JPH02223833A - 光ファイバ後方散乱光測定装置 - 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、光ファイバを用いて分布温度やその他の物理
、化学量を測定するために後方散乱光を測定する装置に
関するものである。

［従来の技術］ 従来オプティカル・迭イムドメイン・リフレクトメトリ
イ（Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｔｉｍｅ−Ｄｏｍａｉｎ口ｅｆｌ
ｅｃｔｏＩＩｌｅｔ−ｒｙ）　（ＯＴＤＩＩ）技術を利
用して、光ファイバを用いて長距離にわたっての分布温
度を計測する装置が知られている。すなわち、半導体レ
ーザ光源からの短パルスレーザ光を方向性光カプラを介
して光ファイバに送出し、その光ファイバ中で光散乱を
起こさせ、その後方散乱光を当該光ファイバを経て受光
し、干渉フィルタによって反ストークス・ラマン光を選
択することにより、ラマン散乱の反ストークス光強度を
測定する。ここで、反ストークス・ラマン光の温度依存
性を利用して温度測定を行っている。

［発明が解決しようとする課題］ 従来のこの種の測定装置は、反ストークス光の強度変化
を検出して温度計則を行っている。そのため、光ファイ
バが途中で曲げなど不所望の影舌を受け、それに起因し
て伝送損失が増加した場合にも、反ストークス光強度が
変化するので、かかる反ストークス光強度の変化が温度
によるものであるのか、あるいは曲げなどの他の要因に
よるものであるかの区別が困難であった。

そこで、本発明の目的は、光ファイバが曲げなどの不所
望の影響を受けても、それに起因する測定値の変化量を
補正することによって、高い信頼度で温度測定を行うこ
とのできる光ファイバ後方散乱光測定装置を提供するこ
とにある。

本発明の他の目的は、光ファイバの伝送損失に変化を与
える温度以外の物理量および／または化学量を同時に検
出することのできる光ファイバ後方散乱光測定装置を提
供することにある。

［課題を解決するための手段］ このような目的を達成するために、本発明は、光源から
の光を光ファイバに入射させ、光ファイバにおいて発生
する散乱光のうち光源の側に戻る後方散乱光を測定する
光ファイバ後方散乱光測定装置において、光ファイバか
らの散乱光を少なくとも２つの分岐光に分岐する分岐手
段と、その分岐された光のひとつを、ひとつの分岐光の
波長から光ファイバのラマンシフト波数だけシフトさせ
た波長の光を出力する第１フィルタと、フィルタからの
出力光を受光する第１受光手段と、分岐手段で分岐され
た光のうちの残余の分岐光を、残余の分岐光の各波長か
らラマンシフト波数とは異なる所定の波数だけシフトさ
せた波長の光をそれぞれ出力する少なくともひとつの第
２フィルタと、少なくともひとつの第２フィルタからの
出力光をそれぞれ受光する少なくともひとつの第２受光
素子と、第１および第２受光素子からの各出力を相互に
比較する比較手段とを具えたことを特徴とする。

ここで、分岐手段は２つの分岐光を出力し、第１フィル
タおよび少なくともひとつの第２フィルタは、反ストー
クス光波長およびレーリー散乱光波長の光を、それぞれ
、出力するフィルタとすることができる。

本発明の他の形態は、光源からの光を光ファイバに入射
させ、光ファイバにおいて発生する散乱光のうち光源の
側に戻る後方散乱光を測定する光ファイバ後方散乱光測
定装置において、光ファイバからの散乱光を少なくとも
２つの分岐光に分岐する分岐手段と、その分岐された光
のひとつを、ひとつの分岐光の波長から光ファイバのラ
マンシフト波数だけシフトさせた波長の光を出力する第
１フィルタと、フィルタからの出力光を受光する第１受
光手段と、分岐手段で分岐された他の分岐光を受光する
第２受光素子と、第１および第２受光素子からの各出力
を相互に比較する比較手段とを具えたことを特徴とする
。

いずれの形態においても、分岐手段における光分岐の光
強度の比を光ファイバのレーリー散乱光の強度とラマン
散乱光の強度との比の逆数に等しく定めるのが好適であ
る。

さらにまた、分岐手段は３つの分岐光を出力し、第１フ
ィルタおよび少なくともひとつの第２フィルタは、反ス
トークス光波長、レーリー散乱光波長およびストークス
光波長の光を、それぞれ、出力するフィルタとすること
もてきる。

［作　用］ 本発明によれば、受光した後方散乱光を複数の分岐出力
光に分岐し、その分岐出力光のうちのひとつにより温度
計測を行うと共に他のひとつの分岐出力光によって光フ
ァイバの途中経路での曲げ等の悪影響による不所望の変
化を補正するようにしたので、より信頼性の高い温度計
測を行うことができる。さらにまた、本発明によれば、
レーリー散乱光強度やラマン散乱のストークス光強度を
も同時に併行して測定できるので、温度以外の物理量（
例えば歪量）や化学量であって光ファイバの伝送損失に
変化を与えるものであれば、これら物理、化学量をレー
リー散乱光強度やストークス光強度によって同時に検知
できる。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

第１図は本発明の一実施例を示し、ここで、１はパルス
状、たとえば数ｎ５ｅｃから数百ｎ５ｅｃのパルス幅で
発光するパルス光を発光するパルス光源であり、例えば
半導体レーザ光源で構成することができる。この光源１
からのパルス光を光スィッチまたは方向性結合器２を介
して光ファイバ３に入射させる。光ファイバ３の各部か
らの散乱光のうち後方散乱光は光源側に戻ってくる。こ
の後方散乱光を光スィッチまたは方向性結合器２を経て
光分岐器４に導く。

光ファイバ３で生じる散乱光は第３図に示すようになり
、波数Ｏ（光源波長）のレーリー散乱光とその両側に波
数で約４００ｃｍ−’ずれた位置にラマン散乱光である
ストークス光と反ストークス光とが現れる。

光分岐器４では２方向に光を分岐し、その一方は反スト
ークス光を透過する波長のフィルタ５を介して受光素子
６へと導く。他方の光はレーリー散乱光を透過する波長
のフィルタ５′を介して受光素子６′へと導く。これら
２つの受光素子６および６′からの出力を比較器７に供
給し、ここで両出力の比較演算処理を行う。

本実施例では、光ファイバ３からの後方散乱光のうち温
度測定に必要な反ストークス光だけでなくレーリー散乱
光をも検知することにより、光ファイバ３の途中経路で
の曲げ等のように、温度による影響以外の伝送損失をも
補正する。

そのために、上述したように、光ファイバ３からの後方
散乱光を光分岐器４により２方向に分岐し、反ストーク
ス光の強度とレーリー散乱光の強度とを測定し、それら
両強度の値を比較器７で比較して温度による影響以外の
伝送損失に対する補正を行う。

この場合、−数的に、反ストークス光の強度とレーリー
散乱光の強度との比はＩ　：　１０００程度であるため
、光分岐器４ではこの逆数の比率、すなわち１０００：
ｌで反ストークス光の強度１０００に対しレーリー散乱
光の強度１の割合で分岐するのが好適である。これによ
れば、もともと微弱光である反ストークス光の強度を低
下させなくてすみ、さらにまた、受光素子６および６′
の感度設定もほぼ同じにできる。

さらにまた、受光素子６および６′　として同じ特性の
受光素子を２個用いて、その出力の比をとることにより
、受光素子の暗電流の補正を行うことも可能となる。

本実施例の装置では、後方散乱光の時間変化を測定する
ことによって、光ファイバ３の長平方向の温度分布の計
測が可能となる。

本実施例の装置ではラマン散乱光だけでなく、レーリー
散乱光をも測定しており、温度分布のみならず、レーリ
ー散乱光の強度変化を伴う物理。

化学変化量の計測を行うことも可能である。

第２図は本発明の他の実施例を示し、ここでは、光分岐
器４として３方向に分岐するデバイスを用い、これら３
つの３分岐光出力を、それぞれ、反ストークス光を透過
する波長のフィルタ５、レーリー散乱光を透過する波長
のフィルタ５′　およびストークス光を透過する波長の
フィルタ５″を介して受光素子６．６′　および６″へ
導く。これら受光素子６と６′、６と６″および６′　
と６″の各出力を比較器７．７′　および７″へ、それ
ぞれ、供給し、これら比較器７．７′および７″におい
て、それぞれ２つの人力の比較を行う。これによって、
反ストークス光、レーリー散乱光およびストークス光の
３波の強度を測定できるように構成し、それにより、温
度分布のみならず、レーリー散乱光およびストークス光
の強度変化を伴う物理、化学変化量の計測を行うことも
可能である。

なお、この場合にも、光分岐器４における光の３分岐の
光強度間の分岐比を、反ストークス光の強度と、レーリ
ー散乱光の強度と、ストークス光の強度との比の逆数に
等しく定めるのが好適である。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、受光した後方散
乱光を複数の分岐出力光に分岐し、その分岐出力光のう
ちのひとつにより温度計測を行うと共に他のひとつの分
岐出力光によって光ファイバの途中経路での曲げ等の悪
影響による不所望の変化を補正するようにしたので、よ
り信頼性の高い温度計測を行うことができる。さらにま
た、本発明によれば、レーリー散乱光強度やラマン散乱
のストークス光強度をも同時に併行して測定できるので
、温度以外の物理量（例えば歪＠）や化学量であって光
ファイバの伝送損失に変化を与えるものであれば、これ
ら物理、化学量をレーリー散乱光強度やストークス光強
度によって同時に検知でき、従って、多機能のセンシン
グが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は本発
明の一実施例を示す構成図、第３図は本発明光ファイバ
から生じる散乱光の波数分布を示すスペクトル図である
。 １・・・光源、 ２・・・光スィッチ（方向性結合器）、３・・・光ファ
イバ、 ４・・・光分岐器、 ５．５′　・・・フィルタ、 ６６’、６　　・・・受光素子、 ７．７’　、？”・・・比較器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）光源からの光を光ファイバに入射させ、当該光ファ
   イバにおいて発生する散乱光のうち前記光源の側に戻る
   後方散乱光を測定する光ファイバ後方散乱光測定装置に
   おいて、 前記光ファイバからの散乱光を少なくとも２つの分岐光
   に分岐する分岐手段と、 その分岐された光のひとつを、当該ひとつの分岐光の波
   長から前記光ファイバのラマンシフト波数だけシフトさ
   せた波長の光を出力する第１フィルタと、 該フィルタからの出力光を受光する第１受光手段と、 前記分岐手段で分岐された光のうちの残余の分岐光を、
   当該残余の分岐光の各波長から前記ラマンシフト波数と
   は異なる所定の波数だけシフトさせた波長の光をそれぞ
   れ出力する少なくともひとつの第２フィルタと、 該少なくともひとつの第２フィルタからの出力光をそれ
   ぞれ受光する少なくともひとつの第２受光素子と、 前記第１および第２受光素子からの各出力を相互に比較
   する比較手段と を具えたことを特徴とする光ファイバ後方散乱光測定装
   置。 ２）光源からの光を光ファイバに入射させ、当該光ファ
   イバにおいて発生する散乱光のうち前記光源の側に戻る
   後方散乱光を測定する光ファイバ後方散乱光測定装置に
   おいて、 前記光ファイバからの散乱光を少なくとも２つの分岐光
   に分岐する分岐手段と、 その分岐された光のひとつを、当該ひとつの分岐光の波
   長から前記光ファイバのラマンシフト波数だけシフトさ
   せた波長の光を出力する第１フィルタと、 該フィルタからの出力光を受光する第１受光手段と、 前記分岐手段で分岐された他の分岐光を受光する第２受
   光素子と、 前記第１および第２受光素子からの各出力を相互に比較
   する比較手段と を具えたことを特徴とする光ファイバ後方散乱光測定装
   置。 ３）前記分岐手段は２つの分岐光を出力し、前記第１フ
   ィルタおよび前記少なくともひとつの第２フィルタは、
   反ストークス光波長およびレーリー散乱光波長の光を、
   それぞれ、出力するフィルタであり、前記分岐手段にお
   ける光分岐の光強度の比を前記光ファイバのレーリー散
   乱光の強度とラマン散乱光の強度との比の逆数に等しく
   定めたことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ後方
   散乱光測定装置。 ４）前記分岐手段は３つの分岐光を出力し、前記第１フ
   ィルタおよび前記少なくともひとつの第２フィルタは、
   反ストークス光波長、レーリー散乱光波長およびストー
   クス光波長の光を、それぞれ、出力するフィルタであり
   、前記３つの分岐光の間の分岐比を前記光ファイバのレ
   ーリー散乱光の強度とラマン散乱のストークス光強度と
   反ストークス光強度との比の逆数に等しく定めたことを
   特徴とする請求項１記載の光ファイバ後方散乱光測定装
   置。