JPH045529A - 光ファイバ式温度分布測定装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

この発明は、光ファイバを使用して温度の分布を測定す
る光ファイバ式温度分布測定装置に関する。

【従来の技術】

従来より、光ファイバ中のラマン散乱などの後方散乱光
を検出して温度測定する装置が、１次元の温度分布、つ
まり光ファイバ長さ方向における場所とそこでの温度と
を同時に測定する装置として知られている。このように
光ファイバに沿った領域での１次元の温度分布を求める
ことができることから、特に非常に細長い領域での温度
監視、たとえば送電線の温度監視あるいは通信回路網の
温度監視などに有効であると考えられている。 この光ファイバ式温度分布測定装置は、センシング領域
に敷設された光ファイバの一端から光パルスを入射し、
光ファイバの長さ方向各所から戻ってくるラマン散乱な
どの後方散乱光を、その入射側端部から出射させ、その
ラマン散乱などの波長成分を取り出すものであるから、
センシング用光ファイバ以外に、フィルタなどの光デバ
イスが必要である。ここで必要とされる光デバイスは、
半透過ミラーを使用する光カプラ、誘電体多層膜を使用
する分光光学デバイスあるいは回折格子を使用するフィ
ルタなどである。これらの光デバイスは、−船釣に第４
図に示すように、入力側の光ファイバ４１から出射した
光をレンズ４３で平行光とし、もう一つのレンズ４４で
再び集光して他方の出力側の光ファイバ４２に入射させ
、そのレンズ４３とレンズ４４との間の平行光部分にプ
リズムや誘電体多層膜などの各種の光学部品４５を挿入
することによって、構成される。 光ファイバ式温度分布測定装置のセンシング用光ファイ
バとしてはシングルモード光ファイバでもマルチモード
光ファイバでも使用可能であるが、通信用の光ファイバ
ケーブルがすでに各所に敷設されており、そのうちの１
本をそのまま利用してセンシング用光ファイバとして使
用するという実際上の要請が大きい。とくに電力関係で
は送電線に沿って通信用の光ファイバケーブルが敷設さ
れており、また通信回路網でもそれが光通信用であるな
ら光ファイバケーブルが敷設されている。この既設の光
ファイバは、伝送容量の大きさからシングルモード光フ
ァイバであるのが普通である。 そこで、従来において、このように経済性の観点から既
設の光ファイバをそのまま利用する場合、シングルモー
ド光ファイバ用の光デバイスを用いて光ファイバ式温度
分布測定装置を構成することになる。

【発明が解決しようとする課題】

しかしながら、通常、シングルモード光ファイバ用の光
デバイスは、製造コストが高い、寿命が短いなどの問題
を有しており、これを使用して光ファイバ式温度分布測
定装置を構成する場合には多大な設備投資が必要となる
問題がある。 すなわち、光デバイスの入力側及び出力側光ファイバが
マルチモードの場合、コア径が比較的太いので、光軸調
整時の位置ずれ、角度ずれの許容度が大きく、そのため
、接着剤や半田固定技術などを用いて光学部品を固定す
ることによって光デバイスを作成することが可能で、ま
た、完成した光デバイスは通常の環境において数年以上
の寿命が期待できる。 これに対して光デバイスの入力側及び出力側光ファイバ
としてシングルモード光ファイバを使用する場合には、
コア径がマルチモード光ファイバよりは細くなるので、
位置・角度のずれの許容度がマルチモード光ファイバの
ときと比較して１桁以上厳しくなる。そのため、各光部
品の固定及び位置調整が難しく、且つ調整後固定しても
その後特性を安定に維持させることが難しい。通常の環
境下で、数年以上の寿命を得るためには、スポット溶接
やレーザ溶接あるいは半田固定技術などのより高度な技
術を必要とすることになる。そこで、このようなシング
ルモード光ファイバ用光デバイスは、当然、設計も難し
く、価格も高いものとなる。 そのため、センシング用光ファイバとしてシングルモー
ド光ファイバを用い、シングルモード光ファイバ用の光
デバイスを使用して光ファイバ式温度分布測定装置を構
成する場合には、設備投資も多大なものが必要となると
ともに、維持コストも高いものとなるのである。 他方、このような光デバイスの問題を避けるためにはセ
ンシング用光ファイバとしてマルチモード光ファイバを
測定したい領域に沿って敷設すればよいのであるが、そ
うすると、まったくあらたに光ファイバを敷設するよう
な場合はともかく、送電線や通信回路網の温度監視など
の場合にはシン・クルモード光ファイバかすでに敷設さ
れているにもかかわらずそれを用いることがないので、
同一経路に二重に光ファイバを敷設することになって経
済的な効率の点から容認しがたい事態になる。 この発明は、上記のようなディレンマを解消し、既設の
シングルモード光ファイバをセンシング用光ファイバと
して利用しながら、シングルモード光ファイバ用光デバ
イスを使用しないことによって、それを使用したときの
高価で寿命が短いなどの問題を回避するよう改善し、も
って安価で経済効率も高く、信頼性・寿命の優れた光フ
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
。

【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においては、２本のシングルモード
光ファイバを縦添え状態で融着してなる、互いに直列接
続された第一、第二のシングルモード融着カプラと、該
第一の融着カプラの一端に結合された光源と、上記第二
の融着カプラの一端に結合されたセンシング用のシング
ルモード光ファイバと、上記第二の融着カプラの光源側
の他端に結合された、測定対象波長成分のうちの弱い方
の波長成分を取り出すための、入力側光ファイバがシン
グルモード光ファイバで出力側光ファイバがマルチモー
ド光ファイバとなっており、その間に波長選択性光部品
が固定されているフィルタと、該フィルタの出力側のマ
ルチモード光ファイバに結合された第一の受光素子と、
上記第一の融着カプラの光源側の他端に結合された第二
の受光素子とが備えられることが特徴となっている。

【作　　用】

光源からの光は第一、第二の融着カプラを通じてセンシ
ング用のシングルモード光ファイバに入射される。 このセンシング用シングルモード光ファイバ中を戻って
きた散乱光は、最初に第二の融着カプラで分岐され、つ
ぎに第二の融着カプラで分岐される。 このように光結合・分岐器として融着カプラを用いたた
め、動作が長期にわたって安定しており、また挿入損失
も小さくできる。すなわち、光部品を機械的に固定する
ことがないので、その位置ずれ及びそれから生しる動作
の不安定さかなくなる。 第二の融着カプラで分岐された光は、フィルタを経て第
一の受光素子に導かれる。このフィルタは特定の測定対
象波長成分を取り出すためのもので、入力側光ファイバ
がシングルモード光ファイバで出力側光ファイバがマル
チモード光ファイバとなっており、その間に波長選択性
光部品が固定されることによって構成されている。この
入力側のシングルモード光ファイバは融着カプラから伸
びてきているシングルモード光ファイバをそのまま使用
することもできるし、それに接続されたシングルモード
光ファイバを使用することもできる。 そのため、コア径の細いシングルモード光ファイバから
コア径の太いマルチモード光ファイバへの結合となって
おり、所定の特性を得るための、両光ファイバ及びその
間の波長選択性光部品の相互の間の位置精度の許容度は
それほど厳しいものが要求されない。そこで、容易に製
造でき、しかも長期の使用にも安定であり、信頼性が高
く、寿命が長い。 第一の融着カプラで分岐された光は第２の受光素子に結
合されて検出される。 このように第一、第二の融着カプラで各々分岐された光
から、後方散乱光の２つの波長成分がそれぞれ検出され
る。 その２つの波長の後方散乱光のうち、強度の弱い方の波
長成分が、センシング用シングルモード光ファイバに近
い側の融着カプラ（ここでは第二の融着カプラと称して
いる）の分岐光から検出され、強度の強い方の波長成分
がセンシング用シングルモード光ファイバに遠い側の融
着カプラ（ここでは第一の融着カプラと称している）の
分岐光から検出されるようにして、より弱い方の波長成
分の減衰を少なくしている。 この後方散乱光の２つの波長成分とは、たとえばストー
クス光、反ストークス光、レーり光のうちのいずれか２
波長である。ストークス光とレージ光とを測定する場合
は、ストークス光の方が弱いため、第二の融着カプラで
分岐した光からストークス光を検出し、第一の融着カプ
ラで分岐した光からレーり光を検出する。また、反スト
ークス光とストークス光とを測定する場合は、反ストー
クス光の方が弱いため、第二の融着カプラで分岐した光
から反ストークス光を検出し、第一の融着カプラで分岐
した光からストークス光を検出する。

【実　施　例】

以下、この発明の一実施例について図面を参照しながら
詳細に説明する。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おいては、第１図に示すように
、光源１と、第一、第二の融着カプラ２．３とセンシン
グ用シングルモード光ファイバ４とが直列に接続されて
いる。これらの相互の接続はコネクタによってもよいし
、あるいは融着接続でもよい。 光源１は、この実施例の場合、波長１．３２μｍの半導
体レーザ励起固体レーザを使用している。 もちろん波長１．３μｍ帯の半導体レーザを用いること
も考えられるが、現状では光出力が不足していることに
鑑みて上記のような光源を用いた。この光源１は、コン
ピュータ１１によって制御されたパルス駆動回路１２に
よりパルス駆動されて、光パルスを繰り返し発生する６ 第一、第二の融着カプラ２．３は、それぞれ、２本のシ
ングルモード光ファイバを縦添えさせた状態で相互に融
着することによって製作されたものである。これら第一
、第二の融着カプラ２．３のセンシング用シングルモー
ド光ファイバ４側の他端は未使用状態とされる。 第二の融着カプラ３の光源１側の他端にはカットフィル
タ５が結合される。このカットフィルタ５は、この実施
例の場合、ラマン散乱におけるストークス光の波長成分
を取り出すためのもので、第２図のように構成される。 すなわち、第２図に示すように、入力側の光ファイバ５
１として第二の融着カプラ３からのシングルモード光フ
ァイバがそのまま（あるいはそれに接続されたシングル
モード光ファイバ）が用いられる。他方、出力側の光フ
ァイバ５２としてマルチモード光ファイバが用いられる
。そして、入力側光ファイバ５１の一端から出射した光
を平行光に変換するためのレンズ５３、及び平行光を集
光して出力側の光ファイバ５２の一端に入射させるレン
ズ５４と、このレンズ５３．５４の間に挿入される誘電
体多層膜フィルタ５５．５６が備えられている。この誘
電体多層膜フィルタは第３図のような波長特性を有して
いるものを使用するが、一般に１枚では特性が不足する
ため、この実施例では複数枚重ねて使用している。 そして、このカットフィルタ５を経た光が受光素子６で
検出され、その電気的な出力信号がアンプ７により増幅
された後、デジタルアベレージヤ１０に送られる。 これに対して、第一の融着カプラ２の光源１側の他端に
は受光素子８が直接結合される。この受光素子８の電気
的な出力信号はアンプ９によって増幅された後、デジタ
ルアベレージヤ１０に送られる。 デジタルアベレージヤ１０は、光源１からセンシング用
シングルモード光ファイバ４への光パルスの繰り返し入
射ごとに得られる検出信号をデジタル信号に変換した後
その平均化処理を行い、コンピュータ１１との間でデー
タ転送を行う。 この実施例の場合、上記のように光源１に波長１．３２
μｍの半導体レーザ励起固定レーザを用いているため、
ストークス光の波長は１．４０ａ＋、反ストークス光の
波長は１．２５ｎとなる。したがって、反ストークス光
の波長は通常のシングルモード光ファイバではカットオ
フ波長以下になる場合がある。そこで、ここでは、カッ
トフィルタ５により波長１．４０１ｍのストークス光成
分を取り出し受光素子６で検出するようにしている。こ
れに対し、受光素子８によりレーり光成分が検出される
。レーり光はその強度が、ストークス光よりも３〜４桁
以上大きいため、レーり光のみを取り出すためのカット
フィルタは必要ない。このレーり光の測定データは、セ
ンシング用シングルモード光ファイバ４の伝送損失や、
スプライスやコネクタなどの特性校正のために使用され
る。 この実施例では、上記のように光の結合・分岐器として
融着カプラ２．３を使用しているため、光部品の機械的
固定の必要な通常の光結合・分岐器と比較して安定して
おり、しかも挿入損失が少なくなる。また融着カプラ２
．３は特性が良好である上、価格的も優れている。 また、ここで用いたカットフィルタ５という光デバイス
はレンズによりシングルモード光ファイバからマルチモ
ード光ファイバへの結合を行うタイプであるから、マル
チモード光ファイバ用の光デバイスと同様に各光部品の
位置ずれなどに強く、そのため製造が容易で信頼性に優
れ、且つ寿命も長い。すなわち、ここで用いる光デバイ
スはレンズによりシングルモード光ファイバからマルチ
モード光ファイバへの結合を行うものであるから、従来
のマルチモード光ファイバ用の光デバイスを作製技術を
そのまま使用して製作でき、しかもこうして作られた光
デバイスは多少の位置ずれに影響されないため信頼性が
高く、寿命も従来のマルチモード光ファイバ用光デバイ
スと同様に数年以上と長い。 これらにより、全体として構成が簡単となり、コンパク
トで長期信頼性の高い光ファイバ式温度分布測定装置が
得られる。 なお、上記では、ストークス光とレーり光とを測定する
こととし、ストークス光の方が弱いため、第二の融着カ
プラ３で分岐した光からストークス光を検出し、第一の
融着カプラ２で分岐した光からレーり光を検出するよう
にしたが、反ストークス光とストークス光とを測定する
こともでき、その場合は、反ストークス光の方か弱いた
め、第二の融着カプラ３で分岐した光から反ストークス
光を検出し、第一の融着カプラ２で分岐した光からスト
ークス光を検出する。したがって、この場合、第二の融
着カプラ３と受光素子６との間に反ストークス光検出用
カットフィルタ５を設ける以外に、第一の融着カプラ２
と受光素子８との間にストークス光の波長成分のみを取
り出すための、カットフィルタ５と同様の構成のカット
フィルタを設ける必要がある。

【発明の効果】

この発明によれば、センシング用光ファイバとしてシン
グルモード光ファイバを用いた場合でも、融着カプラを
用いるとともに、マルチモード光ファイバ用の光デバイ
スと同等の製造の容易さと信頼性と寿命とを持つ光デバ
イスを用いることにより、既に敷設されたシングルモー
ド光ファイバを利用して設備投資少なく且つ経済効率高
く光ファイバ式温度分布測定装置を構成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例のブロック図、第２図は同
実施例で用いるカットフィルタ部分の模式図、第３図は
同カットフィルタの誘電体多層膜の波長特性例を示すグ
ラフ、第４図は光デバイスの従来例を示す模式図である
。 １・・・光源、２．３・・・融着カプラ、４・・・セン
シング用シングルモード光ファイバ、５・・・カットフ
ィルタ、６．８・・・受光素子、７．９・・・アンプ、
１０・・・デジタルアベレージヤ、１１・・・コンピュ
ータ、１２・・・パルス駆動回路、４１．５１・・・入
力側のシングルモード光ファイバ、４２・・・出力側の
シングルモード光ファイバ、５２・・・出力側のマルチ
モード光ファイバ、５３．５４．４３．４４・・・レン
ズ、５５．５６・・・誘電体多層膜フィルタ、４５・・
・光部品。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）２本のシングルモード光ファイバを縦添え状態で
   融着してなる、互いに直列接続された第一、第二のシン
   グルモード融着カプラと、該第一の融着カプラの一端に
   結合された光源と、上記第二の融着カプラの一端に結合
   されたセンシング用のシングルモード光ファイバと、上
   記第二の融着カプラの光源側の他端に結合された、測定
   対象波長成分のうちの弱い方の波長成分を取り出すため
   の、入力側光ファイバがシングルモード光ファイバで出
   力側光ファイバがマルチモード光ファイバとなっており
   、その間に波長選択性光部品が固定されているフィルタ
   と、該フィルタの出力側のマルチモード光ファイバに結
   合された第一の受光素子と、上記第一の融着カプラの光
   源側の他端に結合された第二の受光素子とを備えること
   を特徴とする光ファイバ式温度分布測定装置。