JPH04276531A - 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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- JPH04276531A JPH04276531A JP3061232A JP6123291A JPH04276531A JP H04276531 A JPH04276531 A JP H04276531A JP 3061232 A JP3061232 A JP 3061232A JP 6123291 A JP6123291 A JP 6123291A JP H04276531 A JPH04276531 A JP H04276531A
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- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 claims abstract description 33
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- 238000012935 Averaging Methods 0.000 claims description 6
- 239000000284 extract Substances 0.000 claims 2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
- G01K11/32—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres
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- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
- Optical Transform (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、光ファイバの一端に
パルス光を入射したときのラマン後方散乱光を検出して
その光強度の各時間ごとの値より光ファイバの長さ方向
各位置での温度を測定する光ファイバ式温度分布測定装
置の改良に関する。
パルス光を入射したときのラマン後方散乱光を検出して
その光強度の各時間ごとの値より光ファイバの長さ方向
各位置での温度を測定する光ファイバ式温度分布測定装
置の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】従来よりOTDR(Optical T
ime−Domain Reflectometry)
装置による光ファイバ式温度分布測定装置が知られてい
る。OTDR装置では、光源からパルス光を発生させて
これを被測定光ファイバの一端に入射し、この光ファイ
バで生じたレーリ散乱やラマン散乱により後方に戻って
きてその一端から出射した光を分離する。そして、受光
素子に導き電気信号に変換した上で後方散乱光の強度に
ついての各時間ごとのデータを得る。この時間ごとのデ
ータをパルス光発生タイミングを基準にして並べれば、
光ファイバの長さ方向での損失分布が得られる。後方散
乱光のうちラマン散乱光成分を検出すれば、ラマン散乱
光は入射光波長からシフトした波長の光で、短い波長に
シフトした反ストークス光と、長い波長にシフトしたス
トークス光とからなり、その強度は温度により敏感に変
化することから、光ファイバ長さ方向各位置での温度分
布の測定ができる。
ime−Domain Reflectometry)
装置による光ファイバ式温度分布測定装置が知られてい
る。OTDR装置では、光源からパルス光を発生させて
これを被測定光ファイバの一端に入射し、この光ファイ
バで生じたレーリ散乱やラマン散乱により後方に戻って
きてその一端から出射した光を分離する。そして、受光
素子に導き電気信号に変換した上で後方散乱光の強度に
ついての各時間ごとのデータを得る。この時間ごとのデ
ータをパルス光発生タイミングを基準にして並べれば、
光ファイバの長さ方向での損失分布が得られる。後方散
乱光のうちラマン散乱光成分を検出すれば、ラマン散乱
光は入射光波長からシフトした波長の光で、短い波長に
シフトした反ストークス光と、長い波長にシフトしたス
トークス光とからなり、その強度は温度により敏感に変
化することから、光ファイバ長さ方向各位置での温度分
布の測定ができる。
【0003】後方散乱光として検出されるラマン散乱光
は1億分の1ときわめて微弱であるため、光強度の強い
光源を使用する必要がある。半導体レーザ(LD)を光
源として使用した場合、ラマン後方散乱光強度が弱く、
十分な温度測定精度を得ることができない。そのため、
最近実用化された半導体レーザ(LD)励起固体レーザ
を使用して強い光を被測定光ファイバに入射し、強いラ
マン散乱光強度を得るようにしている。これは、従来の
固体レーザの励起用光源であるフラッシュランプをLD
に置き換えたもので、効率が良く、小型化も可能である
。現在商品化されているものとして、レーザ発振用の固
体結晶がNdドープYAGあるいはYLFからなるもの
で、発振波長が1.06μmまたは1.32μmのもの
が知られているが、シングルモード光ファイバ用には波
長1.32μmのものが用いられる。
は1億分の1ときわめて微弱であるため、光強度の強い
光源を使用する必要がある。半導体レーザ(LD)を光
源として使用した場合、ラマン後方散乱光強度が弱く、
十分な温度測定精度を得ることができない。そのため、
最近実用化された半導体レーザ(LD)励起固体レーザ
を使用して強い光を被測定光ファイバに入射し、強いラ
マン散乱光強度を得るようにしている。これは、従来の
固体レーザの励起用光源であるフラッシュランプをLD
に置き換えたもので、効率が良く、小型化も可能である
。現在商品化されているものとして、レーザ発振用の固
体結晶がNdドープYAGあるいはYLFからなるもの
で、発振波長が1.06μmまたは1.32μmのもの
が知られているが、シングルモード光ファイバ用には波
長1.32μmのものが用いられる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、波長1
.32μmの光源を使用すると反ストークス光の波長が
1.25μm、スートクス光の波長が1.40μmとな
り、光ファイバの種類によっては反ストーク光がシング
ルモード光ファイバのカットオフ波長以下になる場合も
あるという問題がある。カットオフ波長以下の波長の光
はシングルモード条件を満たさないため、伝送損失が大
きく、かつ曲がりなどの外乱に対して不安定であり、精
度の高い温度分布測定を安定に行なうことができない。
.32μmの光源を使用すると反ストークス光の波長が
1.25μm、スートクス光の波長が1.40μmとな
り、光ファイバの種類によっては反ストーク光がシング
ルモード光ファイバのカットオフ波長以下になる場合も
あるという問題がある。カットオフ波長以下の波長の光
はシングルモード条件を満たさないため、伝送損失が大
きく、かつ曲がりなどの外乱に対して不安定であり、精
度の高い温度分布測定を安定に行なうことができない。
【0005】この問題を解決するため、カットオフ波長
以上の領域にあるストークス光のみを検出して温度計測
を行なうことも考えられるが、ストークス光は温度に対
する感度が反ストークス光の7分の1程度と低く、十分
な温度測定精度を得ることは難しい。
以上の領域にあるストークス光のみを検出して温度計測
を行なうことも考えられるが、ストークス光は温度に対
する感度が反ストークス光の7分の1程度と低く、十分
な温度測定精度を得ることは難しい。
【0006】この発明は、上記に鑑み、強度の大きな光
を発生するLD励起固体レーザを用いながら、反ストー
クス光が光ファイバのカットオフ波長以下にならないよ
うな波長の光を被測定光ファイバに入射させることがで
きる、光ファイバ式温度分布測定装置を提供することを
目的とする。
を発生するLD励起固体レーザを用いながら、反ストー
クス光が光ファイバのカットオフ波長以下にならないよ
うな波長の光を被測定光ファイバに入射させることがで
きる、光ファイバ式温度分布測定装置を提供することを
目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明による光ファイバ式温度分布測定装置では
、LD励起固体レーザから発生したパルス光を、光ファ
イバの一端に入射して誘導ラマン散乱を生じさせ、他端
から出射する誘導ラマン散乱光のなかから所望の波長成
分の光を取り出し、この取り出した光を、被測定光ファ
イバの一端に入射する光として使用することが特徴とな
っている。LD励起固体レーザから閾値以上の強いパル
ス光を入射すると、光ファイバ中に誘導ラマン散乱を生
じる。この誘導ラマン散乱光は1次、2次、3次、…、
高次のストークス光からなり、入射光波長より長波長域
に広い波長範囲で発生し、その強度は大きく、光ファイ
バ式温度分布測定装置の光源として必要な数百mW以上
の強度となる。したがって、この誘導ラマン散乱光のう
ちの所望の波長成分を取り出して被測定光ファイバに入
射することにより、被測定光ファイバ中に生じる反スト
ークス光がカットオフ波長以上になりシングルモード条
件を満たすようにすることができ、安定した温度測定が
可能となる。
め、この発明による光ファイバ式温度分布測定装置では
、LD励起固体レーザから発生したパルス光を、光ファ
イバの一端に入射して誘導ラマン散乱を生じさせ、他端
から出射する誘導ラマン散乱光のなかから所望の波長成
分の光を取り出し、この取り出した光を、被測定光ファ
イバの一端に入射する光として使用することが特徴とな
っている。LD励起固体レーザから閾値以上の強いパル
ス光を入射すると、光ファイバ中に誘導ラマン散乱を生
じる。この誘導ラマン散乱光は1次、2次、3次、…、
高次のストークス光からなり、入射光波長より長波長域
に広い波長範囲で発生し、その強度は大きく、光ファイ
バ式温度分布測定装置の光源として必要な数百mW以上
の強度となる。したがって、この誘導ラマン散乱光のう
ちの所望の波長成分を取り出して被測定光ファイバに入
射することにより、被測定光ファイバ中に生じる反スト
ークス光がカットオフ波長以上になりシングルモード条
件を満たすようにすることができ、安定した温度測定が
可能となる。
【0008】
【実施例】以下、この発明の一実施例にかかる光ファイ
バ式温度分布測定装置について図面を参照しながら詳細
に説明する。図1において、光源としてLD励起固体レ
ーザ11と光ファイバ12とからなるファイバ・ラマン
レーザ装置1が用いられ、そこから発生したパルス光が
光減衰器2、光フィルタ4および分光デバイス3を経て
、被測定光ファイバ9に入射される。分光デバイス3は
たとえば回折格子や、誘電体多層膜を使用した光学フィ
ルタ膜などからなる。この被測定光ファイバ9で発生し
たラマン後方散乱光の波長成分は分光デバイス3で分離
される。分光デバイス3より分離されたストークス光と
反ストークス光の2つの波長成分の光は、それぞれ受光
素子5およびアンプ6を経てデジタル平均化回路7に送
られる。このデジタル平均化回路7はコンピュータ8に
接続されており、相互にデータの送受を行なっている。 デジタル平均化回路7では、LD励起固体レーザ11に
送ったパルス光発生のためのトリガ信号を起点にして入
力信号のサンプリングおよびA/D変換を行ない、後方
散乱光の強度についてのデータを、被測定光ファイバ9
にパルス光を入射した時点からの各単位時間ごとに得て
おり、さらにパルス光入射を繰り返したときのデータを
加算して加算平均化処理を行なってS/N比を上げるよ
うにしている。こうして得られたデータはコンピュータ
8に送られ、たとえば横軸をデータサンプリング時間、
縦軸をデータの大きさとして表示することにより、被測
定光ファイバ9の長さ方向各位置の測定温度が表わされ
ることになる。
バ式温度分布測定装置について図面を参照しながら詳細
に説明する。図1において、光源としてLD励起固体レ
ーザ11と光ファイバ12とからなるファイバ・ラマン
レーザ装置1が用いられ、そこから発生したパルス光が
光減衰器2、光フィルタ4および分光デバイス3を経て
、被測定光ファイバ9に入射される。分光デバイス3は
たとえば回折格子や、誘電体多層膜を使用した光学フィ
ルタ膜などからなる。この被測定光ファイバ9で発生し
たラマン後方散乱光の波長成分は分光デバイス3で分離
される。分光デバイス3より分離されたストークス光と
反ストークス光の2つの波長成分の光は、それぞれ受光
素子5およびアンプ6を経てデジタル平均化回路7に送
られる。このデジタル平均化回路7はコンピュータ8に
接続されており、相互にデータの送受を行なっている。 デジタル平均化回路7では、LD励起固体レーザ11に
送ったパルス光発生のためのトリガ信号を起点にして入
力信号のサンプリングおよびA/D変換を行ない、後方
散乱光の強度についてのデータを、被測定光ファイバ9
にパルス光を入射した時点からの各単位時間ごとに得て
おり、さらにパルス光入射を繰り返したときのデータを
加算して加算平均化処理を行なってS/N比を上げるよ
うにしている。こうして得られたデータはコンピュータ
8に送られ、たとえば横軸をデータサンプリング時間、
縦軸をデータの大きさとして表示することにより、被測
定光ファイバ9の長さ方向各位置の測定温度が表わされ
ることになる。
【0009】ファイバ・ラマンレーザ装置1の光ファイ
バ12には誘導ラマン散乱が発生する閾値以上の大きさ
の高出力パルス光が入力されている。そのため数W以上
の高出力のパルス光が必要であるので、LD励起固体レ
ーザ11を使用し、波長1.321μmのパルス光を得
ている。一般に光ファイバ中に光を入射させると入射波
長と同じ波長のレーリ散乱光と波長のシフトしたラマン
散乱光とが発生し、これらの散乱光強度は入射光強度に
比例して増加するが、ある閾値を越えたときから非線形
効果が発生し、急激にラマン散乱光強度が増大する。そ
して線形領域では観測できないほど微弱であった高次の
ストークス光も非常に大きくなる。逆にレーリ光と反ス
トークス光は、ストークス光にエネルギを奪われて強度
が大幅に低下する。
バ12には誘導ラマン散乱が発生する閾値以上の大きさ
の高出力パルス光が入力されている。そのため数W以上
の高出力のパルス光が必要であるので、LD励起固体レ
ーザ11を使用し、波長1.321μmのパルス光を得
ている。一般に光ファイバ中に光を入射させると入射波
長と同じ波長のレーリ散乱光と波長のシフトしたラマン
散乱光とが発生し、これらの散乱光強度は入射光強度に
比例して増加するが、ある閾値を越えたときから非線形
効果が発生し、急激にラマン散乱光強度が増大する。そ
して線形領域では観測できないほど微弱であった高次の
ストークス光も非常に大きくなる。逆にレーリ光と反ス
トークス光は、ストークス光にエネルギを奪われて強度
が大幅に低下する。
【0010】この誘導ラマン散乱光は、入射光波長より
長波長側に1次、2次、3次、…、高次ストークス光と
して発生する。入射光の波長は上記のように1.321
μmであり、1次、2次、3次、4次のストークス光の
波長はそれぞれ1.403μm、1.495μm、1.
600μm、1.721μmとなる。この誘導ラマン散
乱光は強度が大きく、ラマン後方散乱光を観測するのに
必要な数百mW以上の強度の光が幅広い波長域で得られ
る。
長波長側に1次、2次、3次、…、高次ストークス光と
して発生する。入射光の波長は上記のように1.321
μmであり、1次、2次、3次、4次のストークス光の
波長はそれぞれ1.403μm、1.495μm、1.
600μm、1.721μmとなる。この誘導ラマン散
乱光は強度が大きく、ラマン後方散乱光を観測するのに
必要な数百mW以上の強度の光が幅広い波長域で得られ
る。
【0011】こうして光ファイバ12から出射されるパ
ルス光は、光フィルタ4により1次ストークス光の波長
(1.403μm)成分のみが取り出され、LD励起固
体レーザ11の発光波長成分、誘導ラマン散乱によって
光ファイバ12で発生したレーリ散乱光、2次、3次、
4次、…、高次のストークス光の波長成分はカットされ
る。また、光減衰器2によってその強度を調整され、被
測定光ファイバ9中で誘導ラマン散乱を生じる閾値以下
の大きさにされる。
ルス光は、光フィルタ4により1次ストークス光の波長
(1.403μm)成分のみが取り出され、LD励起固
体レーザ11の発光波長成分、誘導ラマン散乱によって
光ファイバ12で発生したレーリ散乱光、2次、3次、
4次、…、高次のストークス光の波長成分はカットされ
る。また、光減衰器2によってその強度を調整され、被
測定光ファイバ9中で誘導ラマン散乱を生じる閾値以下
の大きさにされる。
【0012】被測定光ファイバ9では、波長1.403
μmのパルス光が入射させられることによりラマン散乱
が生じ、波長1.495μmのストークス光と波長1.
321μmの反ストークス光とが後方散乱光として入射
端側に戻ってきて、これらの波長成分の光が分光デバイ
ス3によって分離される。ストークス光および反ストー
クス光の波長がこのようなものであるならば、被測定光
ファイバ9におけるシングルモード条件が満たされ、伝
送損失は小さく、外乱に対して安定であるため、安定し
た精度の高い温度測定が可能となる。
μmのパルス光が入射させられることによりラマン散乱
が生じ、波長1.495μmのストークス光と波長1.
321μmの反ストークス光とが後方散乱光として入射
端側に戻ってきて、これらの波長成分の光が分光デバイ
ス3によって分離される。ストークス光および反ストー
クス光の波長がこのようなものであるならば、被測定光
ファイバ9におけるシングルモード条件が満たされ、伝
送損失は小さく、外乱に対して安定であるため、安定し
た精度の高い温度測定が可能となる。
【0013】
【発明の効果】以上、実施例について説明したように、
この発明の光ファイバ式温度分布測定装置によれば、シ
ングルモード光ファイバのラマン散乱によるストークス
光および反ストークス光がカットオフ波長以下にならな
いような、1.4μm以上という波長の光を被測定光フ
ァイバに入射させることができ、精度の高い温度分布測
定を安定に行なうことができる。
この発明の光ファイバ式温度分布測定装置によれば、シ
ングルモード光ファイバのラマン散乱によるストークス
光および反ストークス光がカットオフ波長以下にならな
いような、1.4μm以上という波長の光を被測定光フ
ァイバに入射させることができ、精度の高い温度分布測
定を安定に行なうことができる。
【図1】この発明の一実施例のブロック図。
1 ファイバ・ラマンレーザ装置11 LD励
起固体レーザ 12 光ファイバ 2 光減衰器 3 分光デバイス 4 光フィルタ 5 受光素子 6 アンプ 7 デジタル平均化回路 8 コンピュータ 9 被測定光ファイバ
起固体レーザ 12 光ファイバ 2 光減衰器 3 分光デバイス 4 光フィルタ 5 受光素子 6 アンプ 7 デジタル平均化回路 8 コンピュータ 9 被測定光ファイバ
Claims (1)
- 【請求項1】 高出力のパルス光を発生するLD励起
固体レーザと、該パルス光が一端に入射されて誘導ラマ
ン散乱を生じる光ファイバと、上記の光ファイバの他端
から出射する誘導ラマン散乱光より所望の波長成分を取
り出す光フィルタと、この光フィルタの出力光を被測定
光ファイバの一端に入射するとともにその一端から出射
する被測定光ファイバのラマン後方散乱光を取り出す光
学装置と、この取り出されたラマン後方散乱光を電気信
号に変換する受光素子と、該電気信号をA/D変換して
平均化処理するデジタル平均化回路とを備えることを特
徴とする光ファイバ式温度分布測定装置。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3061232A JP2575324B2 (ja) | 1991-03-02 | 1991-03-02 | 光ファイバ式温度分布測定装置 |
EP91403472A EP0502283B1 (en) | 1991-03-02 | 1991-12-19 | Temperature distribution analyzer using optical fiber |
DE69119056T DE69119056T2 (de) | 1991-03-02 | 1991-12-19 | Temperaturverteilungsanalysator mit optischer Faser |
US07/810,518 US5217306A (en) | 1991-03-02 | 1991-12-19 | Temperature distribution analyzer using optical fiber |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3061232A JP2575324B2 (ja) | 1991-03-02 | 1991-03-02 | 光ファイバ式温度分布測定装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04276531A true JPH04276531A (ja) | 1992-10-01 |
JP2575324B2 JP2575324B2 (ja) | 1997-01-22 |
Family
ID=13165273
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3061232A Expired - Fee Related JP2575324B2 (ja) | 1991-03-02 | 1991-03-02 | 光ファイバ式温度分布測定装置 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5217306A (ja) |
EP (1) | EP0502283B1 (ja) |
JP (1) | JP2575324B2 (ja) |
DE (1) | DE69119056T2 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007240174A (ja) * | 2006-03-06 | 2007-09-20 | Yokogawa Electric Corp | 光ファイバ分布型温度測定装置 |
JP2009198423A (ja) * | 2008-02-25 | 2009-09-03 | Fujikura Ltd | 光ファイバ分布型センサ装置 |
CN104501995A (zh) * | 2014-11-27 | 2015-04-08 | 珠海拓普智能电气股份有限公司 | 一种基于fpga采集卡的光纤测温*** |
CN107615028A (zh) * | 2015-05-13 | 2018-01-19 | 富士通株式会社 | 温度测量装置、温度测量方法和温度测量程序 |
Families Citing this family (36)
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---|---|---|---|---|
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US5449233A (en) * | 1992-06-16 | 1995-09-12 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Temperature distribution measuring apparatus using an optical fiber |
KR0133488B1 (en) * | 1993-01-06 | 1998-04-23 | Toshiba Kk | Temperature distribution detector using optical fiber |
GB9315231D0 (en) * | 1993-07-22 | 1993-09-08 | York Ltd | Optical time domain reflextometry |
US5839830A (en) * | 1994-09-19 | 1998-11-24 | Martin Marietta Energy Systems, Inc. | Passivated diamond film temperature sensing probe and measuring system employing same |
JPH08247858A (ja) * | 1995-03-07 | 1996-09-27 | Toshiba Corp | 光温度分布センサ及び温度分布測定方法 |
GB9508427D0 (en) * | 1995-04-26 | 1995-06-14 | Electrotech Equipments Ltd | Temperature sensing methods and apparatus |
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