JPH02103428A - 信号処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は分布型光ファイバー温度センサーシステムにお
ける信号処理方法に関するものである。

［従来の技術］ 従来温度測定の一方法として、光ファイバーを用い、そ
の光ファイバーにパルス光を入射し、そのパルス光によ
る光ファイバー内のラマン敗乱光のうち、温度に影響を
受ける反ストークス光の遅れ時間と強度により被測定物
体または領域の温度分布を測定する分布型光ファイバー
温度センサーシステムが提案されている。上記の分布型
光ファイバー温度センサーシステムにおいて、受光した
光の強度信号を温度の情報に変換するための信号処理方
法（計算方法）としては、ラマン敗乱光のうちのストー
クス光と反ストークス光の両者を用い、ストークス光と
反ストークス光の強度の比により、絶対的な温度を求め
る方法であった。しかし、この方法は、二種類の異なっ
た種類の光を用いるため、二つの信号処理系統が必要で
あり、さらに、両者の信号処理系での雑音の処理、オフ
セットや、アンプの増幅率゛の調整等が必要となるため
、装置の調整等が極めて複雑になるという欠点があった
。

［発明の解決しようとした課題］ 本発明の目的は、従来技術が有した前述の欠点を解消し
ようとしたものである。

［課題を解決するための手段１ 本発明は、前述の課題を解決するためになされたもので
あり、光ファイバーを用いて光ファイバーにパルス光を
入射し、そのパルス光により発生した光ファイバー内の
反ストークス光の遅れ時間及び強度の情報信号から、被
測定物体又は領域の温度の情報を得るように処理する方
法において、あらかじめ、既知の温度での反ストークス
光強度のデータを収集、記憶しておき、そのデータを使
用して形成した内挿曲線又は外挿曲線により、被測定物
体又は領域の温度を求めることを特徴とした処理方法を
提供するものである。

［実施例］ 以下１本発明の実施例に従って説明する。第１図は、本
発明の分布型光ファイバー温度センサーシステムの基本
的構成を示すブロック図であって、　ｌはタイミングを
制ｉ卸する制御部、　２は発光部、３は光を分岐する手
段としてのファイバー型光結合器、４は受光部、５は信
号処理部、　６は光ファイバーである。その動作の仕方
は、まず発光部２で特定の波長のレーザーパルス光をフ
ァイバー型光結合器３を通して光ファイバー６に送り出
す。このレーザーパルス光による光ファイバー内からの
戻り光であるラマン敗乱先のうち、温度によってその強
度が影響を受ける反ストークス光をファイバー型光結合
器３を通して分岐し、受光部４で受光する。受光部４で
光電変換された信号を信号処理部５で信号処理して、温
度の情報として表示する。

反ストークス光の強度ＡＳ　（ｔ、”ｒ）は、光ファイ
バー全体が均一で、まっすぐな限り、以下のように書け
る。

ＡＳ　（ｔ、　Ｔ）＝ｂ（Ｔ）ｅｘｐ（ａｔ）ただし、 ｔ　　は遅れ時間、 Ｔ　　は温度、 ａ　　は減衰定数、 ｂ　（Ｔ）は温度についてのある関数である。

ただし光ファイバーが不均一であったり、曲っていたり
すると、αは光ファイバーの位置、すなわち遅れ時間ｔ
に依存する。

また、ｂ　（Ｔ）については、温度について単調増加す
る関数であり、具体的には、以下のように書けることが
知られている。

ｂ　（Ｔ）　＝　１　／ｅｘｐ（ｈｖ／ｋＴ　）＋　Ｒ
ただし、 ｈ　　はブランク定数、 はボルツマン定数、 は反ストークス光の周波数シフト量 は反ストークス光以外の波長が影響 するパラメータで、光ファイバーごと に決まる定数である。

ここで、反ストークス光のうち入射波長に対する周波数
シフト量Ｖが４５０ｃｍ−’のものを温度測定に使用す
るとしたと、ｂ　（Ｔ）の温度に対するグラフは第２図
のようになる。第２図から明らかなように、ｂ　（Ｔ）
は、Ｔについて単調増大であり、また特にこの場合は、
２５０に以上の温度領域では温度Ｔにたいして線形とみ
なすことができる。即ち、この領域では、ある特定の遅
れ時間ｔ０を示す光ファイバーの位置で見た場合、反ス
トークス光の強度ＡＳ　（ｔｏ　、Ｔ）は温度Ｔにたい
して線形とみなすことができる。以上のことは、αが遅
れ時間ｔに依存して変化する場合であっても、成立する
。

本実施例においては、まずファイバー全体をある特定の
温度Ｔ０及び”ｒ＋　　（Ｔｏ　＜ＴＩ）の２種類の恒
温状態として、レーザーパルス光を発光部２から光ファ
イバー６に入射し、その反ストークス光の強度を測定し
た。その測定結果が第３図である。第３図において、縦
軸は反ストークス光の強度ＡＳ　（ｔ、Ｔ）、横軸は遅
れ時間ｔであり、曲線７は、Ｔｏにおける反ストークス
光の強度ＡＳ　（ｔ、　Ｔｏ　）の遅れ時間による変化
、曲線８は、Ｔ１における反ストークス光の強度ＡＳ　
（ｔ、Ｔ、）の遅れ時間による変化を示している。

ＡＳ　（ｔ、Ｔ）を決めるために決定しなくてはならな
い未知数は、理論的にはＨのみなので、ＡＳ　（ｔ、Ｔ
）は１点だけ測定すれば良いことになる。しかし、実際
には、前述のように光ファイバーの性質や曲げの影響に
より、Ｒやαは温度や遅れ時間により若干変化するので
、本実施例では、ファイバー全体にわたって、遅れ時間
についてのＡＳ　（ｔ、　Ｔ）の変化を測定している。

　本実施例は、上記のｂ　（Ｔ）がＴに対して線形とみ
なすことができる場合について適用した。即ち、ある特
定の遅れ時間ｔ０を示す光ファイバーの位置で見た場合
、反ストークス光の強度ＡＳ　（ｔｏ　、Ｔ）は温度Ｔ
にたいして線形とみなすことができる場合について適用
した。

具体的には既知の温度２点Ｔ　ｏ　、　Ｔ　＋に対する
、遅れ時間ｔ。における反ストークス光強度のＡＳ　（
ｔｏ　、　Ｔｏ　＞　、　ＡＳ　（ｔｏ　、　ＴＩ　）
を上記の実験によって求める。もし温度測定によって、
遅れ時間上〇のところでの反ストークス光強度が、ＡＳ
　（ｔｏ　、　ＴＸ　）であるとしたと求める温度Ｔｘ
は単純に内分又は外分により、実施例においては、ＡＳ
　（ｔｏ　、Ｔ）がＴに対して、線形とみなせる場合に
ついて述べたが、もっと低温の、線形とは見なせない場
合であっても、用いる既知のデータを増やして、内挿ま
たは外挿のための曲線を指数関数としたことにより、同
様の操作が行える。

また、実施例では、内挿または外挿に用いる直線を決定
するのに、既知のデータを２つだけ用いる場合について
記しているが、３点以上の既知のデータを用いてもよく
、内挿または外挿に用いる直線または曲線の決定精度を
より高めるためにはそのほうが好ましい。

［発明の効果］ 本発明によると、既知の温度に設定したときの反ストー
クス光の強度のデータを収集、記憶しておきこのデータ
をもとに未知の温度を、反ストークス光の強度から簡便
な計算により温度が求められるという効果を有する。

さらに、既知の温度に光ファイバー全体を恒温状態にし
たときの反ストークス光強度分布を収集するので、光フ
ァイバー自体の構造等による、温度によらない反ストー
クス光の変化をも収集、記憶することになり、そのデー
タをもとに計算を行うので、較正を行ったことと同様の
効果が得られる。

温度測定に反ストークス光のみを利用しているのでシス
テム構成が簡単になる効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の１実施例の基本的構成を示すブロ
ック図であり、第２図は反ストークス光の温度に影響を
受ける係数ｂ　（Ｔ）と温度Ｔの関係を示す図である。 また、第３図は、反ストークス光の強度ＡＳ　（ｔ、Ｔ
）と遅れ時間ｔの関係を示す図である。 図において、　ｌはタイミングを制御する制御部、２は
発光部、３は光を分岐する手段としてのファイバー型光
結合器、４は受光部、５は信号処理部、６は光ファイバ
ーである。また、曲線７は、ＴｏにおけるＡＳ　（ｔ、
　Ｔｏ　）の遅れ時間による変化、曲線８は、Ｔ１にお
ける反ストークス光の強度ＡＳ　（ｔ、Ｔ、）の遅れ時
間による変化を示している。 Ｔ （ｋ） 箕 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）光ファイバーを用いて光ファイバーにパルス光を
   入射し、そのパルス光により発生した光ファイバー内の
   反ストークス光の遅れ時間及び強度の情報信号から、被
   測定物体又は領域の温度の情報を得るように処理する信
   号処理方法において、あらかじめ、既知の温度での反ス
   トークス光強度のデータを収集、記憶しておき、そのデ
   ータを使用して求めた内挿曲線又は外挿曲線により、被
   測定物体又は領域の温度を求めることを特徴とした信号
   処理方法。
2. （２）反ストークス光の強度が温度とほぼ線形な関係に
   あるとみなせる温度範囲で使用し、内挿曲線又は外挿曲
   線として直線を用いることを特徴とした請求項１記載の
   信号処理方法。