(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
擬似ランダム変調信号で光を変調し、この変調光を被測定光ファイバに入射させ、この被測定光ファイバからの散乱による戻り光信号を復調することによって分布的物理量を測定する方法において、前記変調信号を３種類以上用い、それぞれの変調信号により分布的物理量を測定し、分布点ごとに各変調信号による測定値を統計処理して総合の測定値を求めることを特徴とする分布的物理量測定方法。
【請求項２】
前記戻り光信号のラマン散乱光を復調することによって前記被測定光ファイバに沿った温度分布を測定することを特徴とする請求項１記載の分布的物理量測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、擬似ランダム変調信号を測定対象に送出しその応答信号を復調することによって分布的物理量を測定する分布的物理量測定方法に係り、特に、偽応答の影響を軽減する分布的物理量測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
擬似ランダム変調信号を測定対象に送出し、その測定対象からの応答信号を復調することによって分布的物理量を測定する方法が従来より知られている。
【０００３】
図１１に示されるように、従来の分布的物理量測定方法では、変調信号発生器１で発生した信号Ａを測定対象２に入力する。その測定対象２からの応答信号を復調器３に取り入れ、復調器３では変調信号Ａに基づいた応答信号の復調計算を行う。この計算結果をデータ表示器４に表示する。
【０００４】
この方法を用いて測定したレーダー応答出力の例を図１２に示す。図１２は、応答出力の距離分布図であり、横軸が距離、縦軸が応答出力である。図示のように、距離１０と距離６０とに応答出力のピークＰ１，Ｐ２が見られ、その位置に何らかの散乱媒体があることが分かる。距離分解能を上げて測定したいときには、一般に、擬似ランダム信号でパルス変調する際に、１ビットの時間に相当する幅（パルス幅）を小さくすればよい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
距離分解能を上げるために変調信号のパルス幅を小さくして測定した際のレーダー応答出力の例を図２に示す。図示のように、散乱媒体のない距離２０と距離７０にも小さな応答出力のピークＰ３，Ｐ４が見えている。このような距離２０、距離７０におけるピークＰ３，Ｐ４を偽応答という。これに対し、距離１０、距離６０におけるピークＰ１，Ｐ２を真の応答という。偽応答は真の応答とは簡単に見分けがつかないため、測定結果を誤って解釈してしまう可能性があり、問題である。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、偽応答の影響を軽減する分布的物理量測定方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、擬似ランダム変調信号で光を変調し、この変調光を被測定光ファイバに入射させ、この被測定光ファイバからの散乱による戻り光信号を復調することによって分布的物理量を測定する方法において、前記変調信号を３種類以上用い、それぞれの変調信号により分布的物理量を測定し、分布点ごとに各変調信号による測定値を統計処理して総合の測定値を求めるものである。
【０００９】
前記戻り光信号のラマン散乱光を復調することによって前記被測定光ファイバに沿った温度分布を測定してもよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１１】
本出願人が検討したところ、従来技術のように本来信号が無いはずの位置に生じる偽応答は、真の応答の位置からある距離だけシフトした位置（シフト量は変調信号に依存して決まる）に生じることが分かった。このような偽応答は、変調信号のパルス幅が狭く（変調信号の周波数が高く）なると発生しやすくなることも分かった。変調信号の周波数が高くなると、十分正確には変調できずに、変調波形のトランジェント部が歪んでしまっていることが、偽応答発生の原因であると考えられる。そこで、本発明では以下のような処理を行うようにした。
【００１２】
図１に示されるように、本発明の分布的物理量測定方法にあっては、３種類以上の異なる擬似ランダム変調信号Ａ，Ｂ，Ｃを発生する変調信号発生器１と、変調信号が入力される測定対象２Ａ，２Ｂ，２Ｃと、測定対象からの応答信号を復調する復調器３Ａ，３Ｂ，３Ｃと、各変調信号Ａ，Ｂ，Ｃによる測定値を統計処理する中央値計算器５と、総合の測定値を表示するデータ表示器４とを備える。ここで、測定対象２Ａ，２Ｂ，２Ｃ及び復調器３Ａ，３Ｂ，３Ｃは、説明のため個別に図示し異なる符号を割り当てたが、実際には同一の測定対象２及び同一の復調器３であり、例えば、時分割により順次、変調信号を変えてそれぞれの変調信号により分布的物理量を測定することができる。
【００１３】
まず、変調信号発生器１で発生させた変調信号Ａを測定対象２に入力し、その測定対象２Ａからの応答信号を復調器３Ａに取り入れ、復調器３Ａでは変調信号Ａに基づいた応答信号の復調計算を行う。これにより変調信号Ａによる測定データが得られる。変調信号Ｂ，Ｃについても同様に入力及び復調計算による測定を行う。この結果、３種類の測定データが得られる。次に、中央値計算器５は、得られた３種類の測定データについて、分布点（ここでは距離で表す）ごとに統計処理を行う。統計処理は、例えば、３つの測定値のうち大きさが中央になるものを取り出す。この中央値を総合の測定値とする。
【００１４】
３種類の変調信号Ａ，Ｂ，Ｃを用いて測定したレーダー応答出力の例を図２、図３、図４に示す。これらの図を見ると、それぞれの測定において、ピークＰ１，Ｐ２の真の応答のほかにピークＰ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８の偽応答も観測されていることが分かる。しかし、偽応答の現れる位置は、変調信号の種類によって異なっている。
【００１５】
図５に、距離ごとに変調信号Ａ，Ｂ，Ｃの測定データの中央値をとった総合測定データを示す。図示されるように、各々の測定データに含まれていた偽応答は、取り除かれ、総合測定データには現れない。その理由は、次の通りである。
【００１６】
一般に、ある特定の距離において１つの符号（変調信号）Ａによる測定で偽応答が生じても他の２つの符号（変調信号）Ｂ，Ｃによる測定で偽応答が生じなかったとする。このとき、偽応答のある出力（当該偽応答位置の測定データ）１つと偽応答のない出力（同じ位置の測定データ）２つとからなる３つの値の中央値を取ると、常に、偽応答のない出力が採用されるためである。まれに、２つ以上の測定データで同時に偽応答が生じた場合は、中央値を取っても偽応答を解消することはできないが、このような場合でも、変調信号の種類を３より多くすることで偽応答を解消することができる。
【００１７】
このようにして変調信号Ａ，Ｂ，Ｃによる測定データの分布点ごとの中央値により総合測定データを作成するので、偽応答が解消され、測定された分布的物理量は偽応答の影響が軽減されたものとなる。
【００１８】
上記実施形態では、統計値として中央値を用いたが、例えば平均値を用いても効果が得られる。
【００１９】
次に、本発明を光ファイバによるＯＴＤＲに用いた実施形態を説明する。ＯＴＤＲ（ｏｐｔｉｃａｌ  ｔｉｍｅ  ｄｏｍａｉｎ  ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）  は、光パルスを光ファイバなどの測定対象に入射し、戻ってくる後方散乱光の光強度の時間変化を検出することで物理量の距離的分布を測定する方法のことである。
【００２０】
図６に示されるように、本発明の分布的物理量測定方法を適用したＯＴＤＲにあっては、３種類以上の異なる擬似ランダム変調信号Ａ，Ｂ，Ｃを発生する変調信号発生器１と、変調信号Ａ，Ｂ，Ｃで変調発光される半導体レーザ１１と、半導体レーザ１１からの変調光を被測定光ファイバに入射させる光カップラ１３と、被測定光ファイバ１５と、この被測定光ファイバからの散乱による戻り光を受光するフォトダイオード１２と、戻り光信号を復調する復調器３と、各変調信号Ａ，Ｂ，Ｃによる測定値を統計処理する中央値計算器５と、総合の測定値を表示するデータ表示器４（パソコン）とを備える。
【００２１】
まず、変調信号発生器１で発生させた変調信号Ａで半導体レーザ１１を変調発光させる。このレーザ光は、光ファイバ１４ａ及び光カップラ１３を通って被測定光ファイバ１５に入射される。被測定光ファイバ１５内で発生したレイリー散乱光の一部は再び光カップラ１３を通り、光ファイバ１４ｂを通ってフォトダイオード１２に導かれる。フォトダイオード１２の受光信号を復調器３で復調する。これにより変調信号Ａによる測定データが得られる。変調信号Ｂ，Ｃについても同様に入力及び復調計算による測定を行う。この結果、３種類の測定データが得られる。次に、中央値計算器５は、得られた３種類の測定データについて、分布点（ここでは距離で表す）ごとに統計処理を行う。統計処理は、例えば、３つの測定値のうち大きさが中央になるものを取り出す。この中央値を総合の測定値とする。
【００２２】
この総合測定値をデータ表示器４に表示する。
【００２３】
３種類の変調信号Ａ，Ｂ，Ｃによる測定データ（中央値計算器５による処理前のデータ）を図７、図８、図９に示す。これらの図を見ると、それぞれの測定において、真の応答のほかに偽応答も観測されていることが分かる。図１０に、中央値計算器５で処理した総合測定データを示す。図示されるように、各々の測定データに含まれていた偽応答は、取り除かれ、総合測定データには現れない。即ち、測定された分布的物理量は偽応答の影響が軽減されたものとなる。
【００２４】
本発明のＯＴＤＲへの適用は、上記に限らず、ラマン散乱光を受光して行う温度分布測定にも有効である。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００２６】
（１）分布的物理量測定において偽応答の影響を軽減することができるので、正確な分布的物理量が測定できるようになる。
【００２７】
（２）変調信号の周波数が高いときの偽応答を解消できるので、距離分解能を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す分布的物理量測定の手順図である。
【図２】変調信号Ａによる応答出力の距離分布図である。
【図３】変調信号Ｂによる応答出力の距離分布図である。
【図４】変調信号Ｃによる応答出力の距離分布図である。
【図５】図２，３，４の中央値による総合応答出力の距離分布図である。
【図６】本発明を適用したＯＴＤＲの構成図である。
【図７】変調信号Ａによる応答出力の距離分布図である。
【図８】変調信号Ｂによる応答出力の距離分布図である。
【図９】変調信号Ｃによる応答出力の距離分布図である。
【図１０】図７，８，９の中央値による総合応答出力の距離分布図である。
【図１１】従来の分布的物理量測定の手順図である。
【図１２】理想的な応答出力の距離分布図である。
【符号の説明】
１  変調信号発生器
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ  測定対象
３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ  復調器
４  データ表示器
５  中央値計算器
【図１】
0003593903.tif 000002
【図２】
0003593903.tif 000003
【図３】
0003593903.tif 000004
【図４】
0003593903.tif 000005
【図５】
0003593903.tif 000006
【図６】
0003593903.tif 000007
【図７】
0003593903.tif 000008
【図８】
0003593903.tif 000009
【図９】
0003593903.tif 000010
【図１０】
0003593903.tif 000011
【図１１】
0003593903.tif 000012
【図１２】
0003593903.tif 000013