JP4910867B2 - Optical fiber temperature sensor device - Google Patents
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Description
本発明は、光ファイバから散乱するラマン散乱光を検出して温度を測定する光ファイバ式温度センサ装置に係り、特に、検出したラマン散乱光から得られる情報を、光源の出力の制御や装置自体の異常検知に用いた光ファイバ式温度センサ装置に関する。 The present invention relates to an optical fiber temperature sensor device that detects Raman scattered light scattered from an optical fiber and measures temperature, and in particular, information obtained from detected Raman scattered light is used to control the output of a light source and the device itself. The present invention relates to an optical fiber type temperature sensor device used for detecting an abnormality of the optical fiber.
図3に示すように、従来の光ファイバ式温度センサ装置31では、センサ本体32の信号処理制御回路33によりパルス信号を発生し、このパルス信号をLD(半導体レーザ)モジュール34でパルス光信号(入力波長λ0)に変換し、そのパルス光信号が装置内光ファイバ35aを介して光フィルタ部36に入射し、基準温度光ファイバ37を通って測定用光ファイバ35b内を伝送する。すると、測定用光ファイバ35bの各点から後方散乱光が生じる。
As shown in FIG. 3, in the conventional optical fiber temperature sensor device 31, a pulse signal is generated by the signal
後方散乱光は、発信波長λ0のレイリー散乱光と、ラマン散乱光の2成分である波長λStのストークス光(St光)と、波長λAsのアンチストークス光(As光)とからなる(図4参照)。 The backscattered light includes Rayleigh scattered light having a transmission wavelength λ0, Stokes light (St light) having a wavelength λSt, which is two components of Raman scattered light, and anti-Stokes light (As light) having a wavelength λAs (see FIG. 4). ).
そして、光フィルタ部36によって後方散乱光からSt光とAs光を分離し、これら光を受光器38でそれぞれ受光して電気信号に変換し、信号処理制御回路33に入力する。
信号処理制御回路33は、この電気信号を処理し、St光とAs光の強度比を求め、この強度比から測定箇所の温度を求める。求めた温度は、信号処理制御回路33からパソコン39にデータとして伝送され、パソコン39に表示される。
Then, the St filter light and the As light are separated from the backscattered light by the optical filter unit 36, and these lights are respectively received by the
The signal
この光ファイバ式温度センサ装置31では、ファイバ収納箱40に基準温度光ファイバ37を収容し、その基準温度光ファイバ37に温度センサ41を設けている。温度センサ41は信号処理制御回路33に接続される。
In this optical fiber type temperature sensor device 31, a reference temperature
St光とAs光の強度比は温度に依存するため、この強度比を光ファイバ式温度センサ装置31で測定すれば、測定用光ファイバ35b周囲の温度分布を測定できる。 Since the intensity ratio between the St light and the As light depends on the temperature, the temperature distribution around the measurement optical fiber 35b can be measured by measuring the intensity ratio with the optical fiber type temperature sensor device 31.
ところで、例えばLDモジュール34が備えるLDは、周囲温度によって出力が変動するため、測定中はLDのパワーを一定にするのが望ましい。
By the way, for example, since the output of the LD provided in the
LDパワーを一定にする方法としては、
(i)LDモジュール34が、LDの出射方向とは反対側に出射される光を検出するモニタPD(フォトダイオード)を備えている場合は、このモニタPDの出力を基に、信号処理制御回路33がLDのパワーを一定に制御する方法
(ii)LDモジュール34に温度調整機能を有するペルチェ素子を設けてLDの温度を一定に制御することにより、LDのパワーを一定に制御する方法
などがあり、光ファイバ式温度センサ31に適用できる。
As a method of making the LD power constant,
(I) When the
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。 The prior art document information related to the invention of this application includes the following.
しかしながら、従来の光ファイバ式温度センサ装置31に上記(i)、(ii)を適用する場合、(i)の場合はLDモジュール34にモニタPDが必要になる、(ii)の場合はペルチェ素子が必要になるということで、いずれの方法も光ファイバ式温度センサ装置31全体のコストが高くなるという問題がある。
However, when the above (i) and (ii) are applied to the conventional optical fiber temperature sensor device 31, a monitor PD is required for the
また、LDモジュール34がモニタPD、ペルチェ素子を備えることにより、光ファイバ式温度センサ装置31全体の構成が複雑になるという問題もある。
Further, since the
さらに、信号処理制御回路33は、St光とAs光の信号、モニタPDあるいはペルチェ素子からの信号を処理するため、信号処理制御回路33も構成が複雑になるという問題がある。
Furthermore, since the signal
LDの異常検知をする場合もモニタPDが必要であり、上記と同様の問題が生じる。 A monitor PD is also required when detecting an abnormality of the LD, and the same problem as described above occurs.
そこで、本発明の目的は、ほぼ従来の装置構成で実現でき、安価で構成が簡単な光ファイバ式温度センサ装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an optical fiber temperature sensor device that can be realized almost by a conventional device configuration, is inexpensive, and has a simple configuration.
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項1の発明は、センサ本体内から温度の測定箇所まで光ファイバを設け、その光ファイバに光源から光を入射し、上記光ファイバから散乱するストークス光とアンチストークス光を検出して上記測定箇所の温度を測定する光ファイバ式温度センサ装置において、上記光源と上記光ファイバ間に設けられる温度が既知の基準温度光ファイバと、その基準温度光ファイバから散乱するストークス光強度とアンチストークス光強度をモニタし、上記光源の出力を制御する制御手段とを備え、上記制御手段は、予め任意の2つの温度における上記基準温度光ファイバから散乱されるストークス光強度とアンチストークス光強度の基準演算値を求め、この基準演算値と温度の関係を示す近似式を求め、これを記憶装置に格納しておき、その後、別の温度における上記基準温度光ファイバから散乱するストークス光強度とアンチストークス光強度の演算値を求めると共に、上記別の温度における上記近似式による演算値を求め、上記演算値と、格納した上記近似式による演算値とが等しくなるように、上記光源に印加するバイアス電流を制御する光ファイバ式温度センサ装置である。
The present invention has been devised to achieve the above object, and the invention of
請求項2の発明は、センサ本体内から温度の測定箇所まで光ファイバを設け、その光ファイバに光源から光を入射し、上記光ファイバから散乱するストークス光とアンチストークス光を検出して上記測定箇所の温度を測定する光ファイバ式温度センサ装置において、上記光源と上記光ファイバ間に設けられる温度が既知の基準温度光ファイバと、その基準温度光ファイバから散乱するストークス光強度とアンチストークス光強度をモニタし、上記光源の出力を制御する制御手段とを備え、上記制御手段は、予め多数の温度における上記基準温度光ファイバから散乱されるストークス光強度とアンチストークス光強度の基準演算値を求め、これを記憶装置に格納しておき、格納した基準演算値と、上記基準温度光ファイバから散乱するストークス光強度とアンチストークス光強度の演算値とが等しくなるように、上記光源に印加するバイアス電流を制御する光ファイバ式温度センサ装置である。 According to the second aspect of the present invention, an optical fiber is provided from the sensor body to a temperature measurement location, light is incident on the optical fiber from the light source, and the Stokes light and the anti-Stokes light scattered from the optical fiber are detected to perform the measurement. In a fiber optic temperature sensor device for measuring the temperature of a location, a reference temperature optical fiber having a known temperature provided between the light source and the optical fiber, and Stokes light intensity and anti-Stokes light intensity scattered from the reference temperature optical fiber Control means for controlling the output of the light source, and the control means obtains reference calculation values of Stokes light intensity and anti-Stokes light intensity scattered from the reference temperature optical fiber at a number of temperatures in advance. This is stored in a storage device, and the stored reference calculation value and the Stokes scattered from the reference temperature optical fiber are stored. As is the calculated value of the light intensity and anti-Stokes light intensity equal, an optical fiber temperature sensor device for controlling the bias current applied to the light source.
請求項3の発明は、上記制御手段は、上記基準温度光ファイバまたは上記光ファイバから散乱されるストークス光強度とアンチストークス光強度をモニタし、モニタしたストークス光強度とアンチストークス光強度に基づいて、または、上記基準温度光ファイバまたは上記光ファイバから反射される反射光強度をモニタし、モニタした反射光強度に基づいて、上記装置の異常を検知する請求項1または2記載の光ファイバ式温度センサ装置である。
In the invention of
請求項4の発明は、上記制御手段は、上記基準温度光ファイバから散乱されるストークス光強度とアンチストークス光強度をモニタし、モニタしたストークス光強度とアンチストークス光強度に基づいて、上記光源の異常を検知する請求項1または2記載の光ファイバ式温度センサ装置である。 In the invention of claim 4, the control means monitors the Stokes light intensity and the anti-Stokes light intensity scattered from the reference temperature optical fiber, and based on the monitored Stokes light intensity and the anti-Stokes light intensity, The optical fiber temperature sensor device according to claim 1 or 2, which detects an abnormality.
本発明によれば、ほぼ従来の装置構成で実現でき、安価で構成が簡単になるという優れた効果を発揮する。 According to the present invention, it is possible to realize almost the conventional apparatus configuration, and the excellent effect is obtained that the configuration is simple and inexpensive.
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面にしたがって説明する。 Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の好適な実施形態を示す光ファイバ式温度センサ装置の構成図である。 FIG. 1 is a configuration diagram of an optical fiber type temperature sensor device showing a preferred embodiment of the present invention.
図1に示すように、本実施形態に係るAPC(Automatic Power Control)制御機能及び/又は異常検知機能を有する光ファイバ式温度センサ装置1は、センサ本体2と、温度測定用の測定用光ファイバ3bと、後述するセンサ本体2内の制御手段を制御し、測定箇所の温度を表示する外部演算処理手段としての表示・制御用パソコン4とで構成される。
As shown in FIG. 1, an optical fiber
センサ本体2は、波長λ0のパルス光信号を出射する光源としてのLDモジュール5と、パルス光信号を透過し、他方、後方散乱光から波長λStのSt光と波長λAsのAs光を分離する光フィルタ部6と、St光とAs光をそれぞれ受光して電気信号に変換する受光器7と、制御手段としての信号処理制御回路8とで主に構成される。
The
LDモジュール5は、LD9と、そのLD9を駆動するドライバ10とからなる。光フィルタ部6としては、例えば、St光のみを透過するフィルタと、As光のみを透過するフィルタとを所定角度ずつ傾けて対向配置したものを用いる。受光器7は、APD(アバランシェフォトダイオード)11と、APD11の出力を増幅するプリアンプ12とからなる。また、各受光器7と信号処理制御回路8間にはAD(アナログ・ディジタル)変換器13がそれぞれ接続される。
The
さて、光ファイバ式温度センサ装置1では、LDモジュール5と光フィルタ部6を装置内光ファイバ3aで接続し、光フィルタ部6と測定用光ファイバ3b間に、測定用光ファイバ3bとは別の光ファイバを接続し、この光ファイバを温度が既知の基準温度光ファイバ14とした。もちろん、測定用光ファイバ3bの余長部を基準温度光ファイバ14としてもよい。
In the optical fiber
信号処理制御回路8は、基準温度光ファイバ14から散乱するSt光強度とAs光強度をモニタし、これらSt光強度とAs光強度を基に、LDの出力を制御すると共に、光ファイバ式温度センサ装置1自体の異常を検知する機能を有する。なお、信号処理制御回路は、LDの出力を制御する機能のみ、または光ファイバ式温度センサ装置1自体の異常検知機能のみを有するものであってもよい。
The signal processing control circuit 8 monitors the St light intensity and the As light intensity scattered from the reference temperature optical fiber 14, controls the output of the LD based on the St light intensity and the As light intensity, and performs an optical fiber temperature. It has a function of detecting an abnormality in the
信号処理制御回路8は、より詳細には、例えば基準温度光ファイバ14から散乱するSt光強度とAs光強度の演算(例えば、加減乗除である四則演算)値を求め、この演算値を用いて、LD9に印加するバイアス電流を制御する。これにより、信号処理制御回路8は、光ファイバ式温度センサ装置1内に温度変化があったとしてもLD9の出力を一定に制御する。
More specifically, the signal processing control circuit 8 obtains, for example, values of St light intensity and As light intensity scattered from the reference temperature optical fiber 14 (for example, four arithmetic operations that are addition / subtraction / multiplication / division) and uses the calculated values. The bias current applied to the LD 9 is controlled. Thereby, the signal processing control circuit 8 controls the output of the LD 9 to be constant even if there is a temperature change in the optical fiber
信号処理制御回路8は、例えば、記憶装置としてのMCU(Micro Controller Unit)と、演算処理装置としてのFPGA(Field Programmable Gate Array)とで構成される。温度測定に関する諸データ(後述する加減乗除の四則演算値など)は、例えば、MCUに記憶させるとよい。 The signal processing control circuit 8 includes, for example, an MCU (Micro Controller Unit) as a storage device and an FPGA (Field Programmable Gate Array) as an arithmetic processing device. Various data relating to temperature measurement (such as four arithmetic operation values for addition, subtraction, multiplication and division described later) may be stored in the MCU, for example.
この信号処理制御回路8は、温度測定に関して、図3の従来の光ファイバ式温度センサ装置31の信号処理制御回路33とほぼ同じ機能も有する。信号処理制御回路8の詳しい動作は後述する。
The signal processing control circuit 8 has substantially the same function as the signal
また、基準温度光ファイバ14はファイバ収納箱15に収納される。センサ本体2は、基準温度光ファイバ14の温度を検出する温度検出手段16を備える。温度検出手段16は、信号処理制御回路8に接続される。温度検出手段16としては、熱電対や温度測定ICを用いるとよい。
The reference temperature optical fiber 14 is stored in a
次に、光ファイバ式温度センサ装置1の動作を説明する。
(APC制御)
信号処理制御回路8によりパルス信号を発生し、このパルス信号をLDモジュール5でパルス光信号(出力波長λ0)に変換し、そのパルス光信号が光フィルタ部6を通って基準温度光ファイバ14に入射する。すると、基準温度光ファイバ14から後方散乱光が生じる。
Next, the operation of the optical fiber
(APC control)
A pulse signal is generated by the signal processing control circuit 8, and this pulse signal is converted into a pulse optical signal (output wavelength λ 0) by the
光フィルタ部6によって後方散乱光から波長λsのSt光と波長λAsのAs光を分離し、これら光を受光器7でそれぞれ受光して電気信号に変換し、信号処理制御回路8に入力する。 The light filter unit 6 separates the St light having the wavelength λs and the As light having the wavelength λAs from the backscattered light, and each of these lights is received by the light receiver 7 to be converted into an electric signal and input to the signal processing control circuit 8.
光ファイバ式温度センサ装置1内の温度が変化すると、基準温度光ファイバ14の温度が変化してSt光強度とAs光強度が変わってしまうので、下記のように実施する。
When the temperature in the optical fiber
(1)近似式を用いる場合
まず、信号処理制御回路8は、測定箇所の温度測定に先立ち、図2に示すように、予め基準温度光ファイバ14の任意の2つの温度(予め測定する実測点の温度、あるいは既知の温度)Ta,Tbにおいて、基準温度光ファイバ14から散乱するSt光強度とAs光強度を測定し、演算処理してデータを取得し、そのデータを基準演算値としてMCUに格納しておく。任意の2つの温度は、センサ本体2に備えた温度検出手段16により測定される。
(1) When using an approximate expression First, prior to the temperature measurement at the measurement location, the signal processing control circuit 8, as shown in FIG. 2, arbitrarily selects any two temperatures of the reference temperature optical fiber 14 (measurement points to be measured in advance). (Stage temperature or known temperature) Ta and Tb, St light intensity and As light intensity scattered from the reference temperature optical fiber 14 are measured, and processed to obtain data, and the data is obtained as a reference calculation value to the MCU. Store it. Any two temperatures are measured by the temperature detection means 16 provided in the
信号処理制御回路8は、上記データから、各温度Ta,Tbと、St光強度とAs光強度の演算値Da,Dbとの関係に関して近似式を求め、近似式のグラフXを得る。近似式のグラフXは、信号処理制御回路8により演算処理装置または記憶装置に格納しておく。 The signal processing control circuit 8 obtains an approximate expression from the above data with respect to the relationship between the temperatures Ta and Tb and the calculated values Da and Db of the St light intensity and the As light intensity, and obtains a graph X of the approximate expression. The approximate expression graph X is stored in the arithmetic processing unit or the storage device by the signal processing control circuit 8.
格納した近似式のグラフXは、例えば、周囲温度25℃、30℃…における各St光強度ST0とAs光強度AS0の和(ST0+AS0)などから、近似式によって求めた(ST0+AS0)と温度の関係を示すグラフである。 The graph X of the stored approximate expression is, for example, the relationship between (ST0 + AS0) obtained by the approximate expression from the St light intensity ST0 and the As light intensity AS0 (ST0 + AS0) at ambient temperatures of 25 ° C., 30 ° C., etc. and the temperature. It is a graph which shows.
この近似式のグラフXから、実際に求めた温度以外の別の温度における基準温度光ファイバ14から散乱するSt光強度とAs光強度の演算値を得ることができる。(手順1)近似式のグラフXは、1つの周囲温度における(ST0+AS0)からも求めることができる。これは、(ST0+AS0)と温度の関係を示すグラフが、LD9の波長で大きく変化する点を除けば、慣用の技術により、およその推定が可能だからである。 From the graph X of this approximate expression, the calculated values of the St light intensity and the As light intensity scattered from the reference temperature optical fiber 14 at another temperature other than the actually obtained temperature can be obtained. (Procedure 1) The approximate expression graph X can also be obtained from (ST0 + AS0) at one ambient temperature. This is because a graph showing the relationship between (ST0 + AS0) and temperature can be roughly estimated by a conventional technique except that the graph changes greatly with the wavelength of the LD9.
次に、APC制御と光ファイバ式温度センサ装置1の異常検知は、以下の手順で行う。
Next, APC control and abnormality detection of the optical fiber
手順1までのデータがそろったら、信号処理制御回路8は、温度検出手段16で検出した別の温度(APC制御または光ファイバ式温度センサ装置1の異常を検知したい時点での温度)(T1とする)において、基準温度光ファイバ14から散乱するSt光強度とAs光強度の演算値(D1とする)を求める。
When the data up to the
信号処理制御回路8は、近似式から温度T1のときの近似式によるSt光強度とAs光強度の演算値Dk1を求め、この近似式による演算値Dk1と、D1とを比較し、Dk1とD1とが等しくなるように、ドライバ10もしくはLD9のバイアス電流を制御し、LD9の出力を一定に制御する。
The signal processing control circuit 8 obtains the calculated value Dk1 of the St light intensity and the As light intensity by the approximate expression at the temperature T1 from the approximate expression, compares the calculated value Dk1 by the approximate expression and D1, and compares Dk1 and D1. Are controlled so that the bias current of the
ここで、信号処理制御回路8により、近似式を用いてAPC制御を行ったのは、予め測定する回数を少なくできるからである。任意の2つの温度Ta,Tbと、これら温度における基準温度光ファイバ14から散乱するSt光強度とAs光強度の演算値Da,Dbとがあれば、図2で説明したように近似式を得ることができる。 Here, the reason why the APC control is performed by the signal processing control circuit 8 using the approximate expression is that the number of times of measurement in advance can be reduced. If there are arbitrary two temperatures Ta and Tb, and St light intensity and As light intensity calculated values Da and Db scattered from the reference temperature optical fiber 14 at these temperatures, an approximate expression is obtained as described in FIG. be able to.
さらに、これと同時に、信号制御回路8は、(ST0+AS0)の変動量が設定値を超えたとき、警告信号を発生して例えばパソコン4に送信する。これにより、光ファイバ式温度センサ装置1では、LD9、すなわちLDモジュール5が正常に動作しているかどうか、すなわち光ファイバ式温度センサ装置1の異常を検知する一例として、LDモジュール5の異常を検知できる。
At the same time, the signal control circuit 8 generates a warning signal and transmits it to the personal computer 4, for example, when the variation amount of (ST0 + AS0) exceeds the set value. As a result, the optical fiber
基準温度光ファイバ14はセンサ本体2に収納されており、LD9も同様にセンサ本体2に収納されている。基準温度光ファイバ14の温度が変化するということは、装置本体2の温度が変わることを意味しており、LD9の温度も基準温度光ファイバ14と同様に温度が変化する。したがって、LD9の温度変化に対してもLD9のパワーを一定にするため、上述したように、信号処理制御回路8でLD9のバイアス電流を制御する必要がある。
The reference temperature optical fiber 14 is accommodated in the
(2)多数の予測データを用いる場合
また、信号処理制御手段8は、近似式を用いずに、予め多数の温度における基準温度光ファイバ14から散乱するSt光強度とAs光強度を測定し、データを取得し、そのデータを基準演算値としてMCUに格納しておいてもよい。
(2) When a large number of prediction data are used Further, the signal processing control means 8 measures the St light intensity and the As light intensity scattered from the reference temperature optical fiber 14 at a large number of temperatures in advance without using an approximate expression, Data may be acquired and stored in the MCU as a reference calculation value.
格納したデータは、例えば、周囲温度−30〜+70℃における各St光強度ST0とAs光強度AS0の和(ST0+AS0)などから求めた(ST0+AS0)と温度の関係を示すグラフである。 The stored data is, for example, a graph showing the relationship between (ST0 + AS0) and temperature obtained from the sum (ST0 + AS0) of each St light intensity ST0 and As light intensity AS0 at an ambient temperature of −30 to + 70 ° C.
予め多数の温度における測定は、例えば、1℃毎に基準温度光ファイバ14から散乱するSt光強度とAs光強度の基準演算値を求めて、これを記憶装置に格納しておけば十分である。これは、温度検出手段16の測定精度が1℃くらいだからである。 For measurement at a large number of temperatures, for example, it is sufficient to obtain reference calculation values of St light intensity and As light intensity scattered from the reference temperature optical fiber 14 every 1 ° C. and store them in a storage device. . This is because the temperature detection means 16 has a measurement accuracy of about 1 ° C.
この場合、信号処理制御回路8は、予め求めたデータを基に、測定箇所の温度測定中に取得したデータ(ST1+AS1など)と比較し、予め求めたデータと等しくなるようにドライバ10もしくはLD9のバイアス電流を制御し、LD9の出力を一定に制御する。
In this case, the signal processing control circuit 8 compares with the data (ST1 + AS1 etc.) acquired during the temperature measurement at the measurement location based on the data obtained in advance, and the
多数の予測データを用いる方法は、上述した近似式を用いる方法に比べて、予め測定する回数が多くなるが、高精度にAPC制御や光ファイバ式温度センサ装置1の異常検知を行うことができ、測定誤差が小さいという利点がある。これは、一般に温度と、St光強度とAs光強度の演算値との関係を示すグラフが曲線になるからである。
(温度測定)
以上説明したAPC制御を所定時間ごとに行いつつ、測定箇所の温度測定を行う。ここでいう所定時間は任意に決定すればよい。
The method using a large number of prediction data requires more pre-measurements than the method using the approximate expression described above, but can perform APC control and abnormality detection of the optical fiber
(Temperature measurement)
While performing the APC control described above every predetermined time, the temperature of the measurement location is measured. The predetermined time here may be determined arbitrarily.
信号処理制御回路8は、サンプリング時間間隔ごとに、APC制御の場合と同様にして測定用光ファイバ3b各点からのSt光とAs光の強度比を求め、この強度比から測定箇所の温度を求める。サンプリング時間間隔は加算回数によって変わる。求めた温度はパソコン4に表示される。
The signal processing control circuit 8 obtains the intensity ratio of St light and As light from each point of the measurement
ただし、St光とAs光は非常に微弱なので、温度測定は繰り返し行い、得られたデータを前回のデータに加算し、加算結果を利用して温度計算し、各点の温度結果を得る。 However, since the St light and As light are very weak, the temperature measurement is repeated, and the obtained data is added to the previous data, and the temperature is calculated using the addition result to obtain the temperature result at each point.
このように、光ファイバ温度式センサ装置1は、信号処理制御回路8に入る温度既知の基準温度光ファイバ14から散乱するSt光とAs光の信号を利用して、LD9にAPC制御をかけている。
As described above, the optical fiber temperature
これにより、光ファイバ式温度センサ装置1は、LDモジュール5がモニタPDあるいはペルチェ素子を備えなくても、LD9、すなわちLDモジュール5が正常に動作しているかどうかを検知でき、LD9のパワーを常に一定にして測定箇所の温度を高精度に測定できる。
As a result, the optical fiber
光ファイバ式温度センサ装置1は、LDモジュール5にモニタPDが不要なので、従来に比べて安価なLD9、すなわちLDモジュール5を使用でき、光ファイバ式温度センサ装置全体のコストが安くなる。
Since the optical fiber type
また、LDモジュール5は図3の従来のLDモジュール34よりも構成が簡単なので、ひいては光ファイバ式温度センサ装置全体の構成も簡単になる。
Further, since the
さらに、信号処理制御回路8は、温度の計算処理としてはSt光とAs光の信号の合計2つの信号を処理するだけでよいため、従来に比べて簡単な構成である。 Further, the signal processing control circuit 8 has a simple configuration as compared with the prior art because it only needs to process a total of two signals of St light and As light as temperature calculation processing.
上記実施の形態では、St光とAs光の強度の四則演算値として和を用いたが、差、積、商を用いてもよい。 In the above embodiment, the sum is used as the four arithmetic operation values of the intensity of the St light and the As light, but a difference, a product, and a quotient may be used.
差を用いる場合、信号処理制御回路8は、基準温度光ファイバ14から散乱するSt光の基準強度ST0とAs光の基準強度AS0の差(ST0−AS0)が、予め測定してMCUに格納しておいた基準温度光ファイバ14の所定の温度における差(ST0−AS0)と等しくなるように、LD9に印加するバイアス電流を制御する。 When using the difference, the signal processing control circuit 8 measures in advance the difference (ST0-AS0) between the reference intensity ST0 of the St light scattered from the reference temperature optical fiber 14 and the reference intensity AS0 of the As light and stores it in the MCU. The bias current applied to the LD 9 is controlled so as to be equal to the difference (ST0-AS0) in the predetermined temperature of the reference temperature optical fiber 14 previously set.
積を用いる場合には、信号処理制御回路8は、基準温度光ファイバ14から散乱するSt光の基準強度ST0とAs光の基準強度AS0の積(ST0×AS0)が、予め測定してMCUに格納しておいた基準温度光ファイバ14の所定の温度における積(ST0×AS0)と等しくなるように、LD9に印加するバイアス電流を制御する。 When the product is used, the signal processing control circuit 8 measures in advance the product (ST0 × AS0) of the reference intensity ST0 of the St light scattered from the reference temperature optical fiber 14 and the reference intensity AS0 of the As light (ST0 × AS0). The bias current applied to the LD 9 is controlled so as to be equal to the product (ST0 × AS0) of the stored reference temperature optical fiber 14 at a predetermined temperature.
また、除を用いる場合には、信号処理制御回路8は、基準温度光ファイバ14から散乱するSt光の基準強度ST0とAs光の基準強度AS0の商(ST0÷AS0)が、予め測定してMCUに格納しておいた基準温度光ファイバ14の所定の温度における商(ST0÷AS0)と等しくなるように、LD9に印加するバイアス電流を制御する。 Further, when divisor is used, the signal processing control circuit 8 measures in advance the quotient (ST0 ÷ AS0) of the reference intensity ST0 of the St light scattered from the reference temperature optical fiber 14 and the reference intensity AS0 of the As light. The bias current applied to the LD 9 is controlled so as to be equal to the quotient (ST0 ÷ AS0) at a predetermined temperature of the reference temperature optical fiber 14 stored in the MCU.
これらの場合にも、上述と同じ作用効果が得られる。 In these cases, the same effects as described above can be obtained.
また、St光とAs光の強度の四則演算値としては、和、差、積、商を2つ以上組み合わせたものを用いてもよい。例えば、(ST0×AS0)×(ST0÷AS0)などでもよい。 Further, as the four arithmetic operation values of the intensity of St light and As light, a combination of two or more of sum, difference, product and quotient may be used. For example, (ST0 × AS0) × (ST0 ÷ AS0) may be used.
また上記実施の形態では、信号処理制御回路8が光ファイバ式温度センサ装置1の異常を検知する例としてLDモジュール5の異常を検知することを説明したが、信号処理制御回路8は、装置内光ファイバ3aや測定用光ファイバ3bの断線を検知することもできる。
In the above embodiment, the signal processing control circuit 8 detects the abnormality of the
この場合、装置内光ファイバ3aや測定用光ファイバ3bに断線箇所があると、その断線箇所でフレネル反射による反射光(入射光と同じ波長)が生じる。この反射光強度を信号処理制御回路8でモニタすることで、上述した演算値が異常となるため、装置内光ファイバ3aや測定用光ファイバ3bの断線と断線箇所を検知できる。
In this case, if there is a broken portion in the in-device
上記実施形態では、光ファイバ式温度センサ装置1が基準温度光ファイバ14を備え、信号処理制御回路8は、基準温度光ファイバ14から散乱するストークス光強度とアンチストークス光強度をモニタし、光源の出力の制御や装置1の異常を検知する例で説明した。
In the above embodiment, the optical fiber
本発明の他の実施形態として、光ファイバ式温度センサ装置1から基準温度光ファイバ14を省略し、信号処理制御回路8は、温度測定用の測定用光ファイバ3bから散乱するストークス光強度とアンチストークス光強度をモニタし、光源の出力の制御や装置の異常を検知するようにしてもよい。他の実施形態における装置の動作は、上述した光ファイバ式温度センサ装置1の動作において、基準温度光ファイバ14を、温度測定用の測定用光ファイバ3bに置き換えたものとなる。この場合も、光ファイバ式温度センサ装置1と同じ作用効果が得られる。
As another embodiment of the present invention, the reference temperature optical fiber 14 is omitted from the optical fiber
1 光ファイバ式温度センサ装置
2 センサ本体
3a 装置内光ファイバ
3b 測定用光ファイバ
5 LDモジュール(光源)
8 信号処理制御回路(制御手段)
14 基準温度光ファイバ
DESCRIPTION OF
8 Signal processing control circuit (control means)
14 Reference temperature optical fiber
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