JPH1144584A - 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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- JPH1144584A JPH1144584A JP9200007A JP20000797A JPH1144584A JP H1144584 A JPH1144584 A JP H1144584A JP 9200007 A JP9200007 A JP 9200007A JP 20000797 A JP20000797 A JP 20000797A JP H1144584 A JPH1144584 A JP H1144584A
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- optical fiber
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- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 title claims abstract description 44
- 238000009826 distribution Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
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- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】温度と位置の測定精度が高く且つ測定時間の短
い光ファイバ式温度分布測定装置を提供する。 【解決手段】ラマン散乱を生じさせるパルス光の光源を
複数台としてパルス光強度を増し、ストークス光とアン
チストークス光を同時に電気信号に変え、同時にデジタ
ル変換を行う。
い光ファイバ式温度分布測定装置を提供する。 【解決手段】ラマン散乱を生じさせるパルス光の光源を
複数台としてパルス光強度を増し、ストークス光とアン
チストークス光を同時に電気信号に変え、同時にデジタ
ル変換を行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は温度分布測定装置、
特にラマン散乱光を利用した光ファイバ式温度分布測定
装置に関するものである。
特に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
ァイバに光強度の強い単色のパルス光を入射した時に生
じるラマン散乱光を利用したものである。すなわち光源
より波長λ０の単色光を光ファイバに入射すると、その
入射光の光強度が十分強い場合、入射光λ０より短波長
側にアンチストークス光λａｓ、入射光λ０より長波長
側にストークス光λｓが発生する。
ァイバに光強度の強い単色のパルス光を入射した時に生
じるラマン散乱光を利用したものである。すなわち光源
より波長λ０の単色光を光ファイバに入射すると、その
入射光の光強度が十分強い場合、入射光λ０より短波長
側にアンチストークス光λａｓ、入射光λ０より長波長
側にストークス光λｓが発生する。
【０００３】アンチストークス光λａｓの光強度をｆａ
ｓ、ストークス光λｓの光強度をｆｓとすると、これら
の比Ｒ＝ｆａ／ｆａｓは純粋に温度の関数となり、Ｒを
測定することにより温度Ｔを計測することができる。
ｓ、ストークス光λｓの光強度をｆｓとすると、これら
の比Ｒ＝ｆａ／ｆａｓは純粋に温度の関数となり、Ｒを
測定することにより温度Ｔを計測することができる。
【０００４】図２は従来の光ファイバ式温度分布測定装
置の構成図である。センサ装置１２、センサ用光ファイ
バ１１、温度分布演算装置９、表示装置１０より構成さ
れている。センサ装置１２はトリガ１、光源２、光分波
器３、受光器４、５、ＡＤ変換器６、７、データ処理器
８より構成されている。
置の構成図である。センサ装置１２、センサ用光ファイ
バ１１、温度分布演算装置９、表示装置１０より構成さ
れている。センサ装置１２はトリガ１、光源２、光分波
器３、受光器４、５、ＡＤ変換器６、７、データ処理器
８より構成されている。
【０００５】トリガ１からの電気信号を波長λ０の光源
２に印加して、パルス幅Ｔｗ、パルス周期Ｔｐのパルス
光を発生させる。このパルス光を光分波器３を通してセ
ンサ用光ファイバ１１に入射する。
２に印加して、パルス幅Ｔｗ、パルス周期Ｔｐのパルス
光を発生させる。このパルス光を光分波器３を通してセ
ンサ用光ファイバ１１に入射する。
【０００６】センサ用光ファイバ１１は通常、ラマン散
乱が生じ易いようにコアにゲルマニュウムをドープした
比屈折率差約１から２％の多モード光ファイバである。
このセンサ用光ファイバ１１を前記光パルス光が通過し
て行くと、通過して行く場所場所でラマン散乱が生じ
る。
乱が生じ易いようにコアにゲルマニュウムをドープした
比屈折率差約１から２％の多モード光ファイバである。
このセンサ用光ファイバ１１を前記光パルス光が通過し
て行くと、通過して行く場所場所でラマン散乱が生じ
る。
【０００７】ラマン散乱は球面波状に生じるが、光ファ
イバの入射端に戻る後方散乱光を計測に用いる。すなわ
ち、後方散乱光の中のアンチストークス光λａｓとスト
ークス光λｓに注目する。
イバの入射端に戻る後方散乱光を計測に用いる。すなわ
ち、後方散乱光の中のアンチストークス光λａｓとスト
ークス光λｓに注目する。
【０００８】これらのストークス光λｓとアンチストー
クス光λａｓは光分波器３によりそれぞれの波長に別個
に分けられる。そして、それぞれ受光器４、５で電気信
号に変え、更にＡＤ変換器６、７にてデジタル変換され
る。但し、ストークス光λｓとアンチストークス光λａ
ｓに関して、これらの変換を同時に行うことはしていな
い。つまり、まずストークス光λｓを受光器４で電気信
号に変え、ＡＤ変換器６にてデジタル変換し、データ処
理器８に信号を送る。その後、アンチストークス光λａ
ｓを受光器７で電気信号に変え、ＡＤ変換器７にてデジ
タル変換し、データ処理器８に信号を送る。
クス光λａｓは光分波器３によりそれぞれの波長に別個
に分けられる。そして、それぞれ受光器４、５で電気信
号に変え、更にＡＤ変換器６、７にてデジタル変換され
る。但し、ストークス光λｓとアンチストークス光λａ
ｓに関して、これらの変換を同時に行うことはしていな
い。つまり、まずストークス光λｓを受光器４で電気信
号に変え、ＡＤ変換器６にてデジタル変換し、データ処
理器８に信号を送る。その後、アンチストークス光λａ
ｓを受光器７で電気信号に変え、ＡＤ変換器７にてデジ
タル変換し、データ処理器８に信号を送る。
【０００９】データ処理器８では順次送られたＡＤ変換
器６、７からの変換信号を一時記憶する等の処理を行い
全てのデータが揃ってから、ストークス光λｓの散乱光
強度ｆｓとアンチストークス光λａｓの散乱光強度ｆａ
ｓの比Ｒを計算して温度に換算する。ここでアンチスト
ークス光λａｓとストークス光λｓはセンサ用光ファイ
バ１１の長手方向、すなわち位置の関数であるから、ス
トークス光λｓの散乱光強度ｆｓとアンチストークス光
λａｓの散乱光強度ｆａｓの比Ｒも位置の関数である。
器６、７からの変換信号を一時記憶する等の処理を行い
全てのデータが揃ってから、ストークス光λｓの散乱光
強度ｆｓとアンチストークス光λａｓの散乱光強度ｆａ
ｓの比Ｒを計算して温度に換算する。ここでアンチスト
ークス光λａｓとストークス光λｓはセンサ用光ファイ
バ１１の長手方向、すなわち位置の関数であるから、ス
トークス光λｓの散乱光強度ｆｓとアンチストークス光
λａｓの散乱光強度ｆａｓの比Ｒも位置の関数である。
【００１０】光源２からパルス光をセンサ用光ファイバ
１１に入射した時刻と、ストークス光λｓとアンチスト
ークス光λａｓが入射端に戻って来た時刻との時間差が
ｔ秒であった場合、センサ用光ファイバ１１で該当する
位置は前記パルスが進む速度をＣｆとするとＣｆ・ｔ／
２である。なお、パルス光、ストークス光λｓとアンチ
ストークス光λａｓのセンサ用光ファイバ１１内を進む
速度は同じである。
１１に入射した時刻と、ストークス光λｓとアンチスト
ークス光λａｓが入射端に戻って来た時刻との時間差が
ｔ秒であった場合、センサ用光ファイバ１１で該当する
位置は前記パルスが進む速度をＣｆとするとＣｆ・ｔ／
２である。なお、パルス光、ストークス光λｓとアンチ
ストークス光λａｓのセンサ用光ファイバ１１内を進む
速度は同じである。
【００１１】データ処理器８では、温度を計算すると同
時にセンサ用光ファイバ１１内で該当する位置を上記の
式に従って計算する。
時にセンサ用光ファイバ１１内で該当する位置を上記の
式に従って計算する。
【００１２】計算した結果は温度分布演算装置９で表示
用の計算を行い、表示装置１０で表示を行う。
用の計算を行い、表示装置１０で表示を行う。
【００１３】この光ファイバ式温度分布測定装置によ
り、例えばコンクリートの多数点の温度監視や電力ケー
ブル異常温度検知、更にビルディング内の火災発生位置
の特定等、各種の長手方向の温度分布を測定することが
できる。
り、例えばコンクリートの多数点の温度監視や電力ケー
ブル異常温度検知、更にビルディング内の火災発生位置
の特定等、各種の長手方向の温度分布を測定することが
できる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術において
は、入射パルスを発生する光源２の光強度が弱いため温
度と位置の測定精度が低いという問題があった。従来の
測定装置では温度の分解能は±１℃、位置の分解能は１
ｍである。更に、ストークス光とアンチストークス光の
デジタル変換を同時に行っていないため測定時間が長い
という問題があった。
は、入射パルスを発生する光源２の光強度が弱いため温
度と位置の測定精度が低いという問題があった。従来の
測定装置では温度の分解能は±１℃、位置の分解能は１
ｍである。更に、ストークス光とアンチストークス光の
デジタル変換を同時に行っていないため測定時間が長い
という問題があった。
【００１５】従って本発明は、前記した従来技術の問題
点を解決すべく創案されたものであり、温度と位置の測
定精度が高く且つ測定時間の短い光ファイバ式温度分布
測定装置を提供することにある。
点を解決すべく創案されたものであり、温度と位置の測
定精度が高く且つ測定時間の短い光ファイバ式温度分布
測定装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を実
現するために、光ファイバにパルス光を入射してラマン
散乱を起こし、該ラマン散乱光の内のストークス光とア
ンチストークス光の光強度の比から温度を測定し、且つ
前記パルス光を前記光ファイバに入射した時刻と前記ス
トークス光と前記アンチストークス光が入射端に戻る時
刻との時間差から測定位置を求める光ファイバ式温度分
布測定装置において、パルス光を発生する光源を複数台
設置したことを特徴とする光ファイバ式温度分布測定装
置を提供する。
現するために、光ファイバにパルス光を入射してラマン
散乱を起こし、該ラマン散乱光の内のストークス光とア
ンチストークス光の光強度の比から温度を測定し、且つ
前記パルス光を前記光ファイバに入射した時刻と前記ス
トークス光と前記アンチストークス光が入射端に戻る時
刻との時間差から測定位置を求める光ファイバ式温度分
布測定装置において、パルス光を発生する光源を複数台
設置したことを特徴とする光ファイバ式温度分布測定装
置を提供する。
【００１７】本発明は上記の目的を実現するために、ス
トークス光とアンチストークス光を別個の受光器で同時
に電気信号に変え、該電気信号を別個のＡＤ変換器で同
時にデジタル変換して成ることを特徴とする光ファイバ
式温度分布測定装置を提供する。
トークス光とアンチストークス光を別個の受光器で同時
に電気信号に変え、該電気信号を別個のＡＤ変換器で同
時にデジタル変換して成ることを特徴とする光ファイバ
式温度分布測定装置を提供する。
【００１８】
【発明の実施の形態】図１は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り、本装置
は、センサ装置１２、センサ用光ファイバ１１、温度分
布演算装置９、表示装置１０より構成されている。セン
サ装置１２は、トリガ１、光源２ａ、２ｂ、光分波器
３、受光器４、５、ＡＤ変換器６、７、データ処理器８
より構成されている。
分布測定装置の一実施例を示す構成図であり、本装置
は、センサ装置１２、センサ用光ファイバ１１、温度分
布演算装置９、表示装置１０より構成されている。セン
サ装置１２は、トリガ１、光源２ａ、２ｂ、光分波器
３、受光器４、５、ＡＤ変換器６、７、データ処理器８
より構成されている。
【００１９】光源２ａと光源２ｂの発振波長は共にλ０
であり、一台のトリガ１により同時にパルス光を発生さ
せている。これらのパルス光を光分波器３を通してセン
サ用光ファイバ１１に入射する。
であり、一台のトリガ１により同時にパルス光を発生さ
せている。これらのパルス光を光分波器３を通してセン
サ用光ファイバ１１に入射する。
【００２０】従来技術と異なる点は、このようにしてセ
ンサ用光ファイバ１１に入射するパルス光の光強度を十
分に強くしたことにある。その結果センサ用光ファイバ
１１からの後方散乱光、つまりストークス光λｓとアン
チストークス光λａｓの光強度を増すことができる。
ンサ用光ファイバ１１に入射するパルス光の光強度を十
分に強くしたことにある。その結果センサ用光ファイバ
１１からの後方散乱光、つまりストークス光λｓとアン
チストークス光λａｓの光強度を増すことができる。
【００２１】光強度が増したストークス光λｓとアンチ
ストークス光λａｓは光分波器３でそれぞれの波長に別
個に分けられる。そして、それぞれ受光器４、５で電気
信号に変換され、更にＡＤ変換器６、７にてデジタル変
換される。
ストークス光λａｓは光分波器３でそれぞれの波長に別
個に分けられる。そして、それぞれ受光器４、５で電気
信号に変換され、更にＡＤ変換器６、７にてデジタル変
換される。
【００２２】従来技術と異なるもう一つの点は、ストー
クス光λｓとアンチストークス光λａｓを受光器４、５
で同時に電気信号に変え、ＡＤ変換器６、７にて同時に
デジタル変換を行ない、データ処理器８に該デジタル変
換信号を送信する点である。
クス光λｓとアンチストークス光λａｓを受光器４、５
で同時に電気信号に変え、ＡＤ変換器６、７にて同時に
デジタル変換を行ない、データ処理器８に該デジタル変
換信号を送信する点である。
【００２３】データ処理器８では、ストークス光とアン
チストークス光に関して同時に送られたＡＤ変換器６、
７からのデジタル変換信号を同時に受信し、直ちに温度
を計算できるように必要なメモリや電気回路等を増設し
ている。つまり、直ちにストークス光λｓの散乱光強度
ｆｓとアンチストークス光λａｓの散乱光強度ｆａｓの
比Ｒ＝ｆａ／ｆａｓを計算して温度に換算できるように
してある。
チストークス光に関して同時に送られたＡＤ変換器６、
７からのデジタル変換信号を同時に受信し、直ちに温度
を計算できるように必要なメモリや電気回路等を増設し
ている。つまり、直ちにストークス光λｓの散乱光強度
ｆｓとアンチストークス光λａｓの散乱光強度ｆａｓの
比Ｒ＝ｆａ／ｆａｓを計算して温度に換算できるように
してある。
【００２４】ここでセンサ用光ファイバ１１への入射パ
ルス光の光強度が増したことで、ストークス光λｓとア
ンチストークス光λａｓの光強度も増し、その結果それ
らの比を用いて計算される温度の精度が向上する。
ルス光の光強度が増したことで、ストークス光λｓとア
ンチストークス光λａｓの光強度も増し、その結果それ
らの比を用いて計算される温度の精度が向上する。
【００２５】本実施例では、光源２ａと光源２ｂで発生
した光パルスは共に、半値幅６ｎｓ、ピーク出力１０Ｗ
であり、これを２台合わせてセンサ用光ファイバ１１に
入力することで入射パルスの光強度は概ね２０Ｗとな
り、ストークス光λｓの散乱光強度ｆｓとアンチストー
クス光λａｓの散乱光強度ｆａｓも概ね２倍に向上し、
それらの比Ｒを用いて計測される温度の分解能は±０．
７℃と向上した。
した光パルスは共に、半値幅６ｎｓ、ピーク出力１０Ｗ
であり、これを２台合わせてセンサ用光ファイバ１１に
入力することで入射パルスの光強度は概ね２０Ｗとな
り、ストークス光λｓの散乱光強度ｆｓとアンチストー
クス光λａｓの散乱光強度ｆａｓも概ね２倍に向上し、
それらの比Ｒを用いて計測される温度の分解能は±０．
７℃と向上した。
【００２６】光源２ａ、２ｂからパルス光をセンサ用光
ファイバ１１に入射してからストークス光λｓとアンチ
ストークス光λａｓがその入射端に戻って来た時間がｔ
秒であった場合、センサ用光ファイバ１１で該当する位
置はパルスが進む速度をＣｆとするとＣｆ・ｔ／２であ
る。なお、パルス光、ストークス光λｓとアンチストー
クス光λａｓのセンサ用光ファイバ１１を進む速度は同
じである。これらの原理は従来技術と同じであるが、ア
ンチストークス光λａｓとストークス光λｓの光強度が
増したことで雑音レベルとのＳＮ比が向上し、位置の分
解能も０．７ｍに向上した。
ファイバ１１に入射してからストークス光λｓとアンチ
ストークス光λａｓがその入射端に戻って来た時間がｔ
秒であった場合、センサ用光ファイバ１１で該当する位
置はパルスが進む速度をＣｆとするとＣｆ・ｔ／２であ
る。なお、パルス光、ストークス光λｓとアンチストー
クス光λａｓのセンサ用光ファイバ１１を進む速度は同
じである。これらの原理は従来技術と同じであるが、ア
ンチストークス光λａｓとストークス光λｓの光強度が
増したことで雑音レベルとのＳＮ比が向上し、位置の分
解能も０．７ｍに向上した。
【００２７】また、測定時間はセンサ用光ファイバ１１
の長手方向で測定する点数、つまりサンプリング間隔に
もよるが、本実施例では、２kmのセンサ用光ファイバで
サンプリング間隔を１ｍとした場合、従来の測定時間９
０秒を２０秒に短縮することができた。このことは、仮
に同じ測定時間が許される場合、温度に関して測定精度
を更に向上することが可能であることを意味する。
の長手方向で測定する点数、つまりサンプリング間隔に
もよるが、本実施例では、２kmのセンサ用光ファイバで
サンプリング間隔を１ｍとした場合、従来の測定時間９
０秒を２０秒に短縮することができた。このことは、仮
に同じ測定時間が許される場合、温度に関して測定精度
を更に向上することが可能であることを意味する。
【００２８】このような新しい光ファイバ式温度分布測
定装置を用いれば、電力ケーブルの温度分布等、瞬間的
・部分的な温度上昇を測定することが可能となる。
定装置を用いれば、電力ケーブルの温度分布等、瞬間的
・部分的な温度上昇を測定することが可能となる。
【００２９】
【発明の効果】本発明では、ラマン散乱を生じさせるパ
ルス光の光源を複数台としてパルス光強度を増し、スト
ークス光とアンチストークス光を同時に電気信号に変
え、同時にデジタル変換を行うことにより、温度と位置
の測定精度が高く且つ測定時間が短縮された光ファイバ
式温度分布測定装置を提供することができる。
ルス光の光源を複数台としてパルス光強度を増し、スト
ークス光とアンチストークス光を同時に電気信号に変
え、同時にデジタル変換を行うことにより、温度と位置
の測定精度が高く且つ測定時間が短縮された光ファイバ
式温度分布測定装置を提供することができる。
【図１】本発明の一実施例に係わり、光ファイバ式温度
分布測定装置の構成図である。
分布測定装置の構成図である。
【図２】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。
１ トリガ ２、２ａ、２ｂ 光源 ３ 光分波器 ４、５ 受光器 ６、７ ＡＤ変換器 ８ データ処理器 ９ 温度分布演算装置 １０ 表示装置
Claims (2)
- 【請求項１】光ファイバにパルス光を入射してラマン散
乱を起こし、該ラマン散乱光の内のストークス光とアン
チストークス光の光強度の比から温度を測定し、且つ前
記パルス光を前記光ファイバに入射した時刻と前記スト
ークス光と前記アンチストークス光が入射端に戻る時刻
との時間差から測定位置を求める光ファイバ式温度分布
測定装置において、パルス光を発生する光源を複数台設
置した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】ストークス光とアンチストークス光を別個
の受光器で同時に電気信号に変え、該電気信号を別個の
ＡＤ変換器で同時にデジタル変換して成ることを特徴と
する請求項１記載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 |
|---|---|---|---|
| JP9200007A JPH1144584A (ja) | 1997-07-25 | 1997-07-25 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP9200007A JPH1144584A (ja) | 1997-07-25 | 1997-07-25 | 光ファイバ式温度分布測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1144584A true JPH1144584A (ja) | 1999-02-16 |
Family
ID=16417250
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9200007A Pending JPH1144584A (ja) | 1997-07-25 | 1997-07-25 | 光ファイバ式温度分布測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1144584A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160120234A (ko) * | 2015-04-07 | 2016-10-17 | 리오스 테크놀러지 게엠베하 | 해저 케이블의 모니터링 방법 및 장치 |
| JP2019145741A (ja) * | 2018-02-23 | 2019-08-29 | 日本特殊陶業株式会社 | 半導体製造装置用部品、半導体製造装置用部品の温度分布測定方法、および、半導体製造装置用部品の温度分布測定装置 |
| CN116007782A (zh) * | 2023-01-07 | 2023-04-25 | 上海交通大学 | 一种分布式光纤温度传感器 |
| WO2024135101A1 (ja) * | 2022-12-20 | 2024-06-27 | 横河電機株式会社 | 診断方法、診断プログラム、及び診断装置 |
-
1997
- 1997-07-25 JP JP9200007A patent/JPH1144584A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160120234A (ko) * | 2015-04-07 | 2016-10-17 | 리오스 테크놀러지 게엠베하 | 해저 케이블의 모니터링 방법 및 장치 |
| JP2016201989A (ja) * | 2015-04-07 | 2016-12-01 | リオス テクノロジー ゲーエムベーハーＬＩＯＳ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＧｍｂＨ | 海底ケーブルを監視するための方法および装置 |
| JP2019145741A (ja) * | 2018-02-23 | 2019-08-29 | 日本特殊陶業株式会社 | 半導体製造装置用部品、半導体製造装置用部品の温度分布測定方法、および、半導体製造装置用部品の温度分布測定装置 |
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| CN116007782A (zh) * | 2023-01-07 | 2023-04-25 | 上海交通大学 | 一种分布式光纤温度传感器 |
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