JP4268709B2 - Temperature measuring device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は温度測定装置に関し、特に、光ファイバの延在方向における所望の測定点の温度を測定するための温度測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、光ファイバを利用して被測定領域の温度分布を測定する方法が知られている。この温度測定方法では、被測定領域に光ファイバが敷設され、光ファイバの一方端から励起光パルスが入射される。そして、ラマン散乱によって各測定点で発生したストークス光およびアンチストークス光の光強度が光ファイバの一方端で測定され、各測定点のストークス光とアンチストークス光の光強度比から各測定点の温度が求められる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の温度測定方法では、各測定点で発生した微弱なストークス光およびアンチストークス光の光強度を光ファイバの一方端で直接測定していたので、感度が低く、測定可能距離が短いという問題があった。
【0004】
それゆえ、この発明の主たる目的は、測定可能距離が長い温度測定装置を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係る発明は、光ファイバの延在方向における所望の測定点の温度を測定するための温度測定装置であって、励起光パルス発生手段、プローブ光パルス発生手段、および光強度検出手段を備える。励起光パルス発生手段は、光ファイバ内においてラマン散乱を発生させるための励起光パルスを生成し、光ファイバの一方方向に伝播させる。プローブ光パルス発生手段は、光ファイバ内において励起光パルスによって発生されるストークス光およびアンチストークス光と同じ周波数成分を有するプローブ光パルスを生成し、光ファイバの他方方向に伝播させて測定点において励起光パルスと衝突させる。光強度検出手段は、励起光パルスとの衝突時にラマン増幅されたプローブ光パルスのストークス光およびアンチストークス光と同じ周波数成分の光強度を検出し、測定点の温度を求める。
【0006】
請求項2に係る発明では、請求項1に係る発明の励起光パルス発生手段は、光ファイバの一方端から光ファイバ内に励起光パルスを出射する。プローブ光パルス発生手段は、光ファイバの他方端から光ファイバ内にプローブ光パルスを出射する。光強度検出手段は、光ファイバの他方端で励起光パルスとの衝突時にラマン増幅されたプローブ光パルスのストークス光およびアンチストークス光と同じ周波数成分の光強度を検出する。
【0007】
請求項3に係る発明では、請求項1に係る発明の励起光パルス発生手段およびプローブ光パルス発生手段は、それぞれ光ファイバの一方端から光ファイバ内に励起光パルスおよびプローブ光パルスを出射する。温度測定装置は、さらに、光ファイバの他方端に設けられ、光ファイバを介して入射されたプローブ光パルスを反射させて励起光パルスと測定点で衝突させるための反射手段を備える。光強度検出手段は、光ファイバの一方端で励起光パルスとの衝突時にラマン増幅されたプローブ光パルスのストークス光およびアンチストークス光と同じ周波数成分の光強度を検出する。
【0008】
【発明の実施の形態】
[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態1による光ファイバ型温度測定装置の構成を示すブロック図である。
【0009】
図1において、この光ファイバ型温度測定装置は、光源1,6,7、光スイッチ2,9、光サーキュレータ3、光ファイバ4,5、光合波器8、タイミング回路10、光スペクトルアナライザ11、および演算処理部12を備える。
【0010】
光源1は、光ファイバ4,5においてラマン散乱を生じさせるために必要な周波数fの励起光を出射する。光スイッチ2は、タイミング回路10によって制御され、光源1から入射された励起光を一定時間だけパルス的に通過させて励起光パルスP1を生成する。励起光パルスP1は、光サーキュレータ3を介して光ファイバ4の一方端に入射される。
【0011】
光ファイバ4は、被測定領域全体にわたって敷設される。光ファイバ4の他方端は、光ファイバ5を介して光スイッチ9の出力端に接続される。
【0012】
一方、光源6は、光ファイバ4,5に周波数fの励起光が入射されたときにラマン散乱により発生する周波数f−aのストークス光を出射する。光源7は、光ファイバ4,5に周波数fの励起光が入射されたときにラマン散乱により発生する周波数f+aのアンチストークス光を出射する。
【0013】
光合波器8は、光源6,7からのストークス光およびアンチストークス光を合波してプローブ光を生成し光スイッチ9の入力端に与える。光スイッチ9は、タイミング回路10によって制御され、光合波器8からのプローブ光を一定時間だけパルス的に通過させてプローブ光パルスP2を生成する。プローブ光パルスP2は、光ファイバ5を介して光ファイバ4の他方端に入射される。
【0014】
タイミング回路10は、励起光パルスP1とプローブ光パルスP2が光ファイバ4内において所望の測定点Aで衝突するように、その測定点Aに応じた時間差で光スイッチ2,9をパルス的にオンさせる。
【0015】
光サーキュレータ3は、光スイッチ2で生成された励起光パルスP1を光ファイバ4の一方端に入射させるとともに、測定点Aにおける励起光パルスP1との衝突時にラマン増幅され、光ファイバ4の一方端から出射されたプローブ光パルスP2′を光スペクトルアナライザ11に入射させる。光スペクトルアナライザ11は、光サーキュレータ3を介して入射されたプローブ光パルスP2′に含まれるストークス光およびアンチストークス光の各々の光強度L1,L2を測定する。
【0016】
演算処理部12は、ストークス光およびアンチストークス光の光強度の測定値L1,L2から測定点Aにおけるストークス光およびアンチストークス光の増幅量を求め、各々の増幅量から測定点Aにおけるストークス光とアンチストークス光の光強度比を求め、その光強度比から測定点Aの温度Tを演算する。
【0017】
次に、この光ファイバ型温度測定装置の動作について説明する。まず光ファイバ4が被測定領域に敷設される。光ファイバ4の延在方向の熱伝導は小さいので、光ファイバ4の各測定点の温度を測定することより被測定領域の温度分布を測定することができる。
【0018】
光源1から光スイッチ2の入力端に周波数fの励起光が入射され、光源6,7から光合波器8を介して光スイッチ9の入力端に周波数f−aのストークス光および周波数f+aのアンチストークス光が入射される。タイミング回路10は、測定点Aに応じた時間差で光スイッチ2,10をパルス的にオンさせる。
【0019】
光スイッチ2で生成された励起光パルスP1は光サーキュレータ3を介して光ファイバ4の一方端に入射され、光スイッチ9で生成されたプローブ光パルスP2は光ファイバ5を介して光ファイバ4の他方端に入射され、光パルスP1とP2は測定点Aで衝突する。このとき、プローブ光パルスP2に含まれる周波数f−aのストークス光と周波数f+aのアンチストークス光の各々が測定点Aの温度に応じてラマン増幅される。
【0020】
増幅されたプローブ光パルスP2′は、光ファイバ4内を伝播し、光サーキュレータ3を介して光スペクトルアナライザ11に入射される。光スペクトルアナライザ11では、プローブ光パルスP2′に含まれるストークス光とアンチストークス光の光強度L1,L2が測定され、演算処理部12によって測定値L1,L2に基づいて測定点Aの温度Tが演算される。
【0021】
以下同様にして被測定領域の他の測定点の温度が順次測定され、被測定領域全体の温度分布が求められる。
【0022】
この実施の形態では、光ファイバ4の一方端から励起光パルスP1を与えるとともに、その他方端からプローブ光パルスP2を与え、測定点Aで光パルスP1とP2が衝突したときにラマン増幅されたプローブ光パルスP2′に含まれるストークス光およびアンチストークス光の光強度を検出して測定点Aの温度を求める。したがって、励起光パルスのみによって発生されたストークス光およびアンチストークス光の光強度を直接測定していた従来に比べ、高感度の検出が可能となり、測定可能距離が長くなる。しかも、特殊な高性能光デバイスを用いることなく、既存の光デバイスと光測定技術で十分に実現できる。
【0023】
[実施の形態2]
図2は、この発明の実施の形態2による光ファイバ型温度測定装置の構成を示すブロック図である。図2を参照して、この光ファイバ型温度測定装置が図1の光ファイバ型温度測定装置と異なる点は、光ファイバ5が除去され、光合波器21および全反射終端部22が設けられている点である。
【0024】
光合波器21は、光スイッチ2,9で生成された光パルスP1,P2を合波する。光パルスP1,P2は、光サーキュレータ3を介して光ファイバ4の一方端に入射される。全反射終端部22は、光ファイバ4の他方端に設けられ、光ファイバ4を介して入射した光パルスP1,P2を光ファイバ4内に完全に反射させる。
【0025】
タイミング回路10は、励起光パルスP1と全反射終端部22で反射したプローブ光パルスP2とが光ファイバ4内の所望の測定点Aで衝突するように、その測定点Aに応じた時間差で光スイッチ9,2をパルス的にオンさせる。光パルスP1とP2が測定点Aで衝突したときプローブ光パルスP2が測定点Aの温度に応じてラマン増幅され、増幅されたプローブ光パルスP2′は光サーキュレータ3を介して光スペクトルアナライザ11に入射される。光スペクトルアナライザ11によってプローブ光パルスP2′に含まれるストークス光およびアンチストークス光の光強度L1,L2が測定され、その測定値L1,L2に基づいて演算処理部12によって測定点Aの温度Tが演算される。
【0026】
この実施の形態では、実施の形態1と同じ効果が得られる他、光ファイバが1本ですむというメリットがある。
【0027】
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【0028】
【発明の効果】
以上のように、請求項1に係る発明では、光ファイバの一方方向に励起光パルスを伝播させるとともに、光ファイバの他方方向にプローブ光パルスを伝播させて所望の測定点で衝突させ、その衝突時にラマン増幅されたプローブ光パルスに含まれるストークス光およびアンチストークス光の光強度に基づいて測定点の温度を求める。したがって、励起光パルスのみによって発生したストークス光およびアンチストークス光の光強度に基づいて測定点の温度を求めていた従来に比べ、高感度の検出が可能となり、測定可能距離が長くなる。
【0029】
請求項2に係る発明では、請求項1に係る発明の励起光パルスは光ファイバの一方端から入射され、プローブ光パルスは光ファイバの他方端から入射され、ラマン増幅されたプローブ光パルスに含まれるストークス光およびアンチストークス光の光強度が光ファイバの一方端で検出される。この場合は、光パルスの入射および光強度の検出を容易に行なうことができる。
【0030】
請求項3に係る発明では、請求項1に係る発明の励起光パルスおよびプローブ光パルスは光ファイバの一方端から入射され、励起光パルスと光ファイバの他方端で反射されたプローブ光パルスとが測定点で衝突し、衝突時にラマン増幅されたプローブ光パルスに含まれるストークス光およびアンチストークス光の光強度は光ファイバの一方端で検出される。この場合は、光ファイバをループ状にする必要がないので、光ファイバが短くてすむ。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態1による光ファイバ型温度測定装置の構成を示すブロック図である。
【図2】この発明の実施の形態2による光ファイバ型温度測定装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
1,6,7 光源
2,9 光スイッチ
3 光サーキュレータ
4,5 光ファイバ
8,21 光合波器
10 タイミング回路
11 光スペクトルアナライザ
12 演算処理部
22 全反射終端部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a temperature measuring device, and more particularly to a temperature measuring device for measuring the temperature of a desired measurement point in the extending direction of an optical fiber.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a method for measuring a temperature distribution in a measurement region using an optical fiber is known. In this temperature measurement method, an optical fiber is laid in a measurement region, and an excitation light pulse is incident from one end of the optical fiber. The light intensity of Stokes light and anti-Stokes light generated at each measurement point by Raman scattering is measured at one end of the optical fiber, and the temperature at each measurement point is determined from the light intensity ratio of Stokes light and anti-Stokes light at each measurement point. Is required.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional temperature measurement method, the light intensity of the weak Stokes light and anti-Stokes light generated at each measurement point is directly measured at one end of the optical fiber, so the sensitivity is low and the measurable distance is short. There was a problem.
[0004]
Therefore, a main object of the present invention is to provide a temperature measuring device having a long measurable distance.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to
[0006]
In the invention according to
[0007]
In the invention according to
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an optical fiber type temperature measuring apparatus according to
[0009]
In FIG. 1, this optical fiber type temperature measuring device includes
[0010]
The
[0011]
The
[0012]
On the other hand, the
[0013]
The
[0014]
The
[0015]
The
[0016]
The arithmetic processing unit 12 obtains the amount of amplification of the Stokes light and the anti-Stokes light at the measurement point A from the measured values L1 and L2 of the light intensity of the Stokes light and the anti-Stokes light. The light intensity ratio of the anti-Stokes light is obtained, and the temperature T at the measurement point A is calculated from the light intensity ratio.
[0017]
Next, the operation of this optical fiber type temperature measuring device will be described. First, the
[0018]
Excitation light having a frequency f is incident from the
[0019]
The excitation light pulse P1 generated by the
[0020]
The amplified probe light pulse P2 ′ propagates through the
[0021]
In the same manner, the temperature at other measurement points in the measurement area is sequentially measured, and the temperature distribution of the entire measurement area is obtained.
[0022]
In this embodiment, the excitation light pulse P1 is applied from one end of the
[0023]
[Embodiment 2]
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of an optical fiber type temperature measuring apparatus according to
[0024]
The optical multiplexer 21 multiplexes the optical pulses P1 and P2 generated by the
[0025]
The
[0026]
In this embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained, and there is an advantage that only one optical fiber is required.
[0027]
The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
[0028]
【The invention's effect】
As described above, in the invention according to
[0029]
In the invention according to
[0030]
In the invention according to
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an optical fiber type temperature measuring apparatus according to
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of an optical fiber type temperature measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記光ファイバ内においてラマン散乱を発生させるための励起光パルスを生成し、前記光ファイバの一方方向に伝播させるための励起光パルス発生手段、
前記光ファイバ内において前記励起光パルスによって発生されるストークス光およびアンチストークス光と同じ周波数成分を有するプローブ光パルスを生成し、前記光ファイバの他方方向に伝播させて前記測定点において前記励起光パルスと衝突させるためのプローブ光パルス発生手段、および
前記励起光パルスとの衝突時にラマン増幅されたプローブ光パルスの前記ストークス光および前記アンチストークス光と同じ周波数成分の光強度を検出し、前記測定点の温度を求めるための光強度検出手段を備える、温度測定装置。A temperature measuring device for measuring the temperature of a desired measurement point in the extending direction of an optical fiber,
A pumping light pulse generating means for generating a pumping light pulse for generating Raman scattering in the optical fiber and propagating it in one direction of the optical fiber;
Probing light pulses having the same frequency components as Stokes light and anti-Stokes light generated by the pumping light pulse in the optical fiber are generated and propagated in the other direction of the optical fiber to generate the pumping light pulse at the measurement point. Probe light pulse generating means for colliding with the excitation light pulse, and detecting the light intensity of the same frequency component as the Stokes light and the anti-Stokes light of the probe light pulse Raman-amplified at the time of collision with the excitation light pulse, and the measurement point A temperature measurement device comprising light intensity detection means for determining the temperature of the light.
前記プローブ光パルス発生手段は、前記光ファイバの他方端から前記光ファイバ内に前記プローブ光パルスを出射し、
前記光強度検出手段は、前記光ファイバの他方端で前記励起光パルスとの衝突時にラマン増幅されたプローブ光パルスの前記ストークス光および前記アンチストークス光と同じ周波数成分の光強度を検出する、請求項1に記載の温度測定装置。The pumping light pulse generating means emits the pumping light pulse into the optical fiber from one end of the optical fiber,
The probe light pulse generating means emits the probe light pulse into the optical fiber from the other end of the optical fiber,
The light intensity detection means detects the light intensity of the same frequency component as the Stokes light and the anti-Stokes light of the probe light pulse Raman-amplified at the other end of the optical fiber at the time of collision with the excitation light pulse. Item 2. The temperature measuring device according to Item 1.
前記温度測定装置は、さらに、前記光ファイバの他方端に設けられ、前記光ファイバを介して入射された前記プローブ光パルスを反射させて前記励起光パルスと前記測定点で衝突させるための反射手段を備え、
前記光強度検出手段は、前記光ファイバの一方端で前記励起光パルスとの衝突時にラマン増幅されたプローブ光パルスの前記ストークス光および前記アンチストークス光と同じ周波数成分の光強度を検出する、請求項1に記載の温度測定装置。The excitation light pulse generating means and the probe light pulse generating means respectively emit the excitation light pulse and the probe light pulse into the optical fiber from one end of the optical fiber,
The temperature measuring device is further provided at the other end of the optical fiber, and reflects the probe light pulse incident through the optical fiber so as to collide with the excitation light pulse at the measurement point. With
The light intensity detection means detects the light intensity of the same frequency component as the Stokes light and the anti-Stokes light of the probe light pulse Raman-amplified at the time of collision with the excitation light pulse at one end of the optical fiber. Item 2. The temperature measuring device according to Item 1.
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