light and anti-Stokes light 23: Narrow band filter 24: Detector

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】(57) [Scope of utility model registration request] 【請求項1】被測定光ファイバーへレーザパルスを入射
する光源と、被測定光ファイバーからの戻り光を測定装
置へ導光する光方向性結合器と、戻り光中に含まれるス
トークス光と反ストークス光とを検出しそれらの強度比
と遅れ時間から被測定光ファイバー及びその周囲の距離
に関する温度分布を測定する測定装置とからなる分布型
光ファイバー温度センサーにおいて、ストークス光と反
ストークス光の分波器と検出器間を空間伝搬とし、前記
分波器と検出器間は複数部分に細分化され、細分化され
た区間毎に光の透過部分にのみ開口があけられた容器が
配置され、該容器内に少なくとも1つの光学部品及び/
又は検出器が収納されていることを特徴とする分布型光
ファイバー温度センサー。
1. A light source for injecting a laser pulse into an optical fiber to be measured, an optical directional coupler for guiding return light from the optical fiber to be measured to a measuring device, and Stokes light and anti-Stokes light contained in the returned light. In a distributed optical fiber temperature sensor consisting of a measuring device for detecting the temperature distribution of the measured optical fiber and its surrounding distance from the intensity ratio and the delay time, and detecting the Stokes light and anti-Stokes light demultiplexer. The space between the devices is spatially propagated, and the space between the demultiplexer and the detector is subdivided into a plurality of parts, and a container in which an opening is opened only in the light transmitting part is arranged in each subdivided section, and the container is placed in the container. At least one optical component and / or
Alternatively, a distributed optical fiber temperature sensor characterized by containing a detector.
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