JP2603714B2 - 光ファイバ式分布形温度センサ - Google Patents
光ファイバ式分布形温度センサInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、温度センサ、特に光ファイバ式分布形温度
センサに関するものである。
センサに関するものである。
［従来の技術］ 光ファイバ式分布形温度センサは、光ファイバ中の散
乱光強度が温度によって変化することを利用し、この変
化を公知のOTDR（Optical time Domain Reflectometr
y）の手法で検知することにより、光ファイバの長手方
向に沿った温度分布を計測するものである。方式として
はラマン散乱光を利用したものとレーリー散乱光を利用
したものが知られており、前者の信号は後者に比べ、微
弱（約1/100〜1/1000）であるが、温度変化に対する信
号変化量が大きく、有望な方式と考えられている。
乱光強度が温度によって変化することを利用し、この変
化を公知のOTDR（Optical time Domain Reflectometr
y）の手法で検知することにより、光ファイバの長手方
向に沿った温度分布を計測するものである。方式として
はラマン散乱光を利用したものとレーリー散乱光を利用
したものが知られており、前者の信号は後者に比べ、微
弱（約1/100〜1/1000）であるが、温度変化に対する信
号変化量が大きく、有望な方式と考えられている。
ラマン散乱光を利用した光ファイバ式分布形温度セン
サ（以下、単にラマン式温度センサと呼ぶ）としては、
光ファイバの一端から波長λ０、パルス幅Tw、パルス周
期Tpの光（第５図の（ａ）参照）を入射させ、光ファイ
バ内で発生するラマン散乱光の二成分である波長λａの
アンチストークス光、及び波長λｓのストークス光等の
反射光（第５図の（ｂ）参照）を、サンプリング時間間
隔Tsで計測し、パルス光入射時刻をｔ＝０として、それ
ぞれの反射光の光強度を時間の関数I a（ｔ）,I s
（ｔ）として測定し、これらの比I a（ｔ）/I s（ｔ）
が純粋に温度の関数であること、及び光パルス入射後、
光パルス入射端（後方散乱光計測部）に戻ってくるまで
の時間が２×L/C0であること（C0;光ファイバ中の光
速）を利用して、光ファイバに沿った線状の温度分布測
定を行う装置が提案されている。
サ（以下、単にラマン式温度センサと呼ぶ）としては、
光ファイバの一端から波長λ０、パルス幅Tw、パルス周
期Tpの光（第５図の（ａ）参照）を入射させ、光ファイ
バ内で発生するラマン散乱光の二成分である波長λａの
アンチストークス光、及び波長λｓのストークス光等の
反射光（第５図の（ｂ）参照）を、サンプリング時間間
隔Tsで計測し、パルス光入射時刻をｔ＝０として、それ
ぞれの反射光の光強度を時間の関数I a（ｔ）,I s
（ｔ）として測定し、これらの比I a（ｔ）/I s（ｔ）
が純粋に温度の関数であること、及び光パルス入射後、
光パルス入射端（後方散乱光計測部）に戻ってくるまで
の時間が２×L/C0であること（C0;光ファイバ中の光
速）を利用して、光ファイバに沿った線状の温度分布測
定を行う装置が提案されている。
このラマン式温度センサは、例えば電力ケーブルに沿
わせてセンサ用光ファイバを敷設することにより、電力
ケーブルの長手方向の温度分布を知ることができ、送電
容量の制御等に利用したり、ケーブルの劣化等により生
じる部分的に温度の高い箇所の検知等が行なえる。ま
た、ビルやトンネル等の火災検知用として使用すれば、
火災発生位置の標定を行うこともできる。
わせてセンサ用光ファイバを敷設することにより、電力
ケーブルの長手方向の温度分布を知ることができ、送電
容量の制御等に利用したり、ケーブルの劣化等により生
じる部分的に温度の高い箇所の検知等が行なえる。ま
た、ビルやトンネル等の火災検知用として使用すれば、
火災発生位置の標定を行うこともできる。
第４図は、上記提案されているラマン式温度センサの
具体的構成例であり、計測装置10とセンサ用光ファイバ
20から構成されている。
具体的構成例であり、計測装置10とセンサ用光ファイバ
20から構成されている。
計測装置10内のパルス光源２から出射された光は、光
ファイバ21、光分岐器31を介してセンサ用光ファイバ20
に導かれ、該光ファイバ内で後方散乱光（反射光）を励
起する。励起された反射光の一部は計測装置10側に戻
り、分岐器31、光ファイバ22を介して、光分岐器32に導
かれる。
ファイバ21、光分岐器31を介してセンサ用光ファイバ20
に導かれ、該光ファイバ内で後方散乱光（反射光）を励
起する。励起された反射光の一部は計測装置10側に戻
り、分岐器31、光ファイバ22を介して、光分岐器32に導
かれる。
光分岐器32で二分された反射光のうち、光ファイバ23
aに導かれたものは、アンチストークス光用の光フィル
タ4a,受光器5a及び平均化処理回路6aで構成されるアン
チストークス光用OTDR計測回路30aに入り、この光強度
からアンチストークス光強度の時間関数I a（ｔ）が求
められる。他方、光分岐器32で二分された後方散乱光の
うち、光ファイバ23sに導かれたものは、ストークス光
用の光学フィルタ4s,受光器5s及び平均化処理回路6sで
構成されるストークス光用OTDR計測回路30sに入り、こ
の光強度からストークス光強度の時間関数I s（ｔ）が
求められる。パルス光源２と平均化処理回路6a,6sの同
期合せは、トリガ回路１の同期信号によって行い、反射
光のサンプリングは平均化処理回路6a,6s内で、第５図
に示す一定の時間間隔Tsで行われる。
aに導かれたものは、アンチストークス光用の光フィル
タ4a,受光器5a及び平均化処理回路6aで構成されるアン
チストークス光用OTDR計測回路30aに入り、この光強度
からアンチストークス光強度の時間関数I a（ｔ）が求
められる。他方、光分岐器32で二分された後方散乱光の
うち、光ファイバ23sに導かれたものは、ストークス光
用の光学フィルタ4s,受光器5s及び平均化処理回路6sで
構成されるストークス光用OTDR計測回路30sに入り、こ
の光強度からストークス光強度の時間関数I s（ｔ）が
求められる。パルス光源２と平均化処理回路6a,6sの同
期合せは、トリガ回路１の同期信号によって行い、反射
光のサンプリングは平均化処理回路6a,6s内で、第５図
に示す一定の時間間隔Tsで行われる。
得られた時間関数I a（ｔ）及びI s（ｔ）を温度分布
演算回路７に入力し、I a（ｔ）/I s（ｔ）の演算を行
うことにより、センサ用光ファイバに沿った線状温度分
布測定を行っている。
演算回路７に入力し、I a（ｔ）/I s（ｔ）の演算を行
うことにより、センサ用光ファイバに沿った線状温度分
布測定を行っている。
［発明が解決しようとする課題］ ラマン式温度センサあるいはレーリー式温度センサは
上述した方法で線状の温度分布が測定できる有望な方式
であるが、センサとして用いる光ファイバが光伝送損失
を有するため、長距離計測にある限界を与えていた。即
ち、第５図（ｂ）に示すように、反射光強度はセンサの
遠端部になるほど減衰し、センサがある長さよりも長く
なると、遠端部の反射光強度は受光器の感度より微弱と
なり、計測不能となる。これを改善するため、受光器の
感度を上げると、近端部の強い反射光に対しては受光器
が飽和し、近端部の計測が不能となる。
上述した方法で線状の温度分布が測定できる有望な方式
であるが、センサとして用いる光ファイバが光伝送損失
を有するため、長距離計測にある限界を与えていた。即
ち、第５図（ｂ）に示すように、反射光強度はセンサの
遠端部になるほど減衰し、センサがある長さよりも長く
なると、遠端部の反射光強度は受光器の感度より微弱と
なり、計測不能となる。これを改善するため、受光器の
感度を上げると、近端部の強い反射光に対しては受光器
が飽和し、近端部の計測が不能となる。
また反射光はサンプリング時間で計測され、この時間
間隔Tsが短いほど温度計測距離間隔が短くなり、計測距
離精度が向上することとなるが、サンプリング時間間隔
Tsを短くするほど、平均化処理回路を高速にする必要が
あり、高価なものとなる。従って、サンプリング時間を
短くして、計測距離精度を向上させる方式は、経済性か
ら限界があった。
間隔Tsが短いほど温度計測距離間隔が短くなり、計測距
離精度が向上することとなるが、サンプリング時間間隔
Tsを短くするほど、平均化処理回路を高速にする必要が
あり、高価なものとなる。従って、サンプリング時間を
短くして、計測距離精度を向上させる方式は、経済性か
ら限界があった。
本発明の目的は、前記した従来技術の欠点を改善し、
長距離計測を可能とし、かつ、計測距離精度を向上させ
た光ファイバ式分布形温度センサを提供することにあ
る。
長距離計測を可能とし、かつ、計測距離精度を向上させ
た光ファイバ式分布形温度センサを提供することにあ
る。
［課題を解決するための手段］ 本発明の光ファイバ式分布形温度センサは、計測系内
の光源からセンサ用光ファイバに光パルスを入射させ、
該ファイバで発生する後方散乱光で形成される反射光を
該計測系に導き、これら反射光の中から、ラマン散乱光
或いはレーリー散乱光の中心波長に相当する波長領域の
光を分離して受光器に導き、これらの光強度をサンプリ
ングして光ファイバ温度分布を求めると共に、光パルス
の入射時刻と反射光が測定系へ到達する時刻の差から反
射光の発生位置を求める光ファイバ式分布形温度センサ
において、前記計測系内で反射光を受光器に導く経路の
途中に設けた光スイッチと、該光スイッチを制御して、
センサ用光ファイバの温度計測距離範囲を複数の区間に
分割し、各計測区間に対応した反射光のみを受光器に入
射するように設定する分割制御手段と、前記各計測区間
の反射光強度に対応して受光器の感度を調整する手段と
を備えて構成したものである。
の光源からセンサ用光ファイバに光パルスを入射させ、
該ファイバで発生する後方散乱光で形成される反射光を
該計測系に導き、これら反射光の中から、ラマン散乱光
或いはレーリー散乱光の中心波長に相当する波長領域の
光を分離して受光器に導き、これらの光強度をサンプリ
ングして光ファイバ温度分布を求めると共に、光パルス
の入射時刻と反射光が測定系へ到達する時刻の差から反
射光の発生位置を求める光ファイバ式分布形温度センサ
において、前記計測系内で反射光を受光器に導く経路の
途中に設けた光スイッチと、該光スイッチを制御して、
センサ用光ファイバの温度計測距離範囲を複数の区間に
分割し、各計測区間に対応した反射光のみを受光器に入
射するように設定する分割制御手段と、前記各計測区間
の反射光強度に対応して受光器の感度を調整する手段と
を備えて構成したものである。
更に好ましい形態としては、一の遅延時間が前記反射
光を計測するサンプリング時間間隔より短く且つそれら
の和がサンプリング時間間隔となる遅延時間集合を設定
し、各遅延時間に対応した時間だけ順次サンプリング開
始時刻を延長させて、総合的に温度計測点の間隔を短く
する計測点制御手段とを備えて構成する。
光を計測するサンプリング時間間隔より短く且つそれら
の和がサンプリング時間間隔となる遅延時間集合を設定
し、各遅延時間に対応した時間だけ順次サンプリング開
始時刻を延長させて、総合的に温度計測点の間隔を短く
する計測点制御手段とを備えて構成する。
光分岐器と光フィルタとによって、反射光の中からラ
マン散乱光或いはレーリー散乱光の中心波長に相当する
波長領域の光を分離して受光器に導く構成とした場合に
は、光スイッチは、この波長分離手段により計測系内の
反射光を受光器に導くまでの経路途中の任意の場所、即
ち、光分岐器の前、光分岐器と各光フィルタとの間、各
光フィルタと受光器との間のいずれかに設けることがで
きる。
マン散乱光或いはレーリー散乱光の中心波長に相当する
波長領域の光を分離して受光器に導く構成とした場合に
は、光スイッチは、この波長分離手段により計測系内の
反射光を受光器に導くまでの経路途中の任意の場所、即
ち、光分岐器の前、光分岐器と各光フィルタとの間、各
光フィルタと受光器との間のいずれかに設けることがで
きる。
受光器の感度調整手段は、受光器それ自体を、受けた
反射光の強度が小さくなるにつれ自動的に各計測区間ご
とに感度が大きく制御されるように構成したり、予め各
計測区間ごとの感度調整を行って設定しておきその調整
指令を受光器に与えたり、或いは、反射光の強度をモニ
タして自動的に受光器の感度を調整しても良い。
反射光の強度が小さくなるにつれ自動的に各計測区間ご
とに感度が大きく制御されるように構成したり、予め各
計測区間ごとの感度調整を行って設定しておきその調整
指令を受光器に与えたり、或いは、反射光の強度をモニ
タして自動的に受光器の感度を調整しても良い。
上記分割制御手段と計測点制御手段とは、コントロー
ラによるタイミング調整機能とすることができる。
ラによるタイミング調整機能とすることができる。
［作用］ 分割制御手段は、光スイッチを制御して、センサの温
度計測距離範囲を複数の区間に分割し、各計測区間に対
応した反射光のみを、受光器に入射するように設定す
る。この設定された各計測区間ごとの反射光の強度に対
応して、受光器の感度が調整される。この制御下で各計
測区間ごとの温度分布を順次計測して行く。反射光強度
はセンサの遠端部になるほど減衰するが、各計測区間ご
とに受光器の感度が調整されるため、遠端部の反射光強
度が受光器の感度より微弱となることはなく、また、近
端部の強い反射光に対しても受光器が飽和しないため、
計測が不能となることはない。従って長距離計測が可能
となる。
度計測距離範囲を複数の区間に分割し、各計測区間に対
応した反射光のみを、受光器に入射するように設定す
る。この設定された各計測区間ごとの反射光の強度に対
応して、受光器の感度が調整される。この制御下で各計
測区間ごとの温度分布を順次計測して行く。反射光強度
はセンサの遠端部になるほど減衰するが、各計測区間ご
とに受光器の感度が調整されるため、遠端部の反射光強
度が受光器の感度より微弱となることはなく、また、近
端部の強い反射光に対しても受光器が飽和しないため、
計測が不能となることはない。従って長距離計測が可能
となる。
一方、第２の形態にあっては、計測点制御手段が、反
射光を計測するサンプリング開示時刻をサンプリング時
間間隔よりも短い遅延時間だけ遅延させて、温度計測を
繰り返し行わせる。このため、総合的に温度計測点の間
隔が短くなって温度計測距離分解能が上り、光ファイバ
式分布型温度センサの精度が大幅に向上する。
射光を計測するサンプリング開示時刻をサンプリング時
間間隔よりも短い遅延時間だけ遅延させて、温度計測を
繰り返し行わせる。このため、総合的に温度計測点の間
隔が短くなって温度計測距離分解能が上り、光ファイバ
式分布型温度センサの精度が大幅に向上する。
［実施例］ 以下、本発明による光ファイバ式分布形温度センサの
実施例を第１図により説明する。本実施例による光ファ
イバ式分布形温度センサの基本概念及び構成は、第４
図、第５図に示したものとほぼ同じであり、異なる点は
以下の通りである。
実施例を第１図により説明する。本実施例による光ファ
イバ式分布形温度センサの基本概念及び構成は、第４
図、第５図に示したものとほぼ同じであり、異なる点は
以下の通りである。
即ち、光分岐器31,32間に光スイッチ８を挿入したこ
とと、トリガ回路１の代わりにコントローラ11を挿入し
たことである。光スイッチ８は、センサ温度計測距離範
囲を複数の区間に分割し、各計測区間に対応した反射光
のみを、アンチストークス光用OTDR計測回路30aとスト
ークス光用OTDR計測回路30sに入射するために用いら
れ、このタイミング調整はコントローラ11によりライン
12を介して行う。コントローラ11の機能としては、この
他、パルス光源２へのトリガ信号の作成、後述する遅延
時間信号の作成、及びOTDR計測回路30a,30sや温度分布
演算回路７等への同期信号の作成が主なものとなってい
る。
とと、トリガ回路１の代わりにコントローラ11を挿入し
たことである。光スイッチ８は、センサ温度計測距離範
囲を複数の区間に分割し、各計測区間に対応した反射光
のみを、アンチストークス光用OTDR計測回路30aとスト
ークス光用OTDR計測回路30sに入射するために用いら
れ、このタイミング調整はコントローラ11によりライン
12を介して行う。コントローラ11の機能としては、この
他、パルス光源２へのトリガ信号の作成、後述する遅延
時間信号の作成、及びOTDR計測回路30a,30sや温度分布
演算回路７等への同期信号の作成が主なものとなってい
る。
次に、本発明による光フィアバ式分布形温度センサの
動作について第２図を併用して説明する。
動作について第２図を併用して説明する。
計測装置10内のパルス光源２から出射された光は、光
ファイバ21、光分岐器31を介し、センサ用光ファイバ20
に導かれ、該光ファイバ内で後方散乱光を励起し、この
一部は反射光となって計測装置10側に戻り、光岐器31、
光ファイバ22、光スイッチ８を介して光分岐器32に導か
れ、ここで二分される。二分された光の一方は、光ファ
イバ23aを介して、アンチストークス光用の波長分離手
段たる光学フィルタ4a,受光器5a及び平均化処理回路6a
で構成されるアンチストークス光用OTDR計測回路30aへ
入る。他方の光は、光ファイバ23sを介して、ストーク
ス光用の波長分離手段たる光フィルタ4s,受光器5s及び
平均化処理回路6sで構成されるストークス光用OTDR計測
回路30sに入る。
ファイバ21、光分岐器31を介し、センサ用光ファイバ20
に導かれ、該光ファイバ内で後方散乱光を励起し、この
一部は反射光となって計測装置10側に戻り、光岐器31、
光ファイバ22、光スイッチ８を介して光分岐器32に導か
れ、ここで二分される。二分された光の一方は、光ファ
イバ23aを介して、アンチストークス光用の波長分離手
段たる光学フィルタ4a,受光器5a及び平均化処理回路6a
で構成されるアンチストークス光用OTDR計測回路30aへ
入る。他方の光は、光ファイバ23sを介して、ストーク
ス光用の波長分離手段たる光フィルタ4s,受光器5s及び
平均化処理回路6sで構成されるストークス光用OTDR計測
回路30sに入る。
両OTDR計測回路30a,30s内において、光分岐器32から
の光は、光フィルタ4a,4sでそれぞれの波長領域の光に
変換された後、受光器5a,5sに入り、それぞれの光強度
情報に応じた電気的なアナログ信号に変換される。受光
器5a,5sから出力される光強度の電気信号は平均化処理
回路6a,6sに入力され、該平均化処理回路6a,6s内でそれ
ぞれ一定の時間間隔Tsでサンプリングされ、アンチスト
ークス光強度の時間関数I a（ｔ）と、ストークス光強
度の時間関数I s（ｔ）とが求められ、同時にSN比が改
善される。得られた時間関数I a（ｔ）及びI s（ｔ）の
情報は、温度分布演算回路７に入力されて、I a（ｔ）/
I s（ｔ）の演算が行われ、センサ用光ファイバ20に沿
った線状温度分布が求められる。尚、パルス光源２と、
上記平均化処理回路6a,6s、OTDR計測回路30a,30s及び温
度分布演算回路７間の同期合せは、コントローラ11から
発生される同期信号によって行われる。
の光は、光フィルタ4a,4sでそれぞれの波長領域の光に
変換された後、受光器5a,5sに入り、それぞれの光強度
情報に応じた電気的なアナログ信号に変換される。受光
器5a,5sから出力される光強度の電気信号は平均化処理
回路6a,6sに入力され、該平均化処理回路6a,6s内でそれ
ぞれ一定の時間間隔Tsでサンプリングされ、アンチスト
ークス光強度の時間関数I a（ｔ）と、ストークス光強
度の時間関数I s（ｔ）とが求められ、同時にSN比が改
善される。得られた時間関数I a（ｔ）及びI s（ｔ）の
情報は、温度分布演算回路７に入力されて、I a（ｔ）/
I s（ｔ）の演算が行われ、センサ用光ファイバ20に沿
った線状温度分布が求められる。尚、パルス光源２と、
上記平均化処理回路6a,6s、OTDR計測回路30a,30s及び温
度分布演算回路７間の同期合せは、コントローラ11から
発生される同期信号によって行われる。
上記光スイッチ８は、コントローラ11からの開閉制御
信号により、パルス光が出射されてから所定の時刻の到
来毎に一定時間幅TswpだけON状態（光シャッタ開）とな
る。これにより、センサの温度計測距離範囲は複数の間
隔に分割され、各計測区間に対応した反射光のみが受光
器5a,5sに入射することとなる。長距離計測を可能とす
るため、これら受光器5a,5sのゲイン即ち感度は、受け
た反射光の強度が小さくなるにつれ自動的に大きく制御
される。
信号により、パルス光が出射されてから所定の時刻の到
来毎に一定時間幅TswpだけON状態（光シャッタ開）とな
る。これにより、センサの温度計測距離範囲は複数の間
隔に分割され、各計測区間に対応した反射光のみが受光
器5a,5sに入射することとなる。長距離計測を可能とす
るため、これら受光器5a,5sのゲイン即ち感度は、受け
た反射光の強度が小さくなるにつれ自動的に大きく制御
される。
ところで、上記計測距離範囲分割の目的でコントロー
ラ11が開閉制御信号により司どる時間幅は、第２図
（ｃ）に示すように、パルス光が出射されてから光スイ
ッチ８をON状態とするまでの制御時間幅Tswiと、このON
状態を維持する一定の時間幅Tswpとの２つになる。平均
化処理回路6a,6sのサンプリングを、この光スイッチ８
が開いている一定時間幅Tswp内で行わせる目的で、第２
図（ｄ）に示す如く、サンプリングの停止時間幅（Tm
i）及び実行時間幅（Tmp）を設定する。即ち、サンプリ
ング停止時間（Tmi）は最初のサンプリング点が常に上
記一定時間幅Tswp内で生起するように長さ調整され、サ
ンプリング実行時間（Tmp）は最後のサンプリング点が
時間幅Tswp内で生起するような長さに定められる（第２
図（ｄ））。
ラ11が開閉制御信号により司どる時間幅は、第２図
（ｃ）に示すように、パルス光が出射されてから光スイ
ッチ８をON状態とするまでの制御時間幅Tswiと、このON
状態を維持する一定の時間幅Tswpとの２つになる。平均
化処理回路6a,6sのサンプリングを、この光スイッチ８
が開いている一定時間幅Tswp内で行わせる目的で、第２
図（ｄ）に示す如く、サンプリングの停止時間幅（Tm
i）及び実行時間幅（Tmp）を設定する。即ち、サンプリ
ング停止時間（Tmi）は最初のサンプリング点が常に上
記一定時間幅Tswp内で生起するように長さ調整され、サ
ンプリング実行時間（Tmp）は最後のサンプリング点が
時間幅Tswp内で生起するような長さに定められる（第２
図（ｄ））。
このようにコントローラ11により、光スイッチ８の開
閉制御とサンプリング時刻との相互の同期を取りつつ、
停止時間Tmiを順次長くし温度分布の計測を繰返して行
く。即ち、先ず、サンプリング停止時間Tmi＝０として
温度分布を計測し、次に、停止時間Tmi＝Ｎ×Tmp（Ｎ＝
1,2,…）として順次温度分布を計測して行き、最終的に
第２図（ｅ）に示すように全体の温度分布を計測する。
このとき、反射光強度はセンサの遠端部になるほど減衰
するが、各計測区間ごとに且つ反射光の強度が弱まるに
つれ、受光器5a,5sの感度が適正な値に上げられるた
め、遠端部の反射光強度が受光器の感度より微弱となる
ことはなく、また、近端部の強い反射光に対しても受光
器が飽和しないため、計測が不能となることはない。こ
の各計測区間ごとの受光器5a,5sの感度調整は、予め行
っても良く、また反射光の強度をモニタして自動調整し
ても良く。
閉制御とサンプリング時刻との相互の同期を取りつつ、
停止時間Tmiを順次長くし温度分布の計測を繰返して行
く。即ち、先ず、サンプリング停止時間Tmi＝０として
温度分布を計測し、次に、停止時間Tmi＝Ｎ×Tmp（Ｎ＝
1,2,…）として順次温度分布を計測して行き、最終的に
第２図（ｅ）に示すように全体の温度分布を計測する。
このとき、反射光強度はセンサの遠端部になるほど減衰
するが、各計測区間ごとに且つ反射光の強度が弱まるに
つれ、受光器5a,5sの感度が適正な値に上げられるた
め、遠端部の反射光強度が受光器の感度より微弱となる
ことはなく、また、近端部の強い反射光に対しても受光
器が飽和しないため、計測が不能となることはない。こ
の各計測区間ごとの受光器5a,5sの感度調整は、予め行
っても良く、また反射光の強度をモニタして自動調整し
ても良く。
尚、受光器5a,5sの感度調整手段としては、 （１）受光器中の光・電気変換素子の後段に使用する電
気信号の増幅器の増幅率を調整する方法、 （２）光・電気変換素子としては、例えばアバランシェ
・フォト・ダイオード（APD）を使用する場合には、そ
のバイアス電圧や温度を変えることにより、APDのゲイ
ンを変える方法、及び （３）光・電気変換素子に電気信号光が入射する前に、
光減衰器を挿入し、この減衰率を変えることにより調整
する方法等が考えられる。
気信号の増幅器の増幅率を調整する方法、 （２）光・電気変換素子としては、例えばアバランシェ
・フォト・ダイオード（APD）を使用する場合には、そ
のバイアス電圧や温度を変えることにより、APDのゲイ
ンを変える方法、及び （３）光・電気変換素子に電気信号光が入射する前に、
光減衰器を挿入し、この減衰率を変えることにより調整
する方法等が考えられる。
上記（３）の方法の場合、光減衰器は、受光器に用い
られる光・電気変換素子の直前に挿入しても良いし、或
いは光分岐器31と受光器5a,5bの間であればどこに挿入
しても良い。
られる光・電気変換素子の直前に挿入しても良いし、或
いは光分岐器31と受光器5a,5bの間であればどこに挿入
しても良い。
上記サンプリング実行時間Tmpは、受光感度やセンサ
用光ファイバの光の損失等で定まり、これが長い程セン
サの計測距離を長くでき、長距離化の開発研究が進めら
れているが、上記実施例ではこれを一挙にＮ倍に拡大で
きたものである。
用光ファイバの光の損失等で定まり、これが長い程セン
サの計測距離を長くでき、長距離化の開発研究が進めら
れているが、上記実施例ではこれを一挙にＮ倍に拡大で
きたものである。
次に、温度計測距離分解能の向上法について、第３図
を併用して説明する。
を併用して説明する。
これは、１遅延時間が反射光を計測するサンプリング
時間間隔Tsより短く、且つ、それらの和がサンプリング
時間間隔Tsとなるような遅延時間集合として設定し、各
遅延時間に対応した時間だけ順次サンプリング開始時刻
を延長させて、温度計測を繰り返し行い、総合的に温度
計測点の間隔を短くするものである。このように温度計
測距離分解能を向上させることにより、光ファイバ式分
布形温度センサの精度が大幅に向上することになる。
時間間隔Tsより短く、且つ、それらの和がサンプリング
時間間隔Tsとなるような遅延時間集合として設定し、各
遅延時間に対応した時間だけ順次サンプリング開始時刻
を延長させて、温度計測を繰り返し行い、総合的に温度
計測点の間隔を短くするものである。このように温度計
測距離分解能を向上させることにより、光ファイバ式分
布形温度センサの精度が大幅に向上することになる。
今、最小遅延時間間隔Δｔと、サンプリング停止時間
Tmiとの関係を Tmi＝ｍ×Δｔ （ｍ＝0,1,2,…,M） Ｍ＝Ts/Δｔ とし、これをコントローラ11により作成して平均化処理
回路6a,6sに与える。これによって第３図（ａ）（ｂ）
（ｃ）のように、Tmi＝0,Tmi＝Δt,Tmi＝２Δｔ…と、
順次上式に従って温度計測を行うと、第３図（ｄ）にＭ
＝５の場合について示すように、最終的に遅延時間間隔
Δｔの細かなサンプリング結果が得られる。
Tmiとの関係を Tmi＝ｍ×Δｔ （ｍ＝0,1,2,…,M） Ｍ＝Ts/Δｔ とし、これをコントローラ11により作成して平均化処理
回路6a,6sに与える。これによって第３図（ａ）（ｂ）
（ｃ）のように、Tmi＝0,Tmi＝Δt,Tmi＝２Δｔ…と、
順次上式に従って温度計測を行うと、第３図（ｄ）にＭ
＝５の場合について示すように、最終的に遅延時間間隔
Δｔの細かなサンプリング結果が得られる。
このときのサンプリング時間間隔すなわち遅延時間間
隔Δｔは、等価的に、サンプリング時間間隔をTsとして
いた時のＭ分の１となり、温度計測点の間隔をＭ分の１
に短くできたことになる。このため、温度計測距離分解
能は大幅に向上する。
隔Δｔは、等価的に、サンプリング時間間隔をTsとして
いた時のＭ分の１となり、温度計測点の間隔をＭ分の１
に短くできたことになる。このため、温度計測距離分解
能は大幅に向上する。
尚、ここでは遅延時間間隔Δｔを、サンプリング時間
間隔TsのＭ分の１としているが、この大きさがTsより短
く、かつ、それらの和がTsとなれば、いかなる集合でも
差し支えない。
間隔TsのＭ分の１としているが、この大きさがTsより短
く、かつ、それらの和がTsとなれば、いかなる集合でも
差し支えない。
上記第２図、第３図で説明した機能を繰り合わせれ
ば、長距離計測が可能で、その計測距離精度も非常に高
い光ファイバ式分布形温度センサを実現できる。また、
遅延時間を適宜変えることにより、センサの温度分布を
細かく見たり、粗く見ることもできる。
ば、長距離計測が可能で、その計測距離精度も非常に高
い光ファイバ式分布形温度センサを実現できる。また、
遅延時間を適宜変えることにより、センサの温度分布を
細かく見たり、粗く見ることもできる。
上記実施例では、後方散乱として、ラマン散乱光を主
体に説明したが、レーリ散乱光を用いても、或いはこれ
らの組み合わせを用いても、本発明の原理はそのまま適
用できる。
体に説明したが、レーリ散乱光を用いても、或いはこれ
らの組み合わせを用いても、本発明の原理はそのまま適
用できる。
［発明の効果］ 本発明によれば以下の顕著な効果を奏することができ
る。
る。
（１）センサの温度計測範囲を複数の区間に分割し、各
計測区間に対応した計測技術を採用することにより、光
源、光学素子、受光器、平均化処理装置等の機器性能が
従来と同一レベルでも、光ファイバ式分布形温度センサ
の長距離計測が可能となる。
計測区間に対応した計測技術を採用することにより、光
源、光学素子、受光器、平均化処理装置等の機器性能が
従来と同一レベルでも、光ファイバ式分布形温度センサ
の長距離計測が可能となる。
（２）サンプリング時間を適宜、遅延させることによ
り、計測距離精度を従来より大幅に向上させた光ファイ
バ式分布形温度センサが得られる。
り、計測距離精度を従来より大幅に向上させた光ファイ
バ式分布形温度センサが得られる。
（３）上記性能を経済性を損なうことなく達成できる。
第１図は本発明の一実施例による光ファイバ式分布形温
度センサの構成図、第２図（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）
（ｅ）はその温度計測距離範囲を複数の区間に分割する
計測概念の説明図、第３図（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は
本発明による光ファイバ式分布形温度センサの計測概念
の説明図、第４図は先に提案されている光ファイバ式分
布形温度センサの構成図、第５図（ａ）（ｂ）はその計
測概念の説明図である。 図中、１はトリガ回路、２はパルス光源、4s,4aは光学
フィルタ、5s,5aは受光器、6s,6aは平均化処理回路、７
は温度分布演算回路、８は光スイッチ、10は計測装置、
11はコントローラ、20はセンサ用光ファイバ、21,22,23
a,23sは光ファイバ、31,32は光分岐器、30sはストーク
ス光用OTDR計測回路、30aはアンチストークス光用OTDR
計測回路を示す。
度センサの構成図、第２図（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）
（ｅ）はその温度計測距離範囲を複数の区間に分割する
計測概念の説明図、第３図（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は
本発明による光ファイバ式分布形温度センサの計測概念
の説明図、第４図は先に提案されている光ファイバ式分
布形温度センサの構成図、第５図（ａ）（ｂ）はその計
測概念の説明図である。 図中、１はトリガ回路、２はパルス光源、4s,4aは光学
フィルタ、5s,5aは受光器、6s,6aは平均化処理回路、７
は温度分布演算回路、８は光スイッチ、10は計測装置、
11はコントローラ、20はセンサ用光ファイバ、21,22,23
a,23sは光ファイバ、31,32は光分岐器、30sはストーク
ス光用OTDR計測回路、30aはアンチストークス光用OTDR
計測回路を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (72)発明者 川神 裕志 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 (56)参考文献 特開 昭63−269075（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−311127（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】計測系内の光源からセンサ用光ファイバに
光パルスを入射させ、該ファイバで発生する後方散乱光
で形成される反射光を該計測系に導き、これら反射光の
中から、ラマン散乱光或いはレーリー散乱光の中心波長
に相当する波長領域の光を分離して受光器に導き、これ
らの光強度をサンプリングして光ファイバ温度分布を求
めると共に、光パルスの入射時刻と反射光が測定系へ到
達する時刻の差から反射光の発生位置を求める光ファイ
バ式分布形温度センサにおいて、前記計測系内で反射光
を受光器に導く経路の途中に設けた光スイッチと、該光
スイッチを制御して、センサ用光ファイバの温度計測距
離範囲を複数の区間に分割し、各計測区間に対応した反
射光のみを受光器に入射するように設定する分割制御手
段と、前記各計測区間の反射光強度に対応して受光器の
感度を調整する手段とを備えたことを特徴とする光ファ
イバ式分布形温度センサ。 - 【請求項２】一の遅延時間が前記反射光を計測するサン
プリング時間間隔より短く且つそれらの和がサンプリン
グ時間間隔となる遅延時間集合を設定し、各遅延時間に
対応した時間だけ順次サンプリング開始時刻を延長させ
て、総合的に温度計測点の間隔を短くする計測点制御手
段を更に備えたことを特徴とする請求項１記載の光ファ
イバ式分布形温度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1019992A JP2603714B2 (ja) | 1989-01-30 | 1989-01-30 | 光ファイバ式分布形温度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1019992A JP2603714B2 (ja) | 1989-01-30 | 1989-01-30 | 光ファイバ式分布形温度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02201130A JPH02201130A (ja) | 1990-08-09 |
| JP2603714B2 true JP2603714B2 (ja) | 1997-04-23 |
Family
ID=12014663
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1019992A Expired - Fee Related JP2603714B2 (ja) | 1989-01-30 | 1989-01-30 | 光ファイバ式分布形温度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2603714B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103575424B (zh) * | 2013-11-27 | 2017-03-01 | 威海北洋电气集团股份有限公司 | 温度波动度可控的分布式光纤传感器及测温系统和方法 |
| CN106323345B (zh) * | 2016-08-18 | 2018-07-06 | 南京发艾博光电科技有限公司 | 一种超长距离分布式光纤传感模拟测试系统及方法 |
| JP6694923B2 (ja) * | 2018-07-30 | 2020-05-20 | 北陸電力株式会社 | 温度測定装置および温度測定方法 |
-
1989
- 1989-01-30 JP JP1019992A patent/JP2603714B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02201130A (ja) | 1990-08-09 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |