(57)【要約】  温度測定装置は、所定の経路に沿って配置された複数本の光ファイバと、前記光ファイバからの後方散乱光に基づいて前記複数本の光ファイバの延伸方向の温度分布を測定する温度測定部と、前記所定の経路において前記温度測定部が測定した複数の温度分布の相関に基づいて、前記光ファイバの距離方向における前記複数の温度分布を平均化する平均化処理部と、を備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の経路に沿って配置された複数本の光ファイバと、
前記光ファイバからの後方散乱光に基づいて前記複数本の光ファイバの延伸方向の温度分布を測定する温度測定部と、
前記所定の経路において前記温度測定部が測定した複数の温度分布の相関に基づいて、前記光ファイバの距離方向における前記複数の温度分布を平均化する平均化処理部と、を備えることを特徴とする温度測定装置。
【請求項２】
前記平均化処理部は、前記複数の温度分布の相関に基づいて、前記光ファイバの距離方向における前記複数の温度分布を平均化する範囲または度合いを決定し、決定された前記範囲または前記度合いに基づいて、前記複数の温度分布を平均化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】
前記平均化処理部による平均化によって補正された補正温度分布に対して、前記温度測定部による温度測定の伝達関数の逆フィルタを適用する逆フィルタ処理部を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の温度測定装置。
【請求項４】
前記所定の経路に沿って設けられた金属螺旋管を備え、
前記複数本の光ファイバは、前記金属螺旋管内を距離方向に延びるように配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の温度測定装置。
【請求項５】
前記所定の経路は、液化天然ガス内を通るように設けられて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】
前記液化天然ガスは、密度の差異により上層と下層とを成し、
前記所定の経路は、前記上層および前記下層をまたぐように設けられていることを特徴とする請求項５記載の温度測定装置。
【請求項７】
前記上層および前記下層のそれぞれに対して、前記補正測定温度を取得し、取得した各補正測定温度の差異に応じて前記液化天然ガスの異常に関する判定を行う判定部を備えることを特徴とする請求項６記載の温度測定装置。
【請求項８】
前記判定部は、前記下層の補正測定温度から前記上層の補正測定温度を差し引いた値が第１閾値未満であるか、前記下層の補正測定温度から前記上層の補正測定温度を差し引いた値が第２閾値を上回りかつ前記下層の補正測定温度が第３閾値を上回る場合に、異常に係る情報を出力することを特徴とする請求項７記載の温度測定装置。
【請求項９】
前記光ファイバは、ポリイミドで被覆されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の温度測定装置。
【請求項１０】
所定の経路に沿って配置された複数本の光ファイバからの後方散乱光に基づいて、前記複数本の光ファイバの延伸方向の温度分布を温度測定部が測定し、
前記所定の経路において前記温度測定部が測定した複数の温度分布の相関に基づいて、前記光ファイバの距離方向における前記複数の温度分布を平均化処理部が平均化する、ことを特徴とする温度測定方法。
【請求項１１】
コンピュータに、
所定の経路に沿って配置された複数本の光ファイバからの後方散乱光に基づいて前記複数本の光ファイバの延伸方向の温度分布を測定する処理と、
前記所定の経路において前記温度分布を測定する処理によって測定された複数の温度分布の相関に基づいて、前記光ファイバの距離方向における前記複数の温度分布を平均化する処理と、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散乱光を用いて、光ファイバの延伸方向の温度分布を測定する技術が開発されている（例えば、特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２１８３５４号公報
【特許文献２】特開２０１４−１６７３９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、ＬＮＧタンクのロールオーバー監視においては、液密度計が一般的に使用されている。しかしながら、液密度計は上下動が必要であり、タンクとの接続径も大きく、はめ殺しのため可用性が低く、メンテナンスしにくいという問題がある。そこで、光ファイバを用いてＬＮＧの温度を検出することでロールオーバーを監視することが考えられる。しかしながら、極低温において後方散乱光に含まれるアンチストークス光が小さくなり、Ｓ／Ｎが悪くなるおそれがある。【０００５】
１つの側面では、本件は、高精度に温度測定を行う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、所定の経路に沿って配置された複数本の光ファイバと、前記光ファイバからの後方散乱光に基づいて前記複数本の光ファイバの延伸方向の温度分布を測定する温度測定部と、前記所定の経路において前記温度測定部が測定した複数の温度分布の相関に基づいて、前記光ファイバの距離方向における前記複数の温度分布を平均化する平均化処理部と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
高精度に温度測定を行うことができる。
【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）の検出結果を用いて算出した温度である。
【図４】温度に対する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る。
【図５】（ａ）〜（ｃ）はロールオーバーについて説明するための図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は光ファイバによってＬＮＧタンクの温度測定する例を表す図である。
【図７】（ａ）および（ｂ）は保護管を例示する図である。
【図８】（ａ）〜（ｄ）は平均化処理を表す図である。
【図９】逆フィルタ処理について例示する図である。
【図１０】（ａ）〜（ｅ）は異常判定を例示する図である。
【図１１】フローチャートを例示する図である。
【図１２】温度測定システムを例示する図である。
【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、光ファイバ３０などを備える。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、平均化処理部２３、逆フィルタ処理部２４、判定部２５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、平均化処理部２３、逆フィルタ処理部２４および判定部２５が実現される。なお、指示部２１、温度測定部２２、平均化処理部２３、逆フィルタ処理部２４および判定部２５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（チャネル）を切り替えるスイッチである。ダブルエンド方式では、光スイッチ１３は、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。シングルエンド方式では、光スイッチ１３は、指示部２１の指示に従って、光ファイバ３０の第１端または第２端のいずれか一方に光パルスを入射する。光ファイバ３０は、温度測定対象の所定の経路に沿って配置されている。
【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に送信する。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、光ファイバ３０の延伸方向の温度分布を測定する。平均化処理部２３は、温度測定部２２によって測定された測定温度分布に対して平均化処理を行うことで、補正測定温度を算出する。逆フィルタ処理部２４は、平均化処理部２３が算出した補正測定温度に対して逆フィルタ処理を行う。判定部２５は、逆フィルタ処理後の補正測定温度に基づいて、異常に係る判定を行う。
【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、光ファイバ３０の第１端から光入射した場合において、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内における各サンプリング位置の温度を測定することができる。すなわち、光ファイバ３０の延伸方向における温度分布を測定することができる。なお、両成分の特性差を利用することから、距離に応じて両成分の光強度が減衰しても、高精度で温度を測定することができる。図３（ｂ）は、図３（ａ）の検出結果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。
【００１８】
ところで、ストークス成分およびアンチストークス成分は、光学フォノンの準位間遷移である。ストークス成分は、基底状態から励起状態への遷移によって生成される成分である。アンチストークス成分は、励起状態から基底状態への遷移によって生成される成分である。温度が低い状態では、励起状態のフォノンが少ないため、アンチストークス成分の強度は低くなる。
【００１９】
図４は、温度に対する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る。図４で例示するように、氷点下などの低温域においては、アンチストークス成分の光強度は、ストークス成分の光強度に対して、大幅に低下してしまう。したがって、氷点下などの低温域においては、アンチストークス成分の光強度の大幅な低下に伴い、ショット雑音の定義と、温度とストークス成分およびアンチストークスとの関係から温度誤差が大きくなってしまう。
【００２０】
しかしながら、ＬＮＧ（液化天然ガス）タンクなどの施設においては、極低温を測定する技術が望まれている。ここで、一例として、ＬＮＧタンクにおけるロールオーバーについて説明する。図５（ａ）で例示するように、ＬＮＧタンク４０には、ＬＮＧが貯蔵されている。ＬＮＧタンク４０には、複数の船からＬＮＧが受け入れられることがある。この場合、成分が異なるＬＮＧが受け入れられるため、ＬＮＧタンク４０内において、ＬＮＧの成分差に基づく密度差に起因して、ＬＮＧが多層状化する。図５（ａ）の例では、ＬＮＧタンク４０内のＬＮＧが２層化している。図５（ｂ）で例示するように、下層は、密度の高いＬＮＧ成分である。上層は、密度の低いＬＮＧ成分である。
【００２１】
この状態で、図５（ａ）で例示するように、ＬＮＧタンク４０に熱が入ると、各層において対流（二重対流）が生じる。二重対流が生じると、上層と下層との境界を介して、各成分と熱が少しずつ移動する。それにより、上層の密度と下層の密度とが次第に近づく。また、上層からのボイルオフガス（ＢＯＧ）の発生によっても、上層の密度と下層の密度とが次第に近づく。上層の密度と下層の密度との差が小さくなると、上層と下層とが混合され、急激な対流が生じる（ロールオーバー）。２層化されていた状態では、上層のＬＮＧ成分の存在によって、下層のＬＮＧ成分からのボイルオフガスの発生は抑圧されている。しかしながら、図５（ｃ）で例示するように、ロールオーバー時には、下層のＬＮＧ成分が上層へ移動するため、それまで抑圧されていた大量のボイルオフガスが発生し、タンクの圧力を異常に上昇させる。なお、図５（ｃ）において、縦軸は、ボイルオフガス量を示す。
【００２２】
ロールオーバーが発生する場合、事前にＬＮＧタンク４０内に温度変化が現れる。この温度変化を検出できれば、ロールオーバーの発生を抑制することができる。しかしながら、多層状化したＬＮＧ成分の上下層での温度差は、数℃程度である。また、時間的な温度変化も僅かである。したがって、ロールオーバーを光ファイバ温度測定で監視する場合、多層状化したＬＮＧ成分のそれぞれの層の温度を高精度に測定することが要求される。
【００２３】
例えば、図６（ａ）で例示するように、光ファイバ３０をＬＮＧタンク４０の上部から下方へと延ばし、上層を通過して下層の低部（例えばＬＮＧタンク４０の底）で折り返し、さらに上層を通過してＬＮＧタンク４０の上部へと延ばす。これにより、光ファイバ３０が上層と接触する箇所では相対的に低い温度が測定され、光ファイバ３０が下層と接触する箇所では相対的に高い温度が測定される。
【００２４】
光ファイバ温度測定においては、光パルス幅の積算値がその光ファイバ位置の光強度として取得するため、急峻な実温度分布に対しては、図６（ｂ）で例示するように、ローパスフィルタを施したような温度分布が測定温度として得られる。そのため光ファイバの長手方向で急峻に温度が変わるＬＮＧと空気との界面では温度精度が低くなってしまう。そこで応答性を向上させる逆フィルタを施すことで、界面付近の温度精度を向上することが考えられる。しかしながらノイズにも適用されてしまうため、逆フィルタを用いる場合には高い温度精度が求められる。
【００２５】
また、ＬＮＧ成分は極低温で貯蔵されているため、上述したように、光ファイバで温度測定すると、測定誤差が大きくなってしまう。例えば、図６（ｃ）で例示するように、測定温度におけるノイズが大きくなるおそれがある。そこで、本実施形態に係る温度測定装置１００は、温度測定の精度を向上させる構成を有している。
【００２６】
図７（ａ）は、ＬＮＧタンク４０内に貯蔵されているＬＮＧ成分に接触させる光ファイバ３０を保護するための保護管５０を例示する図である。図７（ａ）で例示するように、保護管５０は、例えば、金属の螺旋管である。図７（ｂ）は、保護管５０の螺旋部の拡大図である。ＬＮＧタンク４０内においては、ミキシングや流入、払い出しによってＬＮＧに流れが生じている。そこで、保護管５０は、ＬＮＧから光ファイバ３０を遮蔽せずに、通気性および通液性を有している。
【００２７】
保護管５０は、例えば、数十メートルの長さを有することもある。したがって、保護管５０を螺旋管で構成することで巻き取ることができるため、ＬＮＧタンク４０への設置および回収が容易である。したがって、光ファイバ３０の交換が容易である。また、保護管５０は、ＬＮＧの流れによって流されないように、錨のような重りを有していることが好ましい。なお、光ファイバ３０として、極低温でも脆性破壊しないポリイミド等を被覆したものを用いることが好ましい。
【００２８】
図８（ａ）で例示するように、保護管５０をＬＮＧタンク４０の上部から下方へと延ばし、上層を通過して下層の低部（例えばＬＮＧタンク４０の底）で折り返し、さらに上層を通過してＬＮＧタンク４０の上部へと延ばす。光ファイバ３０は、保護管５０の一端から他端まで、複数回にわたって延びている。これは、複数本の光ファイバが保護管５０内に配置されることを意味する。
【００２９】
それにより、光ファイバ３０の各位置における測定温度は、図８（ｂ）で例示するような温度分布を有するようになる。すなわち、ＬＮＧタンク４０の外では、測定温度が高くなる（外気温）。ＬＮＧタンク４０内において上層よりも上部の気体部において、急激に測定温度が低くなり、略一定温度となる（例えば、−１００℃程度）。これは、ＬＮＧタンク４０内の温度が極低温で略一定に保たれているからである。上層では、急激に測定温度が低くなり、略一定温度となる（例えば、−１６０℃程度）。上層と下層との境界で測定温度が若干ながら高くなり、下層で略一定温度となる。下層と上層との境界で測定温度が若干ながら低くなり、上層で略一定温度となる。気体部では、急激に測定温度が高くなり、略一定温度となる。ＬＮＧタンク４０の外では、測定温度が急激に高くなる。光ファイバ３０が保護管５０を複数回にわたって延びていることから、この測定温度のサイクルが繰り返されることになる。
【００３０】
同一の保護管５０に沿って設けられた光ファイバ３０によって得られる測定温度は、同じ温度分布を有するはずである。したがって、ある保護管位置における複数の測定温度分布は高い相関を持つはずである。一方で、相関が低い場合は、温度分布がなくノイズの影響等で相関が低くなっていると想定される。
【００３１】
ある保護管位置ｘ（高さ方向の位置）を中心とした±Ｌ（ｍ）のサンプル範囲における各測定温度分布Ｔ１，Ｔ２の相関係数Ｒ１２（ｘ）は、例えば、下記式（１）のように求めることができる。下記式（１）において、「Ｔバー」（Ｔの上部にバーを付したもの）は、測定温度Ｔの±Ｌのサンプル範囲における平均値である。「ｉ」は、−Ｌから＋Ｌまでの各位置を表す。
【数１】
2019012616.tif 000003
【００３２】
測定温度分布Ｔ１および測定温度分布Ｔ２の両方において温度信号に対するノイズ成分が少なければ、測定温度分布Ｔ１と測定温度分布Ｔ２とが類似することになる。この場合、相関係数Ｒ１２（ｘ）は大きな値となる。したがって、相関係数が大きければ、位置ｘにおける測定温度の精度は高いことになる。そこで、平均化処理部２３は、相関係数がある閾値を超えれば、位置ｘにおける各測定温度の平均値を、位置ｘにおける温度として出力する。この場合、高い精度で得られた測定温度を出力することができる。
【００３３】
一方、測定温度分布Ｔ１および測定温度分布Ｔ２の少なくともいずれかにおいて温度信号に対するノイズが大きければ、測定温度分布Ｔ１と測定温度分布Ｔ２との類似度が低下する。この場合、相関係数Ｒ１２（ｘ）は小さな値となる。したがって、相関係数が小さければ、位置ｘにおける測定温度の精度は低いことになる。そこで、平均化処理部２３は、相関係数が閾値以下である場合、各測定温度分布Ｔ１，Ｔ２において、位置ｘを中心とした±Ｌの範囲の平均温度の平均値を、位置ｘにおける温度として出力する。この場合、±Ｌの範囲で測定温度が平均化されるため、ノイズの影響を抑制することができる。例えば、相関係数が小さくなるほど、測定温度分布において平均化に用いる範囲を広く採用してもよい。Ｌは短すぎると平均化の効果が小さく、長すぎると温度分布の高周波成分が失われてしまうため、光パルスの幅程度とすることが好ましい。
【００３４】
または、相関係数に基づいて、平均化の度合を決定してもよい。例えば、複数の測定温度分布から作られる相関係数の和ΣＲによって平均化の範囲を決めてもよい。ΣＲ＜０ならば位置ｘを中心とした±Ｌの範囲の平均温度を出力し、ΣＲ＞０ならば±｛Ｌ−ｆ（ΣＲ）｝の範囲の平均温度を出力する。
【００３５】
平均化処理部２３は、保護管５０の高さ方向における各位置の平均化処理によって補正された補正温度分布を出力する。それにより、保護管５０の高さ方向における温度分布が出力される。図８（ｃ）の点線が、平均化処理後の補正温度分布を例示する。
【００３６】
逆フィルタ処理部２４は、平均化処理部２３によって出力された補正温度分布に対して、応答性を向上させるための逆フィルタ処理を施す。測定温度Ｔは、光ファイバ温度測定を線形システムであると仮定すると、行列表現で下記式（２）のように表すことができる。下記式（２）において、Ｔ´は実温度分布を表し、[Ｈ]は伝達関数を表す。伝達関数は光ファイバ温度測定におけるインパルス応答から求められる。伝達関数の逆フィルタは[Ｈ]−１と表すことができるため、下記式（３）が得られる。逆フィルタ処理部２４は、図９で例示するように、平均化処理部２３が出力した測定温度分布に逆フィルタ処理を施すことで、補正温度分布を算出する。図８（ｃ）の破線および図８（ｄ）の実線が、逆フィルタ処理後の補正温度分布を例示する。それにより、実温度分布に近い温度分布を得ることができる。なお、逆フィルタ処理部２４は、逆フィルタ処理を施す前に、ローパスフィルタ処理を行ってもよい。図８（ｃ）の実線が、ローパスフィルタ処理後の測定温度を例示する。
【数２】
2019012616.tif 000004
【数３】
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【００３７】
次に、判定部２５は、補正温度分布を基に、ＬＮＧタンク４０に異常が生じていないか判定する。図１０（ａ）は、上層温度Ｔｔｏｐおよび下層温度Ｔｂｏｔｔｏｍを例示する図である。図１０（ａ）で例示するように、上層温度Ｔｔｏｐは、下層温度Ｔｂｏｔｔｏｍよりも低い温度となっている。それにより、上層温度Ｔｔｏｐと下層温度Ｔｂｏｔｔｏｍとの間には、所定の差異がある。この差異が小さくなると、上層の密度Ｄｔｏｐと下層の密度Ｄｂｏｔｔｏｍとの差が小さくなり、ロールオーバーが発生することになる。したがって、上層温度Ｔｔｏｐと下層温度Ｔｂｏｔｔｏｍとの差異を検出することで、ロールオーバーの発生を事前に検出することができる。
【００３８】
図１０（ｂ）は、外部の熱の流入が蒸発による冷却よりも小さい場合（ｃａｓｅ１）における上層温度Ｔｔｏｐおよび下層温度Ｔｂｏｔｔｏｍを例示する図である。図１０（ｃ）は、ｃａｓｅ１における上層の密度Ｄｔｏｐおよび下層の密度Ｄｂｏｔｔｏｍを例示する図である。ｃａｓｅ１では、上層温度Ｔｔｏｐと下層温度Ｔｂｏｔｔｏｍとの差異が時間の経過とともに徐々に小さくなっている。したがって、Ｔｂｏｔｔｏｍ−Ｔｔｏｐ＜閾値Ｔｔｈ１となる場合に、ロールオーバーに関する警告を出力することが好ましい。
【００３９】
図１０（ｄ）は、外部の熱の流入が蒸発による冷却よりも大きい場合（ｃａｓｅ２）における上層温度Ｔｔｏｐおよび下層温度Ｔｂｏｔｔｏｍを例示する図である。図１０（ｅ）は、ｃａｓｅ１における上層の密度Ｄｔｏｐおよび下層の密度Ｄｂｏｔｔｏｍを例示する図である。ｃａｓｅ２では、上層温度Ｔｔｏｐと下層温度Ｔｂｏｔｔｏｍとの差異が時間の経過とともに徐々に大きくなり、急激に差異がなくなっている。また、下層温度Ｔｂｏｔｔｏｍが時間の経過とともに徐々に大きくなっている。したがって、Ｔｂｏｔｔｏｍ−Ｔｔｏｐ＞閾値Ｔｔｈ２かつＴｂｏｔｔｏｍ＞閾値Ｔｔｈ３となる場合に、ロールオーバーに関する警告を出力することが好ましい。
【００４０】
図１１は、以上の処理を表すフローチャートを例示する図である。以下、図１１のフローチャートに沿って、各部の処理の流れを説明する。まず、温度測定部２２は、所定の周期で定期的に光ファイバ３０の各サンプリング位置の温度を測定する（ステップＳ１）。次に、平均化処理部２３は、ＬＮＧタンク４０の深さ方向の各位置ｘにおける測定温度分布の相関係数を算出する（ステップＳ２）。相関係数は、例えば、上記式（１）によって算出される。次に、平均化処理部２３は、ステップＳ２で算出された相関係数に基づいて、平均化処理を行う（ステップＳ３）。
【００４１】
次に、逆フィルタ処理部２４は、ステップＳ３で得られた補正温度分布に対して、ローパスフィルタ処理を行う（ステップＳ４）。それにより、ノイズの影響を抑制することができる。次に、逆フィルタ処理部２４は、ステップＳ４で得られた補正温度分布に対して、逆フィルタ処理を行う（ステップＳ５）。次に、逆フィルタ処理部２４は、逆フィルタ処理によって得られた温度分布を、ＬＮＧタンク４０の高さ方向の温度分布として出力する（ステップＳ６）。
【００４２】
ステップＳ６で出力された温度分布は、ＲＡＭ１０２や記憶装置１０３などに記憶される（ステップＳ７）。次に、判定部２５は、上層温度と下層温度との関係が図１０（ａ）〜図１０（ｅ）で説明した所定の条件を満たすか否かを判定する（ステップＳ８）。ステップＳ８で「Ｙｅｓ」と判定された場合、判定部２５は、ロールオーバーに関する警告を出力する（ステップＳ９）。ステップＳ８で「Ｎｏ」と判定された場合、判定部２５は、過去の傾向から、あと何時間後にステップＳ８の条件を満たすか判断し、その結果を出力する（ステップＳ１０）。ステップＳ９およびステップＳ１０の実行後、フローチャートが終了する。
【００４３】
本実施形態によれば、保護管５０に配置された複数本の光ファイバからの後方散乱光を用いて測定された複数の温度分布の相関に基づいて、当該複数の温度分布を平均化している。それにより、高精度に温度測定を行うことができる。
【００４４】
なお、本実施形態においては、１本の光ファイバ３０を複数回にわたって保護管５０内に延ばすことで、複数本の光ファイバを保護管５０内に設けたが、それに限られない。例えば、複数本の切り離された光ファイバをそれぞれ保護管５０内に配置し、それぞれの光ファイバを用いて、保護管５０内の各位置の温度を測定してもよい。
【００４５】
（他の例）
図１２は、温度測定システムを例示する図である。図１２で例示するように、温度測定システムは、測定機１０が、インターネットなどの電気通信回線３０１を通じてクラウド３０２と接続された構成を有する。クラウド３０２は、図１（ｂ）のＣＰＵ１０１、ＲＡＭ１０２、記憶装置１０３、インタフェース１０４などを備え、制御部２０としての機能を実現する。このような温度測定システムでは、例えば、外国のＬＮＧタンクで測定された測定結果が、日本に設置されているクラウド３０２で受信され、温度分布が測定される。なお、クラウド３０２の代わりに、イントラネットなどを介して接続されたサーバを用いてもよい。
【００４６】
上記各例において、光ファイバ３０が、所定の経路に沿って配置された複数本の光ファイバの一例である。温度測定部２２が、前記光ファイバからの後方散乱光に基づいて前記複数本の光ファイバの延伸方向の温度分布を測定する温度測定部の一例である。平均化処理部２３が、前記所定の経路において前記温度測定部が測定した複数の温度分布の相関に基づいて、前記光ファイバの距離方向における前記複数の温度分布を平均化する平均化処理部の一例である。逆フィルタ処理部２４が、前記平均化処理部による平均化によって補正された補正温度分布に対して、前記温度測定部による温度測定の伝達関数の逆フィルタを適用する逆フィルタ処理部の一例である。判定部２５が、前記上層および前記下層のそれぞれに対して、前記補正測定温度を取得し、取得した各補正測定温度の差異に応じて前記液化天然ガスの異常に関する判定を行う判定部の一例である。
【００４７】
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、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。
【符号の説明】
【００４８】
１０  測定機
１１  レーザ
１２  ビームスプリッタ
１３  光スイッチ
１４  フィルタ
１５ａ，１５ｂ  検出器
２０  制御部
２１  指示部
２２  温度測定部
２３  平均化処理部
２４  逆フィルタ処理部
２５  判定部
３０  光ファイバ
４０  ＬＮＧタンク
５０  保護管
１００  温度測定装置
【図１】
2019012616.tif 000006
【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】
2019012616.tif 000011
【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】
2019012616.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】令和1年11月12日(2019.11.12)
【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】
所定の経路に沿って配置された複数本の光ファイバと、
前記光ファイバからの後方散乱光に基づいて前記複数本の光ファイバの延伸方向の温度分布を測定する温度測定部と、
前記所定の経路において前記温度測定部が測定した複数の温度分布の相関に基づいて、前記光ファイバの距離方向における前記複数の温度分布を平均化する平均化処理部と、を備えることを特徴とする温度測定装置。
【請求項２】
前記平均化処理部は、前記複数の温度分布の相関に基づいて、前記光ファイバの距離方向における前記複数の温度分布を平均化する範囲または度合いを決定し、決定された前記範囲または前記度合いに基づいて、前記複数の温度分布を平均化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】
前記平均化処理部による平均化によって補正された補正温度分布に対して、前記温度測定部による温度測定の伝達関数の逆フィルタを適用する逆フィルタ処理部を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の温度測定装置。
【請求項４】
前記所定の経路に沿って設けられた金属螺旋管を備え、
前記複数本の光ファイバは、前記金属螺旋管内を距離方向に延びるように配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の温度測定装置。
【請求項５】
前記所定の経路は、液化天然ガス内を通るように設けられて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】
前記液化天然ガスは、密度の差異により上層と下層とを成し、
前記所定の経路は、前記上層および前記下層をまたぐように設けられていることを特徴とする請求項５記載の温度測定装置。
【請求項７】
前記上層および前記下層のそれぞれに対して、前記補正測定温度を取得し、取得した各補正測定温度の差異に応じて前記液化天然ガスの異常に関する判定を行う判定部を備えることを特徴とする請求項６記載の温度測定装置。
【請求項８】
前記判定部は、前記下層の補正測定温度から前記上層の補正測定温度を差し引いた値が第１閾値未満であるか、前記下層の補正測定温度から前記上層の補正測定温度を差し引いた値が第２閾値を上回りかつ前記下層の補正測定温度が第３閾値を上回る場合に、異常に係る情報を出力することを特徴とする請求項７記載の温度測定装置。
【請求項９】
所定の経路に沿って配置された複数本の光ファイバからの後方散乱光に基づいて、前記複数本の光ファイバの延伸方向の温度分布を温度測定部が測定し、
前記所定の経路において前記温度測定部が測定した複数の温度分布の相関に基づいて、前記光ファイバの距離方向における前記複数の温度分布を平均化処理部が平均化する、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、
所定の経路に沿って配置された複数本の光ファイバからの後方散乱光に基づいて前記複数本の光ファイバの延伸方向の温度分布を測定する処理と、
前記所定の経路において前記温度分布を測定する処理によって測定された複数の温度分布の相関に基づいて、前記光ファイバの距離方向における前記複数の温度分布を平均化する処理と、を実行させることを特徴とする温度測定プログラム。
【国際調査報告】
2019012616.tif 000018
2019012616.tif 000019