(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバの延在方向における所望の測定点の温度を測定するための温度測定装置であって、
前記光ファイバ内においてラマン散乱を発生させるための励起光パルスを生成し、前記光ファイバの一方方向に伝播させるための励起光パルス発生手段、
前記光ファイバ内において前記励起光パルスによって発生されるストークス光およびアンチストークス光と同じ周波数成分を有するプローブ光パルスを生成し、前記光ファイバの他方方向に伝播させて前記測定点において前記励起光パルスと衝突させるためのプローブ光パルス発生手段、および
前記励起光パルスとの衝突時にラマン増幅されたプローブ光パルスの前記ストークス光および前記アンチストークス光と同じ周波数成分の光強度を検出し、前記測定点の温度を求めるための光強度検出手段を備える、温度測定装置。
【請求項２】
前記励起光パルス発生手段は、前記光ファイバの一方端から前記光ファイバ内に前記励起光パルスを出射し、
前記プローブ光パルス発生手段は、前記光ファイバの他方端から前記光ファイバ内に前記プローブ光パルスを出射し、
前記光強度検出手段は、前記光ファイバの他方端で前記励起光パルスとの衝突時にラマン増幅されたプローブ光パルスの前記ストークス光および前記アンチストークス光と同じ周波数成分の光強度を検出する、請求項１に記載の温度測定装置。
【請求項３】
前記励起光パルス発生手段および前記プローブ光パルス発生手段は、それぞれ前記光ファイバの一方端から前記光ファイバ内に前記励起光パルスおよび前記プローブ光パルスを出射し、
前記温度測定装置は、さらに、前記光ファイバの他方端に設けられ、前記光ファイバを介して入射された前記プローブ光パルスを反射させて前記励起光パルスと前記測定点で衝突させるための反射手段を備え、
前記光強度検出手段は、前記光ファイバの一方端で前記励起光パルスとの衝突時にラマン増幅されたプローブ光パルスの前記ストークス光および前記アンチストークス光と同じ周波数成分の光強度を検出する、請求項１に記載の温度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は温度測定装置に関し、特に、光ファイバの延在方向における所望の測定点の温度を測定するための温度測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、光ファイバを利用して被測定領域の温度分布を測定する方法が知られている。この温度測定方法では、被測定領域に光ファイバが敷設され、光ファイバの一方端から励起光パルスが入射される。そして、ラマン散乱によって各測定点で発生したストークス光およびアンチストークス光の光強度が光ファイバの一方端で測定され、各測定点のストークス光とアンチストークス光の光強度比から各測定点の温度が求められる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の温度測定方法では、各測定点で発生した微弱なストークス光およびアンチストークス光の光強度を光ファイバの一方端で直接測定していたので、感度が低く、測定可能距離が短いという問題があった。
【０００４】
それゆえ、この発明の主たる目的は、測定可能距離が長い温度測定装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、光ファイバの延在方向における所望の測定点の温度を測定するための温度測定装置であって、励起光パルス発生手段、プローブ光パルス発生手段、および光強度検出手段を備える。励起光パルス発生手段は、光ファイバ内においてラマン散乱を発生させるための励起光パルスを生成し、光ファイバの一方方向に伝播させる。プローブ光パルス発生手段は、光ファイバ内において励起光パルスによって発生されるストークス光およびアンチストークス光と同じ周波数成分を有するプローブ光パルスを生成し、光ファイバの他方方向に伝播させて測定点において励起光パルスと衝突させる。光強度検出手段は、励起光パルスとの衝突時にラマン増幅されたプローブ光パルスのストークス光およびアンチストークス光と同じ周波数成分の光強度を検出し、測定点の温度を求める。
【０００６】
請求項２に係る発明では、請求項１に係る発明の励起光パルス発生手段は、光ファイバの一方端から光ファイバ内に励起光パルスを出射する。プローブ光パルス発生手段は、光ファイバの他方端から光ファイバ内にプローブ光パルスを出射する。光強度検出手段は、光ファイバの他方端で励起光パルスとの衝突時にラマン増幅されたプローブ光パルスのストークス光およびアンチストークス光と同じ周波数成分の光強度を検出する。
【０００７】
請求項３に係る発明では、請求項１に係る発明の励起光パルス発生手段およびプローブ光パルス発生手段は、それぞれ光ファイバの一方端から光ファイバ内に励起光パルスおよびプローブ光パルスを出射する。温度測定装置は、さらに、光ファイバの他方端に設けられ、光ファイバを介して入射されたプローブ光パルスを反射させて励起光パルスと測定点で衝突させるための反射手段を備える。光強度検出手段は、光ファイバの一方端で励起光パルスとの衝突時にラマン増幅されたプローブ光パルスのストークス光およびアンチストークス光と同じ周波数成分の光強度を検出する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による光ファイバ型温度測定装置の構成を示すブロック図である。
【０００９】
図１において、この光ファイバ型温度測定装置は、光源１，６，７、光スイッチ２，９、光サーキュレータ３、光ファイバ４，５、光合波器８、タイミング回路１０、光スペクトルアナライザ１１、および演算処理部１２を備える。
【００１０】
光源１は、光ファイバ４，５においてラマン散乱を生じさせるために必要な周波数ｆの励起光を出射する。光スイッチ２は、タイミング回路１０によって制御され、光源１から入射された励起光を一定時間だけパルス的に通過させて励起光パルスＰ１を生成する。励起光パルスＰ１は、光サーキュレータ３を介して光ファイバ４の一方端に入射される。
【００１１】
光ファイバ４は、被測定領域全体にわたって敷設される。光ファイバ４の他方端は、光ファイバ５を介して光スイッチ９の出力端に接続される。
【００１２】
一方、光源６は、光ファイバ４，５に周波数ｆの励起光が入射されたときにラマン散乱により発生する周波数ｆ−ａのストークス光を出射する。光源７は、光ファイバ４，５に周波数ｆの励起光が入射されたときにラマン散乱により発生する周波数ｆ＋ａのアンチストークス光を出射する。
【００１３】
光合波器８は、光源６，７からのストークス光およびアンチストークス光を合波してプローブ光を生成し光スイッチ９の入力端に与える。光スイッチ９は、タイミング回路１０によって制御され、光合波器８からのプローブ光を一定時間だけパルス的に通過させてプローブ光パルスＰ２を生成する。プローブ光パルスＰ２は、光ファイバ５を介して光ファイバ４の他方端に入射される。
【００１４】
タイミング回路１０は、励起光パルスＰ１とプローブ光パルスＰ２が光ファイバ４内において所望の測定点Ａで衝突するように、その測定点Ａに応じた時間差で光スイッチ２，９をパルス的にオンさせる。
【００１５】
光サーキュレータ３は、光スイッチ２で生成された励起光パルスＰ１を光ファイバ４の一方端に入射させるとともに、測定点Ａにおける励起光パルスＰ１との衝突時にラマン増幅され、光ファイバ４の一方端から出射されたプローブ光パルスＰ２′を光スペクトルアナライザ１１に入射させる。光スペクトルアナライザ１１は、光サーキュレータ３を介して入射されたプローブ光パルスＰ２′に含まれるストークス光およびアンチストークス光の各々の光強度Ｌ１，Ｌ２を測定する。
【００１６】
演算処理部１２は、ストークス光およびアンチストークス光の光強度の測定値Ｌ１，Ｌ２から測定点Ａにおけるストークス光およびアンチストークス光の増幅量を求め、各々の増幅量から測定点Ａにおけるストークス光とアンチストークス光の光強度比を求め、その光強度比から測定点Ａの温度Ｔを演算する。
【００１７】
次に、この光ファイバ型温度測定装置の動作について説明する。まず光ファイバ４が被測定領域に敷設される。光ファイバ４の延在方向の熱伝導は小さいので、光ファイバ４の各測定点の温度を測定することより被測定領域の温度分布を測定することができる。
【００１８】
光源１から光スイッチ２の入力端に周波数ｆの励起光が入射され、光源６，７から光合波器８を介して光スイッチ９の入力端に周波数ｆ−ａのストークス光および周波数ｆ＋ａのアンチストークス光が入射される。タイミング回路１０は、測定点Ａに応じた時間差で光スイッチ２，１０をパルス的にオンさせる。
【００１９】
光スイッチ２で生成された励起光パルスＰ１は光サーキュレータ３を介して光ファイバ４の一方端に入射され、光スイッチ９で生成されたプローブ光パルスＰ２は光ファイバ５を介して光ファイバ４の他方端に入射され、光パルスＰ１とＰ２は測定点Ａで衝突する。このとき、プローブ光パルスＰ２に含まれる周波数ｆ−ａのストークス光と周波数ｆ＋ａのアンチストークス光の各々が測定点Ａの温度に応じてラマン増幅される。
【００２０】
増幅されたプローブ光パルスＰ２′は、光ファイバ４内を伝播し、光サーキュレータ３を介して光スペクトルアナライザ１１に入射される。光スペクトルアナライザ１１では、プローブ光パルスＰ２′に含まれるストークス光とアンチストークス光の光強度Ｌ１，Ｌ２が測定され、演算処理部１２によって測定値Ｌ１，Ｌ２に基づいて測定点Ａの温度Ｔが演算される。
【００２１】
以下同様にして被測定領域の他の測定点の温度が順次測定され、被測定領域全体の温度分布が求められる。
【００２２】
この実施の形態では、光ファイバ４の一方端から励起光パルスＰ１を与えるとともに、その他方端からプローブ光パルスＰ２を与え、測定点Ａで光パルスＰ１とＰ２が衝突したときにラマン増幅されたプローブ光パルスＰ２′に含まれるストークス光およびアンチストークス光の光強度を検出して測定点Ａの温度を求める。したがって、励起光パルスのみによって発生されたストークス光およびアンチストークス光の光強度を直接測定していた従来に比べ、高感度の検出が可能となり、測定可能距離が長くなる。しかも、特殊な高性能光デバイスを用いることなく、既存の光デバイスと光測定技術で十分に実現できる。
【００２３】
［実施の形態２］
図２は、この発明の実施の形態２による光ファイバ型温度測定装置の構成を示すブロック図である。図２を参照して、この光ファイバ型温度測定装置が図１の光ファイバ型温度測定装置と異なる点は、光ファイバ５が除去され、光合波器２１および全反射終端部２２が設けられている点である。
【００２４】
光合波器２１は、光スイッチ２，９で生成された光パルスＰ１，Ｐ２を合波する。光パルスＰ１，Ｐ２は、光サーキュレータ３を介して光ファイバ４の一方端に入射される。全反射終端部２２は、光ファイバ４の他方端に設けられ、光ファイバ４を介して入射した光パルスＰ１，Ｐ２を光ファイバ４内に完全に反射させる。
【００２５】
タイミング回路１０は、励起光パルスＰ１と全反射終端部２２で反射したプローブ光パルスＰ２とが光ファイバ４内の所望の測定点Ａで衝突するように、その測定点Ａに応じた時間差で光スイッチ９，２をパルス的にオンさせる。光パルスＰ１とＰ２が測定点Ａで衝突したときプローブ光パルスＰ２が測定点Ａの温度に応じてラマン増幅され、増幅されたプローブ光パルスＰ２′は光サーキュレータ３を介して光スペクトルアナライザ１１に入射される。光スペクトルアナライザ１１によってプローブ光パルスＰ２′に含まれるストークス光およびアンチストークス光の光強度Ｌ１，Ｌ２が測定され、その測定値Ｌ１，Ｌ２に基づいて演算処理部１２によって測定点Ａの温度Ｔが演算される。
【００２６】
この実施の形態では、実施の形態１と同じ効果が得られる他、光ファイバが１本ですむというメリットがある。
【００２７】
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、請求項１に係る発明では、光ファイバの一方方向に励起光パルスを伝播させるとともに、光ファイバの他方方向にプローブ光パルスを伝播させて所望の測定点で衝突させ、その衝突時にラマン増幅されたプローブ光パルスに含まれるストークス光およびアンチストークス光の光強度に基づいて測定点の温度を求める。したがって、励起光パルスのみによって発生したストークス光およびアンチストークス光の光強度に基づいて測定点の温度を求めていた従来に比べ、高感度の検出が可能となり、測定可能距離が長くなる。
【００２９】
請求項２に係る発明では、請求項１に係る発明の励起光パルスは光ファイバの一方端から入射され、プローブ光パルスは光ファイバの他方端から入射され、ラマン増幅されたプローブ光パルスに含まれるストークス光およびアンチストークス光の光強度が光ファイバの一方端で検出される。この場合は、光パルスの入射および光強度の検出を容易に行なうことができる。
【００３０】
請求項３に係る発明では、請求項１に係る発明の励起光パルスおよびプローブ光パルスは光ファイバの一方端から入射され、励起光パルスと光ファイバの他方端で反射されたプローブ光パルスとが測定点で衝突し、衝突時にラマン増幅されたプローブ光パルスに含まれるストークス光およびアンチストークス光の光強度は光ファイバの一方端で検出される。この場合は、光ファイバをループ状にする必要がないので、光ファイバが短くてすむ。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による光ファイバ型温度測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態２による光ファイバ型温度測定装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１，６，７  光源
２，９  光スイッチ
３  光サーキュレータ
４，５  光ファイバ
８，２１  光合波器
１０  タイミング回路
１１  光スペクトルアナライザ
１２  演算処理部
２２  全反射終端部
【図１】
0004268709.tif 000002
【図２】
0004268709.tif 000003