(57)【要約】【課題】磁場や電界の高い装置の内部でも感温部材を必要とせず、ＦＢＧセンサで温度測定が高精度にできるようにする。【解決手段】ＦＢＧセンサを用いた温度計測装置を、ＦＢＧセンサが形成された光ファイバと、この光ファイバのＦＢＧセンサからの反射光を検出するＦＢＧセンサ検出部と、ＦＢＧセンサからの反射光の波長とＦＢＧセンサ周囲の温度との関係からＦＢＧセンサからの反射光の波長と温度との変換係数を求める波長/温度変換係数算出手段と、ＦＢＧセンサのオフセット量を算出するオフセット量算出手段と、被測定物が運転されている状態でＦＢＧセンサ検出部で検出したＦＢＧセンサからの反射光の波長と波長/温度変換係数算出手段で求めた変換係数とオフセット量算出手段で算出したオフセット量とを用いて被測定物の運転中の温度を求める温度算出手段とを備えて構成した。【選択図】図１
2014206422.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＦＢＧセンサが形成された光ファイバを温度変化する環境の中に設置して該環境の温度を順次変化させて各温度における前記ＦＢＧセンサから出力される反射光の波長と前記環境の温度との関係から前記ＦＢＧセンサの波長と温度の変換係数を求め、
前記ＦＢＧセンサが形成された光ファイバを被測定物に付設した状態で室温において前記ＦＢＧセンサから出力される反射光の波長を検出してオフセット量を求め、
前記被測定物を運転状態で前記ＦＢＧセンサから検出される反射光の波長を検出して先に求めた波長と温度の変換係数及びオフセット量を用いて運転状態における前記被測定物の温度を求める
ことを特徴とするＦＢＧセンサを用いた温度計測方法。
【請求項２】
請求項１記載のＦＢＧセンサを用いた温度計測方法であって、前記オフセット量は、前記室温において前記被測定物に付設した前記ＦＢＧセンサから出力された反射光の波長から前記波長と温度の変換係数を用いて算出した温度と前記室温との差であることを特徴とするＦＢＧセンサを用いた温度計測方法。
【請求項３】
請求項１記載のＦＢＧセンサを用いた温度計測方法であって、前記オフセット量は、前記室温において前記被測定物に付設した前記ＦＢＧセンサから出力された反射光の波長と前記室温において前記被測定物に付設する前の前記ＦＢＧセンサから出力された反射光の波長との差であることを特徴とするＦＢＧセンサを用いた温度計測方法。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかに記載のＦＢＧセンサを用いた温度計測方法であって、前記ＦＢＧセンサが形成された光ファイバを前記被測定物に１か所固定して付設することを特徴とするＦＢＧセンサを用いた温度計測方法。
【請求項５】
ＦＢＧセンサが形成された光ファイバと、
該光ファイバの前記ＦＢＧセンサからの反射光を検出するＦＢＧセンサ検出部と、
前記ＦＢＧセンサからの反射光の波長と前記ＦＢＧセンサ周囲の温度との関係から前記ＦＢＧセンサからの反射光の波長と温度との変換係数を求める波長/温度変換係数算出手段と、
前記光ファイバのＦＢＧセンサが形成された部分を被測定物に付設した状態で室温において前記ＦＢＧセンサから出力される反射光の波長に基づいて前記ＦＢＧセンサのオフセット量を算出するオフセット量算出手段と、
前記被測定物が運転されている状態で前記ＦＢＧセンサ検出部で検出した前記ＦＢＧセンサからの反射光の波長と前記波長/温度変換係数算出手段で求めた変換係数と前記オフセット量算出手段で算出したオフセット量とを用いて前記被測定物の運転中の温度を求める温度算出手段と
を備えたことを特徴とするＦＢＧセンサを用いた温度計測装置。
【請求項６】
請求項５記載のＦＢＧセンサを用いた温度計測装置であって、前記オフセット量算出手段は、前記室温において前記被測定物に付設した前記ＦＢＧセンサから出力された反射光の波長から前記波長と温度の変換係数を用いて算出した温度と前記室温との差をオフセット量とすることを特徴とするＦＢＧセンサを用いた温度計測装置。
【請求項７】
請求項５記載のＦＢＧセンサを用いた温度計測装置であって、前記オフセット量算出手段は、前記室温において前記被測定物に付設した前記ＦＢＧセンサから出力された反射光の波長と前記室温において前記被測定物に付設する前の前記ＦＢＧセンサから出力された反射光の波長との差をオフセット量とすることを特徴とするＦＢＧセンサを用いた温度計測装置。  
【請求項８】
請求項５乃至７の何れかに記載のＦＢＧセンサを用いた温度計測装置であって、前記ＦＢＧセンサが形成された光ファイバを前記被測定物に１か所固定して付設することを特徴とするＦＢＧセンサを用いた温度計測装置。
【請求項９】
ＦＢＧセンサを組込んだ発電機であって、
発電機のロータ又はステータの何れか一方または両方のコイル素線に組込まれた中空素線と、
該中空素線の内部に付設されて一部にＦＢＧセンサ部が形成された光ファイバと、
該光ファイバの前記ＦＢＧセンサからの反射光を検出するＦＢＧセンサ検出部と、
前記ＦＢＧセンサからの反射光の波長と前記ＦＢＧセンサ周囲の温度との関係から前記ＦＢＧセンサからの反射光の波長と温度との変換係数を求める温度/波長変換係数算出手段と、
前記光ファイバのＦＢＧセンサが形成された部分を前記中空素線に付設した状態で前記ＦＢＧセンサから出力される反射光の波長に基づいて前記ＦＢＧセンサのオフセット量を算出するオフセット量算出手段と、
前記発電機が運転されている状態で前記ＦＢＧセンサ検出部で検出した前記ＦＢＧセンサからの反射光の波長と前記波長/温度変換係数算出手段で求めた変換係数と前記オフセット量算出手段で算出したオフセット量とを用いて前記中空素線が組込まれたコイルの運転中の温度を求める温度算出手段と    
を備えたことを特徴とするＦＢＧセンサを組込んだ発電機。
【請求項１０】
請求項９記載のＦＢＧセンサを組込んだ発電機であって、前記オフセット量算出手段は、前記室温において前記被測定物に付設した前記ＦＢＧセンサから出力された反射光の波長から前記波長と温度の変換係数を用いて算出した温度と前記室温との差をオフセット量とすることを特徴とするＦＢＧセンサを組込んだ発電機。
【請求項１１】
請求項９記載のＦＢＧセンサを組込んだ発電機であって、前記オフセット量算出手段は、前記室温において前記被測定物に付設した前記ＦＢＧセンサから出力された反射光の波長と前記室温において前記被測定物に付設する前の前記ＦＢＧセンサから出力された反射光の波長との差をオフセット量とすることを特徴とするＦＢＧセンサを組込んだ発電機。
【請求項１２】
請求項９乃至１１の何れかに記載のＦＢＧセンサを組込んだ発電機であって、前記ＦＢＧセンサが形成された光ファイバは、前記中空コイルに１か所固定されて前記中空コイルの内部に付設されていることを特徴とするＦＢＧセンサを組込んだ発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度あるいは歪みによって光反射波長が変化するＦＢＧセンサを使用して物体の温度を計測する方法及びその装置に係り、特にＦＢＧセンサの取り付け状態で発生する誤差を低減できるＦＢＧセンサを用いた温度計測方法及びその装置並びにＦＢＧセンサを組込んだ発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光ファイバを用いて対象物の温度あるいは歪みを計測する手段として、ファイバ・ブラッグ・グレーティング（Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ、以下ＦＢＧと表記する）を用いるＦＢＧセンサ方式が提案されている。ＦＢＧセンサは、光ファイバのコアに一定の間隔で、屈折率の高い部分と、低い部分を周期的に繰り返して回折格子を形成したものである。
【０００３】
図１３にＦＢＧセンサの原理を説明する。（ａ）はＦＢＧセンサに入力する光信号の波長分布を示し、（ｂ）はＦＢＧセンサの断面図を示す。（ｃ）は入力した光信号のうちＦＢＧセンサで反射されて出力された光信号の波長分布を示し、（ｄ）は入力した光信号のうちＦＢＧセンサを透過した光信号の波長分布を示す。光ファイバ５００は、石英ガラスで形成された細い物質であるコア５０１を中心に配置し、その周囲を覆うグラッド５０２で構成されている。石英ガラスはもろいため、保護被膜５０３で周囲を被せる。コア５０１には、ピッチΛで長さＬの範囲で周期的な回折格子５０５が形成されている。この回折格子５０５は、図示しない方法によって、光ファイバのコア５０１に紫外光（たとえば波長２５０ｎｍ前後）の干渉縞を照射することで、コア５０１の屈折率を周期的に変化させることで形成可能である。この回折格子５０５が形成された部分をＦＢＧセンサ６と称する。
【０００４】
ＦＢＧセンサ６に広帯域の光信号（λ）５０６を入力すると、回折格子５０５のピッチΛに応じて反射光（λＡ）５０７は特定の波長でのみ反射する。透過光５０８は、その反射光（λＡ）５０７が抜けた状態で透過することになる。
【０００５】
図１３の式１に示したように、反射光（λＡ）５０７は、（数１）に示すように、コア５０１の屈折率や回折格子５０５の周期を変化させる物理量によって変化することになる。
【０００６】
【数１】
2014206422.tif 000003
【０００７】
例えば、ＦＢＧセンサ６００に熱変化が生じると、コア５０１が温度変化による屈折率の変動が発生し、回折格子５０５の周期が変動するため、反射光５０７の波長がシフトすることになる。この温度によるシフト量は、光源に１.５μｍの波長帯域を使用した場合は、約１０ｐｍ／℃となる。また、ＦＢＧセンサ６００に歪みが生じると、コア５０１に伸び縮みが発生するため回折格子５０５の周期が変動する。この歪みによるシフト量は、約１．２ｐｍ／μεとなる。
【０００８】
ＦＢＧセンサで温度を測定する方法として、特許文献１に記載されたものがある。本方法は、温度の変化を歪みの変化に変換する感温部材に長さ方向の一部にＦＢＧを設けた光ファイバのＦＢＧの両側の部分を、ＦＢＧにたわみがないよう若干張力をかけた状態で固定する。温度変化によって感温部材が伸び歪みするとＦＢＧがそれに応じて実質的に同じ伸び歪みが発生するため、ＦＢＧを固定した材料の影響を受けずに、感温部材の歪みによって発生するＦＢＧの反射波長変化で温度を計測できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−２５４８３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に記載されている測定方法では、ＦＢＧセンサを感温部材に固定しなければ歪みの計測ができないため、感温部材が必ず必要であり、測定する箇所が限定されてしまう。また、磁場や電界の高い装置の内部に設置する場合は、感温部材である金属が挿入できない。さらにコスト的にも問題があった。
【００１１】
本発明は上述の問題点を鑑みてなしたもので、磁場や電界の高い装置の内部でも感温部材を必要とせず、ＦＢＧセンサで温度測定が高精度にできるＦＢＧセンサを用いた温度計測方法およびその装置並びにＦＢＧセンサを組込んだ発電機を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記した目的を達成するために、本発明では、ＦＢＧセンサを用いた温度計測方法において、ＦＢＧセンサが形成された光ファイバを温度変化する環境の中に設置してこの環境の温度を順次変化させて各温度におけるＦＢＧセンサから出力される反射光の波長と環境の温度との関係からＦＢＧセンサの波長と温度の変換係数を求め、ＦＢＧセンサが形成された光ファイバを被測定物に付設した状態で室温においてＦＢＧセンサから出力される反射光の波長を検出してオフセット量を求め、被測定物を運転状態でＦＢＧセンサから検出される反射光の波長を検出して先に求めた波長と温度の変換係数及びオフセット量を用いて運転状態における被測定物の温度を求めるようにした。
【００１３】
また、上記した目的を達成するために、本発明では、ＦＢＧセンサを用いた温度計測装置を、ＦＢＧセンサが形成された光ファイバと、この光ファイバのＦＢＧセンサからの反射光を検出するＦＢＧセンサ検出部と、ＦＢＧセンサからの反射光の波長とＦＢＧセンサ周囲の温度との関係からＦＢＧセンサからの反射光の波長と温度との変換係数を求める波長/温度変換係数算出手段と、光ファイバのＦＢＧセンサが形成された部分を被測定物に付設した状態で室温においてＦＢＧセンサから出力される反射光の波長に基づいてＦＢＧセンサのオフセット量を算出するオフセット量算出手段と、被測定物が運転されている状態でＦＢＧセンサ検出部で検出したＦＢＧセンサからの反射光の波長と波長/温度変換係数算出手段で求めた変換係数とオフセット量算出手段で算出したオフセット量とを用いて被測定物の運転中の温度を求める温度算出手段とを備えて構成した。
【００１４】
更に、上記した目的を達成するために、本発明では、ＦＢＧセンサを組込んだ発電機を、発電機のロータ又はステータの何れか一方または両方のコイル素線に組込まれた中空素線と、この中空素線の内部に付設されて一部にＦＢＧセンサ部が形成された光ファイバと、この光ファイバのＦＢＧセンサからの反射光を検出するＦＢＧセンサ検出部と、ＦＢＧセンサからの反射光の波長とＦＢＧセンサ周囲の温度との関係からＦＢＧセンサからの反射光の波長と温度との変換係数を求める温度/波長変換係数算出手段と、光ファイバのＦＢＧセンサが形成された部分を中空素線に付設した状態でＦＢＧセンサから出力される反射光の波長に基づいてＦＢＧセンサのオフセット量を算出するオフセット量算出手段と、発電機が運転されている状態でＦＢＧセンサ検出部で検出したＦＢＧセンサからの反射光の波長と波長/温度変換係数算出手段で求めた変換係数とオフセット量算出手段で算出したオフセット量とを用いて中空素線が組込まれたコイルの運転中の温度を求める温度算出手段とを備えて構成した。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、被測定物にＦＢＧセンサを付設するときに生じる歪みなどの取り付け誤差による温度誤差を低減することができ、さらに他の部材を介在することがなく、磁場や電界の高い装置の内部にも簡単に付設することが可能で、高精度な温度計測ができるという優れた効果を奏する。
【００１６】
また、このＦＢＧセンサを発電機に組込むことにより、運転中の発電機の温度の異常な上昇を速やかに検出することが可能になり、重大な事故の発生を未然に防止することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の実施例１におけるＦＢＧセンサを用いた温度計測装置の全体の構成を示すブロック図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の実施例１における多連ＦＢＧセンサの正面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の実施例１における多連ＦＢＧセンサから検出される反射光の波長特性を示すグラフである。
【図３】図３は、本発明の実施例１において発電機のコイル部分の初期温度計測を行うための構成を示す図で、中空素線の内部のＦＢＧセンサを透視して表示した図である。
【図４】図４は、本発明の実施例１において図３の発電機のコイルのうちの中空素線の端部のファイバ取り出し部の詳細を示した部分断面の斜視図である。
【図５】図５は、本発明の実施例１におけるＦＢＧセンサを用いた温度計測装置を発電機のコイル内計測に適用した場合を示すブロック図である。
【図６】図６は、本発明の実施例１においてＦＢＧセンサ単体で波長と温度の変換係数を採取する方法を示した図である。
【図７】図７は、図６で取得した波長と温度のデータをプロットしたグラフである。
【図８Ａ】図８Ａは、本発明の実施例１におけるＦＢＧセンサを付設時のオフセットを計算する処理の流れを示すフローチャートである。
【図８Ｂ】図８Ｂは、本発明の実施例１におけるオフセットを考慮してＦＢＧセンサで温度を測定するための処理の流れを示すフローチャートである。
【図９Ａ】図９Ａは、本実施例を用いない方式で温度誤差を算出したグラフである。
【図９Ｂ】図９Ｂは、本発明の実施例１による方式で温度誤差を算出したグラフである。
【図１０】図１０は、本発明の実施例１においてＦＢＧセンサを用いて温度を測定した結果を示す表とグラフである。
【図１１】図１１は、本発明の実施例２におけるＦＢＧセンサを用いた温度計測装置の全体の構成を示すブロック図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、本発明の実施例２におけるＦＢＧセンサを付設時のオフセットを計算する処理の流れを示すフローチャートである。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、本発明の実施例２におけるオフセットを考慮してＦＢＧセンサで温度を測定するための処理の流れを示すフローチャートである。
【図１３】図１３は、ＦＢＧセンサの原理を示した図であり、（ａ）はＦＢＧセンサに入力する光信号の波長分布を示し、（ｂ）はＦＢＧセンサの断面図を示す。（ｃ）は入力した光信号のうちＦＢＧセンサで反射されて出力された光信号の波長分布を示し、（ｄ）は入力した光信号のうちＦＢＧセンサを透過した光信号の波長分布を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明では、ＦＢＧセンサを用いた温度計測方法及びその装置並びにＦＢＧセンサを組込んだ発電機において、予めＦＢＧセンサの反射波長と温度の変換係数を求めておき、次に、ＦＢＧセンサに張力がかからないようにして被測定物に付設した状態でＦＢＧセンサのオフセット温度又はＦＢＧセンサから出力される反射光の波長のオフセット量を求め、被測定物の温度を計測する状態においてＦＢＧセンサから出力された反射光を検出して波長と温度との変換係数を用いて温度を求めてこれからオフセット温度を差し引くことにより、又は、ＦＢＧセンサから出力された反射光の波長をオフセット補正した値で波長と温度との変換係数を用いて算出した値を被測定物の温度とするようにしたものである。  
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する
【実施例１】
【００１９】
図１から図７は本発明のＦＢＧセンサを用いた温度測方法および計測装置を実施する形態の第一例である。
【００２０】
図１に本発明の第１の実施例におけるＦＢＧセンサを用いた温度計測装置の構成を説明する。
【００２１】
本実施例におけるＦＢＧセンサを用いた温度計測装置は、ＦＢＧセンサ部１、ＦＢＧセンサ検出装置２、初期温度計測装置３、温度計測装置４を備えて構成される。ＦＢＧセンサ部１は、光ファイバ５（図１３の光ファイバ５００に相当）の一部にＦＢＧセンサ６（図１３のＦＢＧセンサ６００に相当）を形成したものである。
【００２２】
ＦＢＧセンサ６は、それぞれ回折格子のピッチを僅かに変化させ、反射波長が異なるよう複数個直列に形成することで1本の光ファイバで複数個所の計測が可能である。特にＦＢＧセンサの個数は規定するものではなく1個のＦＢＧセンサで構成しても構わない。
【００２３】
光ファイバ１は、ＦＢＧセンサ２を複数構成することが可能である。図２Ａに複数ＦＢＧセンサの光ファイバ１の形態を、図２Ｂに検出波形を示す。光ファイバ１にＦＢＧセンサ２を任意のピッチに従って、ＦＢＧセンサ６−１、６−２、６−３、６−ｎを作成する。各ＦＢＧセンサ２は、図１３で示した回折格子５０５のピッチΛを変化させることにより、反射波長を変えることが可能である。さらに、各反射波長は、推定される測定温度や歪みの変化波長より大きく離すことで、反射波長の重なりを防止することが出来るため、誤検出防止となる。複数のＦＢＧセンサの検出波形は、λ−１、λ−２、λ−３、λ−ｎとして検出される。
【００２４】
図１において、ＦＢＧセンサ検出装置２は、広帯域波長光源７、サーキュレータ８、波長分光手段９で構成し、サーキュレータ８の一方に光ファイバ５を接続する。広帯域波長光源７の光は、サーキュレータ８から光ファイバ５に透過して、ＦＢＧセンサ６により特定の波長で反射する。反射した光は、光ファイバ５を戻りサーキュレータ８で反射し、波長分光手段９に投光される。波長分光手段９では、ＦＢＧセンサ６の反射波長を算出することが可能である。
【００２５】
初期温度計測装置３は、温度計測手段１０と初期温度入力手段１１で構成される。温度計測手段１０は、光ファイバ５を図示しない被測定物に付設した状態でその周辺温度を計測するものである。初期温度入力手段１１は、温度計測手段１０で計測した温度を入力してその結果を温度計測装置４に出力するものである。
【００２６】
温度計測装置４は、ＦＢＧセンサ検出装置２の波長分光手段９で算出した反射波長の結果を入力し波長データを蓄積する検出波長蓄積手段１２と、図６，７で説明するＦＢＧセンサ単体で波長と温度のデータを採取して得られた温度と波長の変換係数を入力する温度/波長変換係数蓄積手段１３と、その温度/波長変換係数を用いて検出波長蓄積手段１２に蓄積された波長データを温度に変換する波長⇒温度変換手段１４と、初期温度計測装置３の初期温度入力手段１１の温度データと光ファイバ５を付設した初期状態での波長を波長⇒温度変換手段１４で算出した温度を比較してオフセット値を算出するオフセット値算出手段１５と、そのオフセット値を蓄積するオフセット蓄積手段１６と、被測定物の温度測定時において、測定した波長から温度に変換した計測値と初期状態でのオフセット値で補正するオフセット補正手段１７と、オフセット補正手段１７から得られた測定値を表示する表示手段１８と、出力手段１９で構成する。
【００２７】
本実施例に基づく温度計測の一実施例として、発電機内部の温度計測を行う場合について説明する。  
図３は、発電機に使用するコイルの模式図とＦＢＧセンサを設置した初期状態を示す図である。図３は、図１に示した構成において、光ファイバ５のＦＢＧセンサ部１を発電機のコイル内部に付設してコイルの内部の温度を計測できるようにしたものであり、測定データにコイル設置時の取り付け誤差を加味することを可能にして測定誤差を低減し、高精度な温度測定を可能にしたものである。
【００２８】
ＦＢＧセンサは、温度変化によるコイルの熱膨張の影響を防止するために、ストレスフリーの状態でコイルに固定する。ＦＢＧセンサは、温度の変化を波長の変化として検出するために、この検出した波長を図1に示した構成を用いて温度に変換する。
【００２９】
コイル１０００は、複数の素線１００１を図示しない方法で編み込んで製作する。このコイル１０００の中に、空間１００３が全長に亘って加工されている中空素線１００２も組込む。ＦＢＧセンサ部１は、光ファイバ５の一部にＦＢＧセンサ６を複数形成して構成したものである。この中空素線１００２の空間１００３に光ファイバ５を挿入し、ＦＢＧセンサ６がコイル１０００の内部に配置するよう付設する。光ファイバ５と中空素線１００２の一方の端面の取り出し部は接着剤１００４で固定する。一方、中空素線１００２の他方の端面において、光ファイバ５は中空素線１００２に対してフリーになっている。
【００３０】
ＦＢＧセンサ６で反射された光は、光ファイバ５と接続しているＦＢＧセンサ検出装置２に入力され、ＦＢＧセンサ検出装置２で反射波長が検出される。初期温度計測装置３は、光ファイバ５を付設後の周辺温度を計測可能である。ＦＢＧセンサ検出装置２でＦＢＧセンサ６の各反射波長と、初期温度計測装置３の温度を温度測定装置４に入力する。
【００３１】
図４は、光ファイバ５と中空素線１００２の一方の端面の取り出し部の詳細を示した図である。光ファイバ５は、中空素線１００２の一方の端面の取り出し部を覆うようにして供給された接着剤１００４で中空素線１００２の一方の端面に接着されている。光ファイバ５は中空素線１００２の一方の端部に接着して保持され、そのほかの部分は中空素線１００２に対してフリーになっているため、中空素線１００２の内部の空間１００３において、ＦＢＧセンサ部６が中空素線１００２に接触しない、あるいは接触しても固着されていないため、温度上昇によるコイルの伸びの影響を受けない状態である。なお、接着剤の種類は特に規定しないが、温度上昇に耐えられること、及び付設時の簡便さから紫外線硬化樹脂を用いることが望ましい。また固定する材料に関しては温度上昇に耐えられれば、特に制限はない。
【００３２】
図５は、本実施例によるＦＢＧセンサ６を形成した光ファイバ５を組み込んだ発電機１０１をタービン１００と接続した状態の構成を示す断面模式図である。タービン１００は、発電機１０１のロータ１０２の回転軸１０００ｂに接続されている。ロータ１０２は、図示しない方法で保持され、高速回転が可能である。ステータ１０３はロータ１０２に対向配置されている。それぞれに導体（例えば銅線）で製作したコイル１０００が図示しない方法で固定されている。コイル１０００には図３及び図４で説明したような中空素線１００２が含まれており、中空素線１００２の空間１００３にはＦＢＧセンサ６が形成された光ファイバ５を挿入してある。
【００３３】
光ファイバ５は、図４で示した方法でコイル１０００の中空素線１００２（図３参照）の端部に接着されており、光ファイバ５の終端部は、発電機１０１の外部に取り出されている。光ファイバ５を複数本設置した場合は、必要に応じて切り替え器１０４により、所望の光ファイバ５の出力を選択すればよい。切り替え器１０４からＦＢＧセンサ検出装置２に導光されたＦＢＧセンサ６からの反射波長を検出し、温度計測装置４により発電機１０１内部のステータ１０３の温度を計測することができる。
【００３４】
また、ロータ１０２の軸１０００ｂに巻かれたコイル１０００ａにも図３及び図４で説明したような中空素線１００２が含まれている。中空素線１００２の空間１００３にはＦＢＧセンサ６が形成された光ファイバ５が挿入されており、ステータ１０３のコイル１０００の場合と同様に温度計測が可能である。ロータ１０２は高速回転するため、ロータ１０２に付設した光ファイバ５の端部は直接外部に取り出せない。そのため、光ファイバジョイント１０５を用いて回転部から静止部への取り出しを行う。なお、回転部からの取り出し方法は、光ファイバジョイント１０５を用いた方式に限られるものではなく、いかなる方式でも構わない。
【００３５】
また、ステータ１０３側のコイル１０００について、複数本の光ファイバの切り替えは、切り替え器１０４を用いて説明したが、ＦＢＧセンサ検出装置２に複数本を同時に検出できる機能があれば切り替え器１０４は不要である。どのような方法であってもＦＢＧセンサ検出装置でＦＢＧセンサ６からの反射波長が検出できれば方法は問わない。
【００３６】
なお、上記した実施例では、発電機１０１のロータ１０２とステータ１０３との両方にコイル素線１００１の中に中空素線１００２を組み込んだ例を示したが、ロータ１０２またはステータ１０３の何れか一方においてコイル素線１００１の中に中空素線１００２を組み込むようにしてもよい。
【００３７】
図６にＦＢＧセンサの温度と波長の変換係数を求めるための構成の一実施例を示す。ＦＢＧセンサの温度と波長の変換係数は、温度が調整された恒温槽２００の内部に光ファイバ５のＦＢＧセンサ６が形成された部分を配置した状態で、温度計測手段２０７で計測した恒温槽２００の内部の温度情報と、ＦＢＧセンサ検出装置２（その内部の構成は、図１で説明したものと同じ）で検出したＦＢＧセンサ６からの反射波長の情報とがＦＢＧファイバ変換係数取得装置２０８に入力されて求められる。
【００３８】
図６に示した構成において、恒温槽２００は、温度安定装置２０１から温調した空気をファン２０２により、恒温槽２００の穴２０３を透過し内部２０４に流し込む。恒温槽温度計２０５は恒温槽２００の内部２０４の温度を計測可能であり、その温度を温度安定装置２０１にフィードバックすることで内部２０４の設定温度を保っている。光ファイバ５のＦＢＧセンサ６が形成された部分は、恒温槽２００の内部２０４に張力がない状態で設置されている。光ファイバ５の終端部は恒温槽２００の外部に取り出され、ＦＢＧセンサ検出装置２に接続している。
【００３９】
２０６は校正用温度計で、恒温槽２００の内部でＦＢＧセンサ６付近に設置されている。校正用温度計２０６からの出力は、温度計測手段２０７に入力され、温度計測手段２０７で恒温槽２００の内部の校正用温度計２０６近傍の温度情報を取得できる。
【００４０】
ＦＢＧファイバ変換係数取得装置２０８は、検出波長蓄積手段２０９と温度/波長入力手段２１０、変換係数算出手段２１１及び変換係数蓄積手段２１２を備えている。検出波長蓄積手段２０９は、ＦＢＧセンサ検出装置２で検出したＦＢＧセンサ６からの反射波長の情報を蓄積する。温度/波長入力手段２１０には、温度計測手段２０７で取得した恒温槽２００の内部の校正用温度計２０６近傍の温度情報と検出波長蓄積手段２０９に蓄積された反射波長の情報とが入力される。温度/波長入力手段２１０に入力した温度と波長の情報は変換係数算出手段２１１で高次の近似式により変換係数が算出される。算出した変換係数の情報は、変換係数蓄積手段２１２に蓄積される。
【００４１】
図７にＦＢＧファイバ変換係数取得装置２０８によって計測された結果の一例を示す。横軸は校正用温度計２０６で計測した温度、縦軸はＦＢＧセンサ検出装置２で検出したＦＢＧセンサの中心波長である。同図に示すように、温度が上昇することで中心波長が長波長側に変化していることが分かる。
【００４２】
例えば被測定物で測定したい温度範囲が５０℃から１８０℃であるとすれば、温度の校正範囲はそれ以上の範囲とし、例えば０℃から２００℃までの範囲のデータを複数点、取得することが望ましい。（数２）に上記に説明した方法で求めた変換係数の一例を示す。
【００４３】
【数２】
2014206422.tif 000004
【００４４】
温度と波長の変化は非線形であるため、変換係数は、直線近似ではなく、高次の近似式を用いることにした。例えば二次近似式を用いて算出すればよい。直線近似以外であれば高次の近似式でも構わない。
【００４５】
以上の構成において計測フローを用いて動作を説明する。
図８Ａ及び図８Ｂに本発明におけるＦＢＧセンサを用いた温度計測装置の計測フローを説明する。先ず、図８Ａに、ＦＢＧファイバをコイルの内部に付設ときのオフセット得御計算するための処理フローを示す。
【００４６】
最初に、図６に示したような構成で、光ファイバ５のＦＢＧセンサ６を形成した部分を恒温槽の中に設置して、ＦＢＧファイバ変換係数取得装置２０８を用いてＦＢＧセンサ６単体での波長と温度のデータを採取する（Ｓ１２００）。次に、変換係数算出手段２１１で波長と温度、温度と波長の変換係数を二次近似式以上の高次係数を用いて算出する（Ｓ１２０１）。
【００４７】
次に、ＦＢＧセンサ６を被計測物（例えば、図３に示したコイル１０００の中の中空素線１００２の内部）に付設する（Ｓ１２０２）。ＦＢＧセンサ６を付設後に、初期温度検出装置３により温度（Ｔ１）を、ＦＢＧセンサ検出装置２によりその温度の時のＦＢＧセンサ反射波長（λ１）の情報を取得する（Ｓ１２０３）。次に、変換係数算出手段２１１で算出した波長と温度の変換係数を用いてＦＢＧセンサ反射波長（λ１）から被計測物にＦＢＧセンサを付設した状態での温度（Ｔ０）を算出する（Ｓ１２０４）。ＦＢＧセンサ６を付設時のオフセット（ΔＴ）を基準温度（Ｔ０）−付設時の温度（Ｔ１）から計算する（Ｓ１２０５）。
【００４８】
次に、図８Ｂに、被計測物の温度を測定するフローを示す。まず、温度計測時におけるＦＢＧセンサの反射波長を取得する（Ｓ１２１１）。波長と温度の変換係数を用いて温度測定状態での温度（Ｔｎ）を算出する（Ｓ１２１２）。測定温度（Ｔ）を、算出した温度（Ｔｎ）−オフセット（ΔＴ）から計算する（Ｓ１２１３）。次に、再度温度測定が必要かの判定を行う（Ｓ１２１４）。再度測定の場合は、Ｓ１２１１のステップに戻る。再度測定をしない場合は、測定を終了する。測定結果は、必要に応じて表示手段あるいは出力手段に出力する。
【００４９】
図９Ａ及び図９Ｂに温度計測した結果の一例を示す。図９Ａは付設時のオフセットを考慮しなかったときの温度誤差、図９Ｂは本実施例に基づいて付設時のオフセットを考慮して算出したときの結果を示す。それぞれ横軸は計測温度、縦軸は温度誤差を示す。この実施例では、温度誤差を評価するため、ＦＢＧセンサと熱電対を図示しない方法で同じ場所に付設した。ＦＢＧセンサと熱電対は同時測定を行い、ＦＢＧセンサの波長から算出した温度と熱電対の温度の差分を温度誤差とした。温度測定場所は６箇所とし、それぞれの温度誤差を求めた。図９Ａに示すように、オフセットを考慮しない場合の温度誤差は数℃以上であったが、図９Ｂに示すように、本実施例に基づいてオフセットを考慮すれば半分以下の温度誤差に抑えることができた。
【００５０】
被測定物が発電機のコイルのような長尺のものである場合、ＦＢＧセンサを張力を発生させないようにして表面に付設することは非常に困難である。そのため、本実施例のように多数ある素線の中の１本又は数本の素線内に、素線の長手方向に中空の貫通穴を設け、その中にＦＢＧファイバを挿入して素線の１端に固定することで、ＦＢＧセンサに張力を発生させないようにして付設することが容易となる。本発明で説明したように、ＦＢＧセンサの校正時と付設時の温度計が異なることや、付設時の条件によっては一定の歪みが生じる場合も考えられるため、計測温度に差が生じてしまう。そのことから、本実施例で述べたように、初期設定時でオフセット補正することで温度誤差を低減することができる。
【００５１】
図１０に、ＦＢＧセンサに対応する温度の計測結果の表示画面３００の例として、温度の計測結果を表形式で表示する表形式表示部３０１とグラフ化して表示するグラフ表示部３０２とを表示した例を示す。表形式表示部３０１で表示した温度データのうち、予め設定した上限値以上の測定値には、他の検出結果の表示とはことなるハイライト表示（図１０に示した例では、ハッチングして表示）される。また、グラフ表示部３０２は、表形式表示部３０１で表示した温度の測定結果をグラフ化して表示するものである。このようにグラフ化して表示することにより、オペレータは、コイル長手方向の温度の分布の傾向を視覚的に認識することができる。
【実施例２】
【００５２】
図１１に、本発明の第２の実施例におけるＦＢＧセンサを用いた温度計測装置の構成をブロック図で示す。本実施例において、図１と同じ動作を示すものには同じ番号を付している。本実施例におけるＦＢＧセンサを用いた温度計測装置は、ＦＢＧセンサ部１、ＦＢＧセンサ検出装置２、初期温度計測装置３、温度計測装置４ａを備えている。ＦＢＧセンサ部１、ＦＢＧセンサ６、ＦＢＧセンサ検出装置２、初期温度計測装置３の構成及び作用は、第一の実施例と同様である。
【００５３】
温度計測装置４ａは、検出波長蓄積手段１２、温度/波長係数・波長/温度係数蓄積手段５０、温度⇒波長係数変換手段５１、オフセット値算出手段５２、オフセット値蓄積手段５３、オフセット補正手段５４、波長⇒温度変換手段５５、表示手段１８、出力手段１９を備えている。本実施例の温度計測装置４ａにおいて、ＦＢＧセンサ検出装置２の波長分光手段９で算出した反射波長の結果を入力しデータを蓄積する検出波長蓄積手段１２は第一の実施例と同じである。
【００５４】
ＦＢＧセンサ６の波長と温度の変換係数は、温度/波長係数・波長/温度係数蓄積手段５０に蓄積されている。  
初期温度入力手段１１の出力を、温度⇒波長変換手段５１に入力する。  
温度⇒波長変換手段５１は、温度/波長係数・波長/温度係数蓄積手段５０に蓄積されている変換係数から初期温度取得時の温度から初期波長を算出する。算出した初期波長と初期温度取得時のＦＢＧセンサ６の反射波長を検出波長蓄積手段１２からオフセット値算出手段５２に入力する。
【００５５】
初期温度から算出した初期波長とＦＢＧセンサ6で検出した反射波長の差を算出してオフセット値蓄積手段５３に蓄積する。通常の温度計測においては、ＦＢＧセンサ検出装置２から出力した検出波長蓄積手段１２からの波長をオフセット補正手段５４に入力し、オフセット値蓄積手段５３に蓄積されたオフセット値で検出波長を補正する。補正した検出波長は、波長⇒温度変換手段５５によって温度に変換される。そのときの変換係数は、温度/波長係数・波長/温度係数蓄積手段５０に蓄積されているものを使用する。計測した温度結果は、必要に応じて表示手段１８や、出力手段１９によって出力する。
【００５６】
以上の構成を用いて第二の実施例において温度を計測するための処理のフローを図１２Ａ及び図１２Ｂを用いて説明する。  
先ず、図１２Ａに、ＦＢＧファイバをコイルの内部に付設ときのオフセット得御計算するための処理フローを示す。  
本処理フローにおいては、先ず、ＦＢＧファイバ変換係数取得装置２０８によりＦＢＧセンサ６単体で波長と温度のデータを採取する（Ｓ１２５０）。次に、波長と温度、温度と波長の変換係数を算出する（Ｓ１２５１）。ＦＢＧセンサ６を被計測物に付設する（Ｓ１２５２）、付設後に、初期温度検出装置３により温度（Ｔ１）を、ＦＢＧセンサ検出装置２でＦＢＧセンサ反射波長（λ１）を取得する（Ｓ１２５３）。温度と波長の変換係数を用いて初期温度から付設時の基準ＦＢＧセンサ反射波長（λ０）を算出する（Ｓ１２５４）。付設時のオフセット（Δλ）を基準波長（λ０）−付設時の波長（λ１）から計算する（Ｓ１２５５）。
【００５７】
次に、図１２Ｂを用いて被計測物の温度を測定するフローを説明する。先ず、ＦＢＧセンサの反射波長を取得する（Ｓ１２６０）。次に、測定波長（λ）を取得した波長（λｎ）−オフセット（Δλ）から算出する（Ｓ１２６１）。波長と温度の変換係数を用いて測定状態での温度（Ｔｎ）を算出する（Ｓ１２６２）。再度測定かの判定を行う（Ｓ１２６３）。再度測定の場合は、Ｓ１２６０に戻る。再度測定をしない場合は、測定を終了する。  
上述した方法によっても実施例１の場合と同様な効果を得られる。
【００５８】
本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１・・・ＦＢＧセンサ部    ２・・・ＦＢＧセンサ検出装置    ３・・・初期温度計測装置  ４、４ａ・・・温度計測装置    ５・・・光ファイバ    ６，６００・・・ＦＢＧセンサ    ７・・・広帯域波長光源    ８・・・光サーキュレータ    ９・・・波長分光手段  １０・・・温度計測手段    １１・・・初期温度入力手段    １２・・・検出波長蓄積手段１３・・・温度/波長変換係数蓄積手段    １５・・・オフセット値算出手段    １６・・・オフセット値蓄積手段    １７・・・オフセット補正手段    １８・・・表示手段    １９・・・出力手段    １０１・・・発電機    １０２・・・ロータ    １０３・・・ステータ    １０４・・・切り替え器    １０５・・・光ロータリジョイント    ２００・・・恒温槽    ２０１・・・温度調整装置    ２０２・・・ファン    ２０４・・・温度調整空間    ２０６・・・温度校正用温度計    ２０７・・・温度計測手段    ２０８・・・ＦＢＧファイバ変換係数取得装置    ２０９・・・検出波長蓄積手段    ２１０・・・温度/波長入力手段    ２１１・・・変換係数算出手段    ２１２・・・変換係数蓄積手段    ５００・・・光ファイバ    ５０１・・・コア    ５０２・・・グラッド    ５０３・・・保護被膜    ５０５・・・回折格子    １０００、１０００ａ・・・コイル  １００１・・・素線  １００２・・・中空素線    １００４・・・接着剤。
【図１】
2014206422.tif 000005
【図２Ａ】
2014206422.tif 000006
【図２Ｂ】
2014206422.tif 000007
【図３】
2014206422.tif 000008
【図４】
2014206422.tif 000009
【図５】
2014206422.tif 000010
【図６】
2014206422.tif 000011
【図７】
2014206422.tif 000012
【図８Ａ】
2014206422.tif 000013
【図８Ｂ】
2014206422.tif 000014
【図９Ａ】
2014206422.tif 000015
【図９Ｂ】
2014206422.tif 000016
【図１０】
2014206422.tif 000017
【図１１】
2014206422.tif 000018
【図１２Ａ】
2014206422.tif 000019
【図１２Ｂ】
2014206422.tif 000020
【図１３】
2014206422.tif 000021