JPH05340824A - 温度分布測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 測定精度が高い温度分布測定装置。 【構成】 パルス光源１４からの励起光は、カプラ１２
で等しいパワーで分岐された後、被温度測定領域で平行
に延びるファイバ１８、２８にそれぞれ供給される。フ
ァイバ１８、２８から戻ってきたストークス光及びアン
チストークス光の強度比を、バックグラウンド成分を除
いた信号強度比として時間領域ごとに求めることで、被
温度測定領域の温度分布を求めることができる。この場
合、ファイバ１８から戻ってきたラマン後方散乱光のみ
ならず、ファイバ２８から戻ってきたラマン後方散乱光
も検出することができるので、ディテクタ１６の検出に
十分な光量を確保することができ温度測定の精度を高め
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバ中のラマン
後方散乱光強度に基づいて光ファイバの長手方向の温度
分布を測定する温度分布測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は、光ファイバを用いた従来の温度
分布測定装置の構成を示した図である。光カプラ２の一
方の入射端には光源４が接続され、他方の入射端にはデ
ィテクタ６が接続されている。また、光カプラ２の一方
の出射端には測定用の光ファイバ８が結合され、他方の
出射端は解放されている。この結果、光源４からのパル
ス光は、光ファイバ８に導かれ、ラマン散乱光を発生さ
せる。このラマン散乱光中のストークス光及びアンチス
トークス光の時間変化とその強度比とから、光ファイバ
８の各点における温度を決定することができる（第３回
光波センシング技術研究会講演論文集、ＬＳＴ３−２
２、ｐ１４９、（１９８９）参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の温度分
布測定装置では、温度分布測定のために単一の光ファイ
バを用いているので得られるラマン散乱光強度が弱く、
温度分布の測定が困難で、その測定精度が悪かった。ま
た、ラマン後方散乱光のＯＴＤＲ波形から温度分布波形
への計算に際し、ラマン後方散乱光中のストークス光及
びアンチストークス光に対する光ファイバの伝送損失差
を考慮して、ストークスＯＴＤＲ波形及びアンチストー
クスＯＴＤＲ波形の補正処理が不可欠であった。

【０００４】そこで、本発明は、十分なラマン散乱光を
検出することが可能で、測定精度が高い温度分布測定装
置を提供することを目的とし、さらに、ストークスＯＴ
ＤＲ波形及びアンチストークスＯＴＤＲ波形の補正処理
を必要としない温度分布測定装置を提供することを目的
とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明に係る温
度分布測定装置は、（ａ）被温度測定領域に配設すべき
一対の光ファイバと、（ｂ）これら一対の光ファイバに
供給すべきパルス状の光を発生する光源装置と、（ｃ）
光源装置からのパルス状の光を所定の比率で分岐して一
対の光ファイバの各片端部に結合する分岐手段と、
（ｄ）一対の光ファイバの各片端部に入射したパルス状
の光の入射に応じて、一対の光ファイバの各片端部に戻
ってきたラマン後方散乱光中のストークス光及びアンチ
ストークス光の強度を個々に検出する検出手段とを備え
ることとしている。

【０００６】

【作用】上記の温度分布測定装置によれば、分岐手段
が、被温度測定領域に配設すべき一対の光ファイバの各
片端部に光源装置からのパルス状の光を結合する。した
がって、検出手段は一対の光ファイバの双方から戻って
きたストークス光とアンチストークス光とをそれぞれ検
出することができるので、十分な光量の確保によって温
度測定の精度を高めることができる。

【０００７】上記の温度分布測定装置において、一対の
光ファイバの各々を、ストークス光及びアンチストーク
ス光に対してそれぞれ異なる伝送損失特性を有するもの
とし、分岐手段によって、一対の光ファイバのストーク
ス光及びアンチストークス光に対する伝送損失特性の差
を予め補償する比率で、光源装置からのパルス状の光を
一対の光ファイバの各片端部に結合することができる。

【０００８】このような温度分布測定装置では、分岐手
段が、一対の光ファイバのストークス光及びアンチスト
ークス光に対する伝送損失特性の差を予め補償している
ので、ストークス光の検出波形とアンチストークス光の
検出波形とを補償する必要がない。したがって、温度測
定を高速で実現することが可能になり、時間変化する温
度測定の精度を高めることができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の具体的実施例について説明す
る。

【００１０】図１は、実施例の温度分布測定装置の構成
を示した図である。光カプラ１２は、一対の光ファイバ
を融着延伸して形成した方向性結合器である。この光カ
プラ１２の一方の入射端１２ａには、ＬＤ励起のＮｄ：
ＹＡＧレーザからなる波長１．３μｍのパルス光源１４
が接続され、他方の入射端１２ｂには所定の波長帯域で
感度を有する高速の光ディテクタ１６が接続されてい
る。光カプラ１２の一対の出射端１２ｃ、１２ｄには、
一対の測定用光ファイバ１８、２８の一端がそれぞれ接
続され、パルス光源１４からのパルス状の励起光がこれ
らの光ファイバ１８、２８に１：１で分岐・供給され
る。これらの光ファイバ１８、２８は、その端部（図面
左端）から供給された波長１．３μｍの励起光を損失な
く図面右方向伝送するとともに、そのラマン後方散乱光
としてストークス光及びアンチストークス光それぞれを
所定の損失で図面左方向に伝送する。

【００１１】図２は、測定用光ファイバ１８、２８の具
体的配設のためのケーブル３８を示す。ケーブル３８中
の一対の光ファイバ１８、２８は、平行に並べられナイ
ロン被覆４８を施されている。なお、各光ファイバ１
８、２８として、コア径５０μｍ、外径１２５μｍのＧ
Ｉファイバを用いている。また、光ファイバ１８のスト
ークス光（波長１．４μｍ）に対する損失は０．６０ｄ
Ｂ／ｋｍで、アンチストークス光（波長１．２μｍ）に
対する損失は０．５４ｄＢ／ｋｍである。光ファイバ２
８のストークス光に対する損失は０．４８ｄＢ／ｋｍ
で、アンチストークス光に対する損失は０．５４ｄＢ／
ｋｍである。この場合、ストークス光の波長１．４μｍ
は石英系光ファイバ等のＯＨ吸収発生波長に一致してい
るので、各光ファイバ１８、２８の製造条件を適当に調
節することによって、ストークス光に関する損失を増減
することができ、各光ファイバ１８、２８に関するスト
ークス光及びアンチストークス光の損失比を上記のよう
に調節することができる。

【００１２】光ディテクタ１６は、誘電体多層膜フィル
タを備え、各光ファイバ１８、２８から光カプラ１２に
戻ってきたストークス光及びアンチストークス光を個別
に検出することができる。この光ディテクタ１６の出力
は、ラマン後方散乱光のＯＴＤＲ（Optical Time Domai
n Reflectmetry）測定のために、パルス光源１４と同期
するオシロスコープその他で計測された後、波形分析装
置等で処理される。

【００１３】以下、上記実施例の温度分布測定装置の動
作について簡単に説明する。パルス光源１４からの励起
光は、光カプラ１２で等しい光パワーで分岐された後、
一対の光ファイバ１８、２８にそれぞれ供給される。光
ファイバ１８、２８を収容したケーブル３８は、被温度
測定領域に配設されている。したがって、光ファイバ１
８、２８から戻ってきたストークス光及びアンチストー
クス光の強度比を、バックグラウンド成分を除いた信号
強度比として時間領域ごとに求めることで、被温度測定
領域の温度分布を求めることができる。

【００１４】この場合、光ファイバ１８から戻ってきた
ラマン後方散乱光のみならず、光ファイバ２８から戻っ
てきたラマン後方散乱光も検出することができるので、
光ディテクタ１６の検出に十分な光量を確保することが
でき、温度測定の精度を高めることができる。さらに、
各光ファイバ１８、２８のストークス光及びアンチスト
ークス光に対する全損失が等しく１．０８ｄＢ／ｋｍと
なっているので、ストークス光及びアンチストークス光
に対する伝送損失特性の差を予め補償していることにな
る。よって、ストークス光の検出波形とアンチストーク
ス光の検出波形とを伝送損失特性の差分だけ補償する演
算の必要がない。このため、高速の温度測定を実現する
ことができる。またさらに、一対の光ファイバ１８、２
８を用いているためこれらの位置合わせ及び特性調節が
必要な点を除き、極めて簡単な構成で温度測定が可能に
なり、かつ、従来の装置の改変部分も少なくて済む。

【００１５】図３は、光ディテクタ１６によって検出さ
れたアンチストークス光のＯＴＤＲ波形の一例を示す。
図からも明らかなように、実施例の波形は従来例の装置
（図５参照）の波形に比較して約３ｄＢの強度の増加が
認められる。

【００１６】図４は、ケーブル３８の各部における温度
測定の結果を示す。実際の温度は常温部が２０℃で高温
部が６０℃となっていたので、測定結果は実際を十分に
反映しており、実施例の装置によって十分な温度測定精
度が得られることが分かる。また、境界部分で温度波形
の立ち上がりがシャープなものとなっているので、２本
の光ファイバ１８、２８間に長さ方向の位置ずれが生じ
ておらず、かつ、十分な位置・温度情報が得られること
が分かる。

【００１７】本発明は、上記実施例に限定されるもので
はない。例えば、パルス光源１４からの励起光を各光フ
ァイバ１８、２８に所望の比率で分岐することができ
る。この場合、各光ファイバ１８、２８のストークス光
及びアンチストークス光に対する伝送損失特性は、入射
される励起光の強度比に応じて設定する。これにより、
各検出波形を伝送損失特性の差に対応して補償する計算
が不要となる。

【００１８】また、方向性結合器の光カプラ１２のかわ
りに、ハーフミラー等の光学要素を用いて励起光を分配
することができる。

【００１９】さらに、光ファイバ１８、２８を長さ方向
に相互に位置ずれなく固定する方法として、図２のケー
ブル３８のほか、各光ファイバ１８、２８を寄り合わせ
てこれを互いに固定しても温度測定位置の精度は維持で
きる。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る温度
分布測定装置によれば、分岐手段が、被温度測定領域に
配設されるべき一対の光ファイバの各片端部に光源装置
からのパルス状の光を結合する。したがって、検出手段
は両光ファイバから戻ってきたストークス光とアンチス
トークス光とをそれぞれ検出することができるので、十
分な光量の確保によって温度測定の精度を高めることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の温度分布測定装置の構成を示した図。

【図２】図１の装置の温度測定用の一対の光ファイバを
示した図。

【図３】図１の装置のＯＴＤＲ出力波形を示した図。

【図４】図１の装置による測定結果を示した図。

【図５】従来の温度分布測定装置の構成を示した図。

【符号の説明】

１２…分岐手段、１４…光源装置、３…検出手段、１
８、２８…一対の光ファイバ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被温度測定領域に配設すべき一対の光フ
   ァイバと、 前記一対の光ファイバに供給すべきパルス状の光を発生
   する光源装置と、 前記光源装置からのパルス状の光を所定の比率で分岐し
   て前記一対の光ファイバの各片端部に結合する分岐手段
   と、 前記一対の光ファイバの各片端部に入射したパルス状の
   光の入射に応じて、前記一対の光ファイバの各片端部に
   戻ってきたラマン後方散乱光中のストークス光及びアン
   チストークス光の強度を個々に検出する検出手段と、 を備える温度分布測定装置。
2. 【請求項２】 前記一対の光ファイバの各々は、前記ス
   トークス光及び前記アンチストークス光に対してそれぞ
   れ異なる伝送損失特性を有し、前記分岐手段は、前記一
   対の光ファイバの前記ストークス光及び前記アンチスト
   ークス光に対する伝送損失特性の差を予め補償する比率
   で、前記光源装置からのパルス状の光を分岐して前記一
   対の光ファイバの各片端部に結合することを特徴とする
   請求項１記載の温度分布測定装置。