JP5742861B2 - 光ファイバ温度分布測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバの長さ方向における温度分布を測定する光ファイバ温度分布測定装置に関する。

従来から、光ファイバをセンサとして用い、光ファイバの長さ方向における物理量の分布を測定する分布型測定装置の研究・開発が盛んに行われている。この分布型測定装置の一種に、光ファイバ内で生ずる後方ラマン散乱光（ストークス光及び反ストークス光）を測定して光ファイバの長さ方向における温度分布を測定する光ファイバ温度分布測定装置がある。尚、この光ファイバ温度分布測定装置は、Ｒ−ＯＴＤＲ（Raman Optical Time Domain Reflectmetry）とも呼ばれる。

具体的に、上記の光ファイバ温度分布測定装置は、光ファイバの一端からパルス状のレーザ光を光ファイバ内に入射させて、レーザ光が光ファイバ内を伝播することによって順次生ずる後方ラマン散乱光（ストークス光及び反ストークス光）を光ファイバの一端側で順次受光する動作を繰り返す。そして、光ファイバ長手方向の測定点の各々におけるストークス光と反ストークス光との強度比（正確には、ストークス光の強度の平均値と反ストークス光の強度の平均値との比）を求めることによって光ファイバの長手方向における温度分布を測定している。

以下の特許文献１には、従来の光ファイバ温度分布測定装置の一例が開示されている。また、以下の特許文献２，３は、従来の雑音を除去する技術が開示されている。具体的に、以下の特許文献２には、小振幅のランダム雑音（具体的には、人声や音楽等の音声信号に含まれる雑音）を除去する雑音除去装置が開示されており、以下の特許文献３には、ＯＴＤＲ波形上に重畳したノイズを低減するための光パルス試験器用非線形ディジタルフィルタが開示されている。

特開２０１２−２７００１号公報 特開２００２−２７８５８５号公報 特開平１１−１７４２６７号公報

ところで、光ファイバ温度分布測定装置の性能を表す指標に「温度分解能」及び「空間分解能」がある。「温度分解能」は、どれだけ細かく温度を測定できるかを示す指標であり、「空間分解能」は、ある温度変化を測定可能な最小ファイバ長を示す指標である。例えば、ＳＥＡＦＯＭ（Subsea Fiber Optic Monitoring Group）では、一定温度の光ファイバの測定を２０回繰り返し行い、各回で得られた測定結果（５１点以上の測定点の測定結果）の標準偏差の２倍（２σ）を平均化したものを「温度分解能」と規定し、ホットスポット（２０℃以上の温度差がある箇所）を測定し得る最小ファイバ長を「空間分解能」と規定している。

近年において、光ファイバ温度分布測定装置には、温度分布をより正確に測定するために、上記の温度分解能及び空間分解能の向上が要求されている。特に、光ファイバ温度分布測定装置から遠い場所（例えば、レーザ光が入射される光ファイバの一端側よりも他端側に近い場所）における温度分布を正確に測定したいという要求が高まっているため、この場所での温度分解能を向上させる必要がある。

ここで、上記の温度分解能は、信号成分（後方ラマン散乱光の受光信号）とノイズ成分との比であるＳ／Ｎ比と相関があるため、温度分解能を向上させるには、信号成分のレベルを上げるか、ノイズ成分のレベルを下げる必要がある。信号成分のレベルを上げる方法としては、光ファイバに入射させるレーザ光の強度を高める方法が考えられる。また、ノイズ成分のレベルを下げる方法としては、後方ラマン散乱光（ストークス光及び反ストークス光）の分離に用いる光学フィルタの帯域を狭くする方法（第１方法）と、後方ラマン散乱光の受光信号に対して既存のフィルタ処理を行う方法（第２方法）とが考えられる。

しかしながら、上記の信号成分のレベルを上げる方法では、光ファイバに入射させるレーザ光の強度がある値よりも大きくなると、光ファイバ内において誘導ラマン散乱が生じてストークス光の強度が急激に高くなり、温度の測定誤差が大きくなってしまうという問題がある。また、上記のノイズ成分のレベルを下げる方法のうちの第１方法では、光学フィルタの帯域を狭くすることに技術的な限界があるため温度分解能の向上がさほど見込めず、光学フィルタは電気的なフィルタに比べて高価であるという問題がある。

また、上記のノイズ成分のレベルを下げる方法のうちの第２方法では、従来の単純なフィルタを用いたのではノイズ成分を低減することができても同時に信号成分の波形が劣化してしまう弊害があり、温度分解能を向上させることが困難であるという問題がある。尚、上記の弊害が生ずる原因は、光ファイバの測定によって得られる信号成分の波形が測定環境によって千差万別である上に、信号成分に重畳されるノイズがホワイトノイズ（種々の周波成分が含まれるノイズ）であるからである。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、温度分解能を向上させることが可能な光ファイバ温度分布測定装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の光ファイバ温度分布測定装置は、パルス光を光ファイバ（ＦＢ）に入射させて得られる後方ラマン散乱光（ＳＴ、ＡＳ）を受光して前記光ファイバの長さ方向における温度分布を測定する光ファイバ温度分布測定装置（１、２）において、前記光ファイバの長さ方向における前記後方ラマン散乱光の強度分布或いは前記温度分布を示す測定信号に重畳されているノイズの変化量に応じた閾値（ＴＨ１）を設定する閾値設定回路（３１）と、前記測定信号に対して予め規定された第１周波数以上の周波数成分を除去する処理を行うフィルタ（３２）と、前記測定信号が前記閾値を超えているか否かを判定する判定回路（３４）と、前記判定回路の判定結果に応じて、前記フィルタによって処理された前記測定信号と前記フィルタによって処理されていない前記測定信号との何れか一方を選択して合成する合成回路（３５）とを有するフィルタ回路（３０）を備えることを特徴としている。
本発明によると、光ファイバの長さ方向における後方ラマン散乱光の強度分布或いは温度分布を示す測定信号が、該測定信号に重畳されているノイズの変化量に応じて設定された閾値を超えているか否かが判断され、該判断結果に応じてフィルタによって処理された測定信号とフィルタによって処理されていない測定信号との何れか一方が選択されて合成される。
また、本発明の光ファイバ温度分布測定装置は、前記閾値設定回路が、前記測定信号を複数の区間に区分し、区分した区間毎に前記閾値を設定することを特徴としている。
また、本発明の光ファイバ温度分布測定装置は、前記合成回路が、前記測定信号が前記閾値を超えている旨を示す判定結果が前記判定回路から連続して得られた場合には、予め規定された期間の間、前記判定回路の判定結果に拘わらず前記フィルタによって処理されていない前記測定信号を選択して合成することを特徴としている。
また、本発明の光ファイバ温度分布測定装置は、前記フィルタによって処理された前記測定信号のレベルを低減させて前記合成回路に出力する低減回路（３６）を備えることを特徴としている。
また、本発明の光ファイバ温度分布測定装置は、前記測定信号の概形を抽出する処理を行う予備フィルタ回路（４０）と、前記測定信号から前記予備フィルタ回路の処理結果を減算した信号を前記測定信号として前記フィルタ回路に出力する第１演算回路（６０）と、前記予備フィルタ回路の処理結果と前記フィルタ回路の処理結果とを加算する第２演算回路（７０）とを備えることを特徴としている。
また、本発明の光ファイバ温度分布測定装置は、前記予備フィルタ回路が前記測定信号に対して予め規定された第２周波数以上の周波数成分を除去する処理を行う予備フィルタ（４２）と、前記予備フィルタによって処理された前記測定信号と前記予備フィルタによって処理されていない前記測定信号との差分の絶対値の平均値に応じた予備閾値（ＴＨ２）を設定する予備閾値設定回路（４１）と、前記測定信号が前記予備閾値を超えているか否かを判定する予備判定回路（４４）と、前記予備判定回路の判定結果に応じて、前記予備フィルタによって処理された前記測定信号と前記予備フィルタによって処理されていない前記測定信号との何れか一方を選択して合成する予備合成回路（４５）とを備えることを特徴としている。

本発明によれば、光ファイバの長さ方向における後方ラマン散乱光の強度分布或いは温度分布を示す測定信号が、該測定信号に重畳されているノイズの変化量に応じて設定された閾値を超えているか否かに応じて、フィルタによって処理された測定信号とフィルタによって処理されていない測定信号との何れか一方を選択して合成するようにしているため、信号成分の波形劣化を招くことなく空間周波数が高いノイズ成分を効果的に低減することができ、これにより度分解能を向上させることができるという効果がある。

本発明の第１実施形態による光ファイバ温度分布測定装置の要部構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態による光ファイバ温度分布測定装置が備えるフィルタ部の内部構成を示すブロック図である。 ノイズの分布特性の概要を示す図である。 本発明の第１実施形態による光ファイバ温度分布測定装置が備えるフィルタ部の判定回路で行われる処理を説明するための図である。 本発明の第１実施形態による光ファイバ温度分布測定装置が備えるフィルタ部の合成回路で行われる処理の詳細を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態による光ファイバ温度分布測定装置が備えるフィルタ部の内部構成を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態による光ファイバ温度分布測定装置が備えるフィルタ部の予備フィルタ回路で設定される閾値を説明するための図である。 本発明の第２実施形態による光ファイバ温度分布測定装置における低減回路の効果を説明するための図である。 本発明の第２実施形態による光ファイバ温度分布測定装置の測定結果の一例を示す図である。 本発明の第３実施形態による光ファイバ温度分布測定装置が備えるフィルタ部の内部構成を示すブロック図である。 本発明の第４実施形態による光ファイバ温度分布測定装置の要部構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態による光ファイバ温度分布測定装置について詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態による光ファイバ温度分布測定装置の要部構成を示すブロック図である。図１に示す通り、本実施形態の光ファイバ温度分布測定装置１は、パルス発生部１０、光源１１、方向性結合器１２、温度基準部１３、光フィルタ１４、光電変換回路（Ｏ／Ｅ）１５ａ，１５ｂ、増幅回路１６ａ，１６ｂ、Ａ／Ｄ変換回路１７ａ，１７ｂ、平均化回路１８、フィルタ部１９ａ，１９ｂ、演算部２０、及び温度補正部２１を備える。

この光ファイバ温度分布測定装置１は、コネクタＣＮに接続される光ファイバＦＢ内で生ずる後方ラマン散乱光（ストークス光及び反ストークス光）を受光して光ファイバＦＢの長さ方向における温度分布を測定する光ファイバ測定装置（Ｒ−ＯＴＤＲ）である。ここで、光ファイバＦＢは、例えば数ｋｍ〜数十ｋｍ程度の長さを有する石英系マルチモード光ファイバを用いることができる。尚、シングルモード光ファイバを用いてもよい。

パルス発生部１０は、光源１１からパルス光を発生させるタイミング、及び平均化回路１８を動作させるタイミングを規定するパルス信号を出力する。光源１１は、例えば半導体レーザ等を備えており、パルス発生部１０からパルス信号が出力されるタイミングでパルス状のレーザ光を射出する。尚、光源１１から射出されるレーザ光の波数をｋ０とする。方向性結合器１２は、光源１１から射出されたレーザ光が温度基準部１３に導かれ、且つ、光ファイバＦＢで生じた後方散乱光が光フィルタ１４に導かれるよう、光源１１、温度基準部１３、及び光フィルタ１４を光学的に結合する。

温度基準部１３は、巻回された光ファイバ１３ａと温度センサ１３ｂとを備えており、光ファイバ温度分布測定装置１内部の温度（基準温度）を得るためのものである。光ファイバ１３ａは、一端が方向性結合器１２と光学的に結合され、他端がコネクタＣＮ（光ファイバＦＢの一端が接続されるコネクタ）と光学的に結合された数十〜数百ｍ程度の全長を有する光ファイバである。温度センサ１３ｂは、例えば白金測温抵抗体を備えており、光ファイバ１３ａの近傍の温度を測定する。この温度センサ１３ｂの測定結果は、演算部２０に出力される。

光フィルタ１４は、方向性結合器１２からの後方散乱光に含まれる後方ラマン散乱光（ストークス光ＳＴ及び反ストークス光ＡＳ）を抽出するとともに、ストークス光ＳＴと反ストークス光ＡＳとを分離して出力するフィルタである。尚、光ファイバＦＢで生ずるラマンシフト（波数）をｋｒとすると、ストークス光ＳＴの波数はｋ０−ｋｒで表され、反ストークス光ＡＳの波数はｋ０＋ｋｒで表される。

光電変換回路１５ａ，１５ｂは、例えばアバランシェ・フォトダイオード等の受光素子を備えており、光フィルタ１４から出力されるストークス光ＳＴ及び反ストークス光ＡＳをそれぞれ光電変換する。増幅回路１６ａ，１６ｂは光電変換回路１５ａ，１５ｂから出力される光電変換信号をそれぞれ所定の増幅率で増幅する。

Ａ／Ｄ変換回路１７ａ，１７ｂは、増幅回路１６ａ，１６ｂで増幅された光電変換信号をサンプリングし、ディジタル化したサンプルデータを出力する。これらＡ／Ｄ変換回路１７ａ，１７ｂは、コネクタＣＮの位置を原点とし、光ファイバＦＢの長手方向に一定間隔（例えば、１［ｍ］の間隔）で設定されたサンプルポイント（測定点）において生ずる後方ラマン散乱光（ストークス光ＳＴ及び反ストークス光ＡＳ）の光電変換信号をサンプリングするように動作タイミングが規定される。

平均化回路１８は、パルス発生部１０からのパルス信号によって動作し、光源１１から複数回に亘って射出されるレーザ光が光ファイバＦＢに入射される度に得られるＡ／Ｄ変換回路１７ａ，１７ｂのサンプルデータをそれぞれ個別に平均化する。光ファイバＦＢで生ずる後方ラマン散乱光（ストークス光ＳＴ及び反ストークス光ＡＳ）は微弱であるため、光ファイバＦＢに対して複数回に亘ってレーザ光を入射させて得られるサンプルデータを平均化することにより、所望の信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）を得ている。

フィルタ部１９ａは、平均化回路１８で平均化されたＡ／Ｄ変換回路１７ａのサンプルデータＤ１１（ストークス光ＳＴの強度分布を示す測定信号）に対してフィルタ処理を行い、そのサンプルデータＤ１１に含まれるノイズを除去する。同様に、フィルタ部１９ｂは、平均化回路１８で平均化されたＡ／Ｄ変換回路１７ｂのサンプルデータＤ１２（反ストークス光ＡＳの強度分布を示す測定信号）に対してフィルタ処理を行い、そのサンプルデータＤ１２に含まれるノイズを除去する。これらフィルタ部１９ａ，１９ｂは、光ファイバ温度分布測定装置１の温度分解能を向上させるために設けられる。尚、フィルタ部１９ａ，１９ｂの詳細については後述する。

演算部２０は、温度センサ１３ｂの測定結果を参照しつつ、フィルタ部１９ａでフィルタ処理されたストークス光ＳＴについてのサンプルデータＤ２１と、フィルタ部１９ｂでフィルタ処理された反ストークス光ＡＳについてのサンプルデータＤ２２とを用いて、サンプルポイント（測定点）毎の強度比を求める演算を行う。かかる演算によってサンプルポイント毎の温度が求められ、これにより光ファイバＦＢの長さ方向における温度分布が得られる。温度補正部２１は、光ファイバＦＢの温度を測定する温度センサ（図示省略）の測定結果に基づいて、演算部２０で得られた光ファイバＦＢの長さ方向における温度分布を補正する。

次に、フィルタ部１９ａ，１９ｂの内部構成について説明する。図２は、本発明の第１実施形態による光ファイバ温度分布測定装置が備えるフィルタ部の内部構成を示すブロック図である。図２に示す通り、フィルタ部１９ａ，１９ｂは、閾値設定回路３１、ローパスフィルタ３２（フィルタ）、遅延回路３３、判定回路３４、及び合成回路３５を有するフィルタ回路３０を備える。

フィルタ部１９ａのフィルタ回路３０は、平均化回路１８から出力されるサンプルデータＤ１１に対するフィルタ処理を行って、ノイズを除去したサンプルデータＤ２１を出力する。フィルタ部１９ｂのフィルタ回路３０は、平均化回路１８から出力されるサンプルデータＤ１２に対するフィルタ処理を行って、ノイズを除去したサンプルデータＤ２２を出力する。尚、以下では、重複した説明を避けるために、フィルタ部１９ａのフィルタ回路３０について詳細に説明し、フィルタ部１９ｂのフィルタ回路３０については説明を省略する。

閾値設定回路３１は、フィルタ回路３０で行われるフィルタ処理で用いられる閾値ＴＨ１を設定する。具体的に、閾値設定回路３１は、サンプルデータＤ１１に重畳されているノイズの変化量に応じた閾値ＴＨ１を設定する。いま、サンプルデータＤ１１のうちの第ｉ番目のデータをＸ（ｉ）と表すと、閾値設定回路３１は、連続する（Ｎ＋１）個のデータを用いて、以下の（１）式から設定すべき閾値ＴＨ１を算出する。尚、以下の（１）式中のαは任意の定数（例えば「２」）である。

つまり、閾値設定回路３１は、隣り合うデータの差分（Ｎ個の差分）の絶対値の平均値に定数αを乗じて得られる値を閾値ＴＨ１として算出する。ここで、サンプルデータＤ１１は、ストークス光ＳＴに起因する成分とノイズに起因する成分とが含まれるデータである。光ファイバＦＢの温度が一定であれば、隣接するサンプルポイントで得られるデータ（隣り合うデータ）に含まれるストークス光ＳＴに起因する成分はほぼ同じである。このため、隣り合うデータの差分を求めればノイズの変化量が得られることになり、上記（１）式を用いて算出される閾値ＴＨ１はノイズの変化量に応じた閾値ということができる。

また、閾値設定回路３１は、光ファイバＦＢを複数の区間に区分し、区分した区間毎に上記の閾値ＴＨ１を設定する。例えば、閾値設定回路３１は、光ファイバＦＢを、長さが１００［ｍ］に設定された複数の区間に区分する。ここで、光ファイバＦＢの長手方向に１［ｍ］の間隔でサンプルポイントが設定されているとすると、区分した１００［ｍ］の区間の各々には、区間両端におけるサンプルポイントを含めると、１０１個のサンプルポイントが含まれることになる。このため、閾値設定回路３１は、各々の区間について、１０１個のサンプルポイントで得られる連続する１０１個のデータ（Ｎ＝１００）を用いて、上記の（１）式から閾値ＴＨ１を算出する。

このように、光ファイバＦＢを複数の区間に区分して区間毎に閾値ＴＨ１を設定するのは、ノイズの分布特性を考慮したからである。また、光ファイバＦＢの個体差や使用環境によってノイズの変化量が大きく異なるからである。図３は、ノイズの分布特性の概要を示す図である。尚、図３においては、光ファイバＦＢの長手方向における距離（光ファイバ温度分布測定装置１からの距離）を横軸にとり、ノイズのレベルを縦軸にとっている。図３に示す通り、ノイズの分布特性は、光ファイバ温度分布測定装置１の近傍ではレベル及びその変化量が大きく、光ファイバ温度分布測定装置１から離れるに従ってレベル及びその変化量が徐々に小さくなる特性である。このように、光ファイバＦＢの位置に応じてノイズの変化量が大きく異なるため、区分した区間毎に閾値ＴＨ１を設定することとしている。

ローパスフィルタ３２は、サンプルデータＤ１１に対して予め規定されたカットオフ周波数（第１周波数）以上の周波数成分を除去する処理を行う。このローパスフィルタ３２は、光ファイバＦＢの長手方向における空間周波数が高いノイズの成分を除去するために設けられる。尚、ローパスフィルタ３２のカットオフ周波数は、必要となる温度分解能に応じて適宜設定される。

遅延回路３３は、入力されるサンプルデータＤ１１を所定時間だけ遅延させる。具体的に、遅延回路３３は、ローパスフィルタ３２で行われる処理に要する時間だけサンプルデータＤ１１を遅延させる。この遅延回路３３は、ローパスフィルタ３２で処理されたデータＱ１が合成回路３５に入力されるタイミングと、ローパスフィルタ３２で処理されていないデータＱ２（サンプルデータＤ１１）が合成回路３５に入力されるタイミングとを調整するために設けられる。尚、このようなタイミング調整が不要であれば、遅延回路３３を省略することは可能である。

判定回路３４は、サンプルデータＤ１１の各々が、閾値設定回路３１で設定された閾値ＴＨ１を超えているか否かを判定し、その判定結果Ｊを合成回路３５に出力する。合成回路３５は、判定回路３４の判定結果Ｊに応じて、ローパスフィルタ３２で処理されたデータＱ１と、ローパスフィルタ３２で処理されていないデータＱ２との何れか一方を選択して合成する。具体的に、合成回路３５は、判定回路３４からの判定結果Ｊが、閾値ＴＨ１を超えていない旨を示すものである場合にはローパスフィルタ３２で処理されたデータＱ１を選択して合成し、閾値ＴＨ１を超えている旨を示すものである場合にはローパスフィルタ３２で処理されていないデータＱ２を選択して合成する。

ここで、サンプルデータＤ１１のうちの第ｉ番目のデータＸ（ｉ）に対する判定回路３４の判定結果をＪ（ｉ）とし、この判定結果Ｊ（ｉ）に基づいて合成回路３５で選択されて合成されるデータをＹ（ｉ）とし、ローパスフィルタ３２の伝達関数をＨ（ｚ）とすると、図２に示すフィルタ回路３０は、以下の（２）式で表される。尚、判定結果Ｊ（ｉ）は、Ｘ（ｉ）が閾値ＴＨ１を超えている場合にはＪ（ｉ）＝１となり、超えていない場合にはＪ（ｉ）＝０となる。以下の（２）式からフィルタ回路３０はεフィルタであることが分かる。

また、合成回路３５は、サンプルデータＤ１１が閾値ＴＨ１を超えている旨を示す判定結果Ｊが連続して得られた場合には、予め規定された期間の間、判定結果Ｊに拘わらずローパスフィルタ３２で処理されていないデータＱ２を選択して合成する。具体的には、前後する３つのデータについては、ローパスフィルタ３２で処理されていないデータＱ２を選択して合成する。これは、光ファイバＦＢに急激な温度変化がある場合に生じ得る空間分解能の悪化を防止するためである。尚、合成回路３５はデータＱ２等を一時的に記憶するメモリを備えており、このメモリに記憶されたデータを適宜読み出すことで、上述の処理を実現している。

図４は、本発明の第１実施形態による光ファイバ温度分布測定装置が備えるフィルタ部の判定回路で行われる処理を説明するための図である。光ファイバＦＢに急激な温度変化がある場合には、平均化回路１８から出力されるサンプルデータＤ１１（合成回路３５に入力されるデータＱ２）は、図４（ａ）に示す通り、温度低下に合わせて信号レベルが急激に低下して閾値ＴＨ１を下回るものとなる。このようなサンプルデータＤ１１をローパスフィルタ３２で処理して得られるデータ（合成回路３５に入力されるデータＱ１）は、図４（ａ）に示す通り、信号レベルの変化がデータＱ２よりも緩やかなものになる。

前述の通り、サンプルデータＤ１１の各々が閾値ＴＨ１を超えているか否かのみに基づいてデータＱ１，Ｑ２を選択してしまうと、サンプルデータＤ１１が閾値ＴＨ１を下回るまではデータＱ２が選択され、サンプルデータＤ１１が閾値ＴＨ１を下回ってからはデータＱ１が選択される。すると、図４（ｂ）に示す通り、合成回路３５で合成されたデータ（サンプルデータＤ２１）は、不連続な部分（符号Ｚ１が付された円で囲われている部分）が生じて信号波形が劣化したものになり、これによって空間分解能が悪化する可能性がある。

これに対し、閾値ＴＨ１を超えている旨を示す判定結果Ｊが連続して得られた場合に、データＱ１，Ｑ２の選択方法を上述した通り変更することによって、図４（ｃ）に示す通り、サンプルデータＤ１１が閾値ＴＨ１を下回った後もデータＱ１が選択されることになる（符号Ｚ２が付された矢印の部分）。すると、図４（ｃ）に示す通り、合成回路３５で合成されたデータ（サンプルデータＤ２１）の連続性が保たれて信号波形の劣化が生じないため、空間分解能の悪化を防止することができる。

次に、本実施形態の光ファイバ温度分布測定装置１の動作について説明する。尚、以下では、理解を容易にするために、サンプルポイントが、光ファイバＦＢの長手方向に１［ｍ］の間隔で設定されており、フィルタ部１９ａ，１９ｂの処理において、光ファイバＦＢは、長さが１００［ｍ］に設定された複数の区間に区分されているものとする。

動作が開始されると、パルス発生部１０からパルス信号が出力され、このパルス信号に基づいて光源１１からパルス状のレーザ光が射出される。このレーザ光は、方向性結合器１２、温度基準部１３、及びコネクタＣＮを順に介して光ファイバＦＢに入射し、光ファイバＦＢ中を伝播する。レーザ光が光ファイバＦＢ中を進むと、後方ラマン散乱光（ストークス光ＳＴ及び反ストークス光ＡＳ）を含む後方散乱光が発生する。この後方散乱光は、光ファイバＦＢ中をレーザ光の進行方向とは逆方向に進み、コネクタＣＮ、温度基準部１３、及び方向性結合器１２を順に介して光フィルタ１４に入射する。そして、光フィルタ１４において、ストークス光ＳＴと反ストークス光ＡＳとが抽出されて分離される。

ストークス光ＳＴ及び反ストークス光ＡＳは、光電変換回路１５ａ，１５ｂでそれぞれ光電変換されて、それらの光電変換信号が増幅回路１６ａ，１６ｂでそれぞれ増幅される。増幅回路１６ａ，１６ｂで増幅された光電変換信号は、Ａ／Ｄ変換回路１７ａ，１７ｂにおいてそれぞれサンプリングされる。これらＡ／Ｄ変換回路１７ａ，１７ｂでサンプリングされたサンプルデータは平均化回路１８に出力され、光ファイバＦＢの長手方向に設定されたサンプルポイント数分のサンプルデータがそれぞれ蓄えられる。

光ファイバＦＢにパルス状のレーザ光が入射される度に以上の処理が繰り返し行われ、Ａ／Ｄ変換回路１７ａ，１７ｂから順次サンプルポイント数分のサンプルデータがそれぞれ出力される。そして、Ａ／Ｄ変換回路１７ａから順次出力されるストークス光ＳＴについてのサンプルデータが平均化回路１８でサンプルポイント毎に平均化されるとともに、Ａ／Ｄ変換回路１７ｂａから順次出力される反ストークス光ＡＳについてのサンプルデータが平均化回路１８でサンプルポイント毎に平均化される。

平均化回路１８における平均化処理が終了すると、平均化されたサンプルデータに含まれるノイズを除去するフィルタ処理がフィルタ部１９ａ，１９ｂで行われる。尚、このフィルタ処理は、光ファイバＦＢに設定された複数の区間毎に行われる。フィルタ部１９ａ，１９ｂのフィルタ処理が開始されると、まず光ファイバＦＢに設定された複数の区間のうちの最初の区間（光ファイバ温度分布測定装置１に最も近い区間）に含まれる１０１個のサンプルポイント（区間両端におけるサンプルポイントを含む）のサンプルデータがフィルタ部１９ａ，１９ｂにそれぞれ読み出されて閾値ＴＨ１を設定する処理が行われる。

具体的には、平均化回路１８で平均化されたストークス光ＳＴについてのサンプルデータ（サンプルデータＤ１１）のうちの最初の１０１個のデータがフィルタ部１９ａに読み出されるとともに、平均化回路１８で平均化された反ストークス光ＡＳについてのサンプルデータ（サンプルデータＤ１２）のうちの最初の１０１個のデータがフィルタ部１９ｂに読み出される。そして、フィルタ部１９ａ，１９ｂの各々に設けられたフィルタ回路３０の閾値設定回路３１で、前述した（１）式を用いて閾値ＴＨ１を算出し、算出した閾値ＴＨ１を設定する処理がそれぞれ行われる。

次に、上記の最初の区間に含まれる１００個のサンプルポイントのサンプルデータが１つずつ順にフィルタ部１９ａ，１９ｂに読み出され、これらのサンプルデータに含まれるノイズを除去する処理が行われる。具体的には、サンプルデータＤ１１のうちの最初の１００個のデータが１つずつ順にフィルタ部１９ａに読み出されるとともに、サンプルデータＤ１２のうちの最初の１００個のデータが１つずつ順にフィルタ部１９ｂに読み出される。そして、フィルタ部１９ａ，１９ｂにおいて、これらのデータに含まれるノイズを除去する処理が行われる。尚、フィルタ部１９ａ，１９ｂで行われる処理は同様の処理であるため、以下ではフィルタ部１９ａで行われる処理について説明する。

フィルタ部１９ａに読み出されたデータは、フィルタ部１９ａに設けられたフィルタ回路３０のローパスフィルタ３２、遅延回路３３、及び判定回路３４に入力される。すると、ローパスフィルタ３２で高周波成分を除去する処理が行われるとともに、遅延回路３３で所定時間だけ遅延させる処理が行われ、ローパスフィルタ３２及び遅延回路３３から合成回路３５に対してデータＱ１，Ｑ２がそれぞれ出力される。また、判定回路３４において、入力されたデータが閾値設定回路３１で設定された閾値を超えているか否かが判定され、その判定結果Ｊが合成回路３５に出力される。

合成回路３５は、判定回路３４からの判定結果Ｊに応じて、ローパスフィルタ３２で処理されたデータＱ１と、ローパスフィルタ３２で処理されていないデータＱ２との何れか一方を選択して合成してサンプルデータＤ２１として出力する処理を行う。図５は、本発明の第１実施形態による光ファイバ温度分布測定装置が備えるフィルタ部の合成回路で行われる処理の詳細を示すフローチャートである。尚、図５のフローチャートは、光ファイバＦＢに設定された複数の区間毎のフィルタ処理が開始される度に開始される。

処理が開始されると、まず変数ｉを初期化する処理（値を「１」に設定する処理）が行われる（ステップＳ１１）。この変数ｉは、フィルタ部１９ａに１つずつ順に読み出される１００個のデータを区別するための変数である。変数ｉの初期化が終了すると、第ｉ番目のデータについての判定結果Ｊ（ｉ）が、値設定回路３１で設定された閾値を超えている旨を示すもの（Ｊ（ｉ）＝１）であるか否かを判断する処理が行われる（ステップＳ１２）。

Ｊ（ｉ）＝０である場合には、ステップＳ１２の判断結果が「ＮＯ」になり、第ｉ番目のデータについてはローパスフィルタ３２で処理されたデータＱ１を選択し、サンプルデータＤ２１の第ｉ番目のデータとして合成する処理が行われる（ステップＳ１３）。以上の処理が終了すると、変数ｉをインクリメントして（ステップＳ１４）、残りのデータの有無を判断する処理が行われる（ステップＳ１５）。前述した最初の区間に含まれる１００個のサンプルポイントのサンプルデータの全ての読み出しが行われていない場合には、ステップＳ１５の判断結果が「ＮＯ」になり、処理はステップＳ１２に戻る。

これに対し、Ｊ（ｉ）＝１である場合には、ステップＳ１２の判断結果が「ＹＥＳ」になり、第ｉ＋１番目のデータについての判定結果Ｊ（ｉ＋１）が、値設定回路３１で設定された閾値を超えている旨を示すもの（Ｊ（ｉ＋１）＝１）であるか否かを判断する処理が行われる（ステップＳ１６）。Ｊ（ｉ＋１）＝０である場合には、ステップＳ１６の判断結果が「ＮＯ」になり、第ｉ番目のデータについてはローパスフィルタ３２で処理されていないデータＱ２を選択し、サンプルデータＤ２１の第ｉ番目のデータとして合成する処理が行われる（ステップＳ１７）。

他方、Ｊ（ｉ＋１）＝１である場合には、ステップＳ１６の判断結果が「ＹＥＳ」になり、第ｉ−３〜ｉ＋３番目のデータについては、判定回路３４の判定結果に拘わらず、ローパスフィルタ３２で処理されていないデータＱ２を選択し、サンプルデータＤ２１の第ｉ−３〜ｉ＋３番目のデータとして合成する処理が行われる（ステップＳ１８）。以上のステップＳ１７又はステップＳ１８の処理が終了すると、変数ｉをインクリメントして（ステップＳ１４）、残りのデータの有無を判断する処理が行われる（ステップＳ１５）。

前述した最初の区間に含まれる１００個のサンプルポイントのサンプルデータの全ての読み出しが行われていない場合には、ステップＳ１５の判断結果が「ＮＯ」になって処理はステップＳ１２に戻る。これに対し、前述した最初の区間に含まれる１００個のサンプルポイントのサンプルデータの全ての読み出しが行われた場合には、ステップＳ１５の判断結果が「ＹＥＳ」になって、図５に示す一連の所定が終了する。

以上の処理が終了すると、光ファイバＦＢに設定された複数の区間のうちの２番目の区間（光ファイバ温度分布測定装置１に２番目に近い区間）に含まれる１０１個のサンプルポイント（区間両端におけるサンプルポイントを含む）のサンプルデータがフィルタ部１９ａ，１９ｂにそれぞれ読み出されて閾値ＴＨ１を設定する処理が行われる。そして、上記の２番目の区間に含まれる１００個のサンプルポイントのサンプルデータが１つずつ順にフィルタ部１９ａ，１９ｂに読み出され、これらのサンプルデータに含まれるノイズを除去する処理が行われる。以下、光ファイバＦＢに設定された複数の区間の各々について、閾値ＴＨ１を設定する処理及びノイズを除去する処理が同様に行われる。

フィルタ部１９ａ，１９ｂにおける処理が終了すると、演算部２０において、フィルタ部１９ａからのサンプルデータＤ２１と、フィルタ部１９ｂからのサンプルデータＤ２２とを用いて、サンプルポイント（測定点）毎の強度比が求められ、これによりサンプルポイント毎の温度が求められる。これらサンプルポイント毎の温度は、温度補正部２１に出力され、不図示の温度センサ（光ファイバＦＢの温度を測定する温度センサ）の測定結果に基づいて補正される。このようにして、光ファイバＦＢの長さ方向における温度分布が求められる。

以上の通り、本実施形態では、フィルタ部１９ａ，１９ｂにおいて、平均化回路１８で平均化されたサンプルデータ（ストークス光ＳＴ及び反ストークス光ＡＳについてのサンプルデータ）に重畳されているノイズの変化量に応じた閾値を設定し、サンプルデータが閾値を超えているか否かに応じて、ローパスフィルタ３２によって処理されたサンプルデータとローパスフィルタ３２によって処理されていないサンプルデータとの何れか一方を選択して合成するようにしている。これにより、ストークス光ＳＴ及び反ストークス光ＡＳについてのサンプルデータの波形劣化を招くことなく空間周波数が高いノイズ成分を効果的に低減することができるため、温度分解能を向上させることができる。

〔第２実施形態〕
図６は、本発明の第２実施形態による光ファイバ温度分布測定装置が備えるフィルタ部の内部構成を示すブロック図である。尚、本実施形態の光ファイバ温度分布測定装置は、第１実施形態の光ファイバ温度分布測定装置１とは、フィルタ部１９ａ，１９ｂの内部構成が相違するのみであり、フィルタ部１９ａ，１９ｂ以外の構成は同様である。このため、以下では、主にフィルタ部１９ａ，１９ｂについて説明する。

図６に示す通り、本実施形態の光ファイバ温度分布測定装置が備えるフィルタ部１９ａ，１９ｂは、第１実施形態で説明したフィルタ回路３０に加えて、予備フィルタ回路４０、遅延回路５０、演算回路６０（第１演算回路）、及び演算回路７０（第２演算回路）を備える。かかる構成のフィルタ部１９ａ，１９ｂは、サンプルデータＤ１１，Ｄ１２から大きな温度変化を除いた上で、前述したフィルタ回路３０のフィルタ処理を行うことで、光ファイバＦＢの長さ方向における温度分布がほぼ一定でない場合であっても、空間周波数が高いノイズ成分を効果的に低減するものである。

つまり、前述した第１実施形態におけるフィルタ部１９ａ，１９ｂは、光ファイバＦＢの長さ方向における温度分布がほぼ一定である（大きな温度変化が生じていない）ことを前提として、フィルタ回路３０で用いられる閾値を算出するものであった。このため、光ファイバＦＢの長さ方向における温度分布がほぼ一定でない場合には、閾値を正しく算出することはできず、空間周波数が高いノイズ成分を効果的に低減することはできないと考えられる。

本実施形態のフィルタ部１９ａ，１９ｂは、サンプルデータＤ１１，Ｄ１２から大きな温度変化を予め除いた上で前述したフィルタ回路３０のフィルタ処理を行うことによって、光ファイバＦＢの長さ方向における温度分布がほぼ一定でない場合であっても、空間周波数が高いノイズ成分を効果的に低減することを可能としている。尚、以下では、重複した説明を避けるために、フィルタ部１９ａについて詳細に説明し、フィルタ部１９ｂについては説明を省略する。

予備フィルタ回路４０は、第１実施形態で説明したフィルタ回路３０と似た構成であり、平均化回路１８から出力されるサンプルデータＤ１１に対するフィルタ処理を行って、サンプルデータＤ１１の概形（測定信号の概形）を抽出する。具体的に、予備フィルタ回路４０は、閾値設定回路４１（予備閾値設定回路）、ローパスフィルタ４２（予備フィルタ）、遅延回路４３、判定回路４４（予備判定回路）、合成回路４５（予備合成回路）、及び遅延回路４６を備える。

閾値設定回路４１は、予備フィルタ回路４０で行われるフィルタ処理で用いられる閾値ＴＨ２（予備閾値）を設定する。具体的に、閾値設定回路４１は、ローパスフィルタ４２によって処理されたサンプルデータ（データＱ１１）とローパスフィルタ４２によって処理されていないサンプルデータ（サンプルデータＤ１１）との差分の絶対値の平均値に応じた閾値ＴＨ２を設定する。図７は、本発明の第２実施形態による光ファイバ温度分布測定装置が備えるフィルタ部の予備フィルタ回路で設定される閾値を説明するための図である。

図７（ａ）に例示するサンプルデータＤ１１は、符号Ａ１で指し示す部分において急激にレベルが上昇し、且つ符号Ａ２で指し示す部分において急激にレベルが低下し、且つ全体に亘って細かなレベル変動があるデータである。このようなサンプルデータＤ１１をローパスフィルタ４２で処理して得られるデータ（合成回路４５に入力されるデータＱ１１）は、図７（ａ）に示す通り、符号Ａ１，Ａ２で指し示す部分において信号レベルが緩やかに変化し、且つ細かなレベル変動が除かれたものになる。

閾値設定回路４１は、まずローパスフィルタ４２によって処理されたサンプルデータ（図７（ａ）中のデータＱ１１）と、ローパスフィルタ４２によって処理されていないサンプルデータ（図７（ａ）中のサンプルデータＤ１１）との差分の絶対値をサンプルポイント毎に求める。そして、
図７（ｂ）に示す通り、各サンプルポイントで得られた差分の絶対値の平均値を算出し、算出した平均値の２倍程度の値を閾値ＴＨ２として設定する。

この閾値設定回路４１は、フィルタ回路３０に設けられる閾値設定回路３１と同様に、光ファイバＦＢを複数の区間に区分し、区分した区間毎に上記の閾値ＴＨ２を設定する。例えば、閾値設定回路４１は、光ファイバＦＢを、長さが１［ｋｍ］に設定された複数の区間に区分する。ここで、光ファイバＦＢの長手方向に１［ｍ］の間隔でサンプルポイントが設定されているとすると、区分した１［ｋｍ］の区間の各々には、１０００個のサンプルポイントが含まれることになる。このため、閾値設定回路４１は、各々の区間について、１０００個のサンプルポイントで得られる連続する１０００個のデータを用いて閾値ＴＨ２を算出する。尚、以下では、閾値設定回路３１で区分される区間と閾値設定回路４１で区分される区間とを区別するために、閾値設定回路３１で区分される区間を「小区間」といい、閾値設定回路４１で区分される区間を「大区間」という。

ローパスフィルタ４２は、サンプルデータＤ１１に対して予め規定されたカットオフ周波数（第２周波数）以上の周波数成分を除去する処理を行う。このローパスフィルタ４２は、サンプルデータＤ１１の概形（測定信号の概形）を抽出するために設けられる。尚、ローパスフィルタ４２のカットオフ周波数は、抽出すべきサンプルデータＤ１１の概形に応じて適宜設定される。

遅延回路４３は、入力されるサンプルデータＤ１１を所定時間だけ遅延させる。具体的に、遅延回路４３は、ローパスフィルタ４２で行われる処理に要する時間だけサンプルデータＤ１１を遅延させる。この遅延回路４３は、ローパスフィルタ４２で処理されたデータＱ１１が合成回路４５に入力されるタイミングと、ローパスフィルタ４２で処理されていないデータＱ１２（サンプルデータＤ１１）が合成回路４５に入力されるタイミングとを調整するために設けられる。尚、このようなタイミング調整が不要であれば、遅延回路４３を省略することは可能である。

判定回路４４は、サンプルデータＤ１１の各々が、閾値設定回路４１で設定された閾値ＴＨ２を超えているか否かを判定し、その判定結果を合成回路４５に出力する。合成回路４５は、判定回路４４の判定結果に応じて、ローパスフィルタ４２で処理されたデータＱ１１と、ローパスフィルタ４２で処理されていないデータＱ１２との何れか一方を選択して合成する。具体的に、合成回路４５は、判定回路４４からの判定結果が、閾値ＴＨ２を超えていない旨を示すものである場合にはローパスフィルタ４２で処理されたデータＱ１１を選択して合成し、閾値ＴＨ２を超えている旨を示すものである場合にはローパスフィルタ４２で処理されていないデータＱ１２を選択して合成する。

遅延回路４６は、遅延回路４３と同様に、入力されるサンプルデータＤ１１を所定時間だけ遅延させる。但し、遅延回路４６は、ローパスフィルタ４２で行われる処理に要する時間と合成回路４５で行われる処理に要する時間とを加えた時間だけサンプルデータＤ１１を遅延させる。この遅延回路４６は、合成回路４５で合成されたサンプルデータＷ１が演算回路６０に入力されるタイミングと、サンプルデータＤ１１が演算回路６０に入力されるタイミングとを調整するために設けられる。

遅延回路５０は、予備フィルタ回路４０の合成回路４５から出力されるサンプルデータＷ１を所定時間だけ遅延させる。具体的に、遅延回路５０は、フィルタ回路３０で行われる処理に要する時間だけサンプルデータＷ１を遅延させる。演算回路６０は、予備フィルタ回路４０の遅延回路４６から出力されるサンプルデータＤ１１から、サンプルデータＷ１（予備フィルタ回路４０の合成回路４５から出力されるサンプルデータ）を減算したサンプルデータＷ２をフィルタ回路３０に出力する。つまり、演算回路６０は、サンプルデータＤ１１からサンプルデータＤ１１の概形（大きな温度変化）を除いたサンプルデータＷ２をフィルタ回路３０に出力する。

演算回路７０は、遅延回路５０から出力されるサンプルデータ（サンプルデータＷ１）と、フィルタ回路３０から出力されるサンプルデータＷ３とを加算して、サンプルデータＤ２１として出力する。ここで、フィルタ回路３０は、基本的には第１実施形態で説明したものと同じものであるが、本実施形態においては、ローパスフィルタ３２と合成回路３５との間にローパスフィルタ３２から出力されるデータＱ１のレベルを低減する低減回路３６が設けられている。この低減回路３６は、空間周波数が高いノイズ成分を効果的に低減するために設けられた回路であり、例えばデータＱ１のレベルを０．３〜０．５倍程度に低減する。

図８は、本発明の第２実施形態による光ファイバ温度分布測定装置における低減回路の効果を説明するための図である。尚、以下では、光ファイバＦＢの長手方向における温度がなだらかに上昇している場合を例に挙げて説明する。低減回路３６が省略されているとすると、光ファイバ温度分布測定装置で測定される温度分布は、図８（ａ）に示す通り、細かな温度変化を生じつつ温度が距離と共になだらかに上昇するものとなる。

これに対し、低減回路３６を設けることによって、図８（ｂ），（ｃ）に示す温度分布が得られる。尚、図８（ｂ）に示す温度分布は、低減回路３６の低減率を「０．３７５」に設定したときに得られる温度分布であり、図８（ｃ）に示す温度分布は、低減回路３６の低減率を「０．０５」に設定したときに得られる温度分布である。まず、図８（ｂ）に示す温度分布は、細かな温度変化が若干残っているものの自然なものになっているのが分かる。また、実際の僅かな温度変化がフィルタによって平滑化された場合も、温度誤差を少なくすることができる。これに対し、図８（ｃ）に示す温度分布は、温度変化の大きな箇所以外は直線状になっており不自然なものになっているのが分かる。このため、低減回路３６の低減率は、上述の通り、０．３〜０．５程度に設定するのが望ましい。

ここで、サンプルデータＤ１１のうちの第ｉ番目のデータＸ（ｉ）に対する判定回路４４の判定結果をＪ１（ｉ）とし、サンプルデータＷ１のうちの第ｉ番目のデータＷ１（ｉ）に対する判定回路３４の判定結果をＪ２（ｉ）とし、これら判定結果Ｊ１（ｉ），Ｊ２（ｉ）に基づいて合成されるデータ（サンプリングデータＤ２１）をＹ（ｉ）とする。また、ローパスフィルタ４２の伝達関数をＨ１（ｚ）とし、ローパスフィルタ３２の伝達関数をＨ２（ｚ）とし、低減回路３６の低減率をａとする。すると、図６に示すフィルタ部１９ａは、以下の（３）式で表される。

但し、判定結果Ｊ１（ｉ）は、Ｘ（ｉ）が閾値ＴＨ２を超えている場合にはＪ１（ｉ）＝１となり、超えていない場合にはＪ１（ｉ）＝０となる。また、判定結果Ｊ２（ｉ）は、Ｗ１（ｉ）が閾値ＴＨ１を超えている場合にはＪ２（ｉ）＝１となり、超えていない場合にはＪ２（ｉ）＝０となる。ここで、温度分解能の測定において、周囲温度が一定であるとすると、Ｊ１（ｉ）＝０，Ｊ２（ｉ）＝０と考えられるため、上記（３）式は以下の（４）式となる。

上記（４）式において、右辺第１項が信号成分を表しており、右辺第２項がノイズ成分を示している。いま、簡単のために、フィルタ回路３０に設けられたローパスフィルタ３２が殆どの信号成分を通過させるとすると、温度分解能は、上記（４）式中の低減率ａに依存する。このため、低減率ａを０．３〜０．５程度に設定することによって、温度分解能を２〜３倍程度改善することができる。

次に、本実施形態の光ファイバ温度分布測定装置の動作について説明する。尚、光源１１からパルス状のレーザ光が順次射出されて、ストークス光ＳＴについてのサンプルデータの平均値（サンプルデータＤ１１）と、反ストークス光ＡＳについてのサンプルデータの平均値（サンプルデータＤ１２）とが平均化回路１８で得られるまでの動作は第１実施形態と同様であるため省略する。

平均化回路１８における平均化処理が終了すると、平均化されたサンプルデータに含まれるノイズを除去するフィルタ処理がフィルタ部１９ａ，１９ｂで行われる。尚、このフィルタ処理は、光ファイバＦＢに設定された複数の大区間毎に行われる。具体的には、まず光ファイバＦＢに設定された複数の大区間のうちの最初の大区間（光ファイバ温度分布測定装置１に最も近い大区間）に含まれる１０００個のサンプルポイントのサンプルデータがフィルタ部１９ａ，１９ｂの予備フィルタ回路４０にそれぞれ読み出されて閾値ＴＨ２を設定する処理が行われる。

また、以上の処理と並行して、光ファイバＦＢに設定された複数の小区間に含まれる１０１個のサンプルポイント（区間両端におけるサンプルポイントを含む）のサンプルデータが順次フィルタ部１９ａ，１９ｂのフィルタ回路３０にそれぞれ読み出されて、複数の小区間の各々についての閾値ＴＨ１を設定する処理が行われる。尚。ここでは説明を簡単にするために、１つの大区間内における複数の小区間についての閾値ＴＨ１が一度に設定される例について説明するが、第１実施形態と同様に、小区間についての閾値ＴＨ１を順次設定しても良い。

次いで、上記の最初の大区間に含まれる１０００個のサンプルポイントのサンプルデータが１つずつ順にフィルタ部１９ａ，１９ｂに読み出され、これらのサンプルデータに含まれるノイズを除去する処理が行われる。具体的には、サンプルデータＤ１１のうちの最初の１０００個のデータが１つずつ順にフィルタ部１９ａに読み出されるとともに、サンプルデータＤ１２のうちの最初の１０００個のデータが１つずつ順にフィルタ部１９ｂに読み出される。そして、フィルタ部１９ａ，１９ｂにおいて、これらのデータに含まれるノイズを除去する処理が行われる。尚、フィルタ部１９ａ，１９ｂで行われる処理は同様の処理であるため、以下ではフィルタ部１９ａで行われる処理について説明する。

フィルタ部１９ａに読み出されたデータは、フィルタ部１９ａに設けられた予備フィルタ回路４０のローパスフィルタ４２、遅延回路４３、判定回路４４、及び遅延回路４６に入力される。すると、ローパスフィルタ４２で高周波成分を除去する処理が行われるとともに、遅延回路４３で所定時間だけ遅延させる処理が行われ、ローパスフィルタ４２及び遅延回路４３から合成回路４５に対してデータＱ１１，Ｑ１２がそれぞれ出力される。また、判定回路４４において、入力されたデータが閾値設定回路４１で設定された閾値ＴＨ２を超えているか否かが判定され、その判定結果が合成回路４５に出力される。

合成回路４５は、判定回路４４からの判定結果に応じて、ローパスフィルタ４２で処理されたデータＱ１１と、ローパスフィルタ４２で処理されていないデータＱ１２との何れか一方を選択して合成してサンプルデータＷ１として出力する処理を行う。また、遅延回路４６からは、サンプルデータＷ１が出力されるタイミング（或いは、ほぼ同じタイミング）でサンプルデータＤ１１が出力される。

予備フィルタ回路４０から出力されたサンプルデータＷ１及びサンプルデータＤ１１は演算回路６０に出力され、サンプルデータＤ１１からサンプルデータＷ１を減算したサンプルデータＷ２を求める演算が行われる。このサンプルデータＷ２は、フィルタ回路３０に出力され、前述した小区間毎に設定された閾値ＴＨ１超えているか否かが判定され、その判定結果に応じてローパスフィルタ３２で処理されたデータＱ１と、ローパスフィルタ３２で処理されていないデータＱ２との何れか一方を選択して合成してサンプルデータＷ３として出力する処理が合成回路３５で行われる。フィルタ回路３０から出力されたサンプルデータＷ３は、予備フィルタ回路４０から出力されて遅延回路５０を介したサンプルデータＷ１と加算されて、サンプルデータＤ２１として出力される。

最初の大区間について以上の処理が終了すると、光ファイバＦＢに設定された複数の大区間のうちの２番目の大区間（光ファイバ温度分布測定装置１に２番目に近い大区間）に含まれる１０００個のサンプルポイントのサンプルデータがフィルタ部１９ａ，１９ｂにそれぞれ読み出されて上述した処理と同様の処理が行われる。以下、光ファイバＦＢに設定された複数の大区間及び小区間の各々について、閾値ＴＨ１，ＴＨ２を設定する処理及びノイズを除去する処理が同様に行われる。

フィルタ部１９ａ，１９ｂにおける処理が終了すると、演算部２０において、フィルタ部１９ａからのサンプルデータＤ２１と、フィルタ部１９ｂからのサンプルデータＤ２２とを用いて、サンプルポイント（測定点）毎の強度比が求められ、これによりサンプルポイント毎の温度が求められる。これらサンプルポイント毎の温度は、温度補正部２１に出力され、不図示の温度センサ（光ファイバＦＢの温度を測定する温度センサ）の測定結果に基づいて補正される。このようにして、光ファイバＦＢの長さ方向における温度分布が求められる。

図９は、本発明の第２実施形態による光ファイバ温度分布測定装置の測定結果の一例を示す図であって、（ａ）は温度分布を示す図であり、（ｂ）は温度分解能を示す図である。図９（ａ）において、符号Ｌ１１を付した曲線は、本実施形態の光ファイバ温度分布測定装置で得られる温度分布の一例を示す曲線であり、符号Ｌ１２を付した曲線は、フィルタ部１９ａ，１９ｂを備えていない従来の光ファイバ温度分布測定装置で得られる温度分布の一例を示す曲線である。また、図９（ｂ）において、符号Ｌ２１を付した曲線は、本実施形態の光ファイバ温度分布測定装置の温度分解能を示す曲線であり、符号Ｌ２２を付した曲線は、従来の光ファイバ温度分布測定装置の温度分解能を示す曲線である。

まず、図９（ａ）を参照すると、本実施形態の光ファイバ温度分布測定装置で得られる温度分布を示す曲線Ｌ１１は、従来の光ファイバ温度分布測定装置で得られる温度分布を示す曲線Ｌ１２よりも細かな温度変化が緩和されており、空間周波数が高いノイズ成分が効果的に低減されているのが分かる。ここで、温度が局所的に低下している部分（符号Ｅを付した矢印で指し示す部分）に着目すると、本実施形態の光ファイバ温度分布測定装置では、従来の光ファイバ温度分布測定装置と同様に再現されており、フィルタ部１９ａ，１９ｂでのフィルタ処理を行っても信号成分の波形劣化は生じていないことが分かる。

次に、図９（ｂ）を参照すると、本実施形態の光ファイバ温度分布測定装置の温度分解能を示す曲線Ｌ２１は、従来の光ファイバ温度分布測定装置の温度分解能を示す曲線Ｌ２２よりも全体的に値が小さくなっており、温度分解能が向上していることが分かる。具体的に、図９（ｂ）に示す例では、本実施形態の光ファイバ温度分布測定装置の温度分解能が、従来の光ファイバ温度分布測定装置の温度分解能に比べて、２．３倍程度改善している。

以上の通り、本実施形態では、サンプルデータＤ１１，Ｄ１２の概形（大きな温度変化）を抽出する予備フィルタ回路４０をフィルタ回路３０の前段に備えるフィルタ部１９ａ，１９ｂを用いて、サンプルデータＤ１１，Ｄ１２から大きな温度変化を除いた上で、フィルタ回路３０のフィルタ処理を行うようにしている。このため、光ファイバＦＢの長さ方向における温度分布がほぼ一定でない場合であっても、信号成分の波形劣化を生ずることなく空間周波数が高いノイズ成分を効果的に低減することができ、これにより温度分解能を向上させることができる。

〔第３実施形態〕
図１０は、本発明の第３実施形態による光ファイバ温度分布測定装置が備えるフィルタ部の内部構成を示すブロック図である。前述した第２実施形態の光ファイバ温度分布測定装置のフィルタ部１９ａ，１９ｂは、予備フィルタ回路４０とフィルタ回路３０とを備える２段構成のものであったが、本実施形態の光ファイバ温度分布測定装置のフィルタ部１９ａ，１９ｂは、予備フィルタ回路４０、フィルタ回路３０、及びフィルタ回路８０を備える３段構成のものである。

具体的に、光ファイバ温度分布測定装置のフィルタ部１９ａ，１９ｂは、前述した第２実施形態の光ファイバ温度分布測定装置のフィルタ部１９ａ，１９ｂに、フィルタ回路８０及び演算回路８１，８２を追加した構成である。尚、図１０において、遅延回路５０の図示を省略している。フィルタ回路８０は、フィルタ回路３０と同様の回路である。演算回路８１は、演算回路６０から出力されるサンプルデータＷ２から、サンプルデータＷ３（フィルタ回路３０の合成回路３５から出力されるサンプルデータ）を減算したサンプルデータＷ４をフィルタ回路８０に出力する。演算回路８１は、演算回路７０から出力されるサンプルデータと、フィルタ回路８０から出力されるサンプルデータＷ５とを加算して、サンプルデータＤ２１として出力する。

以上の通り、予備フィルタ回路４０、フィルタ回路３０、及びフィルタ回路８０を備える３段構成のフィルタ部１９ａ，１９ｂを用いることで、第２実施形態の光ファイバ温度分布測定装置よりも精度を向上させることが可能である。

〔第４実施形態〕
図１１は、本発明の第４実施形態による光ファイバ温度分布測定装置の要部構成を示すブロック図である。本実施形態の光ファイバ温度分布測定装置２は、第１〜第３実施形態の光ファイバ温度分布測定装置が備えるフィルタ部１９ａ，１９ｂを省略し、温度補正部２１で得られる温度分布を補正するフィルタ部２２を設けた構成である。このフィルタ部２２は、フィルタ部１９ａ，１９ｂと同様の構成である。

つまり、前述した第１〜第３実施形態の光ファイバ温度分布測定装置は、光ファイバＦＢの長手方向におけるストークス光ＳＴ及び反ストークス光ＡＳの強度分布（サンプルデータＤ１１，Ｄ１２）に対してフィルタ部１９ａ，１９ｂによるフィルタ処理を行うものであった。これに対し、本実施形態の光ファイバ温度分布測定装置は、光ファイバＦＢの長手方向における温度分布（正確には、温度補正部２１で温度補正がされた温度分布）に対してフィルタ部２２によるフィルタ処理を行うものである。

光ファイバＦＢの長手方向における温度分布は、光ファイバＦＢの長手方向におけるストークス光ＳＴ及び反ストークス光ＡＳの強度分布を用いて得られるものである。このため、本実施形態においても、第１〜第３実施形態と同様に、波形劣化を招くことなく空間周波数が高いノイズ成分を効果的に低減することができ、これにより温度分解能を向上させることができる。

以上、本発明の実施形態による光ファイバ温度分布測定装置について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上述した実施形態では、ストークス光ＳＴと反ストークス光ＡＳとを光電変換回路１５ａ，１５ｂでそれぞれ光電変換し、これらの光電変換信号に対してＡ／Ｄ変換回路１７ａ，１７ｂでそれぞれサンプリングする構成について説明した。しかしながら、光周波数の領域でストークス光ＳＴと反ストークス光ＡＳとを同一のタイミングでサンプリングし、サンプリングされたストークス光ＳＴと反ストークス光ＡＳとを光電変換回路１５ａ，１５ｂを用いて個別に光電変換する構成であっても良い。かかる構成の場合には、Ａ／Ｄ変換回路１７ａ，１７ｂは省略される。

１，２ 光ファイバ温度分布測定装置
３０ フィルタ回路
３１ 閾値設定回路
３２ ローパスフィルタ
３４ 判定回路
３５ 合成回路
３６ 低減回路
４０ 予備フィルタ回路
４１ 閾値設定回路
４２ ローパスフィルタ
４４ 判定回路
４５ 合成回路
６０，７０ 演算回路
ＡＳ 反ストークス光
ＦＢ 光ファイバ
ＳＴ ストークス光
ＴＨ１ 閾値

Claims (6)

1. パルス光を光ファイバに入射させて得られる後方ラマン散乱光を受光して前記光ファイバの長さ方向における温度分布を測定する光ファイバ温度分布測定装置において、
   前記光ファイバの長さ方向における前記後方ラマン散乱光の強度分布或いは前記温度分布を示す測定信号に重畳されているノイズの変化量に応じた閾値を設定する閾値設定回路と、
   前記測定信号に対して予め規定された第１周波数以上の周波数成分を除去する処理を行うフィルタと、
   前記測定信号が前記閾値を超えているか否かを判定する判定回路と、
   前記判定回路の判定結果に応じて、前記フィルタによって処理された前記測定信号と前記フィルタによって処理されていない前記測定信号との何れか一方を選択する合成回路と
   を有するフィルタ回路を備えることを特徴とする光ファイバ温度分布測定装置。
2. 前記閾値設定回路は、前記測定信号を複数の区間に区分し、区分した区間毎に前記閾値を設定することを特徴とする請求項１記載の光ファイバ温度分布測定装置。
3. 前記合成回路は、前記測定信号が前記閾値を超えている旨を示す判定結果が前記判定回路から連続して得られた場合には、予め規定された期間の間、前記判定回路の判定結果に拘わらず前記フィルタによって処理されていない前記測定信号を選択することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光ファイバ温度分布測定装置。
4. 前記フィルタによって処理された前記測定信号のレベルを低減させて前記合成回路に出力する低減回路を備えることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の光ファイバ温度分布測定装置。
5. 前記測定信号の概形を抽出する処理を行う予備フィルタ回路と、
   前記測定信号から前記予備フィルタ回路の処理結果を減算した信号を前記測定信号として前記フィルタ回路に出力する第１演算回路と、
   前記予備フィルタ回路の処理結果と前記フィルタ回路の処理結果とを加算する第２演算回路と
   を備えることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の光ファイバ温度分布測定装置。
6. 前記予備フィルタ回路は、前記測定信号に対して予め規定された第２周波数以上の周波数成分を除去する処理を行う予備フィルタと、
   前記予備フィルタによって処理された前記測定信号と前記予備フィルタによって処理されていない前記測定信号との差分の絶対値の平均値に応じた予備閾値を設定する予備閾値設定回路と、
   前記測定信号が前記予備閾値を超えているか否かを判定する予備判定回路と、
   前記予備判定回路の判定結果に応じて、前記予備フィルタによって処理された前記測定信号と前記予備フィルタによって処理されていない前記測定信号との何れか一方を選択する予備合成回路と
   を備えることを特徴とする請求項５記載の光ファイバ温度分布測定装置。

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