JPH05107119A - Detecting device of temperature distribution - Google Patents

Detecting device of temperature distribution

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JPH05107119A
JPH05107119A JP3269408A JP26940891A JPH05107119A JP H05107119 A JPH05107119 A JP H05107119A JP 3269408 A JP3269408 A JP 3269408A JP 26940891 A JP26940891 A JP 26940891A JP H05107119 A JPH05107119 A JP H05107119A
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raman scattered
optical fiber
laser
scattered light
light
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Yukio Sai
行雄 佐井
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  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)

Abstract

PURPOSE:To conduct highly-precise measurement of a temperature distribution by controlling the relationship between an oscillation wavelength of a laser and a cut wavelength of a filter to be prescribed and by eliminating thereby an error due to a change in the oscillation wavelength of the laser. CONSTITUTION:A reflected light signal from the terminal 8b of an optical fiber 4 for measurement, which is contained in two Raman scattering lights outputted from a branching filter 15, is detected by a storage-computation control circuit 22. An oscillation temperature control signal is generated on the basis of the ratio between the two Raman scattering lights, an ambient temperature of a laser light source 12 generating a light signal is controlled by a thermal drive circuit 13 on the basis of the oscillation temperature control signal, and thereby the wavelength of the light signal is controlled.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は光ファイバ内の後方散乱
光を利用した温度分布検出装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a temperature distribution detecting device using backscattered light in an optical fiber.

【0002】[0002]

【従来の技術】光ファイバの後方散乱光を利用したセン
サでは、光ファイバに入射したレーザパルスによって光
ファイバ内の散乱光を励起し、励起散乱光のスペクトル
や強度、偏光等の状態に被散乱場所の温度情報を含み、
光ファイバ内の後方となる励起レーザパルスの入射側に
伝搬する後方散乱光を時系列信号として検出処理するこ
とにより、光ファイバに沿った温度の一次元分布を測定
する。
2. Description of the Related Art In a sensor utilizing the backscattered light of an optical fiber, the scattered light in the optical fiber is excited by a laser pulse incident on the optical fiber, and the scattered light is scattered into the spectrum, intensity, polarization, etc. of the excited scattered light. Including location temperature information,
The one-dimensional distribution of the temperature along the optical fiber is measured by detecting the backscattered light propagating to the incident side of the excitation laser pulse which is the rear in the optical fiber as a time series signal.

【0003】この場合、光ファイバ内にレーザパルスを
入射したとき発生する散乱光としては、密度揺らぎによ
るレーリー散乱光、伝搬性の揺らぎによるブリルアン散
乱光、分子の振動回転によるラマン散乱光がある。
In this case, scattered light generated when a laser pulse is incident on the optical fiber includes Rayleigh scattered light due to density fluctuation, Brillouin scattered light due to propagation fluctuation, and Raman scattered light due to vibrational rotation of molecules.

【0004】このうち、ブリルアン散乱光と、ラマン散
乱光は非弾性散乱光であり、励起光とスペクトルの異な
った散乱光となる。温度情報は3つの散乱光、すべてに
含まれているが、温度に対する感度が最も高いのはラマ
ン散乱光で、その強度が温度に依存して変化する。
Of these, the Brillouin scattered light and the Raman scattered light are inelastic scattered light, and have different spectra from the excitation light. The temperature information is contained in all three scattered lights, but Raman scattered light has the highest sensitivity to temperature, and its intensity changes depending on the temperature.

【0005】そして、ラマン散乱光を使用して温度を計
測する場合、波長が励起光より長波長側にシフトするス
トークスラマン散乱光と、短波長側にシフトするアンチ
ストークスラマン散乱光とをフィルタで選別し、2つの
散乱光の比を基本とした値から温度分布を算出してい
る。また、比を用いないまでも、フィルタで一方の散乱
光を選別する必要がある。
When the temperature is measured using Raman scattered light, the Stokes Raman scattered light whose wavelength shifts to the longer wavelength side than the excitation light and the anti-Stokes Raman scattered light whose wavelength shifts to the shorter wavelength side are filtered by a filter. It is selected and the temperature distribution is calculated from the value based on the ratio of the two scattered lights. Further, even if the ratio is not used, it is necessary to select one of the scattered lights with a filter.

【0006】この場合、フィルタとしては、誘電体多層
膜フィルタや金属膜フィルタ等が使用され、励起光のス
ペクトルからファイバ材料で決まる数十nmのラマンシ
フトの波長だけ、ずれた散乱光を急峻なフィルタ特性で
選別しなければならない。
In this case, a dielectric multi-layer film filter, a metal film filter, or the like is used as the filter, and the scattered light deviated by the Raman shift wavelength of several tens nm determined by the fiber material from the spectrum of the excitation light is steep. It must be selected according to the filter characteristics.

【0007】したがって、フィルタのカット波長と、励
起レーザの発振波長の相対位置関係は周囲温度変化など
に対して安定している必要がある。もし、両者の関係が
変化した場合は、見かけ上の温度変化が零点変化やスパ
ン誤差の原因となる。
Therefore, the relative positional relationship between the cut wavelength of the filter and the oscillation wavelength of the pump laser must be stable with respect to changes in ambient temperature. If the relationship between the two changes, the apparent temperature change causes a zero point change or a span error.

【0008】また、工業的にこのようなセンサを生産す
るためには、上述したフィルタに対するレーザの発振波
長をレーザ単体毎にバラつかないようにこれを補償して
常にフィルタのカット波長との相対位置関係を一定にす
る必要がある。
In order to industrially produce such a sensor, the oscillation wavelength of the laser with respect to the above-described filter is compensated so that it does not vary from laser to laser, and it is always relative to the cut wavelength of the filter. The positional relationship must be constant.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の温度分布検出装置においては、アンチストーク
スラマン散乱光と、ストークスラマン散乱光との比が本
来、温度の関数になるので、検出信号の変化が温度によ
るものなのか、レーザの発振波長によるものなのか判定
することができないため、レーザの発振波長とフィルタ
のカット波長との制御を行なっておらず、正確な温度分
布を測定することができないという問題があった。
However, in the above-mentioned conventional temperature distribution detecting device, since the ratio of the anti-Stokes Raman scattered light and the Stokes Raman scattered light is essentially a function of temperature, a change in the detected signal is caused. Since it is not possible to determine whether the value is due to the temperature or the oscillation wavelength of the laser, the laser oscillation wavelength and the filter cut wavelength are not controlled, and accurate temperature distribution cannot be measured. There was a problem.

【0010】本発明は上記の事情に鑑み、レーザの発振
波長とフィルタのカット波長との関係を一定に制御する
ことができ、これによってレーザの発振波長変動に起因
する誤差を無くして高精度な温度分布測定を行なうこと
ができる温度分布検出装置を提供することを目的として
いる。
In view of the above circumstances, the present invention makes it possible to control the relationship between the laser oscillation wavelength and the cut wavelength of the filter to be constant, thereby eliminating errors caused by fluctuations in the oscillation wavelength of the laser and achieving high accuracy. An object of the present invention is to provide a temperature distribution detecting device capable of measuring temperature distribution.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明による温度分布検出装置は、測定用光ファイ
バの入射端へ光信号を入射し、分波器によって前記光信
号が前記測定用光ファイバ内を進行する際に発生する後
方ラマン散乱光をアンチストークスラマン散乱光とスト
ークスラマン散乱光との2つのラマン散乱光に選別し、
前記2つのラマン散乱光の前記入射端への到着時間と、
その強度との演算結果に基づいて前記測定用光ファイバ
に沿った温度分布を測定する温度分布検出装置におい
て、前記分波器から出力される2つのラマン散乱光に含
まれる前記測定用光ファイバの端面からの反射光信号を
検出する端面反射光検出部と、この端面反射光検出部に
よって検出された2つのラマン散乱光の比に基づいて発
振温度制御信号を生成する発振温度制御信号生成部と、
この発振温度制御信号生成部から出力される発振温度制
御信号に基づいて前記光信号を生成するレーザ光源の周
囲温度を制御して前記光信号の波長を制御する温度制御
部とを備えたことを特徴としている。
In order to achieve the above-mentioned object, the temperature distribution detecting device according to the present invention makes an optical signal incident on the incident end of a measuring optical fiber, and the optical signal is measured by a demultiplexer. The backward Raman scattered light generated when traveling through the optical fiber for use is sorted into two Raman scattered lights, anti-Stokes Raman scattered light and Stokes Raman scattered light,
The arrival time of the two Raman scattered lights at the entrance end,
In a temperature distribution detecting device that measures a temperature distribution along the measurement optical fiber based on a calculation result with the intensity, in the measurement optical fiber included in the two Raman scattered lights output from the demultiplexer, An end face reflected light detection unit that detects a reflected light signal from the end face, and an oscillation temperature control signal generation unit that generates an oscillation temperature control signal based on the ratio of two Raman scattered lights detected by the end face reflected light detection unit. ,
And a temperature control unit for controlling the ambient temperature of the laser light source that generates the optical signal based on the oscillation temperature control signal output from the oscillation temperature control signal generation unit to control the wavelength of the optical signal. It has a feature.

【0012】[0012]

【作用】上記の構成において、端面反射光検出部によっ
て分波器から出力される2つのラマン散乱光に含まれる
前記測定用光ファイバの端面からの反射光信号が検出さ
れ、発振温度制御信号生成部によって前記端面反射光検
出部で検出された2つのラマン散乱光の比に基づいて発
振温度制御信号が生成され、温度制御部によって前記発
振温度制御信号生成部で得られた発振温度制御信号に基
づき前記光信号を生成するレーザ光源の周囲温度が制御
されて前記光信号の波長が制御される。
In the above construction, the reflected light signal from the end face of the optical fiber for measurement contained in the two Raman scattered lights outputted from the demultiplexer is detected by the end face reflected light detecting section, and the oscillation temperature control signal is generated. Section generates an oscillation temperature control signal based on a ratio of the two Raman scattered lights detected by the end surface reflected light detection section, and the temperature control section converts the oscillation temperature control signal obtained by the oscillation temperature control signal generation section into an oscillation temperature control signal. Based on this, the ambient temperature of the laser light source that generates the optical signal is controlled to control the wavelength of the optical signal.

【0013】[0013]

【実施例】図1は本発明による温度分布検出装置の一実
施例を示す構成図である。
1 is a block diagram showing an embodiment of a temperature distribution detecting device according to the present invention.

【0014】この図に示す温度分布検出装置はレーザ光
源部2と、方向性結合器3と、光ファイバ4と、受光部
5と、処理部6と、表示器7とを備えており、レーザ光
源部2からレーザパルス光を出射させてこれを方向性結
合器3を介して光ファイバ4内に導くとともに、前記方
向性結合器3を介して前記レーザパルス光の後方散乱光
を取り出してこれを受光部5に導いてアンチストークス
ラマン散乱光と、ストークスラマン散乱光とに分離して
前記光ファイバ4が設置されている測定対象部分9の温
度分布に対応した2つの電気信号を生成してこれを処理
部6で処理して表示器7上に表示するとともに、前記レ
ーザパルス光が前記光ファイバ4の終端部8bに達した
ときのフレネル反射信号を前記方向性結合器3を介して
受光部5に導いてアンチストークスラマン散乱光と、ス
トークスラマン散乱光とに分離して処理部6でこれらの
比が一定になるように前記レーザ光源部2を構成するレ
ーザ光源12の温度を制御する。
The temperature distribution detecting apparatus shown in this figure comprises a laser light source section 2, a directional coupler 3, an optical fiber 4, a light receiving section 5, a processing section 6 and a display 7, and a laser. The laser pulse light is emitted from the light source unit 2 and is guided into the optical fiber 4 through the directional coupler 3, and the backscattered light of the laser pulse light is extracted through the directional coupler 3 and extracted. Is guided to the light receiving section 5 and separated into anti-Stokes Raman scattered light and Stokes Raman scattered light to generate two electric signals corresponding to the temperature distribution of the measurement target portion 9 in which the optical fiber 4 is installed. This is processed by the processing unit 6 and displayed on the display 7, and the Fresnel reflection signal when the laser pulse light reaches the terminal end 8b of the optical fiber 4 is received via the directional coupler 3. Guide to Part 5 Controlling a bench-Stokes Raman scattering light, the temperature of the laser light source 12 constituting the laser light source unit 2 as these ratios is constant at Stokes Raman scattering light and the separating processing unit 6.

【0015】レーザ光源部2は前記処理部6からトリガ
信号が出力されたとき駆動パルス信号を生成するパルス
発生回路10と、このパルス発生回路10から駆動パル
ス信号が出力されたとき、駆動信号を生成する駆動回路
11と、この駆動回路11から駆動信号が出力されたと
き、レーザパルス光を生成するレーザ光源12と、前記
処理部6から発振温度制御信号が出力されているとき、
この発振温度制御信号に基づいて前記レーザ光源12の
温度を制御し、このレーザ光源12から出射されるレー
ザパルス光の波長を調整する熱駆動回路13とを備えて
おり、処理部6から供給される制御信号に基づいてレー
ザ光源12の温度を制御しながら、前記処理部6からパ
ルス信号が供給されたとき、前記レーザ光源12によっ
て前記発振温度制御信号で指定された波長のレーザパル
ス光を生成させてこれを方向性結合器3に供給する。
The laser light source unit 2 generates a drive pulse signal when a trigger signal is output from the processing unit 6, and a pulse signal when the drive pulse signal is output from the pulse generation circuit 10. When a drive circuit 11 for generating, a drive signal is output from the drive circuit 11, a laser light source 12 for generating laser pulse light, and an oscillation temperature control signal is output from the processing unit 6,
A thermal drive circuit 13 that controls the temperature of the laser light source 12 based on the oscillation temperature control signal and adjusts the wavelength of the laser pulse light emitted from the laser light source 12 is supplied from the processing unit 6. When the pulse signal is supplied from the processing unit 6 while controlling the temperature of the laser light source 12 based on the control signal, the laser light source 12 generates a laser pulse light having a wavelength specified by the oscillation temperature control signal. Then, this is supplied to the directional coupler 3.

【0016】方向性結合器3は前記レーザ光源部2のレ
ーザ光源12から出射されるレーザパルス光を取り込ん
でこれを光ファイバ4の一端(入出射端)8aから入射
させるとともに、この一端8aから出射される後方散乱
光やフレネル反射光を取り出してこれを受光部5に供給
する。
The directional coupler 3 takes in the laser pulse light emitted from the laser light source 12 of the laser light source unit 2 and makes it enter from one end (entrance / emission end) 8a of the optical fiber 4 and from this one end 8a. The emitted backscattered light or Fresnel reflected light is extracted and supplied to the light receiving unit 5.

【0017】この場合、光ファイバ4の一端8aからレ
ーザパルス光が入射されたとき、このレーザパルス光に
よって光ファイバ4内の各部からストークスラマン散乱
光やアンチストークスラマン散乱光が戻されてこれが前
記光ファイバ4の一端8aから出射されるとともに、前
記レーザパルス光が前記光ファイバ4の終端部分8bに
達したとき、この終端部分8bでフレネル反射してこれ
が前記光ファイバ4の一端8aから出射され、これらス
トークスラマン散乱光やアンチストークスラマン散乱
光、フレネル反射光が前記方向性結合器3によって取り
出されて受光部6に供給される。
In this case, when the laser pulse light is incident from the one end 8a of the optical fiber 4, the Stokes Raman scattered light or the anti-Stokes Raman scattered light is returned from each part in the optical fiber 4 by the laser pulse light, and this is the above-mentioned. The laser pulse light is emitted from one end 8a of the optical fiber 4, and when the laser pulse light reaches the end portion 8b of the optical fiber 4, the end portion 8b is Fresnel-reflected and emitted from the one end 8a of the optical fiber 4. The Stokes Raman scattered light, anti-Stokes Raman scattered light, and Fresnel reflected light are extracted by the directional coupler 3 and supplied to the light receiving unit 6.

【0018】受光部6は前記方向性結合器3から供給さ
れる散乱光や反射光をストークスラマン散乱光成分と、
アンチストークスラマン散乱光成分とに分離する分波器
15と、アバレンシェフォトダイオード等によって構成
され前記分波器15から出力されるストークスラマン散
乱光成分を電気信号に変換する検出器16と、この検出
器16から出力される電気信号を増幅する増幅器17
と、アバレンシェフォトダイオード等によって構成され
前記分波器15から出力されるアンチストークスラマン
散乱光成分を電気信号に変換する検出器18と、この検
出器18から出力される電気信号を増幅する増幅器19
とを備えており、前記方向性結合器3から供給される散
乱光や反射光をストークスラマン散乱光成分と、アンチ
ストークスラマン散乱光成分とに分離して各々電気信号
に変換し、これらを処理部6に供給する。
The light receiving section 6 converts the scattered light and the reflected light supplied from the directional coupler 3 into Stokes Raman scattered light components,
A demultiplexer 15 for separating the anti-Stokes Raman scattered light component, a detector 16 configured by an avalenche photodiode or the like for converting the Stokes Raman scattered light component output from the demultiplexer 15 into an electric signal, Amplifier 17 that amplifies the electrical signal output from detector 16
A detector 18 configured by an avalenche photodiode or the like for converting the anti-Stokes Raman scattered light component output from the demultiplexer 15 into an electric signal, and an amplifier for amplifying the electric signal output from the detector 18. 19
And the scattered light and the reflected light supplied from the directional coupler 3 are separated into a Stokes Raman scattered light component and an anti-Stokes Raman scattered light component, each of which is converted into an electric signal and processed. Supply to part 6.

【0019】処理部6は前記受光部5の増幅器17から
出力されるストークスラマン散乱光成分信号を高速でA
/D変換するA/D変換器20と、前記受光部5の増幅
器19から出力されるアンチストークスラマン散乱光成
分信号を高速でA/D変換するA/D変換器21と、予
め設定されている所定の周期でトリガ信号を生成してこ
れを前記レーザ光源部2に供給する処理や前記各A/D
変換器20、21から出力されるストークスラマン散乱
光成分信号、アンチストークスラマン散乱光成分信号に
基づいて前記光ファイバ4が設置されている場所の温度
分布を測定する処理、この処理結果を表示器7に供給す
る処理、前記ストークスラマン散乱光成分信号、アンチ
ストークスラマン散乱光成分信号のうち、フレネル反射
によるストークスラマン散乱光成分信号、アンチストー
クスラマン散乱光成分信号に基づいて前記レーザ光源1
2から出射されるレーザパルス光の波長を判定する処
理、この処理結果に基づいて発振温度制御信号を生成し
てこれを前記レーザ光源部2に供給する処理等の処理を
行なう記憶演算制御回路22とを備えている。
The processing unit 6 outputs the Stokes Raman scattered light component signal output from the amplifier 17 of the light receiving unit 5 at high speed.
An A / D converter 20 for A / D conversion, an A / D converter 21 for A / D converting the anti-Stokes Raman scattered light component signal output from the amplifier 19 of the light receiving unit 5 at a high speed, which are set in advance. The process of generating a trigger signal at a predetermined cycle and supplying the trigger signal to the laser light source unit 2 and the A / D
A process of measuring the temperature distribution at the place where the optical fiber 4 is installed based on the Stokes Raman scattered light component signal and the anti-Stokes Raman scattered light component signal output from the converters 20 and 21, and the processing result is displayed on the display. 7, the laser light source 1 based on the Stokes Raman scattered light component signal and the anti-Stokes Raman scattered light component signal by Fresnel reflection among the Stokes Raman scattered light component signal and the anti-Stokes Raman scattered light component signal.
A storage arithmetic control circuit 22 for performing a process of determining the wavelength of the laser pulsed light emitted from the laser light source 2, a process of generating an oscillation temperature control signal based on the process result, and a process of supplying the oscillation temperature control signal to the laser light source unit 2 and the like. It has and.

【0020】そして、予め設定されている所定の周期で
トリガ信号を生成してこれを前記レーザ光源部2に供給
したり、前記各増幅器17、19から出力されるストー
クスラマン散乱光成分信号、アンチストークスラマン散
乱光成分信号に基づいて前記光ファイバ4が設置されて
いる測定対象部分9の温度分布を測定したり、この測定
結果を表示器7に供給したり、前記ストークスラマン散
乱光成分信号、アンチストークスラマン散乱光成分信号
のうち、フレネル反射によるストークスラマン散乱光成
分信号、アンチストークスラマン散乱光成分信号に基づ
いて前記レーザ光源12から出射されるレーザパルス光
の波長を判定したり、この処理結果に基づいて発振温度
制御信号を生成してこれを前記レーザ光源部2に供給し
たりする。
Then, a trigger signal is generated at a preset predetermined period and is supplied to the laser light source unit 2, or the Stokes Raman scattered light component signal output from each of the amplifiers 17 and 19 Based on the Stokes Raman scattered light component signal, the temperature distribution of the measurement target portion 9 in which the optical fiber 4 is installed, the measurement result is supplied to the display 7, the Stokes Raman scattered light component signal, Among the anti-Stokes Raman scattered light component signals, the wavelength of the laser pulse light emitted from the laser light source 12 is determined based on the Stokes Raman scattered light component signal due to Fresnel reflection and the anti-Stokes Raman scattered light component signal, and this processing is performed. An oscillation temperature control signal is generated based on the result and is supplied to the laser light source unit 2.

【0021】表示器7はCRT等によって構成されてお
り、前記処理部6から測定結果等が出力されたとき、こ
れを取り込んで画面上に表示する。
The display 7 is composed of a CRT or the like, and when a measurement result or the like is output from the processing section 6, the display 7 is loaded and displayed on the screen.

【0022】次に、図1に示すブロック図を参照しなが
らこの実施例の動作を説明する。
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to the block diagram shown in FIG.

【0023】まず、処理部6の記憶演算制御回路22に
よって予め設定されている周期でトリガ信号が生成さ
れ、これがレーザ光源部2に供給されれば、このレーザ
光源部2のパルス発生回路10によってパルス信号が生
成されて、これが駆動回路11に供給され、この駆動回
路11によって制御されるレーザ光源12からレーザパ
ルス光が出射され、これが方向性結合器3を介して光フ
ァイバ4の一端8aに入射される。
First, if the memory arithmetic control circuit 22 of the processing unit 6 generates a trigger signal at a preset cycle and supplies the trigger signal to the laser light source unit 2, the pulse generation circuit 10 of the laser light source unit 2 generates the trigger signal. A pulse signal is generated and supplied to the drive circuit 11, and laser pulse light is emitted from the laser light source 12 controlled by this drive circuit 11, and this is emitted to the one end 8a of the optical fiber 4 via the directional coupler 3. It is incident.

【0024】そして、この光ファイバ4の一端8aから
レーザパルス光が入射されると、図2に示す如く光ファ
イバ4の前記一端8aによって前記レーザパルス光の一
部が反射された後、このレーザパルス光によって光ファ
イバ4内の各部からストークスラマン散乱光やアンチス
トークスラマン散乱光が戻されてこれが前記光ファイバ
4の一端8aから出射され、次いで前記レーザパルス光
が前記光ファイバ4の終端部分8bに達したとき、この
終端部分18でフレネル反射してこれが前記光ファイバ
4の一端8aから出射され、これらストークスラマン散
乱光やアンチストークスラマン散乱光、フレネル反射光
が前記方向性結合器3によって取り出されて受光部5に
供給される。
When the laser pulse light is incident from the one end 8a of the optical fiber 4, a part of the laser pulse light is reflected by the one end 8a of the optical fiber 4 as shown in FIG. The Stokes Raman scattered light and the anti-Stokes Raman scattered light are returned from each part in the optical fiber 4 by the pulsed light and emitted from the one end 8a of the optical fiber 4, and then the laser pulsed light is terminated by the end portion 8b of the optical fiber 4. When it reaches, the light is reflected by the end portion 18 and is emitted from one end 8a of the optical fiber 4. The Stokes Raman scattered light, anti-Stokes Raman scattered light, and Fresnel reflected light are extracted by the directional coupler 3. And is supplied to the light receiving unit 5.

【0025】またこの動作と並行して、受光部5の分波
器15によって前記方向性結合器3から前記光ファイバ
4の一端8aでの反射作用によって得られた反射光や前
記光ファイバ内の散乱動作によって得られた後方散乱
光、前記光ファイバの終端部分8bでの反射作用によっ
て得られたフレネル反射光がストークスラマン散乱光成
分と、アンチストークスラマン散乱光成分とに分離され
て各検出器16、18で電気信号に変換されるととも
に、これら各電気信号が各増幅器17、18で増幅され
て処理部6の各A/D変換器20、21に供給されてA
/D変換された後、記憶演算制御回路22に供給され
る。
In parallel with this operation, the reflected light obtained by the demultiplexer 15 of the light receiving section 5 from the directional coupler 3 at the one end 8a of the optical fiber 4 and the reflected light in the optical fiber. The backscattered light obtained by the scattering operation and the Fresnel reflected light obtained by the reflection action at the end portion 8b of the optical fiber are separated into a Stokes Raman scattered light component and an anti-Stokes Raman scattered light component, and each detector 16 and 18, the electric signals are converted into electric signals, and the electric signals are amplified by the amplifiers 17 and 18 and are supplied to the A / D converters 20 and 21 of the processing unit 6, respectively.
After being D / D converted, it is supplied to the storage operation control circuit 22.

【0026】そして、この記憶演算制御回路22によっ
て前記各A/D変換器20、21から出力されるストー
クスラマン散乱光成分信号、アンチストークスラマン散
乱光成分信号が取り込まれてこれらが同期加算処理対象
データとして記憶される。
The storage operation control circuit 22 takes in the Stokes Raman scattered light component signal and the anti-Stokes Raman scattered light component signal output from the A / D converters 20 and 21, and these are subject to synchronous addition processing. It is stored as data.

【0027】以下、予め設定されている周期で、上述し
た動作が繰り返されて光ファイバ4からの後方散乱光中
に含まれているストークスラマン散乱光成分信号と、ア
ンチストークスラマン散乱光成分信号とが同期加算され
て前記光ファイバが設置されている場所の温度分布デー
タが作成される。
Hereinafter, the Stokes Raman scattered light component signal and the anti-Stokes Raman scattered light component signal included in the backscattered light from the optical fiber 4 by repeating the above-described operation at a preset cycle are described. Are synchronously added to create temperature distribution data of the place where the optical fiber is installed.

【0028】またこの動作と並行して、記憶演算制御回
路22によって前記各A/D変換器20、21から出力
されるストークスラマン散乱光成分信号、アンチストー
クスラマン散乱光成分信号に対してバックグラウンドを
差し引いた振幅値、またはピーク値近傍の値から得られ
る代表値に基づいて前記光ファイバ4の終端部分8bで
発生したフレネル反射光に対応するストークスラマン散
乱光成分信号と、アンチストークスラマン散乱光成分信
号とが抽出されて、これらの比が予め設定されている値
(例えば、“1”)になっているどうかが判定される。
In parallel with this operation, the background for the Stokes Raman scattered light component signal and the anti-Stokes Raman scattered light component signal output from the A / D converters 20 and 21 by the storage operation control circuit 22. Of Stokes Raman scattered light component signal corresponding to the Fresnel reflected light generated at the end portion 8b of the optical fiber 4 based on the representative value obtained from the amplitude value obtained by subtracting or the value near the peak value, and the anti-Stokes Raman scattered light The component signals are extracted, and it is determined whether or not these ratios have a preset value (for example, "1").

【0029】この場合、図3に示す如く前記レーザ光源
12から出射されるレーザパルス光の波長と、前記分波
器15のハイカットフィルタ特性、ローカットフィルタ
特性との相対位置関係が予め設定されている範囲内に入
っており、図4に示す如く前記各A/D変換器20、2
1から出力されるストークスラマン散乱光成分信号、ア
ンチストークスラマン散乱光成分信号のうち、前記光フ
ァイバ4の終端部分8bで発生したフレネル反射中のス
トークスラマン散乱光成分信号と、アンチストークスラ
マン散乱光成分信号との比が予め設定されている値であ
る“1”になっていれば、記憶演算制御回路は現在、出
力している発振温度制御信号の値をそのままの値に保持
する。
In this case, as shown in FIG. 3, the relative positional relationship between the wavelength of the laser pulse light emitted from the laser light source 12 and the high cut filter characteristic and the low cut filter characteristic of the demultiplexer 15 is preset. Within the range, as shown in FIG. 4, the A / D converters 20, 2 are
Of the Stokes Raman scattered light component signal and the anti-Stokes Raman scattered light component signal output from 1, the Stokes Raman scattered light component signal during Fresnel reflection generated at the end portion 8b of the optical fiber 4 and the anti-Stokes Raman scattered light If the ratio to the component signal is "1", which is a preset value, the storage arithmetic control circuit holds the value of the oscillation temperature control signal currently being output as it is.

【0030】また、このとき、前記各A/D変換器2
0、21から出力されるストークスラマン散乱光成分信
号、アンチストークスラマン散乱光成分信号のうち、前
記光ファイバ4の終端部分8で発生したフレネル反射中
のストークスラマン散乱光成分信号と、アンチストーク
スラマン散乱光成分信号との比が予め設定されている
“1”よりも“+”側にシフトしていれば、現在、出力
している発振温度制御信号の値を“−”にシフトさせて
レーザ光源12から出射されるレーザパルス光の波長を
短くし、また前記ストークスラマン散乱光成分信号と、
アンチストークスラマン散乱光成分信号との比が“−”
側にシフトしていれば、現在、出力している発振温度制
御信号の値を“+”にシフトさせてレーザ光源12から
出射されるレーザパルス光の波長を長くする。
At this time, each of the A / D converters 2
Of the Stokes Raman scattered light component signal and the anti-Stokes Raman scattered light component signal output from 0 and 21, the Stokes Raman scattered light component signal during Fresnel reflection generated at the terminal portion 8 of the optical fiber 4 and the anti-Stokes Raman If the ratio to the scattered light component signal is shifted to the "+" side from the preset "1", the value of the oscillation temperature control signal currently being output is shifted to "-" and the laser The wavelength of the laser pulse light emitted from the light source 12 is shortened, and the Stokes Raman scattered light component signal is
The ratio with the anti-Stokes Raman scattered light component signal is "-"
If it is shifted to the side, the value of the oscillation temperature control signal currently being output is shifted to "+" to lengthen the wavelength of the laser pulse light emitted from the laser light source 12.

【0031】この場合、レーザ光源12として大出力が
得られる縦モードマルチのパルス半導体レーザを用いて
いれば、図5に示す如く周囲温度が“10℃”高くなれ
ば、発振波長が約“2nm”増加し、また周囲温度が“1
0℃”低くなれば、発振波長が約“2nm”減少する。
In this case, if a longitudinal mode multi-pulse semiconductor laser capable of obtaining a large output is used as the laser light source 12, as shown in FIG. 5, if the ambient temperature rises by "10 ° C.", the oscillation wavelength becomes about "2 nm". "Increase and ambient temperature is" 1
When the temperature is lowered by 0 ° C., the oscillation wavelength is reduced by about 2 nm.

【0032】以下、予め設定されている周期で、上述し
た動作が繰り返されてレーザ光源12から出射されるレ
ーザパルス光の波長と、分波器15のハイカットフィル
タ特性、ローカットフィルタ特性との相対位置関係を一
定に保持させながら、光ファイバ4からの後方散乱光中
に含まれているストークスラマン散乱光成分信号と、ア
ンチストークスラマン散乱光成分信号とが同期加算され
て前記光ファイバが設置されている場所の温度分布デー
タが作成され、これが表示器7上に表示される。
Below, the relative positions of the wavelength of the laser pulse light emitted from the laser light source 12 by repeating the above-described operation at a preset cycle and the high cut filter characteristic and low cut filter characteristic of the demultiplexer 15. While maintaining the relationship constant, the Stokes Raman scattered light component signal and the anti-Stokes Raman scattered light component signal included in the backscattered light from the optical fiber 4 are synchronously added, and the optical fiber is installed. The temperature distribution data of the place where it exists is created and displayed on the display unit 7.

【0033】このようにこの実施例においては、光ファ
イバ4の終端部分8bで発生したフレネル反射中のスト
ークスラマン散乱光成分信号と、アンチストークスラマ
ン散乱光成分信号との比が予め設定されている値(例え
ば、“1”)になるようにレーザ光源12の周囲温度を
制御して前記レーザ光源12から出射されるレーザパル
ス光の波長を調整するようにしたので、レーザの発振波
長とフィルタのカット波長との関係を一定に制御するこ
とができ、これによってレーザの発振波長変動に起因す
る誤差を無くして高精度な温度分布測定を行なうことが
できる。
As described above, in this embodiment, the ratio of the Stokes Raman scattered light component signal during the Fresnel reflection generated at the end portion 8b of the optical fiber 4 and the anti-Stokes Raman scattered light component signal is preset. The wavelength of the laser pulse light emitted from the laser light source 12 is adjusted by controlling the ambient temperature of the laser light source 12 so that it becomes a value (for example, "1"). The relationship with the cut wavelength can be controlled to be constant, and by doing so, it is possible to eliminate errors caused by fluctuations in the oscillation wavelength of the laser and perform highly accurate temperature distribution measurement.

【0034】また、上述した実施例においては、光ファ
イバ4の終端部分8bで発生したフレネル反射光、すな
わち伝送損失によって生じるラマン散乱光より大きい強
度のパルス信号に基づいてレーザ光源12から出射され
るレーザパルス光の波長と、分波器15のフィルタ特性
との間の相対位置関係を検出するようにしているので、
大きなストークスラマン散乱光成分信号と、アンチスト
ークスラマン散乱光成分信号とを得ることができ、これ
によって検出精度を向上させることができる。
Further, in the above-described embodiment, the laser light source 12 emits light based on the Fresnel reflected light generated at the end portion 8b of the optical fiber 4, that is, the pulse signal having the intensity higher than the Raman scattered light generated by the transmission loss. Since the relative positional relationship between the wavelength of the laser pulse light and the filter characteristic of the demultiplexer 15 is detected,
A large Stokes Raman scattered light component signal and an anti-Stokes Raman scattered light component signal can be obtained, which can improve detection accuracy.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、レ
ーザの発振波長とフィルタのカット波長との関係を一定
に制御することができ、これによってレーザの発振波長
変動に起因する誤差を無くして高精度な温度分布測定を
行なうことができる。
As described above, according to the present invention, the relationship between the laser oscillation wavelength and the cut wavelength of the filter can be controlled to be constant, thereby eliminating the error caused by the fluctuation of the laser oscillation wavelength. Therefore, highly accurate temperature distribution measurement can be performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による温度分布検出装置の一実施例を示
す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a temperature distribution detection device according to the present invention.

【図2】図1に示す光ファイバの一端から戻される光信
号の一例を示す模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of an optical signal returned from one end of the optical fiber shown in FIG.

【図3】図1に示す光ファイバの終端から戻されるフレ
ネル反射光の波長と、分波器のフィルタ特性との関係を
示す模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing the relationship between the wavelength of Fresnel reflected light returned from the end of the optical fiber shown in FIG. 1 and the filter characteristic of a demultiplexer.

【図4】図1に示す光ファイバの終端から戻されるフレ
ネル反射光の波長と、分波器のフィルタ特性との関係を
示す模式図である。
FIG. 4 is a schematic diagram showing the relationship between the wavelength of Fresnel reflected light returned from the terminal end of the optical fiber shown in FIG. 1 and the filter characteristic of the demultiplexer.

【図5】図1に示すレーザ光源から出射されるレーザパ
ルス光の波長と、周囲温度との関係を示す模式図であ
る。
5 is a schematic diagram showing a relationship between a wavelength of laser pulse light emitted from the laser light source shown in FIG. 1 and an ambient temperature.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

4 光ファイバ(測定用光ファイバ) 8a 入出射端(入射端) 12 レーザ光源 13 熱駆動回路(温度制御部) 15 分波器 22 記憶演算制御回路(端面反射光検出部、発振温度
制御信号生成部)
4 optical fiber (optical fiber for measurement) 8a input / output end (incident end) 12 laser light source 13 thermal drive circuit (temperature control unit) 15 demultiplexer 22 memory operation control circuit (end face reflection light detection unit, oscillation temperature control signal generation) Part)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 測定用光ファイバの入射端へ光信号を入
射し、分波器によって前記光信号が前記測定用光ファイ
バ内を進行する際に発生する後方ラマン散乱光をアンチ
ストークスラマン散乱光とストークスラマン散乱光との
2つのラマン散乱光に選別し、前記2つのラマン散乱光
の前記入射端への到着時間と、その強度との演算結果に
基づいて前記測定用光ファイバに沿った温度分布を測定
する温度分布検出装置において、 前記分波器から出力される2つのラマン散乱光に含まれ
る前記測定用光ファイバの端面からの反射光信号を検出
する端面反射光検出部と、 この端面反射光検出部によって検出された2つのラマン
散乱光の比に基づいて発振温度制御信号を生成する発振
温度制御信号生成部と、 この発振温度制御信号生成部から出力される発振温度制
御信号に基づいて前記光信号を生成するレーザ光源の周
囲温度を制御して前記光信号の波長を制御する温度制御
部と、 を備えたことを特徴とする温度分布検出装置。
1. An anti-Stokes Raman scattered light, which is a backward Raman scattered light generated when an optical signal is incident on an incident end of a measuring optical fiber and the optical signal travels in the measuring optical fiber by a demultiplexer. And Stokes Raman scattered light, and the temperature along the measuring optical fiber is selected based on the calculation result of the arrival time of the two Raman scattered lights at the incident end and the intensity thereof. In a temperature distribution detecting device for measuring distribution, an end face reflected light detection part for detecting a reflected light signal from the end face of the measuring optical fiber contained in the two Raman scattered lights output from the demultiplexer, and this end face An oscillation temperature control signal generation unit that generates an oscillation temperature control signal based on the ratio of the two Raman scattered lights detected by the reflected light detection unit, and an output from this oscillation temperature control signal generation unit. A temperature distribution detecting device, comprising: a temperature control unit that controls the ambient temperature of a laser light source that generates the optical signal based on an oscillation temperature control signal to control the wavelength of the optical signal.
JP3269408A 1991-10-17 1991-10-17 Temperature distribution detector Expired - Lifetime JP2885979B2 (en)

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JP3269408A JP2885979B2 (en) 1991-10-17 1991-10-17 Temperature distribution detector
US07/961,177 US5272334A (en) 1991-10-17 1992-10-16 Device for detecting a temperature distribution having a laser source with temperature and wavelength adjusting means

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008008886A (en) * 2006-05-31 2008-01-17 Hitachi Cable Ltd Optical fiber type temperature sensor unit

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