JPH02141632A - 分布型光ファイバー温度センサー - 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に係り、特に
大出力パルスレーザ光を発振する光源と低損失の被測定
ファイバーを用いて、長距離に回る光ファイバーの温度
分布を測定可能とした分布型光ファイバー温度センサー
に関するものである。

［従来の技術］ 光ファイバーに高ビークパワーのパルスレーザな入射し
、その伝搬に伴い散乱光が入射端に戻り、その光量や、
波長を検出することにより光ファイバー周囲の物理量（
例えば温度、圧力、　ｅｔｃ・・・）を、また光を入射
してから戻り光を検出する迄の遅れ時間を測定すること
により距離（位置）の情報を得る０ＴＤＲ法はよく知ら
れている。

実際には光ファイバー〇伝搬損失、接続損失、接続位置
、破断位置を測定するいわゆる０ＴＤＲは計測器として
実用化されており、又温度センサーとしては、Ｅ　Ｐ　
２１３８７２　　又、ＧＢ２１２２３３７等の特許があ
る。

従来、温度センサーとしては数種類の方式が検討されて
きたが、大別すると次の通りである。

■パルスレーザ光の伝搬に伴ない発生する後方散乱光を
検出する方法。

■パルスレーザ光の伝搬に伴ない発生する反ストークス
光（ラマン散乱光）を検出する方法。

■パルスレーザ光の伝搬に伴ない発生するストークス光
と反ストークス光（ラマン散乱光）の強度比を検出する
方法。

これらの方式ではいずれも入射光量と比較して、非常に
微弱な散乱光を検出することになる。

入射パルスレーザ光の強度に対する後方散乱光、ストー
クス光２反ストークス光の相対強度は各々−４０ｄＢ、
　−６０ｄＢ、　−８０ｄＢ程度と微弱であるため、受
光にはＡＰＤ等を用いているが、従来の損失の大きな光
ファイバーを使用すると、遠方の微弱な反ストークス（
ラマン散乱光）は第４図のように入射端に戻ってくるま
でに減衰し、検出が不可能となる、又、遠方の微弱な反
ストークス光を検出するために増幅器のゲインを大きく
すると近端のフレネル反射光及び散乱光が大きくなりす
ぎて第５図のように測定範囲（測定可能な光量）を越え
てしまい、測定不可能となる。

これらのことが長距離に亘る温度分布を測定する上で、
欠点となっていた。

［発明の解決しようとする課題］ 本発明の目的は、従来技術が有している前述の欠点を解
消しようとするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、前述の問題点を解決すべ（なされたものであ
り、被測定ファイバーへパルスレーザ光を入射する光源
と、被測定ファイバーと、被測定ファイバーからの戻り
光を検出器へ導光する光方向性結合器と、該光方向性結
合器により導光された戻り光を光電変換し検出する検出
器と、検出器からの信号を処理する信号処理装置とから
なる分布型光ファイバー温度センサーにおいて、前記光
源を半導体レーザ励起固体レーザとしたことを特徴とす
る分布型光ファイバー温度センサーを提供するものであ
る。

［作用］ 本発明においては測温体である光ファイバーに通信用の
減衰量的１．０［ｄＢ　／　ｋｍｌの光ファイバーを用
いる（従来の光ファイバーの減衰量は４、５　［ｄＢ／
　ｋｍｌ　）。このことにより従来の４．５倍の距離の
温度分布の測定が可能となったが、同時に後方散乱光の
強度が第２図のように遠方において低下するという問題
点がある。このため従来のＬＤ（半導体レーザ）よりも
数倍から数百倍の光を出力可能なパルス型半導体レーザ
励起ＹＡＧレーザ（以下、ＤＰＹレーザと略す）を光源
に用いることにより後方散乱光の強度を第３図に示す通
り遠方においても太き（でき、問題点を解決することが
出来た。よって従来の分布型光ファイバー温度センサー
よりも長距離に亘る温度分布の測定が可能となった。

［実施例］ 実施例のブロック図を第１図に示す。

ＤＰＹレーザ２からの光は、光方向性績８合器３を通過
し、被測定ファイバー１１に入射される。

被測定ファイバー１１からは入射光強度に応じ、ラマン
散乱光が発生し戻って（る。この光は、光方向性結合器
３により、光路を切替えられた後、ラマン敗乱光分離機
構５に導かれ、ストークス光１反ストークス光成分に分
離される。分離された光は検出器６．６″にて検出され
それぞれ増幅器７，７′　Ａ／Ｄ変換器８．８′信号処
理器９．９′を経てコンピューター１０でデータ化され
、表示される。

信号処理時における信号の受信及び処理のタイミングと
しては、信号発生回路４にて入射パルスレーザ光の一部
を電気的パルス信号に変換したものをトリガー信号とし
て用いる。

第１図の信号処理系ではストークス光９反ストークス光
両者を用いる構成であるが、例えば反ストークス光（温
度により、光量変化を起こす成分）のみを用いる場合は
、検出器６′、増幅器７′、Ａ／Ｄ変換器８′、信号処
理器９′は省略できる。

本実施例では、光源としてＣＷ出力０．２ＷのＤＰＹレ
ーザを音響光学Ｑスイッチでジャイアントパルス化した
ピーク出力ＩＫｗのパルスレーザ発振可能なものを用い
た。発振波長は１．０６μｍであり、パルス幅は１００
　ｎｓである。

被測定ファイバーとしては、入射光波長１．０６μｍで
減衰量的１．０　（ｄＢ／　ｋｍ）のＧＩファイバーを
用いた。光方向性結合器としては、音響光学光スイッチ
を用いた。その使先ファイバーカプラ、偏光ビームスプ
リッタ−あるいはミラー、ハーフミラ−を組み合わせた
ものを用いても良いが、挿入損失及びスイッチングに要
する時間等の点において、ＬｉＮｂＯ５等の音響光学媒
体内に発生する超音波回折格子で光の回折を行う、高速
スイッチング可能な音響光学光スイッチが好ましい。

本発明において、低損失光ファイバーとしては入射光波
長帯域において最も減衰量の小さいものを選択し使用す
るのが好ましい。

〔発明の効果］ 本発明は、大出力パルスレーザ光を発振する半導体レー
ザ励起固体レーザを光源として用い、また被測定ファイ
バーとして低損失光ファイバーを用いることにより、長
距離）こわたって光ファイバーの温度分布が測定可能と
なるという効果を有する。

また、半導体レーザ励起固体レーザは音響光学Ｑスイッ
チ等のＱスイッチにより大出力化が容易であり、さらに
ＤＰＹの場合非線形光学結晶を用いて短波長化（５３２
ｎｍ　）が可能であり、従来の半導体レーザよりも高感
度な測定ができる。また、発光スペクトルが単色光であ
るため、反ストークス光の散乱効率が向上するという効
果も有する。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の実施例を示し、第１図は分布
型光ファイバー温度センサーのブロック図であり、第２
図は低損失光ファイバー及び光源に半導体レーザを用い
た場合の減衰曲線のグラフであり、第３図は低損失光フ
ァイバー及び光源にＤＰＹレーザな用いた場合の減衰曲
線のグラフであり、第４図と第５図は従来例の減衰曲線
のグラフである。 ２・・・ＤＰＹレーザ 時間（躇−） 第 図 晴間（託働幻 第 図 第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 被測定ファイバーへパルスレーザ光を入射 する光源と、被測定ファイバーと、被測定ファイバーか
   らの戻り光を検出器へ導光する光方向性結合器と、該光
   方向性結合器により導光された戻り光を光電変換し検出
   する検出器と、検出器からの信号を処理する信号処理装
   置とからなる分布型光ファイバー温度セン サーにおいて、前記光源を半導体レーザ励起固体レーザ
   としたことを特徴とする分布型光ファイバー温度センサ
   ー。