JPH0713582B2

JPH0713582B2 - 測定装置

Info

Publication number: JPH0713582B2
Application number: JP63326149A
Authority: JP
Inventors: 一郎和田
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-12-26
Filing date: 1988-12-26
Publication date: 1995-02-15
Anticipated expiration: 2010-02-15
Also published as: JPH02171628A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、被測定領域に敷設された光ファイバ内の一端
である入射端から光信号を入射し、他端側に向かうあら
ゆる場所から入射端へ戻ってくる後方散乱光を解析して
前記被測定領域内の任意の場所の温度，湿度あるいは温
度分布等を測定する測定装置に関する。

（従来の技術および発明が解決しようとする課題）一般に、物質にある周波数ωの光信号を照射したとき、
この光信号は当該物質で後方に散乱して戻ってくるが、
これの戻り光を例えば時間領域の分析装置（以下、OTDR
と指称する）で観測すると、照射光の周波数ωのほか、
この周波数と異なるω＋ωr,ω±r,ω±ｍωｒ（ｍは整
数）等の周波数の光，すなわちラマン（Raman）散乱光
を有する現象がラマンにより発見されたが、その後，こ
のラマン散乱光が温度に依存していることも既に知られ
ている。

ところで、このラマン散乱は、空気やガスの環境下でそ
の環境内の微少物質や種々の分子等の影響を受けるた
め、温度計測に利用するのが難しいと考えられていた。
しかし、その後、光ファイバの製造および技術上の発展
に伴い、その光ファイバの種々の利用法が研究され、そ
の一環として温度計の利用についても研究開発が進めら
れてきている。特に、光ファイバは空気やガスの環境と
異なって固定されたファイバ成分が存在するのみである
ので、徐々にではあるが温度計測に適することが分って
きた。しかし、現在、後方散乱を利用したOTDRによる温
度計は、測定部の光ファイバの位置分解能長さLtが20
m、最小測定温度Tbが５℃、最大測定温度Tcが150℃（光
ファイバの使用温度限界に起因する）、最小リフレッシ
ュ時間Trfrが90sec（OTDRおよび温度計測法により定ま
る）、最大測定長さLtmxが1km（OTDRの分解能に起因す
る）等の範囲であるが、将来を予測してもせいぜいLt＝
2m、Tb＝２℃程度、Tc＝500〜600℃、Trfr＝30sec程
度、Ltmx＝数km程度であると考えられる。

従って、現状においては、Lt＞20mであることから点の
温度を測定することが難しく、光ファイバにそった温度
分布を測定する程度の研究しかなされていない。しか
も、長い光ファイバ上の各点からの後方散乱光は微弱で
あって、これにノイズが混入されているので、光信号を
数千〜数万回発射し、後方散乱光を平均化しノイズを除
去して所望とする信号を測定するごとく構成されている
が忠実度の良い測定は非常に難しい。また、OTDRは本来
位置を検出する機能を持ったものであるが、温度変化に
より光伝送路である光ファイバ内の光屈折率が変化し、
これに伴って光ファイバ内の光の伝送速度も変化するの
で、光の伝送時間からの温度検知位置を算出する従来方
式のものをそのまま利用しても、その温度検知位置を正
確に同定できない。なお、Lt＞20mの長さを必要とする
理由の１つには光の伝送速度変化に起因することが上げ
られる。従って、予め定められた測定場所の一定温度の
環境下で使用され、かつ、部分的に発生する異常温度を
測定する場合には、それらの既知条件を考慮しながら温
度検知場所およびその場所の温度をかなり正確に測定で
きるが、不特定場所の温度を測定する一般的な温度測定
の場合には上述の如く種々の問題が生ずる。

本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、広範囲に及
ぶ被測定領域の任意の測定場所の温度，湿度、さらに被
測定領域の温度分布を正確に測定し得、さらに測定値の
測定感度や分解能を高め、データ処理を高速化にも寄与
しうる測定装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明は上記課題を解決するために、請求項１および２
においては、光源から光ファイバの入射端へ光信号を入
射し、この光信号の入射によって光ファイバ内で発生す
るラマン散乱のうち前記入射端方向に向かう後方散乱光
が戻ってくるまでの時間と戻ってきた信号の強さを信号
処理装置で解析し温度または湿度または温度分布を測定
する測定装置において、被測定領域の各測定部にまたが
って前記光ファイバを連続的に配置するとともに、これ
ら各測定部の位置を特定するために前記光ファイバの各
測定部に対応して位置を示す基準用信号を印加する基準
用信号印加手段を設けた構成である。

また、請求項３においては、光ファイバを被測定領域内
に平面的または立体的に一筆書きで所定の順序をもって
配置し、そのとき前記光ファイバ上にできる交叉部分の
全部または一部または非交叉部分の任意の部分を測定部
と定めて所定の基準信号を印加すると共に光信号を光フ
ァイバの入射端へ入射し、このときの光信号の入射によ
って得られる前記後方散乱光から前記測定部の位置デー
タ、または位置データと温度データを求めて記憶し、実
測定時に予め記憶された位置，温度データと実際に光フ
ァイバへ光信号を入射して得られた後方散乱光とを用い
て前記測定部の温度または湿度または温度分布を測定し
前記記憶データと比較し補正する構成である。

さらに、請求項５においては、光源を含む信号処理装置
から被測定領域の手前までの領域または任意な被測定領
域を除く光ファイバ部分を測定不要部とする場合、前記
信号処理装置では、予め光信号の送出によって前記測定
不要部に相当する部分の時間を測定記憶し、実測定時に
記憶された時間に基づいて前記測定不要部に相当する光
ファイバ部分から返ってくる後方散乱光の測定をスキッ
プし、前記被測定領域内に配置された被測定部の光ファ
イバ内から散乱されてくる後方散乱光を取込んで温度，
湿度または温度分布を測定する構成である。

さらに、請求項６においては、被測定領域の各測定部に
またがって前記光ファイバを連続的に配置するととも
に、これら各測定部に対応して温度を示す可変可能な基
準用信号を印加する基準用信号印加手段を設け、前記信
号処理装置では前記光ファイバから得られた後方散乱光
の実測値に一致するように前記基準用信号印加手段の基
準用信号を制御し、前記温度を示す基準用信号を測定温
度とする構成である。

さらに、被測定領域に前記光ファイバの測定部を配置す
ると共に、測定部の一部または全領域にわたって基準用
信号を印加する基準用信号印加手段を設け、予め基準用
信号印加手段までの距離を計測し、光ファイバへの光信
号の入射により前記基準用信号印加手段に相当する部分
から散乱して返ってくる後方散乱光と前記計測された距
離とから前記光ファイバ内の光信号の伝送時間を得る構
成である。

（作用）従って、請求項１においては以上のような手段を講じる
ことにより、光ファイバよりなる測定部あるいは測定部
と測定部との間へ基準用信号印加手段から位置を示す基
準信号を印加した状態で光ファイバに光信号を入射し、
それによって光ファイバ内から散乱して来る後方散乱光
の中に前記基準信号印加部からの後方散乱光が含まれて
いるので、この基準信号印加部からの後方散乱光を目安
として何れの位置の測定部から戻ってきた後方散乱光で
あるかを測定し、各測定部の位置を正確に測定できる。

また、請求項３においては、被測定領域内に光ファイバ
を一筆書きで平面的または立体的に配置し、その交叉部
分または非交叉部分等の測定部に基準信号を印加してそ
れら測定部からの特異な後方散乱光から基準位置または
基準位置および基準温度を得るようにしたので、実測時
にはその基準位置等を用いて広い範囲の多数の測定部位
置を特定して正確に温度または湿度を測定できる。

また、請求項５においては、予め光源を含む信号処理装
置から被測定領域の手前までの領域または任意な被測定
領域を除く光ファイバ部分を測定不要部とした場合、実
測時にその測定不要部を処理せずにスキップすることが
できるので、メモリ容量を少なくして高速処理を可能と
することができる。

さらに、請求項６においては、信号処理装置から各測定
部間の基準用信号印加手段の基準用信号を実測値に合致
するように制御することにより、その実測値をそのまま
測定値として利用することができる。

さらに、請求項７においては、光ファイバの被測定領域
の特定部分に基準信号を印加し、その基準信号相当の後
方散乱光の到達から光ファイバ内の光信号の伝送時間を
取得できる。

（実施例）以下、本発明装置の実施例について説明するに先立って
本装置において適用する測定原理を説明する。すなわ
ち、本装置に適用するラマン散乱は、周波数ωの光が分
子振動や格子振動などの周波数ωｒを持った物質に照射
したとき、その物質からは周波数ωのほか、ω＋ωｒな
る周波数の散乱光が現われる。特に，強いレーザ光を入
射したとき、誘導放出のために強いω＋ωｒまたはω±
ｍωｒ（ｍは整数）の周波数の発振が生じ、これらω＋
ωｒまたはω±ｍωｒは光ファイバ内のどこでも発生
し、レーザ入射端方向のすなわち後方散乱も発生する。
そして、この後方散乱光中の含まれるωr,mωｒ等の強
度は温度に依存するために、この強度をOTDRで計測し、
適宜な処理を行えば、位置，温度等の情報を得ることが
できる。

第１図は本発明のベースとなるOTDRを用いた温度計の測
定原理を示す図である。この測定は、光パルスを発生す
るレーザ発振装置や発光ダイオード等の光源11から光パ
ルスＳを発生し、ビームスプリッタ12（ビームスプリッ
タと同様な機能を発揮するデバイス例えば光分岐等も含
めてビームスプリッタと呼ぶ）を通して光ファイバ13の
入射端へ入射すると、この光ファイバ13内で光パルスＳ
の伝送到達位置例えばt₁,…tn_-1,tnからω＋ωr,ω＋ｍ
ωｒなる周波数のラマン散乱が次々と生じ、それによっ
て各位置t₁,…tn_-1,tnから後方散乱光が光ファイバ入射
端側へ戻ってきて前記ビームスプリッタ12で反射され、
信号処理装置14に入ってくる。そこで、この信号処理装
置14では、光パルスＳ発生後、各位置t₁,…tn_-1,tnから
散乱する後方散乱光の大きさである温度をT1,…Tn_-1,Tn
とし、仮にT1＝T2＝……＝Tn_-1＝Tnとした場合、遠い位
置にある温度程伝送による損失が大きいために信号が小
さくなる。すなわち、信号処理装置14による測定結果は
第２図のようになる。なお、信号処理装置14から光源11
へ光パルス発射命令を出しているので、本実施例ではこ
の発射命令と光ファイバ13内から散乱して戻ってくる後
方散乱光とをそれぞれ処理可能な電気信号に変換し、発
射命令を基準として後方散乱光の戻ってくる時間を計測
し、その計測時間軸上で後方散乱光の強さを計測し、か
つ、光ファイバ内の光速を既知として演算し、測定位置
及びその測定位置での後方散乱光の強度から温度を測定
する。

すなわち、この測定原理は、光パルスＳを発生して光フ
ァイバ13内から返ってくるまでの時間を測定しどこの位
置で起ったラマン散乱であるかを知る方法であって、光
パルスＳの場合には発射パルスと戻りパルスとの時間が
ある程度長くなれば計測が難しいために長い光ファイバ
に有効である。一方、OTDRにAC連続波（変調波）を用い
る場合には同様にAC波形の光信号と光ファイバ内から戻
ってくるAC波形の光信号との位相ずれからどの位置でラ
マン散乱が起きたを知る方法であって、この場合には比
較的短い光ファイバであっても正確に測定できる。何れ
の場合にも後方散乱光の大きさから温度を測定する。こ
の後方散乱光には光源11から発生した光パルスＳの周波
数ωのほかに、ωr,mωｒ等が混在しているので、信号
処理装置14内に特性フィルタ或いは分波器を設け、この
特性フィルタ或いは分波器にてω，ωr,mωｒを分離し
た後、温度の因子を持つ「ωｒ」または「ｍωｒ」ある
いは「ωｒとｍωｒ」を取出して温度を測定する。一
方、位置を検出する場合にもωr,mωｒを活用すること
が望ましい。なお、光信号を発生する光源と検出器とを
兼ねる素子を用いる場合にはビームスプリッタ12は不要
である。

次に、第３図は特に信号処理部14の一具体例を示す図で
ある。すなわち、この信号処理装置14は、シーケンスプ
ログラムに基づいて種々の指令を出力するCPU141を有
し、このCPU141から動作指令を受けて光源11から周波数
ωの光パルスを例えば２個のプリズムで構成されたビー
ムスプリッタ12を介して光ファイバ13へ入射すると、こ
の光ファイバ13内部で発生するラマン散乱のうち光入射
端側に戻ってくる周波数「ω」，「ωｒ」，「ｍωｒ」
等を含んだ後方散乱光が特性フィルタ或いは分波器142
に入射してくる。142が特性フィルタの場合は「ωｒ」
或いは「ｍωｒ」のみを通すフィルタを用い、αωr,β
ｍωｒのいずれか一方を信号として用いるか、「ωｒ」
と、「ｍωｒ」との双方を通すフィルタを通し、αωｒ
＋βｍωｒを信号として用いる。α，βはフィルタでの
減衰係数である。

142が分波器の場合は「ω」なる周波数の光と「ω
ｒ」，「ｍωｒ」なる周波数の光に分離した後、後続の
光−電気変換器143,144でそれぞれ電気信号に変換され
る。そして、光−電気変換器144で変換された電気信
号，つまりラマン散乱に起因した信号は直接またはスイ
ッチ回路145を通って高速時系列処理手段146に送られ、
ここでCPU141から光源11への動作指令出力に同期して入
力されるタイミング信号に基づいて時間（位置）の計測
およびその時間に対する温度に相当する信号強度を計測
し内蔵するメモリに順次保存していく。147は高速時系
列処理手段146に記憶されているデータおよび必要に応
じて被測定領域の例えば温度発信源等をマップ化したフ
ァイル148のデータを用いて所望とするデータ処理を行
うデータ処理部である。

次に、以上のような装置を用いて本発明装置の各実施例
について説明する。先ず、第４図は本発明の請求項1,2
に係わる一実施例を示す図である。同図において20は例
えば温度を測定するための対象となる建物，タンク等に
相当する被測定領域であって、この被測定領域20には複
数の測定場所となる測定部21a,21b,…21nにまたがって
連続的に光ファイバ22が敷設されている。そして、各測
定部21a−21b,21b−21c（図示せず），…の間の位置す
る前記光ファイバ部分を引出しあるいは引出すことな
く、これら光ファイバ引出し部分または非引出し部分等
を例えば測定場所の温度20℃よりも十分に離れた温度，
例えば０℃の温度を設定する基準用信号印加手段23a,23
b,…が設けられている。24は終端無散乱部であって、具
体的には光の大きな反射が入射端側方向に発生しないよ
うにシリコーンオイル，パラフィンオイル等の液体中に
光ファイバ22の終端部を挿入してなり、これによって光
ファイバ終端部の光を液体中で大半を拡散させる機能を
持っている。仮に、この終端部で反射された後方散乱光
を信号処理装置14側で増幅すると、増幅器が飽和して測
定不能となるので、それを回避するために終端無散乱部
24を設けた実施例を示した。なお、測定部21a,21b…お
よび基準用信号印加手段23a,23b,…は光ファイバ22をコ
イル状の巻装した構成としたが、非巻装構成であっても
よい。

従って、以上のような実施例の構成によれば、光源11か
ら光ファイバ22の光パルスＳを入射し、これによって光
ファイバ22内から戻ってくる後方散乱光を特性フィルタ
或いは分波器142で処理すると、第５図に示すような周
波数ωr,mωｒの後方散乱光の強度が得られる。この第
５図において25a,25b,…は被測定領域20の各測定部21a,
21b,…からの温度（強度）に相当し、26a,26b,…は基準
用信号印加手段23a,23b,…から後方散乱光が戻ってきた
時間（位置），さらには温度的には基準用信号印加手段
23a,23b,…によって設定された０℃の温度を示してい
る。従って、高速時系列処理手段146では第５図のよう
な後方散乱光に比例したアナログ信号を得ることによ
り、基準位置26a,26b…に基づいて各測定部21a,21b,…
を特定して正確に温度を測定することができる。

なお、基準用信号印加手段23a,23b,…は測定場所の温度
より十分離れた温度を設定して位置識別を行うようにし
たが、例えば測定場所の温度とそれほど変らない所定の
基準温度を予めまたは実測時に設定すれば、信号処理装
置14ではその基準用温度信号に起因する後方散乱光の強
度に基づいて各測定部21a,21b,…の実測温度を補正する
ことができ、またその基準位置信号としても利用でき
る。また、基準用信号印加手段23a,23bは固定の基準温
度としたが、可変形のものでもよい。この場合には温度
補正をより適確に行うことができる。

また、光ファイバ22を一方向に連続的に敷設するように
図示しているが、その敷設形態は測定対象によって種々
異なるものである。例えばタンクを被測定領域20とする
場合、そのタンクの形態に合わせてタンク内またはタン
ク外に光ファイバ22をコイル状に敷設するものである。
このとき、タンク内の場合には第６図に示すようにタン
クの中心部から異なる距離ごとに同一円周部分の測定部
21a,21b,…の各平均温度t1,t2,…を測定する場合には他
の円周部分と位置を明確に区別するために相隣接する円
周部分間に区分巻ファイバ27a,27b…を設けることによ
り、基準となる位置信号を得るようにしてもよい。従っ
て、この場合には区分巻ファイバ27a,27b…の部分を除
けば、各円周部分ごとにそれぞれ広い距離にわたって測
定部21a,21b,…が設けられているので、これら各円周部
分の測定部21a,2b,…からの信号を平均化すれば、各円
周部分の正確な平均温度t1,t2,…を測定できる。なお、
測定部21a,21b,…の光ファイバ22は１回だけ円形上に巻
装してもよく、複数回巻装したものでもよい。また、例
えば池を測定対象とする場合には同様の池の形状にそっ
て光ファイバ22を設けることは言うまでもない。

従って、この第６図に示す実施例においても区分巻ファ
イバ27a,27b…の部分から位置信号を取出すことができ
るので、平均温度だけでなく、ある特定の位置の温度も
測定できる。

次に、第７図は同じく本発明の他の実施例を示す構成図
であって、これは構成的に第４図と同様であるが、特に
異なるところは各測定部21a−21b,21b−21c（図示せ
ず）間に溶接部等を含む接続部28a,28b,…を設け、この
接続部28a,28b,…から反射して戻ってくる第８図に示す
後方散乱光の強度29a,29b,…から基準位置用信号を得、
この基準信号に基づいて各測定部21a,21b,…の位置を特
定して温度等を測定する構成である。なお、この接続部
は必ずしも全部の各測定部間に設ける必要はない。

次に、第９図ないし第12図は本発明の請求項３に係わる
実施例を示す図である。先ず、第９図は、光ファイバ22
を被測定領域20内に平面的に一筆書となるように所定の
順序で整然と一方向へ蛇行状をなすように敷設し、さら
にそれと直交する方向に蛇行状をなすように敷設するこ
とにより、光ファイバ22を網目状に形成し、各交叉部を
測定部31a,31b,…とする構成である。一方、第10図は、
第９図と同様な要領で形成した網目状の光ファイバを、
縦方向に所定の間隔を有して複数段設けることにより、
光ファイバ22を立体的構成としたものである。第11図は
第10図の構成を模式的に表した図である。

しかして、本発明装置は、被測定領域20内に第９図およ
び第10図の如き配置構成の光ファイバ22を設けた場合、
次のような手順に基づいて各測定部31a,31b,…の温度を
測定する。

先ず、最初に各測定部31a,31b,…から位置のみ、あるい
は位置および温度の基準信号を取得する。この場合には
各測定部31a,31b,…を個別に、または全部について被測
定領域20内の温度よりも十分に異なる温度に設定した
後、光源11を駆動して光ファイバ22に光パルスＳを入射
する。そして、この光パルスＳの入射によって光ファイ
バ22内からラマン散乱されて入射端側に戻ってくる後方
散乱光の強度を特性フィルタ或いは分波器142,光−電気
変換器145を通して高速時系列処理手段146で取込んで時
系列的に処理する。このとき、各測定部31a,31b,…から
第12図（ａ）の如き所定時間t₁,t₂,…（基準位置）ごと
に他の部分と異なる強度（基準温度）を持った後方散乱
光が入ってくるので、その時間（基準位置）およびその
時間に対する温度を順次メモリに格納していく。

以上のようにして各測定部31a,31b,…の基準位置および
基準温度を取得したならば、以後，実際の温度測定時に
各測定部31a,31b,…に特定の温度を設定することなく、
単に光ファイバ22の入射端に光パルスS1を入射し、その
光パルス入射タイミングから前記基準時間（例えば測定
部31a）相当時に光ファイバ22内から戻ってくる後方散
乱光の強度（第12図（ｂ）参照）と前記基準温度とに基
づいて測定部31aの温度を正確に測定できる。他の測定
部31b,31c,…についても同様な処理を行って正確に温度
を測定できる。

なお、第９図および第10図では網目状の交叉部の全部を
測定部としたが、一部であってもよく、また交叉部以外
の部分を測定部としてもよく、さらに必ずしも網目状で
ある必要がなく例えば多角形内に対角線で結んだ構成で
あってもよい。

次に、本発明の請求項４に係わる実施例について第13図
ないし第15図を参照して説明する。すなわち、この実施
例は、測定部40（21a,21b,…,31a,31b,…）において光
ファイバ22を一筆書で複数回繰返して束ねた状態で敷設
した構成とする。従って、その測定部40を展開したと
き、その測定部40のａ部分は第14図（ａ）のような位置
a₁,a₂,…関係となっている。

従って、以上のような光ファイバ22の配置構成によれ
ば、予め任意の位置ａを所定の温度に設定した後、光フ
ァイバ22に光パルスＳを入射すると、前記任意の位置ａ
を展開した位置a₁,a₂,…に対応する時間のときに第14図
（ｂ）の如く他の部分とは異なる設定温度に相当する後
方散乱光の強度を得ることができるので、この時の時間
と強度をファイル148に格納しておく。そして、実際の
温度測定時に得られる例えば第14図（ｃ）の如き後方散
乱光に比例した温度信号をその記憶時間に同期して順次
サンプリングし、そのサンプリング値をメモリに格納し
ていく。このようにしてサンプリングした後、データ処
理部147においてメモリの内容を読出し、これらのサン
プリング値を平均化すれば、測定部40の温度を高感度，
高分解能で検出することができる。

なお、被測定領域20において光ファイバ22を往復させな
がら一筆書きに束ねる手段として、例えば第15図
（ａ），（ｂ），（ｃ）のように行ってもよい。

さらに、第16図および第17図は本発明の請求項５に係わ
る実施例を示す図であって、これは遠方から被測定領域
20の温度等を測定する場合、その光ファイバ22の入射端
から被測定領域20まで測定する必要がないので、予めこ
の測定不要部分Lngを時間的に記憶し、実際の測定時に
その測定不要部分Lngに相当する時間だけスキップする
ことにより、信号処理装置14のメモリ容量の負担軽減お
よびデータ処理の能率向上を図るものである。

なお、各測定部21a,21b,…の間が長い場合には第17図に
示す如く測定不要部Lngとしてスキップしてもよい。

次に、第18図は本発明の請求項1,6に係わる実施例を示
す図である。すなわち、この装置は、各基準用信号印加
手段23a,23b,…ごとにコントローラ41a,41b,…を設け、
これらコントローラ41a,41b,…にて各基準用信号印加手
段23a,23b,…に任意の基準温度を可変して印加できる構
成である。

さらに、信号処理装置14から各コントローラ41a,41b,…
へある基準温度とする制御信号を送出し、このときの後
方散乱光の強度を測定する。しかる後、信号処理装置14
はコントローラ41a,41b,…に制御信号を送出して基準用
信号印加手段23a,23b,…で前記実測値と合致するような
基準温度に制御すれば、その制御基準温度をもって前記
測定部21a,21b,…の温度とすることができる。

次に、本発明請求項７においては、上記各実施例におい
て予め各測定部間の一部または全部の基準用信号印加手
段23a,23b,…までの距離を計測した後、当該基準用信号
印加手段23a,23b,…にて基準位置または基準温度を設定
し、実際に光ファイバ22に光信号を入射することによ
り、その光パルス入射タイミング信号と光ファイバ22の
基準位置または基準温度部分からの後方散乱光を受信す
るまでの時間から光ファイバ22内の光パルスの伝送時間
を知ることができる。このように温度と光ファイバの長
さによって異なる伝送時間を求めることができるので、
光ファイバによる温度計測結果の光ファイバ上の温度修
正をこの伝送時間を用いて行うことができる。

また、上記各実施例において各測定部例えば21a−21b間
または測定部31a,31b…に基準用信号印加手段として基
準温度を設定した場合、これとは別に基準用信号印加手
段の前または後あるいは前後に溶接を含む接続部を挿入
して基準位置信号を得る構成であってもよい。さらに、
被測定領域20において光ファイバ22の適宜な箇所にラマ
ン散乱の起り易い結晶体を介在するとか、あるいは温度
に敏感な結晶体を介在させてもよく、またこれら結晶体
を基準用信号印加手段23a,23b,…または前記接続部28a,
28b,…を変えて設けてもよい。

さらに、上記各実施例では、主として温度測定について
述べたが、湿度についても同様に測定できる。例えば第
19図の如く光ファイバ22に温度測定部51のほか、この温
度測定部51に近接して光ファイバ22に湿度測定部52を設
け、容器53内部の水54例えば蒸留水をガーゼ等の布55に
よる毛管現象を利用して前記湿度測定部52を水54に浸す
ように構成する。このような状態に設定した後、実際に
光パルスＳを光ファイバ22へ入射し、そのとき光ファイ
バ22内から得られた後方散乱光の強度から温度測定部51
の温度ｔと水54に浸された下がった湿度測定部52の温度
ｔ′とを測定すれば、これら両温度t,t′から湿度測定
部52の相対湿度を測定できる。なお、水54として蒸留水
を用いたが、通常の水道水を人為的または自動的に供給
してもよい。但し、予め蒸留水と水道水を用いた場合の
誤差を知っておく必要がある。

［発明の効果］以上説明したように本発明によれば、次のような種々の
効果を奏する。

先ず、請求項1,2においては、光ファイバでの基準用信
号印加手段相当位置より生ずる特異な後方散乱光の強度
から被測定領域の各測定部の位置のほか、測定結果の温
度を補正する補正信号を得て多数の測定部の温度，湿度
および温度分布等を正確に測定できる。

次に、請求項３においては、光ファイバを一筆書きで平
面的または立体的に配置すると共にその光ファイバ上の
交叉部分の全部または一部または非交叉部分等の測定部
に予め位置または温度等の基準信号を印加してデータを
取得しておけば、実測時に広い範囲の被測定領域の多数
の測定部の温度、湿度等を正確に測定できる。

また、請求項４では、同一測定部分について光ファイバ
を一筆書き的に往復させて束ねることにより、同一測定
部分から異なる時間に返ってくる後方散乱光を平均化す
ることにより、測定の感度および分解能を高めることが
できる。

さらに、請求項５では、光ファイバの測定不要部分をス
キップして処理することにより、信号処理装置のメモリ
容量を少なくでき、またデータの処理速度を上げること
ができる。

次に、請求項６では、実測値に合致するように基準用信
号印加手段の基準温度を制御することにより、非常に正
確に測定値に得ることができる。

更に、請求項７においては、正確に光ファイバの伝送時
間を測定できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明装置の測定原理を説明する
図、第３図は本発明装置の一実施例の全体構成図、第４
図ないし第８図は請求項1,2に係わる構成図および測定
結果図、第９図ないし第12図は請求項３に係わる構成図
およびタイミング図、第13図ないし第15図は請求項４に
係わる構成図，タイミング図および形態図、第16図は請
求項５に係わる構成図、第17図は第16図の他の実施例を
説明する図、第18図は請求項６に係わる構成図、第19図
は湿度を測定する場合の模式図である。 11……光源、12……ビームスプリッタ、14……信号処理
装置、20……被測定領域、21a,21b……測定部、23a,23
b,……基準用信号印加手段、28a,28b,……接続部、31a,
31b,……測定部、40……測定部、41a,41b,……コントロ
ーラ、51……温度測定部、52……湿度測定部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源から光ファイバの入射端へ光信号を入
射し、この光信号の入射によって光ファイバ内で発生す
るラマン散乱のうち前記入射端方向の向かう後方散乱光
が戻ってくるまでの時間と戻ってきた信号の強さとを信
号処理装置で解析して温度または湿度または温度分布を
測定する測定装置において、被測定領域内の各測定部にまたがって前記光ファイバを
連続的に配置するとともに、これら各測定部の位置を特
定するために前記光ファイバの各測定部に対応して位置
を示す基準用信号を印加する基準用信号印加手段を設け
たことを特徴とする測定装置。
【請求項２】位置を示す基準用信号としては、固定，可
変の何れかの設定温度またはファイバ接続部等による位
置基準信号、固定，可変の何れかの既知温度による温度
基準信号の少なくとも１つ以上を用いたものである請求
項１記載の測定装置。
【請求項３】光源から光ファイバの入射端へ光信号を入
射し、この光信号の入射によって光ファイバ内で発生す
るラマン散乱のうち前記入射端方向に向かう後方散乱光
が戻ってくるまでの時間と戻ってきた信号の強さとを信
号処理装置で解析して温度または湿度または温度分布を
測定する測定装置において、前記光ファイバを被測定領域内に平面的または立体的に
一筆書きで所定の順序をもって配置し、かつ、前記光フ
ァイバ上に形成される交叉部分の全部または一部または
非交叉部分の任意の部分を測定部と定めて所定の基準用
信号を印加するとともに、光信号を光ファイバの入射端
へ入射し、このときの光信号の入射によって得られる前
記後方散乱光から前記測定部の位置データ、または位置
データと温度データとを順次求めて記憶し、実測定時に
予め記憶された位置データ，温度データと実際に光ファ
イバへ光信号を入射して得られた後方散乱光とを用いて
前記測定部の温度または湿度または温度分布を測定し、
前記記憶データと比較し補正することを特徴とする測定
装置。
【請求項４】測定部は、一筆書きとなるように光ファイ
バを往復させて束ねた状態とすることにより、前記信号
処理装置において同一の測定部分から異なる時間で返っ
てくる後方散乱光を同期的に取り込んで平均化し、同一
測定部分の測定感度および分解能を高めるようにしたこ
とを特徴とする請求項１または３記載の測定装置。
【請求項５】光源から光ファイバの入射端へ光信号を入
射し、この光信号の入射によって光ファイバ内で発生す
るラマン散乱のうち前記入射端方向に向かう後方散乱光
が戻ってくるまでの時間と戻ってきた信号の強さとを信
号処理装置で解析して温度または湿度または温度分布を
測定する測定装置において、光源を含む信号処理装置から被測定領域の手前までの領
域または任意の被測定領域を除く光ファイバ部分を測定
不要部とする場合、前記信号処理装置では、予め光信号の送出によって前記
測定不要部に相当する部分の時間を測定記憶し、実測定
時に前記記憶された時間に基づいて前記測定不要部に相
当する光ファイバ部分から返ってくる後方散乱光の測定
をスキップし、前記被測定領域内に配置された被測定部
の光ファイバ内から散乱されてくる後方散乱光を取り込
んで温度，湿度または温度分布を測定することを特徴と
する測定装置。
【請求項６】光源から光ファイバの入射端へ光信号を入
射し、この光信号の入射によって光ファイバ内で発生す
るラマン散乱のうち前記入射端方向に向かう後方散乱光
が戻ってくるまでの時間と戻ってきた信号の強さとを信
号処理装置で解析して温度または湿度または温度分布を
測定する測定装置において、被測定領域内の各測定部にまたがって前記光ファイバを
連続的に配置するとともに、これら各測定部に対応して
温度を示す可変可能な基準用信号を印加する基準用信号
印加手段を設け前記信号処理装置では、前記光ファイバから得られた後
方散乱光の実測値に一致するように前記基準用信号印加
手段の基準用信号を制御し、前記温度を示す基準用信号
を測定温度とすることを特徴とする測定装置。
【請求項７】光源から光ファイバの入射端へ光信号を入
射し、この光信号の入射タイミング信号と前記光信号の
入射によって光ファイバ内で発生するラマン散乱のうち
前記入射端方向に向かう後方散乱光が戻ってくるまでの
時間と戻ってきた信号の強さとを信号処理装置で解析し
て温度または湿度または温度分布を測定する測定装置に
おいて、被測定領域に前記光ファイバの測定部を配置するととも
に、測定部の一部または全領域にわたって基準用信号を
印加する基準用信号印加手段を設け、予め基準用信号印
加手段までの距離を計測し、光ファイバへの光信号の入
射により前記基準用信号印加手段に相当する部分から散
乱して返ってくる後方散乱光と前記計測された距離とか
ら前記光ファイバ内の光信号の伝送時間を得るようにし
たことを特徴とする測定装置。