JP2584478B2 - Method for processing received signal of optical fiber backscattered light - Google Patents

Method for processing received signal of optical fiber backscattered light

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JP2584478B2
JP2584478B2 JP5840788A JP5840788A JP2584478B2 JP 2584478 B2 JP2584478 B2 JP 2584478B2 JP 5840788 A JP5840788 A JP 5840788A JP 5840788 A JP5840788 A JP 5840788A JP 2584478 B2 JP2584478 B2 JP 2584478B2
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backscattered light
optical fiber
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    • G01M11/30Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides
    • G01M11/31Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides with a light emitter and a light receiver being disposed at the same side of a fibre or waveguide end-face, e.g. reflectometers
    • G01M11/3109Reflectometers detecting the back-scattered light in the time-domain, e.g. OTDR

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、光ファイバ長手方向の後方散乱光強度ある
いは後方散乱光反射率の測定における受信信号の処理方
法に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of processing a received signal in measuring backscattered light intensity or backscattered light reflectance in the longitudinal direction of an optical fiber.

[従来の技術] 光ファイバに光パルスを入射し光ファイバからの後方
散乱光を検出して、光ファイバの損失、断芯、局部歪・
温度・湿度等の外部要因などを検知するためにOptical
Time Domain Reflectometry(OTDR)手法が用いられて
いる。光ファイバには元々種々の散乱と損失が生じてお
り、OTDR手法では、入射端に戻ってくる入射パルス光に
対する後方散乱光の時間変化を知れば、ある時間での光
量が光ファイバのある位置での散乱光に対応することを
利用している。
[Prior art] An optical pulse is incident on an optical fiber, and backscattered light from the optical fiber is detected.
Optical to detect external factors such as temperature and humidity
Time Domain Reflectometry (OTDR) technique is used. Various scattering and loss are originally generated in the optical fiber, and in the OTDR method, if the time change of the backscattered light with respect to the incident pulse light returning to the incident end is known, the amount of light at a certain time becomes a certain position of the optical fiber. Utilizes the ability to respond to scattered light at

ある位置へ到達した光パルスに単純に比例して後方へ
の散乱光が発生し、これが入射端へ戻ってくる場合に
は、2点間での(2時刻間での)後方散乱光の比率を知
ることによってその区間での光ファイバの損失を知るこ
とができる。また、光ファイバが断芯したり、歪を受け
ている場合にはその位置に対応した時間までは光ファイ
バの損失に対応した後方散乱光が観測され、それ以降で
は断芯部や歪部の大きい損失分を含む微弱(微弱過ぎて
検出不可能の場合もある)な後方散乱光しか検出されな
いため、大きい段差を生じる。この段差を生じるまでの
時間が断芯または歪位置に対応する。なお、断芯部では
断面でのフレネル反射による極端な光強度の変化も観測
される。
When backscattered light is generated simply in proportion to the light pulse reaching a certain position and returns to the incident end, the ratio of backscattered light between two points (between two times) , The loss of the optical fiber in that section can be known. If the optical fiber is broken or distorted, backscattered light corresponding to the loss of the optical fiber is observed until the time corresponding to that position, and thereafter, the broken or distorted portion is observed. Since only weak backscattered light containing a large loss (in some cases, too weak to be detected) is detected, a large step occurs. The time until this step occurs corresponds to the centering or distortion position. Note that an extreme change in light intensity due to Fresnel reflection at the cross section is also observed at the core-cut portion.

一方、光ファイバの温度変化等は散乱光を変化させる
外部要因となり、その部分での後方散乱光強度が変化す
るので、入射した光パルスに対して戻ってくる後方散乱
光の時間変化の一部が変化する。光ファイバの温度変化
等の外部要因による損失は微弱ではあるが、外部要因と
後方散乱光の相関性を把握しておけば光ファイバ上の外
部要因の大きさと位置を知ることができ、分布形センサ
として使用できる。
On the other hand, a change in the temperature of the optical fiber or the like becomes an external factor that changes the scattered light, and the backscattered light intensity at that portion changes. Changes. Although the loss due to external factors such as temperature change of the optical fiber is weak, if the correlation between the external factor and the backscattered light is grasped, the magnitude and position of the external factor on the optical fiber can be known, and the distribution type Can be used as a sensor.

このようにOTDR手法は光ファイバの長さ方向の種々の
情報を得るのに便利な方法であり、多くの分野で使用さ
れているが、特に分布形センサとしての応用分野が拡大
するにつれ、位置及び変化量の検出精度を高めることが
要請されるようになった。このため、既に多くの工夫が
なされている。
As described above, the OTDR method is a convenient method for obtaining various types of information along the length of an optical fiber, and is used in many fields.In particular, as the field of application as a distributed sensor expands, the position In addition, it has been demanded to improve the detection accuracy of the amount of change. For this reason, many ideas have already been devised.

位置精度に関しては入射パルス光の時間幅をできる限
り小さくすることにより、測定される後方散乱光の時間
変化のある時間での値が、極力ある位置での変化に対応
するようにすることが進められている。パルス光の時間
幅が大きいとある時間での値は、ある位置にパルス光の
先頭が到達することによる後方散乱光とその手前の位置
にパルス光の継続部分が到達することによる後方散乱光
とが重なったものとなるため位置,変化量ともに誤差を
含むことになる。
Regarding the position accuracy, by making the time width of the incident pulse light as small as possible, the value of the measured backscattered light at a certain time corresponding to the change at a certain position as much as possible is advanced. Have been. If the time width of the pulsed light is large, the value at a certain time is the backscattered light due to the head of the pulsed light reaching a certain position and the backscattered light due to the continuation of the pulsed light reaching the position before that. Are overlapped, and both the position and the amount of change include an error.

一方、入射パルス光の時間幅を小さくすると、ある位
置での後方散乱光の量が減少するので、外部変化の検知
精度が低下する。これを防止するため、入射パルス光の
光強度を大きくしたり、受光装置を高感度にすることが
実施されている。
On the other hand, when the time width of the incident pulse light is reduced, the amount of backscattered light at a certain position is reduced, so that the detection accuracy of the external change is reduced. In order to prevent this, it has been practiced to increase the light intensity of the incident pulse light or to increase the sensitivity of the light receiving device.

また、単一パルス光に対する後方散乱光には発光,受
光,増幅回路でのランダムな雑音が含まれ、これが精度
を低下させることになる。このため、多数回の入射パル
スに対する応答信号の平均化処理を採用することによ
り、ランダム雑音の影響を軽減することも行なわれてい
る。この場合、信号のデジタル処理技術が活用されてお
り、入射パルス光等を時間の基準としてその後に戻って
くる後方散乱光をある時間毎にサンプリングしてA/D変
換し、信号の時系列をつくり、平均化処理を行ってい
る。
Further, the backscattered light with respect to the single pulse light includes random noise in the light emission, light reception, and amplification circuits, which lowers the accuracy. For this reason, the influence of random noise has been reduced by employing an averaging process of response signals to a large number of incident pulses. In this case, the digital processing technology of the signal is utilized, and the backscattered light that returns thereafter is sampled every certain time with the incident pulse light or the like as a time reference, A / D converted, and the time series of the signal is obtained. Making and averaging.

[発明が解決しようとする課題] 上述の高精度化対策により、以前に比してOTDRによる
検出,計測の精度は向上した。しかし、まだ、入射パル
ス光の時間幅や波形とサンプリング時間幅あるいは外部
変化の範囲等との関連で、みかけの精度(分解能)の向
上に比べ、実質的な精度(位置,変化量の精度)は向上
しないという問題が残っている。その例を第3図に示
す。同図において、tは時間変数、xは位置変換、pは
光強度変数、sは外部変化の大きさである。
[Problems to be Solved by the Invention] By the above-mentioned measures for improving accuracy, the accuracy of detection and measurement by OTDR has been improved as compared with before. However, the actual accuracy (accuracy of the position and the amount of change) is still higher than the apparent accuracy (resolution) in relation to the time width or waveform of the incident pulse light and the sampling time width or the range of external change. The problem remains that it does not improve. An example is shown in FIG. In the figure, t is a time variable, x is a position transformation, p is a light intensity variable, and s is a magnitude of an external change.

入射パルス光は第3図(a)に示すような波形で時間
幅τであるとする。また、外部変化を第3図(b)のよ
うに位置mの所から距離lの領域m〜m+lの範囲で大
きさSであるとする。外部変化以外の光ファイバが元来
持っている散乱損失を除外して考えると、得られる後方
散乱光の波形(時間変化)は第3図(c)となる。な
お、vは光ファイバ内での光速である。これをサンプリ
ング時間幅Δtでサンプリングし、時間→位置変換する
と、後方散乱光から検知できる外部変化は第3図(d)
となる。変化量の値P′とSは予め較正されている。
It is assumed that the incident pulse light has a waveform as shown in FIG. It is also assumed that the external change has a size S in a range of a range m to m + 1 of a distance 1 from the position m as shown in FIG. 3B. If the scattering loss inherent in the optical fiber other than the external change is excluded and considered, the waveform (time change) of the obtained backscattered light is as shown in FIG. 3 (c). Here, v is the speed of light in the optical fiber. When this is sampled with a sampling time width Δt and time → position conversion, an external change that can be detected from the backscattered light is shown in FIG.
Becomes The values P 'and S of the variation are calibrated in advance.

第3図(b)と(d)を比較すると、位置情報につい
ては、最大±τ・v/2、また、外部変化の量については
最大±Sの誤差を生じている。今仮りにτ/Δt=10、
サンプリング時のpまたはsの精度をS/10とすると、公
称の誤差はΔt(距離換算でΔt・v/2)、S/10となる
が、実際には夫々10倍大きい誤差を持つことになる。
Comparing FIGS. 3 (b) and 3 (d), the position information has an error of ± τ · v / 2 at maximum, and the amount of external change has an error of ± S at maximum. Assuming now that τ / Δt = 10,
Assuming that the accuracy of p or s at the time of sampling is S / 10, the nominal error is Δt (Δt · v / 2 in terms of distance) and S / 10. Become.

本発明の目的は前述した従来技術の問題点を解決し、
OTDR手法による光ファイバ中の各点の後方散乱光強度あ
るいは反射率の測定誤差を従来より小さくすることので
きる光ファイバ後方散乱光の受信信号処理方法を提供す
ることにある。
The object of the present invention is to solve the problems of the prior art described above,
It is an object of the present invention to provide a method of processing a received signal of optical fiber backscattered light, which can reduce a measurement error of the intensity or reflectance of backscattered light at each point in an optical fiber by the OTDR technique.

[課題を解決するための手段] 上記目的を達成するために、本発明は、光ファイバに
入射したパルス入射光に対する後方散乱光の時間変化を
求め、Δt時間間隔のサンプリングを行ない、これを多
数回繰り返して平均化処理を行なって時系列データを
得、時間変化を位置変化に換算することにより光ファイ
バの長さ方向の後方散乱光強度等を求める光ファイバ後
方散乱光の受信信号の処理において、測定端の距離を0,
光ファイバ中の光速をv,Δx=Δt・v/2としたとき、
距離x0〜x0+N・Δxの間のΔx間隔の位置の光ファイ
バの後方散乱光反射率r(x0),r(x0+Δx),r(x0
2・Δx),……,r(x0+N・Δx)をそれぞれR
(0),R(1),R(2),…,R(N)とし、送出パルス
光のパルス立上り時刻を0としたときの時刻t0〜t0+M
・Δtの間のΔt間隔の時刻の送出パルス光強度p
0(t),p0(t0+Δt),p0(t0+2・Δt),…,p
0(t0+M・Δt)をそれぞれP0(0),P0(1),P
0(2),…,P0(M)とし、パルス光を送出したときの
時刻を0,t0′=x0/(v/2)としたときの時刻t0〜t0′+
(M+N)・ΔtのΔt間隔の時刻の測定端で測定され
る見かけの後方散乱光強度p(t0′),p(t0′+Δ
t),p(t0′+2Δt),…,p(t0′+(M+N)・Δ
t)をそれぞれP(0),P(1),P(2),…,P(M+
N)とし、入射端から距離x0+n・Δxまでの入射光パ
ルス到達割合をT1(n),距離x0+n・Δxの位置で発
生した後方散乱光の距離x0+n・Δxから測定端までの
後方散乱光の到達割合をT2(n),T(n)=T1(n)・
T2(n)とし、P=P0×RTで表わされる方程式で解くこ
とにより、光ファイバ各点からの後方散乱光強度あるい
は後方散乱光反射率を求めるようにしている。
Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, the present invention obtains the time change of the backscattered light with respect to the pulse incident light incident on the optical fiber, performs sampling at Δt time intervals, In the processing of the received signal of the optical fiber backscattered light, which obtains the time series data by repeating the averaging process repeatedly and obtains the backscattered light intensity in the length direction of the optical fiber by converting the time change into the position change. , The distance of the measuring end is 0,
When the speed of light in the optical fiber is v, Δx = Δt · v / 2,
Distance x 0 ~x 0 + N · Δx backscattered light reflectance r (x 0) of the optical fiber of the position of [Delta] x the distance between the, r (x 0 + Δx) , r (x 0 +
2 · Δx),..., R (x 0 + N · Δx)
(0), R (1), R (2),..., R (N), and the time t 0 to t 0 + M when the pulse rising time of the transmission pulse light is 0
• Transmitted pulse light intensity p at the time of Δt interval between Δt
0 (t), p 0 (t 0 + Δt), p 0 (t 0 + 2 · Δt),..., P
0 (t 0 + M · Δt) is P 0 (0), P 0 (1), P
0 (2),..., P 0 (M), and the time when the pulse light is transmitted is 0, t 0 ′ = x 0 / (v / 2), and the time t 0 to t 0 ′ +
Apparent backscattered light intensity p (t 0 ′), p (t 0 ′ + Δ) measured at the measuring end at the time of (M + N) · Δt Δt interval
t), p (t 0 ′ + 2Δt),..., p (t 0 ′ + (M + N) · Δ
t) are P (0), P (1), P (2),..., P (M +
N), and the incident light pulse arrival ratio from the incident end to the distance x 0 + n · Δx is measured from T 1 (n) and the distance x 0 + n · Δx of the backscattered light generated at the position of the distance x 0 + n · Δx. T 2 (n), T (n) = T 1 (n) ·
T 2 (n), and so that by solving an equation expressed by P = P 0 × R T, obtaining a backscattering light intensity or backscattered light reflectivity from each optical fiber point.

即ち、本発明では、OTDR手法で測定される各時刻での
データが、光ファイバの1点から返って来る後方散乱光
に対応するものではなく、入射光パルス幅の広がりに対
応した分布した数点からの後方散乱光強度の和になって
いることに着目し、これを定式化して解くことにより、
OTDR手法による光ファイバ中の各点における真の後方散
乱光強度を求め後方散乱光反射率の測定誤差を小さくし
ている。
That is, in the present invention, the data measured at each time by the OTDR method does not correspond to the backscattered light returned from one point of the optical fiber, but is distributed according to the spread of the incident light pulse width. Focusing on the sum of the backscattered light intensity from the point, formulating this and solving it,
The true backscattered light intensity at each point in the optical fiber is determined by the OTDR technique to reduce the measurement error of the backscattered light reflectance.

[作 用] 第2図(b)のような後方散乱光反射率の分布を持っ
ている光ファイバの距離0の入射端から第2図(a)の
ようなインパルス波形の光パルスを入射し、光入射端で
後方散乱光波形をサンプリング時間間隔Δtで測定すれ
ば、第2図(b)に示す光ファイバの後方散乱光反射率
R(x)の分布をΔx=Δt・v/2の間隔でサンプリン
グした第2図(c)のようなデータが得られる。しか
し、現実に光ファイバに入射させることのできる光パル
ス波形は駆動回路の時定数等により、時間的に広がりを
持った波形であり、光パルスの各部分による反射光が重
量されたものが観測される。
[Operation] An optical pulse having an impulse waveform as shown in FIG. 2 (a) is incident from an incidence end at a distance of 0 of an optical fiber having a backscattered light reflectance distribution as shown in FIG. 2 (b). By measuring the backscattered light waveform at the light incident end at a sampling time interval Δt, the distribution of the backscattered light reflectance R (x) of the optical fiber shown in FIG. 2 (b) can be calculated as Δx = Δt · v / 2. Data as shown in FIG. 2 (c) sampled at intervals is obtained. However, the optical pulse waveform that can actually be incident on the optical fiber is a waveform that has a temporal spread due to the time constant of the drive circuit, etc. Is done.

第1図(a)に示すような強度P0(τ)の波形の光パ
ルスを時刻0で入射したときの時刻tにおける後方散乱
光の受信強度P(t)は、入射光パルスを微小時間幅d
τのインパルス状の光パルスが多数集まったものとみた
時のこれらインパルス状の光パルスによる後方散乱光強
度の和である。入射光パルスのうちパルス発生時刻から
τ〜τ+dτの光パルスは、光ファイバ中の光速をvと
すると、時間tの間に光ファイバ中を(t−τ)・vの
距離だけ進むため、時刻tで入射端で観測される後方散
乱光は、行きと帰りを考えると、位置(t−τ)・v/2
で発生したものであることがわかる(第1図(c))。
The reception intensity P (t) of the backscattered light at time t when a light pulse having a waveform of intensity P 0 (τ) as shown in FIG. Width d
This is the sum of the backscattered light intensities of these impulse light pulses when it is considered that many impulse light pulses of τ are collected. The light pulse of τ to τ + dτ from the pulse generation time among the incident light pulses travels in the optical fiber by a distance of (t−τ) · v during time t, where v is the speed of light in the optical fiber. The backscattered light observed at the incident end at t is given by the position (t−τ) · v / 2, when going and returning.
It can be seen that this occurred in FIG. 1 (FIG. 1 (c)).

したがって、入射端から位置xまでの入射光パルスの
到達割合をT1(x),位置xでの後方散乱光反射率をR
(x),位置xで発生した後方散乱光の光入射端(後方
散乱光測定端)までの到達割合をT2(x),往復の到達
割合をT(x)=T1(x)・T2(x)とすると、強度P0
(τ)の光パルス(パルス発生時刻からτの時間の微
小時間幅dτ)による後方散乱光の受信強度は、P
0(τ)・T1{(t−τ)・v/2}・R{(t−τ)×v/
2}・T2{(t−τ)・v/2}=P0(τ)・T{(t−
τ)・v/2}×R{(t−τ)・v/2}であり、第1図
(a)に示す全パルス幅τの光パルスによる時刻tで
の後方散乱光の受信強度P(t)は、 となる。
Therefore, the arrival ratio of the incident light pulse from the incident end to the position x is T 1 (x), and the backscattered light reflectance at the position x is R.
(X), the arrival ratio of the backscattered light generated at the position x to the light incident end (backscattered light measurement end) is T 2 (x), and the arrival ratio of the round trip is T (x) = T 1 (x) · If T 2 (x), the intensity P 0
Reception intensity of the backscattered light by the optical pulse (pulse generation time from the tau 1 time minute time width d.tau) of (tau) is, P
0 (τ) · T 1 {(t−τ) · v / 2} · R {(t−τ) × v /
2} · T 2 {(t−τ) ・ v / 2} = P 0 (τ) ・ T {(t−
τ) · v / 2} is × R {(t-τ) · v / 2}, the reception intensity of the backscattered light at time t by the total pulse width tau 1 of the optical pulse shown in FIG. 1 (a) P (t) is Becomes

後方散乱光の測定をサンプリング間隔Δtで行う場合
には、(n+1)番目に測定される後方散乱光強度P
(n)は、 となる。
When measuring the backscattered light at the sampling interval Δt, the (n + 1) th measured backscattered light intensity P
(N) Becomes

ここで、入射光パルス(第1図(a))を第1図
(b)に示すようにΔτの間隔で(M+1)個に分割
し、矩形波で近似すると、 となる。但し、T(x)及びR(x)はx<0のときは
定義できず、実際には、x<0ではT(x)=0,R
(x)=0とすると矛盾しない。
Here, the incident light pulse (FIG. 1 (a)) is divided into (M + 1) at intervals of Δτ as shown in FIG. 1 (b) and approximated by a rectangular wave. Becomes However, T (x) and R (x) cannot be defined when x <0, and in fact, when x <0, T (x) = 0, R
If (x) = 0, there is no contradiction.

この式は、n番目にサンプリングされる後方散乱光強
度は、パルス幅Δτの(M+1)個の入射光パルスによ
り、距離nΔt・v/2〜(nΔt−mΔτ)・v/2の間の
Δx=Δτ・v/2の距離間隔の点で発生する後方散乱光
強度の和であることを意味する。このように、n番目の
サンプリングデータが光ファイバ中の1点からの後方散
乱光によるものではないために、従来の方式では誤差が
大きかったことになる。
This equation shows that the backscattered light intensity sampled at the n-th time is represented by Δx between the distances nΔt · v / 2 to (nΔt−mΔτ) · v / 2 by (M + 1) incident light pulses having a pulse width Δτ. = Sum of the backscattered light intensities generated at points at a distance interval of Δτ · v / 2. As described above, since the n-th sampling data is not based on the backscattered light from one point in the optical fiber, the error is large in the conventional method.

そこで、本発明はOTDR方式での後方散乱光強度の測定
におけるサンプリングデータとの実際の後方散乱光反射
率の関係式(4)式を用いて、後方散乱光反射率の測定
を行うものである。
Accordingly, the present invention measures the backscattered light reflectance using the relational expression (4) of the actual backscattered light reflectance with sampling data in the measurement of the backscattered light intensity in the OTDR method. .

(4)式において、入射光パルス強度P0(mΔτ)と
光ファイバ中の光の伝送損失の往復分に相当するT
{(nΔt−mΔτ)・v/2}は予め測定することが可
能であるので、後方散乱光反射率R{(nΔt−mΔ
t)・v/2}は、後方散乱光速度測定のサンプリング間
隔Δtと入射光パルスの分割幅Δτを適当に選び、後方
散乱光強度P(nΔt)を測定することにより求めるこ
とができる。Δτ=Δtとする(4)式は、 となり、n=n0,m=m0のときの後方散乱光発生位置x0,0
=(n0−m0)Δt・v/2とn=n0+1,m=m0+1ときの後
方散乱光発生位置x1,1={(n0+1)−(m0+1)}・
Δt・v/2=(n0−m0)・Δt・v/2が一致するため、N
サンプルの後方散乱光強度を測定したときに測定される
後方散乱光の発生位置はN個となり、未知数と測定デー
タ数が一致するため未知数である後方散乱光反射率を計
算することができる。Δτ=k・Δt(kは自然数)と
すると、未知数よりも測定データ数が多いため、この場
合にも後方散乱光反射率を計算することができるが、k
≧2の場合は、前述したk=1(Δτ=Δt)の場合よ
りも計算することのできる後方散乱光反射率が少なくな
ってしまう。
In the equation (4), the incident light pulse intensity P 0 (mΔτ) and T corresponding to the round trip of the transmission loss of light in the optical fiber.
Since {(nΔt−mΔτ) · v / 2} can be measured in advance, the backscattered light reflectance R {(nΔt−mΔ)
t) .v / 2} can be obtained by appropriately selecting the sampling interval Δt for measuring the backscattered light velocity and the division width Δτ of the incident light pulse, and measuring the backscattered light intensity P (nΔt). Equation (4) where Δτ = Δt is given by: Where n = n 0 , and m = m 0 , the backscattered light generation position x 0 , 0
= (N 0 -m 0) Δt · v / 2 and n = n 0 + 1, m = m 0 +1 backscattered light generation position x 1 time, 1 = {(n 0 +1 ) - (m 0 +1)}・
Since Δt · v / 2 = (n 0 −m 0 ) · Δt · v / 2 matches, N
When the backscattered light intensity of the sample is measured, the number of positions where the backscattered light is measured is N, and the unknown number and the measured data number match, so that the unknown backscattered light reflectance can be calculated. Assuming that Δτ = k · Δt (k is a natural number), the number of measurement data is larger than the unknown number, so that the backscattered light reflectance can be calculated in this case as well.
In the case of ≧ 2, the backscattered light reflectance that can be calculated is smaller than in the case of k = 1 (Δτ = Δt) described above.

(N′+1)のサンプリングデータ数の設定で長さが
L(=(N−M)×(Δt・v/2)N=<N′)の光フ
ァイバを測定した場合、(N+1)より後のサンプリン
グデータは光ファイバ遠端以遠の位置(空間)からの後
方散乱光反射率を測定した結果であるが、一般にこれら
の値は光ファイバ中での後方散乱光反射率と比べて非常
に小さいので0と考えて差し支えなく、後方散乱光強度
の測定値も0と考えられる。したがって、長さLの光フ
ァイバからN+1個の後方散乱光測定データが得られる
ことになるが、N+1はΔτ=Δtとしたときに測定さ
れる後方散乱光の発生位置の数L(Δt・v/2)+1よ
りもMだけ多い。したがって未知数の数よりもM個だけ
多くデータが測定されることになる。この未知数(後方
散乱光反射率R(n))とデータ(測定端で測定される
後方散乱光強度P(n))の関係はn=0,1,2,…,M+N
について(5)式を考えたものとなり、行列P,P0および
RTを用いれば、 と表わすことができ、この(6)式を解くことにより、
光ファイバ各点からの真の後方散乱光強度であるR
T(n)(n=0,1,2,…,N)を求めることができ、さら
に、RT(n)=R(n)・T(n)の関係式を利用すれ
ば、次式R(n)=RT(n)/T(n);n=1,2,…,Nから
後方散乱光反射率R(n)(n=0,1,2,…,N)を求める
ことができる。
When an optical fiber having a length of L (= (N−M) × (Δt · v / 2) N = <N ′) is measured with the setting of the number of sampling data of (N ′ + 1), after (N + 1) Are the results of measuring the backscattered light reflectance from a position (space) farther from the far end of the optical fiber, but these values are generally much smaller than the backscattered light reflectance in the optical fiber. Therefore, the measured value of the backscattered light intensity may be considered to be zero. Accordingly, N + 1 backscattered light measurement data can be obtained from the optical fiber having the length L, where N + 1 is the number of backscattered light generation positions L (Δt · v measured when Δτ = Δt). / 2) M more than +1. Therefore, M more data are measured than the number of unknowns. The relationship between the unknown (the backscattered light reflectance R (n)) and the data (the backscattered light intensity P (n) measured at the measurement end) is n = 0, 1, 2,..., M + N
Equation (5) is considered, and the matrices P, P 0 and
With R T , And by solving this equation (6),
R, the true backscattered light intensity from each point of the optical fiber
T (n) (n = 0, 1, 2,..., N) can be obtained. Further, if a relational expression of R T (n) = R (n) · T (n) is used, the following equation can be obtained. R (n) = R T (n) / T (n); n = 1, 2,..., N to determine the backscattered light reflectance R (n) (n = 0, 1, 2,..., N) be able to.

未知数である後方散乱光反射率R(n)が(N+1)
個であり、後方散乱光測定データが(M+N+1)個で
あるので、(6)式の行列演算のうち(n+1)行分だ
けを行えば、(N+1)個の後方散乱光反射率R(n)
を求めることができる。つまり、行列 のうちの任意の(N+1)行から成る(N+1)行,
(N+1)列の正方行列 を作り、この逆行列 を用いると共に の対応する(N+1)行からなる を用い、 により、光ファイバ各点からの真の後方散乱光強度であ
る行列 の各要素RT(n)を求め、(7)式を用いて、後方散乱
光反射率R(n)を求めることができる。
The unknown backscattered light reflectance R (n) is (N + 1)
And the backscattered light measurement data is (M + N + 1), so if only (n + 1) rows are performed in the matrix operation of the equation (6), (N + 1) backscattered light reflectances R (n )
Can be requested. That is, the matrix (N + 1) rows consisting of arbitrary (N + 1) rows of
(N + 1) square matrix And this inverse matrix Using Consists of (N + 1) rows Using Is a matrix that is the true backscattered light intensity from each point of the optical fiber It determined each element R T (n), it is possible to obtain the (7) using equation backscattered light reflectance R (n).

以上のような計算方法を用いれば、光ファイバの後方
散乱光反射率を近似計算なしに算出することができる
が、多少の近似を行えば、被測定値である見かけの後方
散乱光強度から、まず、光ファイバの伝送損失分の補正
を行い、この結果から光ファイバの後方散乱光反射率を
求めることもできる。すなわち、行列 をαを整数として ただし、αの値は、(n+α)が(6)式の行列 のn行目で0でない要素の中央の列番号になるようにす
ることを基本的な考えとする。
By using the above calculation method, the backscattered light reflectance of the optical fiber can be calculated without approximation calculation.However, with some approximation, from the apparent backscattered light intensity that is the measured value, First, the transmission loss of the optical fiber is corrected, and the backscattered light reflectance of the optical fiber can be obtained from the result. That is, the matrix With α as an integer Where the value of α is (n + α) where the matrix of equation (6) The basic idea is to make the center column number of a non-zero element in the n-th row.

n<Mの場合(n=0,…,M−1)は、行列 のn行目で0でない要素は0列目からn列目までである
ので、0でない要素の中央の列番号はn/2になる。従っ
てこの場合αは−n/2となる。
If n <M (n = 0,..., M−1), the matrix Are non-zero elements in the n-th row from the 0-th column to the n-th column, so the central column number of the non-zero element is n / 2. Therefore, in this case, α is −n / 2.

M≦n<Nの場合は、行列 のn行目で0でない要素は(n−M)列目からn列目ま
でであるので、0でない要素の中央の列番号は((n−
M)+n)/2=n−M/2になる。従ってこの場合、αは
−M/2になる。
If M ≦ n <N, matrix Are non-zero elements in the n-th row from the (n-M) th column to the n-th column, so the center column number of the non-zero element is ((n-
M) + n) / 2 = n−M / 2. Therefore, in this case, α becomes −M / 2.

n≧Nの場合は、行列 のn行目で0でない要素は(n−M)列目からN列目ま
でであるので、0でない要素の中央の列番号は((n−
M)+N)/2になる。従ってこの場合、αは(N−M−
n)/2になる。
If n ≧ N, matrix Are non-zero elements in the n-th row from the (n-M) th column to the N-th column, and the central column number of the non-zero element is ((n-
M) + N) / 2. Therefore, in this case, α is (N−M−
n) / 2.

また、T(l),T(l−1),…,T(l−M)(ただ
しn<0又はn>NのときT(n)=0)を1つの値T
(l+α)で近似するとき、例えば中間値で近似すると
すれば l<Mの場合はT(l+α)=T(l/2)である。
T (l), T (l-1),..., T (l-M) (where T (n) = 0 when n <0 or n> N) is replaced by one value T
When approximating by (l + α), for example, when approximating by an intermediate value, when l <M, T (l + α) = T (l / 2).

これより、l+α=l/2となる。従ってα=−l/2とな
る。
Thus, l + α = 1/2. Therefore, α = −l / 2.

M≦l<Nの場合はT(l+α)=T(l−M/2)で
ある。
When M ≦ l <N, T (l + α) = T (l−M / 2).

従ってα=−M/2となる。 Therefore, α = −M / 2.

l≧Nの場合はT(l+α)=T((l+N−M)/
2)である。これより、l+α=(l+N−M)/2とな
る。従ってα=(N−M−l)/2となる。
When l ≧ N, T (l + α) = T ((l + N−M) /
2). Thus, l + α = (l + N−M) / 2. Therefore, α = (N−M−1) / 2.

以上のように定義し、行列演算 を考え の演算によりR(n)を求める方法である。これは、l
番目の測定データP(l)が(6)式では P(l) =P0(M)・RT(l−M)+P0(M−1)・RT(l −(M−1))+…+P0(0)・RT(l) =P0(M)・R(l−M)・T(l−M) +P0(M−1)・R(l−(M−1))・T(l −(M−1))+…+P0(0)・R(l)・T(l)
(13) ただし、n<0のとき、RT(n)=0、R(n)=
0、T(n)=0 となるのに対し、 T(l)=T(l+1)=…=T(l+M) (14) と近似して計算したものである。
Defined as above, matrix operation Think Is a method of obtaining R (n) by the calculation of This is
Th measurement data P (l) is (6) P (l) is a formula = P 0 (M) · R T (l-M) + P 0 (M-1) · R T (l - (M-1) ) +... + P 0 (0) R T (l) = P 0 (M) R (1-M) T (1-M) + P 0 (M-1) R (1-(M-1) )) · T (l− (M−1)) +... + P 0 (0) · R (l) · T (l)
(13) However, when n <0, R T (n) = 0 and R (n) =
0, T (n) = 0, while T (l) = T (l + 1) =... = T (l + M) (14)

ここで、T(n)の値はnの値によらず一定のように
みえるが、(14)式の意味は、 (13)式でl=l1のとき、 T(l1)=T(l1+1)=…=T(l1+M)と仮定
し、 T(l1+1)=T((l1+1)+1)=…=T((l1 +1)+M) と近似し、 l=l1+2のとき、 T(l1+2)=T((l1+2)+1)=…=T((l1
+2)+M)と近似することに対応するためT(n)の
値はnの値によらず一定というものではない。
Here, the value of T (n) seems to be constant irrespective of the value of n, but the meaning of the expression (14) is as follows: When l = l 1 in the expression (13), T (l 1 ) = T Assuming that (l 1 +1) = ... = T (l 1 + M), T (l 1 +1) = T ((l 1 +1) +1) = ... = T ((l 1 +1) + M) When l = l 1 +2, T (l 1 +2) = T ((l 1 +2) +1) =... = T ((l 1
+2) + M), the value of T (n) is not constant regardless of the value of n.

[実施例] 以下には、本発明を適用した実施例として、温度によ
る光ファイバの後方散乱光反射率の変化を利用する分布
形温度センサを第4図に示して説明する。第4図のパル
ス光源1から周期Tで出射された光パルスは光ファイバ
7a,光分岐器ないし光合分波器2を通ってセンサ用光フ
ァイバ8に導かれる。センサ用光ファイバ8内で発生し
た後方散乱光は、光分岐器2,光ファイバ7bを通り、受光
器3で電気信号に変換され、平均化処理回路4に入力さ
れる。平均化処理回路4ではパルス光源1から出る同期
信号10を用いて、例えば216回平均化処理を行う。平均
化処理により受光器3の受光波形は、後方散乱光強度に
比例した量を縦軸として対数で表示した第5図(a)の
グラフのようになる。光源1から出射された光パルス及
び光ファイバ8各点から戻ってくる後方散乱光が光ファ
イバ中を伝搬する際に減衰するため、観測される後方散
乱光強度は傾きを持つ。また、本実施例では、センサ用
光ファイバ8の位置x1に加熱装置9を設置してあるた
め、第5図(a)では距離x1の位置に波形の盛り上がり
が見られる。
Embodiment Hereinafter, as an embodiment to which the present invention is applied, a distributed temperature sensor using a change in backscattered light reflectance of an optical fiber due to temperature will be described with reference to FIG. An optical pulse emitted from the pulse light source 1 in FIG.
7a, the light is guided to the optical fiber for sensor 8 through the optical splitter or the optical multiplexer / demultiplexer 2. The backscattered light generated in the sensor optical fiber 8 passes through the optical splitter 2 and the optical fiber 7b, is converted into an electric signal by the light receiver 3, and is input to the averaging circuit 4. The averaging circuit 4 performs averaging processing, for example, 216 times using the synchronization signal 10 output from the pulse light source 1. As a result of the averaging process, the light reception waveform of the light receiver 3 is as shown in the graph of FIG. Since the light pulse emitted from the light source 1 and the backscattered light returning from each point of the optical fiber 8 are attenuated when propagating through the optical fiber, the observed backscattered light intensity has a slope. Further, in this embodiment, since the heating device 9 to position x 1 of the sensor optical fiber 8 are installed, protrusion of the waveform is seen in FIG. 5 (a) the position of the distance x 1.

平均化処理装置4で得られた波形から(8)式を用い
て後方散乱光強度RT(n)を演算し、さらに(7)式に
より後方散乱光反射率R(n)を求め、さらに実験で得
られた後方散乱光反射率R(n)と温度Tの関係式 T=F(R(n)) (11) により温度Tを計算する信号処理回路5を通すことによ
り光ファイバに沿った温度分布を求めることができる。
信号処理回路5での後方散乱光強度,後方散乱光反射率
及び温度分布の計算結果をそれぞれ第5図(b),
(c),(d)に示す。(8)式による信号処理を行っ
た結果である第5図(b)は、元の波形の第5図(a)
と比べて波形の変化が急峻になっており、信号処理の効
果が現れている。
The backscattered light intensity R T (n) is calculated from the waveform obtained by the averaging device 4 using equation (8), and the backscattered light reflectance R (n) is further calculated from equation (7). By passing through the signal processing circuit 5 for calculating the temperature T according to the relational expression T = F (R (n)) (11) between the backscattered light reflectance R (n) and the temperature T obtained in the experiment, along the optical fiber. Temperature distribution can be obtained.
The calculation results of the backscattered light intensity, the backscattered light reflectance, and the temperature distribution in the signal processing circuit 5 are shown in FIG.
(C) and (d) show. FIG. 5 (b), which is the result of performing the signal processing according to the equation (8), is shown in FIG. 5 (a) of the original waveform.
The change of the waveform is sharper than that of the above, and the effect of the signal processing appears.

第6図にも本発明の信号処理方法を用いた分布形温度
センサの測定結果を示す。第6図(a)は実際の温度分
布,第6図(b)は本発明による温度分布の測定結果、
第6図(c)は従来の方式による測定結果である。従来
の方式では波形のなまりのために実際の温度分布とはか
なり異なった結果となっているが、本発明を用いた場合
には実際の温度分布と非常に良く一致している。
FIG. 6 also shows the measurement results of a distributed temperature sensor using the signal processing method of the present invention. FIG. 6 (a) is the actual temperature distribution, FIG. 6 (b) is the measurement result of the temperature distribution according to the present invention,
FIG. 6 (c) shows a measurement result by the conventional method. In the conventional method, the result is considerably different from the actual temperature distribution due to the rounding of the waveform. However, in the case of using the present invention, the actual temperature distribution agrees very well.

この実施例では信号処理回路5で計算に使用している
受信した見かけの後方散乱光強度は、(6)式で示した
受信光量P(0),P(1),P(2),…P(M+N)そ
のものを使用しておらず、これらの受信光量を例えば、
APD等のO/E変換器と電気信号の増幅器等を通した電気信
号V(0),V(1),V2,…,V(M+N)を用いている
が、V(l)とP(l)(l=0,1,2,…,M+N)との関
係は例えば、 V(l)=k・P(l),k;定数 或は V(l)=g{P(l)},g(x);関数(12) 或は V(l)=h{P(0),P(1),P(2),…,P
(M+N)},h(x0,x1,x2,…,xM+N);関数 のように表わすことができるため、信号処理に用いるデ
ータとしては、受信光量P(0),P(1),P(2),
…,P(M+N)の代わりに電気信号V(0),V(1),V
(2),…,V(M+N)を用いても、これらを用いて求
めた光ファイバ各点の後方散乱光強度や後方散乱光反射
率から(12)式の逆演算を行うことにより、信号処理デ
ータとして受信光量P(0),P(1),P(2),…,P
(M+N)を使用した場合とほぼ同じ結果(多少誤差は
含まれる場合もあるが)を得ることは可能である。ま
た、信号処理に用いるデータは受信光量P(0),P
(1),P(2),…,P(M+N)とし、これらを電気信
号V(0),V(1),V(2),…,V(M+N)から(1
2)式の関係を用いて逆演算して求めても良い。
In this embodiment, the received apparent backscattered light intensity used for calculation in the signal processing circuit 5 is the received light amount P (0), P (1), P (2),... P (M + N) itself is not used, and these received light amounts are, for example,
Although electric signals V (0), V (1), V2,..., V (M + N) which have been passed through an O / E converter such as an APD and an electric signal amplifier are used, V (l) and P ( l) (l = 0, 1, 2,..., M + N) is, for example, V (l) = kP (l), k; constant or V (l) = g {P (l)} , g (x); function (12) or V (l) = h {P (0), P (1), P (2),.
(M + N)}, h (x 0 , x 1 , x 2 ,..., X M + N ); Since it can be expressed as a function, the data used for signal processing includes the received light amount P (0), P (1), P (2),
..., electric signals V (0), V (1), V instead of P (M + N)
Even if (2),..., V (M + N) are used, the signal obtained by performing the inverse operation of the equation (12) from the backscattered light intensity and the backscattered light reflectance at each point of the optical fiber obtained by using these, The received light amounts P (0), P (1), P (2),.
It is possible to obtain almost the same result as that when (M + N) is used (although some errors may be included). The data used for signal processing is the received light amount P (0), P
(1), P (2),..., P (M + N), and these are derived from the electric signals V (0), V (1), V (2),.
2) It may be obtained by performing an inverse operation using the relationship of the expression.

また、(6)式の入射光パルス強度P0(m)について
も、これらが入射光パルス強度の絶対値でなくとも、入
射光パルス強度の絶対値との間に例えば比例関係のよう
な関数表示できる関係があれば、光ファイバ各点からの
後方散乱光強度や後方散乱光反射率の絶対値、若しくは
これらに比例する量は求めることができるため、(6)
式で用いる入射光パルス強度P0(m)は絶対値である必
要はない。
Also, regarding the incident light pulse intensity P 0 (m) in the equation (6), even if these are not the absolute value of the incident light pulse intensity, a function such as a proportional relationship between the incident light pulse intensity and the absolute value of the incident light pulse intensity is obtained. If there is a relationship that can be displayed, the absolute value of the backscattered light intensity and the backscattered light reflectance from each point of the optical fiber, or an amount proportional thereto can be obtained.
The incident light pulse intensity P 0 (m) used in the equation need not be an absolute value.

一方、信号処理回路5での信号処理の手順について
も、前述した手順に限られず、まず、光ファイバ伝送損
失T(l)の補正を行い、次に(10)式を用いて後方散
乱光反射率の計算を行い、最後に例えば(11)式を用い
て温度を求めても良いし、あるいは、まず、光ファイバ
伝送損失T(l)の補正を行い(P→P1/T)、次に温
度への換算を行い(P1/T→T1/T)、最後に(10)式の
1/TをT1/Tに置き換えた換算により正確な温度分布を
求める順序でも良い。このように信号処理回路5で行う
電気信号→光信号の換算,(8)式,(10)式で示
されるような正確な分布を求める計算,光伝送損失T
(l)の補正,温度信号への換算等の信号処理はどの
ような順序で行っても良い。
On the other hand, the signal processing procedure in the signal processing circuit 5 is not limited to the above-described procedure. First, the optical fiber transmission loss T (l) is corrected, and then the backscattered light reflection is performed using the equation (10). The rate may be calculated, and finally the temperature may be obtained using, for example, equation (11). Alternatively, first, the optical fiber transmission loss T (l) is corrected (P → P 1 / T ), and Alternatively, the temperature may be converted into a temperature (P1 / T → T1 / T ), and finally, an accurate temperature distribution may be obtained by conversion in which P1 / T in Expression (10) is replaced with T1 / T. In this manner, the conversion from the electric signal to the optical signal performed by the signal processing circuit 5, the calculation for obtaining the accurate distribution as shown by the equations (8) and (10), the optical transmission loss T
The signal processing such as the correction of (l) and conversion into a temperature signal may be performed in any order.

また、光ファイバの光伝送損失の補正に用いるT
(l)すなわち光入射端から後方散乱光発生位置lまで
の入射光パルスの到達割合T1(l)と後方散乱光発生位
置lから測定端までの後方散乱光の到達割合T2(l)
は、正確にはそれぞれ光源から後方散乱光発生位置まで
の入射光パルスの到達割合及び後方散乱光発生位置から
受光器までの後方散乱光の到達割合、つまり第4図でパ
ルス光源1から出射した光パルスの後方散乱光発生位置
までの到達割合及び後方散乱光発生位置から受光器3の
受光面での後方散乱光の到達割合であるが、これらをそ
れぞれセンサ用光ファイバ8の光分岐器2との接続端か
ら後方散乱光発生位置までの入射光パルスの到達割合及
び後方散乱光発生位置からセンサ用光ファイバ8の光分
岐器2との接続端までの後方散乱光の到達割合のよう
に、後方散乱光反射率や温度等の知りたい情報のある光
ファイバの位置よりも光源側の光導波路の位置から、な
いしは受光器側の光導波路の位置までのものであれば、
全データに共通の値であるため、これらをそれぞれT
1(l),T2(l)として使用可能である。
In addition, T used for correcting the optical transmission loss of the optical fiber
(L) ie of the incident light pulse from the light incident end to the back-scattered light generation position l arriving ratio T 1 (l) and the arrival from the back-scattered light generation position l of the backscattered light to the measurement end ratio T 2 (l)
To be precise, the arrival ratio of the incident light pulse from the light source to the backscattered light generation position and the arrival ratio of the backscattered light from the backscattered light generation position to the light receiver, that is, the light emitted from the pulse light source 1 in FIG. The arrival ratio of the light pulse to the backscattered light generation position and the arrival ratio of the backscattered light from the backscattered light generation position to the light receiving surface of the photodetector 3 are shown in FIG. And the arrival ratio of the backscattered light from the backscattered light generation position to the connection end of the sensor optical fiber 8 with the optical branching device 2 from the backscattered light generation position to the backscattered light generation position. From the position of the optical waveguide on the light source side to the position of the optical fiber on the light source side, or from the position of the optical waveguide on the light receiver side, from the position of the optical fiber with the information to be known such as the backscattered light reflectance and the temperature,
Since these values are common to all data,
It can be used as 1 (l) and T 2 (l).

分布形温度センサとして利用する後方散乱光には、入
射光パルスと同じ波長のレーリ散乱や波長の異なるラマ
ン散乱を利用する方式等があるが、入射光波長と異なる
後方散乱光を測定する場合には、第4図の光分岐器2を
光学フィルタ込みの光分岐器,或は光分波器,或は光合
分波器とすることにより、これまでに述べた方法で同様
に測定を行うことができる。
The backscattered light used as a distributed temperature sensor includes a method using Rayleigh scattering having the same wavelength as the incident light pulse and Raman scattering having a different wavelength. Is to perform the same measurement by the method described above by using the optical splitter 2 of FIG. 4 as an optical splitter including an optical filter, or an optical splitter or an optical multiplexer / demultiplexer. Can be.

光ファイバの後方散乱光を用いた分布形温度センサと
してラマン散乱光の2成分であるアンチ・ストークス光
とストークス光の後方散乱光の測定を行い、これらの後
方散乱光強度,後方散乱光係数,あるいは、これらに比
例した量の比を取ることにより温度分布を求める方式が
あるが、本発明はこの方式に適用することも可能であ
る。
As a distributed temperature sensor using backscattered light from an optical fiber, it measures the backscattered light of anti-Stokes light and Stokes light, which are two components of Raman scattered light, and measures the backscattered light intensity, backscattered light coefficient, Alternatively, there is a method of obtaining a temperature distribution by taking a ratio of an amount proportional to these, but the present invention can be applied to this method.

すなわち、第7図に示すような測定系を用い、後方散
乱光のうち波長λaのアンチ・ストークス光の後方散乱
光波形を受光器3a,平均化処理回路4aで測定し、波長λ
sのストークス光の後方散乱光波形を受光器3b,平均化
処理回路4bで測定し、信号処理回路5で、電気信号→
光信号の換算,(8)式,(10)式で示されるような
正確な分布を求める計算,光伝送損失T(l)の補
正,アンチ・ストークス光とストークス光の比の計
算、温度信号への換算等を行い、温度分布表示器6で
温度分布を表示する。この際にも前述した例と同様に信
号処理回路5で行う〜の信号処理の順序はどのよう
な順序であっても良い。
That is, using a measuring system as shown in FIG. 7, the backscattered light waveform of the anti-Stokes light having the wavelength λa of the backscattered light is measured by the light receiver 3a and the averaging circuit 4a, and the wavelength λ
The backscattered light waveform of the Stokes light of s is measured by the photodetector 3b and the averaging circuit 4b, and the electric signal is
Conversion of optical signal, calculation for obtaining accurate distribution as shown in equations (8) and (10), correction of optical transmission loss T (l), calculation of ratio of anti-Stokes light to Stokes light, temperature signal The temperature distribution is displayed on the temperature distribution display 6. Also in this case, the order of the signal processing performed by the signal processing circuit 5 in the same manner as in the above-described example may be in any order.

光ファイバの後方散乱光を用いた分布形温度センサと
しては、第8図に示すように、パルス光源1a,1bからそ
れぞれパルス光を光ファイバ8の両端から入射すると共
に光ファイバ8両端から出射する後方散乱光をそれぞれ
受光器3c,3d等を用いて測定し、これらの測定結果を演
算することにより、温度分布を算出する方式も知られて
いるが、本発明はこの方式にも適用可能であり、測定誤
差を小さくすることができる。この場合には信号処理回
路5で、電気信号→光信号の換算,(8)式,(1
0)式で示されるような正確な分布を求める計算,光
伝送損失T(l)の補正,光ファイバの両端で測定し
たデータを組み合わせて光ファイバの各点のデータに換
算する処理,温度信号への換算等を行う。この場合に
も、信号処理回路5で行う〜等の信号処理の順序は
どのような順序であっても良い。
As a distributed temperature sensor using backscattered light from an optical fiber, as shown in FIG. 8, pulsed light from pulsed light sources 1a and 1b enters from both ends of the optical fiber 8 and is emitted from both ends of the optical fiber 8. A method of calculating the temperature distribution by measuring the backscattered light using the light receivers 3c and 3d, respectively, and calculating the measurement results is also known, but the present invention is also applicable to this method. Yes, the measurement error can be reduced. In this case, the signal processing circuit 5 converts the electric signal to the optical signal, equation (8), (1)
0) Calculation for obtaining an accurate distribution as shown by the equation, correction of optical transmission loss T (l), processing of combining data measured at both ends of the optical fiber into data at each point of the optical fiber, temperature signal Conversion to etc. is performed. Also in this case, the order of the signal processing performed by the signal processing circuit 5 and the like may be any order.

[発明の効果] 以上要するに本発明によれば、従来とは基本的に同一
の発光・受光素子,駆動回路及びサンプリング,平均化
処理回路を用いても、後方散乱光の測定精度を高めるこ
とが可能となり、光ファイバの損失や温度・湿度・圧力
等の外部要因のより正確な分布状況を容易かつ経済的に
検出することが可能となる。
[Effects of the Invention] In summary, according to the present invention, it is possible to improve the measurement accuracy of backscattered light even if basically the same light emitting / receiving element, driving circuit, and sampling and averaging circuit are used. This makes it possible to easily and economically detect a more accurate distribution of external factors such as loss of the optical fiber and temperature, humidity, and pressure.

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

第1図は本発明における信号処理方法を説明するための
説明図、第2図は入射パルス光としてインパルス光を用
いたときの測定結果を示す図、第3図は光ファイバの外
部変化によって入射パルス光に対して戻ってくる後方散
乱光の波形とこれをサンプリングした受信信号の従来例
を示す図、第4図は本発明方法を分布形温度センサに適
用した例を示す構成図、第5図,第6図は同センサによ
り得られる測定結果を示す波形図、第7図,第8図は本
発明方法を適用した分布形温度センサの他の例を示す構
成図である。 図中、1,1a,1bはパルス光源、2,2a,2bは光分岐器(また
は光合分波器)、3,3a〜3dは受光器、4,4a〜4dは平均化
処理回路、5は信号処理回路、6は温度分布表示器、7a
〜7dは光ファイバ、8はセンサ用光ファイバ、9は加熱
装置、10はパルス光源の同期信号。
FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining a signal processing method according to the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a measurement result when impulse light is used as incident pulse light, and FIG. FIG. 4 is a diagram showing a conventional example of a waveform of a backscattered light returning with respect to a pulsed light and a reception signal obtained by sampling the waveform. FIG. 4 is a configuration diagram showing an example in which the method of the present invention is applied to a distributed temperature sensor. 6 and 7 are waveform diagrams showing measurement results obtained by the sensor, and FIGS. 7 and 8 are configuration diagrams showing another example of a distributed temperature sensor to which the method of the present invention is applied. In the figure, 1, 1a and 1b are pulse light sources, 2, 2a and 2b are optical splitters (or optical multiplexer / demultiplexers), 3, 3a to 3d are light receivers, and 4, 4a to 4d are averaging circuits, Is a signal processing circuit, 6 is a temperature distribution display, 7a
7d is an optical fiber, 8 is an optical fiber for a sensor, 9 is a heating device, and 10 is a synchronization signal of a pulse light source.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 哲 茨城県日立市日高町5丁目1番1号 日 立電線株式会社電線研究所内 (72)発明者 笹原 久一 茨城県日立市日高町5丁目1番1号 日 立電線株式会社電線研究所内 (72)発明者 筒井 輝明 茨城県日立市日高町5丁目1番1号 日 立電線株式会社電線研究所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Satoshi Yamamoto 5-1-1 Hidaka-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Inside the Wire Research Laboratory, Hitachi Cable Ltd. (72) Inventor Hisaichi Sasahara Hidaka-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture 5-1-1, Nippon Electric Wire & Cable Co., Ltd. (72) Inventor Teruaki Tsutsui 5-1-1, Hidaka-cho, Hitachi City, Ibaraki Pref.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】光ファイバに入射したパルス入射光に対す
る後方散乱光の時間変化を求め、Δt時間間隔のサンプ
リングを行ない、これを多数回繰り返して平均化処理を
行なって時系列データを得、時間変化を位置変化に換算
することにより光ファイバの長さ方向の後方散乱光強度
等を求める光ファイバ後方散乱光の受信信号の処理にお
いて、測定端の距離を0,光ファイバ中の光速をv,Δx=
Δt・v/2としたとき、距離x0〜x0+N・Δxの間のΔ
x間隔の位置の光ファイバの後方散乱光反射率r
(x0),r(x0+Δx),r(x0+2・Δx),……,r(x0
+N・Δx)をそれぞれR(0),R(1),R(2),
…,R(N)とし、送出パルス光のパルス立上り時刻を0
としたときの時刻t0〜t0+M・Δtの間のΔt間隔の時
刻の送出パルス光強度p0(t0),p0(t0+Δt),p0(t0
+2・Δt),…,p0(t0+M・Δt)をそれぞれP
0(0),P0(1),P0(2),…,P0(M)とし、パルス
光を送出したときの時刻を0,t0′=x0/(v/2)としたと
きの時刻t0′〜t0′+(M+N)・ΔtのΔt間隔の時
刻の測定端で測定される見かけの後方散乱光強度p
(t0′),p(t0′+Δt),p(t0′+2Δt),…,p
(t0′+(M+N)・Δt)をそれぞれP(0),P
(1),P(2),…,P(M+N)とし、入射端から距離
x0+n・Δxまでの入射光パルス到達割合をT1(n),
距離x0+n・Δxの位置で発生した後方散乱光の距離x
+n・Δxから測定端までの後方散乱光の到達割合をT2
(n),T(n)=T1(n)・T2(n)とし、次式 で表わされる方程式を解くことにより、光ファイバ各点
からの後方散乱光強度あるいは後方散乱光反射率を求め
ることを特徴とする光ファイバ後方散乱光の受信信号処
理方法。
1. A time change of backscattered light with respect to a pulse incident light incident on an optical fiber is obtained, sampling is performed at Δt time intervals, this is repeated many times and an averaging process is performed to obtain time-series data. In the processing of the received signal of the optical fiber backscattered light, which calculates the backscattered light intensity in the length direction of the optical fiber by converting the change into the position change, the distance between the measurement ends is 0, the speed of light in the optical fiber is v, Δx =
When Δt · v / 2, Δ between distances x 0 to x 0 + N · Δx
Backscattered light reflectance r of optical fiber at x-spacing position
(X 0 ), r (x 0 + Δx), r (x 0 + 2 · Δx), ..., r (x 0
+ N · Δx) are R (0), R (1), R (2),
..., R (N), and the pulse rise time of the transmitted pulse light is 0
And the time t 0 ~t 0 + M · sending pulse light intensity over time of Delta] t interval between Delta] t p 0 when (t 0), p 0 ( t 0 + Δt), p 0 (t 0
+ 2 · Δt),..., P 0 (t 0 + M · Δt)
0 (0), P 0 (1), P 0 (2),..., P 0 (M), and the time when the pulse light is transmitted is 0, t 0 ′ = x 0 / (v / 2). time t 0 '~t 0' + ( M + N) · Δt of Delta] t backscattered light intensity of apparent measured by the measuring portion of the time interval p when the
(T 0 '), p (t 0 ' + Δt), p (t 0 '+ 2Δt), ..., p
(T 0 ′ + (M + N) · Δt) are P (0), P
(1), P (2), ..., P (M + N), and distance from the incident end
The incident light pulse arrival ratio up to x 0 + n · Δx is represented by T 1 (n),
The distance x of the backscattered light generated at the position of the distance x 0 + n · Δx
The arrival ratio of backscattered light from + n · Δx to the measurement end is represented by T 2
(N), T (n) = T 1 (n) · T 2 (n), and the following equation A method for processing a received signal of backscattered light from an optical fiber, comprising calculating the backscattered light intensity or the backscattered light reflectance from each point of the optical fiber by solving the following equation.
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