JPH1164044A - 物理量分布測定システム - Google Patents

物理量分布測定システム

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JPH1164044A
JPH1164044A JP9226528A JP22652897A JPH1164044A JP H1164044 A JPH1164044 A JP H1164044A JP 9226528 A JP9226528 A JP 9226528A JP 22652897 A JP22652897 A JP 22652897A JP H1164044 A JPH1164044 A JP H1164044A
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JP
Japan
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physical quantity
optical fibers
light
quantity distribution
sensor
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JP9226528A
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English (en)
Inventor
Satoru Yamamoto
哲 山本
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Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】測定対象の物理量が中心に対して非対称な分布
を成している場合でも、低コストで容易に、また物理量
の時間変化の影響を受けずに、測定対象の長手方向の物
理量分布を測定することのできる物理量分布測定システ
ムを提供する。 【解決手段】複数本のセンサ用光ファイバ41,42,
43,44を電力ケーブル5の長手方向に沿わせ、セン
サ用光ファイバ41,42,43,44を同一の測定用
光源1に接続し、物理量分布情報を含む同種の光信号を
同一の受光処理回路6S及び6Aで処理する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、物理量分布を測定
するシステム、特に光ファイバをセンサとして用いる物
理量分布測定システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】光ファイバをセンサとして用い、物理量
分布を測定するものとして、(1) ラマン散乱光を用いて
温度分布を測定するもの(特公平3−64812号)、
(2) ブリルアン散乱光を用いて温度分布を測定するもの
(OPTICS LETTERS、Vol.18、No. 7、p552、19
93)、(3) ブリルアン散乱光を用いて歪み分布を測定
するもの(電子情報通信学会論文誌B−I、Vol.J73
−B−I No.2 p144、1990)等が知られてい
る。これらは特に、電力ケーブルやパイプラインなどの
長尺物の物理量分布測定用として広く用いられている。
【0003】図4は従来の電力ケーブル温度分布測定シ
ステムの構成図であり、図5は電力ケーブル5内にセン
サ用光ファイバ4を所定のピッチLで撚り込んで複合さ
せた状態を示す説明図、図6はセンサ用光ファイバ4を
電力ケーブル5の表面に密着させて沿わせた状態を示す
説明図であり、ともに(a)は断面図、(b)は側面図
である。
【0004】波長λ0のパルス発振用光源1から出射し
たパルス光は、光分波器3を介してセンサ用光ファイバ
4に入射する。パルス光によりセンサ用光ファイバ内の
各所で発生したラマン散乱光のうち、パルス光入射側に
進行する後方散乱光は光分波器3でストークス光(波長
λs)、及びアンチ・ストークス光(波長λa)に分波
される。分波された光はそれぞれ受光処理回路6にて電
気信号に変換された後、一定時間間隔でサンプリング及
びA/D変換されて、パルス光をセンサ用光ファイバ4
に入射した時刻を基準とした信号vs(n) 、va(n) :n =
1,2,・・・を得る。ただし、vs(n) はストークス
光、va(n) はアンチ・ストークス光に関する信号であ
る。
【0005】センサ用光ファイバ4内で発生するラマン
散乱光は微弱なため、vs(n) 、va(n) :n =1,2,・
・・のS/N比は非常に悪い。そのため通常は、数万回
から数十万回これらの処理を繰り返し、それらを平均化
して得られる信号Vs(n)、Va(n):n =1,2,・・・
を用いる。
【0006】一定時間間隔でサンプリングし、平均化し
た信号列Vs(n)、Va(n):n =1,2,・・・は、パル
ス光がセンサ用光ファイバ4内を伝搬する速度が分かっ
ているため、パルス光入射端から一定のサンプリング距
離毎のストークス光とアンチ・ストークス光の強度分布
列と考えることができる。すなわち、パルス光をセンサ
用光ファイバ4に入射してから、ストークス光あるいは
アンチ・ストークス光が得られるまでの時間差をtとす
ると、今考慮している信号光はセンサ用光ファイバ内の
入射端からvt/2の部分である。ただし、vはパルス
光のセンサ用光ファイバ4内の速度である。この時間差
は温度分布演算回路7とパルス発振用光源1がケーブル
8で接続されているため制御や計測が可能である。
【0007】一方、ストークス光とアンチ・ストークス
光の強度比は温度の関数であることから、温度分布演算
回路7でVs(n):n =1,2,・・・とVa(n):n =
1,2,・・・の比を求めることにより、光ファイバに
沿った温度分布を求めることができる。このようにする
ことにより、電力ケーブルやパイプラインに沿った温度
分布を測定することができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このようにし
て測定できるのは、センサ用光ファイバ4の温度分布で
あり、測定対象の電力ケーブル5やパイプラインの温度
分布はセンサ用光ファイバ4の温度と等しいとして求め
るか、あるいは、一定の熱抵抗で接続されていると仮定
してセンサ用光ファイバ4の測定温度から計算して求め
ていた。このような評価方法では、電カケーブルやパイ
プライン等の物理量測定対象の温度が中心に対して非対
称な分布を成している場合、以下のような問題があっ
た。
【0009】すなわち、温度の非対称性が生じる原因と
しては、測定対象物の周囲環境(例えば、接しているも
のが異なったり、日射の影響等)の非対称性や周囲媒質
内での対流等が考えられるが、非対称性がどのようにな
っているかを把握することが難しいため、センサ用光フ
ァイバの最適な位置への配置が難しかった。
【0010】また仮に、最適な位置が分かっても、電力
ケーブルにセンサ用光ファイバを複合する場合、センサ
用光ファイバが電力ケーブルの中心に対して任意の位置
にくるように設置することは難しい。図5のように所定
のピッチで撚って複合させた場合は、撚ってあるために
長手方向で電力ケーブルの中心に対してのセンサ用光フ
ァイバの位置関係が異なり、最適な位置に配置すること
ができなかった。歪み分布を測定する場合も同様であ
り、センサ用光ファイバの敷設されている部分の歪み分
布は測定することができたが、非対称性まで考慮した測
定は困難であった。
【0011】また、従来、複数本のセンサ用光ファイバ
を複合して用いる(光ファイバの本数と同数の測定装置
を用いて光ファイバと測定装置を1対1に対応させて温
度を測定する、あるいは、1台の測定装置で複数本の光
ファイバを1本づつ順番に温度を測定する)ことも提案
されていた。
【0012】しかしながら、前者は、センサ用光ファイ
バと同数の測定装置を用いることから、コストが高くな
り、また複数の測定装置の特性を調整するのに手間がか
かるという問題があり、後者は、複数本の光ファイバを
異なる時間に測定するため、時間変化のある現象を上手
く測定できないという問題があった。
【0013】従って、本発明の目的は、前記した従来技
術の問題点を解消し、測定対象の物理量が中心に対して
非対称な分布を成している場合でも、低コストで容易
に、また物理量の時間変化の影響を受けずに測定対象の
長手方向の物理量分布を正しく測定することのできる物
理量分布測定システムを提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1記載の物理量分布測定システムは、複数本
のセンサ用光ファイバを測定対象の長手方向に沿わせ、
該複数本のセンサ用光ファイバを同一の測定用光源に接
続して物理量分布を測定することを特徴とする。
【0015】請求項2記載の物理量分布測定システム
は、複数本のセンサ用光ファイバ内の物理量分布情報を
含む同種の光信号を、同一の光/電気変換素子で同時に
電気信号に変換して物理量分布を求めることを特徴とす
る。
【0016】請求項3記載の物理量分布測定システム
は、複数本のセンサ用光ファイバ内の物理量分布情報を
含む同種の光信号を、複数の光/電気変換素子で同時に
電気信号に変換し、その後加算処理して物理量分布を求
めることを特徴とする。
【0017】請求項4記載の物理量分布測定システム
は、複数本のセンサ用光ファイバを、測定対象横断面の
中心に対して異なる位置になるように測定対象に沿わせ
ることを特徴とする。
【0018】請求項5記載の物理量分布測定システム
は、複数本のセンサ用光ファイバを、測定対象横断面の
中心に対して概略軸対称となるように測定対象に沿わせ
ることを特徴とする。
【0019】
【発明の実施の形態】図1に本発明の物理量分布測定シ
ステムの一実施例を示す。本実施例は、電力ケーブル5
の長手方向の温度分布をラマン散乱光を利用して測定す
るものである。
【0020】電力ケーブル5には、4本のセンサ用光フ
ァイバ41,42,43,44がそれぞれピッチLで外
周付近に複合されている。このセンサ用光ファイバは、
電力ケーブル5の横断面の中心に対して概略軸対称とな
るように沿わせても良いが、物理量が中心に対して非対
称な分布をしている場合には、中心に対して異なる位置
になるように沿わせる。
【0021】波長λ0のパルス発振用光源1は、光ファ
イバ9を介して光分岐器2に接続され、4分岐された
後、それぞれ光ファイバ91,92,93,94を介し
て光分波器31,32,33,34に接続されており、
光源1からの波長λ0の測定用パルス光は、それぞれセ
ンサ用光ファイバ41,42,43,44に入射され
る。
【0022】センサ用光ファイバ41,42,43,4
4内で発生したラマン散乱光のストークス光及びアンチ
・ストークス光は、それぞれ光分波器31,32,3
3,34で分波されて、ストークス光は光ファイバ93
1,932,933,934に導かれ、アンチ・ストー
クス光は光ファイバ941,942,943,944に
導かれる。ストークス光が導かれた光ファイバ931,
932,933,934は、ストークス光受光処理回路
6Sに接続され、アンチ・ストークス光が導かれた光フ
ァイバ941,942,943,944は、アンチ・ス
トークス光受光処理回路6Aに接続されている。
【0023】この受光処理回路の構成例について、図2
及び図3に示す。
【0024】図2は、ストークス光の受光処理回路6S
の受光素子として1個のAPD(アバランシェ・フォト
・ダイオード)を用いた場合について示したものであ
り、4本のセンサ用光ファイバ931,932,93
3,934からの出射光S1,S2,S3,S4を、全
て1個のAPD61で同時に電気信号に変換するように
したものである。APD61の出力電流は、電流−電圧
変換回路62で電圧信号に変換された後、一定時間間隔
でのサンプリング、A/D変換、及び平均化処理を行う
信号処理回路63に入力される。よって、信号処理回路
63の出力信号は、4本のセンサ用光ファイバから出射
されるストークス光信号の和となる。
【0025】図3は、4本の光ファイバ931,93
2,933,934からの出射光S1,S2,S3,S
4を、それぞれ別々のAPD611,612,613,
614で電気信号に変換する場合について示したもので
ある。これらAPD611,612,613,614の
出力電流は、それぞれ別々の電流−電圧変換回路62
1,622,623,624にて同時に電圧信号に変換
された後、加算回路64で加算され、信号処理回路63
に入力される。よって、信号処理回路63の出力信号
は、4本のセンサ用光ファイバから出射されるストーク
ス光信号の和となる。このように、受光処理回路は、4
本のセンサ用光ファイバから出射される各信号の和が自
動的に取れるような構成になっている。
【0026】従って、4本のセンサ用光ファイバに同時
に測定用パルス光が入射し、それぞれのセンサ用光ファ
イバで発生したストークス光を同じ処理回路にて同一の
タイミングで処理を行うので、4本のセンサ用光ファイ
バの平均的なストークス光の分布を求めることができ
る。
【0027】図2及び図3においては、ストークス光の
受光処理回路6Sの構成について説明したが、アンチ・
ストークス光の受光処理回路6Aの構成も同様であるこ
とから、4本のセンサ用光ファイバの平均的なアンチ・
ストークス光の分布を求めることができる。また、同様
に、ストークス光とアンチ・ストークス光の比を取って
求める温度分布についても、4本のセンサ用光ファイバ
の平均的な温度分布を求めることができる。
【0028】なお、本実施例ではラマン散乱光を利用し
た測定について説明したが、ブリルアン散乱光を用いた
温度分布測定や歪み分布測定についても、光源と受光処
理回路を上記実施例と同様の構成で用いれば、本発明の
効果を達成することができる。
【0029】以上説明したように、本発明によれば、測
定対象の物理量が中心に対して非対称な分布を成してい
る場合でも、中心に対して平均的な値を測定でき、非対
称性の影響をほとんど受けずに測定対象の長手方向の物
理量分布を測定することができる。
【0030】また、複数本の光ファイバを測定対象の中
心に対して異なる位置に配置しておけば、中心に対して
平均的な値を測定でき、非対称な分布を成している場合
でもより精度良く物理量分布を測定することができる。
【0031】さらに、複数のセンサ用光ファイバを同時
に測定するため、時間的な変動にも影響されずに物理量
分布測定を行うことができる。
【0032】さらにまた、センサ用光ファイバの本数分
の光源や処理回路を必要としないため、低コストで容易
に物理量分布測定を行うことができる。
【0033】
【発明の効果】本発明は下記の如き優れた効果を発揮す
る。
【0034】(1)物理量測定対象の中心に対して非対
称な物理量分布があっても、低コストで容易に、長手方
向の物理量分布測定を行うことができる。
【0035】(2)複数のセンサ用光ファイバを同時に
測定するため、時間的な変動にも影響されずに物理量分
布測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の物理量分布測定システムのー実施例を
示す構成図である。
【図2】本発明に係わり、受光処理回路の一例を示す構
成図である。
【図3】本発明に係わり、受光処理回路の他の例を示す
構成図である。
【図4】従来の温度分布測定システムの構成図である。
【図5】従来のセンサ用光ファイバの一設置例を示し、
(a)は断面図、(b)は側面図である。
【図6】従来のセンサ用光ファイバの他の設置例を示
し、(a)は断面図、(b)は側面図である。
【符号の説明】
1 パルス発振用光源 2 光分岐器 3 光分波器 4,41,42,43,44 センサ用光ファイバ 5 電力ケーブル 6 受光処理回路 6S ストークス光受光処理回路 6A アンチ・ストークス光受光処理回路 9 光ファイバ 61 APD 62,621,622,623,624 電流−電圧変
換回路 63 信号処理回路 λ0 パルス光の波長 λs ストークス光の波長 λa アンチ・ストークス光の波長

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数本のセンサ用光ファイバを測定対象の
    長手方向に沿わせ、該複数本のセンサ用光ファイバを同
    一の測定用光源に接続して物理量分布を測定することを
    特徴とする物理量分布測定システム。
  2. 【請求項2】複数本のセンサ用光ファイバ内の物理量分
    布情報を含む同種の光信号を、同一の光/電気変換素子
    で同時に電気信号に変換して物理量分布を求めることを
    特徴とする請求項1記載の物理量分布測定システム。
  3. 【請求項3】複数本のセンサ用光ファイバ内の物理量分
    布情報を含む同種の光信号を、複数の光/電気変換素子
    で同時に電気信号に変換し、その後加算処理して物理量
    分布を求めることを特徴とする請求項1記載の物理量分
    布測定システム。
  4. 【請求項4】複数本のセンサ用光ファイバを、測定対象
    横断面の中心に対して異なる位置になるように測定対象
    に沿わせることを特徴とする請求項1から3記載の物理
    量分布測定システム。
  5. 【請求項5】複数本のセンサ用光ファイバを、測定対象
    横断面の中心に対して概略軸対称となるように測定対象
    に沿わせることを特徴とする請求項1から3記載の物理
    量分布測定システム。
JP9226528A 1997-08-22 1997-08-22 物理量分布測定システム Pending JPH1164044A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006292566A (ja) * 2005-04-12 2006-10-26 Central Res Inst Of Electric Power Ind 気温分布測定方法および気温分布測定システム
WO2019012616A1 (ja) * 2017-07-12 2019-01-17 富士通株式会社 温度測定装置、温度測定方法および温度測定プログラム

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WO2019012616A1 (ja) * 2017-07-12 2019-01-17 富士通株式会社 温度測定装置、温度測定方法および温度測定プログラム
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