(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定長に敷設された光ファイバの一端側から光パルスを入射し、前記光ファイバから得られる後方ラマン散乱光よりストークス光とアンチストークス光を抽出して夫々の強度を電気信号に変換した受信信号レベルと、前記一端側で測定される基準温度信号を入力する演算制御部により前記所定長の温度分布を演算する光ファイバ温度分布測定装置において、
前記温度分布を表示する表示手段と、
前記温度分布を示す複数のデータに基づいて近似直線を演算して前記表示手段に前記温度分布と重ねて表示させる近似直線生成手段と、
前記ストークス光とアンチストークス光のファイバ伝送損失差を補正するための補正信号を入力して前記近似直線を既知の温度分布特性に一致させるための温度分布補正手段と、
を備えることを特徴とする光ファイバ温度分布測定装置。
【請求項２】
前記光ファイバを恒温槽に収容して前記光ファイバの温度測定区間全体を同一温度に保持すると共に、前記恒温槽の温度測定信号を前記演算制御部に入力し、
前記温度分布補正手段は、前記補正信号により、前記恒温槽の一定温度分布を示す前記表示手段の直線に前記近似直線を一致させることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ温度分布測定装置。
【請求項３】
前記光ファイバの温度測定区間の一端側温度を測定した第１温度信号を前記演算制御部に出力する第１温度センサと、前記光ファイバの温度測定区間の他端側温度を測定した第２温度信号を前記演算制御部に出力する第２温度センサを備え、
前記温度分布補正手段は、前記補正信号により、前記第１温度信号および前記第２温度信号を示す前記表示手段のスポットに前記近似直線を一致させることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ温度分布測定装置。
【請求項４】
前記温度分布補正手段は、ユーザの手動操作により前記補正信号を入力することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光ファイバ温度分布測定装置。
【請求項５】
前記温度分布補正手段は、前記光ファイバの温度測定区間全体を一定温度に保持した環境において、前記近似直線の勾配をゼロに収斂させるための前記補正信号を生成し、前記近似直線を、前記一定温度分布を示す直線に自動的に一致させることを特徴とする請求項２に記載の光ファイバ温度分布測定装置。
【請求項６】
温度分布補正手段は、前記所定長に敷設された光ファイバが、複数種類の光ファイバの直列接続形態とる場合に、各光ファイバによる温度測定区間毎に前記補正信号を入力し、温度測定区間毎に前記近似直線を既知の温度分布特性に一致させることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光ファイバ温度分布測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
所定長に敷設された光ファイバの一端側から光パルスを入射し、前記光ファイバから得られる後方ラマン散乱光よりストークス光とアンチストークス光を抽出して夫々の強度を電気信号に変換した受信信号レベルと、前記一端側で測定される基準温度信号を入力する演算制御部により前記所定長の温度分布を演算する光ファイバ温度分布測定装置に関するものであり、ユーザが温度校正をより容易にかつ正確に実施できる環境を提供する。
【背景技術】
【０００２】
図６は、従来の光ファイバ温度分布測定装置の構成例を示す機能ブロック図である。所定長に敷設された光ファイバ１０の一端側から、ドライブ回路２０で駆動されるレーザ光源３０よりの光パルスを、サーキュレータ４０および温度基準部５０を経由して入射させる。
【０００３】
入射された光パルスは、温度基準部５０を介して光ファイバ１０中を伝播すると同時に、後方散乱光を発生させる。後方散乱光にはレイリー散乱光、ブリルアン散乱光、ラマン散乱光などがあるが、温度と相関のあるラマン散乱光のみをサーキュレータ４０を経由して波長分波器６０によって切り出し、受光部７０のフォトダイオードで受光して電気信号変換し、制御演算部８０に入力する。
【０００４】
図７は、入射光と後方ラマン散乱光の周波数スペクトル図である。ラマン散乱光は、光ファイバ入射光のスペクトルに対して所定波長離れた周波数(波長)にシフトする。長波長側にシフトした散乱光をストークス（以下、ＳＴ）光と呼び、短波長側にシフトした散乱光をアンチストークス（以下、ＡＳ）光と呼ぶ。
【０００５】
制御演算部８０は、受光部７０から入力するＳＴ光およびＡＳ光の夫々の強度に比例した電気信号をＡＤコンバータでディジタル信号に変換し、温度分布演算手段８１の信号処理によって温度分布に変換する。変換された温度分布Ｆ１は、表示手段９０で表示される。
【０００６】
受光されたラマン散乱光が光ファイバ１０のどの位置で散乱されたものかは、パルスを発光して受光部７０で受信するまでの時間から換算できる。任意の距離における温度計算式は次式で表される。
【０００７】
【数１】
0005743200.tif 000002
【０００８】
ここで、h：プランク定数、c：光速、Δν：ラマンシフト波数、k：ボルツマン定数とする。また温度θにおけるＡＳ光強度とＳＴ光強度の比をＲ（θ）とし、同様に、温度ＴにおけるＡＳ光強度とＳＴ光強度の比をＲ（Ｔ）とする。
【０００９】
したがって、温度θが既知であれば温度Ｔを求めることができる。つまり、光ファイバ１０の一端側に温度基準部５０を設け、その温度を温度センサ５１で測定した温度をθとして取得すれば、光ファイバ１０の任意の箇所での温度Ｔを求めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００７−２４０１７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図８は、ＳＴ光とＡＳ光の強度分布差を説明する周波数特性図である。図８（Ａ）はＳＴ光とＡＳ光の強度分布を示す。ＳＴ光とＡＳ光は、図７に示すように波長が異なるため、ファイバ伝送損失が異なる。したがって、全光ファイバ区間において温度が一定であったとしてもＳＴ光とＡＳ光のファイバ伝送損失の差によって、図８（Ｂ）に示すように温度勾配を持ってしまう。
【００１２】
この温度誤差を解消するために、ＳＴ光とＡＳ光のファイバ伝送損失差を補正する処理が必要になる。この補正処理は、図６の制御演算部８０における温度分布補正手段８２に実装されるアプリケーションソフトウェアで実行される。次式は、ＡＳ光を補正する場合の式である。この場合、ＳＴ光を補正してもよいが、ここではＡＳ光を補正する場合を示す。
【００１３】
ＡＳ２（Ｌ）＝ＡＳ（Ｌ）＋Ｌｏｓｓ×Ｌ                        （式２）
【００１４】
ここで、各パラメータの意味は次の通りとする。
ＡＳ２（Ｌ）：距離Ｌ（ｍ）での補正後のＡＳ光強度
ＡＳ（Ｌ）：距離Ｌ（ｍ）での補正前のＡＳ光強度
Ｌｏｓｓ：補正値（ＡＳ光とＳＴ光のファイバ伝送損失差（ｄＢ／ｍ））
Ｌ：距離（ｍ）
【００１５】
式２によって補正されたＡＳ光強度を用いて式１で温度計算を再度行うことで、温度分布が補正される。実際には、ユーザがアプリケーションソフトウェアの画面上で補正信号ＣによりＬｏｓｓ値を入力し、その結果再計算されて得られた強度分布または温度分布を見ながら、適切なＬｏｓｓ値に調整していく作業が必要となる。
【００１６】
図９は、ＳＴ光とＡＳ光の強度差の補正を説明する表示画面である。図９（Ａ）は、ＡＳ光を矢印方向に補正してＳＴ光の強度分布勾配と一致させる。例えば、全光ファイバ区間において温度一定という環境の下であれば、図９（Ｂ）に示すように温度が一定になるようにＬｏｓｓ値を設定する。
【００１７】
図１０（Ａ）は、補正前の温度分布、図１０（Ｂ）は補正後の温度分布を示す表示画面である。実際の温度分布は図１０（Ａ），（Ｂ）に示すようにノイズを含むため、温度が一定であるか、温度勾配があるかの判断が難しく、正確なＬｏｓｓ値をユーザが設定することは容易ではない。
【００１８】
本発明の目的は、ユーザが温度分布を見ながら適切なＬｏｓｓ値をより容易かつ正確に設定できるような補助機能を備える光ファイバ温度分布測定装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
このような課題を達成するために、本発明は次の通りの構成になっている。
（１）所定長に敷設された光ファイバの一端側から光パルスを入射し、前記光ファイバから得られる後方ラマン散乱光よりストークス光とアンチストークス光を抽出して夫々の強度を電気信号に変換した受信信号レベルと、前記一端側で測定される基準温度信号を入力する演算制御部により前記所定長の温度分布を演算する光ファイバ温度分布測定装置において、
前記温度分布を表示する表示手段と、
前記温度分布を示す複数のデータに基づいて近似直線を演算して前記表示手段に前記温度分布と重ねて表示させる近似直線生成手段と、
前記ストークス光とアンチストークス光のファイバ伝送損失差を補正するための補正信号を入力して前記近似直線を既知の温度分布特性に一致させるための温度分布補正手段と、
を備えることを特徴とする光ファイバ温度分布測定装置。
【００２０】
（２）前記光ファイバを恒温槽に収容して前記光ファイバの温度測定区間全体を同一温度に保持すると共に、前記恒温槽の温度測定信号を前記演算制御部に入力し、
前記温度分布補正手段は、前記補正信号により、前記恒温槽の一定温度分布を示す前記表示手段の直線に前記近似直線を一致させることを特徴とする（１）に記載の光ファイバ温度分布測定装置。
【００２１】
（３）前記光ファイバの温度測定区間の一端側温度を測定した第１温度信号を前記演算制御部に出力する第１温度センサと、前記光ファイバの温度測定区間の他端側温度を測定した第２温度信号を前記演算制御部に出力する第２温度センサを備え、
前記温度分布補正手段は、前記補正信号により、前記第１温度信号および前記第２温度信号を示す前記表示手段のスポットに前記近似直線を一致させることを特徴とする（１）に記載の光ファイバ温度分布測定装置。
【００２２】
（４）前記温度分布補正手段は、ユーザの手動操作により前記補正信号を入力することを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載の光ファイバ温度分布測定装置。
【００２３】
（５）前記温度分布補正手段は、前記光ファイバの温度測定区間全体を一定温度に保持した環境において、前記近似直線の勾配をゼロに収斂させるための前記補正信号を生成し、前記近似直線を、前記一定温度分布を示す直線に自動的に一致させることを特徴とする（２）に記載の光ファイバ温度分布測定装置。
【００２４】
（６）温度分布補正手段は、前記所定長に敷設された光ファイバが、複数種類の光ファイバの直列接続形態とる場合に、各光ファイバによる温度測定区間毎に前記補正信号を入力し、温度測定区間毎に前記近似直線を既知の温度分布特性に一致させることを特徴とする（１）乃至（５）のいずれかに記載の光ファイバ温度分布測定装置。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、温度分布上に近似直線を表示させる補助機能により、温度勾配がより明確になる。したがって、温度分布がノイズを含む場合でももの近似直線を既知の温度分布特性に正確に一致させるためのＬｏｓｓ値の調整が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明を適用した光ファイバ温度分布測定装置の一実施例を示す機能ブロック図である。
【図２】本発明の信号処理手順を示すフローチャートである。
【図３】温度分布上に近似直線を表示した表示画面である。
【図４】本発明を適用した光ファイバ温度分布測定装置の他の実施例を示す機能ブロック図である。
【図５】図４の実施例における近似直線の生成と温度プロファイルへの一致操作の表示画面である。
【図６】従来の光ファイバ温度分布測定装置の構成例を示す機能ブロック図である。
【図７】入射光と後方ラマン散乱光の周波数スペクトル図である。
【図８】ＳＴ光とＡＳ光の強度分布差を説明する周波数特性図である。
【図９】ＳＴ光とＡＳ光の強度差の補正を説明する表示画面である。
【図１０】補正前と補正後の温度分布を示す表示画面である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明を適用した光ファイバ温度分布測定装置の一実施例を示す機能ブロック図である。図６で説明した従来構成と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。
【００２８】
図６に示した従来構成に追加される本発明の特徴部は、制御演算部８０に設けられた近似直線生成手段１００およびこの近似直線を用いた温度分布補正手段２００を備える構成にある。表示手段９０には、温度分布Ｆ１に追加されて、この温度分布のデータに基づいて生成された近似直線Ｆ２が重ねて表示される。
【００２９】
図１の実施例では、敷設予定の光ファイバの温度測定区間全体を温度一定の恒温槽３００に収納し、予め光ファイバのＬｏｓｓ値（ＳＴ光とＡＳ光のファイバ伝送損失差)を求めておく例である。
【００３０】
すでに井戸などに光ファイバが敷設されている状態で温度一定の環境を作ることは難しいが、敷設前であれば恒温槽で容易に光ファイバ全体を一定温度に保持することが可能である。よって、この環境下で近似直線の勾配がセロになるように前記温度分布補正手段２００に補正信号Ｃを入力してＬｏｓｓ値を調整する。
【００３１】
図２は、発明の信号処理手順を示すフローチャートであり、Ｌｏｓｓ値の補正を実行してグラフを再描画するまでのフローを示す。処理が開始されると、ステップＳ１でユーザにより近視直線の勾配がチェックされ、ステップＳ２で正しくないと判断された場合には、ステップＳ３でユーザ操作による補正信号Ｃの入力でＬｏｓｓ値が変更される。
【００３２】
次にステップＳ４で変更されたＬｏｓｓ値に基づき再度温度計算を実施する。温度計算の過程は、リニアデータ(生データ)から強度データに変換し、さらに強度データから温度データに変換するという流れになる。
【００３３】
強度データに変換する際に、Ｌｏｓｓ値の補正を実行する。次に、ステップＳ５で補正された温度分布データに基づいて近似直線を生成する。このとき、近似直線を生成するために使用するデータの範囲を指定する(光ファイバの温度測定範囲のみ)。近似直線を生成する手法としては次に示す周知の最小二乗法を用いることができる。
【００３４】
求めたい近似式をｙ＝ａｘ＋ｂとすると、係数ａ，ｂは次式で表される。ここで、ｘは距離データを示し、ｙは温度データを示す。
【００３５】
【数２】
0005743200.tif 000003
【００３６】
【数３】
0005743200.tif 000004
【００３７】
上式によって係数が求まると、近似直線が求まる。次にステップＳ６で温度分布と、その近似直線を同一グラフ上に再描画し、ステップＳ１に戻る。ステップＳ２で正しいと判断された場合には処理を終了する。
【００３８】
図３は、温度分布上に近似直線を表示した表示画面である。図３（Ａ）は温度勾配がある場合、図３（Ｂ）は温度一定の場合を示す。
【００３９】
図４は、本発明を適用した光ファイバ温度分布測定装置の他の実施例を示す機能ブロック図であり、すでに敷設されている光ファイバに対しても本発明を適用してＬｏｓｓ値補正が可能な例を示している。
【００４０】
すでに光ファイバ１０が井戸４００等に敷設されている場合でも、測定範囲に温度センサが設置されていれば、その温度測定値に合わせてＬｏｓｓ値を調整することができる。即ち、予め温度プロファイルが分かっている場合には、そのプロファイルに合わせることでＬｏｓｓ値の調整が可能である。
【００４１】
図４では、井戸４００の入口部に配置された第１温度センサ５００の温度検出信号Ｔｓ１と、井戸４００の底部に配置された第２温度センサ６００の温度検出信号Ｔｓ２が制御演算部８０に入力され、表示部９０に各温度センサによる２点の温度測定スポットが表示される。
【００４２】
図５は、図４の実施例における近似直線の生成と温度プロファイルへの一致操作の表示画面である。図５（Ａ）では、温度分布Ｆ１および近似直線Ｆ２に加えて前記２点の温度測定スポットＴｓ１およびＴｓ２が画面表示される。
【００４３】
図５（Ｂ）では、近似直線Ｆ２が２点の温度測定スポットＴｓ１およびＴｓ２を含んで通過するように、温度分布補正手段２００への補正信号Ｃの変更操作により、Ｌｏｓｓ値を調整して勾配を変更する一致操作を実行する。
【００４４】
一般に、温度分布にはノイズが重畳しており、温度分布だけでＬｏｓｓ値を調整することは困難であるが、このように、温度測定スポットの２点に近似直線を合わせる操作により、極めて簡単かつ正確にＬｏｓｓ値を調整することができる。
【００４５】
図１、図４の実施例では、補正信号Ｃの入力値の変更操作はユーザの手動操作による例を示したが、図１のように恒温槽などにより温度測定区間において光ファイバの温度が一定に保持されている環境下では、近似直線の勾配を自動的で補正することも可能である。
【００４６】
自動補正の手順は、温度測定データに基づいて温度分布の近似直線を求め、その近似直線の係数ａ(温度勾配)をゼロに収斂させるための補正信号を生成し、近似直線を一定温度分布を示す直線に自動的に一致させる。
【００４７】
図１、図４の実施例では、光ファイバ１０は同一材質の一本構成を例示したが、複数種類の光ファイバが直列接続されている場合でも本発明を応用することが可能である。温度分布補正手段２００は、各光ファイバによる温度測定区間毎に補正信号Ｃを入力し、温度測定区間毎に近似直線を既知の温度分布特性に一致させる。
【００４８】
この場合、近似直線の係数を求める際に使用するデータ範囲を指定することにより、各ファイバによる温度測定区間に分割して近似直線を生成することができ、これにより区間毎の補正が可能となる。
【００４９】
図１、図４の実施例では、近似直線生成手段１００および温度分布補正手段２００の機能が制御演算部８０内に実装されている構成を例示したが、これらの機能並びに表示手段９０を、ネットワークを介して通信可能に接続されたパーソナルコンピュータおよび表示装置により実現することも可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１０  光ファイバ
２０  ドライブ回路
３０  レーザ光源
４０  サーキュレータ
５０  温度基準部
５１  温度センサ
６０  波長分波器
７０  受光部
８０  制御演算部
８１  温度分布演算手段
９０  表示手段
１００  近似直線生成手段
２００  温度分布補正手段
３００  恒温槽
４００  井戸
５００  第１温度センサ
６００  第２温度センサ
【図１】
0005743200.tif 000005
【図２】
0005743200.tif 000006
【図３】
0005743200.tif 000007
【図４】
0005743200.tif 000008
【図５】
0005743200.tif 000009
【図６】
0005743200.tif 000010
【図７】
0005743200.tif 000011
【図８】
0005743200.tif 000012
【図９】
0005743200.tif 000013
【図１０】
0005743200.tif 000014