JPS6370131A - 光フアイバ形温度分布計測装置 - 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０発明はラマン散乱光の強度が温度の関数であるこ
とを利用した４■↑測装防であって、光ファイバの長さ
方向の温度分布を連続的に且つ高精度に４測することが
出来る光ファイバ形温瓜分布計測装ｄに関する。

［従来の技術］ 従来、光ファイバを用いて、長さ方向に連続的な温度分
布を計測する方法としては、光ファイバに入射したパル
ス光の光フアイバ内でのレイリー散乱による後方散乱光
から求める方法が知られている。これは、温度により光
ファイバのマイクロベンド損、屈折率或いは光吸収度な
どが変化することによって、レイリー後方散乱光の強庭
が変化することを利用する方法である。

しかしながら、このレイリー後方散乱光を用いる方法で
は、光フアイバ中の光損失を利用するため長尺の３！１
定が困難であること、一般的に１９度に対する感度が小
さいこと、外乱（光ファイバの曲げ、側圧等）の影響に
より精度が劣化することなどの問題がある。

この難点を解消する方式として、光ファイバに入射した
パルス光による光ファイバのラマン散乱光を利用する方
法が提案されている。

今、入（ト）パルス光の周波数をωｏ１光ファイバのコ
ア材質によって定まる物質固有の周波数をωｆとすると
、光フアイバ内では、前記レイリー散乱（周波数ω０）
の他に、周波数ω０−ω「（ストークス光）とω０＋ω
ｆ　（反ストークス光）の２成分からなるラマン散乱が
生じる。このラマン散乱光の強度は、温度に依存した関
数で表現されることが知られており、ラマン散乱光の強
度から温度が求まる。

このラマン後方散乱光を利用する方法は高感度であり、
また反ストークス光とストークス光或いは反ストークス
光とレイリー散乱光の２波長を用いることにより外乱の
影響を受けない高精度な温度分布計画ができ、更に光損
失ではなく、新たな光発生用９を用いるため長尺化を実
現することが゛出来る。

［発明が解決しようとする問題点コ しかしながら、このラマン後方散乱光を用いる方法にお
いては、ラマン散乱光の強度がレイリー散乱光の強度の
約１／１０００程度と小ざい。このため、高強度の特別
なパルス光源を必要とし、また検出信号のＳ／Ｎを向上
するために長時間の平均化処理を必要とするなどの問題
があった。

この発明は、以上の従来技術の問題点を解消すべく０１
案されたものであり、光ファイバの長さ方向の温度分布
を精度よく、且つ簡易に計測することが出来る光ファイ
バ形温度分布計測装置を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、測定温度領域に配設される光ファイバと、光
ファイバにその人！８端よりパルス光を人！：）Ｉ　す
るための測定用光源と、光ファイバの入射端から出射さ
れる上記パルス光の後方散乱光のうちラマン散乱光のみ
を分離する光学系と、ラマン散乱光に対して一定周波数
だけ周波数シフトした局発光を出射する局部発振用光源
と、局部発振用光源の局発光と上記ラマン散乱光とを混
合してそれらの差周波成分を取り出す検出系と、検出系
により取り出された信号から光ファイバの温度を求める
と共に上記測定用光源からパルス光が出射されてから検
出系がラマン散乱光を検出するまでの時１ｉｉＩ　Ｊ：
り光ファイバの温度測定位置を求める信号処理回路とを
備えたものである。

［作　用１ このように、光ファイバのラマン後方散乱光に一定周波
数シフトした局発光を混合してヘデログイン検波してい
るため、局発光に比例した大きな利得が１ｒＩられ、ラ
マン後方散乱光の検出精度を大幅に向上できる。

［実施ｔＪＩＩ　］ 以下に、この発明の実施例を添付図面に従って詳述する
。

第１図において、７は光ファイバであり、光ファイバ７
は測定しようとする温度領域に配設される。光ファイバ
７の入ＤＡ　９２側には、集光レンズ６を介して光分岐
器５が設Ｇノられると共に、光分岐器５の一方のボー１
〜には測定用光源４が、他方のボートには後方散乱光の
検出系が設けられている。

測定用光源４には、光源駆動装置３．パルスディレィ回
路２．パルス発生器１が接続されている。

パルス発生器１から出力された信号はそのまま信号処理
回路１２に入力される一方、パルスディレィ回路２で所
定時間だけ遅らされたパルス信号が光源駆動装置３に入
力される。光源駆動装置３はこの入力されたパルス信号
にしたがって測定用光源４を駆動し、測定用光源４から
は周波数ω０のパルス光が出射される。測定用光源４か
らのパルス光は光分岐器５．集光レンズ６を通って光フ
ァイバ７に入射される。光ファイバ７では周波数ω０の
レイリー散乱光の外に、周波数ω０±ω［のラマン散乱
光が発生ずる。

光ファイバ７で生じたレイリー散乱光及びラマン散乱光
の一部は後方散乱光として光ファイバ７を戻り入射端か
ら出１１３Ｊされ、集光レンズ６を経て光分岐器５で分
離され、ラマン散乱光（反ス１−一ウス光）のみを透過
させる光学フィルタ９を経て、光検出器１０に入１．）
１−！ｌる。一方、反ストークス光（周波数ωΩ＋ωｒ
）より周波数ω１だけ周波数シフトした光（周波数ω０
＋ωｆ十ωＬ）を発生する局部発振用光源１４より出Ｑ
、Ｉ　した局発光を同じく光検出器１０に入射させる。

光検出器１０での信号は周波数ωｌ、のビート信号とな
り、このω、を電気的に処理ｒｉＴ能な値に設定して中
間周波数ω、でＦＭ検波器１１でＦＭ検波ずればラマン
散乱信号光が得られる。この信号光強度は局発光の強度
に比例するため、光ファイバ７より出射したラマン後方
散乱光に較べて著しく大きな信号光を得ることが出来る
。

なお、ラマン後方散乱光を生じた地点までの距離Ｘは、
信号処理回路１２に入力されるパルス発生器１からのパ
ルス信号と光検出器１０でのラマン後方散乱光の検出信
号との時間差にＭづき決定される。

上記ラマン接方散乱信号出力と上記距ｌ１ＩＩ×とによ
り、光ファイバ７の良さ方向に沿った連続的な温度分布
を知ることが出来る。

むお、上記実施例では、ラマン後方散乱光のうち反スト
ークス光だけを検出する方式について述べたが、第２図
に示すように、光分岐器５の次に別個の光分岐器１０５
を設け、この光分岐器１０５を出射する一方の光は、第
１図と同様に反ストークス光の検出系に導き、使方の光
は、ストークス光（又はレイリー光）のみを透過する光
学フィルタ１０９を経て第１図と同一構成の検出系（光
検出器１１０．ＦＭ検出器１１１）に導き、この両者の
信号出力の比率で温度に依存した出力を得ることも可能
である。この復習の方式によれば２波長を用いることで
、種々の外乱の影響を排除することができ、より高精度
な計測装置を実現することができる。

［発明の効果１ 以上要するにこの発明によれば、光ファイバのラマン敗
乱光を直接検波するのではなく、ラマン敗乱光を局発光
によりヘテロゲイン検波姐埋することにより、高強度の
特別なパルス光源を用いたり検知信号の長時間の平均化
処理を行わずに、極めて簡易に高精度で、長距離に亘る
湯度分布計測ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る計測装置の一実施例を示す構成図
、第２図は本発明に係る装置の伯の実施例を示ザ構成図
である。 図中、１はパルス発生器、２はパルスディレィ回路、３
は光源駆動装置、４は測定用光源、５．１０５は光分岐
器、６は集光レンズ、７は光ファイバ、８は導入用光フ
ァイバ、９゜１０９は光学フィルタ、１０，１１０は光
検出器、１１．１１１はＦＭ検波器、１２は信号処理回
路、１３は表示器、１４は局部発振用光源である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 測定温度領域に配設される光ファイバと、光ファイバに
   その入射端よりパルス光を入射するための測定用光源と
   、光ファイバの入射端から出射される上記パルス光の後
   方散乱光のうちラマン散乱光のみを分離する光学系と、
   ラマン散乱光に対して一定周波数だけ周波数シフトした
   局発光を出射する局部発振用光源と、局部発振用光源の
   局発光と上記ラマン散乱光とを混合してそれらの差周波
   成分を取り出す検出系と、検出系により取り出された信
   号から光ファイバの温度を求めると共に上記測定用光源
   からパルス光が出射されてから検出系がラマン散乱光を
   検出するまでの時間より光ファイバの温度測定位置を求
   める信号処理回路とを備えたことを特徴とする光ファイ
   バ形温度分布計測装置。