[发明专利]光纤温度分布测量装置、光纤温度分布测量方法以及光纤温度分布测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于光学地远距离测量光纤的温度分布的光纤温度分布 测量装置、光纤温度分布测量方法以及光纤温度分布测量系统。

本申请是基于国际申请号PCT/JP2006/318858，在本申请中，参照并 引用该国际申请的全部内容。

背景技术

作为用于光学地远距离测量光纤的温度分布的光纤的温度分布测量 方法，已知有将利用OTDR(Optical Time Domain Reflectometry)的距 离测量的原理，与利用喇曼散射光的检测的温度测量的原理进行了组合的 方法(例如，参照专利文献1以及非专利文献1)。

图14A及图14B是表示专利文献1所记载的光纤的温度分布测量原理 的说明图，图14A是温度分布的测量原理图，图14B是后方散射光的波 长分布图。温度分布的测量是采用具备如下构成的装置进行的，即该构成 为：光束分离器3，其使入射脉冲光4通过被测量光纤2，并将在散射点5 中产生的后方散射光6进行光路变换，并作为输出光7输出到波长分离器 (未图示)；信号检测部(未图示)，其检测出从波长分离器输出的信号； 信号处理部(未图示)等。

接着，说明光纤的温度分布的测量方法。首先，将通过光源(未图示) 产生的波长λ0的入射脉冲光4入射到被测量光纤2时，在传播的过程即散 射点5中出现后方散射光6，而返回至入射端侧。在此，如果将从入射端 到某散射点5的距离设为L，将从入射脉冲光4的入射时刻开始到检测出 后方散射光6的时刻为止的时间设为t，将被测量光纤2的折射率设为n， 将真空中的光速设为C₀，将被测量光纤2中的光速设为C，则成为，

C＝C₀/n----(1)

L＝C·t/2----(2)

因此，通过计算式(2)能够定量地求出散射点5的位置。

另一方面，如图14B所示，在后方散射光6中，包含有瑞利光20、斯 托克斯光21及反斯托克斯光22。将入射脉冲光4的波长设为λ₀时，瑞利 光20的波长为λ₀，且将波长位移量设为Δλ时，斯托克斯光21的波长λ_S和反斯托克斯光22的波长λ_AS为：

λ_S＝λ_o+Δλ----(3)

λ_AS＝λ_o-Δλ----(4)

而且，将在某散射点中产生的后方散射光中的波长λ_S的斯托克斯光21 的感光强度用I_S表示，将波长λ_AS的反斯托克斯22的感光强度用I_AS表示 时，斯托克斯光21的感光强度I_S与反斯托克斯光22的感光强度I_AS之比， 取决于被测量光纤2中的散射点5的绝对温度T，而成为计算式(5)所 示的关系。

I_AS/I_S＝A·exp(-h·C·Δλ/k_B·T)----(5)

在此，h为普朗克常数(J·S)，Δλ为喇曼位移量(m^-1)，k_B为波尔兹 曼常数(J/K)，T为绝对温度(K)，A为由测量系统的性能而决定的常数。 因此，能够定量地求出散射点的温度。另外，即使只有反斯托克斯光22， 也成为被测量光纤2中的散射点5的绝对温度T的函数，并成为计算式(6) 所示的关系。

I_AS＝B·(1/(exp(h·C·Δλ/k_BT)-1))----(6)

在此，B为由测量系统的性能而决定的常数。根据以上关系，能够定 量地求出散射点5的温度。

另外，在离开测量装置的光纤内的某散射点上产生的斯托克斯光、反 斯托克斯光，通过在光纤传播中的由光纤引起的吸收、散射等而衰减。在 现有技术中，将斯托克斯光、反斯托克斯光的光纤传播中的这些衰减量， 看作在每个单位距离中是一定的量来进行修正。

根据以往的光纤的温度分布测量方法，能够求出如上述的散射点的位 置及温度。

专利文献1：日本专利第3063063号公报