JPH02309220A - 光ファイバ式分布形温度計測装置 - Google Patents
光ファイバ式分布形温度計測装置Info
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- JPH02309220A JPH02309220A JP1128924A JP12892489A JPH02309220A JP H02309220 A JPH02309220 A JP H02309220A JP 1128924 A JP1128924 A JP 1128924A JP 12892489 A JP12892489 A JP 12892489A JP H02309220 A JPH02309220 A JP H02309220A
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Landscapes
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
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。
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、温度センサ、特に光ファイバ式分布形温度計
測装置に関するものである。
測装置に関するものである。
[従来の技術]
光ファイバ式分布形温度測定装置は、光フアイバ中のラ
マン散乱光やレーり散乱光等の散乱光強度が温度によっ
て変化することを利用し、この変化を公知の0TDR(
Optical tingeDolain Refle
ctry)の手法で検知することにより、光ファイバの
長手方向に沿った温度分布を計測するものである。
マン散乱光やレーり散乱光等の散乱光強度が温度によっ
て変化することを利用し、この変化を公知の0TDR(
Optical tingeDolain Refle
ctry)の手法で検知することにより、光ファイバの
長手方向に沿った温度分布を計測するものである。
ラマン散乱光を利用した光ファイバ式分布形温度測定装
置(以下、単にラマン式温度測定装置と呼ぶ〉の計測概
念を第6図を用いて以下に説明する。
置(以下、単にラマン式温度測定装置と呼ぶ〉の計測概
念を第6図を用いて以下に説明する。
光源からパルス光(パルス幅Tw、パルス周期Tp)を
センサ用光ファイバに導くと、該光フアイバ内でアンチ
ストークス光やストークス光等の後方散乱光〈反射光)
が励起され、その一部は計測装置に戻る。
センサ用光ファイバに導くと、該光フアイバ内でアンチ
ストークス光やストークス光等の後方散乱光〈反射光)
が励起され、その一部は計測装置に戻る。
この反射光をパルス光入射時刻を1=0とし、サンプリ
ング時間間隔Tsで計測すると、アンチストークス光や
ストークス光の光強度の時間関数I a (t)、 I
s (t)がサンプリング時間間隔Tsの関数として
求まる。。
ング時間間隔Tsで計測すると、アンチストークス光や
ストークス光の光強度の時間関数I a (t)、 I
s (t)がサンプリング時間間隔Tsの関数として
求まる。。
このとき、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
、光フアイバ内の距離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;光フアイバ中の光速
)を利用すると、光ファイバの沿った線状の温度分布が
測定できる。
)が純粋に温度の関数であること、及び光パルス入射後
、光フアイバ内の距離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;光フアイバ中の光速
)を利用すると、光ファイバの沿った線状の温度分布が
測定できる。
尚、反射光が計測される時間幅Trは2×L/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。
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。
次に、第5図を用いて、ラマン式温度測定装置の概要を
説明する。
説明する。
この温度測定装置は、計測装置10とセンナ用光ファイ
バ20から構成される。計測装置10内のパルス光源2
から出射されたパルス幅TV、パルス周期Tpの光は(
第6図(a))、光ファイバ21、光分岐器31を介し
、センサ用光ファイバ20に導かれ、該光フアイバ内で
後方散乱光(反射光)が励起され、励起された反射光の
一部は計測装置10側に戻り、光分岐器31、光ファイ
バ22を介して光分岐器32に導かれる。
バ20から構成される。計測装置10内のパルス光源2
から出射されたパルス幅TV、パルス周期Tpの光は(
第6図(a))、光ファイバ21、光分岐器31を介し
、センサ用光ファイバ20に導かれ、該光フアイバ内で
後方散乱光(反射光)が励起され、励起された反射光の
一部は計測装置10側に戻り、光分岐器31、光ファイ
バ22を介して光分岐器32に導かれる。
光分岐器32で二分された反射光のうち、光ファイバ2
3a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4a、受光器5a及び平均化処理装置6a″′C
′構成されるアンチストークス光用0TDR計測回路3
0a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1 a(t)が求められる。同様にして、スト
ークス光強度の時間関数I 5(t)はストークス光用
0TDR計測回路30sで求められる。
3a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4a、受光器5a及び平均化処理装置6a″′C
′構成されるアンチストークス光用0TDR計測回路3
0a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1 a(t)が求められる。同様にして、スト
ークス光強度の時間関数I 5(t)はストークス光用
0TDR計測回路30sで求められる。
得られた時間関数I a(t)及びI 5(t)の情報
は、温度分布演算回路7に入力されて、Ia、(t)/
I 5(t)の演算が行われ、センサ用光ファイバ20
に沿った線状温度分布が求められる。
は、温度分布演算回路7に入力されて、Ia、(t)/
I 5(t)の演算が行われ、センサ用光ファイバ20
に沿った線状温度分布が求められる。
パルス光源2と平均化処理装置6a、6sの同期合せは
トリガ回路1の同期信号によって行い、反射光のサンプ
リングは平均化処理装置6a。
トリガ回路1の同期信号によって行い、反射光のサンプ
リングは平均化処理装置6a。
6s内で、第6図に示す一定の時間間隔Tsで行われる
。
。
尚、受光器5は受光感度を高めるため、通常はAPD
(アバアランス フォトダイオード)と増幅器の組み合
わせ回路を用いている。
(アバアランス フォトダイオード)と増幅器の組み合
わせ回路を用いている。
このラマン式温度計測装置は、例えば電力ケーブルに沿
わせてセンサ用光ファイバを敷設することにより、電カ
ケ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なり、ケ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。又、
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もできる。
わせてセンサ用光ファイバを敷設することにより、電カ
ケ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なり、ケ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。又、
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もできる。
ところが、一般に入射パルス光1回で生じるラマン散乱
光は微弱で、しかもその放出には確、率要素が含まれる
一方、ファイバ中のランダムな雑音光や、受光器、増幅
器1演算回路での雑音等は大きい。
光は微弱で、しかもその放出には確、率要素が含まれる
一方、ファイバ中のランダムな雑音光や、受光器、増幅
器1演算回路での雑音等は大きい。
従って、ラマン後方散乱光の時間(距離)分布を正確に
計測するには、゛パルス光を多数回繰り返し入射し、こ
れと同期したあるいはサンプリングタイミング毎の受光
信号の平均化処理(そのタイミングでの受光信号を積算
し、あるいは積算値をパルス印加回数で除去する)を平
均化処理装置6a、6sで行い、ランダムに発生する雑
音成分を平均的にゼロに近付け、相対的にラマン散乱光
を明確にするという手法が取られている。これを平均化
処理という。
計測するには、゛パルス光を多数回繰り返し入射し、こ
れと同期したあるいはサンプリングタイミング毎の受光
信号の平均化処理(そのタイミングでの受光信号を積算
し、あるいは積算値をパルス印加回数で除去する)を平
均化処理装置6a、6sで行い、ランダムに発生する雑
音成分を平均的にゼロに近付け、相対的にラマン散乱光
を明確にするという手法が取られている。これを平均化
処理という。
尚、ランダムな雑音の平均値は、あるサンプリングタイ
ミングでの多数回の雑音を平均しても、また長時間の雑
音の時間平均をとっても、数学的に同じ意味での平均値
となることは明らかである。
ミングでの多数回の雑音を平均しても、また長時間の雑
音の時間平均をとっても、数学的に同じ意味での平均値
となることは明らかである。
[発明が解決しようとする課題]
ラマン式温度センサあるいはレーリ式温度センサ等の光
ファイバ式分布形温度計測装置は、上述した方法で線状
の温度分布が測定できる有望な方式であるが、いずれも
微弱な散乱光を信号として用いるため、第7図に示すよ
うに、受光器5にはAPD等の高感度の光/電気(0/
B)変換素子51並びに高感度の増幅器52が必要とな
る。又、これら直流から高周波まで忠実に増幅する必要
性から直流結合回路が基本となる。
ファイバ式分布形温度計測装置は、上述した方法で線状
の温度分布が測定できる有望な方式であるが、いずれも
微弱な散乱光を信号として用いるため、第7図に示すよ
うに、受光器5にはAPD等の高感度の光/電気(0/
B)変換素子51並びに高感度の増幅器52が必要とな
る。又、これら直流から高周波まで忠実に増幅する必要
性から直流結合回路が基本となる。
しかし、高感度の直流増幅器では、そのオフセット電圧
は温度の影皆を受は易く、周囲温度が変わる毎に、最適
なオフセット電圧となるように電圧調整することが必要
となる。この様な観点から、通常、直流増幅器を用いる
場合には、第7図に示すようにAGC回路を設けて直流
増幅器52の出力電圧をモニタし、入力情報が無いとき
の電圧が零になるようにするAZC(オート ゼロ コ
ントロール)等を施している。
は温度の影皆を受は易く、周囲温度が変わる毎に、最適
なオフセット電圧となるように電圧調整することが必要
となる。この様な観点から、通常、直流増幅器を用いる
場合には、第7図に示すようにAGC回路を設けて直流
増幅器52の出力電圧をモニタし、入力情報が無いとき
の電圧が零になるようにするAZC(オート ゼロ コ
ントロール)等を施している。
しかし、前述したように光ファイバ式分布形温度計測装
置は、非常に微弱な後方散乱光を信号としているため、
信号よりノイズの方が大きく、増幅器出力電圧をモニタ
して受光感度を調整することは誼しいこと、後述のよう
に最適なオフセット電圧に選定しないと、平均化処理に
よりノイズをうまくキャンセルできないことから、計測
毎に手動でこの調整を行っているのが現状である。
置は、非常に微弱な後方散乱光を信号としているため、
信号よりノイズの方が大きく、増幅器出力電圧をモニタ
して受光感度を調整することは誼しいこと、後述のよう
に最適なオフセット電圧に選定しないと、平均化処理に
よりノイズをうまくキャンセルできないことから、計測
毎に手動でこの調整を行っているのが現状である。
従って、光ファイバ式分布形温度計測装置で自動計測を
行うには、オフセット電圧が一定になるように、受光器
全体を高精度の恒温槽内に設置する等の対策が必要であ
り、装置が大型で高価なものとなるという欠点があった
。
行うには、オフセット電圧が一定になるように、受光器
全体を高精度の恒温槽内に設置する等の対策が必要であ
り、装置が大型で高価なものとなるという欠点があった
。
本発明の目的は、前記した従来技術の欠点を改善し、自
動計測ができ、且つ安価で小型の光ファイバ式分布形温
度計測装置を提供することにある。
動計測ができ、且つ安価で小型の光ファイバ式分布形温
度計測装置を提供することにある。
[課題を解決するための手段1
本発明の光ファイバ式分布形温度計測装置は、計測系内
の光源からセンナ用光ファイバに光パルスを入射させ、
該ファイバ内に発生する後方散乱光で形成される反射光
を該計測系に導き、これら反射光の受光器からの光強度
を平均化処理装置でサンプリングして時間平均をとり、
その値から光ファイバの温度を求めると共に、光パルス
の入射時刻と反射光が計測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、温度と位置を
同時針側し、センサ用光ファイバの温度分布を計測する
光ファイバ式分布形温度計測装置において、一巡の平均
化処理が終了する毎に、平均化処理装置で得られた散乱
光の観測されない時間領域における反射光強度の平均化
処理値を取り出す演算手段と、この取り出された平均化
処理値を受け、受光器を構成する増幅器等のオフセット
電圧を、散乱光が観測されない時間領域での受光器出力
電圧が平均化処理装置の入力部のダイナミックレンジ以
内となるように制御する制御回路とを設けて構成したも
のである。
の光源からセンナ用光ファイバに光パルスを入射させ、
該ファイバ内に発生する後方散乱光で形成される反射光
を該計測系に導き、これら反射光の受光器からの光強度
を平均化処理装置でサンプリングして時間平均をとり、
その値から光ファイバの温度を求めると共に、光パルス
の入射時刻と反射光が計測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、温度と位置を
同時針側し、センサ用光ファイバの温度分布を計測する
光ファイバ式分布形温度計測装置において、一巡の平均
化処理が終了する毎に、平均化処理装置で得られた散乱
光の観測されない時間領域における反射光強度の平均化
処理値を取り出す演算手段と、この取り出された平均化
処理値を受け、受光器を構成する増幅器等のオフセット
電圧を、散乱光が観測されない時間領域での受光器出力
電圧が平均化処理装置の入力部のダイナミックレンジ以
内となるように制御する制御回路とを設けて構成したも
のである。
[作用]
平均化処理装置は、受光器からの反射光強度をサンプリ
ングしその平均化処理を行う。この値から光ファイバの
温度が求められる。演算手段は、一巡の平均化処理が終
了する毎に、平均化処理装置で求められた散乱光の観測
されない時間領域における反射光強度の平均化処理@(
サンプリングタイミング毎の一連の平均値)を演算して
取り出し、これを制御回路に入力する。この平均化処理
値を受けて、制御回路が受光器を構成する増幅器のオフ
セット電圧を制御する。このオフセット電圧制御は、次
回の一巡の平均化処理において、受光器の出力電圧が、
散乱光の観測されない時間領域では、平均化処理装置の
入力部のダイナミックレンジ以内となるように制御され
る。
ングしその平均化処理を行う。この値から光ファイバの
温度が求められる。演算手段は、一巡の平均化処理が終
了する毎に、平均化処理装置で求められた散乱光の観測
されない時間領域における反射光強度の平均化処理@(
サンプリングタイミング毎の一連の平均値)を演算して
取り出し、これを制御回路に入力する。この平均化処理
値を受けて、制御回路が受光器を構成する増幅器のオフ
セット電圧を制御する。このオフセット電圧制御は、次
回の一巡の平均化処理において、受光器の出力電圧が、
散乱光の観測されない時間領域では、平均化処理装置の
入力部のダイナミックレンジ以内となるように制御され
る。
この受光器のオフセット電圧制御によって、受光器を直
流増幅器で構成した場合でも、高精度の恒温槽を設置す
ることなしに、受光器のオフセット電圧を最適値に自動
調整することができ、安価7小型の光ファイバ式分布形
温度計測装置を提供することができる。
流増幅器で構成した場合でも、高精度の恒温槽を設置す
ることなしに、受光器のオフセット電圧を最適値に自動
調整することができ、安価7小型の光ファイバ式分布形
温度計測装置を提供することができる。
[実施例]
以下、本発明による光ファイバ式分布形温度計測装置の
実施例を、第1図により説明する。
実施例を、第1図により説明する。
本実施例による光ファイバ式分布形温度計測装置の基本
概念及び構成は、第5図及び第6図に示す従来例とほぼ
同じであり、異なる点は、アンチストークス光用0TD
R計測回路30aとストークス光用0TDR計測回路3
0sを、第1図に示す如く、オートオフセット電圧制御
器8即ちAOVC(Auto 0ffset Volt
age Controll)制御器を追加した構成の0
TDR計測回路30に変更したことである。AOVC!
制御器8は、受光器5の温度が変動しても、受光器5内
の直流増幅器52のオフセット電圧を最適値に制御する
ために設置したものであり、その概念に付いて以下説明
する。
概念及び構成は、第5図及び第6図に示す従来例とほぼ
同じであり、異なる点は、アンチストークス光用0TD
R計測回路30aとストークス光用0TDR計測回路3
0sを、第1図に示す如く、オートオフセット電圧制御
器8即ちAOVC(Auto 0ffset Volt
age Controll)制御器を追加した構成の0
TDR計測回路30に変更したことである。AOVC!
制御器8は、受光器5の温度が変動しても、受光器5内
の直流増幅器52のオフセット電圧を最適値に制御する
ために設置したものであり、その概念に付いて以下説明
する。
平均化処理装置6で求められた一巡の平均化処理値は、
温度分布演算回路7に入力され、ここで温度分布を演算
するが、この演算と同時に、散乱光の観測されない時間
領域における反射光、強度の平均化処理値を演算して、
受光器5内の直流増幅器52のオフセット電圧を推定し
て適正なオフセット電圧値を試算し、この結果をA O
V CIII御回路8に入力する。AOVC制御回路8
はこのオフセット電圧値に応じ、散乱光が観測されない
時間領域での受光器5の出力電圧が、平均化処理装置6
の入力部のダイナミックレンジ以内となるように、増幅
器52のオフセット電圧を制御する。
温度分布演算回路7に入力され、ここで温度分布を演算
するが、この演算と同時に、散乱光の観測されない時間
領域における反射光、強度の平均化処理値を演算して、
受光器5内の直流増幅器52のオフセット電圧を推定し
て適正なオフセット電圧値を試算し、この結果をA O
V CIII御回路8に入力する。AOVC制御回路8
はこのオフセット電圧値に応じ、散乱光が観測されない
時間領域での受光器5の出力電圧が、平均化処理装置6
の入力部のダイナミックレンジ以内となるように、増幅
器52のオフセット電圧を制御する。
この手法を以下に詳述する。
今、入射光のない状態でのみかけ後方散乱光受光時ある
いはパルス入射後でも温度計測の対象としない一定温度
の手前のセンサファイバからの後方散乱光受光時(後述
の第4図の時間額域A)とか、もはや後方散乱光が戻っ
てこない時間後でのみかけの後方散乱光受光時(第4図
の時間領域C)を検出する状態とする。
いはパルス入射後でも温度計測の対象としない一定温度
の手前のセンサファイバからの後方散乱光受光時(後述
の第4図の時間額域A)とか、もはや後方散乱光が戻っ
てこない時間後でのみかけの後方散乱光受光時(第4図
の時間領域C)を検出する状態とする。
第2図はオフセット電圧vOとノイズレベルVNの関係
を図示したものであり、縦軸にはノイズ電圧を、横軸に
は時間又は平均化処理回数をとっである。第2図(a)
の適正なオフセット電圧の場合、即ち、平均化処理装置
6の入力部のダイナミックレンジVD内にノイズレベル
VNが入っている場合には、ノイズも忠実に平均化処理
装置6に入力され、ここで各タイミング毎に平均化され
るため、ノイズの平均値を無視できる程度に低減でき、
平均化処理装置の出力電圧はほぼオフセット電圧となる
。
を図示したものであり、縦軸にはノイズ電圧を、横軸に
は時間又は平均化処理回数をとっである。第2図(a)
の適正なオフセット電圧の場合、即ち、平均化処理装置
6の入力部のダイナミックレンジVD内にノイズレベル
VNが入っている場合には、ノイズも忠実に平均化処理
装置6に入力され、ここで各タイミング毎に平均化され
るため、ノイズの平均値を無視できる程度に低減でき、
平均化処理装置の出力電圧はほぼオフセット電圧となる
。
しかし、オフセット電圧vOが不足している場合(第2
図(b))、オフセット電圧vOが過大な場合(第2図
(C))には、ノイズ電圧の片極性の一部がダイナミッ
クレンジVDから外れるため(ハツチング部分)、ノイ
ズを平均化するとハツチング部分の逆極性部分が相殺で
きずに残り、平均化処理してもノイズの影響を低減でき
ない、尚、証明簡略化のためノイズは三角函数の如く表
示したが、現実には振動1位相1周波数がランダムに組
合わされたノイズである。
図(b))、オフセット電圧vOが過大な場合(第2図
(C))には、ノイズ電圧の片極性の一部がダイナミッ
クレンジVDから外れるため(ハツチング部分)、ノイ
ズを平均化するとハツチング部分の逆極性部分が相殺で
きずに残り、平均化処理してもノイズの影響を低減でき
ない、尚、証明簡略化のためノイズは三角函数の如く表
示したが、現実には振動1位相1周波数がランダムに組
合わされたノイズである。
従って、オフセット電圧VOは第2図(a)のように適
正な値に設定すべきであるが、ノイズは絶えずランダム
に変動しているため、自動的にオフセット電圧vOを適
正な値に設定することは難しく、以下の方法でその調整
を行う。
正な値に設定すべきであるが、ノイズは絶えずランダム
に変動しているため、自動的にオフセット電圧vOを適
正な値に設定することは難しく、以下の方法でその調整
を行う。
第3図は、光信号が無いときのオフセット電圧vOと平
均化処理装置6の出力電圧v2との関係を示したもので
ある。第2図の(a)、 (b)I (C)に示したオ
フセット電圧■0の変化に対応して、平均化処理装置出
力電圧V2は変化し、オフセット電圧vOが適正な範囲
(第3図の範囲(a))ではその出力電圧v2がほぼオ
フセット電圧vOと一致するが、この範囲を外れると(
第3図の(b)、 (c)の範囲)、ノイズ分が残り、
出力電圧v2が急激にオフセット電圧vOと異なる値と
なるので、この点に着目して制御することになる。
均化処理装置6の出力電圧v2との関係を示したもので
ある。第2図の(a)、 (b)I (C)に示したオ
フセット電圧■0の変化に対応して、平均化処理装置出
力電圧V2は変化し、オフセット電圧vOが適正な範囲
(第3図の範囲(a))ではその出力電圧v2がほぼオ
フセット電圧vOと一致するが、この範囲を外れると(
第3図の(b)、 (c)の範囲)、ノイズ分が残り、
出力電圧v2が急激にオフセット電圧vOと異なる値と
なるので、この点に着目して制御することになる。
第4図は、平均化処理装置6で求められた後方散乱光を
平均化処理した後の信号(平均化処理装置の出力電圧V
2 ’)の例である0時間領域Aは、入射光のない状態
でのみかけ後方散乱光受光時あるいはパルス入射後でも
温度計測の対象としない一定温度の手前のセンサファイ
バからの後方散乱光受光時の部分であり、時間額域Bは
後方散乱光が戻って来ている部分であり、時間領域Cは
もはや後方散乱光が戻ってこない時間後でのみかけの後
方散乱光相当部分である4本発明ではこれらの信号のう
ち、光信号が実質的に戻ってこない時間領域Aあるいは
Cの部分の信号を用いて、オフセット電圧を制御する。
平均化処理した後の信号(平均化処理装置の出力電圧V
2 ’)の例である0時間領域Aは、入射光のない状態
でのみかけ後方散乱光受光時あるいはパルス入射後でも
温度計測の対象としない一定温度の手前のセンサファイ
バからの後方散乱光受光時の部分であり、時間額域Bは
後方散乱光が戻って来ている部分であり、時間領域Cは
もはや後方散乱光が戻ってこない時間後でのみかけの後
方散乱光相当部分である4本発明ではこれらの信号のう
ち、光信号が実質的に戻ってこない時間領域Aあるいは
Cの部分の信号を用いて、オフセット電圧を制御する。
ここでは、例として時間領域Cの部分を用いる場合の制
御内容を以下に示す。
御内容を以下に示す。
第4図中で、オフセット電圧vOが第3図の(a)の範
囲にあれば適正で、第4図の時間領域Cにおける時間平
均の出力電圧v2はほぼオフセット電圧VOに一致し、
ノイズの影響VNは最小となっている。この場合には、
AOVC制御回路8によるオフセット電圧の変更は結果
的に行われない。
囲にあれば適正で、第4図の時間領域Cにおける時間平
均の出力電圧v2はほぼオフセット電圧VOに一致し、
ノイズの影響VNは最小となっている。この場合には、
AOVC制御回路8によるオフセット電圧の変更は結果
的に行われない。
一方、第4図の時間領域Cにおいて時間平均の出力電圧
V2がオフセット電圧■0より大きい場合は、第3図(
b)の範囲にあることになるので、残留するノイズ成分
VNが大きい、従って、AOVC制御回路8は、これに
応じた入力により増幅器52のオフセット電圧vOを大
きくする。逆に、時間平均の出力電圧v2がオフセット
電圧■0より小さい場合は、第3図(C)の範囲にある
ので、AOVC制御回路8はオフセット電圧VOを小さ
くする。
V2がオフセット電圧■0より大きい場合は、第3図(
b)の範囲にあることになるので、残留するノイズ成分
VNが大きい、従って、AOVC制御回路8は、これに
応じた入力により増幅器52のオフセット電圧vOを大
きくする。逆に、時間平均の出力電圧v2がオフセット
電圧■0より小さい場合は、第3図(C)の範囲にある
ので、AOVC制御回路8はオフセット電圧VOを小さ
くする。
このように一巡の平均化処理が終了する毎に、AOVC
制御回路8を介してオフセット電圧■0を制御すると、
次回測定時の一巡の平均化処理では、適正な側のオフセ
ット電圧となる。時間領域Cにおける時間平均v2とオ
フセット電圧vOとの差や、オフセット電圧の調整幅は
、第3図を基準に予め設定しておくことができる。
制御回路8を介してオフセット電圧■0を制御すると、
次回測定時の一巡の平均化処理では、適正な側のオフセ
ット電圧となる。時間領域Cにおける時間平均v2とオ
フセット電圧vOとの差や、オフセット電圧の調整幅は
、第3図を基準に予め設定しておくことができる。
尚、通常用いているAGC制御と本発明の上記実施例の
異なる点は、前者が常時出力電圧をモニタして制御する
のに対し、後者は、計測時には制御を行わずに、計測値
の平均値が求まった後に、その平均値を用いてオフセッ
ト電圧を調整し、次の計測を行うことにある。
異なる点は、前者が常時出力電圧をモニタして制御する
のに対し、後者は、計測時には制御を行わずに、計測値
の平均値が求まった後に、その平均値を用いてオフセッ
ト電圧を調整し、次の計測を行うことにある。
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、例えば
下記のように変形することもできる。
下記のように変形することもできる。
(1)第1図における、受光器5の出力電圧を適正な直
流フィルタ(直流のみ通過させ、一種の時間平均を求め
ることになる)を介してモニタし、予め求めた第3図の
関係を参照して適正なオフセット電圧(第3図(a))
になるように、オートオフセット電圧制御8を′MI御
しても、上記と同様な効果を上げることができる。
流フィルタ(直流のみ通過させ、一種の時間平均を求め
ることになる)を介してモニタし、予め求めた第3図の
関係を参照して適正なオフセット電圧(第3図(a))
になるように、オートオフセット電圧制御8を′MI御
しても、上記と同様な効果を上げることができる。
(2)平均化処理装置の入力レンジを片極性に設定し、
これと逆極性で且つノイズレベルより十分大きい値のオ
フセット電圧となるように制御すると、下記(aL (
b)の理由で顕著にノイズの影響を除去できる。
これと逆極性で且つノイズレベルより十分大きい値のオ
フセット電圧となるように制御すると、下記(aL (
b)の理由で顕著にノイズの影響を除去できる。
(a)ラマン散乱光は常に正極性であり、発生確率は高
いが弱い強度の第1の光■1と、発生確立は低いが強い
強度の第2の光I2とで構成され、後者の光■2からも
温度情報を得ることができる。
いが弱い強度の第1の光■1と、発生確立は低いが強い
強度の第2の光I2とで構成され、後者の光■2からも
温度情報を得ることができる。
(b)上記計測法では第1の光11は計測されず■2が
計測されるが、第1の光■1の光強度は強いため、S/
N比は大きい。この場合についても前述のようにオフセ
ット電圧を制御することにより、一層安定した測定が可
能となる。
計測されるが、第1の光■1の光強度は強いため、S/
N比は大きい。この場合についても前述のようにオフセ
ット電圧を制御することにより、一層安定した測定が可
能となる。
[発明の効果コ
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。
る。
(1)計測後の後方散乱光の平均化処理値を用いて、受
光器を構成する増幅器のオフセット電圧を最適値に制御
するため、平均化処理回数を増加させることによりS/
N比を向上でき、各計測時に進入するノイズの影響を少
なくすることができる。
光器を構成する増幅器のオフセット電圧を最適値に制御
するため、平均化処理回数を増加させることによりS/
N比を向上でき、各計測時に進入するノイズの影響を少
なくすることができる。
(2)上記理由により、受光器のオフセット電圧の自動
制御が可能となり、計測毎に手動で制御する必要がない
。
制御が可能となり、計測毎に手動で制御する必要がない
。
(3)計測直前に最適な受光器のオフセット電圧に調整
されるなめ、増幅器等のオフセット電圧が温度で変化し
てもその影響を受けない。
されるなめ、増幅器等のオフセット電圧が温度で変化し
てもその影響を受けない。
このなめ、恒温対策が不要となり、装置は小型で安価に
できる。
できる。
(4)ノイズレベルを最小にできるため、S/N比が良
くなり高精度の計測が実現できる。
くなり高精度の計測が実現できる。
第1図は本発明による光ファイバ式分布形温度測定装置
に用いる受光器のオートオフセット電圧自動flltX
J系の回路図、第2図はオフセット電圧vOとノイズレ
ベルVNとの関係を示した図、第3図は光信号がないと
きのオフセット電圧■0と平均化処理装置の出力電圧v
2との関係を示した図、第4図は平均化処理装置で求め
られた後方散乱光の平均化処理した後の信号を例示した
図、第5図は従来例の光ファイバ式分布形温度測定装置
の構成図、第6図はその計測概念図、第7図は従来の受
光器のオートゼロ制御系の回路図である。 図中、1はトリガ回路、2はパルス光源、4s。 4aは光学フィルタ、5.5s、5aは受光器、6.6
s、6aは平均化処理装置、7は温度分布演算回路、8
はオートオフセット電圧制御器、10は計測装置、20
はセンサ用光ファイバ、21.22.23s、23aは
光ファイバ、30sはストーク光用0TDR計測回路、
30aはアンチストークス光用0TDR計測回路、31
゜32は光分岐器、51はAPD、52は増幅器を示す
。 5:受光器 7:温度分布演算回路6:
平均化処理装置 8:オートオフセット電圧制御
器第1図− (a)適正なオフセント電圧 (b)オフセット電圧不足 時間0「平均化処理回数 (c)オフセット電圧過大 ■o:平均化処理装置入力部ダイナミ’7クレンジvN
、ノイズレベル vo:オフセント電圧第2図 V2:平均化処理装置の出力電圧 第3図 一今時間t v2:平均化処理装置の出力電圧 第4図 第5図 (b)センサからの反射光
に用いる受光器のオートオフセット電圧自動flltX
J系の回路図、第2図はオフセット電圧vOとノイズレ
ベルVNとの関係を示した図、第3図は光信号がないと
きのオフセット電圧■0と平均化処理装置の出力電圧v
2との関係を示した図、第4図は平均化処理装置で求め
られた後方散乱光の平均化処理した後の信号を例示した
図、第5図は従来例の光ファイバ式分布形温度測定装置
の構成図、第6図はその計測概念図、第7図は従来の受
光器のオートゼロ制御系の回路図である。 図中、1はトリガ回路、2はパルス光源、4s。 4aは光学フィルタ、5.5s、5aは受光器、6.6
s、6aは平均化処理装置、7は温度分布演算回路、8
はオートオフセット電圧制御器、10は計測装置、20
はセンサ用光ファイバ、21.22.23s、23aは
光ファイバ、30sはストーク光用0TDR計測回路、
30aはアンチストークス光用0TDR計測回路、31
゜32は光分岐器、51はAPD、52は増幅器を示す
。 5:受光器 7:温度分布演算回路6:
平均化処理装置 8:オートオフセット電圧制御
器第1図− (a)適正なオフセント電圧 (b)オフセット電圧不足 時間0「平均化処理回数 (c)オフセット電圧過大 ■o:平均化処理装置入力部ダイナミ’7クレンジvN
、ノイズレベル vo:オフセント電圧第2図 V2:平均化処理装置の出力電圧 第3図 一今時間t v2:平均化処理装置の出力電圧 第4図 第5図 (b)センサからの反射光
Claims (1)
- 1、計測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、該ファイバ内に発生する後方散乱光で形成
される反射光を該計測系に導き、これら反射光の受光器
からの光強度を平均化処理装置でサンプリングして時間
平均をとり、その値から光ファイバの温度を求めると共
に、光パルスの入射時刻と反射光が計測系へ到達する時
刻の差から後方散乱光の発生位置を求めることにより、
温度と位置を同時計測し、センサ用光ファイバの温度分
布を計測する光ファイバ式分布形温度計測装置において
、一巡の平均化処理が終了する毎に、平均化処理装置で
得られた散乱光の観測されない時間領域における反射光
強度の平均化処理値を取り出す演算手段と、この取り出
された平均化処理値を受け、受光器を構成する増幅器の
オフセット電圧を、散乱光が観測されない時間領域での
受光器出力電圧が平均化処理装置の入力部のダイナミッ
クレンジ以内となるように制御する制御回路とを設けた
ことを特徴とする光ファイバ式分布形温度計測装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1128924A JP2644328B2 (ja) | 1989-05-24 | 1989-05-24 | 光ファイバ式分布形温度計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1128924A JP2644328B2 (ja) | 1989-05-24 | 1989-05-24 | 光ファイバ式分布形温度計測装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02309220A true JPH02309220A (ja) | 1990-12-25 |
JP2644328B2 JP2644328B2 (ja) | 1997-08-25 |
Family
ID=14996750
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1128924A Expired - Lifetime JP2644328B2 (ja) | 1989-05-24 | 1989-05-24 | 光ファイバ式分布形温度計測装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2644328B2 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011242141A (ja) * | 2010-05-14 | 2011-12-01 | Yokogawa Electric Corp | 温度分布測定器 |
JP2013250280A (ja) * | 2013-09-17 | 2013-12-12 | Yokogawa Electric Corp | 温度分布測定器 |
JP2014190879A (ja) * | 2013-03-27 | 2014-10-06 | Takaoka Toko Co Ltd | 光ファイバ電流センサ |
JP2019095378A (ja) * | 2017-11-27 | 2019-06-20 | オムロン株式会社 | 熱流センサ用出力装置及び熱流センサ用出力方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63311127A (ja) * | 1987-06-15 | 1988-12-19 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | 光ファイバの後方散乱光の受信感度調整方法 |
JPS6413510A (en) * | 1987-07-08 | 1989-01-18 | Fuji Photo Film Co Ltd | Phase difference detector |
-
1989
- 1989-05-24 JP JP1128924A patent/JP2644328B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63311127A (ja) * | 1987-06-15 | 1988-12-19 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | 光ファイバの後方散乱光の受信感度調整方法 |
JPS6413510A (en) * | 1987-07-08 | 1989-01-18 | Fuji Photo Film Co Ltd | Phase difference detector |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011242141A (ja) * | 2010-05-14 | 2011-12-01 | Yokogawa Electric Corp | 温度分布測定器 |
JP2014190879A (ja) * | 2013-03-27 | 2014-10-06 | Takaoka Toko Co Ltd | 光ファイバ電流センサ |
JP2013250280A (ja) * | 2013-09-17 | 2013-12-12 | Yokogawa Electric Corp | 温度分布測定器 |
JP2019095378A (ja) * | 2017-11-27 | 2019-06-20 | オムロン株式会社 | 熱流センサ用出力装置及び熱流センサ用出力方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2644328B2 (ja) | 1997-08-25 |
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