WO2008023695A1

WO2008023695A1 - Capteur de température à fibre optique

Info

Publication number: WO2008023695A1
Application number: PCT/JP2007/066178
Authority: WO
Inventors: Eisuke Sasaoka; Yoshinori Yamamoto
Original assignee: Sumitomo Electric Industries, Ltd.
Priority date: 2006-08-24
Filing date: 2007-08-21
Publication date: 2008-02-28
Also published as: EP2081006A1; CN101506635B; US7997792B2; JP2008051643A; JP4775173B2; CN101506635A; US20100054298A1

Description

明細書

光ファイバ温度センサ

技術分野

[0001] この発明は、光ファイバにおいて発生するブリルアン散乱による利得を利用して光ファイバの温度測定を行う光ファイバ温度センサに関するものである。

背景技術

[0002] 光ファイバにおいて発生するブリルアン散乱による利得のスペクトルであるブリルァンゲインスペクトル（以下、 BGSという）の形状は、光ファイバの温度及び歪により変化する。この BGSの形状変化を利用して温度及び歪を測定する技術が知られている。

[0003] BGSを測定する技術としては、例えば BOCDA (Brillouin Optical Correlation Dom ain Analysis)が知られている（非特許文献 1参照）。この BOCDAでは、ポンプ光及びプローブ光を光ファイバの両端から対向入射させるとともに、プローブ光及びボンプ光それぞれの中心周波数の差 (以下、光周波数差という）を掃引しながら、位相が一致する位置で発生する利得の BGSを測定する。

非特許文献 1： azuo HO TATE, et aL，「Simplified System of Fiber Brillouin Optical CorrelationDomain Analysis for Distributed Strain SensingJ，第 16回光ファイノセンサ国際会議 (OFS-16), 2003年 10月， We2_3， p.290-293

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] 発明者らは、上述の従来技術について検討した結果、以下のような課題を発見した

。すなわち、上記非特許文献 1に記載された BOCDAにおいて、プローブ光及びポンプ光は次のようにして光周波数変調される。

[0005] まず、指示値に応じてある周波数、振幅で変調された注入電流が波形発生器から出力される。この波形発生器から出力された注入電流が DFB— LDに入力されると、この DFB— LDからそれぞれ光周波数変調されたプローブ光及びポンプ光が出力される。このように光周波数変調されたプローブ光及びポンプ光の光周波数差の関数として、 BGS力 S表される。 [0006] ところ力指示値に対する波形発生器から出力される注入電流、及び、注入電流に対する DFB— LDの光周波数応答特性は、経時的に変化する。よって、ポンプ光及びプローブ光の光周波数差の実際値は、指示値に対して経時的に変化する。ボンプ光とプローブ光の光周波数差の実際値が指示値からずれると、実際の BGSが横軸（光周波数差の指示値）に対してずれることとなる。このことにより、 BGSの形状に基づく温度測定に誤差が発生する。

[0007] この発明は上述のような課題を解決するためになされたものであり、構成部品の経時的な特性変化に起因した測定誤差を低減可能な構造を備えた光ファイバ温度センサを提供することを目的として!/、る。

課題を解決するための手段

[0008] この発明に係る光ファイバ温度センサは、光ファイバと、光周波数差調整部と、光源システムと、スペクトル測定部と、温度算出部と、そして、補正部を備える。光ファイバは、対象物に設置される第 1領域と、所定温度に設定される第 2領域とを含む。光周波数差調整部は、光ファイバに入力されるべきプローブ光及びポンプ光それぞれの中心周波数の差を掃引する。光源システムは、光周波数差調整部の指示により中心周波数が設定されたプローブ光を光ファイバの一端に出力する一方、光周波数差調整部の指示により中心周波数が設定されたポンプ光を光ファイバの他端に出力する。スペクトル測定部は、光ファイバからの出力光として、光源システムからのプローブ光及びポンプ光の伝搬に伴い発生するブリルアン散乱により利得を得たプローブ光を受光し、ブリルアン散乱により受光プローブ光が得た利得のスペクトルである BGS の形状に関連するデータを測定する。温度算出部は、スペクトル測定部により測定された、第 1領域の BGSの形状に関連する測定データに基づいて、光ファイバにおける第 1領域の温度分布を算出する。そして、補正部は、所定温度における第 2領域の BGSの基準値として予め設定された、該 BGSの形状に関連する既知の基準データと、第 2領域の BGSの形状に関連する測定データとがー致するよう、光ファイバへ出力されるポンプ光及びプローブ光の少なくともいずれかの光周波数の補正を光源システムに対し指示する。

[0009] 上述のような構造を備えた光ファイバ温度センサでは、光周波数差を掃引するための指示が光周波数差調整部から光源システムへ出力され、その指示により中心周波数が設定されたプローブ光及びポンプ光が光源システムから出力される。光源システムから出力されたプローブ光及びポンプ光は光ファイバに対向入射される。すなわち、プローブ光が光ファイバの一端から該光ファイバ内へ入力される一方、ポンプ光が光ファイバの他端から該光ファイバ内へ入力される。このとき、光ファイバの所定温度に設定された第 2領域の BGS (第 2領域で発生した利得の BGS)の形状に関連するデータがスペクトル測定部によって測定される。補正部は、この測定データと予め設定された基準データとがー致するよう、ポンプ光及びプローブ光の少なくともいずれかの光周波数の補正を光源システムに対して指示する。スペクトル測定部は、補正部による補正指示と並行して、対象物に設置された第 1領域の BGSの形状に関連するデータを測定しており、得られた BGSの形状に関連するデータには、補正指示が反映されている。したがって、この測定データに基づいて温度算出部が算出する第 1 領域の温度分布は、温度測定の誤差が低減されて!/、る。

この発明に係る光ファイバ温度センサは、光ファイバと、光源システムと、スペクトル測定部と、補正部と、そして、温度算出部を備えてもよい。この構成において、光ファィバは、対象物に設置される第 1領域と、所定温度に設定される第 2領域とを含む。光源システムは、プローブ光を光ファイバの一端に出力する一方、ポンプ光を光ファィバの他端に出力する。スペクトル測定部は、光ファイバからの出力光として、光源システムからのプローブ光及びポンプ光の伝搬に伴い発生するブリルアン散乱により利得を得たプローブ光を受光し、ブリルアン散乱により受光プローブ光が得た利得のスベクトルである BGSの形状に関連するデータを測定する。補正部は、所定温度における第 2領域の BGSの基準値として予め設定された、該 BGSの形状に関連する既知の基準データと、第 2領域の BGSの形状に関連する測定データとの差に基づいて、基準データと測定データの差に応じた温度補正成分の換算値として予め設定されていた値のうち最適値を補正値として出力する。温度算出部は、スペクトル測定部により測定された、第 1領域の BGSの形状に関連する測定データと、補正部から出力された補正値に基づいて、光ファイバにおける第 1領域の補正された温度分布を算出する。 [0011] このような構造を備えた光ファイバ温度センサでは、プローブ光及びポンプ光が光源システムから光ファイバに対向入射される。光ファイバの所定温度に設定された第

2領域の BGS (第 2領域において発生した利得の BGS)の形状に関連するデータは、スペクトル測定部によって測定され、補正部が、この測定データと基準データとの差に応じた温度補正分の換算値を出力する。スペクトル測定部は、補正部による換算値の決定プロセスに並行して、対象物に設置された第 1領域の BGSの形状に関連するデータを測定しており、温度算出部が、この測定データと補正部から出力された換算値に基づいて、第 1領域の温度分布を算出することにより、温度測定の誤差が低減される。

[0012] また、この発明に係る光ファイバ温度センサは、光ファイバと、光周波数差調整部と、光源システムと、スペクトル測定部と、温度算出部と、格納部と、そして、補正部を備えてもよい。この構成において、光ファイバは、対象物に設置される第 1領域と、所定の温度計測手段により温度計測されるべき第 2領域とを含む。光周波数差調整部は、光ファイバに入力されるべきプローブ光及びポンプ光それぞれの中心周波数の差を掃引する。光源システムは、光周波数差調整部の指示により中心周波数が設定されたプローブ光を光ファイバの一端に出力する一方、光周波数差調整部の指示により中心周波数が設定されたポンプ光を前記光ファイバの他端に出力する。スペクトル測定部は、光ファイバからの出力光として、光源システムからのプローブ光及びボンプ光の伝搬に伴レ、発生するブリルアン散乱により利得を得たプローブ光を受光し、ブリルアン散乱により受光プローブ光が得た利得のスペクトルである BGSの形状に関連するデータを測定する。温度算出部は、スペクトル測定部により測定された、第 1領域の BGSの形状に関連する測定データに基づいて、光ファイバにおける第 1領域の温度分布を算出する。格納部は、種々の温度に対する第 2領域の BGSの基準値として予め設定された、該 BGSの形状に関連する既知の基準データを格納する。そして、補正部は、第 2領域の BGSの形状に関連する測定データと、格納部に格納された基準データのうち温度計測手段により計測された第 2領域の温度に対応する基準データがー致するよう、光ファイバへ出力されるポンプ光及びプローブ光の少なくともいずれかの光周波数の補正を光源システムに対し指示する。 [0013] 上述のような構造を備えた光ファイバ温度センサでは、光周波数差を掃引するための指示が光周波数差調整部から光源システムに出力される。光源システムは、その指示により中心周波数が設定されたプローブ光及びポンプ光を光ファイバに対向入射させる。スペクトル測定部は、温度計測可能な第 2領域の BGS (第 2領域において発生した利得の BGS)の形状に関連するデータを測定しており、補正部は、この測定データと種々の温度に対応して格納されている第 2領域の BGSの基準データとが一致するよう、ポンプ光及びプローブ光の少なくともいずれかの光周波数の補正を光源システムに対して指示する。このとき、スペクトル測定部は、対象物に設置された第 1領域の BGSの形状に関連するデータも測定しており、得られた BGSの形状に関連するデータには、補正指示が反映されている。したがって、この測定データに基づいて温度算出部が算出する第 1領域の温度分布は、温度測定の誤差が低減されてい

[0014] さらに、この発明に係る光ファイバ温度センサは、光ファイバと、光源システムと、スベクトル測定部と、格納部と、補正部と、そして、温度算出部を備えてもよい。この構成において、光ファイバは、対象物に設置される第 1領域と、所定の温度計測手段により温度計測されるべき第 2領域とを含む。光源システムは、プローブ光を光ファイバの一端に出力する一方、ポンプ光を光ファイバの他端に出力する。スペクトル測定部は、光ファイバからの出力光として、光源システムからのプローブ光及びポンプ光の伝搬に伴レ、発生するブリルアン散乱により利得を得たプローブ光を受光し、ブリルァン散乱により受光プローブ光が得た利得のスペクトルである BGSの形状に関連するデータを測定する。格納部は、種々の温度に対する第 2領域の BGSの基準値として予め設定された、該 BGSの形状に関連する既知の基準データを格納する。補正部は、格納部に格納された基準データのうち所定の温度計測手段により計測された第 2領域の温度に対応する基準データと、第 2領域の BGSの形状に関連する測定データとの差に基づレ、て、基準データと測定データの差に応じた温度補正成分の換算値として予め設定されていた値のうち最適値を補正値として出力する。そして、温度算出部は、スペクトル測定部により測定された、第 1領域の BGSの形状に関連する測定データと、補正部から出力された補正値に基づいて、光ファイバにおける第 1領域の補補正正さされれたた温温度度分分布布をを算算出出すするる。。

[[00001155]] 上上述述ののよよううなな構構造造をを備備ええたた光光フファァイイババ温温度度セセンンササでではは、、ププロローーブブ光光及及びびポポンンププ光光がが光光源源シシスステテムムかからら光光フファァイイババにに対対向向入入射射さされれるる。。ススペペククトトルル測測定定部部はは、、温温度度計計測測可可能能なな第第 22領領域域のの BBGGSS ((第第 22領領域域ににおおいいてて発発生生ししたた利利得得のの BBGGSS))のの形形状状にに関関連連すするるデデーータタをを測測定定ししてておおりり、、補補正正部部はは、、ここのの測測定定デデーータタとと第第 22領領域域のの温温度度にに対対応応すするる基基準準デデーータタ（（格格納納部部にに予予めめ格格納納さされれてていいたた基基準準デデーータタ））ととのの差差にに応応じじたた温温度度補補正正分分のの換換算算値値をを出出力力すするる。。温温度度算算出出部部はは、、対対象象物物にに設設置置さされれたた第第 11領領域域のの BBGGSSのの形形状状にに関関連連すするる測測定定デデーータタ ((ススペペククトトルル測測定定部部にによよっってて測測定定さされれたたデデーータタ））とと補補正正部部かからら出出力力さされれたた換換算算値値ととにに基基づづいいてて、、光光フファァイイババににおおけけるる第第 11領領域域のの補補正正さされれたた温温度度分分布布をを算算出出ししてておおりり、、ここのの構構成成にによよりり、、温温度度測測定定のの誤誤差差がが低低減減さされれるる。。

[[00001166]] ななおお、、ここのの発発明明にに係係るる各各実実施施例例はは、、以以下下のの詳詳細細なな説説明明及及びび添添付付図図面面にによよりりささららにに十十分分にに理理解解可可能能ととななるる。。ここれれらら実実施施例例はは単単にに例例示示ののたためめにに示示さされれるるももののででああっってて、、ここのの発発明明をを限限定定すするるももののとと考考ええるるべべききででははなないい。。

[[00001177]] ままたた、、ここのの発発明明ののささららななるる応応用用範範囲囲はは、、以以下下のの詳詳細細なな説説明明かからら明明ららかかににななるる。。ししかかししななががらら、、詳詳細細なな説説明明及及びび特特定定のの事事例例ははここのの発発明明のの好好適適なな実実施施例例をを示示すすももののででははああるるヽヽ例例示示ののたためめににののみみ示示さされれてていいるるももののででああっってて、、ここのの発発明明のの範範囲囲ににおおけけるる様様々々なな変変形形おおよよびび改改良良ははここのの詳詳細細なな説説明明かからら当当業業者者ににはは自自明明ででああるるここととはは明明ららかかででああるる。。発発明明のの効効果果

[[00001188]] ここのの発発明明にに係係るる光光フファァイイババ温温度度セセンンササにによよれればば、、温温度度測測定定時時にに生生じじるる光光源源シシスステテムムににおおけけるる特特性性変変化化ななどど、、構構成成部部品品のの経経時時的的なな特特性性変変化化にに起起因因ししたた測測定定誤誤差差をを低低減減すするるこことと力力 SSででささるる。。

図図面面のの簡簡単単なな説説明明

[[00001199]] [[図図 11]]はは、、ここのの発発明明にに係係るる光光フファァイイババ温温度度セセンンササのの第第 11実実施施例例のの構構成成をを示示すす図図ででああるる。。

[[図図 33]]はは、、ここのの発発明明にに係係るる光光フファァイイババ温温度度セセンンササのの第第 22実実施施例例のの構構成成をを示示すす図図ででああるる園 4]は、この発明に係る光ファイバ温度センサの第 3実施例の構成を示す図である [図 5]は、第 3実施例に係る光ファイバ温度センサの変形例の構成を示す図である。

[図 6]は、この発明に係る光ファイバ温度センサの第 4実施例の構成を示す図である

〇

符号の説明

[0020] ；!〜 4···光ファイバ温度センサ、 11···第 1光ファイバ、 12···第 2光ファイバ、 13···光周波数差指示部、 14···光源システム、 15···スペクトル測定部、 16, 26, 46···温度算出部、 17, 27, 37, 47···補正部、 18···接続領域、 21···光周波数差調整部、 39 …温度計、 DB…格納部。

発明を実施するための最良の形態

[0021] 以下、この発明に係る光ファイバ温度センサの各実施例を、図 1〜図 6を参照して詳細に説明する。なお、図面の説明において同一部位、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。

[0022] (第 1実施例）

図 1は、この発明に係る光ファイバ温度センサの第 1実施例の構成を示す図である。この第 1実施例に係る光ファイバ温度センサ 1は、第 1光ファイバ 11、第 2光ファイバ 1 2、光周波数差指示部 13、光源システム 14、スペクトル測定部 15、温度算出部 16、補正部 17、及び光周波数差調整部 21を備え、測定対象物 Mの温度を測定する装置である。なお、光源システム 14は、上記非特許文献 1に開示されたように 1つの光源によりプローブ光及びポンプ光を生成することも可能であるが、以下の各実施例では、光源システム 14の構成として、プローブ光を出力する光源 14aと、ポンプ光を出力する光源 14bを含む構成が示されて!/、る。

[0023] 第 1光ファイバ 11と第 2光ファイバ 12は、互いに異なる零分散波長を有する。この第 1実施例において、第 1光ファイバ 11の零分散波長は 1310nmであり、第 2光ファィバ 12の零分散波長は 1550nmである。第 1光ファイバ 11の一端と第 2光ファイバ 1 2の一端とは互いに融着接続されており、第 1光ファイバ 11と第 2光ファイバ 12とが一連の光ファイバとして機能する。第 1光ファイバ 11の他端は光源 14aに光学的に接続され、第 2光ファイバ 12の他端は接続用ファイバ 12aを介して光源 14bに光学的に接続されている。なお、光源システム 14は、上記非特許文献 1に示されたように、 1つの光源から第 1光ファイバ 11の他端にプローブ光を供給する一方、第 2光ファイバ 12 の他端に接続用光ファイバ 12aを介して該 1つの光源からポンプ光を供給する構造を備えてもよい。

[0024] 第 1光ファイバ 11の一部（第 1領域）は、測定対象物 Mに貼り付けられており、第 1 光ファイバ 11と測定対象物 Mとが互いに同じ温度になる。なお、第 1光ファイバ 11は、測定対象物 Mに浸漬されていてもよいし、埋設されていてもよい。

[0025] 第 1及び第 2光ファイバ 11、 12の接続領域を含む接続領域の付近（以下、接続領域 18という）は、箱 19内に配置される。箱 19内は、所定の温度に設定され、外部から断熱されている。よって、接続領域 (第 2領域） 18は、所定温度に設定される。この第 1実施例では、接続領域 18は 20°Cに設定されている。

[0026] 光周波数差指示部 13は、プローブ光及びポンプ光それぞれの中心周波数の差（光周波数差)を掃引するために、光周波数差を指示するための指示値を出力する。この実施例において、光周波数差指示部 13は、光周波数差を 10. 00-11. 00GH zの間で掃引するように、光周波数差を指示する指示値を光周波数差調整部 21へ出力する。光周波数差調整部 21は、指示値に応じて光源システム 14から出力されるプローブ光とポンプ光の光周波数をそれぞれ調整する。また、光源システム 14は、光周波数差指示部 13から出力された指示値に応じて各々の中心周波数が設定されたプローブ光及びポンプ光を出力する。

[0027] なお、光源システム 14において、 1つの光源からプローブ光及びポンプ光が生成される場合、以下のように光源システム 14は動作する。すなわち、まず、指示値で示された光周波数差に応じて、波形発生器が、プローブ光を光周波数変調するために所定周波数、所定振幅で変調された注入電流と、ポンプ光を光周波数変調するために所定周波数、所定振幅で変調された注入電流とを交互に出力する（所定周期で出力）。出力された注入電流は DFB— LD (プローブ光及びポンプ光を出力する 1つの光源）に入力される。 DFB— LDは、入力された注入電流に応じて、それぞれ光周波数変調されたプローブ光及びポンプ光を交互に出力する（所定周期で出力）。

[0028] 光源システム 14から出力されたプローブ光は、第 1光ファイバ 11の一端から該第 1 光ファイバ 11内に入力され、図 1に示された矢印 Y1の方向に第 1光ファイバ 11中を伝搬する。一方、光源システム 14から出力されたポンプ光は、第 2光ファイバ 12の一端から該第 2光ファイバ 12内に入力され、図 1に示された矢印 Y2の方向に第 2光フアイバ 12中を伝搬する。

[0029] 光ファイバ中をポンプ光が伝搬するとき、ポンプ光によって光ファイバ中に音響波が発生し、ポンプ光と音響波との相互作用によりポンプ光の進行方向とは逆方向にダウンコンバートされる散乱光が発生する。この散乱光がブリルアン散乱光である。 BGS は、ブリルアン散乱によりプローブ光が受ける利得スペクトルである。

[0030] 光ファイバ内におけるプローブ光は、プローブ光とポンプ光とが相関ピークを示す位置において主に利得を得る。プローブ光とポンプ光との位相を変化させることにより、相関ピークを示す位置が移動し、光ファイバの長手方向に沿った各位置で発生する利得の BGSを測定することができる。この第 1実施例では、第 1及び第 2光フアイノ 11、 12それぞれにおける所望の位置で利得を発生させるよう、光源システム 14がプローブ光及びポンプ光の位相をそれぞれ設定している。

[0031] 図 2は、 BGSを示すグラフである。図 2に示されたように、 BGSは、プローブ光とポンプ光との光周波数差を Vとして、式（1)のローレンツ型関数で表される。

國

1 + {2{ν - ν_Β )/ Αν_Β \ 式（1)において、 gは最大ゲイン、 V は中心周波数、は線幅（半値全幅）を示

0 Β Β

す。最大ゲイン g、中心周波数 V 、及び線幅 Δ V は、 BGSの形状を特徴付けるパ

0 B B

ラメータである。これらパラメータは、光ファイバの温度に依存して変化する。

[0032] スペクトル測定部 15は、第 1及び第 2光ファイバ 11、 12から出力されたプローブ光を受光し、 BGSの形状に関連するデータを測定する。すなわち、第 2光ファイバ 12の途中に設けられたサーキユレータ 20によって、第 2光ファイバ 12中をポンプ光と対向するように伝搬するプローブ光がスペクトル測定部 15へ導かれる（プローブ光がスぺタトル測定部 15によって受光される）。

[0033] スペクトル測定部 15は、プローブ光の光強度と光周波数差指示部 13から出力された指示値とを対応づけて BGSの形状に関連するデータを測定する。スペクトル測定部 15は、接続領域 18に属する第 1光ファイバ 11の一部において発生したブリルアン散乱により利得を得たプローブ光が受光された場合、測定された BGSの形状に関連するデータを示す第 1測定値が補正部 17へ出力される。 BGSの形状に関連するデータとは、 BGSの形状を特徴付けるパラメータ、その他のピーク形状を表す数値 (例えば、中心周波数からの利得が減少する部分の傾き値)や 2つのピークの中心周波数差などのスペクトルの特異な形状に関連するデータを意味する。この実施例は、 B GSの形状に関連するデータとして、中心周波数を利用する。

[0034] 第 1実施例では、零分散波長が互いに異なる第 1及び第 2光ファイバ 11、 12の接続領域 18が所定温度に設定されている。零分散波長が互いに異なる光ファイバから出力されるブリルアン散乱光の BGSは、温度が同じ場合であっても形状が異なる。よつて、プローブ光及びポンプ光それぞれの位相を変化させていくと、利得の発生箇所が一方の光ファイバから他方の光ファイバに移ったときに測定される BGSの形状が変化する。

[0035] この変化により、接続領域 18において発生する利得を容易に検出することができる。すなわち、スペクトル測定部 15は、 20°Cに設定された接続領域 18 (接続領域 18に属する第 1光ファイバ 11の一部）において発生した利得が反映された BGSを、その他の領域で発生した利得が反映された BGSと精度よく区別することができる。

[0036] スペクトル測定部 15は、さらに、第 1光ファイバ 11において測定対象物 Mに沿った測定対象部分の各位置で発生させたブリルアン散乱により利得を得たプローブ光を受光した場合、測定された BGSの中心周波数を示す第 2測定値を温度算出部 16へ出力する。

[0037] 温度算出部 16は、スペクトル測定部 15から出力された第 2測定値に基づいて測定対象物 Mの温度を求める。温度算出部 16は、予め、第 1光ファイバ 11において発生する利得が反映された BGSの中心周波数 (BGSの形状に関連するデータ）と、その利得が発生したときの第 1光ファイバ 11の温度とが対応付けられたデータベースを格納している。

[0038] 温度算出部 16は、格納されたデータベースとスペクトル測定部 15から出力された第 2測定直とに基づいて、測定対象物 Mの温度を求める。また、温度算出部 16は、測定対象物 Mに接している第 1光ファイバ 11の各位置で発生した利得が反映された BGSの中心周波数を示す第 2測定値を入力し、各第 2測定値について測定対象物 Mの温度を求めることにより、測定対象物 Mの温度分布を求めることもできる。

[0039] 補正部 17は、所定温度における接続領域 18の BGSの形状に関連するデータ (既知のデータ）が基準値として設定されており、接続領域 18の BGSの形状に関連する測定データである第 1測定値と基準値とがー致するよう、ポンプ光又はプローブ光の光周波数の補正を光源システム 14に対して指示する。基準値は、接続領域 18に属する第 1光ファイバ 11の一部において発生する利得が反映された基準 BGSの形状に関連するデータを示す値である。基準 BGSの形状に関連するデータは、温度算出部 16が格納しているデータベースにおいて、第 1光ファイバ 11の温度 20°Cに対して関連付けられた BGSの形状に関連するデータの値と同じである。

[0040] すなわち、基準 BGSとは、温度算出部 16が格納する中心周波数が示すスぺクトノレのうち、光周波数差指示部 13によって出力された光周波数差の指示値と、実際に光源システム 14から出力されたプローブ光及びポンプ光の実際の周波数差が同等であるときに取得されたスペクトルである。この実施例では、 20°Cに設定された第 1光フアイバ 11において発生した BGSの中心周波数は 10. 80GHzであり、この中心周波数が基準値として補正部 17に格納される。

[0041] 引き続いて、光ファイバ温度センサ 1の動作について説明する。まず、プローブ光とポンプ光との光周波数差を 10. 00-11. 00GHzの範囲で掃引させるための指示値、光周波数差指示部 13から光源 14へ出力される。王減資ステム 14は、光周波数差を 10. 00-11. 00GHzの範囲で掃引しながら、接続領域 18の第 1光ファイバ 11 においてブリルアン散乱光が発生するように光周波数差調整部 21によってそれぞれの中心周波数が設定されたプローブ光及びポンプ光を出力する。

[0042] 光源システム 14から出力されたプローブ光及びポンプ光は、それぞれ第 1及び第 2 光ファイバ 11、 12に対向入射される。入力されたプローブ光及びポンプ光の伝搬に応じて接続領域 18の第 1光ファイバ 11において発生したブリルアン散乱により利得を得たプローブ光が、スペクトル測定部 15によって受光される。それにより、 BGSの形状に関連するデータがスペクトル測定部 15によって測定される。 [0043] 測定された BGSの中心周波数 (接続領域 18における BGSに関する第 1測定値）が、補正部 17へ出力される。第 1測定値が基準値と異なる場合、補正部 17は、第 1測定値と基準値とが互いに一致するように光周波数差指示部 13から出力された指示値を補正する。そして、補正が加えられた指示値が、光源システム 14に入力される。光源システム 14は、光周波数差を実際に 10. 00-11. 00GHzの範囲で掃引しながら、第 1光ファイバ 11の測定対象物 Mに接する部分において利得が発生するようにそれぞれの中心周波数が設定されたプローブ光及びポンプ光を出力する。

[0044] 光源システム 14から出力されたプローブ光及びポンプ光は、それぞれ第 1及び第 2 光ファイバ 11、 12に入力される。入力されたプローブ光及びポンプ光が伝搬することにより、測定対象物 Mに接する第 1光ファイバ 11の領域で発生したブリルアン散乱による利得を得たプローブ光力 S、スペクトル測定部 15に受光される。それにより、 BGS の形状に関連するデータがスペクトル測定部 15によって測定される。

[0045] 測定された BGSの中心周波数（第 1光ファイバ 11の測定対象領域における BGSに関する第 2測定値）は、温度算出部 16へ出力される。温度算出部 16は、第 2測定値とデータベースに基づいて、測定対象物 Mの温度を算出する。第 1光ファイバ 11の測定対象物 Mに接する領域における各位置で発生した利得を利用して、すなわち、第 2測定値を取得することにより、測定対象物 Mの温度分布が測定され得る。温度分布は、長手方向で、 2点以上の温度測定データの分布を意味する。

[0046] 例えば、第 1光ファイバ 11に対応する第 1測定値が 10. 81GHz,基準値が 10. 80 である場合、第 1測定値と基準値とのずれを温度に換算すると、 10°C程度となる。このような第 1測定値と基準値とのずれは、指示値に対する波形発生器から出力される注入電流、及び、注入電流に対する DFB— LDの光周波数応答特性が、経時的に変化することに起因する。

[0047] これら機器の経時的な特性変化に起因して、ポンプ光及びプローブ光の光周波数差の実際値は、指示値に対して変化する。ポンプ光とプローブ光の光周波数差の実際値が指示値からずれると、 BGSが横軸（光周波数差の指示値）に対してずれることになる。これにより、 BGSの形状に関連するデータを利用する温度測定に誤差が発生する。 [0048] そこで、第 1実施例では、スペクトル測定部 15によって得られた第 1測定値と補正部 17に格納された基準値とが互いに異なる場合に、補正部 17によって両者が一致するように光周波数差の指示値に補正が加えられる。よって、光周波数差の指示値に対する実際値が変化した場合に、実際値のずれを補正することになる。より具体的には、第 1測定値が 10. 80GHz力、ら 10. 81GHzに変化した場合、補正部 17によつて指示値に補正を加えることにより、第 1測定値が 10. 80GHzに復帰する。

[0049] このように補正が加えられた状態で、測定対象物 Mに沿った第 1光ファイバの測定対象領域の BGSの形状に関連するデータがスペクトル測定部 15によって測定される。したがって、測定された BGSに基づいて温度算出部 16が求める測定対象物の温度は、補正が反映されたデータであり、温度測定の誤差が効果的に低減される。

[0050] なお、上述の第 1実施例において、光周波数差指示部 13、光源 14、スペクトル測定部 15、温度算出部 16、補正部 17、接続領域 18を含む箱 19、及び光周波数差調整部 21は、筐体内に収容されるのが好ましい。また、接続領域 18において発生する利得に歪の影響を与えないようにするため、該接続領域 18は歪が加わらないように筐体内に配置されるのがよレ、。

[0051] また、上述の第 1実施例において、光周波数差指示部 13は光周波数差を指示した力 S、ポンプ光及びプローブ光のいずれか一方の光周波数を調整すること（他方は固定)でも対応できる。この場合、光周波数差を指示するのと等価であるので、光周波数差の指示は不要である。光周波数差指示部 13からの指示でなぐ補正部 17からの指示で直接光源の光周波数が調整されてもよい。

[0052] (第 2実施例）

上述の第 1実施例では、補正部 17が、第 1測定値と基準値とを一致させるようにプローブ光とポンプ光との光周波数差の指示値に補正指示している。これに対し、第 2 実施例では、第 1測定値と基準値との差に基づいて、求める温度の補正が行われる。図 3は、この発明に係る光ファイバ温度センサの第 2実施例の構成を示す図である

[0053] 第 2実施例に係る光ファイバ温度センサ 2は、第 1実施例に係る光ファイバ温度センサ 1における温度算出部 16及び補正部 17に替えて温度算出部 26及び補正部 27を備えている。逆に、第 2実施例に係る光ファイバ温度センサ 2は、第 1実施例に係る光ファイバ温度センサ 1における光周波数差指示部 13及び光周波数差調整部 21を備えていない。なお、光ファイバ温度センサ 2の他の構成については、光ファイバ温度センサ 1の構成と同様である。

[0054] 補正部 27では、所定温度における接続領域 18の BGSの形状に関連するデータ（既知のデータ）が基準データとして設定されている。また、補正部 27では、接続領域 18の BGSの形状に関連する測定データと基準データとの差に応じた温度補正分が換算値として設定されている。補正部 27は、実際に算出された接続領域 18の BGS の形状に関連する測定データと基準データとの差に基づき、換算値を出力する。換算値の設定は、テーブルでもよいし、換算式として設定されていてもよい。

[0055] その後、温度算出部 26は、測定対象物 Mに接した状態で配置された第 1光フアイノ 11の測定対象領域において発生した利得が反映された BGSの形状に関連するデータ（スペクトル測定部 15により測定されデータ）に基づいて、第 1光ファイバ 11の測定対象領域の温度分布を求め、補正部 27で算出した換算値で補正する。

[0056] このように第 2実施例では、プローブ光及びポンプ光が光源システム 14から出力され、光ファイバに対向入射される。光ファイバの一部（所定温度に設定された接続領域 18に属する部分）おいて発生した利得が反映された BGSの形状に関連するデータがスペクトル測定部 15によって測定される。この測定データと基準データとの差に応じた温度補正分の換算値が補正部 27によって出力される。一方、第 1光ファイバ 1 1の測定対象領域 (測定対象物 Mに設置された部分）において発生した利得が反映された BGSの形状に関連するデータも、スペクトル測定部 15によって測定され、この測定データに基づいて温度算出部 26が求めた温度分布（第 1光ファイバ 11の測定対象領域の温度分布）が、補正部 27から出力された換算値を用いて補正される。よつて、この第 2実施例に係る光ファイバ温度センサ 2によっても、温度測定の誤差を低減すること力 Sできる。なお、この補正動作は、ソフトウェアにより行われるため、簡易かつ的確な補正が可能になる。

[0057] より具体的には、 20度における接続領域 18の基準データが 10. 80GHz、実測データが 10· 81GHzである場合、実測データと基準データとの間には 0· 01GHzの周波数ずれがある。これは光源に起因したずれと考えられるため、第 1光ファイバ 11の測定対象領域でも同様に 0. 01GHzのずれが発生していると考えることができる。第 1光ファイバ 11の測定対象物領域の周波数シフト量と温度の関係は既知であるため、 0. 01GHzの周波数に相当する分だけ算出温度を補正することにより、温度測定の誤差を低減することができる。

[0058] (第 3実施例）

上述の第 1及び第 2実施例では、接続領域 18が所定の一定温度に設定されていた。これに対して、第 3実施例では、種々の温度において接続領域 18で発生する利得が反映された BGSの中心周波数を示す基準データ（BGSの形状に関連するデータ )が予め格納される。この接続領域 18における BGSの形状に関連する測定データ（第 1測定値）は、 BGS測定時における該接続領域 18の温度を測定することにより、この測定された温度に対する基準データと第 1測定値とを一致させるよう、光周波数差の指示値が補正される。図 4は、この発明に係る光ファイバ温度センサの第 3実施例の構成を示す図である。

[0059] 第 3実施例に係る光ファイバ温度センサ 3は、光ファイバ温度センサ 1における箱 1 9に替えて温度計 (温度計測手段） 39を備えるとともに、補正部 17に替えて補正部 3 7及び格納部 DBを備える。なお、温度計 39は、熱電対、半導体の抵抗値を基に温度を計測する装置等、温度計測可能なデバイスであればよい。また、この光ファイバ温度センサ 3の他の構成については、光ファイバ温度センサ 1、 2の構成と同様であ

[0060] 温度計 39は、接続領域 18の温度を測定し、その測定結果を格納部 DBへ出力する。格納部 DBは、種々の温度における接続領域 18の BGSの形状に関連するデータを既知の基準値として事前に格納して!/、る。

[0061] 補正部 37は、接続領域 18の BGSの形状に関連する測定データと温度計 39により実際に測定された温度での基準データとがー致するよう、ポンプ光又はプローブ光の光周波数の補正を指示する。

[0062] このように第 3実施例では、格納部 DBに、種々の温度における接続領域 18の BG

Sの形状に関連する基準データが格納され、温度計 39によって接続領域 18の温度が測定される。よって、スペクトル測定部 15によって第 1測定値が得られたときの接続領域 18の温度に対応する基準データを得ることができる。そして、第 1測定値と基準データとが異なる場合、補正部 37が両者を一致させるように指示値に補正を加えている。よって、光周波数差の指示値に対する実際値が変化した場合に、実際値のずれを補正することとなる。このように光周波数差の指示値に補正が加えられた状態で、スペクトル測定部 15が第 1光ファイバ 11の測定対象領域において発生する利得が反映された BGSの形状に関連するデータを測定している。温度算出部 16は、測定された BGSの中心周波数に基づいて測定対象物の温度を求めるので、 BGSの測定誤差を低減することができる。その結果、この第 3実施例によっても、 BGSに基づく温度測定の誤差が効果的に低減される。

[0063] この第 3実施例では、接続領域 18の温度を温度計 39によって測定したが、温度計により温度を計測する部分は、測定対象物 Mに設置される第 1光ファイバ 11の一部分であってもよい。例えば、図 5に示されたように、測定対象物 Mに接した第 1光ファィバ 11の部分 18aが温度計 39aにより測定されてもよい。この場合、格納部 DBは、種々の温度において部分 18aで発生する利得が反映された BGSの形状に関連するデータを基準データ（既知のデータ）として、事前に格納する。なお、図 5は、第 3実施例に係る光ファイバ温度センサの変形例の構成を示す図である。

[0064] (第 4実施例）

上述の第 3実施例では、補正部 37が、第 1測定値 (接続領域 18における BGSの形状に関連する測定データ）と基準データとを一致させるよう、プローブ光とポンプ光との光周波数差の指示値に補正を加える。これに対して、第 4実施例では、第 1測定値と基準データとの差に基づいて、求める温度の補正が行われる。図 6は、この発明に係る光ファイバ温度センサの第 4実施例の構成を示す図である。

[0065] 第 4実施例に係る光ファイバ温度センサ 4は、第 3実施例に係る光ファイバ温度センサ 3における温度算出部 16及び補正部 37に替えて温度算出部 26及び補正部 47を備える。逆に、第 4実施例に係る光ファイバ温度センサ 4は、第 3実施例に係る光ファィバ温度センサ 3における光周波数差指示部 13及び光周波数差調整部 21を備えていない。光ファイバ温度センサ 4の他の構成については、光ファイバ温度センサ 3の構成と同様である。

[0066] 補正部 47は、接続領域 18の BGSの形状に関連する測定データと上記基準データとの差に応じた温度補正分が換算値として設定されている。そのため、補正部 47は、実際に算出された接続領域 18で発生した BGSの形状に関連する測定データと基準データとの差に基づき換算値を出力する。

[0067] その後、温度算出部 26は、第 1光ファイバ 11において発生した利得が反映された BGSの形状に関連するデータ (スペクトル測定部 15により測定された BGSの形状に関連するデータ）に基づいて、測定対象物 Mに接した状態で配置された第 1光フアイノ 11の測定対象領域の温度分布を求め、さらに、補正部 47で算出された換算値でこの温度分布を補正する。

[0068] このように第 4実施例では、プローブ光及びポンプ光が光源 14から出力され、光フアイバに対向入射される。スペクトル測定部 15は、温度計測可能な接続領域 18において発生した利得が反映された BGSの形状に関連するデータを測定する。そして、このスペクトル測定部 15の測定データと、格納された基準データのうち接続領域 18 の温度に対応する基準データとの差に応じた温度補正分の換算値が、補正部 47から出力される。一方、第 1光ファイバ 11の測定対象領域において発生した利得が反映された BGSの形状に関連するデータもスペクトル測定部 15によって測定される。この測定データに基づいて、温度算出部 26が第 1光ファイバ 11の測定対象領域の温度分布を求め、さらに、補正部 47によって出力された換算値を用いてこの温度分布が補正される。よって、この第 4実施例によっても、温度測定の誤差が効果的に低減される。なお、この実施例における温度補正も、ソフトウェアにより実現されるので、簡易かつ的確な補正が可能になる。

[0069] 上述の第 1〜第 4実施例では、補正情報を得るために予め接続領域 18が設けられて!/、るが、所定温度に設定された領域 (又は部分)や温度測定可能な領域 (又は部分）において発生する利得が反映された BGSが特定可能であれば、接続領域 18はなくてもよい。すなわち、第 1及び第 2光ファイバに替えて、 1つの光ファイバのみが適用されてもよい。

[0070] なお、接続領域 18は、光ファイバ中に複数設けられてもよい。接続領域 18それぞれ設定温度は、互いに異なてもよい。

[0071] また、上述の第 1〜第 4実施例では、 2個の光源を使用しているが、 1個でもよく、その場合は、時間軸上で、ポンプ光とする期間とプローブ光とする期間を設定し、期間毎に光周波数が調整される。

[0072] 上述の第 1〜第 4実施例において、接続領域 18は、温度分布の測定に際して位置関係を把握する基準点として機能する。上述の各実施例では、所定温度に設定された接続領域 18付近において発生した利得が反映された BGSの形状に関連するデータを基準データとしたが、図 5に示された第 3実施例の変形例のように、接続領域 1 8から離れた部分において発生した利得が反映された BGSの形状に関連するデータが基準データに設定されてもよい。また、第 2光ファイバ 12で発生した利得が反映された BGSの形状に関連するデータが基準データに設定されてもよい。

[0073] 以上の本発明の説明から、本発明を様々に変形しうることは明らかである。そのような変形は、本発明の思想および範囲から逸脱するものとは認めることはできず、すべての当業者にとって自明である改良は、以下の請求の範囲に含まれるものである。産業上の利用可能性

[0074] この発明に係る光ファイバ温度センサは、所定環境下に設置された光ファイバ内で発生するブリルアン散乱による利得変動を利用した温度測定/検知システムへ適用が可能である。

Claims

請求の範囲

[1] 対象物に設置される第 1領域と、所定温度に設定される第 2領域とを含む光ファイバと、

前記光ファイバに入力されるべきプローブ光及びポンプ光それぞれの中心周波数の差を掃引する光周波数差調整部と、

前記光周波数差調整部の指示により中心周波数が設定された前記プローブ光を前記光ファイバの一端に出力する一方、前記光周波数差調整部の指示により中心周波数が設定された前記ポンプ光を前記光ファイバの他端に出力する光源システムと、

前記光ファイバからの出力光として、前記光源システムからのプローブ光及びポンプ光の伝搬に伴レ、発生するブリルアン散乱により利得を得たプローブ光を受光し、ブリルアン散乱により受光プローブ光が得た利得のスペクトルであるブリルアンゲインスベクトルの形状に関連するデータを測定するスペクトル測定部と、

前記スペクトル測定部により測定された、前記第 1領域のブリルアンゲインスぺタトルの形状に関連する測定データに基づいて、前記光ファイバにおける第 1領域の温度分布を算出する温度算出部と、そして、

前記所定温度における前記第 2領域のブリルアンゲインスペクトルの基準値として予め設定された、該ブリルアンゲインスペクトルの形状に関連する既知の基準データと、前記第 2領域のブリルアンゲインスペクトルの形状に関連する測定データとがー致するよう、前記光ファイバへ出力されるポンプ光及びプローブ光の少なくともいずれかの光周波数の補正を前記光源システムに対し指示する補正部と、を備えた光フアイバ温度センサ。

[2] 対象物に設置される第 1領域と、所定温度に設定される第 2領域とを含む光ファイバと、

プローブ光を前記光ファイバの一端に出力する一方、ポンプ光を前記光ファイバの他端に出力する光源システムと、

前記所定温度における前記第 2領域のブリルアンゲインスペクトルの基準値として予め設定された、該ブリルアンゲインスペクトルの形状に関連する既知の基準データと、前記第 2領域のブリルアンゲインスペクトルの形状に関連する測定データとの差に基づレ、て、基準データと測定データの差に応じた温度補正成分の換算値として予め設定されて!/、た値のうち最適値を補正値として出力する補正部と、そして、前記スペクトル測定部により測定された、前記第 1領域のブリルアンゲインスぺタトルの形状に関連する測定データと、前記補正部から出力された補正値に基づいて、前記光ファイバにおける第 1領域の補正された温度分布を算出する温度算出部と、を備えた光ファイバ温度センサ。

対象物に設置される第 1領域と、所定の温度計測手段により温度計測されるべき第 2 領域とを含む光ファイバと、

前記スペクトル測定部により測定された、前記第 1領域のブリルアンゲインスぺタトルの形状に関連する測定データに基づいて、前記光ファイバにおける第 1領域の温度分布を算出する温度算出部と、

種々の温度に対する前記第 2領域のブリルアンゲインスペクトルの基準値として予め設定された、該ブリルアンゲインスペクトルの形状に関連する既知の基準データを格納する格納部と、そして、

前記第 2領域のブリルアンゲインスペクトルの形状に関連する測定データと、前記格納部に格納された基準データのうち前記温度計測手段により計測された前記第 2 領域の温度に対応する基準データが一致するよう、前記光ファイバへ出力されるボンプ光及びプローブ光の少なくともいずれかの光周波数の補正を前記光源システムに対し指示する補正部と、を備えた光ファイバ温度センサ。

種々の温度に対する前記第 2領域のブリルアンゲインスペクトルの基準値として予め設定された、該ブリルアンゲインスペクトルの形状に関連する既知の基準データを格納する格納部と、

前記格納部に格納された基準データのうち前記所定の温度計測手段により計測された第 2領域の温度に対応する基準データと、前記第 2領域のブリルアンゲインスぺタトルの形状に関連する測定データとの差に基づレ、て、基準データと測定データの差に応じた温度補正成分の換算値として予め設定されていた値のうち最適値を補正値として出力する補正部と、そして、

前記スペクトル測定部により測定された、前記第 1領域のブリルアンゲインスぺタトルの形状に関連する測定データと、前記補正部から出力された補正値に基づいて、前記光ファイバにおける第 1領域の補正された温度分布を算出する温度算出部と、を備えた光ファイバ温度センサ。