JPH02159529A - 分布型光ファイバー温度センサー及び温度測定方法 - Google Patents
分布型光ファイバー温度センサー及び温度測定方法Info
- Publication number
- JPH02159529A JPH02159529A JP63312875A JP31287588A JPH02159529A JP H02159529 A JPH02159529 A JP H02159529A JP 63312875 A JP63312875 A JP 63312875A JP 31287588 A JP31287588 A JP 31287588A JP H02159529 A JPH02159529 A JP H02159529A
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- raman scattered
- scattered light
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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。
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、分布型光ファイバー温度センサーに係り、特
に測定装置のＡＤ変換器へ入力される信号の基準レベル
を常に一定とし、ＤＣレベルの変動によるＡＤ変換器の
量子化電圧範囲内での信号歪みを解消した分布型光ファ
イバー温度センサーに関するものである。
に測定装置のＡＤ変換器へ入力される信号の基準レベル
を常に一定とし、ＤＣレベルの変動によるＡＤ変換器の
量子化電圧範囲内での信号歪みを解消した分布型光ファ
イバー温度センサーに関するものである。
［従来の技術］
第６図に、従来知られている分布型光ファイバー温度セ
ンサーのブロック図を示す。４４は被測定用の光ファイ
バーであり、４５は光ファイバー４４からのラマン散乱
光を電気信号に変換する光電変換部であり、４６は増幅
器で、４７はＡＤ変換器４８へ人力される信号の基準Ｄ
Ｃレベルを発生するＤＣバイアス回路であり、４８はＡ
Ｄ変換器、４９は信号処理部、５０はレーザパルス発光
部、５１はレーザパルスと、ラマン散乱光を切り換える
光方向性結合器としての音響光学素子である。
ンサーのブロック図を示す。４４は被測定用の光ファイ
バーであり、４５は光ファイバー４４からのラマン散乱
光を電気信号に変換する光電変換部であり、４６は増幅
器で、４７はＡＤ変換器４８へ人力される信号の基準Ｄ
Ｃレベルを発生するＤＣバイアス回路であり、４８はＡ
Ｄ変換器、４９は信号処理部、５０はレーザパルス発光
部、５１はレーザパルスと、ラマン散乱光を切り換える
光方向性結合器としての音響光学素子である。
増幅器４６には、距離分解能の必要条件である広い帯域
と、微弱な信号を扱うための高い増幅率が要求され、こ
れらの特性を両立させるため、増幅器４６はＡＣ結合に
て構成されている。
と、微弱な信号を扱うための高い増幅率が要求され、こ
れらの特性を両立させるため、増幅器４６はＡＣ結合に
て構成されている。
［発明の解決しようとする課題］
第７図は、ＡＤ変換器へ人力されるラマン散乱光信号の
波形図である。３６は被測定用の光ファイバー全域が一
定温度の場合の信号波形である。信号波形３７の指数関
数の減衰曲線からの凹部が温度変位を表わしており、こ
こが他の領域と温度が異なることを示している。
波形図である。３６は被測定用の光ファイバー全域が一
定温度の場合の信号波形である。信号波形３７の指数関
数の減衰曲線からの凹部が温度変位を表わしており、こ
こが他の領域と温度が異なることを示している。
この様に、温度変化により波形が変わる為、ＡＣ結合の
増幅器４６の出力では、信号のＤＣレベル３８．３８’
が変わってしまう。
増幅器４６の出力では、信号のＤＣレベル３８．３８’
が変わってしまう。
また、従来音響光学素子等を用いて、温度検出範囲を任
意に且つダイナミックに選択し、処理時間を低減させる
場合がある。そのような機能を用いて測定した場合の波
形図及びＤＣレベルの変化とＡＤ変換器の量子化電圧範
囲との関係を第８図に示す。３９は測定可能な最高温度
で光ファイバーを恒温化した場合のラマン散乱光の信号
波形であり、最大振幅を有する。一方、４０は上記の条
件で近端部のみを選択した場合の信号波形である。この
場合、前者において、入力レベル及びＤＣバイアスを最
適化したにもかかわらず、後者では信号波形４０のＤＣ
レベル（一定デューティでのパルスの平均値）が変化し
た為に、ＡＤ変換器の量子化電圧範囲を逸脱して波形歪
みが生じてしまい、正確な温度計測ができない。
意に且つダイナミックに選択し、処理時間を低減させる
場合がある。そのような機能を用いて測定した場合の波
形図及びＤＣレベルの変化とＡＤ変換器の量子化電圧範
囲との関係を第８図に示す。３９は測定可能な最高温度
で光ファイバーを恒温化した場合のラマン散乱光の信号
波形であり、最大振幅を有する。一方、４０は上記の条
件で近端部のみを選択した場合の信号波形である。この
場合、前者において、入力レベル及びＤＣバイアスを最
適化したにもかかわらず、後者では信号波形４０のＤＣ
レベル（一定デューティでのパルスの平均値）が変化し
た為に、ＡＤ変換器の量子化電圧範囲を逸脱して波形歪
みが生じてしまい、正確な温度計測ができない。
従来上記問題点を回避する為、全ての条件（温度分布状
態、検出範囲、検出位置）においてＤＣレベルの変動分
を予測しておき、正しくディジタイズできる様子め入力
レベルを小さ（する必要があった。また光ファイバー特
性が異なれば、上記パラメータの組み合せによる影響も
異なり、このレバルの最適化の作業は容易ではなかった
。又、ダイナミックレンジが減少し、温度分解能の低下
を招いていた。
態、検出範囲、検出位置）においてＤＣレベルの変動分
を予測しておき、正しくディジタイズできる様子め入力
レベルを小さ（する必要があった。また光ファイバー特
性が異なれば、上記パラメータの組み合せによる影響も
異なり、このレバルの最適化の作業は容易ではなかった
。又、ダイナミックレンジが減少し、温度分解能の低下
を招いていた。
［課題を解決するための手段］
本発明は、前述の問題点を解決すべくなされたものであ
り、被測定ファイバーへパルスレーザ光を入射する発光
部と、被測定ファイバーからのラマン散乱光を測定装置
へ偏向せしめる光方向性結合器と、該ラマン散乱光を電
気信号に変換する光電変換部と、該電気信号を増幅する
増幅器とディジタル信号へ変換するＡＤ変換器とからな
る分布型光ファイバー温度センサーにおいて、該増幅器
とＡＤ変換器との間にラマン散乱光信号の無信号領域の
電圧レベルをある基準電圧と同等レベルとする回路を設
けたことを特徴とする分布型光ファイバー温度センサー
および被測定ファイバーへパルスレーザ光を入射する発
光部と、被測定ファイバーからのラマン散乱光を測定装
置へ偏向せしめる光方向性結合器と、該ラマン散乱光を
電気信号に変換する光電変換部と、該電気信号を増幅す
る増幅器とディジタル信号へ変換するＡＤ変換器とから
なる分布型光ファイバー温度センサーにおいて、該増幅
器とＡＤ変換器との間にクランプ回路を設けたことを特
徴とする分布型光ファイバー温度センサーおよび発光部
より被測定ファイバーヘレーザパルスを入射し、被測定
ファイバーからのうｉ／ン故乱光を光方向性結合器で光
電変換部へ偏向せしめ、該光電変換部で光電変換された
電気信号を増幅器により増幅し、ラマン敗乱光信号の無
信号領域の電１干［・・ベルをクランプ回路により、あ
る基ｉ′ｌｉ電圧と同等１ノベルとし２、ＡＤ変換器へ
入力し２１伯号処理することを特徴とする温度測定方法
を提供嘘”るものである。
り、被測定ファイバーへパルスレーザ光を入射する発光
部と、被測定ファイバーからのラマン散乱光を測定装置
へ偏向せしめる光方向性結合器と、該ラマン散乱光を電
気信号に変換する光電変換部と、該電気信号を増幅する
増幅器とディジタル信号へ変換するＡＤ変換器とからな
る分布型光ファイバー温度センサーにおいて、該増幅器
とＡＤ変換器との間にラマン散乱光信号の無信号領域の
電圧レベルをある基準電圧と同等レベルとする回路を設
けたことを特徴とする分布型光ファイバー温度センサー
および被測定ファイバーへパルスレーザ光を入射する発
光部と、被測定ファイバーからのラマン散乱光を測定装
置へ偏向せしめる光方向性結合器と、該ラマン散乱光を
電気信号に変換する光電変換部と、該電気信号を増幅す
る増幅器とディジタル信号へ変換するＡＤ変換器とから
なる分布型光ファイバー温度センサーにおいて、該増幅
器とＡＤ変換器との間にクランプ回路を設けたことを特
徴とする分布型光ファイバー温度センサーおよび発光部
より被測定ファイバーヘレーザパルスを入射し、被測定
ファイバーからのうｉ／ン故乱光を光方向性結合器で光
電変換部へ偏向せしめ、該光電変換部で光電変換された
電気信号を増幅器により増幅し、ラマン敗乱光信号の無
信号領域の電１干［・・ベルをクランプ回路により、あ
る基ｉ′ｌｉ電圧と同等１ノベルとし２、ＡＤ変換器へ
入力し２１伯号処理することを特徴とする温度測定方法
を提供嘘”るものである。
［作用］
本発明は、測定装置のＡ Ｉ）変換器と増幅器の間に設
けられたクランプ回路により、ラマン敗乱光信号のＤＣ
レベルを富に一定値とし、Ｄ Ｃレベルの変動による信
は歪みを生ずることなくＡＤ変換器の量子化電圧範囲内
で安定した基１１１８電圧レベルに基づく正確な測定が
可能となる。
けられたクランプ回路により、ラマン敗乱光信号のＤＣ
レベルを富に一定値とし、Ｄ Ｃレベルの変動による信
は歪みを生ずることなくＡＤ変換器の量子化電圧範囲内
で安定した基１１１８電圧レベルに基づく正確な測定が
可能となる。
［実施例］
本発明を実施例に沿って詳細に説明する１、第１図は本
発明の分布型光ファイバ・−温度センサーのブロック図
であって、１は光ファイバー、２は光電変換部、３は増
幅器、４はクランプ回路、５はＡＤ変換器、６は信号処
理部２７は１．・〜ザバルス発光部、８は光方向性結合
器の音響）’ｅ学先光スイッチある６レ一ザ発光部７か
らは、１ノ一ザバルス発光直前にクランプパルスを出力
し、クランプ回路４に入力される。各信号のターイミン
グ関係を第２図に示す、９は［、／−ザバルス、 １０
はクランプパルス、１１はラマ：、、、 ｉｔ々乱光仁
号信号る。クランプパルス１０は、レーザパルス９発光
直前の無信号領域に挿入さｉする。 第３図はクランプ
回路のブロック図であり、ｌ：３は増幅器３よりの入力
、１４は加算器、ｌ（１けローパスフィルタ、１６はザ
ンブルホールドアンプ、１７は基ＩＰ雷電圧１８は誤差
増幅器、１９はΔ１）変換器、２０は信号処理部、２１
．２２はバッファアンプ、２３ばクランプパルス人力で
ある。
発明の分布型光ファイバ・−温度センサーのブロック図
であって、１は光ファイバー、２は光電変換部、３は増
幅器、４はクランプ回路、５はＡＤ変換器、６は信号処
理部２７は１．・〜ザバルス発光部、８は光方向性結合
器の音響）’ｅ学先光スイッチある６レ一ザ発光部７か
らは、１ノ一ザバルス発光直前にクランプパルスを出力
し、クランプ回路４に入力される。各信号のターイミン
グ関係を第２図に示す、９は［、／−ザバルス、 １０
はクランプパルス、１１はラマ：、、、 ｉｔ々乱光仁
号信号る。クランプパルス１０は、レーザパルス９発光
直前の無信号領域に挿入さｉする。 第３図はクランプ
回路のブロック図であり、ｌ：３は増幅器３よりの入力
、１４は加算器、ｌ（１けローパスフィルタ、１６はザ
ンブルホールドアンプ、１７は基ＩＰ雷電圧１８は誤差
増幅器、１９はΔ１）変換器、２０は信号処理部、２１
．２２はバッファアンプ、２３ばクランプパルス人力で
ある。
入力信号は、誤差増幅器１８の出力電圧と加算され、一
方がＡＤ変換器５へ、他方がローパスフィルタ１５へ入
力される。信号のノイズはラマン敗乱光成分によるもの
が支配的であり、無１八号領域のＳ／Ｎは比較的良好で
あるが、クランプ性能を上げる為、ローパスフィルタ１
５により、この傾城のノイズをカットする。これを第２
図の１２に示す。この信号をクランプパルスのタイミン
グでサンプルホールドし、この信号の無信号領域の電圧
と基準電圧１７レベルとを比較して、その誤差を増幅し
２て入力信号に加算する事でフィードバックループを形
成すると、ＡＤ変換器５に入力されるラマン散乱光１２
号の無信号領域が基準電圧に等１．＜一定に保たれる。
方がＡＤ変換器５へ、他方がローパスフィルタ１５へ入
力される。信号のノイズはラマン敗乱光成分によるもの
が支配的であり、無１八号領域のＳ／Ｎは比較的良好で
あるが、クランプ性能を上げる為、ローパスフィルタ１
５により、この傾城のノイズをカットする。これを第２
図の１２に示す。この信号をクランプパルスのタイミン
グでサンプルホールドし、この信号の無信号領域の電圧
と基準電圧１７レベルとを比較して、その誤差を増幅し
２て入力信号に加算する事でフィードバックループを形
成すると、ＡＤ変換器５に入力されるラマン散乱光１２
号の無信号領域が基準電圧に等１．＜一定に保たれる。
又、この無信号領域は繰り返し周期の５％以下でもクラ
ンプ可能であるので、これによる処理時間の増加は無視
しつる程度である。ＡＤ変換器の量子化電圧範囲ｃ−ｔ
−＋ＩＶ）と人力信号の関係を第５図に示す。４１ハ
光ファイバー全域が一定温度の信号波形、４２は同一条
件で近端部のみを選択した場合の信号波形、４３は温度
分布を持つ場合の信号波形である。無信号領域を基準レ
ベルとしてＤＣ電圧が変化しない。ＡＤ変換器の量子化
電圧範囲は、通常−２〜ｌ）Ｖ、０〜２ｖ等の２Ｖの範
囲である。
ンプ可能であるので、これによる処理時間の増加は無視
しつる程度である。ＡＤ変換器の量子化電圧範囲ｃ−ｔ
−＋ＩＶ）と人力信号の関係を第５図に示す。４１ハ
光ファイバー全域が一定温度の信号波形、４２は同一条
件で近端部のみを選択した場合の信号波形、４３は温度
分布を持つ場合の信号波形である。無信号領域を基準レ
ベルとしてＤＣ電圧が変化しない。ＡＤ変換器の量子化
電圧範囲は、通常−２〜ｌ）Ｖ、０〜２ｖ等の２Ｖの範
囲である。
もう１つの実施例を第４図に示す。２４は入力、２５は
１〕０算器、２Ｇはローパスフィルタ、Ｚ７はイネーブ
ル機能付誤差増幅器、２８は基準電圧、２９はクランプ
パルス人力、３０はボールドコンデンづ、：３１はバッ
ファアンプ、３２はＡＤ変換器、３３は信号処理部、３
４．３５はバッファアンプである。
１〕０算器、２Ｇはローパスフィルタ、Ｚ７はイネーブ
ル機能付誤差増幅器、２８は基準電圧、２９はクランプ
パルス人力、３０はボールドコンデンづ、：３１はバッ
ファアンプ、３２はＡＤ変換器、３３は信号処理部、３
４．３５はバッファアンプである。
ローパスフィルタ２６を通過したラマン敗乱光信号は、
イネーブル機能付誤差増幅器２７によりその無信号領域
の′電圧１／・ベルと基準電圧２８が比較され、その誤
差が増幅さハ出力される。出力された（−１号はボール
ドコンデンサ３０に＝−時チャージされる。ディセーブ
ル状態になると２７の出力はハイインピーダンス状態に
なり、チャージされた電圧は保持されて、バッファアン
プ３１を介して加算器２５で入力信号と加算されてＡ
Ｄ変換器へ入力される。
イネーブル機能付誤差増幅器２７によりその無信号領域
の′電圧１／・ベルと基準電圧２８が比較され、その誤
差が増幅さハ出力される。出力された（−１号はボール
ドコンデンサ３０に＝−時チャージされる。ディセーブ
ル状態になると２７の出力はハイインピーダンス状態に
なり、チャージされた電圧は保持されて、バッファアン
プ３１を介して加算器２５で入力信号と加算されてＡ
Ｄ変換器へ入力される。
上記２つの実施例において、クランプパルス挿入位置は
無信号領域のどこかにあれば良く、レーザパルス発光直
前でなくても良い。
無信号領域のどこかにあれば良く、レーザパルス発光直
前でなくても良い。
第３図のバッファアンプ２１．２２は、ＡＤ変換器５へ
の入力信号が、ローパスフィルタＩ５の影響を受けなけ
ればな（とも良い。また、第３図のローパスフィルタ１
５は、サンプルホールドアンプ１６のホールドコンデン
サと、これと直列に挿入された抵抗とでできるＲＣの積
分回路にて特性が得られればなくとも良い。
の入力信号が、ローパスフィルタＩ５の影響を受けなけ
ればな（とも良い。また、第３図のローパスフィルタ１
５は、サンプルホールドアンプ１６のホールドコンデン
サと、これと直列に挿入された抵抗とでできるＲＣの積
分回路にて特性が得られればなくとも良い。
［発明の効果］
本発明は、ＡＤ変換器に入力されるラマン散乱光信号の
基準となる無信号領域のＤＣ電圧を一定に保つ事により
、測定条件によらず信号を歪みな（量子化できるという
効果を有している。特に、最大振幅を与える条件にて、
入力レベル、基準レベルＤＣ電圧を最適化する事により
ダイナミックレンジを拡大し、温度分解能を向上する事
ができる。しかもこの操作は最高測定温度でファイバー
全体を恒温化し、−度測定するだけなので容易に行なえ
る。
基準となる無信号領域のＤＣ電圧を一定に保つ事により
、測定条件によらず信号を歪みな（量子化できるという
効果を有している。特に、最大振幅を与える条件にて、
入力レベル、基準レベルＤＣ電圧を最適化する事により
ダイナミックレンジを拡大し、温度分解能を向上する事
ができる。しかもこの操作は最高測定温度でファイバー
全体を恒温化し、−度測定するだけなので容易に行なえ
る。
更に、量子化電圧レベルをラマン散乱光強度と常に一対
一に対応できる為、信号処理プログラムがより単純にな
るという効果も認められる。
一に対応できる為、信号処理プログラムがより単純にな
るという効果も認められる。
第１図〜第５図は本発明の実施例を示し、第１図は分布
型光ファイバー温度センサーのブロック図であり、第２
図は測定装置のラマン散乱光信号の処理に関する信号の
タイミング図及び波形図であり、第３図と第４図は２つ
のクランプ回路のブロック図であり、第５図はラマン散
乱光信号波形とＡＤ変換器の量子化電圧範囲との関係を
示す波形図であり、第６図〜第８図は従来例を示し、第
６図は従来例のブロック図であり、第７図はラマン散乱
光信号波形とＤＣレベルとの関係を示す波形図であり、
第８図はラマン散乱光信号波形とＡＤ変換器の量子化電
圧範囲との関係を示す波形図である。 ４ ・・・クランプ回路 ５ ・・・ＡＤ変換器 １７．２８・・・基準電圧 ′、“１＼
型光ファイバー温度センサーのブロック図であり、第２
図は測定装置のラマン散乱光信号の処理に関する信号の
タイミング図及び波形図であり、第３図と第４図は２つ
のクランプ回路のブロック図であり、第５図はラマン散
乱光信号波形とＡＤ変換器の量子化電圧範囲との関係を
示す波形図であり、第６図〜第８図は従来例を示し、第
６図は従来例のブロック図であり、第７図はラマン散乱
光信号波形とＤＣレベルとの関係を示す波形図であり、
第８図はラマン散乱光信号波形とＡＤ変換器の量子化電
圧範囲との関係を示す波形図である。 ４ ・・・クランプ回路 ５ ・・・ＡＤ変換器 １７．２８・・・基準電圧 ′、“１＼
Claims (3)
- （１）被測定ファイバーへパルスレーザ光を入射する発
光部と、被測定ファイバーからのラマン散乱光を測定装
置へ偏向せしめる光方向性結合器と、該ラマン散乱光を
電気信号に変換する光電変換部と、該電気信号を増幅す
る増幅器とディジタル信号へ変換するＡＤ変換器とから
なる分布型光ファイバー温度センサーにおいて、該増幅
器とＡＤ変換器との間にラマン散乱光信号の無信号領域
の電圧レベルをある基準電圧と同等レベルとする回路を
設けたことを特徴とする分布型光ファイバー温度センサ
ー。 - （２）被測定ファイバーへパルスレーザ光を入射する発
光部と、被測定ファイバーからのラマン散乱光を測定装
置へ偏向せしめる光方向性結合器と、該ラマン散乱光を
電気信号に変換する光電変換部と、該電気信号を増幅す
る増幅器とディジタル信号へ変換するＡＤ変換器とから
なる分布型光ファイバー温度センサーにおいて、該増幅
器とＡＤ変換器との間にクランプ回路を設けたことを特
徴とする分布型光ファイバー温度センサー。 - （３）発光部より被測定ファイバーへレーザパルスを入
射し、被測定ファイバーからのラマン散乱光を光方向性
結合器で光電変換部へ偏向せしめ、該光電変換部で光電
変換された電気信号を増幅器により増幅し、ラマン散乱
光信号の無信号領域の電圧レベルをクランプ回路により
、ある基準電圧と同等レベルとし、 ＡＤ変換器へ入力して信号処理することを 特徴とする温度測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63312875A JPH02159529A (ja) | 1988-12-13 | 1988-12-13 | 分布型光ファイバー温度センサー及び温度測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63312875A JPH02159529A (ja) | 1988-12-13 | 1988-12-13 | 分布型光ファイバー温度センサー及び温度測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02159529A true JPH02159529A (ja) | 1990-06-19 |
Family
ID=18034493
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63312875A Pending JPH02159529A (ja) | 1988-12-13 | 1988-12-13 | 分布型光ファイバー温度センサー及び温度測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02159529A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6480326B2 (en) | 2000-07-10 | 2002-11-12 | Mpb Technologies Inc. | Cascaded pumping system and method for producing distributed Raman amplification in optical fiber telecommunication systems |
-
1988
- 1988-12-13 JP JP63312875A patent/JPH02159529A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6480326B2 (en) | 2000-07-10 | 2002-11-12 | Mpb Technologies Inc. | Cascaded pumping system and method for producing distributed Raman amplification in optical fiber telecommunication systems |
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