JPH0466827A - 光ファイバ形温度センサの標本化方式 - 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、ラマン散乱光を利用した０ＴＤＲ（Ｏｐｔｉ
ｃａｌ　Ｔｉ１ｅ　Ｄｏｌａｉｎ　Ｒｅｆｌｅｃｔｏｎ
ｅｔｒｙ）法による光ファイバ形温度センサ、特にその
標本化方式に関するものである。

［従来の技術］ 第５図に、従来性なわれてきた０ＴＤＲ法による光ファ
イバ形温度センサの構成を示す。

発振器１から出力されるタロツク信号を、カウンタ回路
２によって分周して所定の周期に延ばしたクロック信号
を生成し、駆動回路３により幅の狭い電圧パルスを発生
させ、レーザダイオード４により光パルスを発生させる
。当該パルスは、結合用光ファイバ５．光分波器６を経
由して、センサ体として使用する光ファイバ７へ導かれ
、ラマン散乱光を発生させる。この散乱光は光入射端へ
戻ってくるので、これを光分波器６によってストークス
光とアンチストークス光とに分離し、結合用光ファイバ
５でフォトダイオード８に導き、光電変換した信号を増
幅器９によって所定の電圧に増幅する。

上記ストークス光及びアンチストークス光は非常に微弱
であるため、増幅器９の信号をアナログ／デジタル変換
器１０によって量子化した後、平均化処理回路１１で平
均化処理を行い、実用的な温度精度を算出することにな
る。

このためアナログ／デジタル変換器１０の変換周期、即
ち発振器１が出力するクロック信号の周期が光ファイバ
の長さ方向の分解能を決定することになる。

第６図の（ａ）は光出力パルス波形を、（ｂ）は散乱光
を増幅した波形を、そして（Ｃ）は標本化波形を横軸を
時間にして表したものである。

［発明が解決しようとする課題］ 従来、長さ方向の分解能を向上させる方法として、発振
器１の周波数を高くするか、又はアナログ／デジタル変
換器１０へ入力するクロック信号の位相を遅延素子によ
って変えることが行なわれてきた。

しかしながら、入手できるアナログ／デジタル変換器の
変換周波数には限界があるばかりでなく、発振器の周波
数を上げる方法では、コストの大幅増加にも拘らず分解
能の飛躍的な向上は望めない。

またタロツク信号の位相を遅延素子で変える場合には、
遅延時間のバラツキによって長さ方向の精度が上がらな
いという問題が生じる。

本発明の目的は、前記した従来技術の欠点を解消し、製
作コストの上昇を伴わずに長さ方向の分解能を飛躍的に
向上させる標本化方式を提供することにある。

口課題を解決するための手段〕 本発明の光ファイバ形温度センサの標本化方式は、光フ
ァイバの一端より光パルスを送出し、当該光ファイバ中
で発生したラマン散乱光を光ファイバの同一端あるいは
他端で受信し、その光強度を標本化して演算処理し、当
該光ファイバが布設された場所の温度を計測するセンサ
において、前記光パルスを出力する周期を、上記受信後
に行う標本化周期の非整数倍とするものである。

［作用］ 光パルス出力周期を標本化周期の非整数倍とすること、
つまり両者の周期を決める周波数を互いに僅かに変える
と、光ファイバの長さ方向の位相は、光パルスを発生す
るごとに僅かづつ、例えば０、ＩＵＴ（ｌ旧は標本化ク
ロック１周期）づつずれずれて行く。即ち、標本化周期
によって決まる距離分解能の１／１０の距離分解能が実
現できる。

従って、光ファイバの長さ方向の分解能を飛躍的に向上
させることができる。

「実施例〕 第１図に本発明の実施例を示す。

第１図に示す光ファイバ形温度センサの構成は、大部分
は第５図と同じ構成であり、レーザダイオード４及びフ
ォトダイオード８．８は、光分波器６を介して、センサ
体として使用する石英光ファイバ７の片端末に接続され
る。ここでは詳細な説明は省略するが、第５図の場合と
同様に、光ファイバ７中へ光パルスが出射され、光ファ
イバ７中で発生したラマン散乱光の２成分であるストー
クス光とアンチストークス光とがフォトダイオード８８
により受光され、その光強度に応じた信号が増幅器９．
９からアナログ／デジタル変換器１０に入力され、ここ
で量子化される。そして、平均化処理回路１１で平均化
処理されて、当該光ファイバ７が布設された場所の温度
、即ち光ファイバ７に沿った温度分布が計測される。

しかし第５図の場合と異なり、レーザダイオード４が光
パルスを出力する周期は、フォトダイオード８．８で受
信された光強度の信号を標本化するアナログ／デジタル
変換器１０の標本化周期の非整数倍となっている。

詳述するに、発振器１の出力は、アナログ／デジタル変
換器１０の変換クロックとして使用すると共に、カウン
タ回路１４によって１／Ｎ２に分周され、位相比較器１
６へ入力される。一方、光パルスの周期を決める電圧制
御発振器（ＶＣＯ）１２の発振出力周波数は、カウンタ
回路１３によって１／Ｎ１に分周されて位相比較器１６
へ入力される。

位相比較器１６は、この２つの入力信号の位相差に応じ
た出力電圧を作成し、この位相比較器１６の出力電圧に
よって電圧制御発振器１２の発振周波数が制御される。

換言すれば、位相比較器１６からは、上記１／Ｎ２に分
周された信号と上記１／Ｎ１に分周された信号との位相
が等しくなるような出力電圧を発生する。従って電圧制
御発振器１２の発振周波数は、発振器１の出力周波数を
ｆとすると、ｆ　−Ｎ１　／Ｎ２となる。

この電圧制御発振器１２の出力周波数 （ｆ　−Ｎ１　／Ｎ２　”）は、カウンタ回路１５によ
って１／Ｎ３に分周された後、レーザーダイオード駆動
回路３へ印加され、レーザーダイオード４より発生され
る光パルスをの周期を決めるごとになる。これにより、
レーザダイオード４が光パルスを出力する周期（Ｎ２　
Ｎ３／（ｆ−Ｎ１　））は、アナログ／デジタル変換器
１０の標本化周期＜ｆ＞の非整数倍となる。これは、光
パルスを発生させる周期を決める周波数と、アナログ／
デジタル変換を行う周波数とを僅かに変えるためである
。

第２図は、このような関係にある出力光パルス波形と標
本化クロック波形とを示したものであり、第２図（ａ）
に示す光パルスの周期は、第２図（ｂ）に示す標本化ク
ロックの整数倍から僅かに０．Ｉ　ＵＴ（Ｉ　ＵＴは標
本化クロック１周期）だけずれている。

このようなずれかあると、第３図に示すように、光ファ
イバ７の長さ方向の標本化位相は、光パルスを発生する
ごとに０．Ｉ　ＵＴだけずれて行く、従って、サンプリ
ング周期が１／１０に細かくなったと同じ結果となり、
光ファイバ７の長さ方向の分解能を飛躍的に向上させる
ことができる。即ち標本化周期によって決まる距離分解
能に比べ１／１０の距離分解能が実現できる。

本発明は上記実施例に限定されない０例えば、上記の僅
かにずれた周期の信号の生成は、第４図に示すように、
発振器１からの基準クロック信号と、これを分周回路１
７に通してずらした周波数の信号とをミキサ１９に入れ
、その混合出力周波数を帯域通過フィルタ２０を通して
抽出し、これを更に分周回路１８により１／Ｍ２に分周
して得ることもできる。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明の方式によれば、次のよな優
れた効果が得られる。

（１）高速で高価な部品を使用することなく、距離分解
能を飛躍的に向上させることができる。

（２）　　また、消費電力の大きい高速素子を使う必要
が無くなるため、低消費電力化が図れ、装置の小型化が
容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の標本化方式の実施例に係る光ファイバ
形温度センサのブロック図、第２図はその出力パルス波
形及び標本化クロック波形を示した図、第３図は光ファ
イバの長さ方向の標本化位相をグラフ化した図、第４図
は本発明の他の実施例に係る光ファイバ形温度センサの
ブロック図、第５図は従来性われてきた０ＴＤＲ法によ
る光ファイバ温度センサのブロック図、第６図はその動
作の説明に供する図である。 図中、１は発振器、２はカウンタ回路、３はレーザダイ
オード駆動回路、４はレーザダイオード、５は結合用フ
ァイバ、６は光分波器、７はセンサ体として使用する光
ファイバ、８はフォトダイト、９は増幅器、１０はアナ
ログ／デジタル変換器、１１は平均化処理回路、１２は
電圧制御発振器、１３〜１５はカウンタ回路、１６は位
相比較器、１７．１８は分周回路、１９はミキサ、２０
は帯域通過フィルタを示す。 特許出願人　　日立電線株式会社 代理人弁理士　　絹　谷　信　雄 １　：発振器 １２゛電圧制御発振器 １３〜１５　カウンタ回路 １６：位相比較器 第１図 第２図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、光ファイバの一端より光パルスを送出し、当該光フ
   ァイバ中で発生したラマン散乱光を光ファイバの同一端
   あるいは他端で受信し、その光強度を標本化して演算処
   理し、当該光ファイバが布設された場所の温度を計測す
   るセンサにおいて、前記光パルスを出力する周期を、上
   記受信後に行う標本化周期の非整数倍とすることを特徴
   とする光ファイバ形温度センサの標本化方式。