JPH03205523A

JPH03205523A - 光ファイバ式温度分布測定装置

Info

Publication number: JPH03205523A
Application number: JP1342448A
Authority: JP
Inventors: Fumio Wada; 和田　史生; Takao Shioda; 塩田　孝夫
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1989-12-30
Filing date: 1989-12-30
Publication date: 1991-09-09

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】

この発明は、光ファイバを使用し、その光ファイバの長
さ方向での温度の分布を測定する光ファイバ式温度分布
測定装置に関する。

【従来の技術】

従来より、光ファイバ中のラマン後方散乱光を検出して
光ファイバ長さ方向における温度分布を測定する装置が
知られている。この装置は、ＯＴＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ
　Ｔｉｍｅ−Ｄｏｍａｉｎ　Ｒｅｆｌｅｃｔｍｅｔｒｙ
）法に基づくもので、第２図のように構或されている。第２図において、光源１はレーザパルスを発生するもの
で、このレーザパルスは分光器３を経て、センシング用
の光ファイバ４の一端に入射される。すると後方散乱光
がセンシング用の光ファイバ４の一端に側に戻ってくる
。この戻ってきた後方散乱光のうち、ラマン散乱光或分
であるストークス光と反ストークス光とが分光器３によ
って分光される。こうして取り出されたラマン散乱光の或分てあるストー
クス光と反ストークス光は、受光素子（フォトダイオー
ド等）５１、５２にそれぞれ入射させられる。この受光
素子５１、５２の出力はそれぞれアナログアンプ６１、
６２によって増幅された後、デジタル平均化処理ユニッ
ト８に送られる。このデジタル平均化処理ユニット８は、Ａ／Ｄ変換器８
１、８２と、加算用メモリ８３、８４と、これらを制御
する制御回路８５とから構戒されている。上記の光源１
は制御回路８５によって制御され、このレーザパルスが
繰り返し発生させられる。このレーサパルスの入射ごと
に、ストークス光・反スｌ・−クス光の検出の操作が繰
り返し行われ、微弱なス１一一クス光・反ストークス光
出力をＡ／Ｄ変換した上で加算平均し、Ｓ／Ｎ比を高め
るようにしている。こうして平均化されたラマン散乱光強度に関するデータ
はコンピュータ９に送られ、時間軸方向に展開され、時
間軸に対する光強度の分布データが得られる。この時間
軸は、センシング用の光ファイバ４の一端に入射させら
れたレーザパルスが光ファイバ４内に透過していくとき
にその長さ方向各点で発生した後方散乱光が再び光ファ
イバ４の入射端側に戻ってくるまでの時間であり、光フ
ァイバ４の距離に対応する。そのため、この光ファイバ
の各位置でのラマン散乱光強度つまり温度情報を得るこ
とができる。このような光ファイバ式温度分布計測装置を用いて、多
系統の光ファイバでの温度分布測定を行う場合、従来で
は、上記のような光ファイバ式温度分布測定装置を複数
系統用意するが、あるいは１つの光源からの光を切り換
えて複数の光ファイバに入射し、分光、受光、平均化処
理等はそれぞれの系統毎に行うようにしている。

【発明が解決しようとする課題】

しかしながら、このラマン後方散乱を利用した光ファイ
バ式温度分布測定装置を多数の光ファイバの１本ごとに
使用するのでは、非常にコストがかかるという問題があ
る。短い光パルスを発生する高強度光源は半導体レーザ
では実現できないため固体レーザあるいは半導体励起固
体レーザなどを使用する必要があるが、このような光源
はきわめて値段が高く複数用意することは実際上難しい
。そこで、光源は１つとしてそれがらの光を光スイッチに
より切り換えて複数のセンシング用光ファイバに入射す
ることが考えられる。ところが、この場合も光スイッチ
は値段が高く、とくに機械式光スイッチの場合寿命が短
い（約１，０００〜１０．０００回の切り換えで寿命が
つきる）ばかりでなく、光スイッチ自体の反射戻り光が
大きく、微弱なラマン後方散乱光を捉える受光素子や電
気増幅器が飽和してしまうという問題がある。さらに、これらにおいて、デジタル平均化ユニットは、
高速のＡ／Ｄ変換器と、高速で読み書きできる加算用メ
モリと、これらを高速に制御する制御回路が必要なため
非常に高価であり、複数備えることとすると経済的負担
が大変である。この発明は、センシング用光ファイバの複数系統におけ
るそれぞれの温度分布を測定できる、安価な光ファイバ
式温度分布測定装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するため、この発明による光ファイバ式
温度分布測定装置においては、光パルスを発生する１個
の光発生手段と、この１個の光発生手段からの光を複数
に分岐する光分岐手段と、分岐された複数の光がそれぞ
れ一端から入射される複数本のセンシンク用光ファイバ
と、これらセンシング用光ファイバのそれぞれの入射端
に設けられてラマン後方散乱光の波長或分のみを取り出
す、複数の分光手段と、分光された光をそれぞれ電気信
号に変換する複数の受光手段と、これら複数の受光手段
からの電気信号を切り換えて１つの電気信号を選ぶ電気
的切換手段と、選択された１つの電気信号をＡ／Ｄ変換
して平均化処理するデジタル平均化手段とが備えられる
。

【作　　用】

複数本のセンシング用の光ファイバの各々には、１個の
光発生手段からの光パルスが光分岐手段によって分岐さ
れて供給され、それらの一端から入射させられる。他方、それら複数本のセンシング用の光ファイバの各々
の一端に戻ってきた後方散乱光は、それぞれに設けられ
た分光手段に入射し、ラマン散乱光の波長成分のみが取
り出される。複数本のセンシング用の光ファイハのそれぞれごとに取
り出されたラマン後方散乱光は、それぞれ受光手段によ
り電気信号に変換される。こうして複数本のセンシング用の光ファイバの各々につ
いてのラマン後方散乱光の電気信号が得られる。これら複数の電気信号は電気的切換手段によりその１つ
が選択され、これが１つのデジタル平均化手段によりＡ
／Ｄ変換され、平均化処理される。この場合、光発生手段は１つであるが、通常、短い幅の
光パルスを発生させるために高性能なものか必要であっ
て、そのような高性能な光発生手段は光パワーに余裕が
あり、複数に分岐して使用することが可能である。また、複数本のセンシング用光ファイバのそれぞれのラ
マン後方散乱光は、電気信号に変換した後で、電気的切
換手段により選択して１つのデジタル平均化手段に送っ
ているか、電気的切換手段は実績があって信頼性が高く
、しかも長寿命で安価である。また、このように電気信
号に変換した後切り換える横戊をとることによって、光
スイッチの場合の反射戻り光の問題もまったくない。したがって、高価な光発生手段と、高価なデジタル平均
化手段はそれぞれ１つでよく、低価格化できる。

【実　施　例】

つぎにこの発明の一実施例について図面を参照しながら
説明する。第１図は、３本のセンシング用光ファイバ４
１〜４３を使用して３系統の温度分布測定を行うように
した実施例を示す。この図において、光源１は、パルス
幅の短い、高強度のレーザパルスを発生することのでき
る、固体レーザあるいは半導体励起固体レーザなとのレ
ーザ光源である。光源１より発生したレーザパルスは、
光カプラ２により分岐されて複数の、ここでは３個の分
光器３１、３２、３３に送られ、これらを経て、３本の
センシング用の光ファイバ４１〜４３の一端に入射され
る。３本のセンシング用の光ファイバ４１〜４３にレーザパ
ルスが入射させられると、後方散乱光が分光器３１〜３
３側に戻ってくる。この戻ってきた後方散乱光のうちラ
マン散乱光成分であるストークス光と反ストークス光と
が分光器３１〜３３によってそれぞれの光ファイバ４１
〜４３ごとに分光される。分光器３１〜３３は、たとえ
ば回折格子を利用した分光器や、誘電体多層膜フィルタ
を利用した分光器などで構或することができる。これら取り出された、光ファイバ４１〜４３ごとのラマ
ン散乱光の或分であるストークス光と反ストークス光は
、受光素子（フォトダイオード等）５１〜５６にそれぞ
れ入射させられる。この受光素子５１〜５６の出力はそ
れぞれアナログアンプ６１〜６６によって増幅された後
、ストークス光の信号については電気スイッチ７１に、
反ストークス光の信号については電気スイッチ７２に送
られる。これら電気スイッチ７１．７２は、たとえば高周波用の
電磁リレーからなる。このような高周波用の電磁リレー
は使用実績も多く、安価で信頼性が高く、且つ長寿命で
ある。この電気スイッチ７１、７２により３本のセンシ
ング用光ファイバ４１〜４３のうちのいずれか１本につ
いてのスｌ−　−クス光の信号と反ス１・−クス光の信
号とが選択される。こうして選択された１系統の光ファイバについてのスト
ークス光の信号と反ス１一一クス光の信号がデジタル平
均化処理ユニット８に送られる。このデジタル平均化処
理ユニット８は、Ａ／Ｄ変換器８１、８２と、加算用メ
モリ８３、８４と、これらを制御する制御回路８５とか
ら構戒されている。Ａ／Ｄ変換器８１，８２はストーク
ス光と反ストークス光のそれぞれの信号について高速な
Ａ／Ｄ変換を行う。上記の光源１は制御回路８５によっ
て制御され、所定の間隔でレーザパルスの発生を繰り返
している。このレーザパルスの光ファイバ４１〜４３へ
の入射ごとに得られるストークス光・反ストークス光の
信号のＡ／Ｄ変換が繰り返され、そのたびに得られたデ
ータが加算用メモリ８３、８４に加算されていく。こう
してストークス光と反ストークス光に関するデータの加
算平均が行われ、Ｓ　，／　Ｎ比が高められる。こうして平均化されたストークス光と反ストークス光に
関するデータはコンピュータ９に送られて割算され、選
択されたセンシング用光ファイバの長さ方向各位置ごと
の温度分布に関するデータが得られる。こうして１本のセンシング用光ファイバについての温度
分布測定が終了した後、他のセンシング用光ファイバに
ついての温度分布測定を行う場合は、操作者がコンピュ
ータ９の制御を介してあるいは直接に電気スイッチ７１
、７２を操作することにより、この電気スイッチ７１、
７２を切り換えて、同様の処理を行えばよい。また、コ
ンピュータ９の制御によって電気スイッチ７１、７２を
自動的に順次切り換えて、３本のセンシング用光ファイ
バ４１〜４３での温度分布測定を順番に、循環的に行う
ようにしてもよい。この場合、３本のセンシング用光ファイバ４１〜４３で
３系統の温度分布測定を行うようにしているが、その３
本の光ファイバ４１〜４３に対応して分光器、受光素子
、アンプは３系統備える必要があるものの、光カプラ２
で光の分岐を行い、且つ電気スイッチ７１、７２でいず
れかの光ファイバについての信号を選択するようにして
いるため、高価な光源１及びデジタル平均化処理ユニッ
ト８はそれぞれ１個でよく、非常に安価に構成できる。また、大型の光源１が１つでよく、大型の光スイッチな
どを使用しないため、小型・軽量化もできる。さらにこ
のように安価であるにもかかわらず、構成部品はいずれ
も信頼性及び寿命とも良好で、信頼性の高い、高精度な
測定を長期にわたって安定に行うことができる。とくに
光スイッチでなく電気スイッチ７１、７２を用いたこと
は、コスト、信頼性、寿命、及び光の反射が発生する心
配を除いた点で、実際上の効果ははかり知れない。なお、上記の実施例てはセンシング用光ファイバを３本
用いて３系統での温度分布測定を行うようにしたが、こ
の本数（系統数）に限定されるものでなく、より多系統
にすることなどができることはもちろんである。

【発明の効果】

この発明の光ファイバ式温度分布測定装置によれば、複
数本のセンシング用光ファイバを用いての多系統の温度
分布測定を、非常に安価、且つ小型な構或で、信頼性高
くしがも高精度に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例のブロック図、第２図は従
来例のブロック図である。１・・・光源、２・・・光カプラ、３、３１、３２、３
３・・・分光器、４、４１、４２、４３・・・センシン
グ用光ファイバ、５１〜５６・・・受光素子、６１〜６
６・・・アナログアンプ、７１、７２・・・電気スイッ
チ、８・・・デジタル平均化処理ユニット、８１、８２
・・・Ａ／Ｄ変換器、８３、８４・・・加算用メモリ、
８５・・・制御回路、９・・・コンピュータ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光パルスを発生する１個の光発生手段と、この１
個の光発生手段からの光を複数に分岐する光分岐手段と
、分岐された複数の光がそれぞれ一端から入射される複
数本のセンシング用光ファイバと、これらセンシング用
光ファイバのそれぞれの入射端に設けられてラマン後方
散乱光の波長成分のみを取り出す、複数の分光手段と、
分光された光をそれぞれ電気信号に変換する複数の受光
手段と、これら複数の受光手段からの電気信号を切り換
えて１つの電気信号を選ぶ電気的切換手段と、選択され
た１つの電気信号をＡ／Ｄ変換して平均化処理するデジ
タル平均化手段とを有することを特徴とする光ファイバ
式温度分布測定装置。