JPH06201488A - Temperature distribution detector - Google Patents
Temperature distribution detectorInfo
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- JPH06201488A JPH06201488A JP5000646A JP64693A JPH06201488A JP H06201488 A JPH06201488 A JP H06201488A JP 5000646 A JP5000646 A JP 5000646A JP 64693 A JP64693 A JP 64693A JP H06201488 A JPH06201488 A JP H06201488A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は光ファイバ内の後方散乱
光を利用した温度分布検出装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a temperature distribution detecting device utilizing backscattered light in an optical fiber.
【0002】[0002]
【従来の技術】光ファイバの後方散乱光を利用したセン
サでは、図8に示す如く光ファイバ100に入射したレ
ーザパルスによって光ファイバ100内の散乱光を励起
し、励起散乱光のスペクトルや強度、偏光等の状態に被
散乱場所の温度情報を含み、光ファイバ100内の後方
となる励起レーザパルスの入射側に伝搬する後方散乱光
を時系列信号として検出処理することにより、光ファイ
バ100に沿った温度の一次元分布を測定する。2. Description of the Related Art In a sensor utilizing backscattered light from an optical fiber, the scattered light in the optical fiber 100 is excited by a laser pulse incident on the optical fiber 100 as shown in FIG. Along the optical fiber 100, the backscattered light propagating to the incident side of the excitation laser pulse in the rear of the optical fiber 100 including the temperature information of the scattered place in the state of polarization is detected as a time series signal. Measure the one-dimensional distribution of temperature.
【0003】この場合、光ファイバ100内にレーザパ
ルスを入射したとき発生する散乱光としては、密度揺ら
ぎによるレーリー散乱光、伝搬性の揺らぎによるブリル
アン散乱光、分子の振動回転によるラマン散乱光があ
る。In this case, scattered light generated when a laser pulse is incident on the optical fiber 100 includes Rayleigh scattered light due to density fluctuation, Brillouin scattered light due to propagating fluctuation, and Raman scattered light due to vibration and rotation of molecules. .
【0004】このうち、ブリルアン散乱光と、ラマン散
乱光は非弾性散乱光であり、励起光とスペクトルの異な
った散乱光となる。温度情報は3つの散乱光、すべてに
含まれているが、温度に対する感度が最も高いのはラマ
ン散乱光で、その強度が温度に依存して変化する。Of these, the Brillouin scattered light and the Raman scattered light are inelastic scattered light, and have different spectra from the excitation light. The temperature information is contained in all three scattered lights, but Raman scattered light has the highest sensitivity to temperature, and its intensity changes depending on the temperature.
【0005】そして、ラマン散乱光を使用して温度を計
測する場合、波長が励起光より長波長側にシフトするス
トークスラマン散乱光と、短波長側にシフトするアンチ
ストークスラマン散乱光とをフィルタで選別し、2つの
散乱光の比を基本とした値から温度分布を算出してい
る。また、比を用いないまでも、フィルタで一方の散乱
光を選別する必要がある。When the temperature is measured using Raman scattered light, the Stokes Raman scattered light whose wavelength shifts to the longer wavelength side than the excitation light and the anti-Stokes Raman scattered light whose wavelength shifts to the shorter wavelength side are filtered by a filter. It is selected and the temperature distribution is calculated from the value based on the ratio of the two scattered lights. Further, even if the ratio is not used, it is necessary to select one of the scattered lights with a filter.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
分布型のセンサでは、被測定物理量の精度とともに、そ
の位置分解能も重要な量になる。By the way, in such a distributed sensor, not only the accuracy of the physical quantity to be measured but also its position resolution is an important quantity.
【0007】この場合、分解能は一般的に入射パルス幅
によって決まり、さらに後方散乱信号が離散値系となっ
ているときには、さらにサンプリング周波数によっても
左右される。In this case, the resolution is generally determined by the incident pulse width, and when the backscattered signal has a discrete value system, it is further influenced by the sampling frequency.
【0008】但し、サンプリング周期を高くする方法で
は、サンプリング周期が半値幅に対し、十分に短いとす
るなら、ある時間に計測される後方散乱光は入射パルス
の半値幅にわたる散乱光の合計となるため、測定される
温度は半値幅にわたる平均温度となるため、入射パルス
の幅以上に位置分解能を高くすることはできない。However, in the method of increasing the sampling period, if the sampling period is sufficiently shorter than the half value width, the backscattered light measured at a certain time is the total of the scattered light over the half value width of the incident pulse. Therefore, the measured temperature is an average temperature over the half-value width, and thus the position resolution cannot be made higher than the width of the incident pulse.
【0009】そこで、位置分解能を高くするために、入
射パルスの幅を狭くする方法が有効であるが、この方法
を実現する方法として、入射パルスの自体の幅を非常に
狭くする方法と、有限幅の光パルスに対する応答を1つ
の変換過程と考えて逆変換を行なってインパルス応答を
求める方法とが考えられる。Therefore, a method of narrowing the width of the incident pulse is effective for increasing the position resolution. As a method of realizing this method, a method of extremely narrowing the width of the incident pulse itself and a finite method are available. A method is conceivable in which the response to a light pulse having a width is regarded as one conversion process and inverse conversion is performed to obtain an impulse response.
【0010】しかしながら、入射パルス自体の幅を狭く
する方法は、発光系の立ち上がり特性、立ち下がり特性
によって決まるパルス幅以上に、光パルスの幅を狭くす
ることができないため、現在の開発されている素子の性
能以上に入射パルスの幅を狭くすることが難しく、位置
分解能を高める方法としては不適切である。However, a method of narrowing the width of the incident pulse itself is currently being developed because the width of the optical pulse cannot be narrowed beyond the pulse width determined by the rising characteristic and the falling characteristic of the light emitting system. It is difficult to make the width of the incident pulse narrower than the performance of the device, which is unsuitable as a method for improving the position resolution.
【0011】これに対し、インパルス応答を求める方法
は位置分解能を高める方法として有効であると考えられ
る。On the other hand, the method for obtaining the impulse response is considered to be effective as a method for improving the position resolution.
【0012】そこで、このインパルス応答を求める方法
について、ここで、詳細に検討してみる。Therefore, the method of obtaining the impulse response will be examined in detail here.
【0013】まず、インパルス応答を求める方法で使用
される変換は線形近似の範囲でコンボルーション過程で
あることから、インパルス応答をh(t) 、入力光パルス
をP(t) とすると、後方散乱光信号g(t) は、次式で表
わすことができる。First, since the transformation used in the method for obtaining the impulse response is a convolution process within the range of linear approximation, assuming that the impulse response is h (t) and the input light pulse is P (t), backscattering is performed. The optical signal g (t) can be expressed by the following equation.
【0014】[0014]
【数1】 そして、インパルス応答h(t) は入力信号となる入力光
パルスP(t) を予め測定しておき、この測定結果に対し
てデコンボルーションを行なうことによって求めること
ができる。[Equation 1] Then, the impulse response h (t) can be obtained by measuring the input optical pulse P (t) as an input signal in advance and performing deconvolution on the measurement result.
【0015】しかしながら、実際には、実測データに対
し、この逆変換過程を適用すると、測定信号中に含まれ
る雑音成分のため、正しいインパルス応答を求めること
ができないことが多い。この理由としては、次に述べる
ようにすると理解しやすい。However, in practice, when this inverse transformation process is applied to the actually measured data, it is often impossible to obtain a correct impulse response because of the noise component contained in the measurement signal. The reason for this is easy to understand in the following way.
【0016】まず、前記(1)式をフーリェ変換して後
方散乱光に雑音成分N( ω) を追加すると、 G( ω) +N( ω) =H( ω) ・P( ω) …(2) となり、逆変換のために、この(2)式の両辺をP(
ω) で除算すると、 H( ω) =G( ω) /P( ω) +N( ω) /P( ω) …(3) となる。First, when the noise component N (ω) is added to the backscattered light by Fourier transforming the equation (1), G (ω) + N (ω) = H (ω) .P (ω) (2) ), And both sides of this equation (2) are P (
When divided by ω), H (ω) = G (ω) / P (ω) + N (ω) / P (ω) (3)
【0017】ここで、問題となるのは、右辺の第2項目
の部分であり、入力光パルス成分P( ω) のスペクトル
は有限であるのに対し、雑音成分N( ω) のスペクトル
がかなりの広域まで伸びているため、周波数の高い領域
(角速度ωが大きな領域)で除算結果が発散してしま
う。Here, the problem is the part of the second item on the right side, where the spectrum of the input optical pulse component P (ω) is finite, whereas the spectrum of the noise component N (ω) is considerably large. , The division result diverges in a high frequency region (a region where the angular velocity ω is large).
【0018】このため、この発散によって総合的な位置
測定精度が低下してしまうという問題があった。For this reason, there is a problem that the overall position measurement accuracy is deteriorated by this divergence.
【0019】本発明は上記の事情に鑑み、逆変換過程に
おいて雑音の影響による解の発散を防止し、これによっ
て光パルスの幅を狭くすることなく総合精度を最も改善
させることができる最適な近似を与えることができると
ともに、光パルス幅を狭くした場合に生じるS/N比の
低下やこれに伴う計測時間の増大、半導体レーザの駆動
回路の困難さを生じることなく、位置分解能を向上させ
てホットスポットなどの異常加熱部などの検出を容易に
することができる温度分布検出装置を提供することを目
的としている。In view of the above situation, the present invention prevents the divergence of the solution due to the influence of noise in the inverse conversion process, and thereby the optimum approximation which can most improve the overall accuracy without narrowing the width of the optical pulse. It is possible to improve the position resolution without decreasing the S / N ratio that occurs when the optical pulse width is narrowed, the measurement time accompanying this, and the difficulty of the semiconductor laser drive circuit. It is an object of the present invention to provide a temperature distribution detecting device that can easily detect an abnormal heating portion such as a hot spot.
【0020】[0020]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、光パルスを発生する光源と、前記光パル
スを光ファイバに入射し、その後方散乱光から2種類の
ラマン散乱光を選択する光学系と、前記ラマン散乱光を
電気信号に変換増幅する光電変換部と、この光電変換部
の出力信号をデジタル信号に変換してアベレージングを
行なうデジタルアベレージャ部と、このデジタルアベレ
ージャ部の処理結果に基づいて前記光ファイバに沿った
温度分布を計算する演算部とを有する温度分布検出装置
において、光ファイバの端面からのフレネル反射光の波
形データに対し、デコンボルーション処理を行なって前
記波形データの波形が所定の形状になるまでの反復回数
を求め、温度測定を行なうとき、2種類のラマン散乱光
の波形データに対し、前記反復回数だけデコンボルーシ
ョン処理を繰り返して光ファイバに沿った温度分布を計
算することを特徴としている。In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a light source for generating an optical pulse and two kinds of Raman scattered light from the backscattered light of the light pulse incident on the optical fiber. An optical system for selecting, a photoelectric conversion unit that converts and amplifies the Raman scattered light into an electric signal, a digital averager unit that converts the output signal of the photoelectric conversion unit into a digital signal and performs averaging, and the digital average. In a temperature distribution detecting device having a calculation unit for calculating the temperature distribution along the optical fiber based on the processing result of the optical fiber unit, deconvolution processing is performed on the waveform data of the Fresnel reflected light from the end face of the optical fiber. When the temperature is measured by calculating the number of repetitions until the waveform of the waveform data has a predetermined shape, the waveform data of two types of Raman scattered light is compared. It is characterized by calculating the temperature distribution along the optical fiber by repeating the repetition number of times deconvolution process.
【0021】[0021]
【作用】上記の構成において、光ファイバの端面からの
フレネル反射光の波形データに対し、デコンボルーショ
ン処理を行なって前記波形データの波形が所定の形状に
なるまでの反復回数を求め、温度測定を行なうとき、2
種類のラマン散乱光の波形データに対し、前記反復回数
だけデコンボルーション処理を繰り返して光ファイバに
沿った温度分布を計算することにより、逆変換過程にお
いて雑音の影響で解が発散してしまうのを防止し、これ
によって光パルスの幅を狭くすることなく総合精度を最
も改善させることができる最適な近似を与え、光パルス
幅を狭くした場合に生じるS/N比の低下やこれに伴う
計測時間の増大、半導体レーザの駆動回路の困難さを生
じることなく、位置分解能を向上させてホットスポット
などの異常加熱部などの検出を容易にする。In the above structure, the waveform data of the Fresnel reflected light from the end face of the optical fiber is subjected to deconvolution processing to obtain the number of repetitions until the waveform of the waveform data has a predetermined shape, and temperature measurement is performed. When doing 2
By calculating the temperature distribution along the optical fiber by repeating the deconvolution process for the number of times of the above-mentioned Raman scattered light waveform data, the solution will diverge due to the noise in the inverse conversion process. To provide the optimum approximation that can most improve the overall accuracy without narrowing the width of the optical pulse, and reduce the S / N ratio that occurs when the width of the optical pulse is narrowed, and the accompanying measurement. The position resolution is improved and the abnormal heating portion such as a hot spot is easily detected without increasing the time and making the driving circuit of the semiconductor laser difficult.
【0022】[0022]
【実施例】まず、本発明による温度分布検出装置の具体
的な説明に先だって本発明による温度分布検出装置の測
定原理を説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, the measurement principle of the temperature distribution detecting device according to the present invention will be described prior to the detailed description of the temperature distribution detecting device according to the present invention.
【0023】今、温度計測用の光ファイバにおいて、単
位長さ当たりの後方散乱係数をS(z) 、入射光パルスが
受ける減衰率をRf(z) 、後方散乱光が入射端までに受
ける減衰率をRb(z) 、光ファイバ中における光パルス
の群速度をVg とすると、この光ファイバに光パルスを
入射させて得られる後方散乱光のインパルス応答の電力
h(t) は次式で表わすことができる。Now, in an optical fiber for temperature measurement, the backscattering coefficient per unit length is S (z), the attenuation rate received by the incident light pulse is Rf (z), and the attenuation received by the backscattered light up to the incident end. When the rate is Rb (z) and the group velocity of the optical pulse in the optical fiber is Vg, the power h (t) of the impulse response of the backscattered light obtained by making the optical pulse incident on this optical fiber is expressed by the following equation. be able to.
【0024】 h(t) =Rf(z) ・S(z) ・Rb(z) ・Vg/2 …(4) そして、入射される光パルスPとのコンボルーションと
なるのは、アンチストークスラマン散乱光と、ストーク
スラマン散乱光の各係数Sであるため、逆変換はこれら
アンチストークスラマン散乱光と、ストークスラマン散
乱光の各後方散乱信号に対して行なった後、光ファイバ
の減衰効果を補償するため、これらの各後方散乱信号の
除算を行ない、温度分布を計算する手順となる。H (t) = Rf (z) .S (z) .Rb (z) .Vg / 2 (4) And the convolution with the incident optical pulse P is the anti-Stokes Raman. Since the respective coefficients S of the scattered light and the Stokes Raman scattered light are used, the inverse conversion is performed on the respective backscattered signals of the anti-Stokes Raman scattered light and the Stokes Raman scattered light, and then the attenuation effect of the optical fiber is compensated. Therefore, the procedure is such that each of these backscattered signals is divided and the temperature distribution is calculated.
【0025】しかしながら、実際の装置では、後方散乱
光はフォトダイオードなどで電気信号が変換された後、
A/D変換されて離散値系デジタル信号として扱われる
ため、積分形で表現されたコンボルーションは図2に示
す如く行列形式となる。However, in an actual device, after the backscattered light is converted into an electric signal by a photodiode or the like,
Since it is A / D converted and treated as a discrete value digital signal, the convolution expressed in the integral form has a matrix form as shown in FIG.
【0026】そして、光パルス入力はn×nの行列とな
り、時間の推移とともに、入射パルスの位置が移動して
いく対角近傍だけを持つ行列となる。そして、各行の要
素は光パルス波形の実測値が移動したものが代入され
る。The optical pulse input is an n × n matrix, which has only a diagonal neighborhood where the position of the incident pulse moves with the passage of time. Then, for the elements in each row, the ones to which the actually measured values of the optical pulse waveform have moved are substituted.
【0027】この後、インパルス応答hを求めるため、
逆行列を両辺から掛け合わせることになるが、雑音の影
響を監視しながら、インパルス応答hを求めるためには
反復法(Jacobi Gauss-Seidel 法)により解を収束させ
ながら求める方法が適している。After that, in order to obtain the impulse response h,
Although the inverse matrix is multiplied from both sides, in order to obtain the impulse response h while monitoring the influence of noise, the method of obtaining the impulse response h while converging the solution by the iterative method (Jacobi Gauss-Seidel method) is suitable.
【0028】この反復法では、反復回数をkにすると、
k+1回目のi番目の解hi は次式で与えられる。In this iterative method, if the number of iterations is k,
The k + 1-th i-th solution hi is given by the following equation.
【0029】[0029]
【数2】 一方、図3に示す如く信号処理装置101と、80℃の
恒温槽102と、1Kmの光ファイバ103とを用意
し、この光ファイバ103の所定部分を2m、5m、1
0m、20m、50mの各長さだけ恒温槽102に入れ
て、その温度を80℃に保ちがながら、信号処理装置1
01によってOTDR法でアンチストークスラマン散乱
光、ストークスラマン散乱光を計測し、これらの比を求
めると、図4に示す波形となる。[Equation 2] On the other hand, as shown in FIG. 3, a signal processing device 101, a thermostatic chamber 102 at 80 ° C., and an optical fiber 103 of 1 km are prepared, and a predetermined portion of the optical fiber 103 is set to 2 m, 5 m, 1
The signal processing device 1 was put into the constant temperature bath 102 for each length of 0 m, 20 m, and 50 m, while keeping the temperature at 80 ° C.
When the anti-Stokes Raman scattered light and the Stokes Raman scattered light are measured by 01 by the OTDR method and the ratio of these is obtained, the waveform shown in FIG. 4 is obtained.
【0030】この場合、測定に用いた光パルスの半値幅
は100nsec当たり、光ファイバの長さで10mに
相当することから、光ファイバ103のうち、恒温槽1
02に入れられている部分の演算結果が全て同じ値にな
るべきであるが、図4から明らかなように、コンボルー
ションのため、実際には10m以下の5mや2mの部分
で十分な振幅を得ることができない。In this case, the full width at half maximum of the optical pulse used for measurement corresponds to 10 m in length of the optical fiber per 100 nsec.
The calculation results of the part put in 02 should all have the same value, but as is clear from FIG. 4, due to convolution, in practice, sufficient amplitude is obtained in the part of 5 m or 2 m of 10 m or less. Can't get
【0031】そこで、このようなコンボルーションの影
響を除くために、上述した測定動作によって得られたデ
ータに対して、上述した反復法を適用してデコンボルー
ションを行なうことにより、デコンボルーションを行な
う前におけるデータの波形が図5(a)に示す形状のと
き、このデータに対し、反復回数が5回のデコンボルー
ションを行なったとき、図5(b)に示す波形が得ら
れ、反復回数が10回のデコンボルーションを行なった
とき、図5(c)に示す波形が得られる。Therefore, in order to eliminate the influence of such convolution, deconvolution is performed by applying the above-mentioned iterative method to the data obtained by the above-mentioned measurement operation to perform deconvolution. When the waveform of the data before the execution has the shape shown in FIG. 5A, when the data is subjected to deconvolution with 5 iterations, the waveform shown in FIG. When the deconvolution is performed 10 times, the waveform shown in FIG. 5C is obtained.
【0032】この図から明らかなように、デコンボルー
ションにより振幅が不足していた箇所の改善されるとと
もに、立ち上がりの改善されているのが分かる。As is apparent from this figure, it is found that the deconvolution improves the location where the amplitude was insufficient and improves the rising edge.
【0033】しかし、このような改善ととともに、反復
回数の増加とともに、雑音の影響が顕著になってくるの
も分かる。However, it can be seen that the influence of noise becomes more remarkable as the number of iterations increases along with such improvement.
【0034】そこで、総合精度としてコンボルーション
のために振幅が所定値に達しない誤差を系統誤差、雑音
の影響によるバラツキをランダム誤差とし、デコンボル
ーションの反復回数と、系統誤差と、ランダム誤差との
関係を調べるために、加熱長5mの部分に関し、ランダ
ム雑音として加熱直前部のデータを使用して上述したデ
コンボルーション処理を行なった。このとき、図6に示
す表が得られた。Therefore, as a total accuracy, an error in which the amplitude does not reach a predetermined value due to convolution is a systematic error, and a variation due to the influence of noise is a random error, and the number of times of deconvolution is repeated, the systematic error, and the random error. In order to investigate the relationship of the above, the above-described deconvolution processing was performed on the portion having a heating length of 5 m, using the data immediately before heating as random noise. At this time, the table shown in FIG. 6 was obtained.
【0035】この図6から明らかなように、反復回数を
増加させていくと、ランダム誤差は一定の比率で増加す
るが、系統誤差は最初、一定の比率で低減し、ある回数
を境に増加に転じ、以後一定の比率で増加する。As is apparent from FIG. 6, as the number of iterations is increased, the random error increases at a constant rate, but the systematic error initially decreases at a constant rate and increases at a certain number of times. After that, it increases at a constant rate.
【0036】すなわち、系統誤差と、ランダム誤差とを
加算した総合誤差を最も小さくする反復回数が存在す
る。That is, there is the number of iterations that minimizes the total error obtained by adding the systematic error and the random error.
【0037】そして、最適な反復回数はここで与えた逆
変換基準温度部のように、予め温度分布が正確に分かっ
ている場合には、反復計算毎に総合誤差を計算し、その
値が極値となる回数を求めることができる。The optimum number of iterations is calculated by calculating the total error for each iterative calculation when the temperature distribution is accurately known in advance as in the inverse conversion reference temperature part given here. The number of times it becomes a value can be obtained.
【0038】但し、このような逆変換方式では、計算回
数とともに、ランダム雑音が増加するため、系統誤差が
ほとんどない場合、例えば温度分布がほぼ一様な部分で
は、ランダム雑音のみが増加することになる。However, in such an inverse transform method, random noise increases with the number of calculations. Therefore, when there is almost no systematic error, for example, only random noise increases in a portion where the temperature distribution is almost uniform. Become.
【0039】つまり、この逆変換方式が有利になるの
は、温度変化が空間的に激しく生じる場合、特に局所的
に高温、低温となるような場合の温度分布を計測しよう
とする場合である。That is, this inverse conversion method is advantageous in the case where the temperature change is spatially intense, particularly when the temperature distribution is to be measured when the temperature is locally high or low.
【0040】したがって、このような逆変換方式の使用
対象となるプラントシステムとしては、システムの異常
が局所的な温度上昇として顕在化するようなシステムで
あり、このようなシステムで局所的に温度が上昇したと
き、最適な反復回数を使用することにより、これを効率
良く検出することができる。Therefore, as a plant system to be used for such an inverse conversion method, there is a system in which a system abnormality is manifested as a local temperature rise. When rising, this can be detected efficiently by using the optimal number of iterations.
【0041】そして、本発明では、逆変換過程におい
て、最適な反復回数を得るために、図7(a)に示す如
く光ファイバの入射面や終端面からのフレネル反射光を
取り込み、このフレネル反射光に対するデコンボルーシ
ョン処理を繰り返し行なって、図7(b)に示す如くそ
のパルス波形が線状になる反復回数を求めて最適な近似
解を求める最適計算過程を選択し、この最適計算過程を
光ファイバの全領域にわたって適用して逆変換を施し、
これによって光ファイバによる温度分布測定を行なうと
き、雑音の影響を最小限に食い止めながら位置分解能を
大幅に改善させるようにしている。In the present invention, in order to obtain the optimum number of iterations in the inverse conversion process, Fresnel reflected light from the incident surface or the terminal surface of the optical fiber is taken in as shown in FIG. The deconvolution process for light is repeated, and the optimum calculation process for obtaining the optimum approximate solution is selected by calculating the number of times the pulse waveform becomes linear as shown in FIG. 7B, and this optimum calculation process is selected. It is applied over the entire area of the optical fiber to perform the inverse transformation,
As a result, when performing temperature distribution measurement using an optical fiber, the position resolution is greatly improved while suppressing the influence of noise to a minimum.
【0042】図1は本発明による温度分布検出装置の一
実施例を示す構成図である。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a temperature distribution detecting device according to the present invention.
【0043】この図に示す温度分布検出装置は、光ファ
イバ1と、信号処理装置2とを備えており、初期化時お
よび定期的に、信号処理装置2によって非常に幅の狭い
光パルスを生成してこれを光ファイバ1に入射させ、こ
の光ファイバ1の終端面からのフレネル反射光を取り込
むとともに、このフレネル反射光に基づき反復法によっ
てデコンボルーションを行なってこのフレネル反射光に
対応する信号の波形が線状となる最適な反復回数を求め
る。そして、通常の測定を行なうとき、信号処理装置2
によって非常に幅の狭い光パルスを生成してこれを光フ
ァイバ1に入射させ、この後方散乱光を取込んで、その
アンチストークスラマン散乱光と、ストークスラマン散
乱光とに基づき前記最適な反復回数に基づいてデコンボ
ルーションを行なって光ファイバ1が敷設されている各
部の温度分布を計測する。The temperature distribution detecting device shown in this drawing comprises an optical fiber 1 and a signal processing device 2, and generates a very narrow optical pulse by the signal processing device 2 at initialization and periodically. Then, the light is incident on the optical fiber 1, the Fresnel reflected light from the end surface of the optical fiber 1 is taken in, and the signal corresponding to the Fresnel reflected light is obtained by performing deconvolution by the iterative method based on the Fresnel reflected light. Find the optimal number of iterations for which the waveform of becomes linear. When performing normal measurement, the signal processing device 2
Generates a very narrow light pulse, makes it enter the optical fiber 1, takes in this backscattered light, and based on the anti-Stokes Raman scattered light and the Stokes Raman scattered light, the optimum number of repetitions. The deconvolution is performed based on the above to measure the temperature distribution of each part where the optical fiber 1 is laid.
【0044】光ファイバ1は、温度の測定対象となる各
部分を通るように敷設されており、入射端から光パルス
が入射されたとき、これを取り込むとともに、各部の温
度に応じた後方散乱光および終端面でのフレネル反射光
を前記入射端に戻す。The optical fiber 1 is laid so as to pass through each portion whose temperature is to be measured. When an optical pulse is incident from the incident end, the optical fiber 1 is taken in and the backscattered light corresponding to the temperature of each portion is taken. And returning the Fresnel reflected light at the end surface to the incident end.
【0045】また、信号処理装置2は、タイミング制御
回路4と、レーザ駆動回路5と、レーザ光源6と、カプ
ラ7と、光学フィルタ8と、光スイッチ9と、バイアス
制御回路10と、フォトダイオード11と、光電流増幅
回路12と、デジタルアベレージャ回路13と、制御記
憶演算回路14とを備えており、初期化時および定期的
に、非常に幅の狭い光パルスを生成してこれを光ファイ
バ1に入射させ、この光ファイバ1の終端面からのフレ
ネル反射光を取り込むとともに、このフレネル反射光に
基づき反復法によってデコンボルーションを行なってこ
のフレネル反射光に対応する信号の波形が線状となる最
適な反復回数を求める。そして、通常の測定を行なうと
き、非常に幅の狭い光パルスを生成してこれを光ファイ
バ1に入射させるとともに、この後方散乱光を取込ん
で、そのアンチストークスラマン散乱光と、ストークス
ラマン散乱光とに基づき前記最適な反復回数に基づいて
デコンボルーションを行なって光ファイバ1が敷設され
ている各部の温度分布を計測する。The signal processing device 2 also includes a timing control circuit 4, a laser drive circuit 5, a laser light source 6, a coupler 7, an optical filter 8, an optical switch 9, a bias control circuit 10, and a photodiode. 11, a photocurrent amplifier circuit 12, a digital averager circuit 13, and a control memory arithmetic circuit 14, which generate an extremely narrow optical pulse at initialization and periodically to generate an optical pulse. The Fresnel reflected light from the end face of the optical fiber 1 is incident on the fiber 1 and the convolution of the Fresnel reflected light is performed by an iterative method based on the Fresnel reflected light so that the signal waveform corresponding to the Fresnel reflected light is linear. Find the optimal number of iterations. Then, during normal measurement, a light pulse having a very narrow width is generated and is made incident on the optical fiber 1, and this backscattered light is taken in to obtain the anti-Stokes Raman scattered light and the Stokes Raman scattered light. Based on the light, deconvolution is performed based on the optimum number of times of repetition, and the temperature distribution of each part where the optical fiber 1 is laid is measured.
【0046】タイミング制御回路4は、前記制御記憶演
算回路14と信号の授受を行ないながら、発光タイミン
グ信号や同期加算タイミング信号などを生成する部分で
あり、生成動作によって得られた発光タイミング信号を
レーザ駆動回路5に供給してこれを制御するとともに、
同期加算タイミング信号をデジタルアベレージャ回路1
3に供給してこれを制御する。The timing control circuit 4 is a portion for generating a light emission timing signal, a synchronous addition timing signal and the like while exchanging signals with the control storage arithmetic circuit 14, and a laser emission timing signal obtained by the generation operation. It is supplied to the drive circuit 5 to control it and
Synchronous addition timing signal to digital averager circuit 1
3 to control this.
【0047】レーザ駆動回路5は、前記タイミング制御
回路4から出力される発光タイミング信号に基づいて非
常に幅の狭い駆動信号を生成する部分であり、この駆動
信号を前記レーザ光源6に供給してこれを発光させる。The laser drive circuit 5 is a portion for generating a very narrow drive signal based on the light emission timing signal output from the timing control circuit 4, and supplies this drive signal to the laser light source 6. This is made to emit light.
【0048】レーザ光源6は、前記レーザ駆動回路5か
ら駆動信号が出力されている間、発光して予め設定され
ている波長の光パルスを生成する部分であり、生成した
光パルスをカプラ7に供給する。The laser light source 6 is a portion that emits light to generate an optical pulse having a preset wavelength while the laser drive circuit 5 outputs the drive signal. The generated optical pulse is transmitted to the coupler 7. Supply.
【0049】カプラ7は、前記レーザ光源6から出力さ
れる光パルスを前記光ファイバ1の入射端に導いたり、
この入射端から出射される後方散乱光および終端面での
フレネル反射光を前記光学フィルタ8に導いたりする部
分であり、前記レーザ光源6から出力される光パルスを
取り込んでこれを前記光ファイバ1の入射端に導いて光
ファイバ1中に入射させるとともに、前記光パルスが前
記光ファイバ1中を伝搬する際に発生し、前記入射端か
ら出射される後方散乱光や終端面で生じるフレネル反射
光を取り込んでこれを前記光学フィルタ8に導く。The coupler 7 guides the optical pulse output from the laser light source 6 to the incident end of the optical fiber 1,
This is a part that guides the backscattered light emitted from this incident end and the Fresnel reflected light at the end face to the optical filter 8, which takes in the optical pulse output from the laser light source 6 and uses it. Is introduced into the optical fiber 1 and is introduced into the optical fiber 1, and the light pulse is generated when the optical pulse propagates in the optical fiber 1, and the backscattered light emitted from the incident end or the Fresnel reflected light generated at the termination surface is generated. Is taken in and guided to the optical filter 8.
【0050】光学フィルタ8は、前記カプラ7から出射
される後方散乱光やフレネル反射光を取り込むととも
に、この後方散乱光やフレネル反射光を波長弁別してア
ンチストークスラマン散乱光と、ストークスラマン散乱
光とに分離する部分であり、この分離動作によって得ら
れたアンチストークスラマン散乱光と、ストークスラマ
ン散乱光とを光スイッチ9に導く。The optical filter 8 takes in the backscattered light and the Fresnel reflected light emitted from the coupler 7, and discriminates the wavelengths of the backscattered light and the Fresnel reflected light into anti-Stokes Raman scattered light and Stokes Raman scattered light. The anti-Stokes Raman scattered light and the Stokes Raman scattered light obtained by this separating operation are guided to the optical switch 9.
【0051】光スイッチ9は、前記制御記憶演算回路1
4からの選択信号に基づいて前記光学フィルタ8から出
射される前記アンチストークスラマン散乱光またはスト
ークスラマン散乱光のいずれか一方を選択する部分であ
り、この選択処理によって得られたアンチストークスラ
マン散乱光またはストークスラマン散乱光のいずれか一
方をフォトダイオード11に導く。The optical switch 9 corresponds to the control memory arithmetic circuit 1
4 is a part that selects either the anti-Stokes Raman scattered light or the Stokes Raman scattered light emitted from the optical filter 8 based on the selection signal from the anti-Stokes Raman scattered light obtained by this selection processing. Alternatively, either one of the Stokes Raman scattered light is guided to the photodiode 11.
【0052】また、バイアス制御回路10は、前記制御
記憶演算回路14から出力されるバイアス指令信号に基
づいてバイアス電圧を生成する部分であり、前記バイア
ス指令信号が高増幅率指令であるときには、予め設定さ
れている高い電圧を生成してこれを前記フォトダイオー
ド11に供給し、また前記バイアス指令信号が低増幅率
指令であるときには、予め設定されている低い電圧を生
成してこれを前記フォトダイオード11に供給する。The bias control circuit 10 is a part for generating a bias voltage based on the bias command signal output from the control storage arithmetic circuit 14, and when the bias command signal is a high amplification factor command, it is previously set. A preset high voltage is generated and supplied to the photodiode 11, and when the bias command signal is a low amplification factor command, a preset low voltage is generated and supplied to the photodiode. Supply to 11.
【0053】フォトダイオード11は、シリコン等によ
って構成されるアバランシェダイオードであり、前記バ
イアス制御回路10から出力されるバイアス電圧が高い
電圧であるとき、前記光スイッチ9から出射されるアン
チストークスラマン散乱光またはストークスラマン散乱
光を高い増幅率で光電流に変換してこれを光電流増幅回
路12に供給し、また前記バイアス制御回路10から出
力されるバイアス電圧が低い電圧であるとき、前記光ス
イッチ9から出射されるアンチストークスラマン散乱光
またはストークスラマン散乱光を低い増幅率(例えば、
増幅率“1”)で光電流に変換してこれを光電流増幅回
路12に供給する。The photodiode 11 is an avalanche diode made of silicon or the like, and when the bias voltage output from the bias control circuit 10 is a high voltage, the anti-Stokes Raman scattered light emitted from the optical switch 9 is emitted. Alternatively, the Stokes Raman scattered light is converted into a photocurrent with a high amplification factor and supplied to the photocurrent amplification circuit 12, and when the bias voltage output from the bias control circuit 10 is a low voltage, the optical switch 9 Anti-Stokes Raman scattered light or Stokes Raman scattered light emitted from the low amplification factor (for example,
It is converted into a photocurrent with an amplification factor “1”) and supplied to the photocurrent amplifier circuit 12.
【0054】光電流増幅回路12は、前記制御記憶演算
回路14から出力される増幅率指定信号に応じた増幅率
で前記フォトダイオード11の光電流を増幅して散乱信
号やフレネル反射信号を生成する部分であり、増幅動作
によって得られた散乱信号やフレネル反射信号をデジタ
ルアベレージャ回路13に供給する。The photocurrent amplifier circuit 12 amplifies the photocurrent of the photodiode 11 with an amplification factor according to the amplification factor designating signal output from the control storage arithmetic circuit 14 to generate a scattered signal or a Fresnel reflection signal. This is a part, and supplies the scattered signal and the Fresnel reflection signal obtained by the amplification operation to the digital averager circuit 13.
【0055】デジタルアベレージャ回路13は、前記タ
イミング制御回路4から出力される同期加算タイミング
信号に基づいて前記光電流増幅回路12から出力される
散乱信号やフレネル反射信号を取り込んでこれを同期加
算してアンチストークスラマン散乱信号のアベレージ出
力またはストークスラマン散乱信号のアベレージ出力、
フレネル反射信号のアベレージ出力を生成してこれを制
御記憶演算回路14に供給する。The digital averager circuit 13 takes in the scattered signal and Fresnel reflection signal outputted from the photocurrent amplifier circuit 12 based on the synchronous addition timing signal outputted from the timing control circuit 4, and synchronously adds them. Average output of anti-Stokes Raman scattering signal or average output of Stokes Raman scattering signal,
An average output of the Fresnel reflection signal is generated and supplied to the control storage arithmetic circuit 14.
【0056】制御記憶演算回路14は、この温度分布検
出装置全体の制御を行なう部分であり、前記タイミング
制御回路4やバイアス制御回路10を制御して発光タイ
ミングや同期加算タイミングを調整する処理や前記デジ
タルアベレージャ回路13から出力されるアンチストー
クスラマン散乱信号のアベレージ出力、またはストーク
スラマン散乱信号のアベレージ出力、フレネル反射光の
アベレージ出力を取り込んでこれを記憶する処理、初期
化時や予め設定されている周期毎に、記憶しているフレ
ネル反射光のアベレージ出力に対し、上述したデコンボ
ルーションを行なって最適な反復回数(最適反復回数)
を求める処理、測定指令が設定されているとき、記憶し
ているアンチストークスラマン散乱信号のアベレージ出
力およびストークスラマン散乱信号のアベレージ出力に
対し、前記最適反復回数だけ上述したデコンボルーショ
ンを行なって温度信号を生成する処理、この処理によっ
て得られた温度信号を温度分布出力インタフェースを介
して他の装置に出力する処理などを行なう。The control storage arithmetic circuit 14 is a part which controls the entire temperature distribution detecting device, and controls the timing control circuit 4 and the bias control circuit 10 to adjust the light emission timing and the synchronous addition timing, and the processing described above. The process of taking in the average output of the anti-Stokes Raman scattering signal, the average output of the Stokes Raman scattering signal, or the average output of the Fresnel reflected light and storing this, which is output at the time of initialization or is preset. The optimal number of iterations (optimal number of iterations) by performing the above-mentioned deconvolution on the stored average output of Fresnel reflected light for each period
When the processing for obtaining the value and the measurement command are set, the deconvolution described above is performed for the optimum number of iterations for the stored average output of the anti-Stokes Raman scattering signal and the average output of the Stokes Raman scattering signal. A process of generating a signal, a process of outputting a temperature signal obtained by this process to another device through a temperature distribution output interface, and the like are performed.
【0057】次に、図1に示すブロック図を参照しなが
ら、この実施例の最適反復回数検出動作、温度測定動作
を順次、説明する。Next, with reference to the block diagram shown in FIG. 1, the optimum number of iterations detecting operation and the temperature measuring operation of this embodiment will be sequentially described.
【0058】《最適反復回数検出動作》まず、この温度
分布検出装置の電源が投入されて回路の初期化を行なう
ときや予め設定されている較正タイミングになる毎に、
信号処理装置の制御記憶演算回路14はバイアス制御回
路10を制御して低い電圧を生成させ、フォトダイオー
ド11の増幅率を低い値(例えば、増幅率“1”)にさ
せた後、タイミング制御回路4を制御してレーザ駆動回
路5を駆動させ、このレーザ駆動回路5に接続されたレ
ーザ光源6に非常に幅の狭い光パルスを所定のタイミン
グで連続的に生成させて、これをカプラ7に供給させ
る。<< Optimum Repeat Count Detection Operation >> First, when the power of this temperature distribution detecting device is turned on to initialize the circuit, or whenever a preset calibration timing is reached.
The control storage arithmetic circuit 14 of the signal processing device controls the bias control circuit 10 to generate a low voltage and set the amplification factor of the photodiode 11 to a low value (for example, amplification factor “1”), and then the timing control circuit. 4 is driven to drive the laser drive circuit 5, the laser light source 6 connected to the laser drive circuit 5 is caused to continuously generate a very narrow optical pulse at a predetermined timing, and this is applied to the coupler 7. To supply.
【0059】そして、このカプラ7によって前記光パル
スが光ファイバ1に導かれ、この光ファイバ1からフレ
ネル反射光が出射される毎に、これが光学フィルタ8お
よび光スイッチ9を介してフォトダイオード11に導か
れて光電流に変換されるとともに、光電流増幅回路12
によって増幅されてフレネル反射信号にされた後、デジ
タルアベレージャ回路13によって指定された回数だけ
同期加算されてフレネル反射信号のアベレージ出力が生
成され、これが制御記憶演算回路14に供給されて記憶
される。Then, each time the optical pulse is guided to the optical fiber 1 by the coupler 7 and Fresnel reflected light is emitted from the optical fiber 1, this is sent to the photodiode 11 via the optical filter 8 and the optical switch 9. While being guided and converted into photocurrent, the photocurrent amplifier circuit 12
After being amplified by and converted into a Fresnel reflection signal, the digital averager circuit 13 synchronously adds the designated number of times to generate an average output of the Fresnel reflection signal, which is supplied to and stored in the control storage arithmetic circuit 14. .
【0060】そして、この処理が終了すれば、制御記憶
演算回路14は記憶しているフレネル反射信号のアベレ
ージ出力に対し、デコンボルーション処理を繰り返しな
がら、波形が線状になる回数を最適反復回数として記憶
する。When this processing is completed, the control storage operation circuit 14 repeats the deconvolution processing with respect to the stored average output of the Fresnel reflection signal and determines the number of times the waveform becomes linear to the optimum number of iterations. Memorize as.
【0061】《温度測定動作》そして、上述した最適反
復回数検出動作が終了すると、制御記憶演算回路14は
光スイッチ9を制御してアンチストークスラマン散乱光
を選択させた後、タイミング制御回路4を制御してレー
ザ駆動回路5を駆動させ、このレーザ駆動回路5に接続
されたレーザ光源6に非常に幅の狭い光パルスを所定の
タイミングで連続的に生成させて、これをカプラ7に供
給させる。<< Temperature Measuring Operation >> Then, when the above-described optimum iteration number detecting operation is completed, the control storage arithmetic circuit 14 controls the optical switch 9 to select the anti-Stokes Raman scattered light, and then the timing control circuit 4 is operated. The laser drive circuit 5 is controlled and driven, the laser light source 6 connected to the laser drive circuit 5 is made to continuously generate an extremely narrow optical pulse at a predetermined timing, and this is supplied to the coupler 7. .
【0062】そして、このカプラ7によって前記光パル
スが光ファイバ1に導かれて、この光ファイバ1から後
方散乱光が出射される毎に、これが光学フィルタ8によ
って波長弁別されてアンチストークスラマン散乱光と、
ストークスラマン散乱光とに分離される。Then, every time the optical pulse is guided to the optical fiber 1 by the coupler 7 and the backscattered light is emitted from the optical fiber 1, the wavelength is discriminated by the optical filter 8 and the anti-Stokes Raman scattered light is emitted. When,
It is separated into Stokes Raman scattered light.
【0063】次いで、光スイッチ9によって前記光学フ
ィルタ8の波長弁別処理で得られたアンチストークスラ
マン散乱光が選択されてこれがフォトダイオード11に
導かれて光電流に変換されるとともに、光電流増幅回路
12によって増幅されてアンチストークスラマン散乱信
号にされた後、デジタルアベレージャ回路13によって
指定された回数だけ同期加算されてアンチストークスラ
マン散乱信号のアベレージ出力が生成され、これが制御
記憶演算回路14に供給されて記憶される。Then, the optical switch 9 selects the anti-Stokes Raman scattered light obtained by the wavelength discrimination processing of the optical filter 8 and guides it to the photodiode 11 where it is converted into a photocurrent and a photocurrent amplifier circuit. After being amplified by 12 and made into an anti-Stokes Raman scattering signal, it is synchronously added by the number of times specified by the digital averaging circuit 13 to generate an average output of the anti-Stokes Raman scattering signal, which is supplied to the control memory arithmetic circuit 14. Are stored.
【0064】この後、この処理が終了すると、制御記憶
演算回路14は光スイッチ9を制御してストークスラマ
ン散乱光を選択させた後、タイミング制御回路4を制御
してレーザ駆動回路5を駆動させ、このレーザ駆動回路
5に接続されたレーザ光源6に非常に幅の狭い光パルス
を所定のタイミングで連続的に生成させて、これをカプ
ラ7に供給させる。After this, when this processing is completed, the control storage arithmetic circuit 14 controls the optical switch 9 to select the Stokes Raman scattered light, and then controls the timing control circuit 4 to drive the laser drive circuit 5. The laser light source 6 connected to the laser driving circuit 5 is caused to continuously generate a light pulse having a very narrow width at a predetermined timing and to supply it to the coupler 7.
【0065】そして、このカプラ7によって前記光パル
スが光ファイバ1に導かれて、この光ファイバ1から後
方散乱光が出射される毎に、これが光学フィルタ8によ
って波長弁別されてアンチストークスラマン散乱光と、
ストークスラマン散乱光とに分離される。Then, every time the optical pulse is guided to the optical fiber 1 by the coupler 7 and the backscattered light is emitted from the optical fiber 1, the wavelength is discriminated by the optical filter 8 and the anti-Stokes Raman scattered light is emitted. When,
It is separated into Stokes Raman scattered light.
【0066】次いで、光スイッチ9によって前記光学フ
ィルタ8の波長弁別処理で得られたストークスラマン散
乱光が選択されてこれがフォトダイオード11に導かれ
て光電流に変換されるとともに、光電流増幅回路12に
よって増幅されてストークスラマン散乱信号にされた
後、デジタルアベレージャ回路13によって指定された
回数だけ同期加算されてストークスラマン散乱信号のア
ベレージ出力が生成され、これが制御記憶演算回路14
に供給されて記憶される。Next, the Stokes Raman scattered light obtained by the wavelength discrimination processing of the optical filter 8 is selected by the optical switch 9 and is guided to the photodiode 11 to be converted into a photocurrent, and at the same time, the photocurrent amplifier circuit 12 is selected. After being amplified by the Stokes Raman scattering signal to be a Stokes Raman scattering signal, the digital averager circuit 13 synchronously adds the number of times specified to generate an average output of the Stokes Raman scattering signal.
Are stored and stored in.
【0067】そして、この処理が終了すると、制御記憶
演算回路14は記憶しているアンチストークスラマン散
乱信号のアベレージ出力と、ストークスラマン散乱信号
のアベレージ出力とに対し、上述した最適反復回数検出
動作によって得られた最適反復回数だけデコンボルーシ
ョン処理を繰り返しながら、両者の比を計算して最終的
に得られた温度信号を温度分布出力インタフェースを介
して他の装置に出力する。When this processing is completed, the control storage arithmetic circuit 14 performs the above-described optimum iteration number detection operation on the stored average output of the anti-Stokes Raman scattering signal and the stored average output of the Stokes Raman scattering signal. While repeating the deconvolution processing for the obtained optimum number of iterations, the ratio between the two is calculated, and the finally obtained temperature signal is output to another device via the temperature distribution output interface.
【0068】このようにこの実施例においては、初期化
時および定期的に、信号処理装置2によって非常に幅の
狭い光パルスを生成してこれを光ファイバ1に入射さ
せ、この光ファイバ1の終端面からのフレネル反射光を
取り込むとともに、このフレネル反射光に基づき反復法
によってデコンボルーションを行なってこのフレネル反
射光に対応する信号の波形が線状となる最適な反復回数
を求め、通常の測定を行なうとき、信号処理装置2によ
って非常に幅の狭い光パルスを生成してこれを光ファイ
バ1に入射させ、この後方散乱光を取込んで、そのアン
チストークスラマン散乱光と、ストークスラマン散乱光
とに基づき前記最適な反復回数に基づいてデコンボルー
ションを行なって光ファイバ1が敷設されている各部の
温度分布を計測するようにしたので、逆変換過程におい
て雑音の影響で解が発散してしまうのを防止し、これに
よって光パルスの幅を狭くすることなく総合精度を最も
改善させることができる最適な近似を与えることができ
るとともに、光パルス幅を狭くした場合に生じるS/N
比の低下やこれに伴う計測時間の増大、半導体レーザの
駆動回路の困難さを生じることなく、位置分解能を向上
させてホットスポットなどの異常加熱部などの検出を容
易にすることができる。As described above, in this embodiment, the optical pulse having a very narrow width is generated by the signal processing device 2 at the time of initialization and is made incident on the optical fiber 1, and the optical pulse of this optical fiber 1 is generated. The Fresnel reflected light from the terminal surface is taken in, and the deconvolution is performed by the iterative method based on this Fresnel reflected light to find the optimum number of repetitions when the signal waveform corresponding to this Fresnel reflected light becomes linear. At the time of measurement, a very narrow optical pulse is generated by the signal processing device 2 and is made incident on the optical fiber 1. This backscattered light is taken in, and its anti-Stokes Raman scattered light and Stokes Raman scattering are taken. The temperature distribution of each part where the optical fiber 1 is laid is measured by performing deconvolution based on the optimum number of repetitions based on the light. Therefore, it is possible to prevent the solution from diverging due to the influence of noise in the inverse transformation process, and to give an optimal approximation that can improve the overall accuracy without narrowing the width of the optical pulse. S / N generated when the optical pulse width is narrowed
It is possible to improve the position resolution and facilitate the detection of abnormal heating portions such as hot spots without lowering the ratio, increasing the measurement time associated therewith, and making the semiconductor laser drive circuit difficult.
【0069】また、上述した実施例においては、フォト
ダイオード11に印加するバイアス電圧の値を切り替え
て増幅率を小さくすることにより、フレネル反射光を光
電流に変換するようにしているが、光ファイバ1の入射
面や終端面にコーティング等の処理を施してフレネル反
射光の大きさをアンチストークスラマン散乱光やストー
クスラマン散乱光の大きさと同程度にしてフォトダイオ
ード11のバイアス電圧を変更することなく、このフォ
トダイオード11の飽和を防止しながら、フレネル反射
光を光電流に変換するようにしても、上述した実施例と
同様な効果を得ることができる。Further, in the above-mentioned embodiment, the value of the bias voltage applied to the photodiode 11 is switched to reduce the amplification factor so that the Fresnel reflected light is converted into photocurrent. Without changing the bias voltage of the photodiode 11, the Fresnel reflected light is made to have the same size as the anti-Stokes Raman scattered light or the Stokes Raman scattered light by applying a treatment such as coating to the incident surface and the end surface of No. 1. Even if the Fresnel reflected light is converted into a photocurrent while preventing the photodiode 11 from being saturated, the same effect as that of the above-described embodiment can be obtained.
【0070】[0070]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、逆
変換過程において雑音の影響による解の発散を防止し、
これによって光パルスの幅を狭くすることなく総合精度
を最も改善させることができる最適な近似を与えること
ができるとともに、光パルス幅を狭くした場合に生じる
S/N比の低下やこれに伴う計測時間の増大、半導体レ
ーザの駆動回路の困難さを生じることなく、位置分解能
を向上させてホットスポットなどの異常加熱部などの検
出を容易にすることができる。As described above, according to the present invention, the solution divergence due to the influence of noise is prevented in the inverse conversion process,
This makes it possible to provide an optimum approximation that can most improve the overall accuracy without narrowing the width of the light pulse, and reduce the S / N ratio that occurs when the width of the light pulse is narrowed, and the accompanying measurement. It is possible to improve the position resolution and facilitate detection of abnormal heating portions such as hot spots without increasing the time and making the semiconductor laser drive circuit difficult.
【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]
【図1】本発明による温度分布検出装置の一実施例を示
す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a temperature distribution detection device according to the present invention.
【図2】本発明による温度分布検出装置の基本原理で使
用されるデコンボルーション処理の手順例を示す模式図
である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a procedure example of deconvolution processing used in the basic principle of the temperature distribution detection device according to the present invention.
【図3】本発明による温度分布検出装置の基本原理を説
明するための装置構成例を示す構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram showing a device configuration example for explaining a basic principle of a temperature distribution detection device according to the present invention.
【図4】図3に示す温度分布検出装置によって得られる
温度信号例を示す波形図である。4 is a waveform diagram showing an example of a temperature signal obtained by the temperature distribution detecting device shown in FIG.
【図5】図4に示す温度信号に対するデコンボルーショ
ン処理例を示す波形図である。5 is a waveform diagram showing an example of deconvolution processing for the temperature signal shown in FIG.
【図6】本発明による温度分布検出装置の基本原理で使
用されるデコンボルーション処理の系統誤差と、ランダ
ム誤差との関係例を示す表図である。FIG. 6 is a table showing an example of a relationship between a systematic error of deconvolution processing and a random error used in the basic principle of the temperature distribution detecting device according to the present invention.
【図7】本発明による温度分布検出装置の基本原理で使
用されるデコンボルーション処理の反復回数と、フレネ
ル反射光の信号との関係を説明するための波形図であ
る。FIG. 7 is a waveform diagram for explaining the relationship between the number of repetitions of deconvolution processing used in the basic principle of the temperature distribution detecting device according to the present invention and the signal of Fresnel reflected light.
【図8】光ファイバの後方散乱光を利用したセンサの温
度計測原理を示す模式図である。FIG. 8 is a schematic diagram showing a temperature measurement principle of a sensor using backscattered light of an optical fiber.
1 光ファイバ 2 信号処理装置 4 タイミング制御回路 5 レーザ駆動回路 6 レーザ光源(光源) 7 カプラ 8 光学フィルタ(光学系) 9 光スイッチ(光学系) 10 バイアス制御回路 11 フォトダイオード(光電変換部) 12 光電流増幅回路(光電変換部) 13 デジタルアベレージャ回路(デジタルアベレージ
ャ部) 14 制御記憶演算回路(演算部)1 Optical Fiber 2 Signal Processing Device 4 Timing Control Circuit 5 Laser Driving Circuit 6 Laser Light Source (Light Source) 7 Coupler 8 Optical Filter (Optical System) 9 Optical Switch (Optical System) 10 Bias Control Circuit 11 Photodiode (Photoelectric Conversion Section) 12 Photocurrent amplifier circuit (photoelectric conversion unit) 13 Digital averager circuit (digital averager unit) 14 Control memory arithmetic circuit (arithmetic unit)
Claims (1)
スを光ファイバに入射し、その後方散乱光から2種類の
ラマン散乱光を選択する光学系と、前記ラマン散乱光を
電気信号に変換増幅する光電変換部と、この光電変換部
の出力信号をデジタル信号に変換してアベレージングを
行なうデジタルアベレージャ部と、このデジタルアベレ
ージャ部の処理結果に基づいて前記光ファイバに沿った
温度分布を計算する演算部とを有する温度分布検出装置
において、 光ファイバの端面からのフレネル反射光の波形データに
対し、デコンボルーション処理を行なって前記波形デー
タの波形が所定の形状になるまでの反復回数を求め、温
度測定を行なうとき、2種類のラマン散乱光の波形デー
タに対し、前記反復回数だけデコンボルーション処理を
繰り返して光ファイバに沿った温度分布を計算する、 ことを特徴とする温度分布検出装置。1. A light source that generates an optical pulse, an optical system that inputs the optical pulse into an optical fiber, and selects two types of Raman scattered light from the backscattered light thereof, and the Raman scattered light into an electrical signal. A photoelectric conversion unit for amplification, a digital averager unit for converting the output signal of the photoelectric conversion unit into a digital signal for averaging, and a temperature distribution along the optical fiber based on the processing result of the digital averager unit. In a temperature distribution detection device having a calculation unit for calculating, the waveform data of the Fresnel reflected light from the end face of the optical fiber is subjected to deconvolution processing and repeated until the waveform of the waveform data has a predetermined shape. When the number of times is calculated and the temperature is measured, the deconvolution process is repeated for the number of times of the Raman scattered light waveform data for the number of times described above. Calculating the temperature distribution along the optical fiber Te, the temperature distribution detection device according to claim.
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