JP3063037B2 - Distributed optical fiber sensor - Google Patents
Distributed optical fiber sensorInfo
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- Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は1つの信号を同時並列的に異なる分解能で測
定可能で、測定時間を大幅に短縮した分布型光ファイバ
ーセンサーに関するものである。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a distributed optical fiber sensor capable of measuring one signal simultaneously and in parallel with different resolutions and greatly reducing the measurement time.
[従来の技術] 従来の光ファイバーセンサーの一種である分布型光フ
ァイバー温度センサーのブロック図を第3図に示す。光
源部の半導体レーザ等のレーザパルサー30から発振した
レーザパルスは、被測定用の光ファイバー32へ入射さ
れ、光ファイバー32中で発生した後方ラマン散乱光が入
射端へ戻ってくる。該後方ラマン散乱光は光方向性結合
器31により測定装置へ導光され、まずフィルター33によ
りラマン散乱光中のストークス光と反ストークス光が分
離検出され、各々光電変換部34,34′でその強度に比例
した電気信号に変換される。該電気信号は各々プリアン
プ35,35′により増幅され、AD変換器36,36′にてディジ
タル信号に変換される、ディジタル化された信号は信号
処理部37へ伝送され、加算平均化処理、ストークス光と
反ストークス光の信号の比をとり温度分布へ換算する等
の処理がなされる。[Prior Art] FIG. 3 shows a block diagram of a distributed optical fiber temperature sensor which is a kind of a conventional optical fiber sensor. A laser pulse oscillated from a laser pulser 30 such as a semiconductor laser of a light source unit is incident on an optical fiber 32 to be measured, and backward Raman scattered light generated in the optical fiber 32 returns to an incident end. The backward Raman scattered light is guided to the measurement device by the optical directional coupler 31, and first, Stokes light and anti-Stokes light in the Raman scattered light are separated and detected by the filter 33, and the separated light is detected by the photoelectric conversion units 34 and 34 '. It is converted into an electric signal proportional to the intensity. The electric signals are amplified by preamplifiers 35 and 35 ', respectively, and converted into digital signals by AD converters 36 and 36'. The digitized signals are transmitted to a signal processing unit 37, which performs an averaging process and a Stokes processing. Processing such as taking the ratio of the signal of the light and the anti-Stokes light and converting it to a temperature distribution is performed.
第3図のAD変換器36又は36′と信号処理部37は詳細に
は第2図に示すようになっている。1はADプリアンプで
あり、2はADコンバータ、3はADメモリ、4は加算器、
5は加算メモリ、6はサンプリングクロック信号によっ
てADメモリ3の開始−終了アドレス等を指定する制御回
路である。加算メモリ5に所定の計測回数分加算された
データはさらにコンピュータ等へ伝送され平均化処理さ
れ、反ストークス光信号の平均化データと比をとること
により温度分布が算出される。The AD converter 36 or 36 'and the signal processing section 37 shown in FIG. 3 are shown in detail in FIG. 1 is an AD preamplifier, 2 is an AD converter, 3 is an AD memory, 4 is an adder,
Reference numeral 5 denotes an addition memory, and reference numeral 6 denotes a control circuit for designating a start-end address of the AD memory 3 by a sampling clock signal. The data added to the addition memory 5 for a predetermined number of measurements is further transmitted to a computer or the like and averaged, and a temperature distribution is calculated by taking a ratio with the averaged data of the anti-Stokes optical signal.
従来は、単一の系(1つの電気信号に対して各々1つ
のAD変換器、ADメモリ、加算器、加算メモリ)によって
計測していた。光ファイバーの長距離化に対してはメモ
リー容量を増やして対応する方法と、全体の物理量分布
計測については低速サンプリングでサンプリング点を間
引き、局所的で急峻な物理量分布については高速サンプ
リングを、時分割で切り換える方法の2つの方法が提案
されている。Conventionally, measurement was performed by a single system (one AD converter, one AD memory, one adder, and one addition memory for each electric signal). To increase the optical fiber distance, increase the memory capacity to cope with the problem.To measure the entire physical quantity distribution, thin out sampling points with low-speed sampling.For local and steep physical quantity distribution, use high-speed sampling. Two methods of switching are proposed.
[発明の解決しようとする問題点] 前記2つの方法の前者の方法の問題点は次の通りであ
る。[Problems to be Solved by the Invention] Problems of the former two methods are as follows.
1.加算平均化処理をするデータ量が増大する為、演算時
間が増え、実効的なくり返し周期が長くなり計測時間が
長くなる。測定長10km、サンプリング間隔mとすると、
データ収録に10000×10(nsec)=100 μ sec、加算器
のサイクルタイムを80nsecとすると10000×80(nsec)
=800μ secとなり、くり返し周期は少なくとも900μ s
ec必要である。1. Since the amount of data to be subjected to the averaging process increases, the calculation time increases, the effective repetition period becomes longer, and the measurement time becomes longer. If the measurement length is 10km and the sampling interval is m,
10,000 × 10 (nsec) = 100 μsec for data recording and 10,000 × 80 (nsec) if the adder cycle time is 80 nsec
= 800 μsec, and the repetition period is at least 900 μs
ec required.
2.メモリーの利用効率が悪い。そして、後者の方法の問
題点は次のとおりである。2. Inefficient use of memory. The problems of the latter method are as follows.
1.時分割で測定を切り換える為、リアルタイム性に欠け
る。即ち、高分解能側定を行なっている時は、それ以外
の領域については全く見ておらず、急激な温度変化を見
逃す可能性がある。1. Since measurement is switched in a time-sharing manner, real-time performance is lacking. That is, when the high resolution side determination is being performed, there is no possibility of seeing any other area at all, and a sudden temperature change may be missed.
2.精度の高い測定を行なうには、光ファイバーの減衰率
による補正をする必要があるが、この補正には補正開始
点の正確な温度が必要となる。例えば全長10kmのうち光
源から6kmから7kmの間1kmを高速サンプリングで高分解
側能定をするには、6kmのポイントの正確な温度が必要
である。その為、この方法では、最も新しい低速サンプ
リングの温度データを用いて補正を行なっているが、一
定時間毎に上記温度データをリフレッシュしても、急激
な温度変化があると測定の誤差要因となる。2. In order to perform highly accurate measurements, it is necessary to make corrections based on the attenuation rate of the optical fiber, but this correction requires an accurate temperature at the correction start point. For example, in order to perform high-resolution sampling on 1km between 6km and 7km from the light source out of a total length of 10km, an accurate temperature of 6km is required. Therefore, in this method, correction is performed using the latest temperature data of the low-speed sampling. However, even if the above-mentioned temperature data is refreshed at regular time intervals, a sudden temperature change causes a measurement error. .
[問題点を解決するための手段] 本発明は前述の問題点を解決すべくなされたものであ
り、被測定光ファイバーヘレーザパルスを入射する光源
部と、該被測定光ファイバーからの戻り光を測定装置へ
導光する光方向性結合器と、該戻り光を電気信号へ光電
変換する光電変換部と、光電変換した電気信号より該被
測定光ファイバーの距離に関する物理量分布を算出する
信号処理部とを備えた分布型光ファイバーセンサーにお
いて、該信号処理部は該電気信号を並列して各々異なる
サンプリング周波数でAD変換する複数のAD変換器と、AD
変換された複数種類のディジタル信号を以前の加算結果
に各々加算する該複数のAD変換器に対応した複数の加算
器とを備えたことを特徴とする分布型光ファイバーセン
サーを提供するものである。[Means for Solving the Problems] The present invention has been made to solve the above-described problems, and includes a light source unit for injecting a laser pulse into an optical fiber to be measured, and a return light from the optical fiber to be measured. An optical directional coupler for guiding light to the device, a photoelectric conversion unit for photoelectrically converting the return light into an electric signal, and a signal processing unit for calculating a physical quantity distribution related to the distance of the measured optical fiber from the photoelectrically converted electric signal. In the distributed optical fiber sensor provided, the signal processing unit includes a plurality of A / D converters for performing the A / D conversion on the electric signals in parallel at different sampling frequencies,
A distributed optical fiber sensor, comprising: a plurality of adders corresponding to the plurality of AD converters, each of which adds a plurality of types of converted digital signals to a previous addition result.
例えば10kmの温度分布測定に於いて、必ずしも全領域
に亘って最高分解能で測定する必要はない。むしろ高分
解能測定が必要な領域は限られており、しかも光ファイ
バーの付設対象によっては高分解能測定が必要な領域は
予め判っているか、一定期間データ採取の後、ある程度
類推することができる。例えば送電ケーブルの温度監視
に使用する場合はケーブルのジョイント部等が相当す
る。For example, in the measurement of a temperature distribution of 10 km, it is not always necessary to measure at the highest resolution over the entire area. Rather, the area where high-resolution measurement is required is limited, and the area where high-resolution measurement is required is known in advance depending on the object to which the optical fiber is attached, or can be inferred to some extent after data has been collected for a certain period of time. For example, when used for monitoring the temperature of a power transmission cable, a joint portion of the cable or the like corresponds.
上記の点に着目してデータ量及び処理時間を軽減する
ため、前述の2つの方法があったが、前述の様な問題点
を有していた。そこで本発明では全領域を低分解能でサ
ンプリング及びアベレージングする系と、特定領域を高
分解能で測定する系を並列で動作させ、処理する事によ
って前記技術のメリットを損なわずに、問題点を解決し
ている。In order to reduce the amount of data and the processing time by focusing on the above points, there have been the above two methods, but they have the above-mentioned problems. Therefore, the present invention solves the problem without impairing the merits of the technology by operating and processing a system for sampling and averaging the entire region at a low resolution and a system for measuring a specific region at a high resolution in parallel. doing.
また、本発明センサーは、温度分布の他に光ファイバ
ーの断線、損傷等の欠点、圧力の測定等にも使用するこ
とができる。Further, the sensor of the present invention can be used not only for measuring temperature distribution but also for measuring defects such as disconnection and damage of an optical fiber and pressure.
[作用] 本発明を利用したシステムは次の様に動作する。先
ず、予め高分解能測定領域を測定長が2km以下となる様
に指定しておく。ただし、高分解能測定領域は二つ以上
でも良い。次に二種類のサンプリング周波数でAD変換及
びアベレージングが行なわれる。一方の測定系では20MS
PS(Mega Sampling Per sec.)のアベレージデータを用
いて全長10kmの温度分布を計測する。この時、温度補正
は通常通り入射端の温度より逐次的に行なう。もう一方
の測定系では100MSPSのアベレージングデータと、指定
された開始−終了アドレス(入射端からの距離)を元に
温度換算を行なう。この時、10kmの温度データより開始
点の温度を知り、減衰率補正を行なう。[Operation] The system using the present invention operates as follows. First, a high-resolution measurement region is specified in advance so that the measurement length is 2 km or less. However, the number of high-resolution measurement regions may be two or more. Next, AD conversion and averaging are performed at two kinds of sampling frequencies. 20MS for one measurement system
Using the average data of the Mega Sampling Per sec. (PS), measure the temperature distribution over a total length of 10 km. At this time, the temperature correction is sequentially performed as usual from the temperature at the incident end. The other measurement system converts the temperature based on the averaging data of 100 MSPS and the specified start-end address (distance from the incident end). At this time, the temperature at the starting point is known from the temperature data of 10 km, and the attenuation rate is corrected.
10kmの温度分布は5mサンプリングであるのでこのデー
タをそのまま高分解能データの開始点温度とすると誤差
を生じる可能性がある。即ち、開始点が急峻な温度ピー
クを有する場合である。この場合は、開始点に最も近い
平担部を新たな開始点として補正する事により、誤差を
回避する事ができる。Since the temperature distribution of 10km is 5m sampling, if this data is used as the starting point temperature of the high resolution data, an error may occur. That is, the case where the starting point has a steep temperature peak. In this case, an error can be avoided by correcting the flat part closest to the start point as a new start point.
[実施例] 第1図は実施例であり、温度センサーに適用するには
反ストークス光信号用として同様の系がもう1ch.(都合
2ch.)必要である。19はストークス光信号である入力信
号、7は入力バッファーアンプ、8は低速ADコンバータ
用プリフィルタ、9,10はADプリアンプ(奇数番号は低速
サンプリング用)、11,12はADコンバータ、11は20MSP
S、12は100MSPSである。13,14はADメモリであり、24の
メモリ制御回路によってメモリの出力が制御される。メ
モリ制御回路は各々のサンプリングクロック(低速、高
速)及び測定領域指定信号23(高速のみ)によって、ラ
イト(write)パルス、リード(read)パルス、アドレ
スをメモリに出力する。22は出力データバスである。[Embodiment] Fig. 1 shows an embodiment. To apply to a temperature sensor, a similar system for anti-Stokes optical signal is provided for another channel.
2ch.) Required. 19 is an input signal which is a Stokes optical signal, 7 is an input buffer amplifier, 8 is a pre-filter for a low-speed AD converter, 9 and 10 are AD pre-amplifiers (odd numbers are for low-speed sampling), 11 and 12 are AD converters, and 11 is 20MSP
S and 12 are 100 MSPS. Reference numerals 13 and 14 denote AD memories whose outputs are controlled by 24 memory control circuits. The memory control circuit outputs a write pulse, a read pulse, and an address to the memory according to each sampling clock (low speed, high speed) and the measurement area designation signal 23 (only high speed). 22 is an output data bus.
本実施例ではメモリ容量を2kw(キロワード)とし
た。この加算サイクルを80nsecとすると、データ収録に
2000×50nsec=100μ sec、2000×80nsec=160μ sec、
トータルで260μ secとなる。In this embodiment, the memory capacity is 2 kw (kiloword). If this addition cycle is 80nsec,
2000 × 50nsec = 100μsec, 2000 × 80nsec = 160μsec,
Totally 260 μsec.
[発明の効果] 本発明は汎用の加算器を用いて計測時間を大幅に短縮
するという優れた効果を有する。しかも、リアルタイム
性や精度を損ねる事なく、低コストのシステムが構成で
きる。[Effects of the Invention] The present invention has an excellent effect of greatly reducing the measurement time using a general-purpose adder. Moreover, a low-cost system can be configured without deteriorating the real-time property and accuracy.
第1図は本発明の実施例のブロック図を示し、第2図と
第3図は従来例のブロック図である。 11,12……ADコンバータ 13,14……ADメモリ 15,16……加算器 17,18……加算メモリ 19……入力信号 20……低速クロック 21……高速クロック 22……出力データバス 23……測定領域指定信号 24……メモリ制御回路FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 and 3 are block diagrams of a conventional example. 11,12 AD converter 13,14 AD memory 15,16 Adder 17,18 Addition memory 19 Input signal 20 Low-speed clock 21 High-speed clock 22 Output data bus 23 …… Measurement area designation signal 24 …… Memory control circuit
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01J 1/02 G01J 1/42 - 1/44 G01J 5/02 - 5/08 G01M 11/00 - 11/02 G01K 11/12 G01L 1/24 G08C 15/02 Continued on the front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01J 1/02 G01J 1/42-1/44 G01J 5/02-5/08 G01M 11/00-11/02 G01K 11 / 12 G01L 1/24 G08C 15/02
Claims (3)
する光源部と、該被測定光ファイバーからの戻り光を測
定装置へ導光する光方向性結合器と、該戻り光を電気信
号へ光電変換する光電変換部と、光電変換した電気信号
より該被測定光ファイバーの距離に関する物理量分布を
算出する信号処理部とを備えた分布型光ファイバーセン
サーにおいて、該信号処理部は該電気信号を並列して各
々異なるサンプリング周波数でAD変換する複数のAD変換
器と、AD変換された複数種類のディジタル信号を以前の
加算結果に各々加算する該複数のAD変換器に対応した複
数の加算器とを備えたことを特徴とする分布型光ファイ
バーセンサー。1. A light source unit for injecting a laser pulse into an optical fiber to be measured, a light directional coupler for guiding return light from the optical fiber to be measured to a measuring device, and photoelectrically converting the return light into an electric signal. In a distributed optical fiber sensor including a photoelectric conversion unit and a signal processing unit that calculates a physical quantity distribution related to the distance of the measured optical fiber from the photoelectrically converted electric signal, the signal processing unit differs in parallel with the electric signal. A plurality of AD converters for performing AD conversion at a sampling frequency; and a plurality of adders corresponding to the plurality of AD converters each of which adds a plurality of types of digital signals subjected to AD conversion to a previous addition result. Characteristic distributed optical fiber sensor.
バー全体を測定するためにある一定のサンプリング周波
数でAD変換する第1のAD変換器と、該被測定光ファイバ
ーの一部を局所的に高分解能で測定するためのより周波
数の高いサンプリング周波数でAD変換する第2のAD変換
器とを有し、該第2のAD変換器の測定領域を指定する制
御回路を有する請求項1記載の分布型光ファイバーセン
サー。2. A method according to claim 1, wherein the plurality of A / D converters are a first A / D converter for performing A / D conversion at a certain sampling frequency in order to measure the entirety of the measured optical fiber, and locally convert a part of the measured optical fiber. A second AD converter for performing AD conversion at a higher sampling frequency for measuring at a high resolution, and a control circuit for designating a measurement area of the second AD converter. Distributed optical fiber sensor.
後方ラマン散乱光中のストークス光と反ストークス光を
分光する分光器を有し、該ストークス光と反ストークス
光を各々光電変換する光電変換部と、光電変換した2つ
の電気信号の比より該被測定光ファイバーの距離に関す
る温度分布を算出する信号処理部とを備え、該信号処理
部は該ストークス光と反ストークス光の該2つの電気信
号それぞれを並列して各々異なるサンプリング周波数で
AD交換する複数のAD変換器と、AD変換された複数種類の
ディジタル信号を以前の加算結果に各々加算する該複数
のAD変換器に対応した複数の加算器とを備えた請求項1
記載の分布型光ファイバー温度センサー。3. The return light is backward Raman scattered light, and has a spectroscope for dispersing Stokes light and anti-Stokes light in the backward Raman scattered light, and photoelectrically converts the Stokes light and anti-Stokes light, respectively. A photoelectric conversion unit; and a signal processing unit that calculates a temperature distribution with respect to the distance of the optical fiber to be measured from a ratio of the two electrical signals obtained by the photoelectric conversion, the signal processing unit including the two of the Stokes light and the anti-Stokes light. Electrical signals in parallel with different sampling frequencies
2. A system according to claim 1, further comprising a plurality of AD converters for performing AD exchange, and a plurality of adders corresponding to the plurality of AD converters, each of which adds a plurality of types of digital signals subjected to AD conversion to a previous addition result.
The distributed optical fiber temperature sensor as described.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2307082A JP3063037B2 (en) | 1990-11-15 | 1990-11-15 | Distributed optical fiber sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2307082A JP3063037B2 (en) | 1990-11-15 | 1990-11-15 | Distributed optical fiber sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04181127A JPH04181127A (en) | 1992-06-29 |
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Family
ID=17964821
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2307082A Expired - Lifetime JP3063037B2 (en) | 1990-11-15 | 1990-11-15 | Distributed optical fiber sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
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Families Citing this family (2)
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|---|---|---|---|---|
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-
1990
- 1990-11-15 JP JP2307082A patent/JP3063037B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JPH04181127A (en) | 1992-06-29 |
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