WO2008035784A1

WO2008035784A1 - Dispositif, procédé et système de mesure de la répartition de température dans une fibre optique

Info

Publication number: WO2008035784A1
Application number: PCT/JP2007/068454
Authority: WO
Inventors: Hidehiko Komeda; Tsuyoshi Igi; Yasushi Koyano; Fumiyoshi Ohkubo; Kazuaki Negishi
Original assignee: J-Power Systems Corporation; Sumitomo Electric Industries, Ltd.
Priority date: 2006-09-22
Filing date: 2007-09-21
Publication date: 2008-03-27
Also published as: CN101427117A; CA2626405C; US20090059996A1; GB0819188D0; CN101427117B; US7874725B2; GB2453264A; GB2453264B; CA2626405A1; WO2008035436A1

Description

明細書

光ファイバ温度分布測定装置、光ファイバ温度分布測定方法および光フアイバ温度分布測定システム

技術分野

[0001] 本発明は、光ファイバの温度分布を光学的に遠隔測定するための光ファイバ温度分布測定装置、光ファイバ温度分布測定方法および光ファイバ温度分布測定システムに関する。

本出願は、国際出願番号 PCT/JP2006/318858に基づいており、この国際出願の全内容は、本出願にお!/、て参照され導入される。

背景技術

[0002] 光ファイバの温度分布を光学的に遠隔測定するための光ファイバの温度分布測定方法として、 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を組み合わせた方法が知られている（例えば、特許文献 1および非特許文献 1参照。）。

[0003] 図 14Aおよび図 14Bは、特許文献 1に記載された光ファイバの温度分布測定の原理を示す説明図であり、図 14Aは、温度分布の測定原理図であり、図 14Bは、後方散乱光の波長分布図である。温度分布の測定は、被測定光ファイバ 2を、入射パルス光 4が通過し、散乱点 5において生じた後方散乱光 6を光路変換して波長分離器（図示せず）に出力光 7として出力するビームスプリッタ 3と、波長分離器から出力される信号を検出する信号検出部（図示せず)、信号処理部（図示せず)等を備える構成を用いて行われる。

[0004] 次に、光ファイバの温度分布の測定方法を説明する。まず、被測定光ファイバ 2に光源（図示せず）により発生させた波長 λ の入射パルス光 4を入射すると、伝播の過

0

程である散乱点 5において後方散乱光 6が現れ、入射端側に戻ってくる。ここで、入射端からある散乱点 5までの距離を L、入射ノレス光 4の入射時点から後方散乱光 6 の検出時点までの時間を t、被測定光ファイバ 2の屈折率を n、真空中の光速を C 、

0 被測定光ファイバ 2中の光速を Cとすると、 C = C /n (1)

o

L = C-t/2 (2)

となる。したがって、（2)式により散乱点 5の位置が定量的に求められる。

[0005] 一方、後方散乱光 6には、図 14Bに示すように、レーリー光 20、ストークス光 21、および反ストークス光 22が含まれる。入射ノルス光 4の波長をえとするとレーリー光 20

0

の波長はえとなり、波長シフト量を Δ λとすると、ストークス光 21の波長えと反スト

0 S 一クス光 22の波長えは、

AS

λ =λ +Δ λ (3)

S 0

λ =λ — Δ λ (4)

AS 0

となる。

[0006] そして、ある散乱点において生じる後方散乱光中の波長えのストークス光 21の受

S

光強度を I、波長えの反ストークス光 22の受光強度を I で表わすと、ストークス光

S AS AS

21の受光強度 Iと反ストークス光 22の受光強度 I の比は、被測定光ファイバ 2中の

S AS

散乱点 5の絶対温度 Tに依存し、

I /\ =A-exp(-h-C- Δ λ/k ·Τ) (5)

AS S B

に示す関係となる。ここで、 hはプランク定数 (J'S)、 Δ λはラマンシフト量 (π ¹)、 k

B

はボルツマン定数 /Κ)、 Tは絶対温度（Κ) , Aは測定系の性能によって定まる定数である。したがって、散乱点の温度が定量的に求められる。また、反ストークス光 22 のみでも被測定光ファイバ 2中の散乱点 5の絶対温度 Tの関数となり、

I =Β· (l/(exp(h-C- Δ λ /k T)-l)) (6)

AS B

に示す関係となる。ここで Bは測定系の性能によって定まる定数である。以上から、散乱点 5の温度は定量的に求めることができる。

なお、測定装置から離れた光ファイバ内のある散乱点で発生したストークス光、反ストークス光は光ファイバ伝播中に光ファイバによる吸収、散乱等により減衰する。従来技術ではストークス光、反スト一タス光の光ファイバ伝播中のこれらの減衰量を単位距離当たりで一定とみなして補正している。

[0007] 従来の光ファイバの温度分布測定方法によれば、上記のように散乱点の位置および温度を求めることができる。特許文献 1：特許第 3063063号公報

^特許文 1： J.P.Dakin, et al: Distributed upticai Fiore Raman Temperature Senso r using a Semiconductor Light Source and Detector「ELECTROMCS LETTERSJ 19 85年 6月 20日、 Vol.21 No.13 p.569-570

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0008] しかし、従来の光ファイバの温度分布測定方法には以下の問題がある。図 14Aは従来技術の光ファイバの測定原理を示すが、実際の温度分布測定の際に、被測定光ファイバ 2が水素雰囲気中にある（測定雰囲気 30に水素が含まれている）場合、被測定光ファイバ 2中に水素分子が拡散する。そしてこの拡散した水素分子によって散乱点 5で発生して装置側に戻っていく後方散乱光 6が吸収され、信号検出部で検出される受光強度が低下する。なお、散乱点 5自体が水素雰囲気にない場合であっても、散乱点 5から装置までの間のある部分において被測定光ファイバが水素雰囲気中にあれば、受光強度の低下が発生する。この水素分子吸収による受光強度の低下量、すなわち光伝送損失の増加量は波長依存性を有するため、散乱点の測定温度に対応するスト一タス光と反スト一タス光の受光強度が水素分子に起因する異なる光伝送損失を含んだ値となり、正確な温度情報が得られないという問題がある。なお、 - 文献 (N. iJchida and N. Uesugi, 'Infrared Optical Loss Increase in silica Fibe rs due to Hydrogen", J. Lightwave Technol., Vol LT_4， No.8, pp.1132-1138, Aug. 1986.)にも開示されている通り、水素雰囲気中での光伝送損失には、光ファイバ内に拡散した水素分子によるの分子振動に起因する吸収損失 (水素分子吸収）と、水素分子と光ファイバとの化学反応の結果生じる光伝送損失であって、 OH基形成に起因する OH基吸収損失等の損失とがある。本発明における水素分子による光伝送損失の増加は、特に記載の無い限り、この水素分子吸収による光伝送損失の増加を意味する。

[0009] 水素分子の存在に基づく光伝送への影響の一例として、図 15Aおよび図 15Bは水素分子が存在する場合の距離と測定装置で検出される受光強度を示し、図 15Aはスト一タス光の特性図であり、図 15Bは反スト一タス光の特性図である。図 16は水素分子が存在する場合の距離と従来技術で算出された温度測定値の関係を示す。

[0010] 図 15Aおよび図 15Bに示す被測定光ファイバの距離と受光強度の関係にお!/、ては、水素分圧が OMPa, 0. 04MPa, 0. 07MPa,および 0. 09MPaと異なる条件でのスト一タス光と反スト一タス光の特性がそれぞれ示されて!/、る。図 15Aに示すように、ストークス光は、被測定光ファイバの長さ（距離）の増加にしたがって減衰により受光強度が低下し、かつ水素分圧の上昇にしたがって受光強度の低下が著しくなる傾向があることがわかる。また、図 15Bに示すように、反ストークス光についても同様の傾向があることがわかる。

[0011] このように、被測定光ファイバ中に水素分子が拡散することによって光伝送損失が増加し、図 16に示すように温度測定値と真値との間に誤差が生じる。この誤差は被測定光ファイバの距離と水素分圧がそれぞれ大であるほど顕著になる。

[0012] 従って、本発明の目的は、光ファイバが水素雰囲気中にある場合であっても正確な温度を測定することができる光ファイバ温度分布測定装置、光ファイバ温度分布測定方法および光ファイバ温度分布測定システムを提供することにある。

課題を解決するための手段

[0013] 本発明の第 1の特徴によれば、被測定光ファイバにパルス光を入射する光源と、前記ノルス光の入射に基づいて前記被測定光ファイバ内で生じた後方散乱光に含まれる所定の光の受光強度を検出する信号検出部と、前記所定の光の受光強度に基づいて前記被測定光ファイバの水素分子吸収による受光強度の変化量に応じた値を算出し、前記値に基づいて前記被測定光ファイバの温度に応じた前記所定の光の受光強度を補正する信号処理部とを有する光ファイバ温度分布測定装置を提供す

[0014] 前記信号検出部は、前記所定の光として前記後方散乱光に含まれるストークス光および反スト一タス光の受光強度を検出してもよ!/、。

[0015] 前記信号検出部は、前記所定の光として前記後方散乱光に含まれるストークス光、反ストークス光、およびレーリー光の受光強度を検出してもよい。

[0016] 前記信号処理部は、スト一タス光の受光強度の変化量に応じた値に基づ!/、て、前記被測定光ファイバの温度に応じた反スト一タス光の受光強度を補正してもよい。 [0017] 前記信号処理部は、前記光源が出力する温度測定用ノルス光の波長に基づいて得られる受光強度の変化量に応じた値に基づいて、前記被測定光ファイバの温度に応じた前記所定の光の受光強度を補正してもよ!/、。

[0018] 前記信号処理部は、他の光源が出力する 1240nm光の波長に基づいて得られる受光強度の変化量に応じた値に基づいて前記被測定光ファイバの温度に応じた前記所定の光の受光強度を補正してもよレ、。

[0019] 更に、本発明の第 2の特徴によれば、純石英コア光ファイバからなる前記被測定光ファイバと、本発明の第 1の特徴による光ファイバ温度分布測定装置とを用いる光フアイバ温度分布測定システムを提供する。

[0020] また、本発明の第 3の特徴によれば、光源から被測定光ファイバにパルス光を入射し、前記ノルス光の入射に基づいて前記被測定光ファイバ内で生じた後方散乱光に含まれる所定の光の受光強度を検出し、前記所定の光の受光強度に基づいて前記被測定光ファイバの水素分子吸収による受光強度の変化量に応じた値を算出し、前記値に基づいて前記被測定光ファイバの温度に応じた前記所定の光の受光強度を補正する光ファイバ温度分布測定方法を提供する。

[0021] 前記所定の光として前記後方散乱光に含まれるストークス光に基づいて前記被測定光ファイバの温度に応じた反スト一タス光の受光強度を補正してもよい。

[0022] 前記所定の光として前記後方散乱光に含まれるレーリー光に基づいて前記被測定光ファイバの温度に応じたストークス光および反スト一タス光の受光強度を補正してもよい。

[0023] 前記所定の光として前記後方散乱光に含まれる 1240nm光のレーリー光に基づいて前記被測定光ファイバの温度に応じたストークス光および反スト一タス光の受光強度を補正してもよい。

[0024] さらに、本発明の第 4の特徴によれば、被測定光ファイバにパルス光を入射する光源と、前記ノルス光の入射に基づ!/、て前記被測定光ファイバ内で生じた後方散乱光に含まれる光であり、反スト一タス光と参照光を含む複数の所定の光の受光強度を検出する信号検出部と、前記反スト一タス光の受光強度を用いて前記被測定光ファィバの温度分布を計算する信号処理部とを有し、前記信号処理部は、前記被測定光ファイバの水素分子吸収による前記参照光の受光強度の変化量を各地点毎に算出し、前記反スト一タス光の受光強度に対し、水素分子吸収による前記参照光の受光強度の変化量に基づいて計算された、水素分子吸収による前記反スト一タス光の受光強度の変化量を各地点毎に加算する補正を行う補正部と、前記補正された反ストークス光の受光強度を使用して前記温度分布の計算をする温度分布計算部とを有する光ファイバ温度分布測定装置を提供する。

[0025] 前記水素分子吸収による前記反スト一タス光の受光強度の変化量は、前記水素分子吸収による前記参照光の受光強度の変化量に所定の係数を乗じて計算してもよい。

[0026] 前記所定の係数は、前記水素分子吸収による前記反スト一タス光の受光強度の変化量を前記水素分子吸収による参照光の受光強度の変化量で割った値とする係数演算部を更に有してもよい。

[0027] 前記所定の係数を、前記被測定光ファイバの近傍に配置した温度センサにより測定された測定温度に基づいて、前記測定温度となるように前記反スト一タス光の受光強度を補正する値として算出する係数演算部を有してもよい。

[0028] 前記所定の係数を外部から入力する係数データ取り込み部を更に有してもよい。

[0029] 温度差による前記参照光の受光強度の変化量を決定し、前記被測定光ファイバの各地点での前記参照光の受光強度に前記温度差による前記参照光の受光強度の変化量を加算する参照光補正部を更に有してもよい。

[0030] 前回測定での温度分布測定結果に基づき、前記温度差による参照光の受光強度の変化量を決定してもよい。

[0031] 最新の測定の温度分布測定結果に基づき、前記温度差による参照光の受光強度の変化量を決定してもよい。

[0032] さらに、本発明の第 5の特徴によれば、純石英コアを有する光ファイバである前記被測定光ファイバと、本発明の第 4の特徴による光ファイバ温度分布測定装置とを用いる光ファイバ温度分布測定システムを提供する。

[0033] 本発明の第 6の特徴によれば、光源力被測定光ファイバにノルス光を入射し、前記ノルス光の入射に基づいて前記被測定光ファイバ内で生じた後方散乱光に含まれる光であり、反スト一タス光と参照光を含む複数の所定の光の受光強度を検出し、前記反スト一タス光の受光強度を用いて前記被測定光ファイバの温度分布を計算する光ファイバ温度分布測定方法であり、前記被測定光ファイバの水素分子吸収による前記参照光の受光強度の変化量を各地点で算出し、前記反スト一タス光の受光強度に対して、前記水素分子吸収による前記参照光の受光強度の変化量に基づいて計算された、水素分子吸収による前記反スト一タス光の受光強度の変化量を各地点毎に加算する補正を行い、前記補正された反スト一タス光の受光強度を使用して前記温度分布の計算をする光ファイバ温度分布測定方法を提供する。

[0034] 前記水素分子吸収による前記反スト一タス光の受光強度の変化量は、前記水素分子吸収による前記参照光の受光強度の変化量に所定の係数を乗じて計算してもよい。

[0035] 前記所定の係数は、前記水素分子吸収による前記反スト一タス光の受光強度の変化量を前記水素分子吸収による前記参照光の受光強度の変化量で割った値としてあよい。

[0036] 前記所定の係数を、前記被測定光ファイバの近傍に配置された温度センサによって測定された測定温度に基づき、前記測定温度となるように前記反スト一タス光の受光強度を補正する値として算出してもよい。

[0037] また、前記所定の係数を外部から入力してもよい。

[0038] 初回の温度分布の測定を被測定光ファイバへの水素分子が拡散しておらず水素分子吸収の影響が少ない段階で行い、 2回目の温度分測定の際に、初回の温度分布の測定結果を基に前記温度差による参照光の受光強度の変化量を決定し、前記被測定光ファイバの各地点での前記参照光の受光強度に前記温度差による参照光の受光強度の変化量を加算してもよレ、。

[0039] 光ファイバは、図 17Aおよび図 17Bに示すように、波長によって光伝送損失が異なる。さらに、図示するように光ファイバが水素分圧の異なる雰囲気中（OMPa, 0. 05 MPa, 0. 09MPa, 0. 15MPa,および 0. 20MPa)に曝されることで光伝送損失が変化する。図 17Aおよび図 17Bに示されるように、水素分圧が上昇すると光伝送損失も増加する傾向がある。 [0040] 図 18Aおよび図 18Bは、図 17Aおよび図 17Bに示される傾向を明確にするために、水素が存在しない状態（すなわち OMPa)での光伝送損失を基準として、光フアイバの光伝送損失の増加量を水素分圧毎（0. 05MPa, 0. 09MPa, 0. 15MPa,および 0. 20MPa)に示したものである。さらに図 19Aおよび図 19Bに、石英光ファイバにおける光伝送損失カ J、となる 1550nmを基準として、他の波長 850nm、 1240nm 、 1300nm、 1450nm、 1650nm、および 1690nmにおける光伝送損失の増カロ量の割合を例示する。これらの図表から光ファイバの光伝送損失の増加量は水素分圧に比例することが判る。

[0041] このこと力、ある波長 jにおける水素分子による光ファイバの光伝送損失の増加量

Δ Lと、他の波長 iにおける水素分子による光ファイバの光伝送損失の増加量 Δ Lとは

A L / A L =k (kは定数）（7)

の関係を有する。波長 iと波長 jの光伝送損失の増加量に対応する比 kが定まると、他の波長 iの水素分子による光伝送損失の増加量 A Lを求めることができる。なお、光伝送損失の増加量 A Lは水素分子による吸収によるものであり、 kは光ファイバ、

の種類に依存しない。また、 kは波長に依存するが、温度の大小や水素量の大小に依存しない。

また、他の波長 iの水素分子による光伝送損失の増加量が定まれば、ある波長 jの水素分子による光伝送損失の増加量を求めることもできる。そこで、他の波長 iの光を参照光として用いて、他の波長 iの水素分子による受光強度の変化量とある波長 jの水素分子による受光強度の変化量との比に基づき定数 kを算出した上で、他の波長 i の水素分子による受光強度の変化量を測定することで、ある波長 jの水素分子による受光強度の変化量を算出することができる。また、過去の測定結果から定数 kを決定すれば、 kを算出するための測定を都度実施することなぐ他の波長 iの水素分子による受光強度の変化量を測定することで、ある波長 jの水素分子による受光強度の変化量を算出することもできる。

発明の効果

[0042] 本発明によれば、光ファイバが水素雰囲気中にある場合であっても正確に温度を測定すること力でさる。

図面の簡単な説明

園 1]図 1は、本発明の第 1の実施の形態に係る光ファイバ温度分布測定システムを示す概略構成図である。

[図 2]図 2は、第 1の実施の形態に係るスト一タス光の受光強度 I (X)および反スト

SO 一タス光の受光強度 I (X)を求めるフローチャートである。

AS0

[図 3]図 3は、第 1の実施の形態に係る k値を決定するフローチャートである。

園 4]図 4は、第 1の実施の形態に係る光ファイバ温度分布測定システムでの温度測定手順を示すフローチャートである。

[図 5A]図 5Aは、反スト一タス光の受光強度に基づく温度測定において、反スト一タス光の受光強度の補正を行わない場合の温度測定結果を示す特性図である。

[図 5B]図 5Bは、反スト一タス光の受光強度に基づく温度測定において、反スト一タス光の受光強度の補正を行った場合の温度測定結果を示す特性図である。

園 6]図 6は、本発明の第 2の実施の形態に係る光ファイバ温度分布測定システムを示す概略構成図である。

[図 7]図 7は、第 2の実施の形態に係るスト一タス光の受光強度 I (X)、反ストークス光

SO

の受光強度 I (χ)、およびレーリー光の受光強度 I (X)を求めるフローチャートであ

ASO R0

[図 8]図 8は、第 2の実施の形態に係る 1値、 m値を決定するフローチャートである。

[図 9]図 9は、第 2の実施の形態に係る光ファイバ温度分布測定システムでの温度測定手順を示すフローチャートである。

園 10]図 10は、本発明の第 3の実施の形態に係る光ファイバ温度分布測定システムを示す概略構成図である。

園 11]図 11は、第 3の実施の形態に係るスト一タス光の受光強度 I (x)、反スト

SO 一タス光の受光強度 I (χ)、および 1240nm光のレーリー光の受光強度 I (x)を求めるフ

ASO R 'O ローチャートである。

[図 12]図 12は、第 3の実施の形態に係る n値、 o値を決定するフローチャートである。

[図 13]図 13は、第 3の実施の形態に係る光ファイバ温度分布測定システムでの温度測定手順を示すフローチャートである。

園 14A]図 14Aは、従来技術の光ファイバの温度分布測定の原理を示す図である。園 14B]図 14Bは、従来技術の光ファイバの後方散乱光の波長分布図である。園 15A]図 15Aは、水素分子が存在する場合のスト一タス光の距離と受光強度の関係を示す特性図である。

園 15B]図 15Bは、水素分子が存在する場合の反スト一タス光の距離と受光強度の関係を示す特性図である。

園 16]図 16は、被測定光ファイバ中に水素分子が拡散することによる温度測定値と距離の関係を示す図である。

[図 17A]図 17Aは、被測定光ファイバの波長に対する光伝送損失量を示す特性図である。

[図 17B]図 17Bは、被測定光ファイバの各波長に対する光伝送損失量を示す表であ

[図 18A]図 18Aは、被測定光ファイバの波長に対する光伝送損失増加量を示す特性図である。

[図 18B]図 18Bは、被測定光ファイバの各波長に対する光伝送損失増加量を示す表である。

[図 19A]図 19Aは、 1550nmを基準としたときの他の波長における光伝送損失増加量の割合を示す特性図である。

[図 19B]図 19Bは、 1550nmを基準としたときの他の波長における光伝送損失増加量の割合を示す表である。

園 20]図 20は、本発明の第 4の実施の形態に係る光ファイバ温度分布測定システムを示す概略構成図である。

園 21]図 21は、本発明の第 5の実施の形態に係る光ファイバ温度分布測定システムを示す概略構成図である。

園 22]図 22は、本発明の第 6の実施の形態に係る光ファイバ温度分布測定システムを示す概略構成図である。

園 23]図 23は、本発明の第 7の実施の形態に係る光ファイバ温度分布測定システムを示す概略構成図である。符号の説明

1 光源

1A 1240應光源

1B 温度測定用光源

2 被測定光ファイバ

3 ビームスプリッタ

4 入射パルス光

5 散乱点

6 後方散乱光

7 出力光

8 波長分離部

9 信号検出部

9A ストークス光検出部

9B 反ストークス光検出部

9C レーリー光検出部

9D 1240應光検出部

9E 参照光検出部

10 信号処理部

10A 補正部

10B 温度分布計算部

10C 係数演算部

10D 係数データ取り込み部

10E 参照光補正部

11 表示部

12 温度センサ

13 温度変換部

20 レーリー光 21 ストークス光

22 反ストークス光

30 測定雰囲気

発明を実施するための最良の形態

[0045] (第 1の実施の形態）

図 1は、本発明の第 1の実施の形態に係る光ファイバ温度分布測定システムを示す概略構成図である。本実施の形態における光ファイバ温度分布測定システムは、光源 1と、被測定光ファイバ 2と、入射パルス光 4を被測定光ファイバ 2へ入射するとともに、被測定光ファイバ 2の散乱点 5において生じた後方散乱光 6を光路変換し、出力光 7として波長分離部 8に出力するビームスプリッタ 3と、ビームスプリッタ 3から出力された光をスト一タス光と反スト一タス光に分離する波長分離部 8と、波長分離部 8で分離されたストークス光を検出するストークス光検出部 9Aと反ストークス光を検出する反ストークス光検出部 9Bとを有する信号検出部 9と、入射ノルス光 4の入射タイミングと被測定光ファイバ 2内の散乱点 5において生じた後方散乱光 6の検出タイミングとの時間差に基づき入射端から被測定光ファイバ 2の散乱点 (測定点） 5までの距離を算出するとともに、信号検出部 9により検出した信号力反スト一タス光の受光強度を補正して被測定光ファイバ 2の温度を計算する信号処理部 10と、信号処理部 10における計算結果等を表示する表示部 11とを備える。同図においては、被測定光ファイバ 2が水素雰囲気中にある状態を示している。なお、本発明における光ファイバ温度分布測定装置とは、図 1において、被測定光ファイバ 2を除ぐ光源 1、ビームスプリッタ 3、波長分離部 8、信号検出部 9、信号処理部 10、および表示部 11から構成される部分を指す。また、光ファイバ温度分布測定システムとは、光ファイバ温度分布測定装置と被測定光ファイバ 2を含む全体を指すものとする。

[0046] 図 2から図 4は、図 1に示す光ファイバ温度分布測定システムでの温度測定手順を示すフローチャートであり、以下に、図 2から図 4を参照しつつ、ストークス光により反スト一タス光の受光強度を補正する、被測定光ファイバの温度測定について説明す

[0047] まず、測定に使用する被測定光ファイバ 2を水素のない雰囲気中（測定雰囲気 30 において水素のない状態）にて光源 1に接続し（S1)、光源 1から被測定光：に波長 λの入射パルス光 4を入射する（S2)。被測定光ファイバ 2では、伝播の過程で散乱点 5において生じた後方散乱光 6 (λ, λ + Α λ, λ-Α λ)が現れ、入射端側に戻ってくる。ビームスプリッタ 3は、後方散乱光 6を光路変換して波長分離部 8に出力する（S3)。

[0048] 波長分離部 8は、後方散乱光 6に含まれるストークス光（λ + Δ λ)と反ストークス光

(λ-Μ)とを分離して信号検出部 9に出力する（S4)。信号検出部 9は、スト一タス光検出部 9Aにお!/、てスト一タス光を受光し、その受光強度 I (X)を検出する。ここで

SO

Xは入射端から散乱点 5までの距離を示す。また、反ストークス光検出部 9Bにおいて反スト一タス光を受光し、その受光強度 I (X)を検出する（S5)。

AS0

[0049] 次に、被測定光ファイバ 2を水素雰囲気中（測定雰囲気 30に水素が存在する状態 )にて光源 1に接続し（S6)、光源 1から被測定光ファイバ 2に波長 λの入射ノルス光 4を入射する（S7)。入射ノルス光 4に基づいて被測定光ファイバ 2のある散乱点 5で生じた後方散乱光 6 (λ, λ + Α λ, λ-Α λ)が現れ、入射端側に戻ってくる。ビームスプリッタ 3は、後方散乱光 6を光路変換して波長分離部 8に出力する（S8)。

[0050] 波長分離部 8は、後方散乱光 6に含まれるストークス光（λ + Δ λ)と反ストークス光

(λ-Μ)とを分離して信号検出部 9に出力する（S9)。信号検出部 9は、スト一タス光検出部 9Aにお!/、てスト一タス光を受光し、その受光強度 I (X)を検出する。また、

S1

反ストークス光検出部 9Bにお!/、て反スト一タス光を受光し、その受光強度 I (X)を

AS1 検出する（S10)。

[0051] 次に、水素分子によるスト一タス光の受光強度の変化量 ΔΙ (X)即ち、水素雰囲気

S

中の被測定光ファイバ 2によるスト一タス光の受光強度 I (X)と水素のない雰囲気中

S1

の被測定光ファイバ 2によるスト一タス光の受光強度 I (X)との差を求める（ΔΙ (X)

SO S

=1 (X)— I (χ))。同様に水素分子による反スト一タス光の受光強度の変化量 ΔΙ

SI SO A

(χ)、即ち、水素雰囲気中の被測定光ファイバ 2による反スト一タス光の受光強度 I

S AS

(χ)と水素のない雰囲気中の被測定光ファイバ 2による反スト一タス光の受光強度 I

1 A

(χ)との差を求める（ΔΙ (χ) =Ι (χ) -Ι (χ))。更に、水素分子によるストーク

SO AS AS1 ASO

ス光の受光強度の変化量 Δ I (χ)と反スト

S 一タス光の受光強度の変化量 Δ I (χ)の

AS 比、

を求める（S l l)。

なお、 kのィ直は、上記のようにスト一タス光と反スト一タス光の受光強度の変化量から求めることができる力図 18Aおよび図 18Bならびに図 19Aおよび図 19Bに示される、水素分子による光ファイバの光伝送損失増加量の波長依存性データから求めることもできる。

[0052] 次に、被測定光ファイバ 2を、実際に測定を行う水素雰囲気中（実際に測定を行う測定雰囲気 30に水素がある状態）において光源 1に接続し（S 12)、光源 1から被測定光ファイバ 2に波長えの入射ノルス光 4を入射する（S13)。ビームスプリッタ 3は、入射ノルス光 4に基づいて生じる後方散乱光 6を光路変換して波長分離部 8に出力し（S 14)、スト一タス光と反スト一タス光とを分離して信号検出部 9に出力する（S 15) 。信号検出部 9は、ストークス光検出部 9Aにおいてスト一タス光を受光して受光強度 I (X)を検出し、反ストークス光検出部 9Bにおいて反スト一タス光を受光して受光強

S

度 I (X)を検出する（S16)。

AS

[0053] 次に、信号処理部 10でスト一タス光と反スト一タス光の受光強度に基づく信号を演算処理することにより、被測定光ファイバ 2の温度を求める。

水素の影響を除いた反スト一タス光の受光強度を I ' (X)とすると、

AS

(8)式より、 Δ Ι (x) =k- A l (x)であるので、これを（9)式に代入し、

AS S

I ' (x) =I (x) -k- Δ Ι (x) (10)

AS AS S

また、スト一タス光の水素分子による受光強度の変化量は、

Δ Ι (χ) = Ι (χ) - Ι (χ) (11)

S SI so

より求められるので、これを（10)式に代入し、

I ' (x) =I (x) -k- (I (x)— I (x) ) (12)

AS AS SI SO

となり、スト一タス光の受光強度の変化を用いて水素の影響を除いた反ストークス光の受光強度が得られる（S 17)。

[0054] このようにして得られる補正された反スト一タス光の受光強度は、前述したように被測定光ファイバ 2中における散乱点 5の絶対温度 Tの関数となることから、（6)式に基づいて散乱点 5の温度を正確に求めることができる（S 18)。

[0055] 図 5Αおよび図 5Βは、反スト一タス光の受光強度に基づく温度測定について示す特性図であり、図 5Αは反スト一タス光の受光強度の補正を行わない温度測定結果を示し、図 5Βは反スト一タス光の受光強度の補正を行った温度測定結果を示す。ここでは、水素分圧 OMPa、 0. 04MPa、 0. 07MPa、および 0. 09MPaにおける温度測定結果を示している。

[0056] (第 1の実施の形態の効果）

第 1の実施の形態によれば、水素のない雰囲気中および水素雰囲気中で被測定光ファイバ 2の温度測定を行うことにより得られるスト一タス光と反スト一タス光の受光強度に基づき、被測定光ファイバ 2の水素分子吸収に基づく受光強度の変化量に対応する値 (比) kが求められ、実際に測定を行う水素雰囲気中で被測定光ファイバ 2に入射ノルス光 4を入射して得られる反スト一タス光の受光強度を、スト一タス光の受光強度を用いて補正することが可能になる。

[0057] したがって、図 5Aの測定結果に示す水素分子による光伝送損失を含む温度測定結果から、図 5Bの測定結果に示すように、測定環境における水素の影響を除いた正確な温度測定の結果を得ることができる。

[0058] (第 2の実施の形態）

図 6は、本発明の第 2の実施の形態に係る光ファイバ温度分布測定システムを示す概略構成図である。第 2の実施の形態は、ビームスプリッタ 3から出力された光をスト一タス光、反ストークス光、およびレーリー光に分離する波長分離部 8と、波長分離部 8で分離されたストークス光を検出するストークス光検出部 9Aと、反スト一タス光を検出する反ストークス光検出部 9Bと、レーリー光を検出するレーリー光検出部 9Cとを有する信号検出部 9を有する点で、第 1の実施の形態と相違している。図 6においても、被測定光ファイバ 2が水素雰囲気中にある状態を示している。なお、以下の説明では、第 1の実施の形態と同一の構成および同様の機能を有する部分については共通の符号を付している。

[0059] 図 7から図 9は、図 6に示す光ファイバ温度分布測定システムでの温度測定手順を示すフローチャートであり、以下に、図 7から図 9を参照しつつ、レーリー光の受光強度に基づきスト一タス光と反スト一タス光の受光強度を補正する被測定光ファイバの温度測定につ!/、て説明する。

[0060] まず、測定に使用する被測定光ファイバ 2を水素のない雰囲気中にて光源 1に接続し（S20)、光源 1から被測定光ファイバ 2に波長えの入射ノルス光 4を入射する（S2 D o被測定光ファイバ 2では、ある散乱点 5において伝播の過程で生じた後方散乱光 6 ( λ , λ + Δ λ , λ - Μ )が現れ、入射端側に戻ってくる。ビームスプリッタ 3は、後方散乱光 6を光路変換して波長分離部 8に出力する（S22)。

[0061] 波長分離部 8は、後方散乱光 6に含まれるストークス光（λ + Δ λ )、反ストークス光

( λ - Μ )およびレーリー光（ λ )を分離して信号検出部 9に出力する（S23)。信号検出部 9は、ストークス光検出部 9Αにお!/、てスト一タス光を受光し受光強度 I (X)を

SO

検出し、反ストークス光検出部 9Bにおいて反スト一タス光を受光し受光強度 I (X)

AS0 を検出し、レーリー光検出部 9Cにおいてレーリー光を受光し受光強度 I (X)を検出

R0 する（S24)。

[0062] 次に、被測定光ファイバ 2を水素雰囲気中にて光源 1に接続し（S25)、光源 1から被測定光ファイバ 2に波長えの入射ノルス光 4を入射する（S26)。入射パルス光 4に基づいて被測定光ファイバ 2のある散乱点 5で生じた後方散乱光 6 ( λ , λ + Μ , λ Δ λ )が現れ、入射端側に戻ってくる。ビームスプリッタ 3は、後方散乱光 6を光路変換して波長分離部 8に出力する（S27)。

[0063] 波長分離部 8は、後方散乱光 6に含まれるストークス光（ λ + Δえ）、反ストークス光

( λ - Μ )およびレーリー光（ λ )を分離して信号検出部 9に出力する（S28)。信号検出部 9では、ストークス光検出部 9Αにおいてスト一タス光を受光し受光強度 I (X)

S1 を検出し、反ストークス光検出部 9Βにおいて反スト一タス光を受光し受光強度 I (X

AS1

)を検出し、レーリー光検出部 9Cにおいてレーリー光を受光し受光強度 I (X)を検

R1 出する（S29)。

[0064] 次に、水素分子によるスト一タス光の受光強度の変化量 Δ Ι (X)即ち、水素雰囲気

S

S1

の被測定光ファイバ 2によるスト一タス光の受光強度 I (X)との差を求める（Δ Ι (X) =1 (x)— I (x))。同様に水素分子によるレーリー光の受光強度の変化量 ΔΙ (χ)

SI SO R

、即ち、水素雰囲気中の被測定光ファイバ 2によるレーリー光の受光強度 I (X)と水

R1 素のない雰囲気中の被測定光ファイバ 2によるレーリー光の受光強度 I (X)との差を

R0

求める（ΔΙ (χ) =Ι (χ) -Ι (χ))。更に、被測定光ファイバ 2について、水素分子

R Rl R0

によるレーリー光の受光強度の変化量 ΔΙ (X)に対するスト

R 一タス光の受光強度の変化量 ΔΙ (X)の比、

を求める（S30)。

[0065] 次に、水素分子による反スト一タス光の受光強度の変化量 ΔΙ (X)即ち、水素雰

AS

囲気中の被測定光ファイバ 2による反スト一タス光の受光強度 I (X)と水素のない

AS1

雰囲気中の被測定光ファイバ 2による反スト一タス光の受光強度 I (X)との差を求

AS0

める（ΔΙ (χ) =Ι (χ) -Ι (χ))。更に、被測定光ファイバ 2について、水素分子

AS AS1 AS0

によるレーリー光の受光強度の変化量 ΔΙ (X)に対する反スト

R 一タス光の受光強度の変化量 ΔΙ (X)の比、

を求める（S31)。

[0066] 次に、被測定光ファイバ 2を実際に測定を行う水素雰囲気中にて光源 1に接続し（S 32)、光源 1から被測定光ファイバ 2に波長えの入射ノルス光 4を入射する（S33)。ビームスプリッタ 3は、入射ノルス光 4に基づいて生じる後方散乱光 6を光路変換して波長分離部 8に出力し（S34)、ストークス光、反ストークス光およびレーリー光を分離して信号検出部 9に出力する（S35)。信号検出部 9は、ストークス光検出部 9Aにおいてスト一タス光を受光し受光強度 I (X)を検出し、反ストークス光検出部 9Bにおい

S

て反スト一タス光を受光し受光強度 I (X)を検出し、レーリー光検出部 9Cにおいて

AS

レーリー光を受光し受光強度 I (X)を検出する（S36)。

R

[0067] 次に、信号処理部 10でストークス光、反ストークス光およびレーリー光の受光強度に基づく信号を演算処理することにより、被測定光ファイバ 2の温度を求める。

水素の影響を除いたスト一タス光の受光強度を I ' (X)とすると、

S

I ' (χ)=Ι (χ)- Δΐ (χ) (15) (13)式より、 ΔΙ (χ)=1·Δΐ (χ)であるので、これを（15)式に代入し、

S R

I ' (χ)=Ι (χ)-1· ΔΙ (χ) (16)

S S R

また、レーリー光の水素分子による受光強度の変化量は、

より求められるので、これを（16)式に代入し、

I '(χ)=Ι (χ)-1·(Ι (χ)-Ι (χ)) (18)

S S Rl RO

となり、レーリー光の受光強度変化を用いて水素の影響を除いたスト一タス光の受光強度が得られる（S37)。

[0068] 次に、水素の影響を除いた反スト一タス光の受光強度を I '(χ)とすると、

AS

(14)式より、 ΔΙ (x)=m- ΔΙ (x)であるので、これを（19)式に代入し、

AS R

I ' (x)=I (x)-m-Al (x) (20)

AS AS R

また、レーリー光の水素分子による受光強度の変化量は、

より求められるので、これを（20)式に代入し、

I ' (x)=I (x)-m-(I (x)-I (x)) (22)

AS AS Rl RO

となり、レーリー光の受光強度の変化を用いて水素の影響を除いた反スト一タス光の受光強度が得られる（S38)。

[0069] このようにして得られる補正されたスト一タス光と反ストークス光は、前述したように被測定光ファイバ 2中における散乱点 5の絶対温度 Tの関数となることから、（5)式に基づレ、て散乱点 5の温度を正確に求めることができる（S39)。

[0070] (第 2の実施の形態の効果）

第 2の実施の形態によれば、水素のない雰囲気中および水素雰囲気中で被測定光ファイバ 2の温度測定を行うことにより得られるストークス光、反ストークス光およびレーリー光の受光強度に基づき被測定光ファイバ 2の水素分子吸収による受光強度の変化量に対応する値 (比) 1, mが求められるので、実際に測定を行う水素雰囲気中で被測定光ファイバ 2に入射ノルス光 4を入射して得られる反スト一タス光の受光強度とスト一タス光の受光強度をレーリー光の受光強度を用いて補正することが可能になる。レーリー光はストークス光、反ストークス光に比べて温度依存性が極めて少ないため、光ファイバの周囲温度に係わらず値 (比) 1、 mを適用すること力 Sできる。また、本実施形態に基づく簡易的な形態として、ストークス光を利用せず、レーリー光と反スト一タス光に基づき温度測定を行う実施形態も考えられる。

[0071] (第 3の実施の形態）

図 10は、本発明の第 3の実施の形態に係る光ファイバ温度分布測定システムを示す概略構成図である。第 3の実施の形態では、受光強度の変化量を測定するための参照光として、温度測定用の光の波長 λとは異なる波長 λ rの光を使用する。具体的には、図 18Aに示すように、 1240nmは水素分子による光伝送損失の増加が顕著に現れる波長であるため、波長 1240nmの光を参照光として使用する。第 3の実施の形態は、被測定光ファイバ 2にビームスプリッタ 3を介して 1240nm光を入射する 1 240nm光源 1Aと、温度測定用光源 1Bと、ビームスプリッタ 3から出力された光をスト一タス光、反ストークス光、および 1240nm光に分離する波長分離部 8と、波長分離部 8で分離されたストークス光を検出するストークス光検出部 9Aと、反ストークス光を検出する反ストークス光検出部 9Bと、 1240nm光を検出する 1240nm光検出部 9D とを有する信号検出部 9を有する点で、第 1の実施の形態と相違する。図 10においても、被測定光ファイバ 2が水素雰囲気中にある状態を示している。

[0072] 図 11から図 13は、図 10に示す光ファイバ温度分布測定システムでの温度測定手順を示すフローチャートであり、以下に、図 11力も図 13を参照しつつ、 1240nm光のレーリー光に基づきストークス光および反スト一タス光の受光強度を補正する、被測定光ファイバの温度測定について説明する。

[0073] まず、測定に使用する被測定光ファイバ 2を水素のない雰囲気中にて 1240nm光源 1Aに接続し（S40)、 1240nm光源 1Aから被測定光ファイバ 2に波長え r ( = 124 Onm)の入射ノルス光 4を入射する（S41)。被測定光ファイバ 2では、ある散乱点 5 にお!/、て伝播の過程で生じた後方散乱光 6 ( λ τ, λ τ+ Δ λ τ, λ ΐ- M r)が現れ、入射端側に戻ってくる。ビームスプリッタ 3は、後方散乱光 6を光路変換して波長分離部 8に出力する（S42)。

[0074] 波長分離部 8は、後方散乱光 6に含まれる 1240nm光のレーリー光を分離して信号検出部 9に出力する（S43)。信号検出部 9では、 1240nm光検出部 9Dにおいて 1240nm光のレーリー光を受光し、その受光強度 I (_x)を検出する（S44)

R' O 。

[0075] 次に、被測定光ファイバ 2を水素のない雰囲気中にて温度測定用光源 IBに接続し

(S45)、温度測定用光源 1Bから被測定光ファイバ 2に波長 λの入射パルス光 4を入射する（S46)。ビームスプリッタ 3は、入射ノルス光 4の入射に基づいて被測定光フアイバ 2の散乱点 5において生じる後方散乱光 6 ( λ , λ + Α λ , λ— Δ λ )を光路変換して波長分離部 8に出力する（S47)。

[0076] 波長分離部 8は、後方散乱光 6に含まれるストークス光（λ + Δ λ )と反ストークス光

( λ - Μ )を分離して信号検出部 9に出力する（S48)。信号検出部 9は、スト一タス光検出部 9Αにお!/、てスト一タス光を受光し受光強度 I (X)を検出し、反ストークス光

SO

検出部 9Bにお!/、て反スト一タス光を受光し受光強度 I (X)を検出する（S49)

AS0 。

[0077] 次に、測定に使用する被測定光ファイバ 2を水素雰囲気中にて 1240nm光源 1 A に接続し（S50)、水素のない雰囲気中で行った操作と同様に被測定光ファイバ 2へ波長 λ r ( = 1240nm)の入射パルス光 4を入射し、そのことに基づ!/、て生じる後方散乱光 6からレーリー光を分離して信号検出部 9の 1240nm光検出部 9Dで 1240nm 光のレーリー光を受光し、その受光強度 I (X)を検出する（S51)。

R' 1

[0078] 次に、測定に使用する被測定光ファイバ 2を水素雰囲気中にて温度測定用光源 1 Bに接続し（S52)、水素のない雰囲気中で行った操作と同様に被測定光ファイバ 2 へ波長 λの入射パルス光 4を入射し、そのことに基づ!/、て生じる後方散乱光 6からストークス光および反ストークス光を分離して信号検出部 9に出力する。信号検出部 9 は、ストークス光検出部 9Αにお!/、てスト一タス光を受光し、その受光強度 I (X)を検

S1 出する。また、反ストークス光検出部 9Βにおいて反スト一タス光を受光し、その受光強度 I (X)を検出する（S53)。

AS1

[0079] 次に、被測定光ファイバ 2について、水素分子による 1240nm光のレーリー光の受光強度の変化量 Δ I (X)に対する波長 λの入射ノルス光 4のスト

R' 一タス光の受光強度の変化量 Δ Ι (X)の比、

S

Δ Ι (χ) / Δ ΐ (χ) =η (23)

S R'

を求める（S54)。 [0080] 次に、被測定光ファイバ 2について、水素分子による 1240nm光のレーリー光の受光強度の変化量 Δ I (X)に対する波長 λの入射ノルス光 4の反スト一タス光の受光

R'

強度の変化量 Δ Ι (X)の比、

AS

Δ Ι (χ) / Δ ΐ (χ) =ο (24)

AS R'

を求める（S55)。

[0081] 次に、被測定光ファイバ 2を実際に測定を行う水素雰囲気中において、 1240nm光源 1Aに接続し（S56)、 1240nm光源 1Aから被測定光ファイバ 2に波長え r( = 124 Onm)の入射パルス光 4を入射し、散乱点 5で生じた後方散乱光 6から 1240nm光のレーリー光を分離して信号検出部 9に出力する。信号検出部 9は、 1240nm光検出部 9Dにおいて 1240nm光のレーリー光を受光し、その受光強度 I (x)を検出する（

R'

S57)。

[0082] 次に、被測定光ファイバ 2を実際に測定を行う水素雰囲気中において、温度測定用光源 1Bに接続し（S58)、温度測定用光源 1Bから被測定光ファイバ 2に波長 λの入射ノルス光 4を入射し、散乱点 5で生じた後方散乱光 6からスト一タス光と反スト一タス光とを分離して信号検出部 9に出力する。信号検出部 9は、ストークス光検出部 9 Αにおいてスト一タス光を受光し受光強度 I (X)を検出し、反ストークス光検出部 9B

S

にお!/、て反スト一タス光を受光し受光強度 I (X)を検出する（S 59)

AS 。

[0083] 次に、信号処理部 10で波長 λの入射パルス光 4のストークス光および反スト一タス光と、 1240nm光のレーリー光の受光強度に基づく信号を演算処理することにより、被測定光ファイバ 2の温度を求める。

水素の影響を除いた波長えの入射ノルス光 4のスト一タス光の受光強度を I ' (X)と

S

すると、

I ' (χ) =Ι (χ) - Δ I (χ) (25)

s s s

(23)式より、 Δ Ι (χ) =η· Δ ΐ (x)であるので、これを（25)式に代入し、

S R'

I ' (χ) =Ι (χ) -η· Δ Ι (χ) (26)

S S R

また、 1240nm光のレーリー光の光伝送損失量は、

Δ Ι (χ) =Ι (χ) -Ι (χ) (27)

R' R' l R' O

より求められるので、これを（26)式に代入し、 I， (x) =1 (x) -η· (I , (x) I , (x) ) (28)

となり、波長 λの入射パルス光 4のスト一タス光の受光強度を 1240nm光のレーリー光の受光強度によって補正した値が得られる（S60)。

次に、水素の影響を除いた波長 λの入射ノルス光 4の反スト一タス光の受光強度を I ' (χ)とすると、

(24)式より、 Δ Ι (χ) =ο · Δ ΐ (x)であるので、これを（29)式に代入し、

AS R'

I ' (χ) =Ι (χ) -ο · Δ Ι (χ) (30)

AS AS R'

また、 1240nm光のレーリー光の光伝送損失量は、

より求められるので、これを（30)式に代入し、

I ' (x) =I (x) -o - (I (χ) -Ι (χ) ) (32)

AS AS R' l R' O

となり、波長 λの入射パルス光 4の反スト一タス光の受光強度を 1240nm光のレーリ一光の受光強度によって補正した値が得られる（S61)。

[0085] このようにして得られる補正されたスト一タス光と反ストークス光は、前述したように被測定光ファイバ 2中における散乱点 5の絶対温度 Tの関数となることから、（5)式に基づレ、て散乱点 5の温度を正確に求めることができる（S62)。

[0086] (第 3の実施の形態の効果）

第 3の実施の形態によれば、水素のない雰囲気中および水素雰囲気中で被測定光ファイバ 2の温度測定を行うことにより得られる波長 λの入射ノルス光 4のストークス光および反スト一タス光の受光強度と 1240nm光のレーリー光の受光強度に基づき、被測定光ファイバ 2の水素分子吸収に基づく受光強度の変化量に応じた値 (比） n, oが求められる。したがって、実際に測定を行う水素雰囲気中で被測定光ファイバ 2に波長 λの入射パルス光 4を入射することに基づ!/、て得られる反スト一タス光の受光強度とスト一タス光の受光強度とを、 1240nm光のレーリー光の受光強度に基づいて補正することが可能になる。図 18Aに示すように、 1240nm光は水素分子による光伝送損失の増加が顕著に現れる波長なので、感度良く補正することができる。

[0087] また、本実施形態に基づく簡易的な形態として、波長 λの入射ノルス光 4のスト一タス光を利用せず、 1240nm光のレーリー光と波長 λの入射パルス光 4の反ストークス光に基づき温度測定を行う実施形態も考えられる。さらに、本実施の形態では、 12 40nm光源 1Aと温度測定用光源 1 Bを別々の光源として構成しているが、 1240nm 光源と温度測定用光源を備えた単一の光源ユニットを被測定光ファイバ 2に接続し、 2つの光源を切り替えるように構成することもできる。また、温度測定用光源 1 Bの波長を変化させ、 1240nm光と温度測定用の他の波長の光信号を時分割で連続して被測定光ファイバ 2に入射するように構成することもできる。

[0088] (第 4の実施の形態）

図 20は第 4の実施の形態に係る光ファイバ温度分布計測システムを示す概略構成図である。第 4の実施の形態は、ビームスプリッタ 3から出力された光を参照光および反スト一タス光に分離する波長分離部 8と、波長分離部 8で分離された参照光を検出する参照光検出部 9Eを更に有する信号処理部 9とを、反スト一タス光の受光強度を用いて被測定光ファイバ 2の温度分布を計算する信号処理部 10とを備え、信号処理部 10は被測定光ファイバ 2の水素分子吸収による参照光の受光強度の変化量を測定地点毎に算出し、反スト一タス光の受光強度に対して、参照光の受光強度の変化量に基づいて計算された水素分子吸収損失の影響による反スト一タス光の受光強度の変化量を各測定地点に加算する補正を行う補正部 10Aと、補正された反ストークス光の受光強度に基づき温度分布の計算をする温度分布計算部 10Bとを有する点で、第 1の実施の形態と相違している。図 20においても、被測定光ファイバ 2が水素雰囲気中にある状態を示している。

[0089] ここで、「水素分子吸収損失の影響に応じた反スト一タス光の受光強度の変化量を加算する補正」とは、

I ' (χ) = Ι (χ) - Δ ΐ (χ) (33)

AS AS AS

であって、

I ' (χ) = Ι (χ) - ρ · Δ ΐ (x) (34)

AS AS Rf

(pは定数、 Δ Ι (χ) = Ι (χ) - Ι (χ) )

Rf Rfl RfO

に基づく補正を意味する。ここで、 Δ Ι (X)は参照光の受光強度の変化量であり、水

Rf

素のない雰囲気中の被測定光ファイバ 2の参照光の受光強度 I (X)と水素雰囲気中の被測定光ファイバ 2の参照光の受光強度 I (X)の差から求められる。上記の通

Rf l

り、水素分子吸収損失の影響による反スト一タス光の受光強度の変化量 Δ Ι (X)は

AS

、水素分子吸収損失による参照光の受光強度の変化量 Δ I (X)に係数 pを乗じて算

Rf

出すること力 sできる。なお、第 1の実施の形態と同一の構成および同様の機能を有する部分について共通の符号を付している。また、参照光とは、温度測定用光源 1から入射する入射パルス光 4の反ストークス光以外の光であって、ストークス光、レーリー光、あるいは他の波長の光（例えば 1240nmの光）を意味する。

[0090] また、信号処理部 10は、水素分子吸収による反スト一タス光の受光強度の変化量

Δ Ι (X)を水素分子吸収による参照光の受光強度の変化量 Δ Ι (X)で割って係数 p

AS Rf

を計算する係数演算部 10Cを更に有してもよい。また、第 4の実施の形態は、他の各実施の形態にっレ、て適用してもょレ、。

[0091] (第 5の実施の形態）

図 21は、本発明の第 5の実施の形態に係る光ファイバ温度分布測定システムを示す概略構成図である。第 5の実施の形態は、水素雰囲気中にある被測定光ファイバ 2の近傍に設置され、被測定光ファイバ 2の温度を測定する 1個または複数個の温度センサ 12と、温度センサ 12からの信号を温度に変換する温度変換部 13を更に有する点で、第 4の実施の形態と相違する。図 21においても、被測定光ファイバ 2が水素雰囲気中にある状態を示している。なお、第 4の実施の形態と同一の構成および同様の機能を有する部分にっレ、て共通の符号を付して!/、る。

[0092] 第 5の実施の形態において、補正部 10Aは、水素分子による参照光の受光強度の変化量 Δ Ι (X)に所定の係数 pを乗じて水素分子による反スト

Rf 一タス光の受光強度の変化量 Δ Ι (X)を算出し、算出結果に基づき反スト

AS 一タス光の受光強度を補正する。温度分布計算部 10Bは、補正された反スト一タス光の受光強度に基づいて、測定地点における被測定光ファイバ 2の温度を計算する。温度センサ 12は、被測定光ファイバ 2の測定地点における温度を測定し、温度変換部 13に温度を示す信号を有線または無線により温度変換部 13に送信する。温度変換部 13は、温度センサ 12から受信した信号を温度に変換する。係数演算部 10Cは、温度センサ 12で測定した被測定光ファイバ 2の温度と温度分布計算部 10Bで計算した被測定光ファイバ 2の温度の計算結果が一致するように、補正のための係数 Pを算出する。

[0093] 第 5の実施の形態では、被測定光ファイバ 2の近傍に設置された温度センサ 12が検出した光ファイバ 2の測定温度に基づいて係数 pを算出するため、実際の温度測定の前に水素のない雰囲気中と水素雰囲気中で反ストークス光および参照光の受光強度の変化を測定し、これらの測定結果に基づき係数 pを算出することなぐ被測定光ファイバ 2の温度測定を行うことができる。したがって、光源 1の出力波長の変化等に起因して係数 pの値が変化する場合でも、その影響を受けることなぐ反ストークス光の受光強度の正確な補正を行うことができる。また、複数の温度センサ 12を設けることにより、被測定光ファイバ 2の各測定地点間の温度差が大きい場合であっても、高精度の補正を行うことができる。また、第 5の実施の形態は、他の各実施の形態について適用してもよい。

[0094] (第 6の実施の形態）

図 22は、第 6の実施の形態に係る光ファイバ温度分布計測システムを示す概略構成図である。第 6の実施の形態は、信号処理部 10が、反スト一タス光の受光強度に対して、水素分子による参照光の受光強度の変化量に基づいて計算された水素分子による反スト一タス光の受光強度の変化量を測定地点毎に加算する際に、補正に用いる係数 Pを外部から入力する係数データ取り込み部 10Dを更に有する点で、第 4の実施の形態と相違している。図 22においても、被測定光ファイバ 2が水素雰囲気中にある状態を示している。なお、第 4の実施の形態と同一の構成および同様の機能を有する部分について共通の符号を付している。また、第 6の実施の形態は、他の各実施の形態にっレ、て適用してもょレ、。

[0095] (第 7の実施の形態）

図 23は、第 7の実施の形態に係る光ファイバ温度分布計測システムを示す概略構成図である。ストークス光は反スト一タス光の温度依存性よりは低いが温度依存性を有する。このため、（1 1)式において、水素のない雰囲気中のスト一タス光の受光強度 I (X)と水素雰囲気中のスト一タス光の受光強度 I (X)を測定する際に、被測定

SO SI

光ファイバ 2の周囲温度に差がある場合、この周囲温度の差に起因するストークス光の受光強度の差によって、（11)式により算出されたスト一タス光の受光強度の変化量に誤差を生ずる。し力、し、（11)式により算出されたスト一タス光の受光強度の変化量から、この周囲温度の差に起因する受光強度の差を差し引くことにより、誤差の問題を角早決すること力できる。

[0096] 第 7の実施の形態は、信号処理部 10が、被測定光ファイバ 2の周囲温度の差による参照光の受光強度の変化量を決定し、参照光の受光強度に対して、被測定光ファィバ 2の各測定地点において、周囲温度の差による参照光の受光強度の変化量を加算する参照光補正部 10Eを更に有する点で、第 4の実施の形態と相違する。図 23 においても、被測定光ファイバ 2が水素雰囲気中にある状態を示している。なお、第 4 の実施の形態と同一の構成および同様の機能を有する部分について共通の符号を付している。

[0097] 第 7の実施の形態において、被測定光ファイバ 2の周囲温度の差による参照光の受光強度の変化量は以下のように求めることができる。まず、初回の温度分布の測定を、被測定光ファイバ 2に水素分子が拡散しておらず水素分子吸収の影響の少な!/、段階で行う。次に、 2回目の温度分布の測定の際には、初回の温度分布の測定で得られた結果に基づいて、周囲温度の差による参照光の受光強度の変化量を決定する。更に、次回以降の測定では、前回の温度分布の測定で得られた結果に基づいて温度差による参照光の受光強度の変化量を決定し、同様の工程を繰り返すことができる。

[0098] また、最新の温度分布の測定の結果、参照光の受光強度を測定する被測定光ファィバ 2の周囲温度が信号処理部 10で設定した周囲温度と異なることが判明した場合には、最新の測定温度に基づいて参照光の受光強度を測定する際の周囲温度を設定する。更に、予め測定された、周囲温度と周囲温度の差による参照光の受光強度の変化量の関係データに基づいて、周囲温度の差による参照光の受光強度の変化量を補正する。この補正された参照光の受光強度に基づいて、再度、被測定光ファィバ 2の温度分布を測定する。

[0099] なお、水素分子吸収の影響の少なレ、雰囲気中では従来技術によって温度を測定すること力 Sできるため、この測定温度を周囲温度の差による参照光の受光強度の変化量を補正する際の初期温度とすることができる。また、参照光補正部 10Eは、第 5 および第 6の実施形態においても適用することができる。

[0100] 第 1から第 7の実施の形態において使用される温度測定用光源の光源波長は、 85

Onm帯、 1060nm帯、 1300nm帯、 1550nm帯等力ぁる力本発明 (まこれらの波長に限定されるものではない。

[0101] なお、第 1から第 7の実施の形態において使用される被測定光ファイバ 2としては、種々の光ファイバを使用することができる力特に、純石英コアファイバを使用することが好ましい。

水素雰囲気中においては水素分子の拡散による光伝送損失の増加に加えて、前 ¾lの参^!"文 (N. Uchida and N. Uesugi, 'Infrared Optical Loss Increase in bilica Fi bers due to Hydrogen， J. Lightwave Technol., Vol LT_4， No.8, pp.1132-1138, Aug . 1986.)にも開示されている通り、水素分子と光ファイバの中のガラス欠陥との化学反応の結果、 OH基形成に起因する OH基吸収損失等の吸収損失が増加すると!/、う課題がある。これらの吸収損失による誤差に対しては、本発明による受光強度の補正は有効ではない。一方、純石英コアファイバではこれらの吸収損失の増加がほとんど発生しないことが知られている。このことは、例えば、参考文献 . anamori et al "T ransmissionし haracteristics and Reliability or Pure-Silica -し ore single-Mode Fibers ， J. Lightwave Technol. , Vol LT- 4， No.8, pp.1144- 1150， Aug. 1986. )などに開示されている。したがって、水素と化学反応しない純石英コアファイバを用いることで、水素分子と光ファイバとの化学反応の結果生じる吸収損失を防ぐことができるので、水素分子吸収の影響を補正する本発明の温度分布測定システム用ファイバとして純石英コアファイバを適用することは有効である。

したがって、本発明の温度分布測定システムに純石英コアファイバを使用した場合には、他の光ファイバを使用した場合に比べて、より誤差を低減できるという効果があ

産業上の利用可能性

[0102] 本発明の光ファイバ温度分布測定装置、光ファイバ温度分布測定方法および光フアイバ温度分布測定システムによると、水素雰囲気中におけるストークス光および反スト一タス光の水素分子による光伝送損失を補正することができるので、水素雰囲気中であっても正確な温度測定が可能になる

Claims

請求の範囲

[1] 被測定光ファイバにパルス光を入射する光源と、

前記ノ^レス光の入射に基づいて前記被測定光ファイバ内で生じた後方散乱光に含まれる所定の光の受光強度を検出する信号検出部と、

前記所定の光の受光強度に基づいて前記被測定光ファイバの水素分子吸収による受光強度の変化量に応じた値を算出し、前記値に基づいて前記被測定光ファイバの温度に応じた前記所定の光の受光強度を補正する信号処理部とを有する光フアイバ温度分布測定装置。

[2] 前記信号検出部は、前記所定の光として前記後方散乱光に含まれるストークス光および反スト一タス光の受光強度を検出する請求項 1に記載の光ファイバ温度分布測定装置。

[3] 前記信号検出部は、前記所定の光として前記後方散乱光に含まれるストークス光、反ストークス光、およびレーリー光の受光強度を検出する請求項 1に記載の光フアイバ温度分布測定装置。

[4] 前記信号処理部は、スト一タス光の受光強度の変化量に応じた値に基づ!/ヽて、前記被測定光ファイバの温度に応じた反スト一タス光の受光強度を補正する請求項 1 に記載の光ファイバ温度分布測定装置。

[5] 前記信号処理部は、前記光源が出力する温度測定用パルス光の波長に基づいて得られる受光強度の変化量に応じた値に基づいて、前記被測定光ファイバの温度に応じた前記所定の光の受光強度を補正する請求項 1に記載の光ファイバ温度分布測定装置。

[6] 前記信号処理部は、他の光源が出力する 1240nm光の波長に基づいて得られる受光強度の変化量に応じた値に基づいて前記被測定光ファイバの温度に応じた前記所定の光の受光強度を補正する請求項 1に記載の光ファイバ温度分布測定装置

〇

[7] 純石英コア光ファイバからなる前記被測定光ファイバと、請求項 1に記載の光フアイバ温度分布測定装置とを用いる光ファイバ温度分布測定システム。

[8] 光源力被測定光ファイバにパルス光を入射し、前記ノ^レス光の入射に基づいて前記被測定光ファイバ内で生じた後方散乱光に含まれる所定の光の受光強度を検出し、

前記所定の光の受光強度に基づいて前記被測定光ファイバの水素分子吸収による受光強度の変化量に応じた値を算出し、

前記値に基づいて前記被測定光ファイバの温度に応じた前記所定の光の受光強度を補正する光ファイバ温度分布測定方法。

[9] 前記所定の光として前記後方散乱光に含まれるストークス光に基づいて前記被測定光ファイバの温度に応じた反スト一タス光の受光強度を補正する請求項 8に記載の光ファイバ温度分布測定方法。

[10] 前記所定の光として前記後方散乱光に含まれるレーリー光に基づいて前記被測定光ファイバの温度に応じたストークス光および反スト一タス光の受光強度を補正する請求項 8に記載の光ファイバ温度分布測定方法。

[11] 前記所定の光として前記後方散乱光に含まれる 1240nm光のレーリー光に基づいて前記被測定光ファイバの温度に応じたストークス光および反スト一タス光の受光強度を補正する請求項 8に記載の光ファイバ温度分布測定方法。

[12] 被測定光ファイバにパルス光を入射する光源と、

前記ノ^レス光の入射に基づいて前記被測定光ファイバ内で生じた後方散乱光に含まれる光であり、反スト一タス光と参照光を含む複数の所定の光の受光強度を検出する信号検出部と、

前記反スト一タス光の受光強度を用いて前記被測定光ファイバの温度分布を計算する信号処理部とを有し、

前記信号処理部は、前記被測定光ファイバの水素分子吸収による前記参照光の受光強度の変化量を各地点毎に算出し、前記反スト一タス光の受光強度に対し、水素分子吸収による前記参照光の受光強度の変化量に基づいて計算された、水素分子吸収による前記反スト一タス光の受光強度の変化量を各地点毎に加算する補正を行う補正部と、前記補正された反スト一タス光の受光強度を使用して前記温度分布の計算をする温度分布計算部とを有する

光ファイバ温度分布測定装置。

[13] 前記水素分子吸収による前記反ストタス光の受光強度の変化量は、前記水素分子吸収による前記参照光の受光強度の変化量に所定の係数を乗じて計算する請求項 12記載の光ファイバ温度分布測定装置。

[14] 前記所定の係数は、前記水素分子吸収による前記反ストタス光の受光強度の変化量を前記水素分子吸収による参照光の受光強度の変化量で割った値とする係数演算部を有する請求項 13記載の光ファイバ温度分布測定装置。

[15] 前記所定の係数を、前記被測定光ファイバの近傍に配置した温度センサにより測定された測定温度に基づいて、前記測定温度となるように前記反ストタス光の受光強度を補正する値として算出する係数演算部を有する請求項 13記載の光ファイバ温度分布測定装置。

[16] 前記所定の係数を外部から入力する係数データ取り込み部を有する請求項 13記載の光ファイバ温度分布測定装置。

[17] 温度差による前記参照光の受光強度の変化量を決定し、前記被測定光ファイバの各地点での前記参照光の受光強度に前記温度差による前記参照光の受光強度の変化量を加算する参照光補正部を有することを特徴とする請求項 13記載の光フアイバ温度分布測定装置。

[18] 前回測定での温度分布測定結果に基づき、前記温度差による参照光の受光強度の変化量を決定することを特徴とする請求項 17記載の光ファイバ温度分布測定装置

[19] 最新の測定の温度分布測定結果に基づき、前記温度差による参照光の受光強度の変化量を決定することを特徴とする請求項 17記載の光ファイバ温度分布測定装置

[20] 純石英コアを有する光ファイバである前記被測定光ファイバと、請求項 12記載の光ファイバ温度分布測定装置とを用いる光ファイバ温度分布測定システム。

[21] 光源力被測定光ファイバにパルス光を入射し、

前記ノ^レス光の入射に基づいて前記被測定光ファイバ内で生じた後方散乱光に含まれる光であり、反ストタス光と参照光を含む複数の所定の光の受光強度を検出し、前記反スト一タス光の受光強度を用いて前記被測定光ファイバの温度分布を計算する光ファイバ温度分布測定方法であり、

前記被測定光ファイバの水素分子吸収による前記参照光の受光強度の変化量を各地点で算出し、前記反スト一タス光の受光強度に対して、前記水素分子吸収による前記参照光の受光強度の変化量に基づいて計算された、水素分子吸収による前記反スト一タス光の受光強度の変化量を各地点毎に加算する補正を行い、前記補正された反スト一タス光の受光強度を使用して前記温度分布の計算をする光ファイバ温度分布測定方法。

[22] 前記水素分子吸収による前記反スト一タス光の受光強度の変化量は、前記水素分子吸収による前記参照光の受光強度の変化量に所定の係数を乗じて計算する請求項 21記載の光ファイバ温度分布測定方法。

[23] 前記所定の係数は、前記水素分子吸収による前記反スト一タス光の受光強度の変化量を前記水素分子吸収による前記参照光の受光強度の変化量で割った値とする請求項 22記載の光ファイバ温度分布測定方法。

[24] 前記所定の係数を、前記被測定光ファイバの近傍に配置された温度センサによつて測定された測定温度に基づき、前記測定温度となるように前記反スト一タス光の受光強度を補正する値として算出する請求項 22記載の光ファイバ温度分布測定方法

〇

[25] 前記所定の係数を外部から入力する請求項 22記載の光ファイバ温度分布測定方法。

[26] 初回の温度分布の測定を被測定光ファイバへの水素分子が拡散しておらず水素分子吸収の影響が少ない段階で行い、 2回目の温度分測定の際に、初回の温度分布の測定結果を基に前記温度差による参照光の受光強度の変化量を決定し、前記被測定光ファイバの各地点での前記参照光の受光強度に前記温度差による参照光の受光強度の変化量を加算することを特徴とする請求項 21記載の光ファイバ温度分布測定方法。