JPH02276932A - 光ファイバ式分布形温度センサ - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明はラマン散乱光を利用した光ファイバ式分布形温
度センサに間するものである。

［従来の技術］ ラマン散乱光を利用した光ファイバ式分布形温度センサ
は５センサ用光ファイバの一端から波長λＯパルス幅Ｔ
ｗ　、パルス周期ＴＩ）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Ｉａ（ｔ
）　、　　Ｉ　ｓ　（ｔ）をサンプリング時間間隔Ｔｓ
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２　Ｘ　Ｘ　／　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１ｍＴｒ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ｒｆ１断点検知等に用いるＯＴＤＲ（
Ｏｐｔｉｃａｌ　ｔｉｍｅ　Ｄｏｌｌａｉｎ　Ｒｅｆｌ
ｅｃｔｏｌｌｃｔｒｙ）装置とほぼ同じ測定方法で行う
。

このラマン散乱光利用光ファイバ式分布形温度センサを
用いた分布湿温度測定システムは、例えば電力ゲーブル
に沿わせてセンサ用光ファイバを敷設することにより、
電力ゲーブルの技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、あるいは、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１８図に、従来のラマン散乱光利用光ファイバ式分布
形温度センサの構成例を示す。この分布形温度センサは
、センサ用光ファイバ６と温度分布測定装置２２とがら
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５ａ、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２２
側に戻り、光分岐器５、光ファイバ５ｂを介して、光分
岐器７に導かれる。

光分岐器７で部分された反射光のうち、光ファイバ７ａ
に導かれたものは、中心波長λａＳのアンチストークス
光用の光学フィルタ８ａ、受光器９ａ及び平均化処理回
路１０ａ”（″構成されるアンチストークス光用ＯＴＤ
Ｒ計測回路３０ａに入り、この光強度からアンチストー
クス光強度の時間関数Ｉ　ａ（ｔ）が求められる。他方
、光ファイバ７ｂに導かれたものは、中心波長λｓのス
トークス光用の光学フィルタ８ｂ、受光器９ｂ及び平均
化処理回路１０ｂで構成されるストークス光用ＯＴＤＲ
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Ｉ　５（ｔ）が求められる。そして温度分
布演算回ＦＲＩｌｌで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分
布測定を行っている。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、従来のラマン散乱光利用先ファイバ式分布形温
度センサでは、光源から出た光を光分岐器４ａを通して
センサ用光ファイバに導き、またセンサ用光ファイバで
発生した後方散乱光は、光分岐器４ａと光分岐器４ｂを
通った後、光学フィルタを経てアンチストーク光計測系
或いはストークス光計測系に導かれている。従って、光
分岐器を通る度に理論的計算だけでも、３ｄＢづつ光強
度が減少するため、合計で、９ｄＢ以上の損失が光分岐
器部分で発生しており、測定精度を向上させるためのネ
ックとなっていた。

本発明の目的は、前記した従来技術の欠点を解消し、信
号光の減衰を小さくし、より高精度の光ファイバ式分布
形温度センサ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式分布形温度センサは、光ファイバ
中で発生するラマン敗乱光強度の温度依存性をＯＴＤＲ
の手法で測定することにより、光ファイバに沿った長平
方向の温度を測定する装置において、光源からの光を光
合分波器を通してセンサ用光ファイバに入射させ、セン
サ用光ファイバから戻ってくる後方散乱光の反射光のう
ち特定の波長ｇｒｉ域の光を前記光合分波器を構成する
１枚以上の光学フィルタで反射あるいは透過させて分離
し、その光信号を光計測系の受光器に導く構成としたも
のである。

前記光合分波器は、光源の波長を透過しラマン散乱光を
反射させる第１フィルタと、該第１フィルタからの反射
光を受け少なくともラマン散乱光を反射させる第２フィ
ルタと、該第２フィルタからの反射光を受けアンチスト
ークス光の波長を透過しストークス光の波長を反射させ
る第３フィルタと、該第３フィルタからの反射光を受け
ストークス光の波長を反射させる第４フィルタとで構成
し、第３フィルタを透過して得られたアンチストークス
光をそのアンチストークス光の計測系に、第４フィルタ
で反射されたストークス光をそのストークス光の計測系
に導く構成とするのが好ましい。

前記光合分波器の別の構成としては、光源の波長を透過
しラマン散乱光を反射させる第１フィルタと、該第１フ
ィルタを透過した光源からの光を透過しアンチストーク
ス光を反射させる第２フィルタとを有し、上記第１フィ
ルタで反射して得られたストークス光をそのストークス
光の計測系に、上記第２フィルタで反射されたアンチス
トークス光をそのアンチストークス光の計測系に導く構
成とすることができる。この場合、少なくとも上記第１
フィルタで反射されたストークス光をストークス光計測
系に導く光路の途中に、光源の波長を透過させストーク
ス光の波長を反射させる第３フィルタを設けるか、又は
第２フィルタで反射されたアンチストークス光をアンチ
ストークス光計測系に導く光路の途中に、光源の波長を
透過させアンチストークス光の波長を反射させる第４フ
ィルタを設けることが好ましい。

更に好ましくは、前記光合分波器を、ラマン散乱光から
中心波長λｓのストークス光と中心波長λａのアンチス
トークス光を分離するバンドパスフィルタとし、バンド
パスフィルタの特性を下記（１）〜（３）式を満たすよ
うに構成する。

ここに、 λｓ１．λｓ２ニストークス光のバンドパス帯域の遮断
波長 λａ１．λａ２：アンチストークス光のバンドパス帯域
の遮断波長 Δλｓ　二人射光の中心波長とストークス光の中心波長
の差 Δλａ　：入射光の中心波長とアンチストークス光の中
心波長の差 ［作用］ 光源からの光をセンサ用光ファイバに導く部分及びセン
サ用光ファイバから戻ってくる信号光を光計測系に導く
部分で用いられていた光分岐器を、光学フィルタで構成
される光合分波器で置き換えることにより、信号光及び
光源の光の損失が小さくなり、光フィバ式分布形温度セ
ンサの測定精度が大１１に向上する。

前記光合分波器の別の構成としては、光源の波長を透過
しラマン散乱光を反射させる第１フィルタと、該第１フ
ィルタを透過した光源からの光を透過しアンチストーク
ス光を反射させる第２フィルタとを有し、上記第１フィ
ルタで反射して得られ、たストークス光をそのストーク
ス光の計測系に、上記第２フィルタで反射されたアンチ
ストークス光をそのアンチストークス光の計測系に導く
構成とすることができる。

特に請求項３．４の構成では、光源の波長を透過しラマ
ン散乱光を反射させる第１フィルタと、該第１フィルタ
を透過した光源からの光を透過しアンチストークス光を
反射させる第２フィルタとを独立に有するため、光合分
波器内におけるストークス光の光路長とアンチストーク
ス光の光路長とを同じにして、ストークス光とアンチス
トークス光の空間伝搬損失を同じにすることができる。

そして、第３フィルタ又は第４フィルタを設けることに
より、ストークス光計測系やアンチストークス光計測系
の存在する方向に光を出射させることかできる。

また、上記（１）（２）（３）式の如くバンドパスフィ
ルタを構成すると、アンチストークス光或いはストーク
ス光の強度とレーレ散乱光の強度との差が大きくなり、
ラマン散乱光が効率よく検出できるようになる。

［実施例］ 以下本発明を図示の実施例に基づいて説明する。

第１図に示す光ファイバ式分布形温度センサの構成は、
従来の第１８図に示したものとほぼ同じであるが、パル
ス光源４．センサ用光ファイバ６及び受光系３０ａ、３
０ｂの王者間には、光合分波器１５が使用されている。

この光合分波器１５は、第２図に示すごとく、接続口Ｐ
ｉ、Ｐ２．Ｐ３及びＰ４と光学フィルタＦ１．Ｆ２．Ｆ
３．Ｆ４とから構成されている。

各光学フィルタに第３図に示す特性の光学フィルタを使
用する。

第３図において、λ０は光源の中心波長、λａはアンチ
ストーク光の波長、λｓはストーク光の波長であり、斜
線部は光を透過するか反射させるかについて規定してい
ない領域を示す。これらの光学フィルタのうち第１フィ
ルタＦ１は、波長λＯを透過し、λａ、λｓの波長を反
射する特性を有する。第２フィルタＦ２は、第１フィル
タからの反射光を受け、λａ及びλｓの波長を共に反射
する特性を有するが、波長λ０を透過するか反射させる
かについては必要性かないため規定していない。第３フ
ィルタＦ３は、第２フィルタＦ２からの反射光を受け、
λａの波長を透過して除去し、λｓの波長を反射する特
性を有し、波長λ０については規定していない、第４フ
ィルタＦ４は、λｓの波長を反射する特性を有し、λａ
、λ０の波長については規定していない。

上記光合分波器１５において、接続口Ｐ１に光源４を、
接続口Ｐ２にセンサ用光ファイバ６を、接続口Ｐ３にア
ンチストークス光受光系たるＯＴＤＲ計測回路３０　ａ
を、接続口Ｐ４にストークス光受光系たるＯＴＤＲ計測
回路３０ｂを接続する。これにより、接続口Ｐ１からの
波長λ０の光源の光が、第１フィルタＦ１を通して、接
続口Ｐ２のセンサ用光ファイバ６に導かれる。そして、
センサ用光ファイバ６から戻ってくる後方散乱光のうち
、λａの波長のものは、第１フィルタＦｌ、第２フィル
タＦ２で反射して第３フィルタＦ３に至り、第３フィル
タＦ３を通過して、接続口Ｐ３よりアンチストークス光
ＯＴＤＲ計測回路３０ａに導かれる。

また、λｓの波長のものは、光学フィルタＦｌ。

Ｆ２．Ｆ３及びＦ４で反射し、接続口Ｐ４を介して、ス
トークス光用ＯＴＤＲ計測回路３０ｂに導かれる。

上記構成の光合分波器１５を用いた場合、光源４、セン
サ用光ファイバ６、受光器９ａ又は９ｂ間での光損失は
、２つの接続口間を平行ビームで伝送する際に生ずる損
失を２ｄＢ、光学フィルタを透過するときの損失を０．
５ｄＢ／枚、光学フィルタで反射する際の損失を０．２
５ｄＢ／枚とすると、次のようになる。即ち、光源４か
らセンサ用光フィバ６までの損失は２．５ｄＢ　　（＝
２＋０．５１　、センサ用光ファイバからアンチストー
クス光用受光器９ａまでの損失は３ｄＢ　　（＝２＋０
．５　＋０．２５ｘ２）であり、及びストークス光用受
光器９ｂまでの損失は３．５ｄ　Ｂ　　（＝　２　＋０
．５　＋０．２５ｘ　４　）て・ある。従って、光源〜
センサ用光ファイバ〜受光器間の損失は、合計で、アン
チストークス光（λａ）については５．５ｄＢ、ストー
クス光（λｓ）については６．０ｄＢである。

一方、従来の光分岐器５．７と光学フィルタ８ａ、８ｂ
を用いる方式で、光分岐器５．７の損失を４ｄＢ（分岐
損３ｄＢ＋過剰損失１ｄＢ）。

光学フィルタ部の空間伝送損失を１ｄＢとすると、合計
で１３．５ｄＢ　　（＝４Ｘ３＋１十０．５　）である
。

従って、本発明を適用することにより、８ｄＢ（−１３
，５−５，５）又は７．５ｄＢの損失低減が図れること
になる。８ｄＢの損失低減効果は、光ファイバの片道伝
送損失を３ｄＢ／ｋｍとした場合、往復換算で１．３］
＜ｍに相当し、本発明を適用することにより、測定精度
を変えずに、測定１？［ｉ　Ａｆｆｌを１．３ｋｍ伸ば
すことができることになり、非常に大きな改善となる。

上記実施例は、構成と特徴を主体に述べたものであるが
、ラマン散乱光を効率よく検出する実施例について、以
下詳述する。

第４図はラマン散乱光のスペクトル図であり、第４図（
ａ）はその概念図を、第４図（ｂ）は光ファイバで実測
したスペクトル図を示す。

レーレ散乱光の波長（λｒ）は、入射光の波長（λ０）
と同一であるが、ラマン散乱光を構成するストークス光
の波長（λｓ）とアンチストークス光の波長（λａ）は
、入射光の波長より、それぞれ＋Δλｓ及び−Δλａだ
けずれて発生ずる。

また、レーレ散乱光に比べ、これらラマン散乱光は、約
２〜３桁小さい微弱散乱光となっており、波長ずれ長（
Δλｓ、Δλａ）も約３０１１Ｉ１１と短いため、レー
レ散乱光と分離してラマン散乱光を検出するには、以下
の工夫が必要となる。

先ず、第５図はバンドパスフィルタの帯域概念図を示し
たものであり、帯域λ１〜．λ２は、中心波長大ｆｏか
ら通過光が３ｄＢ低下した波長を示す。

このような、バンドパスフィルタを用いて、ストークス
光強度Ｉｓを調べた。

その実測例を第６図に示す。

第６図（ａ）は、ストークス光のバンドパス帯域λｓ１
〜λｓ２の長波長側の波長λｓ２を一定（λｓ２λｓ＋
Δλｓ）として、短波長側の波長λｓ１を変えたときの
ストークス光強度Ｉｓとレーレ散乱光強度１ｒの関係を
示す。同図から分かるように、（１）レーレ散乱光１ｒ
は、ストークス光バンドパス帯域の短波長側の波長λｓ
１が大きくなるほど、指数関数的に低下する。

（２）ストークス光Ｉｓも、バンドパス帯域の短波長（
１１の波長λｓ１が大きくなるほど低下するが、その程
度は僅かである。

（３）ストークス光Ｉｓがレーレ散乱光Ｉｒより十分大
きくなるλｓ１の波長領域は、 λｓ１≧λ０±０．５Δλｓ−λｓ−０，５Δλｓであ
る。

（４）λｓ１≧λｏ　＋１．２Δλｓ＝λ　ｓ＋０．２
　　Δλ　Ｓ では、Ｉｓの低下が見られる。

第６図（ｂ）は、ストークス光のバンドパス帯域λｓ１
〜λｓ２の短波長側の波長λｓ１を一定（λｓ１λｓ　
−０，５Δλｓ）とし、長波長側の波長λｓ２を変えた
ときのストークス光強度Ｉｓの関係を示す。

Ｉｓはλｓ２を大きくするほど大きくなるが、特にその
効果が著しいのは、 λｓ２≧λｓ＋０．２λｓ。

であり、その後は、緩やかに増大する。

尚、本図では、レーレ散乱光の強度は、図示してないが
、その値は、この領域では無視できるほど小さくなって
いる。

従って、第６図の特性から、ストークス光を分離するの
に適したバンドパスフィルタの透過帯域（λｓｌ、λｓ
２：中心波長λｓ透過値から３ｄＢの低下波長で規定）
は、 λｓ１＝λｓ　−ｋｌ　　・Δλｓ λｓ２−λｓ　＋に２　・Δλ５ ｋ１＝−ｔ）、２〜＋０，５゜ ｋ２≧０．２ となる。

以上の実施例１は、ストークス光について述べたが、ア
ンチストークス光についても、同様な実験から、アンチ
ストークス光を、効果的に分離する手段として、バンド
パスフィルタの透過帯域（λａｌ、λａ２）としては、 λａ１−λａ−に２−Δλａ λａ２＝λａ＋ｋｌ　・Δλａ ｋ１＝−０，２〜０．５ に２　≧０．２ が適していることが分っな。

次に、本発明の他の実施例２〜８について述べる。

実施例２ 上記実施例では、接続口Ｐ３をアンチストークス光用０
１０Ｒ計測回路に、接続口Ｐ４をストークス光用ＯＴＤ
Ｒ計測回路に接続したが、接続口Ｐ４と接続口Ｐ３を逆
に接続し、使用する光学フィルタの特性を、第１．第２
のフィルタＦ１．Ｆ２については変更せず、第３．第４
のフィルタＦ３．Ｆ４については第７図の特性のものに
変更しても、先の実施例と同様の所期の効果が期待でき
る。

実施例３ また、第８図に示すように、第１実施例である第１図の
構成において、第４フィルタＦ４と接続口Ｐ４との間に
、第９図に示す特性の第５フィルタＦ５を追加した構成
とすると、接続口Ｐ４に接続されるストークス光用ＯＴ
ＤＲ計測回路３０ｓに混入する光源の波長の光を除去す
る度合いが高まり、より優れた性能の光ファイバ式分布
形温度センサの性能を得ることができる。

実施例４ 上記第２実施例についても、第８図の第５フィルタＦ５
と同様の位置に、実施例３と同様の機能を有する光学フ
ィルタを追加することで、接続口Ｐ４に接続されるアン
チストークス光用０ＴＤＩＩ計測回路３０ａに混入する
光源の波長の光を除去する度合いを高くすることができ
る。

実施例５〜８ 以上の実施例１〜４では、１台の合分波器で使用する光
学フィルタの特性が全て異なっていたが、第１０図に示
すａ〜ｅタイプの特性の光学フィルタを、第１１図に示
すように組み合わせて用いることにより、同じ特性の光
学フィルタを、２箇所以上の位置の光学フィルタとして
使用することが可能となり、製作コストの低減を行うこ
とができる。第１１図に示したフィルタの特性には、２
種類或いは３種類選択可能なものがあるが、光源の波長
の光がＯＴＤＲ計測回路に混入する度合い等、被測定波
長の光以外の波長の光がＯＴＤＲ計測回路に混入する度
合いを極力小さくするなめには、表中＊印を付けた光学
フィルタを使用するのが望ましい。

上記のように、光源からの光をセンサ用光ファイバに導
く部分及びセンサ用光ファイバから戻ってくる信号光を
光計測系に導く部分で用いられていた光分岐器を、光学
フィルタで構成される光合分波器で置き換えることによ
り、信号光及び光源の光の損失が小さくなり、光ファイ
バ式分布形温度センサの測定精度が大巾に向上する。

しかし、第２図に示す光合分波器の構成では、センサ用
光ファイバ６から戻って（る後方ラマン散乱光の内、光
合分波器１５の接続口Ｐ４に出射するストークス光の光
合分波器内の光路長が、接続口Ｐ３に出射するアンチス
トークス光の光路長よりも長く、このため接続口Ｐ２か
らＦ４までの空間伝搬損失が、接続口Ｐ２からＦ３まで
の空間伝搬損失よりも大きくなるという欠点がある。具
体的には、接続口Ｐ２〜Ｐ３間の空間伝搬損失を２ｄＢ
とすることができたのに対し、接続口２２〜２４間の空
間伝搬損失は４ｄＢであり、２２〜１３間と比べて２ｄ
Ｂ余計な損失が生じている。

実施例９ 第１２図に示す実施例９は、測定するラマン散乱光の２
成分であるアンチストークス光とストークス光の両方共
、光合分波器内で発生ずる空間伝搬損失を小さくして、
最終的に高精度の分布形温度測定ができるようにしたも
のである。

第１２図において、光合分波器１５は、第２図の場合と
同様に、接続口Ｐ１〜Ｐ４と４つの光学フィルタＦ１１
．　　Ｆ１２．　　Ｆ２１．　　Ｆ２２とから構成され
ているが、ストークス光用の分波系（（”１１．　Ｆ１
２）とアンチストークス光用の分波系（Ｆ２１．　Ｆ２
２）に分れており、各光学フィルタには第１３図に示す
特性の光学フィルタが使用されている点で、第２図と相
違する。

第１３図において、λ０は光源の中心波長、λａはアン
チストーク光の波長、λｓはストーク光の波長である。

これらの光学フィルタのうち、ストークス光用の分波系
を構成する第１フィルタＦｉｌは、波長λ０を透過しλ
ｓの波長を反射する特性を有する。またアンチストーク
ス光用の分波系を構成する第２フィルタＦ２１は、第１
フィルタＦ１１を透過した波長λＯの光を透過しλａの
波長を反射する特性を有する。ストークス光用の分波系
を構成する第３フィルタＦ１２は、第１フィルタＦ１１
からの反射光を受け、λａの波長を透過して除去し、λ
０の波長を反射する特性を有する。アンチストークス光
用の分波系を構成する第４フィルタＦ２２は、第２フィ
ルタＦ２１からの反射光を受けλａの波長を反射する特
性を有し、λ０の光を透過して除去する特性を有する。

上記光合分波器１５において、接続口Ｐ１に光ａ４を、
接続口Ｐ２にセンサ用光ファイバ６を、接続口Ｐ４にス
トークス光受光系たるＯＴＤＲ計測回ｉ？８３０　ｂを
、接続口Ｐ３にアンチストークス光受光系たるＯＴＤＲ
計測回路３０ａを接続する。これにより、接続口Ｐ１か
らの波長λ０の光源の光が、第１フィルタＦ１１及び第
２フィルタＦ２１を通して、接続口Ｐ２のセンサ用光フ
ァイバ６に導かれる。

そして、センサ用光ファイバ６から戻ってくる後方散乱
光のうち、λａの波長のものは、第２フィルタＦ２１で
反射して第４フィルタＦ２２に至り、第４フィルタＦ２
２でさらに反射して、接続口Ｐ３からアンチストークス
光ＯＴＤＲ計測回路３０ａに導かれる。また、λｓの波
長のものは、光学フィルタＦ２１を透過した後第１フィ
ルタＦ１１で反射され、第３フィルタＦ１２でさらに反
射されて、接続口Ｐ４を介してストークス光用ＯＴＤＲ
計測回１７８３０　ｂに導かれる。

上記第１２図の構成の光合分波器１５を用いた場合、パ
ルス光源４．センサ用光ファイバ６、受光器９ａ又は９
ｂ間での光損失は、２つの接続口間を平行ビームで伝送
する際に生ずる損失を２ｄＢ、光学フィルタを透過する
ときの損失を０．５ｄＢ／枚、光学フィルタで反射する
際の損失を０．２５ｄＢ／枚とすると、次のようになる
。即ち、光源４からセンサ周光フィバ６までの損失は３
．０ｄＢ　　（＝２＋　０．５Ｘ２）、センサ用光ファ
イバからアンチストークス光用受光器９ａまでの損失は
２．５　ｄＢ　　（＝２＋０．２５ｘ２）であり、スト
ークス光用受光器９ｂまでの損失は３．０ｄＢ　　（＝
２＋０．５　＋０．２５Ｘ　２　）である、従って、光
源〜センサ用光ファイバ〜受光器間の損失は、合計で、
アンチストークス光（＾ａ）については５．５ｄＢ、ス
トークス光（λｓ）については６．０ｄＢである。

一方、第２図の光合分波器の場合も、この方法で計算し
た損失は、光源４からセンサ用光ファイバ６までが２．
５ｄＢ　　（＝２＋（１，５）　、センサ用光ファイバ
６からアンチストークス光用受光３９ａまでが３．０　
ｄ　Ｂ　　（＝　２　＋０．５　＋０．２５ｘ　２　）
であり、光源〜センサ用光ファイバ〜受光器間の損失合
計は、アンチストークス光（λａ）については５．５ｄ
Ｂ、ストークス光（λｓ）については６．０ｄＢであり
、この限りでは第１２図の場合と同じである。

しかし、既に指摘したように、第２図の構成での実測結
果では、空間伝搬距離が長いために、ストークス光（λ
ｓ）についての損失合計が計算値よりも２ｄＢ大きく、
この分だけ、第１２図による構成の方が優れている。第
１２図による構成について損失の実測を行ったところ、
合計損失がアンチストークス光（λａ）で５．６　ｄＢ
　、ストークス光（λｓ）で６．１ｄＢとほぼ計算通り
であり、第２図の構成の光合分波器よりも優れているこ
とが確認できた。

このように、光ファイバ式分布形温度センサの光結合器
として、パルス光源４とセンサ用光ファイバ６間は光源
波長λＯのみの光が通過し、センサ用光ファイバ６とス
トークス光受光口（Ｆ４）およびアンチストークス光受
光口（Ｆ３）間は、それぞれの波長帯域の光のみが通過
するようフィルタを設置し、ストークス光、アンチスト
ークス光の損失がほぼ同等となるような構成とした光合
分波器を用いることにより、光損失を大巾に低下させる
ことができる。

上記実施例９においても、ストークス光を分離するのに
適したバンドパスフィルタの透過帯域（λｓ１．λｓ２
：中心波長λｓ透過値から３ｄＢの低下波長で規定）は
、第６図の特性から、λｓｉ＝λｓ　　−ｋｌ　　・　
Δλｓλｓ２＝λｓ十に２・Δλ５ ｋ１＝−０，２〜＋０，５゜ ｋ２　≧０．２ となる。

また、アンチストークス光を効果的に分離するバンドパ
スフィルタの透過帯域（λａ１．λａ２）としては、 λａ１＝λａ−に２−Δλａ λａ２＝λａ＋に１−Δλａ ｋｌ　＝−０，２〜０．５ に２≧０．２ が適している。

次に、本発明の他の実施例１０〜１６について述べる。

実施例１０ 上記実施例では、接続口Ｐ３をストークス光用０ＴＤｎ
計測回路に、接続ロＰ４アンチストークス光用ＯＴＤＲ
計測回路に接続したが、接続口Ｐ４と接続口Ｐ３を逆に
接続し、使用する光学フィルタの特性を、第１４図の特
性のものに変更しても、先の実施例と同様の所期の効果
が期待できる。

実施例１１ また、第１５図に示すように、第９実施例である第１２
図の構成において、第３フィルタＦ１２と接続口Ｐ４と
の間に、第１６図に示す特性の第５フィルタＦ１３を追
加することと、第４フィルタＦ２２と接続口Ｐ３との間
に第１６図に示す特性の第６フィルタＦ２３を追加する
ことのいずれが一方或いは両方を実施すると、接続口Ｐ
４に接続されるストークス光用０ＴＤＩｔｉ１１回路３
０ｓに混入する光源の波長λ０の光を除去する割合が高
まり、また接続口Ｐ３に接続されるアンチストークス光
用ＯＴＤＲ：ｉＦ測回路３０ａに混入する光源の波長の
光を除去する度合いが高まり、より優れた性能の光ファ
イバ式分布形温度センサの性能を得ることができる。

実施例１２ 上記第１０実施例（第１４図）についても、第１５図の
第５．第６フィルタＦ１３．　Ｆ２３と同様の位置に、
実施例１１と同様の機能を有する光学フィルタを追加す
ることで、接続口Ｐ３．Ｐ４に接続されるアンチストー
クス光用ＯＴＤＲ計測回路３０ａ及びストークス光用Ｏ
ＴＤＲ計測回路３０ｓに混入する光源の波長の光を除去
する度合いを高くすることができる。

実施例１３〜１６ 使用したフィルタの組合せの池に第１０図に示すａ〜ｅ
タイプの特性の光学フィルタを、第１７図に示すように
組み合わせて用いることもできる。

第１０図に示したフィルタの特性には、２種類或いは３
種類遇択可能なものがあるが、光源の波長の光がＯＴＤ
Ｒ計測回路に混入する度合い等、被測定波長の光量外の
波長の光がＯＴＤＲ計測回路に混入する度合いを極力小
さくするためには、一般には表中＊印を付けた光学フィ
ルタを使用するのが望ましい。但し、フィルタの製造技
術の関係で、他のフィルタを用いた方が良い場合も生じ
得る。

［発明の効果］ 本発明によれば、以下の顕著な効果を奏することができ
る。

光源とセンサ用光ファイバとＯＴＤＲ計測系との間の光
損失を従来より低減することができ、測定条件や測定精
度を従来のままとした場合に、測定距龍を長くすること
ができる。

検出対象の散乱光たるラマン散乱光に接近して強い散乱
光であるレーレ散乱光があっても、光学的バンドパスフ
ィルタの特性を最適化することにより、検出対象の散乱
光のみを感度良く検出できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光ファイバ式分布形温度センサの一実
施例を示す構成図、第２図はそれに使用した光合分波器
の一構成例を示す図、第３図はその光合分波器で使用す
る光学フィルタの特性図、第４図はラマン散乱光のスペ
クトル図、第５図はバンドパスフィルタの帯域概念図、
第６図は本発明の要部となる散乱光の光強度と光学フィ
ルタの特性の説明に供する図、第７図は本発明の実施例
２で用いる光学フィルタの特性図、第８図は本発明の実
施例３．４で用いる光合分波器の構成図、第９図は実施
例３で用いる光学フィルタの特性図、第１０図は本発明
の実施例５〜８で使用する光学フィルタの特性図、第１
１図は本発明の実施例５〜実施例８で使用する光学フィ
ルタの組み合わせを示す図、第１２図は本発明の実施例
９における光合分波器の一構成例を示す図、第１３図は
その光合分波器で使用する光学フィルタの特性図、第１
４図は本発明の実施例１０で用いる光学フィルタの特性
図、第１５図は本発明の実施例１１で用いる光合分波器
の構成図、第１６図は実施例１０．１１で用いる光学フ
ィルタの特性図、第１７図は本発明の実施例１３〜１６
で使用する光学フィルタの組み合わせを示す図、第１８
図は従来の光ファイバ式分布形温度センサの構成図であ
る。 図中、４はパルス光源、５ａ、５ｂ、７ａ。 ７ｂは光ファイバ、６はセンサ用光ファイバ、５７は光
分岐器、８ａ、８ｂは光学フィルタ、９ａ。 ９ｂは受光器、１０ａ、Ｊｏｂは平均化処理口ｔ１８．
１１は温度分布演算回路、１５は光合分波器を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光ファイバ中で発生するラマン散乱光強度の温度依
   存性をＯＴＤＲの手法で測定することにより、光ファイ
   バに沿った長手方向の温度を測定する装置において、光
   源からの光を光合分波器を通してセンサ用光ファイバに
   入射させ、センサ用光ファイバから戻ってくる後方散乱
   光の反射光のうち特定の波長領域の光を前記光合分波器
   を構成する１枚以上の光学フィルタで反射あるいは透過
   させて分離し、その光信号を光計測系の受光器に導くこ
   とを特徴とする光ファイバ式分布形温度センサ。 ２、前記光合分波器が、光源の波長を透過しラマン散乱
   光を反射させる第１フィルタと、該第１フィルタからの
   反射光を受け少なくともラマン散乱光を反射させる第２
   フィルタと、該第２フィルタからの反射光を受けアンチ
   ストークス光の波長を透過しストークス光の波長を反射
   させる第３フィルタと、該第３フィルタからの反射光を
   受けストークス光の波長を反射させる第４フィルタとで
   構成され、第３フィルタを透過して得られたアンチスト
   ークス光をそのアンチストークス光の計測系に、第４フ
   ィルタで反射されたストークス光をそのストークス光の
   計測系に導くことを特徴とする請求項１記載の光ファイ
   バ式分布形温度センサ。 ３、前記光合分波器が、光源の波長を透過しラマン散乱
   光を反射させる第１フィルタと、該第１フィルタを透過
   した光源からの光を透過しアンチストークス光を反射さ
   せる第２フィルタとを有し、上記第１フィルタで反射し
   て得られたストークス光をそのストークス光の計測系に
   、上記第２フィルタで反射されたアンチストークス光を
   そのアンチストークス光の計測系に導くことを特徴とす
   る請求項１記載の光ファイバ式分布形温度センサ。 ４、少なくとも上記第１フィルタで反射されたストーク
   ス光をストークス光計測系に導く光路の途中に、光源の
   波長を透過させストークス光の波長を反射させる第３フ
   ィルタを設けるか、又は第２フィルタで反射されたアン
   チストークス光をアンチストークス光計測系に導く光路
   の途中に、光源の波長を透過させアンチストークス光の
   波長を反射させる第４フィルタを設けることを特徴とす
   る請求項３記載の光ファイバ式分布形温度センサ。 ５、前記光合分波器が後方散乱光から中心波長λｓのス
   トークス光と中心波長λａのアンチストークス光を分離
   するバンドパスフィルタとして構成され、バンドパスフ
   ィルタの特性が下記（１）〜（３）式を満たすことを特
   徴とする請求項２、３又は４記載の光ファイバ式分布形
   温度センサ。 λｓ１＝λｓ−ｋ１・Δλｓ…（１） λｓ２＝λｓ＋ｋ２・Δλｓ…（１） λａ１＝λａ−ｋ２・Δλａ…（２） λａ１＝λａ＋ｋ１・Δλａ…（２） ｋ１＝−０．２〜０．５…（３） ｋ２≧０．２…（３） ここに、 λｓ１、λｓ２：ストークス光のバンドパス帯域の遮断
   波長 λａ１、λａ２：アンチストークス光のバンドパス帯域
   の遮断波長 Δλｓ：入射光の中心波長とストークス光の中心波長の
   差 Δλａ：入射光の中心波長とアンチストークス光の中心
   波長の差