JP5152540B2 - 光ファイバ温度分布測定装置 - Google Patents
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Description
ω0 :光源1の光周波数
ωr :光ファイバ3のラマンシフト周波数(rad/s)
h :プランク定数(6.626×10-34 Js)
k :ボルツマン定数(1.38×10-23 JK-1)
ここで、
この値を使い、光ファイバ3の温度がT(K)の位置から後方散乱されるASとSTの光強度比(Ias/Ist)から温度Tを求める式は、式(1)、(3)から、
なお、ここでは、光ファイバ3のラマンシフト周波数と温度基準部9に用いる光ファイバのラマンシフト周波数は同一と仮定している。
実際には装置本体と光ファイバ3の接続部分13での損失や、光ファイバ3の真のラマンシフト周波数と計算に使っているラマンシフト周波数との違いによる誤差が生じるため、光ファイバ3の近傍に配置した基準温度計11を使って真の温度を測定しておき、温度計算に用いるラマンシフト周波数(ωr)の微調整や、式(4)で求めた温度Tに対し係数やオフセットによる補正を行っている。
また、実際には、アンチストークス光とストークス光が光ファイバを伝搬する際の光ファイバ損失が若干異なるため、この損失差に対する補正があらかじめ行われているものとする。
Tr=A×T+C (5)
Tr :補正後の温度(K)
T :補正前の温度(K)
A :係数補正値
C :オフセット補正値
光ファイバをセンサとして用い、ラマン後方散乱光を利用して前記光ファイバに沿った温度分布を測定するように構成された光ファイバ温度分布測定装置において、
前記センサとして用いる光ファイバの近傍に設けた基準温度測定手段と、
装置内部に設けられている温度基準部に用いる光ファイバのラマンシフト周波数、前記センサとして用いる光ファイバのラマンシフト周波数および前記基準温度測定手段で測定した真の温度値をパラメータとする補正式を用いて測定温度を補正する温度補正手段、
を設けたことを特徴とする。
請求項1記載の光ファイバ温度分布測定装置において、
前記補正式として以下の式を用いることを特徴とする。
ω 1 :光ファイバ3の真のラマンシフト周波数(rad/s)
ω r :温度基準部9に用いる光ファイバの真のラマンシフト周波数(rad/s)
T :補正前の装置で計算した温度(K)
T 1 :基準温度計11で測定した基準温度(K)
T 1 ’:基準温度がT 1 の時の補正前の測定温度 (K)
T r :補正後の温度(K)
請求項1記載の光ファイバ温度分布測定装置において、
前記補正式として請求項2の補正式とともに以下の式を用いることを特徴とする。
ω 1 :光ファイバ3の真のラマンシフト周波数(rad/s)
ω r :温度基準部9の真のラマンシフト周波数(rad/s)
T 1 ,T 2 :基準温度計11で測定した基準温度(K)
T 1 ’,T 2 ’:基準温度がT 1 ,T 2 の時の補正前の測定温度 (K)
請求項1から3のいずれかに記載の光ファイバ温度分布測定装置において、
前記温度補正手段は、前記基準温度測定手段の温度測定データをリアルタイムに取り込むことを特徴とする。
温度補正部12による温度補正は、以下の手順で行う。
まず、従来と同様に、アンチストークス光ASとストークス光STの強度比と装置本体に内蔵された温度基準部9に設けられている温度計10の測定データを用い、式(4)に基づき温度Tを求める。この時、式(4)の計算の際に用いる光ファイバ3のラマンシフト周波数として、温度基準部9に用いる光ファイバのラマンシフト周波数ω r を用いる。
ωr :温度基準部9に用いる光ファイバの真のラマンシフト周波数(rad/s)
T :補正前の装置で計算した温度(K)
T1,T2 :基準温度計11で測定した基準温度(K)
T1’,T2’:基準温度がT1,T2の時の補正前の測定温度(K)
Tr :補正後の温度(K)
基準温度計11の近傍にある光ファイバの一定区間(数m〜数十m)の温度を2点(T 1 ,T 2 )設定する方法としては、気温の変化の少ない2つの時間帯を利用したり、一定区間を氷水に浸すことなどで実現できる。なお、このプロセスは常に必要なものではなく、基本的には1回のみでよい。
G 0 (T 0 ):温度基準部9の温度がT 0 の時に温度基準部9に用いる光ファイバから後方散乱されるAS光とST光の強度比
Gas :ASとST測定系の利得比
ω0 :光源1の光周波数
ωr :温度基準部9に用いる光ファイバの真のラマンシフト周波数(rad/s)
であり、Lrは式(9)で表される。
ω1 :温度センサとして用いる光ファイバ3の真のラマンシフト周波数(rad/s)
ΔGc :装置と光ファイバ3を接続するコネクタ13のAS光とST光における損失比である。
T1:基準温度計11で測定した基準温度(K)
T1’:基準温度がT1の時の補正前の測定温度(K)
T r :補正後の温度(K)
ω1:光ファイバ3の真のラマンシフト周波数(rad/s)
ωr:温度基準部9に用いる光ファイバの真のラマンシフト周波数(rad/s)
ωr :温度基準部9に用いる光ファイバの真のラマンシフト周波数(rad/s)
T1,T2 :基準温度計11で測定した基準温度(K)
T1’,T2’:基準温度がT1,T2の時の補正前の装置で計算した温度(K)
補正前の温度計算に用いたラマンシフト周波数ωr:72.4×1012 (rad/s)
基準温度T1,T2: 295.85(K) (22.7(℃))、521.25(K) (248.1(℃))
温度補正前の温度計算値T1’,T2’: 298.15(K) (25.0(℃)), 540.25 ( 267.1(℃))
2 光分波器
3 光ファイバ
4st,4as O/E変換器
6st,6as A/D変換器
7 演算制御部
7a 温度演算部
7b 定数格納部
7c 内部基準温度部ラマンシフト周波数格納部
7d 内部基準温度格納部
7e 内部基準温度部光強度比演算部
7f センサ光強度比演算部
8 パルス発生部
9 温度基準部
10 温度計
11 基準温度計
12 温度補正部
12a 温度補正演算部
12b 演算温度格納部
12c 内部基準温度部ラマンシフト周波数格納部
12d センサ基準温度格納部
12e センサ基準温度部演算温度格納部
12f センサラマンシフト周波数演算部
13 コネクタ接続部
Claims (4)
- 光ファイバをセンサとして用い、ラマン後方散乱光を利用して前記光ファイバに沿った温度分布を測定するように構成された光ファイバ温度分布測定装置において、
前記センサとして用いる光ファイバの近傍に設けた基準温度測定手段と、
装置内部に設けられている温度基準部に用いる光ファイバのラマンシフト周波数、前記センサとして用いる光ファイバのラマンシフト周波数および前記基準温度測定手段で測定した真の温度をパラメータとする補正式を用いて測定温度を補正する温度補正手段、
を設けたことを特徴とする光ファイバ温度分布測定装置。 - 前記温度補正手段は、前記基準温度測定手段の温度測定データをリアルタイムに取り込むことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の光ファイバ温度分布測定装置。
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