JPH02306131A - 光ファイバ温度分布測定方法 - 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】 〈産業上の利用分計〉 本発明はラマン散乱によるストークス光又は反ストーク
ス光の後方散乱光強度が温度の関数であることを利用し
た温度分布測定方法に関し、光ファイバの長手方向の温
度分布をリアルタイムで測定できるものである。

〈従来の技術〉 光ファイバヘレーザ光を入射すると、入射光の一部が光
ファイバ中で散乱することが知られている。この散乱光
には波長が入射光と同じであるレイリー散乱光と波長が
入射光と異なるラマン散乱とが含まれる。ラマン散乱光
は、入射光の波長の両側に等しい間隔で変位したストー
クス光と反ストークス光とからなり、このストークス光
強度こと反ストークス光強度１．はブランク定数をり、
ボルツマン定数をに、入射光波長に対する変位周波数を
Ｗとすると、それぞれ下式に示すように絶対温度Ｔに依
存した形で表わされる。

■■□　　　・・（１） ｅ　　　　　−１ ■　ｏＣ□　　　　　　　　　　　・・イ２）′″　１
−０−１“／ｋＴ 従って、ストークス光強度２反ストークス光強度の片方
あるいは両方を測定する乙により、光ファイバの温度を
求めることが可能である。

そこで、従来では特開昭６１−２７０６３２号公報に示
されろように、入射レーザ光として適当なパルス光を光
ファイバに入射し、光ファイバ中で散乱し、逆行して出
射する後方散乱光を測定する光学的時間領域反射（以下
、単に０ＴＤＲという）の手法を用いて、光ファイバの
長手方向のストークス光あるいは反ストークス光の強度
分布を求め、上記（１１（２１式の関係式を組み合せて
、光ファイバの長手方向の温度分布を求めるようにして
いる。

ここで、このような０ＴＤＲの手法を用いた温度分布測
定では、光ファイバ中に発生する局所的なマイクロベン
ト損失が後方散乱光中に混入しており、その損失による
誤差が生じる。

このため、この対策としては、例えば、Ｉｎｔｅｒｎａ
ｔｉｏｎａｌ　　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　　ｏｎ　　０
ｐｔｉｃａｌ　　ＦｉｂｅｒＳｅｎｇｏｒ、Ｓａｎ　　
Ｄｉｅｇｏ　　Ｐ、Ｄ、３−１〜３−４．　　Ｆｅｂ　
　１３〜１４（１９８５）　Ｊ、　Ｐ、　Ｄａｋｉｎら
に示されるようにストークス光と反ストークス光の強度
比を求めることにより、マイクロベンド損失分布による
誤差を除去しようとする試みがなされている。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、従来のようにストークス光と反ストーク
ス光の強度比を用いる方式では、ラマン散乱光は通常の
場合、光強度が極めて小さいため、ストークス光、反ス
トークス光には比較的大きな雑音成分が含まれている。

このため、強度比の中には除去しきれないマイクロベン
ド損失分布が相当程度大きく残ってしまうこととなり、
得られる温度分布から誤差を取り除くことはできなかっ
た。

本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、
マイクロベンド損失分布を十分に除去できる光ファイバ
温度分布測定方法を提供することを目的とするものであ
る。

く課題を解決するための手段〉 斯かる目的を達成する本発明の光ファイバ温度分布測定
方法にかかる構成は被温度測定領域に配設される光ファ
イバの入射端よりパルスを入射し、該入射端から出射す
る後方散乱のうちラマン散乱によるストークス光又は反
ストークス光の強度信号を測定し、該強度信号の波形よ
り前記光ファイバの温度分布を求める方法において、前
記後方散乱光のうちレイリー散乱光の強度信号から前記
光ファイバ中に発生するマイクロベンド損失分布を求め
、該損失分布を用いて前記ストークス光又は前記反スト
ークス光の成分中の強度変化に寄与するマイクロベンド
損失による変化分を補正することを特徴とする。

く作　　　用ン 光ファイバの後方散乱のうちレイリー散乱光は、ラマン
散乱によるストークス光２反ストークス光と同様にマイ
クロベンド損失分布を含むが、ストークス光２反ストー
クス光と異なり、通常の光ファイバの場合、温度依存性
が小さく、またストークス光２反ストークス光に比較し
て光強度が格段に大きい。つまり、レイリー散乱光はス
トークス光２反ストークス光よゆも雑音成分の割合が極
めて少なく、このためマイクロベンド損失分布の特長が
明瞭に表われやすいことになる。

乙のため、レイリー散乱光の強度信号から光ファイバ中
に発生するマイクロベンド損失を求め、これを用いてス
トークス光２反ストークス光の成分中の強度変化に寄与
するマイクロベント損失による変化分を補正すれば、ス
トークス光と反ストークス光との光強度比により補正す
る場合に比べ、マイクロベンド損失分布を確実に除去し
て、温度分布から誤差をなくすことができる。

く実　施　例〉 す下、本発明について図面に示す実施例を参照して詳細
に説明する。

第１図に本発明の第１の実施例を示す。同図に示す実施
例では、後方散乱光の強度信号としてラマン散乱による
ストークス光１反ストークス光の両強度信号及びレイリ
ー散乱光の強度信号の３種類のものを測定している。

即ち、パルス光源１から発振されたパルス光は結合器２
を介して、被温度測定領域に配置された光ファイバ３の
一端に入射する。入射光の一部は光ファイバ３中で散乱
され、光ファイバ中を逆行し、後方散乱として入射端か
ら出射し、結合器２より分光器４へ導かれる。

分光器４は後方散乱光を３覆類に分光し、ストークス光
２反ストークス光及びレイリー散乱光はそれぞれ検出器
５によって強度信号が検出される。ストークス光及び反
ストークス光はいずれも、レイリー散乱光に比べて信号
強度が格段に小さいので、同レベルとなるようそれぞれ
信号増幅器６により増幅される。

更に、ストークス光１反ストークス光の強度信号はそれ
ぞれ演算回路７においてレイリー散乱光の強度信号との
強度比が演算される。

これにより、マイクロペンド損失分布が補正されること
になる。各強度比はそれぞれＡ／Ｄ変換器８においてデ
ジタル信号化され、平均化処理器９により多数回平均さ
れた後、それぞれ単独にあるいは組合せて表示器１０に
表示される。表示器１０に示される各強度比は、マイク
ロベンド損失を含まない、温度に依存する関数であるの
で、精度よく光ファイバ３の長手方向の温度分布を示す
ことになる。即ち、光ファイバの後方散乱光のうちレイ
リー散乱光（よラマン散乱によるストークス光２反スト
ークス光と同様にマイ・クロベンド損失を含むが、スト
ークス光２反ストークス光と異なり、通常の光ファイバ
の場合、温度依存性が小さく、ストークス光２反ストー
クス光に比べ光強度が格段に大きい。つまり、レイリー
散乱光はストークス光２反ストークス光よりも雑音成分
の割合が極めて少なく、このためマイクロペンド損失分
布の特長が明瞭に表われる。

このため、演算回路７でストークス光２反ストークス光
の強度信号とレイリー散乱光の強度信号との強度比をそ
れぞれ演算すれば、雑音成分の割合の高いストークス光
２反ストークス光の相互の強度比を求めた場合に比べ、
確実にマイクロベンド損失を除去でき、得られろ温度分
布には誤差が生じないことになる。

上記実施例では、ラマン散乱光としてストークス光及び
反ストークス光の両強度信号を測定し、それらについて
の強度を求め、これらを組み合せて温度分布を表示可能
としていたが、これに限るものではなく、ストークス光
あるいは反ストークス光のいずれか一方のみを測定する
ようにしても良い。

例えば、第２図に示すように室温付近で変化率の大きな
反ストークス光を測定することもできる。即ち、パルス
光源１１から発振されたパルス光はレンズ２０１カツプ
ラ１２を介して比温度測定領域に配置された光ファイバ
１３に入射する。入射光の一部は光ファイバ１３の中で
散乱され、光ファイバ中を逆行し後方散乱光として入射
端から出射し、カプラ１２よりレンズ２０を介して分光
器１４に導かれる。分光器１４としては回折格子が用い
られ、後方散乱光がレイリー散乱光と反ストークス光と
に分光させられる。レイリー散乱光、反ストークス光は
レンズ２０を経てれぞれ強度信号が検波器１５にて検出
され、反ストークス光は増幅器１６にであるレベルまで
増幅され、レイリー散乱光はそのまま、演算処理器１７
に入力される。ストークス光の強度信号は、演算処理器
１７でレイリー散乱光の強度信号との強度比が演算され
ろ。これによりマイクロペンドの損失分布による変化分
が除去される。例えば、第３図に示すように区間Ｘで局
部的なマイクロベンド損失が生じているため、レイリー
散乱光２１、反ストークス光２２はその傾きが変化して
いるはずである。ところが、レイリー散乱光２１は比較
的雑音成分が小さいため、マイク四ベンド損失の特長が
明瞭に表われるのに対し、反ストークス光２２（増幅器
１６で一定の倍率で増幅されている）は比較的雑音成分
が大きいため、マイクロベンド損失の特長が表われにく
い。もし、仮にストークス光と反ストークス光との信号
強度比を従来のように求めることとすると、マイクロベ
ンド損失による強度信号の傾きが雑音成分により埋もれ
てしまい、マイクロベンド損失を正確に除去しきれない
ことになる。これに対し、レイリー散乱光はその特長が
明瞭であるので、反ストークス光との強度比を求めると
、第４図に示すように、マイクロベンド損失の変化分を
ほぼ完全に除去できることになる。このため、区間Ｘと
一部重なる区間ｙで他の区間よりも５０℃加熱されてい
る場合には、第４図に示されるように区間Ｉのマイクロ
ベンド損失の影響は排除され、区間ｙの温度変化の影響
のみが抽出されることになるのである。

このようにして得られろ強度比は、平均化器１８にて１
０万回平均され、表示器１９に表示されることになる。

〈発明の効果〉 以上、実施例に基づいて具体的に説明したように、本発
明はラマン散乱光を用いた温度測定法において、ラマン
散乱光よりも雑音成分の小さなレイリー散乱光を用いて
、マイクロベンド損失分布を確実に除去したので、誤差
の少ない温度分布を得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例にかかる光ファイバ温度分布
測定方法に使用する装置の構成図、第２図は本発明の他
の実施例にかかる光ファイバ温度分布測定方法に使用す
る装置の構成図、第３図はレイリ散乱光、反ストークス
光の分布を示すグラフ、第４図は散乱光強度比の分布を
示すグラフである。 図面中、 １．１１はパルス光源、 ２は結合器、 ３．１３は光ファイバ、 ４．１４は分光器、 ５は検出器、 ６は信号増幅器、 ７は演算回路、 ８はＡ／Ｄ変換晋、 ９は平均化処理器、 １０．１９は表示器、 １２はカップラ、 １５は検波襞、 １６は増幅器、 １７は演算増幅型、 １８は平均化器、 ２１はレイリー散乱光、 ２２は反ストークス光である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被温度測定領域に配設される光ファイバの入射端よりパ
   ルスを入射し、該入射端から出射する後方散乱のうちラ
   マン散乱によるストークス光又は反ストークス光の強度
   信号を測定し、該強度信号の波形より前記光ファイバの
   温度分布を求める方法において、前記後方散乱光のうち
   レイリー散乱光の強度信号から前記光ファイバ中に発生
   するマイクロベンド損失分布を求め、該損失分布を用い
   て前記ストークス光又は前記反ストークス光の成分中の
   強度変化に寄与するマイクロベンド損失による変化分を
   補正することを特徴とする光ファイバ温度分布測定方法
   。