JPH04351932A - 光ファイバ式温度分布測定装置 - Google Patents
光ファイバ式温度分布測定装置Info
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- JPH04351932A JPH04351932A JP3127708A JP12770891A JPH04351932A JP H04351932 A JPH04351932 A JP H04351932A JP 3127708 A JP3127708 A JP 3127708A JP 12770891 A JP12770891 A JP 12770891A JP H04351932 A JPH04351932 A JP H04351932A
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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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバをセンサと
して光ファイバに沿った温度分布を計測する光ファイバ
式温度分布測定装置に関するものである。
して光ファイバに沿った温度分布を計測する光ファイバ
式温度分布測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバ式温度分布測定装置は、光フ
ァイバ中で発生するラマン散乱光や、レーリ散乱光等の
散乱光強度が温度によって変化することを利用し、この
変化を公知のＯＴＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｉｍｅ Ｄ
ｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ） の手法で
検知することになり、光ファイバの長手方向に沿った温
度分布を計測するものである。
ァイバ中で発生するラマン散乱光や、レーリ散乱光等の
散乱光強度が温度によって変化することを利用し、この
変化を公知のＯＴＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｉｍｅ Ｄ
ｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ） の手法で
検知することになり、光ファイバの長手方向に沿った温
度分布を計測するものである。
【０００３】ラマン散乱光を利用した、光ファイバ式温
度分布測定装置の計測概念を図５、図６及び図７を用い
て以下に説明する。
度分布測定装置の計測概念を図５、図６及び図７を用い
て以下に説明する。
【０００４】まず、光源から図５に示したパルス光（パ
ルス幅ｔｗ パルス周期ｔｐ）をセンサ用ファイバに導
くと、該光ファイバ内でアンチ・ストークス光やストー
クス光等の散乱光が発生し、その一部は図６に示すよう
な後方散乱光として計測装置に戻る。
ルス幅ｔｗ パルス周期ｔｐ）をセンサ用ファイバに導
くと、該光ファイバ内でアンチ・ストークス光やストー
クス光等の散乱光が発生し、その一部は図６に示すよう
な後方散乱光として計測装置に戻る。
【０００５】この後方散乱光を図７に示すように、パル
ス光入射時刻を基準時刻（ｔ＝ ０ ）とし、サンプリ
ング時間間隔ｔｓ でＭ個サンプリングしたものをＡ／
Ｄ変換器でそれぞれＬビットのデジタル信号に変換する
。光パルスを周期ｔｐ （＞ｔｓ ×ｍ）で再度センサ
用光ファイバ２０に入射し、前記サンプリングとＡ／Ｄ
変換動作を再び行い、Ａ／Ｄ変換したＭ個のＬビットデ
ータを得る。この操作を２Ｎ 個繰り返し、２Ｎ ×Ｍ
個のＬビットのサンプリングデータを同じサンプリング
時間のもの同士２Ｎ 個づつ足し合わせることになり、
Ｍ個の（Ｌ＋Ｎ）ビットデータを得ることができる。
ス光入射時刻を基準時刻（ｔ＝ ０ ）とし、サンプリ
ング時間間隔ｔｓ でＭ個サンプリングしたものをＡ／
Ｄ変換器でそれぞれＬビットのデジタル信号に変換する
。光パルスを周期ｔｐ （＞ｔｓ ×ｍ）で再度センサ
用光ファイバ２０に入射し、前記サンプリングとＡ／Ｄ
変換動作を再び行い、Ａ／Ｄ変換したＭ個のＬビットデ
ータを得る。この操作を２Ｎ 個繰り返し、２Ｎ ×Ｍ
個のＬビットのサンプリングデータを同じサンプリング
時間のもの同士２Ｎ 個づつ足し合わせることになり、
Ｍ個の（Ｌ＋Ｎ）ビットデータを得ることができる。
【０００６】この操作により、加算処理によりＳＮ比が
向上したアンチ・ストークス光やストークス光強度の時
間関数Ｉａ’（ｍ×ｔｓ ），Ｉｓ’（ｍ×ｔｓ ）；
ｍ＝１，２，…，Ｍ，が求まる。これらの受光信号強度
Ｉａ’（ｍ×ｔｓ ），Ｉｓ’（ｍ×ｔｓ ）は、光フ
ァイバの距離ｘの位置で発生した散乱光が光パルス入射
端（計測部）に戻ってくるまでの時間が数１式
向上したアンチ・ストークス光やストークス光強度の時
間関数Ｉａ’（ｍ×ｔｓ ），Ｉｓ’（ｍ×ｔｓ ）；
ｍ＝１，２，…，Ｍ，が求まる。これらの受光信号強度
Ｉａ’（ｍ×ｔｓ ），Ｉｓ’（ｍ×ｔｓ ）は、光フ
ァイバの距離ｘの位置で発生した散乱光が光パルス入射
端（計測部）に戻ってくるまでの時間が数１式
【０００７】
【数１】ｔ ＝２×ｘ／ｖ
ｖ：光ファイバ中の光速
で表されることを利用すると、光ファイバに沿った距離
ｘの関数Ｉａ’（ｍ×ｘｓ），Ｉｓ’（ｍ×ｘｓ ）、
（ｘｓ はサンプリング距離間隔でありｘｓ ＝ｔｓ
×ｖ／２）、に置き換えることができる。
ｘの関数Ｉａ’（ｍ×ｘｓ），Ｉｓ’（ｍ×ｘｓ ）、
（ｘｓ はサンプリング距離間隔でありｘｓ ＝ｔｓ
×ｖ／２）、に置き換えることができる。
【０００８】以後、Ｉａ’ （ｍ×ｘｓ ）， Ｉｓ’
（ｍ×ｘｓ ）をＩａ’ （ｍ），Ｉｓ’（ｍ）のよう
に表すようにする。
（ｍ×ｘｓ ）をＩａ’ （ｍ），Ｉｓ’（ｍ）のよう
に表すようにする。
【０００９】各サンプリング距離で発生した散乱光強度
は、各サンプリング距離から計測部までの測定光の伝送
損失αａ（ｍ），αｓ（ｍ） が分かれば、数２式を用
いて求めることができる。
は、各サンプリング距離から計測部までの測定光の伝送
損失αａ（ｍ），αｓ（ｍ） が分かれば、数２式を用
いて求めることができる。
【００１０】
【数２】
【００１１】Ｉａ（ｍ）：ｍ番目のサンプリング距離で
発生したアンチ・ストークス光強度 Ｉｓ（ｍ）：ｍ番目のサンプリング距離で発生したスト
ークス光強度 αａ（ｍ）：アンチ・ストークス光のｍ番目のサンプリ
ング距離から計測部までの伝送損失 αｓ（ｍ）：ストークス光のｍ番目のサンプリング距離
から計測部までの伝送損失 これらの比Ｉａ（ｍ） ／Ｉｓ（ｍ）は、下記数３式に
示すように、光源の波長と光ファイバの材料が決まれば
純粋に温度の関数となり、
発生したアンチ・ストークス光強度 Ｉｓ（ｍ）：ｍ番目のサンプリング距離で発生したスト
ークス光強度 αａ（ｍ）：アンチ・ストークス光のｍ番目のサンプリ
ング距離から計測部までの伝送損失 αｓ（ｍ）：ストークス光のｍ番目のサンプリング距離
から計測部までの伝送損失 これらの比Ｉａ（ｍ） ／Ｉｓ（ｍ）は、下記数３式に
示すように、光源の波長と光ファイバの材料が決まれば
純粋に温度の関数となり、
【００１２】
【数３】
【００１３】これを変形した下記数４式を用いることに
より、各サンプリング距離の温度Ｔ（ｍ）を求めること
ができる。
より、各サンプリング距離の温度Ｔ（ｍ）を求めること
ができる。
【００１４】
【数４】
Ｔ（ｍ） ＝ Ｋ２ ／〔ｌｎ ［ ｛Ｉ
ａ（ｍ）／Ｉｓ（ｍ）｝／Ｋ１ ］ 〕次に図４を用い
て、ラマン散乱光を用いる光ファイバ式温度分布測定装
置の概要を説明する。この温度測定装置は、計測装置１
０とセンサ用光ファイバ２０から構成される。
ａ（ｍ）／Ｉｓ（ｍ）｝／Ｋ１ ］ 〕次に図４を用い
て、ラマン散乱光を用いる光ファイバ式温度分布測定装
置の概要を説明する。この温度測定装置は、計測装置１
０とセンサ用光ファイバ２０から構成される。
【００１５】光源２からパルス光をセンサ用ファイバ２
０に導くと、該光ファイバ内で発生した散乱光の一部は
後方散乱光として計測装置１０側に戻り、光分波器３１
に入射する。光分波器３１では入射した後方散乱光から
波長λａ のアンチ・ストークス光を分波し、波長λａ
のアンチ・ストークス光は、光ファイバ２３ａより、受
光器４ａ，増幅器５ａ，平均化処理回路６ａで構成され
るアンチ・ストークス光用ＯＴＤＲ計測回路３０ａに入
り、この光強度からアンチ・ストークス光強度の時間関
数Ｉａ’ （ｍ） が求められる。同様にして、ストー
クス光は光ファイバ２３ｓより、受光器４ｓ，増幅器５
ｓ，平均化処理回路６ｓで構成されるストークス光用Ｏ
ＴＤＲ計測回路３０ｓに入り、ストークス光強度の時間
関数Ｉｓ’（ｍ）が求められる。なお、受光器４ａ，４
ｓは受光感度を高めるため、通常ＡＰＤ（アバァランシ
ェ・フォト・ダイオード）を用いている。
０に導くと、該光ファイバ内で発生した散乱光の一部は
後方散乱光として計測装置１０側に戻り、光分波器３１
に入射する。光分波器３１では入射した後方散乱光から
波長λａ のアンチ・ストークス光を分波し、波長λａ
のアンチ・ストークス光は、光ファイバ２３ａより、受
光器４ａ，増幅器５ａ，平均化処理回路６ａで構成され
るアンチ・ストークス光用ＯＴＤＲ計測回路３０ａに入
り、この光強度からアンチ・ストークス光強度の時間関
数Ｉａ’ （ｍ） が求められる。同様にして、ストー
クス光は光ファイバ２３ｓより、受光器４ｓ，増幅器５
ｓ，平均化処理回路６ｓで構成されるストークス光用Ｏ
ＴＤＲ計測回路３０ｓに入り、ストークス光強度の時間
関数Ｉｓ’（ｍ）が求められる。なお、受光器４ａ，４
ｓは受光感度を高めるため、通常ＡＰＤ（アバァランシ
ェ・フォト・ダイオード）を用いている。
【００１６】パルス光源２と、平均化処理回路６ａ，６
ｓの同期合わせはトリガ回路１の同期信号によって行い
、反射光のサンプリングは平均化処理回路６ａ，６ｓ内
で図６に示す一定の時間間隔ｔｓ で行われる。また、
ＯＴＤＲ計測回路内の平均化処理回路６ａ，６ｓは、図
８に示すように、サンプリング時間ｔｓ を周期とする
サンプリング・タイミングクロック５８（トリガ回路１
），アナログ信号をサンプリング時間間隔ｔｓ でＬビ
ットのデジタル信号５５に変換するＡ／Ｄコンバータ５
１，Ａ／Ｄコンバータ５１からのＬビットデジタル信号
５５とメモリ５３からのＮビットデジタル信号５７をサ
ンプリング間隔ｔｓ で加算する加算器５２、及び加算
器５２からサンプリング間隔ｔｓで送られてくる合計Ｍ
個のＮビットデータ５６を対応するアドレスに格納する
メモリ５３とで構成される。
ｓの同期合わせはトリガ回路１の同期信号によって行い
、反射光のサンプリングは平均化処理回路６ａ，６ｓ内
で図６に示す一定の時間間隔ｔｓ で行われる。また、
ＯＴＤＲ計測回路内の平均化処理回路６ａ，６ｓは、図
８に示すように、サンプリング時間ｔｓ を周期とする
サンプリング・タイミングクロック５８（トリガ回路１
），アナログ信号をサンプリング時間間隔ｔｓ でＬビ
ットのデジタル信号５５に変換するＡ／Ｄコンバータ５
１，Ａ／Ｄコンバータ５１からのＬビットデジタル信号
５５とメモリ５３からのＮビットデジタル信号５７をサ
ンプリング間隔ｔｓ で加算する加算器５２、及び加算
器５２からサンプリング間隔ｔｓで送られてくる合計Ｍ
個のＮビットデータ５６を対応するアドレスに格納する
メモリ５３とで構成される。
【００１７】このラマン式温度計測装置は、例えば電力
ケーブルに沿わせてセンサ用光ファイバを敷設すること
により、電力ケーブルの長手方向の温度分布を知ること
ができ、送電容量の制御等に利用したり、ケーブルの劣
化等により生じる部分的に温度の高い箇所の検知等が行
える。また、ビルやトンネンル等の火災検知用として使
用すれば、火災発生位置の標定を行うこともできる。
ケーブルに沿わせてセンサ用光ファイバを敷設すること
により、電力ケーブルの長手方向の温度分布を知ること
ができ、送電容量の制御等に利用したり、ケーブルの劣
化等により生じる部分的に温度の高い箇所の検知等が行
える。また、ビルやトンネンル等の火災検知用として使
用すれば、火災発生位置の標定を行うこともできる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、先に述
べた従来技術の場合、測定距離が短いときは問題なく温
度分布測定を行えるが、測定距離が長くなると、測定し
た温度分布が実際の温度変化を忠実に再現しない。図９
はその計測例であり、測定距離が２ｋｍ以上で真値と異
なる温度測定される傾向が強くなり、温度分布測定精度
が低下することが分かった。
べた従来技術の場合、測定距離が短いときは問題なく温
度分布測定を行えるが、測定距離が長くなると、測定し
た温度分布が実際の温度変化を忠実に再現しない。図９
はその計測例であり、測定距離が２ｋｍ以上で真値と異
なる温度測定される傾向が強くなり、温度分布測定精度
が低下することが分かった。
【００１９】そこで、本発明の目的は、前記した従来技
術の欠点を解消し、長距離の温度分布測定においても測
定誤差を極力小さくすることが可能な光ファイバ式温度
分布測定装置を提供することにある。
術の欠点を解消し、長距離の温度分布測定においても測
定誤差を極力小さくすることが可能な光ファイバ式温度
分布測定装置を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、計測装置内の光源からセンサ用光ファイバ
に光パルスを入射させ、該光ファイバで発生する後方散
乱光を上記計測装置内の計測系の受光器に導き、これら
後方散乱の光強度から光ファイバの温度を求め、光パル
スの入射時刻と後方散乱が計測系へ到達する時刻の差か
ら後方散乱の発生位置を求めることにより、温度と位置
を同時計測し、光ファイバの温度分布を計測する光ファ
イバ式温度分布測定装置において、上記計測系の受光器
の出力に対し発振器の出力をゆらぎのある別のノイズ信
号として重畳した後、Ａ／Ｄ変換器でデジタル信号に変
換する構成としたものである。
に本発明は、計測装置内の光源からセンサ用光ファイバ
に光パルスを入射させ、該光ファイバで発生する後方散
乱光を上記計測装置内の計測系の受光器に導き、これら
後方散乱の光強度から光ファイバの温度を求め、光パル
スの入射時刻と後方散乱が計測系へ到達する時刻の差か
ら後方散乱の発生位置を求めることにより、温度と位置
を同時計測し、光ファイバの温度分布を計測する光ファ
イバ式温度分布測定装置において、上記計測系の受光器
の出力に対し発振器の出力をゆらぎのある別のノイズ信
号として重畳した後、Ａ／Ｄ変換器でデジタル信号に変
換する構成としたものである。
【００２１】上記Ａ／Ｄ変換前に重畳するノイズ信号は
一定周期で振幅の変化する信号、例えば三角波とするこ
とができる。
一定周期で振幅の変化する信号、例えば三角波とするこ
とができる。
【００２２】
【作用】まず、遠方の温度分布を測定するに際し、Ａ／
Ｄ変換器の分解能が有限であることに起因する「Ａ／Ｄ
変換誤差」が生ずる点について説明する。
Ｄ変換器の分解能が有限であることに起因する「Ａ／Ｄ
変換誤差」が生ずる点について説明する。
【００２３】Ａ／Ｄ変換器は、アナログ信号をＬビット
のデジタル信号に変換するため、出力の分解能（最小単
位）は有限であり、フル・スケールの１／２Ｌ である
。 従って、Ａ／Ｄ変換器の入力アナログ電圧と出力デジタ
ル信号の関係は、図２（ａ）に示すように階段状になる
。しかし実際の信号電圧を用い、同じ電圧に対し、Ａ／
Ｄ変換器の出力デジタル信号を多数回測定し、その関係
を取ると、図２（ｂ）のようになる。この実測値は（ａ
）と比べて分解能が無限小のときの出力信号に近い値と
なっている。この理由は、以下の理由に起因している。
のデジタル信号に変換するため、出力の分解能（最小単
位）は有限であり、フル・スケールの１／２Ｌ である
。 従って、Ａ／Ｄ変換器の入力アナログ電圧と出力デジタ
ル信号の関係は、図２（ａ）に示すように階段状になる
。しかし実際の信号電圧を用い、同じ電圧に対し、Ａ／
Ｄ変換器の出力デジタル信号を多数回測定し、その関係
を取ると、図２（ｂ）のようになる。この実測値は（ａ
）と比べて分解能が無限小のときの出力信号に近い値と
なっている。この理由は、以下の理由に起因している。
【００２４】即ち、実際の入力信号はノイズが重畳して
いるため、同じ入力電圧に対して、例えば、あるときは
出力デジタル信号がｋであり、別のときはｋ＋１である
というように異なった出力となるが、真値がｋに近いと
Ｋとなる確率が高くなり、ｋ＋１に近いとｋ＋１となる
確率が高くなる。従って、この結果を多数回平均すると
その値は真値に近い値となり、Ａ／Ｄ変換器の分解能よ
りも高分解能の出力値が得られる。
いるため、同じ入力電圧に対して、例えば、あるときは
出力デジタル信号がｋであり、別のときはｋ＋１である
というように異なった出力となるが、真値がｋに近いと
Ｋとなる確率が高くなり、ｋ＋１に近いとｋ＋１となる
確率が高くなる。従って、この結果を多数回平均すると
その値は真値に近い値となり、Ａ／Ｄ変換器の分解能よ
りも高分解能の出力値が得られる。
【００２５】しかし、図２（ｂ）のような入出力関係の
条件でＡ／Ｄ変換を行うと、真値に対応する分解能が無
限小のときの出力信号と比べると、まだ誤差が残ってい
る。これが本明細書でいう「Ａ／Ｄ変換誤差」である。
条件でＡ／Ｄ変換を行うと、真値に対応する分解能が無
限小のときの出力信号と比べると、まだ誤差が残ってい
る。これが本明細書でいう「Ａ／Ｄ変換誤差」である。
【００２６】一方、光ファイバ中で発生した散乱光を受
光した後方散乱光強度の距離分布は、光ファイバの伝送
損失のため、遠方ほど小さい値となる。上記Ａ／Ｄ変換
誤差は、入力信号の大きさで決まるものではなく、Ａ／
Ｄ変換器出力のフル・スケールに対して一定割合で発生
するものであるため、入力信号の大きいときはＡ／Ｄ変
換誤差が問題にならなくても、入力信号が小さいと問題
となってくる。従って、光ファイバの遠方からの後方散
乱光ほどＡ／Ｄ変換誤差の影響の度合いが大きくなる。 これが原因で従来の方式では、ある距離以上での温度分
布測定精度が低下したものと考えられる。即ち、Ａ／Ｄ
変換誤差を小さくすることができれば、より遠方まで測
定精度を維持できることとなる。
光した後方散乱光強度の距離分布は、光ファイバの伝送
損失のため、遠方ほど小さい値となる。上記Ａ／Ｄ変換
誤差は、入力信号の大きさで決まるものではなく、Ａ／
Ｄ変換器出力のフル・スケールに対して一定割合で発生
するものであるため、入力信号の大きいときはＡ／Ｄ変
換誤差が問題にならなくても、入力信号が小さいと問題
となってくる。従って、光ファイバの遠方からの後方散
乱光ほどＡ／Ｄ変換誤差の影響の度合いが大きくなる。 これが原因で従来の方式では、ある距離以上での温度分
布測定精度が低下したものと考えられる。即ち、Ａ／Ｄ
変換誤差を小さくすることができれば、より遠方まで測
定精度を維持できることとなる。
【００２７】ここで、再度図２の（ａ）と（ｂ）とを比
較して見ると、入力信号にノイズが重畳していない（ａ
）の場合よりも、入力信号にノイズが重畳している（ｂ
）の場合の方がデジタル信号が真値に近くなっている。 つまり、（ｂ）の場合よりも入力信号に含まれるノイズ
を更に多くすれば、より真値に近い出力が得られるはず
である。
較して見ると、入力信号にノイズが重畳していない（ａ
）の場合よりも、入力信号にノイズが重畳している（ｂ
）の場合の方がデジタル信号が真値に近くなっている。 つまり、（ｂ）の場合よりも入力信号に含まれるノイズ
を更に多くすれば、より真値に近い出力が得られるはず
である。
【００２８】かかる原理に基づき、本発明では、Ａ／Ｄ
変換器の入力信号に発振器で発生させたノイズ信号を入
力信号に積極的に重畳させ、つまり受光器からの本来の
信号をそれより小さい信号でゆらせて、後の平均化処理
において真値を得ることができる機会を増大させ、これ
によりＡ／Ｄ変換誤差を小さくして、より遠方まで測定
精度を維持できるようにしたものである。
変換器の入力信号に発振器で発生させたノイズ信号を入
力信号に積極的に重畳させ、つまり受光器からの本来の
信号をそれより小さい信号でゆらせて、後の平均化処理
において真値を得ることができる機会を増大させ、これ
によりＡ／Ｄ変換誤差を小さくして、より遠方まで測定
精度を維持できるようにしたものである。
【００２９】
【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て説明する。
て説明する。
【００３０】図１は、従来例の図４とほぼ同じ構成であ
るが、発振回路８が追加され、この出力が増幅器５ａと
５ｓ入力され、受光器４ａ，４ｓからの受光信号に重畳
するようになっている点で従来例と異なる。
るが、発振回路８が追加され、この出力が増幅器５ａと
５ｓ入力され、受光器４ａ，４ｓからの受光信号に重畳
するようになっている点で従来例と異なる。
【００３１】発振回路８は、この実施例では、周期ｔｐ
０で、振幅がＡ／Ｄ変換器５１ａ，５１ｓの入力フル・
スケールの１／２の三角波を出力するが、受光器４ａ，
４ｓからの受光信号よりも小さく且つゆらぎのある別の
ノイズ信号であればよく、ノコギリ波や正弦波等の他の
波形を発振させて用いることもできる。ただし、周期ｔ
ｐ０は、Ａ／Ｄ変換器５１のサンプリング周期ｔｓ よ
りも短くすると、折り返しノイズが発生するのでｔｓ
よりも長くする必要がある。
０で、振幅がＡ／Ｄ変換器５１ａ，５１ｓの入力フル・
スケールの１／２の三角波を出力するが、受光器４ａ，
４ｓからの受光信号よりも小さく且つゆらぎのある別の
ノイズ信号であればよく、ノコギリ波や正弦波等の他の
波形を発振させて用いることもできる。ただし、周期ｔ
ｐ０は、Ａ／Ｄ変換器５１のサンプリング周期ｔｓ よ
りも短くすると、折り返しノイズが発生するのでｔｓ
よりも長くする必要がある。
【００３２】後方散乱光を受光する受光器４ａ，４ｓの
出力に発振器８の出力信号を重畳した後に、Ａ／Ｄ変換
器５１ａ，５１ｓによりＬビットのデジタルデータに変
換し、加算器５２ａ，５２ｓで加算しメモリ５３ａ，５
３ｓに格納すると、Ａ／Ｄ変換器の分解能が有限のＬビ
ットであるにも拘らず、平均化処理において真値が得ら
れる頻度が上がり、結果としてＡ／Ｄ変換誤差が小さく
なり、温度分布演算器７において処理され温度分布表示
器７２に得られる温度分布測定誤差が小さくなる。
出力に発振器８の出力信号を重畳した後に、Ａ／Ｄ変換
器５１ａ，５１ｓによりＬビットのデジタルデータに変
換し、加算器５２ａ，５２ｓで加算しメモリ５３ａ，５
３ｓに格納すると、Ａ／Ｄ変換器の分解能が有限のＬビ
ットであるにも拘らず、平均化処理において真値が得ら
れる頻度が上がり、結果としてＡ／Ｄ変換誤差が小さく
なり、温度分布演算器７において処理され温度分布表示
器７２に得られる温度分布測定誤差が小さくなる。
【００３３】上記の効果を確認するため、図１に示す測
定系（本発明装置）と図１から発振器８を除外にした装
置（従来装置）とを用意し、全長を一定温度に保ったセ
ンサ用光ファイバ２０を用いて温度計測を行い、両者の
温度計測誤差を比較した。その結果を図３に示す。図３
から分かるように、前記した温度誤差が顕著となる距離
は、従来装置では約２ｋｍであるのに対し、本発明装置
では４ｋｍまでほぼ問題なく測定でき、本発明の効果が
非常に高いことが確認できた。
定系（本発明装置）と図１から発振器８を除外にした装
置（従来装置）とを用意し、全長を一定温度に保ったセ
ンサ用光ファイバ２０を用いて温度計測を行い、両者の
温度計測誤差を比較した。その結果を図３に示す。図３
から分かるように、前記した温度誤差が顕著となる距離
は、従来装置では約２ｋｍであるのに対し、本発明装置
では４ｋｍまでほぼ問題なく測定でき、本発明の効果が
非常に高いことが確認できた。
【００３４】先の実施例は、従来例と同様に光源をパル
ス幅ｔｗ，パルス周期ｔｐ で駆動する単パルス方式の
ＯＴＤＲ計測手法に適用したが、パルス列で光源を駆動
する擬似ランダムパルス方式のＯＴＤＲ計側法や周波数
変調方式の分布情報検出方式で温度分布検出を行う場合
にも通用できる。
ス幅ｔｗ，パルス周期ｔｐ で駆動する単パルス方式の
ＯＴＤＲ計測手法に適用したが、パルス列で光源を駆動
する擬似ランダムパルス方式のＯＴＤＲ計側法や周波数
変調方式の分布情報検出方式で温度分布検出を行う場合
にも通用できる。
【００３５】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、計測装置
に発振器を付加するだけでＡ／Ｄ変換誤差の影響を大巾
に低減でき、高精度で長距離まで計測できるという優れ
た効果を得ることができる。
に発振器を付加するだけでＡ／Ｄ変換誤差の影響を大巾
に低減でき、高精度で長距離まで計測できるという優れ
た効果を得ることができる。
【図１】本発明の光ファイバ式温度分布測定装置の一実
施例を示す構成図である。
施例を示す構成図である。
【図２】本発明におけるＡ／Ｄ変換誤差の説明に供する
図である。
図である。
【図３】本発明による温度分布測定結果を従来装置によ
る場合と比較した図である。
る場合と比較した図である。
【図４】従来の光ファイバ式温度分布測定装置の構成図
である。
である。
【図５】図４の光源からのパルス光（パルス幅ｔｗ パ
ルス周期ｔｐ）の説明図である。
ルス周期ｔｐ）の説明図である。
【図６】図４のセンサ用ファイバから計測装置に戻る後
方散乱光の説明図である。
方散乱光の説明図である。
【図７】図４の後方散乱光をＭ個サンプリングしそれぞ
れＬビットのデジタル信号に変換する説明図である。
れＬビットのデジタル信号に変換する説明図である。
【図８】図４のＯＴＤＲ計測回路の詳細図である。
【図９】従来方式での問題点の説明に供する測定値と距
離との関係を示す図である。
離との関係を示す図である。
１ トリガ回路（タイミング回路）
２ パルス光源
４ａ，４ｓ 受光器
５ａ，５ｓ 増幅器
６ａ，６ｓ 加算回路
７ 温度分布演算器
８ 発振器
１０ 計測装置
２０ センサ用光ファイバ
２１，２３ａ，２３ｓ 光ファイバ
３０ａ アンチストークス光用ＯＴＲＤ計測回路３０
ｓ ストークス光用ＯＴＲＤ計測回路３１ 光分波
器 ７２ 温度分布表示器
ｓ ストークス光用ＯＴＲＤ計測回路３１ 光分波
器 ７２ 温度分布表示器
Claims (3)
- 【請求項１】 計測装置内の光源からセンサ用光ファ
イバに光パルスを入射させ、該光ファイバで発生する後
方散乱光を上記計測装置内の計測系の受光器に導き、こ
れら後方散乱の光強度から光ファイバの温度を求め、光
パルスの入射時刻と後方散乱が計測系へ到達する時刻の
差から後方散乱の発生位置を求めることにより、温度と
位置を同時計測し、光ファイバの温度分布を計測する光
ファイバ式温度分布測定装置において、上記計測系の受
光器の出力に対し発振器の出力をゆらぎのある別のノイ
ズ信号として重畳した後、Ａ／Ｄ変換器でデジタル信号
に変換することを特徴とする光ファイバ式温度分布測定
装置。 - 【請求項２】 上記Ａ／Ｄ変換前に重畳するノイズ信
号が一定周期で振幅の変化する信号であることを特徴と
する請求項１の光ファイバ式温度分布測定装置。 - 【請求項３】 上記Ａ／Ｄ変換前に重畳するノイズ信
号が三角波であることを特徴とする請求項２の光ファイ
バ式温度分布測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3127708A JP2905621B2 (ja) | 1991-05-30 | 1991-05-30 | 光ファイバ式温度分布測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3127708A JP2905621B2 (ja) | 1991-05-30 | 1991-05-30 | 光ファイバ式温度分布測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04351932A true JPH04351932A (ja) | 1992-12-07 |
| JP2905621B2 JP2905621B2 (ja) | 1999-06-14 |
Family
ID=14966746
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3127708A Expired - Fee Related JP2905621B2 (ja) | 1991-05-30 | 1991-05-30 | 光ファイバ式温度分布測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2905621B2 (ja) |
-
1991
- 1991-05-30 JP JP3127708A patent/JP2905621B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2905621B2 (ja) | 1999-06-14 |
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