JP7192626B2 - Temperature measuring device, temperature measuring method and temperature measuring program - Google Patents
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Description
本件は、温度測定装置、温度測定方法、および温度測定プログラムに関する。 The present application relates to a temperature measuring device, a temperature measuring method, and a temperature measuring program.
温度を測定する手法として後方ラマン散乱光を用いた光ファイバ温度計測が開発されている。この温度計測では、光ファイバ中で後方散乱したストークス成分とアンチストークス成分との比から温度が算出される。しかしながら、光ファイバに劣化が生じると、温度測定に誤差が生じる場合がある。 Optical fiber temperature measurement using backward Raman scattered light has been developed as a method for measuring temperature. In this temperature measurement, the temperature is calculated from the ratio of the Stokes and anti-Stokes components backscattered in the optical fiber. However, when the optical fiber degrades, the temperature measurement may become erroneous.
そこで、後方ラマン散乱光の劣化による減衰量を推定して補正する試みが行われている。例えば、基準温度計のデータから減衰量を推定する手法が開示されている(例えば、特許文献1参照)。また、波長の異なる光源を複数用いて、後方レイリー散乱光強度から減衰の波長依存性を調べることで、後方ラマン散乱の減衰量を推定する方法が開示されている(例えば、特許文献2参照)。 Therefore, attempts have been made to estimate and correct the amount of attenuation due to deterioration of the backward Raman scattered light. For example, a method of estimating attenuation from data of a reference thermometer has been disclosed (see Patent Document 1, for example). Further, a method of estimating the attenuation of back Raman scattering is disclosed by examining the wavelength dependence of attenuation from the intensity of back Rayleigh scattered light using a plurality of light sources with different wavelengths (see, for example, Patent Document 2). .
しかしながら、基準温度計を用いても、光ファイバ距離に非線形な減衰量を推定することは困難である。光源を複数用いると、それに対応する受光器なども必要となり、コストがかかる。 However, even with a reference thermometer, it is difficult to estimate nonlinear attenuation with optical fiber distance. If a plurality of light sources are used, corresponding light receivers and the like are also required, which increases the cost.
1つの側面では、本件は、光ファイバの劣化に起因する減衰量を低コストで推定することができる温度測定装置、温度測定方法および温度測定プログラムを提供することを目的とする。 In one aspect, an object of the present invention is to provide a temperature measuring device, a temperature measuring method, and a temperature measuring program capable of estimating attenuation caused by deterioration of an optical fiber at low cost.
1つの態様では、温度測定装置は、所定の経路に沿って配置された光ファイバのサンプリング位置について、前記光ファイバからの後方散乱光量の時系列データに対して、第1時点よりも後の所定の時間範囲についてフィッティングを行うことで、時間に対する前記後方散乱光量の変動の低周波成分を抽出するフィッティング部と、前記フィッティング部の結果を用いて、前記後方散乱光量を補正する補正部と、前記補正部によって補正された前記後方散乱光量を用いて、前記サンプリング位置の温度を測定する温度測定部と、を備える。 In one aspect, the temperature measurement device measures the time-series data of the amount of backscattered light from the optical fiber at the sampling positions of the optical fiber arranged along the predetermined path after the first time point. A fitting unit that extracts low-frequency components of fluctuations in the amount of backscattered light with respect to time by performing fitting for a time range of; a correction unit that corrects the amount of backscattered light using the results of the fitting unit; a temperature measurement unit that measures the temperature of the sampling position using the amount of backscattered light corrected by the correction unit.
光ファイバの劣化に起因する減衰量を低コストで推定することができる。 Attenuation due to optical fiber degradation can be estimated at low cost.
以下、図面を参照しつつ、実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
(実施形態)
図1(a)は、温度測定装置100の全体構成を表す概略図である。図1(a)で例示するように、温度測定装置100は、測定機10、制御部20、光ファイバ30などを備える。測定機10は、レーザ11、ビームスプリッタ12、光スイッチ13、フィルタ14、複数の検出器15a,15bなどを備える。制御部20は、指示部21、温度測定部22、記憶部23、劣化判定部24、モデル作成部25、フィッティング部26、補正部27などを備える。
(embodiment)
FIG. 1(a) is a schematic diagram showing the overall configuration of the
図1(b)は、制御部20のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。図1(b)で例示するように、制御部20は、CPU101、RAM102、記憶装置103、インタフェース104などを備える。これらの各機器は、バスなどによって接続されている。CPU(Central Processing Unit)101は、中央演算処理装置である。CPU101は、1以上のコアを含む。RAM(Random Access Memory)102は、CPU101が実行するプログラム、CPU101が処理するデータなどを一時的に記憶する揮発性メモリである。記憶装置103は、不揮発性記憶装置である。記憶装置103として、例えば、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリなどのソリッド・ステート・ドライブ(SSD)、ハードディスクドライブに駆動されるハードディスクなどを用いることができる。CPU101が記憶装置103に記憶されている温度測定プログラムを実行することによって、制御部20に指示部21、温度測定部22、記憶部23、劣化判定部24、モデル作成部25、フィッティング部26、補正部27などが実現される。なお、制御部20の各部は、専用の回路などのハードウェアであってもよい。
FIG. 1B is a block diagram for explaining the hardware configuration of the
レーザ11は、半導体レーザなどの光源であり、指示部21の指示に従って所定の波長範囲のレーザ光を出射する。本実施形態においては、レーザ11は、所定の時間間隔で光パルス(レーザパルス)を出射する。ビームスプリッタ12は、レーザ11が出射した光パルスを光スイッチ13に入射する。光スイッチ13は、入射された光パルスの出射先(チャネル)を切り替えるスイッチである。ダブルエンド方式では、光スイッチ13は、指示部21の指示に従って、光ファイバ30の第1端および第2端に一定周期で交互に光パルスを入射する。シングルエンド方式では、光スイッチ13は、指示部21の指示に従って、光ファイバ30の第1端または第2端のいずれか一方に光パルスを入射する。光ファイバ30は、温度測定対象の所定の経路に沿って配置されている。
The
光ファイバ30に入射した光パルスは、光ファイバ30内を伝搬する。光パルスは、伝搬方向に進行する前方散乱光および帰還方向に進行する後方散乱光(戻り光)を生成しながら徐々に減衰して光ファイバ30内を伝搬する。後方散乱光は、光スイッチ13を通過してビームスプリッタ12に再度入射する。ビームスプリッタ12に入射した後方散乱光は、フィルタ14に対して出射される。フィルタ14は、WDMカプラなどであり、後方散乱光から長波長成分(後述するストークス成分)と短波長成分(後述するアンチストークス成分)とを抽出する。検出器15a,15bは、受光素子である。検出器15aは、所定の周期でストークス成分の受光強度を電気信号に変換して記憶部23に記憶させる。それにより、記憶部23は、ストークス成分の光量の時系列データを記憶する。検出器15bは、検出器15aと同じ周期でアンチストークス成分の受光強度を電気信号に変換して記憶部23に記憶させる。それにより、記憶部23は、アンチストークス成分の光量の時系列データを記憶する。温度測定部22は、記憶部23に記憶されているストークス成分の光量およびアンチストークス成分の光量を用いて、光ファイバ30の温度測定対象範囲の各サンプリング位置の温度を測定することで、光ファイバ30の延伸方向の温度分布を測定する。
A light pulse incident on the
以下、温度分布の測定の詳細について説明する。図2は、後方散乱光の成分を表す図である。図2で例示するように、後方散乱光は、大きく3種類に分類される。これら3種類の光は、光強度の高い順かつ入射光波長に近い順に、OTDR(光パルス試験器)などに使用されるレイリー散乱光、歪測定などに使用されるブリルアン散乱光、温度測定などに使用されるラマン散乱光である。ラマン散乱光は、温度に応じて変化する光ファイバ30内の格子振動と光との干渉で生成される。強めあう干渉によりアンチストークス成分と呼ばれる短波長成分が生成され、弱めあう干渉によりストークス成分とよばれる長波長成分が生成される。
The details of the temperature distribution measurement will be described below. FIG. 2 is a diagram showing components of backscattered light. As illustrated in FIG. 2, the backscattered light is roughly classified into three types. These three types of light are, in descending order of light intensity and closeness to the incident light wavelength, Rayleigh scattered light used for OTDR (optical pulse tester), Brillouin scattered light used for strain measurement, temperature measurement, etc. is the Raman scattered light used for Raman scattered light is generated by interference between light and lattice vibrations in the
図3(a)は、レーザ11による光パルス発光後の経過時間と、ストークス成分およびアンチストークス成分の光強度との関係を例示する図である。経過時間は、光ファイバ30における伝搬距離(光ファイバ30における位置)に対応している。図3(a)で例示するように、ストークス成分およびアンチストークス成分の光強度は、両方とも経過時間とともに低減する。これは、光パルスが前方散乱光および後方散乱光を生成しながら徐々に減衰して光ファイバ30内を伝搬することに起因する。
FIG. 3A is a diagram illustrating the relationship between the elapsed time after the
図3(a)で例示するように、アンチストークス成分の光強度は、光ファイバ30において高温になる位置ではストークス成分と比較してより強くなり、低温になる位置ではストークス成分と比較してより弱くなる。したがって、両成分を検出器15a,15bで検出し、両成分の特性差を利用することによって、光ファイバ30内の各位置の温度を検出することができる。なお、図3(a)において、極大を示す領域は、相対的に高温の領域である。また、極小を示す領域は、相対的に低温の領域である。
As exemplified in FIG. 3A, the light intensity of the anti-Stokes component is stronger at the high temperature position in the
本実施形態においては、温度測定部22は、記憶部23に記憶されているストークス成分の光量およびアンチストークス成分の光量の時系列データから、光ファイバ30内の温度測定対象区間における各サンプリング位置(各区画)の温度を測定する。すなわち、温度測定部22は、光ファイバ30の延伸方向において、温度測定対象区間の温度分布を測定する。なお、両成分の特性差を利用することから、距離に応じて両成分の光強度が減衰しても、高精度で温度を測定することができる。図3(b)は、図3(a)の検出結果を用いて算出した温度である。図3(b)の横軸は、経過時間を基に算出した光ファイバ30内の位置である。図3(b)で例示するように、ストークス成分およびアンチストークス成分を検出することによって、光ファイバ30の温度測定対象区間の各サンプリング位置の温度を測定することができる。
In the present embodiment, the
レーザ11が光パルスを出力するたびに同様の温度測定を繰り返すことで、温度測定部22は、光パルスの出力周期で、光ファイバ30の温度測定対象区間の温度分布の測定を繰り返すことができる。それにより、温度測定部22は、温度測定対象区間の温度分布の経時変化を取得することができる。
By repeating the same temperature measurement each time the
しかしながら、時間の経過とともに、光ファイバ30に劣化が生じることがある。例えば、マイクロベンド、ガラス中の水や水素による特定波長光の吸収、放射線による欠陥、高温によるドーパント拡散などに起因して、光ファイバ30に劣化が生じることがある。光ファイバ30に劣化が生じると、損失が発生し、後方散乱光量の減衰幅が大きくなる傾向がある。
However, over time,
図4は、光ファイバ30の温度測定対象区間に劣化が生じて損失が発生した場合の後方散乱光量を例示する図である。図4で例示するように、損失が発生すると、光ファイバ30の各サンプリング位置において、後方散乱光量の減衰幅が大きくなる。後方ラマン散乱光を用いた光ファイバ温度計測では、入射光の減衰および戻り光の減衰が、測定される後方散乱光量に影響する。後方ラマン散乱光の2成分であるストークス成分とアンチストークス成分との比から温度を算出する手法においては、劣化に起因するストークス成分の減衰比とアンチストークス成分の減衰比とが異なると、温度測定に誤差が生じる。
FIG. 4 is a diagram illustrating the amount of backscattered light when deterioration occurs in the temperature measurement target section of the
そこで、本実施形態においては、光ファイバ30の劣化に起因する後方散乱光量の減衰を推定し、推定された減衰に基づいて後方散乱光量を補正する。
Therefore, in the present embodiment, attenuation of the amount of backscattered light caused by deterioration of the
光ファイバ30の劣化に起因する後方散乱光量の減衰を推定するためには、まず、光ファイバ30に劣化が生じていることを確認することが好ましい。そこで、劣化判定部24は、光ファイバ30に劣化が生じているか否かを判定する。
In order to estimate the attenuation of the amount of backscattered light due to deterioration of the
光ファイバ30に劣化が生じていなければ、同じ温度の異なる2つのサンプリング位置において、ストークス成分の光量とアンチストークス成分の光量との比(または対数の差)が略一致する。そこで、本実施形態においては、光ファイバ30において、温度測定対象区間外を基準として、温度測定対象区間に劣化が生じているか否かを判定する。温度測定対象区間外を基準とするために、温度測定対象区間外に捲回部を設ける。
If the
図5は、光ファイバ30の温度測定対象区間外に設ける捲回部を例示する図である。図5で例示するように、光ファイバ30の第1端と温度測定対象区間33との間に、第1捲回部31を設ける。また、光ファイバ30の第2端と温度測定対象区間33との間に、第2捲回部32を設ける。第1捲回部31および第2捲回部32は、同じ温度分布が得られるように、同一箇所で捲回されている。この構成では、第1捲回部31および第2捲回部32は、同一の温度を有していると仮定される。したがって、劣化による減衰が捲回部に生じていなければ、ストークス成分の光量とアンチストークス成分の光量との比(もしくは対数の差)が略一致する。この条件から、光ファイバ30の温度測定対象区間33に劣化が起きているかを判定することができる。
FIG. 5 is a diagram illustrating a wound portion provided outside the temperature measurement target section of the
例えば、第1捲回部31のストークス成分の光量の対数をST1とし、第1捲回部のアンチストークス成分の光量の対数をAS1とする。第2捲回部32のストークス成分の光量の対数をST2とし、第2捲回部32のアンチストークス成分の光量の対数をAS2とする。光ファイバ30の第1端に光入射する場合において、Δ(ST-AS)を(ST1-AS1)-(ST2-AS2)と定義する。Δ(ST-AS)が大きくなれば、第1捲回部31と第2捲回部32とで、ストークス成分とアンチストークス成分との比に乖離が生じることになり、光ファイバ30の温度測定対象区間において劣化が進んでいることになる。そこで、劣化判定部24は、Δ(ST-AS)が閾値αを上回っていれば、光ファイバ30の温度測定対象区間に劣化が生じていると判定する。閾値αは、例えば、光ファイバ30が劣化していないときのΔ(ST-AS)の標準偏差σの3倍の3σとしてもよい。
For example, the logarithm of the light amount of the Stokes component of the first wound portion 31 is assumed to be ST1, and the logarithm of the light amount of the anti-Stokes component of the first wound portion is assumed to be AS1. The logarithm of the light amount of the Stokes component of the second wound portion 32 is assumed to be ST2, and the logarithm of the light amount of the anti-Stokes component of the second wound portion 32 is assumed to be AS2. When the light enters the first end of the
光ファイバ30に劣化が生じていると判定された後、各サンプリング位置について、光ファイバ30の劣化に起因する後方散乱光量の劣化に関する部分を抽出して、後方散乱光量の減衰を推定する。図6(a)および図6(b)は、本実施形態において、後方散乱光量の劣化に関する部分を抽出する手法の概略を例示する図である。図6(a)は、温度測定対象区間の所定のサンプリング位置における後方散乱光量の経時変化を例示する図である。図6(a)の例では、ある時点を境に光ファイバ30に劣化が生じている。ここで、後方散乱光量は、温度に関する成分と劣化に関する成分との和である。温度に関する成分の周波数と、劣化に関する成分の周波数とは異なっている。環境が一定の場合、劣化に関する成分は、温度に関する成分と比較して十分に低い周波数を有している。そこで、図6(b)で例示するように、時間に対する後方散乱光量の変動の低周波成分を抽出することで、後方散乱光量の劣化に関する部分を周波数で切り分けて抽出することができる。切り分けて抽出した部分について劣化に起因する減衰量を推定できれば、当該減衰量に相当する光量を測定された光量に加えることで、温度誤差を解消することができる。
After it is determined that the
図7(a)~図7(c)は、劣化による減衰量を計算する例を説明する図である。図7(a)は、温度測定対象区間の所定のサンプリング位置における後方散乱光量の経時変化を例示する図である。モデル作成部25は、Δ(ST-AS)が閾値αを上回っていない時間区間の後方散乱光量から、劣化前のモデルを作成する。劣化前におけるストークス成分のモデルをSTMと称する。劣化前におけるアンチストークス成分のモデルをASMと称する。新たなSTMおよびASMが作成されるたびに、STMおよびASMが当該新たなSTMおよびASMによって更新される。例えば、図7(a)で例示するように、モデル作成部25は、各サンプリング位置について、後方散乱光量の時間推移に対して、劣化による影響が出ていない時間区間を、例えば平均化してモデルデータとする。それにより、モデル作成部25は、各サンプリング位置について、STMおよびASMを作成する。
FIGS. 7(a) to 7(c) are diagrams for explaining an example of calculating attenuation due to deterioration. FIG. 7A is a diagram illustrating temporal changes in the amount of backscattered light at predetermined sampling positions in the temperature measurement target section. The
次に、図7(b)で例示するように、フィッティング部26は、後方散乱光量の時系列データについて、劣化に起因する減衰の周波数を有するフィッティング関数でフィッティングを行い、当該フィッティング関数から最新のフィッティング値を求める。例えば、フィッティング部26は、後方散乱光量の直近過去の時系列データに対して、劣化に起因する減衰の周波数を有するフィッティング関数でフィッティングを行い、当該フィッティング関数から現在時刻のフィッティング値を求める。フィッティングには、線形回帰、曲線回帰などを用いることができる。ストークス成分の現在時刻のフィッティング値をSTFと称し、アンチストークス成分の現在時刻のフィッティング値をASFと称する。フィッティング部26は、各サンプリング位置について、STFおよびASFを取得する。
Next, as exemplified in FIG. 7B, the
補正部27は、モデルとフィッティング値との差分を、劣化による減衰量推定値とする。例えば、補正部27は、ストークス成分について、(STM-STF)をストークス成分の光量の減衰量と推定する。また、補正部27は、アンチストークス成分について、(ASM-ASF)をアンチストークス成分の光量の減衰量と推定する。補正部27は、この減衰量推定値を温度測定対象区間の各サンプリング位置で求めることにより、減衰量推定値分布を作成する。
The
図7(c)は、減衰量推定分布を例示する図である。図7(c)において、実線が減衰量推定分布を表している。図7(c)で例示するように、減衰量推定値分布は、緩やかな温度変化やフィッティング精度などから誤差を含んでいる。そのため、減衰量推定値分布をフィルタ処理によって高精度化することが好ましい。劣化による減衰量は、光が減衰しながら進むのでレーザ11からの光ファイバ距離に対して必ず増加する。また、劣化の性質(例えば敷設状態に依存する分布)から距離に対して、どのような周波数であるかを予想できるため、得られた減衰量推定値分布に対してローパスフィルタなどのフィルタ処理を行うことで高精度化を図ることができる。図7(c)において、点線がフィルタ処理後の減衰量推定値分布を表している。
FIG. 7(c) is a diagram illustrating an attenuation estimation distribution. In FIG. 7(c), the solid line represents the estimated attenuation distribution. As illustrated in FIG. 7(c), the attenuation estimated value distribution contains errors due to gradual temperature changes, fitting accuracy, and the like. Therefore, it is preferable to improve the precision of the attenuation estimated value distribution by filtering. The amount of attenuation due to deterioration inevitably increases with the optical fiber distance from the
補正部27は、高精度化した減衰量推定値を、測定された後方散乱光量に加えることで補正を行う。例えば、補正部27は、各サンプリング位置について、測定されたストークス成分の光量に、(STM-STF)を加算する。また、補正部27は、各サンプリング位置について、測定されたアンチストークス成分の光用に(ASM-ASF)を加算する。温度測定部22は、各サンプリング位置について、補正部27によって補正されたストークス成分の光量およびアンチストークス成分の光量を用いて、温度を測定する。
The
温度測定対象区間に同じ温度の複数個所のサンプリング位置を設けた場合には、その条件を使いさらに減衰量推定値を計算することで高精度化することも可能である。また、温度と劣化との間に相関がある場合は、補正後の後方散乱光量から温度を計算し、その温度情報から減衰量推定値を再計算することで高精度化することも可能である。 If a plurality of sampling positions with the same temperature are provided in the temperature measurement target section, it is possible to further increase the accuracy by calculating the attenuation estimated value using the conditions. Also, if there is a correlation between temperature and deterioration, it is possible to increase the accuracy by calculating the temperature from the corrected amount of backscattered light and recalculating the attenuation estimated value from the temperature information. .
図8は、制御部20が実行するフローチャートを例示する図である。まず、劣化判定部24は、記憶部23から、サンプリング位置ごとに、所定の時間範囲について、後方散乱光量の時系列データを取得する(ステップS1)。次に、劣化判定部24は、取得した後方散乱光量の時系列データのうち第1捲回部31および第2捲回部32の時系列データを抽出し、最新時刻のΔ(ST-AS)を算出する。
FIG. 8 is a diagram illustrating a flowchart executed by the
次に、劣化判定部24は、Δ(ST-AS)が閾値αを超えたか否かを判定する(ステップS2)。ステップS2で「No」と判定された場合、モデル作成部25は、ステップS1で取得した時系列データから、モデルデータ(STMおよびASM)を作成する(ステップS3)。作成済みのSTMおよびASMが有れば、モデル作成部25は、ステップS3で作成したSTMおよびASMに更新する。その後、温度測定部22は、各サンプリング位置について、最新のストークス成分の光量およびアンチストークス成分の光量を用いて、温度測定を行う(ステップS4)。その後、所定時間後に、ステップS1から再度実行される。
Next, the
ステップS2で「Yes」と判定された場合、劣化判定部24は、前回のΔ(ST-AS)であるΔ(ST‘-AS’)と、今回のΔ(ST-AS)との差が、閾値βを超えたか否かを判定する(ステップS5)。閾値βは、例えば劣化していないときのΔ(ST‘-AS’)―Δ(ST-AS)の標準偏差σの3倍の3σとしてもよい。ステップS5の実行によって、光ファイバ30の劣化が進行しているか否かを判定できるようになる。
If the determination in step S2 is “Yes”, the
ステップS5で「Yes」と判定された場合、フィッティング部26は、後方散乱光量の直近過去の時系列データに対して、劣化に起因する減衰の周波数を有するフィッティング関数でフィッティングを行い、現在時刻のフィッティング値を求める。それにより、フィッティング部26は、各サンプリング位置について、STFおよびASFを作成する(ステップS6)。
If it is determined as "Yes" in step S5, the
次に、補正部27は、各サンプリング位置について、STMとSTFとの差分(STM-STF)を算出することで、ストークス成分の減衰量推定値分布を算出する。また、補正部27は、各サンプリング位置について、ASMとASFとの差分(ASM-ASF)を算出することで、アンチストークス成分の減衰量推定値分布を算出する(ステップS7)。
Next, the
次に、補正部27は、ステップS7で得られた減衰量推定値分布に対して、フィルタ処理を行う(ステップS8)。補正部27は、(STM-STF)のフィルタ処理後の値を補正値として保存し、(ASM-ASF)のフィルタ処理後の値を補正値として保存する。次に、補正部27は、フィルタ処理された減衰量推定値分布を用いて、各サンプリング位置の後方散乱光量を補正する(ステップS9)。例えば、補正部27は、各サンプリング位置について、測定された後方散乱光量に減衰量を加算することで、劣化に起因する減衰を相殺する。その後、温度測定部22は、ステップS4を実行する。この場合、温度測定部22は、補正された後方散乱光量を用いる。
Next, the
ステップS5で「No」と判定された場合、補正部27は、(STM-STF)および(ASM-ASF)の保存された補正値を用いて、各サンプリング位置について、後方散乱光量定の結果を補正する(ステップS10)。その後、温度測定部22は、ステップS4を実行する。この場合、温度測定部22は、補正された後方散乱光量を用いる。
If the determination in step S5 is "No", the
図9(a)~図9(c)および図10(a)~図10(c)は、劣化による減衰と補正のシミュレーションを説明する図である。図9(a)で例示するように、光ファイバ30の位置に対して温度が周期的に変化するものとした。さらに、光ファイバ30から得られる温度分布が、平均温度は変わらずに温度変化するものとした。また、図9(b)で例示するように、各サンプリング位置について、測定開始後のある時刻から劣化が始まり後方散乱光量が減衰していくものとした。なお、図9(b)の例は、光ファイバ30において、第1端から25mの位置における後方散乱光量を表している。モデル作成部25は、図9(c)で例示するように、劣化していない時間区間の後方散乱光量を用いて、STMおよびASMを作成した。
FIGS. 9(a) to 9(c) and 10(a) to 10(c) are diagrams for explaining simulations of attenuation and correction due to deterioration. As illustrated in FIG. 9A, the temperature is assumed to change periodically with respect to the position of the
図10(a)で例示するように、フィッティング部26は、後方散乱光量の直近の過去データに対して、劣化による減衰の周波数をもつフィッティング関数でフィッティングを行い、現在時刻におけるフィッティングデータを求めた。補正部27は、図10(b)および図10(c)で例示するように、減衰量推定値分布を用いて、測定温度分布を補正した。それにより、補正前と比較して温度誤差が改善された。
As exemplified in FIG. 10(a), the
図11は、後方散乱光量のデータ例である。後方散乱光量は、光ファイバ位置ごとに、ある時間間隔で測定される。後方散乱光量データは、ストークス成分およびアンチストークス成分の2種類が同時に得られ、光ファイバの敷設によっては、チャンネルを切り替えることで複数のループの後方散乱光量データを測定することができる。 FIG. 11 is an example of backscattered light amount data. The amount of backscattered light is measured at certain time intervals for each optical fiber position. Two types of backscattered light amount data, a Stokes component and an anti-Stokes component, can be obtained at the same time, and backscattered light amount data of a plurality of loops can be measured by switching channels depending on the laying of optical fibers.
本実施形態によれば、所定の経路に沿って配置された光ファイバ30のサンプリング位置について、光ファイバ30からの後方散乱光量の時系列データに対して、所定の時点よりも後の所定の時間範囲についてフィッティングが行われる。それにより、後方散乱光量の時系列データから、光ファイバ30の劣化に起因する低周波成分が抽出される。この構成では、光ファイバ30の劣化に起因する減衰量を低コストで推定することができる。このフィッティングの結果を用いて、後方散乱光量が補正される。それにより、光ファイバ30の劣化による減衰量を補正することができる。したがって、補正された後方散乱光量を用いてサンプリング位置の温度を測定することで、正確に温度測定を行うことができる。
According to this embodiment, for sampling positions of the
なお、フィッティング部26は、フィッティングを行う所定の時間範囲、またはフィッティング関数の周波数を、光ファイバ30の劣化前における後方ラマン散乱光の時間スペクトルの分布から決定することが好ましい。すなわち、温度変化の周波数よりも低い周波数域でフィッティングを行うことが推奨される。
The
なお、本実施形態においては、フィッティング部26が、所定の経路に沿って配置された光ファイバのサンプリング位置について、前記光ファイバからの後方散乱光量の時系列データに対して、第1時点よりも後の所定の時間範囲についてフィッティングを行うことで、時間に対する前記後方散乱光量の変動の低周波成分を抽出するフィッティング部の一例として機能する。補正部27が、前記フィッティング部の結果を用いて、前記後方散乱光量を補正する補正部の一例として機能する。温度測定部22が、前記補正部によって補正された前記後方散乱光量を用いて、前記サンプリング位置の温度を測定する温度測定部の一例として機能する。モデル作成部25が、前記時系列データについて、前記第1時点よりも前のデータからモデルを作成するモデル作成部の一例として機能する。Δ(ST-AS)が閾値αを上回る時点が、第1時点の一例である。後方散乱光量の時系列データの最新時刻が、第2時点の一例である。第1捲回部31が、光ファイバ30の所定区間の前の第1区間の一例である。第2撒回部32が、光ファイバ30の所定区間の後の第2区間の一例である。
In the present embodiment, the
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and variations can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. Change is possible.
10 測定機
11 レーザ
12 ビームスプリッタ
13 光スイッチ
14 フィルタ
15a,15b 検出器
20 制御部
21 指示部
22 温度測定部
23 記憶部
24 劣化判定部
25 モデル作成部
26 フィッティング部
27 補正部
30 光ファイバ
31 第1捲回部
32 第2捲回部
33 温度測定対象区間
100 温度測定装置
10 measuring
Claims (7)
前記フィッティング部の結果を用いて、前記後方散乱光量を補正する補正部と、
前記補正部によって補正された前記後方散乱光量を用いて、前記サンプリング位置の温度を測定する温度測定部と、を備えることを特徴とする温度測定装置。 For sampling positions of an optical fiber arranged along a predetermined path, fitting is performed for a predetermined time range after the first time point with respect to the time series data of the amount of backscattered light from the optical fiber, a fitting unit that extracts low-frequency components of variations in the amount of backscattered light with respect to time;
a correction unit that corrects the amount of backscattered light using the result of the fitting unit;
A temperature measurement device, comprising: a temperature measurement unit that measures the temperature of the sampling position using the amount of backscattered light corrected by the correction unit.
前記補正部は、前記モデルと、前記フィッティング部によるフィッティングによって得られたフィッティング関数の前記第1時点よりも後の第2時点における値との差分を用いて、前記後方散乱光量を補正することを特徴とする請求項1記載の温度測定装置。 A model creation unit that creates a model for the time-series data from data prior to the first time point,
The correction unit corrects the amount of backscattered light using a difference between the model and a value of the fitting function obtained by fitting by the fitting unit at a second time point after the first time point. A temperature measuring device according to claim 1.
前記第1区間のストークス成分の対数をST1とし、前記第1区間のアンチストークス成分の対数をAS1とし、前記第2区間のストークス成分の対数をST2とし、前記第2区間のアンチストークス成分の対数をAS2とした場合に、前記第1時点は、(ST1-AS1)-(ST2-AS2)が所定の閾値を上回った時点以降の時点であることを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載の温度測定装置。 The optical fiber has a first section and a second section that provide the same temperature distribution before and after the predetermined section,
Let ST1 be the logarithm of the Stokes component of the first interval, AS1 be the logarithm of the anti-Stokes component of the first interval, ST2 be the logarithm of the Stokes component of the second interval, and ST2 be the logarithm of the anti-Stokes component of the second interval. is AS2, the first time point is a time point after (ST1-AS1)-(ST2-AS2) exceeds a predetermined threshold. The temperature measurement device according to item 1.
補正部が、前記フィッティング部の結果を用いて、前記後方散乱光量を補正し、
温度測定部が、前記補正部によって補正された前記後方散乱光量を用いて、前記サンプリング位置の温度を測定する、ことを特徴とする温度測定方法。 A fitting unit performs fitting for a predetermined time range after a first point in time to the time-series data of the amount of backscattered light from the optical fiber at the sampling positions of the optical fiber arranged along the predetermined path. By performing, extracting the low frequency component of the fluctuation of the backscattered light amount with respect to time,
A correction unit corrects the backscattered light amount using the result of the fitting unit,
A temperature measuring method, wherein a temperature measuring unit measures the temperature of the sampling position using the backscattered light quantity corrected by the correcting unit.
所定の経路に沿って配置された光ファイバのサンプリング位置について、前記光ファイバからの後方散乱光量の時系列データに対して、第1時点よりも後の所定の時間範囲についてフィッティングを行うことで、時間に対する前記後方散乱光量の変動の低周波成分を抽出する処理と、
前記フィッティングの結果を用いて、前記後方散乱光量を補正する処理と、
補正された前記後方散乱光量を用いて、前記サンプリング位置の温度を測定する処理と、を実行させることを特徴とする温度測定プログラム。 to the computer,
For sampling positions of an optical fiber arranged along a predetermined path, fitting is performed for a predetermined time range after the first time point with respect to the time series data of the amount of backscattered light from the optical fiber, a process of extracting low-frequency components of variations in the amount of backscattered light with respect to time;
A process of correcting the amount of backscattered light using the result of the fitting;
and measuring the temperature at the sampling position using the corrected amount of backscattered light.
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