温度分布測定装置
【課題】温度測定誤差を低減させること。
【解決手段】 ファイバに出射されるパルス光により前記ファイバ内で生じる後方散乱光に含まれるラマン散乱光のうちストークス光およびアンチストークス光を検出して前記ファイバ内の温度を測定する温度分布測定装置において、前記ファイバに第１のパルス光を出射する第１の光源と、前記第１のパルス光によるストークス光またはアンチストークス光の光速と前記ファイバ内のアンチストークス光とストークス光の光速とが同じまたは相互近似する第２のパルス光を出射する第２の光源を備えることを特徴とする。
【解決手段】 ファイバに出射されるパルス光により前記ファイバ内で生じる後方散乱光に含まれるラマン散乱光のうちストークス光およびアンチストークス光を検出して前記ファイバ内の温度を測定する温度分布測定装置において、前記ファイバに第１のパルス光を出射する第１の光源と、前記第１のパルス光によるストークス光またはアンチストークス光の光速と前記ファイバ内のアンチストークス光とストークス光の光速とが同じまたは相互近似する第２のパルス光を出射する第２の光源を備えることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ内で生じるラマン散乱光から光ファイバ上の各点の温度を測定する温度分布測定装置に関し、特に温度測定誤差の低減に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ファイバを用いた技術として、ＯＴＤＲ（Optical Time Domain Reflectometry ）による距離測定の原理と、ラマン散乱光の検出による温度測定の原理と組み合わせた装置が知られている。具体的には、被測定光ファイバにパルス光が入射すると、伝播の過程で後方散乱光が現れ、入射端に戻ってくる。
【０００３】
ここで、ある散乱点までの距離をＬ、パルスの入射時点から後方散乱光の検出時点までの時間をｔ、被測定光ファイバの屈折率をｎ、被測定光ファイバ中の光速をＣとすると、以下の式（１）のようになり、散乱点の位置が定量的に求まる。
Ｌ＝Ｃ・ｔ／２ｎ・・・・・（１）
【０００４】
後方散乱光にはレーリ光とストークス光、アンチストークス光が含まれ、入射パルス光の波長をλo とするとレーリ光の波長はλo となり、ストークス光の波長λs とアンチストークス光の波長λasは、
１／λs ＝１／λo ＋ν・・・・・（２）
１／λas＝１／λo −ν・・・・・（３）
となる。
図３は従来の後方散乱光の状態の説明図であり、図３において、入射パルス光の波長λo、レーリ光の波長λo、ストークス光の波長λs、アンチストークス光の波長λasを説明している。
【０００５】
一方、ストークス光強度Ｉs とアンチストークス光強度Ｉasの比は、被測定光ファイバ中の散乱点の絶対温度Ｔに依存し、Ｉas／Ｉs がｅｘｐ（−ｈ・Ｃ・ν／ｋＴ）に比例する関係となる。これにより、散乱点の温度が定量的に求められる。ここで、ｈはプランク定数（Ｊ・Ｓ）、νはラマンシフト量（ｍ-1 ）、ｋはボルツマン定数（Ｊ／Ｋ）である。
【０００６】
そして、被測定光ファイバ中の各散乱点からは絶対温度Ｔに依存したストークス光及びアンチストークス光が発生し、ストークス光強度Ｉs 及びアンチストークス光強度Ｉasは温度分布に応じた時間変化を示し、時間は各散乱点の距離に対応したものになっている。ストークス光強度Ｉs 及びアンチストークス光強度Ｉasをサンプリングし、各サンプリング点で求めた温度から被測定光ファイバ中の温度分布が得られることになる。
【０００７】
図４は、従来の温度分布測定装置の構成図である。図４において、従来の温度分布測定装置は主に、光を出射するレーザダイオードなどの光源１と波長分波手段２と、ファイバ３と、光検出手段４ａ、４ｂと、データ変換手段５ａ、５ｂと、タイミング発生手段６と、演算処理手段７とから構成される。
【０００８】
具体的には、波長分波手段２は、ファイバ３からの後方散乱光に含まれるラマン散乱光（ストークス光及びアンチストークス光）を抽出するとともに、ストークス光とアンチストークス光とを分離して出力するフィルタ等から成る。
【０００９】
光検出手段４ａ、４ｂは、波長分波手段２から出力されるストークス光およびアンチストークス光をそれぞれ光電変換し、この光電変換信号をそれぞれ所定の増幅率で増幅する。
【００１０】
データ変換手段５ａ、５ｂは、光検出手段４ａ、４ｂで増幅された光電変換信号をタイミング発生手段６によるタイミングでサンプリングし、ディジタル化されたサンプルデータを出力する。
【００１１】
タイミング発生手段６は、光源１が発光するためのタイミングトリガを光源１に順次出力する。このため光源１はタイミング発生手段６からのタイミングトリガによりパルス光が出射することになる。また光源１の１回の発光ごとに、データ変換手段５ａ、ｂａにも測定開始のタイミングパルスを出力する。
【００１２】
演算処理手段７は、ファイバ３から出射される後方散乱光のストークス光およびアンチストークス光の光電変換信号から得られたサンプルデータに基づき、ファイバ３の温度分布データを算出し、温度分布データに対して所定の演算を行ってファイバ３の長さ方向における温度分布を表示するとともに、その時間変化や温度変化の検出を行う。
【００１３】
このような構成で（ラマン式のファイバ型）温度分布測定装置は次の動作を実行する。
【００１４】
光源１からのパルス光は、波長分波器２を経て、被測定対象であるファイバ３に入射する。パルス光のうち、ファイバ内のラマン散乱にて生じるストークス光とアンチストークス光は（図示せず）、同じファイバを戻り波長分波２に入射しこの波長分波手段２により分配されて、ストークス光は光検出器４ａ、アンチストークス光は光検出器４ｂにて検出される。
【００１５】
検出されたストークス光の強度とアンチストークス光の強度から、ファイバの該当部の温度を求め、ＯＴＤＲと同様の原理にてその位置を特定する。
【００１６】
このような温度分布測定装置に関連する先行技術文献として、下記の特許文献１、２がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開平６−２６９４０号公報
【００１８】
【特許文献２】特開２００８−２３２８８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
ストークス光とアンチストークス光の波数（波長）は、信号光（レーリ光）に対して正負の関係にあり例えば、一般の石英系光ファイバに対して信号光が１５５０ｎｍのパルス光を用いると、ストークス光とアンチストークス光は±４４０ｃｍ-1（約±１００ｎｍ）となる（このときのストークス光とアンチストークス光の波長は１６５０ｎｍと１４５０ｎｍである）。
【００２０】
このように、通常の光ファイバではその特性により、波長が異なる光はファイバ中を進行する速度が異なるので、ストークス光とアンチストークス光を同一のタイミングでサンプリング（測定）すると、異なる位置からのラマン散乱光を検出することになり、位置及び温度に誤差を生じてしまうという問題点があった。
【００２１】
このような問題点を解決するために、上述の特許文献１、２では光速に合わせ異なるサンプリング周期を用いる手法、多数サンプリングし間引く方法などが提案されているものの、以下の問題点があった。
ａ）適用するファイバ及びその環境状態により、ストークス光及びアンチストークス光に対する光速は定まらず、誤差要因となってしまう。
ｂ）ストークス光及びアンチストークス光が乖離している為、伝送損失差が誤差要因となってしまう。
【００２２】
本発明は上述の問題点を解決するものであり、その目的は、温度測定誤差を低減させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
ファイバに出射されるパルス光により前記ファイバ内で生じる後方散乱光に含まれるラマン散乱光のうちストークス光およびアンチストークス光を検出して前記ファイバ内の温度を測定する温度分布測定装置において、
前記ファイバに第１のパルス光を出射する第１の光源と、
前記第１のパルス光によるストークス光またはアンチストークス光の光速と前記ファイバ内のアンチストークス光とストークス光の光速とが同じまたは相互近似する第２のパルス光を出射する第２の光源を備えることを特徴とする温度分布測定装置である。
【００２４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の温度分布測定装置において、
前記第１および第２のパルス光により前記ファイバ内で生じる後方散乱光に含まれるラマン散乱光のうちストークス光およびアンチストークス光を検出して光電変換信号を出力する各第１、第２の光検出手段と、
前記パルス光がファイバに出射するタイミングで前記各光電変換信号から取得したサンプルデータをディジタル化して出力する第１、第２のデータ変換手段と、
前記各サンプルデータに基づき前記ストークス光とアンチストークス光の強度から前記ファイバ内の温度を測定する演算制御手段と、
を具備することを特徴とする。
【００２５】
前記第１および第２のパルス光による後方散乱光に含まれるラマン散乱光のうちストークス光およびアンチストークス光を分配し、前記第１および第２のパルス光のうち長波長のパルス光によるアンチストークス光を前記第１または第２の光検出手段のいずれか一方に入射させ、前記第１および第２のパルス光のうち短波長のパルス光によるストークス光を他方の光検出手段に入射させる波長分波手段を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
このように、請求項１に係る温度分布測定装置によれば、第１、第２の光源が、一方のパルス光によるストークス光またはアンチストークス光の光速と他方のパルス光によるアンチストークス光とストークス光の光速とが同じまたは相互近似するようにそれぞれ波長の異なるパルス光を出射することにより、光ファイバ中の往復にかかる時間が同一となるので同じサンプリング周期にて検出するラマン散乱位置の誤差が生じず、位置および温度測定誤差が低減できる。
【００２７】
請求項２に係る温度分布測定装置によれば、第１、第２の光源が、一方のパルス光によるストークス光またはアンチストークス光の光速と他方のパルス光によるアンチストークス光とストークス光の光速とが同じまたは相互近似するようにそれぞれ波長の異なるパルス光を出射し、第１、第２の光検出手段が短波長パルスに対するストークス光検知と長波長パルスに対するアンチストークス光検知を行うことにより、光ファイバ中の往復にかかる時間が同一となるので同じサンプリング周期にて検出するラマン散乱位置の誤差が生じず、位置および温度測定誤差が低減できる。
【００２８】
請求項３に係る温度分布測定装置によれば、第１、第２の光源が、一方のパルス光によるストークス光またはアンチストークス光の光速と他方のパルス光によるアンチストークス光とストークス光の光速とが同じまたは相互近似するようにそれぞれ波長の異なるパルス光を出射し、波長分波手段がこれら光源のいずれかから出射された長波長パルス光のアンチストークス光を光検出手段のいずれか一方に入射させ、光源のいずれかから出射された短波長パルス光のストークス光を他方の光検出手段に入射させて、光検出手段が短波長パルスに対するストークス光検知と長波長パルスに対するアンチストークス光検知を行うことにより、光ファイバ中の往復にかかる時間が同一となるので同じサンプリング周期にて検出するラマン散乱位置の誤差が生じず、位置および温度測定誤差が低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る温度分布測定装置の構成例を示す構成図である。
【図２】本発明に係る各後方散乱光の状態の説明図である。
【図３】図３は従来の後方散乱光の状態の説明図である。
【図４】従来の温度分布測定装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
（第１の実施例）
図１は、本発明に係る温度分布測定装置の構成例を示す構成図であり、図４と共通する部分には同一の符号を付けて適宜説明を省略する。図４との相違点は、ファイバ３中のストークス光とアンチストークス光に係るトータルでの光速が等しくなるような波長が異なるパルス光を出射する光源を２個備える点、波長分波手段がこれら光源のいずれかから出射された長波長のパルス光のうち分配されるアンチストークス光を光検出手段のいずれか一方に入射させ、光源のいずれかから出射された短波長のパルス光のうち分配されるストークス光を他方の光検出手段に入射させる点で相違する。
【００３１】
図１において、本発明の温度分布測定装置は主に、光源１（第１の光源）、光源１０（第２の光源）と波長分波手段２と、ファイバ３と、光検出手段４ａ、４ｂと、データ変換手段５ａ、５ｂと、タイミング発生手段６と、演算処理手段７とから構成される。
【００３２】
具体的には、光源１、１０は、光を出射するレーザダイオードなどであり、光源１と光源１０とは出射する光の波長は異なるものであって、光源１、１０のうちいずれかから出射される比較的長波長（短波長）のパルス光のアンストークス光（ストークス光）の波長が比較的短波長（長波長）のパルス光の波長と同一または相互近似するものである。たとえば本発明の温度分布測定装置の光源１は１５５０ｎｍのパルス光（長波長）を出射し、光源１０は１４５０ｎｍのパルス光（短波長）を出射するものでよい。
【００３３】
このようにすることにより、ファイバ中のトータルでの光速は等しくなり、同じサンプリング周期にて検出するラマン散乱位置の誤差が生じず、測定誤差の少ないラマン式のファイバ型温度分布測定器が実現できる。図２は本発明の温度分布測定装置の光源１、１０による各後方散乱光の状態の説明図であり、図２では、短波長パルス光（１４５０ｎｍ）と長波長パルス光（１５５０ｎｍ）における一例を示している。
【００３４】
図２で示すように、たとえば、光源１からのパルス光によるストークス光と光源１０からのパルス光の波長が同じまたは相互近似し、光源１０からのパルス光によるアンチストークス光と光源１からのパルス光の波長が同じまたは近似する。このため、短波長パルス（１４５０ｎｍ）の波長と１５５０ｎｍの長波長パルスによるアンチストークス光（１４５０ｎｍ）の波長とが等しく（ほぼ等しく）なるとともに、長波長パルス（１５５０ｎｍ）の波長と１４５０ｎｍの短波長パルスによるストークス光（１５５０ｎｍ）の波長とが等しく（ほぼ等しく）なることにより、光ファイバ中の往復にかかる時間が同一となる。
【００３５】
波長分波手段２は、ファイバ３からの後方散乱光に含まれるラマン散乱光（ストークス光及びアンチストークス光）を抽出するとともに、ストークス光とアンチストークス光とを分離して出力するフィルタ等から成る。ファイバ３は、光ファイバなどであって、数ｋｍ〜数十ｋｍ程度の長さを有する石英系マルチモード光ファイバや、シングルモード光ファイバ等からなるものである。
【００３６】
この波長分波手段２は、光源１、１０のいずれかから出射された長波長（たとえば１５５０ｎｍ）のパルス光のうち分配される（たとえば波長１４５０ｎｍの）アンチストークス光を光検出手段４ａ、４ｂのいずれか一方に入射させ、光源１、１０のいずれかから出射された短波長（たとえば１４５０ｎｍ）のパルス光のうち分配される（たとえば１５５０ｎｍの）ストークス光を他方の光検出手段に入射させる。
【００３７】
光検出手段４ａ、４ｂは、フォトダイオード（たとえばアバランシェ・フォトダイオード）等の受光素子を備え、波長分波手段２から出力されるストークス光およびアンチストークス光をそれぞれ光電変換し、この光電変換信号をそれぞれ所定の増幅率で増幅する。
【００３８】
具体的には、光源１から波長１５５０ｎｍのパルス光が光源１０から波長１４５０ｎｍのパルス光が出射されるとすれば、光検出手段４ａは、光源１から出射された波長１５５０ｎｍのパルス光のうち、波長分波手段２によって分配された約１４５０ｎｍのアンチストークス光を受光し、光電変換してデータ変換手段５ａに出力する。また光検出手段４ｂは、光源１０から出射された波長１４５０ｎｍのパルス光のうち、波長分波手段２によって分配された約１５５０ｎｍのアンチストークス光を受光し、光電変換してデータ変換手段５ｂに出力する。
【００３９】
データ変換手段５ａ、５ｂは、光検出手段４ａ、４ｂで増幅されたストークス光およびアンチストークス光の光電変換信号をタイミング発生手段６で規定されるタイミングでサンプリングし、ディジタル化されたサンプルデータを出力するＡ／Ｄ変換器等から成る。
【００４０】
タイミング発生手段６は、水晶発振機と分周器等から構成され、光源１、１０が発光する時間を制御するタイミングパルスであるタイミングトリガを光源１、１０に順次出力する。このため光源１、１０はタイミング発生手段６からのタイミングトリガによりパルス光が出射することになる。また光源１、１０の１回の発光ごとに、データ変換手段５ａ、ｂａにも測定開始のタイミングパルスを出力する。
【００４１】
演算処理手段７は、ファイバ３から出射される後方散乱光のストークス光およびアンチストークス光の光電変換信号から得られたサンプルデータに基づき、ファイバ３の温度分布データを算出し、温度分布データに対して所定の演算を行ってファイバ３の長さ方向における温度分布を表示するとともに、その時間変化や温度変化の検出を行う。
【００４２】
具体的には、演算処理手段７は、これらのストークス光およびアンチストークス光の強度比が温度に比例して変化することを利用して、パルス光をファイバ３に入射させた時点以降のストークス光とアンチストークス光とのサンプルデータに基づいて強度比の時間変化を求めることによりファイバ３の長さ方向における温度分布を測定する。
【００４３】
また特に図示しないが、本発明に係る温度分布測定装置は、たとえば液晶表示装置やＣＲＴ等の表示装置とユーザにより操作されるキーボードやマウス等の入力装置とを備えたコンピュータにより実現される表示操作装置を備えるものでもよい。この表示操作装置は、演算処理回路から出力される演算結果（ファイバの長さ方向における温度分布）を表示装置に表示するとともに、ユーザの操作に応じて、演算制御手段およびタイミング発生手段等を制御するものでもよい。
【００４４】
このような構成で本発明の（ラマン式のファイバ型）温度分布測定装置は、たとえば次のように動作を実行する。
【００４５】
光源１、１０は、タイミング発生手段６からのタイミングトリガによりパルス光を出射する。
【００４６】
光源１からの出射された波長１５５０ｎｍのパルス光は、波長分波器２を経て、被測定対象であるファイバ３に入射する。このパルス光のうち、ファイバ内のラマン散乱にて生じるストークス光（波長約１６５０ｎｍ）とアンチストークス光（波長約１４５０ｎｍ）は、同じファイバを戻り波長分波手段２に入射しこの波長分波手段２により分配され、波長が約１４５０ｎｍのアンチストークス光が光検出器４ｂにて検出される。
【００４７】
このとき、光源１０からも波長１４５０ｎｍのパルス光が出射され、波長分波器２を経て、被測定対象であるファイバ３に入射する。このパルス光のうち、ファイバ内のラマン散乱にて生じるストークス光（波長約１５５０ｎｍ）とアンチストークス光（波長約１３５０ｎｍ）は、同じファイバを戻り波長分波手段２に入射しこの波長分波手段２により分配され、波長が約１５５０ｎｍのストークス光が光検出器４ａにて検出される。
【００４８】
このようにすることにより、ファイバ中のトータルでの光速は等しくなり、同じサンプリング周期にて検出するラマン散乱位置の誤差が生じず、測定誤差の少ないラマン式のファイバ型温度分布測定器が実現できる。つまり、短波長パルス（１４５０ｎｍ）とストークス光の波長、および、長波長パルス（１５５０ｎｍ）とアンチストークス光の波長を合わせる事により、光ファイバ中の往復にかかる時間が同一となる。
【００４９】
また、光検出器４ａ、４ｂは受光した光源１からのアンチストークス光と光源１０からのストークス光を光電変換して増幅してデータ変換手段５ｂに出力する。
【００５０】
データ変換手段５ａ、５ｂは、光源１、１０の１回の発光ごとに、タイミング発生手段７からの測定開始のタイミングパルスを受信して各光電変換信号からサンプルデータを取得する。
【００５１】
そして、データ変換手段５ａ、５ｂは、光検出手段４ａ、４ｂで増幅されたストークス光およびアンチストークス光の光電変換信号を光源１、１０の１回の発光ごとにタイミング発生手段６から出力されるタイミングトリガが入力されると、でサンプリングし、ディジタル化されたサンプルデータを演算制御手段７に出力する。
【００５２】
演算制御手段７は、検出された光源１０からのストークス光の強度と光源１からのアンチストークス光の強度から、ファイバの該当部の温度を算出して、ＯＴＤＲと同様の原理にてその位置を特定する。
【００５３】
このようにすることにより、ファイバ中のトータルでの光速は等しくなり、同じサンプリング周期にて検出するラマン散乱位置の誤差が生じず、測定誤差の少ないラマン式のファイバ型温度分布測定器が実現できる。
【００５４】
いいかえれば、本発明の温度分布測定装置は、波長の異なるパルス光を用い、短波長パルスに対するストークス光検知と、長波長パルスに対するアンチストークス光検知を行うことにより、短波長パルスとストークス光の波長、および、長波長パルスとアンチストークス光の波長を合わせることで光ファイバ中の往復にかかる時間を同一とし、位置および温度測定誤差が低減できる。
【００５５】
この結果、本発明の温度分布測定装置は、複数の光源がファイバ中のストークス光とアンチストークス光に係るトータルでの光速が等しくなるような波長が異なるパルス光を出射する出射し、波長分波手段がこれら光源のいずれかから出射された長波長パルス光のアンチストークス光を光検出手段のいずれか一方に入射させ、光源のいずれかから出射された短波長パルス光のストークス光を他方の光検出手段に入射させて、光検出手段が短波長パルスに対するストークス光検知と長波長パルスに対するアンチストークス光検知を行うことにより、短波長パルスの波長と長波長パルスによるアンチストークス光の波長とが等しく（ほぼ等しく）なるとともに、長波長パルスの波長との短波長パルスによるストークス光の波長とが等しく（ほぼ等しく）なることで光ファイバ中の往復にかかる時間が同一となるので同じサンプリング周期にて検出するラマン散乱位置の誤差が生じず、位置および温度測定誤差が低減できる。
【００５６】
また本発明の温度分布測定装置は、複数の光源がファイバ中のストークス光とアンチストークス光に係るトータルでの光速が等しくなるような波長が異なるパルス光を出射する出射し、波長分波手段がこれら光源のいずれかから出射された長波長パルス光のアンチストークス光を光検出手段のいずれか一方に入射させ、光源のいずれかから出射された短波長パルス光のストークス光を他方の光検出手段に入射させて、光検出手段が短波長パルスに対するストークス光検知と長波長パルスに対するアンチストークス光検知を行うことにより、ファイバの各波長に対する光速が、不明かあるいは分布があっても、温度測定誤差が低減できる大きな効果がある。
【００５７】
また本発明の温度分布測定装置は、複数の光源がファイバ中のストークス光とアンチストークス光に係るトータルでの光速が等しくなるような波長が異なるパルス光を出射する出射し、波長分波手段がこれら光源のいずれかから出射された長波長パルス光のアンチストークス光を光検出手段のいずれか一方に入射させ、光源のいずれかから出射された短波長パルス光のストークス光を他方の光検出手段に入射させて、光検出手段が短波長パルスに対するストークス光検知と長波長パルスに対するアンチストークス光検知を行うことにより、全体で使用する波長領域が従来技術よりも狭く（具体的には従来技術では１５５０ｎｍ→１４５０ｎｍ,１６５０ｎｍであるところ、本発明では１４５０〜１５５０ｎｍとなる）なるので、ファイバの伝送特性の影響を受けにくい点で有効である。また広帯域の受光器、波長分波器が不要となる点で有効である。
【００５８】
（その他の実施例）
なお、本発明に係る温度分布測定装置は、光源１、１０からそれぞれ出射されるパルス光の強度は予め同一となるようにしてもよい、また、レーリ散乱光を測定する等により、パルス光の強度データを得ることによって温度分布を算出するものでも良い。
【００５９】
また本発明に係る温度分布測定装置では、光源１、１０からそれぞれ出射されるパルス光の強度を変えるものでもよい。たとえば弱いアンチストークス光を検出しやすくする為に、先の例では１５５０ｎｍのパルス光強度を上げるものなどが挙げられる。
【００６０】
また、本発明に係る温度分布測定装置では、ファイバの各波長に対する光速度差に問題が無い、あるいは、ファイバ特性などと相殺できる場合であれば、たとえば、
”１６００ｎｍパルス光→１５００ｎｍのアンチストークス光を検出し、
１４５０ｎｍパルス光→１５５０ｎｍのストークス光を検出する”
というように、波長が重ならない組み合わせとして、同時動作をさせるものでもよい。
【００６１】
また、本発明に係る温度分布測定装置では、ファイバ３を構成要素として図１に示しているが特にこれに限定するものではなく、対象は光ファイバでなくても良く、測定対象としては、気体（空気中）でもよいし、液体（水中）でもよいし、固体（ファイバ以外のもの）でもよい。
【００６２】
以上説明したように、本発明の温度分布測定装置は、複数の光源がファイバ中のストークス光とアンチストークス光に係るトータルでの光速が等しくなるような波長が異なるパルス光を出射する出射し、波長分波手段がこれら光源のいずれかから出射された長波長パルス光のアンチストークス光を光検出手段のいずれか一方に入射させ、光源のいずれかから出射された短波長パルス光のストークス光を他方の光検出手段に入射させて、光検出手段が短波長パルスに対するストークス光検知と長波長パルスに対するアンチストークス光検知を行うことにより、光ファイバ中の往復にかかる時間が同一となるので同じサンプリング周期にて検出するラマン散乱位置の誤差が生じず、位置および温度測定誤差が低減できるので、正確な温度分布の測定に貢献できる。
【符号の説明】
【００６３】
１、１０ 光源
２ 波長分波手段
３ ファイバ
４ａ、４ｂ 光検出手段
５ａ、５ｂ データ変換手段
６ タイミング発生手段
７ 演算処理手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ内で生じるラマン散乱光から光ファイバ上の各点の温度を測定する温度分布測定装置に関し、特に温度測定誤差の低減に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ファイバを用いた技術として、ＯＴＤＲ（Optical Time Domain Reflectometry ）による距離測定の原理と、ラマン散乱光の検出による温度測定の原理と組み合わせた装置が知られている。具体的には、被測定光ファイバにパルス光が入射すると、伝播の過程で後方散乱光が現れ、入射端に戻ってくる。
【０００３】
ここで、ある散乱点までの距離をＬ、パルスの入射時点から後方散乱光の検出時点までの時間をｔ、被測定光ファイバの屈折率をｎ、被測定光ファイバ中の光速をＣとすると、以下の式（１）のようになり、散乱点の位置が定量的に求まる。
Ｌ＝Ｃ・ｔ／２ｎ・・・・・（１）
【０００４】
後方散乱光にはレーリ光とストークス光、アンチストークス光が含まれ、入射パルス光の波長をλo とするとレーリ光の波長はλo となり、ストークス光の波長λs とアンチストークス光の波長λasは、
１／λs ＝１／λo ＋ν・・・・・（２）
１／λas＝１／λo −ν・・・・・（３）
となる。
図３は従来の後方散乱光の状態の説明図であり、図３において、入射パルス光の波長λo、レーリ光の波長λo、ストークス光の波長λs、アンチストークス光の波長λasを説明している。
【０００５】
一方、ストークス光強度Ｉs とアンチストークス光強度Ｉasの比は、被測定光ファイバ中の散乱点の絶対温度Ｔに依存し、Ｉas／Ｉs がｅｘｐ（−ｈ・Ｃ・ν／ｋＴ）に比例する関係となる。これにより、散乱点の温度が定量的に求められる。ここで、ｈはプランク定数（Ｊ・Ｓ）、νはラマンシフト量（ｍ-1 ）、ｋはボルツマン定数（Ｊ／Ｋ）である。
【０００６】
そして、被測定光ファイバ中の各散乱点からは絶対温度Ｔに依存したストークス光及びアンチストークス光が発生し、ストークス光強度Ｉs 及びアンチストークス光強度Ｉasは温度分布に応じた時間変化を示し、時間は各散乱点の距離に対応したものになっている。ストークス光強度Ｉs 及びアンチストークス光強度Ｉasをサンプリングし、各サンプリング点で求めた温度から被測定光ファイバ中の温度分布が得られることになる。
【０００７】
図４は、従来の温度分布測定装置の構成図である。図４において、従来の温度分布測定装置は主に、光を出射するレーザダイオードなどの光源１と波長分波手段２と、ファイバ３と、光検出手段４ａ、４ｂと、データ変換手段５ａ、５ｂと、タイミング発生手段６と、演算処理手段７とから構成される。
【０００８】
具体的には、波長分波手段２は、ファイバ３からの後方散乱光に含まれるラマン散乱光（ストークス光及びアンチストークス光）を抽出するとともに、ストークス光とアンチストークス光とを分離して出力するフィルタ等から成る。
【０００９】
光検出手段４ａ、４ｂは、波長分波手段２から出力されるストークス光およびアンチストークス光をそれぞれ光電変換し、この光電変換信号をそれぞれ所定の増幅率で増幅する。
【００１０】
データ変換手段５ａ、５ｂは、光検出手段４ａ、４ｂで増幅された光電変換信号をタイミング発生手段６によるタイミングでサンプリングし、ディジタル化されたサンプルデータを出力する。
【００１１】
タイミング発生手段６は、光源１が発光するためのタイミングトリガを光源１に順次出力する。このため光源１はタイミング発生手段６からのタイミングトリガによりパルス光が出射することになる。また光源１の１回の発光ごとに、データ変換手段５ａ、ｂａにも測定開始のタイミングパルスを出力する。
【００１２】
演算処理手段７は、ファイバ３から出射される後方散乱光のストークス光およびアンチストークス光の光電変換信号から得られたサンプルデータに基づき、ファイバ３の温度分布データを算出し、温度分布データに対して所定の演算を行ってファイバ３の長さ方向における温度分布を表示するとともに、その時間変化や温度変化の検出を行う。
【００１３】
このような構成で（ラマン式のファイバ型）温度分布測定装置は次の動作を実行する。
【００１４】
光源１からのパルス光は、波長分波器２を経て、被測定対象であるファイバ３に入射する。パルス光のうち、ファイバ内のラマン散乱にて生じるストークス光とアンチストークス光は（図示せず）、同じファイバを戻り波長分波２に入射しこの波長分波手段２により分配されて、ストークス光は光検出器４ａ、アンチストークス光は光検出器４ｂにて検出される。
【００１５】
検出されたストークス光の強度とアンチストークス光の強度から、ファイバの該当部の温度を求め、ＯＴＤＲと同様の原理にてその位置を特定する。
【００１６】
このような温度分布測定装置に関連する先行技術文献として、下記の特許文献１、２がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開平６−２６９４０号公報
【００１８】
【特許文献２】特開２００８−２３２８８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
ストークス光とアンチストークス光の波数（波長）は、信号光（レーリ光）に対して正負の関係にあり例えば、一般の石英系光ファイバに対して信号光が１５５０ｎｍのパルス光を用いると、ストークス光とアンチストークス光は±４４０ｃｍ-1（約±１００ｎｍ）となる（このときのストークス光とアンチストークス光の波長は１６５０ｎｍと１４５０ｎｍである）。
【００２０】
このように、通常の光ファイバではその特性により、波長が異なる光はファイバ中を進行する速度が異なるので、ストークス光とアンチストークス光を同一のタイミングでサンプリング（測定）すると、異なる位置からのラマン散乱光を検出することになり、位置及び温度に誤差を生じてしまうという問題点があった。
【００２１】
このような問題点を解決するために、上述の特許文献１、２では光速に合わせ異なるサンプリング周期を用いる手法、多数サンプリングし間引く方法などが提案されているものの、以下の問題点があった。
ａ）適用するファイバ及びその環境状態により、ストークス光及びアンチストークス光に対する光速は定まらず、誤差要因となってしまう。
ｂ）ストークス光及びアンチストークス光が乖離している為、伝送損失差が誤差要因となってしまう。
【００２２】
本発明は上述の問題点を解決するものであり、その目的は、温度測定誤差を低減させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
ファイバに出射されるパルス光により前記ファイバ内で生じる後方散乱光に含まれるラマン散乱光のうちストークス光およびアンチストークス光を検出して前記ファイバ内の温度を測定する温度分布測定装置において、
前記ファイバに第１のパルス光を出射する第１の光源と、
前記第１のパルス光によるストークス光またはアンチストークス光の光速と前記ファイバ内のアンチストークス光とストークス光の光速とが同じまたは相互近似する第２のパルス光を出射する第２の光源を備えることを特徴とする温度分布測定装置である。
【００２４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の温度分布測定装置において、
前記第１および第２のパルス光により前記ファイバ内で生じる後方散乱光に含まれるラマン散乱光のうちストークス光およびアンチストークス光を検出して光電変換信号を出力する各第１、第２の光検出手段と、
前記パルス光がファイバに出射するタイミングで前記各光電変換信号から取得したサンプルデータをディジタル化して出力する第１、第２のデータ変換手段と、
前記各サンプルデータに基づき前記ストークス光とアンチストークス光の強度から前記ファイバ内の温度を測定する演算制御手段と、
を具備することを特徴とする。
【００２５】
前記第１および第２のパルス光による後方散乱光に含まれるラマン散乱光のうちストークス光およびアンチストークス光を分配し、前記第１および第２のパルス光のうち長波長のパルス光によるアンチストークス光を前記第１または第２の光検出手段のいずれか一方に入射させ、前記第１および第２のパルス光のうち短波長のパルス光によるストークス光を他方の光検出手段に入射させる波長分波手段を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
このように、請求項１に係る温度分布測定装置によれば、第１、第２の光源が、一方のパルス光によるストークス光またはアンチストークス光の光速と他方のパルス光によるアンチストークス光とストークス光の光速とが同じまたは相互近似するようにそれぞれ波長の異なるパルス光を出射することにより、光ファイバ中の往復にかかる時間が同一となるので同じサンプリング周期にて検出するラマン散乱位置の誤差が生じず、位置および温度測定誤差が低減できる。
【００２７】
請求項２に係る温度分布測定装置によれば、第１、第２の光源が、一方のパルス光によるストークス光またはアンチストークス光の光速と他方のパルス光によるアンチストークス光とストークス光の光速とが同じまたは相互近似するようにそれぞれ波長の異なるパルス光を出射し、第１、第２の光検出手段が短波長パルスに対するストークス光検知と長波長パルスに対するアンチストークス光検知を行うことにより、光ファイバ中の往復にかかる時間が同一となるので同じサンプリング周期にて検出するラマン散乱位置の誤差が生じず、位置および温度測定誤差が低減できる。
【００２８】
請求項３に係る温度分布測定装置によれば、第１、第２の光源が、一方のパルス光によるストークス光またはアンチストークス光の光速と他方のパルス光によるアンチストークス光とストークス光の光速とが同じまたは相互近似するようにそれぞれ波長の異なるパルス光を出射し、波長分波手段がこれら光源のいずれかから出射された長波長パルス光のアンチストークス光を光検出手段のいずれか一方に入射させ、光源のいずれかから出射された短波長パルス光のストークス光を他方の光検出手段に入射させて、光検出手段が短波長パルスに対するストークス光検知と長波長パルスに対するアンチストークス光検知を行うことにより、光ファイバ中の往復にかかる時間が同一となるので同じサンプリング周期にて検出するラマン散乱位置の誤差が生じず、位置および温度測定誤差が低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る温度分布測定装置の構成例を示す構成図である。
【図２】本発明に係る各後方散乱光の状態の説明図である。
【図３】図３は従来の後方散乱光の状態の説明図である。
【図４】従来の温度分布測定装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
（第１の実施例）
図１は、本発明に係る温度分布測定装置の構成例を示す構成図であり、図４と共通する部分には同一の符号を付けて適宜説明を省略する。図４との相違点は、ファイバ３中のストークス光とアンチストークス光に係るトータルでの光速が等しくなるような波長が異なるパルス光を出射する光源を２個備える点、波長分波手段がこれら光源のいずれかから出射された長波長のパルス光のうち分配されるアンチストークス光を光検出手段のいずれか一方に入射させ、光源のいずれかから出射された短波長のパルス光のうち分配されるストークス光を他方の光検出手段に入射させる点で相違する。
【００３１】
図１において、本発明の温度分布測定装置は主に、光源１（第１の光源）、光源１０（第２の光源）と波長分波手段２と、ファイバ３と、光検出手段４ａ、４ｂと、データ変換手段５ａ、５ｂと、タイミング発生手段６と、演算処理手段７とから構成される。
【００３２】
具体的には、光源１、１０は、光を出射するレーザダイオードなどであり、光源１と光源１０とは出射する光の波長は異なるものであって、光源１、１０のうちいずれかから出射される比較的長波長（短波長）のパルス光のアンストークス光（ストークス光）の波長が比較的短波長（長波長）のパルス光の波長と同一または相互近似するものである。たとえば本発明の温度分布測定装置の光源１は１５５０ｎｍのパルス光（長波長）を出射し、光源１０は１４５０ｎｍのパルス光（短波長）を出射するものでよい。
【００３３】
このようにすることにより、ファイバ中のトータルでの光速は等しくなり、同じサンプリング周期にて検出するラマン散乱位置の誤差が生じず、測定誤差の少ないラマン式のファイバ型温度分布測定器が実現できる。図２は本発明の温度分布測定装置の光源１、１０による各後方散乱光の状態の説明図であり、図２では、短波長パルス光（１４５０ｎｍ）と長波長パルス光（１５５０ｎｍ）における一例を示している。
【００３４】
図２で示すように、たとえば、光源１からのパルス光によるストークス光と光源１０からのパルス光の波長が同じまたは相互近似し、光源１０からのパルス光によるアンチストークス光と光源１からのパルス光の波長が同じまたは近似する。このため、短波長パルス（１４５０ｎｍ）の波長と１５５０ｎｍの長波長パルスによるアンチストークス光（１４５０ｎｍ）の波長とが等しく（ほぼ等しく）なるとともに、長波長パルス（１５５０ｎｍ）の波長と１４５０ｎｍの短波長パルスによるストークス光（１５５０ｎｍ）の波長とが等しく（ほぼ等しく）なることにより、光ファイバ中の往復にかかる時間が同一となる。
【００３５】
波長分波手段２は、ファイバ３からの後方散乱光に含まれるラマン散乱光（ストークス光及びアンチストークス光）を抽出するとともに、ストークス光とアンチストークス光とを分離して出力するフィルタ等から成る。ファイバ３は、光ファイバなどであって、数ｋｍ〜数十ｋｍ程度の長さを有する石英系マルチモード光ファイバや、シングルモード光ファイバ等からなるものである。
【００３６】
この波長分波手段２は、光源１、１０のいずれかから出射された長波長（たとえば１５５０ｎｍ）のパルス光のうち分配される（たとえば波長１４５０ｎｍの）アンチストークス光を光検出手段４ａ、４ｂのいずれか一方に入射させ、光源１、１０のいずれかから出射された短波長（たとえば１４５０ｎｍ）のパルス光のうち分配される（たとえば１５５０ｎｍの）ストークス光を他方の光検出手段に入射させる。
【００３７】
光検出手段４ａ、４ｂは、フォトダイオード（たとえばアバランシェ・フォトダイオード）等の受光素子を備え、波長分波手段２から出力されるストークス光およびアンチストークス光をそれぞれ光電変換し、この光電変換信号をそれぞれ所定の増幅率で増幅する。
【００３８】
具体的には、光源１から波長１５５０ｎｍのパルス光が光源１０から波長１４５０ｎｍのパルス光が出射されるとすれば、光検出手段４ａは、光源１から出射された波長１５５０ｎｍのパルス光のうち、波長分波手段２によって分配された約１４５０ｎｍのアンチストークス光を受光し、光電変換してデータ変換手段５ａに出力する。また光検出手段４ｂは、光源１０から出射された波長１４５０ｎｍのパルス光のうち、波長分波手段２によって分配された約１５５０ｎｍのアンチストークス光を受光し、光電変換してデータ変換手段５ｂに出力する。
【００３９】
データ変換手段５ａ、５ｂは、光検出手段４ａ、４ｂで増幅されたストークス光およびアンチストークス光の光電変換信号をタイミング発生手段６で規定されるタイミングでサンプリングし、ディジタル化されたサンプルデータを出力するＡ／Ｄ変換器等から成る。
【００４０】
タイミング発生手段６は、水晶発振機と分周器等から構成され、光源１、１０が発光する時間を制御するタイミングパルスであるタイミングトリガを光源１、１０に順次出力する。このため光源１、１０はタイミング発生手段６からのタイミングトリガによりパルス光が出射することになる。また光源１、１０の１回の発光ごとに、データ変換手段５ａ、ｂａにも測定開始のタイミングパルスを出力する。
【００４１】
演算処理手段７は、ファイバ３から出射される後方散乱光のストークス光およびアンチストークス光の光電変換信号から得られたサンプルデータに基づき、ファイバ３の温度分布データを算出し、温度分布データに対して所定の演算を行ってファイバ３の長さ方向における温度分布を表示するとともに、その時間変化や温度変化の検出を行う。
【００４２】
具体的には、演算処理手段７は、これらのストークス光およびアンチストークス光の強度比が温度に比例して変化することを利用して、パルス光をファイバ３に入射させた時点以降のストークス光とアンチストークス光とのサンプルデータに基づいて強度比の時間変化を求めることによりファイバ３の長さ方向における温度分布を測定する。
【００４３】
また特に図示しないが、本発明に係る温度分布測定装置は、たとえば液晶表示装置やＣＲＴ等の表示装置とユーザにより操作されるキーボードやマウス等の入力装置とを備えたコンピュータにより実現される表示操作装置を備えるものでもよい。この表示操作装置は、演算処理回路から出力される演算結果（ファイバの長さ方向における温度分布）を表示装置に表示するとともに、ユーザの操作に応じて、演算制御手段およびタイミング発生手段等を制御するものでもよい。
【００４４】
このような構成で本発明の（ラマン式のファイバ型）温度分布測定装置は、たとえば次のように動作を実行する。
【００４５】
光源１、１０は、タイミング発生手段６からのタイミングトリガによりパルス光を出射する。
【００４６】
光源１からの出射された波長１５５０ｎｍのパルス光は、波長分波器２を経て、被測定対象であるファイバ３に入射する。このパルス光のうち、ファイバ内のラマン散乱にて生じるストークス光（波長約１６５０ｎｍ）とアンチストークス光（波長約１４５０ｎｍ）は、同じファイバを戻り波長分波手段２に入射しこの波長分波手段２により分配され、波長が約１４５０ｎｍのアンチストークス光が光検出器４ｂにて検出される。
【００４７】
このとき、光源１０からも波長１４５０ｎｍのパルス光が出射され、波長分波器２を経て、被測定対象であるファイバ３に入射する。このパルス光のうち、ファイバ内のラマン散乱にて生じるストークス光（波長約１５５０ｎｍ）とアンチストークス光（波長約１３５０ｎｍ）は、同じファイバを戻り波長分波手段２に入射しこの波長分波手段２により分配され、波長が約１５５０ｎｍのストークス光が光検出器４ａにて検出される。
【００４８】
このようにすることにより、ファイバ中のトータルでの光速は等しくなり、同じサンプリング周期にて検出するラマン散乱位置の誤差が生じず、測定誤差の少ないラマン式のファイバ型温度分布測定器が実現できる。つまり、短波長パルス（１４５０ｎｍ）とストークス光の波長、および、長波長パルス（１５５０ｎｍ）とアンチストークス光の波長を合わせる事により、光ファイバ中の往復にかかる時間が同一となる。
【００４９】
また、光検出器４ａ、４ｂは受光した光源１からのアンチストークス光と光源１０からのストークス光を光電変換して増幅してデータ変換手段５ｂに出力する。
【００５０】
データ変換手段５ａ、５ｂは、光源１、１０の１回の発光ごとに、タイミング発生手段７からの測定開始のタイミングパルスを受信して各光電変換信号からサンプルデータを取得する。
【００５１】
そして、データ変換手段５ａ、５ｂは、光検出手段４ａ、４ｂで増幅されたストークス光およびアンチストークス光の光電変換信号を光源１、１０の１回の発光ごとにタイミング発生手段６から出力されるタイミングトリガが入力されると、でサンプリングし、ディジタル化されたサンプルデータを演算制御手段７に出力する。
【００５２】
演算制御手段７は、検出された光源１０からのストークス光の強度と光源１からのアンチストークス光の強度から、ファイバの該当部の温度を算出して、ＯＴＤＲと同様の原理にてその位置を特定する。
【００５３】
このようにすることにより、ファイバ中のトータルでの光速は等しくなり、同じサンプリング周期にて検出するラマン散乱位置の誤差が生じず、測定誤差の少ないラマン式のファイバ型温度分布測定器が実現できる。
【００５４】
いいかえれば、本発明の温度分布測定装置は、波長の異なるパルス光を用い、短波長パルスに対するストークス光検知と、長波長パルスに対するアンチストークス光検知を行うことにより、短波長パルスとストークス光の波長、および、長波長パルスとアンチストークス光の波長を合わせることで光ファイバ中の往復にかかる時間を同一とし、位置および温度測定誤差が低減できる。
【００５５】
この結果、本発明の温度分布測定装置は、複数の光源がファイバ中のストークス光とアンチストークス光に係るトータルでの光速が等しくなるような波長が異なるパルス光を出射する出射し、波長分波手段がこれら光源のいずれかから出射された長波長パルス光のアンチストークス光を光検出手段のいずれか一方に入射させ、光源のいずれかから出射された短波長パルス光のストークス光を他方の光検出手段に入射させて、光検出手段が短波長パルスに対するストークス光検知と長波長パルスに対するアンチストークス光検知を行うことにより、短波長パルスの波長と長波長パルスによるアンチストークス光の波長とが等しく（ほぼ等しく）なるとともに、長波長パルスの波長との短波長パルスによるストークス光の波長とが等しく（ほぼ等しく）なることで光ファイバ中の往復にかかる時間が同一となるので同じサンプリング周期にて検出するラマン散乱位置の誤差が生じず、位置および温度測定誤差が低減できる。
【００５６】
また本発明の温度分布測定装置は、複数の光源がファイバ中のストークス光とアンチストークス光に係るトータルでの光速が等しくなるような波長が異なるパルス光を出射する出射し、波長分波手段がこれら光源のいずれかから出射された長波長パルス光のアンチストークス光を光検出手段のいずれか一方に入射させ、光源のいずれかから出射された短波長パルス光のストークス光を他方の光検出手段に入射させて、光検出手段が短波長パルスに対するストークス光検知と長波長パルスに対するアンチストークス光検知を行うことにより、ファイバの各波長に対する光速が、不明かあるいは分布があっても、温度測定誤差が低減できる大きな効果がある。
【００５７】
また本発明の温度分布測定装置は、複数の光源がファイバ中のストークス光とアンチストークス光に係るトータルでの光速が等しくなるような波長が異なるパルス光を出射する出射し、波長分波手段がこれら光源のいずれかから出射された長波長パルス光のアンチストークス光を光検出手段のいずれか一方に入射させ、光源のいずれかから出射された短波長パルス光のストークス光を他方の光検出手段に入射させて、光検出手段が短波長パルスに対するストークス光検知と長波長パルスに対するアンチストークス光検知を行うことにより、全体で使用する波長領域が従来技術よりも狭く（具体的には従来技術では１５５０ｎｍ→１４５０ｎｍ,１６５０ｎｍであるところ、本発明では１４５０〜１５５０ｎｍとなる）なるので、ファイバの伝送特性の影響を受けにくい点で有効である。また広帯域の受光器、波長分波器が不要となる点で有効である。
【００５８】
（その他の実施例）
なお、本発明に係る温度分布測定装置は、光源１、１０からそれぞれ出射されるパルス光の強度は予め同一となるようにしてもよい、また、レーリ散乱光を測定する等により、パルス光の強度データを得ることによって温度分布を算出するものでも良い。
【００５９】
また本発明に係る温度分布測定装置では、光源１、１０からそれぞれ出射されるパルス光の強度を変えるものでもよい。たとえば弱いアンチストークス光を検出しやすくする為に、先の例では１５５０ｎｍのパルス光強度を上げるものなどが挙げられる。
【００６０】
また、本発明に係る温度分布測定装置では、ファイバの各波長に対する光速度差に問題が無い、あるいは、ファイバ特性などと相殺できる場合であれば、たとえば、
”１６００ｎｍパルス光→１５００ｎｍのアンチストークス光を検出し、
１４５０ｎｍパルス光→１５５０ｎｍのストークス光を検出する”
というように、波長が重ならない組み合わせとして、同時動作をさせるものでもよい。
【００６１】
また、本発明に係る温度分布測定装置では、ファイバ３を構成要素として図１に示しているが特にこれに限定するものではなく、対象は光ファイバでなくても良く、測定対象としては、気体（空気中）でもよいし、液体（水中）でもよいし、固体（ファイバ以外のもの）でもよい。
【００６２】
以上説明したように、本発明の温度分布測定装置は、複数の光源がファイバ中のストークス光とアンチストークス光に係るトータルでの光速が等しくなるような波長が異なるパルス光を出射する出射し、波長分波手段がこれら光源のいずれかから出射された長波長パルス光のアンチストークス光を光検出手段のいずれか一方に入射させ、光源のいずれかから出射された短波長パルス光のストークス光を他方の光検出手段に入射させて、光検出手段が短波長パルスに対するストークス光検知と長波長パルスに対するアンチストークス光検知を行うことにより、光ファイバ中の往復にかかる時間が同一となるので同じサンプリング周期にて検出するラマン散乱位置の誤差が生じず、位置および温度測定誤差が低減できるので、正確な温度分布の測定に貢献できる。
【符号の説明】
【００６３】
１、１０ 光源
２ 波長分波手段
３ ファイバ
４ａ、４ｂ 光検出手段
５ａ、５ｂ データ変換手段
６ タイミング発生手段
７ 演算処理手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファイバに出射されるパルス光により前記ファイバ内で生じる後方散乱光に含まれるラマン散乱光のうちストークス光およびアンチストークス光を検出して前記ファイバ内の温度を測定する温度分布測定装置において、
前記ファイバに第１のパルス光を出射する第１の光源と、
前記第１のパルス光によるストークス光またはアンチストークス光の光速と前記ファイバ内のアンチストークス光とストークス光の光速とが同じまたは相互近似する第２のパルス光を出射する第２の光源を備えることを特徴とする温度分布測定装置。
【請求項２】
前記第１および第２のパルス光により前記ファイバ内で生じる後方散乱光に含まれるラマン散乱光のうちストークス光およびアンチストークス光を検出して光電変換信号を出力する各第１、第２の光検出手段と、
前記パルス光がファイバに出射するタイミングで前記各光電変換信号から取得したサンプルデータをディジタル化して出力する第１、第２のデータ変換手段と、
前記各サンプルデータに基づき前記ストークス光とアンチストークス光の強度から前記ファイバ内の温度を測定する演算制御手段と、
を具備することを特徴とする請求項１記載の温度分布測定装置。
【請求項３】
前記第１および第２のパルス光による後方散乱光に含まれるラマン散乱光のうちストークス光およびアンチストークス光を分配し、前記第１および第２のパルス光のうち長波長のパルス光によるアンチストークス光を前記第１または第２の光検出手段のいずれか一方に入射させ、前記第１および第２のパルス光のうち短波長のパルス光によるストークス光を他方の光検出手段に入射させる波長分波手段を
具備することを特徴とする請求項２記載温度分布測定装置。
【請求項１】
ファイバに出射されるパルス光により前記ファイバ内で生じる後方散乱光に含まれるラマン散乱光のうちストークス光およびアンチストークス光を検出して前記ファイバ内の温度を測定する温度分布測定装置において、
前記ファイバに第１のパルス光を出射する第１の光源と、
前記第１のパルス光によるストークス光またはアンチストークス光の光速と前記ファイバ内のアンチストークス光とストークス光の光速とが同じまたは相互近似する第２のパルス光を出射する第２の光源を備えることを特徴とする温度分布測定装置。
【請求項２】
前記第１および第２のパルス光により前記ファイバ内で生じる後方散乱光に含まれるラマン散乱光のうちストークス光およびアンチストークス光を検出して光電変換信号を出力する各第１、第２の光検出手段と、
前記パルス光がファイバに出射するタイミングで前記各光電変換信号から取得したサンプルデータをディジタル化して出力する第１、第２のデータ変換手段と、
前記各サンプルデータに基づき前記ストークス光とアンチストークス光の強度から前記ファイバ内の温度を測定する演算制御手段と、
を具備することを特徴とする請求項１記載の温度分布測定装置。
【請求項３】
前記第１および第２のパルス光による後方散乱光に含まれるラマン散乱光のうちストークス光およびアンチストークス光を分配し、前記第１および第２のパルス光のうち長波長のパルス光によるアンチストークス光を前記第１または第２の光検出手段のいずれか一方に入射させ、前記第１および第２のパルス光のうち短波長のパルス光によるストークス光を他方の光検出手段に入射させる波長分波手段を
具備することを特徴とする請求項２記載温度分布測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−３８８７１（Ｐ２０１１−３８８７１Ａ）
【公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８５５１５（Ｐ２００９−１８５５１５）
【出願日】平成２１年８月１０日（２００９．８．１０）
【出願人】（０００００６５０７）横河電機株式会社 (4,443)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月１０日（２００９．８．１０）
【出願人】（０００００６５０７）横河電機株式会社 (4,443)
【Ｆターム（参考）】
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