JPH05157635A - 光ファイバ式温度分布測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、作業効率に優れ、且つ高精
度の温度分布測定を行い得る光ファイバ式温度分布測定
装置を提供することにある。 【構成】 本発明に係る光ファイバ式温度分布測定装置
３０は、パルス光発生器１２とセンサ用光ファイバ１６
の間に接続された参照用光ファイバ３２と、参照用光フ
ァイバ３２を一定温度に維持する恒温器４４とを備え、
参照用光ファイバ３２内で発生した後方散乱光（レーリ
散乱光）分布に基づいてセンサ用光ファイバ１６におけ
るラマン散乱光の各波長での光損失を求め、これをデー
タ処理回路４２における温度分布の測定に利用してい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光ファイバ式温度分布測
定装置に関し、特にセンサ用光ファイバ内での損失を測
定する機能を備えた光ファイバ式温度分布測定装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】図３には、従来の光ファイバ式温度分布
測定装置の構成が示されている。温度分布測定装置１０
は、入射パルス光を発生する光パルス発生器１２と、光
パルス発生器１２から射出された入射光をコネクタ１４
を介してセンサ用光ファイバ１６に導くととももに、セ
ンサ用光ファイバ１６内で発生したラマン散乱光をスト
ークス光とアンチストークス光とに分波する光分波器１
８と、光分波器１８から供給されるストークス光とアン
チストークス光を各々受光して光電変換する受光器２０
と、受光器２０からの電気信号のランダムノイズを除去
する平均化処理回路２２と、平均化処理回路２２の出力
信号に基づいて被測定対象（図示せず）の温度分布を測
定するデータ処理回路２６とから構成されている。

【０００３】次に、以上のように構成された温度分布測
定装置１０の動作について簡単に説明する。光パルス発
生器１２から射出されたパルス光が光分波器１８を介し
てセンサ用光ファイバ１６に入射すると、当該光ファイ
バ１６内で発生した後方散乱光が光分波器１８に戻る。
光分波器１８では、後方散乱光のうちラマン散乱光をス
トークス光とアンチストークス光とに分波し、各々受光
器２０に供給する。受光器２０で光電変換された光強度
信号は、平均化処理回路２２において光パルス発生回路
１２の出力信号と同期して平均化処理される。図４に
は、平均化処理回路２２の出力信号として得られるスト
ークス光２８Ｓと、アンチストークス光２８ａの各分布
が示されている。これらは、光損失比に対応した傾きを
持ち、仮にセンサ用光ファイバ１６に沿った温度変化が
存在しない場合、すなわち、図４が直線の場合には、各
波長の散乱光分布がそのまま光損失比となる。

【０００４】データ処理回路２６では、予め記憶されて
いるセンサ用光ファイバ１６の損失比（傾き）と平均化
処理回路２２から供給されたラマン散乱光分布に基づい
て被測定対象の温度分布（図５実線）を測定する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の温度分布測定装置１０においては、予めセ
ンサ用光ファイバ１６の光損失比を算出してデータ処理
回路２６に記憶させておく必要があり、準備作業が煩雑
であった。

【０００６】また、光ファイバ式温度分布測定装置を設
置した後に光損失を測定する方法も考えられるが、この
場合には、測定器の感度等により測定誤差が大きいた
め、例えば図５の実線と破線のように、最終的な測定温
度分布の精度が低下するという問題点があった。

【０００７】

【発明の目的】本発明はかかる点に鑑みて成されたもの
であり、作業効率に優れ、且つ高精度の温度分布測定を
行い得る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。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、センサ用光ファイバに所定のパルス光を供
給するパルス光発生手段と、センサ用光ファイバ内で発
生するラマン散乱光のストークス光とアンチストークス
光の強度分布及びセンサ用光ファイバの各波長での光損
失に基づいて被測定対象の温度分布を測定するデータ処
理手段とを備えた光ファイバ式温度分布測定装置におい
て、パルス光発生手段とセンサ用光ファイバの間に接続
された参照用光ファイバと、参照用光ファイバを一定温
度に維持する恒温手段とを備え、参照用光ファイバ内で
発生した後方散乱光分布に基づいてセンサ用光ファイバ
におけるラマン散乱光の各波長での光損失を求め、これ
をデータ処理手段における温度分布の測定に利用してい
る。

【０００９】

【作用】一般にラマン散乱光のストークス光とアンチス
トークス光の各波長の時間（距離，位置）に対する光強
度分布は、光ファイバ損失比に対応した傾きを有する。
このため、センサ用光ファイバに沿った温度変化が存在
しない場合、すなわち、ラマン散乱光の光強度がリニア
に変化する場合には、当該光強度分布の傾きがそのまま
光損失比となる。本発明に係る光ファイバ式温度分布測
定装置は、上記のような理論に基づいて成されたもので
あり、一定温度に維持された参照用光ファイバをセンサ
用光ファイバに接続し、この参照用光ファイバ内で発生
する後方散乱光を検出する。光ファイバが恒温状態であ
るため、検出された後方散乱光の強度分布は、時間に対
してリニアに変化する。そこで、この後方散乱光分布の
傾きからセンサ用光ファイバの光損失が容易に求められ
る。以上のように本発明に係る光ファイバ式温度分布測
定装置によれば、センサ用光ファイバ内のラマン散乱光
（ストークス光，アンチストークス光）の強度分布を計
測すると同時に光損失を正確に求めることが可能とな
る。

【００１０】

【実施例】次に、本発明の一実施例を添付図面を参照し
つつ詳細に説明する。なお、上記従来技術と同様部分の
詳細な説明は省略する。図１には、実施例に係る光ファ
イバ式温度分布測定装置の構成が示されている。温度分
布測定装置３０は、入射パルス光を発生する光パルス発
生器１２と、センサ用光ファイバ１６とコネクタ１４を
介して接続された参照用光ファイバ３２と、光パルス発
生器１２から射出された入射光を参照用光ファイバ３２
に導くととももに、参照用光ファイバ１４及びセンサ用
光ファイバ１６内で発生した後方散乱光をレーリ散乱光
とストークス光とアンチストークス光とに分波する光合
波器３４と、光分波器３４から供給される光信号を光電
変換する受光器３６と、光分波器３４からのレーリ散乱
光を所定レベルまで減衰させる減衰器３８と、受光器３
６からの電気信号のランダムノイズを除去する平均化処
理回路４０と、平均化処理回路４０の出力信号に基づい
て被測定対象（図示せず）の温度分布を測定するデータ
処理回路４２とから構成されている。

【００１１】参照用光ファイバ３２は、恒温器４４内に
設置され、温度を一定に保たれている。また、減衰器３
８はレーリ散乱光のレベルがラマン散乱光（ストークス
光，アンチストークス光）と同レベルになるように作用
する。

【００１２】次に、以上のように構成された温度分布測
定装置３０の動作及び作用について説明する。光パルス
発生器１２から射出されたパルス光が光分波器３４を介
して参照用光ファイバ３２，センサ用光ファイバ１６に
入射すると、これら各光ファイバ３２，１６内で発生し
た後方散乱光が光分波器３４に戻る。光分波器３４で
は、後方散乱光をレーリ散乱光とストークス光とアンチ
ストークス光とに分波し、各々受光器３６に供給する。
受光器３６で光電変換された光強度信号は、平均化処理
回路４０において光パルス発生回路１２の出力信号と同
期して平均化処理された後、データ処理回路４２に供給
される。

【００１３】図２には、時間（位置）に対する後方散乱
光の光強度分布が各々示されている。図において、４６
ｓがストークス光，４６ａがアンチストークス光，４６
ｒがレーリ散乱光を示し、また、Ｌ１が参照用光ファイ
バ３２の範囲、Ｌ２がセンサ用光ファイバ１６の範囲を
示す。参照用光ファイバ３２が一定温度に維持されてい
るため、範囲Ｌ１では全ての散乱光がリニアに変化す
る。

【００１４】データ処理回路４２では、図２の範囲Ｌ１
の部分を利用してセンサ用光ファイバ１６の光損失を算
出する。すなわち、範囲Ｌ１において、ストークス光４
６ｓとアンチストークス光４６ａの各波長の光損失をレ
ーリ散乱光４６ｒとの相対比として求める。これは、光
ファイバの光損失は、一定温度の範囲内においては光強
度分布の傾きそのものになることを利用したものであ
る。なお、実際のデータ処理においては、上記のように
算出された光損失に装置各部の検出特性が含まれてお
り、受光感度が損失測定に与える影響を回避している。

【００１５】その後、範囲Ｌ２におけるラマン散乱光
（ストークス光４６ｓ，アンチストークス光４６ａ）の
各波長の光強度分布と、上記のように求めた光損失のデ
ータに基づいて、被測定対象の温度分布を測定する。

【００１６】以上のように、本実施例においては、一定
温度に維持された参照用光ファイバ３２をセンサ用光フ
ァイバ１６に接続し、この参照用光ファイバ３２内で発
生するレーリ散乱光に基づいてセンサ用光ファイバ１６
の光損失を求めているため、センサ用光ファイバ１６内
のラマン散乱光（ストークス光，アンチストークス光）
の強度分布を計測すると同時にその光損失をも求めるこ
とができる。従って、従来のように予めセンサ用光ファ
イバ１６の光損失を算出しておく必要もなく、また、温
度分布測定装置３０を設置した後に測定器によって光損
失を測定する場合のように、測定器の感度等により光損
失の精度（信頼性）が低下することもない。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る光フ
ァイバ式温度分布測定装置は、パルス光発生手段とセン
サ用光ファイバの間に、一定温度に維持された参照用光
ファイバを接続し、当該参照用光ファイバ内で発生した
後方散乱光分布に基づいてセンサ用光ファイバにおける
ラマン散乱光の各波長での光損失を求めているため、被
測定対象の温度分布を高精度，高効率、且つ安定して測
定できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る光ファイバ式温度分布
測定装置の構成を示すブロック図である。

【図２】実施例の作用を説明するためのグラフである。

【図３】従来の光ファイバ式温度分布測定装置の構成を
示すブロック図である。

【図４】従来技術の作用を説明するためのグラフであ
る。

【図５】従来技術の作用を説明するためのグラフであ
る。

【符号の説明】 １２ 光パルス発生器 １４ コネクタ １６ センサ用光ファイバ ３０ 光ファイバ式温度分布測定装置 ３２ 参照用光ファイバ ３４ 光分波器 ３６ 受光器 ３８ 減衰器 ４０ 平均化処理回路 ４２ データ処理回路 ４４ 恒温器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 センサ用光ファイバに所定のパルス光を
   供給するパルス光発生手段と、前記センサ用光ファイバ
   内で発生するラマン散乱光のストークス光とアンチスト
   ークス光の強度分布及び前記センサ用光ファイバの前記
   各波長での光損失に基づいて被測定対象の温度分布を測
   定するデータ処理手段とを備えた光ファイバ式温度分布
   測定装置において、 前記パルス光発生手段と前記センサ用光ファイバの間に
   接続された参照用光ファイバと、 前記参照用光ファイバを一定温度に維持する恒温手段と
   を備え、 前記参照用光ファイバ内で発生した後方散乱光分布に基
   づいて前記センサ用光ファイバにおける前記ラマン散乱
   光の各波長での光損失を求め、これを前記データ処理手
   段における温度分布の測定に利用することを特徴とする
   光ファイバ式温度分布測定装置。
2. 【請求項２】 前記光ファイバ式温度分布測定装置が、
   更に、前記参照用光ファイバ及びセンサ用光ファイバ内
   で発生した後方散乱光をレーリ散乱光とストークス光と
   アンチストークス光とに分波する分波器を備え、 前記参照用光ファイバ内で発生したレーリ散乱光の強度
   分布から、前記センサ用光ファイバにおける前記ストー
   クス光とアンチストークス光の両波長での光損失を求め
   ることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ式温度分
   布測定装置。
3. 【請求項３】 前記光ファイバ式温度分布測定装置が、
   更に、前記分波器において検出された前記レーリ散乱光
   を減衰させて、前記ストークス光とアンチストークス光
   のレベルに合わせる光減衰手段を備えたことを特徴とす
   る請求項２記載の光ファイバ式温度分布測定装置。