JPH02145933A - 光ファイバ線状温度分布測定装置 - 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］ 本発明はラマン散乱光を利用し、た光ファイバ線状温度
分布測定システムに関するものである９［従来の技術］ ラマン散乱光を利用した光ファイバ線状温度分布測定装
置は、センサ用光ファイバの一端から波長λ０．パルス
幅Ｔｗ　、パルス周期Ｔρの光を入射させ、光ファイバ
内で発生するラマン散乱光の二成分である波長λＳのス
トークス光と、波長λａＳのアンチストークス光の後方
散乱光（反射光）とを、パルス光入射時刻を１＝０とし
て、それぞれサンプリング時間間隔Ｔｓで計測し、アン
チストークス光やストークス光の強度の時間関数Ｉ　ａ
　（ｔ）、　Ｉ　ｓ　（ｔ）をサンプリング時間間隔Ｔ
ｓの関数として求め、これらの比Ｉ　ａ（ｔ）　／　Ｉ
　ｓ　（ｔ）が純粋に温度の関数であること、及び光パ
ルス入射後、光ファイバ内の距離Ｘの位置で発生した反
射光が光パルス入射端（反射光光計測部）に戻ってくる
までの時間が２ＸＸ、／Ｃｏであること（Ｃｏ；光ファ
イバ中の光速）を利用し、て、光ファイバに沿った線状
の温度分布測定を行う装置である。なお、反射光が計測
される時間幅Ｔｒは２ｘＬ／Ｃｏであり（Ｌ；光ファイ
バ長さ）、この時間はＴｒ内の計測値が有効な温度分布
情報を与える。ストークス光及びアンチストークス光の
後方散乱光測定は、光ファイバの破断点検知等に用いる
Ｏ　Ｔ　Ｄ　Ｒ（０ｐｔｉｃａｔｉｌｅ　Ｄｏｎａｉｎ
　Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）装置とほぼ同じ測定方
法で行う。

二のラマン散乱光利用光ファイバ線状温度分布測定装置
を用いた線状温度分布測定システムは、例えば環カケー
プルに沿わせてセンサ用光ファイバを敷設することによ
り、電力ゲープルの長手方向の温度分布を知ることがで
き、送電容量の制御等に利用したり、ゲーブルの劣化等
により生じる部分的に温度の高い箇所の検知等が行なえ
る。また、各種プラントの生産ラインや、設備の温度コ
ントロールや、ビルやトンネル等の火災検知用とし、て
使用すれば、火災発生位置の標定を行うことができる。

第２図に、従来のラマン散乱光利用光ファイバ線状温度
分布測定システムの構成例を示す、この線状温度分布測
定システムは、センサ用光ファイバ６と温度分布測定装
置２２とから構成される。

温度分布測定装置２２のセンサ用パルス光源４からパル
ス光は、光ファイバ９ａ、光分岐器５を通し、てセンサ
用光ファイバ６に導かれ、センサ用光ファイバ６内で発
生した後方散乱光（反射光）は、その一部が測定装置２
２側に戻り、光分岐器５、光ファイバ９ｄを介して、光
分岐器７に導かれる９光分岐器７で部分された反射光の
うち、光ファイバ９ｂに導かれたものは、アンチストー
クス光用の光学フィルタ８ａ、受光器３ａ及び平均化処
理回路２ａ″′Ｃ″構成されるアンチストークス光用０
ＴＤＲ計測回路３０ａに入り、この光強度からアンチス
トークス光強度の時間間数Ｉ　ａ（ｔ）が求められる。

他方、光分岐器７で部分された後方散乱光のうち、光フ
ァイバ９Ｃに導かれたものは、ストークス光用の光学フ
ィルタ８ｂ、受光器３ｂ及び平均化処理回路２ｂで構成
されるストークス光用０ＴＤＲ計測回路３０ｂに入り、
この光強度からストークス光強度の時間関数１５（ｔ）
が求められる。

得られた時間関数１　ａ（ｔ）及びＩ　５（ｔ）を温度
分布演算回路１ｂに入力し、Ｉ　ａ（ｔ）、／　Ｉ　５
（ｔ）の演算を行うことにより、センサ用光ファイバに
沿った線状温度分布測定を行っている。

［発明が解決しよとする課！！！］ 従来の線状温度分布測定システムでは、理論的にはスト
ークス光とアンチストークス光のそれぞれの後方散乱光
の比率ｆ　ａｓ（ｔ）　／　ｆ　ｓ　（ｔ）によって、
センサ用光ファイバの全長に亘り正確な温度測定が可能
であるが、実際には、主に、受光素子の受光感度或いは
受光素子により光信号を電気的信号に変換した後の増幅
器の温度特性により、前記後方散乱光の比率が見掛上変
動するために、温度測定誤差を±１℃以下に抑えること
が出来なかった。

本発明の目的は、前記し、た従来技術の欠点を解消し１
、温度αＪ定精度を大幅に向上させることができるラマ
ン散乱光利用光ファイバ線状温度分布測定システムを提
供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の光ファイバ線状温度分布測定システムは、線状
温度測定系内の光源からセンサ用光ファイバに光パルス
を入射させ、該ファイバで発生する後方散乱光で形成さ
れる反射光を測定系に導き、これら反射光の強度から光
ファイバの温度を求め、光パルスの入射光時刻と反射光
が測定系へ到達する時刻の差から後方散乱光の発生位置
を求めることにより、温度分布？？！算手段により光フ
ァイバの温度分布を計測する光ファイバ線状温度分布測
定システムにおいて、前記センサ用光ファイバの一部を
温度監視部分として線状温度測定系内に通すと共に、こ
のセンサ用光ファイバの温度監視部分の温度を計測する
別個の温度センサを設け、前記温度分布演算手段に、前
記温度センサにより測定した温度情報により線状温度測
定装置の温度分布情報を校正する機能を付加した構成の
ものである。

［作用］ 温度分布演算手段は、通常の温度分布演算を行うと共に
、センナ用光ファイバの一部の温度、即ち温度監視部分
として線状温度測定系内に通っている部分の温度を別個
の温度センサを用いて計測する。このセンサ用光ファイ
バの温度監視部分は線状温度測定系内に通っているため
、線状温度測定系の温度変動に伴って変動する。従って
、この温度センサの温度情報を基準として線状温度分布
情報を校正し１、温度測定精度を大幅に向上させる二と
がて゛きる。

線状温度分布情報を校正する仕方は、種々考えられるが
、センサ用光ファイバの監視部分の温度はセンサ用光フ
ァイバから得られる後方散乱光の反射光に基づき計測で
きるため、この反射光強度の情報を利用することが可能
である。

［実施例］ 以下本発明を第１図の実施例に基づいて説明する。

光ファイバ線状温度分布測定システムの基本概念及び構
成は、第２図に示し、たちのとほぼ同じであるが、次の
点で異なる９即ち、センサ用光ファイバ６の一部は、温
度校正用光ファイバ巻取部１６とし、て、測定装置２０
内に設けた温度測定室１０内を通っており、この巻取部
１６の近傍に温度センサ１１が設けである。また、上記
演算回路１ｂの代りに温度校正機能付の温度分布演算回
路１ａが設けてあり、この温度分布演算回路１ａが温度
センサ１１からの温度Ｔｏの情報に基づいて測定値を校
正するようになっている。

次に、この光ファイバ線状温度分布測定システムの動作
について説明する。

温度分布測定回路２のセンサ用光パルス光源４から出た
光は、光ファイバ９ａ、光分岐器５を通し、てセンサ用
光ファイバ６に導かれ、センサ用光ファイバ６中で後方
散乱を発生しながら遠端に達する。

センサ用光ファイバ６中で発生した後方散乱光が、光信
号とし５て受信され、光分岐器５．光ファイバ９ｄを経
て、光分岐器７にて光ファイバ９ｂと９Ｃとに２分され
る。２分されて光ファイバ９ｂに導かれたものは、中心
波長λａＳの光学フィルタ８ａ、受光器３ａ及び平均化
処理回路２ａにより成るアンチストークス光測定系３０
ａで、アンチストークス光の０ＴＤＲ測定がなされ、関
数ｆａｓ（ｔ）が求められる。即ち、ラマン散乱光の２
成分のうち、波長λａＳのアンチストークス光の後方散
乱光が、センサ用パルス光源４のパルス光入射時刻を１
＝０とした時間の関数ｆ　ａｓ（ｔ）とし、て測定され
る。この場合、平均化処理回路２ａ。

２ｂは、それぞれ受光器の電気的出力信号を一定の時間
間隔でサンプリングし、平均化処理し１、アンチストー
クス光強度の時間関数ｒａｓ（ｔ）を求める。

尚、平均化処理を行うと、入力情報に含まれたノイズが
除去されるため、温度測定精度は向上する。

一方、光ファイバ９ｃに導かれたものは、中心波長λＳ
の光学フィルタ９ｂ、受光器３ｂ及び平均化処理回路２
ｂより成るストークス光測定系３０ｂで、ストークス光
の０ＴＤＲ測定がなされ、関数ｆｓ（ｔ）が求められる
９即ち、ラマン散乱光の２成分のうち、波長λ５のスト
ークス光が、パルス光入射時刻をし＝０とし、た時間の
関数ｆＳ（ｔ）として測定される。

得られた時間関数ｆ　ａｓ（ｔ）及びｆｓ（ｔ）の情報
は、温度校正機能付温度分布演算回路１ａに入力されて
、ｆ　ａｓ（ｔ）　／　ｆ　ｓ　ｆｔ）の演算が行われ
、センサ用光ファイバ６に沿った線状温度分布が求めら
れる。

一方、温度校正機能付温度分布演算回路１ａには、別に
設けた温度センサ１１で計測される温度情報、即ちセン
サ用光ファイバ６の一部１６におけるファイバ温度ＴＯ
が、常時入力されている。

温度校正機能付温度分布演算回路１ａは、平均化処理回
路２ａ、２ｂで得られた関数より両者の比ｆ　ａｓ［ｔ
）　／　ｆ　ｓ　ｆｔ）を求めた後、このセンサ用光フ
ァイバ６の一部１６におけるファイバ温度ＴＯの温度情
報と、このセンサ用光ファイバ６の一部１６の点からの
センサ用光ファイバ６を通して得られた後方散乱光によ
る時間関数の情報ｆ　ａｓ［ｔｏ）／　ｆ　ｓ　（ｔｏ
）とから、次式のようにして、校正された温度情報を得
る。

（ｆ　ａｓ（ｔ）　、／　ｆ　ｓ　（ｔ）　１ｘ　（ｆ
　ｓ　（ｔｏ）、／　ｆ　ａｓ（ｔｏＮ　−Ｔ。

・・・（１） また、光ファイバ６の内の距Ｍ１から戻ってくる後方錯
乱光が光ファイバ＠（光パルス入射＠）に到達する時間
が光ファイバ中の光速をＣｏとすると、パルス光入射時
刻から２ｊ！／ｃｏであることを利用し、て、距離に対
する温度分布の計算を行い、光ファイバ６に沿った線状
の温度分布を得る。

上記（１）において、ファイバ温度Ｔｏは測定系の温度
と等価であり、ｔ　ｆ　ｓ　（ｔｏ）／　ｆ　ａｓ（ｔ
ｏ）ｌ　ｘＴＯは、この変動する可能性のある測定系の
温度ＴＯを、後方散乱光により計測される温度の時間関
数ｆ　ａｓ（ｔｏｅ／　ｆ　ｓ　（ｔｏ）で除し１、変
動計数としたものに池ならない９従って、上記（１）式
によれば、元信号ｆ　ａｓ（ｔ）　／　ｆ　ｓ　（ｔ）
の、受光器３ａ、３ｂの温度変化等による変動を補償す
ることが可能となり、これにより高精度な温度分布計測
を行うことができる。

上記実施例では、後方散乱光として、ラマン散乱光を主
体に説明し、たが、レーり散乱光を用いても、或いはこ
れらの組み合わせを用いても、本発明の原理はそのまま
適用できる。

［発明の効果］ 本発明によれば、センサ用光ファイバのうち一部の温度
を他のセンサで監視し、この監視温度情報で元温度分布
情報を校正するのみで、簡易かつ高精度の線状温度分布
計測が可能となる９

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の線状温度分布測定システムの構成例を
示す図、第２図は従来の温度分布測定システム例を示す
図である。 図中、１ａは温度校正機能付温度分布演算回路、２ａ、
２ｂは平均化処理回路、３ａ、３ｂ。 ３Ｃは受光器５４はセンサ用パルス光源、５゜７は光分
岐器、６はセンサ用光ファイバ、８ａ。 ８ｂは光学フィルタ、１１は温度センサ、１６は温度校
正用光ファイバ巻取部を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、線状温度測定系内の光源からセンサ用光ファイバに
   光パルスを入射させ、該ファイバで発生する後方散乱光
   で形成される反射光を測定系に導き、これら反射光の強
   度から光ファイバの温度を求め、光パルスの入射光時刻
   と反射光が測定系へ到達する時刻の差から後方散乱光の
   発生位置を求めることにより、温度分布演算手段により
   光ファイバの温度分布を計測する光ファイバ線状温度分
   布測定システムにおいて、前記センサ用光ファイバの一
   部を温度監視部分として線状温度測定系内に通すと共に
   、このセンサ用光ファイバの温度監視部分の温度を計測
   する別個の温度センサを設け、前記温度分布演算手段に
   、前記温度センサにより測定した温度情報により線状温
   度測定装置の温度分布情報を校正する機能を付加したこ
   とを特徴とする光ファイバ線状温度分布測定システム。