JPH04276518A - 光ファイバ形分布計測装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバルートの一
部に光空間伝送部を有する光ファイバ形分布計測装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、計測対象物にセンサ用光ファイバ
を配設し、この光ファイバにパルス光を入射した場合に
当該光ファイバ中で生成する後方散乱（光レーリ後方散
乱光，ブリルアン後方散乱光あるいはラマン後方散乱光
）の一種以上を検出して、その後方散乱光の強度，周波
数，位相等と、温度，応力等々の物理・化学量との関係
を用い、上記計測対象物における光ファイバ長さ方向に
ついての物理・化学量の連続的な分布計測を行う種々の
光ファイバ形計測装置が提案されている。

【０００３】これらの光ファイバ形計測装置においては
、そのセンサ用光ファイバの一部が例えば高電界部中に
配設されたり、あるいは回転体等に配設される場合があ
り、このような場合には、高電界部等における光ファイ
バ部分をコリメータ用レンズ等を用いて空間的に光の結
合を行う方式が有効である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この場
合、光ファイバ中を伝搬する入射パルス光や、このパル
ス光により光ファイバ中で発生する種々の後方散乱光は
、前記した光結合部分で一旦空間伝搬することとなるた
め、この光結合部分での機械的変位等による光結合度合
の変化が発生した場合には、この結合度合の変化を検知
できないことに起因して計測誤差を生じるという問題が
あった。

【０００５】本発明は、前記した従来技術の欠点を解消
し、計測信頼度を大幅に向上させることができる新規な
光ファイバ形分布計測装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の光ファイバ形分
布計測装置は、計測対象物に配設される光ファイバであ
ってその途中にレンズ系を用いた光空間伝送部を有する
光ファイバと、該光空間伝送部のレンズ系の一部に設け
た螢光体と、光ファイバにその入射端によりパルス光を
入射するための測定用光源と、光ファイバの入射端から
出射される上記パルス光の後方散乱光のうちレーリ散乱
光，ラマン散乱光及びブリルアン散乱光の少なくとも一
種とそして上記螢光体で生成される螢光とを互いに分離
して取り出す光学系と、この分離された後方散乱光及び
螢光を個別に受光する第１光検出器及び第２光検出器と
、上記測定用光源よりパルス光が出射されてから後方散
乱光を検出するまでの時間より光ファイバの測定位置を
特定する一方、上記第１光検出器の出力信号から光ファ
イバの物理・化学量の分布を求めると共に、第２光検出
器の出力信号から光空間伝送部の光結合度合の変化を求
めてレンズ系の異常箇所を検出する信号処理回路と、こ
の光ファイバの物理・化学量の分布及びレンズ系の異常
箇所を表示又は出力する表示・出力器とを備えた構成の
ものである。

【０００７】

【作用】光空間結合部のレンズ系の一部に螢光体が設け
られているため、入射パルス光がこの螢光体を通過した
際には後方散乱光とは異なる波長の螢光が生成する。従
って、この螢光の強度を入射側でモニタすることにより
、光空間結合部の光結合度合、即ちレンズ系の機械的な
位置ずれ等の異常と、この異常が発生した箇所とを遠隔
監視することができる。従って、レンズ系の機械的な位
置ずれ等に起因する異常状態下で測定を行ってしまう危
険を回避することができ、計測の信頼性を大幅に向上さ
せることができる。

【０００８】

【実施例】以下に、この発明の実施例を添付図面に従っ
て詳述する。

【０００９】図１において、光源駆動回路１により駆動
された測定用光源２からは、パルス光が出射され、光分
岐器３を経て、測定対象物に配設されたセンサ用光ファ
イバ４に入射される。

【００１０】光ファイバ４の途中には、光ルートの一部
として、コリメータ用レンズ５ａ，５ｂのレンズ系を用
いて空間的光結合を行った１以上の光空間伝送部７が設
けられている。この光空間伝送部７が設けられている箇
所は、光空間伝送を必要とするような高電界部、又は光
ロータリースイッチ等で回転体との間を光結合する必要
のある回転体部である。即ち、光ファイバ４は高電界部
あるいは回転部の一側まで配設されており、一対のコリ
メータ用レンズ５ａ，５ｂにより空間的に結合され、高
電界部あるいは回転部の他側から再び別の光ファイバ４
として延在するように配設されている。

【００１１】上記光ファイバ４中で入射パルス光により
生成した後方散乱光は、光ファイバ４中を伝搬して入射
側へ戻り、光分岐器３並びに光分波器８を経て第１光検
出器９ａで電気信号に変換される。信号処理回路１０で
は、検出した光ファイバ各点でのレーリ後方散乱光，ブ
リルアン後方散乱光あるいはラマン後方散乱光のいずれ
かの光（波長λ１　）の強度（あるいは周波数，位相）
の大きさと、パルス光が光源２より出射されたタイミン
グと後方散乱光が光検出器９ａに到達したタイミングと
の時間差により求められる後方散乱光の光ファイバ中で
の発生位置との情報により、図２に示したような光ファ
イバ全長の光強度分布を得る。

【００１２】この光強度（あるいは周波数，位相等）は
、光ファイバ４に加わる温度，応力等の物理・化学量に
密接に関係しており、これにより光ファイバ４に沿った
種々の物理・化学分布情報を得ることができる。

【００１３】例えば、光ファイバのブリルアン散乱光を
利用する方式では、光分波器８として光周波数同調器を
用い、後方散乱光に含まれるブリルアン散乱光を周波数
掃引を行いながら光周波数同調器で抽出することができ
、通常のＯＴＤＲ手法により、光ファイバ４の各地点の
ブリルアン周波数シフト量の分布を計測して、光ファイ
バ４に加わる歪分布を連続的に求めることができる。 また、ラマン後方散乱光を利用する方式では、光分波器
８として、ラマン散乱光を抽出し且つその２成分である
ストークス光とアンチストークス光に分離する光分波器
を用い、光検出器９ａとして別個に用意した２つの光検
出器でそれぞれの光を受光して電気信号に変換し、信号
処理回路１０により平均化処理後に両信号の光強度比を
求めて、光ファイバ全長の温度分布を得ることができる
。

【００１４】このようにして求められた光ファイバ全長
の応力分布，温度分布等は表示出力器１１にて表示され
る。しかし、光空間伝送部７で機械的変位等が生じてそ
の光結合度合が変化した場合、この結合度合の変化が直
ちに測定誤差となる。

【００１５】そこで、この光空間伝送部７の光結合度合
の変化を検知するため、前述したレンズ系の一部、ここ
ではコリメータ用レンズ５ｂ側に螢光体６を設け、入射
パルス光がこの螢光体６を通過した際、螢光体６から前
記後方散乱光（波長λ１　）とは異なる波長（λ２）の
螢光が生成されるようにしている。また、この波長（λ
２）の螢光を分離して検出するため、この光分波器８は
、上記後方散乱光（波長λ１）を抽出すると同時に、こ
の後方散乱光から螢光（波長λ２　）を分離して抽出す
る機能を具備しており、この光分波器８で分離された螢
光を第２光検出器９ｂで受光するようになっている。

【００１６】生成した螢光の一部は、光ファイバ４中を
経て入射側へと伝送され、光分岐器３を経て光分波器８
により他の後方散乱光と分離されて、光検出器９ｂで検
出される。信号処理回路１０は、前述の後方散乱光の場
合と同様にして、図３に示すように、螢光体６の光ファ
イバルート中での位置と受光した光強度情報とから演算
により、各光空間伝送部７の特定とそこでの螢光の大き
さＰ１　，Ｐ２　の算出を行う。ここで、光空間伝送部
７の光結合度合が正常である場合の螢光の大きさは予め
求めておくことができる。従って、今、光空間伝送部７
で光結合度合に変化が生じれば、図３中の螢光の大きさ
Ｐ１　あるいはＰ２　の測定値も既知の値から変化する
。よって、光空間伝送部７での光結合度合及び異常発生
箇所を遠隔監視することができる。また、この変化量を
上記温度，応力等の物理・化学量の測定値への補正量と
して信号処理回路１０へ入力し、演算処理により補正す
ることにより、目的とする温度，応力等の計測誤差をな
くし、計測信頼度を大幅に向上させることができる。

【００１７】

【発明の効果】以上、本発明によれば光ファイバルート
中に存する光空間結合部のレンズ系に生じた光結合異常
を遠隔監視することができ、異常状態下での測定を回避
して信頼性の高い計測を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光ファイバ形分布計測装置の一実施例
を示す模式図である。

【図２】図１の分布計測に利用する後方散乱光強度分布
の説明図である。

【図３】図１の光空間伝送部の光結合度の監視に利用す
る螢光後方散乱光強度分布の説明図である。

【符号の説明】

１　　光源駆動回路 ２　　測定用光源 ３　　光分岐器 ４　　光ファイバ ５ａ，５ｂ　　コリメータ用レンズ（レンズ系）６　　
螢光体 ７　　光空間伝送部 ８　　光分波器 ９ａ　　第１光検出器 ９ｂ　　第２光検出器 １０　　信号処理回路 １１　　表示・出力器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　計測対象物に配設される光ファイバで
   あってその途中にレンズ系を用いた光空間伝送部を有す
   る光ファイバと、該光空間伝送部のレンズ系の一部に設
   けた螢光体と、光ファイバにその入射端によりパルス光
   を入射するための測定用光源と、光ファイバの入射端か
   ら出射される上記パルス光の後方散乱光のうちレーリ散
   乱光，ラマン散乱光及びブリルアン散乱光の少なくとも
   一種とそして上記螢光体で生成される螢光とを互いに分
   離して取り出す光学系と、この分離された後方散乱光及
   び螢光を個別に受光する第１光検出器及び第２光検出器
   と、上記測定用光源よりパルス光が出射されてから後方
   散乱光を検出するまでの時間より光ファイバの測定位置
   を特定する一方、上記第１光検出器の出力信号から光フ
   ァイバの物理・化学量の分布を求めると共に、第２光検
   出器の出力信号から光空間伝送部の光結合度合の変化を
   求めてレンズ系の異常箇所を検出する信号処理回路と、
   この光ファイバの物理・化学量の分布及びレンズ系の異
   常箇所を表示又は出力する表示・出力器とを備えたこと
   を特徴とする光ファイバ形分布計測装置。