JPH0310133A - 温度測定方法および分布型光ファイバー温度センサー - Google Patents
温度測定方法および分布型光ファイバー温度センサーInfo
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- JPH0310133A JPH0310133A JP1143995A JP14399589A JPH0310133A JP H0310133 A JPH0310133 A JP H0310133A JP 1143995 A JP1143995 A JP 1143995A JP 14399589 A JP14399589 A JP 14399589A JP H0310133 A JPH0310133 A JP H0310133A
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- Japan
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- temperature
- 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および温度測
定方法に係り、特にストークス光と反ストークス光の比
をとる場合に問題となる被測定光ファイバー中での減衰
率差の影響を補正し、長距離の光ファイバーの温度分布
を高精度に測定可能とした分布型光ファイバー温度セン
サーおよび温度測定方法に関するものである。
定方法に係り、特にストークス光と反ストークス光の比
をとる場合に問題となる被測定光ファイバー中での減衰
率差の影響を補正し、長距離の光ファイバーの温度分布
を高精度に測定可能とした分布型光ファイバー温度セン
サーおよび温度測定方法に関するものである。
[従来の技術]
従来の分布型光ファイバー温度センサーのブロック図を
第4図に示す。光源部のレーザーパルサー10から発振
したレーザーパルスは、被測定用の光ファイバー12へ
入射され、光ファイバー12中で発生したラマン散乱光
が入射端へ戻って(る。該ラマン散乱光は光方向性結合
器11により測定装置へ導光され、まずフィルター13
によりラマン散乱光中のストークス光と反ストークス光
が分離検出され、各々光電変換部14.14′でその強
度に比例した電気信号に変換される。
第4図に示す。光源部のレーザーパルサー10から発振
したレーザーパルスは、被測定用の光ファイバー12へ
入射され、光ファイバー12中で発生したラマン散乱光
が入射端へ戻って(る。該ラマン散乱光は光方向性結合
器11により測定装置へ導光され、まずフィルター13
によりラマン散乱光中のストークス光と反ストークス光
が分離検出され、各々光電変換部14.14′でその強
度に比例した電気信号に変換される。
該電気信号は各々プリアンプ15.15′により増幅さ
れ、アベレージヤ−16にて所定回数平均化処理がなさ
れる。平均化処理された信号は信号処理部17へ伝送さ
れ、ストークス光と反ストークス光の遅れ時間、強度比
を計算し、温度分布を出力する等の処理がなされる。ス
トークス光と反ストークス光の強度比を計算する場合、
その絶対強度比を求めることが困難なため相対強度比 を用いて、Dakin (Dakin、 J、 P、
Pratt、 D、 J、 、 Bibby。
れ、アベレージヤ−16にて所定回数平均化処理がなさ
れる。平均化処理された信号は信号処理部17へ伝送さ
れ、ストークス光と反ストークス光の遅れ時間、強度比
を計算し、温度分布を出力する等の処理がなされる。ス
トークス光と反ストークス光の強度比を計算する場合、
その絶対強度比を求めることが困難なため相対強度比 を用いて、Dakin (Dakin、 J、 P、
Pratt、 D、 J、 、 Bibby。
G、W、、Ross、J、N、”Temperatur
e distributionmeasurement
using Raman ratio ther
mometry 。
e distributionmeasurement
using Raman ratio ther
mometry 。
5PIE Vol 566 Fiber 0pt
ic and La5er 5ensorsIII
249(1985))による以下の式から求められる
。
ic and La5er 5ensorsIII
249(1985))による以下の式から求められる
。
上式において、Tは測定温度、θは基準温度、R′(T
)は被測定部の相対強度比、R’(θ )は基準温度部
の相対強度比、kはボルツマン定数、hはプランク定数
、Cは高速、νはラマンシフト量である。
)は被測定部の相対強度比、R’(θ )は基準温度部
の相対強度比、kはボルツマン定数、hはプランク定数
、Cは高速、νはラマンシフト量である。
[発明の解決しようとする課題]
LD等の光源部より発振した入射レーザーパルスは被測
定光ファイバー中を伝搬することによって、当然のこと
ながら減衰する。しかし、この減衰の影響に関してはス
トークス光と反ストークス光の比をとることによって回
避できるが、入射波によってラマン散乱が発生し後方に
散乱光が伝搬するときのストークス光と反ストークス光
の減衰率差の影響は比をとるだけでは回避できない。そ
のため、前記減衰率差による影響を考慮した補正を行な
う必要があり、この補正を行な、わないと均一な温度分
布を測定しても第3図に示すような大きく傾いた温度分
布が出力される。また、減衰率差自体が温度依存性を有
しており、長距離の測定になるとその影響が大きくなり
、精度の良い測定を困難なものとし・ていた。
定光ファイバー中を伝搬することによって、当然のこと
ながら減衰する。しかし、この減衰の影響に関してはス
トークス光と反ストークス光の比をとることによって回
避できるが、入射波によってラマン散乱が発生し後方に
散乱光が伝搬するときのストークス光と反ストークス光
の減衰率差の影響は比をとるだけでは回避できない。そ
のため、前記減衰率差による影響を考慮した補正を行な
う必要があり、この補正を行な、わないと均一な温度分
布を測定しても第3図に示すような大きく傾いた温度分
布が出力される。また、減衰率差自体が温度依存性を有
しており、長距離の測定になるとその影響が大きくなり
、精度の良い測定を困難なものとし・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(なされたものであり
、被測定用の光ファイバーヘレーザパルスを入射し、該
光ファイバーからの戻り光に含まれるストークス光と反
ストークス光の強度比と遅れ時間から光ファイバーの温
度分布を測定する温度測定方法において、Tを測定温度
、θを基準温度、R′(T)を被測定部の相対強度比、
R′(θ)を基準温度部の相対強度比、kをボルツマン
定数、hをプランク定数、Cを光速、Vをラマンシフト
量、αをストークス光と反ストークス光の光ファイバー
中での減衰率差Xを距離としたとき、前記減衰率差αと
距離Xとの積を指数部とする指数関数の補正項を導入し
た式 により温度分布を測定することを特徴とする特度測定方
法、および被測定用の光ファイバーへレーザーパルスを
入射する光源部と、該光ファイバーからの戻り光を信号
処理装置へ導光する光方向性結合器と、該戻り光に含ま
れるストークス光と反ストークス光を検出しそれらの強
度比と遅れ時間から光ファイバーの温度分布を測定する
信号処理装置とからなる分布型光ファイバー温度センサ
ーにおいて、前記信号処理装置はTを測定温度、θを基
準温度、R’ (T)を被測定部の相対強度比、R’(
θ)を基準温度部の相対強度比、kをボルツマン定数、
hをプランク定数、Cを光速、νをラマンシフト量、α
をストークス光と反ストークス光の光ファイバー中での
減衰率差、Xを距離としたとき、前記減衰率差αと距離
Xとの積を指数部とする指数関数の補正項を導入した式 により温度分布を測定することを特徴とする分布型光フ
ァイバー温度センサーを提供するものである。
、被測定用の光ファイバーヘレーザパルスを入射し、該
光ファイバーからの戻り光に含まれるストークス光と反
ストークス光の強度比と遅れ時間から光ファイバーの温
度分布を測定する温度測定方法において、Tを測定温度
、θを基準温度、R′(T)を被測定部の相対強度比、
R′(θ)を基準温度部の相対強度比、kをボルツマン
定数、hをプランク定数、Cを光速、Vをラマンシフト
量、αをストークス光と反ストークス光の光ファイバー
中での減衰率差Xを距離としたとき、前記減衰率差αと
距離Xとの積を指数部とする指数関数の補正項を導入し
た式 により温度分布を測定することを特徴とする特度測定方
法、および被測定用の光ファイバーへレーザーパルスを
入射する光源部と、該光ファイバーからの戻り光を信号
処理装置へ導光する光方向性結合器と、該戻り光に含ま
れるストークス光と反ストークス光を検出しそれらの強
度比と遅れ時間から光ファイバーの温度分布を測定する
信号処理装置とからなる分布型光ファイバー温度センサ
ーにおいて、前記信号処理装置はTを測定温度、θを基
準温度、R’ (T)を被測定部の相対強度比、R’(
θ)を基準温度部の相対強度比、kをボルツマン定数、
hをプランク定数、Cを光速、νをラマンシフト量、α
をストークス光と反ストークス光の光ファイバー中での
減衰率差、Xを距離としたとき、前記減衰率差αと距離
Xとの積を指数部とする指数関数の補正項を導入した式 により温度分布を測定することを特徴とする分布型光フ
ァイバー温度センサーを提供するものである。
上記減衰率差α(m−’)は、ストークス光の減衰係数
なea3x、反ストークス光の減衰率係数なeaAsX
としたとき、α=α3−α。で表わされる。
なea3x、反ストークス光の減衰率係数なeaAsX
としたとき、α=α3−α。で表わされる。
補正項を決めるに当たって大きな問題となるのは、この
減衰率差α自体が厳密にいうと温度特性を持っている点
である。そのため減衰率差αの温度変化量の少ない条件
を選択する必要がある。そのため、本発明者らは鋭意研
究した結果、減衰率差αを本センサーが応用される温度
領域(約り℃〜約80℃)において略一定とする条件と
して、被測定用の光ファイバーを心線状態とすることを
見出した。心線状態とは以下に示すような状態である。
減衰率差α自体が厳密にいうと温度特性を持っている点
である。そのため減衰率差αの温度変化量の少ない条件
を選択する必要がある。そのため、本発明者らは鋭意研
究した結果、減衰率差αを本センサーが応用される温度
領域(約り℃〜約80℃)において略一定とする条件と
して、被測定用の光ファイバーを心線状態とすることを
見出した。心線状態とは以下に示すような状態である。
通常光ファイバーは、石英やシリカなどの材料よりなる
コア、クラッドと、コア、クラッドの外に被覆されるナ
イロンあるいはフッ素樹脂等からなる第1の被覆材と、
更に第1の被覆材の外に被覆される合成樹脂等の最外被
覆材とからなり、第1の被覆材までの部分を心線と呼び
、最外被覆材までをコードと呼ぶ。
コア、クラッドと、コア、クラッドの外に被覆されるナ
イロンあるいはフッ素樹脂等からなる第1の被覆材と、
更に第1の被覆材の外に被覆される合成樹脂等の最外被
覆材とからなり、第1の被覆材までの部分を心線と呼び
、最外被覆材までをコードと呼ぶ。
更に詳細な例で説明すると、コア(石英)の直径100
μm、クラッド(石英)140μm、心線状態の直径0
.9mm 、コード状態の直径2.9mmであり、心線
状態で1次被覆として薄い半固体状のシリコン樹脂、2
次被覆としてナイロンが被覆されており、コード状態で
心線の外にケブラー(炭素繊維)更に外側にpvc樹脂
が被覆されるというのが一般的である。
μm、クラッド(石英)140μm、心線状態の直径0
.9mm 、コード状態の直径2.9mmであり、心線
状態で1次被覆として薄い半固体状のシリコン樹脂、2
次被覆としてナイロンが被覆されており、コード状態で
心線の外にケブラー(炭素繊維)更に外側にpvc樹脂
が被覆されるというのが一般的である。
本発明でいうところの心線状態とは上記の第1の被覆材
までを有する状態であり、被覆材としてはナイロンが好
ましい。
までを有する状態であり、被覆材としてはナイロンが好
ましい。
[イ乍用]
本発明において、光ファイバーの温度分布測定に用いら
れるDakinの式にストークス光と反ストークス光の
減衰率差αの補正項を導入し、該減衰率差αの温度依存
性を解消する目的として心線状態の光ファイバーを用い
ることにより、長距離の光ファイバーの温度分布を測定
しても、温度分布の曲線が距離に従って大きく傾(とい
う問題点が解消され、また高精度の測定が可能となるも
のである。
れるDakinの式にストークス光と反ストークス光の
減衰率差αの補正項を導入し、該減衰率差αの温度依存
性を解消する目的として心線状態の光ファイバーを用い
ることにより、長距離の光ファイバーの温度分布を測定
しても、温度分布の曲線が距離に従って大きく傾(とい
う問題点が解消され、また高精度の測定が可能となるも
のである。
[実施例]
第1図、第2図に本発明の実施例を示す、第1図は、光
ファイバーの温度分布測定に先立ち、減衰率差αの温度
依存性を測定した結果を示すグラフである。αの温度変
動を最小とする条件、即ち心線状態の光ファイバーとし
、被覆材にナイロンを用いた場合の温度変化量を示す。
ファイバーの温度分布測定に先立ち、減衰率差αの温度
依存性を測定した結果を示すグラフである。αの温度変
動を最小とする条件、即ち心線状態の光ファイバーとし
、被覆材にナイロンを用いた場合の温度変化量を示す。
この条件では0〜60℃の範囲で0.26dBの変化で
あり、これによる温度測定確度の劣化は1kmの位置で
最大4.3℃となる。この値は、コード化された光ファ
イバーによる測定結果と比較すると、半分程度に改善さ
れている。この値は0〜60℃の範囲で0.3dB以下
の値であれば十分精度良い測定が可能である。
あり、これによる温度測定確度の劣化は1kmの位置で
最大4.3℃となる。この値は、コード化された光ファ
イバーによる測定結果と比較すると、半分程度に改善さ
れている。この値は0〜60℃の範囲で0.3dB以下
の値であれば十分精度良い測定が可能である。
第2図は上記の如き心線状態の光ファイバーを用い、信
号処理装置において減衰率差αと距離Xとの積を指数部
とする指数関数の補正項を導入した処理を行なった結果
を示すグラフである。
号処理装置において減衰率差αと距離Xとの積を指数部
とする指数関数の補正項を導入した処理を行なった結果
を示すグラフである。
ここで、本発明のセンサー装置とは、第4図の従来装置
において被測定用の光ファイバー12を心線状態とし、
信号処理装置、即ちフィルター13、光電変換部14.
14′、プリアンプ15.15’、アベレージヤ−16
、信号処理部17を総称した装置により上述の補正項を
導入した処理を行なうものであるが、更に具体的には上
述の補正項を導入した処理は、信号処理部17あるいは
信号処理部17に接続されるマイクロコンピュータ−等
によって行なわれる。
において被測定用の光ファイバー12を心線状態とし、
信号処理装置、即ちフィルター13、光電変換部14.
14′、プリアンプ15.15’、アベレージヤ−16
、信号処理部17を総称した装置により上述の補正項を
導入した処理を行なうものであるが、更に具体的には上
述の補正項を導入した処理は、信号処理部17あるいは
信号処理部17に接続されるマイクロコンピュータ−等
によって行なわれる。
第2図の結果は、αを9.3 X 110−5(〜′)
、θを25 (”C) 、 R’(T)とR′(θ )
は実験値を用い、ν=440(cflI−I)として測
定したものであり、第3図の従来例と比較して温度分布
の曲線全体が傾(こともなく遠距離部における温度測定
確度が向上した。
、θを25 (”C) 、 R’(T)とR′(θ )
は実験値を用い、ν=440(cflI−I)として測
定したものであり、第3図の従来例と比較して温度分布
の曲線全体が傾(こともなく遠距離部における温度測定
確度が向上した。
なお、νについては変動した値を示すこともあり実験的
に求めた実効値を用いることもある。
に求めた実効値を用いることもある。
また、本発明センサーシステムにおける各装置間での光
学的結合に起因するような、ストークス光と反ストーク
ス光の相対強度比への悪影響を、下式に示すような新た
な補正項δを用いて測定前に信号処理装置をオフセット
調整し補正することもある。
学的結合に起因するような、ストークス光と反ストーク
ス光の相対強度比への悪影響を、下式に示すような新た
な補正項δを用いて測定前に信号処理装置をオフセット
調整し補正することもある。
[発明の効果コ
本発明は、従来用いられてきたDakinの式に補正項
を導入した式に基づいた処理を行ない、更に補正項中の
減衰率差αの温度変動を最小にする条件を選択にするこ
とにより、温度分布の曲線全体が距離に従って大きく傾
くという問題点を解消し、かつ遠距離の温度測定確度が
向上するという優れた効果を有する。
を導入した式に基づいた処理を行ない、更に補正項中の
減衰率差αの温度変動を最小にする条件を選択にするこ
とにより、温度分布の曲線全体が距離に従って大きく傾
くという問題点を解消し、かつ遠距離の温度測定確度が
向上するという優れた効果を有する。
第1図と第2図は本発明の実施例を示し、第1図は減衰
率差αの温度依存性を示すグラフであり、第2図は本発
明方法およびセンサーを用いて得られた測定結果のグラ
フであり、第3図は従来の測定結果のグラフであり、第
4図は従来のセンサーのブロック図である。 第 1 図 第 2 図 (m)
率差αの温度依存性を示すグラフであり、第2図は本発
明方法およびセンサーを用いて得られた測定結果のグラ
フであり、第3図は従来の測定結果のグラフであり、第
4図は従来のセンサーのブロック図である。 第 1 図 第 2 図 (m)
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、被測定用の光ファイバーへレーザーパルスを入射し
、該光ファイバーからの戻り光に含まれるストークス光
と反ストークス光の強度比と遅れ時間から光ファイバー
の温度分布を測定する温度測定方法において、Tを測定
温度、Θを基準温度、R′(T)を被測定部の相対強度
比、R′(Θ)を基準温度部の相対強度比、kをボルツ
マン定数、hをプランク定数、cを光速、νをラマンシ
フト量、αをストークス光と反ストークス光の光ファイ
バー中での減衰率差、xを距離としたとき、前記減衰率
差αと距離xとの積を指数部とする指数関数の補正項を
導入した式 1/T=1/Θ−[k]/[hcy]In〔[R′(T
)]/[R′(Θ)]e^αx〕により温度分布を測定
することを特徴とする温度測定方法。 2、被測定用の光ファイバーへレーザーパルスを入射す
る光源部と、該光ファイバーからの戻り光を信号処理装
置へ導光する光方向性結合器と、該戻り光に含まれるス
トークス光と反ストークス光を検出しそれらの強度比と
遅れ時間から光ファイバーの温度分布を測定する信号処
理装置とからなる分布型光ファイバー温度センサーにお
いて、前記信号処理装置はTを測定温度、Θを基準温度
、R′(T)を被測定部の相対強度比、R′(Θ)を基
準温度部の相対強度比、kをボルツマン定数、hをプラ
ンク定数、Cを光速、νをラマンシフト量、αをストー
クス光と反ストークス光の光ファイバー中での減衰率差
、xを距離としたとき、前記減衰率差αと距離xとの積
を指数部とする指数関数の補正項を導入した式 1/T=1/Θ−[k]/[hcy]In〔[R′(T
)]/[R′(Θ)]e^αx〕により温度分布を測定
することを特徴とする分布型光ファイバー温度センサー
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1143995A JPH0769222B2 (ja) | 1989-06-08 | 1989-06-08 | 温度測定方法および分布型光ファイバー温度センサー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1143995A JPH0769222B2 (ja) | 1989-06-08 | 1989-06-08 | 温度測定方法および分布型光ファイバー温度センサー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0310133A true JPH0310133A (ja) | 1991-01-17 |
| JPH0769222B2 JPH0769222B2 (ja) | 1995-07-26 |
Family
ID=15351864
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1143995A Expired - Lifetime JPH0769222B2 (ja) | 1989-06-08 | 1989-06-08 | 温度測定方法および分布型光ファイバー温度センサー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0769222B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006023260A (ja) * | 2004-07-09 | 2006-01-26 | J-Power Systems Corp | 光ファイバの温度分布測定方法および光ファイバの温度分布測定装置 |
| JP2016183938A (ja) * | 2015-03-26 | 2016-10-20 | 住友電気工業株式会社 | 光ファイバ温度分布測定装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61270632A (ja) * | 1985-05-25 | 1986-11-29 | Hitachi Cable Ltd | 光ファイバ形温度分布計測装置 |
-
1989
- 1989-06-08 JP JP1143995A patent/JPH0769222B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61270632A (ja) * | 1985-05-25 | 1986-11-29 | Hitachi Cable Ltd | 光ファイバ形温度分布計測装置 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006023260A (ja) * | 2004-07-09 | 2006-01-26 | J-Power Systems Corp | 光ファイバの温度分布測定方法および光ファイバの温度分布測定装置 |
| JP2016183938A (ja) * | 2015-03-26 | 2016-10-20 | 住友電気工業株式会社 | 光ファイバ温度分布測定装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0769222B2 (ja) | 1995-07-26 |
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