JPH0652201B2 - 線状温度分布測定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、光ファイバに沿った線状温度分布を光ファイ
バの後方ラマン散乱光の測定により行なう線状温度分布
測定方法に関する。

［従来の技術］ ラマン散乱光を利用した光ファイバ線状温度分布測定方
法は、センサ用光ファイバの１端から波長λｏ、パルス
幅Ｔｗ、パルス周期Ｔｐの光を入射させ、該光が光ファ
イバ中を伝搬する各通過位置で発生する後方ラマン散乱
光の２成分である波長λｓのストークス光と波長λasの
アンチストークス光の光強度を、パルス光入射時刻をｔ
＝０として、それぞれ時間の関数ρｓ(t)とρas(t)とし
て測定し、これらの比ρas(t)／ρｓ(t)が純粋に温度の
関数であること、及び光ファイバ内の距離ｌの位置での
後方散乱光が光ファイバ端に戻って来るまでの時間が、
光ファイバ中の光束をＣｏとすると、パルス光入射時刻
から２ｌ／Ｃｏであることを利用して後方散乱光の発生
位置を求め、光ファイバに沿った線状の温度分布測定を
行なう方法である。ストークス光及びアンチストークス
光の光強度測定は、光ファイバの破断点検知等に用いる
ＯＴＤＲ（Optical Time Domain Reflectometry）装置
とほぼ同じ手法で行なわれる。

この線状温度分布測定方法によれば、例えば、電力ケー
ブルに沿わせてセンサ用光ファイバケーブルを敷設する
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、送電容量のコントロール等に利用したり、部
分的に温度の高い箇所の検知を行なうことができる。ま
た、ビルやトンネル等の火災検知用として使えば、火災
発生の位置の標定を行うことができる。

従来の線状温度分布測定システムの例を第３図に示す。

２ａ，２ｂが実際に温度測定を行ないたい測定対象区間
であり、これら測定対象区間２ａと２ｂの間、或いは監
視場所から測定対象区間２ａ，２ｂまでの間は、ある程
度の距離があるのが普通である。そこで、実際に使用す
る場合には、測定結果を監視する都合上等の理由で、線
状温度分布測定器４の設置部から測定対象区間２ａまで
の間や測定対象区間２ａと２ｂとの間で、引き回し部７
ａ，７ｂだけセンサ用光ファイバ３を余分に引き回して
敷設しなければならない。即ち、線状温度分布測定器４
に接続されるセンサ用光ファイバ３は、この引き回し部
７ａ，７ｂだけ測定対象区間２ａ，２ｂよりも長くな
る。

一方、線状温度分布測定システムは、線状温度分布測定
器４に接続したセンサ用光ファイバ３の一端からの距離
で温度分布測定を行なう。この場合、実際に温度分布測
定を行ないたい測定対象区間２ａ，２ｂ内の各位置ｌa1
〜ｌa7，ｌb1〜ｌb6を、温度分布測定結果（第４図）の
距離情報の位置に対応付けないと、せっかく温度分布測
定を行なっても、実際に温度分布を知りたい測定対象区
間内での各位置ｌa1〜ｌa7，ｌb1〜ｌb6との対応が付か
ず、測定データが十分に生かされないことになってしま
う。

このため、従来は、光ファイバケーブルに例えば１ｍ
毎に長さ表示を行ない、敷設の際に測定対象区間２ａ，
２ｂの記録を行なう方法や、あるいは、光ファイバケ
ーブル敷設後に温度分布測定器４から測定対象区間２
ａ，２ｂまでの光ファイバ長の実測を行なうことによ
り、温度分布測定結果の距離情報の位置と測定対象区間
２ａ，２ｂ内の位置との対応を付けていた。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、上記の敷設の際に記録する方法の場合、実際
に測定を行ないたい測定対象区間での長さ表示の確認・
記録作業が、光ファイバケーブル敷設作業とは作業の性
格が全く異なるために、長さ確認を行なわずに光ファイ
バケーブルの敷設作業を終えてしまうことが多いという
人間工学上の欠点がある。また、長さの記録を行なって
も、記録台帳が火災やしまい忘れ等の理由で消失してい
たり、更には確認ミスがなかったかどうかの再確認を行
なおうとすると、ケーブル表面の長さ表示が汚れで見に
くくなっていたり、トラフ内に収容されていて確認作業
が困難になっている場合もあり、管理上の欠点もあっ
た。

また、上記の敷設後の条長測定の方法では、光ファイ
バケーブルをトラフ内に敷設したり高所に敷設した場合
においては、その条長側定が困難な作業となることが多
く、またと同様の管理上の欠点もあった。

本発明の目的は、前記した従来技術の欠点を解消し、人
間工学上の問題や管理上の問題なしに、温度測定結果の
距離情報と実際に温度分布測定を行ないたい測定対象区
間での位置的対応を付けることのできる線状温度分布測
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］ 本発明の線状温度分布測定方法は、実際に温度分布測定
を行いたい測定対象区間を通して敷設されたセンサ用光
ファイバに、その一端よりパルス光を入射し、光がセン
サ用光ファイバ中を通過する各位置で発生し一端に戻っ
て来る後方散乱光をＯＴＤＲ測定し、その後方散乱光の
ストークス光とアンチストークス光との光強度比の時間
変化より、センサ用光ファイバに沿った線状の温度分布
を測定する測定方法において、センサ用光ファイバの途
中には、測定対象区間内に、その位置が既知である光損
失付与部を設け、光損失付与部によって波形変化が生じ
ている実際のストークス光のＯＴＤＲ波形とストークス
光とアンチストークス光との比で求めた温度分布測定結
果の距離情報とを対比し、温度分布測定結果から得られ
る温度変化に対応するストークス光のＯＴＤＲ測定の波
形の光レベル変化と実際のストークス光のＯＴＤＲ測定
波形の変化の差を求め、その差が光損失付与部の損失分
だけ異なる部分を光損失付与部の位置とし、これによっ
て温度分布測定結果における距離情報の位置を実際に温
度分布測定を行いたい測定対象区間内の各位置に対応付
けるものである。

上記光損失付与部は、具体的には、上記センサ用光ファ
イバの光コネクタ接続部，センサ用光ファイバの融着接
続部或いは応力付与部等で構成することができる。

［作用］ ストークス光とアンチストークス光との強度比の時間変
化からセンサ用光ファイバに沿った線状温度分布の測定
結果が得られる。この線状温度分布測定結果の距離情報
は、センサ用光ファイバに設けられた光損失付与部によ
ってＯＴＤＲ測定波形上にストークス光の波形変化とな
って現れるので、ストークス光ＯＴＤＲ測定波形と温度
分布測定結果との比較から損失付与部の位置情報を正確
に検出することができ、これによりセンサ用光ファイバ
に沿った線状の温度分布を正確に測定することができ
る。

このようにストークス光の波形変化で位置情報を検出す
ることで正確な温度分布を測定することができる。

しかし実際のストークス光ＯＴＤＲ測定波形には光損失
による変化部と温度分布変化による変化部との両方が現
われる。このため、ストークス光のＯＴＤＲ測定波形単
独では、損失付与部の位置情報の検出は行なえず、スト
ークス光のＯＴＤＲ測定波形と温度分布測定結果とを組
み合わせて判断する必要がある。すなわち、温度分布測
定結果から得られる温度変化に対応するストークス光の
ＯＴＤＲ測定波形の光レベル変化と、実際のストークス
光のＯＴＤＲ測定波形との変化を求め、その変化分の差
が損失付与部の損失分だけ異なれば、その部分が損失付
与部の位置ということになる。

光損失付与部の位置は既知であり、これを基準とする測
定対象区間の内の各位置との対応付けも予め既知とな
る。従って、光損失付与部によって波形変化が生じてい
るＯＴＤＲ波形上の位置と温度分布測定結果の距離情報
とを対比することによって、波形変化位置を基準とし
て、温度分布測定結果における距離情報の位置を、実際
に温度分布測定を行いたい測定対象区間内の各位置に対
応付けることができ、また測定対象区間の領域把握をも
なすことができる。

［実施例］ 以下に本発明の実施例を図面を用いて説明する。

本発明を実施するための装置の構成例を第１図に示す。
ラマン散乱光を利用した光ファイバの線状温度分布測定
装置は、ストークス光、アンチストークス光及びレーリ
ー散乱光の３種類の波長の光、特にストークス光とアン
チストークス光とのＯＴＤＲ測定系及びこれらの測定結
果から距離に対する温度分布の計算を行なう温度分布計
算系等を保有する線状温度分布測定器４と、センサ用光
ファイバ３ａ，３ｂ，３ｃと、これらのセンサ用光ファ
イバ３ａ，３ｂ，３ｃ間を接続する光損失付与部として
の光コネクタ接続部１ａ，１ｂとからなる。光コネクタ
接続部１ａ及び１ｂは、それぞれ、実際に温度分布測定
を行ないたい測定対象区間２ａ，２ｂ内に設けてあり、
その光コネクタ接続部の位置（第１図ではｌa4及びｌb3
の位置）を基準として、測定対象区間内の他の任意の位
置ｌa1〜ｌa7及びｌb1〜ｌb6との位置関係は容易に知る
ことができる。

ところで、センサ用光ファイバに光コネクタ等による光
損失付与部を設けた場合、微弱なラマン散乱光を扱って
いるために、光損失が増して測定精度が低下するという
問題がある。このため、一般的には、センサ用光ファイ
バとして低損失な光ファイバを用い、しかもセンサ用光
ファイバの中間部に光コネクタ接続部等を設けないで済
むような長さで使用することが常識であった。しかし、
この光損失の増加による測定精度の低下という問題につ
いては、センサ用光ファイバの中間部に光コネクタ接続
部等の光損失付与部を敢えて設けても、上述の人間工学
上，管理上等の問題を含めた総合的観点からは、より性
能の良い線状温度分布測定を行なえることが確認でき
た。

光損失付与部としては、光コネクタ接続部、センサ用光
ファイバの融着接続部、或いはセンサ用光ファイバをル
ープ状にして応力を加えた応力付与部等であってもよ
い。

アンチストークス光あるいはストークス光をＯＴＤＲ測
定して光損失付与部の位置情報を得ることができる。ア
ンチストークスや光ストークス光をＯＴＤＲ測定する方
法で、損失付与部の位置情報を検出する場合には、温度
分布測定のために行なっている測定データをそのまま使
用できるため、レーリー散乱光をＯＴＤＲ測定する方法
よりも測定系が簡単になるという利点がある。

第２図(a)にストークス光をＯＴＤＲ測定した場合の波
形を示す。図から分かるように、この波形には光損失に
よる変化部５ａ，５ｂと温度分布変化による変化部８
ａ，８ｂ，８ｃとの両方が現われる。このため、アンチ
ストークス光のＯＴＤＲ測定波形あるいはストークス光
のＯＴＤＲ測定波形単独では、損失付与部の位置情報の
検出は行なえず、温度分布測定結果と組み合わせて、判
断する必要がある。すなわち、温度分布測定結果（第２
図(b)）から得られる温度変化に対応するストークス光
のＯＴＤＲ測定波形（第２図(a)の破線）の光レベル変
化１０と、実際のストークス光のＯＴＤＲ測定波形（第
２図(a)の実線）との変化９を求め、その変化の差が損
失付与部の損失分だけ異なれば、その部分が損失付与部
の位置ということになる。

アンチストークス光とストークス光を比べるとストーク
ス光の方が光強度が強く、温度変化に対する信号変化率
が小さい。従って、ストークス光のＯＴＤＲ測定波形を
用いて損失付与部の位置情報を検出する方が、アンチト
ークス光のＯＴＤＲ測定波形を用いる場合よりも適して
いると考えられる。

［発明の効果］ 本発明によれば、実際に温度分布測定を行ないたいセン
サ用光ファイバの測定対象区間内に設けた光損失付与部
によって波形変化が生じている実際のストークス光のＯ
ＴＤＲ測定波形上の位置と、ストークス光とアンチスト
ークス光との比で求めた温度分布測定結果の距離情報と
を対比するため、損失付与部の変化位置を基にして、温
度分布測定結果の距離情報と実際に温度分布測定を行な
いたい測定対象区間の位置との関係を、いつでも容易に
正確に対応付けることができ、線状温度分布計測データ
を従来よりも簡易且つ有効に活用できるようになった。
この実際の測定対象区間内の各位置との対応付けは、線
状温度分布測定システム供用開始後であっても行えるも
のであり、従来のように敷設の際或いは敷設後において
実際に条長測定を行う必要がないため、人間工学上の問
題や管理上の問題も生じない。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明を実施するための線状温度分布測定装置
の一実施例を示す構成図、第２図は光損失付与部の位置
情報検知をストークス光ＯＴＤＲ測定により行なう場合
の光損失付与部の決定方法を説明する説明図、第３図は
従来の線状温度分布測定システムの構成図、第４図は同
システムにより測定した温度分布測定結果を示す図であ
る。 図中、１ａ，１ｂは光コネクタ接続部、２ａ，２ｂは実
際に温度分布測定を行ないたい測定対象区間、３ａ，３
ｂ，３ｃはセンサ用光ファイバ、４は線状温度分布測定
器、５ａ，５ｂは光損失検出部、６は温度上昇部、７
ａ，７ｂはセンサ用光ファイバの引き回し部、８ａ，８
ｂ，８ｃは温度変化部、９は実際のＯＴＤＲ測定波形の
変化、１０は温度変化に対応するＯＴＤＲ測定波形の変
化である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 哲 茨城県日立市日高町５丁目１番１号 日立 電線株式会社電線研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−270632（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−113327（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】実際に温度分布測定を行いたい測定対象区
   間を通して敷設されたセンサ用光ファイバに、その一端
   よりパルス光を入射し、該光がセンサ用光ファイバ中を
   通過する各位置で発生し上記一端に戻って来る後方散乱
   光をＯＴＤＲ測定し、その後方散乱光のストークス光と
   アンチストークス光との光強度比の時間変化より、セン
   サ用光ファイバに沿った線状の温度分布を測定する測定
   方法において、上記センサ用光ファイバの途中には、上
   記測定対象区間内に、その位置が既知である光損失付与
   部を設け、該光損失付与部によって波形変化が生じてい
   る実際のストークス光のＯＴＤＲ波形とストークス光と
   アンチストークス光との比で求めた温度分布測定結果の
   距離情報とを対比し、温度分布測定結果から得られる温
   度変化に対応するストークス光のＯＴＤＲ測定の波形の
   光レベル変化と実際のストークス光のＯＴＤＲ測定波形
   の変化の差を求め、その差が上記光損失付与部の損失分
   だけ異なる部分を上記光損失付与部の位置とし、これに
   よって温度分布測定結果における距離情報の位置を実際
   に温度分布測定を行いたい測定対象区間内の各位置に対
   応付けることを特徴とする線状温度分布測定方法。
2. 【請求項２】上記光損失付与部が上記センサ用光ファイ
   バの光コネクタ接続部であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の線状温度分布測定方法。
3. 【請求項３】上記光損失付与部がセンサ用光ファイバの
   融着接続部であることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の線状温度分布測定方法。