JPH0452530A

JPH0452530A - 温度計測方法

Info

Publication number: JPH0452530A
Application number: JP2163196A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Futajima; 英明二島
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1990-06-21
Filing date: 1990-06-21
Publication date: 1992-02-20

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光ファイバ自身をセンサとした、分布型光ファ
イバ温度計測システムによる温度計測方法に関するもの
である。

［従来の技術］光ファイバ自身をセンサとし、このセンサに沿った物理
量を連続的に測定できる技術の一つとしてＤＴＳ（Ｄｉ
ｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｓ　ｅ
　ｎ　ｓ　ｏ　ｒ　）と呼ばれる温度計測システムがあ
る。

これは、測定対象物に布設された光ファイバからなるセ
ンサ部、該光ファイバの一端、場合によっては両端に接
続されるレーザ光源、受光回路等からなる計測部及びコ
ンピュータによる処理部からなる。

モしてレーザ光源から光パルスを入射し、その後方散乱
光の遅延時間（光パルスを入射してから後方散乱光が入
射端に戻って来るまでの時間）を計測することによって
後方散乱光の発生位置を求め、さらに後方散乱光に含ま
れるラマン散乱光を検出することによって各位置での温
度を求めるというものである。従って、本システムを利
用すれば光ファイバの長さ方向に連続した温度データを
得ることができる。

［発明が解決しようとする課題］しかし、上記のシステムにおいて、空間分解能（光ファ
イバを何ｍ間隔で測定できるか）には制限があり、現状
の技術では、光パルス幅、受光回路の受光帯域、信号検
出のサンプリング間隔などの要因により、１ｍ（光ファ
イバ中を往復する光の伝搬時間でｌ０ｎｓ）程度が限界
とされる。

この分解能の考え方を第４図に示す。同図は分解能が１
ｍの場合に、測定対象物の真の温度と（ａ図参照）測定
温度を（ｂ図参照）を示したものであるが、グラフに示
すように真の温度と、測定温度の分布は一致するわけで
はない。これは測定温度が空間分解能相当の距離におけ
る平均温度を示しているためと考えられ、この場合、温
度変化点が測定データの３ｍから４ｍの間にあることま
ではわかるが、そのどこかを特定することはできない。

このように、空間分解能以下の距離における温度分布は
正確に検知することができないという問題があった。

従って本発明は上記の問題点に鑑み、分布型光ファイバ
計測システムを用いて、より高分解能で温度測定ができ
る温度計測方法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］上記の目的を達成するために、本発明の温度計測方法は
、光ファイバの一端から光を入射し、そのラマン散乱光
を受光回路を介してサンプリングすることによって、光
ファイバ各部の温度測定を行なう温度計測方法において
、基本サンプリングとして前記光の入射と同時にその後
方散乱光のサンプリングを行ない、空間分解能相当距離
を光が往復する時間よりも短かい一定時間を単位時間幅
として、前記受光回路を介したサンプリングの開始時間
を前記単位時間幅ずつ順次ずらして測定を行なうことを
特徴としている。

さらに、上記計測方法により得た測定値の処理の仕方に
関し、光ファイバの一端から、空間分解能以上の長さに
わたって一定の既知温度を基準とし、基本サンプリング
による測定値と該基本サンプリングから空間分解能相当
距離を光が往復する時間より短かい単位時間幅ずらした
サンプリングにおける空間分解能相当距離の測定値を比
較して、該基本サンプリングにおける空間分解能相当距
離につづく前記単位時間幅に相当する距離の平均温度を
推定し、次に該推定温度及び前記単位時間幅ずらしたサ
ンプリグにおける空間分解能相当距離の測定値と基本サ
ンプリングから前記単位時間幅を二単位ずらしたサンプ
リングにおける空間分解能相当距離の測定値を比較して
前記最初の空間分解能相当距離につづく前記二単位時間
幅に相当する距離までの平均温度を推定し、以下順次前
記単位時間幅に相当する距離ずつ温度の推定を行なうこ
とを特徴としている。

［実施例コ以下、実施例に基づいて本発明を説明する。

（実施例１）まず第１図（ａ）に示すように、センサとなる光ファイ
バの一端から３．１閣の地点に温度変化点があり、その
前後で一定温度（ＴＩ＜７２）の場合について説明する
。

この計測システムの空間分解能を１ｍとすると、同図（
ｂ）のサンプリング１のように、各１ｍ幅ごとの平均温
度を測定していると考えてよい。このときの測定値を同
図（ｃ）において、黒丸で表わす（基本サンプリング）
。これでは温度変化点が３ｍから４ｍの間にあることは
想定できても、そのどこかまでは決定できない。そこで
、同図（ｂ）のサンプリング２及び３のように、サンプ
リング開始時間を空間分解能（工ｍ）相当の距離を光が
往復する時間よりも短い時間（本実施例では光ファイバ
の長さで１／３＋ａ相当）ずつ変化させる。

このサンプリング開始時間の制御は第１図（ｅ）に示す
ように、Ａ／Ｄ変換器３ａ、　メモリ３ｂを備える複数
のサンプリング回路３を用いて行なう。即ち、光ファイ
バ１を通って来た後方散乱光を受光素子２ａ、受光回路
２で受け、これを複数（本例では３つ）のサンプリング
回路３でサンプリングを行なうのであるが、このときタ
イミング回路４で各サンプリング回路３にサンプリング
を行なうタイミングを与える。このタイミングの与え方
を光ファイバの長さで１／３ｍ相当時間ずつすらして行
なうことで個々の回路３は１ｍ毎にサンプリングを行な
うが、３つ全体としてＩ／３ｍでサンプリングすること
ができるのである。

この場合における各サンプリングの測定値を、同図（Ｃ
）において白丸及びばつ印で表わす。グラフに示すよう
に、サンプリング１のみの場合よりも一層細かく温度変
化点を再現していることがわかる。さらに、サンプリン
グをすらす単位時間幅を無限に細かくした場合を想定し
てグラフに示すと同図（ａ）のようになる。この場合で
も、変温域（２，Ｂ■から３．８ｍの間）は１ｍに及ぶ
が、各測定値が空間分解能相当の距離における平均温度
を表わしており、かつ変温域の前後の温度が一定である
ことから、変温域の中間点（３，Ｉ＋ａｆｔｌｉ点）に
温度変化点のあることが推定できる。

この結果から、空間分解能以下の距離における温度分布
を一層正確に検知しうることが確認された。

（実施例２）次に、第２図（ａ）に示すように、光ファイバの一端か
ら３．４票の地点に、ピーク状の温度変化点〔異状点）
がある場合について説明する。

本実施例の場合も前記実施例１と同様に、空間分解能１
ｍのシステムを用い、サンプリングをずらす単位時間幅
を無限に細かくした場合を想定してグラフに示すと同図
（ｂ）のようになる。この場合も変温域（２，９＋＋か
ら３．９ｍの間）は１ｍに及ぶが、変温域及び変温域の
前後の温度が一定であることから変温域の中間点（３，
４ｍ地点）にピーク状の異状点のあることが推定できる
。

又、サンプリング開始時間の変化が有限（本実施例では
４分割）の場合においても、より直付解能の位置特定が
容易に可能である。即ち、光ファイバの長さで１／ｊ園
相当ずつ変化させた各サンプリングにおいて、温度変化
の有無を高温（Ｈ）及び低！　（Ｌ）で表わすと表１の
ようになる。

表　　１この場合サンプリング２区間３まで低温であったことか
ら３．２５ｍ以降に異常点があり、サンプリング３区間
４から低温となったことより３．５ｍ以前に異常点のあ
ることが推定できる。

以上のように、異常点は３．２５ｍから３．５ｍの間に
あることが容易に判定でき、見かけ上の空間分解能が１
ｍから０．２５ｍに向上していることが確認された。

（実施例３）次に第３図（ａ）に示すように、光ファイバの一端から
４ｍ（空間分解能以上の長さ）が既知の一定温度（基準
温度）で、それより遠方は未知であり例えば５ｍの地点
から７ｍまでの地点で１００℃となりさらにその先で再
び０℃となっている場合の測定についてのべる。

本実施例では空間分解能が４ｍのシステムを用いて光フ
ァイバの長さで１ｍ相当（単位時間幅に相当する距離）
ずつ変化させた４つのサンプリングについて各区間（空
間分解能相当距離を一つの区間とする）の測定を行なっ
た（同図（ｂ）参照）。その結果（温度（℃））を表２
に示す。

表　　２この表から区間１の温度をみると、サンプリング１（基
本サンプリング）と２では差がなく、基準温度は０度と
既知であり、又測定値が空間分解能相当の距離における
平均温度を示していることから、４ｍと５ｍの間の平均
温度は０度であることがわかる。次に、サンプリング２
と３を比べると、既に４ｍと５ｍの間の温度はわかって
いるので、前記同様に５ｍと６ｍの間は平均１００度で
あることがわかる。さらに、サンプリング３と４の比較
及びそれまでの結果から６ｍと７ｍの間の平均温度も１
００度であることが推定可能である。以下、同様に単位
時間幅に相当する距離ずつ温度を求めて行けば、全体の
温度分布を本来の分解能４ｍの１／４である１ｍで測定
した場合と同様の結果を得られることが、確認された。

す［発明の効果コ以上説明したように、本発明によれば分布型光ファイバ
温度計測システムの空間分解能を見かけ上向上させるこ
とができ、温度変化点、異常点の位置検出がより高精度
に可能である。

又、検出方法が非常に簡潔であり、これをパソコンなど
のコンピュータで容易に実現できるため、−層高速の検
出システムが構成できる。

従って、迅速な温度変化点、異常点の検出が必要とされ
る分野、例えば火災検出、生産ラインにおける設備の異
常箇所検出及びパイプラインでの漏れ検出などに応用す
れば効果的である。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は各々別条性における本発明実施例を
説明するもので、第１図（ａ）、第２図（ａ）、第３図
（ａ）は測定対象物の真の温度を示すグラフ、第１図（
ｂ）第３図（ｂ）は各サンプリングのずらし幅を光ファ
イバの距離で示した説明図、第１図（ｅ）はサンプリン
グ開始時間の制御に関する説明図、第１図（ｃ）は測定
温度を示すグラフ、第１図（ｄ）、第２図（ｂ）はサン
プリングのずらし幅を無限に細かくした場合の温度を示
すグラフ、第４図は空間分解能の考え方を示すもので、
（ａ）は真の温度、（ｂ）は測定温度を示すグラフであ
る。１・・・光ファイバ、２・・・受光回路、２ａ・・・受
光素子、３・・・サンプリング回路、３ａ・・・Ａ／Ｄ
変換器、３ｂ・・・メモリ、４・・・タイミング回路。＄１　　図（α）（Ｃ）＜ｄ＞ ′ｌ＆１　　図（ｅ）笑図（α）＄３１！１＄４Ｅ！１（ｂ）今ｌ！！Ｉ［［貿）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光ファイバの一端から光を入射し、そのラマン散
乱光を受光回路を介してサンプリングすることによって
、光ファイバ各部の温度測定を行なう温度計測方法にお
いて、基本サンプリングとして前記光の入射と同時にそ
の後方散乱光のサンプリングを行ない、空間分解能相当
距離を光が往復する時間よりも短い一定時間を単位時間
幅として、前に受光回路を介したサンプリングの開始時
間を前記単位時間幅ずつ順次ずらして測定を行なうこと
を特徴とする温度計測方法。
（２）光ファイバの一端から、空間分解能以上の長さに
わたって一定の既知温度を基準とし、基本サンプリング
による測定値と該基本サンプリングから空間分解能相当
距離を光が往復する時間より短かい単位時間幅ずらした
サンプリングにおける空間分解能相当距離の測定値を比
較して、該基本サンプリングにおける空間分解能相当距
離につづく、前記単位時間幅に相当する距離の平均温度
を推定し、次に該推定温度及び前記単位時間幅ずらした
サンプリングにおける空間分解能相当距離の測定値と基
本サンプリングから前記単位時間幅を二単位ずらしたサ
ンプリングにおける空間分解能相当距離の測定値を比較
して前記最初の単位時間幅ずらしたサンプリングにおけ
る空間分解能相当距離につづく前記二単位時間幅に相当
する距離までの平均温度を推定し、以下順次前記単位時
間幅に相当する距離ずつ温度の推定を行なうことを特徴
とする請求項（１）記載の温度計測方法。