JPH03237326A - 光ファイバを用いた線状温度分布測定方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、光ファイバを用いた線状温度分布測定方法に
関するものである。

［従来の技術］ 光ファイバを用いて線状温度分布を測定する方法として
、光フアイバ中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（Ｏｐｔｉｃａ
ｌ　ｔｉｍｅ　Ｄｏｍａｉｎ　ＲｅｆｌｅｃｔｏＩＩｅ
ｔｒｙ）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方法がある。方式と
してはラマン散乱光を利用したものとレーリー散乱光を
利用したものが知られており、前者の信号は後者に比べ
、微弱（約１／１００〜１／１０００）であるが、温度
変化に対する信号変化量が大きく、有望な方式と考えら
れている。

ラマン散乱光を利用した光フアイバ式温度分布測定装置
（以下、単にラマン式温度測定装置と呼ぶ）としては、
光ファイバの一端から波長＾０、パルス幅Ｔｗ、パルス
周ＭＴｐの光〈第５図の（、ａ）参照）を入射させ、光
フアイバ内で発生するラマン散乱光の二成分である波長
λａのアンチストークス光、及び波長λＳのストークス
光等の反射光（第５図の（ｂ）参照）を、サンプリング
時間間隔Ｔｓで計測し、パルス光入射時刻を１＝０とし
て、それぞれの反射光の光強度を時間の関数Ｉ　ａ（ｔ
）、　　Ｉ　５（ｔ）として測定し、これらの比Ｉ　ａ
（をン／　Ｉ　５（ｔ）が純粋に温度の関数であること
、及び光パルス入射後、光パルス入射端（後方散乱光計
測部）に戻ってくるまでの時間が２　Ｘ　ｔ、、”ｃｏ
であること（ＣＯ；光フアイバ中の光速）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が提
案されている。

このラマン式温度測定装置は、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、電力
ケーブ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、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。また
、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。

第４図は、上記提案されているラマン式温度測定装置の
具体的構成例であり、測定装置本体１０とセンサ用光フ
ァイバ２０から構成されている。

測定装置本体１０内のパルス光源２がら出射された光は
、光ファイバ２１、光分岐器３１を介してセンサ用光フ
ァイバ２０に導かれ、該光フアイバ内で後方散乱光（反
射光）を励起する。励起された反射光の一部は測定装置
本体１０側に戻り、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で部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及び平均化処理回路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
時間間数１　ａ（ｔ）が求められる。他方、光分岐器３
２で部分された後方散乱光のうち、光ファイバ２３ｓに
導がれたものは、ストークス光用の光学フィルタ４ｓ、
受光器５ｓ及び平均化処理回路６５″Ｃ楕成されるスト
ークス光用０ＴＤＲ計測回Ｆｌ＠　３０　ｓに入り、こ
の光強度がらストークス光強度の時間関数１５（ｔ）が
求められる。

パルス光源２と平均化処理回路６ａ、６ｓの同期合せは
、トリガ回路ｌ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回路６ａ。

６ｓ内で、第５図に示す一定の時間間隔Ｔｓで行われる
。

得られた時間間数ｒ　ａ（ｔ）及びＩ　５（ｔ）を温度
分布演算回路７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。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、従来の線状温度分布測定方法では、測定装置本
体の持つ応答特性についての考慮がなされていない、測
定装置本体の応答特性には装置内の全ての信号系の要素
があり、それぞれに対する個別の対応では、これらの応
答特性を全て改善することは不可能であり、改善されな
い部分で測定精度の変化をもたらしていた。

本発明の目的は、前記した従来技術の欠点を解消し、測
定精度を向上させることができる光ファイバを用いた線
状温度分布測定方法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を用いた線状温度分布測定方法は、
測定装置本体内の光源から、センサ用光ファイバに光パ
ルスを入射させ、該光ファイバで発生する後方散乱光を
測定装置本体に導き、これらの散乱光の中からラマン散
乱光を分離し、これらの光の強度から温度を求める線状
温度分布測定方法において、センサ用光ファイバの代わ
りに反射体を取り付けた状態で信号を測定し、これを測
定装置本体の応答関数と見なし、次にセンサ用光ファイ
バを取り付けて測定し、その結果を上記応答関数に基づ
いて演算処理し真の測定結果を復調するものである。

［作用］ 測定装置本体にセンサ用光ファイバの代わりに極短いダ
ミーファイバ等の反射体を取り付け、それにより測定装
置本体の全体の応答関数を測定する。この測定結果を用
いてセンサ用光ファイバの測定結果を演算処理して真の
測定結果を復調する。

これにより、センサ用光ファイバの測定結果から、測定
装置本体の測定系要素に起因する測定誤差が排除され、
測定精度が向上する。

［実施例］ 以下、本発明を図面を参照しながら説明する。

光フアイバ式温度分布測定装置の基本的構成は第５図と
同じである。

先ず、温度分布測定装置の測定装置η本体１０に、セン
サ用光ファイバ２０の代わりに極短い光ファイバ（ダミ
ーファイバ）を取り付け、通常の０ＴＤＲ測定を行う、
これにより第１図に示すような０ＴＤＲ波形が得られる
。この波形は、センサ用光ファイバ２０の距離ゼロ、即
ち測定装置本体１０内に存する信号系要素のみを対象と
したときの応答波形であり、これを測定装置本体１０全
体の応答間数　ｈ（τ）とみなす。

次に、ダミーファイバに代わってセンサ用光ファイバ２
０を取り付け、通常の０ＴＤＲ測定を行う、これにより
、第２図に示す如き０ＴＤＲ波形が得られることになる
。しかし、この波形は、センサ用光ファイバ２０から測
定装置本体１０の側に戻ってくる後方散乱光ではあるが
、センサ用光ファイバ２０の基端部における真の後方散
乱光強度■（【）ではない、即ち、測定装置本体１０内
で更に測定系３０ａ、３０ｂを通したのちに温度分布演
算回路７で測定される波形であり、測定装置本体１０の
応答特性までを含んでいる。従って、このままでは温度
測定及び距離測定ともに測定精度が悪くなる。

そこで、演算回路７は、第１図に示す波形を基に上記第
２図の波形を数学的処理し、第３図に示すような波形と
し、これを基に温度を求める。

即ち、センサ用光ファイバ２０から戻ってくる後方散乱
光強度をＩ　（ｔ）とし、これの計測値をＩＭｔ）とす
ると、両者の関係は下記（１）式で示される。

Ｉ’　　（ｔ）　＝／−、Ｉ　（ｔ−τ）・ｈ（τ）ｄ
τ・・・・・・　（１） ここで、ｈ（τ）は既に述べた測定装置本体ｌＯのパル
ス応答関数（第１図）であり、測定装置本体１０の周波
数特性等で定まる。

光ファイバを非常に短くするとＩ　（ｔ）はパルス光と
なり、その波高値をＰｏとすると、実測される波高値Ｐ
　−（ｔ）はほぼ応答関数ｈ（ｔ’）に比例する。

ｐ’　（Ｂ与ＰＯ・ｈ　（ｔ）　　　・・・・・・　（
２）従って、演算回路７は、（１）　、　（２）式から
、真の後方散乱光Ｉ　（ｔ）を求めることができる。

上記実施例では、測定装置本体１０のパルス応答関数ｈ
（τ）を知るために極短い光ファイバを取り付けたが、
極短い反射体を用いることもできる。また、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ものである。

［発明の効果］ 本発明によれば、反射体を取り付けた一度の測定により
測定装置本体の応答関数が得られ、これに基づいて本来
の測定結果が復調されるため、測定装置本体内の個々の
測定系要素がどの様な特性であるかに関わらず、精度の
高い測定が可能である。

また応答関数の測定は、測定装置本体の全体を対象とし
て行われるので、測定装置本体の調整を従来より簡素化
でき、大幅な経済性の向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図はダミーファイバを使用したときの計測波形の概
略図、第２図はセンサ用光ファイバを使用したときの計
測波形の概略図、第３図は第１図の波形より復調した波
形の概略図、第４図は先に提案されている光フアイバ式
温度分布測定装置の構成図、第５図（ａ）（ｂ）はその
計測概念の説明図である。 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、５ｓ、５ａは受光器、６ｓ、６ａは平均
化処理回路、７は温度分布演算回路、１０は測定装置本
体、２０はセンサ用光ファイバ、２１．２２．２３ａ、
２３ｓは光ファイバ、３１．３２は光分岐器、３０ｓは
ストークス光用０ＴＤＲ計測回路、３０ａはアンチスト
ークス光用０ＴＤＲ計測回路を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、測定装置本体内の光源から、センサ用光ファイバに
   光パルスを入射させ、該光ファイバで発生する後方散乱
   光を測定装置本体に導き、これらの散乱光の中からラマ
   ン散乱光を分離し、これらの光の強度から温度を求める
   線状温度分布測定方法において、センサ用光ファイバの
   代わりに反射体を取り付けた状態で信号を測定し、これ
   を測定装置本体の応答関数と見なし、次にセンサ用光フ
   ァイバを取り付けて測定し、その結果を上記応答関数に
   基づいて演算処理し真の測定結果を復調することを特徴
   とする光ファイバを用いた線状温度分布測定方法。