光ファイバを用いた温度測定装置
【課題】光ファイバの後方散乱光の強度から温度分布を測定する温度測定装置では、後方散乱光の強度を電気信号に変換する光電変換部で発生する波形歪みのために、正確な温度分布を測定できなかった。本発明は、簡単な構成で波形歪みを補正し、正確な温度分布を測定できる温度測定装置を提供することを目的にする。
【解決手段】光電変換部の出力信号を増幅する増幅部、あるいは光電変換部内のＩ−Ｖ変換部に、波形歪みを補正する波形整形部を内蔵するようにした。波形整形部はコンデンサあるいはインダクタと抵抗のみで構成できるので、簡単な構成で波形歪みを補正して正確な温度分布を測定できる。
【解決手段】光電変換部の出力信号を増幅する増幅部、あるいは光電変換部内のＩ−Ｖ変換部に、波形歪みを補正する波形整形部を内蔵するようにした。波形整形部はコンデンサあるいはインダクタと抵抗のみで構成できるので、簡単な構成で波形歪みを補正して正確な温度分布を測定できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ中で発生する後方散乱光の強度を検出して、光ファイバが敷設されている場所の温度分布を測定する、光ファイバを用いた温度測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
温度分布を測定する温度測定装置として、光ファイバにパルス光を入射し、この光ファイバからのラマン散乱光（後方散乱光）の強度を測定して、光ファイバが敷設されている場所の温度分布を測定することが行われている。このような温度測定装置は、光時間領域反射測定器（Optical time-domain reflect-meter）の一種として知られている。
【０００３】
図１１に、このような光ファイバを用いた温度測定装置の構成を示す。図１１において、パルス光源１０から出射されたパルス光は波長分波部１１を通過して、センサである光ファイバ１２に入射される。
【０００４】
光ファイバ１２で反射された後方散乱光は波長分波部１１で分波される。波長分波部１１は、入射された後方散乱光を中心波長λｓのストークス光（以下ＳＴ光と言う）と、中心波長λａのアンチストークス光（以下ＡＳ光と言う）に分離する。
【０００５】
分波されたＳＴ光はＡＰＤ（Avalanche PhotoDiode）１３でその強度に応じた電流信号に変換される。この電流信号はＩ−Ｖ変換器１４で電圧信号に変換され、増幅部１５で増幅された後、ＡＤ変換部１６でデジタルデータに変換される。分波されたＡＳ光も同様にＡＰＤ１７で電流信号に変換され、Ｉ−Ｖ変換部１８で電圧信号に変換された後、増幅部１９で増幅されてＡＤ変換部２０でデジタルデータに変換される。
【０００６】
ＡＤ変換部１６と２０の出力デジタルデータは、信号処理部２１に入力される。信号処理部２１は入力されたデジタルデータを加算平均し、演算処理を行って温度を算出して、この算出した温度から光ファイバ１２の長さに合わせた温度分布を演算する。この温度分布は表示部２２に表示される。
【０００７】
タイミング発生部２３はパルス光源１０、ＡＤ変換部１６および２０、信号処理部２１にタイミング信号を出力する。パルス光源１０はこのタイミング信号に同期してパルス光を光ファイバ１２に出射し、ＡＤ変換部１６、２０はタイミング発生部２３の出力信号に同期して、パルス光が出射されてから所定の期間増幅部１５、１９の出力信号をデジタルデータに変換する動作を繰り返す。信号処理部２１は、タイミング発生部２３の出力に同期してＡＤ変換部１６、２０の出力デジタルデータを取り込み、演算処理を行う。
【０００８】
図１２に、光ファイバ１２が敷設されている場所の温度分布が一定の場合のＳＴ光、ＡＳ光の強度波形の例を示す。横軸は時間であるが、光の速度は一定なので、散乱点からＡＰＤ１３、１７までの距離を表す。縦軸は後方散乱光の強度である。
【０００９】
図１２（Ａ）は後方散乱光の強度分布の測定値であり、上がＳＴ光、下がＡＳ光である。後方散乱光は光ファイバ１２内で減衰するので、その強度は距離に応じて指数関数的に減衰する。
【００１０】
図１２（Ｂ）は縦軸を、ノイズレベルを基準とした対数目盛に変換したグラフである。温度分布が一定なので、ＳＴ光、ＡＳ光の強度曲線は直線になる。このＳＴ光、ＡＳ光の強度波形に基づいて、光ファイバ１２が配置されている場所の温度分布を計算する。
【００１１】
特許文献１〜４には、図１１と同様構成の温度測定装置が記載されている。特許文献１には、ＳＴ光とＡＳ光を用いて温度を測定する原理が記載されている。特許文献１では、ラマン散乱光のラマンシフト波数の分布を考慮した補正テーブルを具備し、ラマンシフト波数の分布を有さないものとして温度を演算し、前記補正テーブルを用いて演算した温度を補正することが記載されている。
【００１２】
特許文献２には、波長が異なる第１、第２の光源を備え、第１の光源によるＳＴ光またはＡＳ光の光速と第２の光源によるＳＴ光とＡＳ光の光速が一致あるいは相互近似するように、前記第１、第２の光源の波長を選択するようにすることにより、温度測定誤差を低減することができる温度分布測定装置が記載されている。
【００１３】
特許文献３には、光ファイバの温度変化の影響を補正して、この光ファイバの損失劣化度を演算する損失劣化度演算手段を設けることにより、光ファイバの温度変化の影響を除去できる光ファイバ分布型温度測定装置が記載されている。
【００１４】
特許文献４には、ＳＴ光とＡＳ光に対する光ファイバの分光屈折率に応じてＳＴ光とＡＳ光の検出強度をサンプリングすることにより、正確な温度分布を測定することができる温度分布測定装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２０１０−２２３８３１号公報
【特許文献２】特開２０１１−３８８７１号公報
【特許文献３】特開２０１１−５８８１５号公報
【特許文献４】特開平６−２６９４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、このような温度測定装置には次のような課題があった。
後方散乱光の光強度を電流信号に変換するＡＰＤには波形歪みを発生するものがある。このような波形歪みを有する信号を増幅し、デジタルデータに変換した信号に基づいて温度分布を演算すると、温度測定値に誤差が発生してしまうという課題があった。特に、ＳＴ光を測定するＡＰＤとＡＳ光を測定するＡＰＤの歪み特性が異なると、大きな温度測定誤差が発生してしまうという課題もあった。
【００１７】
このことを、図１３、図１４を用いて説明する。図１３はＳＴ光の強度を電流信号に変換するＡＰＤ１３に波形歪みが発生した例である。なお、光ファイバが敷設されている場所の温度分布は一定であるとする。
【００１８】
図１３（Ａ）はＳＴ光の波形、（Ｂ）はＡＳ光の波形であり、左側は生の波形、右側は縦軸を対数目盛に変換した波形である。なお、横軸は時間（距離）、縦軸は光強度である。
【００１９】
（Ａ）において、ＡＰＤ１３の特性により、左側の波形の２４で波形歪みが発生し、点線のようにならなければならない波形が、実線のように変化したとする。右側の波形の２５に示すように、縦軸を対数変換した波形でも、点線のように勾配が一定値にならなければならないが、実線のように歪んだ波形になる。ＡＰＤ１７は波形歪みを発生しないので、（Ｂ）に示すように正常な波形になる。
【００２０】
（Ｃ）は（Ａ）のＳＴ光と（Ｂ）のＡＳ光に基づいて算出した温度分布であり、横軸は距離、縦軸は温度である。温度分布は一定なので水平線にならなければならないが、ＳＴ光の波形歪みの影響で、２６の部分において実線のように温度が上昇し、温度分布が一定でないという結果が得られる。
【００２１】
図１４は、ＡＰＤ１７の特性によって、ＡＳ光の強度信号に波形歪みが発生した例であり、（Ａ）はＳＴ光の波形、（Ｂ）はＡＳ光の波形である。この例ではＳＴ光には波形歪みは発生していないが、（Ｂ）の２７、２８に示すように、点線にならなければならない波形が、ＡＰＤ１７の特性のために実線のように持ち上がった波形に歪んでいる。このため、（Ｃ）に示すように、水平線にならなければならない温度分布が、２９の部分で上昇する結果が得られる。
【００２２】
図１３と図１４を比較すると、ＳＴ光とＡＳ光の波形歪みは逆方向であるが、温度分布は同じ傾向を示している。従って、ＡＰＤ１３と１７の歪み特性が逆であると温度分布が加算され、誤差が増大する。
【００２３】
このように、ＡＰＤの波形歪みによって温度分布に誤差が発生し、かつＳＴ光とＡＳ光を検出するＡＰＤの波形歪み特性が逆であると、誤差が加算されて増大してしまうという課題があった。
【００２４】
特許文献１〜４は、いずれもＡＰＤの波形歪みによる温度分布の誤差を補正するものではない。
【００２５】
本発明の目的は、簡単な構成により、波形歪みを補正してより正確な温度分布を測定することができる、光ファイバを用いた温度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】
【００２６】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
光ファイバにパルス光を入射し、この光ファイバの後方散乱光の強度に基づいて温度分布を測定する光ファイバを用いた温度測定装置において、
前記後方散乱光が入射され、この入射された後方散乱光の強度を電圧信号に変換する光電変換部と、
前記光電変換部で発生した波形歪みを補正する波形整形部と、
前記光電変換部の出力信号に関連する信号が入力され、この信号から温度分布を演算する信号処理部と、
を具備したものである。簡単な構成で、光電変換部で発生した波形歪みを補正して、正確な温度分布を測定できる。
【００２７】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記光電変換部の出力信号を増幅する増幅部を具備し、前記波形整形部をこの増幅部に内蔵させたものである。簡単な構成で波形歪みを補正できる。
【００２８】
請求項３記載の発明は、請求項１若しくは請求項２に記載の発明において、
前記光電変換部は、後方散乱光を電流信号に変換する光センサと、この光センサの出力電流信号を電圧信号に変換するＩ−Ｖ変換部で構成され、
前記波形整形部を前記Ｉ−Ｖ変換部に内蔵させたものである。簡単な構成で波形歪みを補正できる。
【００２９】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３いずれかに記載の発明において、
前記波形整形部を、コンデンサまたはインダクタで構成したものである。簡単な構成で波形歪みを補正できる。
【００３０】
請求項５記載の発明は、
光ファイバにパルス光を入射し、この光ファイバの後方散乱光の強度に基づいて温度分布を測定する光ファイバを用いた温度測定装置において、
前記後方散乱光が入射され、この入射された後方散乱光の強度を電圧信号に変換する光電変換部と、
前記光電変換部の出力信号に関連する信号をデジタルデータに変換するＡＤ変換部と、
前記ＡＤ変換部が変換したデジタルデータが入力され、前記光電変換部で発生した波形歪みを補正する波形整形部と、
を具備したものである。簡単な構成で、かつ正確に波形歪みを補正でき、正確な温度分布を測定できる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば以下のような効果がある。
請求項１、２、３、４および５の発明によれば、光ファイバにパルス光を入射し、この光ファイバの後方散乱光の強度から、前記光ファイバが敷設されている場所の温度分布を測定する光ファイバを用いた温度測定装置において、後方散乱光を検出する光電変換部で発生する波形歪みを補正する波形整形部を設けるようにした。また、この波形整形部を、増幅部あるいは光電変換部を構成するＩ−Ｖ変換部に内蔵するようにした。
【００３２】
簡単な構成で、光電変換部で発生する波形歪みを補正することができるので、正確な温度分布を測定することができるという効果がある。また、波形歪みを補正する波形整形部を増幅部あるいはＩ−Ｖ変換部に内蔵させることにより、構成をより簡単にすることができるという効果もある。
【００３３】
さらに、波形データをデジタルデータに変換し、演算処理によって波形歪みを補正するようにすると、より正確に波形歪みを補正することができ、正確な温度分布を測定することができるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施例を示した構成図である。
【図２】波形整形部の構成図である。
【図３】波形整形部の構成図である。
【図４】波形整形部の構成図である。
【図５】波形整形部の構成図である。
【図６】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図７】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図８】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図９】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図１０】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図１１】従来の光ファイバを用いた温度測定装置の構成図である。
【図１２】ＳＴ光、ＡＳ光の強度波形を示す特性図である。
【図１３】ＳＴ光、ＡＳ光の強度波形を示す特性図である。
【図１４】ＳＴ光、ＡＳ光の強度波形を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る光ファイバを用いた温度測定装置の一実施例を示した構成図である。なお、図１１と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。なお、ＡＰＤ１３、１７は光センサに相当する。また、ＡＰＤ１３とＩ−Ｖ変換部１４、ＡＰＤ１７とＩ−Ｖ変換部１８で、それぞれ光電変換部を構成している。
【００３６】
図１において、３０は増幅部であり、波形整形部３１が内蔵されている。増幅部３０は、Ｉ−Ｖ変換部１４の出力信号を増幅すると共に、波形歪みを補正してＡＤ変換部１６に出力する。３２は増幅部であり、波形整形部３３が内蔵されている。増幅部３２は、Ｉ−Ｖ変換部１８の出力信号を増幅すると共に、波形歪みを補正してＡＤ変換部２０に出力する。
【００３７】
温度分布を測定する構成は、図１１とほぼ同じである。パルス光源１０はタイミング発生部２３が出力するタイミング信号に同期してパルス光を光ファイバ１２に出力する。光ファイバ１２の後方散乱光は波長分波部１１に入力され、ＳＴ光とＡＳ光に分波される。
【００３８】
分波されたＳＴ光はＡＰＤ１３で電流信号に変換され、Ｉ−Ｖ変換部１４で電圧信号に変換される。この電圧信号は増幅部３０で増幅、波形整形され、ＡＤ変換部１６でデジタルデータに変換される。このデジタルデータは信号処理部２１に入力される。
【００３９】
分波されたＡＳ光はＡＰＤ１７で電流信号に変換され、Ｉ−Ｖ変換部１８で電圧信号に変換される。この電圧信号は増幅部３２で増幅、波形整形され、ＡＤ変換部２０でデジタルデータに変換される。このデジタルデータは信号処理部２１に入力される。
【００４０】
信号処理部２１は入力されたデジタルデータを加算平均し、演算処理を行って温度を算出して、この算出した温度から光ファイバ１２が敷設されている場所の温度分布を演算する。この温度分布は表示部２２に表示される。
【００４１】
図２に、増幅部３０、３２と波形整形部３１、３３の一例を示す。図２において、４０は増幅器、４１〜４３は抵抗、４４はコンデンサである。抵抗４３とコンデンサ４４で波形整形部４５を構成している。また、４６は入力信号の波形、４７は出力信号の波形である。
【００４２】
抵抗４１の両端はそれぞれ増幅器４０の反転入力端子と出力端子に接続され、抵抗４２の両端はそれぞれ増幅器４０の反転入力端子と共通電位点に接続される。入力信号４６は増幅器４０の非反転入力端子に印加される。増幅器４０と抵抗４１、４２で非反転増幅器を構成している。この非反転増幅器の利得は、帰還抵抗４１、４２の抵抗値の比で決定される。
【００４３】
抵抗４３とコンデンサ４４は直列接続される。コンデンサ４４の他端は増幅器４０の反転入力端子に、抵抗４３の他端は共通電位点に接続される。すなわち、波形整形部４５は、帰還抵抗４２に並列に接続される。
【００４４】
このような構成において、入力信号４６、出力信号４７からわかるように、矩形波入力信号４６はその立ち上がりがオーバーシュートする波形４７に整形される。従って、図１３の２４のように、立ち上がりが鈍るような特性を有するＡＰＤと組み合わせると、波形歪みを補正できる。コンデンサ４４、抵抗４３の値を変えることにより、波形整形の特性を変更することができる。
【００４５】
図３に、増幅部３０、３２の他の構成を示す。なお、図２と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。
【００４６】
図３において、４８は波形整形部であり、波形整形部４８１、４８２、選択部４８３で構成される。波形整形部４８１、４８２は、それぞれ、図２の波形整形部４５と同じ構成を有し、それぞれ、抵抗、コンデンサの値が異なる。選択部４８３は、波形整形部４８１、４８２を選択し、波形整形部４８１、４８２のコンデンサの他端を増幅器４０の反転入力端子に接続させている。このように、波形整形部４８１、４８２の選択を選択部４８３で行うと、ＡＰＤ自体の個体差により、波形歪み特性が異なっても、補正を行うことができる。なお、波形整形部４８１、４８２の２つの選択を示したが、３以上の波形整形部を選択する構成でもよい。また、選択部４８５は、波形整形部４８１、４８２のどちらか一方の選択だけでなく、両方同時に選択する構成でもよい。両方同時に選択すれば、出力信号の立ち上がりのオーバーシュートをより急峻にすることができる。波形整形部４８１、４８２の両方、一方を選択切替の場合、抵抗、コンデンサの値は同一にしてもよい。
【００４７】
図４に、増幅部３０、３２の他の構成を示す。なお、図２と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。５３は入力信号の波形、５４は出力信号の波形である。
【００４８】
図４において、５０は波形整形部であり、コンデンサ５１と抵抗５２が直列接続された構成を有している。波形整形部５０は帰還抵抗４１に並列に接続される。
【００４９】
このような構成において、入力信号５３、出力信号５４からわかるように、矩形波の入力信号はその立ち上がりが鈍るような波形に変換される。従って、図１４の２７に示すように、立ち上がりが持ち上がるような特性を有するＡＰＤと組み合わせると、波形歪みを補正することができる。コンデンサ５１、抵抗５２の値を変えることにより、波形整形の特性を変更することができる。
【００５０】
なお、図３に示すように、異なる値の波形整形部５０を２以上並列に設け、選択部により選択する構成にしてもよい。
【００５１】
図５に、増幅部３０、３２の他の実施例を示す。この実施例は、増幅器として反転増幅器を用いたものである。なお、６６は入力信号の波形を、６７は出力信号の波形を表す。
【００５２】
図５において、６０は増幅器、６１、６２、６５は抵抗、６４はコンデンサである。抵抗６１の両端はそれぞれ増幅器６０の反転入力端子と出力端子に接続される。抵抗６２の一端は増幅器６０の反転入力端子に接続され、他端には入力信号６６が印加される。増幅器６０の非反転入力端子は共通電位点に接続される。抵抗６１は帰還抵抗、６２は入力抵抗である。
【００５３】
コンデンサ６４と抵抗６５は直列接続され、波形整形部６３を構成している。この波形整形部６３は入力抵抗６２に並列に接続される。
【００５４】
入力信号６６、出力信号６７から明らかなように、この増幅部は矩形波入力信号の極性を反転し、かつその出力信号はその立ち下がりでアンダーシュートする特性を有する。コンデンサ６４、抵抗６５の値を変えることにより、波形整形の特性を変更することができる。
【００５５】
なお、波形整形部６３を帰還抵抗６１と並列に接続するようにしてもよい。また、波形整形部６３を２つ以上並列接続するようにしてもよい。また、選択部を設け、２以上の波形整形部を選択する構成にしてもよい。
【００５６】
図２〜図５から明らかなように、波形整形部を配置する位置を変え、コンデンサおよび抵抗の値を調整することにより、種々の特性の増幅部を構成することができる。従って、これらの増幅部を波形歪みを発生するＡＰＤと組み合わせることにより、ＡＰＤの出力波形の歪みを補正することができる。
【００５７】
なお、図２〜図５の波形整形部４５、４８、５０、６３において、コンデンサ４４，５１、６４をインダクタ（コイル）で置き換えてもよい。このようにすると、波形整形の特性を逆特性にすることができる。また、抵抗４３、５２、６５は省略（短絡）することもできる。
【００５８】
また、図１の増幅部３０、３２は異なる構成であってもよく、波形整形部３１、３３は異なる特性を有するものであってもよい。要は、組み合わせるＡＰＤが発生する波形歪みを補正するものであればよい。
【００５９】
図６に、本発明の他の構成を示す。なお、図１、図１１と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。図６において、ＳＴ光はＡＰＤ１３、Ｉ−Ｖ変換部１４で電圧信号に変換されて、増幅部３０で増幅、波形整形される。ＡＳ光はＡＰＤ１７、Ｉ−Ｖ変換部１８で電圧信号に変換されて、増幅部１９で増幅される。
【００６０】
この実施例は、ＳＴ光が入力されるＡＰＤ１３と組み合わせる増幅部のみ波形整形部を内蔵した構成を用い、ＡＳ光が入力されるＡＰＤ１７と組み合わせる増幅部は波形整形部を内蔵しない増幅部を用いたものである。
【００６１】
波形整形部３１の特性を温度誤差が少なくなるように選択することにより、ＡＰＤ１３と１７の両方の波形歪みを１つの波形整形部で補正することができる。このようにすることにより、構成をより簡単にすることができる。なお、ＡＳ光が入力される側の増幅部に波形整形部を配置するようにしてもよい。
【００６２】
図７に、本発明の他の実施例を示す。なお、図１、図１１と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。また、ＡＰＤ１３とＩ−Ｖ変換部７０、ＡＰＤ１７とＩ−Ｖ変換部７２で、それぞれ光電変換部を構成している。
【００６３】
図７において、７０、７２はＩ−Ｖ変換部、７１、７３はそれぞれＩ−Ｖ変換部７０、７２に内蔵された波形整形部である。ＡＰＤ１３、１７の出力信号はそれぞれＩ−Ｖ変換部７０、７２で電圧信号に変換、波形整形され、増幅部１５、１９に出力される。
【００６４】
この実施例では、Ｉ−Ｖ変換部７０、７２で電流信号を電圧信号に変換すると共に、波形整形を行っている。一般的なＩ−Ｖ変換部は、電流を検出する抵抗と、この抵抗両端の電圧を増幅する差動増幅器で構成される。図２〜図５に示すように、この差動増幅器の入力抵抗あるいは帰還抵抗に並列に波形整形部を接続することにより、波形整形を行うことができる。なお、図６と同様に、Ｉ−Ｖ変換部７０と７２のどちらか一方にのみ波形整形部を内蔵する構成とすることもできる。また、波形整形部７１、７３は異なる特性のものを使用してもよい。
【００６５】
図８に、さらに他の実施例を示す。この実施例は、Ｉ−Ｖ変換部と増幅部の両方に波形整形部を内蔵したものである。なお、図１、６、７と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。また、パルス光源１０、波長分波部１１、光ファイバ１２、タイミング発生部２３は記載を省略している。
【００６６】
図８において、ＳＴ光はＡＰＤ１３で電流信号に変換され、波形整形部７１が内蔵されたＩ−Ｖ変換部７０で電圧信号に変換、波形整形される。この電圧信号は、波形整形部３１が内蔵された増幅部３０で増幅、波形整形され、ＡＤ変換部１６でデジタルデータに変換される。ＡＳ光は、図１１と同様に波形整形されずにＡＤ変換部２０でデジタルデータに変換される。
【００６７】
このように、２段階で波形整形を行うことにより、よりきめ細かく波形整形を行うことができるので、温度誤差をさらに小さくすることができる。なお、ＡＳ光が入力される経路のＩ−Ｖ変換部、増幅部に波形整形部を内蔵するようにしてもよく、あるいはＳＴ光がとＡＳ光入力される経路の両方のＩ−Ｖ変換部、増幅部に波形整形部を内蔵するようにしてもよい。
【００６８】
図９にさらに他の実施例を示す。この実施例は、波形整形部をＩ−Ｖ変換部あるいは増幅部に内蔵せず、独立した構成としたものである。なお、図１１と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。また、パルス光源１０、波長分波部１１、光ファイバ１２、タイミング発生部２３は記載を省略している。
【００６９】
図９において、８０は波形整形部であり、Ｉ−Ｖ変換部１４の出力信号が入力される。波形整形部８０は、Ｉ−Ｖ変換部１４の出力信号の波形を整形し、増幅部１５に出力する。８１は波形整形部であり、Ｉ−Ｖ変換部１８の出力信号が入力される。波形整形部８１は、Ｉ−Ｖ変換部１８の出力信号の波形を整形し、増幅部１９に出力する。波形整形部８０、８１として、図２〜図５の構成のものを使用することができる。
【００７０】
なお、ＳＴ光が入力される経路、あるいはＡＳ光が入力される経路のどちらか一方に波形整形部を配置するようにしてもよい。また、増幅部１５、１９の後に波形整形部８０、８１を配置するようにしてもよい。また、波形整形部は、複数種類の波形整形部を選択部により選択する構成でもよい。
【００７１】
図１０にさらに他の実施例を示す。この実施例は信号処理部内に波形整形部を設けたものである。なお、図１１と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。また、パルス光源１０、波長分波部１１、光ファイバ１２、タイミング発生部２３は記載を省略している。図１０において、９０は信号処理部、９１、９２は信号処理部９０に内蔵された波形整形部である。
【００７２】
波形整形部９１にはＡＤ変換部１６の出力デジタルデータである波形データが入力される。波形整形部９１は、入力された波形データをデジタル的に処理し、波形歪みを補正する。波形整形部９２にはＡＤ変換部２０の出力デジタルデータである波形データが入力される。波形整形部９２は、入力された波形データをデジタル的に処理し、波形歪みを補正する。信号処理部９０は、波形整形部９０、９１で補正された波形データを用いて温度分布を演算する。
【００７３】
波形整形部９１、９２は内部に波形歪みを補正する補正テーブルを具備し、この補正テーブルを用いて入力されたデジタルデータを補正するようにする。また、波形歪みを補正する関数を具備し、この関数を用いて補正するようにしてもよい。なお、波形整形部９１、９２はどちらか一方のみ用いるようにしてもよく、波形整形部９０、９１を信号処理部に内蔵せず、独立した構成としてもよい。また、波形整形部９０，９１は、複数種類の補正テーブルを設け、選択する構成にしてもよい。
【００７４】
デジタル的に補正するので、正確に波形歪みを補正することができ、より正確な温度分布を測定することができる。また、波形整形部９１、９２はソフトウエアで構成することができるので、ハードウエアを簡単にすることができる。
【００７５】
なお、これらの実施例では、増幅部１５、１９は必ずしも必須ではない。Ｉ−Ｖ変換部１４、１８、７０、７２で必要なレベルにまで増幅するようにしてもよい。
【００７６】
また、波形整形部３１、３３、７１、７３、８０、８１は必ずしも図２〜図５の構成に限られることはない。要は、ＡＰＤ１３、１７で発生する波形歪みを補正できる構成であればよい。
【符号の説明】
【００７７】
１０ パルス光源
１１ 波長分波部
１２ 光ファイバ
１３、１７ ＡＰＤ
１４、１８、７０、７２ Ｉ−Ｖ変換部
１９、３０、３２ 増幅部
３１、３３、４５、４８、４８１、４８２、５０、６３、７１、７３ 波形整形部
８０、８１、９１、９２ 波形整形部
１６、２０ ＡＤ変換部
２１、９０ 信号処理部
４０、６０ 増幅器
４１〜４３、５２、６１、６２、６５ 抵抗
４４、５１、６４ コンデンサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ中で発生する後方散乱光の強度を検出して、光ファイバが敷設されている場所の温度分布を測定する、光ファイバを用いた温度測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
温度分布を測定する温度測定装置として、光ファイバにパルス光を入射し、この光ファイバからのラマン散乱光（後方散乱光）の強度を測定して、光ファイバが敷設されている場所の温度分布を測定することが行われている。このような温度測定装置は、光時間領域反射測定器（Optical time-domain reflect-meter）の一種として知られている。
【０００３】
図１１に、このような光ファイバを用いた温度測定装置の構成を示す。図１１において、パルス光源１０から出射されたパルス光は波長分波部１１を通過して、センサである光ファイバ１２に入射される。
【０００４】
光ファイバ１２で反射された後方散乱光は波長分波部１１で分波される。波長分波部１１は、入射された後方散乱光を中心波長λｓのストークス光（以下ＳＴ光と言う）と、中心波長λａのアンチストークス光（以下ＡＳ光と言う）に分離する。
【０００５】
分波されたＳＴ光はＡＰＤ（Avalanche PhotoDiode）１３でその強度に応じた電流信号に変換される。この電流信号はＩ−Ｖ変換器１４で電圧信号に変換され、増幅部１５で増幅された後、ＡＤ変換部１６でデジタルデータに変換される。分波されたＡＳ光も同様にＡＰＤ１７で電流信号に変換され、Ｉ−Ｖ変換部１８で電圧信号に変換された後、増幅部１９で増幅されてＡＤ変換部２０でデジタルデータに変換される。
【０００６】
ＡＤ変換部１６と２０の出力デジタルデータは、信号処理部２１に入力される。信号処理部２１は入力されたデジタルデータを加算平均し、演算処理を行って温度を算出して、この算出した温度から光ファイバ１２の長さに合わせた温度分布を演算する。この温度分布は表示部２２に表示される。
【０００７】
タイミング発生部２３はパルス光源１０、ＡＤ変換部１６および２０、信号処理部２１にタイミング信号を出力する。パルス光源１０はこのタイミング信号に同期してパルス光を光ファイバ１２に出射し、ＡＤ変換部１６、２０はタイミング発生部２３の出力信号に同期して、パルス光が出射されてから所定の期間増幅部１５、１９の出力信号をデジタルデータに変換する動作を繰り返す。信号処理部２１は、タイミング発生部２３の出力に同期してＡＤ変換部１６、２０の出力デジタルデータを取り込み、演算処理を行う。
【０００８】
図１２に、光ファイバ１２が敷設されている場所の温度分布が一定の場合のＳＴ光、ＡＳ光の強度波形の例を示す。横軸は時間であるが、光の速度は一定なので、散乱点からＡＰＤ１３、１７までの距離を表す。縦軸は後方散乱光の強度である。
【０００９】
図１２（Ａ）は後方散乱光の強度分布の測定値であり、上がＳＴ光、下がＡＳ光である。後方散乱光は光ファイバ１２内で減衰するので、その強度は距離に応じて指数関数的に減衰する。
【００１０】
図１２（Ｂ）は縦軸を、ノイズレベルを基準とした対数目盛に変換したグラフである。温度分布が一定なので、ＳＴ光、ＡＳ光の強度曲線は直線になる。このＳＴ光、ＡＳ光の強度波形に基づいて、光ファイバ１２が配置されている場所の温度分布を計算する。
【００１１】
特許文献１〜４には、図１１と同様構成の温度測定装置が記載されている。特許文献１には、ＳＴ光とＡＳ光を用いて温度を測定する原理が記載されている。特許文献１では、ラマン散乱光のラマンシフト波数の分布を考慮した補正テーブルを具備し、ラマンシフト波数の分布を有さないものとして温度を演算し、前記補正テーブルを用いて演算した温度を補正することが記載されている。
【００１２】
特許文献２には、波長が異なる第１、第２の光源を備え、第１の光源によるＳＴ光またはＡＳ光の光速と第２の光源によるＳＴ光とＡＳ光の光速が一致あるいは相互近似するように、前記第１、第２の光源の波長を選択するようにすることにより、温度測定誤差を低減することができる温度分布測定装置が記載されている。
【００１３】
特許文献３には、光ファイバの温度変化の影響を補正して、この光ファイバの損失劣化度を演算する損失劣化度演算手段を設けることにより、光ファイバの温度変化の影響を除去できる光ファイバ分布型温度測定装置が記載されている。
【００１４】
特許文献４には、ＳＴ光とＡＳ光に対する光ファイバの分光屈折率に応じてＳＴ光とＡＳ光の検出強度をサンプリングすることにより、正確な温度分布を測定することができる温度分布測定装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２０１０−２２３８３１号公報
【特許文献２】特開２０１１−３８８７１号公報
【特許文献３】特開２０１１−５８８１５号公報
【特許文献４】特開平６−２６９４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、このような温度測定装置には次のような課題があった。
後方散乱光の光強度を電流信号に変換するＡＰＤには波形歪みを発生するものがある。このような波形歪みを有する信号を増幅し、デジタルデータに変換した信号に基づいて温度分布を演算すると、温度測定値に誤差が発生してしまうという課題があった。特に、ＳＴ光を測定するＡＰＤとＡＳ光を測定するＡＰＤの歪み特性が異なると、大きな温度測定誤差が発生してしまうという課題もあった。
【００１７】
このことを、図１３、図１４を用いて説明する。図１３はＳＴ光の強度を電流信号に変換するＡＰＤ１３に波形歪みが発生した例である。なお、光ファイバが敷設されている場所の温度分布は一定であるとする。
【００１８】
図１３（Ａ）はＳＴ光の波形、（Ｂ）はＡＳ光の波形であり、左側は生の波形、右側は縦軸を対数目盛に変換した波形である。なお、横軸は時間（距離）、縦軸は光強度である。
【００１９】
（Ａ）において、ＡＰＤ１３の特性により、左側の波形の２４で波形歪みが発生し、点線のようにならなければならない波形が、実線のように変化したとする。右側の波形の２５に示すように、縦軸を対数変換した波形でも、点線のように勾配が一定値にならなければならないが、実線のように歪んだ波形になる。ＡＰＤ１７は波形歪みを発生しないので、（Ｂ）に示すように正常な波形になる。
【００２０】
（Ｃ）は（Ａ）のＳＴ光と（Ｂ）のＡＳ光に基づいて算出した温度分布であり、横軸は距離、縦軸は温度である。温度分布は一定なので水平線にならなければならないが、ＳＴ光の波形歪みの影響で、２６の部分において実線のように温度が上昇し、温度分布が一定でないという結果が得られる。
【００２１】
図１４は、ＡＰＤ１７の特性によって、ＡＳ光の強度信号に波形歪みが発生した例であり、（Ａ）はＳＴ光の波形、（Ｂ）はＡＳ光の波形である。この例ではＳＴ光には波形歪みは発生していないが、（Ｂ）の２７、２８に示すように、点線にならなければならない波形が、ＡＰＤ１７の特性のために実線のように持ち上がった波形に歪んでいる。このため、（Ｃ）に示すように、水平線にならなければならない温度分布が、２９の部分で上昇する結果が得られる。
【００２２】
図１３と図１４を比較すると、ＳＴ光とＡＳ光の波形歪みは逆方向であるが、温度分布は同じ傾向を示している。従って、ＡＰＤ１３と１７の歪み特性が逆であると温度分布が加算され、誤差が増大する。
【００２３】
このように、ＡＰＤの波形歪みによって温度分布に誤差が発生し、かつＳＴ光とＡＳ光を検出するＡＰＤの波形歪み特性が逆であると、誤差が加算されて増大してしまうという課題があった。
【００２４】
特許文献１〜４は、いずれもＡＰＤの波形歪みによる温度分布の誤差を補正するものではない。
【００２５】
本発明の目的は、簡単な構成により、波形歪みを補正してより正確な温度分布を測定することができる、光ファイバを用いた温度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】
【００２６】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
光ファイバにパルス光を入射し、この光ファイバの後方散乱光の強度に基づいて温度分布を測定する光ファイバを用いた温度測定装置において、
前記後方散乱光が入射され、この入射された後方散乱光の強度を電圧信号に変換する光電変換部と、
前記光電変換部で発生した波形歪みを補正する波形整形部と、
前記光電変換部の出力信号に関連する信号が入力され、この信号から温度分布を演算する信号処理部と、
を具備したものである。簡単な構成で、光電変換部で発生した波形歪みを補正して、正確な温度分布を測定できる。
【００２７】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記光電変換部の出力信号を増幅する増幅部を具備し、前記波形整形部をこの増幅部に内蔵させたものである。簡単な構成で波形歪みを補正できる。
【００２８】
請求項３記載の発明は、請求項１若しくは請求項２に記載の発明において、
前記光電変換部は、後方散乱光を電流信号に変換する光センサと、この光センサの出力電流信号を電圧信号に変換するＩ−Ｖ変換部で構成され、
前記波形整形部を前記Ｉ−Ｖ変換部に内蔵させたものである。簡単な構成で波形歪みを補正できる。
【００２９】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３いずれかに記載の発明において、
前記波形整形部を、コンデンサまたはインダクタで構成したものである。簡単な構成で波形歪みを補正できる。
【００３０】
請求項５記載の発明は、
光ファイバにパルス光を入射し、この光ファイバの後方散乱光の強度に基づいて温度分布を測定する光ファイバを用いた温度測定装置において、
前記後方散乱光が入射され、この入射された後方散乱光の強度を電圧信号に変換する光電変換部と、
前記光電変換部の出力信号に関連する信号をデジタルデータに変換するＡＤ変換部と、
前記ＡＤ変換部が変換したデジタルデータが入力され、前記光電変換部で発生した波形歪みを補正する波形整形部と、
を具備したものである。簡単な構成で、かつ正確に波形歪みを補正でき、正確な温度分布を測定できる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば以下のような効果がある。
請求項１、２、３、４および５の発明によれば、光ファイバにパルス光を入射し、この光ファイバの後方散乱光の強度から、前記光ファイバが敷設されている場所の温度分布を測定する光ファイバを用いた温度測定装置において、後方散乱光を検出する光電変換部で発生する波形歪みを補正する波形整形部を設けるようにした。また、この波形整形部を、増幅部あるいは光電変換部を構成するＩ−Ｖ変換部に内蔵するようにした。
【００３２】
簡単な構成で、光電変換部で発生する波形歪みを補正することができるので、正確な温度分布を測定することができるという効果がある。また、波形歪みを補正する波形整形部を増幅部あるいはＩ−Ｖ変換部に内蔵させることにより、構成をより簡単にすることができるという効果もある。
【００３３】
さらに、波形データをデジタルデータに変換し、演算処理によって波形歪みを補正するようにすると、より正確に波形歪みを補正することができ、正確な温度分布を測定することができるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施例を示した構成図である。
【図２】波形整形部の構成図である。
【図３】波形整形部の構成図である。
【図４】波形整形部の構成図である。
【図５】波形整形部の構成図である。
【図６】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図７】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図８】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図９】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図１０】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図１１】従来の光ファイバを用いた温度測定装置の構成図である。
【図１２】ＳＴ光、ＡＳ光の強度波形を示す特性図である。
【図１３】ＳＴ光、ＡＳ光の強度波形を示す特性図である。
【図１４】ＳＴ光、ＡＳ光の強度波形を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る光ファイバを用いた温度測定装置の一実施例を示した構成図である。なお、図１１と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。なお、ＡＰＤ１３、１７は光センサに相当する。また、ＡＰＤ１３とＩ−Ｖ変換部１４、ＡＰＤ１７とＩ−Ｖ変換部１８で、それぞれ光電変換部を構成している。
【００３６】
図１において、３０は増幅部であり、波形整形部３１が内蔵されている。増幅部３０は、Ｉ−Ｖ変換部１４の出力信号を増幅すると共に、波形歪みを補正してＡＤ変換部１６に出力する。３２は増幅部であり、波形整形部３３が内蔵されている。増幅部３２は、Ｉ−Ｖ変換部１８の出力信号を増幅すると共に、波形歪みを補正してＡＤ変換部２０に出力する。
【００３７】
温度分布を測定する構成は、図１１とほぼ同じである。パルス光源１０はタイミング発生部２３が出力するタイミング信号に同期してパルス光を光ファイバ１２に出力する。光ファイバ１２の後方散乱光は波長分波部１１に入力され、ＳＴ光とＡＳ光に分波される。
【００３８】
分波されたＳＴ光はＡＰＤ１３で電流信号に変換され、Ｉ−Ｖ変換部１４で電圧信号に変換される。この電圧信号は増幅部３０で増幅、波形整形され、ＡＤ変換部１６でデジタルデータに変換される。このデジタルデータは信号処理部２１に入力される。
【００３９】
分波されたＡＳ光はＡＰＤ１７で電流信号に変換され、Ｉ−Ｖ変換部１８で電圧信号に変換される。この電圧信号は増幅部３２で増幅、波形整形され、ＡＤ変換部２０でデジタルデータに変換される。このデジタルデータは信号処理部２１に入力される。
【００４０】
信号処理部２１は入力されたデジタルデータを加算平均し、演算処理を行って温度を算出して、この算出した温度から光ファイバ１２が敷設されている場所の温度分布を演算する。この温度分布は表示部２２に表示される。
【００４１】
図２に、増幅部３０、３２と波形整形部３１、３３の一例を示す。図２において、４０は増幅器、４１〜４３は抵抗、４４はコンデンサである。抵抗４３とコンデンサ４４で波形整形部４５を構成している。また、４６は入力信号の波形、４７は出力信号の波形である。
【００４２】
抵抗４１の両端はそれぞれ増幅器４０の反転入力端子と出力端子に接続され、抵抗４２の両端はそれぞれ増幅器４０の反転入力端子と共通電位点に接続される。入力信号４６は増幅器４０の非反転入力端子に印加される。増幅器４０と抵抗４１、４２で非反転増幅器を構成している。この非反転増幅器の利得は、帰還抵抗４１、４２の抵抗値の比で決定される。
【００４３】
抵抗４３とコンデンサ４４は直列接続される。コンデンサ４４の他端は増幅器４０の反転入力端子に、抵抗４３の他端は共通電位点に接続される。すなわち、波形整形部４５は、帰還抵抗４２に並列に接続される。
【００４４】
このような構成において、入力信号４６、出力信号４７からわかるように、矩形波入力信号４６はその立ち上がりがオーバーシュートする波形４７に整形される。従って、図１３の２４のように、立ち上がりが鈍るような特性を有するＡＰＤと組み合わせると、波形歪みを補正できる。コンデンサ４４、抵抗４３の値を変えることにより、波形整形の特性を変更することができる。
【００４５】
図３に、増幅部３０、３２の他の構成を示す。なお、図２と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。
【００４６】
図３において、４８は波形整形部であり、波形整形部４８１、４８２、選択部４８３で構成される。波形整形部４８１、４８２は、それぞれ、図２の波形整形部４５と同じ構成を有し、それぞれ、抵抗、コンデンサの値が異なる。選択部４８３は、波形整形部４８１、４８２を選択し、波形整形部４８１、４８２のコンデンサの他端を増幅器４０の反転入力端子に接続させている。このように、波形整形部４８１、４８２の選択を選択部４８３で行うと、ＡＰＤ自体の個体差により、波形歪み特性が異なっても、補正を行うことができる。なお、波形整形部４８１、４８２の２つの選択を示したが、３以上の波形整形部を選択する構成でもよい。また、選択部４８５は、波形整形部４８１、４８２のどちらか一方の選択だけでなく、両方同時に選択する構成でもよい。両方同時に選択すれば、出力信号の立ち上がりのオーバーシュートをより急峻にすることができる。波形整形部４８１、４８２の両方、一方を選択切替の場合、抵抗、コンデンサの値は同一にしてもよい。
【００４７】
図４に、増幅部３０、３２の他の構成を示す。なお、図２と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。５３は入力信号の波形、５４は出力信号の波形である。
【００４８】
図４において、５０は波形整形部であり、コンデンサ５１と抵抗５２が直列接続された構成を有している。波形整形部５０は帰還抵抗４１に並列に接続される。
【００４９】
このような構成において、入力信号５３、出力信号５４からわかるように、矩形波の入力信号はその立ち上がりが鈍るような波形に変換される。従って、図１４の２７に示すように、立ち上がりが持ち上がるような特性を有するＡＰＤと組み合わせると、波形歪みを補正することができる。コンデンサ５１、抵抗５２の値を変えることにより、波形整形の特性を変更することができる。
【００５０】
なお、図３に示すように、異なる値の波形整形部５０を２以上並列に設け、選択部により選択する構成にしてもよい。
【００５１】
図５に、増幅部３０、３２の他の実施例を示す。この実施例は、増幅器として反転増幅器を用いたものである。なお、６６は入力信号の波形を、６７は出力信号の波形を表す。
【００５２】
図５において、６０は増幅器、６１、６２、６５は抵抗、６４はコンデンサである。抵抗６１の両端はそれぞれ増幅器６０の反転入力端子と出力端子に接続される。抵抗６２の一端は増幅器６０の反転入力端子に接続され、他端には入力信号６６が印加される。増幅器６０の非反転入力端子は共通電位点に接続される。抵抗６１は帰還抵抗、６２は入力抵抗である。
【００５３】
コンデンサ６４と抵抗６５は直列接続され、波形整形部６３を構成している。この波形整形部６３は入力抵抗６２に並列に接続される。
【００５４】
入力信号６６、出力信号６７から明らかなように、この増幅部は矩形波入力信号の極性を反転し、かつその出力信号はその立ち下がりでアンダーシュートする特性を有する。コンデンサ６４、抵抗６５の値を変えることにより、波形整形の特性を変更することができる。
【００５５】
なお、波形整形部６３を帰還抵抗６１と並列に接続するようにしてもよい。また、波形整形部６３を２つ以上並列接続するようにしてもよい。また、選択部を設け、２以上の波形整形部を選択する構成にしてもよい。
【００５６】
図２〜図５から明らかなように、波形整形部を配置する位置を変え、コンデンサおよび抵抗の値を調整することにより、種々の特性の増幅部を構成することができる。従って、これらの増幅部を波形歪みを発生するＡＰＤと組み合わせることにより、ＡＰＤの出力波形の歪みを補正することができる。
【００５７】
なお、図２〜図５の波形整形部４５、４８、５０、６３において、コンデンサ４４，５１、６４をインダクタ（コイル）で置き換えてもよい。このようにすると、波形整形の特性を逆特性にすることができる。また、抵抗４３、５２、６５は省略（短絡）することもできる。
【００５８】
また、図１の増幅部３０、３２は異なる構成であってもよく、波形整形部３１、３３は異なる特性を有するものであってもよい。要は、組み合わせるＡＰＤが発生する波形歪みを補正するものであればよい。
【００５９】
図６に、本発明の他の構成を示す。なお、図１、図１１と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。図６において、ＳＴ光はＡＰＤ１３、Ｉ−Ｖ変換部１４で電圧信号に変換されて、増幅部３０で増幅、波形整形される。ＡＳ光はＡＰＤ１７、Ｉ−Ｖ変換部１８で電圧信号に変換されて、増幅部１９で増幅される。
【００６０】
この実施例は、ＳＴ光が入力されるＡＰＤ１３と組み合わせる増幅部のみ波形整形部を内蔵した構成を用い、ＡＳ光が入力されるＡＰＤ１７と組み合わせる増幅部は波形整形部を内蔵しない増幅部を用いたものである。
【００６１】
波形整形部３１の特性を温度誤差が少なくなるように選択することにより、ＡＰＤ１３と１７の両方の波形歪みを１つの波形整形部で補正することができる。このようにすることにより、構成をより簡単にすることができる。なお、ＡＳ光が入力される側の増幅部に波形整形部を配置するようにしてもよい。
【００６２】
図７に、本発明の他の実施例を示す。なお、図１、図１１と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。また、ＡＰＤ１３とＩ−Ｖ変換部７０、ＡＰＤ１７とＩ−Ｖ変換部７２で、それぞれ光電変換部を構成している。
【００６３】
図７において、７０、７２はＩ−Ｖ変換部、７１、７３はそれぞれＩ−Ｖ変換部７０、７２に内蔵された波形整形部である。ＡＰＤ１３、１７の出力信号はそれぞれＩ−Ｖ変換部７０、７２で電圧信号に変換、波形整形され、増幅部１５、１９に出力される。
【００６４】
この実施例では、Ｉ−Ｖ変換部７０、７２で電流信号を電圧信号に変換すると共に、波形整形を行っている。一般的なＩ−Ｖ変換部は、電流を検出する抵抗と、この抵抗両端の電圧を増幅する差動増幅器で構成される。図２〜図５に示すように、この差動増幅器の入力抵抗あるいは帰還抵抗に並列に波形整形部を接続することにより、波形整形を行うことができる。なお、図６と同様に、Ｉ−Ｖ変換部７０と７２のどちらか一方にのみ波形整形部を内蔵する構成とすることもできる。また、波形整形部７１、７３は異なる特性のものを使用してもよい。
【００６５】
図８に、さらに他の実施例を示す。この実施例は、Ｉ−Ｖ変換部と増幅部の両方に波形整形部を内蔵したものである。なお、図１、６、７と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。また、パルス光源１０、波長分波部１１、光ファイバ１２、タイミング発生部２３は記載を省略している。
【００６６】
図８において、ＳＴ光はＡＰＤ１３で電流信号に変換され、波形整形部７１が内蔵されたＩ−Ｖ変換部７０で電圧信号に変換、波形整形される。この電圧信号は、波形整形部３１が内蔵された増幅部３０で増幅、波形整形され、ＡＤ変換部１６でデジタルデータに変換される。ＡＳ光は、図１１と同様に波形整形されずにＡＤ変換部２０でデジタルデータに変換される。
【００６７】
このように、２段階で波形整形を行うことにより、よりきめ細かく波形整形を行うことができるので、温度誤差をさらに小さくすることができる。なお、ＡＳ光が入力される経路のＩ−Ｖ変換部、増幅部に波形整形部を内蔵するようにしてもよく、あるいはＳＴ光がとＡＳ光入力される経路の両方のＩ−Ｖ変換部、増幅部に波形整形部を内蔵するようにしてもよい。
【００６８】
図９にさらに他の実施例を示す。この実施例は、波形整形部をＩ−Ｖ変換部あるいは増幅部に内蔵せず、独立した構成としたものである。なお、図１１と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。また、パルス光源１０、波長分波部１１、光ファイバ１２、タイミング発生部２３は記載を省略している。
【００６９】
図９において、８０は波形整形部であり、Ｉ−Ｖ変換部１４の出力信号が入力される。波形整形部８０は、Ｉ−Ｖ変換部１４の出力信号の波形を整形し、増幅部１５に出力する。８１は波形整形部であり、Ｉ−Ｖ変換部１８の出力信号が入力される。波形整形部８１は、Ｉ−Ｖ変換部１８の出力信号の波形を整形し、増幅部１９に出力する。波形整形部８０、８１として、図２〜図５の構成のものを使用することができる。
【００７０】
なお、ＳＴ光が入力される経路、あるいはＡＳ光が入力される経路のどちらか一方に波形整形部を配置するようにしてもよい。また、増幅部１５、１９の後に波形整形部８０、８１を配置するようにしてもよい。また、波形整形部は、複数種類の波形整形部を選択部により選択する構成でもよい。
【００７１】
図１０にさらに他の実施例を示す。この実施例は信号処理部内に波形整形部を設けたものである。なお、図１１と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。また、パルス光源１０、波長分波部１１、光ファイバ１２、タイミング発生部２３は記載を省略している。図１０において、９０は信号処理部、９１、９２は信号処理部９０に内蔵された波形整形部である。
【００７２】
波形整形部９１にはＡＤ変換部１６の出力デジタルデータである波形データが入力される。波形整形部９１は、入力された波形データをデジタル的に処理し、波形歪みを補正する。波形整形部９２にはＡＤ変換部２０の出力デジタルデータである波形データが入力される。波形整形部９２は、入力された波形データをデジタル的に処理し、波形歪みを補正する。信号処理部９０は、波形整形部９０、９１で補正された波形データを用いて温度分布を演算する。
【００７３】
波形整形部９１、９２は内部に波形歪みを補正する補正テーブルを具備し、この補正テーブルを用いて入力されたデジタルデータを補正するようにする。また、波形歪みを補正する関数を具備し、この関数を用いて補正するようにしてもよい。なお、波形整形部９１、９２はどちらか一方のみ用いるようにしてもよく、波形整形部９０、９１を信号処理部に内蔵せず、独立した構成としてもよい。また、波形整形部９０，９１は、複数種類の補正テーブルを設け、選択する構成にしてもよい。
【００７４】
デジタル的に補正するので、正確に波形歪みを補正することができ、より正確な温度分布を測定することができる。また、波形整形部９１、９２はソフトウエアで構成することができるので、ハードウエアを簡単にすることができる。
【００７５】
なお、これらの実施例では、増幅部１５、１９は必ずしも必須ではない。Ｉ−Ｖ変換部１４、１８、７０、７２で必要なレベルにまで増幅するようにしてもよい。
【００７６】
また、波形整形部３１、３３、７１、７３、８０、８１は必ずしも図２〜図５の構成に限られることはない。要は、ＡＰＤ１３、１７で発生する波形歪みを補正できる構成であればよい。
【符号の説明】
【００７７】
１０ パルス光源
１１ 波長分波部
１２ 光ファイバ
１３、１７ ＡＰＤ
１４、１８、７０、７２ Ｉ−Ｖ変換部
１９、３０、３２ 増幅部
３１、３３、４５、４８、４８１、４８２、５０、６３、７１、７３ 波形整形部
８０、８１、９１、９２ 波形整形部
１６、２０ ＡＤ変換部
２１、９０ 信号処理部
４０、６０ 増幅器
４１〜４３、５２、６１、６２、６５ 抵抗
４４、５１、６４ コンデンサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバにパルス光を入射し、この光ファイバの後方散乱光の強度に基づいて温度分布を測定する光ファイバを用いた温度測定装置において、
前記後方散乱光が入射され、この入射された後方散乱光の強度を電圧信号に変換する光電変換部と、
前記光電変換部で発生した波形歪みを補正する波形整形部と、
前記光電変換部の出力信号に関連する信号が入力され、この信号から温度分布を演算する信号処理部と、
を具備したことを特徴とする光ファイバを用いた温度測定装置。
【請求項２】
前記光電変換部の出力信号を増幅する増幅部を具備し、前記波形整形部をこの増幅部に内蔵させたことを特徴とする請求項１記載の光ファイバを用いた温度測定装置。
【請求項３】
前記光電変換部は、後方散乱光を電流信号に変換する光センサと、この光センサの出力電流信号を電圧信号に変換するＩ−Ｖ変換部で構成され、
前記波形整形部を前記Ｉ−Ｖ変換部に内蔵させたことを特徴とする請求項１若しくは請求項２記載の光ファイバを用いた温度測定装置。
【請求項４】
前記波形整形部は、コンデンサまたはインダクタで構成されることを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれかに記載の光ファイバを用いた温度測定装置。
【請求項５】
光ファイバにパルス光を入射し、この光ファイバの後方散乱光の強度に基づいて温度分布を測定する光ファイバを用いた温度測定装置において、
前記後方散乱光が入射され、この入射された後方散乱光の強度を電圧信号に変換する光電変換部と、
前記光電変換部の出力信号に関連する信号をデジタルデータに変換するＡＤ変換部と、
前記ＡＤ変換部が変換したデジタルデータが入力され、前記光電変換部で発生した波形歪みを補正する波形整形部と、
を具備したことを特徴とする光ファイバを用いた温度測定装置。
【請求項１】
光ファイバにパルス光を入射し、この光ファイバの後方散乱光の強度に基づいて温度分布を測定する光ファイバを用いた温度測定装置において、
前記後方散乱光が入射され、この入射された後方散乱光の強度を電圧信号に変換する光電変換部と、
前記光電変換部で発生した波形歪みを補正する波形整形部と、
前記光電変換部の出力信号に関連する信号が入力され、この信号から温度分布を演算する信号処理部と、
を具備したことを特徴とする光ファイバを用いた温度測定装置。
【請求項２】
前記光電変換部の出力信号を増幅する増幅部を具備し、前記波形整形部をこの増幅部に内蔵させたことを特徴とする請求項１記載の光ファイバを用いた温度測定装置。
【請求項３】
前記光電変換部は、後方散乱光を電流信号に変換する光センサと、この光センサの出力電流信号を電圧信号に変換するＩ−Ｖ変換部で構成され、
前記波形整形部を前記Ｉ−Ｖ変換部に内蔵させたことを特徴とする請求項１若しくは請求項２記載の光ファイバを用いた温度測定装置。
【請求項４】
前記波形整形部は、コンデンサまたはインダクタで構成されることを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれかに記載の光ファイバを用いた温度測定装置。
【請求項５】
光ファイバにパルス光を入射し、この光ファイバの後方散乱光の強度に基づいて温度分布を測定する光ファイバを用いた温度測定装置において、
前記後方散乱光が入射され、この入射された後方散乱光の強度を電圧信号に変換する光電変換部と、
前記光電変換部の出力信号に関連する信号をデジタルデータに変換するＡＤ変換部と、
前記ＡＤ変換部が変換したデジタルデータが入力され、前記光電変換部で発生した波形歪みを補正する波形整形部と、
を具備したことを特徴とする光ファイバを用いた温度測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−９６７１０（Ｐ２０１３−９６７１０Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３６６１４（Ｐ２０１１−２３６６１４）
【出願日】平成２３年１０月２８日（２０１１．１０．２８）
【出願人】（０００００６５０７）横河電機株式会社 (4,443)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２８日（２０１１．１０．２８）
【出願人】（０００００６５０７）横河電機株式会社 (4,443)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]