JPS61501587A - 測定装置及び方法 - 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】 柑用用 本発明は、例えば温度、圧力或は変位のような外部パラメータを測定するための 装置及び方法に係るものである。

遠隔監視のための電気トランスジューサの使用が不適切である比較的接近し難い 場所において、外部パラメータ（物理的変数）の測定が要求される場合がある０ 例えば変圧器、発電機或は電動機のような電気機械の内部においては磁場が大き いために、ありふれた電気トランスジユーサを使用することはできない、これら の場合に光学的技術を用いることが提案されて来ている。

若干の光学材料は、それらの吸収スペクトルのある特色として、温度依存性を呈 することが知られている。このため、温度トランスジューサとして作用するこの ような光学材料を通して光を通過させ、材料を通して透過する光のエネルギの温 度に伴なう変化を監視することによって光学温度計を製造することが可能である 。

このようなデバイスの１つが、１９７９年４月１日〜６日の第７回１！ＨＥ　／ 　ＰＥＳ　）ランスミンシヲンアンドデイストリビエーションカンファレンスア ンドエキスポジションに所載のサースキ及びスカウグセットの論文「高電圧応用 のための光学的温度センサ」において提案されている。この論文には、選択され た材料が有用な温度依存性吸収スペクトルを呈するが、好ましい材料は、光波長 が減少するのにつれて吸収係数が比較的低い値から比較的高い値まで急上昇する ように、その吸収スペクトルに比較的鋭い縁を呈しているセレンルビー硝子であ ることが述べられている。この緑のスペクトル内の位置が温度に依存するので、 吸収繰上の特定波長の光に対してこのルビー硝子の吸収係数を高度に温度依存性 上述の論文には、反射性被膜と光ファイバ束の端との間にサンドインチされたル ビー硝子のペレットからなる考え得る温度センサが述べられている。適当なダイ オード源からの光は東向の若干のファイバに沿ってペレットに供給され、ペレッ トを通過し、反射性被膜によって反射されてペレットを通して戻され、そして東 向の他のファイバを通して光検出器へ供給される。検出される光の強さがペレッ トの温度の表示を与えることになる。

このデバイスは出力に影響する他の変数が存在する恐れがあり、それらをこのデ バイスが補償しないという種々の欠陥を有している。この論文に述べられている 補償は、元の光源の変動に対してのみである。

幾分類似の温度センサが、１９８２年４月のＩ　ＥＥＥジャーナルオブクアンタ ムエレクトロニクスＱＢ−１８巻４号に所載のキウマ等の論文「温度測定用ファ イバ・オブティックインスツルメント」に述べられている。この場合も、選択さ れた光学材料の温度依存性吸収縁を検知用デバイスとして用いている。２つの半 導体材料、Ｃ，ｄＴｅ及びＧａＡｓが記載されている。源からの光を感温材料の ボデーを通して輸送し、再び光検出器まで戻すのに、単一の光ファイバの２つの 長さが用いられている。しかし、この配列においては、光源は異なる波長の光の ２つのパルスを放出するようになっており、一方の波長は検知用材料の吸収縁上 にあるように選択され、他方の波長は吸収縁から充分に離れるように材料の透過 領域内に選択されている。センサ材料を通過した２つの波長の光の強さが測定さ れ、比較される。このようにすると、得られるデバイスは、センサ材料の吸収縁 の温度依存性以外の効果に起因して生ずる光検出器出力の変化には比較的不感応 になる０例えば、光ファイバとセンサ材料のボデーとの間の界面における光コネ クタ損失、及び光フアイバ自体の散乱及び他の損失係数を含む光源から検出器ま での光路内の温度依存性損失をデバイスが持つ可能性がある。

もし、このデバイスに用いられる光の２つの波長が同じオーダーであれば、光路 内の望ましくない損失係数が両波長において同一となることが期待できる。従っ て、２つの波長で受けた信号を比較することによって、センサ材料の吸収縁上の 波長において測定した吸収係数を正規化し、センサ材料の望ましい吸収係数以外 のシステム内の損失係数への依存度を最小にすることが可能となる。

もし、上述の先行技術温度センサを用いて幾つかの位置における温度を測定する のであれば、監視点から各位置のセンサまで別々に光フアイバ接続を行わなけれ ばならない、更に、サースキ及びスカウグセントによって述べられているセンサ は望ましい吸収損失以外の損失係数に感じやすく、一方キウマ等によって述べら れているセンサは光源から放出される光出力の変動に感じやすい。

ファイバ光温度分布センサは、１９８２年５月２６日にインスティテユーシッン オブエレクトリカルエンジニアズ、エレクトロニックディビジョンのプロフェッ ショナルグループＥ１３によって組織された光フアイバセンサ会議に提出された ハルドグ及びベインの論文でも提案されている。この論文では光・時間ドメイン 反射法を用いて光ファイバからの後方散乱信号の温度依存性を使用することが提 案されている。温度に伴なって屈折率及びレイリー散乱が大巾に変化す４ことが 知られている液体を用いた液体コアファイバを使用した特定例が記載されている 。光・時間ドメイン反射法においては、光パルスを光ファイバの一方の端内に発 射し、ファイバの区分の種々の部分から後方散乱するエネルギを発射端において 監視する。この技術は、後方散乱光を取出す発射端からのファイバに沿う距離が 、光パルスの発射後の時間遅延に依存することから、レーダに類（以している。

上記論文に示されている例では、任意特定時刻に発射端において受信した（ファ イバに沿う特定距離に対応する）後方散乱エネルギは、ファイバに沿うその点に おける温度に直接依存する。しかしながら、長さに沿って均一な温度の均一なフ ァイバから後方散乱するエネルギが時間と共に指数的に減衰するので、ファイバ の長さに沿う温度の表示を得るように後方散乱エネルギ信号を解析することは困 難となりがちである。

光・時間ドメイン反射法は光ファイバの特性、特に減衰の試験として公知である ことを理解されたい。これは、光フアイバ通信システム等に用いるために所望の 低レベルの減衰を達成するのに用いられるファイバ試験技術である。１９８０年 １月３１日発行のエレクトロニクスレターズ第１６Ｓ第３号に所載の論文「２チ ヤンネル後方散乱技術によって調査した光フアイバ内のスペクトル及び長さに依 存する損失」の中で、コンジフト、ハルドグ及びペインはファイバの長さに沿う 種々の点における減衰を測定する改良された方法を示した。この技術においては 、時間的に離間させた２つの時刻に後方散乱して来たエネルギを測定する。これ らの時刻は試験中のファイバの長さに沿う１対の離間した点に対応する。ファイ バに沿う２つの離間した点からのエネルギを比較することによってそれらの間の 減衰を決定することができ、この値を正規化してファイバ内に発射された光パル スのエネルギの変動の効果を最小にする。上述の論文は単に試験の目的で光ファ イバの特性を測定することに係っているものと考えられる。

本発明の１つの面によれば、複数の位置の中から選択された何れか１つにおける 外部パラメータを測定する装置が提供され、本装置は；監視位置から前記複数の 位置を直列に相互接続していて、前記位置の中で監視位置からファイバに沿って 最も遠方の位置を越えて伸びている光ファイバ；少なくとも前記の位置に配置さ れていて、１つの位置から次の位置までファイバに沿って走行する光を通過させ ることができ、且つ第１の波長において前記外部パラメータに依存する吸収係数 を、また第２の波長において前記パラメータには実質的に無関係な吸収係数を呈 するようなスペクトル吸収プロフィルを有する光学材料を備えている検知手段； 監視位置において光ファイバの端内に第１の波長の第１の光パルス及び第２の波 長の第２の光パルスを発射する光源手段；前記ファイバの発射端において前記２ つの各波長における後方散乱光のエネルギを検出し、測定する手段；複数の位置 の中から選択された１つの位置の両側にファイバに沿って離間した１対の点から 後方散乱するエネルギに対応させるように、前記各光パルスの発射時刻に対して 選択された時間的に離間した２つの時刻に２つの波長のそれぞれにおいて後方散 乱したエネルギを測定するために前記検出及び測定手段を制御するタイミング手 段；及び前記検出及び測定手段から４つの測定された後方散乱エネルギを表わす 信号を受けるように接続されていて、これらから選択された位置における前記パ ラメータに関して、光パルスの発射エネルギへの、或は前記点間の吸収以外の損 失係数への依存度を最小ならしめるように正規化されている値を計算する計算手 段を具備している。

上述の本発明の面によれば、全ての検知位置を相互接続している１本の光フアイ バ光路だけを用いて複数点、即ち分布温度計が提供されることが理解されよう、 ある検知位置の両側における散乱点に対応する２つの時刻に各光パルスに対する 後方散乱エネルギを測定することによって、その位置にある光学材料を通る光の ２点間の吸収を決定することが可能であり、一方例えば放出用光源の安定性への 依存性は最小となる。また、一方の波長だけが温度に依存する吸収係数によって 影響されるような２つの波長を用いることによって、装置によりて測定される合 成吸収値を正規化し、所望の指示に誤差を生じさせるような他の損失係数を排除 することができる。

各位置に配置される検知手段は、それらの位置における光ファイバの一部であっ てよい、もしこれらの部分が相互接続用光ファイバの区分に光学的に整合され、 接続されているのであれば、幾何学的な損失を最小ならしめることができる。実 際にこれらの部分は相互接続用ファイバを含む連続する長さの光ファイバの一部 からなっていてよく、これらの部分には所望のスペクトル吸収プロフィルを得る ために局部的にドープする。

変形として、前記の所望スペクトル吸収プロフィルを有する光ファイバの単一連 続区分を用いて相互接続用光ファイバ及び検知手段の両方を構成させることもで きる。

しかし、別の配列においては、検知手段は前記光学材料のボデーを組入れた光セ ンサデバイス及び分離した区分の光ファイバからなっている。例えば、光学材料 のボデーば、温度センサとして使用するためには、ルビー硝子のチップ或はスラ イスからなっていてよい。

装置が測定する外部パラメータは、典型的には温度である。しかしながら、装置 は変位或は圧力を含む他のパラメータの測定にも使用可能である。

１つの配列においては、光検知デバイスが前記位置における変位トランスジュー サとして形成されている。各デバイスは光学材料のボデー及びこのボデーを取付 ける手段を備え；ボデーは、ボデーを通る透過方向内に、この透過方向と交叉す る並進方向に除徐に変化する第１の波長における吸収係数を有しており；取付は 手段は、ボデーを通る光路によって光ファイバの分離した区分を相互接続するよ うにボデーを取付け、且つ測定すべき変位に従って光路に対して前記並進方向に ボデーを並進運動させることができるようになっている。好ましい実施例におい ては、変位トランスジユーサに使用される光学材料のボデーは、材料の単位距離 当り所定の吸収係数を有する光学材料の第１のウェッジ、及び第１のウェッジと 実質的に同一の角度であって第１のウェッジの光学材料と実質的に同一の屈折率 を有し且つ実質的に吸収を生じない高度に透明な材料製の第２のウェッジで形成 され、両ウェッジは均一な厚さのボデーを形成するように一緒に接着されている 。変位トランスジューサのための適当な光学材料はネオジム（Ｎｄ”　）をドー プした硝子であって、これは特定の波長を中心とする吸収帯を有しているので、 第１の波長をこの吸収帯の中にあるように、また第２の波長をこの吸収帯の外側 にあるように選択することができる。

上述の変位トランスジューサ配列では、光検知デバイスに温度トランスジューサ を附加的に含ませることができる。各温度トランスジューサは光を通過させる光 学材料の別のボデーを備えており、この光学材料は温度には依存するが変位トラ ンスジューサ材料の吸収帯の外側の波長範囲に亘って伸びている吸収縁を持った 光吸収スペクトルを有している。第２の波長はこの縁からも離れるように選択し 、光源手段は前記吸収縁上に第３の波長の第３の光パルスを附加的に発射するよ うにしておく、検出及び測定手段、及び前記計算手段は第３の波長における後方 散乱エネルギをも測定し、第３及び第２の波長におけるこれら後方散乱エネルギ を表わしている信号から温度に対して正規化された値を計算する。

このようにすると、単一の装置によって、単一の光ファイバにより相互接続され ている種々の検知位置における変位及び温度の両方を測定できることになる。

別の面から、本発明は、監視位置において複数の位置における外部パラメータの 値を遠隔測定する装置を提供する０本装置は；各位置に配置されている光センサ デバイス；これらのセンサデバイスを監視位置に直列に相互接続し、監視位置が 相互接続されたデバイスのストリングの一方の端となるようにする複数の光ファ イバの区分を備え；各光センサデバイスは、１つの光フアイバ区分から次の光フ アイバ区分まで測定すべき外部パラメータに依存する損失係数をセンサデバイス において与えながら光を通過させることができ；更に、監視位置において光フア イバ区分の端内に光パルスを発射し、このファイバ端から出て来る後方散乱エネ ルギを光・時間ドメイン反射法によって監視して選択されたセンサデバイスにお ける前記損失係数を決定する手段をも備えている。

本発明の更に別の面において、変位を光学的に測定する装置が提供される。本装 置は；光変位トランスジューサ；及びこのトランスジューサへ監視位置から光を 送り、トランスジューサへ送給された光の変調によってトランスジューサにより 発生された光信号を監視位置へ戻して供給する光ファイバ１段を備え；前記トラ ンスジューサが光学材料のボデーを含んでいて、該ボデーを通る光路によって光 ファイ、Ｊ手段からの及び該光フアイバ手段への光を光学的に相互接続し、また 前記ボデーは、ボデーを通る透過方向内に、この透過方向と交叉する並進方向に 徐々に変化する吸収係数を有しており；更に、測定すべき変位に従って光路に対 して前記並進方向にボデーを並進運動させ、それによってボデーを通る光を変調 させて前記光信号を発生させる取付は手段をも備えている。

更にまた、本発明は、監視位置から光ファイバによって直列に相互接続されてい る複数の位置の中の選択された何れか１つの位置における外部パラメータを測定 する方法をも含むものであり、本方法は：少なくとも前記位置に、１つの位置か ら次の位置までファイバに沿って走行する光を通過させることができ、且つ検知 手段が第１の波長において前記外部パラメータに依存する吸収係数を、また第２ の波長において前記パラメータには実質的に無関係な吸収係数を呈するようなス ペクトル吸収プロフィルを有する光学材料からなる検知手段を配置し；監視位置 において光ファイバの端内へ第１の波長の第１の光パルス及び第２の波長の第２ の光パルスを発射し；複数の位置の中から選択された１つの位置の両側のファイ バに沿う１対の離間した点から後方散乱するエネルギに対応させるように、前記 各光パルスの発射時刻に対して選択された時間的に離間させた２つの時刻に２つ の各波長において後方散乱したエネルギをファイバの発射端において検出、測定 し；測定された４つの後方散乱エネルギから、選択された位置における前記パラ メータに間して、光パルスの発射エネルギに対する依存度或は吸収以外の前記点 間の損失係数に対する依存度を最小ならしめるように正規化されている値を計算 する諸段階からなっている。

以下に本発明の例を添附図面を参照して説明する。

第１図は本発明を実現することが可能な光・時間ドメイン反射方式装置のブロッ クダイアグラムであり；第２図は光学材料の吸収帯のグラフであり；第３図は温 度依存性を呈するエルビウムをドープした硝子の吸収帯のグラフであり； 第４図は温度依存性を呈するルビー硝子の吸収縁のグラフであり； 第５図は異なる光波長におけるルビー硝子の透過係数の変化を示すグラフであり ； 第６図は光フアイバ内の後方散乱エネルギ９指数減衰を示すグラフであり； 第７図は複数のファイバ区分によって相互接続された別々のトランスジューサエ レメントを用いる本発明の変形実施例のプロッジューサエレメントを相互接続す る継手の実施例の断面図であり；第１０図及び第１１図はある光ファイバの長さ に沿う複数の位置に個別のｉ・ランスジューサエレメントを設ける変形例であり ：第１２図は本発明を実施する変位トランスジューサを示すものであり； 第１３図はネオジムをドープした硝子の吸収帯と共に、ルビー硝子板と直列にし たネオジムをドープした硝子の組合せ吸収スペクトルを示すグラフであり； 第１４図はある光ファイバの長さに沿う種々の位置において分る方法を示すもの であり； 第１５図は光ファイバ長によって相互接続された一連のトランスジューサエレメ ントから後方散乱されるエネルギのグラフであり； 第１６図は第１５図と同じようなグラフであるが、連続するファイバ区分の後方 散乱係数を増加させて損失を補償したものであり； 第１７図は連続光ファイバ区分内に後方反射用エレメントを導入することによっ て信号対雑音比を改善する技術を示すものであり：そして 第１８図は第１７図に示すような後方反射用エレメントを用いた光フアイバスト リングの後方散乱エネルギのグラフである。

第１図及び第２図を参照する。第１図に示す装置は同調可能なレーザ１０を備え ており、レーザ１０ば連続する２つのビームスプリンタ１２及び１３を介しであ る長さの光ファイバ１５の一方の端１４内へ波長λの光のビーム１１を供給する 。レーザ光を光フアイバ内へ発射する配列は図示してないが、この目的のために は標準技術を用いることができる。光ファイバに入る光はファイバに沿って導び かれ、公知のように、光の一部はファイバの材料内で散乱し、散乱したエネルギ の一部はファイバによって再び捕捉されファイバに沿って発射端１４に向って走 行する。このようにして、後方散乱した光エネルギは端１４から出てビームスプ リッタ１３に向って戻り走行する。

第１のビームスプリッタ１２はレーザの出力をスプリットし、参照ビームを第１ の光検出器１６に供給する。レーザ出力は光の短いパルスとして供給され、第１ の光検出器１６はこの出力パルスに応答してスタート信号を発生し、遅延ユニッ ト１７をトリガする。

第２のビームスプリッタ１３は後方散乱した光エネルギを第２の光検出器１８に 偏向させ、第２の光検出器１８は後方散乱エネルギに対応する信号を発生する。

後方散乱エネルギ信号はオフシロスコープ１９上に表示され、また信号プロセッ サ２０に供給される。

後述するように、動作の際に第１図の装置は、信号プロセッサ２０が、ライン２ １に供給される後方散乱エネルギ信号から、ファイバの発射端１４から選択され た距離ｒなる所定位置における光ファイバ１５の吸収係数を決定できるようにな っている１本発明のこの例においては、ファイバ１５は、１つの波長の光におい である外部パラメータ即ち物理的変数、典型的には温度に依存する吸収係数を有 する選択された光学材料で作られている。別の波長においては、この光学材料の 吸収係数は実質的には外部パラメータには無関係である。

１つの例では、光ファイバ１５は所定の第１の波長において吸収帯を有するドー プされた硝子からなる材料で作られる。典型的な吸収スペクトルは第２図に実線 で示すようであり、波長λｔにおいて吸収が最大であることを示している。この 材料は、吸収帯のプロフィルが光学材料の外部の例えば温度のようなパラメータ の変化に伴って変化するようになっている。例えば、第２図に破線で示すように 、吸収帯は温度の上昇に伴って巾が広くなり、高さが低くなることができる。第 ２図から、第２の波長λ、のように吸収帯から離れた波長における吸収係数は、 温度の変化の効果を実質的に受けていないことが解る。第２図において、α（λ ２）は第１の温度における波長λ２における吸収係数であり、α′（λ２）はよ り高い温度における波長λ２における吸収係数であり、そしてα（λ、）は波長 λ１における吸収係数である。

この特性を呈する光学材料の１例は、エルビウム（Ｈｒ”　）をドープした珪酸 硝子である。このような材料は珪酸硝子内に２．５重量％のＥｒ２０ｉを導入す ることによって作ることができる。第３図に７７°Ｋ及び３００”Ｋにおけるピ ーク１．５３８ミクロンを中心とする吸収プロフィルを示しである。同じような プロフィルは、ネオジムをドープした硝子を用いても得ることができる。

若干の光学材料は、それらの吸収スペクトルに吸収縁を呈する。

このような材料の１つはルビー硝子である。ある範囲のセレン及び硫黄をドープ したルビー硝子が利用可能であり、約３５０乃至１１０００ｎの異なる特性波長 において吸収縁を有している。２ｕ厚の典型的なルビー硝子（ＲＧ６１０）の吸 収プロフィルを第４図に示す。吸収縁の位置は図に示すように温度に依存してい る。

吸収縁上に位置する波長における吸収係数が高度に温度に依存し、一方縁よりも 長い波長における吸収係数が温度には実質的に無関係であり、極めて低い値であ ることが理解できよう、第５図は、３つの異なる波長における２ｆｉ厚のルビー 硝子板（ＲＧ６１０）の透過係数の変化をグラフ的に示すものである。

再び第１図に戻って、同調可能なレーザ１０は、それぞれの波長がλ、及びλ８ の２つの光パルスを放出するようになっている。

これらのパルスは、第２のパルスがファイバ内に発射される前に第１のパルスに よる光ファイバの全ての点からの後方散乱エネルギを光検出器１８が受けること ができるように、充分な時間間隔をおいである。単一の同調可能なレーザの代り に、それぞれλ１及びλ、において作動する２つの分離したダイオードレーザを 用いてもよい、更に、ビームスプリッタ１２及び１３の代りに、光フアイバカッ プラを用いることができ、その場合には光は光ファイバによってレーザから、及 び光検出器へ直接導びかれる。

遅延ユニット１７は、１２つの波長λ１及びλ２におけるファイバ材料の吸収係 数が測定される（ファイバの長さに沿う）位置を限定する。遅延ユニット１７は 、レーザ１０がパルスを発射したことを光検出器１６が検出すると、所定の離間 した時刻に連続したトリガパルスを信号プロセッサ２０とオソシロスコープ１９ とに供給する。遅延ユニツ）１７は、レーザが発射する２つの波長の２つのパル ス毎にファイバの長さに沿う時間的に離間している同一対の点を限定する。

信号プロセッサ２０　ｙｉ、ライン２１の後方散乱エネルギ信号から、遅延ユニ ット１７によって限定された２つの点からの後方散乱エネルギを２つの各波長に 間して決定するようになっている。

これらの４つの後方散乱エネルギ信号は信号プロセッサによって使用され、２点 間、例えば距離ｒから距離ｒ＋Δｒまでの光フアイバ区分の吸収係数が決定され る。ファイバ１５の長さに沿って何等の温度変化も存在しない場合には、ファイ バの発射端１４において受けられる後方散乱エネルギＥβ、。は、第６図に示す ように時間と共に指数的に減衰する。従って、時刻τ１において測定される後方 散乱エネルギ（これはファイバの長さに沿って距離ｒなる点から後方散乱するエ ネルギに対応する）は波長λにおいてＥｒ、ｏ　（ｒ、λ）である、また、距離 ｒ十Δｒに対応する後の時刻τ、におけるそれはＥｒ、。（ｒ＋Δｒ、λ）であ る、ファイバの端から距離ｒなる点において、２つが波長λオ及びλ１における 吸収係数間の差Δα（ｒ）は次式で与えられることは明白である。

信号プロセッサ２０はこの機能を遂行して出力ライン２２上に、ファイバに沿う 点ｒにおいて測定すべき外部パラメータを表わしている２つの波長におけるこの 差吸収係数を表わす信号を供給するようになっている。

第１図に示す例では、光ファイバ１５全体が要求されるスペクトル吸収プロフィ ル有する光学材料で形成されている。勿論この配列によってファイバの長さに沿 うどのような選択された位置においても、或はこれらの位置のどのような組合せ においても、外部パラメータを測定することが可能である。しかしながら、殆ん どの応用にとっては、ファイバの長さに沿う選択された所定の位置だけにおいて パラメータが測定できれば充分であろうし、またパラメータを測定すべきこれら の位置の間のファイバの区分もまた波長λ８において実質的な吸収係数を有して いる事実は、この波長の光エネルギがある位置から別の位置まで走行する際に実 質的に減衰させられるために、重大な欠陥となる。

更に、適当な連続光ファイバ、特にルビー硝子製光ファイバの製造は、不可能で はないにしても、問題である。

第７図は分離した検知デバイス３Ｇ、３１等を用いている変形装置を図式的に示 すものであって、検知デバイス自体は分離した区分の光ファイバ３２．３３．３ ４等によって相互に接続されている。このような検知デバイスの１つ３０は第８ 図に示すようなものであってもよい０例えばルビー硝子のような特定の光学材料 のボデー即ち板３５は、ボデーの両側の光ファイバの２つの分離した区分３２及 び３３の対向端３６と３７とを相互接続する（ボデーを通る）光路を提供するよ うに配置されている。ファイバの源端から検知デバイス３０まで走行して来た光 はファイバ区分３２の端３６から放出され、光学材料の板３５を通過し、そして 次のファイバ区分３３の端に入るようになるが、この間にボデー３５の材料の吸 収係数に基く適切な損失を受けることになる。

検知デバイス３０はファイバ区分３２及び３３の端部をそれぞれ毛細管３８．３ ９内に接着することによって形成されている。

各毛細管３８．３９の内径はファイバの外径に正確に等しくしである。毛細管の 孔自体は管の外径内で正確に中心に保たれている。

毛細管の対向している端面４０．４１、及びそれらの中に接着されている光フア イバ区分は互に他方に対して平行に研磨されており、それらの間にルビー硝子の 板３５をサンドインチするように共通管４２の両端内に挿入されている。共通管 ４２の内径は毛細管３８及び３９の外径と正確に等しく作られているので、ファ イバ区分の端３６及び３７は板の両側において正確に心合せされる。

このような継手におけるファイバ区分間の結合損失は、ファイバ端面３６．３７ 間の長手方向間隔には比較的無感応である。従って、ルビー板３５に実質的な厚 さく２ｆｉ）を持たせることができる。この継手の反射損失は屈折率整合用エポ キシセメントを用いることによって減少させることが可能である。これは硝子と 空気との界面を効果的に除去する。

ルビー硝子チップを介して一方の光フアイバ区分から別の光フアイバ区分へ光を 結合するのに、第９図に示す配列のように屈折率が滑らかに変化するロッドレン ズを都合よく使用することもできる。これらのロッドレンズ４５．４６は半径方 向外側に向って屈折率が減少するように形成されており、一方の端においてロン ドに接着されている光ファイバの端から放出される光を平行化する効果を有して いる。

第７図に示すように複数の分離した検知デバイスを用いると、第１図に示すもの と類似の配列を使用して、センサデバイスの何れか１つを選択して２つの波長λ 、及びλ２における差吸収を決定することができる。２つの波長の光パルスを発 生することができる同調可能なレーザ５０は、第１のファイバ区分３２の発射端 ５２に集束されているビームスプリッタ５１を介して光ビームを放出する。ビー ムスプリフタは第１の光検出器５３に参照ビームを供給し、光検出器５３はパル ス発生器５４をトリガして時間遅延発生器５５を制御させる。ファイバから受け た後方散乱光はビームスプリンタ５１によって第２の光検出器５６の方へ偏向さ れ、光検出器５６は後方散乱エネルギに対応する信号を増巾器５７へ、従って１ 対のサンプルアンドホールド回路５８及び５９へ供給する。前述のように、時間 遅延発生器５５は、パルスが光ファイバの端５２内へ発射された時刻に対して２ つの時間的に離間した時刻にライン６０及び６１上にサンプリングパルスを発生 するようになっている０本例では、時間遅延発生器は、選択されたセンサデバイ スの両側に連なるファイバ区分に沿う複数対の点において後方散乱したエネルギ をサンプルするように、これらの時間遅延を制御するようになっている。即ち、 もしデバイス３１における差吸収を測定するのであれば、時間遅延発生器５５は ファイバ区、分３３及び３４内の点６２及び６３からの後方散乱エネルギに対応 する時刻にサンプリングパルスを発生するのである。これらのエネルギはユニッ ト５８及び５９においてサンプルされ、ホールサ６４は２つの波長λ８及びλ２ のそれぞれにおいて各点６２及び６３における後方散乱エネルギに対応する信号 を受けるのである。プロセッサはこれらの値から点６２と６３との間の差吸収を 計算する。ファイバ区分３２．３３等は最小の吸収を呈する高度に透明な材料で 作られており、従って温度依存性は僅かである。

従って点６２と６３との間で測定される差吸収係数は主としてセンナデバイス３ １内のルビー板によって生ずるものとなる。２つの波長の光を用いることによっ て、もしこれら２つの波長λ１及びλ、が他の損失係数に対して等しい効果を与 えるように充分に接近していれば、温度のような外部パラメータに依存するかも 知れない点６２と６３との間の実質的に全ての他の損失係数を補償することがで きるようになる。更に、センサデバイス３１の両側の点に対応する２つの時間的 に離間した時刻に後方散乱エネルギの測定を行うことによって、レーザパルス出 力強度の変動、光検出器５６或は増巾器５７の感度の変動に対する出力信号の何 等かの依存度は実質的に排除される。光検出器５６及び増巾器５７は２つのサン プリング時刻の間だけ安定である必要があるが、この時間は極めて短い。

ファイバのストリングに沿ってファイバ区分からファイバ区分へ走行する光にと って、波長λ２におけるセンサデバイス内の吸収損失以外のどのような損失も最 小にすることを望まれることは明白である。これらの外来損失が小さい程使用で きるファイバストリングの合計点を長くすることができ、従つてストリングの長 さに沿うセンサデバイスの数も増加させることができる。ルビー硝子板の両側の 光フアイバ端間の継目における幾何学的損失は、ルビー硝子を光フアイバ自体と 同一寸法のルビー硝子コア光ファイバの短区分を用いて形成させることによって 最小にすることができる。この場合光フアイバ区分は第１０図に示すようにルビ ー硝子コアファイバに直接融着させることができる（第１０図には２つのルビー 硝子コアファイバ区分７０及び７１を、光フアイバ区分７２．７３及び７４の間 に融着させたことを示しである）。

また幾何学的損失はセンサデバイスを光ファイバの連続区分の一部として形成す ることによっても排除することができる。このようなセンサデバイスを形成する ために、ファイバの短い区分７５．７６（第１１図）は、所望のスペクトル吸収 プロフィルが得られるようにドープする。残余のファイバは両波長に対して高度 に透明のままである０点７５．７６におけるドーピングはイオン注入によって遂 行することができる。

上述の本発明の実施例では、測定すべき外部パラメータは温度である。しかし、 圧力、磁場或は電場のような他のパラメータも測定可能である。

第１２図に示す配列は変位を測定するためのものである。第１２図においては光 学材料のボデー８０が、光ファイバ８３及び８４の端８１と８２との間に配置さ れているので源８５からファイバ８３に沿って伝達された光は、端８１からボデ ー８０を通る光路を介してファイバ８４の端に結合される。ボデー８０は、光学 材料製の２つの同一のウェッジ８６及び８７で形成されており、ボデー８０の対 向面が正確に平行となるように互に接着されている。２つのウェッジ８６及び８ ７の材料は実質的に同一の屈折率を有しているので、ファイバ８３からファイバ ８４ヘボデーを通過する光の偏向は生じない、ウェッジ８６はボデーを通る単位 光路長当り所定の吸収係数を有している材料で作られている。一方ウエツジ８７ は源８５からの光の波長に対して高度に透明に作られている。従って、ボデー８ ０を直角に通過する光に対する吸収係数が、ファイバ８３及び８４の端８１と８ ２との間の光路に対するボデーの位置に依存することが理解されよう、ボデー８ ０は、トランスジューサによって測定される変位に従って光路を横切るように、 即ち矢印８８の方向に運動するように、ファイバ８３及び８４に対して取付けら れる。

検出器８９は、ボデー８０を透過してファイバ８４によって導かれる光を検出す る。検出器８９によって受けられる光のエネ・ルギはボデー８０の位置を、従っ て測定すべき変位の指示を与える。

第１１図に示すような変位トランスジューサの若干を光ファイバの区分によって 相互接続して第７図に示すようなストリングを形成させて同時に使用することが 可能である。このようにすると、トランスジューサの中の選択された何れか１つ によって指示される変位を、前述の時間ドメイン反射性技術を用いて測定するこ とができる。好ましくは、ウェッジ８６を形成させる光学材料は、充分に限定さ れた吸収帯を有してはいるが吸収帯から離れると高度に透明な材料とする。第１ ３図はネオジム（Ｎｄ’°）でドープした硝子が呈する５８５ｎｍにピークを持 つ吸収帯のグラフである。そこで、源は２つの波長、即ち一方は例えば５８５ｎ ｍのような吸収帯内の光を、第２の波長は例えば約６３０ｎｍのような吸収帯か ら離れた光を放出するようにしてよい。吸収帯内の波長の光だけがトランスジュ ーサのボデーの変位に伴って可変的に吸収されるようになる。もし変位トランス ジューサを通る２つの異なる波長における吸収係数を検出するように検出器を配 列すれば、これらの２つの値を用いて変位指示を正規化し、種々の外部パラメー タに依存はするが２つの波長の両方に実質的に等しい効果をもつような他の損失 係数に対する依存度を最小にすることができる。

単一の光ファイバシステムを用いて、単一の組合せトランスジューサのところに おける温度と変位の両方を測定することかできる。もし上述したような変位トラ ンスジューサをルビー硝子板と直列にして各検知デバイスを形成させれば、一方 の光ファイバからの光は次の光ファイバに入る前にルビー硝子板及び変位トラン スジューサのボデーの両方を通過するので、この組合せトランスジユーザのとこ ろにＪ３いて温度及び変位の両方が測定できることになる。もし変位トランスジ ューサが吸収用光学材料としてネオジムをドープした硝子を含んでいれば、変位 トランスジューサによって吸収される波長５８５ｎｍは、ルビー硝子の特定形状 の吸収縁の波長、即ち硝子ＯＧ５５０のための５５０ｎｍとは異ならせることが できる。変位トランスジューサ及びルビー硝子エレメントの組合せ吸収スペクト ルも第１３図に示しである。この配列の場合、光源は３つの波長の光、即ちルビ ー硝子の吸収縁上にある約５５０ｎｍ、ネオジムをローブした変位トランスジュ ーサの吸収帯内の約５８５ｎｍ、及び参照波長としての約６２０ｎｍの光を供給 するようにする。このようにすると、温度変化は５８５及び６２Ｑｎｍの光の吸 収には最小の効果を呈し、一方変位変化は波長５５０及び６２Ｑｎｍの光に対し て最小の効果しか呈さない。

第７図を参照して説明した光・時間ドメイン反射式マルチプレクシング技術は、 上述の変位及び温度組合せトランスジューサと共に用いることもできる。しかし 、変形配列を第１４図に示しである。

第１４図においては、光ファイバの区分によって相互接続されている一連のトラ ンスジューサエレメントは、光フアイバ分枝９１．９２．９３及び９４が接続さ れている光フアイバ区分９０に置換されている。これらの分枝はファイバ結合器 によって光フアイバ区分９０に接続されているのである。ファイバ結合器９５も 、第７図のビームスプリフタに代って使用されており、ダイオード源９６からの 光をファイバ区分に供給し、変調された光を光センサ９７に供給できるようにし ている。各分枝９１〜９４は変位トランスジューサ９８．９９．１００及び１０ １において終端されている。各変位トランスジューサは、トランスジューサボデ ーの一方の面が反射性となっていることを除けば第１１図に示すよ〕にして形成 されている。ファイバ分枝９１〜９４の端は変位トランスジューサのボデーに光 学的にリンクされているので、ファイバ分枝９１から出てボデーを通過した光は ウェッジ８６によって可変的に吸収され、反射面１０２において反射され、ボデ ーを通って送り返され、分枝９１の端に再び入るようになる。

源９６からファイバ区分９０の端内に供給された単一の光パルスが反射されて戻 って来る光は、ファイバ９０に沿う１つｉ分枝接続１０３と次の分枝接続１０４ との間のファイバエレメントの長さに依存する時間間隔を有する時間的に離間す る一連のパルスとして検出器９７によって受けられることが理解されよう、従っ て、各トランスジューサからの信号は適切なタイミング技術によって別々に監視 することが可能である。

再び第７図に示す時間ドメイン反射式後方散乱マルチプレックス方法に戻るが、 直列に有効に接続することが可能な個々のトランスジューサエレメントの数には ある限界がある。光ファイバの素区分から後方散乱する光のエネルギは、ファイ バ内に発射される光パルスのパワーに対して本質的に極めて小さい。ファイバの ストリングに沿う距離が遠くなる程、後方散乱光のエネルギレベルは低くなる。

ファイバの連続長に対する後方散乱エネルギレベルの自然対数的減衰は、１つの ファイバ区分からトランスジューサを通して次のファイバ区分までの結合におけ る損失、並びにド　ランスジューサ自体における吸収による損失によって強めら れるようになる。

第１５図は、各センサエレメントにおいて３　ｄＢの損失があるものとして、後 方散乱パワーと時間（従って発射端からファイバストリングに沿う距離ｒ）との 関係を示すグラフである。センサエレメントはファイバ長ｌだけ離間している。

５エレメントのセンサでは、光ファイバの第１区分と第５区分との間の後方散乱 パワーには１２ｄＢのダイナミックレンジが存在することは明白である。

特定のファイバ区分から後方散乱するパワーは、そのファイバ区分内へ進入させ る光パルスの発射エネルギを増加させることによって増加させることができる。

しかし発射エネルギは、所望波長における高ピークパワー光源の有効性によって 制限される。

後方散乱エネルギは、人力パルスの長さを増しても増加させることができる。こ れは後方散乱エネルギの検出帯域中を減少させ、また電気的なホワイトノイズが 受信器の帯域中に比例することから後方散乱パワーの信号対雑音比を増加させる という理論的な長所も有している。しかしながら、パルスの長さを増加させると ファイバストリングの長さに沿う空間的分解能も増大する。隣接するトランスジ ューサ間の光フアイバ区分が約１０ｍの長さの場合には、入力パルスの巾は１０ ０ｎＳ以下としなければならない。

パルスレーダでは公知のように、受信の際に適当なパルス圧縮技術を用いてより 長いコード化されたパルスを使用することができる。

検出器における信号対雑音比は雑音成分を減少させることによっても増加させる ことができる。ランダム雑音は、連続して伝送されるパルスに対して多数のサン プルを平均することによって減少させることができる。Ｎ個のサンプルを平均す るとＲＭＳｔ流雑音は係数Ｆだけ減少する。

ファイバの異なる部分からの単一の光子を計数するのに光子計数技術を使えるか も知れない。この場合フォトマルチプライヤ検出器を使用する。ファイバストリ ングの所望の後方散乱部分に対応する時間内に受けられる光子の数は極めて多く の伝送された光パルス（例えば１０ｈ）に亘って累積される。

最低エネルギの後方散乱信号の信号対雑音比を増加させるための上述の技術は、 全て限界を有しているか、或は高価で困難なものである。

別の方法は、必要な複数のトランスジューサの利用可能なエネルギを最適化する ことである。

後方散乱エネルギは、とりわけファイバの散乱係数に依存する。

光ファイバの特定セグメントにおける後方散乱パワーは、散乱係数を増すことに よって増加させることができる。しかし、散乱はパルスの前方への伝播に対して は効果的に損失であるから、散乱係数は後方散乱エネルギの指数損失ファクタと しても現われる。

ファイバの長さに沿う距離りから戻って来る後方散乱パワーは、ファイバの散乱 係数βがβ−１／２Ｌである場合に最大であることが解っている。

上述したようなシステムにおいては、どのような場合でも検出するのに充分に高 いパワーの近い方のファイバ区分からの後方散乱パワーを最大化する必要はない 。従って、より遠方のファイバ区分からの後方散乱信号を増大させる１方法は、 これらのより遠方の各区分の散乱係数を漸進的に増加させることである。理想的 には、連続する遠方の光フアイバ区分からの後方散乱パワーの差が、１つの区分 から次の区分まで光パルスが伝播する際に、及び逆行する際に（相互にリンクさ れているトランスジューサを通して２回）受ける減衰を保償するようにすべきで ある。

隣接するファイバ区分の全ての対に対してこの条件が満足されされるならば、最 も遠方のファイバ区分において損失を補償するためにたとえ全反射させても前進 伝播パワーが不充分となるまでは、これら全てのファイバ区分の中央から戻る後 方散乱パワー゛は等しくなる。

第１６図は、トランスジューサ当り３　ｄＢの損失を受け、連続するファイバ区 分の散乱係数が１．２．４．８及び１６　ｄＢｋｍ−１であるような５区分のフ ァイバから戻る後方散乱パワーを示すものである。図から、各ファイバ区分の中 央から戻る後方散乱パワーがほぼ一定に保たれていることが解る。

この配列は、装置に使用されている光検出器の線形レスポンス範囲を大巾に小さ くすることができるという別の長所も有している。

しかし、ファイバ区分の散乱係数を増加させるには重大な問題も存在している０ 例えば、１０区分の光ファイバにおいては１０番目の区分の散乱係数が１番目の それよりも５１２倍も大きくなってしまう、１つのファイバ区分から次のファイ バ区分へ走行する光の合計損失が過大となって来よう。所望の散乱係数を有する ファイバを製造することも困難であろう。

第１７図は、比較的低い散乱係数を有する、従って低い前進伝播損失を有する光 ファイバを用いてはいるが、隣接するトランスジューサ１１１を相互にリンクし ている光ファイバの中央に配置されている後方反射エレメント１１０を用いた変 形配列を示すものである。後方反射エレメント１１０は、光ファイバに沿って前 方へ伝播する光の所定の割合を逆方向にファイバに沿って戻すようになっている 。このような後方反射器を用いることの長所は、光フアイバ内で散乱する合計光 の極く少部分が実際に再捕捉されて逆方向に伝播し、ファイバの反射端へ戻され る事実に由来するものである。しかし、実質的に全ての後方反射した光を捕えて ファイバ内を戻り伝播させることが可能である。同一の前進伝播損失ならば、後 方反射エレメントからの反射信号の大きさを等価後方散乱信号の大きさよりもほ ぼ４桁大きくできることが解った。

即ち、同じ前進伝播損失の場合には、光ファイバからの反射信号を４０ｄＢまで 大きくすることができるのである。

後方反射エレメント１１０は、ファイバ内に正確に直角な端面を有する断絶部を 設けることによってファイバ区分内に導入することができる。空隙によって分離 されているこのような断絶部は、約０．０８の組合せ反射率を生ずるようになる 。より低い値の反射率を得るには、２つの端面を屈折率に所望の差を有している 光学セメント或は流体で結合すればよい、また高い反射率はファイバ表面の一方 或は両方に反射性被膜を沈着させることによって得ることができる。

後方反射器を用いた典型的システムにおいては、反射器はファイバストリングの 発射端から最も遠方の光フアイバセグメント内だけに導入されている０発射端に 最も近いファイバ区分からはトランスジューサデバイスの監視に満足できる充分 な後方散乱エネルギが得られる。ファイバストリングの発射端からある距離にあ るファイバエレメントからの後方散乱光の信号対雑音比が充分な検出を行うため の最低所望レベルまで低下した場合には、後方反射エレメントを次のファイバセ グメント内に導入することができる。連続する反射器の反射率は、附加的な反射 パワーが、先行反射器からとその戻りの２回トランスジューサを通る際の伝播の 損失を補償するように増加させることができる。もし全ての対の隣接反射器にお いてこの条件が満足されれば、全反射器からファイバストリングの発射端へ戻っ て来る反射パワーは名目上は等しくなる（例えば、トランスジューサデバイスが 全て同一標準温度にあれば）。

第１８図は分離したファイバ区分の継目にルビー硝子温度トランスジューサを、 またこれらのファイバ区分の中央に後方反射器を設けたファイバストリングから 戻る反射パワーを示すものである。プロットされている後方散乱エネルギは、隣 接トランスジューサ間のファイバセグメントの長さβの１／４に対応する巾の矩 形光パルスから誘導したものである。ファイバストリングｒに沿う値０，２．２ １．３１．４ｊ！及び５１のところには、トランスジューサ継手における不連続 による反射が存在している。後方反射器の位置に対応するｒの中間値のところに は、これらの後方反射器によって生じた反射が存在している。後方反射器の反射 係数を次々と増加させであるために、連続する反射器における反射エネルギのパ ワーは実質的に一定に保たれている。

各後方反射器からの反射エネルギを実質的に一定ならしめれば、装置の検出器の ダイナミックレンジに対する要求を極めて狭くすることができるので、非線形問 題を避けることが可能となる。

７２フＪ 濠表、／ＬＬｎ ／２り４ 諺　長、メｍ ／λり！ 温　虐、ｔ ／”　ｒｆａｒ ／Ｚり汐 ／λりＩ ／２りχダ。

′ＩＪＬ　長、ｎｍ Ｎ似　＃５背久包パフー タ（（入　４炙　δオ矢　古ムパ７− な′５憩もパフ− 田訟損審斡失 ＡＩＭＥＸ　Ｔｏ　’Ｘ’ｂｉ　ＩＮＴＥＲＮＡτｍ０ＮＡＬ　５ＥＡＲＣ！！ 　ＲＥＰＯＲＴ　ＯｒＪ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）複数の位置の中から選択された１つの位置における外部パラメータを測定 する装置であって：監視位置から前記複数の位置を直列に相互接続していて、前 記位置の中で監視位置からファィバに沿って最も遠方の位置を越えて伸びている 光ファィバ；少なくとも前記位置に配置されていて、１つの位置から次の位置ま でファィバに沿って走行する光を通過させることができ、且つ第１の波長におい て前記外部パラメータに依存する吸収係数を、また第２の波長において前記パラ メータには実質的に無関係な吸収係数を呈するようなスペクトル吸収プロフィル を有する光学材料を備えている検知手段；監視位置において光ファィバの端内に 第１の波長の第１の光パルス及び第２の波長の第２の光パルスを発射する光源手 段；前記ファィバの発射端において前記２つの各波長における後方散乱光のエネ ルギを検出し、測定する手段；複数の位置中から選択された１つの位置の両側に ファィバに沿って離間した１対の点から後方散乱するエネルギに対応させるよう に、前記各光パルスの反射時刻に対して選択された時間的に離間した２つの時刻 に２つの各波長において後方散乱したエネルギを測定するために前記検出及び測 定手段を制御するタイミング手段；及び前記検出及び測定手段から４つの測定さ れた後方散乱エネルギを表わす信号を受けるように接続されていて、これらから 選択された位置における前記パラメータに関して、光パルスの発射エネルギヘの 、或は前記点間の吸収以外の損失係数への依存度を最小ならしめるように正規化 されている値を計算する計算手段を具備する装置。 （２）前記検知手段が、前記複数の位置における光ファィバの部分からなってい ることを特徴とする請求の範囲（１）に記載の装置。 （３）前記光ファィバの部分が、幾何学的損失を最小ならしめるように前記相互 接続用光ファィバの区分に光学的に整合され、接続されていることを特徴とする 請求の範囲（２）に記載の装置。 （４）前記光ファィバの部分が、前記相互接続用ファィバを含む光ファィバの連 続長の部分からなっており、これらの部分が局部的にドープされていて前記スペ クトル吸収プロフィルを得ていることを特徴とする請求の範囲（２）に記載の装 置。 （５）前記スペクトル吸収プロフィルを有する光ファィバの単一連続区分が、相 互接続用光ファィバ及び検知手段の両方を構成していることを特徴とする請求の 範囲（１）に記載の装置。 （６）前記検知手段が、前記光学材料のボデー及び光学的に相互接続されている 分離した光ファィバの区分を組込んだ光センサデバイスからなっていることを特 徴とする請求の範囲（１）に記載の装置。 （７）前記光検知デバイスが前記位置における変位トランスジューサとして形成 されており；各デバイスが光学材料のボデー及びこのボデーを取付ける手段から なり；前記ボデーがボデーを通る透過方向内に、この透過方向と交叉する並進方 向に徐々に変化している第１の波長における吸収係数を有しており；前記取付け 手段が、ボデーを通る光路によって光ファィバの分離した区分を相互接続するよ うにボデーを取付け、且つ測定すべき変位に従って光路に対してボデーを前記並 進方向に並進運動可能ならしめていることを特徴とする請求の範囲（６）に記載 の装置。 （８）前記ボデーが、透過方向には並進運動の範囲に亘って均一な屈折性であり 、ボデーを通過する光にどのような偏りがあっても並進運動に伴って変化を生じ ないことを特徴とする請求の範囲（７）に記載の装置。 （９）前記ボデーが、透過方向に実質的に均一な屈折率及び均一な厚さを有して いることを特徴とする請求の範囲（８）に記載の装置。 （１０）前記ボデーが、材料の単位距離当り所定の吸収係数を有する前記光学材 料の第１のウェッジ、及び第１のウェッジと実質的に同一角度であって第１のウ ェッジの光学材料と実質的に同一の屈折率を有し且つ実質的に吸収を生じない高 度に透明な材料製の第２のウェッジで形成され、２つのウェッジが均一な厚さの ボデーを形成するように一緒に接着されていることを特徴とする請求の範囲（９ ）に記載の装置。 （１１）前記光学材料が所定の波長を中心とする吸収帯を有しており、前記第１ の波長が前記吸収帯内にあるように選択され、前記第２の波長が吸収帯の外側に あるように選択されていることを特徴とする請求の範囲（７）に記載の装置。 （１２）前記光学材料が、ネオジム（Ｎｄ３＋）をドープした硝子であることを 特徴とする請求の範囲（１１）に記載の装置。 （１３）前記光検知デバイスが附加的に濃度トランスジューサを含んでおり、各 デバイスが、光を通過させる光学材料の別のボデーを備えており、前記光学材料 が温度に依存するが前記吸収帯の外側の波長範囲に亘って伸びている吸収縁を持 った光吸収スペクトルを有しており；前記第２の波長が前記縁から離れるように 選択され；前記光源手段が前記吸収縁上に第３の波長の第３の光パルスを附加的 に発射するようになっており；前記検出及び測定手段、及び前記計算手段が前記 第３の波長における後方散乱エネルギをも測定し、前記第３及び第２の波長にお けるこれら後方散乱エネルギを表わす信号から温度に対して正規化された値を計 算することを特徴とする請求の範囲（１１）或は（１２）の何れかに記載の装置 ． （１４）監視位置から複数の位置における外部パラメータの値を遠隔測定する装 置であって：前記各第１に配置されている光センサデバイス；前記センサデバイ スを監視位置に直列に相互接続し、監視位正方が相互接続されたセンサデバイス のストリングの一方の端となるようにする複数の光ファィバの区分を具備し；前 記各光センサデバイスが、１つの光ファィバ区分から次の光ファィバ区分まで測 定すべき外部パラメータに依存する損失係数をセンサデバイスにおいて与えなが ら光を通過させることができるようになっており；更に、監視位置において光フ ァィバ区分の端内に光パルスを発射し、前記ファィバ端から出て来る後方散乱エ ネルギを光・時間ドメイン反射法によって監視して選択されたセンサデバイスに おける前記損失係数を決定する手段をも具備する装置。 （１５）前記各光センサデバイスが、第１の波長において前記外部パラメータに 依存する吸収係数を、また第２の波長において前記パラメータには実質的に無関 係な吸収係数を呈するようなスペクトル吸収プロフィルを有する材料で作られて おり；前記発射及び監視手段が、第１の波長の第１の光パルス及び第２の波長の 第２の光パルスを発射する光源手段、各波長における後方散乱のエネルギを検出 して測定して選択されたセンサデバイスにおける前記損失係数を各波長において 決定する手段、前記検出及び測定手段から２つの波長において測定された後方散 乱エネルギを表わす信号を受けるように接続されていてこれらから前記外部パラ メータに閲して、前記選択されたセンサデバイスにおける吸収以外の損失係数へ の依存度を最小ならしめるように正規化された値を計算する計算手段を含んでい ることを特徴とする請求の範囲（１４｝に記載の装置。 （１６）前記発射及び監視手段が後方散乱エネルギを検出し測定する手段、複数 のセンサデバイスの中から選択された１つのセンサデバイスの両側の光ファィバ 区分内の１対の点から後方散乱するエネルギに対応させるように前記光パルスの 発射時刻に対して選択された時間的に離間した２つの各時刻に後方散乱エネルギ を測定するために前記検出及び測定手段を制御するタイミング手段を含み；前記 検出及び測定手段から２つの測定された後方散乱エネルギを表わす信号を受ける ように接続されていて、これらから光パルスの発射エネルギヘの依存度を最小な らしめるように正規化された前記損失係数を、次で前記外部パラメータに関する 値を計算する手段を含んでいることを特赦とする請求の範囲（１４）或は（１５ ）に記載の装置。 （１７）前記光検知デバイスが前記第１における変位トランスジューサとして形 成されており；各デバイスが光学材料のボデー及びこのボデーを取付ける手段か らなり；前記ボデーがボデーを通る透過方向内に、この透過方向と交叉する並進 方向に徐々に変化する第１の波長における吸収係数を有しており；前記取付け手 段が、ボデーを通る光路によって光ファィバの分離した区分を相互接続するよう にボデーを取付け、且つ測定すべき変位に従って光路に対してボデーを前記並進 方向に並進運動可能ならしめていることを特徴とする請求の範囲（１４）乃至（ ６）の何れかに記載の装置。 （１８）前記ボデーが、透過方向には並進運動の範囲に亘って均一な屈折性であ り、ボデーを通過する光にどのような偏りがあっても並進運動に伴って変化を生 じないことを特徴とする請求の範囲（１７）に記載の装置。 （１９）前記ボデーが、透過方向に実質的に均一な屈折率及び均一な厚さを有し ていることを特徴とする請求の範囲（１８）に記載の装置。 （２０）前記ボデーが、材料の単位距離当り所定の吸収係数を有する前記光学材 料の第１のウェッジ、及び第１のウェッジと実質的に同一角度であって第１のウ ェッジの光学材料と実質的に同一の屈折率を有し且つ実質的に吸収を生じない高 度に透明な材料製の第２のウェッジで形成され、２つのウェッジが均一な厚さの ボデーを形成するように一緒に接着されていることを特徴とする請求の範囲（１ ９）に記載の装置。 （２１）前記光学材料が所定の波長を中心とする吸収帯を有しており、前記第１ の波長が前記吸収帯内にあるように選択され、前記第２の波長が吸収帯の外側に あるように選択されていることを特徴とする請求の範囲（１７）乃至（２０）の 何れかに記載の装置。 （２２）前記光学材料が、ネオジム（Ｎｄ３＋）をドープした硝子であることを 特徴とする請求の範囲（２１）に記載の装置。 （２３）前記光検知デバイスが附加的に温度トランスジューサを含んでおり、各 デバイスが、光を通過させる光学材料の別のボデーを備えており、前記光学材料 が温度に依存するが前記吸収帯の外側の波長範囲に亘って伸びている吸収縁を持 った光吸収スペクトルを有しており；前記第２の波長が前記録から離れるように 選択され；前記光源手段が前記吸収縁上に第３の波長の第３の光パルスを附加的 に発射するようになっており；前記検出及び測定手段、及び前記計算手段が前記 第３の波長における後方散乱エネルギをも測定し、前記第３及び第２の波長にお けるこれら後方散乱エネルギを表わす信号から温度に対して正規化された値を計 算することを特赦とする請求の範囲（２１）或は（２２）に記載の装置。 （２４）前記発射端からファィバに沿って最も遠方のパラメータ検知位置よりも 遠い光ファィバ区分内に位置している前記離間した点の一方に後方反射手段を含 んでおり、この一方の点から測定される後方散乱エネルギが後方反射した光エネ ルギを含むようになっていることを特徴とする請求の範囲（１）乃至（１３）、 （１６）、或は請求の範囲（１６）に従属する請求の範囲（１７）乃至（２３） に記載の装置。 （２５）前記後方反射手段が、最も遠方の点を含む連続した前記離間した点に配 置されており、発射端における検出及び測定に対して前記各点から後方反射エネ ルギを含む充分な後方散乱エネルギが得られるように選択された反射係数を有し ていることを特徴とする請求の範囲（２４）に記載の装置。 （２６）前記光学材料が、温度に依存する吸収線を持った光吸収スペクトルを有 し；前記第１の波長が前記縁上に位置するように選択されることを特徴とする請 求の範囲（１）乃至（６）、（１５）、或は請求の範囲（１５）に従属する請求 の範囲（１６）の何れかに記載の装置。 （２７）前記光学材料がルピー硝子であることを特徴とする請求の範囲（２６） に記載の装置。 （２８）前記光学材料が、温度に依存する振巾を有する最大吸収ピークを持った 光吸収スペクトルを有し；前記第１の波長が前記ピークに、或はピーク附近にあ るように選択されることを特徴とする請求の範囲（１）乃至（６）、（１５）或 は請求の範囲（１５）に従属する請求の範囲（１５）の何れかに記載の装置。 （２９）前記光学材料が、材料に加えられる圧力に依存する最大吸収ピーク或は 吸収縁を持った光吸収スペクトルを有し；前記第１の波長が前記ピーク或は縁上 に、或はピーク或は縁附近にあるように選択されることを特徴とする請求の範囲 （１）乃至（６）、（１５）、或は請求の範囲（１５）に従属する請求の範囲（ １６）の何れかに記載の装置。 （３０）変位を光学的に測定する装置であって；光学変位トランスジューサ；監 視位置からトランスジューサへ光を送り、トランスジューサに送給された前記光 の変調によってトランスジューサにより発生された光信号を監視位置まで戻して 供給する光ファィバ手段を具備し；前記トランスジューサが光学材料のボデー及 びこのボデーを取付ける手段からなり；前記ボデーがボデーを通る光路によって 光ファィバ手段からの及び該光ファィバ手段への光を光学的に相互接続し、また 前記ボデーがボデーを通る透過方向内に、この透過方向と交叉する並進方向に徐 々に変化している吸収係数を有しており；前記取付け手段が、測定すべき変位に 従って光路に対してボデーを前記並進方向に並進運動させ、それによってボデー を通過する光を変調して前記光信号を発生させることを特徴とする装置。 （３１）前記光学材料が、前記ボデーが第１の波長において前記徐々に変化する 吸収係数を有しているが第２の波長においては均一に透明であるようなスペクト ル吸収プロフィルを有しており：前記装置が；前記監視位置において光ファィバ 手段に沿って前記各波長の光をトランスジューサへ送給し、測定すべき変位によ って第１の波長においては光は変調されるが、第２の波長においては変調されな いようにする光源手段；及び前記光学材料のボデーを透過した後に監視位置に戻 って供給される２つの波長における光のエネルギを比較し、前記吸収係数以外の 損失係数への依存度を最小とするように正規化されている吸収係数、次で前記変 位に関する値を計算する測定手段を含んでいることを特徴とする請求の範囲（３ ０）に記載の装置。 （３２）前記ボデーが、透過方向には並進運動の範囲に亘って均一な屈折性であ り、ボデーを通過する光にどのような偏りがあっても並進運動に伴って変化を生 じないことを特徴とする請求の範囲（３０）或は（３１）に記載の装置。 （３３）前記ボデーが、透過方向に実質的に均一な屈折率及び均一な厚さを有し ていることを特徴とする請求の範囲（３２）に記載の装置。 （３４）前記ボデーが、材料の単位距離当り所定の吸収係数を有する前記光学材 料の第１のウェッジ、及び第１のウェッジと実質的に同一の角度であって第１の ウェッジの光学材料と実質的に同一の屈折率を有し且つ実質的に吸収を生じない 高度に透明な材料製の第２のウェッジで形成され、２つのウェッジが均一な厚さ のボデーを形成するように一緒に接着されていることを特徴とする請求の範囲（ ３３）に記載の装置。 （３５）前記光学材料が所定の波長を中心とする吸収帯を有しており、前記第１ の波長が前記吸収帯内にあるように選択され、前記第．２の波長が吸収帯の外側 にあるように選択されていることを特赦とする請求の範囲（３１）、或は請求の 範囲（３１）に従属する請求の範囲（３２）乃至（３４）の何れかに記載の装置 。 （３６）前記光学材料が、ネオジム（Ｎｄ３＋）をドープした硝子であることを 特徴とする請求の範囲（３５）に記載の装置。 （３７）附加的に温度を測定するようになっていて：前記装置が、光を通過させ る光学材料の別のボデーを備えており、前記光学材料が温度に依存するが前記吸 収帯の外側の波長範囲に亘って伸びている吸収縁を持った光吸収スペクトルを有 しており；前記第２の波長が前記縁から離れるように選択され；前記光源手段が 光ファィバに沿って前記吸収縁上に第３の波長の光を附加的に送り、変位によっ て第１の波長の光は変調されるが第２及び第３の波長の光は変調されることがな く、また温度によって第３の波長の光は変調されるが第１及び第２の光は変調さ れることがなく；前記測定手段が、前記第３及び第２の波長における前記光エネ ルギを比較して温度に対して正規化された値を求めるようになっていることを特 徴とする請求の範囲（３５）或は（３６）に記載の装置。 （３８）監視位置から光ファィバによって直列に相互接続されている複数の位置 の中の選択された何れか１つの位置における外部パラメータを測定する方法であ って：少なくとも前記位置に、１つの位置から次の位置までファィバに沿って走 行する光を通過させることができ、且つ検知手段が第１の波長において前記外部 パラメータに依存する吸収係数を、また第２の波長において前記パラメータには 実質的に無関係な吸収係数を呈するようなスペクトル吸収プロフィルを有する光 学材料からなる検知手段を配置し；監視位置において光ファィバの端内へ第１の 波長の第１の光パルス及び第２の波長の第２の光パルスを発射し；複数の位置の 中から選択された１つの位置の両側のファィバに沿う１対の離間した点から後方 散乱するエネルギに対応させるように、前記各光パルスの発射時刻に対して選択 された時間的に離間した２つの時刻に２つの各波長において後方散乱したエネル ギをファィバの発射端において検出し、測定し；前記４つの測定された後方散乱 エネルギから、選択された位置における前記パラメータに関して、光パルスの発 射エネルギヘの或は吸収以外の前記点間の損失係数への依存度を最小ならしめる ように正規化されている値を計算する諸段階からなる方法。