JP4150510B2 - 光ファイバ分布型温度測定装置及び測定方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、センサとして光ファイバを用いた光ファイバ分布型温度測定装置に関するもので、特に、温度測定の精度を改良することに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバをセンサとして用いる光ファイバ分布型温度測定装置について以下図面を用いて説明する。
図４は光ファイバ分布型温度測定装置の動作を説明する図である。
図４において、光ファイバ分布型温度測定装置１は、光パルス３を被測定光ファイバ２に対して送出し、該光ファイバ分布型温度測定装置１からの離れた距離に応じて対数的に減衰する後方散乱光が反射されてくるのを受信する。
該後方散乱光には、図５に示す如く、レイリー散乱光、ラマン散乱光、ブリルアン散乱光等があるが、この装置では、温度依存性が高いラマン散乱光を分離・受信して温度測定に用いる。
【０００３】
ラマン散乱光には、前記光ファイバ分布型温度測定装置１から出射された光パルス３の波長に対して、短い波長側に発生するアンチストークス光と、長い波長側に発生するストークス光が存在するが、これらの後方散乱光は光パルスの強度に比べると非常に微弱な信号である。光ファイバ分布型温度測定装置は、温度依存性の大きいアンチストークス光とストークス光の２つの光を受信して処理することによって被測定光ファイバの長さに応じた位置の温度（分布）を測定するものである。
【０００４】
アンチストークス光及びストークス光との間には関係は以下の関係がある。
Ia ／Isは、exp（−ｈ・ｃ・△ｖ／ｋT）に比例する。
Ia・・・・アンチストークス光の強度
Is・・・・ストークス光の強度
ｈ・・・・プランク定数
ｃ・・・・光速
△ｖ・・・シマンシフト量
ｋ・・・・ボルツマン定数
Ｔ・・・・絶対温度
【０００５】
図３は、光ファイバ分布型温度測定装置１の構成を示す図である。
図３において、3-1は、長距離に亘ってセンサとして敷設された被測定光ファイバ２に対して送出される光パルス３を発生するＬＤパルス発生器である。
５は、ＬＤパルス発生器３からの光パルスを光ファイバ６を介して被測定光ファイバ２に対して出射し、被測定光ファイバからの後方散乱光を、短い波長側に発生するアンチストークス光と、長い波長側に発生するストークス光に分離して光測定回路8a（アンチストークス用）及び光測定回路8s（ストークス用）に与える方向性結合分離器である。
【０００６】
前記光測定回路8a及び8sはそれぞれ、光・電気変換回路9a又は9s、増幅器10a又は10s、アナログ・デジタル変換器11a又は11s、加算回路12a又は12sを含んでいる。
また、光ファイバ分布型温度測定装置は制御回路によって制御されている。
ここで、光ファイバ分布型温度測定装置１のうち、ＬＤパルス発生器3-1を除いた部分を、後方散乱光受信処理手段という。
【０００７】
この、光ファイバ分布型温度測定装置における、従来の温度の測定処理は図２のフローチャートに記載の以下のように行われていた。
・光ファイバ分布型温度測定装置から０ｍ（メータ）基点とした、例えば、被測定光ファイバの２ｍ（メータ）間隔の後方散乱光データサンプルの測定を実行するステップ。（ステップ▲１▼）
このステップでは、基点から０，２，４，６、・・・・ｎ（メータ）におけるデータが得られる。
・光ファイバ分布型温度測定装置から１ｍ(メータ）基点とした、例えば、被測定光ファイバの２ｍ（メータ）間隔の後方散乱光データサンプルの測定を実行するステップ。（ステップ▲２▼）
このステップでは、基点から１，３，５、７、・・・・ｎ（メータ）におけるデータが得られる。
・上記ステップ▲１▼及び▲２▼の測定を複数回実行し、個々の測定データ毎に加算平均を実行するステップ。（ステップ▲３▼）
このステップで、複数回の個々のデータが加算平均された、基点から０，２，４，６、・・・２ｎ(メータ）のデータと、基点から１，３，５，７、・・・・ｎ＋１(メータ)のデータが得られる。
・ステップ▲３▼で得られたデータを基にデータ補間を実行する。（ステップ▲４▼）
このステップでは、０，１，２，３，４，５，・・・・ｎ＋１の１ｍ(メータ)間隔のデータが得られる。
・ステップ４で得られたデータに対数変換を実行するステップ。（ステップ▲５▼）これまでのステップ▲１▼〜▲５▼までを、ラマン散乱光のアンチストークス光とストークス光とに対して個別に処理する。
また、このステップ▲５▼で対数変換を実行することによって、前記(1)式のIa ／IsがIaとIsの差になる。
・ステップ▲５▼の出力を前記(1)式に適用して、光ファイバ分布型温度測定装置を基点とした、（０，１，２，３，４，５、・・・ｎ＋１）ｍ(メータ)毎の温度に変換する。（ステップ▲６▼）
・ステップ▲６▼において温度に変換された温度を出力する。（ステップ▲７▼）
このステップでは、光ファイバ分布型温度測定装置を基点とした、（０，１，２，３，４，５、・・・ｎ＋１）ｍ（メータ）毎の光ファイバの温度に異常があった場合には、その位置及び温度を表示装置に表示すると共に警報が出力される。
【０００８】
上記従来の光ファイバ分布型温度測定装置において、ステップ▲１▼及びステップ▲２▼において、光ファイバ分布型温度測定装置から０ｍ及び１ｍ基点とした、２ｍ間隔のデータサンプルを測定しているのは、装置の測定間隔を短くする（１ｍ間隔にする）と装置が価格が高くなるのを防ぐために、２ｍ間隔のサンプリングで１ｍ間隔のサンプル結果と同様の効果を挙げるために、測定の基点をずらして、２通りの測定を実行している。
なお、測定の基点をずらすためには、被測定光ファイバに送出される光パルスの発生時点をずらすか、受信した後方散乱光のサンプリング時点をずらすことによって行われる。
また、測定の間隔をａ（２ｍ（メートル））とした場合に、測定装置から一方の基点を０ｍ（メートル）とし、他方の基点を１（メートル）とするものとして説明したが、他方の基点をｉａ／ｍ（ｍは任意の整数）（ｉ＝０〜ｍ−１）することが可能である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光ファイバ分布型温度測定装置では、上記の如く、ステップ▲１▼及びステップ▲２▼の如く測定の基点をずらして、２通りの測定を実行して得られたデータをステップ▲４▼でデータ補間した後に、対数変換と温度変換処理を実行しているために、個々の測定に際してのノイズが大きく影響して測定の精度が悪くなるという問題があった。これは、測定の基点をずらした２通りの測定によるデータはそれぞれ、異なったノイズを含んでいるのに、両者をデータ補間した後に一括して対数変換及び温度変換の処理を実行しているためと思われる。
【００１０】
本発明では、光ファイバ分布型温度測定装置では、測定の基点をずらして、２通りの測定を実行して得られたデータをデータ補間した後に、対数変換と温度変換処理を実行しているために、ノイズが大きく影響して測定の精度が悪くなるという問題点を解決することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述の問題点を解決するため、光パルス照射手段と、後方散乱光受信処理手段とを有する光ファイバ分布型温度測定装置において、
前記後方散乱光受信処理手段が、
光ファイバ分布型温度測定装置を基点とした被測定光ファイバの、a間隔の後方散乱光データサンプルの測定を実行する第１の手段と、
光ファイバ分布型温度測定装置からｉａ／ｍ（ｍは任意の整数）（ｉ＝０〜ｍ−１）を基点とした被測定光ファイバの、ａ間隔の後方散乱光データサンプルの測定をｍ回実行する第２の手段と、
上記第１及び第２の手段による測定を複数回実行し、個々の測定データ毎に加算平均を実行する第３の手段と、
前記第３の手段で得られたデータ列のデータに対して個別に対数変換を実行する第４の手段と、
前記第４の手段で得られたデータ列のデータに対して個別に温度変換処理を施す第５の手段と、
前記第５の手段で得られたデータ列を基に補間されたデータ列得る第６の手段、
・前記第６の手段において得られた温度に変換されたデータ列の個々のデータの温度を出力する第７の手段とで構成することによって、ノイズの影響を少なくして測定の精度が高い光ファイバ分布型温度測定装置が得られる。（請求項１）
【００１２】
また、前記第５の手段で得られる測定データ列を、温度依存性の大きいラマン散乱光のアンチストークス光とストークス光とすることによって、ノイズの影響を少ない、より測定の精度が高い光ファイバ分布型温度測定装置が得られる。
（請求項２）
【００１３】
また、前記温度の出力を被測定光ファイバの所定間隔毎の温度としてグラフ表示することにより、長距離に亘って敷設した被測定光ファイバの所定間隔毎（例えば1m毎）の温度を表示できる光ファイバ分布型温度測定装置が得られる。（請求項３）
【００１４】
また、前記温度の出力が所定の値を越えた場合には、当該所定の値を越えた被測定光ファイバの測定装置を基点とする距離と共にその部分の温度が表示又は警報が出力されることによって、被測定光ファイバを長距離に亘って敷設して、その長距離に亘って、所定間隔毎の温度測定が行えるので、電力ケーブルに平行して敷設して、電力ケーブルの地絡検出に用いたり、プラントの温度管理、防災関連の調査・研究、発電所や大型建設物の空調関連等に適用できる光ファイバ分布型温度測定装置が得られる。（請求項４）
【００１５】
また、光ファイバ分布型温度測定装置から、光パルスを照射する第１のステップと、
光ファイバ分布型温度測定装置を基点とした被測定光ファイバのa間隔毎の、前記照射された光パルスに対応した後方散乱光データサンプルの測定を実行する第２のステップと、
光ファイバ分布型温度測定装置からｉａ／ｍ（ｍは任意の整数）（ｉ＝０〜ｍ−１）を基点とした被測定光ファイバのａ間隔毎の前記照射された光パルスに対応した後方散乱光データサンプルの測定をｍ回実行する第３のステップと、
上記第２のステップ及び第３のステップの測定を複数回実行し、個々の測定データ毎に加算平均を実行する第４ステップと、
前記第４のステップで得られたデータに対して個別に対数変換を実行する第５のステップと、
前記第５のステップで得られたデータに対して個別に温度変換を実行する第６のステップと、
前記第６のステップで得られたデータを基にデータ列を基に補間されたデータ列得る第７のステップと、
・前記第７のステップにおいて得られた温度に変換されたデータ列の個々のデータの温度を出力する第８のステップとで温度測定を行うことによって、ノイズの影響を少なくして測定の精度が高い光ファイバ分布型温度測定方法が実現できる。（請求項５）
【００１６】
また、前記第６のステップで得られるデータ列は、ラマン散乱光のアンチストークス光とストークス光とに対して個別に処理することによって、ノイズの影響を少ない、より測定の精度が高い光ファイバ分布型温度測定方法が実現できる。（請求項６）
【００１７】
また、前記温度の出力は、被測定光ファイバの所定間隔毎の温度としてグラフ表示することにより、長距離に亘って敷設した被測定光ファイバの所定間隔毎（例えば1m毎）の温度を表示できる光ファイバ分布型温度測定方法が実現できる。（請求項７）
【００１８】
また、前記温度の出力が所定の値を越えた場合には、当該所定の値を越えた被測定光ファイバの測定装置を基点とする距離と共にその部分の温度が表示又は警報が出力されることによって、被測定光ファイバを長距離に亘って敷設して、その長距離に亘って、所定間隔毎の温度測定が行えるので、電力ケーブルに平行して敷設して、電力ケーブルの地絡検出に用いたり、プラントの温度管理、防災関連の調査・研究、発電所や大型建設物の空調関連等に適用できる光ファイバ分布型温度測定方法が実現できる。（請求項８）
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下実施の形態を図１を参照して説明する
本発明の光ファイバ分布型温度測定装置における、温度の測定処理は図１のフローチャートに記載の以下のように行われていた。
・光ファイバ分布型温度測定装置から0メータ(m)基点とした、例えば、被測定光ファイバの２メータ(m)間隔の後方散乱光データサンプルの測定を実行するステップ。（ステップ▲１▼）
このステップでは、0m，2m，4m，6m、・・・・2nmにおけるデータ列が得られる。
・光ファイバ分布型温度測定装置から１メータ(m)を基点とした、例えば、被測定光ファイバの２メータ(m)間隔の後方散乱光データサンプルの測定を実行するステップ。（ステップ▲２▼）
このステップでは、1m，3m，5m、7m、・・・・1+nmにおけるデータ列が得られる。
・上記ステップ▲１▼及び▲２▼の測定を複数回実行し、個々の測定データ毎に加算平均を実行するステップ。（ステップ▲３▼）
このステップで、複数回の個々のデータが加算平均された、0m，2m，4m，6m、・・・2nmのデータ列と1m，3m，5m，7m、・・・・1+2nmのデータ列が得られる。・ステップ４で得られたデータに対数変換を実行するステップ。（ステップ▲４▼）このステップで対数変換を実行することによって、前記ステップ▲３▼で得られた0m，2m，4m，6m、・・・2nmのデータ列と1m，3m，5m，7m、・・・1+2nmのデータ列に個別に対数変換処理が実行される。
・ステップ▲４▼で得られた0m，2m，4m，6m、・・・2nmのデータ列と1m，3m，5m，7m、・・・・1+2nmのデータ列に対して個別に温度変換処理を前記(1)式に適用して、光ファイバ分布型温度測定装置を基点とした、２通りの0m，2m，4m，6m、・・・2nmのデータ列と1m，3m，5m，7m、・・・・1+2nmのデータ列の個々のデータ毎に温度に変換する。（ステップ▲５▼）
・ステップ▲５▼で得られた温度に変換されたデータ列を基にデータ補間を実行するa/5，。（ステップ▲６▼）
このステップでは、0m，1m，2m，3m，4m，5m，・・・・1+2nmの温度変換された
データが得られる。
・ステップ▲６▼においてデータ補間された、基点から0m，1m，2m，3m，4m，5m，・・・・1+2nmの測定温度を出力する。（ステップ▲７▼）
このステップでは、光ファイバ分布型温度測定装置を基点とした、1m毎の光ファイバの温度が出力され、その値に異常があった場合には、その位置及び温度を表示装置に表示すると共に警報が出力される。
【００２０】
次に、光ファイバ分布型温度測定装置を基点とした被測定光ファイバの、a間隔の測定（第１の測定）と、光ファイバ分布型温度測定装置からｉａ／ｍ（ｍは任意の整数）（ｉ＝０〜ｍ−１）でｍ回測定（第２の測定）の実例を、ｍ＝５の場合で示す。
・第１の測定で、
0,a,2a,3a,4a,5a,6a,・・・・・・・
が得られ、
・第２の測定で、
a/5,a+a/5，2a+a/5，3a+a/5，4a+a/5，5a+a/5，・・・・・・・・・と
2a/5,a+2a/5，2a+2a/5，3a+2a/5，4a+2a/5，5a+2a/5，・・・・・・と
3a/5,a+3a/5，2a+3a/5，3a+3a/5，4a+3a/5，5a+3a/5，・・・・・・と
4a/5,a+4a/5，2a+4a/5，3a+4a/5，4a+4a/5，5a+4a/5，・・・・・・と
が得られる。
これらを並べ替えによりデータ補間を実行すると、
0,a/5,2a/5,3a/5,4a/5,a,a,+a/5,a+2a/5,a+3a/5,a+4a/5,2a,2a+a/5,2a+2a/,2a+2a/5，2a+3a/5,2a+4a/5，・・・・・・となる。
【００２１】
光ファイバ分布型温度測定装置において、本発明の温度の測定処理と従来の温度の測定処理との比較を図６及び図７を用いて説明する。
図６において、(a)は本発明の測定処理による場合、(b)は従来の測定処理による場合を示している。
この図において、どちらも、被測定光ファイバの基点からの距離０〜2000ｍにおいて、ほぼ温度差がない状態での測定値を示している。
したがって、距離が基点から離れる程振幅が大きくなる傾向は両者共に同じでるが、その振幅の大きさ（ノイズ）が本発明の測定処理を行った場合には明らかに従来の測定処理に比べて小さくなっていることが解る。
【００２２】
また、図７は、上記図６の測定データの測定範囲（800〜2000ｍ）を拡大して示したものである。
図７からも、ノイズによる振幅の大きさが本発明の測定処理を行った場合には明らかに従来の測定処理に比べて小さくなっていることが解る。
【００２３】
本発明の光ファイバ分布型温度測定装置は、被測定光ファイバを長距離に亘って敷設して、その長距離に亘って、所定間隔毎の温度測定が行えるので、電力ケーブルに平行して敷設して、電力ケーブルの地絡検出に用いたり、プラントの温度管理、防災関連の調査・研究、発電所や大型建設物の空調関連等多くの分野に適用が可能である。
【００２４】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明では、光パルス照射手段と、後方散乱光受信処理手段とを有する光ファイバ分布型温度測定装置において、前記後方散乱光受信処理手段が、光ファイバ分布型温度測定装置を基点とした被測定光ファイバの、a間隔の後方散乱光データサンプルの測定を実行する第１の手段と、光ファイバ分布型温度測定装置からｉａ／ｍ（ｍは任意の整数）（ｉ＝０〜ｍ−１）を基点とした被測定光ファイバの、ａ間隔の後方散乱光データサンプルの測定をｍ回実行する第２の手段と、前記第１及び第２の手段による測定を複数回実行し、個々の測定データ毎に加算平均を実行する第３の手段と、前記第３の手段で得られたデータ列のデータに対して個別に対数変換を実行する第４の手段と、前記第４の手段で得られたデータ列のデータに対して個別に温度変換処理を施す第５の手段と、前記第５の手段で得られたデータ列を基に補間されたデータ列得る第６の手段、前記第６の手段において得られた温度に変換されたデータ列の個々のデータの温度を出力する第７の手段と、とで構成することによって、ノイズの影響を少ない、測定の精度が高い光ファイバ分布型温度測定装置が得られるという効果を奏する。
【００２５】
また、請求項２に記載の発明では、前記第５の手段で得られる測定データ列を、温度依存性の大きいラマン散乱光のアンチストークス光とストークス光とすることによって、ノイズの影響を少ない、より測定の精度が高い光ファイバ分布型温度測定装置が得られる。
【００２６】
また、請求項３に記載の発明では、前記温度の出力を被測定光ファイバの所定間隔毎の温度としてグラフ表示することにより、長距離に亘って敷設した被測定光ファイバの所定間隔毎（例えば1m毎）の温度を表示できる光ファイバ分布型温度測定装置が得られる。
【００２７】
また、請求項４に記載の発明では、前記温度の出力が所定の値を越えた場合には、当該所定の値を越えた被測定光ファイバの測定装置を基点とする距離と共にその部分の温度が表示又は警報が出力されることによって、被測定光ファイバを長距離に亘って敷設して、その長距離に亘って、所定間隔毎の温度測定が行えるので、電力ケーブルに平行して敷設して、電力ケーブルの地絡検出に用いたり、プラントの温度管理、防災関連の調査・研究、発電所や大型建設物の空調関連等に適用できる光ファイバ分布型温度測定装置が得られる。
【００２８】
また、請求項５に記載の発明では、光ファイバ分布型温度測定装置から、光パルスを照射する第１のステップと、光ファイバ分布型温度測定装置を基点とした被測定光ファイバのa間隔毎の、前記照射された光パルスに対応した後方散乱光データサンプルの測定を実行する第２のステップと、光ファイバ分布型温度測定装置からｉａ／ｍ（ｍは任意の整数）（ｉ＝０〜ｍ−１）を基点とした被測定光ファイバのａ間隔毎の前記照射された光パルスに対応した後方散乱光データサンプルの測定をｍ回実行する第３のステップと、上記第２のステップ及び第３のステップの測定を複数回実行し、個々の測定データ毎に加算平均を実行する第４ステップと、前記第４のステップで得られたデータに対して個別に対数変換を実行する第５のステップと、前記第５のステップで得られたデータに対して個別に温度変換を実行する第６のステップと、前記第６のステップで得られたデータを基にデータ列を基に補間されたデータ列得る第７のステップと、前記第７のステップにおいて得られた温度に変換されたデータ列の個々のデータの温度を出力する第８のステップと、で温度測定を行うことによって、ノイズの影響を少なくして測定の精度が高い光ファイバ分布型温度測定方法が実現できるという効果を奏する。
【００２９】
また、請求項６に記載の発明では、前記第６のステップで得られるデータ列は、ラマン散乱光のアンチストークス光とストークス光とに対して個別に処理することによって、ノイズの影響を少ない、より測定の精度が高い光ファイバ分布型温度測定装置が得られるという効果を奏する。
【００３０】
また、請求項７に記載の発明では、前記温度の出力は、被測定光ファイバの所定間隔毎の温度としてグラフ表示することにより、長距離に亘って敷設した被測定光ファイバの所定間隔毎（例えば1m毎）の温度を表示できる光ファイバ分布型温度測定方法が実現できるという効果を奏する。
【００３１】
また、請求項８に記載の発明では、前記温度の出力が所定の値を越えた場合には、当該所定の値を越えた被測定光ファイバの測定装置を基点とする距離と共にその部分の温度が表示又は警報が出力されることによって、被測定光ファイバを長距離に亘って敷設して、その長距離に亘って、所定間隔毎の温度測定が行えるので、電力ケーブルに平行して敷設して、電力ケーブルの地絡検出に用いたり、プラントの温度管理、防災関連の調査・研究、発電所や大型建設物の空調関連等に適用できる光ファイバ分布型温度測定方法が実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】光ファイバ分布型温度測定装置における、本発明の測定処理を示すフローチャートである。
【図２】光ファイバ分布型温度測定装置における、従来の測定処理を示すフローチャートである。
【図３】光ファイバ分布型温度測定装置の構成を示す図である。
【図４】光ファイバ分布型温度測定装置の動作を説明する図である。
【図５】光パルスに対する各種後方散乱光を対比して示す図である。
【図６】本発明の温度測定処理を実施した場合と従来の温度測定処理を実施した場合の両者の測定結果の対比を示す図である。
【図７】図６の部分を拡大して示した図である。
【符号の説明】
１ 光ファイバ分布型温度測定装置
２ 被測定光ファイバ
３ 光パルス
４ 後方散乱光
５ 方向性結合分離器
8s、8a 光測定回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、センサとして光ファイバを用いた光ファイバ分布型温度測定装置に関するもので、特に、温度測定の精度を改良することに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバをセンサとして用いる光ファイバ分布型温度測定装置について以下図面を用いて説明する。
図４は光ファイバ分布型温度測定装置の動作を説明する図である。
図４において、光ファイバ分布型温度測定装置１は、光パルス３を被測定光ファイバ２に対して送出し、該光ファイバ分布型温度測定装置１からの離れた距離に応じて対数的に減衰する後方散乱光が反射されてくるのを受信する。
該後方散乱光には、図５に示す如く、レイリー散乱光、ラマン散乱光、ブリルアン散乱光等があるが、この装置では、温度依存性が高いラマン散乱光を分離・受信して温度測定に用いる。
【０００３】
ラマン散乱光には、前記光ファイバ分布型温度測定装置１から出射された光パルス３の波長に対して、短い波長側に発生するアンチストークス光と、長い波長側に発生するストークス光が存在するが、これらの後方散乱光は光パルスの強度に比べると非常に微弱な信号である。光ファイバ分布型温度測定装置は、温度依存性の大きいアンチストークス光とストークス光の２つの光を受信して処理することによって被測定光ファイバの長さに応じた位置の温度（分布）を測定するものである。
【０００４】
アンチストークス光及びストークス光との間には関係は以下の関係がある。
Ia ／Isは、exp（−ｈ・ｃ・△ｖ／ｋT）に比例する。
Ia・・・・アンチストークス光の強度
Is・・・・ストークス光の強度
ｈ・・・・プランク定数
ｃ・・・・光速
△ｖ・・・シマンシフト量
ｋ・・・・ボルツマン定数
Ｔ・・・・絶対温度
【０００５】
図３は、光ファイバ分布型温度測定装置１の構成を示す図である。
図３において、3-1は、長距離に亘ってセンサとして敷設された被測定光ファイバ２に対して送出される光パルス３を発生するＬＤパルス発生器である。
５は、ＬＤパルス発生器３からの光パルスを光ファイバ６を介して被測定光ファイバ２に対して出射し、被測定光ファイバからの後方散乱光を、短い波長側に発生するアンチストークス光と、長い波長側に発生するストークス光に分離して光測定回路8a（アンチストークス用）及び光測定回路8s（ストークス用）に与える方向性結合分離器である。
【０００６】
前記光測定回路8a及び8sはそれぞれ、光・電気変換回路9a又は9s、増幅器10a又は10s、アナログ・デジタル変換器11a又は11s、加算回路12a又は12sを含んでいる。
また、光ファイバ分布型温度測定装置は制御回路によって制御されている。
ここで、光ファイバ分布型温度測定装置１のうち、ＬＤパルス発生器3-1を除いた部分を、後方散乱光受信処理手段という。
【０００７】
この、光ファイバ分布型温度測定装置における、従来の温度の測定処理は図２のフローチャートに記載の以下のように行われていた。
・光ファイバ分布型温度測定装置から０ｍ（メータ）基点とした、例えば、被測定光ファイバの２ｍ（メータ）間隔の後方散乱光データサンプルの測定を実行するステップ。（ステップ▲１▼）
このステップでは、基点から０，２，４，６、・・・・ｎ（メータ）におけるデータが得られる。
・光ファイバ分布型温度測定装置から１ｍ(メータ）基点とした、例えば、被測定光ファイバの２ｍ（メータ）間隔の後方散乱光データサンプルの測定を実行するステップ。（ステップ▲２▼）
このステップでは、基点から１，３，５、７、・・・・ｎ（メータ）におけるデータが得られる。
・上記ステップ▲１▼及び▲２▼の測定を複数回実行し、個々の測定データ毎に加算平均を実行するステップ。（ステップ▲３▼）
このステップで、複数回の個々のデータが加算平均された、基点から０，２，４，６、・・・２ｎ(メータ）のデータと、基点から１，３，５，７、・・・・ｎ＋１(メータ)のデータが得られる。
・ステップ▲３▼で得られたデータを基にデータ補間を実行する。（ステップ▲４▼）
このステップでは、０，１，２，３，４，５，・・・・ｎ＋１の１ｍ(メータ)間隔のデータが得られる。
・ステップ４で得られたデータに対数変換を実行するステップ。（ステップ▲５▼）これまでのステップ▲１▼〜▲５▼までを、ラマン散乱光のアンチストークス光とストークス光とに対して個別に処理する。
また、このステップ▲５▼で対数変換を実行することによって、前記(1)式のIa ／IsがIaとIsの差になる。
・ステップ▲５▼の出力を前記(1)式に適用して、光ファイバ分布型温度測定装置を基点とした、（０，１，２，３，４，５、・・・ｎ＋１）ｍ(メータ)毎の温度に変換する。（ステップ▲６▼）
・ステップ▲６▼において温度に変換された温度を出力する。（ステップ▲７▼）
このステップでは、光ファイバ分布型温度測定装置を基点とした、（０，１，２，３，４，５、・・・ｎ＋１）ｍ（メータ）毎の光ファイバの温度に異常があった場合には、その位置及び温度を表示装置に表示すると共に警報が出力される。
【０００８】
上記従来の光ファイバ分布型温度測定装置において、ステップ▲１▼及びステップ▲２▼において、光ファイバ分布型温度測定装置から０ｍ及び１ｍ基点とした、２ｍ間隔のデータサンプルを測定しているのは、装置の測定間隔を短くする（１ｍ間隔にする）と装置が価格が高くなるのを防ぐために、２ｍ間隔のサンプリングで１ｍ間隔のサンプル結果と同様の効果を挙げるために、測定の基点をずらして、２通りの測定を実行している。
なお、測定の基点をずらすためには、被測定光ファイバに送出される光パルスの発生時点をずらすか、受信した後方散乱光のサンプリング時点をずらすことによって行われる。
また、測定の間隔をａ（２ｍ（メートル））とした場合に、測定装置から一方の基点を０ｍ（メートル）とし、他方の基点を１（メートル）とするものとして説明したが、他方の基点をｉａ／ｍ（ｍは任意の整数）（ｉ＝０〜ｍ−１）することが可能である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光ファイバ分布型温度測定装置では、上記の如く、ステップ▲１▼及びステップ▲２▼の如く測定の基点をずらして、２通りの測定を実行して得られたデータをステップ▲４▼でデータ補間した後に、対数変換と温度変換処理を実行しているために、個々の測定に際してのノイズが大きく影響して測定の精度が悪くなるという問題があった。これは、測定の基点をずらした２通りの測定によるデータはそれぞれ、異なったノイズを含んでいるのに、両者をデータ補間した後に一括して対数変換及び温度変換の処理を実行しているためと思われる。
【００１０】
本発明では、光ファイバ分布型温度測定装置では、測定の基点をずらして、２通りの測定を実行して得られたデータをデータ補間した後に、対数変換と温度変換処理を実行しているために、ノイズが大きく影響して測定の精度が悪くなるという問題点を解決することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述の問題点を解決するため、光パルス照射手段と、後方散乱光受信処理手段とを有する光ファイバ分布型温度測定装置において、
前記後方散乱光受信処理手段が、
光ファイバ分布型温度測定装置を基点とした被測定光ファイバの、a間隔の後方散乱光データサンプルの測定を実行する第１の手段と、
光ファイバ分布型温度測定装置からｉａ／ｍ（ｍは任意の整数）（ｉ＝０〜ｍ−１）を基点とした被測定光ファイバの、ａ間隔の後方散乱光データサンプルの測定をｍ回実行する第２の手段と、
上記第１及び第２の手段による測定を複数回実行し、個々の測定データ毎に加算平均を実行する第３の手段と、
前記第３の手段で得られたデータ列のデータに対して個別に対数変換を実行する第４の手段と、
前記第４の手段で得られたデータ列のデータに対して個別に温度変換処理を施す第５の手段と、
前記第５の手段で得られたデータ列を基に補間されたデータ列得る第６の手段、
・前記第６の手段において得られた温度に変換されたデータ列の個々のデータの温度を出力する第７の手段とで構成することによって、ノイズの影響を少なくして測定の精度が高い光ファイバ分布型温度測定装置が得られる。（請求項１）
【００１２】
また、前記第５の手段で得られる測定データ列を、温度依存性の大きいラマン散乱光のアンチストークス光とストークス光とすることによって、ノイズの影響を少ない、より測定の精度が高い光ファイバ分布型温度測定装置が得られる。
（請求項２）
【００１３】
また、前記温度の出力を被測定光ファイバの所定間隔毎の温度としてグラフ表示することにより、長距離に亘って敷設した被測定光ファイバの所定間隔毎（例えば1m毎）の温度を表示できる光ファイバ分布型温度測定装置が得られる。（請求項３）
【００１４】
また、前記温度の出力が所定の値を越えた場合には、当該所定の値を越えた被測定光ファイバの測定装置を基点とする距離と共にその部分の温度が表示又は警報が出力されることによって、被測定光ファイバを長距離に亘って敷設して、その長距離に亘って、所定間隔毎の温度測定が行えるので、電力ケーブルに平行して敷設して、電力ケーブルの地絡検出に用いたり、プラントの温度管理、防災関連の調査・研究、発電所や大型建設物の空調関連等に適用できる光ファイバ分布型温度測定装置が得られる。（請求項４）
【００１５】
また、光ファイバ分布型温度測定装置から、光パルスを照射する第１のステップと、
光ファイバ分布型温度測定装置を基点とした被測定光ファイバのa間隔毎の、前記照射された光パルスに対応した後方散乱光データサンプルの測定を実行する第２のステップと、
光ファイバ分布型温度測定装置からｉａ／ｍ（ｍは任意の整数）（ｉ＝０〜ｍ−１）を基点とした被測定光ファイバのａ間隔毎の前記照射された光パルスに対応した後方散乱光データサンプルの測定をｍ回実行する第３のステップと、
上記第２のステップ及び第３のステップの測定を複数回実行し、個々の測定データ毎に加算平均を実行する第４ステップと、
前記第４のステップで得られたデータに対して個別に対数変換を実行する第５のステップと、
前記第５のステップで得られたデータに対して個別に温度変換を実行する第６のステップと、
前記第６のステップで得られたデータを基にデータ列を基に補間されたデータ列得る第７のステップと、
・前記第７のステップにおいて得られた温度に変換されたデータ列の個々のデータの温度を出力する第８のステップとで温度測定を行うことによって、ノイズの影響を少なくして測定の精度が高い光ファイバ分布型温度測定方法が実現できる。（請求項５）
【００１６】
また、前記第６のステップで得られるデータ列は、ラマン散乱光のアンチストークス光とストークス光とに対して個別に処理することによって、ノイズの影響を少ない、より測定の精度が高い光ファイバ分布型温度測定方法が実現できる。（請求項６）
【００１７】
また、前記温度の出力は、被測定光ファイバの所定間隔毎の温度としてグラフ表示することにより、長距離に亘って敷設した被測定光ファイバの所定間隔毎（例えば1m毎）の温度を表示できる光ファイバ分布型温度測定方法が実現できる。（請求項７）
【００１８】
また、前記温度の出力が所定の値を越えた場合には、当該所定の値を越えた被測定光ファイバの測定装置を基点とする距離と共にその部分の温度が表示又は警報が出力されることによって、被測定光ファイバを長距離に亘って敷設して、その長距離に亘って、所定間隔毎の温度測定が行えるので、電力ケーブルに平行して敷設して、電力ケーブルの地絡検出に用いたり、プラントの温度管理、防災関連の調査・研究、発電所や大型建設物の空調関連等に適用できる光ファイバ分布型温度測定方法が実現できる。（請求項８）
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下実施の形態を図１を参照して説明する
本発明の光ファイバ分布型温度測定装置における、温度の測定処理は図１のフローチャートに記載の以下のように行われていた。
・光ファイバ分布型温度測定装置から0メータ(m)基点とした、例えば、被測定光ファイバの２メータ(m)間隔の後方散乱光データサンプルの測定を実行するステップ。（ステップ▲１▼）
このステップでは、0m，2m，4m，6m、・・・・2nmにおけるデータ列が得られる。
・光ファイバ分布型温度測定装置から１メータ(m)を基点とした、例えば、被測定光ファイバの２メータ(m)間隔の後方散乱光データサンプルの測定を実行するステップ。（ステップ▲２▼）
このステップでは、1m，3m，5m、7m、・・・・1+nmにおけるデータ列が得られる。
・上記ステップ▲１▼及び▲２▼の測定を複数回実行し、個々の測定データ毎に加算平均を実行するステップ。（ステップ▲３▼）
このステップで、複数回の個々のデータが加算平均された、0m，2m，4m，6m、・・・2nmのデータ列と1m，3m，5m，7m、・・・・1+2nmのデータ列が得られる。・ステップ４で得られたデータに対数変換を実行するステップ。（ステップ▲４▼）このステップで対数変換を実行することによって、前記ステップ▲３▼で得られた0m，2m，4m，6m、・・・2nmのデータ列と1m，3m，5m，7m、・・・1+2nmのデータ列に個別に対数変換処理が実行される。
・ステップ▲４▼で得られた0m，2m，4m，6m、・・・2nmのデータ列と1m，3m，5m，7m、・・・・1+2nmのデータ列に対して個別に温度変換処理を前記(1)式に適用して、光ファイバ分布型温度測定装置を基点とした、２通りの0m，2m，4m，6m、・・・2nmのデータ列と1m，3m，5m，7m、・・・・1+2nmのデータ列の個々のデータ毎に温度に変換する。（ステップ▲５▼）
・ステップ▲５▼で得られた温度に変換されたデータ列を基にデータ補間を実行するa/5，。（ステップ▲６▼）
このステップでは、0m，1m，2m，3m，4m，5m，・・・・1+2nmの温度変換された
データが得られる。
・ステップ▲６▼においてデータ補間された、基点から0m，1m，2m，3m，4m，5m，・・・・1+2nmの測定温度を出力する。（ステップ▲７▼）
このステップでは、光ファイバ分布型温度測定装置を基点とした、1m毎の光ファイバの温度が出力され、その値に異常があった場合には、その位置及び温度を表示装置に表示すると共に警報が出力される。
【００２０】
次に、光ファイバ分布型温度測定装置を基点とした被測定光ファイバの、a間隔の測定（第１の測定）と、光ファイバ分布型温度測定装置からｉａ／ｍ（ｍは任意の整数）（ｉ＝０〜ｍ−１）でｍ回測定（第２の測定）の実例を、ｍ＝５の場合で示す。
・第１の測定で、
0,a,2a,3a,4a,5a,6a,・・・・・・・
が得られ、
・第２の測定で、
a/5,a+a/5，2a+a/5，3a+a/5，4a+a/5，5a+a/5，・・・・・・・・・と
2a/5,a+2a/5，2a+2a/5，3a+2a/5，4a+2a/5，5a+2a/5，・・・・・・と
3a/5,a+3a/5，2a+3a/5，3a+3a/5，4a+3a/5，5a+3a/5，・・・・・・と
4a/5,a+4a/5，2a+4a/5，3a+4a/5，4a+4a/5，5a+4a/5，・・・・・・と
が得られる。
これらを並べ替えによりデータ補間を実行すると、
0,a/5,2a/5,3a/5,4a/5,a,a,+a/5,a+2a/5,a+3a/5,a+4a/5,2a,2a+a/5,2a+2a/,2a+2a/5，2a+3a/5,2a+4a/5，・・・・・・となる。
【００２１】
光ファイバ分布型温度測定装置において、本発明の温度の測定処理と従来の温度の測定処理との比較を図６及び図７を用いて説明する。
図６において、(a)は本発明の測定処理による場合、(b)は従来の測定処理による場合を示している。
この図において、どちらも、被測定光ファイバの基点からの距離０〜2000ｍにおいて、ほぼ温度差がない状態での測定値を示している。
したがって、距離が基点から離れる程振幅が大きくなる傾向は両者共に同じでるが、その振幅の大きさ（ノイズ）が本発明の測定処理を行った場合には明らかに従来の測定処理に比べて小さくなっていることが解る。
【００２２】
また、図７は、上記図６の測定データの測定範囲（800〜2000ｍ）を拡大して示したものである。
図７からも、ノイズによる振幅の大きさが本発明の測定処理を行った場合には明らかに従来の測定処理に比べて小さくなっていることが解る。
【００２３】
本発明の光ファイバ分布型温度測定装置は、被測定光ファイバを長距離に亘って敷設して、その長距離に亘って、所定間隔毎の温度測定が行えるので、電力ケーブルに平行して敷設して、電力ケーブルの地絡検出に用いたり、プラントの温度管理、防災関連の調査・研究、発電所や大型建設物の空調関連等多くの分野に適用が可能である。
【００２４】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明では、光パルス照射手段と、後方散乱光受信処理手段とを有する光ファイバ分布型温度測定装置において、前記後方散乱光受信処理手段が、光ファイバ分布型温度測定装置を基点とした被測定光ファイバの、a間隔の後方散乱光データサンプルの測定を実行する第１の手段と、光ファイバ分布型温度測定装置からｉａ／ｍ（ｍは任意の整数）（ｉ＝０〜ｍ−１）を基点とした被測定光ファイバの、ａ間隔の後方散乱光データサンプルの測定をｍ回実行する第２の手段と、前記第１及び第２の手段による測定を複数回実行し、個々の測定データ毎に加算平均を実行する第３の手段と、前記第３の手段で得られたデータ列のデータに対して個別に対数変換を実行する第４の手段と、前記第４の手段で得られたデータ列のデータに対して個別に温度変換処理を施す第５の手段と、前記第５の手段で得られたデータ列を基に補間されたデータ列得る第６の手段、前記第６の手段において得られた温度に変換されたデータ列の個々のデータの温度を出力する第７の手段と、とで構成することによって、ノイズの影響を少ない、測定の精度が高い光ファイバ分布型温度測定装置が得られるという効果を奏する。
【００２５】
また、請求項２に記載の発明では、前記第５の手段で得られる測定データ列を、温度依存性の大きいラマン散乱光のアンチストークス光とストークス光とすることによって、ノイズの影響を少ない、より測定の精度が高い光ファイバ分布型温度測定装置が得られる。
【００２６】
また、請求項３に記載の発明では、前記温度の出力を被測定光ファイバの所定間隔毎の温度としてグラフ表示することにより、長距離に亘って敷設した被測定光ファイバの所定間隔毎（例えば1m毎）の温度を表示できる光ファイバ分布型温度測定装置が得られる。
【００２７】
また、請求項４に記載の発明では、前記温度の出力が所定の値を越えた場合には、当該所定の値を越えた被測定光ファイバの測定装置を基点とする距離と共にその部分の温度が表示又は警報が出力されることによって、被測定光ファイバを長距離に亘って敷設して、その長距離に亘って、所定間隔毎の温度測定が行えるので、電力ケーブルに平行して敷設して、電力ケーブルの地絡検出に用いたり、プラントの温度管理、防災関連の調査・研究、発電所や大型建設物の空調関連等に適用できる光ファイバ分布型温度測定装置が得られる。
【００２８】
また、請求項５に記載の発明では、光ファイバ分布型温度測定装置から、光パルスを照射する第１のステップと、光ファイバ分布型温度測定装置を基点とした被測定光ファイバのa間隔毎の、前記照射された光パルスに対応した後方散乱光データサンプルの測定を実行する第２のステップと、光ファイバ分布型温度測定装置からｉａ／ｍ（ｍは任意の整数）（ｉ＝０〜ｍ−１）を基点とした被測定光ファイバのａ間隔毎の前記照射された光パルスに対応した後方散乱光データサンプルの測定をｍ回実行する第３のステップと、上記第２のステップ及び第３のステップの測定を複数回実行し、個々の測定データ毎に加算平均を実行する第４ステップと、前記第４のステップで得られたデータに対して個別に対数変換を実行する第５のステップと、前記第５のステップで得られたデータに対して個別に温度変換を実行する第６のステップと、前記第６のステップで得られたデータを基にデータ列を基に補間されたデータ列得る第７のステップと、前記第７のステップにおいて得られた温度に変換されたデータ列の個々のデータの温度を出力する第８のステップと、で温度測定を行うことによって、ノイズの影響を少なくして測定の精度が高い光ファイバ分布型温度測定方法が実現できるという効果を奏する。
【００２９】
また、請求項６に記載の発明では、前記第６のステップで得られるデータ列は、ラマン散乱光のアンチストークス光とストークス光とに対して個別に処理することによって、ノイズの影響を少ない、より測定の精度が高い光ファイバ分布型温度測定装置が得られるという効果を奏する。
【００３０】
また、請求項７に記載の発明では、前記温度の出力は、被測定光ファイバの所定間隔毎の温度としてグラフ表示することにより、長距離に亘って敷設した被測定光ファイバの所定間隔毎（例えば1m毎）の温度を表示できる光ファイバ分布型温度測定方法が実現できるという効果を奏する。
【００３１】
また、請求項８に記載の発明では、前記温度の出力が所定の値を越えた場合には、当該所定の値を越えた被測定光ファイバの測定装置を基点とする距離と共にその部分の温度が表示又は警報が出力されることによって、被測定光ファイバを長距離に亘って敷設して、その長距離に亘って、所定間隔毎の温度測定が行えるので、電力ケーブルに平行して敷設して、電力ケーブルの地絡検出に用いたり、プラントの温度管理、防災関連の調査・研究、発電所や大型建設物の空調関連等に適用できる光ファイバ分布型温度測定方法が実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】光ファイバ分布型温度測定装置における、本発明の測定処理を示すフローチャートである。
【図２】光ファイバ分布型温度測定装置における、従来の測定処理を示すフローチャートである。
【図３】光ファイバ分布型温度測定装置の構成を示す図である。
【図４】光ファイバ分布型温度測定装置の動作を説明する図である。
【図５】光パルスに対する各種後方散乱光を対比して示す図である。
【図６】本発明の温度測定処理を実施した場合と従来の温度測定処理を実施した場合の両者の測定結果の対比を示す図である。
【図７】図６の部分を拡大して示した図である。
【符号の説明】
１ 光ファイバ分布型温度測定装置
２ 被測定光ファイバ
３ 光パルス
４ 後方散乱光
５ 方向性結合分離器
8s、8a 光測定回路
Claims (8)
- 光パルス照射手段と、後方散乱光受信処理手段とを有する光ファイバ分布型温度測定装置において、
前記後方散乱光受信処理手段が、
光ファイバ分布型温度測定装置を基点とした被測定光ファイバの、a間隔の後方散乱光データサンプルの測定を実行する第１の手段と、
光ファイバ分布型温度測定装置からｉａ／ｍ（ｍは任意の整数）（ｉ＝０〜ｍ−１）を基点とした被測定光ファイバの、ａ間隔の後方散乱光データサンプルの測定をｍ回実行する第２の手段と、
前記第１及び第２の手段による測定を複数回実行し、個々の測定データ毎に加算平均を実行する第３の手段と、
前記第３の手段で得られたデータ列のデータに対して個別に対数変換を実行する第４の手段と、
前記第４の手段で得られたデータ列のデータに対して個別に温度変換処理を施す第５の手段と、
前記第５の手段で得られたデータ列を基に補間されたデータ列得る第６の手段、
・前記第６の手段において得られた温度に変換されたデータ列の個々のデータの温度を出力する第７の手段と、
を少なくとも有することを特徴とする光ファイバ分布型温度測定装置。 - 前記第５の処理手段で得られるデータ列は、ラマン散乱光のアンチストークス光とストークス光とに対して個別に処理することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ分布型温度測定装置。
- 前記温度の出力は、被測定光ファイバの所定間隔毎の温度としてグラフ表示されることを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバ分布型温度測定装置。
- 前記温度の出力が所定の値を越えた場合には、当該所定の値を越えた被測定光ファイバの測定装置を基点とする距離と共にその部分の温度が表示又は警報が出力されることを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバ分布型温度測定装置。
- 光ファイバ分布型温度測定装置から、光パルスを照射する第１のステップと、
光ファイバ分布型温度測定装置を基点とした被測定光ファイバのa間隔毎の、前記照射された光パルスに対応した後方散乱光データサンプルの測定を実行する第２のステップと、
光ファイバ分布型温度測定装置からｉａ／ｍ（ｍは任意の整数）（ｉ＝０〜ｍ−１）を基点とした被測定光ファイバのａ間隔毎の前記照射された光パルスに対応した後方散乱光データサンプルの測定をｍ回実行する第３のステップと、
前記第２のステップ及び第３のステップの測定を複数回実行し、個々の測定データ毎に加算平均を実行する第４ステップと、
前記第４のステップで得られたデータに対して個別に対数変換を実行する第５のステップと、
前記第５のステップで得られたデータに対して個別に温度変換を実行する第６のステップと、
前記第６のステップで得られたデータを基にデータ列を基に補間されたデータ列得る第７のステップと、
・前記第７のステップにおいて得られた温度に変換されたデータ列の個々のデータの温度を出力する第８のステップと、
を少なくとも含むことを特徴とする光ファイバ分布型温度測定方法。 - 前記第６のステップで得られるデータ列は、ラマン散乱光のアンチストークス光とストークス光とに対して個別に処理することを特徴とする請求項５に記載の光ファイバ分布型温度測定方法。
- 前記温度の出力は、被測定光ファイバの所定間隔毎の温度としてグラフ表示されることを特徴とする請求項５又は６に記載の光ファイバ分布型温度測定方法。
- 前記温度の出力が所定の値を越えた場合には、当該所定の値を越えた被測定光ファイバの測定装置を基点とする距離と共にその部分の温度が表示又は警報が出力されることを特徴とする請求項５又は６に記載の光ファイバ分布型温度測定方法。
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