JPH03223633A - 光パルス試験器 - 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］ 本発明は分布型光ファイバー温度センサ等の光パルス試
験器に関するものである。

［従来の技術］ 光ファイバーの温度分布、破断点等を０ＴＤＲ法により
測定する光パルス試験器の１種である分布型光ファイバ
ー温度センサは、接続する被測定光ファイバー自体なセ
ンサ体とし、その長平方向の温度分布をリアルタイムに
検出するものである。その原理は一種の０ＴＤＲであり
、センサとして用いる被測定光ファイバーにレーザパル
スを入射し、その伝搬に伴いファイバー各点で発生する
ラマン釣乱唄象を捕捉し、スト−クス光強度と反ストー
クス光強度の比が温度の関数であることと、パルス入射
から、ラマン散乱光検出迄の遅れ時間が距離の情報であ
ることを利用し、距離と温度のデータを得るものである
。

従来の分布型光ファイバー温度センサのブロック図を第
３図に示す。

ＬＤ等の光源部１３から発振したレーザパルスは、光フ
ァイバーカプラーや音響光学素子等の光方向性結合器１
４を通過し、被測定用の光ファイバー１５へ入射される
。光ファイバー１５からのラマン散乱光の一部は逆戻り
し２て光方向性結合器１４により測定装置へ導光される
。測定装置では以下の処理がなされる。ラマン散乱光に
含まれるストークス光と反ストークス光は光学フィルタ
ー等の分光器１６で分離されて、各々光電変換器１７．
１８で検出される。更に増幅器１９．２（＋で増幅され
た後、信号処理部２１で平均化処理あるいはストークス
光と反ストークス光の強度比から温度分布を算出する等
の処理がなされる。

そのセンサ用の被測定光ファイバーは素線がガラスであ
り、特に通信用ファイバーの場合、石英系ガラスであり
、原理的には１０００℃以上の高温まで温度測定可能と
考えられるが、ガラス素線の状態では強度、信頼性の点
で実用不能である。そこで従来、通信用ファイバーと全
く同様の保護処理を行なっていた。即ち、素線上にシリ
コン樹脂をバッファ層として使用し、ナイロン、ＥＴＦ
Ｅといった樹脂で被１していた（芯線と呼ばれる）。更
に、一般的に使用するためには、ケブラー等のテンショ
ンメンバで補強し、ＰＶＣシースで保護をしている（コ
ードと呼ばれる）。この様な実用ファイバーでは被覆材
の耐熱性から、高温の環境温度として、１００℃程度が
限界である。

［発明の解決しようとする問題点］ 本発明の目的は、高い温度条件で使用可能な金属コーテ
ィングファイバーあるいはその強度を上げるとともに防
錆、防食対策の有効な効果を上げる耐熱性細管を用い、
高温環境で温度分布測定可能な光パルス試験器を提供す
るものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、被測定光ファイバーヘレーザパルスを入射す
る光源部と、被測定光ファイバーからの戻り光を測定装
置へ光路変換する光方向性結合器と、該戻り光を検出し
被測定光ファイバーの温度分布等の物理量を測定する測
定装置とからなる光パルス試験器において、該被測定光
ファイバーは素線を金属でコーティングしてなることを
特徴とする光パルス試験器を提供するものである。

本発明の光パルス試験器に用いるセンサ用被測定光ファ
イバーの断面図を第１図に示す。１はガラス素線、２は
コーティング金属、３は空隙、４は保護用の金属細管を
示す。ガラス素綿としては、コア径ＩＯμｍ、クラツド
径１２５μｍの３Ｍファイバー、コア径５０μｍ、クラ
ツド径１２５　ｕｍ　、コア径　１１００ＬＬ、クラツ
ド径１４０μｍのＧＩファイバーを代表例とするあらゆ
るガラスファイバーで良い。

コーティング金属は、使用環境温度よりも融点が高い材
料を選択する。但し、石英ガラスの熱変形温度は越えな
いものとする。更に、高温で使用するために、金では問
題とはならないが、銀、銅、亜鉛といった金属では酸化
による劣化が問題となる。そのため、素線を金属細管に
挿入するのが好ましく、管内の空隙は真空減圧するが、
それが困難な場合ヘリウム、ネオン、アルゴン等のいわ
ゆる不活性ガス、またはチッ素ガスなどを封入し、対策
とする。

また、素線の温度が可能な限り速やかに外部環境の温度
と等しくなる様な構成が望ましく、空隙は可能な限り狭
く、かつ金属細管は熱伝導性の良い材質を用いるのが好
ましい。例えば銅、金、アルミニウム、更には、合金で
も良い。又、その他の金属でも肉厚を薄くすることによ
り、使用可能である。

コーティング金属は、Ａｕ、、　Ａｇ、　Ｃｕ、＾１．
　Ｃｒ。

Ｓｎ等が使用でき、コーティング法は蒸着、ＣｖＤ、Ｃ
ＬＤ等の方法が用いられる。耐熱性細管は金属、フッ素
樹脂、シリコン樹脂、ガラス、セラミックス等が使用で
きるが、金属が伝熱性が良くまた耐熱性も高いので好ま
しい。金属細管内は真空の場合よりもガスを封入した場
合の方が伝熱性が良くなるのでその点においては好まし
い。

また、耐熱性細管を用いず素線に金属コーティングした
ものをセンサとして用いてもよいが、強度が弱くまた熱
酸化によって劣化しやすいので耐熱性細管に挿入するの
が好ましい。

［作　用］ 本発明において、金属細管等の耐熱性細管がセンサ用の
被測定光ファイバーを保護し、その強度を保証し、実使
用においても金属細管は針金を扱うのと同等の容易さで
の敷設が可能となる。

［実施例］ （実施例１） コア径１００μｍ、クラツド径１４０μｍの石英系ＧＩ
ファイバーに銀をコーティングし、更に内径０．８ｍｍ
　、外径１．２ｍｍのステンレス（ＳｔＪＳ３０４）の
細管に挿入し、保護した被測定光ファイバーを使用した
場合の温度分布測定の測定データを第２図に示す。光源
部よりの距離が約４５〜７０ｍの部分で、温度が約５０
０℃あり、従来このような１００℃を越える　５００℃
程度の高温状態の気体、液体、固体等の温度を、光ファ
イバーをセンサとした０ＴＤＲ法で測定不能であったも
のが、本発明により高い信頼性をもって可能となった。

また、本発明の光パルス試験器の基本構成は第３図と同
様であり、光ファイバー１５を、Ｆ述の構成としたもの
である。

（実施例２） 実施例１のコーティング金属を銀の代わりに金とし、実
施例１と同様にして分布型光ファイバー温度センサを作
成したところ、実施例１と同様の効果が得られた。

（実施例３） 実施例１のコーティング金属を銀の代わりに錫とし、実
施例１と同様にして分布型光ファイバー温度センサを作
成したところ、実施例１と同様の効果が得られた。

（実施例４） 実施例１のステンレス細管の代わりにセラミックの細管
を用いて、実施例１と同様にして分布型光ファイバー温
度センサを作成したところ、実施例１と同様の効果が得
られた。

［発明の効果］ 本発明は、光ファイバーが高温の外界に直接触れること
なく、外界から隔離できるので高い信頼性をもって測定
ができ、また外力による破断の可能性をも軽減するとい
う優れた効果を有する。更に、液中、気体中に光ファイ
バーを設置可能にする。

また、測定可能な温度は、５００℃以上の高温であり、
さらにコーティング金属、金属細管、光ファイバーの融
点以下まで可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図は本発明の実施例を示し、第１図は被測
定光ファイバーの断面図であり、第２図は５００℃の高
温部の測定データのグラフであり、第３図は従来の分布
型光ファイバー温度センサのブロック図である。 １・・・ガラス素線　　　２・・・コーティング金属３
・・・空隙　　　　　　４・・・金属細管第 １ 図 〆１ｈ Ｏ ａ　　　　（＞ リ　ら 孕 ”１ 暑 嘱 ・軟

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定光ファイバーへレーザパルスを入射する光
   源部と、被測定光ファイバーからの戻り光を測定装置へ
   光路変換する光方向性結合器と、該戻り光を検出し被測
   定光ファイバーの温度分布等の物理量を測定する測定装
   置とからなる光パルス試験器において、該被測定光ファ
   イバーは素線を金属でコーティングしてなることを特徴
   とする光パルス試験器。
2. （２）該被測定光ファイバーは素線を金属でコーティン
   グし、さらに該素線を耐熱性細管内に挿入し、該耐熱性
   細管内を真空減圧状態としてなることを特徴とする請求
   項１記載の光パルス試験器。
3. （３）該被測定光ファイバーは素線を金属でコーティン
   グし、さらに該素線を耐熱性細管内に挿入し、該耐熱性
   細管内に窒素ガスまたは不活性ガスを封入してなること
   を特徴とする請求項１記載の光パルス試験器。
4. （４）請求項１〜３のいずれか１項記載の光パルス試験
   器を用いた分布型光ファイバー温度センサ。