JP3065832B2 - Temperature distribution detector - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は光ファイバ内の後方散乱
光を利用した温度分布検出装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a temperature distribution detecting device utilizing backscattered light in an optical fiber.
【0002】[0002]
【従来の技術】光ファイバの後方散乱光を利用したセン
サでは、図9に示す如く光ファイバ100に入射したレ
ーザパルスによって光ファイバ内の散乱光を励起し、励
起散乱光のスペクトルや強度、偏光等の状態に被散乱場
所の温度情報を含み、光ファイバ100内の後方となる
励起レーザパルスの入射側に伝搬する後方散乱光を時系
列信号として検出処理することにより、光ファイバ10
0に沿った温度の一次元分布を測定する。2. Description of the Related Art In a sensor using backscattered light from an optical fiber, as shown in FIG. 9, a laser pulse incident on the optical fiber 100 excites the scattered light in the optical fiber, and the spectrum, intensity and polarization of the excited scattered light are increased. The temperature information of the scattered place is included in the state of the optical fiber 100, and the backscattered light propagating to the incident side of the excitation laser pulse that is rearward in the optical fiber 100 is detected and processed as a time-series signal.
Measure the one-dimensional distribution of temperature along 0.
【0003】この場合、光ファイバ100内にレーザパ
ルスを入射したとき発生する散乱光としては、密度揺ら
ぎによるレーリー散乱光、伝搬性の揺らぎによるブリル
アン散乱光、分子の振動回転によるラマン散乱光があ
る。In this case, the scattered light generated when a laser pulse enters the optical fiber 100 includes Rayleigh scattered light due to density fluctuation, Brillouin scattered light due to propagation fluctuation, and Raman scattered light due to molecular rotation. .
【0004】このうち、ブリルアン散乱光と、ラマン散
乱光は非弾性散乱光であり、励起光とスペクトルの異な
った散乱光となる。温度情報は3つの散乱光、すべてに
含まれているが、温度に対する感度が最も高いのはラマ
ン散乱光で、その強度が温度に依存して変化する。[0004] Among them, Brillouin scattered light and Raman scattered light are inelastic scattered light, and become scattered light having a spectrum different from that of excitation light. The temperature information is contained in all three scattered lights, but Raman scattered light has the highest sensitivity to temperature, and its intensity changes depending on the temperature.
【0005】そして、ラマン散乱光を使用して温度を計
測する場合、波長が励起光より長波長側にシフトするス
トークスラマン散乱光と、短波長側にシフトするアンチ
ストークスラマン散乱光とをフィルタで選別し、2つの
散乱光の比を基本とした値から温度分布を算出してい
る。また、比を用いないまでも、フィルタで一方の散乱
光を選別する必要がある。When measuring temperature using Raman scattered light, Stokes Raman scattered light whose wavelength shifts to a longer wavelength side than excitation light and anti-Stokes Raman scattered light whose wavelength shifts to a shorter wavelength side are filtered. The temperature distribution is calculated from the values based on the ratio of the two scattered lights. Further, even if the ratio is not used, it is necessary to select one scattered light with a filter.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
分布型のセンサでは、被測定物理量の精度とともに、そ
の位置分解能も重要な量になる。In such a distributed sensor, not only the accuracy of the physical quantity to be measured, but also its positional resolution becomes an important quantity.
【0007】この場合、分解能は一般的に入射パルス幅
によって決まり、さらに後方散乱信号が離散値系となっ
ているときには、さらにサンプリング周波数によっても
左右される。In this case, the resolution is generally determined by the incident pulse width, and further depends on the sampling frequency when the backscattered signal is a discrete value system.
【0008】但し、サンプリング周期を高くする方法で
は、サンプリング周期が半値幅に対し、十分に短いとす
るなら、ある時間に計測される後方散乱光は入射パルス
の半値幅にわたる散乱光の合計となる。However, in the method of increasing the sampling period, if the sampling period is sufficiently short with respect to the half width, the backscattered light measured at a certain time is the sum of the scattered light over the half width of the incident pulse. .
【0009】したがって、測定される温度は半値幅にわ
たる平均温度となり、入射パルスの幅以上に位置分解能
を高くすることはできない。Therefore, the measured temperature is an average temperature over the half width, and the position resolution cannot be increased beyond the width of the incident pulse.
【0010】そこで、位置分解能を高くするために、入
射パルスの幅を狭くする方法が有効であるが、この方法
を実現する方法として、入射パルスの自体の幅を非常に
狭くする方法と、有限幅の光パルスに対する応答を1つ
の変換過程と考えて逆変換を行なってインパルス応答を
求める方法とが考えられる。In order to increase the position resolution, it is effective to reduce the width of the incident pulse. However, as a method for realizing this method, a method of extremely narrowing the width of the incident pulse itself and a method of finite reduction are required. A method is conceivable in which a response to an optical pulse having a width is considered as one conversion process and an inverse conversion is performed to obtain an impulse response.
【0011】しかしながら、入射パルス自体の幅を狭く
する方法は、発光系の立ち上がり特性、立ち下がり特性
によって決まるパルス幅以上に、光パルスの幅を狭くす
ることができないため、現在の開発されている素子の性
能以上に入射パルスの幅を狭くすることが難しく、位置
分解能を高める方法としては不適切である。However, a method of narrowing the width of the incident pulse itself is currently being developed because the width of the light pulse cannot be narrowed beyond the pulse width determined by the rising and falling characteristics of the light emitting system. It is difficult to make the width of the incident pulse narrower than the performance of the element, and it is not suitable as a method for increasing the position resolution.
【0012】これに対し、インパルス応答を求める方法
は位置分解能を高める方法として有効であると考えられ
る。On the other hand, the method for obtaining the impulse response is considered to be effective as a method for increasing the position resolution.
【0013】そこで、このインパルス応答を求める方法
について、ここで、詳細に検討してみる。Therefore, the method for obtaining the impulse response will be examined in detail here.
【0014】まず、インパルス応答を求める方法で使用
される変換は線形近似の範囲でコンボルーション過程で
あることから、インパルス応答をh(t) 、入力光パルス
をP(t) とすると、後方散乱光信号g(t) は、次式で表
わすことができる。First, since the transformation used in the method for obtaining the impulse response is a convolution process within the range of linear approximation, if the impulse response is h (t) and the input light pulse is P (t), the backscatter The optical signal g (t) can be expressed by the following equation.
【0015】[0015]
【数1】 そして、インパルス応答h(t) は入力信号となる入力光
パルスP(t) を予め測定しておき、この測定結果に対し
てデコンボルーションを行なうことによって求めること
ができる。(Equation 1) The impulse response h (t) can be obtained by measuring an input optical pulse P (t) as an input signal in advance and performing deconvolution on the measurement result.
【0016】しかしながら、実際には、実測データに対
し、この逆変換過程を適用すると、測定信号中に含まれ
る雑音成分のため、正しいインパルス応答を求めること
が難しい。この理由としては、次に述べるようにすると
理解しやすい。However, in practice, when this inverse conversion process is applied to measured data, it is difficult to obtain a correct impulse response due to noise components included in the measured signal. The reason is easy to understand as described below.
【0017】まず、前記(1)式をフーリェ変換して後
方散乱光に雑音成分N( ω) を追加すると、 G( ω) +N( ω) =H( ω) ・P( ω) …(2) となり、逆変換のために、この(2)式の両辺をP(
ω) で除算すると、 H( ω) =G( ω) P/( ω) +N( ω) /P( ω) …(3) となる。First, when the noise component N (ω) is added to the backscattered light by Fourier-transforming the equation (1), G (ω) + N (ω) = H (ω) · P (ω) (2) ) And both sides of this equation (2) are P (
Dividing by (ω), H (ω) = G (ω) P / (ω) + N (ω) / P (ω) (3)
【0018】ここで、問題となるのは、右辺の第2項目
の部分であり、入力光パルス成分P( ω) のスペクトル
は有限であるのに対し、雑音成分N( ω) のスペクトル
がかなりの広域まで伸びているため、周波数の高い領域
(角速度ωが大きな領域)で除算結果が発散してしま
う。Here, the problem is the second item on the right side. The spectrum of the input light pulse component P (ω) is finite, while the spectrum of the noise component N (ω) is considerably large. , The division result diverges in a high frequency region (a region where the angular velocity ω is large).
【0019】このため、この発散によって総合的な位置
測定精度が低下してしまうという問題があった。For this reason, there has been a problem that the divergence lowers the overall position measurement accuracy.
【0020】本発明は上記の事情に鑑み、逆変換過程に
おいて雑音の影響による解の発散を防止し、これによっ
て光パルスの幅を狭くすることなく総合精度を最も改善
させることができる最適な近似を与えることができると
ともに、光パルス幅を狭くした場合に生じるS/N比の
低下やこれに伴う計測時間の増大、半導体レーザの駆動
回路の困難さを生じることなく、位置分解能を向上させ
てホットスポットなどの異常加熱部などの検出を容易に
することができる温度分布検出装置を提供することを目
的としている。In view of the above circumstances, the present invention prevents the divergence of the solution due to the influence of noise in the inverse transformation process, thereby making it possible to obtain the optimum approximation that can improve the overall accuracy without reducing the width of the light pulse. And the position resolution can be improved without lowering the S / N ratio caused by narrowing the optical pulse width, increasing the measurement time associated therewith, and making the semiconductor laser drive circuit difficult. It is an object of the present invention to provide a temperature distribution detecting device capable of easily detecting an abnormally heated portion such as a hot spot.
【0021】[0021]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、光パルスを発生する光源と、前記光パル
スを光ファイバに入射し、その後方散乱光から2種類の
ラマン散乱光を選択する光学系と、前記ラマン散乱光を
電気信号に変換増幅する光電変換部と、この光電変換部
の出力信号をデジタル信号に変換してアベレージングを
行なうデジタルアベレージャ部と、このデジタルアベレ
ージャ部の処理結果に基づいて前記光ファイバに沿った
温度分布を計算する演算部とを有する温度分布検出装置
において、少なくとも1ヶ所以上の前記光パルスの半値
幅以下に相当する長さの基準温度部を有し、予め測定し
た光パルスの波形データに対し、デコンボルーション処
理を行なって前記基準温度部の誤差が所定の基準に入る
までの反復回数を求め、温度測定を行なうとき、光パル
スの波形データに対し、前記反復回数だけデコンボルー
ション処理を繰り返して光ファイバに沿った温度分布を
計算することを特徴としている。SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, the present invention provides a light source for generating an optical pulse, two types of Raman scattered light incident on an optical fiber, An optical system for converting the Raman scattered light into an electric signal, a digital averaging unit for converting an output signal of the photoelectric conversion unit into a digital signal and performing averaging, and a digital averaging unit. A calculation unit for calculating a temperature distribution along the optical fiber based on a processing result of the optical unit, wherein a reference temperature having a length corresponding to a half width or less of at least one or more light pulses is provided. Part, and performs deconvolution processing on the waveform data of the optical pulse measured in advance to determine the number of repetitions until the error of the reference temperature part falls into a predetermined reference. Because, when performing temperature measurement, with respect to the waveform data of the light pulses is characterized by calculating the temperature distribution along the optical fiber by repeating the repetition number of times deconvolution process.
【0022】[0022]
【作用】上記の構成において、少なくとも1ヶ所以上の
前記光パルスの半値幅以下に相当する長さの基準温度部
を有し、予め測定した光パルスの波形データに対し、デ
コンボルーション処理を行なって前記基準温度部の誤差
が所定の基準に入るまでの反復回数を求め、温度測定を
行なうとき、光パルスの波形データに対し、前記反復回
数だけデコンボルーション処理を繰り返して光ファイバ
に沿った温度分布を計算することにより、逆変換過程に
おいて雑音の影響で解が発散してしまうのを防止し、こ
れによって光パルスの幅を狭くすることなく総合精度を
最も改善させることができる最適な近似を与え、光パル
ス幅を狭くした場合に生じるS/N比の低下やこれに伴
う計測時間の増大、半導体レーザの駆動回路の困難さを
生じることなく、位置分解能を向上させてホットスポッ
トなどの異常加熱部などの検出を容易にする。In the above configuration, at least one or more reference temperature portions having a length equal to or less than the half width of the light pulse are provided, and the deconvolution process is performed on the waveform data of the light pulse measured in advance. The number of repetitions until the error of the reference temperature section falls into a predetermined reference is obtained, and when performing temperature measurement, the waveform data of the optical pulse is repeatedly deconvoluted by the number of repetitions along the optical fiber. By calculating the temperature distribution, it is possible to prevent the solution from diverging due to the effect of noise during the inverse transformation process, and thereby to obtain the best approximation that can improve the overall accuracy without reducing the width of the light pulse. To reduce the S / N ratio caused when the light pulse width is reduced, increase the measurement time associated therewith, and make the driving circuit of the semiconductor laser difficult. To improve location resolution to facilitate detection of such abnormal heating unit such as a hot spot.
【0023】[0023]
【実施例】まず、本発明による温度分布検出装置の具体
的な説明に先だって本発明による温度分布検出装置の測
定原理を説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Prior to the detailed description of the temperature distribution detecting device according to the present invention, the measurement principle of the temperature distribution detecting device according to the present invention will be described.
【0024】今、温度計測用の光ファイバにおいて、単
位長さ当たりの後方散乱係数をS(z) 、入射光パルスが
光ファイバ中を進む間に受ける減衰率をRf(z)、後方散
乱光が光ファイバ中を伝わって入射端まで戻る間に受け
る減衰率をRb(z)、光ファイバ中における光パルスの群
速度をVg とすると、この光ファイバに光パルスを入射
させて得られる後方散乱光のインパルス応答の電力h
(t) は次式で表わすことができる。Now, in the optical fiber for temperature measurement, the backscattering coefficient per unit length is S (z), the attenuation rate of the incident light pulse while traveling through the optical fiber is Rf (z), and the backscattered light is Let Rb (z) be the attenuation rate that the optical fiber travels through the optical fiber and return to the incident end, and let Vg be the group velocity of the optical pulse in the optical fiber. Power of light impulse response h
(t) can be expressed by the following equation.
【0025】 h(t) =Rf(z)・S(z) ・Rb(z)・Vg /2 …(4) そして、入射される光パルスPとのコンボルーションと
なるのは、アンチストークスラマン散乱光およびストー
クスラマン散乱光の各係数Sであるため、これらアンチ
ストークスラマン散乱光およびストークスラマン散乱光
の各後方散乱信号に対して逆変換を行なった後、光ファ
イバの減衰効果を補償するため、これらの各後方散乱信
号間の除算を行ない、温度分布を計算する手順となる。H (t) = Rf (z) · S (z) · Rb (z) · Vg / 2 (4) The convolution with the incident light pulse P is anti-Stokes Raman. Since the respective coefficients S of the scattered light and the Stokes Raman scattered light are used, the inverse conversion is performed on each of the back scattered signals of the anti-Stokes Raman scattered light and the Stokes Raman scattered light. , A procedure for dividing the respective backscattered signals and calculating the temperature distribution.
【0026】しかしながら、実際の装置では、フォトダ
イオードなどで後方散乱光を電気信号に変換した後、A
/D変換して離散値系デジタル信号として扱うため、積
分形で表現されたコンボルーションが図2に示す如く時
間の推移とともに、入射パルスの位置が移動していく対
角近傍だけを持つn×nの行列形式となる。この場合、
各行の要素は光パルス波形の実測値が移動したものが代
入される。However, in an actual device, after the backscattered light is converted into an electric signal by a photodiode or the like, the A
/ D conversion and treated as a discrete-valued digital signal, the convolution expressed in the integral form has only the diagonal near the diagonal where the position of the incident pulse moves with time as shown in FIG. n matrix format. in this case,
As the element of each row, the one in which the measured value of the optical pulse waveform is shifted is substituted.
【0027】そして、インパルス応答hを求めるため、
逆行列を両辺から掛け合わせることになるが、雑音の影
響を監視しながら、インパルス応答hを求めるためには
反復法(Jacobi Gauss-Seidel 法)により解を収束させ
ながら求める方法が適している。Then, in order to obtain the impulse response h,
The inverse matrix is multiplied from both sides. To find the impulse response h while monitoring the influence of noise, a method of finding the solution while converging the solution by an iterative method (Jacobi Gauss-Seidel method) is suitable.
【0028】この反復法では、反復回数をkにすると、
k+1回目のi番目の解hi は次式で与えられる。In this iterative method, if the number of repetitions is k,
The (k + 1) th i-th solution hi is given by the following equation.
【0029】[0029]
【数2】 一方、図3に示す如く信号処理装置101と、80℃の
恒温槽102と、1Kmの光ファイバ103とを用意
し、この光ファイバ103の所定部分を2m、5m、1
0m、20m、50mの各長さだけ恒温槽102に入れ
て、その温度を80℃に保ちがながら、信号処理装置1
01によってOTDR法でアンチストークスラマン散乱
光と、ストークスラマン散乱光とを計測し、これらの比
を求めると、図4に示す波形となる。(Equation 2) On the other hand, as shown in FIG. 3, a signal processing device 101, a constant temperature bath 102 at 80 ° C., and an optical fiber 103 of 1 km are prepared.
0 m, 20 m, and 50 m are put into the constant temperature bath 102, and the temperature is kept at 80 ° C. while the signal processing device 1
When the anti-Stokes Raman scattered light and the Stokes Raman scattered light are measured by the OTDR method using 01 and the ratio between them is obtained, the waveform shown in FIG. 4 is obtained.
【0030】この場合、恒温槽102に入れられている
部分の演算結果が全て同じ値になるべきであるが、測定
に用いた光パルスの半値幅は100nsec当たり、光
ファイバの長さで10mに相当することから、光ファイ
バ103のうち、図4から明らかなように、コンボルー
ションのため、実際には10m以下の5mや2mの部分
で十分な振幅を得ることができない。In this case, all the calculation results of the parts put in the thermostat 102 should be the same value, but the half width of the optical pulse used for the measurement is 100 nsec and the length of the optical fiber is 10 m. Because of this, in the optical fiber 103, as apparent from FIG. 4, due to the convolution, a sufficient amplitude cannot actually be obtained in a portion of 5 m or 2 m which is 10 m or less.
【0031】そこで、このようなコンボルーションの影
響を除くために、上述した測定動作によって得られたデ
ータに対して、上述した反復法を適用してデコンボルー
ションを行なってみた。Therefore, in order to eliminate such an influence of convolution, deconvolution was performed on the data obtained by the above-described measurement operation by applying the above-described iterative method.
【0032】これによって、デコンボルーションを行な
う前におけるデータの波形が図5(a)に示す形状のと
き、このデータに対し、反復回数が5回のデコンボルー
ションを行なったとき、図5(b)に示す波形が得ら
れ、反復回数が10回のデコンボルーションを行なった
とき、図5(c)に示す波形が得られる。Thus, when the waveform of the data before the deconvolution is performed has the shape shown in FIG. 5 (a), and when this data is subjected to the deconvolution with the number of repetitions of 5 times, as shown in FIG. When the waveform shown in b) is obtained and the deconvolution is performed 10 times, the waveform shown in FIG. 5C is obtained.
【0033】この図5(a)、(b)、(c)から明ら
かなように、デコンボルーションにより振幅が不足して
いた箇所を改善することができるとともに、立ち上がり
を改善することができる。As apparent from FIGS. 5A, 5B, and 5C, the portion where the amplitude is insufficient due to the deconvolution can be improved, and the rise can be improved.
【0034】しかし、このような改善ととともに、反復
回数の増加とともに、雑音の影響が顕著になってくるの
も分かる。However, it can be seen that the effect of noise becomes remarkable as the number of repetitions increases with the improvement.
【0035】そこで、総合精度としてコンボルーション
のために振幅が所定値に達しない誤差を系統誤差、雑音
の影響によるバラツキをランダム誤差とし、デコンボル
ーションの反復回数と、系統誤差と、ランダム誤差との
関係を調べるために、加熱長5mの部分に関し、ランダ
ム雑音として加熱直前部のデータを使用して上述したデ
コンボルーション処理を行ない、図6に示す表を得るこ
とができた。Therefore, as an overall accuracy, an error whose amplitude does not reach a predetermined value due to convolution is regarded as a systematic error, and a variation due to the influence of noise is regarded as a random error, and the number of deconvolution repetitions, a systematic error, a random error and In order to investigate the relationship, the above-mentioned deconvolution processing was performed on the portion having a heating length of 5 m using the data immediately before the heating as random noise, and the table shown in FIG. 6 could be obtained.
【0036】この図6から明らかなように、反復回数を
増加させていくと、ランダム誤差が一定の比率で増加す
るが、系統誤差が最初、一定の比率で低減し、ある回数
を境に増加に転じ、以後一定の比率で増加する。As is apparent from FIG. 6, when the number of repetitions is increased, the random error is increased at a fixed rate, but the systematic error is reduced at a fixed rate at first, and increases after a certain number of times. And then increase at a constant rate.
【0037】すなわち、系統誤差と、ランダム誤差とを
加算した総合誤差を最も小さくする反復回数が存在す
る。That is, there is a number of iterations that minimizes the total error obtained by adding the systematic error and the random error.
【0038】そして、最適な反復回数はここで与えた逆
変換基準温度部のように、予め温度分布が正確に分かっ
ている場合には、反復計算毎に総合誤差を計算し、その
値が極値となる回数を求めることができる。If the temperature distribution is known in advance, as in the inverse transformation reference temperature section given here, the optimum number of repetitions is calculated as a total error for each repetition calculation, and the value is calculated as the extreme value. The number of times that the value is obtained can be obtained.
【0039】但し、このような逆変換方式では、計算回
数とともに、ランダム雑音が増加するため、系統誤差が
ほとんどない場合、例えば温度分布がほぼ一様な部分で
は、ランダム雑音のみが増加することになる。However, in such an inverse conversion method, since random noise increases with the number of calculations, when there is almost no systematic error, for example, in a portion where the temperature distribution is almost uniform, only random noise increases. Become.
【0040】つまり、この逆変換方式が有利になるの
は、温度変化が空間的に激しく生じる場合、特に局所的
に高温、低温となるような場合の温度分布を計測しよう
とする場合である。In other words, the inverse conversion method is advantageous when the temperature change is spatially intense, particularly when the temperature distribution is to be measured when the temperature is locally high or low.
【0041】したがって、このような逆変換方式の使用
対象となるプラントシステムとしては、システムの異常
が局所的な温度上昇として顕在化するようなシステムで
あり、このようなシステムで局所的に温度が上昇したと
き、最適な反復回数を使用することにより、これを効率
良く検出することができる。Therefore, a plant system to which such an inverse conversion method is used is a system in which an abnormality of the system is manifested as a local temperature rise, and the temperature is locally increased in such a system. When it rises, it can be detected efficiently by using the optimal number of iterations.
【0042】そして、本発明では、最適な反復回数を得
るために、光ファイバの少なくとも、1ヶ所を入射光パ
ルスの半値幅以下の長さにわたって加熱したり、冷却し
たりして、この加熱部分や冷却部分を逆変換基準温度部
とし、逆変換過程では、この逆変換基準温度部の総合精
度が最も改善される反復回数を求めて最適な近似解を求
める最適計算過程を選択し、この最適計算過程を光ファ
イバの全領域にわたって適用して逆変換を施し、これに
よって光ファイバによる温度分布測定を行なうとき、雑
音の影響を最小限に食い止めながら位置分解能を大幅に
改善させるようにしている。In the present invention, in order to obtain an optimum number of repetitions, at least one portion of the optical fiber is heated or cooled over a length equal to or less than the half width of the incident light pulse, and the heated portion is heated. In the inverse conversion process, the number of iterations at which the overall accuracy of the inverse conversion reference temperature part is most improved is determined, and an optimal calculation process for obtaining an optimal approximate solution is selected. The calculation process is applied over the entire area of the optical fiber to perform an inverse transform, thereby greatly improving the positional resolution while minimizing the influence of noise when measuring the temperature distribution using the optical fiber.
【0043】この場合、逆変換基準温度部の長さを入射
光パルスの半値幅以上にしたときには、図7に示す如く
デコンボルーション処理の反復回数と、振幅との関係が
あまり明確にならないが、本発明では、逆変換基準温度
部の長さを入射光パルスの半値幅以下にしているので、
図8に示す如くデコンボルーション処理の反復回数と、
振幅の値とを関連させることができ、これによってレベ
ル弁別によって振幅があるレベルを越えたとき、デコン
ボルーション処理を止めることにより、容易に最適反復
回数を得ることができる。In this case, when the length of the inverse conversion reference temperature portion is set to be equal to or greater than the half width of the incident light pulse, the relationship between the number of repetitions of the deconvolution process and the amplitude is not so clear as shown in FIG. According to the present invention, since the length of the inverse conversion reference temperature portion is equal to or less than the half width of the incident light pulse,
As shown in FIG. 8, the number of repetitions of the deconvolution process,
The value of the amplitude can be related to the value, so that when the amplitude exceeds a certain level by the level discrimination, the optimal number of repetitions can be easily obtained by stopping the deconvolution processing.
【0044】図1は本発明による温度分布検出装置の一
実施例を示す構成図である。FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of a temperature distribution detecting device according to the present invention.
【0045】この図に示す温度分布検出装置は、光ファ
イバ1と、逆変換基準温度装置2と、信号処理装置3と
を備えており、初期化時および定期的に、逆変換基準温
度装置2によって光ファイバ1の一部を高温にするとと
もに、他の一部を常温にしながら、信号処理装置3によ
って非常に幅の狭い光パルスを生成してこれを光ファイ
バ1に入射させ、この後方散乱光を取込んで、そのアン
チストークスラマン散乱光と、ストークスラマン散乱光
とに基づき反復法によってデコンボルーションを行なっ
て最適な反復回数を求める。そして、通常の測定を行な
うとき、信号処理装置3によって非常に幅の狭い光パル
スを生成してこれを光ファイバ1に入射させ、この後方
散乱光を取込んで、そのアンチストークスラマン散乱光
と、ストークスラマン散乱光とに基づき前記最適な反復
回数に基づいてデコンボルーションを行なって光ファイ
バ1が敷設されている各部の温度分布を計測する。The temperature distribution detecting device shown in this figure includes an optical fiber 1, an inverse conversion reference temperature device 2, and a signal processing device 3, and is initialized and periodically. While a part of the optical fiber 1 is heated to a high temperature while the other part is kept at a normal temperature, a very narrow optical pulse is generated by the signal processing device 3 and is incident on the optical fiber 1 to be backscattered. The light is taken in, and deconvolution is performed by an iterative method based on the anti-Stokes Raman scattered light and the Stokes Raman scattered light to obtain an optimum number of repetitions. Then, when performing a normal measurement, a very narrow light pulse is generated by the signal processing device 3 and made incident on the optical fiber 1, the backscattered light is taken in, and the anti-Stokes Raman scattered light and , And based on the Stokes Raman scattered light, deconvolution is performed based on the optimum number of repetitions, and the temperature distribution of each part where the optical fiber 1 is laid is measured.
【0046】光ファイバ1は、温度の測定対象となる各
部分を通るように敷設されており、前記逆変換基準温度
装置2によってその一部が高温にされるとともに、他の
一部が常温にされる。そして、入射端から光パルスが入
射されたとき、これを取り込むとともに、各部の温度に
応じた後方散乱光を前記入射端に戻す。The optical fiber 1 is laid so as to pass through the respective portions whose temperature is to be measured. A part of the optical fiber 1 is heated to a high temperature by the inverse conversion reference temperature device 2, and the other is cooled to a normal temperature. Is done. When a light pulse is incident from the incident end, the light pulse is taken in and the backscattered light corresponding to the temperature of each part is returned to the incident end.
【0047】また、逆変換基準温度装置2は、矩形状に
構成され、前記光ファイバ1の一部が収納される常温匡
体4と、この常温匡体4内に配置され、前記常温匡体4
内の温度を測定してこの測定結果を前記信号処理装置3
に供給する温度センサ5と、前記常温匡体4と隣接する
ように設けられ、前記光ファイバ1の一部が前記信号処
理装置3から出力される光パルスの半値幅以下の長さだ
け収納される矩形状の高温匡体6と、この高温匡体6内
に配置され、前記高温匡体6内の温度を測定してこの測
定結果を前記信号処理装置3に供給する温度センサ7
と、前記高温匡体6内に配置されるヒータ8と、前記信
号処理装置3から高温指令が出力されているとき、前記
温度センサ7から出力される測定結果に基づいて前記ヒ
ータ8を駆動して前記高温匡体6内の温度を予め設定さ
れている高温にする加熱温度制御回路9とを備えてい
る。The reverse conversion reference temperature device 2 is formed in a rectangular shape, and has a room temperature housing 4 in which a part of the optical fiber 1 is housed, and is disposed in the room temperature housing 4. 4
The temperature in the inside is measured, and this measurement result is used as the signal processing device 3
And a part of the optical fiber 1 is accommodated by a length equal to or less than a half width of an optical pulse output from the signal processing device 3. A high-temperature housing 6 having a rectangular shape, and a temperature sensor 7 disposed in the high-temperature housing 6 for measuring the temperature in the high-temperature housing 6 and supplying the measurement result to the signal processing device 3.
And a heater 8 disposed in the high-temperature housing 6, and driving the heater 8 based on a measurement result output from the temperature sensor 7 when a high-temperature command is output from the signal processing device 3. A heating temperature control circuit 9 for setting the temperature in the high-temperature housing 6 to a preset high temperature.
【0048】そして、温度センサ5によって常温匡体4
内の温度を測定してこの測定結果を前記信号処理装置3
に供給するとともに、温度センサ7によって高温匡体6
内の温度を測定してこれを前記信号処理装置3と、加熱
温度制御回路9とに供給する。さらに、前記信号処理装
置3から高温指令が出力されているとき、加熱温度制御
回路9によって前記温度センサ7から出力される測定結
果に基づき、前記ヒータ8を駆動して前記高温匡体6内
の温度を予め設定されている高温にし、この高温匡体6
内に収納されている光ファイバ1の一部を高温状態にす
る。The room temperature housing 4 is detected by the temperature sensor 5.
The temperature in the inside is measured, and this measurement result is used as the signal processing device 3
To the high-temperature housing 6 by the temperature sensor 7.
The inside temperature is measured and supplied to the signal processing device 3 and the heating temperature control circuit 9. Further, when a high temperature command is output from the signal processing device 3, the heater 8 is driven based on the measurement result output from the temperature sensor 7 by the heating temperature control circuit 9 to drive the heater 8 inside the high temperature housing 6. The temperature is raised to a preset high temperature,
A part of the optical fiber 1 housed inside is brought to a high temperature state.
【0049】また、信号処理装置3は、タイミング制御
回路12と、レーザ駆動回路13と、レーザ光源14
と、カプラ15と、光学フィルタ16と、光スイッチ1
7と、バイアス制御回路18と、フォトダイオード19
と、光電流増幅回路20と、デジタルアベレージャ回路
21と、制御記憶演算回路22とを備えており、初期化
時および定期的に、逆変換基準温度装置2を制御して光
ファイバ1の一部を高温にするとともに、他の一部を常
温にしながら、非常に幅の狭い光パルスを生成してこれ
を光ファイバ1に入射させるとともに、この後方散乱光
を取込んで、そのアンチストークスラマン散乱光と、ス
トークスラマン散乱光とに基づき反復法によってデコン
ボルーションを行なって最適な反復回数を求める。そし
て、通常の測定を行なうとき、非常に幅の狭い光パルス
を生成してこれを光ファイバ1に入射させるとともに、
この後方散乱光を取込んで、そのアンチストークスラマ
ン散乱光と、ストークスラマン散乱光とに基づき前記最
適な反復回数に基づいてデコンボルーションを行なって
光ファイバ1が敷設されている各部の温度分布を計測す
る。The signal processing device 3 includes a timing control circuit 12, a laser drive circuit 13, and a laser light source 14.
, Coupler 15, optical filter 16, optical switch 1
7, a bias control circuit 18, and a photodiode 19
, A photocurrent amplifier circuit 20, a digital averager circuit 21, and a control storage operation circuit 22. At initialization and periodically, the inverse conversion reference temperature device 2 is controlled to While raising the temperature of the part and keeping the other part at room temperature, a very narrow light pulse is generated and incident on the optical fiber 1, and the backscattered light is taken in and the anti-Stokes Raman Based on the scattered light and the Stokes Raman scattered light, deconvolution is performed by an iterative method to obtain an optimal number of repetitions. Then, when performing a normal measurement, a very narrow optical pulse is generated and incident on the optical fiber 1, and
The backscattered light is taken in, deconvolution is performed based on the anti-Stokes Raman scattered light and the Stokes Raman scattered light based on the optimum number of repetitions, and the temperature distribution of each part where the optical fiber 1 is laid is obtained. Is measured.
【0050】タイミング制御回路12は、前記制御記憶
演算回路22と信号の授受を行ないながら、発光タイミ
ング信号や同期加算タイミング信号などを生成する部分
であり、生成動作によって得られた発光タイミング信号
をレーザ駆動回路13に供給してこれを制御するととも
に、同期加算タイミング信号をデジタルアベレージャ回
路21に供給してこれを制御する。The timing control circuit 12 generates a light emission timing signal and a synchronous addition timing signal while transmitting and receiving signals to and from the control storage arithmetic circuit 22. The timing control circuit 12 converts the light emission timing signal obtained by the generation operation into a laser beam. The signal is supplied to the drive circuit 13 to control the same, and the synchronous addition timing signal is supplied to the digital averager circuit 21 to control the same.
【0051】レーザ駆動回路13は、前記タイミング制
御回路12から出力される発光タイミング信号に基づい
て非常に幅の狭い駆動信号を生成する部分であり、この
駆動信号を前記レーザ光源14に供給してこれを発光さ
せる。The laser drive circuit 13 is a part for generating a drive signal having a very narrow width based on the light emission timing signal output from the timing control circuit 12, and supplies this drive signal to the laser light source 14. This emits light.
【0052】レーザ光源14は、前記レーザ駆動回路1
3から駆動信号が出力されている間、発光して予め設定
されている波長の光パルスを生成する部分であり、生成
した光パルスをカプラ15に供給する。The laser light source 14 is provided with the laser driving circuit 1.
While the drive signal is being output from the unit 3, the unit emits light to generate an optical pulse having a preset wavelength, and supplies the generated optical pulse to the coupler 15.
【0053】カプラ15は、前記レーザ光源14から出
力される光パルスを前記光ファイバ1の入射端に導いた
り、この入射端から出射される後方散乱光を前記光学フ
ィルタ16に導いたりする部分であり、前記レーザ光源
14から出力される光学パルスを取り込んでこれを前記
光ファイバ1の入射端に導いて光ファイバ1中に入射さ
せるとともに、前記光パルスが前記光ファイバ1中を伝
搬する際に発生し、前記入射端から出射される後方散乱
光を取り込んでこれを前記光学フィルタ16に導く。The coupler 15 guides an optical pulse output from the laser light source 14 to the incident end of the optical fiber 1 and guides backscattered light emitted from the incident end to the optical filter 16. The optical pulse output from the laser light source 14 is taken in, guided to the incident end of the optical fiber 1 and made incident on the optical fiber 1, and when the optical pulse propagates through the optical fiber 1, The backscattered light generated and emitted from the incident end is taken in and guided to the optical filter 16.
【0054】光学フィルタ16は、前記カプラ15から
出射される後方散乱光を取り込むとともに、この後方散
乱光を波長弁別してアンチストークスラマン散乱光と、
ストークスラマン散乱光とに分離する部分であり、この
分離動作によって得られたアンチストークスラマン散乱
光と、ストークスラマン散乱光とを光スイッチ17に導
く。The optical filter 16 takes in the back scattered light emitted from the coupler 15 and discriminates the wavelength of the back scattered light into anti-Stokes Raman scattered light.
This portion separates the light into Stokes Raman scattered light, and guides the anti-Stokes Raman scattered light and the Stokes Raman scattered light obtained by this separation operation to the optical switch 17.
【0055】光スイッチ17は、前記制御記憶演算回路
22からの選択信号に基づいて前記光学フィルタ16か
ら出射される前記アンチストークスラマン散乱光または
ストークスラマン散乱光のいずれか一方を選択する部分
であり、この選択処理によって得られたアンチストーク
スラマン散乱光またはストークスラマン散乱光のいずれ
か一方をフォトダイオード19に導く。The optical switch 17 is a portion for selecting one of the anti-Stokes Raman scattered light and the Stokes Raman scattered light emitted from the optical filter 16 based on a selection signal from the control storage operation circuit 22. One of the anti-Stokes Raman scattered light and the Stokes Raman scattered light obtained by the selection process is guided to the photodiode 19.
【0056】また、バイアス制御回路18は、前記制御
記憶演算回路22から出力されるバイアス指令信号に基
づいてバイアス電圧を生成する部分であり、この生成動
作によって得られたバイアス電圧をフォトダイオード1
9に供給する。The bias control circuit 18 generates a bias voltage based on the bias command signal output from the control storage operation circuit 22.
9.
【0057】フォトダイオード19は、前記バイアス制
御回路18から出力されるバイアス電圧によってバイア
スされながら、前記光スイッチ17から出射されるアン
チストークスラマン散乱光またはストークスラマン散乱
光の強さに応じた光電流を生成する部分であり、生成し
た光電流を光電流増幅回路20に供給する。The photodiode 19 is biased by the bias voltage output from the bias control circuit 18 and receives a photocurrent corresponding to the intensity of anti-Stokes Raman scattered light or Stokes Raman scattered light emitted from the optical switch 17. And supplies the generated photocurrent to the photocurrent amplifier circuit 20.
【0058】光電流増幅回路20は、前記フォトダイオ
ード19の光電流を増幅して散乱信号を生成する部分で
あり、増幅動作によって得られた散乱信号をデジタルア
ベレージャ回路21に供給する。The photocurrent amplifying circuit 20 is a part for amplifying the photocurrent of the photodiode 19 to generate a scattered signal, and supplies the scattered signal obtained by the amplifying operation to the digital averager circuit 21.
【0059】デジタルアベレージャ回路21は、前記タ
イミング制御回路12から出力される同期加算タイミン
グ信号に基づいて前記光電流増幅回路20から出力され
る散乱信号を取り込んでこれを同期加算してアンチスト
ークスラマン散乱信号のアベレージ出力またはストーク
スラマン散乱信号のアベレージ出力を生成してこれを制
御記憶演算回路22に供給する。The digital averager circuit 21 takes in the scattered signal output from the photocurrent amplifier circuit 20 based on the synchronous addition timing signal output from the timing control circuit 12, and synchronously adds the scattered signal to obtain an anti-Stokes Raman signal. An average output of the scattering signal or an average output of the Stokes Raman scattering signal is generated and supplied to the control storage operation circuit 22.
【0060】制御記憶演算回路22は、この温度分布検
出装置全体の制御を行なう部分であり、前記タイミング
制御回路12やバイアス制御回路18を制御して発光タ
イミングや同期加算タイミングを調整する処理や前記デ
ジタルアベレージャ回路21から出力されるアンチスト
ークスラマン散乱信号のアベレージ出力、またはストー
クスラマン散乱信号のアベレージ出力を取り込んでこれ
を記憶する処理、初期化時や予め設定されている周期毎
に、記憶している各アベレージ出力に対し、上述したデ
コンボルーションを行なって最適な反復回数(最適反復
回数)を求める処理、測定指令が設定されているとき、
記憶している各アベレージ出力に対し、前記最適反復回
数だけ上述したデコンボルーションを行なって温度信号
を生成する処理、この処理によって得られた温度信号を
温度分布出力インタフェースを介して他の装置に出力す
る処理などを行なう。The control storage arithmetic circuit 22 is a part for controlling the entire temperature distribution detecting device, and controls the timing control circuit 12 and the bias control circuit 18 to adjust the light emission timing and the synchronous addition timing. A process of taking in an average output of an anti-Stokes Raman scattering signal or an average output of a Stokes Raman scattering signal output from the digital averager circuit 21 and storing the same, at the time of initialization or at preset intervals. The above-mentioned deconvolution is performed on each average output to obtain an optimum number of repetitions (optimal number of repetitions). When a measurement command is set,
A process of generating a temperature signal by performing the above-described deconvolution for the optimum number of iterations for each stored average output, and transmitting the temperature signal obtained by this process to another device via a temperature distribution output interface. Output processing is performed.
【0061】次に、図1に示すブロック図を参照しなが
ら、この実施例の最適反復回数検出動作、温度測定動作
を順次、説明する。Next, the operation of detecting the optimum number of repetitions and the operation of measuring the temperature of this embodiment will be sequentially described with reference to the block diagram shown in FIG.
【0062】《最適反復回数検出動作》まず、この温度
分布検出装置の電源が投入されて回路の初期化を行なう
ときや予め設定されている較正タイミングになる毎に、
信号処理装置3の制御記憶演算回路22は温度センサ5
からの検出結果を取り込んで、常温匡体4内の温度を検
知するとともに、温度センサ7からの検出結果を取り込
んで、高温匡体6内の温度が予め設定された温度になっ
ているかどうかを確認する。<< Optimal Number of Repetitions Detecting Operation >> First, when the temperature distribution detecting device is powered on to initialize the circuit or every time a preset calibration timing is reached,
The control storage operation circuit 22 of the signal processing device 3 includes the temperature sensor 5
And the detection result from the temperature sensor 7 to determine whether the temperature in the high-temperature housing 6 has reached a preset temperature. Confirm.
【0063】そして、高温匡体6内の温度が指定された
温度になっていなければ、制御記憶演算回路22は加熱
温度制御回路9を制御して高温匡体6内の温度を指定さ
れた温度にする。If the temperature in the high-temperature housing 6 has not reached the specified temperature, the control storage arithmetic circuit 22 controls the heating temperature control circuit 9 to reduce the temperature in the high-temperature housing 6 to the specified temperature. To
【0064】次いで、高温匡体6内の温度が指定された
温度になれば、制御記憶演算回路22は光スイッチ17
を制御してアンチストークスラマン散乱光を選択させた
後、タイミング制御回路12を制御してレーザ駆動回路
13を駆動させ、このレーザ駆動回路13に接続された
レーザ光源14に非常に幅の狭い光パルスを所定のタイ
ミングで連続的に生成させて、これをカプラ15に供給
させる。Next, when the temperature inside the high-temperature housing 6 reaches the specified temperature, the control storage arithmetic circuit 22
Is controlled to select the anti-Stokes Raman scattered light, and then the timing control circuit 12 is controlled to drive the laser drive circuit 13, and the laser light source 14 connected to the laser drive circuit 13 emits very narrow light. Pulses are continuously generated at a predetermined timing, and supplied to the coupler 15.
【0065】そして、このカプラ15によって前記光パ
ルスが光ファイバ1に導かれて、この光ファイバ1から
後方散乱光が出射される毎に、これが光学フィルタ16
によって波長弁別されてアンチストークスラマン散乱光
と、ストークスラマン散乱光とに分離される。The optical pulse is guided to the optical fiber 1 by the coupler 15, and every time the backscattered light is emitted from the optical fiber 1, the backscattered light is transmitted to the optical filter 16.
And is separated into anti-Stokes Raman scattered light and Stokes Raman scattered light.
【0066】次いで、光スイッチ17によって前記光学
フィルタ16の波長弁別処理で得られたアンチストーク
スラマン散乱光が選択されてこれがフォトダイオード1
9に導かれて光電流に変換されるとともに、光電流増幅
回路20によって増幅されてアンチストークスラマン散
乱信号にされた後、デジタルアベレージャ回路21によ
って指定された回数だけ同期加算されてアンチストーク
スラマン散乱信号のアベレージ出力が生成され、これが
制御記憶演算回路22に供給されて記憶される。Next, the anti-Stokes Raman scattered light obtained by the wavelength discrimination processing of the optical filter 16 is selected by the optical switch 17, and is selected by the photodiode 1.
9 and converted into a photocurrent, amplified by a photocurrent amplifier circuit 20 and converted into an anti-Stokes Raman scattering signal, and then synchronously added by a digital averager circuit 21 for a specified number of times to generate an anti-Stokes Raman signal. An average output of the scattered signal is generated and supplied to the control storage operation circuit 22 and stored.
【0067】そして、この処理が終了すると、制御記憶
演算回路22は光スイッチ17を制御してストークスラ
マン散乱光を選択させた後、タイミング制御回路12を
制御してレーザ駆動回路13を駆動させ、このレーザ駆
動回路13に接続されたレーザ光源14に非常に幅の狭
い光パルスを所定のタイミングで連続的に生成させて、
これをカプラ15に供給させる。When this processing is completed, the control storage arithmetic circuit 22 controls the optical switch 17 to select the Stokes Raman scattered light, and then controls the timing control circuit 12 to drive the laser drive circuit 13, By causing the laser light source 14 connected to the laser drive circuit 13 to continuously generate a very narrow light pulse at a predetermined timing,
This is supplied to the coupler 15.
【0068】そして、このカプラ15によって前記光パ
ルスが光ファイバ1に導かれて、この光ファイバ1から
後方散乱光が出射される毎に、これが光学フィルタ16
によって波長弁別されてストークスラマン散乱光と、ス
トークスラマン散乱光とに分離される。The optical pulse is guided to the optical fiber 1 by the coupler 15, and every time the backscattered light is emitted from the optical fiber 1, the backscattered light is transmitted to the optical filter 16.
And is separated into Stokes Raman scattered light and Stokes Raman scattered light.
【0069】次いで、光スイッチ17によって前記光学
フィルタ16の波長弁別処理で得られたストークスラマ
ン散乱光が選択されてこれがフォトダイオード19に導
かれて光電流に変換されるとともに、光電流増幅回路2
0によって増幅されてストークスラマン散乱信号にされ
た後、デジタルアベレージャ回路21によって指定され
た回数だけ同期加算されてストークスラマン散乱信号の
アベレージ出力が生成され、これが制御記憶演算回路2
2に供給されて記憶される。Next, the Stokes Raman scattered light obtained by the wavelength discrimination processing of the optical filter 16 is selected by the optical switch 17 and is guided to the photodiode 19 to be converted into a photocurrent.
After being amplified by 0 and converted into a Stokes Raman scattering signal, the signal is synchronously added a number of times designated by the digital averager circuit 21 to generate an average output of the Stokes Raman scattering signal.
2 and stored.
【0070】そして、この処理が終了すると、制御記憶
演算回路22は記憶しているアンチストークスラマン散
乱信号のアベレージ出力と、ストークスラマン散乱信号
のアベレージ出力とに対し、デコンボルーション処理を
繰り返しながら、両者の比を計算して温度信号を生成す
るとともに、この温度信号に基づいて前記逆変換基準温
度装置2に収納されている部分の総合誤差を計算する。When this process is completed, the control storage operation circuit 22 repeats the deconvolution process on the stored average output of the anti-Stokes Raman scattering signal and the average output of the Stokes Raman scattering signal, The temperature signal is generated by calculating the ratio of the two, and the total error of the portion housed in the inverse conversion reference temperature device 2 is calculated based on the temperature signal.
【0071】この場合、前記逆変換基準温度装置2の高
温部分は光パルスの半値幅よりも短くなっているため、
最初は加熱温度から予測される温度に達しておらず、デ
コンボルーション処理を繰り返すことによって漸次、正
しい値に近づいていく。なお、この処理では、光ファイ
バ1のうち、前記逆変換基準温度装置2の常温部分に収
納されている光パルスの半値幅よりも十分に長い部分の
温度データに基づいてランダム誤差の評価を決める。In this case, since the high temperature portion of the inverse conversion reference temperature device 2 is shorter than the half width of the light pulse,
At first, the temperature does not reach the temperature predicted from the heating temperature, and gradually approaches the correct value by repeating the deconvolution process. In this process, the evaluation of the random error is determined based on the temperature data of the portion of the optical fiber 1 that is sufficiently longer than the half width of the optical pulse stored in the normal temperature portion of the inverse conversion reference temperature device 2. .
【0072】そして、制御記憶演算回路22はこのデコ
ンボルーション処理を繰り返しても総合誤差の値が前回
のデコンボルーション時の総合誤差値よりも小さくなら
なくなった回数を最適反復回数として記憶する。Then, the control storage arithmetic circuit 22 stores the number of times that the value of the total error does not become smaller than the total error value at the time of the previous deconvolution even if this deconvolution process is repeated, as the optimum number of repetitions.
【0073】《温度測定動作》そして、上述した最適反
復回数検出動作が終了すると、制御記憶演算回路22は
光スイッチ17を制御してアンチストークスラマン散乱
光を選択させた後、タイミング制御回路12を制御して
レーザ駆動回路13を駆動させ、このレーザ駆動回路1
3に接続されたレーザ光源14に非常に幅の狭い光パル
スを所定のタイミングで連続的に生成させて、これをカ
プラ15に供給させる。<< Temperature Measuring Operation >> When the above-described operation for detecting the optimum number of repetitions is completed, the control storage arithmetic circuit 22 controls the optical switch 17 to select the anti-Stokes Raman scattered light, and then controls the timing control circuit 12. The laser driving circuit 13 is controlled to drive the laser driving circuit 1.
The laser light source 14 connected to the light source 3 continuously generates a very narrow light pulse at a predetermined timing, and supplies the light pulse to the coupler 15.
【0074】そして、このカプラ15によって前記光パ
ルスが光ファイバ1に導かれて、この光ファイバ1から
後方散乱光が出射される毎に、これが光学フィルタ16
によって波長弁別されてアンチストークスラマン散乱光
と、ストークスラマン散乱光とに分離される。The optical pulse is guided to the optical fiber 1 by the coupler 15, and every time the backscattered light is emitted from the optical fiber 1, the backscattered light is transmitted to the optical filter 16.
And is separated into anti-Stokes Raman scattered light and Stokes Raman scattered light.
【0075】次いで、光スイッチ17によって前記光学
フィルタ16の波長弁別処理で得られたアンチストーク
スラマン散乱光が選択されてこれがフォトダイオード1
9に導かれて光電流に変換されるとともに、光電流増幅
回路20によって増幅されてアンチストークスラマン散
乱信号にされた後、デジタルアベレージャ回路21によ
って指定された回数だけ同期加算されてアンチストーク
スラマン散乱信号のアベレージ出力が生成され、これが
制御記憶演算回路22に供給されて記憶される。Next, the anti-Stokes Raman scattered light obtained by the wavelength discrimination processing of the optical filter 16 is selected by the optical switch 17, and is selected by the photodiode 1.
9 and converted into a photocurrent, amplified by a photocurrent amplifier circuit 20 and converted into an anti-Stokes Raman scattering signal, and then synchronously added by a digital averager circuit 21 for a specified number of times to generate an anti-Stokes Raman signal. An average output of the scattered signal is generated and supplied to the control storage operation circuit 22 and stored.
【0076】そして、この処理が終了すると、制御記憶
演算回路22は光スイッチ17を制御してストークスラ
マン散乱光を選択させた後、タイミング制御回路12を
制御してレーザ駆動回路13を駆動させ、このレーザ駆
動回路13に接続されたレーザ光源14に非常に幅の狭
い光パルスを所定のタイミングで連続的に生成させて、
これをカプラ15に供給させる。When this process is completed, the control storage arithmetic circuit 22 controls the optical switch 17 to select the Stokes Raman scattered light, and then controls the timing control circuit 12 to drive the laser drive circuit 13. By causing the laser light source 14 connected to the laser drive circuit 13 to continuously generate a very narrow light pulse at a predetermined timing,
This is supplied to the coupler 15.
【0077】そして、このカプラ15によって前記光パ
ルスが光ファイバ1に導かれて、この光ファイバ1から
後方散乱光が出射される毎に、これが光学フィルタ16
によって波長弁別されてストークスラマン散乱光と、ス
トークスラマン散乱光とに分離される。The optical pulse is guided to the optical fiber 1 by the coupler 15, and every time the backscattered light is emitted from the optical fiber 1, the backscattered light is transmitted to the optical filter 16.
And is separated into Stokes Raman scattered light and Stokes Raman scattered light.
【0078】次いで、光スイッチ17によって前記光学
フィルタ16の波長弁別処理で得られたストークスラマ
ン散乱光が選択されてこれがフォトダイオード19に導
かれて光電流に変換されるとともに、光電流増幅回路2
0によって増幅されてストークスラマン散乱信号にされ
た後、デジタルアベレージャ回路21によって指定され
た回数だけ同期加算されてストークスラマン散乱信号の
アベレージ出力が生成され、これが制御記憶演算回路2
2に供給されて記憶される。Next, the Stokes Raman scattered light obtained by the wavelength discrimination processing of the optical filter 16 is selected by the optical switch 17 and guided to the photodiode 19 to be converted into a photocurrent.
After being amplified by 0 and converted into a Stokes Raman scattering signal, the signal is synchronously added a number of times designated by the digital averager circuit 21 to generate an average output of the Stokes Raman scattering signal.
2 and stored.
【0079】そして、この処理が終了すると、制御記憶
演算回路22は記憶しているアンチストークスラマン散
乱信号のアベレージ出力と、ストークスラマン散乱信号
のアベレージ出力とに対し、上述した最適反復回数検出
動作によって得られた最適反復回数だけデコンボルーシ
ョン処理を繰り返しながら、両者の比を計算して最終的
に得られた温度信号を温度分布出力インタフェースを介
して他の装置に出力する。When this processing is completed, the control storage operation circuit 22 performs the above-described optimum repetition number detection operation on the stored average output of the anti-Stokes Raman scattering signal and the average output of the Stokes Raman scattering signal. While repeating the deconvolution process by the obtained optimum number of repetitions, the ratio between the two is calculated, and the finally obtained temperature signal is output to another device via the temperature distribution output interface.
【0080】このようにこの実施例においては、初期化
時および定期的に、逆変換基準温度装置2によって光フ
ァイバ1の一部を高温にするとともに、他の一部を常温
にしながら、信号処理装置3によって非常に幅の狭い光
パルスを生成してこれを光ファイバ1に入射させ、この
後方散乱光を取込んで、そのアンチストークスラマン散
乱光と、ストークスラマン散乱光とに基づき反復法によ
ってデコンボルーションを行なって最適な反復回数を求
め、そして通常の測定を行なうとき、信号処理装置3に
よって非常に幅の狭い光パルスを生成してこれを光ファ
イバ1に入射させ、この後方散乱光を取込んで、そのア
ンチストークスラマン散乱光と、ストークスラマン散乱
光とに基づき前記最適な反復回数に基づいてデコンボル
ーションを行なって光ファイバ1が敷設されている各部
の温度分布を計測するようにしたので、逆変換過程にお
いて雑音の影響で解が発散してしまうのを防止し、これ
によって光パルスの幅を狭くすることなく総合精度を最
も改善させることができる最適な近似を与えることがで
きるとともに、光パルス幅を狭くした場合に生じるS/
N比の低下やこれに伴う計測時間の増大、半導体レーザ
の駆動回路の困難さを生じることなく、位置分解能を向
上させてホットスポットなどの異常加熱部などの検出を
容易にすることができる。As described above, in this embodiment, at the time of initialization and periodically, the signal processing is performed while the temperature of a part of the optical fiber 1 is raised by the inverse conversion reference temperature device 2 and the other part is kept at the normal temperature. A very narrow light pulse is generated by the device 3 and is incident on the optical fiber 1, the backscattered light is taken in, and an iterative method is performed based on the anti-Stokes Raman scattered light and the Stokes Raman scattered light. When deconvolution is performed to determine the optimum number of repetitions, and a normal measurement is performed, a very narrow optical pulse is generated by the signal processing device 3 and is incident on the optical fiber 1, and the backscattered light is emitted. And perform deconvolution based on the optimal number of iterations based on the anti-Stokes Raman scattered light and the Stokes Raman scattered light. Since the temperature distribution of each part where the optical fiber 1 is laid is measured, it is possible to prevent the solution from diverging due to the influence of noise in the inversion process, thereby reducing the width of the light pulse. An optimum approximation that can improve the overall accuracy most can be provided, and S / S generated when the optical pulse width is reduced.
It is possible to improve the positional resolution and facilitate the detection of an abnormally heated portion such as a hot spot without lowering the N ratio, increasing the measuring time and making the driving circuit of the semiconductor laser difficult.
【0081】[0081]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、逆
変換過程において雑音の影響による解の発散を防止し、
これによって光パルスの幅を狭くすることなく総合精度
を最も改善させることができる最適な近似を与えること
ができるとともに、光パルス幅を狭くした場合に生じる
S/N比の低下やこれに伴う計測時間の増大、半導体レ
ーザの駆動回路の困難さを生じることなく、位置分解能
を向上させてホットスポットなどの異常加熱部などの検
出を容易にすることができる。As described above, according to the present invention, it is possible to prevent the divergence of the solution due to the influence of noise in the inverse transformation process.
As a result, an optimum approximation that can improve the overall accuracy without reducing the width of the light pulse can be provided, and the S / N ratio decreases when the light pulse width is reduced and the measurement accompanying the reduction can be performed. The position resolution can be improved and the detection of an abnormally heated portion such as a hot spot can be facilitated without increasing the time and making the driving circuit of the semiconductor laser difficult.
【図1】本発明による温度分布検出装置の一実施例を示
す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing one embodiment of a temperature distribution detecting device according to the present invention.
【図2】本発明による温度分布検出装置の基本原理で使
用されるデコンボルーション処理の手順例を示す模式図
である。FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a procedure of a deconvolution process used in the basic principle of the temperature distribution detecting device according to the present invention.
【図3】本発明による温度分布検出装置の基本原理を説
明するための装置構成例を示す構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram showing an example of a device configuration for explaining a basic principle of a temperature distribution detection device according to the present invention.
【図4】図3に示す温度分布検出装置によって得られる
温度信号例を示す波形図である。FIG. 4 is a waveform chart showing an example of a temperature signal obtained by the temperature distribution detecting device shown in FIG.
【図5】図4に示す温度信号に対するデコンボルーショ
ン処理例を示す波形図である。5 is a waveform chart showing an example of deconvolution processing for the temperature signal shown in FIG.
【図6】本発明による温度分布検出装置の基本原理で使
用されるデコンボルーション処理の系統誤差と、ランダ
ム誤差との関係例を示す表図である。FIG. 6 is a table showing an example of a relationship between a systematic error of a deconvolution process used in the basic principle of the temperature distribution detecting device according to the present invention and a random error.
【図7】本発明による温度分布検出装置の基本原理で使
用される光パルスと、基準温度部分の長さとの関係を説
明するための波形図である。FIG. 7 is a waveform diagram for explaining a relationship between an optical pulse used in the basic principle of the temperature distribution detecting device according to the present invention and the length of a reference temperature portion.
【図8】本発明による温度分布検出装置の基本原理で使
用される光パルスと、基準温度部分の長さとの関係を説
明するための波形図である。FIG. 8 is a waveform diagram for explaining a relationship between an optical pulse used in the basic principle of the temperature distribution detecting device according to the present invention and the length of a reference temperature portion.
【図9】光ファイバの後方散乱光を利用したセンサの温
度計測原理を示す模式図である。FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a principle of measuring a temperature of a sensor using backscattered light of an optical fiber.
1 光ファイバ 2 逆変換基準温度装置 3 信号処理装置 4 常温匡体 5 温度センサ 6 高温匡体(基準温度部) 7 温度センサ(基準温度部) 8 ヒータ(基準温度部) 9 加熱温度制御回路 12 タイミング制御回路 13 レーザ駆動回路 14 レーザ光源(光源) 15 カプラ(光学系) 16 光学フィルタ(光学系) 17 光スイッチ(光学系) 18 バイアス制御回路 19 フォトダイオード(光電変換部) 20 光電流増幅回路(光電変換部) 21 デジタルアベレージャ回路(デジタルアベレージ
ャ部) 22 制御記憶演算回路(演算部)REFERENCE SIGNS LIST 1 optical fiber 2 reverse conversion reference temperature device 3 signal processing device 4 room temperature housing 5 temperature sensor 6 high temperature housing (reference temperature section) 7 temperature sensor (reference temperature section) 8 heater (reference temperature section) 9 heating temperature control circuit 12 Timing control circuit 13 Laser drive circuit 14 Laser light source (light source) 15 Coupler (optical system) 16 Optical filter (optical system) 17 Optical switch (optical system) 18 Bias control circuit 19 Photodiode (photoelectric conversion unit) 20 Photocurrent amplifier circuit (Photoelectric conversion unit) 21 Digital averager circuit (Digital averager unit) 22 Control storage operation circuit (Operation unit)
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01K 11/12 G01K 3/00 Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01K 11/12 G01K 3/00
Claims (1)
スを光ファイバに入射し、その後方散乱光から2種類の
ラマン散乱光を選択する光学系と、前記ラマン散乱光を
電気信号に変換増幅する光電変換部と、この光電変換部
の出力信号をデジタル信号に変換してアベレージングを
行なうデジタルアベレージャ部と、このデジタルアベレ
ージャ部の処理結果に基づいて前記光ファイバに沿った
温度分布を計算する演算部とを有する温度分布検出装置
において、 少なくとも1ヶ所以上の前記光パルスの半値幅以下に相
当する長さの基準温度部を有し、予め測定した光パルス
の波形データに対し、デコンボルーション処理を行なっ
て前記基準温度部の誤差が所定の基準に入るまでの反復
回数を求め、温度測定を行なうとき、光パルスの波形デ
ータに対し、前記反復回数だけデコンボルーション処理
を繰り返して光ファイバに沿った温度分布を計算する、 ことを特徴とする温度分布検出装置。1. A light source for generating an optical pulse, an optical system for injecting the optical pulse into an optical fiber and selecting two types of Raman scattered light from back scattered light, and converting the Raman scattered light into an electric signal A photoelectric conversion unit that amplifies, a digital averager unit that converts an output signal of the photoelectric conversion unit into a digital signal and performs averaging, and a temperature distribution along the optical fiber based on a processing result of the digital averager unit And a calculation unit for calculating the temperature distribution, comprising a reference temperature unit having a length equal to or less than the half-value width of at least one or more of the optical pulses, for the waveform data of the optical pulse measured in advance, The deconvolution process is performed to determine the number of repetitions until the error of the reference temperature section falls within a predetermined reference. And, calculating the temperature distribution along the optical fiber by repeating the repetition number of times deconvolution process, the temperature distribution detection device, characterized in that.
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JP2010276439A (en) * | 2009-05-28 | 2010-12-09 | Fujitsu Ltd | Temperature measuring system and method for analyzing laid state of optical fiber |
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