(57)【要約】  温度測定装置は、光ファイバに光を入射する光源と、前記光ファイバからの後方散乱光からストークス成分およびアンチストークス成分を検出する検出器と、前記光ファイバの所定のサンプル点を含む所定領域において、前記ストークス成分と前記アンチストークス成分との相関の大きさに応じて前記サンプル点を含む所定範囲を算出し、前記所定範囲において前記ストークス成分および前記アンチストークス成分を平滑化する補正部と、平滑化後の前記ストークス成分および平滑化後の前記アンチストークス成分を用いて前記サンプル点の温度を測定する測定部と、を備える。
2016181540.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバに光を入射する光源と、
前記光ファイバからの後方散乱光からストークス成分およびアンチストークス成分を検出する検出器と、
前記光ファイバの所定のサンプル点を含む所定領域において、前記ストークス成分と前記アンチストークス成分との相関の大きさに応じて前記サンプル点を含む所定範囲を算出し、前記所定範囲において前記ストークス成分および前記アンチストークス成分を平滑化する補正部と、
平滑化後の前記ストークス成分および平滑化後の前記アンチストークス成分を用いて前記サンプル点の温度を測定する測定部と、を備えることを特徴とする温度測定装置。
【請求項２】
前記補正部は、前記相関の大きさが小さいほど前記所定範囲を長く設定することを特徴とする請求項１記載の温度測定装置。
【請求項３】
前記補正部は、前記相関の大きさが第１閾値未満である場合、前記所定範囲を上限値に設定することを特徴とする請求項１または２記載の温度測定装置。
【請求項４】
前記補正部は、前記第１閾値よりも大きい第２閾値以上であれば、前記サンプル点におけるストークス成分およびアンチストークス成分を平滑化しないことを特徴とする請求項３記載の温度測定装置。
【請求項５】
前記補正部は、前記相関の大きさとしてＰｅａｒｓｏｎの積率相関係数を用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の温度測定装置。
【請求項６】
前記補正部は、前記相関の大きさとしてＳｐｅａｒｍａｎの順位相関係数を用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の温度測定装置。
【請求項７】
前記補正部は、前記所定範囲を、前記サンプル点の周囲の光ファイバを一定温度とし、前記サンプル点を中心とした最小加熱長区間に該一定温度と異なる一定の温度を付与した際に得られる温度分布の半値幅よりも大きく、１次成分幅よりも小さく設定することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の温度測定装置。
【請求項８】
前記光ファイバへの前記光の入射先を、所定の周期で前記光ファイバの第１端と第２端との間で交互に切り替える光スイッチを備え、
前記補正部は、前記光スイッチによる切替前後における補正結果の平均値を算出することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の温度測定装置。
【請求項９】
光源から光が入射した光ファイバからの後方散乱光からストークス成分およびアンチストークス成分を、検出器を用いて検出し、
前記光ファイバの所定のサンプル点を含む所定領域において、前記ストークス成分と前記アンチストークス成分との相関の大きさに応じて前記サンプル点を含む所定範囲を算出し、
前記所定範囲において前記ストークス成分および前記アンチストークス成分を平滑化し、
平滑化後の前記ストークス成分および平滑化後の前記アンチストークス成分を用いて前記サンプル点の温度を測定する、ことを特徴とする温度測定方法。
【請求項１０】
コンピュータに、
光源から光が入射した光ファイバからの後方散乱光からストークス成分およびアンチストークス成分を検出する処理と、
前記光ファイバの所定のサンプル点を含む所定領域において、前記ストークス成分と前記アンチストークス成分との相関の大きさに応じて前記サンプル点を含む所定範囲を算出する処理と、
前記所定範囲において前記ストークス成分および前記アンチストークス成分を平滑化する処理と、
平滑化後の前記ストークス成分および平滑化後の前記アンチストークス成分を用いて前記サンプル点の温度を測定する処理と、を実行させることを特徴とする温度測定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件は、温度測定装置、温度測定方法および温度測定プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
光源から光ファイバに光を入射した際に当該光ファイバからの後方ラマン散乱光を用いて光ファイバの温度を測定する技術が開発されている（例えば、特許文献１〜６参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１４５５４号公報
【特許文献２】特開２００３−５７１２６号公報
【特許文献３】特開昭６２−１１０１６０号公報
【特許文献４】特開平７−１２６５５号公報
【特許文献５】特開平２−１２３３０４号公報
【特許文献６】特開２００２−２６７２４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記技術で測定される温度に対して補正などを行おうとすると、例えばノイズの抑圧とともに信号成分も減衰するなどのおそれが生じる。すなわち、測定される温度を補正することが困難である。【０００５】
本件は上記課題に鑑みなされたものであり、測定される温度を補正することができる温度測定装置、温度測定方法および温度測定プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１つの態様では、温度測定装置は、光ファイバに光を入射する光源と、前記光ファイバからの後方散乱光からストークス成分およびアンチストークス成分を検出する検出器と、前記光ファイバの所定のサンプル点を含む所定領域において、前記ストークス成分と前記アンチストークス成分との相関の大きさに応じて前記サンプル点を含む所定範囲を算出し、前記所定範囲において前記ストークス成分および前記アンチストークス成分を平滑化する補正部と、平滑化後の前記ストークス成分および平滑化後の前記アンチストークス成分を用いて前記サンプル点の温度を測定する測定部と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
測定される温度を補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】（ａ）は実施形態に係る温度測定装置の全体構成を表す概略図であり、（ｂ）は制御部のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。
【図２】後方散乱光の成分を表す図である。
【図３】（ａ）は、レーザによる光パルス発光後の経過時間と、ストークス成分およびアンチストークス成分の光強度との関係を例示する図であり、（ｂ）は（ａ）の検出結果および式（１）を用いて算出した温度である。
【図４】室温約２４℃時に光ファイバの一部区間を約５５℃のお湯に浸漬した場合の応答例を示す。
【図５】図４および式（２）から得られる結果を示す図である。
【図６】インパルス応答の典型例を例示する図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は各浸漬長に対してインパルス応答から推定した出力波形と、実際に得られた出力波形との比較を例示する図である。
【図８】２つの２０ｃｍの高温印加区間に対して、中央に印加しない区間を設け、その区間の幅を徐々に変化させたときの出力波形の計算値を例示する図である。
【図９】後方ラマン散乱光検出によって得た片端からパルスを入射した場合の温度分布の一例を示す図である。
【図１０】図９の両端から入射した２つの信号のストークス成分およびアンチストークス成分をそれぞれ平均化して温度を算出した図である。
【図１１】測定精度を定量的に例示する図である。
【図１２】図９から抽出したノイズの少ないＬメートル側片端のお湯への浸漬区画の温度分布と、図１０から抽出した２００ｍ近傍の平坦温度部を重ねて例示する図である。
【図１３】２つの波形のパワースペクトルを例示する図である。
【図１４】（ａ）〜（ｃ）は図９で例示した温度分布を算出する元信号であるストークス成分およびアンチストークス成分を例示する図である。
【図１５】お湯の浸漬位置における０メートル側片端から光パルスを入射した際のストークス成分およびアンチストークス成分を例示する図である。
【図１６】温度測定部が測定した温度を補正部が補正する際に実行するフローチャートの一例である。
【図１７】Ｐｅａｒｓｏｎの積率相関係数とＳｐｅａｒｍａｎの順位相関係数の比較を例示する図である。
【図１８】温度測定部が測定した温度を補正部が補正する際に実行するフローチャートの他の例である。
【図１９】他の適用例を例示する図である。
【図２０】は他の適用例を例示する図である。
【図２１】（ａ）および（ｂ）は他の適用例を例示する図である。
【図２２】（ａ）および（ｂ）は他の適用例を例示する図である。
【図２３】他の適用例を例示する図である。
【図２４】（ａ）〜（ｃ）は第１端側から光パルスを入射した場合の結果である。
【図２５】第１端側から光パルスを入射した場合の結果である。
【図２６】（ａ）〜（ｃ）は第２端（Ｌメートル）側から光パルスを入射した場合の結果である。
【図２７】第２端（Ｌメートル）側から光パルスを入射した場合の結果である。
【図２８】図２４（ａ）〜図２４（ｃ）および図２５から得た温度分布を例示する。
【図２９】図２８の一部拡大図である。
【図３０】図２６（ａ）〜図２６（ｃ）および図２７から得た温度分布を例示する。
【図３１】図３０の一部拡大図である。
【図３２】ループ測定に対する本実施形態の適用前後の比較をしたものを例示する。
【図３３】ループ測定に対する本実施形態の適用前後の比較をしたものを例示する。
【図３４】図１１に対して、図２８〜図３３の処理後の各温度分布の定量的な比較を示す。
【図３５】第１端および第２端から光パルスを入射した場合の温度分布である。
【図３６】両端から光パルスを入射した場合のストークス成分どうし、アンチストークス成分どうしの平均から算出したループ測定時の温度分布である。
【図３７】図１１に相当する各測定精度を例示する。
【図３８】第１端側から光パルスの入射を行った場合のストークス、アンチストークス成分波形と片側平滑化要素数を比較したものである。
【図３９】第２端から光パルスの入射を行った場合のストークス、アンチストークス成分波形と片側平滑化要素数を比較したものである。
【図４０】（ａ）は第１端側から光パルスを入射した場合において処理前後のストークス成分とアンチストークス成分との比較を例示する図であり、（ｂ）は図４１の干渉波形区間の拡大図である。
【図４１】温度分布の比較を例示する図である。
【図４２】（ａ）および（ｂ）は第２端から光パルスを入射した場合を例示する。
【図４３】温度分布の比較を例示する図である。
【図４４】図４０（ａ）〜図４３の処理後のストークス成分およびアンチストークス成分を用いて得たループ式測定の場合の温度分布を例示する。
【図４５】図４０（ａ）〜図４３の処理後のストークス成分およびアンチストークス成分を用いて得たループ式測定の場合の温度分布を例示する。
【図４６】図４０（ａ）〜図４５の各波形から算出した測定精度と図３７基準の削減率を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しつつ、実施形態について説明する。
【００１０】
（実施形態）
図１（ａ）は、実施形態に係る温度測定装置１００の全体構成を表す概略図である。図１（ａ）で例示するように、温度測定装置１００は、測定機１０、制御部２０などを備える。温度測定装置１００は、光ファイバ３０に接続されている。測定機１０は、レーザ１１、ビームスプリッタ１２、光スイッチ１３、フィルタ１４、複数の検出器１５ａ，１５ｂなどを備える。制御部２０は、指示部２１、温度測定部２２、補正部２３などを備える。
【００１１】
図１（ｂ）は、制御部２０のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。図１（ｂ）で例示するように、制御部２０は、ＣＰＵ１０１、ＲＡＭ１０２、記憶装置１０３、インタフェース１０４などを備える。これらの各機器は、バスなどによって接続されている。ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１０１は、中央演算処理装置である。ＣＰＵ１０１は、１以上のコアを含む。ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）１０２は、ＣＰＵ１０１が実行するプログラム、ＣＰＵ１０１が処理するデータなどを一時的に記憶する揮発性メモリである。記憶装置１０３は、不揮発性記憶装置である。記憶装置１０３として、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリなどのソリッド・ステート・ドライブ（ＳＳＤ）、ハードディスクドライブに駆動されるハードディスクなどを用いることができる。ＣＰＵ１０１が記憶装置１０３に記憶されている温度測定プログラムを実行することによって、制御部２０に指示部２１、温度測定部２２、補正部２３などが実現される。なお、指示部２１、温度測定部２２および補正部２３は、専用の回路などのハードウェアであってもよい。
【００１２】
レーザ１１は、半導体レーザなどの光源であり、指示部２１の指示に従って所定の波長範囲のレーザ光を出射する。本実施形態においては、レーザ１１は、所定の時間間隔で光パルス（レーザパルス）を出射する。ビームスプリッタ１２は、レーザ１１が出射した光パルスを光スイッチ１３に入射する。光スイッチ１３は、入射された光パルスの出射先を切り替えるスイッチであり、指示部２１の指示に従って光ファイバ３０の第１端および第２端に一定周期で交互に光パルスを入射する。なお、本実施形態においては、光ファイバ３０の長さをＬメートル（ｍ）とし、第１端の位置を０メートル（ｍ）とし、第２端の位置をＬメートル（ｍ）とする。
【００１３】
光ファイバ３０に入射した光パルスは、光ファイバ３０を伝搬する。光パルスは、伝搬方向に進行する前方散乱光および帰還方向に進行する後方散乱光（戻り光）を生成しながら徐々に減衰して光ファイバ３０内を伝搬する。後方散乱光は、光スイッチ１３を通過してビームスプリッタ１２に再度入射する。ビームスプリッタ１２に入射した後方散乱光は、フィルタ１４に対して出射される。フィルタ１４は、ＷＤＭカプラなどであり、後方散乱光を長波長成分（後述するストークス成分）と短波長成分（後述するアンチストークス成分）とを抽出する。検出器１５ａ，１５ｂは、受光素子である。検出器１５ａは、後方散乱光の短波長成分の受光強度を電気信号に変換して温度測定部２２および補正部２３に送信する。検出器１５ｂは、後方散乱光の長波長成分の受光強度を電気信号に変換して温度測定部２２および補正部２３に送信する。補正部２３は、ストークス成分およびアンチストークス成分を補正する。温度測定部２２は、ストークス成分およびアンチストークス成分を用いて温度測定を行う。
【００１４】
図２は、後方散乱光の成分を表す図である。図２で例示するように、後方散乱光は、大きく３種類に分類される。これら３種類の光は、光強度の高い順かつ入射光波長に近い順に、ＯＴＤＲ（光パルス試験器）などに使用されるレイリー散乱光、歪測定などに使用されるブリルアン散乱光、温度測定などに使用されるラマン散乱光である。ラマン散乱光は、温度に応じて変化する光ファイバ３０内の格子振動と光との干渉で生成される。強めあう干渉によりアンチストークス成分と呼ばれる短波長成分が生成され、弱めあう干渉によりストークス成分とよばれる長波長成分が生成される。
【００１５】
図３（ａ）は、レーザ１１による光パルス発光後の経過時間と、ストークス成分（長波長成分）およびアンチストークス成分（短波長成分）の光強度との関係を例示する図である。経過時間は、光ファイバ３０における伝搬距離（光ファイバ３０における位置）に対応している。図３（ａ）で例示するように、ストークス成分およびアンチストークス成分の光強度は、両方とも経過時間とともに低減する。これは、光パルスが前方散乱光および後方散乱光を生成しながら徐々に減衰して光ファイバ３０内を伝搬することに起因する。
【００１６】
図３（ａ）で例示するように、アンチストークス成分の光強度は光ファイバ３０において高温になる位置では、ストークス成分と比較してより強くなり、低温になる位置では、ストークス成分と比較してより弱くなる。したがって、両成分を検出器１５ａ，１５ｂで検出し、両成分の特性差を利用することによって、光ファイバ３０内の各位置の温度を検出することができる。なお、図３（ａ）において、極大を示す領域は、図１（ａ）においてドライヤなどで光ファイバ３０を意図的に加熱した領域である。また、極小を示す領域は、図１（ａ）において冷水などで光ファイバ３０を意図的に冷却した領域である。
【００１７】
本実施形態においては、温度測定部２２は、経過時間ごとにストークス成分とアンチストークス成分とから温度を測定する。それにより、光ファイバ３０内における各位置の温度を測定することができる。温度測定部２２は、例えば、下記式（１）に従って温度を算出することによって、光ファイバ３０内の各位置の温度を測定する。光量は、光強度に対応している。２つの成分の比を用いることで微弱な成分の差が強調され、実用的な値を得ることができる。なお、ゲインおよびオフセットは、光ファイバ３０の仕様に依存するため、予め較正しておけばよい。
温度＝ゲイン／｛オフセット−２×ｌｎ（アンチストークス光量／ストークス光量｝｝    （１）
【００１８】
図３（ｂ）は、図３（ａ）の検出結果および上記式（１）を用いて算出した温度である。図３（ｂ）の横軸は、経過時間を基に算出した光ファイバ３０内の位置である。図３（ｂ）で例示するように、ストークス成分およびアンチストークス成分を検出することによって、光ファイバ３０内の各位置の温度を測定することができる。レーザ１１は、例えば一定周期で光パルスを光ファイバ３０に入射する。空間分解能は、光パルスのパルス幅が狭いほど向上する。他方、パルス幅が狭いほど光量が小さく（＝暗く）なるので、その分パルスの尖塔値を高くする必要が生じ、上記式のゲインが非線形となる応答に変わる。
【００１９】
光スイッチ１３からの光ファイバ３０への入射位置が第１端または第２端で固定されていれば、上記式（１）での温度測定が可能である。本実施形態のように入射位置を一定周期で第１端と第２端とで切り替える場合には、アンチストークス光量とストークス光量とを各光ファイバ３０の位置で平均化（平均値の算出）すればよい。この切替による方式は、「ループ式測定」や、「ダブルエンド測定」や、「デュアルエンド測定」などと呼ばれる。
【００２０】
続いて、光ファイバにおける温度測定対象区間長と、ラマン散乱光から得られる測定温度との関係を例示する。図４は、室温約２４℃時に光ファイバ３０の一部区間を約５５℃のお湯に浸漬した場合の応答例を示す。０．５ｍから１０．５ｍまで浸漬長を長くしていく場合に、約２ｍ以上で、ピーク温度がお湯と同じ５５℃となる。したがって、正確な温度を測定するためには、温度測定対象区間を長くすることが好ましい。
【００２１】
正確な湯温から正確な室温を差し引いた温度を光ファイバ３０への印加温度とすると、測定系の感度は下記式（２）で定義される。
感度＝（お湯浸漬位置のピーク温度−浸漬位置前後のファイバで測定した室温）／印加温度×１００（％）    （２）
図４および上記式（２）から得られる結果を図５に示す。図５で例示するように、わずかにオーバーシュートが見られる。これは、後述するように、システムのインパルス応答がガウシアンではなく、ｓｉｎｃ関数に近い負の成分および高次のピークを持つ波形のためである。感度１００％となる、もしくはみなせる最小長さを最小加熱長と称する。
【００２２】
図４によれば、一定温度区間内に高温印加区間（＝お湯浸漬区間）を設けた際の温度は、単一方形波に対してインパルス応答を畳み込んだものと等価とみなすことができる。それにより、システムのインパルス応答が求まる。図６は、求めたインパルス応答の典型例を例示する。後方ラマン散乱光を用いた光ファイバの温度測定においては、図６で例示するように、インパルス応答はｓｉｎｃ関数に中心から離れた位置がきれいに減衰するような窓関数処理をした波形とみなせる。図５の感度曲線のオーバーシュートは、このインパルス応答波形に起因して生ずる。光ファイバ３０の長さ方向に沿った印加温度分布に対してこのインパルス応答を畳み込めば、ほぼ正確な出力予測が出来る。
【００２３】
図７（ａ）〜図７（ｃ）は、各浸漬長に対してインパルス応答から推定した出力波形と、実際に得られた出力波形との比較を例示する図である。図７（ａ）〜図７（ｃ）で例示するように、出力波形はほぼ正確に予測できている。図７（ａ）の３．２５ｍの浸漬ではインパルス応答の畳込どうしが干渉したことでピークが平坦化している。
【００２４】
そこで、図８には、２つの２０ｃｍの高温印加区間に対して、中央に印加しない区間を設け（つまり、お湯の浸漬でいえば空気中に出すということ）、その区間の幅を徐々に変化させたときの出力波形の計算値を例示する。ピーク温度を１とし、基準温度を０として規格化している。図８で例示するように、１．２〜１．４ｍの区間が空くと高温印加区間は２つある、とみなすことができる。これは、図６で例示したインパルス応答波形の拡がりによる干渉の結果である。高温印加区間が２つとみなせるのは、図８のインパルス応答の半値幅以上に離間した場合である。明確に離間したと判定するためには、勾配が逆転する０次成分幅の半値以上が好ましい。図８において、中央の非加熱区間の最低温度が基準温度と等しくなる、つまり、インパルス応答波形の干渉が無視できるようになるのは、図８から、２つの高温印加区間の間隔が１次ピーク間幅よりも大きく、たとえば１次成分幅程度になった場合である。
【００２５】
したがって、現在着目している光ファイバ位置で伝達関数の作用により温度が変化している、つまり、正しく温度が出力されている、と判断するには、その位置を中心にして、０次成分幅以上、かつ、１次成分幅以下の範囲の温度変化に着目することが好ましい。光パルスは、波長拡がりや入射画角、散乱などの影響で徐々に拡がってかつ減衰しながら伝搬される。そのため、インパルス応答は、光ファイバ３０の仕様に記載された最大使用長のファイバを接続したときの中央位置で測定・算出したものとすることが好ましく、または近端と中央、遠端の３か所の平均とするなどで対応することが好ましい。
【００２６】
より高精度に温度を測定するためには、たとえば図７（ａ）〜図７（ｃ）で例示するような畳み込みと出力データとの比較が問題ない程度の差異である範囲は同じとみなせる複数の区間を定め、各区間の中心位置で測定・算出して保存しておき、それぞれの区間ごとにそれぞれ保存したインパルス応答を用いる、などとすることが好ましい。時間の経過とともに、インパルス応答波形はレーザの劣化等により僅かに変化するため、さらに高精度に温度を測定するためには、一定期間ごとにインパルス応答を初回取得と同じ位置で較正することが好ましい。
【００２７】
図９は、後方ラマン散乱光検出によって得た片端からパルスを入射した場合の温度分布の一例を示す。図９では、図１で例示した第１端（０メートル）から入射した場合の波形と、第２端（Ｌメートル）から入射した場合の波形とが重ねて例示してある。第１端から入射した場合には、第１端近傍においては測定温度のばらつきが小さく、第２端に向けて測定温度のばらつきが大きくなる。一方、第２端から入射した場合には、第２端近傍においては測定温度のばらつきが小さく、第１端に向けて測定温度のばらつきが大きくなる。温度変化の大きい３０００ｍ近傍は、清掃が不十分なコネクタ接続位置であり、４９００ｍ地点はお湯に浸漬した箇所である。この例では光ファイバ３０が複数のボビンに巻かれて経路が構成され、かつ、それらの平均温度が微妙に異なるために、複数の段差が生じている。図９によれば、光源から離れるほど、ばらつきが大きくなっており、測定精度が低下していることがわかる。
【００２８】
図１０は、図９の両端から入射した２つの信号のストークス成分およびアンチストークス成分をそれぞれ平均化（平均値を算出）して温度を算出したものである。いわゆるダブルエンドやデュアルエンドなどと呼ばれている方式の例である。平均化により、端点の測定精度の低下は図９よりも緩和されたが、良好な側の端点には及ばない。図１１は、測定精度を定量的に例示する。それぞれ温度変化のない平坦部３か所各１００ｍの値を用いて算出した標準偏差３σの値である。平均（ループ式）は０（ｍ）から入射した場合の値とＬ（ｍ）から入射した場合の値の平均値となっていることが確認できる。
【００２９】
後方ラマン散乱光検出による光ファイバを用いた温度測定は、トンネルや石炭ベルトコンベアの火災異常検知等に用いられる。火災検知は±６℃でも問題はないが、たとえば、±１℃を必要とする場合、測定時間を（６÷１）２＝３６倍掛ければよい。たとえば、図１１の測定精度が２０秒で得られるレベルの機器ならば１２分、１分間で得られるレベルの機器ならば３６分を掛けて測定することで、±１℃を得るが、リアルタイムに該当する時間ではなく、用途は限定される。より幅広い分野に活用するには、高価な光源やフィルタ、回路等の部品を使用せずに、後処理によって測定精度を向上させることが好ましい。
【００３０】
ノイズ低減のための後処理としては、必要な信号帯域以外は低域高域（および中域）ともにカットしてしまうバンドパスフィルタや、ノイズモデルを設計し、それを基に有効な信号帯域を抽出する適応フィルタなどの適用がある。ここで、図１２に、図９から抽出したノイズの少ないＬメートル側片端のお湯への浸漬区画の温度分布と、図１０から抽出した２００ｍ近傍の平坦温度部を重ねて例示する。平坦温度部の温度の振れはノイズによるものである。
【００３１】
これらのデータは、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）時のエイリアシングの影響を最小化するため信号の両側を減衰させている。波形の非線形は、サンプリングが約５０ｃｍ間隔であることに拠る。これら２つの波形のパワースペクトルを図１３に例示する。図１３で例示するように、ノイズと信号成分の帯域は重複している。つまり、いかなるフィルタ処理でもノイズの抑圧とともに信号成分も減衰してしまう。お湯の温度と浸漬長が既知ならば良好なノイズ圧縮が可能だが、光ファイバに付与される温度分布のパターンはあらかじめ定まるものではない。以上のことから、後方ラマン散乱光検出による光ファイバの温度測定方式では、ノイズ低減に対してこのようなトレードオフの問題がある。
【００３２】
図１４は、図９で例示した温度分布を算出する元信号であるストークス成分およびアンチストークス成分を例示する。上記式（１）では、ｌｎ（  ）内の２つの光量が温度のノイズに起因する。図１４では、光ファイバ３０の入射端側ではストークス成分およびアンチストークス成分の両方ともノイズは小さいが、出射端になると、アンチストークス成分のノイズが特に大きくなる。つまり、ノイズ低減のためには、出射端のアンチストークス成分のノイズが低減できる方法に着目することが好ましい。
【００３３】
そこで、ストークス成分およびアンチストークス成分の変化に着目することが考えられる。図１５に、お湯の浸漬位置における０メートル側片端から光パルスを入射した際のストークス成分およびアンチストークス成分を例示する。図１５で例示するように、どちらの信号も温度が変化している箇所では、変化を示しており、その他の箇所では光伝搬に伴って減衰している。温度が変化する、ということは、ストークス成分とアンチストークス成分とが光ファイバ３０の長さ方向に同期して変化するということである。つまり、その同期の範囲を限定できれば、その他の領域は光源側の隣接するファイバ位置の温度に対して変化していない、もしくは、なだらかに傾きが変わっているだけ、と考えることができる。
【００３４】
そこで、図６〜図８で説明した最小加熱長に着目することができる。後方ラマン散乱光の検出による光ファイバの温度測定は、一定区間内はほぼ同じ最小加熱長応答を示すとしてもよい。最小加熱長のファイバを一定温度周囲よりも加熱すると、図６のインパルス応答とほぼ同じ波形が得られる。その、周囲に影響を及ぼす範囲（干渉範囲）は、前述のとおり、勾配が逆転する０次成分幅以上、かつ、振幅がほぼゼロに減衰する１次成分幅以下の範囲に着目すればよい。
【００３５】
図１６は、温度測定装置１００が温度測定を行う場合に実行するフローチャートの一例である。補正部２３は、サンプル点を含み、最小加熱長応答波形の０次成分幅以上かつ１次成分幅以下の所定領域（指定範囲）のストークス成分とアンチストークス成分との相関の大きさαを、サンプル点ごとに求める（ステップＳ１）。サンプル点とは、光ファイバ３０の長さ方向における温度測定対象点である。
【００３６】
相関の大きさの求め方はさまざまであるが、たとえば、Ｐｅａｒｓｏｎの積率相関係数を用いることができる。Ｐｅａｒｓｏｎの積率相関係数式を下記式（３）で表すことができる。
相関係数α＝（指定範囲のストークス成分と同範囲のアンチストークス成分の共分散）／（同範囲のストークス成分の標準偏差）／（同範囲のアンチストークス成分の標準偏差）    （３）
【００３７】
光ファイバ３０のサンプル点ｋを中心としたＰｅａｒｓｏｎの積率相関係数をα[ｋ]、ストークス成分の配列をＳＴＫ[ｋ]、アンチストークス成分の配列をＡＳＴＫ[ｋ]、指定範囲のサンプル数をｎ、ＳＴＫ[ｋ]の指定範囲の平均をＳＴＫａｖｅ、ＡＳＴＫ[ｋ]の指定範囲の平均をＡＳＴＫａｖｅとすると、上記式（３）は具体的に、下記式（４）のように表すことができる。
【数１】
2016181540.tif 000003
【００３８】
別の例として、変形のＳｐｅａｒｍａｎの順位相関係数を用いる場合には、まず、指定範囲（上記式（４）ではｎ）内のストークス成分およびアンチストークス成分の、そのｎ個の中での順位付を行い、その順位どうしについて、Ｐｅａｒｓｏｎの積率相関係数を使うものである。同一順位がある場合は、補正式を使用するが、通常、ストークス成分およびアンチストークス成分に関しては、同一順位の発生はほぼ皆無であるため、最初に出現した方を上位とするという処理でよい。
【００３９】
たとえば、図６のインパルス応答で示される区間に上記条件に合致する範囲として±３．６ｍを設定し、図９〜図１４のデータに対してＰｅａｒｓｏｎの積率相関係数とＳｐｅａｒｍａｎの順位相関係数の比較を図１７に例示する。一般的に、Ｐｅａｒｓｏｎの積率相関係数は１もしくは−１のときを完全な相関、以下絶対値で０．７以上１未満を高い相関、０．４以上０．７未満を相関、０．２以上０．４未満を低い相関、０．２以下を相関無し、として扱う。しかしながら、相関無しの０．２以下の領域ではＳｐｅａｒｍａｎの方がより傾きが変化してしまうものの、低い相関範囲の０．３以上の値ではほぼ１：１となっており、図１６に対しては同等の結果をもたらす。規格化されていれば自作してもよいし、その他の相関係数を用いてももちろん構わない。
【００４０】
再度図１６を参照し、次に、補正部２３は、相関係数αが閾値以下（例えば０．２以下）であるか否かを判定する（ステップＳ２）。ステップＳ２で「Ｙｅｓ」と判定された場合、補正部２３は、着目しているサンプル点の平滑化範囲を平滑化上限値まで広げる（ステップＳ３）。平滑化上限値は、例えば、サンプル点を基準にして片側６サンプルの計１１サンプルとすることができる。ステップＳ２で「Ｎｏ」と判定された場合、補正部２３は、平滑化範囲を、片側について、１／αの四捨五入した整数サンプル分とする（ステップＳ４）。ステップＳ３またはステップＳ４の実行後、補正部２３は、決定した平滑化範囲においてストークス成分およびアンチストークスをそれぞれ平滑化する。温度測定部２２は、補正部２３によって補正されたストークス成分およびアンチストークス成分を用いて、当該サンプル点の温度を算出する（ステップＳ５）。なお、相関係数αが１または１に近い値であれば、平滑化範囲が１となって、平滑化は行われない。
【００４１】
なお、平滑化処理とは、所定範囲のデータのバラツキを抑制する処理のことである。本実施形態においては、求めた平滑化範囲のデータの平均値を算出したが、重み付けを考慮した相加平均や、相乗平均、調和平均などの他の平均を用いてもよい。
【００４２】
図１６では相関係数の大きさの逆数を平滑化範囲の指標としたが、必ずしも逆数を用いなくてもよい。相関係数が大きいほど平滑化範囲を相対的に狭くし、相関係数が小さいほど平滑化範囲を相対的に大きくし、さらに小さくなった場合に平滑化範囲を所定の上限値にとどめればよい。
【００４３】
たとえば、図１８に、温度測定装置１００が温度測定を行う場合に実行するフローチャートの他の例である。ステップＳ１〜ステップＳ１３およびステップＳ１７は、図１７のステップＳ１〜ステップＳ３およびステップＳ５と同じ処理である。ステップＳ１２で「Ｎｏ」と判定された場合、補正部２３は、相関係数αがステップＳ１２の閾値よりも大きい閾値（例えば０．５５）以上であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。ステップＳ１４で「Ｙｅｓ」と判定された場合、補正部２３は、平滑化範囲を１とする（ステップＳ１５）。ステップＳ１４で「Ｎｏ」と判定された場合、補正部２３は、平滑化範囲を、片側について、１／αの四捨五入した整数サンプル分とする（ステップＳ１６）。ステップＳ１３、ステップＳ１５またはステップＳ１６の実行後、ステップＳ１７が実行される。図１８の処理では、相関係数が所定の値よりも大きい場合には、平滑化が行われないことになる。
【００４４】
ここで、ノイズにうずもれた微小な温度変化の場合、相関係数は０．５〜０．６６程度までしかならない可能性がある。逆数を四捨五入すると、平滑化要素数（サンプル数）は２となり、両隣のデータと合わせて３つのデータで平滑化することになるが、温度変化が微小なため、さらに検出感度が低下するおそれがある。しかしながら、このように大きい側にも閾値を設けておくことで、検出感度低下を抑制することができる。一般的に、ノイズを増大させているのは相関係数０．４以下の場合であるから、特に問題は発生しない。
【００４５】
なお、図１６および図１８に示した平滑化上限値から得られる上記所定領域の上限幅も、上述の、最小加熱長の１次成分幅以下とすることが好ましい。これは、１次成分幅を超えると平滑化信号が隣接信号のクロストークの影響を大きく受ける可能性が高くなることに起因する。なお、たとえば、得られた相関係数が−１の場合は完全な相関に分類されるが、本願では、ノイズとして扱う。なぜならば、たとえば、温度上昇の場合、ストークスもアンチストークスも上に凸になり、温度低下の場合は両者とも下に凸になるが、逆向きということは温度が変化していない時点でのノイズ状態以外にありえないためである。
【００４６】
本実施形態によれば、所定のサンプル点を含む所定領域におけるストークス成分とアンチストークス成分との相関の大きさに応じた平滑化範囲においてストークス成分およびアンチストークス成分が平滑化される。それにより、測定される温度を補正することができる。例えば、上記相関が小さくなる場合にはノイズが大きく現れることから、両成分を平滑化することが好ましい。この場合、ノイズを低減することができる。また、上記相関が小さいほど平滑化の区間が長くなることが好ましい。この場合、よりノイズが低減される。平滑化区間の長さに上限を定めることが好ましい。この場合、平滑化区間の冗長が抑制され、温度測定精度低下が抑制される。なお、上記相関が小さいことは当該サンプル点周辺において温度変化が小さいことを意味するため、平滑化を行っても測定温度精度の低下は抑制される。一方、上記相関が大きくなる場合には、平滑化区間が短くなる、または補正されない。上記相関が大きい場合には当該サンプル点周辺において温度変化が大きいため、ノイズの影響が小さい。それにより、測定された温度の精度を維持することができる。以上のことから、本実施形態によれば、測定される温度の精度を維持しつつ、ノイズの影響を低減することができる。
【００４７】
（他の適用例）
上記実施形態に係る温度測定装置１００は、様々な温度測定対象に適用することができる。例えば、図１９で例示するように、高温高圧の原料輸送配管の枝配管に光ファイバを敷設することが考えられる。このような高温高圧の配管では、ラッキング材および外側金属板により保温・保護がなされているため、接続継手部の腐食により漏洩が発生しても、火災事故等につながる甚大な状況にまで至らないと発見されない場合が多い。そこで、光ファイバの接続継手部に巻きつけておき、各光ファイバ位置の温度どうしの変化の相関関係を比較することで外気温や内部の温度・圧力が変化した場合でも正確に接続部の漏洩の有無を早期に検知することができる。各光ファイバ位置の温度どうしの相関関係を比較する手段として、各光ファイバ位置の温度を要素として分散共分散行列を生成し、マハラノビス距離やＭＳＤ法といった手法で外れ値検定を行う方法がある。
【００４８】
図２０は、一本の光ファイバで製作した多数の捲回部による通過空気温度の測定方法への適用を例示する。各捲回部は、ほぼ同一の直径で数周同一箇所に巻きつけられて隣接捲回部と接続されている。上記実施形態に係る測定機１０および制御部２０を用いて捲回部のそれぞれの平均温度を取得して各捲回部の中心位置座標の代表温度としてグラデーションを生成すれば、どのような温度分布の風が、ファイバが敷設されたシート・枠内を通過しているかを測定することができる。各捲回部に巻きつける周回数を増やせば増やすほど、平均される測定点数が増加して見かけの測定精度は向上するので、短時間の測定で所望の測定精度が得られる。なお、光ファイバ長を短くすることで、入射パルスの減衰が小さくなるので、測定精度が向上する。より短時間の測定で所望の測定精度を得るには、出力される温度データ自体が高精度であることが要求される。上記実施形態を適用すれば、この要求を実現することができる。
【００４９】
図２１（ａ）および図２１（ｂ）は、耐熱ファイバを用いて製作した捲回部を多数連結したファイバネットを溶融炉の表面に敷設した例を例示する。各ファイバネットは接続されるが、端部の２枚のネットの入口端と出口端のファイバは測定機１０および制御部２０に接続されて、ループ測定を行う構成となっている。各ネット１〜３の位置と温度分布の関係を図２１（ｂ）で例示する２次元グラデーション表示にし、溶融炉の基準方位に対して各ネットの方位に相当する位置に生成した２次元グラデーションをはめ込むことで溶融炉の表面温度状態をわかりやすく可視化できる。閾値を設けて突発的な温度変化異常を管理する場合においても、図１９の適用例と同様に、各ネットの捲回部どうしの温度変化の相対的な関係の時間推移を用いてマハラノビス距離の変化やＭＳＤ法で算出した値の変化から異常の予兆を分析する場合においても、温度測定を高精度で行うことができる。
【００５０】
図２２（ａ）および図２２（ｂ）は、データセンターのサーバラックの上部に一直線に敷設した光ファイバを用いて空調管理を行うシステムへの適用を例示する。ハウジングサービスを主とするデータセンターの場合、サーバラックに対して敷設が許諾されないことがある。そこで、図２２で例示するように、サーバラックの吸気面上部などに光ファイバを一直線もしくは一定程度排気面側に蛇行するなどの方法で敷設する。そして、あらかじめラック部の温度を何らかの方法で測定しておき、敷設した光ファイバで見て、何度の余裕があるかを対応付けて各ラックの上部に相当する光ファイバの各長さにそれぞれ警報の閾値を設定する。通常、サーバラックは６０ｃｍもしくは７０ｃｍ程度のものが一般的であるため、たとえばデータのサンプリング間隔が５０ｃｍの場合、測定点数は１点乃至２点のみであるため、ループ測定レベルの測定精度が必要である。上記実施形態を適用することによって、高精度で温度測定が可能となる。閾値を超えるかもしくは越えそうになった場合に、空調を強めて余裕度を上げることができる制御が可能となり、省エネと安全が両立できる。
【００５１】
図２３は、ビニールハウス内での高級果物などの栽培及び盗難防止への適用を例示する。図２３の例は、たとえばクラウンメロンの栽培を前提としたものである。土中温度、周囲環境温度、果物温度などを測定するための光ファイバを設置し、さらに、乾湿計と同様の原理を利用した湿度管理用の光ファイバを設置し、ラマン散乱を用いて温度および湿度を測定することができる。ここで盗難者がメロンを盗難してメロンを引っ張ると、土中の光ファイバが引き抜かれ、温度が急峻に変化する。それをもって、盗難が発生していると警報を所有者に通知することができる。急峻な温度変化を確実に測定するには、システムの測定精度が良好であることが求められる。また、各温度の時間推移を詳細に管理して積分値管理を行い、良好な育成を行おうとすれば、同様にシステムの測定精度が良好であることを求められる。上記実施形態を用いることで、この要求を実現することができる。
【実施例１】
【００５２】
上記実施形態に従い、具体的な実施例について説明する。図２４（ａ）〜図２４（ｃ）および図２５は、第１端（０メートル）側から光パルスを入射した場合の結果である。図２４（ａ）は、ストークス成分およびアンチストークス成分と、その相関係数との関係を例示する。図２４（ｂ）は、お湯に浸漬した領域近傍を拡大したものである。図２４（ｃ）は、図１６のフローチャートに基づいて決定した片側平滑化要素数との関係を示したものである。ただし、本実施例では、図１６と異なり、上限値を（現在の自分の位置を含めて）５としているので、最大の平滑化要素数は９になる。【００５３】
図２４（ｂ）と図２４（ｃ）とを比較すると、温度変化が生じてストークス成分とアンチストークス成分の両方に変化がある場合に相関係数が最大となる１に近づき、逆に平滑化要素数は最小となる１になっていることがわかる。図２４（ｃ）を用いてストークス成分およびアンチストークス成分を変換したのが図２５である。図２５では、太実線で描かれているストークス成分に対して処理後のストークス成分ではばらつきが抑制されている。また、太実線で描かれているアンチストークス成分に対して処理後のアンチストークス成分ではばらつきが抑制されている。図２５によれば、温度変化の成分が失われることなく、ノイズが抑圧されていることがわかる。【００５４】
図２６（ａ）〜図２６（ｃ）および図２７は、第２端（Ｌメートル）側から光パルスを入射した場合の結果である。図２６（ａ）〜図２６（ｃ）および図２７の関係は図２４（ａ）〜図２４（ｃ）および図２５と同様であり、温度変化が小さい箇所では相関係数が小さくなっており、平滑化要素数が多くなっている。ただし、全体的に雑音が小さいため、たとえば、４９７０（ｍ）〜５０５０（ｍ）に注目すると、平滑化要素数は図２４（ａ）〜図２４（ｃ）および図２５よりも小さくなっていることがわかる。図２７によれば、変換前のデータとほとんど変わらないが、太実線で描かれているストークス成分に対して処理後のストークス成分ではばらつきが抑制され、太実線で描かれているアンチストークス成分に対して処理後のアンチストークス成分ではばらつきが抑制されている。図２７によれば、温度変化の成分が失われることなく、ノイズが抑圧されていることがわかる。【００５５】
図２８および図２９は、図２４（ａ）〜図２４（ｃ）および図２５から得た温度分布を例示する。図２９は、図２８の一部拡大図である。図３０および図３１は、図２６（ａ）〜図２６（ｃ）および図２７から得た温度分布を例示する。図３１は、図３０の一部拡大図である。温度は、上記式（１）を用いて算出した。相関係数が１である位置では平滑化要素数は１となるため、処理前後の温度は変わらないことから、処理後に使用するゲインとオフセット値は処理前に使用するものと同じものとする必要があるため、下記式（５）のようになる。
処理後温度＝ゲイン／｛オフセット−２×ｌｎ(処理後アンチストークス光量／処理後ストークス光量）｝    （５）【００５６】
図２８〜図３１によれば、温度変化は変わらず、ノイズが抑圧されて温度変化のない箇所が平滑化されたことにより、温度分布が鮮鋭化されていることがわかる。図３２および図３３では、第１端（０メートル）入射時および第２端（Ｌメートル）入射時の処理後ストークス光量の平均、処理後アンチストークス光量の平均を用いて、ループ測定に対する本実施形態の適用前後の比較をしたものを例示する。ループ測定においても、信号成分の低減を抑制しつつノイズを低減できていることがわかる。【００５７】
図３４は、図１１に対して、図２８〜図３３の処理後の各温度分布の定量的な比較を示す。温度変化位置ではいずれの場合も処理前後で変化がないため、平坦部での標準偏差値３σを比較する。図３４で例示するように、２０％〜７０％程度のノイズの抑圧が達成されている。２０％が得られたのはもともとの測定精度が±１℃未満の場合であり、７０％以上が得られたのはもともとの測定精度が±５℃以上の場合である。測定時間比較にすると、上記実施形態の処理で得られた７３％の抑圧効果の場合、測定精度は３．７分の１倍になったことになる。したがって、同一の測定精度の場合、測定時間は処理前を１４として、処理後が１となる程度に圧縮される。また、図１１でループ測定時は中央の２８００〜２９００ｍ位置の測定精度に対して１００〜２００ｍおよび５６００〜５７００ｍの位置は３倍であったが、上記実施形態の処理により、約半分の１．５倍程度に抑圧されていることもわかる。
【実施例２】
【００５８】
実施例１とは異なる測定対象および測定周期にて得た温度分布についての具体的な実施例について説明する。図３５は、第１端（０メートル）および第２端（Ｌメートル）から光パルスを入射した場合の温度分布である。図３６は、両端から光パルスを入射した場合のストークス成分どうし、アンチストークス成分どうしの平均から算出したループ測定時の温度分布である。本実施例では、５４００ｍ〜５７００ｍの区間において、図８のように温度波形が干渉した状態となっており、１５０℃以上の温度変化幅がある。【００５９】
図３７は、図１１に相当する各測定精度を例示する。ループ測定時においても両端の測定精度は±１０℃を超えている。図３８は第１端（０メートル）側から光パルスの入射を行った場合のストークス、アンチストークス成分波形と片側平滑化要素数を比較したものである。図３９は、第２端（Ｌメートル）から光パルスの入射を行った場合のストークス、アンチストークス成分波形と片側平滑化要素数を比較したものである。【００６０】
５４００ｍ〜５７００ｍの区間は第２端（Ｌメートル）に近いため、ノイズが小さく、第２端（Ｌメートル）側からの入射の場合は平滑化要素数が１である、つまり、平滑化しないでそのまま出力する場合が多い。それに対して、第１端（メートル）側からの入射の場合は平滑化数が１でない場合が頻発している。干渉波形であっても温度変化がないとみられる区間では、上記実施形態の処理が有効に作用していることを示している。【００６１】
図４０（ａ）は、第１端（０メートル）側から光パルスを入射した場合において上記実施形態の処理を行った前後のストークス成分とアンチストークス成分との比較を例示する。図４１は、この場合の温度分布の比較を例示する。図４０（ｂ）は、図４１の干渉波形区間の拡大図である。いずれの図においても、処理後のストークス成分およびアンチストークス成分の両方とも、処理前と比較してばらつきが抑制されている。同様に第２端（Ｌメートル）から光パルスを入射した場合の例を、図４２（ａ）、図４２（ｂ）および図４３で例示する。いずれの図においても、処理後のストークス成分およびアンチストークス成分の両方とも、処理前と比較してばらつきが抑制されている。【００６２】
図４０（ｂ）と図４２（ｂ）とを比較すると、図４０（ｂ）の処理後の温度分布形状は処理前の温度分布よりもはるかに図４２（ｂ）の温度分布に近い形状となっている。また、ノイズは抑圧されているが、温度変化がある区間では急峻な温度変化でも高い相関を持てば抑圧されておらず、上記実施形態の処理が有効に作用していることがわかる。【００６３】
図４４および図４５は、図４０（ａ）〜図４３の処理後のストークス成分およびアンチストークス成分を用いて得たループ式測定の場合の温度分布を例示する。この場合においても、上記実施形態の処理が有効に作用していることがわかる。【００６４】
図４６は、図４０（ａ）〜図４５の各波形から算出した測定精度と図３７基準の削減率を示す。図４６で例示するように、おおむね５０〜７０％程度の抑圧効果が得られている。第２端（Ｌメートル）からの入射時の５８３０ｍ〜５９２０ｍの区間で１４％にとどまっているのは、もともとの測定精度が高く、また、温度分布が平坦ではなく、多少値の大小を持っているためと考えられる。図３７に対して、中央の２８００ｍ〜２９００ｍ位置に対する３００ｍ〜４００ｍ位置および５８３０ｍ〜５９２０ｍ位置の測定精度の比率は改善が見られないが、差分で見ると、３００ｍ〜４００ｍ位置は８．３℃、５８３０ｍ〜５９２０ｍ位置は１１．８℃大きかったが、それぞれ３．２℃および５．３℃になっており、縮まっている。【００６５】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【図１】
2016181540.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年11月15日(2017.11.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバに光を入射する光源と、
前記光ファイバからの後方散乱光からストークス成分およびアンチストークス成分を検出する検出器と、
前記光ファイバの所定のサンプル点を含む所定領域において、前記ストークス成分と前記アンチストークス成分との相関の大きさに応じて前記サンプル点を含む所定範囲を算出し、前記所定範囲において前記ストークス成分および前記アンチストークス成分を平滑化する補正部と、
平滑化後の前記ストークス成分および平滑化後の前記アンチストークス成分を用いて前記サンプル点の温度を測定する測定部と、を備えることを特徴とする温度測定装置。
【請求項２】
前記補正部は、前記相関の大きさが小さいほど前記所定範囲を長く設定することを特徴とする請求項１記載の温度測定装置。
【請求項３】
前記補正部は、前記相関の大きさが第１閾値未満である場合、前記所定範囲を上限値に設定することを特徴とする請求項１または２記載の温度測定装置。
【請求項４】
前記補正部は、前記第１閾値よりも大きい第２閾値以上であれば、前記サンプル点におけるストークス成分およびアンチストークス成分を平滑化しないことを特徴とする請求項３記載の温度測定装置。
【請求項５】
前記補正部は、前記所定範囲を、前記サンプル点の周囲の光ファイバを一定温度とし、前記サンプル点を中心とした最小加熱長区間に該一定温度と異なる一定の温度を付与した際に得られる温度分布の半値幅よりも大きく、１次成分幅よりも小さく設定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の温度測定装置。
【請求項６】
前記光ファイバへの前記光の入射先を、所定の周期で前記光ファイバの第１端と第２端との間で交互に切り替える光スイッチを備え、
前記補正部は、前記光スイッチによる切替前後における補正結果の平均値を算出することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の温度測定装置。
【請求項７】
光源から光が入射した光ファイバからの後方散乱光からストークス成分およびアンチストークス成分を、検出器を用いて検出し、
前記光ファイバの所定のサンプル点を含む所定領域において、前記ストークス成分と前記アンチストークス成分との相関の大きさに応じて前記サンプル点を含む所定範囲を算出し、
前記所定範囲において前記ストークス成分および前記アンチストークス成分を平滑化し、
平滑化後の前記ストークス成分および平滑化後の前記アンチストークス成分を用いて前記サンプル点の温度を測定する、ことを特徴とする温度測定方法。
【請求項８】
コンピュータに、
光源から光が入射した光ファイバからの後方散乱光からストークス成分およびアンチストークス成分を検出する処理と、
前記光ファイバの所定のサンプル点を含む所定領域において、前記ストークス成分と前記アンチストークス成分との相関の大きさに応じて前記サンプル点を含む所定範囲を算出する処理と、
前記所定範囲において前記ストークス成分および前記アンチストークス成分を平滑化する処理と、
平滑化後の前記ストークス成分および平滑化後の前記アンチストークス成分を用いて前記サンプル点の温度を測定する処理と、を実行させることを特徴とする温度測定プログラム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
たとえば、図１８に、温度測定装置１００が温度測定を行う場合に実行するフローチャートの他の例である。ステップＳ１１〜ステップＳ１３およびステップＳ１７は、図１６のステップＳ１〜ステップＳ３およびステップＳ５と同じ処理である。ステップＳ１２で「Ｎｏ」と判定された場合、補正部２３は、相関係数αがステップＳ１２の閾値よりも大きい閾値（例えば０．５５）以上であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。ステップＳ１４で「Ｙｅｓ」と判定された場合、補正部２３は、平滑化範囲を１とする（ステップＳ１５）。ステップＳ１４で「Ｎｏ」と判定された場合、補正部２３は、平滑化範囲を、片側について、１／αの四捨五入した整数サンプル分とする（ステップＳ１６）。ステップＳ１３、ステップＳ１５またはステップＳ１６の実行後、ステップＳ１７が実行される。図１８の処理では、相関係数が所定の値よりも大きい場合には、平滑化が行われないことになる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６０】
５４００ｍ〜５７００ｍの区間は第２端（Ｌメートル）に近いため、ノイズが小さく、第２端（Ｌメートル）側からの入射の場合は平滑化要素数が１である、つまり、平滑化しないでそのまま出力する場合が多い。それに対して、第１端（０メートル）側からの入射の場合は平滑化数が１でない場合が頻発している。干渉波形であっても温度変化がないとみられる区間では、上記実施形態の処理が有効に作用していることを示している。
【国際調査報告】
2016181540.tif 000050
2016181540.tif 000051