JP2765750B2 - 光ファイバ式分布形温度測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、光ファイバ式分布形温度測定装置に関する
ものである。

［従来の技術］ 一般に、光ファイバ式分布温度測定装置は、光ファイ
バ中で発生するラマン散乱光の散乱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（Opitca
l Time Domain Reflectometory）装置の手法で検出する
ことにより、光ファイバの長さ方向に沿った温度分布を
計測するものである。

即ち、計測装置本体内のパルス光源からセンサ用光フ
ァイバに光パルスを入射させ、該センサ用光ファイバで
発生する後方散乱光を該計測装置本体に導き、これらの
散乱光の中からラマン散乱光の２成分を分離し、これら
の光の強度から温度を求める。

従来、この後方散乱光の検出は、第２図に示すよう
に、センサ用光ファイバ５中で発生する後方散乱光をAP
D等の受光素子４で検出し、これを１つまたは複数のア
ンプ３により増幅し、これをA/D変換器２によりディジ
タル化し、この出力を加算器１へ入力し、繰り返し上記
操作を行うことにより、散乱光強度を検出している。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、このようにA/D変換器を用いた方式では、後
方散乱光による電気信号がアナログ的に強度変化を持つ
連続した信号でなければならない。このため、後方散乱
光強度が大きくなければ計測精度が低下したり、あるい
は計測不能になるといった問題があった。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を解消し、
後方散乱光が微弱な場合の温度分布を測定できる新規な
光ファイバ式温度分布測定装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、計測装置本体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
散乱光を計測装置本体に導き、これらの散乱光の中から
ラマン散乱光を分離し、それらの光の強度から温度を求
める光ファイバ式分布形温度測定装置において、受光素
子の出力をコンパレータで基準値と比較して雑音除去し
た後カウンタに入力し、上記受光素子が一定の時間内に
受光した光子の数を計数するものであって、上記カウン
タは２個以上用い上記一定の時間間隔毎に順次切り替え
て計測し、これにより微弱な後方散乱光強度を計測する
ものである。

［作用］ 本発明の光ファイバ式分布形温度測定装置は、散乱光
の受信方法に、ある一定の時間内に受光素子で受光し、
その出力をコンパレータで基準値と比較して雑音除去し
た後カウンタに入力して光子（フォトン）の数を数える
という光子計数方式を採用しているため、高感度であ
り、A/D変換器を用いた方式では困難であった微弱な後
方散乱光を受光するに際して精度良く計測をすることが
できる。

特に、２個以上のカウンタを順次切り替えて計測する
ことにより、計測時間間隔の切り替え時間によるデータ
の欠損が防止され測定精度がさらに向上する。

［実施例］ 本発明の実施例を第１図において説明する。

第１図は、計測装置本体内のパルス光源からセンサ用
光ファイバに光パルスを入射させ、該センサ用光ファイ
バで発生する後方散乱光を該計測装置本体に導き、これ
らの散乱光の中からラマン散乱光の２成分を分離し、こ
れらの光の強度から温度を求める光ファイバ式分布形温
度測定装置の一部、即ち後方散乱光の検出部を示す。

センサ用光ファイバ５中で発生する後方散乱光を、光
ファイバ５より受光素子４に導き、受光素子４の出力を
１段あるいは複数段のアンプ３により増幅する構成は、
従来と同じである。

しかし、従来のA/D変換器２の代りに、コンパレータ
６、バッファ７、第１及び第２のカウンタ8,9及びカウ
ンタ制御回路10が設けてある。

上記アンプ３により増幅された信号はコンパレータ６
に入力され、基準値と比較されて、その雑音部分が除去
される。雑音部分が除去された信号は、バッファ７によ
り波形成形した後、第１及び第２のカウンタ8,9に入力
される。

カウンタ8,9は、カウンタ制御回路10により交互に切
替えられて動作し、それぞれ一定のサンプリング時間内
に入力されるバッファ出力数をカウントする。換言すれ
ば、微弱な後方散乱光の受光に際し、ある一定の時間内
に受光した光子（フォトン）の数を数えるものであり、
この出力を加算器１へ入力し、繰り返し上記操作を行う
ことにより、従来のA/D変換器２を用いた方式では困難
であった微弱な後方散乱光強度を計測することができ
る。

ここで２個の計数カウンタ8,9が用いられているの
は、カウンタ制御回路10がサンプリング後のカウンタを
リセットする時間が無視できない大きさであり、カウン
タが１個の場合にはこのリセット時間内の計数が不可能
となることを考慮したものである。即ち、第1,第２のカ
ウンタ8,9を用い、これをカウンタ制御回路10により順
次切り換え、リセット時間による計測不能な時間を除去
することにより、計測時間間隔の切り替え時の時間によ
るデータの欠損を防ぐものである。

従って、計数カウンタの数は２個に限定されるもので
はなく、２個以上を用い、これをカウンタ制御回路10に
より順次切り替えて計測することもできる。

いずれにせよ、本発明は一定の時間内に受光した光子
（フォトン）の数を数える欲式であるため、受光素子４
としてAPD（Avalanche Photo Diode）のみならず、高感
度のフォトマルチプライヤ等の素子を用いることがで
き、非常に微弱な光に対応できる。従って、光ファイバ
式分布形温度測定装置の検出感度及び精度が大幅に向上
する。

上記実施例においては加算器１をカウンタ8,9と別個
に設けたが、第１図においてカウンタ8,9を多数個設置
し、カウンタ8,9に加算器１の機能を持たせることも可
能である。即ち、バッファ７の出力をサンプリング時間
に対応したカウンタ８又は９に入力し、光ファイバ５か
らの後方散乱光の計測操作を繰り返し行うことにより、
同一サンプリング時間に対応した後方散乱光光強度をカ
ウンタ8,9から直接に求めることができる。この時、ど
のカウンタ8,9に入力するかの制御はカウンタ制御回路1
0で行う。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明によれば次のような優れた
効果が得られる。

（１）微弱な後方散乱光の受光に際し、精度良く計測が
できる。

（２）A/D変換器の代わりに２値であるカウンタを用い
るため、ハード構成がシンプルとなり、装置内のノイズ
の影響を受け難く構成でき且つ安価にできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光ファイバ式分布形温度測定装置にお
ける後方散乱光強度検出部の構成例を示すブロック図、
第２図は従来の光ファイバ式分布形温度測定装置におけ
る後方散乱光強度検出部の構成例を示すブロック図であ
る。 図中、１は加算器、２はA/D変換器、３はアンプ、４は
受光素子、５はセンサ用光ファイバ、６はコンパレー
タ、７はバッファ、8,9はカウンタ、10はカウンタ制御
回路を示す。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】計測装置本体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
   散乱光を計測装置本体に導き、これらの散乱光の中から
   ラマン散乱光を分離し、それらの光の強度から温度を求
   める光ファイバ式分布形温度測定装置において、受光素
   子の出力をコンパレータで基準値と比較して雑音除去し
   た後カウンタに入力し、上記受光素子が一定の時間内に
   受光した光子の数を計数するものであって、上記カウン
   タは２個以上用い上記一定の時間間隔毎に順次順次切り
   替えて計測し、これにより微弱な後方散乱光強度を計測
   することを特徴とする光ファイバ式分布形温度測定装
   置。