JP2951740B2 - Optical fiber type temperature distribution measuring device - Google Patents

Optical fiber type temperature distribution measuring device

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JP2951740B2
JP2951740B2 JP3059027A JP5902791A JP2951740B2 JP 2951740 B2 JP2951740 B2 JP 2951740B2 JP 3059027 A JP3059027 A JP 3059027A JP 5902791 A JP5902791 A JP 5902791A JP 2951740 B2 JP2951740 B2 JP 2951740B2
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light
optical fiber
temperature distribution
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stokes
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保夫 小沢
哲 山本
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Hitachi Cable Ltd
Tokyo Electric Power Company Holdings Inc
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Tokyo Electric Power Co Inc
Hitachi Cable Ltd
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  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバをセンサと
して、光ファイバに沿った温度分布を計測する光ファイ
バ式温度分布計測装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical fiber type temperature distribution measuring device for measuring a temperature distribution along an optical fiber using the optical fiber as a sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】光ファイバ式温度分布検出装置は、光フ
ァイバ中で発生するラマン散乱光やレーリ散乱光等の散
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 Reflectomet
ry) 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。
2. Description of the Related Art An optical fiber type temperature distribution detecting device utilizes the fact that the intensity of scattered light, such as Raman scattered light or Rayleigh scattered light, generated in an optical fiber changes with temperature. Time Domain Reflectomet
ry), the temperature distribution along the longitudinal direction of the optical fiber is measured.

【0003】ラマン散乱光を利用した光ファイバ式温度
分布測定装置の計測概念を図4,図5を用いて以下に説
明する。
The measurement concept of the optical fiber type temperature distribution measuring device using Raman scattered light will be described below with reference to FIGS.

【0004】先ず、光源から図4に示したパルス光(パ
ルス幅Tw,パルス周期Tp)をセンサ用ファイバに導く
と、該光ファイバ内でアンチ・ストークス光やストーク
ス光などの散乱光が発生し、その一部は図5に示すよう
な後方散乱光として計測装置に戻る。この後方散乱光を
パルス入射時刻をt=0とし、サンプリング時間間隔T
s で計測すると、アンチ・ストークス光やストークス光
の光強度の時間関数Ia'(t),Is'(t) がサンプリング時
間間隔ts の整数倍のtにつき求まる。これらの受光強
度Ia'(t),Is'(t) は、光ファイバ内の距離xの位置で
発生した散乱光が光パルス入射端(計測部)に戻ってく
るまでの時間が下記数1式で表されることを利用する
と、光ファイバに沿った距離xの関数Ia'(x),Is'(x)
に置き換えることができる。
First, when the pulse light (pulse width Tw, pulse period Tp) shown in FIG. 4 is guided from the light source to the sensor fiber, scattered light such as anti-Stokes light or Stokes light is generated in the optical fiber. Some of them return to the measuring device as backscattered light as shown in FIG. The pulse incident time of this backscattered light is set to t = 0, and the sampling time interval T
When measured with s, the time functions Ia '(t) and Is' (t) of the light intensity of the anti-Stokes light and the Stokes light are obtained for t which is an integral multiple of the sampling time interval ts. These received light intensities Ia '(t) and Is' (t) are calculated as follows: the time required for the scattered light generated at the distance x in the optical fiber to return to the light pulse incident end (measurement unit) Using the expression, the functions Ia ′ (x) and Is ′ (x) of the distance x along the optical fiber are obtained.
Can be replaced by

【0005】[0005]

【数1】t=2×x/v v:光ファイバ中の光速 また、各距離xから計測部までの測定光の伝送損失αa
(x),αs(x)が分かれば、各距離で発生した散乱光強度
が数2,数3式により求まる。
## EQU1 ## t = 2 × x / v v: speed of light in the optical fiber Transmission loss αa of the measuring light from each distance x to the measuring unit
If (x) and αs (x) are known, the intensity of the scattered light generated at each distance can be obtained by Expressions (2) and (3).

【0006】[0006]

【数2】 (Equation 2)

【0007】[0007]

【数3】 (Equation 3)

【0008】これらの比Ia(x)/Is(x)は、下記数4式
に示すように、光源の波長と光ファイバの材料が決まれ
ば純粋に温度の関数となることから、各点xの温度T
(x) を求めることができる。
The ratio Ia (x) / Is (x) is a pure function of temperature if the wavelength of the light source and the material of the optical fiber are determined, as shown in the following equation (4). Temperature T
(x) can be obtained.

【0009】[0009]

【数4】 (Equation 4)

【0010】次に、図3を用いて、ラマン散乱光を用い
る光ファイバ式温度分布測定装置の概要を説明する。こ
の温度測定装置は、計測装置10とセンサ用光ファイバ
20から構成される。
Next, an outline of an optical fiber type temperature distribution measuring apparatus using Raman scattered light will be described with reference to FIG. This temperature measuring device includes a measuring device 10 and a sensor optical fiber 20.

【0011】光源2からパルス光をセンサ用ファイバ2
0に導くと、該光ファイバ内で発生した散乱光の一部は
後方散乱光として計測装置10側に戻り、光分波器31
に入射する。光分波器31では、入射した後方散乱光か
ら波長λa のアンチ・ストークス光と波長λs のストー
クス光を分波し、波長λaのアンチ・ストークス光は、
光フィアバ23aを介して受光器4a,増幅器5a,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Ia(t)が求められる。同
様にして、ストークス光は、光ファイバ23sを介して
受光器4s,増幅器5s,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でストーク
ス光強度の時間関数Is'(t) が求められる。パルス光源
2と平均化処理回路6a,6sの周期合わせは、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内で図5に示す一定の時間
間隔Ts で行われる。なお、受光器4a,4sは受光感
度を高めるため、通常はAPD(アバァランシェ・フォ
ト・ダイオード)を用いている。
The pulse light from the light source 2 is transmitted to the sensor fiber 2
0, a part of the scattered light generated in the optical fiber returns to the measuring device 10 side as back scattered light,
Incident on. In the optical demultiplexer 31, the anti-Stokes light having the wavelength λa and the Stokes light having the wavelength λs are demultiplexed from the incident backscattered light, and the anti-Stokes light having the wavelength λa is
An anti-Stokes light OTDR measurement circuit 30a composed of a photodetector 4a, an amplifier 5a, and an averaging processing circuit 6a passes through an optical fiber 23a, and a time function Ia (t) of the anti-Stokes light intensity is obtained from the light intensity. Is required. Similarly, the time function Is' (t) of the Stokes light intensity of the Stokes light is obtained by the Stokes light OTDR measurement circuit 30s including the light receiver 4s, the amplifier 5s, and the averaging circuit 6s via the optical fiber 23s. Desired. The period adjustment of the pulse light source 2 and the averaging processing circuits 6a and 6s is performed by the synchronization signal of the trigger circuit 1, and the sampling of the reflected light is performed in the averaging processing circuits 6a and 6s at a constant time interval Ts shown in FIG. Will be The light receivers 4a and 4s normally use an APD (avalanche photo diode) in order to increase the light receiving sensitivity.

【0012】このラマン式温度計測装置は、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、送電容量の制御用に利用したり、ケーブルの劣
化等により生ずる部分的温度の高い箇所の検知などが行
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。
This Raman-type temperature measuring device can be used for controlling a power transmission capacity, for example, by laying an optical fiber for a sensor along a power cable so as to know a temperature distribution in a longitudinal direction of the power cable. For example, it is possible to detect a part where the temperature is high due to deterioration of the cable or the like. Further, when used for detecting a fire in a building, a tunnel, or the like, a fire occurrence position can be located.

【0013】ラマン式温度分布測定装置は、上述した方
法で長手方向の温度分布を測定できる。しかし、光ファ
イバから戻って来る後方散乱光中には、測定しようとす
るラマン散乱光(波長λa のアンチ・ストークス光と波
長λs のストークス光)の他に、光源と同じ波長λ0 の
レーリ散乱光が含まれており、レーリ散乱光の強度はラ
マン散乱光の1000倍と強く、またλ0 とλa,λs の差
は、いずれも約30nmと小さいため、光分波器31により
分波されたアンチ・ストークス光用OTDR計測回路3
0aに入射する光信号の中にレーリ散乱光が全く入らな
いようにすることは難しく、現実には、多少のレーリ散
乱光が混入してしまう。つまり、受光信号には、アンチ
・ストークス光の他にレーリ散乱光が若干含まれている
ことになり、このままでは、距離xで真のアンチ・スト
ークス光発生量Ia(x)を求めることができない。そこ
で、アンチ・ストークス光用OTDR計測回路30aに
入射する光信号の中に混入するレーリ散乱光量の割合R
a を用いて、数5式により真のアンチ・ストークス光受
光強度Ia'(t) を求め、これから、距離xでの真のアン
チ・ストークス光発生量Ia(x)を求めていた。ストーク
光についても同様に数5式を用いていた。
The Raman-type temperature distribution measuring device can measure the temperature distribution in the longitudinal direction by the method described above. However, in the backscattered light returning from the optical fiber, in addition to the Raman scattered light to be measured (anti-Stokes light of wavelength λa and Stokes light of wavelength λs), Rayleigh scattered light of the same wavelength λ0 as the light source The intensity of the Rayleigh scattered light is 1000 times stronger than the Raman scattered light, and the difference between λ0 and λa, λs is as small as about 30 nm.・ OTDR measurement circuit 3 for Stokes light
It is difficult to prevent the Rayleigh scattered light from entering the optical signal incident on 0a at all, and in reality, some Rayleigh scattered light is mixed. In other words, the received light signal contains a small amount of Rayleigh scattered light in addition to the anti-Stokes light, and the true anti-Stokes light generation amount Ia (x) cannot be obtained at the distance x as it is. . Therefore, the ratio R of the amount of Rayleigh scattered light mixed into the optical signal incident on the OTDR measurement circuit for anti-Stokes light 30a is R
Using a, the true anti-Stokes light reception intensity Ia '(t) is obtained by equation (5), and from this, the true anti-Stokes light generation amount Ia (x) at the distance x is obtained. Equation 5 is similarly used for the Stoke light.

【0014】[0014]

【数5】 (Equation 5)

【0015】上記数5式の補正を行うことにより、レー
リ散乱光の混入による温度分布測定結果への影響は、2K
m の温度分布計測では認められなかった。
[0015] By performing the correction of the above equation (5), the influence of the Rayleigh scattered light on the temperature distribution measurement result is 2K.
m was not detected in the temperature distribution measurement.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、2Km 以
上の温度分布測定のニーズに対し、測定温度精度の検討
を行ったところ、測定距離が長くなる等、図6のように
高温部の温度が実際の温度よりも低目に測定される傾向
のあることが分かった。
However, the need for temperature distribution measurement of 2 km or more was examined, and the accuracy of the measured temperature was examined. It was found that the temperature tended to be measured lower than the temperature of.

【0017】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、2Km 以上の温度分布測定おいても、測定誤差を極力
小さくした光ファイバ式温度分布測定装置を提供するこ
とにある。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide an optical fiber type temperature distribution measuring apparatus which minimizes a measurement error even when measuring a temperature distribution of 2 km or more.

【0018】[0018]

【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、計測装置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、該光ファイバで発生する後方散
乱光を上記計測装置内の計測系の受光器に導き、これら
後方散乱光の光強度から光ファイバの温度を求め、光パ
ルスの入射時刻と後方散乱光が計測系へ到達する時刻の
差から後方散乱光の発生位置を求めることにより、温度
と位置を同時に計測し、該光ファイバの温度分布T(x)
を計測する光ファイバ式温度分布計測装置において、
方散乱光として光ファイバ中で発生するラマン散乱光の
アンチ・ストークス光とストークス光とを測定し、数1
0及び数11を用いて距離の関数であるIra"(x), Ir
s"(x)を求め、
In order to achieve the above object, the present invention provides an optical fiber for a sensor, in which a light pulse is incident from a light source in a measuring device, and backscattered light generated in the optical fiber is measured by the measuring device. The temperature of the optical fiber is calculated from the light intensity of the backscattered light, and the position of the backscattered light is calculated from the difference between the incident time of the light pulse and the time when the backscattered light reaches the measurement system. , The temperature and the position are measured simultaneously, and the temperature distribution T (x) of the optical fiber is measured.
In the optical fiber type temperature distribution measuring apparatus for measuring a post
Of Raman scattered light generated in optical fiber as
The anti-Stokes light and the Stokes light were measured, and
Using 0 and Equation 11, Ira "(x), Ir
s "(x)

【数10】 (Equation 10)

【数11】 アンチ・ストークス光の測定値であるIa"(x)及びストー
クス光の測定値であるIs"(x)からIra"(x)及びIrs"(x)
を数8式を満足するように差し引いて、
[Equation 11] The measured value of anti-Stokes light Ia "(x)
From the measured light values of Isx (x) to Ira "(x) and Irs" (x).
Is subtracted to satisfy Equation 8, and

【数8】 伝送損失αr(x) の補正を行うことにより、距離xでの
真のアンチストークス光強度Ia(x)及びストークス光発
生強度Is(x)を求め、アンチストークス光強度Ia(x)及
びストークス光発生強度Is(x)を数9式
(Equation 8) By correcting the transmission loss αr (x), the distance x
True anti-Stokes light intensity Ia (x) and Stokes light emission
The raw intensity Is (x) is obtained, and the anti-Stokes light intensity Ia (x) and
And Stokes light intensity Ins (x)

【数9】 T(x) =K 2 /〔ln[{Ia(x)/ Is(X)}/K 1 ]〕 に代入することにより温度演算 する温度分布演算器を設
けた構成のものである。
## EQU9 ## A temperature distribution calculator for calculating the temperature by substituting into T (x) = K 2 / [ln [{Ia (x) / Is (X)} / K 1 ]] is provided. is there.

【0019】[0019]

【0020】[0020]

【作用】本発明の要旨は、測定信号に含まれるレーリ散
乱光の割合を距離xの関数とし、距離毎に異なった補正
係数を用いて、真のラマン散乱光強度を算出した後に温
度換算を行う温度分布演算器を備えたことにある。
The gist of the present invention is that the ratio of the Rayleigh scattered light contained in the measurement signal is made a function of the distance x, the true Raman scattered light intensity is calculated using a correction coefficient different for each distance, and then the temperature conversion is performed. Temperature distribution calculator.

【0021】このような補正を行う理由を図2を用いて
説明する。
The reason for performing such a correction will be described with reference to FIG.

【0022】センサ用ファイバ20からアンチ・ストー
クス光用OTDR計測回路30aへのアンチ・ストーク
ス光波長λa での挿入損失をLa ,レーリ散乱光波長λ
0 での挿入損失をLraとすると、各距離に換算したアン
チ・ストークス光用OTDR計測回路30a に入射する
光信号強度Ia''(x)と、センサ用ファイバ20から戻っ
てきた各距離に換算したアンチ・ストークス光信号強度
Ia'(x) と、レーリ散乱光強度のIr'(x) の関係は数6
式で表すことができる。これは各距離に換算したストー
クス光用OTDR計測回路30s に入射するストークス
光の光信号強度Is''(x)についても同様である。
The insertion loss at the anti-Stokes light wavelength λa from the sensor fiber 20 to the anti-Stokes light OTDR measurement circuit 30a is La, and the Rayleigh scattered light wavelength λ
Assuming that the insertion loss at 0 is Lra, the optical signal intensity Ia ″ (x) incident on the anti-Stokes light OTDR measurement circuit 30a converted to each distance and the distance returned from the sensor fiber 20 are converted to each distance. The relationship between the obtained anti-Stokes optical signal intensity Ia '(x) and the Rayleigh scattered light intensity Ir' (x) is expressed by the following equation (6).
It can be represented by an equation. The same applies to the optical signal intensity Is ″ (x) of the Stokes light incident on the Stokes light OTDR measurement circuit 30s converted into each distance.

【0023】[0023]

【数6】 (Equation 6)

【0024】一方、距離xで発生した各後方散乱光強度
Ia(x), Is(x), Ir(x)と、光分波器31に到達した各
散乱光強度Ia'(x),Is'(x),Ir(x)の関係は数7式で表
すことができる。
On the other hand, the respective backscattered light intensities Ia (x), Is (x), Ir (x) generated at the distance x and the respective scattered light intensities Ia ′ (x), Is reaching the optical demultiplexer 31. The relationship between '(x) and Ir (x) can be expressed by equation (7).

【0025】[0025]

【数7】 (Equation 7)

【0026】従って、距離xで発生した散乱光強度Ia
(x)とIs(x)は、数6,数7式を用いて下記数8式で表
すことができる。
Accordingly, the scattered light intensity Ia generated at the distance x
(x) and Is (x) can be expressed by the following equation (8) using equations (6) and (7).

【0027】[0027]

【数8】 (Equation 8)

【0028】上記数8式を用いることにより、測定値で
あるIa"(x),Is"(x) からそれぞれ距離の関数であるI
ra"(x), Irs"(x)を差し引いた後、伝送損失の補正等を
行うことにより、距離xでの真のアンチストークス光及
びストークス光発生強度Ia(x), Is(x)を求めることが
でき、これを数4式に代入することにより、温度分布T
(x) をレーリ散乱光の混入の影響なく求めることができ
る。
By using the above equation (8), the measured values Ia "(x) and Is" (x) are each a function of the distance Ia "(x) and Is" (x).
After subtracting ra "(x), Irs" (x), correction of transmission loss and the like are performed to obtain true anti-Stokes light and Stokes light generation intensity Ia (x), Is (x) at distance x. By substituting this into equation (4), the temperature distribution T
(x) can be obtained without being affected by the Rayleigh scattered light.

【0029】即ち、従来の補正方法では、レーリ散乱光
の混入比率を距離に関係なく、一定として差し引いてい
たのを、距離xからのレーリ散乱光とラマン散乱光の伝
送損失が若干異なることに着目し、この差を正確に評価
した数8式を算出して温度分布の計算に用いることにし
たことになる。
That is, in the conventional correction method, the mixing ratio of the Rayleigh scattered light was subtracted as being constant irrespective of the distance. This is because the transmission loss between the Rayleigh scattered light and the Raman scattered light from the distance x is slightly different. Attention is paid, and the equation 8 in which this difference is accurately evaluated is calculated and used for calculating the temperature distribution.

【0030】[0030]

【実施例】以下、本発明の一実施例を第1図を用いて説
明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.

【0031】第1図は従来例の図3とほぼ同じ構成であ
るが、温度分布演算器にレーリ散乱光補正計算方法の異
なる改良型温度分布演算器71を用いている点が異な
る。
FIG. 1 has almost the same configuration as that of the conventional example shown in FIG. 3, except that an improved temperature distribution calculator 71 having a different Rayleigh scattered light correction calculation method is used as the temperature distribution calculator.

【0032】改良型温度分布演算器71は、上記数8式
に従った演算機能を有するので、数4式から導出した数
9式による温度分布T(x) の演算により、被測定光への
レーリ散乱光混入の影響を全く受けずに2km以上の距離
にわたり、センサ用光ファイバ20に沿った温度分布を
測定することができる。
Since the improved temperature distribution calculator 71 has a calculation function in accordance with the above equation (8), the temperature distribution T (x) is calculated by the equation (9) derived from the equation (4), whereby the light to be measured is calculated. The temperature distribution along the sensor optical fiber 20 can be measured over a distance of 2 km or more without being affected by Rayleigh scattered light at all.

【0033】[0033]

【数9】 T(x) =K2 /〔ln[{Ia(x)/ Is(X)}/K1 ]〕 数8式で用いるレーリ散乱光補正項とIra"(x)とIrs"
(x)は、数7,数8式及び、距離xでのレーリ散乱光強
度を距離ゼロ(入射口)でのレーリ散乱光強度との関係
を表した数10式を用いて数11式のように表わせるの
で、
Equation 9] T (x) = K 2 / [ln [{Ia (x) / Is (X)} / K 1] ] used in equation (8) Rayleigh scattered light correction term and Ira "(x) and Irs"
(x) is obtained by using Equations (7) and (8) and Equation (11) using Equation (10) expressing the relationship between the Rayleigh scattered light intensity at the distance x and the Rayleigh scattered light intensity at the distance of zero (the entrance). Can be expressed as

【0034】[0034]

【数10】 (Equation 10)

【0035】[0035]

【数11】 [Equation 11]

【0036】光分波器31におけるレーリ散乱光波長λ
0 でのセンサ用ファイバ20からアンチ・ストークス光
用OTDR測定系30a及びストークス光用OTDR測
定系30sへの挿入損失Lra, Lrsと、入射光でのレー
リ散乱光強度Ir(o)と、センサ用ファイバでのレーリ散
乱光の伝送損失αr(x)が分れば求めることができる。
Rayleigh scattered light wavelength λ in optical demultiplexer 31
0, the insertion loss Lra, Lrs from the sensor fiber 20 to the anti-Stokes light OTDR measurement system 30a and the Stokes light OTDR measurement system 30s, the Rayleigh scattered light intensity Ir (o) at the incident light, If the transmission loss αr (x) of Rayleigh scattered light in the fiber is known, it can be obtained.

【0037】距離0でのレーリ散乱光強度Ir(O)とレー
リ散乱光の伝送損失αr(x)は、入射光波長と検出光波長
の等しい既存のOTDR測定技術を用いることにより、
容易に測定することができる。
The Rayleigh scattered light intensity Ir (O) at the distance 0 and the transmission loss αr (x) of the Rayleigh scattered light can be calculated by using the existing OTDR measurement technique having the same incident light wavelength and detected light wavelength.
It can be easily measured.

【0038】上記実施例では、レーリ散乱光混入の補正
をアンチ・ストークス光及びストークス光強度測定デー
タIa"(t),Is"(t) を距離の関数Ia"(x),Is"(x) に置
き換えた後に、距離xの関数であるIra"(x), Irs"(x)
を用いて行っているが(数8式参照)、距離の関数に変
換する前の時間の関数Ia"(t),Is"(t) の段階で、先の
実施例と同様の手法により、レーリ散乱光混入の補正を
行っても良い。
In the above embodiment, the correction of the Rayleigh scattered light is corrected by using the anti-Stokes light and Stokes light intensity measurement data Ia "(t), Is" (t) as distance functions Ia "(x), Is" (x). ), And the functions of the distance x, Ira "(x), Irs" (x)
(See equation 8), but at the stage of the time function Ia "(t), Is" (t) before conversion into the distance function, the same method as in the previous embodiment is used. Correction of Rayleigh scattered light mixing may be performed.

【0039】即ち、Ira"(x), Irs"(x),αa(x), αs
(x)を数1式の関係を用いて、それぞれ時間の関数に置
き換えた下記数12式を用いて補正を行い、この補正結
果を数1式の関係を用いて距離の関数に置き換えてIa
(x), Is(x)を求め、数9式により温度分布T(x) を求
める手順である。
That is, Ira "(x), Irs" (x), αa (x), αs
(x) is corrected using the following equation (12) in which each is replaced by a function of time using the relation of equation (1), and the correction result is replaced by a function of distance using the relation of equation (1) to obtain Ia
(x) and Is (x) are obtained, and the temperature distribution T (x) is obtained by Expression (9).

【0040】[0040]

【数12】 (Equation 12)

【0041】また他の実施例としては、温度分布を求め
るのにアンチ・ストークス光のみを用いる方式に本発明
を適用しても良い。またレーリ散乱光とアンチ・ストー
クス光とストークス光のどちらか、あるいは両方を併用
して温度分布を求める方式に適用しても良い。
As another embodiment, the present invention may be applied to a system using only anti-Stokes light to obtain a temperature distribution. Also, the present invention may be applied to a method of obtaining a temperature distribution by using one or both of Rayleigh scattered light, anti-Stokes light, and Stokes light.

【0042】[0042]

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、測定距離
が2Kmを超える場合であっても、被測定光へのレーリ散
乱光混入に起因する温度分布測定誤差を無くし、長距離
まで高精度で測定可能な光ファイバ式温度分布測定装置
を実現することができる。
In summary, according to the present invention, even when the measurement distance exceeds 2 km, the temperature distribution measurement error due to the mixing of Rayleigh scattered light into the light to be measured is eliminated, and high accuracy over long distances is achieved. A measurable optical fiber type temperature distribution measuring device can be realized.

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

【図1】本発明の光ファイバ式温度分布測定装置の一実
施例を示すセンサ・システム構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of a sensor system showing an embodiment of an optical fiber type temperature distribution measuring device of the present invention.

【図2】本発明の説明に供する概要図である。FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the present invention.

【図3】従来の光ファイバ式温度分布測定装置の一実施
例を示すセンサ・システム構成図である。
FIG. 3 is a sensor system configuration diagram showing one embodiment of a conventional optical fiber type temperature distribution measuring device.

【図4】光源からのパルス光の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of pulsed light from a light source.

【図5】センサ用ファイバから計測装置に戻る後方散乱
光の説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram of backscattered light returning from a sensor fiber to a measurement device.

【図6】従来の光ファイバ式温度分布測定装置での問題
点を説明する温度分布測定例を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a temperature distribution measurement example for explaining a problem in a conventional optical fiber type temperature distribution measurement device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 トリガ回路 2 パルス光源 4a,4s 受光器 5a,5s 増幅器 6a,6s 平均化処理回路 7 温度分布演算器 10 計測装置 20 センサ用光ファイバ 21,23a,23s 光ファイバ 30a アンチ・ストークス光用OTDR計測回路 30s ストークス光用OTDR計測回路 31 光分波器 72 温度分布表示器を示す。 71 改良型温度分布演算器 Reference Signs List 1 trigger circuit 2 pulse light source 4a, 4s light receiver 5a, 5s amplifier 6a, 6s averaging processing circuit 7 temperature distribution calculator 10 measuring device 20 sensor optical fiber 21, 23a, 23s optical fiber 30a anti-Stokes light OTDR measurement Circuit 30s OTDR measurement circuit for Stokes light 31 Optical demultiplexer 72 Shows temperature distribution display. 71 Improved temperature distribution calculator

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−201129(JP,A) 特開 昭58−92926(JP,A) 特開 平2−145933(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01K 11/32 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-2-201129 (JP, A) JP-A-58-92926 (JP, A) JP-A-2-145933 (JP, A) (58) Field (Int.Cl. 6 , DB name) G01K 11/32

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 計測装置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、該光ファイバで発生する後方
散乱光を上記計測装置内の計測系の受光器に導き、これ
ら後方散乱光の光強度から光ファイバの温度を求め、光
パルスの入射時刻と後方散乱光が計測系へ到達する時刻
の差から後方散乱光の発生位置を求めることにより、温
度と位置を同時に計測し、該光ファイバの温度分布
(x)を計測する光ファイバ式温度分布計測装置におい
て、後方散乱光として光ファイバ中で発生するラマン散
乱光のアンチ・ストークス光とストークス光とを測定
し、数10及び数11を用いて距離の関数であるIra"
(x), Irs"(x)を求め、 【数10】 【数11】 アンチ・ストークス光の測定値であるIa"(x)及びストー
クス光の測定値であるIs"(x)からIra"(x)及びIrs"(x)
を数8式を満足するように差し引いて、 【数8】 伝送損失αr(x) の補正を行うことにより、距離xでの
真のアンチストークス光強度Ia(x)及びストークス光発
生強度Is(x)を求め、アンチストークス光強度Ia(x)及
びストークス光発生強度Is(x)を数9式 【数9】 T(x) =K 2 /〔ln[{Ia(x)/ Is(X)}/K 1 ]〕 に代入することにより温度演算 する温度分布演算器を設
けたことを特徴とする光ファイバ式温度分布測定装置。
1. A light pulse is incident on a sensor optical fiber from a light source in a measuring device, and backscattered light generated in the optical fiber is guided to a photodetector of a measuring system in the measuring device. The temperature and position of the optical fiber are determined from the light intensity, and the position where the backscattered light is generated is determined from the difference between the incident time of the light pulse and the time when the backscattered light reaches the measurement system. Fiber temperature distribution T
Raman scattering generated in the optical fiber as backscattered light in the optical fiber type temperature distribution measuring device for measuring (x)
Measures stray anti-Stokes light and Stokes light
And Ira ", which is a function of distance, using Equations 10 and 11
(x), Irs "(x), and [Equation 11] The measured value of anti-Stokes light Ia "(x)
From the measured light values of Isx (x) to Ira "(x) and Irs" (x).
Is subtracted so as to satisfy Equation 8, and By correcting the transmission loss αr (x), the distance x
True anti-Stokes light intensity Ia (x) and Stokes light emission
The raw intensity Is (x) is obtained, and the anti-Stokes light intensity Ia (x) and
Temperature by substituting the fine Stokes light generated intensity Is (x) Equation 9] equation (9) to T (x) = K 2 / [ln [{Ia (x) / Is (X)} / K 1] ] calculating optical fiber type temperature distribution measuring apparatus characterized in that a temperature distribution calculator for.
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