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光ファイバセンサ概論(6)

基礎編<その1>(10)

基礎編<その2>(10)

基礎編<その3>(10)

基礎編<その4>(3)

設計編<その1>(10)

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施工保守編<その1>(10)

施工保守編<その2>(10)

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コラム(11)

設計編<その1>

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03_OTDR方式での精度・分解能および適用用途の目安は

事務局
ROTDR方式の性能の評価には3つのカテゴリがあります。

1)計測距離
2)距離分解能
3)計測時間と温度分解能

以下、この3つの用語について説明します。

1.計測距離
計測距離に関しては短いものは最大2 kmで、最長のものは現段階では30 kmです。光パルスを光ファイバに入射させて、最遠端部からの後方散乱光が受光部に戻って来てから、次のパルスを入射する必要があるので、計測距離が長くなるほど計測時間も長くなります。

2.距離分解能
距離分解能に関しては次の3種類の評価方法があります。

1)サンプリング間隔
2)応答距離
3)最小加熱長

【サンプリング間隔】
サンプリング間隔は、信号処理回路のクロック周波数と、光ファイバ中の光速度で決まる値で、この間隔ごとに温度値が表示されます。

図1
図1 サンプリング間隔

【応答距離】
応答距離とは、ステップ状の温度変化に対して、表示温度が10%応答する位置から90%応答する位置までの距離で定義されています。

図2
図2 応答距離

【最小加熱長】
光ファイバの一部を加熱した場合、真の温度分布はステップ状になりますがROTDRでの温度表示は、入射光のパルス幅、計測装置の電気回路の時定数などの影響で曲線状になります。ピーク温度が真の温度となるのに必要な加熱長さのことを、最小加熱長と定義しています。

図3
図3-1 最小加熱長の定義

図4
図3-2 最小加熱長と応答温度

3.計測時間と温度分解能
ROTDRは微弱なラマン散乱光で温度を計測しています。このため、1回のパルス入射ではラマン散乱光はノイズより小さいため、繰り返し光パルスを入射して計測を行い、平均化処理により信号のランダムノイズを除去しています。

このため平均化処理の回数(=計測時間)により、計測値のばらつき(=温度分解能)が変わります。この計測値のばらつきは、計測時間の平方根に反比例します。つまり、理論的には計測時間が4倍になると、温度分解能は1/2となります。

図5

図4-1 計測時間と温度分解能

図6
図4-2 計測時間と温度分解能


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