JP3065833B2 - 温度分布検出装置 - Google Patents

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内の後方散乱
光を利用した温度分布検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバの後方散乱光を利用したセン
サでは、図８に示す如く光ファイバ１００に入射したレ
ーザパルスによって光ファイバ１００内の散乱光を励起
し、励起散乱光のスペクトルや強度、偏光等の状態に被
散乱場所の温度情報を含み、光ファイバ１００内の後方
となる励起レーザパルスの入射側に伝搬する後方散乱光
を時系列信号として検出処理することにより、光ファイ
バ１００に沿った温度の一次元分布を測定する。

【０００３】この場合、光ファイバ１００内にレーザパ
ルスを入射したとき発生する散乱光としては、密度揺ら
ぎによるレーリー散乱光、伝搬性の揺らぎによるブリル
アン散乱光、分子の振動回転によるラマン散乱光があ
る。

【０００４】このうち、ブリルアン散乱光と、ラマン散
乱光は非弾性散乱光であり、励起光とスペクトルの異な
った散乱光となる。温度情報は３つの散乱光、すべてに
含まれているが、温度に対する感度が最も高いのはラマ
ン散乱光で、その強度が温度に依存して変化する。

【０００５】そして、ラマン散乱光を使用して温度を計
測する場合、波長が励起光より長波長側にシフトするス
トークスラマン散乱光と、短波長側にシフトするアンチ
ストークスラマン散乱光とをフィルタで選別し、２つの
散乱光の比を基本とした値から温度分布を算出してい
る。また、比を用いないまでも、フィルタで一方の散乱
光を選別する必要がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
分布型のセンサでは、被測定物理量の精度とともに、そ
の位置分解能も重要な量になる。

【０００７】この場合、分解能は一般的に入射パルス幅
によって決まり、さらに後方散乱信号が離散値系となっ
ているときには、さらにサンプリング周波数によっても
左右される。

【０００８】但し、サンプリング周期を高くする方法で
は、サンプリング周期が半値幅に対し、十分に短いとす
るなら、ある時間に計測される後方散乱光は入射パルス
の半値幅にわたる散乱光の合計となるため、測定される
温度は半値幅にわたる平均温度となるため、入射パルス
の幅以上に位置分解能を高くすることはできない。

【０００９】そこで、位置分解能を高くするために、入
射パルスの幅を狭くする方法が有効であるが、この方法
を実現する方法として、入射パルスの自体の幅を非常に
狭くする方法と、有限幅の光パルスに対する応答を１つ
の変換過程と考えて逆変換を行なってインパルス応答を
求める方法とが考えられる。

【００１０】しかしながら、入射パルス自体の幅を狭く
する方法は、発光系の立ち上がり特性、立ち下がり特性
によって決まるパルス幅以上に、光パルスの幅を狭くす
ることができないため、現在の開発されている素子の性
能以上に入射パルスの幅を狭くすることが難しく、位置
分解能を高める方法としては不適切である。

【００１１】これに対し、インパルス応答を求める方法
は位置分解能を高める方法として有効であると考えられ
る。

【００１２】そこで、このインパルス応答を求める方法
について、ここで、詳細に検討してみる。

【００１３】まず、インパルス応答を求める方法で使用
される変換は線形近似の範囲でコンボルーション過程で
あることから、インパルス応答をｈ(t) 、入力光パルス
をＰ(t) とすると、後方散乱光信号ｇ(t) は、次式で表
わすことができる。

【００１４】

【数１】 そして、インパルス応答ｈ(t) は入力信号となる入力光
パルスＰ(t) を予め測定しておき、この測定結果に対し
てデコンボルーションを行なうことによって求めること
ができる。

【００１５】しかしながら、実際には、実測データに対
し、この逆変換過程を適用すると、測定信号中に含まれ
る雑音成分のため、正しいインパルス応答を求めること
ができないことが多い。この理由としては、次に述べる
ようにすると理解しやすい。

【００１６】まず、前記（１）式をフーリェ変換して後
方散乱光に雑音成分Ｎ( ω) を追加すると、 Ｇ( ω) ＋Ｎ( ω) ＝Ｈ( ω) ・Ｐ( ω) …（２） となり、逆変換のために、この（２）式の両辺をＰ(
ω) で除算すると、 Ｈ( ω) ＝Ｇ( ω) ／Ｐ( ω) ＋Ｎ( ω) ／Ｐ( ω) …（３） となる。

【００１７】ここで、問題となるのは、右辺の第２項目
の部分であり、入力光パルス成分Ｐ( ω) のスペクトル
は有限であるのに対し、雑音成分Ｎ( ω) のスペクトル
がかなりの広域まで伸びているため、周波数の高い領域
（角速度ωが大きな領域）で除算結果が発散してしま
う。

【００１８】このため、この発散によって総合的な位置
測定精度が低下してしまうという問題があった。

【００１９】本発明は上記の事情に鑑み、逆変換過程に
おいて雑音の影響による解の発散を防止し、これによっ
て光パルスの幅を狭くすることなく総合精度を最も改善
させることができる最適な近似を与えることができると
ともに、光パルス幅を狭くした場合に生じるＳ／Ｎ比の
低下やこれに伴う計測時間の増大、半導体レーザの駆動
回路の困難さを生じることなく、位置分解能を向上させ
てホットスポットなどの異常加熱部などの検出を容易に
することができる温度分布検出装置を提供することを目
的としている。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、光パルスを発生する光源と、前記光パル
スを光ファイバに入射し、その後方散乱光から２種類の
ラマン散乱光を選択する光学系と、前記ラマン散乱光を
電気信号に変換増幅する光電変換部と、この光電変換部
の出力信号をデジタル信号に変換してアベレージングを
行なうデジタルアベレージャ部と、このデジタルアベレ
ージャ部の処理結果に基づいて前記光ファイバに沿った
温度分布を計算する演算部とを有する温度分布検出装置
において、光ファイバの端面からのフレネル反射光の波
形データに対し、デコンボルーション処理を行なって前
記波形データの波形が所定の形状になるまでの反復回数
を求め、温度測定を行なうとき、２種類のラマン散乱光
の波形データに対し、前記反復回数だけデコンボルーシ
ョン処理を繰り返して光ファイバに沿った温度分布を計
算することを特徴としている。

【００２１】

【作用】上記の構成において、光ファイバの端面からの
フレネル反射光の波形データに対し、デコンボルーショ
ン処理を行なって前記波形データの波形が所定の形状に
なるまでの反復回数を求め、温度測定を行なうとき、２
種類のラマン散乱光の波形データに対し、前記反復回数
だけデコンボルーション処理を繰り返して光ファイバに
沿った温度分布を計算することにより、逆変換過程にお
いて雑音の影響で解が発散してしまうのを防止し、これ
によって光パルスの幅を狭くすることなく総合精度を最
も改善させることができる最適な近似を与え、光パルス
幅を狭くした場合に生じるＳ／Ｎ比の低下やこれに伴う
計測時間の増大、半導体レーザの駆動回路の困難さを生
じることなく、位置分解能を向上させてホットスポット
などの異常加熱部などの検出を容易にする。

【００２２】

【実施例】まず、本発明による温度分布検出装置の具体
的な説明に先だって本発明による温度分布検出装置の測
定原理を説明する。

【００２３】今、温度計測用の光ファイバにおいて、単
位長さ当たりの後方散乱係数をＳ(z) 、入射光パルスが
受ける減衰率をＲｆ(z) 、後方散乱光が入射端までに受
ける減衰率をＲｂ(z) 、光ファイバ中における光パルス
の群速度をＶg とすると、この光ファイバに光パルスを
入射させて得られる後方散乱光のインパルス応答の電力
ｈ(t) は次式で表わすことができる。

【００２４】 ｈ(t) ＝Ｒｆ(z) ・Ｓ(z) ・Ｒｂ(z) ・Ｖｇ／２ …（４） そして、入射される光パルスＰとのコンボルーションと
なるのは、アンチストークスラマン散乱光と、ストーク
スラマン散乱光の各係数Ｓであるため、逆変換はこれら
アンチストークスラマン散乱光と、ストークスラマン散
乱光の各後方散乱信号に対して行なった後、光ファイバ
の減衰効果を補償するため、これらの各後方散乱信号の
除算を行ない、温度分布を計算する手順となる。

【００２５】しかしながら、実際の装置では、後方散乱
光はフォトダイオードなどで電気信号が変換された後、
Ａ／Ｄ変換されて離散値系デジタル信号として扱われる
ため、積分形で表現されたコンボルーションは図２に示
す如く行列形式となる。

【００２６】そして、光パルス入力はｎ×ｎの行列とな
り、時間の推移とともに、入射パルスの位置が移動して
いく対角近傍だけを持つ行列となる。そして、各行の要
素は光パルス波形の実測値が移動したものが代入され
る。

【００２７】この後、インパルス応答ｈを求めるため、
逆行列を両辺から掛け合わせることになるが、雑音の影
響を監視しながら、インパルス応答ｈを求めるためには
反復法（Jacobi Gauss-Seidel 法）により解を収束させ
ながら求める方法が適している。

【００２８】この反復法では、反復回数をｋにすると、
ｋ＋１回目のｉ番目の解ｈi は次式で与えられる。

【００２９】

【数２】 一方、図３に示す如く信号処理装置１０１と、８０℃の
恒温槽１０２と、１Ｋｍの光ファイバ１０３とを用意
し、この光ファイバ１０３の所定部分を２ｍ、５ｍ、１
０ｍ、２０ｍ、５０ｍの各長さだけ恒温槽１０２に入れ
て、その温度を８０℃に保ちがながら、信号処理装置１
０１によってＯＴＤＲ法でアンチストークスラマン散乱
光、ストークスラマン散乱光を計測し、これらの比を求
めると、図４に示す波形となる。

【００３０】この場合、測定に用いた光パルスの半値幅
は１００ｎｓｅｃ当たり、光ファイバの長さで１０ｍに
相当することから、光ファイバ１０３のうち、恒温槽１
０２に入れられている部分の演算結果が全て同じ値にな
るべきであるが、図４から明らかなように、コンボルー
ションのため、実際には１０ｍ以下の５ｍや２ｍの部分
で十分な振幅を得ることができない。

【００３１】そこで、このようなコンボルーションの影
響を除くために、上述した測定動作によって得られたデ
ータに対して、上述した反復法を適用してデコンボルー
ションを行なうことにより、デコンボルーションを行な
う前におけるデータの波形が図５（ａ）に示す形状のと
き、このデータに対し、反復回数が５回のデコンボルー
ションを行なったとき、図５（ｂ）に示す波形が得ら
れ、反復回数が１０回のデコンボルーションを行なった
とき、図５（ｃ）に示す波形が得られる。

【００３２】この図から明らかなように、デコンボルー
ションにより振幅が不足していた箇所の改善されるとと
もに、立ち上がりの改善されているのが分かる。

【００３３】しかし、このような改善ととともに、反復
回数の増加とともに、雑音の影響が顕著になってくるの
も分かる。

【００３４】そこで、総合精度としてコンボルーション
のために振幅が所定値に達しない誤差を系統誤差、雑音
の影響によるバラツキをランダム誤差とし、デコンボル
ーションの反復回数と、系統誤差と、ランダム誤差との
関係を調べるために、加熱長５ｍの部分に関し、ランダ
ム雑音として加熱直前部のデータを使用して上述したデ
コンボルーション処理を行なった。このとき、図６に示
す表が得られた。

【００３５】この図６から明らかなように、反復回数を
増加させていくと、ランダム誤差は一定の比率で増加す
るが、系統誤差は最初、一定の比率で低減し、ある回数
を境に増加に転じ、以後一定の比率で増加する。

【００３６】すなわち、系統誤差と、ランダム誤差とを
加算した総合誤差を最も小さくする反復回数が存在す
る。

【００３７】そして、最適な反復回数はここで与えた逆
変換基準温度部のように、予め温度分布が正確に分かっ
ている場合には、反復計算毎に総合誤差を計算し、その
値が極値となる回数を求めることができる。

【００３８】但し、このような逆変換方式では、計算回
数とともに、ランダム雑音が増加するため、系統誤差が
ほとんどない場合、例えば温度分布がほぼ一様な部分で
は、ランダム雑音のみが増加することになる。

【００３９】つまり、この逆変換方式が有利になるの
は、温度変化が空間的に激しく生じる場合、特に局所的
に高温、低温となるような場合の温度分布を計測しよう
とする場合である。

【００４０】したがって、このような逆変換方式の使用
対象となるプラントシステムとしては、システムの異常
が局所的な温度上昇として顕在化するようなシステムで
あり、このようなシステムで局所的に温度が上昇したと
き、最適な反復回数を使用することにより、これを効率
良く検出することができる。

【００４１】そして、本発明では、逆変換過程におい
て、最適な反復回数を得るために、図７（ａ）に示す如
く光ファイバの入射面や終端面からのフレネル反射光を
取り込み、このフレネル反射光に対するデコンボルーシ
ョン処理を繰り返し行なって、図７（ｂ）に示す如くそ
のパルス波形が線状になる反復回数を求めて最適な近似
解を求める最適計算過程を選択し、この最適計算過程を
光ファイバの全領域にわたって適用して逆変換を施し、
これによって光ファイバによる温度分布測定を行なうと
き、雑音の影響を最小限に食い止めながら位置分解能を
大幅に改善させるようにしている。

【００４２】図１は本発明による温度分布検出装置の一
実施例を示す構成図である。

【００４３】この図に示す温度分布検出装置は、光ファ
イバ１と、信号処理装置２とを備えており、初期化時お
よび定期的に、信号処理装置２によって非常に幅の狭い
光パルスを生成してこれを光ファイバ１に入射させ、こ
の光ファイバ１の終端面からのフレネル反射光を取り込
むとともに、このフレネル反射光に基づき反復法によっ
てデコンボルーションを行なってこのフレネル反射光に
対応する信号の波形が線状となる最適な反復回数を求め
る。そして、通常の測定を行なうとき、信号処理装置２
によって非常に幅の狭い光パルスを生成してこれを光フ
ァイバ１に入射させ、この後方散乱光を取込んで、その
アンチストークスラマン散乱光と、ストークスラマン散
乱光とに基づき前記最適な反復回数に基づいてデコンボ
ルーションを行なって光ファイバ１が敷設されている各
部の温度分布を計測する。

【００４４】光ファイバ１は、温度の測定対象となる各
部分を通るように敷設されており、入射端から光パルス
が入射されたとき、これを取り込むとともに、各部の温
度に応じた後方散乱光および終端面でのフレネル反射光
を前記入射端に戻す。

【００４５】また、信号処理装置２は、タイミング制御
回路４と、レーザ駆動回路５と、レーザ光源６と、カプ
ラ７と、光学フィルタ８と、光スイッチ９と、バイアス
制御回路１０と、フォトダイオード１１と、光電流増幅
回路１２と、デジタルアベレージャ回路１３と、制御記
憶演算回路１４とを備えており、初期化時および定期的
に、非常に幅の狭い光パルスを生成してこれを光ファイ
バ１に入射させ、この光ファイバ１の終端面からのフレ
ネル反射光を取り込むとともに、このフレネル反射光に
基づき反復法によってデコンボルーションを行なってこ
のフレネル反射光に対応する信号の波形が線状となる最
適な反復回数を求める。そして、通常の測定を行なうと
き、非常に幅の狭い光パルスを生成してこれを光ファイ
バ１に入射させるとともに、この後方散乱光を取込ん
で、そのアンチストークスラマン散乱光と、ストークス
ラマン散乱光とに基づき前記最適な反復回数に基づいて
デコンボルーションを行なって光ファイバ１が敷設され
ている各部の温度分布を計測する。

【００４６】タイミング制御回路４は、前記制御記憶演
算回路１４と信号の授受を行ないながら、発光タイミン
グ信号や同期加算タイミング信号などを生成する部分で
あり、生成動作によって得られた発光タイミング信号を
レーザ駆動回路５に供給してこれを制御するとともに、
同期加算タイミング信号をデジタルアベレージャ回路１
３に供給してこれを制御する。

【００４７】レーザ駆動回路５は、前記タイミング制御
回路４から出力される発光タイミング信号に基づいて非
常に幅の狭い駆動信号を生成する部分であり、この駆動
信号を前記レーザ光源６に供給してこれを発光させる。

【００４８】レーザ光源６は、前記レーザ駆動回路５か
ら駆動信号が出力されている間、発光して予め設定され
ている波長の光パルスを生成する部分であり、生成した
光パルスをカプラ７に供給する。

【００４９】カプラ７は、前記レーザ光源６から出力さ
れる光パルスを前記光ファイバ１の入射端に導いたり、
この入射端から出射される後方散乱光および終端面での
フレネル反射光を前記光学フィルタ８に導いたりする部
分であり、前記レーザ光源６から出力される光パルスを
取り込んでこれを前記光ファイバ１の入射端に導いて光
ファイバ１中に入射させるとともに、前記光パルスが前
記光ファイバ１中を伝搬する際に発生し、前記入射端か
ら出射される後方散乱光や終端面で生じるフレネル反射
光を取り込んでこれを前記光学フィルタ８に導く。

【００５０】光学フィルタ８は、前記カプラ７から出射
される後方散乱光やフレネル反射光を取り込むととも
に、この後方散乱光やフレネル反射光を波長弁別してア
ンチストークスラマン散乱光と、ストークスラマン散乱
光とに分離する部分であり、この分離動作によって得ら
れたアンチストークスラマン散乱光と、ストークスラマ
ン散乱光とを光スイッチ９に導く。

【００５１】光スイッチ９は、前記制御記憶演算回路１
４からの選択信号に基づいて前記光学フィルタ８から出
射される前記アンチストークスラマン散乱光またはスト
ークスラマン散乱光のいずれか一方を選択する部分であ
り、この選択処理によって得られたアンチストークスラ
マン散乱光またはストークスラマン散乱光のいずれか一
方をフォトダイオード１１に導く。

【００５２】また、バイアス制御回路１０は、前記制御
記憶演算回路１４から出力されるバイアス指令信号に基
づいてバイアス電圧を生成する部分であり、前記バイア
ス指令信号が高増幅率指令であるときには、予め設定さ
れている高い電圧を生成してこれを前記フォトダイオー
ド１１に供給し、また前記バイアス指令信号が低増幅率
指令であるときには、予め設定されている低い電圧を生
成してこれを前記フォトダイオード１１に供給する。

【００５３】フォトダイオード１１は、シリコン等によ
って構成されるアバランシェダイオードであり、前記バ
イアス制御回路１０から出力されるバイアス電圧が高い
電圧であるとき、前記光スイッチ９から出射されるアン
チストークスラマン散乱光またはストークスラマン散乱
光を高い増幅率で光電流に変換してこれを光電流増幅回
路１２に供給し、また前記バイアス制御回路１０から出
力されるバイアス電圧が低い電圧であるとき、前記光ス
イッチ９から出射されるアンチストークスラマン散乱光
またはストークスラマン散乱光を低い増幅率（例えば、
増幅率“１”）で光電流に変換してこれを光電流増幅回
路１２に供給する。

【００５４】光電流増幅回路１２は、前記制御記憶演算
回路１４から出力される増幅率指定信号に応じた増幅率
で前記フォトダイオード１１の光電流を増幅して散乱信
号やフレネル反射信号を生成する部分であり、増幅動作
によって得られた散乱信号やフレネル反射信号をデジタ
ルアベレージャ回路１３に供給する。

【００５５】デジタルアベレージャ回路１３は、前記タ
イミング制御回路４から出力される同期加算タイミング
信号に基づいて前記光電流増幅回路１２から出力される
散乱信号やフレネル反射信号を取り込んでこれを同期加
算してアンチストークスラマン散乱信号のアベレージ出
力またはストークスラマン散乱信号のアベレージ出力、
フレネル反射信号のアベレージ出力を生成してこれを制
御記憶演算回路１４に供給する。

【００５６】制御記憶演算回路１４は、この温度分布検
出装置全体の制御を行なう部分であり、前記タイミング
制御回路４やバイアス制御回路１０を制御して発光タイ
ミングや同期加算タイミングを調整する処理や前記デジ
タルアベレージャ回路１３から出力されるアンチストー
クスラマン散乱信号のアベレージ出力、またはストーク
スラマン散乱信号のアベレージ出力、フレネル反射光の
アベレージ出力を取り込んでこれを記憶する処理、初期
化時や予め設定されている周期毎に、記憶しているフレ
ネル反射光のアベレージ出力に対し、上述したデコンボ
ルーションを行なって最適な反復回数（最適反復回数）
を求める処理、測定指令が設定されているとき、記憶し
ているアンチストークスラマン散乱信号のアベレージ出
力およびストークスラマン散乱信号のアベレージ出力に
対し、前記最適反復回数だけ上述したデコンボルーショ
ンを行なって温度信号を生成する処理、この処理によっ
て得られた温度信号を温度分布出力インタフェースを介
して他の装置に出力する処理などを行なう。

【００５７】次に、図１に示すブロック図を参照しなが
ら、この実施例の最適反復回数検出動作、温度測定動作
を順次、説明する。

【００５８】《最適反復回数検出動作》まず、この温度
分布検出装置の電源が投入されて回路の初期化を行なう
ときや予め設定されている較正タイミングになる毎に、
信号処理装置の制御記憶演算回路１４はバイアス制御回
路１０を制御して低い電圧を生成させ、フォトダイオー
ド１１の増幅率を低い値（例えば、増幅率“１”）にさ
せた後、タイミング制御回路４を制御してレーザ駆動回
路５を駆動させ、このレーザ駆動回路５に接続されたレ
ーザ光源６に非常に幅の狭い光パルスを所定のタイミン
グで連続的に生成させて、これをカプラ７に供給させ
る。

【００５９】そして、このカプラ７によって前記光パル
スが光ファイバ１に導かれ、この光ファイバ１からフレ
ネル反射光が出射される毎に、これが光学フィルタ８お
よび光スイッチ９を介してフォトダイオード１１に導か
れて光電流に変換されるとともに、光電流増幅回路１２
によって増幅されてフレネル反射信号にされた後、デジ
タルアベレージャ回路１３によって指定された回数だけ
同期加算されてフレネル反射信号のアベレージ出力が生
成され、これが制御記憶演算回路１４に供給されて記憶
される。

【００６０】そして、この処理が終了すれば、制御記憶
演算回路１４は記憶しているフレネル反射信号のアベレ
ージ出力に対し、デコンボルーション処理を繰り返しな
がら、波形が線状になる回数を最適反復回数として記憶
する。

【００６１】《温度測定動作》そして、上述した最適反
復回数検出動作が終了すると、制御記憶演算回路１４は
光スイッチ９を制御してアンチストークスラマン散乱光
を選択させた後、タイミング制御回路４を制御してレー
ザ駆動回路５を駆動させ、このレーザ駆動回路５に接続
されたレーザ光源６に非常に幅の狭い光パルスを所定の
タイミングで連続的に生成させて、これをカプラ７に供
給させる。

【００６２】そして、このカプラ７によって前記光パル
スが光ファイバ１に導かれて、この光ファイバ１から後
方散乱光が出射される毎に、これが光学フィルタ８によ
って波長弁別されてアンチストークスラマン散乱光と、
ストークスラマン散乱光とに分離される。

【００６３】次いで、光スイッチ９によって前記光学フ
ィルタ８の波長弁別処理で得られたアンチストークスラ
マン散乱光が選択されてこれがフォトダイオード１１に
導かれて光電流に変換されるとともに、光電流増幅回路
１２によって増幅されてアンチストークスラマン散乱信
号にされた後、デジタルアベレージャ回路１３によって
指定された回数だけ同期加算されてアンチストークスラ
マン散乱信号のアベレージ出力が生成され、これが制御
記憶演算回路１４に供給されて記憶される。

【００６４】この後、この処理が終了すると、制御記憶
演算回路１４は光スイッチ９を制御してストークスラマ
ン散乱光を選択させた後、タイミング制御回路４を制御
してレーザ駆動回路５を駆動させ、このレーザ駆動回路
５に接続されたレーザ光源６に非常に幅の狭い光パルス
を所定のタイミングで連続的に生成させて、これをカプ
ラ７に供給させる。

【００６５】そして、このカプラ７によって前記光パル
スが光ファイバ１に導かれて、この光ファイバ１から後
方散乱光が出射される毎に、これが光学フィルタ８によ
って波長弁別されてアンチストークスラマン散乱光と、
ストークスラマン散乱光とに分離される。

【００６６】次いで、光スイッチ９によって前記光学フ
ィルタ８の波長弁別処理で得られたストークスラマン散
乱光が選択されてこれがフォトダイオード１１に導かれ
て光電流に変換されるとともに、光電流増幅回路１２に
よって増幅されてストークスラマン散乱信号にされた
後、デジタルアベレージャ回路１３によって指定された
回数だけ同期加算されてストークスラマン散乱信号のア
ベレージ出力が生成され、これが制御記憶演算回路１４
に供給されて記憶される。

【００６７】そして、この処理が終了すると、制御記憶
演算回路１４は記憶しているアンチストークスラマン散
乱信号のアベレージ出力と、ストークスラマン散乱信号
のアベレージ出力とに対し、上述した最適反復回数検出
動作によって得られた最適反復回数だけデコンボルーシ
ョン処理を繰り返しながら、両者の比を計算して最終的
に得られた温度信号を温度分布出力インタフェースを介
して他の装置に出力する。

【００６８】このようにこの実施例においては、初期化
時および定期的に、信号処理装置２によって非常に幅の
狭い光パルスを生成してこれを光ファイバ１に入射さ
せ、この光ファイバ１の終端面からのフレネル反射光を
取り込むとともに、このフレネル反射光に基づき反復法
によってデコンボルーションを行なってこのフレネル反
射光に対応する信号の波形が線状となる最適な反復回数
を求め、通常の測定を行なうとき、信号処理装置２によ
って非常に幅の狭い光パルスを生成してこれを光ファイ
バ１に入射させ、この後方散乱光を取込んで、そのアン
チストークスラマン散乱光と、ストークスラマン散乱光
とに基づき前記最適な反復回数に基づいてデコンボルー
ションを行なって光ファイバ１が敷設されている各部の
温度分布を計測するようにしたので、逆変換過程におい
て雑音の影響で解が発散してしまうのを防止し、これに
よって光パルスの幅を狭くすることなく総合精度を最も
改善させることができる最適な近似を与えることができ
るとともに、光パルス幅を狭くした場合に生じるＳ／Ｎ
比の低下やこれに伴う計測時間の増大、半導体レーザの
駆動回路の困難さを生じることなく、位置分解能を向上
させてホットスポットなどの異常加熱部などの検出を容
易にすることができる。

【００６９】また、上述した実施例においては、フォト
ダイオード１１に印加するバイアス電圧の値を切り替え
て増幅率を小さくすることにより、フレネル反射光を光
電流に変換するようにしているが、光ファイバ１の入射
面や終端面にコーティング等の処理を施してフレネル反
射光の大きさをアンチストークスラマン散乱光やストー
クスラマン散乱光の大きさと同程度にしてフォトダイオ
ード１１のバイアス電圧を変更することなく、このフォ
トダイオード１１の飽和を防止しながら、フレネル反射
光を光電流に変換するようにしても、上述した実施例と
同様な効果を得ることができる。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、逆
変換過程において雑音の影響による解の発散を防止し、
これによって光パルスの幅を狭くすることなく総合精度
を最も改善させることができる最適な近似を与えること
ができるとともに、光パルス幅を狭くした場合に生じる
Ｓ／Ｎ比の低下やこれに伴う計測時間の増大、半導体レ
ーザの駆動回路の困難さを生じることなく、位置分解能
を向上させてホットスポットなどの異常加熱部などの検
出を容易にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による温度分布検出装置の一実施例を示
す構成図である。

【図２】本発明による温度分布検出装置の基本原理で使
用されるデコンボルーション処理の手順例を示す模式図
である。

【図３】本発明による温度分布検出装置の基本原理を説
明するための装置構成例を示す構成図である。

【図４】図３に示す温度分布検出装置によって得られる
温度信号例を示す波形図である。

【図５】図４に示す温度信号に対するデコンボルーショ
ン処理例を示す波形図である。

【図６】本発明による温度分布検出装置の基本原理で使
用されるデコンボルーション処理の系統誤差と、ランダ
ム誤差との関係例を示す表図である。

【図７】本発明による温度分布検出装置の基本原理で使
用されるデコンボルーション処理の反復回数と、フレネ
ル反射光の信号との関係を説明するための波形図であ
る。

【図８】光ファイバの後方散乱光を利用したセンサの温
度計測原理を示す模式図である。

【符号の説明】

１ 光ファイバ ２ 信号処理装置 ４ タイミング制御回路 ５ レーザ駆動回路 ６ レーザ光源（光源） ７ カプラ ８ 光学フィルタ（光学系） ９ 光スイッチ（光学系） １０ バイアス制御回路 １１ フォトダイオード（光電変換部） １２ 光電流増幅回路（光電変換部） １３ デジタルアベレージャ回路（デジタルアベレージ
ャ部） １４ 制御記憶演算回路（演算部）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01K 11/12 G01K 3/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光パルスを発生する光源と、前記光パル
   スを光ファイバに入射し、その後方散乱光から２種類の
   ラマン散乱光を選択する光学系と、前記ラマン散乱光を
   電気信号に変換増幅する光電変換部と、この光電変換部
   の出力信号をデジタル信号に変換してアベレージングを
   行なうデジタルアベレージャ部と、このデジタルアベレ
   ージャ部の処理結果に基づいて前記光ファイバに沿った
   温度分布を計算する演算部とを有する温度分布検出装置
   において、 光ファイバの端面からのフレネル反射光の波形データに
   対し、デコンボルーション処理を行なって前記波形デー
   タの波形が所定の形状になるまでの反復回数を求め、温
   度測定を行なうとき、２種類のラマン散乱光の波形デー
   タに対し、前記反復回数だけデコンボルーション処理を
   繰り返して光ファイバに沿った温度分布を計算する、 ことを特徴とする温度分布検出装置。