(57)【要約】【課題】化学プラント、製油工場及び火力発電所等の施設で発生する異常を初期段階で検知できる温度測定システム及び異常検知方法を提供する。【解決手段】温度測定システムは、光ファイバ３０と、温度分布測定装置３１と、データ処理装置３２とを有する。温度分布測定装置３１は、光ファイバ３０に光を入射して後方散乱光を検出し、その検出結果から光ファイバ３０の長さ方向に沿った温度分布を取得する。データ処理装置３２は、温度分布測定装置３１で取得した温度分布を記憶するとともに、現在時点の温度分布と過去の温度分布との差分を演算して得た差分温度分布に対し信号処理を実施して、その結果から異常の有無を判定する。【選択図】図１５
2014064845.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバと、
前記光ファイバに光を入射して後方散乱光を検出し、その検出結果から前記光ファイバの長さ方向に沿った温度分布を取得する温度分布測定装置と、
前記温度分布測定装置で取得した温度分布を記憶するとともに、現在時点の温度分布と過去の温度分布との差分を演算して得た差分温度分布に対し信号処理を実施して、その結果から異常の有無を判定するデータ処理装置と
を有することを特徴とする温度測定システム。
【請求項２】
前記データ処理装置は、前記信号処理の結果から異常ありと判定したときに、前記信号処理の結果から異常が発生したと認められる異常領域と、その前後の異常がないと認められる基準温度領域とを前記光ファイバの長さ方向に沿って設定し、前記基準温度領域における前記現在時点の温度分布と前記過去の温度分布との温度差を基準として前記異常領域のピーク値を補正する信号処理を実施することを特徴とする請求項１に記載の温度測定システム。
【請求項３】
前記データ処理装置は、前記ピーク値を補正する信号処理を実施する際に、前記差分温度分布を積分した結果から導き出した非負拘束条件又は非正拘束条件を使用することを特徴とする請求項２に記載の温度測定システム。
【請求項４】
前記データ処理装置は、前記ピーク値を補正する信号処理により補正した前記差分温度分布のピーク値が予め設定したしきい値を超えたときに警報を発生することを特徴とする請求項３に記載の温度測定システム。
【請求項５】
前記データ処理は、正常な周期的温度変化を考慮して異常の有無を判定することを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の温度測定システム。
【請求項６】
前記信号処理は、前記差分温度分布に対し微分処理する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の温度測定システム。
【請求項７】
前記信号処理は、前記差分温度分布に対し微分処理して微分温度分布を取得し、更に前記微分温度分布に対しＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタを作用させる工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の温度測定システム。
【請求項８】
前記ピーク値を補正する信号処理は、前記差分温度分布と伝達関数との畳み込みと、前記差分温度分布との二乗誤差が補正の度に小さくなるように前記差分温度分布に対する補正を逐次的に複数回行うとともに、各回の補正の度に前記拘束条件に合致するように前記基準温度領域における補正後の差分温度を推定差分温度に置き換える超解像信号処理であることを特徴とする請求項３に記載の温度測定システム。
【請求項９】
前記過去の温度分布データは、過去の複数の温度分布データを重み付けして足し合わせたものであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の温度測定システム。
【請求項１０】
前記光ファイバが、配管に沿って敷設されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の温度測定システム。
【請求項１１】
前記光ファイバが、電子機器に沿って敷設されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の温度測定システム。
【請求項１２】
前記光ファイバが、植物の周囲に敷設されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の温度測定システム。
【請求項１３】
温度分布測定装置により光ファイバの一端側に光を入射して後方散乱光を取得する工程と、
データ処理装置により、前記強度分布を記憶するとともに、現在時点の温度分布と過去の温度分布との差分を演算して得た差分温度分布に対し信号処理を実施して、その結果から異常の有無を判定する工程と
を有することを特徴とする異常検知方法。
【請求項１４】
前記データ処理装置は、前記信号処理の結果から異常ありと判定したときに、前記信号処理の結果から異常が発生したと認められる異常領域と、その前後の異常がないと認められる基準温度領域とを前記光ファイバの長さ方向に沿って設定し、前記基準温度領域における前記現在時点の温度分布と前記過去の温度分布との温度差を基準として前記異常領域のピーク値を補正する信号処理を実施することを特徴とする請求項１３に記載の異常検知方法。
【請求項１５】
前記データ処理装置は、前記ピーク値を補正する信号処理を実施する際に、前記差分温度分布を積分した結果から導き出した非負拘束条件又は非正拘束条件を使用することを特徴とする請求項１４に記載の異常検知方法。
【請求項１６】
前記データ処理装置は、前記ピーク値を補正する信号処理により補正した前記差分温度分布のピーク値が予め設定したしきい値を超えたときに警報を発生することを特徴とする請求項１５に記載の異常検知方法。
【請求項１７】
前記信号処理は、前記差分温度分布に対し微分処理する工程を含むことを特徴とする請求項１４に記載の異常検知方法。
【請求項１８】
前記信号処理は、前記差分温度分布に対し微分処理して微分温度分布を取得し、更に前記微分温度分布に対しＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタを作用させる工程を含むことを特徴とする請求項１４に記載の異常検知方法。
【請求項１９】
前記ピーク値を補正する信号処理は、前記差分温度分布と伝達関数との畳み込みと、前記差分温度分布との二乗誤差が補正の度に小さくなるように前記差分温度分布に対する補正を逐次的に複数回行うとともに、各回の補正の度に前記拘束条件に合致するように前記基準温度領域における補正後の差分温度を推定差分温度に置き換える超解像信号処理であることを特徴とする請求項１５に記載の異常検知方法。
【請求項２０】
前記過去の温度分布データは、過去の複数の温度分布データを重み付けして足し合わせたものであることを特徴とする請求項１３乃至１９のいずれか１項に記載の異常検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度測定システム及び異常検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
化学プラント、製油工場及び火力発電所等のように大量の可燃物、爆発物又は危険物を取り扱う施設では、配管やタンクの腐食や減肉を早期に検知して、重大事故を未然に防ぐことが重要である。【０００３】
そのために、光ファイバを温度センサとして使用する温度分布測定装置（Distributed Temperature Sensor：ＤＴＳ）が採用されることがある。【０００４】
例えば、配管やタンクの周囲に光ファイバを敷設し、光ファイバの端部を温度分布測定装置に接続する。そして、温度分布測定装置から光ファイバ内にレーザ光を照射し、光ファイバ内で発生するラマン散乱光を温度分布測定装置で検出して配管やタンク等の温度を取得し、その結果を基に異常の有無を判定する。【０００５】
化学プラント、製油工場及び火力発電所等の施設では、異常検知の遅れが重大事故につながることがあるため、異常の発生をより早い段階で検知できるシステムが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１０／１２５７１２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
化学プラント、製油工場及び火力発電所等の施設で発生する異常を初期段階で検知できる温度測定システム及び異常検知方法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】
【０００８】
開示の技術の一観点によれば、光ファイバと、前記光ファイバに光を入射して後方散乱光を検出し、その検出結果から前記光ファイバの長さ方向に沿った温度分布を取得する温度分布測定装置と、前記温度分布測定装置で取得した温度分布を記憶するとともに、現在時点の温度分布と過去の温度分布との差分を演算して得た差分温度分布に対し信号処理を実施して、その結果から異常の有無を判定するデータ処理装置とを有する温度測定システムが提供される。【０００９】
開示の技術の他の一観点によれば、温度分布測定装置により光ファイバの一端側に光を入射して後方散乱光を取得する工程と、データ処理装置により、前記強度分布を記憶するとともに、現在時点の温度分布と過去の温度分布との差分を演算して得た差分温度分布に対し信号処理を実施して、その結果から異常の有無を判定する工程とを有する異常検知方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
上記一観点に係る温度測定システム及び異常検知方法によれば、化学プラント、製油工場及び火力発電所等の施設で発生する異常を初期段階で検知できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、データセンターの計算機室の構造を示す模式図である。
【図２】図２は、光ファイバを用いた温度測定システムを説明する図である。
【図３】図３は、温度が約２３℃の環境に光ファイバを配置し、５ｍの位置を中心とする一定の区間を５５℃に加熱したときに温度分布測定装置で取得される温度分布を示す図である。
【図４】図４は、伝達関数の一例を示す図である。
【図５】図５は、図４の伝達関数の逆関数を示す図である。
【図６】図６は、３台のラックに光ファイバを敷設し、温度分布測定装置により光ファイバの長さ方向の温度分布を測定した結果を示す図である。
【図７】図７は、温度分布測定方法を示すフローチャートである。
【図８】図８は、温度分布測定装置により取得した温度分布を示す図である。
【図９】図９は、伝達関数の各成分を求める際に用いるステップ型実温度分布及びそれに対応した測定温度分布を示す図である。
【図１０】図１０は、超解像信号処理の効果を示す図（その１）である。
【図１１】図１１は、超解像信号処理の効果を示す図（その２）である。
【図１２】図１２は、超解像信号処理の効果を示す図（その３）である。
【図１３】図１３は、温度が２５℃の環境下において光ファイバの一定の区間を５５℃に加熱したときに温度分布測定装置で取得される温度分布を示す図である。
【図１４】図１４は、室内の温度分布を測定した結果を示す図である。
【図１５】図１５は、実施形態に係る温度測定システムの構成を示すブロック図である。
【図１６】図１６は、実施形態に係る温度測定システムを使用した異常検知方法を説明するフローチャートである。
【図１７】図１７は、現在温度分布、過去温度分布及び差分温度分布を示す図である。
【図１８】図１８は、異常が発生する前の差分温度分布と、その差分温度分布を微分して得られる微分温度分布と、ＦＩＲフィルタを作用させて得られる温度分布とを示す図である。
【図１９】図１９は、異常が発生したときの差分温度分布と、その差分温度分布を微分して得られる微分温度差分布と、ＦＩＲフィルタを作用させて得られる温度差分布とを示す図である。
【図２０】図２０は、異常領域Ａを有限測定温度分布領域とし、非負拘束として超解像信号処理した結果を示す図である。
【図２１】図２１は、現在温度分布、過去温度分布及び差分温度分布を示す図である。
【図２２】図２２は、差分温度分布と、差分温度分布を微分して得た微分温度分布と、差分温度分布にＦＩＲフィルタを作用させた結果と、微分温度分布にＦＩＲフィルタを作用させた結果とを併せて示す図である。
【図２３】図２３は、差分温度分布と、その差分温度分布を超解像信号処理した結果とを示す図である。
【図２４】図２４は、利用可能性１を示す図（その１）である。
【図２５】図２５は、利用可能性１を示す図（その２）である。
【図２６】図２６は、利用可能性２を示す図である。
【図２７】図２７は、利用可能性３を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、実施形態を理解するための予備的事項として、光ファイバをセンサとする温度測定システムにおける超解像信号処理について、データセンター内の温度分布測定を例に説明する。
【００１３】
（予備的事項）
図１は、データセンターの計算機室の構造を示す模式図である。この図１に示すように、一般的なデータセンターでは、計算機室の室内が、機器設置エリア１０と、機器設置エリア１０の床下に設けられたフリーアクセスフロア（床下空間）とに分離されている。
【００１４】
機器設置エリア１０には、複数の計算機（サーバ）が収納された多数のラック１１が配置されている。一般的なラック１１では、ラック１１内に設けられた送風ファンによりラック１１の前面（吸気面）側から低温のエアーを導入して計算機を冷却し、それにより温度が上昇したエアーを背面又は上面（排気面）から排出するようになっている。
【００１５】
フリーアクセスフロア１５には、各ラック１１に接続される電力ケーブルや通信ケーブル等の各種ケーブル１６がケーブルダクト１７に収納された状態で配置される。また、フリーアクセスフロア１５には、空調機１９から一定温度に調整された冷風が供給される。空調機１９からフリーアクセスフロア１５に供給された冷風は、機器設置エリア１０の床１２に設けられた通風口（グリル）１２ａから機器設置エリア１０内に供給され、ラック１１の前面側からラック１１内に取り込まれる。
【００１６】
この種のデータセンターにおいて、空調機１１の稼働状態を最適化して電力消費量を削減するために、各ラック１１の温度分布を測定することが望まれる。
【００１７】
図２は、光ファイバを用いた温度測定システムを説明する図である。
【００１８】
光ファイバ２４の端部は、温度分布測定装置（ＤＴＳ）２０に接続される。この光ファイバ２４は、フリーアクセスフロア１５内を通り、フリーアクセスフロア１５から機器設置エリア１０に引き出されて、各ラック１１に敷設される。
【００１９】
フリーアクセスフロア１５には、ラック１１毎に一定の長さ以上の光ファイバ２４が巻回された巻回部２４ｘ，２４ｙが設けられており、これらの巻回部２４ｘ，２４ｙ間の光ファイバ２４が機器設置エリア１０に引き出されている。
【００２０】
ラック１１内に引き出された光ファイバ２４は、往路と復路とが少なくとも一部重なるように敷設される。また、往路と復路との折り返し点には、一定の長さ以上の光ファイバ２４が巻回された巻回部２４ｚが設けられている。
【００２１】
温度分布装置２０は、光ファイバ２４に所定のパルス幅のレーザ光を一定の周期で出力する。そして、温度分布測定装置２０は、光ファイバ２４内で発生するラマン散乱光（ストークス光及び反ストークス光）を検出し、その検出結果に基づいて光ファイバ２４の長さ方向の温度分布を取得する。
【００２２】
データ処理装置２９は、温度分布測定装置２０から出力される温度分布のデータを伝達関数を用いて補正し、補正後の温度分布を出力する。
【００２３】
ここで、データ処理装置２９による温度分布の補正（超解像信号処理）について説明する。
【００２４】
温度分布測定装置２０から出力されるレーザ光のパルス幅（ＯＮ時間）ｔ0を１０nsec、真空中の光の速度ｃを３×１０8ｍ／sec、光ファイバ２４のコアの屈折率ｎを１．５とすると、光ファイバ２４内におけるレーザ光のパルス幅Ｗは、下記の式に示すように約２ｍとなる。
【００２５】
Ｗ＝ｔ0・ｃ／ｎ＝１０(nsec)・３×１０8(ｍ/sec)／１．５≒２(ｍ)
このパルス幅分のレーザ光の後方散乱光は温度分布測定装置２０に１つの信号として取り込まれ、温度分布測定装置２０はこのパルス幅分の信号の積算値から温度を検出する。
【００２６】
そのため、温度分布測定装置２０では、光ファイバ２４のうちパルス幅Ｗに相当する長さに均一に熱を加えないと、正確な温度測定ができない。以下、温度分布測定装置２０で正確な温度測定に必要な光ファイバの長さを、最小加熱長という。
【００２７】
なお、測定ポイントは、最小加熱長と関係なく、温度分布測定装置２０のサンプリング周波数に基づいて、光ファイバの長さ方向に沿って一定の間隔で設定される。温度分布測定装置２０において平均化に要する時間等の実用的な計測時間を考慮すると、測定ポイントの間隔は１０〜数１０ｃｍ程度にすることが可能である。
【００２８】
図３は、横軸に光ファイバの端部からの距離をとり、縦軸に温度をとって、温度が約２３℃の環境に光ファイバを配置し、５ｍの位置を中心とする一定の区間を５５℃に加熱したときに温度分布測定装置で取得される温度分布を示す図である。ここでは、加熱する区間の長さを、それぞれ０．５ｍ、１ｍ、２ｍとしている。以下、このように光ファイバの長さ方向の一定の区間を均一に加熱した場合の温度分布を、ステップ型温度分布という。
【００２９】
この図３からわかるように、光ファイバの長さ方向の一定の区間を均一に加熱した場合、温度分布測定装置で得られる温度分布（測定温度分布）はガウシアン分布（正規分布）に近い形状となる。また、加熱区間の長さが最小加熱長（２ｍ）よりも短い場合は測定温度分布のピークは実温度よりも低く観測され、最小加熱長以上の場合は測定温度分布のピークと実温度とがほぼ一致する。
【００３０】
上述したように、温度分布測定装置２０で正確な温度を測定しようとすると、最小加熱長以上の長さの光ファイバを同一測定個所に配置する必要がある。
【００３１】
また、図３からわかるように、測定温度分布は加熱区間の外側に広がる。このため、測定箇所が複数ある場合は、相互干渉を回避するために、測定箇所間に一定長さ以上の光ファイバが必要となる。
【００３２】
従って、多数の測定箇所の温度を正確に測定しようとすると、必要な光ファイバの長さが膨大となり、実用的でない。
【００３３】
そこで、光ファイバ２４を例えば図２のように敷設し、温度分布測定装置２０で取得した温度分布（測定温度分布）をデータ処理装置２９により伝達関数を用いて補正する。
【００３４】
図４は、横軸に加熱中心からの距離をとり、縦軸に相対強度をとった、伝達関数の一例を示す図である。伝達関数ｈは、光ファイバ２４及び温度分布測定装置２０を含む測定系のインパルス応答特性にほぼ等しいものとなる。
【００３５】
図４に示す伝達関数ｈを例えば図３のステップ型温度分布に対し畳み込み（コンボリューション）すると、図３のガウシアン曲線形状の測定温度分布となる。
【００３６】
伝達関数は、例えば図４のように、光ファイバの一部を所定の温度に加熱して温度分布を測定することにより定義することができる。
【００３７】
伝達関数は、光ファイバが群遅延特性を有しているため、距離に応じて変化する。そのため、光ファイバがある程度以上長い場合は、全長にわたって伝達関数を一義的に定義することはできない。しかし、光ファイバが長くても、長さ方向に沿って複数の区間に分割することにより、同一区間内であれば光信号の損失や遅延は一様であるとみなして、伝達関数を定義することができる。伝達関数は、光源からの距離だけでなく光ファイバの種類によっても異なる。
【００３８】
図５は、図４の伝達関数ｈの逆関数を示している。この図５において、横軸は距離を示し、縦軸は係数を示している。以下、伝達関数の逆関数を、逆フィルタと呼ぶ。
【００３９】
温度分布測定装置２０で取得した温度分布（測定温度分布）に対し逆フィルタを用いて補正（デコンボリューション）すると、実温度分布に近い温度分布（補正後の温度分布）が得られる。
【００４０】
図６は、３台のラックに光ファイバを敷設し、温度分布測定装置により光ファイバの長さ方向の温度分布を測定した結果を示す図である。
【００４１】
図６には、温度分布測定装置により得られた温度分布（測定温度分布）と、逆フィルタを用いて補正した後の温度分布（補正温度分布）と、実温度分布とを併せて示している。なお、実温度分布は、光ファイバの敷設経路に沿って複数の熱電対を配置し、それらの熱電対により測定した結果を示している。
【００４２】
図６からわかるように、温度分布測定装置２０により得られる測定温度分布は、実温度分布から大きく乖離している。逆フィルタを用いて測定温度分布を補正することに得た補正温度分布は、補正前に比べて実温度分布に近づいている。しかし、この図６から、測定温度分布に単に逆フィルタを作用させただけでは、実温度分布を十分に再現することは難しいことがわかる。
【００４３】
そこで、データ処理装置２９では、以下に示す温度の同一性を利用して、補正温度分布を実温度分布に近づける処理を実行する。
【００４４】
前述したように図２では、巻回部２４ｘ，２４ｙに一定の長さの光ファイバ２４が巻回されているため、巻回部２４ｘ，２４ｙに巻回された部分の光ファイバ２４の温度は均一であるとみなすことができる。
【００４５】
例えば、図４に示した伝達関数では、原点から数えて３番目の零点Ｘ３（＝３．３ｍ）付近では０に集束しており、当該零点付近の測定温度は原点にある熱源の影響を受けていない。
【００４６】
従って、機器設置エリア１０から光ファイバ２４の長さ方向に沿って零点Ｘ３の長さ以上離れた位置に測定ポイントがあれば、その測定ポイントにおける測定温度は機器設置エリア１０の温度の影響を受けず、実温度を示すことになる。
【００４７】
ここで、図２中に破線で示す区間Ｇ、すなわち巻回部２４ｘ又は巻回部２４ｙから床１２までの間と、巻回部２４ｘ又は巻回部２４ｙからラック１１間の中点Ｐまでの間とを含む区間に敷設された光ファイバ２４について考える。但し、図２のように、隣接するラック１１間の光ファイバ２４の長さをＤ1、巻回部２４ｘ，２４ｙから床１２までの長さをＤ2とする。また、フリーアクセスフロア１５内は、空調機１９から供給される冷風によって温度が一定に保持されているものとする。
【００４８】
この場合、区間Ｇにおける光ファイバ２４の長さＬは、各巻回部２４ｘ，２４ｙに巻回された光ファイバ２４の長さをＤ3とすると、Ｄ1／２＋Ｄ2＋Ｄ3となる。この長さＬを前述の伝達関数ｈの零点Ｘ3以上の長さにすれば、当該区間Ｇにはラック１１内の計算機の熱の影響を受けない測定ポイントが存在することになる。図２では、そのような測定ポイントを中点Ｐとして示している。
【００４９】
Ｄ1を例えば１．０ｍ、Ｄ2を例えば０．５ｍ、Ｄ3を例えば２．３ｍとすることで、長さＬを３．３ｍにし、長さＬを伝達関数ｈの零点Ｘ3（３．３ｍ）以上とすることができる。
【００５０】
前述したようにフリーアクセスフロア１５内の温度は均一であるので、区間Ｇ内の光ファイバ２４の各測定ポイントの温度は中点Ｐの温度と同じである。
【００５１】
データ処理装置２９では、上述した区間Ｇでの温度の同一性を利用して、後述のように測定温度分布の補正を行う。
【００５２】
図２に示した光ファイバ２４の敷設例には、上述の区間Ｇでの温度の同一性の他に、次のような性質もある。
【００５３】
ラック１１内に引き出された光ファイバ２４は、往路と復路との少なくとも一部が重複するように敷設されている。往路と復路とが重複している部分では、同一の温度とみなすことができる重複点Ｈ1，Ｈ2が存在する。よって、測定温度分布の補正時において、重複点Ｈ1，Ｈ2の補正温度は同一温度であるという条件を付け加えることができる。
【００５４】
同様の理由により、巻回部２４ｚの光ファイバ２４の各測定ポイントについても、温度が実質的に同一の重複点Ｋiとみなすことができ、各重複点Ｋiでの補正温度は同一温度であるという条件を付け加えることができる。
【００５５】
以下に、これらの性質を利用した温度測定システムによる温度分布測定方法（超解像信号処理）について説明する。
【００５６】
図７は、温度分布測定方法を示すフローチャートである。
【００５７】
最初のステップＳ１では、温度分布測定装置２０により、光ファイバ２４の敷設経路に沿った温度分布（測定温度分布）を取得する。
【００５８】
図８は、横軸に光ファイバ２４の端部からの距離をとり、縦軸に温度をとって、温度分布測定装置２０により取得した温度分布を示している。この図８には、熱電対を用いて測定した実温度分布と、伝達関数を用いて補正した補正温度分布とを併せて示している。
【００５９】
図８からわかるように、温度分布測定装置２０で得られた測定温度分布は、熱電対による実温度分布と乖離している。
【００６０】
そこで、次のステップＳ２では、次のようにして測定温度分布を補正してそれを実分布に近づける。
【００６１】
測定温度分布は、次の式（１）のように表すことができる。
【００６２】
【数１】
2014064845.tif 000003
【００６３】
ここで、成分ｙkにおける添え字ｋは光ファイバの敷設経路に沿って設定された測定ポイントを表し、成分ｙkは測定ポイントｋにおける温度測定値から温度変化のない領域の温度測定値(図２に挙げた例では中点Ｐにおける温度値ＴAB)を減算した値である。
【００６４】
一方、実温度分布は、次の式（２）のように表すことができる。
【００６５】
【数２】
2014064845.tif 000004
【００６６】
式（１）と同様に、成分ｘiにおける添え字ｉは測定ポイントを表し、成分ｘiは測定ポイントｉにおける実温度から温度変化のない領域の温度測定値（図２に挙げた例では中点Ｐにおける温度値ＴAB）を減算した値である。
【００６７】
測定温度分布ｙは、実温度分布ｘと伝達関数ｈとのコンボリューション（畳み込み）として、次の式（３）のように表すことができる。
【００６８】
【数３】
2014064845.tif 000005
【００６９】
但し、ｉの範囲は、添字であるk-iが０以上であることを満たす範囲である。
【００７０】
また、これを成分毎に次の式（４）のように記述することもできる。
【００７１】
【数４】
2014064845.tif 000006
【００７２】
式（４）によれば、伝達関数の各成分ｈi-jは、式（４）をｈjについての連立方程式として、最小二乗法等を用いて算出することができる。
【００７３】
伝達関数の各成分ｈi-jを求める際の実温度分布ｘと測定温度分布ｙとして、例えば図９に示したようなステップ型の実温度分布と、これに対応した測定温度分布とを使用することができる。
【００７４】
なお、伝達関数ｈは、光源からの距離だけではなく、光ファイバ２４の材料や温度分布測定装置２０のパルス応答特性等によっても変化する。このため、伝達関数の各成分ｈi-jを求める場合は、実際に温度を計測するときと同じ条件下で測定温度分布を取得することが好ましい。
【００７５】
ところで、式（３）において温度変化の存在する領域に注目すると、その前後の領域は温度変化のない領域となり、それらの各成分ｘi, ｙkは０であり、式（３）において計算に必要のない意味のないものとなる。そこで、式（２）の各成分から、温度変化の存在する注目領域前後の０である成分全てを除いたもののみを集めた列ベクトルを次の式（５）のように表す。なお、ｔは転置行列を示している。
【００７６】
【数５】
2014064845.tif 000007
【００７７】
また、測定温度分布についても同様に、温度変化のない領域の各成分０は計算に必要ない意味のないものなので、式（１）の各成分から温度変化の存在する注目領域前後の０である成分全てを除いたもののみを集めた列ベクトルを次の式（６）のように記述する。
【００７８】
【数６】
2014064845.tif 000008
【００７９】
式（５），（６）の列ベクトルの成分の個数はそれぞれｎ＋１、ｍ＋１であるが、ｍのほうがｎよりも大きくなる（ｍ＞ｎ）。これは、図９に示したように、測定温度分布は実温度分布よりも横方向に広がるため、０でない成分の個数は測定温度分布のほうが多くなるためである。
【００８０】
式（５），（６）のように、実温度分布ｘと測定温度分布ｙとを有限次元の列ベクトルとし、式（４）を次の式（７）の形式で表した場合、行列[Ｈ]は伝達関数ｈを基に構成され（ｍ＋１）×（ｎ＋１）個の有限個の成分を持つ。このように構成した行列[Ｈ]を、伝達関数の行列表示と呼ぶことにする。
【００８１】
【数７】
2014064845.tif 000009
【００８２】
但し、式（７）の列ベクトルｘ，ｙの次元は、式（５），（６）のように有限次元である。
【００８３】
式（７）において、ｙの各成分ｙiは温度測定により得られたｍ＋１個の値であり、[Ｈ]は連立方程式の（ｍ＋１）×（ｎ＋１）の係数行列とみなすことができる。上記したようにｍ＞ｎなる関係があるから、この連立方程式をｘについて一意に解くことはできない。
【００８４】
そこで、次の式（８）のような二乗誤差ｅを考える。
【００８５】
【数８】
2014064845.tif 000010
【００８６】
なお、式（８）の列ベクトルＸは、実温度分布と同様に、次の式（９）のような成分をもつｎ次元のベクトルである。
【００８７】
【数９】
2014064845.tif 000011
【００８８】
式（８）の二乗誤差ｅを小さくする分布Ｘは、近似的に式（９）も満たす。そして、式（８）の二乗誤差ｅが小さくなるほど近似の精度が上がり、分布Ｘが実温度分布ｘに近づくことになる。以下、分布Ｘのことを、測定温度分布ｙの補正温度分布と呼ぶ。これによれば、式（８）は、敷設経路に沿った光ファイバ２４の伝達関数ｈと補正温度分布Ｘとの畳み込みと、測定温度分布ｙとの二乗誤差ｅを算出する式ということができる。
【００８９】
その二乗誤差ｅがなるべく小さくなるような補正温度分布Ｘを求めるべく、式（８）から二乗誤差ｅの勾配ベクトル∂ｅ/∂Ｘを次の式（１０）により算出する。
【００９０】
【数１０】
2014064845.tif 000012
【００９１】
この勾配ベクトル∂ｅ/∂Ｘが０になるようにＸの各成分Ｘiを決定するのが最小二乗法にあたる。
【００９２】
なお、測定時のノイズを考慮して式（１０）中の[Ｈ]t[Ｈ]の対角成分を微増させれば、ノイズの高周波成分の増幅を抑えマージン耐性を高められる。前述の逆フィルタによる補正（図６参照）は、この最小二乗法で算出した補正に相当する。
【００９３】
ここで、勾配ベクトル∂ｅ/∂Ｘは二乗誤差ｅが増加する方向を示しているので、逆符号の方向−∂ｅ/∂Ｘへ進めば二乗誤差ｅは減少することになる。
【００９４】
そこで、次の式（１１）のように逐次的にＸに対して補正を行う。
【００９５】
【数１１】
2014064845.tif 000013
【００９６】
ここで、ｋは補正の反復回数を示し、Ｘ(k)は補正をｋ回行ったときの補正温度分布である。このＸ(k)は次の式（１２）のように成分表示できる。
【００９７】
【数１２】
2014064845.tif 000014
【００９８】
そして、αは、式（１１）が収束するような正の修正計数であり、経験的に０．５〜１の範囲で選択され得る。以下ではαを０．５として計算を行う。
【００９９】
また、初期値であるＸ(0)はゼロベクトルであり、式（１１）における∂ｅ/∂Ｘの計算には、[Ｈ]t[Ｈ]の対角成分を微増させたものを用いた式（１０）を使用する。
【０１００】
式（１１）を用いて反復計算を行うことにより、Ｘ(k)よりも更に二乗誤差ｅが小さくなる補正温度分布Ｘ(k+1)の算出を逐次的に複数回行う。
【０１０１】
ところで、図２を参照して説明したように、光ファイバ２４の敷設経路のうち、区間Ｇ内に存在する複数の測定ポイントｉの温度は、いずれも中点Ｐの温度と同一である。そこで、式（１１）による各回の補正計算の度に、区間Ｇ内の巻回部２４ｘ，２４ｙに含まれる複数の測定ポイントｉに対応した成分Ｘi(k)を、中点Ｐでの測定温度に置き換える。
【０１０２】
式（５），（６）を定義した際に説明したように、列ベクトルｘ，ｙ，Ｘの各成分は実際の値から中点Ｐでの測定温度ＴABを差し引いたものであるから、置き換えられた各成分Ｘi(k)の値は０（＝ＴAB−ＴAB）となる。
【０１０３】
その測定温度ＴABから求められた０（＝ＴAB−ＴAB）は、測定温度分布ｙの複数の成分ｙiのうち、中点Ｐに相当する測定ポイントでの成分の値であり、区間Ｇにおける共通の推定温度としての意義を有する。
【０１０４】
なお、区間Ｇにおける共通の推定温度は上記の温度０（＝ＴAB−ＴAB）に限定されない。例えば、各巻回部２４ｘ，２４ｙに含まれる実温度が測定される領域にある複数の測定ポイントｉに対応した測定温度分布ｙの複数の成分ｙiの平均値を当該測定ポイントに共通の推定温度としてもよい。その場合、各巻回部２４ｘ，２４ｙに巻かれた部分の光ファイバ２４の長さＤ3を既述の２．３ｍよりも長くすることで、これらの巻回部２４ｘ，２４ｙに含まれる実温度が測定される領域に相当する測定ポイントｉの個数が増え、温度の推定精度が向上する。更に、このように長さＤ3を長くすることで、隣接するラック１１の温度の影響をより一層受け難くすることもできる。
【０１０５】
また、図２を参照して説明したように、各巻回部２４ｘ，２４ｙから巻回部２４ｚへの往復の光ファイバ２４においては、同一温度とみなせる重複点Ｈ1，Ｈ2がある。よって、これらの重複点についても、式（１１）による補正計算の度に、各重複点Ｈ1，Ｈ2での補正温度分布の成分Ｘi1(k)，Ｘi2(k)を、これら重複点Ｈ1，Ｈ2のそれぞれの補正温度の平均値Ｘavg1（＝（Ｘi1(k)＋Ｘi2(k)）／２）に置き換える。その補正温度Ｘi1(k)、Ｘi2(k)は、補正温度分布Ｘ(k)の複数の成分Ｘi(k)のうち、各重複点Ｈ1，Ｈ2に相当する測定ポイントｉ1，ｉ2での成分の値であって、それらの平均値Ｘavg1は重複点Ｈ1，Ｈ2に共通の推定温度としての意義を有する。
【０１０６】
更に、これと同様に、巻回部２４ｚにある複数の重複点Ｋiについても、式（１１）による補正計算の度に、各重複点Ｋiでの測定温度分布の成分Ｘi(k)を、これら重複点Ｋiのそれぞれでの補正温度Ｘi(k)の平均値Ｘavg2に置き換える。上記と同様に、その補正温度Ｘi(k)は、補正温度分布Ｘ(k)の複数の成分Ｘi(k)のうち、各重複点Ｋiに相当する測定ポイントｉでの成分の値である。そして、それらの平均値Ｘavg1は、各重複点Ｋiに共通の推定温度としての意義を有する。
【０１０７】
例えば、光ファイバ２４の長さ方向に沿って設定される測定ポイント間の間隔を０．１ｍとする。この場合、巻回部２４ｚに巻かれた部分の光ファイバ２４の長さが０．５ｍであるとすると、重複点Ｋiの個数は５個（＝０．５ｍ／０．１ｍ）となる。
【０１０８】
よって、これらの重複点Ｋi-2，Ｋi-1，Ｋi，Ｋi+1，Ｋi+2での補正温度分布の成分Ｘi-2(k)，Ｘi-1(k)，Ｘi(k)，Ｘi+1(k)，Ｘi+2(k)を、補正計算の度にこれら各点のそれぞれの補正温度Ｘi-2(k)，Ｘi-1(k)，Ｘi(k)，Ｘi+1(k)，Ｘi+2(k)の平均値Ｘavg2（＝（Ｘi-2(k)＋Ｘi-1(k)＋Ｘi(k)＋Ｘi+1(k)＋Ｘi+2(k)）／５）で置き換える。
【０１０９】
ところで、上述のように各巻回部２４ｘ，２４ｙに含まれる複数の測定ポイントｉの温度は、いずれもＴABである。式（５），（６）を定義した際に述べたように、列ベクトルｘ，ｙ，Ｘの各成分は実際の温度の値からこのＴABを減算した値となっている。従って、最終的な補正温度分布Ｔiomp-iを求めるためには、式（１２）について所要の反復回数（ｎ回）の計算が終了した後に次の式（１３）のように再び温度ＴABを加算すればよい。
【０１１０】
【数１３】
2014064845.tif 000015
【０１１１】
また、光ファイバ２４のうち、巻回部２４ｘ，２４ｙは冷風により温度上昇が防がれているのに対し、これ以外の部分はフリーアクセスフロア１５よりも高温となる床１２の上にあるため巻回部２４ｘ，２４ｙよりも温度が下がることはない。
【０１１２】
この条件を次の式（１４）のように表す。
【０１１３】
【数１４】
2014064845.tif 000016
【０１１４】
そして、式（１１）によるｋ回目の計算でＸi(k)＜0となる成分があれば、その成分Ｘi(k)を０とした後、ｋ＋１回目の計算を行う。
【０１１５】
このように、温度測定エリアの中に温度が所定温度以上となることが既知の部分がある場合に、式（１１）により当該部分の補正後の温度が上記所定温度よりも低くなったときには、当該部分の補正後の温度を、その所定温度に置き換えることができる。
【０１１６】
また、これとは逆に、温度測定エリアの中に温度が所定温度以下となることが既知の部分がある場合に、式（１１）により当該部分の補正後の温度が上記所定温度よりも高くなったときには、当該部分の補正後の温度を、その所定温度に置き換えることができる。
【０１１７】
ステップＳ２では、このように式（１１）を用いて補正計算を繰り返し行い、二乗誤差ｅの減少量についての指標、例えばｅ(n)−ｅ(n-1)が所定値以下となったところのＸi(n)から最終的な補正温度分布Ｔiomp-iを求める。なお、ｅ(n)は、式（１１）による補正をｎ回行って得られたＸ(n)を用いて、式（８）から求められた二乗誤差である。
【０１１８】
次に、このような置き換えにより得られる利点について説明する。
【０１１９】
図１０〜図１２は、上述した超解像信号処理の効果を示す図である。図１０〜図１２において、横軸は光ファイバ２４の端部からの距離を示し、縦軸は温度を示す。
【０１２０】
図１０は、式（１１）による補正を１回行ったときの図である。この図１０に示すように、１回の補正では、実温度分布と補正温度分布との乖離が解消されていない。
【０１２１】
図１１は、１回の補正の後に、各領域、区間Ｇ、及び各点Ｈ1，Ｈ2，Ｋiにおいて上記の置き換えを行ったときの図である。この図１１に示すように、置き換えが行われた部分の補正温度分布は、温度の値が実分布と略同じになる。
【０１２２】
図１２は、そのような補正計算を１００回繰り返したときの図である。この図１２に示すように、補正計算を１００回行うと、補正温度分布は実温度分布に略一致するようになる。
【０１２３】
（実施形態）
図１３は、温度が２５℃の環境下において、光ファイバの一定の区間を５５℃に加熱したときに温度分布測定装置で取得される温度分布を示す図である。例えば加熱長が５０ｃｍの場合、図１３から温度分布測定装置で検出される温度は３７℃程度であることがわかる。
【０１２４】
図２に例示した温度測定システムでは、前述したようにデータセンター内の温度分布を良好な精度で取得することができる。しかし、そのためには、温度が一定の場所に最小加熱長以上の光ファイバが配置されているという条件と、注目する範囲内の測定ポイントの温度の上限値又は下限値が確定しているという条件とが必要である。
【０１２５】
図１３からわかるように、光ファイバをセンサとする温度分布測定装置では、加熱長が最小加熱長よりも短い場合は感度が低下する。このため、例えば化学プラント等の施設で異常にともなう温度変化を温度分布測定装置で検出しようとしても、測定箇所に最小加熱長以上の光ファイバを配置することができない場合は、温度変化が少ない初期段階で異常を検知することは困難である。
【０１２６】
また、化学プラント等の施設では、温度の上限値又は下限値を確定することも困難である。
【０１２７】
更に、光ファイバ式温度分布測定装置を化学プラント等の施設で発生する異常の検知に適用しようとすると、以下に述べる問題もある。
【０１２８】
図１４は、横軸に光ファイバの端部からの距離をとり、縦軸に温度をとって、室内の温度分布を測定した結果を示す図である。この図１４に示すように、温度分布の測定に使用される光ファイバの長さは数ｋｍであり、しかも複雑な温度分布となっている。
【０１２９】
図２に示すデータセンターの場合は、ラック１１間に巻回部２４ｘ，２４ｙが設けられており、隣接するラック１１間の相互干渉を遮断している。このため、ラック１１毎に補正処理を行えば高精度の温度分布を取得することができ、データ処理部で補正処理を自動化することができる。しかし、巻回部がない場合は、どこからどこまでを補正処理の単位とすればよいか決めることができないため、補正処理の自動化は困難である。
【０１３０】
以下、化学プラント等の施設で異常検知に使用可能な温度測定システムについて説明する。
【０１３１】
図１５は、実施形態に係る温度測定システムの構成を示すブロック図である。この図１５に示すように、実施形態に係る温度測定システムは、光ファイバ３０と、温度分布測定装置（ＤＴＳ）３１と、データ処理装置３２とを有する。
【０１３２】
温度分布測定装置３１は、光ファイバ３０に所定のパルス幅のレーザ光を一定の周期で出力する。そして、温度分布測定装置３１は、光ファイバ３０内で発生するラマン散乱光（ストーク光及び反ストークス光）を検出し、その検出結果に基づいて光ファイバ３０の長さ方向の温度分布を取得する。温度分布測定装置３１は、光ファイバ３０の一端側のみが接続されるシングルエンド方式のものでもよく、光ファイバ３０の両端が接続されるループ方式のものでもよい。
【０１３３】
データ処理装置３２はコンピュータを含んで構成され、温度分布測定装置３１で取得した温度分布のデータを後述するように信号処理して異常の有無を判定し、異常と判定したときには警報を発生するなどの予め設定された処理を実行する。
【０１３４】
本実施形態に係る温度測定システムでは、温度からではなく、温度の変化から異常の有無を判定する。また、本実施形態に係る温度測定システムでは、温度分布測定装置３１で取得される温度分布の経時変化から信号処理を行う範囲を決定する。
【０１３５】
図１６は、本実施形態に係る温度測定システムを使用した異常検知方法を説明するフローチャートである。
【０１３６】
本実施形態では、第１異常判定処理（ステップＳ１１〜Ｓ１４）により異常と考えられる個所があるか否かを判定し、異常と考えられる個所がある場合は超解像信号処理（ステップＳ１５，Ｓ１６）を実施する。そして、超解像信号処理後に第２異常判定処理（ステップＳ１７〜Ｓ１９）を実施して異常があるか否かを判定し、異常があると判定したときには警報を発生する等の処理を実施する。以下、より詳細に説明する。
【０１３７】
まず、ステップＳ１１において、データ処理装置３２は、温度分布測定装置３１から現時点の温度分布（以下、現在温度分布と呼ぶ）のデータを取得する。取得した現在温度分布のデータは、データ処理装置３２内に記憶する。
【０１３８】
次に、ステップＳ１２において、データ処理装置３２は、ステップＳ１１で取得した現在温度分布のデータと、データ処理装置３２内に記憶されている過去の温度分布（以下、過去温度分布と呼ぶ）のデータとの差分（以下、差分温度分布と呼ぶ）を生成する。
【０１３９】
この場合、過去温度分布のデータは、例えば過去の複数の時刻の温度分布のデータにそれぞれ重み付けをして算出することが好ましい。具体的には、現在時刻をＴ、測定間隔をΔＴとしたときに、位置Ｙの温度を、下記（１５）式により計算する。
【０１４０】
ａ×((1/2)Ｙ(Ｔ−ΔＴ)＋(1/4)Ｙ(Ｔ−２ΔＴ)＋(1/8)Ｙ(Ｔ−３ΔＴ)＋(1/16)Ｙ(Ｔ−４ΔＴ)＋(1/32)Ｙ(Ｔ−５ΔＴ)＋  …  )    …（１５）
但し、過去の１回分の温度分布のデータを用いる場合はａの値を１とする。過去の複数回分の温度分布のデータを用いる場合は、係数の和が１になるようにａの値を調整する。
【０１４１】
図１７は、現在温度分布、過去温度分布及び差分温度分布を示す図である。ここでは、何らかの異常が発生したため、現在温度分布には、過去温度分布にはない大きなピークＰが発生しているものとしている。
【０１４２】
この場合、現在温度分布と過去温度分布との差分である差分温度分布にも、異常によるピークＰ’があらわれる。しかし、ピークＰ’から一定範囲離れた位置の差分温度は、ほぼ０となる。
【０１４３】
前述したように、温度分布測定装置で取得される温度分布は、実温度分布に伝達関数を作用させたものということができる。伝達関数は光ファイバやレーザ光源等の経年変化にともなって変化するが、異常により温度が変化する時間に比べて十分に長い時間にわたり、伝達関数は一定である考えることができる。また、伝達関数は、光ファイバの長さ方向の位置により変化するが、異常の検知に使用する数１０ｃｍ〜数１０ｍの範囲では、一定であると考えることができる。
【０１４４】
従って、ピークの原因となる異常個所（熱源）から伝達関数の零点Ｘ3（図４参照）以上離れた個所では、差分温度の値は０とみなすことができる。
【０１４５】
次に、ステップＳ１３において、データ処理装置３２は、差分温度分布に窓関数の一種であるＦＩＲフィルタ（有限インパルス応答：Finite Impulse Response）を作用（畳み込み）させて、標準偏差を取得する。具体的には、光ファイバの長さ方向に沿って差分温度分布を微分した後、ＦＩＲフィルタを作用させる。差分温度分布を微分する範囲は、伝達関数の零点Ｘ3を考慮して、例えばピークを中心にして加熱長に±４ｍを加えたの範囲とする。
【０１４６】
図１８は、異常が発生する前、すなわち時刻Ｔ−ΔＴにおける差分温度分布と、その差分温度分布を微分して得られる微分温度分布と、ＦＩＲフィルタを作用させて得られる温度分布（ＦＩＲフィルタ後）とを示している。
【０１４７】
また、図１９は、異常が発生したとき、すなわち時刻Ｔにおける差分温度分布と、その差分温度分布を微分して得られる微分温度差分布と、ＦＩＲフィルタを作用させて得られる温度差分布（ＦＩＲフィルタ後）とを示している。
【０１４８】
図１８，図１９からわかるように、異常が発生していないときには、光ファイバの長さ方向の全域にわたって差分温度はほぼ０であり、異常が発生すると差分温度分布にピークが発生する。このピークが発生した差分温度分布を光ファイバの長さ方向に微分していくと、ピークの傾きに応じてマイナス方向及びプラス方向に振れるグラフ（微分温度分布）が得られる。このグラフに対し光ファイバの長さ方向に沿ってＦＩＲフィルタを畳み込みすると、ほぼ台形状のピークがあらわれる。
【０１４９】
次に、ステップＳ１４に移行し、データ処理装置３２は、異常の有無を判定する。異常の有無の判定は、差分温度分布にしきい値を超えるピークが存在するか否かにより行ってもよく、ＦＩＲフィルタを作用させて得たグラフにしきい値を超える値が存在するか否かにより行ってもよい。
【０１５０】
ステップＳ１４で異常がないと判定した場合（ＮＯの場合）はステップＳ１１に戻り、処理を継続する。一方、ステップＳ１４で異常があると判定した場合は、ステップＳ１５に移行する。
【０１５１】
なお、本実施形態では、後述するように長周期の正常な温度変化を考慮して第２異常判定処理を実施し、第２異常判定処理で異常があると判定したときに警報を発生するなどの処理を実行する。しかし、ステップＳ１４で異常があると判定したときに警報を発生するなどの処理を実行するようにしてもよい。
【０１５２】
ステップＳ１５では、異常領域を設定するとともに、拘束条件を設定する。図１９に示すように、異常が発生した場合は、ＦＩＲフィルタを作用させて得たグラフに台形状のピークがあらわれる。この台形状のピークの領域を異常領域Ａと呼び、その外側の一定の範囲を基準温度領域Ｂと呼ぶ。また、異常領域Ａと基準温度領域Ｂとを合わせた領域を、信号処理領域Ｃとする。このようにして信号処理領域Ｃを設定することにより、伝達関数を作用させる要素数（行列による取り扱いでは行数と列数）が決定される。
【０１５３】
一方、拘束条件は、以下のように設定する。すなわち、化学プラント等で異常が発生する場合、時間の経過とともに温度が上昇する場合と、時間の経過とともに温度が低下する場合とのいずれかである。異常領域内で差分温度の積分値が正か負かにより、時間の経過とともに温度が上昇する異常なのか、時間の経過とともに温度が低下する異常なのかを判定できる。以下、差分温度分布の積分値が正の場合を非負拘束と呼び、差分温度分布の積分値が負の場合を非正拘束と呼ぶ。
【０１５４】
次に、ステップＳ１６に移行し、前述した超解像信号処理により差分温度分布を補正する。具体的には、基準温度領域Ｂを巻回部相当とし、異常領域Ａに対し先に予備的事項で説明した（６）式を適用し、（１１）式による補正を反復して行う。
【０１５５】
異常領域Ａを有限測定温度分布領域とし、非負拘束として超解像信号処理したものが図２０である。この図２０に示す例では、差分温度ピークに対し約１．８倍のピークが得られている。すなわち、温度差に対する感度が１．８倍になったということができる。
【０１５６】
例えば、光ファイバの加熱長が５０ｃｍであり、加熱区間とその他の区間との温度差が５０℃の場合、温度分布測定装置では２２℃程度の温度差としか検知できないが、超解像信号処理により約４１℃の温度差として検知できるようになる。
【０１５７】
図１９に示した台形のピーク（台形関数）の幅により、式（５），（６）に示されるｍ，ｎの大きさが制約される。例えば、超解像信号処理時の反復補正では、異常範囲が設定される度に適切なｍ，ｎが設定される。但し、ここで対象とするのは温度分布ｙ，ｘではなく、温度差分布Δｙ，Δｘであるので、先の予備的事項の説明中のｙ，ｘを全てΔｙ，Δｘに置き換える必要がある。
【０１５８】
次に、ステップＳ１７〜Ｓ１９において、第２異常判定処理を行う。
【０１５９】
例えば季節によって又は時間帯等によって、測定箇所の温度が変化することがある。このため、本実施形態では、季節又は時間帯等による温度の変化を考慮して、異常か否かを判定する。具体的には、例えば所定の時刻毎に、温度分布測定装置３１から出力される温度分布のデータから、データ処理装置３２は信号処理領域Ｃの２倍の領域の平均温度を取得する。そして、データ処理装置３２は、例えば１年分のデータを蓄積してデータベースを構築する。
【０１６０】
ステップＳ１７において、データ処理装置３２は、異常領域Ａ内の補正後の最大差分温度を求める。そして、ステップＳ１８に移行し、データ処理装置３２は、データベース内から例えば１年前、１か月前又は１日前の同時刻（又は最も近い時刻）の基準温度領域Ｂの平均温度を読出して、最大差分温度を補正（オフセット）する。
【０１６１】
ステップＳ１９では、補正後の最大温度差と予め設定された設定値（しきい値）とを比較して、異常の有無を判定する。異常がないと判定したときは、ステップＳ１１に戻り、処理を続行する。一方、ステップＳ１９で異常があると判定したときは、ステップＳ２０に移行し、例えば警報を発生するなどの予め設定された処理を実行する。
【０１６２】
このようにして、化学プラント、製油工場及び火力発電所等の施設で発生する異常を初期段階で検知することが可能になる。
【０１６３】
(考察）
図２１は、横軸に光ファイバの端部からの距離をとり、縦軸に測定温度及び差分温度をとって、現在温度分布、過去温度分布及び差分温度分布を示す図である。ここでは、過去温度分布を取得した後、光ファイバの一部分を８０ｃｍの長さにわたり加熱している。
【０１６４】
図２２は、図２１の差分温度分布と、差分温度分布を微分して得た微分温度分布と、差分温度分布にＦＩＲフィルタを作用させた結果と、微分温度分布にＦＩＲフィルタを作用させた結果とを併せて示している。図２２では、ピーク中心から±３．５ｍの範囲の標準偏差を求めるＦＩＲフィルタを適用して、異常範囲を求めている。
【０１６５】
ここで、ＦＩＲフィルタを適用する範囲をピーク中心から±３．５ｍの範囲としたのは、図４で伝達関数がほぼゼロとみなせる範囲が±４ｍであるので、それよりも狭い範囲を有効範囲として設定しているためである。
【０１６６】
差分温度分布及び微分温度分布にそれぞれＦＩＲフィルタを作用させることにより、２つの台形関数が得られる。それらの２つの台形関数のうち、微分温度分布にＦＩＲフィルタを作用させたほうが微小な変化がわかるため、異常範囲の設定は細かくできる。その反面、微分温度分布にＦＩＲフィルタを作用させて得たグラフでは、異常範囲が隣接していた場合に同一温度差範囲の設定が困難になる。２つの台形関数で設定される異常範囲の差は１ｍ程度であるので、どちらを用いても大きな差はない。
【０１６７】
ここでは、差分温度のＦＩＲフィルタの結果を用いて異常範囲を設定するものとする。台形関数の値が１を超える範囲を異常範囲とすると、６８４ｍ〜６９３ｍの範囲が異常範囲となる。それに対し、信号処理領域Ｃは、図４の伝達関数の影響分（±４ｍ）を考慮して、６８０ｍ〜６９７ｍとした。
【０１６８】
前述の（６）式のｍで示された範囲がこの異常範囲である。ここで、前述の対応関係を基に補正を行う。この場合、非負拘束であるとすると、異常範囲内の温度は基準温度以上であるという条件を用いて、補正のたびに合致しないデータがあれば置き換えをして、超解像信号処理を実施する。
【０１６９】
このようにして得られた結果を、図２３に示す。図２３から、超解像信号処理により、最大差分温度が約１．５５倍（＋９℃）に拡大していることがわかる。また、図２３から６８０ｍ〜６９７ｍの範囲では差分温度以上であるという非負拘束が働いていることがわかる。
【０１７０】
図１３から求まる感度係数によれば、加熱長が８０ｃｍの場合、差分温度は約０．６３倍に圧縮される。補正前の最大差分温度は１６．３℃なので、確からしい差分温度は２５．９℃（＝１６．３÷０．６３）である。補正された最大差分温度は２５．３℃であるから、誤差が０．６℃までに確かな補正がなされていることになる。
【０１７１】
ここで、異常とみなすしきい値が２０℃に設定されており、データの収集間隔が２分であるとすると、実施形態を適用しない場合は警報が発令されるのは本実施形態で警報が発令される時間よりも２分以上遅れることになる。これは、異常を初期段階で検知しようとする場合に極めて大きな差となる。
【０１７２】
なお、本実施形態では非負拘束や非正拘束といった拘束条件に伝達関数を用いた反復手法である超解像信号処理を用いて差分温度値の回復を行った。しかし、拘束条件が存在するならば、伝達関数を用いずに、例えばブラインドデコンボリューションとフーリエ反復アルゴリズムを組み合わせた差分温度値の回復方法を用いてもよい。
【０１７３】
以下、開示した技術の利用可能性について説明する。
【０１７４】
（利用可能性１）
図２４（ａ），（ｂ）は、データセンターのサーバラックに光ファイバを敷設して空調管理を行う際に、光ファイバの敷設状態の異常を検知するシステムに適用した事例を示している。
【０１７５】
データセンター内に図２に示すように光ファイバを敷設する場合は、予備的事項で説明した方法により光ファイバの長さ方向の温度分布を高精度に検出することができる。しかし、ラック内に光ファイバを敷設できない場合や、計算機室内が機器設置エリアとフリーアクセスフロアとに分離されていない場合は、予備的事項で説明した方法を適用することができない。
【０１７６】
そこで、図２４（ｂ）のようにラック１１の上方に光ファイバ３０を敷設する。そして、予め正常運転時のラック１１内の温度とそのときの光ファイバ３０の温度分布とを測定しておき、ラック１１毎に警報を発生する場合のしきい値を設定しておく。図２４（ａ）は、ラック毎に設定された警報しきい値と、温度差分布とを示している。
【０１７７】
例えば図２５（ｂ）に示すようにあるラック１１に異常が発生した場合、図２５（ａ）に示すように対応するラック１１の位置に温度差のピークが発生する。この温度差分布を実施形態で説明した方法で補正することで、差分温度を精度良く求めることができ、異常の有無を初期段階で検知することができる。
【０１７８】
（利用可能性２）
図２６（ａ）〜（ｄ）は、実施形態で説明した温度測定システムを、化学プラント等の施設の配管接続部の異常検知に適用した事例を示している。
【０１７９】
図２６（ａ）のように、プラント運用中は、主配管５１内を高温の液体又はガスが流れているものとする。この場合、プラント運用中は配管５１が膨張し、プラントが停止しているときには配管５１が収縮する。
【０１８０】
なお、図２６（ａ）〜（ｄ）において、５４は光ファイバ３０を固定するテープであり、５５は主配管５１の周囲に配置された断熱材及び保護管を示している。
【０１８１】
図２６（ｂ）のように、例えばプラントの停止にともなって主配管５１と枝配管５２との接合溶接部の金属疲労が発生した場合、図２６（ｃ）のように次に運用したときには通常よりも枝配管５２が外に押し出される。そして、図２６（ｄ）のように、次に停止状態になると、押し出された枝配管５２が戻りきらずに亀裂が発生する。
【０１８２】
このとき、残留高圧液体又はガスが噴出し、部分的な温度変化が発生する。実施形態の温度検知システムでは、この部分的な温度変化の検知して警報を発生する。
【０１８３】
このように、プラント等において配管接続部の異常を初期段階で検知することにより、重大事故の発生が回避される。
【０１８４】
（利用可能性３）
図２７は、実施形態で説明した温度測定システムを、ビニールハウス内での高級果物の栽培及び盗難防止に適用した事例を示す。
【０１８５】
ここでは、クラウンメロンのハウス栽培において、土中温度、周囲環境温度、及び果物の温度を、温度分布測定装置（ＤＴＳ）により測定し、その測定結果に基づいてハウス内の温度を管理しているものとする。また、ここでは、温度分布測定装置をデータ処理装置に接続して、異常の検知にも使用しているものとする。
【０１８６】
例えば盗難者がメロンを盗難しようとする場合、メロンに巻きつけられた光ファイバ３０を解こうとする。盗難者が慎重に作業をすれば光ファイバ３０を切断することは無いが、光ファイバ３０を解こうとすると部分的な温度の微小変化は避けられない。これにより、温度測定システムにおいて、異常を検知することができる。
【０１８７】
温度測定システムが異常を検知すると、パトランプの点灯や警報ブザーの始動と共に管理者に異常の発生が通知される。これにより、甚大な被害を抑えることができる。
【図１】
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【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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【手続補正書】
【提出日】平成27年4月30日(2015.4.30)
【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】
光ファイバと、
前記光ファイバに光を入射して後方散乱光を検出し、その検出結果から前記光ファイバの長さ方向に沿った温度分布を取得する温度分布測定装置と、
前記温度分布測定装置で取得した温度分布を記憶するとともに、現在時点の温度分布と過去の温度分布との差分を演算して得た差分温度分布に対し信号処理を実施して、その結果から異常の有無を判定するデータ処理装置と
を有することを特徴とする温度測定システム。
【請求項２】
前記データ処理装置は、前記信号処理の結果から異常ありと判定したときに、前記信号処理の結果から異常が発生したと認められる異常領域と、その前後の異常がないと認められる基準温度領域とを前記光ファイバの長さ方向に沿って設定し、前記基準温度領域における前記現在時点の温度分布と前記過去の温度分布との温度差を基準として前記異常領域のピーク値を補正する信号処理を実施することを特徴とする請求項１に記載の温度測定システム。
【請求項３】
前記データ処理装置は、前記ピーク値を補正する信号処理を実施する際に、前記差分温度分布を積分した結果から導き出した非負拘束条件又は非正拘束条件を使用することを特徴とする請求項２に記載の温度測定システム。
【請求項４】
前記データ処理装置は、前記ピーク値を補正する信号処理により補正した前記差分温度分布のピーク値が予め設定したしきい値を超えたときに警報を発生することを特徴とする請求項３に記載の温度測定システム。
【請求項５】
前記信号処理は、前記差分温度分布に対し微分処理する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の温度測定システム。
【請求項６】
前記信号処理は、前記差分温度分布に対し微分処理して微分温度分布を取得し、更に前記微分温度分布に対しＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタを作用させる工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の温度測定システム。
【請求項７】
前記ピーク値を補正する信号処理は、前記差分温度分布と伝達関数との畳み込みと、前記差分温度分布との二乗誤差が補正の度に小さくなるように前記差分温度分布に対する補正を逐次的に複数回行うとともに、各回の補正の度に前記拘束条件に合致するように前記基準温度領域における補正後の差分温度を推定差分温度に置き換える超解像信号処理であることを特徴とする請求項３に記載の温度測定システム。
【請求項８】
前記過去の温度分布データは、過去の複数の温度分布データを重み付けして足し合わせたものであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の温度測定システム。
【請求項９】
温度分布測定装置により光ファイバの一端側に光を入射して後方散乱光を取得する工程と、
データ処理装置により、前記強度分布を記憶するとともに、現在時点の温度分布と過去の温度分布との差分を演算して得た差分温度分布に対し信号処理を実施して、その結果から異常の有無を判定する工程と
を有することを特徴とする異常検知方法。
【請求項１０】
前記データ処理装置は、前記信号処理の結果から異常ありと判定したときに、前記信号処理の結果から異常が発生したと認められる異常領域と、その前後の異常がないと認められる基準温度領域とを前記光ファイバの長さ方向に沿って設定し、前記基準温度領域における前記現在時点の温度分布と前記過去の温度分布との温度差を基準として前記異常領域のピーク値を補正する信号処理を実施することを特徴とする請求項９に記載の異常検知方法。
【手続補正書】
【提出日】平成28年5月30日(2016.5.30)
【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】
光ファイバと、
前記光ファイバに光を入射して後方散乱光を検出し、その検出結果から前記光ファイバの長さ方向に沿った温度分布を取得する温度分布測定装置と、
前記温度分布測定装置で取得した温度分布を記憶するとともに、現在時点の温度分布と過去の温度分布との差分を演算して得た差分温度分布に対し信号処理を実施して、その結果から異常の有無を判定するデータ処理装置と
を有し、
前記データ処理装置は、前記信号処理の結果から異常ありと判定したときに、前記信号処理の結果から異常が発生したと認められる異常領域と、その前後の異常がないと認められる基準温度領域とを前記光ファイバの長さ方向に沿って設定し、前記基準温度領域における前記現在時点の温度分布と前記過去の温度分布との温度差を基準として前記異常領域のピーク値を補正する信号処理を実施することを特徴とする温度測定システム。
【請求項２】
前記データ処理装置は、前記ピーク値を補正する信号処理を実施する際に、前記差分温度分布を積分した結果から導き出した非負拘束条件又は非正拘束条件を使用することを特徴とする請求項１に記載の温度測定システム。
【請求項３】
前記データ処理装置は、前記ピーク値を補正する信号処理により補正した前記差分温度分布のピーク値が予め設定したしきい値を超えたときに警報を発生することを特徴とする請求項２に記載の温度測定システム。
【請求項４】
前記信号処理は、前記差分温度分布に対し微分処理する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の温度測定システム。
【請求項５】
前記信号処理は、前記差分温度分布に対し微分処理して微分温度分布を取得し、更に前記微分温度分布に対しＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタを作用させる工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の温度測定システム。
【請求項６】
前記ピーク値を補正する信号処理は、前記差分温度分布と伝達関数との畳み込みと、前記差分温度分布との二乗誤差が補正の度に小さくなるように前記差分温度分布に対する補正を逐次的に複数回行うとともに、各回の補正の度に前記拘束条件に合致するように前記基準温度領域における補正後の差分温度を推定差分温度に置き換える超解像信号処理であることを特徴とする請求項２に記載の温度測定システム。
【請求項７】
前記過去の温度分布データは、過去の複数の温度分布データを重み付けして足し合わせたものであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の温度測定システム。
【請求項８】
温度分布測定装置により光ファイバの一端側に光を入射して後方散乱光を取得する工程と、
データ処理装置により、前記強度分布を記憶するとともに、現在時点の温度分布と過去の温度分布との差分を演算して得た差分温度分布に対し信号処理を実施して、その結果から異常の有無を判定する工程と
を有し、
前記データ処理装置は、前記信号処理の結果から異常ありと判定したときに、前記信号処理の結果から異常が発生したと認められる異常領域と、その前後の異常がないと認められる基準温度領域とを前記光ファイバの長さ方向に沿って設定し、前記基準温度領域における前記現在時点の温度分布と前記過去の温度分布との温度差を基準として前記異常領域のピーク値を補正する信号処理を実施することを特徴とする異常検知方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
開示の技術の一観点によれば、光ファイバと、前記光ファイバに光を入射して後方散乱光を検出し、その検出結果から前記光ファイバの長さ方向に沿った温度分布を取得する温度分布測定装置と、前記温度分布測定装置で取得した温度分布を記憶するとともに、現在時点の温度分布と過去の温度分布との差分を演算して得た差分温度分布に対し信号処理を実施して、その結果から異常の有無を判定するデータ処理装置とを有し、前記データ処理装置は、前記信号処理の結果から異常ありと判定したときに、前記信号処理の結果から異常が発生したと認められる異常領域と、その前後の異常がないと認められる基準温度領域とを前記光ファイバの長さ方向に沿って設定し、前記基準温度領域における前記現在時点の温度分布と前記過去の温度分布との温度差を基準として前記異常領域のピーク値を補正する信号処理を実施する温度測定システムが提供される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
開示の技術の他の一観点によれば、温度分布測定装置により光ファイバの一端側に光を入射して後方散乱光を取得する工程と、データ処理装置により、前記強度分布を記憶するとともに、現在時点の温度分布と過去の温度分布との差分を演算して得た差分温度分布に対し信号処理を実施して、その結果から異常の有無を判定する工程とを有し、前記データ処理装置は、前記信号処理の結果から異常ありと判定したときに、前記信号処理の結果から異常が発生したと認められる異常領域と、その前後の異常がないと認められる基準温度領域とを前記光ファイバの長さ方向に沿って設定し、前記基準温度領域における前記現在時点の温度分布と前記過去の温度分布との温度差を基準として前記異常領域のピーク値を補正する信号処理を実施する異常検知方法が提供される。
【国際調査報告】
2014064845.tif 000044
2014064845.tif 000045
2014064845.tif 000046
2014064845.tif 000047