JPH02171628A

JPH02171628A - 測定装置

Info

Publication number: JPH02171628A
Application number: JP32614988A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Wada; 一郎和田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-12-26
Filing date: 1988-12-26
Publication date: 1990-07-03
Anticipated expiration: 2010-02-15
Also published as: JPH0713582B2

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】［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Ａｌ１１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４１１１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、０Ｔ
ＤＲ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±ｍωｒ　　（＋
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
−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０ＴＤＲ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２０ｍ１最小測定温度Ｔｂが５°Ｃ１最大測定温度Ｔ
ｃ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Ｔ　ｒｆｒが９０　ｓｅｃ　　
（ＯＴ　Ｄ　Ｒおよび温度計測法により定まる）、最大
測定長さＬ　ｔＩＩｌｘが１ｌｖ（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−ｗ２の、Ｔｂ−２℃程度、Ｔｃ　−５００〜６
００℃、Ｔｒｆｒ　−３０ｓｅｃ程度、Ｌ　ｔｍｘ−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、０ＴＤ
Ｒ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。従つて、予め定められたｄｌ１
１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ａｊ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、データ処理の
高速化にも寄与しうる７１１１１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］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ＩＰｊ定場所に
またがって前記光ファイバの測定部を連続的に配置する
と共に、ａｐｊ定部の一部または全領域にわたって位置
、温度等の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′Ａ１１ｌ
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−ｐ１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ｎ１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
信号処理装置では実ｎ１定時に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ｉｌ’ｅ
Ｊ定をスキップし、前記被ＡＦＪ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４Ｐ１定
場所にまたがって前記光ファイノくの測定部を連続的に
配置すると共に、測定部の一部または全領域にわたって
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Ｊｌｌｌ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する構成である。

さらに、被Ａｐｌ定領域に前記光ファイバの、’！１１
１定部を配置すると共に、測定部の一部または全領域に
わたって基桑用信号を印加する基準用信号印加手段を設
け、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
乱光から前記先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した
ことにより、光ファイバよりなるｉ＊Ｉ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、温
度、湿度等の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場所の測定部から戻ってき
た後方散乱光であるか、さらに基準温度信号の場合には
基準信号印加部からの後方散乱光を既知温度基桑として
実測値を補正することにより、各測定部の位置および温
度を正確に測定できる。

また、請求項３においては、被ｉｌｌ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Δ１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Ａｐ１時にはその基準位置等を用いて広い範囲の多数
のｆｌＦＪ定部位置部位置して正確に温度または湿度を
４１１ｊ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７１
Ｐ＋定領域を除く光ファイバ部分をａＰＪ定不要不要部
た場合、実測時にそのｉｆｌ定不要不要部理せずにスキ
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ａＰ
Ｉ定部間部間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１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±ｍ
ωｒ　　（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、この後方散乱光中に含まれるωｒ、　　ｍωｒ
等の強度は温度に依存するために、この強度を０ＴＤＲ
で計ｆｌｌｌｌ　Ｌ、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０ＴＤＲを用いた温度計
の測定原理を示す図である。このＤｊ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
分岐等も含めてビムスプリツタと呼ぶ）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＋ω「、ω＋ｍω「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ｔＩ＋・・・
ｔｎ−１ｔｎから後方散乱光か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１
４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
Ｔｌ、・・・Ｔｎ−１，Ｔｎとし、仮にＴｌ　−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Ａｐ１定結定
結節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７Ｉｌ１１時間軸上で後方散乱光の
強さを計ａｌｌＪ　Ｌ、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δＩＩＩ定する。

すなわち、この７１１１１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ａｌｌｌが難しいため
に長い光ファイバに有効である。一方、０ＴＤＲ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７１１１１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、　　ｍω「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、　　ｌＪｒを分離し
た後、温度の因子を持つ「ωｒ」または「ＩＩｌω「」
あるいは「ωｒとｌＪｒ」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、　　ｍω「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の一興体例を示す図
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ＣＰＵ１
４１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」
、「ωｒＪ、ｒｍω「」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「ｌＪｒ」のみを通
すフィルタを用い、αω「、β　ｍ（ｌＪｒのいずれか
一方を信号として用いるか、「ωｒ」と「ｌＪｒ」との
双方を通すフィルタを通し、αωｒ＋β　自ωｒ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「ωｒ
Ｊ、ｒｍωｒ」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ｌＰＪ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彼ΔＩＩＩ定領域の例
えば温度発信源等をマツプ化したファイル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）、・・・　の間に位置する前記光フ
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１例えば０℃
の温度を設定する基準用信号印加手段２３ａ、２３ｂ、
・・・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１
４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に光パルス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ｎ
１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ＤＩ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、２１
ｂ、・・・の実１１１１Ｊ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ｔｌ。

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、２］、ｂ。

・・・が設けられているので、これら各円周部分の測定
部２１ａ、２１ｂ、・・・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ｔｌ、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１ｌｌｌ定対象
とする場合には同様に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ｄｌｌｌ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−２１
ｃ　（図示せず）間に溶接部等を含む接続部２８ａ、２
８ｂ、・・・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ｉ’１ｌｌｌ定部３
１ａ、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ｔ、
、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３１　ａ、　　３　ｌ　ｂ。

・・・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１１１定部３
１ａ）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。

３１Ｃ１・・・についても同様な処理を行って正確に温
度を７１１１１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、また交叉部具
外の部分を？ｉｐｔ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ｌｌ１ｌｌ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ａ１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ｊ？Ｊ定不要部分Ｌｏｇを時間的に記憶し
、実際の、（１す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１
４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δ１り足部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２３　ａ、　　２３　ｂ、・・・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？４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、・・・へある基学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＆ｌｌＩ定する。しか
る後、信号処理装置１４はコントローラ４１　ａ　＋　
４１　ｂ＋　・・・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、１ｌＦＪ値と
合致するような基準温度に制御すれば、その制御基”％
？Ｈ度をもって前記測定部２足部、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、上記各実施列におい
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２３　ａ、　　２３　ｂ、・・・までの距離を計Ａ１
１ｊシた後、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ＡＰＩ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Ｈ１定部例えば２１ａ−
２１ｂ間またはｆｌｊｌ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、披７Ｉｌｌｌ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２
８ａ。

２８ｂ、・・・に変えて設けてもよい。

さらに、上記各実施例では、主として温度ハ１定につい
て述べたが、湿度についても同様にｅｊ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２
２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。

先ス、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、ｆ
ｉ度および温度封缶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ハケ信号を印加してデータを
取得しておけば、実７１１１１時に広い範囲の被測定領
域の多数のＣ１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、同一４１１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
確に測定値を得ることができる。

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７１′Ｉｌｊ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、２３ｂ、・・・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δＩＩＩ
定部、足部・・・湿度測定部。第８図２ム出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第９図第１３図第１４図田、０（ａ）（ｂ）（Ｃ）第１５図［− 第１６図第１７図

Claims

【特許請求の範囲】

（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、被測定領域の各測定場所にまたがっ
て前記光ファイバの測定部を連続的に配置すると共に、
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たことを特徴とする測定
装置。
（２）基準用信号としては、固定、可変の何かの設定温
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
。
（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、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と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順次求めて記憶し、
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ことを特徴とする
測定装置。
（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。
（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とに基
づいて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、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実測定時に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ようにしたことを
特徴とする測定装置。
（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場所にまたがって
前記光ファイバの測定部を連続的に配置すると共に、測
定部の一部または全領域にわたって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
号を制御することを特徴とする測定装置。
（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とに基づいて信号処理装置で
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、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。