光ファイバ温度測定装置
【課題】メモリサイズを増やすことなく、より遠方の温度測定を可能とする光ファイバ温度測定装置を実現する。
【解決手段】被測定対象に沿って所定長に敷設された光ファイバに、タイミング信号に同期して光パルスを入射させて得られる後方散乱光の２成分の夫々を受光した電気信号をＡ／Ｄ変換し、平均処理を実行する信号処理部を介してデータ記憶メモリに保持させ、このデータ記憶メモリから読み出される２成分のデータを演算して温度信号に変換する光ファイバ温度測定装置において、
前記タイミング信号の発生より所定の遅延時間経過まで、前記信号処理部の処理を停止させる遅延時間発生回路を備える。
【解決手段】被測定対象に沿って所定長に敷設された光ファイバに、タイミング信号に同期して光パルスを入射させて得られる後方散乱光の２成分の夫々を受光した電気信号をＡ／Ｄ変換し、平均処理を実行する信号処理部を介してデータ記憶メモリに保持させ、このデータ記憶メモリから読み出される２成分のデータを演算して温度信号に変換する光ファイバ温度測定装置において、
前記タイミング信号の発生より所定の遅延時間経過まで、前記信号処理部の処理を停止させる遅延時間発生回路を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定対象に沿って所定長に敷設された光ファイバに、タイミング信号に同期して光パルスを入射させて得られる後方散乱光の２成分の夫々を受光した電気信号をＡ／Ｄ変換し、平均処理を実行する信号処理部を介してデータ記憶メモリに保持させ、このデータ記憶メモリから読み出される前記２成分のデータを演算して温度信号に変換する光ファイバ温度測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ温度測定装置は、接続された光ファイバに沿って数十kmにわたる温度を測定することができる。光ファイバに発生する後方散乱光の２成分であるアンチストーク光およびストーク光の温度依存特性を利用した温度測定装置については、特許文献１に詳細な技術開示がある。
【０００３】
図５は、光ファイバ温度測定装置の動作原理を説明する波形図である。光ファイバ温度測定装置より、（Ａ）に示す光パルスを時刻ｔ１で光ファイバに入射し、所定距離Ｌにある熱源位置からの後方散乱光のアンチストーク光データおよびストーク光データを（Ｂ）および（Ｃ）に示すように時刻ｔ２で受光する。
【０００４】
時刻ｔ１からｔ２までの時間Ｔが光ファイバ温度測定装置から熱源までの距離Ｌを示し、時刻ｔ２で測定される（Ｂ）および（Ｃ）に示す温度依存性のあるアンチストーク光データおよびストーク光データの比率演算により、距離Ｌにある熱源の温度測定値を（Ｄ）示すように演算する。
【０００５】
図６は、従来の光ファイバ温度測定装置の構成例を示す機能ブロック図である。光ファイバ温度測定装置は、被測定対象に沿って所定長に敷設された光ファイバ１に入射させるために、タイミング発生回路２からのタイミング信号に同期して符号生成回路３で生成された符号をレーザ光源４で光パルス列に変換し、光サーキュレータ５を経由して光ファイバ１に入射させる。
【０００６】
光パルスを光ファイバ１に入射させて得られる後方散乱光を、光サーキュレータ５および図示しないフィルタ手段で抽出し、後方ラマン散乱光の２成分であるストークス光およびアンチストークス光に分けて受光回路６で受光し、夫々の受光信号を電気信号に変換する。
【０００７】
受光回路６で変換された電気信号は、Ａ／Ｄ変換回路７でデジタル信号に変換された後平均処理を実行する信号処理部８でディジタル信号処理を実行し、データ記憶メモリ９に距離に応じたストークス光およびアンチストークス光の測定データを格納する。
【０００８】
温度演算部１０は、測定したい距離に対応したストークス光およびアンチストークス光データをデータ記憶メモリ９から読み出し、比率演算を実行して温度測定値を算出する。温度表示部１１は、算出された温度測定値を表示する。
【０００９】
データ記憶メモリ９のメモリサイズは、光ファイバ１へのパルス入射位置から測定したい対象までの最大距離からのストークス光およびアンチストークス光データを取得して保持するサイズとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００７−２４０１７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
温度を測定したい場所は、光ファイバ温度測定装置のパルス入力端からではなく、離れていることもある。従来構成の光ファイバ温度測定装置では、光ファイバに沿って温度を測定できることが特徴であるが、遠方に測定対象がある場合には、それに応じてデータ記憶メモリを増やす必要があり、メモリ資源のコストアップとなる問題がある。
【００１２】
データ記憶メモリを増やすことは、その分のコストアップだけでなく、温度測定装置の基盤となるハードウエアやＯＳを変更することにもなる。
【００１３】
本発明の目的は、メモリサイズを増やすことなく、より遠方の温度測定を可能とする光ファイバ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】
【００１４】
このような課題を達成するために、本発明は次の通りの構成になっている。
（１）被測定対象に沿って所定長に敷設された光ファイバに、タイミング信号に同期して光パルスを入射させて得られる後方散乱光の２成分の夫々を受光した電気信号をＡ／Ｄ変換し、平均処理を実行する信号処理部を介してデータ記憶メモリに保持させ、このデータ記憶メモリから読み出される前記２成分のデータを演算して温度信号に変換する光ファイバ温度測定装置において、
前記タイミング信号の発生より所定の遅延時間経過まで、前記信号処理部の処理を停止させる遅延時間発生回路を備えることを特徴とする光ファイバ温度測定装置。
【００１５】
（２）前記信号処理部は、前記タイミング信号に同期して、前記信号処理部の処理結果を保持させる前記データ記憶メモリのアドレスを指定するためのカウンタを備え、前記遅延時間発生回路は、前記タイミング信号の発生より所定の遅延時間経過まで、前記カウンタの動作を停止させることを特徴とする（１）に記載の光ファイバ温度測定装置。
【００１６】
（３）前記遅延時間は、前記信号処理部から前記データ記憶メモリのメモリサイズ一杯まで書き込まれる時間よりも長く設定されることを特徴とする（１）または（２）に記載の光ファイバ温度測定装置。
【発明の効果】
【００１７】
本発明では、データ取得するタイミングを変える機能によって、データを格納するメモリを増やすことなく、より遠方にある熱源の温度測定が可能となる。これにより、メモリを増やすことによる装置の基盤となるハードウエアやＯＳを変更などの影響を回避することができる。
【００１８】
温度を測定したい場所は、光ファイバ温度測定装置のパルス入力端からではなく、遠方の特定箇所の場合もある。例えば、海底油田の温度測定では、海底まで数ｋｍの場合もある。このような測定環境でも、海中の温度は測定せずに特定箇所である海底油田の温度を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明を適用した光ファイバ温度測定装置の一実施例を示す機能ブロック図である。
【図２】本発明の動作を説明するタイムチャートである。
【図３】本発明を適用した光ファイバ温度測定装置の主要部の詳細を示す機能ブロック図である。
【図４】図３の動作を説明するタイムチャートである。
【図５】光ファイバ温度測定装置の動作原理を説明する波形図である。
【図６】従来の光ファイバ温度測定装置の構成例を示す機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明を適用した光ファイバ温度測定装置の一実施例を示す機能ブロック図である。図６で説明した従来構成と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。
【００２１】
図６に示した従来構成に追加される本発明の特徴部は、タイミング発生回路２と信号処理部８との間に挿入された遅延時間発生回路１００を設けた構成にある。この遅延時間発生回路１００によって、信号処理部８によるデータ記憶メモリ９へのデータの格納を遅延させる。
【００２２】
図２は、本発明の動作を説明するタイムチャートである。遅延時間は測定距離に対応する。遅延時間τを、信号処理部８からデータ記憶メモリ９のメモリサイズＭ一杯まで書き込まれる時間よりも長く設定することにより、メモリサイズＭで対応可能な距離より遠方にある熱源の測定データを取得することができる。
【００２３】
図３は、本発明を適用した光ファイバ温度測定装置の主要部の詳細を示す機能ブロック図である。タイミング発生回路２からのクロックＣＬに同期して、Ａ／Ｄ変換回路７はＡＤ変換データを信号処理部の加算器８１Ａおよび８１Ｂに入力する。
【００２４】
遅延発生回路１００は、最初のクロック発生のタイミングより所定の遅延時間後に加算器８１Ａおよび８１Ｂに加算イネーブル信号を与え、平均化処理のための加算処理を有効にする。
【００２５】
加算器８１Ａおよび８１Ｂは、Ａ／Ｄ変換回路７から与えられる現在の測定データＡＤとデータ記憶メモリから読み返した前回の測定データであるリードデータを加算して平均化し、その平均値を現在の測定データであるライトデータとしてデータ記憶メモリ９に保存する。
【００２６】
信号処理部８は、クロックＣＬをカウントアップするカウンタ８２を備える。このカウンタ８２は、距離に対応した一対の測定データをデータ記憶メモリ９に格納するためのリードアドレスおよびライトアドレスを与える。カウンタのカウント値は測定距離に対応し、データ記憶メモリ９のアドレスとなる。
【００２７】
遅延発生回路１００は、最初のクロック発生のタイミングより所定の遅延時間後にこのカウンタ８２にカウンタイネーブル信号を与え、測定データを格納するためのアドレス生成を有効にする。データの読み出し、書き込みが同時にあるため、リードアドレスとライトアドレスをそれぞれ出力する。データ記憶メモリ９は、距離に対応したアドレスに一対の測定データが対応して保持されるテーブル構成となっている。
【００２８】
図４は、図３の動作を説明するタイムチャートである。図４（Ａ）はリードアドレス、（Ｂ）はライトアドレス、（Ｃ）はクロック、（Ｄ）はＡＤデータ、（Ｅ）はリードデータ、（Ｆ）ライトデータを示す。
【００２９】
遅延時間発生回路１００は、遅延後の時刻ｔ１でカウンタイネーブル信号を出力し、アドレスがカウントアップされる。例では0〜99、加算時間を考慮し、リードアドレスとライトアドレスが1クロック遅れている。
【００３０】
１回目の測定では、データ記憶メモリ９の初期値となるため、加算イネーブル信号は出力せず、ＡＤデータ（A0,A1,A2,…,A99）がメモリへ格納される。
【００３１】
時刻ｔ２からの２回目以降の測定では、加算イネーブル信号が出力され、読み出した過去の測定データであるリードデータ（R0,R1,R2,…R99）と現在の測定データであるＡＤデータ（A0,A1,A2,…,A99）が加算されライトデータ（W0,W1,W2,…,W99）としてデータ記憶メモリ９へ格納される。
【符号の説明】
【００３２】
１ 光ファイバ
２ タイミング発生回路
３ 符号生成回路
４ レーザ光源
５ 光サーキュレータ
６ 受光回路
７ Ａ／Ｄ変換回路
８ 信号処理部
９ データ記憶メモリ
１０ 温度演算部
１１ 温度表示部
１００ 遅延時間発生回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定対象に沿って所定長に敷設された光ファイバに、タイミング信号に同期して光パルスを入射させて得られる後方散乱光の２成分の夫々を受光した電気信号をＡ／Ｄ変換し、平均処理を実行する信号処理部を介してデータ記憶メモリに保持させ、このデータ記憶メモリから読み出される前記２成分のデータを演算して温度信号に変換する光ファイバ温度測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ温度測定装置は、接続された光ファイバに沿って数十kmにわたる温度を測定することができる。光ファイバに発生する後方散乱光の２成分であるアンチストーク光およびストーク光の温度依存特性を利用した温度測定装置については、特許文献１に詳細な技術開示がある。
【０００３】
図５は、光ファイバ温度測定装置の動作原理を説明する波形図である。光ファイバ温度測定装置より、（Ａ）に示す光パルスを時刻ｔ１で光ファイバに入射し、所定距離Ｌにある熱源位置からの後方散乱光のアンチストーク光データおよびストーク光データを（Ｂ）および（Ｃ）に示すように時刻ｔ２で受光する。
【０００４】
時刻ｔ１からｔ２までの時間Ｔが光ファイバ温度測定装置から熱源までの距離Ｌを示し、時刻ｔ２で測定される（Ｂ）および（Ｃ）に示す温度依存性のあるアンチストーク光データおよびストーク光データの比率演算により、距離Ｌにある熱源の温度測定値を（Ｄ）示すように演算する。
【０００５】
図６は、従来の光ファイバ温度測定装置の構成例を示す機能ブロック図である。光ファイバ温度測定装置は、被測定対象に沿って所定長に敷設された光ファイバ１に入射させるために、タイミング発生回路２からのタイミング信号に同期して符号生成回路３で生成された符号をレーザ光源４で光パルス列に変換し、光サーキュレータ５を経由して光ファイバ１に入射させる。
【０００６】
光パルスを光ファイバ１に入射させて得られる後方散乱光を、光サーキュレータ５および図示しないフィルタ手段で抽出し、後方ラマン散乱光の２成分であるストークス光およびアンチストークス光に分けて受光回路６で受光し、夫々の受光信号を電気信号に変換する。
【０００７】
受光回路６で変換された電気信号は、Ａ／Ｄ変換回路７でデジタル信号に変換された後平均処理を実行する信号処理部８でディジタル信号処理を実行し、データ記憶メモリ９に距離に応じたストークス光およびアンチストークス光の測定データを格納する。
【０００８】
温度演算部１０は、測定したい距離に対応したストークス光およびアンチストークス光データをデータ記憶メモリ９から読み出し、比率演算を実行して温度測定値を算出する。温度表示部１１は、算出された温度測定値を表示する。
【０００９】
データ記憶メモリ９のメモリサイズは、光ファイバ１へのパルス入射位置から測定したい対象までの最大距離からのストークス光およびアンチストークス光データを取得して保持するサイズとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００７−２４０１７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
温度を測定したい場所は、光ファイバ温度測定装置のパルス入力端からではなく、離れていることもある。従来構成の光ファイバ温度測定装置では、光ファイバに沿って温度を測定できることが特徴であるが、遠方に測定対象がある場合には、それに応じてデータ記憶メモリを増やす必要があり、メモリ資源のコストアップとなる問題がある。
【００１２】
データ記憶メモリを増やすことは、その分のコストアップだけでなく、温度測定装置の基盤となるハードウエアやＯＳを変更することにもなる。
【００１３】
本発明の目的は、メモリサイズを増やすことなく、より遠方の温度測定を可能とする光ファイバ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】
【００１４】
このような課題を達成するために、本発明は次の通りの構成になっている。
（１）被測定対象に沿って所定長に敷設された光ファイバに、タイミング信号に同期して光パルスを入射させて得られる後方散乱光の２成分の夫々を受光した電気信号をＡ／Ｄ変換し、平均処理を実行する信号処理部を介してデータ記憶メモリに保持させ、このデータ記憶メモリから読み出される前記２成分のデータを演算して温度信号に変換する光ファイバ温度測定装置において、
前記タイミング信号の発生より所定の遅延時間経過まで、前記信号処理部の処理を停止させる遅延時間発生回路を備えることを特徴とする光ファイバ温度測定装置。
【００１５】
（２）前記信号処理部は、前記タイミング信号に同期して、前記信号処理部の処理結果を保持させる前記データ記憶メモリのアドレスを指定するためのカウンタを備え、前記遅延時間発生回路は、前記タイミング信号の発生より所定の遅延時間経過まで、前記カウンタの動作を停止させることを特徴とする（１）に記載の光ファイバ温度測定装置。
【００１６】
（３）前記遅延時間は、前記信号処理部から前記データ記憶メモリのメモリサイズ一杯まで書き込まれる時間よりも長く設定されることを特徴とする（１）または（２）に記載の光ファイバ温度測定装置。
【発明の効果】
【００１７】
本発明では、データ取得するタイミングを変える機能によって、データを格納するメモリを増やすことなく、より遠方にある熱源の温度測定が可能となる。これにより、メモリを増やすことによる装置の基盤となるハードウエアやＯＳを変更などの影響を回避することができる。
【００１８】
温度を測定したい場所は、光ファイバ温度測定装置のパルス入力端からではなく、遠方の特定箇所の場合もある。例えば、海底油田の温度測定では、海底まで数ｋｍの場合もある。このような測定環境でも、海中の温度は測定せずに特定箇所である海底油田の温度を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明を適用した光ファイバ温度測定装置の一実施例を示す機能ブロック図である。
【図２】本発明の動作を説明するタイムチャートである。
【図３】本発明を適用した光ファイバ温度測定装置の主要部の詳細を示す機能ブロック図である。
【図４】図３の動作を説明するタイムチャートである。
【図５】光ファイバ温度測定装置の動作原理を説明する波形図である。
【図６】従来の光ファイバ温度測定装置の構成例を示す機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明を適用した光ファイバ温度測定装置の一実施例を示す機能ブロック図である。図６で説明した従来構成と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。
【００２１】
図６に示した従来構成に追加される本発明の特徴部は、タイミング発生回路２と信号処理部８との間に挿入された遅延時間発生回路１００を設けた構成にある。この遅延時間発生回路１００によって、信号処理部８によるデータ記憶メモリ９へのデータの格納を遅延させる。
【００２２】
図２は、本発明の動作を説明するタイムチャートである。遅延時間は測定距離に対応する。遅延時間τを、信号処理部８からデータ記憶メモリ９のメモリサイズＭ一杯まで書き込まれる時間よりも長く設定することにより、メモリサイズＭで対応可能な距離より遠方にある熱源の測定データを取得することができる。
【００２３】
図３は、本発明を適用した光ファイバ温度測定装置の主要部の詳細を示す機能ブロック図である。タイミング発生回路２からのクロックＣＬに同期して、Ａ／Ｄ変換回路７はＡＤ変換データを信号処理部の加算器８１Ａおよび８１Ｂに入力する。
【００２４】
遅延発生回路１００は、最初のクロック発生のタイミングより所定の遅延時間後に加算器８１Ａおよび８１Ｂに加算イネーブル信号を与え、平均化処理のための加算処理を有効にする。
【００２５】
加算器８１Ａおよび８１Ｂは、Ａ／Ｄ変換回路７から与えられる現在の測定データＡＤとデータ記憶メモリから読み返した前回の測定データであるリードデータを加算して平均化し、その平均値を現在の測定データであるライトデータとしてデータ記憶メモリ９に保存する。
【００２６】
信号処理部８は、クロックＣＬをカウントアップするカウンタ８２を備える。このカウンタ８２は、距離に対応した一対の測定データをデータ記憶メモリ９に格納するためのリードアドレスおよびライトアドレスを与える。カウンタのカウント値は測定距離に対応し、データ記憶メモリ９のアドレスとなる。
【００２７】
遅延発生回路１００は、最初のクロック発生のタイミングより所定の遅延時間後にこのカウンタ８２にカウンタイネーブル信号を与え、測定データを格納するためのアドレス生成を有効にする。データの読み出し、書き込みが同時にあるため、リードアドレスとライトアドレスをそれぞれ出力する。データ記憶メモリ９は、距離に対応したアドレスに一対の測定データが対応して保持されるテーブル構成となっている。
【００２８】
図４は、図３の動作を説明するタイムチャートである。図４（Ａ）はリードアドレス、（Ｂ）はライトアドレス、（Ｃ）はクロック、（Ｄ）はＡＤデータ、（Ｅ）はリードデータ、（Ｆ）ライトデータを示す。
【００２９】
遅延時間発生回路１００は、遅延後の時刻ｔ１でカウンタイネーブル信号を出力し、アドレスがカウントアップされる。例では0〜99、加算時間を考慮し、リードアドレスとライトアドレスが1クロック遅れている。
【００３０】
１回目の測定では、データ記憶メモリ９の初期値となるため、加算イネーブル信号は出力せず、ＡＤデータ（A0,A1,A2,…,A99）がメモリへ格納される。
【００３１】
時刻ｔ２からの２回目以降の測定では、加算イネーブル信号が出力され、読み出した過去の測定データであるリードデータ（R0,R1,R2,…R99）と現在の測定データであるＡＤデータ（A0,A1,A2,…,A99）が加算されライトデータ（W0,W1,W2,…,W99）としてデータ記憶メモリ９へ格納される。
【符号の説明】
【００３２】
１ 光ファイバ
２ タイミング発生回路
３ 符号生成回路
４ レーザ光源
５ 光サーキュレータ
６ 受光回路
７ Ａ／Ｄ変換回路
８ 信号処理部
９ データ記憶メモリ
１０ 温度演算部
１１ 温度表示部
１００ 遅延時間発生回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定対象に沿って所定長に敷設された光ファイバに、タイミング信号に同期して光パルスを入射させて得られる後方散乱光の２成分の夫々を受光した電気信号をＡ／Ｄ変換し、平均処理を実行する信号処理部を介してデータ記憶メモリに保持させ、このデータ記憶メモリから読み出される前記２成分のデータを演算して温度信号に変換する光ファイバ温度測定装置において、
前記タイミング信号の発生より所定の遅延時間経過まで、前記信号処理部の処理を停止させる遅延時間発生回路を備えることを特徴とする光ファイバ温度測定装置。
【請求項２】
前記信号処理部は、前記タイミング信号に同期して、前記信号処理部の処理結果を保持させる前記データ記憶メモリのアドレスを指定するためのカウンタを備え、前記遅延時間発生回路は、前記タイミング信号の発生より所定の遅延時間経過まで、前記カウンタの動作を停止させることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ温度測定装置。
【請求項３】
前記遅延時間は、前記信号処理部から前記データ記憶メモリのメモリサイズ一杯まで書き込まれる時間よりも長く設定されることを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバ温度測定装置。
【請求項１】
被測定対象に沿って所定長に敷設された光ファイバに、タイミング信号に同期して光パルスを入射させて得られる後方散乱光の２成分の夫々を受光した電気信号をＡ／Ｄ変換し、平均処理を実行する信号処理部を介してデータ記憶メモリに保持させ、このデータ記憶メモリから読み出される前記２成分のデータを演算して温度信号に変換する光ファイバ温度測定装置において、
前記タイミング信号の発生より所定の遅延時間経過まで、前記信号処理部の処理を停止させる遅延時間発生回路を備えることを特徴とする光ファイバ温度測定装置。
【請求項２】
前記信号処理部は、前記タイミング信号に同期して、前記信号処理部の処理結果を保持させる前記データ記憶メモリのアドレスを指定するためのカウンタを備え、前記遅延時間発生回路は、前記タイミング信号の発生より所定の遅延時間経過まで、前記カウンタの動作を停止させることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ温度測定装置。
【請求項３】
前記遅延時間は、前記信号処理部から前記データ記憶メモリのメモリサイズ一杯まで書き込まれる時間よりも長く設定されることを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバ温度測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−２９１４（Ｐ２０１３−２９１４Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３３３２１（Ｐ２０１１−１３３３２１）
【出願日】平成２３年６月１５日（２０１１．６．１５）
【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１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１５日（２０１１．６．１５）
【出願人】（０００００６５０７）横河電機株式会社 (4,443)
【Ｆターム（参考）】
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