JP2968562B2 - 信号処理方法及び分布型光ファイバーセンサー - Google Patents
信号処理方法及び分布型光ファイバーセンサーInfo
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- JP2968562B2 JP2968562B2 JP2151605A JP15160590A JP2968562B2 JP 2968562 B2 JP2968562 B2 JP 2968562B2 JP 2151605 A JP2151605 A JP 2151605A JP 15160590 A JP15160590 A JP 15160590A JP 2968562 B2 JP2968562 B2 JP 2968562B2
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- Japan
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- optical fiber
- physical quantity
- signal sequence
- signal
- signal processing
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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、OTDR法を利用した分布型光ファイバー温度
センサー等の分布型光ファイバーセンサーに特に好適に
用いられる信号処理方法及び分布型光ファイバーセンサ
ーに関するものである。
センサー等の分布型光ファイバーセンサーに特に好適に
用いられる信号処理方法及び分布型光ファイバーセンサ
ーに関するものである。
［従来の技術］ 分布型光ファイバーセンサーとして温度センサーを例
にとり、以下説明する。
にとり、以下説明する。
従来の分布型光ファイバー温度センサーのブロック図
を第８図に示す。光源部のレーザーパルサー20から発振
したレーザーパルスは、被測定用の光ファイバー22へ入
射され、光ファイバー22中で発生したラマン散乱光が入
射端へ戻ってくる。該ラマン散乱光は光方向性結合器21
により測定装置へ導光され、まずフィルター23によりラ
マン散乱光中のストークス光と反ストークス光が分離検
出され、各々光電変換部24,24′でその強度に比例した
電気信号に変換される。該電気信号は各々プリアンプ2
5,25′により増幅され、アベレージャー26にて所定回数
平均化処理がなされる。平均化処理された信号は信号処
理部27へ伝送され、ストークス光と反ストークスの信号
の比をとり、温度分布への換算等の処理がなされる。
を第８図に示す。光源部のレーザーパルサー20から発振
したレーザーパルスは、被測定用の光ファイバー22へ入
射され、光ファイバー22中で発生したラマン散乱光が入
射端へ戻ってくる。該ラマン散乱光は光方向性結合器21
により測定装置へ導光され、まずフィルター23によりラ
マン散乱光中のストークス光と反ストークス光が分離検
出され、各々光電変換部24,24′でその強度に比例した
電気信号に変換される。該電気信号は各々プリアンプ2
5,25′により増幅され、アベレージャー26にて所定回数
平均化処理がなされる。平均化処理された信号は信号処
理部27へ伝送され、ストークス光と反ストークスの信号
の比をとり、温度分布への換算等の処理がなされる。
このような分布型光ファイバー温度センサーにおい
て、より細かな区間の温度変化を捕える性能指標とし
て、距離分解能がある。ステップ状の温度分布を光ファ
イバーに与えると、出力は温度変化点を中心に前後に遷
移領域を有するものとなる。この遷移領域の長さ（正確
には温度変化の10％から90％までの長さ）を距離分解能
と呼ぶ。この距離分解能はレーザーパルス巾に比例する
といわれており、この向上にはレーザーパルス巾の狭小
化が必要であった。例えば1mの距離分解能を得るには、
10msec以下のパルス巾が必要である。又、検出回路の応
答時間も上記に比して充分短い必要がある。
て、より細かな区間の温度変化を捕える性能指標とし
て、距離分解能がある。ステップ状の温度分布を光ファ
イバーに与えると、出力は温度変化点を中心に前後に遷
移領域を有するものとなる。この遷移領域の長さ（正確
には温度変化の10％から90％までの長さ）を距離分解能
と呼ぶ。この距離分解能はレーザーパルス巾に比例する
といわれており、この向上にはレーザーパルス巾の狭小
化が必要であった。例えば1mの距離分解能を得るには、
10msec以下のパルス巾が必要である。又、検出回路の応
答時間も上記に比して充分短い必要がある。
［発明の解決しようとする課題］ レーザーパルス巾の狭小化には、より高速なスイッチ
ング素子が必要となる。レーザーのピーク駆動電流は通
常数十Ａと大きく、この様な大電流の高速スイッチング
素子は非常に少ない。又、高度な回路技術が必要とな
り、コストアップの要因となっていた。
ング素子が必要となる。レーザーのピーク駆動電流は通
常数十Ａと大きく、この様な大電流の高速スイッチング
素子は非常に少ない。又、高度な回路技術が必要とな
り、コストアップの要因となっていた。
又、レーザーパルス巾の狭小化に比例して実効的な入
射パワーが低下し、S/Nが劣化する。その結果温度分解
能が悪くなるという問題を有していた。
射パワーが低下し、S/Nが劣化する。その結果温度分解
能が悪くなるという問題を有していた。
［課題を解決するための手段］ 本発明は前述の問題点を解決すべくなされたものであ
り、光源部より発振したレーザーパルスを被測定光ファ
イバーへ入射し、該被測定光ファイバーからの戻り光を
検出して該被測定光ファイバー及びその周辺の物理量変
化を距離に関して測定するための信号処理方法におい
て、該レーザーパルスによって生じる該戻り光が信号処
理装置へ到達するまでに受けるパルス歪みを劣化特性信
号系列として予該信号処理装置内に記憶しておき、観測
された物理量分布信号系列において信号処理すべき領域
と該領域内において近似すべき複数の曲線を結合して得
られるプロファイルを選択指定し、その指定領域内にお
ける前記複数の曲線の交点座標の初期値を推定選択し、
該初期値とその近傍の複数の交点座標について、該劣化
特性信号系列と前記複数の曲線とのコンボリューション
と、観測物理量分布信号系列との非線形最小二乗法によ
る評価値を算出し、該評価値を最小にする交点座標を最
良近似解として選択し、物理量変化部の最適分布を求め
ることを特徴とする信号処理方法、及び、光源部より発
振したレーザーパルスを被測定光ファイバーへ入射し、
該被測定光ファイバーからの戻り光を検出して該被測定
光ファイバー及び、その周辺の物理量変化を距離に関し
て測定するための信号処理方法において、該レーザーパ
ルスによって生じる該戻り光が信号処理装置へ到達する
までに受けるパルス歪みを、既知の物理量分布信号系列
のｚ変換Ｔ′（ｚ）と観測された物理量分布信号系列の
ｚ変換Ｒ′（ｚ）より算出される伝達特性Ｈ′（ｚ）＝
Ｒ′（ｚ）/T′（ｚ）を逆ｚ変換して得られる劣化特性
信号系列ｈ（ｐ）として予め該信号処理装置内に記憶し
ておき、観測された物理量分布信号系列において信号処
理すべき領域（i1〜i2）と該領域（i1〜i2）内において
近似すべきｍ本のｎ次曲線を結合して得られるプロファ
イル（m,n）を選択指定し、その指定領域内におけるｍ
本のｎ次曲線のｍ＋１個の交点座標の初期値を推定選択
し、該初期値とその近傍のｋ＝32m個の交点座標につい
て、該劣化特性信号系列ｈ（ｐ）と前記ｍ本のｎ次曲線
の信号系列ｔ″（ｐ）とコンボリューションと、観測物
理量分布信号系列ｒ″（ｐ）との非線形最小二乗法によ
る評価値を （１はレーザーパルス波形の始点、２はレーザーパ
ルス波形の終点） により算出し、該評価値を最小にする交点座標を最良近
似解として選択し、物理量変化部の最適分布を求めるこ
とを特徴とする信号処理方法、及び前述の信号処理方法
を用いた分布型光ファイバーセンサーを提供するもので
ある。
り、光源部より発振したレーザーパルスを被測定光ファ
イバーへ入射し、該被測定光ファイバーからの戻り光を
検出して該被測定光ファイバー及びその周辺の物理量変
化を距離に関して測定するための信号処理方法におい
て、該レーザーパルスによって生じる該戻り光が信号処
理装置へ到達するまでに受けるパルス歪みを劣化特性信
号系列として予該信号処理装置内に記憶しておき、観測
された物理量分布信号系列において信号処理すべき領域
と該領域内において近似すべき複数の曲線を結合して得
られるプロファイルを選択指定し、その指定領域内にお
ける前記複数の曲線の交点座標の初期値を推定選択し、
該初期値とその近傍の複数の交点座標について、該劣化
特性信号系列と前記複数の曲線とのコンボリューション
と、観測物理量分布信号系列との非線形最小二乗法によ
る評価値を算出し、該評価値を最小にする交点座標を最
良近似解として選択し、物理量変化部の最適分布を求め
ることを特徴とする信号処理方法、及び、光源部より発
振したレーザーパルスを被測定光ファイバーへ入射し、
該被測定光ファイバーからの戻り光を検出して該被測定
光ファイバー及び、その周辺の物理量変化を距離に関し
て測定するための信号処理方法において、該レーザーパ
ルスによって生じる該戻り光が信号処理装置へ到達する
までに受けるパルス歪みを、既知の物理量分布信号系列
のｚ変換Ｔ′（ｚ）と観測された物理量分布信号系列の
ｚ変換Ｒ′（ｚ）より算出される伝達特性Ｈ′（ｚ）＝
Ｒ′（ｚ）/T′（ｚ）を逆ｚ変換して得られる劣化特性
信号系列ｈ（ｐ）として予め該信号処理装置内に記憶し
ておき、観測された物理量分布信号系列において信号処
理すべき領域（i1〜i2）と該領域（i1〜i2）内において
近似すべきｍ本のｎ次曲線を結合して得られるプロファ
イル（m,n）を選択指定し、その指定領域内におけるｍ
本のｎ次曲線のｍ＋１個の交点座標の初期値を推定選択
し、該初期値とその近傍のｋ＝32m個の交点座標につい
て、該劣化特性信号系列ｈ（ｐ）と前記ｍ本のｎ次曲線
の信号系列ｔ″（ｐ）とコンボリューションと、観測物
理量分布信号系列ｒ″（ｐ）との非線形最小二乗法によ
る評価値を （１はレーザーパルス波形の始点、２はレーザーパ
ルス波形の終点） により算出し、該評価値を最小にする交点座標を最良近
似解として選択し、物理量変化部の最適分布を求めるこ
とを特徴とする信号処理方法、及び前述の信号処理方法
を用いた分布型光ファイバーセンサーを提供するもので
ある。
［作用］ 出力に遷移領域が生じる現象を第７図に沿って説明す
る。簡単の為、この第７図のモデルではファイバーの損
失による減衰や、温度への換算する過程は省かれてい
る。パルスが理想インパルスでない為、パルスの前縁が
温度変化点を通過してから、後縁が通過するまでの時間
Ｔが必ず存在する。このＴ時間内に温度変化に伴なう信
号の変化が起こるはずであり、これが遷移領域に相当し
ている。Ｔ時間はパルス巾であるから、距離分解能はパ
ルス巾に比例する。これをより厳密に見ると、観測温度
分布11は真の温度分布８とレーザーパルス波形9,10のコ
ンボリューションとなっている。従って予めレーザーパ
ルス波形を知っておけば、観測温度分布を復元して真の
温度分布に近づくことができる。
る。簡単の為、この第７図のモデルではファイバーの損
失による減衰や、温度への換算する過程は省かれてい
る。パルスが理想インパルスでない為、パルスの前縁が
温度変化点を通過してから、後縁が通過するまでの時間
Ｔが必ず存在する。このＴ時間内に温度変化に伴なう信
号の変化が起こるはずであり、これが遷移領域に相当し
ている。Ｔ時間はパルス巾であるから、距離分解能はパ
ルス巾に比例する。これをより厳密に見ると、観測温度
分布11は真の温度分布８とレーザーパルス波形9,10のコ
ンボリューションとなっている。従って予めレーザーパ
ルス波形を知っておけば、観測温度分布を復元して真の
温度分布に近づくことができる。
［実施例］ 本発明の信号処理は、ラマン散乱検出信号に適用後温
度信号に変換してもよいし、温度信号に変換後に適用し
てもよい。
度信号に変換してもよいし、温度信号に変換後に適用し
てもよい。
ここでは説明を簡単にするために、温度信号変換後の
信号処理として説明する。
信号処理として説明する。
観測される温度分布信号系列をｒ（ｎ）、求めたい真
の温度分布信号系列をｔ（ｎ）、それらのｚ変換をＲ
（ｚ）,T（ｚ）、レーザーパルス波形が主要因であるそ
れらの伝達特性をＨ（ｚ）とする。
の温度分布信号系列をｔ（ｎ）、それらのｚ変換をＲ
（ｚ）,T（ｚ）、レーザーパルス波形が主要因であるそ
れらの伝達特性をＨ（ｚ）とする。
ノイズが無い場合、真の温度分布信号系列はＴ（ｚ）
＝Ｒ（ｚ）/H（ｚ）を逆ｚ変換して求めることができる
が、ノイズがある場合実際の信号と異なる不安定な信号
系列しか得られない。
＝Ｒ（ｚ）/H（ｚ）を逆ｚ変換して求めることができる
が、ノイズがある場合実際の信号と異なる不安定な信号
系列しか得られない。
そこで、本発明では以下に述べる２段階の信号処理を
行っている。
行っている。
まず、既知の温度分布信号系列のｚ変換Ｔ′（ｚ）、
その時観測された温度分布信号系列のｚ変換Ｒ′（ｚ）
より、伝達特性Ｈ′（ｚ）＝Ｒ（ｚ）′/T′（ｚ）を算
出し、その逆ｚ変換として得られる劣化特性信号系列ｈ
（ｐ）をメモリーに保持しておく。精度上問題がなけれ
ば、レーザーパルス波形をそのままｈ（ｐ）としてもよ
い。
その時観測された温度分布信号系列のｚ変換Ｒ′（ｚ）
より、伝達特性Ｈ′（ｚ）＝Ｒ（ｚ）′/T′（ｚ）を算
出し、その逆ｚ変換として得られる劣化特性信号系列ｈ
（ｐ）をメモリーに保持しておく。精度上問題がなけれ
ば、レーザーパルス波形をそのままｈ（ｐ）としてもよ
い。
既知の温度分布信号系列は、恒温槽を使用した場合は
設定温度とすればよいし、熱電対等による測定値を使用
してもよい。また、上記で使用する観測信号系列は劣化
特性信号系列推定の精度向上のため時間平均値を使用し
た方がよい。
設定温度とすればよいし、熱電対等による測定値を使用
してもよい。また、上記で使用する観測信号系列は劣化
特性信号系列推定の精度向上のため時間平均値を使用し
た方がよい。
この操作により得られた劣化特性信号系列ｈ（ｐ）３
を第２図に、既知の温度分布ｔ′（ｐ）４と観測温度分
布ｒ′（ｐ）５を第３図に示す。
を第２図に、既知の温度分布ｔ′（ｐ）４と観測温度分
布ｒ′（ｐ）５を第３図に示す。
第２段階では、温度分布を知りたい領域と温度プロフ
ァイル条件を指定すると、第１段階で求めた劣化特性を
用いて指定領域内で温度プロファイルを満足する信号系
列の集合の中より最良近似となる真の温度信号系列の推
定解を、非線形最小二乗法により求めるものである。
ァイル条件を指定すると、第１段階で求めた劣化特性を
用いて指定領域内で温度プロファイルを満足する信号系
列の集合の中より最良近似となる真の温度信号系列の推
定解を、非線形最小二乗法により求めるものである。
領域の指定については、任意の範囲を人間が指定して
もよいし、予め設定した基準によって自動領域分割して
もよい。又、入射端から一定の基準で順番に処理してい
っても良い。
もよいし、予め設定した基準によって自動領域分割して
もよい。又、入射端から一定の基準で順番に処理してい
っても良い。
ここで指定する温度プロファイル条件とは、第４図に
示すように、領域内を予め記憶されているｎ次曲線をｍ
本つないだ分布として表現することを意味する。ｍの許
容最大値はサンプル点数−１であり、大きい方が多くの
温度パターンを表現できる反面、ノイズ成分が求める信
号成分に入り込んでしまう。また、ｎはｍが小さい場合
に重要であり、ｎが大きいほど滑らかに信号を表現でき
る反面、処理時間がかかりすぎてしまう。実際には求め
たい情報、設置状況、処理時間を勘案してn,mを決めて
いる。
示すように、領域内を予め記憶されているｎ次曲線をｍ
本つないだ分布として表現することを意味する。ｍの許
容最大値はサンプル点数−１であり、大きい方が多くの
温度パターンを表現できる反面、ノイズ成分が求める信
号成分に入り込んでしまう。また、ｎはｍが小さい場合
に重要であり、ｎが大きいほど滑らかに信号を表現でき
る反面、処理時間がかかりすぎてしまう。実際には求め
たい情報、設置状況、処理時間を勘案してn,mを決めて
いる。
さらに、ここで言う最良近似の評価基準としては、観
測温度分布系列をｒ″（ｐ）、求める温度分布系列を
ｔ″（ｐ）、パルス波形信号系列を（ｈ（ｐ）,p＝１
〜２）、指定する領域範囲をi1〜i2とすると、 を採用している。すなわち、観測空間上で、求める温度
分布信号系列とパルス波形信号系列のコンボリューショ
ンと観測信号系列が最小二乗の意味で最良近似となるよ
うにしている。
測温度分布系列をｒ″（ｐ）、求める温度分布系列を
ｔ″（ｐ）、パルス波形信号系列を（ｈ（ｐ）,p＝１
〜２）、指定する領域範囲をi1〜i2とすると、 を採用している。すなわち、観測空間上で、求める温度
分布信号系列とパルス波形信号系列のコンボリューショ
ンと観測信号系列が最小二乗の意味で最良近似となるよ
うにしている。
実際の演算手順としてはｎ次曲線ｍ本の（ｍ＋１）個
の交点座標（Ｘ座標は距離、ｙ座標は温度を示す）を求
めればよく、最初に適当な（ｍ＋１）個の交点座標の初
期値を与え、上式の評価基準を比較しながら、最小値と
なる交点座標を反復法により収束させている。
の交点座標（Ｘ座標は距離、ｙ座標は温度を示す）を求
めればよく、最初に適当な（ｍ＋１）個の交点座標の初
期値を与え、上式の評価基準を比較しながら、最小値と
なる交点座標を反復法により収束させている。
今まで述べた手順を第５図にフローチャートとしてま
とめる。
とめる。
温度プロファイル設定の際におけるｎ次曲線の設定
は、求めるべき温度分布の形状に最も適した曲線を選択
すれば良く、双曲線，楕円曲線，三角関数曲線，指数関
数曲線等の曲線を用いてもよい。また、ｍ＋１個の交点
座標の初期値の近傍のｋ種類の交点座標について、評価
関数を算出する場合、前記ｋは最大32m種類とする。第
４図を例にとると、ｍ本の曲線の場合ｍ＋１個の交点が
存在するが、但し両端は横軸に対して固定点である。各
々の点について、横軸方向に前後に±１の２個とその点
そのまま１個の計３個の探索点を選び、同様に縦軸方向
に上下に±１の２個とその点そのまま１個の計３個の探
索点を選ぶと、横軸方向の合計の探索すべき交点の種類
は3m-1種類で縦軸方向の合計の探索すべき交点の種類は
3m+1種類であり、従って計3m-1×3m+1＝32m種類とな
る。この値は曲線の形状等を考慮して32m以下としても
よい。又32m以上としてもよいが、計算時間が増加する
という問題が生ずる。
は、求めるべき温度分布の形状に最も適した曲線を選択
すれば良く、双曲線，楕円曲線，三角関数曲線，指数関
数曲線等の曲線を用いてもよい。また、ｍ＋１個の交点
座標の初期値の近傍のｋ種類の交点座標について、評価
関数を算出する場合、前記ｋは最大32m種類とする。第
４図を例にとると、ｍ本の曲線の場合ｍ＋１個の交点が
存在するが、但し両端は横軸に対して固定点である。各
々の点について、横軸方向に前後に±１の２個とその点
そのまま１個の計３個の探索点を選び、同様に縦軸方向
に上下に±１の２個とその点そのまま１個の計３個の探
索点を選ぶと、横軸方向の合計の探索すべき交点の種類
は3m-1種類で縦軸方向の合計の探索すべき交点の種類は
3m+1種類であり、従って計3m-1×3m+1＝32m種類とな
る。この値は曲線の形状等を考慮して32m以下としても
よい。又32m以上としてもよいが、計算時間が増加する
という問題が生ずる。
恒温槽によりステップ状の温度分布を設定した場合、
観測される温度分布信号系列７と上記手順により復元さ
れる温度分布信号系列６を実施例として第６図に示す。
観測される温度分布信号系列７と上記手順により復元さ
れる温度分布信号系列６を実施例として第６図に示す。
パルス波形信号系列としては第１段階で得られた第２
図を用いた。
図を用いた。
第２図の横軸は距離（ｍ）としているが、240nsecの
パルス巾を有するレーザーパルスを入射した例であり、
1mが10nsecの計測時間に対応する（光ファイバー中で光
は1mを10nsecで往復する）ため、見かけ上パルスの端か
ら端までを24mとすることができる。即ち、Ｌ（ｍ）の
光ファイバーの計測に要する時間ｔは、 となり、従ってこの変換は１（ｍ）＝10（nsec）として
起き、光ファイバー中を光が1mを10nsecで往復すること
に対応する。これはパルス巾によって生じる遷移距離と
同じであり、10nsecのパルス巾によって1mの遷移距離が
生じる。従って、距離軸に換算したパルスの劣化特性は
10nsecを1mとして規定できる。縦軸はパルスの全光量を
１とした場合の強度分布を示したものである。領域はフ
ァイバーの250mから350mまで、ｎ＝1,m＝３と指定し
た。
パルス巾を有するレーザーパルスを入射した例であり、
1mが10nsecの計測時間に対応する（光ファイバー中で光
は1mを10nsecで往復する）ため、見かけ上パルスの端か
ら端までを24mとすることができる。即ち、Ｌ（ｍ）の
光ファイバーの計測に要する時間ｔは、 となり、従ってこの変換は１（ｍ）＝10（nsec）として
起き、光ファイバー中を光が1mを10nsecで往復すること
に対応する。これはパルス巾によって生じる遷移距離と
同じであり、10nsecのパルス巾によって1mの遷移距離が
生じる。従って、距離軸に換算したパルスの劣化特性は
10nsecを1mとして規定できる。縦軸はパルスの全光量を
１とした場合の強度分布を示したものである。領域はフ
ァイバーの250mから350mまで、ｎ＝1,m＝３と指定し
た。
ノイズ信号のため通常の逆変換操作Ｒ′（ｚ）/H′
（ｚ）では安定な解が得られなかったが、上記の手順で
は安定な解が得られた。
（ｚ）では安定な解が得られなかったが、上記の手順で
は安定な解が得られた。
さらに設定温度分布と復元された温度分布を比較する
と、サンプリング間隔（1m）で立ち下がりが検出できた
（距離分解能1m）上に、0.5℃以内の誤差で推定するこ
とができた。
と、サンプリング間隔（1m）で立ち下がりが検出できた
（距離分解能1m）上に、0.5℃以内の誤差で推定するこ
とができた。
本発明での信号処理は、OTDR法で観測できるあらゆる
物理量（破断点，損傷点，圧力等）分布に適用できる。
即ち、レーレ散乱やラマン散乱等の後方散乱検出信号の
信号からどのような物理量分布も導く方法に適用でき
る。
物理量（破断点，損傷点，圧力等）分布に適用できる。
即ち、レーレ散乱やラマン散乱等の後方散乱検出信号の
信号からどのような物理量分布も導く方法に適用でき
る。
［発明の効果］ 本発明は、距離分解能に比して充分広いレーザーパル
スが利用できる為、S/Nが格段に改善され、分解能が向
上するという効果を有する。又、このレーザーパルスに
より結果的に帯域が制限される為、検出器、増幅器とも
に帯域、及び雑音電力の点で有利である。更に、高速大
電流スイッチングの必要性がない為、コストダウンが可
能となる。
スが利用できる為、S/Nが格段に改善され、分解能が向
上するという効果を有する。又、このレーザーパルスに
より結果的に帯域が制限される為、検出器、増幅器とも
に帯域、及び雑音電力の点で有利である。更に、高速大
電流スイッチングの必要性がない為、コストダウンが可
能となる。
第１図〜第７図は本発明の実施例を示し、第１図はレー
ザーパルス波形とステップ状温度変化部の最適分布解の
波形図であり、第２図はレーザーパルスの劣化特性信号
系列ｈ（ｐ）のグラフであり、第３図は劣化特性のグラ
フであり、第４図は予め指定するプロファイル条件の１
例を示すグラフであり、第５図は信号処理のフローチャ
ートであり、第６図はステップ状温度変化部の最適分布
解６を求めたグラフであり、第７図は遷移領域を説明す
る波形図であり、第８図は従来の分布型光ファイバー温
度センサーブロック図である。 １……レーザーパルス波形 ３……劣化特性信号系列 ５……観測温度分布
ザーパルス波形とステップ状温度変化部の最適分布解の
波形図であり、第２図はレーザーパルスの劣化特性信号
系列ｈ（ｐ）のグラフであり、第３図は劣化特性のグラ
フであり、第４図は予め指定するプロファイル条件の１
例を示すグラフであり、第５図は信号処理のフローチャ
ートであり、第６図はステップ状温度変化部の最適分布
解６を求めたグラフであり、第７図は遷移領域を説明す
る波形図であり、第８図は従来の分布型光ファイバー温
度センサーブロック図である。 １……レーザーパルス波形 ３……劣化特性信号系列 ５……観測温度分布
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01K 11/12 G01M 11/00
Claims (4)
- 【請求項１】光源部より発振したレーザーパルスを被測
定光ファイバーへ入射し、該被測定光ファイバーからの
戻り光を検出して該被測定光ファイバー及びその周辺の
物理量変化を距離に関して測定するための信号処理方法
において、 該レーザーパルスによって生じる該戻り光が信号処理装
置へ到達するまでに受けるパルス歪みを劣化特性信号系
列として予め該信号処理装置内に記憶しておき、観測さ
れた物理量分布信号系列において信号処理すべき領域と
該領域内において近似すべき複数の曲線を結合して得ら
れるプロファイルを選択指定し、その指定領域内におけ
る前記複数の曲線の交点座標の初期値を推定選択し、該
初期値とその近傍の複数の交点座標について、該劣化特
性信号系列と前記複数の曲線とのコンボリューション
と、観測物理量分布信号系列との非線形最小二乗法によ
る評価値を算出し、該評価値を最小にする交点座標を最
良近似解として選択し、物理量変化部の最適分布を求め
ることを特徴とする信号処理方法。 - 【請求項２】光源部より発振したレーザーパルスを被測
定光ファイバーへ入射し、該被測定光ファイバーからの
戻り光を検出して該被測定光ファイバー及びその周辺の
物理量変化を距離に関して測定するための信号処理方法
において、 該レーザーパルスによって生じる該戻り光が信号処理装
置へ到達するまでに受けるパルス歪みを、既知の物理量
分布信号系列のｚ変換Ｔ′（ｚ）と観測された物理量分
布信号系列のｚ変換Ｒ′（ｚ）より算出される伝達特性
Ｈ′（ｚ）＝Ｒ′（ｚ）/T′（ｚ）を逆ｚ変換して選ら
れる劣化特性信号系列ｈ（ｐ）として予め該信号処理装
置内に記憶しておき、観測された物理量分布信号系列に
おいて信号処理すべき領域（i1〜i2）と該領域（i1〜i
2）内において近似すべきｍ本のｎ次曲線を結合して得
られるプロファイル（m,n）を選択指定し、その指定領
域内におけるｍ本のｎ次曲線のｍ＋１個の交点座標の初
期値を推定選択し、該初期値とその近傍のｋ＝32m個の
交点座標について、該劣化特性信号系列ｈ（ｐ）と前記
ｍ本のｎ次曲線の信号系列ｔ″（ｐ）とのコンボリュー
ションと、観測物理量分布信号系列ｒ″（ｐ）との非線
形最小二乗法による評価値を （１はレーザーパルス波形の始点、２はレーザーパ
ルス波形の終点）により算出し、該評価値を最小にする
交点座標を最良近似解として選択し、物理量変化部の最
適分布を求めることを特徴とする信号処理方法。 - 【請求項３】被測定光ファイバーへレーザーパルスを入
射する光源部と、被測定光ファイバーからの戻り光を測
定装置へ導光する光方向性結合器と、戻り光の周波数及
び強度等の変化を距離に関して計測することによって被
測定光ファイバー及びその周辺の物理量の変化を測定す
る測定位置とからなる分布型光ファイバーセンサーにお
いて、 該測定装置の信号処理部において、該レーザーパルスに
よって生じる該戻り光が信号処理装置へ到達するまでに
受けるパルス歪みを劣化特性信号系列として予め該信号
処理装置内に記憶しておき、観測された物理量分布信号
系列において信号処理すべき領域と該領域内において近
似すべき複数の曲線を結合して得られるプロファイルを
選択指定し、その指定領域内における前記複数の曲線の
交点座標の初期値を推定選択し、該初期値とその近傍の
複数の交点座標について、該劣化特性信号系列と前記複
数の曲線とのコンボリューションと、観測物理量分布信
号系列との非線形最小二乗法による評価値を算出し、該
評価値を最小にする交点座標を最良近似解として選択
し、物理量変化部の最適分布を求める処理を行うことを
特徴とする分布型光ファイバーセンサー。 - 【請求項４】被測定光ファイバーへレーザーパルスを入
射する光源部と、被測定光ファイバーからの戻り光を測
定装置へ導光する光方向性結合器と、戻り光の周波数及
び強度等の変化を距離に関して計測することによって被
測定光ファイバー及びその周辺の物理量の変化を測定す
る測定装置とからなる分布型光ファイバーセンサーにお
いて、 該測定装置の信号処理部において、該レーザーパルスに
よって生じる該戻り光が信号処理装置へ到達するまでに
受けるパルス歪みを、既知の物理量分布信号系列のｚ変
換Ｔ′（ｚ）と観測された物理量分布信号系列のｚ変換
Ｒ′（ｚ）より算出される伝達特性Ｈ′（ｚ）＝Ｒ′
（ｚ）/T′（ｚ）を逆ｚ変換して得られる劣化特性信号
系列ｈ（ｐ）として予め該信号処理装置内に記憶してお
き、観測された物理量分布信号系列において信号処理す
べき領域（i1〜i2）と近似すべきｍ本のｎ次曲線を結合
して得られるプロファイル（m,n）を選択指定し、その
指定領域内におけるｍ本のｎ次曲線のｍ＋１個の交点座
標の初期値を推定選択し、該初期値とその近傍のｋ＝3
2m個の交点座標について、該劣化特性信号系列ｈ（ｐ）
と前記ｍ本のｎ次曲線の信号系列ｔ″（ｐ）とのコンボ
リューションと、観測物理量分布信号系列ｒ″（ｐ）と
の非線形最小二乗法による評価値を （１はレーザーパルス波形の始点、２はレーザーパ
ルス波形の終点）により算出し、該評価値を最小にする
交点座標を最良近似解として選択し、物理量変化部の最
適分布を求める処理を行うことを特徴とする分布型光フ
ァイバーセンサー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2151605A JP2968562B2 (ja) | 1990-06-12 | 1990-06-12 | 信号処理方法及び分布型光ファイバーセンサー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2151605A JP2968562B2 (ja) | 1990-06-12 | 1990-06-12 | 信号処理方法及び分布型光ファイバーセンサー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0450624A JPH0450624A (ja) | 1992-02-19 |
| JP2968562B2 true JP2968562B2 (ja) | 1999-10-25 |
Family
ID=15522186
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2151605A Expired - Lifetime JP2968562B2 (ja) | 1990-06-12 | 1990-06-12 | 信号処理方法及び分布型光ファイバーセンサー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2968562B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005195502A (ja) * | 2004-01-08 | 2005-07-21 | Occ Techno Ltd | 光ファイバ型温度計測装置及び温度計測方法 |
| JP5673830B2 (ja) * | 2011-08-15 | 2015-02-18 | 富士通株式会社 | 温度分布測定装置及び温度分布測定方法 |
| JP5825352B2 (ja) * | 2011-08-31 | 2015-12-02 | 富士通株式会社 | 温度分布測定システム、温度分布測定装置及び温度分布測定方法 |
-
1990
- 1990-06-12 JP JP2151605A patent/JP2968562B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0450624A (ja) | 1992-02-19 |
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