JP2602981B2 - Temperature distribution detector - Google Patents
Temperature distribution detectorInfo
- Publication number
- JP2602981B2 JP2602981B2 JP2155510A JP15551090A JP2602981B2 JP 2602981 B2 JP2602981 B2 JP 2602981B2 JP 2155510 A JP2155510 A JP 2155510A JP 15551090 A JP15551090 A JP 15551090A JP 2602981 B2 JP2602981 B2 JP 2602981B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- signal
- optical fiber
- temperature distribution
- light
- scattered light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 [発明の目的] 〔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。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to a temperature distribution detecting device using backscattered light in an optical fiber.
かかる装置は、光ファイバに入射したレーザパルスに
よって光ファイバ内に散乱光を励起し、スペクトルまた
は強度,偏光等に散乱を受けた場所の物理的情報(例え
ば温度)を含み光ファイバ内を後方すなわちレーザパル
スの発振元のほうへ伝播する後方散乱光を時系列信号と
して取出すことにより、温度分布等の被測定物理量の1
次元分布を検出するものである。光ファイバにレーザパ
ルスを入射することによって発生する散乱としては、密
度のゆらぎによるレーリー散乱、伝播性のゆらぎすなわ
ち熱的フォノンによるブリルアン散乱、分子の振動,回
転によるラマン散乱がある。特に、ラマン散乱を利用し
た温度分布測定が注目されている。Such an apparatus excites scattered light in an optical fiber by a laser pulse incident on the optical fiber, and includes physical information (for example, temperature) of a place scattered in spectrum, intensity, polarization, etc. By extracting backscattered light propagating toward the oscillation source of the laser pulse as a time-series signal, one of the physical quantities to be measured such as temperature distribution can be reduced.
This is to detect a dimensional distribution. Scattering that occurs when a laser pulse is incident on an optical fiber includes Rayleigh scattering due to density fluctuation, Brillouin scattering due to propagation fluctuation, ie, thermal phonon, and Raman scattering due to molecular vibration and rotation. In particular, temperature distribution measurement using Raman scattering has attracted attention.
ところで、上記した温度分布検出装置は、後方散乱光
が伝播する際に光ファイバによる減衰を受けるため、測
定精度の向上を図るためには、散乱光を励振させる励起
光パルス(レーザパルス)の強度依存性およびその減衰
による影響を確実に補償する必要がある。By the way, in the above-described temperature distribution detecting device, since the backscattered light is attenuated by the optical fiber when propagating, the intensity of the excitation light pulse (laser pulse) for exciting the scattered light is required to improve the measurement accuracy. There is a need to reliably compensate for the effects of the dependence and its attenuation.
そこで、従来のラマン散乱光を用いた温度分布検出装
置では、アンチストークスラマン散乱光(以下、「アン
チストークス光」と略称する)とストークスラマン散乱
光(以下、「ストークス光」と略称する)の各散乱光信
号間の比をとることによって、励起光パルスの強度によ
る影響と光ファイバによる減衰の影響を補償していた。
ここで、アンチストークスラマン散乱とは、励起光パル
スによって光子1個のエネルギーが高い短波長側にシフ
トするもので、またストークスラマン散乱とは、逆に低
エネルギーの長波長側へシフトするものである。Therefore, in a conventional temperature distribution detecting device using Raman scattered light, anti-Stokes Raman scattered light (hereinafter abbreviated as “anti-Stokes light”) and Stokes Raman scattered light (hereinafter abbreviated as “Stokes light”) are used. By taking the ratio between the scattered light signals, the effect of the intensity of the excitation light pulse and the effect of the attenuation by the optical fiber were compensated.
Here, anti-Stokes Raman scattering means that the energy of one photon shifts to a higher short wavelength side by an excitation light pulse, and Stokes Raman scattering conversely shifts to a lower wavelength longer wavelength side. is there.
ラマン散乱によるシフトをν(m-1)とすると、アン
チストークス光とストークス光の強度比Rは、 となる。但し、νはラマンシフト数、Tは絶対温度、h
はプランク定数、Cは光速、λは励起光の波長、Aは励
起光の強度、λaはアンチストークス光の波長、λsは
ストークス光の波長、αλaはアンチストークス光に対
する光ファイバの減衰定数、αλsはストークス光に対
する光ファイバの減衰定数である。Assuming that the shift due to Raman scattering is ν (m −1 ), the intensity ratio R between the anti-Stokes light and the Stokes light is Becomes Where ν is the Raman shift number, T is the absolute temperature, h
Is the Planck constant, C is the speed of light, λ is the wavelength of the pump light, A is the intensity of the pump light, λa is the wavelength of the anti-Stokes light, λs is the wavelength of the Stokes light, α λa is the attenuation constant of the optical fiber with respect to the anti-Stokes light, αλs is the attenuation constant of the optical fiber with respect to the Stokes light.
上記(1)式において、αλaαλsとみなすと、
励起光の強度Aおよび光ファイバの減衰定数αλa,α
λsが除去されて、下式のようになる。In the above equation (1), when α λa α λs is considered,
Excitation light intensity A and optical fiber attenuation constant α λa , α
[lambda] s is removed and the following equation is obtained.
従って、温度による項(KT)のみが残され、この演算
値を時系列的にみれば温度分布データとなる。 Therefore, only the term (KT) based on the temperature is left, and when this calculated value is viewed in time series, it becomes temperature distribution data.
ところで、最近になってアンチストークス光とストー
クス光に対する光ファイバの減衰の効果が完全には一致
していないことが判明してきており、上記したようにα
λaαλsとみなしたのでは、測定値に誤差が含まれ
ることになる。これは、短波長帯における散乱が(1/
λ)4に比例しており、ラマンシフトによる波長のずれ
がアンチストークス光とストークス光では、例えばGeO2
の場合には100nm程度もあるためであると考えられる。By the way, it has recently been found that the effect of the attenuation of the optical fiber on the anti-Stokes light and the Stokes light does not completely match, and as described above, α
If it is regarded as λaαλs , the measurement value will include an error. This is because scattering in the short wavelength band is (1/1 /
λ) 4 , and the wavelength shift due to Raman shift between the anti-Stokes light and the Stokes light is, for example, GeO 2
In this case, it is thought that this is because there is about 100 nm.
従って、従来のラマン散乱光を用いた温度分布検出装
置は、光ファイバによる減衰の影響を除去することがで
きず、光ファイバによる減衰の影響を受けない正確な温
度分布測定を行うことができなかった。Therefore, the conventional temperature distribution detecting device using Raman scattered light cannot remove the influence of the attenuation by the optical fiber and cannot perform accurate temperature distribution measurement without being affected by the attenuation by the optical fiber. Was.
本発明は以上のような実情に鑑みてなされたもので、
励起光パルスの強度による影響および光ファイバの減衰
による影響を確実に補償でき、高精度な温度分布データ
を検出できる温度分布検出装置を提供することを目的と
する。The present invention has been made in view of the above circumstances,
It is an object of the present invention to provide a temperature distribution detecting device capable of reliably compensating for the influence of the intensity of the excitation light pulse and the influence of the attenuation of the optical fiber and detecting highly accurate temperature distribution data.
[発明の構成] 〔課題を解決するための手段〕 本発明は上記課題を解決するために、測定用光ファイ
バの入射端へ光信号を入射し、この光信号が測定用光フ
ァイバ内を進行するのに伴って測定用光ファイバ内で発
生する後方散乱光を取出し、この後方散乱光が到達する
までの時間およびその強度から温度分布を測定する温度
分布検出装置において、前記測定用光ファイバが同じ場
所を往復する如く折返されてなる温度分布検出部と、前
記測定用光ファイバの入射端から折返し点までの間で発
生した後方散乱光からなる往路信号と前記測定用光ファ
イバの折返し点から終端までの間で発生した後方散乱光
からなる復路信号とを抽出する抽出手段と、前記抽出手
段で抽出された往路信号と復路信号とを合成して前記測
定用光ファイバによる減衰を補償する合成手段とを具備
した構成とした。[Constitution of the Invention] [Means for Solving the Problems] In order to solve the above problems, the present invention is to input an optical signal to an input end of a measuring optical fiber, and the optical signal travels in the measuring optical fiber. In the temperature distribution detecting device that takes out the backscattered light generated in the measurement optical fiber as it does and measures the temperature distribution from the time until the backscattered light arrives and the intensity thereof, the measurement optical fiber A temperature distribution detecting portion that is folded back and forth in the same place, and a forward signal consisting of backscattered light generated between the incident end of the measuring optical fiber and the turning point, and a turning point of the measuring optical fiber. Extraction means for extracting a return signal consisting of backscattered light generated up to the end, and combining the forward signal and the return signal extracted by the extraction means to attenuate the signal by the measurement optical fiber. It has a structure provided with the synthesizing means for compensating.
また、上記課題を解決するために、さらに前記抽出手
段を、アンチストークスラマン散乱光とストークスラマ
ン散乱光の各々から前記往路信号および復路信号をそれ
ぞれ抽出するように構成し、かつ前記合成手段を、前記
各復路信号を往路側から見た各位置の信号に変換し、こ
の変換された信号と前記往路信号とを各散乱光毎に乗算
し、アンチストークスラマン散乱光の前記乗算値をスト
ークスラマン散乱光の前記乗算値で乗算するように構成
した。Further, in order to solve the above problem, the extracting means is further configured to extract the forward signal and the backward signal from each of the anti-Stokes Raman scattered light and the Stokes Raman scattered light, and the combining means, Each of the return signals is converted into a signal at each position as viewed from the outward path, the converted signal is multiplied by the outward signal for each scattered light, and the multiplied value of the anti-Stokes Raman scattered light is subjected to Stokes Raman scattering. The light was multiplied by the multiplied value.
本発明によれば、同一温度分布情報を持った往路信号
と復路信号がそれぞれ抽出され、この往路信号と復路信
号とが合成されることにより測定用光ファイバによる減
衰が補償されて、測定用光ファイバによる減衰を受けな
い高精度な温度分布データを得ることができものとな
る。According to the present invention, the forward path signal and the return path signal having the same temperature distribution information are respectively extracted, and the forward path signal and the return path signal are combined to compensate for the attenuation by the measurement optical fiber, and the measurement light It is possible to obtain highly accurate temperature distribution data that is not attenuated by the fiber.
また、アンチストークスラマン散乱光とストークスラ
マン散乱光の各々から前記往路信号および復路信号がそ
れぞれ抽出され、この抽出された各復路信号が往路側か
ら見た各位置の信号に変換される。そして、この変換さ
れた信号と前記往路信号とが各散乱光毎に乗算されて、
測定用光ファイバによる減衰の影響が除去され、さらに
アンチストークスラマン散乱光の乗算値がストークスラ
マン散乱光の乗算値で除算されて、光信号の強度による
影響が除去される。Further, the forward path signal and the return path signal are extracted from each of the anti-Stokes Raman scattered light and the Stokes Raman scattered light, and the extracted return path signals are converted into signals at respective positions viewed from the forward path. Then, the converted signal and the outward signal are multiplied for each scattered light,
The effect of the attenuation by the measuring optical fiber is removed, and the product of the anti-Stokes Raman scattered light is divided by the product of the Stokes Raman scattered light to remove the effect of the intensity of the optical signal.
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
第1図は本発明の実施例となる温度分布検出装置の構
成を示す図である。この装置は、半導体レーザ等からな
るレーザ光源1から発生された励起光パルスが方向性結
合器2に供給される。この方向性結合器2は、レーザ光
源1からの励起光パルスを測定用光ファイバ3へ導くと
共に、測定用光ファイバ3からの後方散乱光を分離して
いる。この方向性結合器2で分離された後方散乱光は分
周器4に入力される。この分周器4は後方散乱光の中か
らアンチストークス光とストークス光を分離出力する。
分周器4で分離されたアンチストークス光はディテクタ
5へ導かれ、ストークス光はディテクタ6へ導かれる。
各ディテクタ5,6はアバランシェフォトダイオード等か
ら構成され、各散乱光を光電変換して電気信号に変換す
る。各ディテクタ5,6には、それぞ増幅器7,8が接続され
ていて、各増幅器7,8で増幅された信号はそれぞれ高速A
/D変換器9,10を介して演算制御部11へ入力される。この
演算制御部11は、入力信号を後述する往路信号と復路信
号とに分割する機能と、この往路信号と復路信号とを合
成して温度分布を検出する合成演算処理機能とを有す
る。さらに演算制御部11は、パルス発生部12にトリガ信
号を送信してレーザ光源1の駆動部13を駆動制御し、各
A/D変換器9,10の動作を制御し、そして表示機14に演算
結果を表示させる如く動作する。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a temperature distribution detecting device according to an embodiment of the present invention. In this device, an excitation light pulse generated from a laser light source 1 composed of a semiconductor laser or the like is supplied to a directional coupler 2. The directional coupler 2 guides the excitation light pulse from the laser light source 1 to the measuring optical fiber 3 and separates the backscattered light from the measuring optical fiber 3. The backscattered light separated by the directional coupler 2 is input to the frequency divider 4. The frequency divider 4 separates and outputs anti-Stokes light and Stokes light from the backscattered light.
The anti-Stokes light separated by the frequency divider 4 is guided to the detector 5, and the Stokes light is guided to the detector 6.
Each of the detectors 5 and 6 includes an avalanche photodiode or the like, and photoelectrically converts each scattered light into an electric signal. Amplifiers 7 and 8 are connected to the detectors 5 and 6, respectively.
The data is input to the arithmetic control unit 11 via the / D converters 9 and 10. The operation control unit 11 has a function of dividing an input signal into a forward path signal and a return path signal, which will be described later, and a combination operation processing function of combining the forward path signal and the return path signal to detect a temperature distribution. Further, the arithmetic and control unit 11 transmits a trigger signal to the pulse generation unit 12 to drive and control the drive unit 13 of the laser light source 1, and
The operation of the A / D converters 9 and 10 is controlled, and the operation is performed so that the calculation result is displayed on the display unit 14.
ここで、上記測定用光ファイバ3は、2本の光ファイ
バ3a,3bが互いに同一温度条件となるように近接して配
置され、これが遮光膜15にて被覆されている。しかも、
一方の光ファイバ3aの一端は方向性結合器2に接続され
て励起光パルスの入射端となる。この光ファイバ3aの対
向端部は、他方の光ファイバ3bの端部であって前記対向
端部と同一場所に位置する端部と接続部16にて接続され
ている。この接続部16には、この位置で発生する散乱光
に所定の信号が含まれるように損失が与えられている。Here, the optical fiber for measurement 3 is disposed close to the two optical fibers 3a and 3b so as to be at the same temperature condition, and is covered with a light shielding film 15. Moreover,
One end of one of the optical fibers 3a is connected to the directional coupler 2 and serves as an incident end of the excitation light pulse. The opposite end of the optical fiber 3a is connected to the end of the other optical fiber 3b, which is located at the same position as the opposite end, at the connection portion 16. The connection portion 16 is provided with a loss so that a predetermined signal is included in the scattered light generated at this position.
この測定用光ファイバ3上の複数箇所には、測定抵抗
体,熱電対等の温度センサ17が設置されていて、これら
温度センサ17の出力は信号変換部18を介して演算制御部
11へ送信される。Temperature sensors 17 such as a measuring resistor and a thermocouple are installed at a plurality of positions on the measuring optical fiber 3, and outputs of the temperature sensors 17 are output to a calculation control unit via a signal conversion unit 18.
Sent to 11.
次に、本実施例の温度分布測定原理について第2図お
よび第3図を参照して説明する。なお、第2図は測定用
光ファイバ3を模式的に示す図であり、図中斜線部分は
周囲よりも高温となっている部分を示している。点Pは
第1図における接続部16に当たり、第1図に示す2本の
光ファイバ3a,3bは測定用光ファイバ3を点Pで折り返
した一本のファイバとみなすことができる。Next, the principle of measuring the temperature distribution according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a view schematically showing the measuring optical fiber 3, and the hatched portions in the figure indicate portions where the temperature is higher than the surroundings. The point P corresponds to the connecting portion 16 in FIG. 1, and the two optical fibers 3a and 3b shown in FIG. 1 can be regarded as one fiber obtained by folding the measuring optical fiber 3 at the point P.
この測定用光ファイバにパルス幅が10〜100nsec以下
の励起光パルスを入射すると、励起光パルスが点Pを通
り終点Qに至るまでに散乱光が発生され続ける。この
時、この散乱光を電気信号に変換すると、第3図に実線
で示す信号となる。この信号は、折返し点Pまでの後方
散乱光を電気信号に変換した往路信号Sa1と、折返し点
Pから終点Qまでの後方散乱光を電気信号に変換した復
路信号Sa2とからなる。往路信号Sa1と復路信号Sa2の、
それぞれ突出している部分が高温領域(斜線部分)から
の散乱光に相当する部分である。第3図に示されるよう
に、往路信号Sa1と復路信号Sa2とでは、温度分布の座標
が時間の進行に対して逆方向である。時間の進行に対し
て逆ということは、減衰方向が逆であるということがで
きる。ここで、説明を簡単にするために、復路信号Sa2
を折返し点Pを中心に図中破線で示すように折返し、こ
の信号を復路変換信号Sa2′とする。往路信号Sa1と復路
変換信号Sa2′との温度分布を一致させると減衰方向が
逆になることがわかる。When an excitation light pulse having a pulse width of 10 to 100 nsec or less is incident on this optical fiber for measurement, scattered light continues to be generated until the excitation light pulse passes through the point P and reaches the end point Q. At this time, when this scattered light is converted into an electric signal, it becomes a signal indicated by a solid line in FIG. This signal is composed of a forward signal Sa 1 obtained by converting the backscattered light to the turning point P to an electric signal, return obtained by converting the backscattered light from the turning point P to the end point Q into an electric signal the signal Sa 2 Prefecture. Of the outbound signal Sa 1 and the inbound signal Sa 2 ,
Each protruding portion is a portion corresponding to scattered light from a high-temperature region (hatched portion). As shown in Figure 3, in the forward signal Sa 1 and return signal Sa 2, the coordinates of the temperature distribution are opposite to the traveling time. Contrary to the progress of time, it can be said that the attenuation direction is opposite. Here, in order to simplify the explanation, the return signal Sa 2
Is turned around the turning point P as shown by the broken line in the figure, and this signal is used as a return path converted signal Sa 2 ′. It can be seen that when the temperature distributions of the forward pass signal Sa 1 and the return pass converted signal Sa 2 ′ are matched, the attenuation direction is reversed.
一方、位置lからのラマン散乱光信号(ラマン散乱光
を光電変換した信号)は、アンチストークス光によるも
のが Sa=A Ka Ta(t,l)e−αl・e−αal …(3) で与えられ、ストークス光によるものが、 Ss=A Ks Ts(t,l)e−αl・e−αsl …(4) で与えられる。ただし、Ka,Ksは光ファイバの構造およ
び特性,分周器の特性,ディテクタの特性で決まる比例
定数である。Ta(t,l),Ts(t,l)はラマン散乱光係数
であり位置lと温度tの関数である。また、e−αlは
位置lまでの間に励起光パルスが受ける減衰の項であり
αが減衰定数である。e−αal,e−αslは位置lからの
後方散乱光が受ける減衰の項でありαa,αsが減衰定数
である。On the other hand, the Raman scattered light signal from the position 1 (the signal obtained by photoelectrically converting the Raman scattered light) is due to anti-Stokes light, and Sa = A Ka Ta (t, l) e- αl · e- αal (3) Ss = A Ks Ts (t, l) e− α1 · e− αsl (4) given by the Stokes light. Here, Ka and Ks are proportional constants determined by the structure and characteristics of the optical fiber, the characteristics of the frequency divider, and the characteristics of the detector. Ta (t, l) and Ts (t, l) are Raman scattered light coefficients, which are functions of the position l and the temperature t. Further, e- αl is a term of attenuation applied to the excitation light pulse until the position l, and α is an attenuation constant. e- αal and e- αsl are terms of attenuation received by the backscattered light from the position l, and αa and αs are attenuation constants.
(3)式より、往路信号Sa1は、 Sa1=A Ka Ta(t,l)e−αl・e−αal …(4) と表され、復路変換信号Sa2′は、 Sa2′ =A Ka Ta(t,l)eαl・eαal・e−2αL・e
−2αaL …(5) と表される。e−2αLe−2αaLは光ファイバの長さ
から決まる定数なので、比例定数Kaの中に含ませてKa*
とおくと、 Sa2′=A Ka*Ta(t,l)eαl・eαal …(6) となる。(4)式,(6)式より、往路信号Sa1と復路
変換信号Sa2′との積をとると、その信号aは、 a=Sa1×Sa2=A2・Ka・Ka*・Ta2(t,l) …(7) となり、光ファイバの減衰の影響が消去される。From equation (3), the forward path signal Sa 1 is expressed as Sa 1 = A Ka Ta (t, l) e− α1 · e− αal (4), and the return path conversion signal Sa 2 ′ is Sa 2 ′ = A Ka Ta (t, l) e αl・ e αal・ e -2αL・ e
−2αaL (5) e- 2αL e- 2αaL is a constant determined by the length of the optical fiber .
In other words , Sa 2 ′ = A Ka * Ta (t, l) e αl · e αal (6) (4) and (6), taking the product of the forward path signal Sa 1 and backward conversion signal Sa 2 ', the signal a, a = Sa 1 × Sa 2 = A 2 · Ka · Ka * · Ta 2 (t, l) (7), and the effect of optical fiber attenuation is eliminated.
ストークス光についても同様の演算を行うと、 s=Ss1×Ss2′=A2・Ks・Ks*・Ts2(t,l)…(8) となる。When the same operation is performed on the Stokes light, the following equation is obtained: s = Ss 1 × Ss 2 ′ = A 2 · Ks · Ks * · Ts 2 (t, l) (8)
(7)式,(8)式より、2つの信号aとsの比
をとり、その平方根を計算すると、 となり、励起光パルスの強度Aの影響も補償される。ま
た、残った項Ka,Ks,eαaL,eαsLはいずれも光ファイバ
の構造,特性,長さ、分周器の特性、ディテクタの特性
により決まるので、測定系が定まれば定数として扱うこ
とができる。From the equations (7) and (8), taking the ratio of the two signals a and s and calculating the square root thereof, The effect of the intensity A of the excitation light pulse is also compensated. Since the remaining terms Ka, Ks, eαaL and eαsL are all determined by the structure, characteristics, length, frequency divider and detector characteristics of the optical fiber, they should be treated as constants once the measurement system is determined. Can be.
以上のような復路信号と往路信号との合成演算処理が
演算制御部11で実行される。The above-described synthesis operation processing of the return path signal and the forward path signal is executed by the operation control unit 11.
以下、本実施例の動作について説明する。 Hereinafter, the operation of the present embodiment will be described.
演算制御部11からパルス発生部12へトリガ信号が送信
され、これによってパルス発生部12から出力されたパル
ス信号によって駆動部13が駆動される。その結果、レー
ザ光源1が1K〜10KHzの周期で103〜105回程度発光し、
その都度発生した励起光パルスが方向性結合器2を介し
て測定用光ファイバ3へ入射される。全ての励起光パル
スによる後方散乱光は再び方向性結合器2を介して取出
され、分周器4へ入力される。ここで、アンチストーク
ス光とストークス光とに分離され、さらにディテクタ5,
6で電気信号に変換される。そして、増幅器7,8でそれぞ
れ増幅された信号が、演算制御部11から与えられる適当
なディレイを持つサンプリング制御信号によって動作し
ているA/D変換器9,10で高速A/D変換されてデジタル信号
に変換された後、演算制御部11に入力され一旦記憶され
る。The trigger signal is transmitted from the arithmetic control unit 11 to the pulse generation unit 12, whereby the driving unit 13 is driven by the pulse signal output from the pulse generation unit 12. As a result, the laser light source 1 emits about 10 3 to 10 5 times at a cycle of 1 K to 10 KHz,
The excitation light pulse generated each time is incident on the measuring optical fiber 3 via the directional coupler 2. The backscattered light by all the excitation light pulses is extracted again through the directional coupler 2 and input to the frequency divider 4. Here, the light is separated into anti-Stokes light and Stokes light, and
At 6 it is converted to an electrical signal. The signals respectively amplified by the amplifiers 7 and 8 are subjected to high-speed A / D conversion by the A / D converters 9 and 10 which are operated by sampling control signals having an appropriate delay provided from the arithmetic control unit 11. After being converted into a digital signal, it is input to the arithmetic control unit 11 and temporarily stored.
演算制御部11では、各励起光パルスに対応した入力信
号毎に上述した合成演算処理を実行する。そのため、先
ず、入力信号を往路信号Sa1と復路信号Sa2とに分割す
る。このとき、折返し点Pを検出するために、折返し点
Pとなる接続部16に適当な損失が与えられているので、
その損失位置は入力信号から読取っている。あるいは、
光ファイバの終端のフレネル反射からの1/2の距離とし
て折返し点Pを検出するようにしてもよい。また、測定
用光ファイバ3上の複数点の温度情報が温度センサ17よ
り演算制御部11へ送られ、さらに測定用光ファイバ3,分
周器4,ディテクタ7,8等の測定系によって決まる定数が
入力される。演算制御部11は、温度センサ17からの温度
情報に基づいて、合成演算時の定数が設定され、かつK
a,Ks,L等の(9)式の定数が補正される。The arithmetic control unit 11 executes the above-described synthesis arithmetic processing for each input signal corresponding to each excitation light pulse. Therefore, first, it divides the input signal into the forward signal Sa 1 and return signal Sa 2. At this time, in order to detect the turning point P, since an appropriate loss is given to the connecting portion 16 which becomes the turning point P,
The position of the loss is read from the input signal. Or,
The turning point P may be detected as a half distance from the Fresnel reflection at the end of the optical fiber. Further, temperature information at a plurality of points on the measuring optical fiber 3 is sent from the temperature sensor 17 to the arithmetic and control unit 11, and furthermore, a constant determined by a measuring system such as the measuring optical fiber 3, the frequency divider 4, the detectors 7, 8 and the like. Is entered. Based on the temperature information from the temperature sensor 17, the arithmetic control unit 11
The constants in equation (9) such as a, Ks, and L are corrected.
次に、上述した合成演算処理を各入力信号ごとに実行
し、全ての入力信号に対する演算結果を平均処理する。
この合成演算処理は次の励起光パルスが発生するのでの
間または所定期間経過毎に実行される。Next, the above-described synthesis operation is performed for each input signal, and the operation results for all the input signals are averaged.
This combining operation is performed during the time when the next excitation light pulse is generated or every time a predetermined period elapses.
以上のようにして、測定用光ファイバ3の減衰の影響
および励起光パルスの強度の影響が除去された温度分布
データが得られる。この様にして求められた温度分布デ
ータは表示機14に表示される。As described above, the temperature distribution data from which the influence of the attenuation of the measuring optical fiber 3 and the influence of the intensity of the excitation light pulse are removed is obtained. The temperature distribution data obtained in this manner is displayed on the display 14.
この様に本実施例によれば、同一温度分布中におかれ
た2本の光ファイバ3a,3bの一端部を接続部16にて接続
し、この測定用光ファイバ3からの後方散乱光から往路
信号Sa1および復路信号Sa2を分離して、この往路信号Sa
1および復路信号Sa2を用いて上述した合成演算処理を実
行するようにしたので、測定用光ファイバ3の減衰の影
響および励起光パルスの強度の影響が除去された温度分
布データを得ることができ、測定精度を大幅に向上させ
ることができ、正確な温度分布を検出することができ
る。As described above, according to the present embodiment, one ends of the two optical fibers 3a and 3b placed in the same temperature distribution are connected by the connecting portion 16, and the backscattered light from the measuring optical fiber 3 is used. The forward signal Sa 1 and the return signal Sa 2 are separated, and the forward signal Sa
1 and the return signal Sa 2 are used to execute the above-described combining operation, so that it is possible to obtain temperature distribution data from which the influence of the attenuation of the measuring optical fiber 3 and the influence of the intensity of the excitation light pulse have been removed. The measurement accuracy can be greatly improved, and an accurate temperature distribution can be detected.
また、励起光パルスに対応して103〜105個程度得られ
た温度分布データを平均処理して、その平均値を求めて
いるので、雑音を十分に低減でき、データの信頼性を向
上させることができる。In addition, since the temperature distribution data obtained from about 10 3 to 10 5 pulses corresponding to the excitation light pulse are averaged and the average value is obtained, noise can be reduced sufficiently and data reliability can be improved. Can be done.
さらに、測定用光ファイバ3上の複数箇所で温度測定
し、 の変動を求めてこれを補正するようにしているので、さ
らに高精度な測定値を得ることができる。Further, the temperature is measured at a plurality of locations on the measuring optical fiber 3, Is obtained and corrected, so that a more accurate measurement value can be obtained.
[発明の効果] 以上詳記したように本発明によれば、励起光パルスの
強度による影響および光ファイバの減衰による影響を確
実に補償でき、高精度な温度分布データを検出できる温
度分布検出装置を提供できる。[Effects of the Invention] As described above in detail, according to the present invention, a temperature distribution detecting device capable of reliably compensating for the influence of the intensity of the excitation light pulse and the influence of the attenuation of the optical fiber and detecting highly accurate temperature distribution data. Can be provided.
第1図は本発明の実施例となる温度分布検出装置の構成
図、第2図は測定用光ファイバの形状を模式的に示す
図、第3図は後方散乱光を光電変換した信号の波形図で
ある。 1……レーザ光源、2……方向性結合器、3……測定用
光ファイバ、4……分周器、5,6……ディテクタ、11…
…演算制御部。FIG. 1 is a configuration diagram of a temperature distribution detecting device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram schematically showing the shape of a measuring optical fiber, and FIG. 3 is a waveform of a signal obtained by photoelectrically converting backscattered light. FIG. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser light source, 2 ... Directional coupler, 3 ... Measurement optical fiber, 4 ... Divider, 5,6 ... Detector, 11 ...
... Calculation control unit.
Claims (2)
し、この光信号が測定用光ファイバ内を進行するのに伴
って測定用光ファイバ内で発生する後方散乱光を取出
し、この後方散乱光が到達するまでの時間およびその強
度から温度分布を測定する温度分布検出装置において、 前記測定用光ファイバが同じ場所を往復する如く折返さ
れてなる温度分布検出部と、 前記測定用光ファイバの入射端から折返し点までの間で
発生した後方散乱光からなる往路信号と前記測定用光フ
ァイバの折返し点から終端までの間で発生した後方散乱
光からなる復路信号とを抽出する抽出手段と、 前記抽出手段で抽出された往路信号と復路信号とを合成
して前記測定用光ファイバによる減衰を補償する合成手
段とを具備してなることを特徴とする温度分布検出装
置。An optical signal is incident on an incident end of an optical fiber for measurement, and backscattered light generated in the optical fiber for measurement as the optical signal travels through the optical fiber for measurement is taken out. In a temperature distribution detecting device that measures a temperature distribution from a time until the backscattered light arrives and an intensity thereof, a temperature distribution detecting unit in which the measuring optical fiber is folded back and forth in the same place, and the measuring light. Extraction means for extracting a forward signal consisting of backscattered light generated from the incident end of the fiber to the return point and a return signal consisting of backscattered light generated from the return point to the end of the measuring optical fiber. A temperature distribution detecting device comprising: a synthesizing means for synthesizing a forward signal and a return signal extracted by the extracting means and compensating for attenuation by the optical fiber for measurement. .
散乱光とストークスラマン散乱光の各々から前記往路信
号および復路信号をそれぞれ抽出し、 前記合成手段は、前記各復路信号を往路側から見た各位
置の信号に変換し、この変換された信号と前記往路信号
とを各散乱光毎に乗算し、アンチストークスラマン散乱
光の前記乗算値をストークスラマン散乱光の前記乗算値
で除算することを特徴とする請求項1記載の温度分布検
出装置。2. The extraction means extracts the outbound signal and the inbound signal from each of the anti-Stokes Raman scattered light and the Stokes Raman scattered light, respectively, and the combining means extracts each of the outbound path signals as viewed from the outbound path. Converting the signal into a position signal, multiplying the converted signal by the outgoing signal for each scattered light, and dividing the multiplied value of the anti-Stokes Raman scattered light by the multiplied value of the Stokes Raman scattered light. The temperature distribution detecting device according to claim 1, wherein
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2155510A JP2602981B2 (en) | 1990-06-15 | 1990-06-15 | Temperature distribution detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2155510A JP2602981B2 (en) | 1990-06-15 | 1990-06-15 | Temperature distribution detector |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0447240A JPH0447240A (en) | 1992-02-17 |
| JP2602981B2 true JP2602981B2 (en) | 1997-04-23 |
Family
ID=15607630
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2155510A Expired - Lifetime JP2602981B2 (en) | 1990-06-15 | 1990-06-15 | Temperature distribution detector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2602981B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013092388A (en) * | 2011-10-24 | 2013-05-16 | Yokogawa Electric Corp | Fiber temperature distribution measurement device |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6418028B2 (en) * | 2015-03-26 | 2018-11-07 | 住友電気工業株式会社 | Optical fiber temperature distribution measuring device |
| CN115931168B (en) * | 2023-03-13 | 2023-06-16 | 之江实验室 | Attenuation difference compensation method of distributed optical fiber temperature sensing system |
-
1990
- 1990-06-15 JP JP2155510A patent/JP2602981B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013092388A (en) * | 2011-10-24 | 2013-05-16 | Yokogawa Electric Corp | Fiber temperature distribution measurement device |
| US9046425B2 (en) | 2011-10-24 | 2015-06-02 | Yokogawa Electric Corporation | Opticalfiber temperature distribution measurement apparatus |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0447240A (en) | 1992-02-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103180702B (en) | Optic fiber distributed temperature sensor system with self-correction function and temperature measuring method using thereof | |
| US7284903B2 (en) | Distributed optical fibre measurements | |
| JPH0364812B2 (en) | ||
| CN111896137B (en) | A distributed optical fiber Raman sensing device and method with centimeter-level spatial resolution | |
| JPH08247858A (en) | Optical temperature distribution sensor and temperature distribution measuring method | |
| CN112378431B (en) | Distributed Fiber Raman Sensing Method Based on Broadband Chaotic Laser | |
| JP2602981B2 (en) | Temperature distribution detector | |
| JP2769185B2 (en) | Backscattered light measurement device | |
| JP3063063B2 (en) | Optical fiber temperature distribution measurement system | |
| JP2584478B2 (en) | Method for processing received signal of optical fiber backscattered light | |
| JP3377067B2 (en) | Brillouin frequency shift distribution measuring method and apparatus | |
| JPH08159882A (en) | Method and apparatus for measuring temperature distribution | |
| JP3106443B2 (en) | Temperature distribution measuring method and device therefor | |
| JPH04332835A (en) | Corrective processing method of distributed temperature data | |
| JP2645173B2 (en) | Temperature distribution measurement type optical fiber sensor | |
| JP2897389B2 (en) | Temperature measuring method and distributed optical fiber temperature sensor | |
| JP3217841B2 (en) | Optical fiber sensor | |
| JPH06221930A (en) | Distribution type temperature sensor | |
| JP2885980B2 (en) | Temperature distribution detector | |
| JPH08285704A (en) | Internal temperature measuring device | |
| JPH04318432A (en) | Distribution temperature measurement method using optical fiber sensor | |
| JPH0823512B2 (en) | Optical fiber linear temperature distribution measuring device | |
| JP2885979B2 (en) | Temperature distribution detector | |
| JPH10142076A (en) | Optical fiber type temperature distribution measuring device | |
| CN120084455A (en) | Distributed optical fiber Raman sensing system, method, and storage medium |