JPS63311127A - 光ファイバの後方散乱光の受信感度調整方法 - 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１本の光ファイバを用いて湿度分布計測を行な
う際の光ファイバの後方散乱光の受信感度調整方法に関
する。

し従来の技術］ ０ＴＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｔｉｍｅ　Ｄｏｍａｉｎ　
Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）計測は、パルス光を入射
したときの光ファイバの後方散乱光強度を時間の関数と
して測定することにより、光ファイバの長手方向各位置
における情報を求めようとする方法であり、一般には光
ファイバの障害点探索等に用いられていた。

ところが、光ファイバの後方散乱光強度が湿度依存性を
有することから、この０ＴＤＲ計測により光ファイバの
長手方向に沿った湿度分布を測定しようとする試みがな
されている。

ここで、光ファイバの後方散乱光のうちラマン散乱光の
０ＴＤＲ計測を行なうことにより湿度分布を測定する場
合、光ファイバの全長にわたって湿度が等しければ第４
図に示すような傾き一定の直線状の０ＴＤＲ波形が得ら
れる。そして、光ファイバのある箇所においてその湿度
が周辺部より上昇した加熱部やあるいは湿度が下降した
冷却部が生じると、それぞれ第５図に示すように０ＴＤ
Ｒ波形が上下に変化して現われる。この波形の変化幅は
湿度変化量に対応しているので、これを測定することに
より光ファイバの長手方向の湿度分布を求めることがで
きる。

以上のような湿度分布測定方法では、１本の光ファイバ
を敷設するだけで長手方向の湿度分布を測定することが
できるので、例えば電カケープルに光ファイバを添わせ
ることにより電気的雑音の影響を受けることなく容易に
２ｆｆｌＦ１１分布を検知することができ、保守管理面
への貢献度が大きい。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、０ＴＤＲ波形は後方散乱光を受けた光受信器
によって得られる。この光受信器として通常アバランシ
ュフォトダイオード（以下、ＡＰＤとする）が用いられ
ているが、このＡＰＤのゲインおよびＡＰＤ入射光量レ
ベルによって光ファイバの湿度変化による０ＴＤＲ波形
の変化率は大きく変化してしまう。このようにして０Ｔ
ＤＲ波形の変化率が変化すると大きな測定誤差を伴うこ
とになるので、測定する毎にＡＰＤのゲインを最適値に
調整する必要がある。

ＡＰＤのゲインの最適値は、光ファイバ全長にわたって
湿度が一定の場合に得られるラマン散乱０ＴＤＲ波形か
ら求められた光ファイバ単位長あたりの損失が実際のフ
ァイバの損失に一致するようなゲイン値である。

しかしながら、ＡＰＤのゲインはＡＰＤに印加する逆電
圧の大きさ、周囲湿度、信号強度等により大きく変化す
るので、一旦ファイバ全長を一定湿度下に置いて調整を
行なってもこれらの要因でゲインが変化することがあり
、再調整のためには再びファイバ全長を一定湿度下に置
く必要がある。従って、光ファイバを湿度差のある現場
に敷設した後では、ゲインの再調整を行なうことは極め
て困難であった。

かくして、本発明の目的は上記従来技術の問題点を解消
し、光ファイバを敷設した後でもＡＰＤの最適ゲイン設
定を行なうことができる光ファイバの後方散乱光の受信
感度調整方法を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明に係る光ファイバの後方散乱光の受信感度調整方
法は上記目的を達成するために、光ファイバの一端から
光を入射させたときの後方散乱光をアバランシュフォト
ダイオードにより検出して光ファイバの長手方向各位置
に関する情報を得る方法において、上記光ファイバの遠
端からのフレネル反射光量と該遠端以外の光ファイバか
らの後方散乱光量の総和との比が設定値を保つように上
記アバランシュフォトダイオードのゲインあるいはアバ
ランシュフォトダイオードへの入射光レベルのいずれか
一方あるいは両方を調整する方法である。

［作用］ 光ファイバ遠端からのフレネル反射光はその端面まで到
達した光がそこで反射して帰ってくるものであり、端面
の状態が変化しない限り反射率は一定となる。従って、
フレネル反射光量を光ファイバの入射端側で測定するこ
とにより遠端に到達した光量を評価することができる。

一方、ラマン散乱光は入射光が光ファイバ構成材料で散
乱して発生する光であり、その波長は入射光の波長とは
異なるものである。従って、ラマン散乱光０ＴＤＲで測
定される光は入射光から明確に区別され、ファイバ遠端
からのフレネル反射光は光ファイバ中で発生したラマン
散乱光のうち前方に散乱した光量の総和に比例したもの
となる。また、ラマン散乱光の後方散乱光量と前方散乱
光量の比率もほぼ一定である。

以上のことから、ファイバ遠端のフレネル反射光量と遠
端以外の光ファイバからの後方散乱光量の総和とは比例
することがわかる。さらに、これら両者の比はファイバ
の湿度分布によらずに一定となる。

これを確認するために全長１０００ｍの光ファイバに波
長９００ｎｍの光を入射し、波長８７０ｎｍのラマン散
乱光を０ＴＤＲで測定した。まず、ファイバ全長を一定
湿度下に置いた状態でラマン散乱光の０ＴＤＲ波形を求
め、この波形から求めたファイバ単位長あたりの損失が
予め別途計測しておいたこのファイバの損失３．３ｄＢ
／　１ｍとなるようにＡＰＤ、のゲインを調整した。こ
のときファイバ遠端からのフレネル反射光量と後方散乱
光量の総和との比ｍは０．００８となった。

次に、ファイバの雰囲気湿度をその長手方向に沿って種
々に変化させたところ、比ｍの値は０．００８のまま変
わらず一定であった。

さらに、ＡＰＤのゲインを増した場合には第４図及び第
５図に示したような０ＴＤＲ波形の傾きが小さくなると
共に比ｍも小さくなり、逆にゲインを減じた場合には０
ＴＤＲ波形の傾き及び比ｍが共に大きくなった。そして
、これらの場合には０ＴＤＲ波形から湿度を測定しても
全体に誤差を生じ、特にファイバ遠端に近づく程誤差が
大となることが確認された。そこで、再び比ｍが０．０
０８となるようにＡＰＤのゲインを調整したところ、正
確な湿度測定を行なうことができた。

また、ＡＰＤのゲインは一定に保ち、ＡＰＤの入射光レ
ベルを可変光減衰器により変化させる方法で比ｍがｏ、
　ｏｏａとなるように調整した場合にも、同様の効果が
得られた。

このように、光ファイバ全長を同一湿度とした場合のラ
マン散乱０ＴＤＲ波形から得られる光ファイバ単位長あ
たりの損失が予め計測されている損失値と等しくなるよ
うにＡＰＤのゲインあるいはＡＰＤへの入射光レベルの
いずれか一方あるいは両方を調整し、このときのファイ
バ遠端からのフレネル反射光量と後方散乱光量の総和と
の比ｍを設定値としてラマン散乱０ＴＤＲ測定を行なう
と共に得られた信号強度から湿度換算を行なえば、高精
度の湿度分布測定が可能となる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を添付図面に従って説明する。

第１図は本発明に係る光ファイバの後方散乱光の受信感
度調整方法をＡＰＤのゲイン調整により実施するための
装置のブロック図である。湿度分布測定用光ファイバ１
の一端に方向性結合器２が結合されており、この方向性
結合器２に光源（レーザダイオード）３が接続されると
共にラマン散乱光分光用のフィルタ４を介してＡＰＤ　
５が接続されている。ＡＰＤ　５には増幅器６、平均化
処理部７．０ＴＤＲ波形算出部８及び湿度分布算出部９
が順次直列に接続されている。また、０ＴＤＲ波形算出
部８には後方散乱光間の総和計算部１０と遠端からのフ
レネル反射光量計算部１１とが接続され、これらの計算
部１０及び１１に比較部１２を介してＡＰＤ５が接続さ
れている。

次に本発明の方法を述べる。

まず、光８！３から光ファイバ１に光を入射させて後方
散乱光及びファイバ遠端１３からのフレネル反射光をＡ
ＰＤ　５で捉える。ＡＰＤ　５で受信された信号は増幅
器６及び平均化処理部７で増幅・平均化された後、０Ｔ
ＤＲ波形算出部８において第２図に示すような０ＴＤＲ
波形が求められる。この０ＴＤＲ波形は横軸に距離を、
縦軸に対数表示による後方散乱光強度をそれぞれとった
ものである。

次に、この０ＴＤＲ波形が２つの計算部１０及び１１に
送られ、計算部１０では後方散乱光量の総和が、計算部
１１ではファイバ遠端１３からのフレネル反射光量がそ
れぞれ算出される。このとき、これら計算部１０及び１
１では０ＴＤＲ波形を第３図のように縦軸をリニアスケ
ール表示した波形に変換して領域３１の面積を求めるこ
とにより後方散乱光量の総和を、突出部３２（フレネル
反射光）の面積を求めることにより遠端１３からのフレ
ネル反射光量を算出する。

このようにして算■された後方散乱光間の総和及びフレ
ネル反射光量は比較器１２に送られ、ここでこれらの比
ｍ１が求められると共にこの比＝　１０− ｍｌと予め比較器１２内に設定されている最適値ｍとの
比較が行なわれ、比ｍ１が最適値ｍに近づく方向でＡＰ
Ｄ　５への逆電圧Ｖが調整される。

この操作を繰り返すことにより、比ｍ１が最適値ｍとな
るようにＡＰＤ　５のゲイン調整がなされる一方、湿度
分布算出部９にて０ＴＤＲ波形が解析され湿度分布が求
められる。

なお、最適値ｍは光ファイバ１の全長を同一湿度とした
場合の０ＴＤＲ波形から得られる光ファイバ単位長あた
りの損失が予め計測されている損失と等しくなるように
ＡＰＤ　５のゲインを調整したときの比ｍ１に設定され
ている。

また、遠端からのフレネル反射光量としては第３図に示
すフレネル反射光の強度３３を用いることもできる。

ＡＰＤへの入射光レベルを調整する場合には、第１図に
おいて、方向性結合器２とフィルタ４との間、あるいは
フィルタ４とＡＰ・Ｄ５との間に可変光減衰器を挿入す
る構成とすればよい。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、次の如き優れた効
果が発揮される。

（１）　　光ファイバのラマン散乱０ＴＤＲを用いた湿
度等の測定方法において、光受光器となるＡＰＤのゲイ
ン調整が容易になされ、測定精度が向上する。

（２）ｍ整の毎に光ファイバ全長を一定湿度下に置く必
要がないので、光ファイバを敷設した後にも調整を行な
うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光ファイバの後方散乱光の受信感
度調整方法を実施するための装置のブロック図、第２図
及び第３図は実施例の作用を説明するための０ＴＤＲ波
形図、第４図及び第５図は従来技術の問題点を説明する
ための説明図である。 図中、１は光ファ（イバ、５はアバランシュフォトダイ
オード、８は０ＴＤＲ波形算出部、１０及び１１は計算
部、１２は比較部である。 第４図 距　　離 第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）光ファイバの一端から光を入射させたときの後方
   散乱光をアバランシュフォトダイオードにより検出して
   光ファイバの長手方向各位置に関する情報を得る方法に
   おいて、上記光ファイバの遠端からのフレネル反射光量
   と該遠端以外の光ファイバからの後方散乱光量の総和と
   の比が設定値を保つように上記アバランシュフォトダイ
   オードのゲインあるいはアバランシュフォトダイオード
   へ入射光レベ ルのいずれか一方あるいは両方を調整することを特徴と
   する光ファイバの後方散乱光の受信感度調整方法。
2. （２）上記設定値が、上記光ファイバ全長を同一湿度と
   した場合の上記アバランシュフォトダイオードの検出値
   から得られる上記光ファイバの単位長あたりの損失の計
   算値が予め計測されている上記光ファイバの単位長あた
   りの損失と等しくなるように上記アバランシュフォトダ
   イオードのゲインを調整したときの上記フレネル反射光
   量と上記後方散乱光量の総和との比であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の方法。