JPH0769222B2 - 温度測定方法および分布型光ファイバー温度センサー - Google Patents
温度測定方法および分布型光ファイバー温度センサーInfo
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- JPH0769222B2 JPH0769222B2 JP1143995A JP14399589A JPH0769222B2 JP H0769222 B2 JPH0769222 B2 JP H0769222B2 JP 1143995 A JP1143995 A JP 1143995A JP 14399589 A JP14399589 A JP 14399589A JP H0769222 B2 JPH0769222 B2 JP H0769222B2
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Landscapes
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は分布型光ファイバー温度センサーおよび温度測
定方法に係り、特にストークス光と反ストークス光の比
をとる場合に問題となる被測定光ファイバー中での減衰
率差の影響を補正し、長距離の光ファイバーの温度分布
を高精度に測定可能とした分布型光ファイバー温度セン
サーおよび温度測定方法に関するものである。
定方法に係り、特にストークス光と反ストークス光の比
をとる場合に問題となる被測定光ファイバー中での減衰
率差の影響を補正し、長距離の光ファイバーの温度分布
を高精度に測定可能とした分布型光ファイバー温度セン
サーおよび温度測定方法に関するものである。
［従来の技術］ 従来の分布型光ファイバー温度センサーのブロック図を
第４図に示す。光源部のレーザーパルサー10から発振し
たレーザーパルスは、被測定用の光ファイバー12へ入射
され、光ファイバー12中で発生したラマン散乱光が入射
端へ戻ってくる。該ラアン散乱光は光方向性結合器11に
より測定装置へ導光され、まずフィルター13によりラマ
ン散乱光中のストークス光と反ストークス光が分離検出
され、各々光電変換部14,14′でその強度に比例した電
気信号に変換される。該電気信号は各々プリアンプ15,1
5′により増幅され、アベレージャー16にて所定回数平
均化処理がなされる。平均化処理された信号は信号処理
部17へ伝送され、ストークス光と反ストークス光の遅れ
時間、強度比を計算し、温度分布を出力する等の処理が
なされる。ストークス光と反ストークス光の強度比を計
算する場合、その絶対強度比を求めることが困難なため
相対強度比 を用いてDakin（Dakin,J.P,Pratt,D.J.,Bibby,G.W.,Ros
s,J.N.“Temperature distribution measurement using
Raman ratio thermometry",SPIE Vol 566 Fiber Optic
and Laser Sensors III 249（1985））による以下の式
から求められる。
第４図に示す。光源部のレーザーパルサー10から発振し
たレーザーパルスは、被測定用の光ファイバー12へ入射
され、光ファイバー12中で発生したラマン散乱光が入射
端へ戻ってくる。該ラアン散乱光は光方向性結合器11に
より測定装置へ導光され、まずフィルター13によりラマ
ン散乱光中のストークス光と反ストークス光が分離検出
され、各々光電変換部14,14′でその強度に比例した電
気信号に変換される。該電気信号は各々プリアンプ15,1
5′により増幅され、アベレージャー16にて所定回数平
均化処理がなされる。平均化処理された信号は信号処理
部17へ伝送され、ストークス光と反ストークス光の遅れ
時間、強度比を計算し、温度分布を出力する等の処理が
なされる。ストークス光と反ストークス光の強度比を計
算する場合、その絶対強度比を求めることが困難なため
相対強度比 を用いてDakin（Dakin,J.P,Pratt,D.J.,Bibby,G.W.,Ros
s,J.N.“Temperature distribution measurement using
Raman ratio thermometry",SPIE Vol 566 Fiber Optic
and Laser Sensors III 249（1985））による以下の式
から求められる。
上式において、Ｔは測定温度、Θは基準温度、Ｒ′
（Ｔ）は被測定部の相対強度比、Ｒ′（Θ）は基準温度
部の相対強度比、ｋはボルツマン定数、ｈはプランク定
数、Ｃは高速、νはラマンシフト量である。
（Ｔ）は被測定部の相対強度比、Ｒ′（Θ）は基準温度
部の相対強度比、ｋはボルツマン定数、ｈはプランク定
数、Ｃは高速、νはラマンシフト量である。
［発明の解決しようとする課題］ LD等の光源部より発振した入射レーザーパルスは被測定
光ファイバー中を伝搬することによって、当然のことな
がら減衰する。しかし、この減衰の影響に関してはスト
ークス光と反ストークス光の比をとることによって回避
できるが、入射波によってラマン散乱が発生し後方に散
乱光が伝搬するときのストークス光と反ストークス光の
減衰率差の影響は比をとるだけでは回避できない。その
ため、前記減衰率差による影響を考慮した補正を行なう
必要があり、この補正を行なわないと均一な温度分布を
測定しても第３図に示すような大きく傾いた温度分布が
出力される。また、減衰率差自体が温度依存性を有して
おり、長距離の測定になるとその影響が大きくなり、精
度の良い測定を困難なものとしていた。
光ファイバー中を伝搬することによって、当然のことな
がら減衰する。しかし、この減衰の影響に関してはスト
ークス光と反ストークス光の比をとることによって回避
できるが、入射波によってラマン散乱が発生し後方に散
乱光が伝搬するときのストークス光と反ストークス光の
減衰率差の影響は比をとるだけでは回避できない。その
ため、前記減衰率差による影響を考慮した補正を行なう
必要があり、この補正を行なわないと均一な温度分布を
測定しても第３図に示すような大きく傾いた温度分布が
出力される。また、減衰率差自体が温度依存性を有して
おり、長距離の測定になるとその影響が大きくなり、精
度の良い測定を困難なものとしていた。
［課題を解決するための手段］ 本発明は前述の問題点を解決すべくなされたものであ
り、被測定用の光ファイバーへレーザパルスを入射し、
該光ファイバーからの戻り光に含まれるストークス光と
反ストークス光の強度比と遅れ時間から光ファイバーの
温度分布を測定する温度測定方法において、Ｔを測定温
度、Θを基準温度、Ｒ′（Ｔ）を被測定部の相対強度
比、Ｒ′（Θ）を基準温度部の相対強度比、ｋをボルツ
マン定数、ｈをブランク定数、Ｃを光速、νをラマンシ
フト量、αをストークス光と反ストークス光の光ファイ
バー中での減衰率差、ｘを距離としたとき、前記減衰率
差αと距離ｘとの積を指数部とする指数関数の補正項を
導入した式 により温度分布を測定することを特徴とする温度測定方
法、および被測定用の光ファイバーへレーザーパルスを
入射する光源部と、該光ファイバーからの戻り光を信号
処理装置へ導光する光方向性結合器と、該戻り光に含ま
れるストークス光と反ストークス光を検出しそれらの強
度比と遅れ時間から光ファイバーの温度分布を測定する
信号処理装置とからなる分布型光ファイバー温度センサ
ーにおいて、前記信号処理装置はＴを測定温度、Θを基
準温度、Ｒ′（Ｔ）を被測定部の相対強度比、Ｒ′
（Θ）を基準温度部の相対強度比、ｋをボルツマン定
数、ｈをブランク定数、Ｃを光速、νをラマンシフト
量、αをストークス光と反ストークス光の光ファイバー
中での減衰率差、ｘを距離としたとき、前記減衰率差α
と距離ｘとの積を指数部とする指数関数の補正項を導入
した式 により温度分布を測定することを特徴とする分布型光フ
ァイバー温度センサーを提供するものである。
り、被測定用の光ファイバーへレーザパルスを入射し、
該光ファイバーからの戻り光に含まれるストークス光と
反ストークス光の強度比と遅れ時間から光ファイバーの
温度分布を測定する温度測定方法において、Ｔを測定温
度、Θを基準温度、Ｒ′（Ｔ）を被測定部の相対強度
比、Ｒ′（Θ）を基準温度部の相対強度比、ｋをボルツ
マン定数、ｈをブランク定数、Ｃを光速、νをラマンシ
フト量、αをストークス光と反ストークス光の光ファイ
バー中での減衰率差、ｘを距離としたとき、前記減衰率
差αと距離ｘとの積を指数部とする指数関数の補正項を
導入した式 により温度分布を測定することを特徴とする温度測定方
法、および被測定用の光ファイバーへレーザーパルスを
入射する光源部と、該光ファイバーからの戻り光を信号
処理装置へ導光する光方向性結合器と、該戻り光に含ま
れるストークス光と反ストークス光を検出しそれらの強
度比と遅れ時間から光ファイバーの温度分布を測定する
信号処理装置とからなる分布型光ファイバー温度センサ
ーにおいて、前記信号処理装置はＴを測定温度、Θを基
準温度、Ｒ′（Ｔ）を被測定部の相対強度比、Ｒ′
（Θ）を基準温度部の相対強度比、ｋをボルツマン定
数、ｈをブランク定数、Ｃを光速、νをラマンシフト
量、αをストークス光と反ストークス光の光ファイバー
中での減衰率差、ｘを距離としたとき、前記減衰率差α
と距離ｘとの積を指数部とする指数関数の補正項を導入
した式 により温度分布を測定することを特徴とする分布型光フ
ァイバー温度センサーを提供するものである。
上記減衰率差α（m-1）は、ストークス光の減衰係数を 反ストークス光の減衰率係数を としたとき、α＝αＳ−αASで表わされる。
補正項を決めるに当たって大きな問題となるのは、この
減衰率差α自体が厳密にいうと温度特性を持っている点
である。そのため減衰率差αの温度変化量の少ない条件
を選択する必要がある。そのため、本発明者らは鋭意研
究した結果、減衰率差αを本センサーが応用される温度
領域（約０℃〜約80℃）において略一定とする条件とし
て、被測定用の光ファイバーを心線状態とすることを見
出した。心線状態とは以下に示すような状態である。
減衰率差α自体が厳密にいうと温度特性を持っている点
である。そのため減衰率差αの温度変化量の少ない条件
を選択する必要がある。そのため、本発明者らは鋭意研
究した結果、減衰率差αを本センサーが応用される温度
領域（約０℃〜約80℃）において略一定とする条件とし
て、被測定用の光ファイバーを心線状態とすることを見
出した。心線状態とは以下に示すような状態である。
通常光ファイバーは、石英やシリカなどの材料よりなる
コア、クラッドと、コア、クラッドの外に被覆されるナ
イロンあるいはフッ素樹脂等からなる第１の被覆材と、
更に第１の被覆材の外に被覆される合成樹脂等の最外被
覆材とからなり、第１の被覆材までの部分を心線と呼
び、最外被覆材までをコードと呼ぶ。
コア、クラッドと、コア、クラッドの外に被覆されるナ
イロンあるいはフッ素樹脂等からなる第１の被覆材と、
更に第１の被覆材の外に被覆される合成樹脂等の最外被
覆材とからなり、第１の被覆材までの部分を心線と呼
び、最外被覆材までをコードと呼ぶ。
更に詳細な例で説明すると、コア（石英）の直径100μ
ｍ、クラッド（石英）140μm,心線状態の直径0.9mm、コ
ード状態の直径2.9mmであり、心線状態で１次被覆とし
て薄い半固体状のシリコン樹脂、２次被覆としてナイロ
ンが被覆されており、コード状態で心線の外にケプラー
（炭素繊維）更に外側にPVC樹脂が被覆されるというの
が一般的である。
ｍ、クラッド（石英）140μm,心線状態の直径0.9mm、コ
ード状態の直径2.9mmであり、心線状態で１次被覆とし
て薄い半固体状のシリコン樹脂、２次被覆としてナイロ
ンが被覆されており、コード状態で心線の外にケプラー
（炭素繊維）更に外側にPVC樹脂が被覆されるというの
が一般的である。
本発明でいうところの心線状態とは上記の第１の被覆材
までを有する状態であり、被覆材としてはナイロンが好
ましい。
までを有する状態であり、被覆材としてはナイロンが好
ましい。
［作用］ 本発明において、光ファイバーの温度分布測定に用いら
れるDakinの式にストークス光と反ストークス光の減衰
率差αの補正項を導入し、該減衰率差αの温度依存性を
解消する目的として心線状態の光ファイバーを用いるこ
とにより、長距離の光ファイバーの温度分布を測定して
も、温度分布の曲線が距離に従って大きく傾くという問
題点が解消され、また高精度の測定が可能となるもので
ある。
れるDakinの式にストークス光と反ストークス光の減衰
率差αの補正項を導入し、該減衰率差αの温度依存性を
解消する目的として心線状態の光ファイバーを用いるこ
とにより、長距離の光ファイバーの温度分布を測定して
も、温度分布の曲線が距離に従って大きく傾くという問
題点が解消され、また高精度の測定が可能となるもので
ある。
［実施例］ 第１図、第２図に本発明の実施例を示す、第１図は、光
ファイバーの温度分布測定に先立ち、減衰率差αの温度
依存性を測定した結果を示すグラフである。αの温度変
動を最小とする条件、即ち心線状態の光ファイバーと
し、被覆材にナイロンを用いた場合の温度変化量を示
す。この条件では０〜60℃の範囲で0.26dBの変化であ
り、これによる温度測定確度の劣化は1kmの位置で最大
4.3℃となる。この値は、コード化された光ファイバー
による測定結果と比較すると、半分程度に改善されてい
る。この値は０〜60℃の範囲で0.3dB以下の値であれば
十分精度良い測定が可能である。
ファイバーの温度分布測定に先立ち、減衰率差αの温度
依存性を測定した結果を示すグラフである。αの温度変
動を最小とする条件、即ち心線状態の光ファイバーと
し、被覆材にナイロンを用いた場合の温度変化量を示
す。この条件では０〜60℃の範囲で0.26dBの変化であ
り、これによる温度測定確度の劣化は1kmの位置で最大
4.3℃となる。この値は、コード化された光ファイバー
による測定結果と比較すると、半分程度に改善されてい
る。この値は０〜60℃の範囲で0.3dB以下の値であれば
十分精度良い測定が可能である。
第２図は上記の如き心線状態の光ファイバーを用い、信
号処理装置において減衰率差αと距離ｘとの積を指数部
とする指数関数の補正項を導入した処理を行なった結果
を示すグラフである。
号処理装置において減衰率差αと距離ｘとの積を指数部
とする指数関数の補正項を導入した処理を行なった結果
を示すグラフである。
ここで、本発明のセンサー装置とは、第４図の従来装置
において被測定用の光ファイバー12を心線状態とし、信
号処理装置、即ちフィルター13、光電変換部14,14′、
プリアンプ15,15′、アベレージャー16、信号処理部17
を総称した装置により上述の補正項を導入した処理を行
なうものであるが、更に具体的には上述の補正項を導入
した処理は、信号処理部17あるいは信号処理部17に接続
されるマイクロコンピュータ等によって行なわれる。
において被測定用の光ファイバー12を心線状態とし、信
号処理装置、即ちフィルター13、光電変換部14,14′、
プリアンプ15,15′、アベレージャー16、信号処理部17
を総称した装置により上述の補正項を導入した処理を行
なうものであるが、更に具体的には上述の補正項を導入
した処理は、信号処理部17あるいは信号処理部17に接続
されるマイクロコンピュータ等によって行なわれる。
第２図の結果は、αを9.3×10-5（m-1），Θを25
（℃）,R′（Ｔ）とＲ′（Θ）は実験値を用い、ν＝44
0（cm-1）として測定したものであり、第３図の従来例
と比較して温度分布の曲線全体が傾くこともなく遠距離
部における温度測定確度が向上した。
（℃）,R′（Ｔ）とＲ′（Θ）は実験値を用い、ν＝44
0（cm-1）として測定したものであり、第３図の従来例
と比較して温度分布の曲線全体が傾くこともなく遠距離
部における温度測定確度が向上した。
なお、νについては変動した値を示すこともあり実験的
に求めた実効値を用いることもある。
に求めた実効値を用いることもある。
また、本発明センサーシステムにおける各装置間での光
学的結合に起因するような、ストークス光と反ストーク
ス光の相対強度比への悪影響を、下式に示すような新た
な補正項δを用いて測定前に信号処理装置をオフセット
調整し補正することもある。
学的結合に起因するような、ストークス光と反ストーク
ス光の相対強度比への悪影響を、下式に示すような新た
な補正項δを用いて測定前に信号処理装置をオフセット
調整し補正することもある。
［発明の効果］ 本発明は、従来用いられてきたDakinの式に補正項を導
入した式に基づいた処理を行ない、更に補正行中の減衰
率差αの温度変動を最小にする条件を選択にすることに
より、温度分布の曲線全体が距離に従って大きく傾くと
いう問題点を解消し、かつ遠距離の温度測定確度が向上
するという優れた効果を有する。
入した式に基づいた処理を行ない、更に補正行中の減衰
率差αの温度変動を最小にする条件を選択にすることに
より、温度分布の曲線全体が距離に従って大きく傾くと
いう問題点を解消し、かつ遠距離の温度測定確度が向上
するという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】 第１図と第２図は本発明の実施例を示し、第１図は減衰
率差αの温度依存性を示すグラフであり、第２図は本発
明方法およびセンサーを用いて得られた測定結果のグラ
フであり、第３図は従来の測定結果のグラフであり、第
４図は従来のセンサーのブロック図である。
率差αの温度依存性を示すグラフであり、第２図は本発
明方法およびセンサーを用いて得られた測定結果のグラ
フであり、第３図は従来の測定結果のグラフであり、第
４図は従来のセンサーのブロック図である。
Claims (2)
- 【請求項１】被測定用の光ファイバーへレーザーパルス
を入射し、該光ファイバーからの戻り光に含まれるスト
ークス光と反ストークス光の強度比と遅れ時間から光フ
ァイバーの温度分布を測定する温度測定方法において、
Ｔを測定温度、Θを基準温度、Ｒ′（Ｔ）を被測定部の
相対強度比、Ｒ′（Θ）を基準温度部の相対強度比、ｋ
をボルツマン定数、ｈをプランク定数、Ｃを光速、νを
ラマンシフト量、αをストークス光と反ストークス光の
光ファイバー中での減衰率差、ｘを距離としたとき、前
記減衰率差αと距離ｘとの積を指数部とする指数関数の
補正項を導入した式 により温度分布を測定することを特徴とする温度測定方
法。 - 【請求項２】被測定用の光ファイバーへレーザーパルス
を入射する光源部と、該光ファイバーからの戻り光を信
号処理装置へ導光する光方向性結合器と、該戻り光に含
まれるストークス光と反ストークス光を検出しそれらの
強度比と遅れ時間から光ファイバーの温度分布を測定す
る信号処理装置とからなる分布型光ファイバー温度セン
サーにおいて、前記信号処理装置はＴを測定温度、Θを
基準温度、Ｒ′（Ｔ）を被測定部の相対強度比、Ｒ′
（Θ）を基準温度部の相対強度比、ｋをボルツマン定
数、ｈをプランク定数、Ｃを光速、νをラマンシフト
量、αをストークス光と反ストークス光の光ファイバー
中での減衰率差、ｘを距離としたとき、前記減衰率差α
と距離ｘとの積を指数部とする指数関数の補正項を導入
した式 により温度分布を測定することを特徴とする分布型光フ
ァイバー温度センサー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1143995A JPH0769222B2 (ja) | 1989-06-08 | 1989-06-08 | 温度測定方法および分布型光ファイバー温度センサー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1143995A JPH0769222B2 (ja) | 1989-06-08 | 1989-06-08 | 温度測定方法および分布型光ファイバー温度センサー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0310133A JPH0310133A (ja) | 1991-01-17 |
| JPH0769222B2 true JPH0769222B2 (ja) | 1995-07-26 |
Family
ID=15351864
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1143995A Expired - Lifetime JPH0769222B2 (ja) | 1989-06-08 | 1989-06-08 | 温度測定方法および分布型光ファイバー温度センサー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0769222B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006023260A (ja) * | 2004-07-09 | 2006-01-26 | J-Power Systems Corp | 光ファイバの温度分布測定方法および光ファイバの温度分布測定装置 |
| JP6418028B2 (ja) * | 2015-03-26 | 2018-11-07 | 住友電気工業株式会社 | 光ファイバ温度分布測定装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61270632A (ja) * | 1985-05-25 | 1986-11-29 | Hitachi Cable Ltd | 光ファイバ形温度分布計測装置 |
-
1989
- 1989-06-08 JP JP1143995A patent/JPH0769222B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61270632A (ja) * | 1985-05-25 | 1986-11-29 | Hitachi Cable Ltd | 光ファイバ形温度分布計測装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0310133A (ja) | 1991-01-17 |
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