(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に平行に配置された第１のガイドレール及び第２のガイドレールと、
前記第１のガイドレールと前記第２のガイドレールとの間を往復するように敷設された光ファイバと、
前記第１のガイドレール及び前記第２のガイドレールに沿って移動し、前記光ファイバの折り返し部分の両端を固定する複数の固定具と、
前記光ファイバの端部に接続され、前記光ファイバ内で発生する散乱光を受光して前記光ファイバの長さ方向の温度分布を測定する温度分布測定装置と
を有することを特徴とする温度分布測定システム。
【請求項２】
前記温度分布測定装置は前記光ファイバの長さ方向に一定の間隔で設定された測定ポイントの２次元座標を記憶し、前記固定具の位置から前記光ファイバに設定される測定ポイントの座標を算出して、前記座標を更新することを特徴とする請求項１に記載の温度分布測定システム。
【請求項３】
前記温度分布測定装置は、前記折り返し部分の光ファイバの温度を基準にし、他の測定ポイントの温度を伝達関数を用いて補正することを特徴とする請求項２に記載の温度分布測定システム。
【請求項４】
相互に平行に配置された第１のガイドレールと第２のガイドレールとの間に光ファイバを往復するように敷設する工程と、
前記光ファイバの折り返し部分の両端を、前記第１のガイドレール及び前記第２のガイドレールに沿って移動可能な固定具に固定する工程と
を有することを特徴とする光ファイバの敷設方法。
【請求項５】
前記折り返し部分の光ファイバの長さを、前記光ファイバに接続する温度分布測定装置により決まる最小加熱長以上の長さとすることを特徴とする請求項４に記載の光ファイバの敷設方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度分布測定システム及び光ファイバの敷設方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種工業分野において、光ファイバを用いて温度を測定する技術が使用されるようになった。例えば、データセンターでは、サーバが収納されたラックやラックが設置された室内の温度分布を光ファイバを用いて測定し、その測定結果に基づいて空調の最適化を図っている。
【０００３】
光ファイバによる温度測定では、空間分解能が低いため、近接した測定ポイントの温度を精度よく測定することは困難であるとされていた。そこで、本願発明者らは、特定の測定ポイントの温度を基準にし、伝達関数を用いてその他の測定ポイントの温度測定値を補正する温度測定方法を提案した（特許文献１等）。この方法によれば、光ファイバの長さ方向に沿って１０ｃｍ〜数１０ｃｍの間隔で設定された測定ポイントの温度を精度よく検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１６００８１号公報
【特許文献２】特開２００４−１０９０３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光ファイバの一時的な撤去や敷設状態の変更が容易であり、変更後の測定ポイントの座標を容易に更新できる温度分布測定システム及び光ファイバの敷設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】
【０００６】
開示の技術の一観点によれば、相互に平行に配置された第１のガイドレール及び第２のガイドレールと、前記第１のガイドレールと前記第２のガイドレールとの間を往復するように敷設された光ファイバと、前記第１のガイドレール及び前記第２のガイドレールに沿って移動し、前記光ファイバの折り返し部分の両端を固定する複数の固定具と、前記光ファイバの端部に接続され、前記光ファイバ内で発生する散乱光を受光して前記光ファイバの長さ方向の温度分布を測定する温度分布測定装置とを有する温度分布測定システムが提供される。
【０００７】
開示の技術の他の観点によれば、相互に平行に配置された第１のガイドレールと第２のガイドレールとの間に光ファイバを往復するように敷設する工程と、前記光ファイバの折り返し部分の両端を、前記第１のガイドレール及び前記第２のガイドレールに沿って移動可能な固定具に固定する工程とを有する光ファイバの敷設方法が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
上記一観点に係る温度分布測定システム及び光ファイバの敷設方法によれば、固定具を第１のガイドレール及び第２のガイドレールに沿って移動させることにより、光ファイバの一時的な撤去や敷設状態の変更を容易に行うことができる。また、光ファイバが固定具に固定された状態で移動するので、固定具の移動距離がわかれば、温度分布測定装置により測定ポイントの座標を自動的に更新することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る温度分布測定システム及び光ファイバの敷設方法を例示した図である。
【図２】図２は、ガイドレールの一部を拡大して示す図である。
【図３】図３は、第１の実施形態において、作業エリアに光ファイバを敷設した状態及び作業エリアから光ファイバを撤去した状態を示す図である。
【図４】図４は、光ファイバの移動量にともなう座標の変化を示す図である。
【図５】図５は、第２の実施形態において、作業エリアに光ファイバを敷設した状態及び作業エリアから光ファイバを撤去した状態を示す図である。
【図６】図６は、第２の実施形態の変形例において、作業エリアに光ファイバを敷設した状態及び作業エリアから光ファイバを撤去した状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施形態について説明する前に、実施形態の理解を容易にするための予備的事項について説明する。
【００１１】
近年、農業の現場において、温度センサ等を多数配置して情報を収集し、必要に応じてデータベースに蓄積された過去の事例を参照することで、生産性の向上等を図る試みがなされている。例えば、農地に温度センサを設置して土の温度と作物の育成状態との関係を調べたり、天気や気温などの情報を作物の育て方に関する様々な情報と照らし合わせたりして、より効率のよい農作物の生産を目指している。
【００１２】
ところで、農地の詳細な温度分布を測定しようとする場合、農地に多数の温度センサを配置し、それらの温度センサと測定装置とを電線で接続することは、作業性及びメンテナンス性の点から現実的ではない。そこで、データセンターの温度管理に使用されている技術を用いて、光ファイバにより農地の詳細な温度分布を測定することが考えられる。
【００１３】
しかし、単に農地に光ファイバを敷設しただけでは、敷設した光ファイバが農作業の邪魔になることがある。このため、光ファイバを作業エリアから一時的に撤去することが要求される。また、作物の種類や成長にともなって、光ファイバの敷設状態を随時変更することも要求される。
【００１４】
温度分布の測定に使用する場合、光ファイバは温度分布測定装置（Distributed Temperature Sensor：ＤＴＳ）に接続される。光ファイバから出力される光を温度分布測定装置で信号処理することにより、光ファイバが敷設された空間の温度分布を得ることができる。温度分布測定装置では、光ファイバの長さ方向に沿って設定された各測定ポイントの位置を、実際の測定ポイントの位置（例えば、ＸＹ直交座標上の位置：以下、「座標」という）と対応付けて記憶している。このため、光ファイバの敷設状態を変更すると、温度分布測定装置に記憶されている各測定ポイントの座標を更新する作業が必要になる。
【００１５】
しかし、例えば光ファイバの長さが１ｋｍ、光ファイバの長さ方向に沿って設定された測定ポイントの間隔が１０ｃｍであるとすると、測定ポイントの数は１００００となり、これだけの測定ポイントの座標を作業者が更新することは極めて困難である。
【００１６】
以下の実施形態では、光ファイバの一時的な撤去や敷設状態の変更が容易であり、変更後の測定ポイントの座標を容易に更新できる光ファイバの敷設方法及び温度分布測定システムについて説明する。
【００１７】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る温度分布測定システム及び光ファイバの敷設方法を例示した図である。また、図２は、ガイドレールの一部を拡大して示す図である。なお、本実施形態では、農地の温度分布を測定する場合について説明している。
【００１８】
図１のように、本実施形態では、測定対象となるエリアを挟んで一対のガイドレール１１ａ，１１ｂを相互に平行に配置する。そして、それらのガイドレール１１ａ，１１ｂ間に光ファイバ１５を複数回往復するように敷設する。このとき、光ファイバ１５の折り返し部分では、それぞれ光ファイバ１５をガイドレール１１ａ，１１ｂに所定の長さ分だけ緩く巻き付ける。また、ガイドレール１１ａ，１１ｂ間の光ファイバ１５は、ガイドレール１１ａ，１１ｂに対し垂直になるようにする。
【００１９】
ここでは、説明の便宜上、ガイドレール１１ａ，１１ｂに平行な方向をＸ方向、ガイドレール１１ａ，１１ｂに垂直な方向をＹ方向とする。また、光ファイバ１５のうち、ガイドレール１１ａ，１１ｂに巻き付けた部分（折り返し部分）を巻回部１５ａと呼ぶ。
【００２０】
光ファイバ１５の端部は、温度分布測定装置２０に接続される。温度分布測定装置２０は、一定の時間毎に光ファイバ１５にレーザパルスを供給し、光ファイバ１５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）を受光して、光ファイバ１５の長さ方向の各測定ポイントの温度を検出する。そして、温度分布測定装置２０は、巻回部１５ａの温度を基準とし、伝達関数を用いて他の測定ポイントの温度を補正する（特許文献１参照）。
【００２１】
なお、測定ポイントは温度分布測定装置２０により自動的に設定され、測定ポイントの間隔は温度分布測定装置２０によるラマン散乱光のサンプリング周波数に関係する。本実施形態では、光ファイバ１５の長さ方向に１０ｃｍの間隔で測定ポイントが設定されるものとする。
【００２２】
巻回部１５ａの両端は固定具１２に固定されている。この固定具１２は、ガイドレール１１ａ，１１ｂに沿ってスライドしたり、ガイドレール１１ａ，１１ｂの所望の位置に固定したりすることができる。固定具１２をガイドレール１１ａ，１１ｂに沿ってスライドさせると、それに応じて巻回部１５ａは伸縮する。
【００２３】
本実施形態では、前述したように巻回部１５ａの温度を基準にして他の測定ポイントの温度を補正する。そのために、巻回部１５ａには、巻回部１５ａの位置の温度を精度よく測定できる長さ、すなわち最小加熱長以上の長さの光ファイバ１５を巻回する。
【００２４】
最小加熱長は、光ファイバ１５のコアの屈折率と、光ファイバ１５を通るレーザ光のパルス幅とに関係する（特許文献１参照）。本実施形態では、ガイドレール１１ａ，１１ｂに少なくとも２ｍ分の光ファイバ１５を巻回するものとする。
【００２５】
図３（ａ）は作業エリアに光ファイバ１５を敷設した状態を示し、図３（ｂ）は作業エリアから光ファイバ１５を撤去した状態を示し、図３（ｃ）は光ファイバ１５の敷設状態を変更した後の状態を示している。
【００２６】
この図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、本実施形態では、固定具１２をガイドレール１１ａ，１１ｂに沿って移動させるだけで、作業エリアから光ファイバ１５を一時的に撤去したり、敷設状態を変更したりすることができる。
【００２７】
ところで、前述したように、光ファイバ１５の敷設状態を変更したときには、温度分布測定装置２０に記憶されている測定ポイントの座標を更新する必要がある。本実施形態では、巻回部１５ａの両端を固定具１２に固定しているので、光ファイバ１５の敷設状態を変更しても、ガイドレール１１ａ，１１ｂ間に張り渡した光ファイバ１５はＸ方向に平行移動するだけである。従って、ガイドレール１１ａ，１１ｂ間に張り渡した光ファイバ１５の各測定ポイントのＹ座標は変化せず、固定具１２の移動量だけＸ座標が変化する。
【００２８】
例えば、図４（ａ）に示すように、ガイドレール１１ａ，１１ｂ間に張り渡された光ファイバ１５の測定ポイントＰ１、Ｐ２、Ｐ３、…の座標が、（Ｘ1，Ｙ1）、（Ｘ1，Ｙ2）、（Ｘ1，Ｙ3）、…であるとする。そして、図４（ｂ）に示すように固定具１２をスライドさせて光ファイバ１５をＸ方向にａだけ移動したとする。この場合、移動後の測定ポイントＰ１、Ｐ２、Ｐ３、…の座標は、（Ｘ1＋ａ，Ｙ1）、（Ｘ1＋ａ，Ｙ2）、（Ｘ1＋ａ，Ｙ3）、…となる。
【００２９】
本実施形態では、作業者がガイドレール１１ａ，１１ｂに設定された基準点から固定具１２までの距離を測定して温度分布測定装置２０に入力する。これにより、温度分布測定装置２０は各測定ポイントの座標を計算し、装置内に記憶されている各測定ポイントの座標を更新する。
【００３０】
基準点から固定具１２までの距離が作業者に容易にわかるように、ガイドレール１１，１２に基準点からの距離を示す目盛を設けておいてもよい。また、固定具１２の位置をセンサ等により検出し、センサ等から出力される信号により温度分布測定装置２０が固定具１２の位置を自動的に取得するようにしてもよい。
【００３１】
本実施形態では、上述したように相互に平行に配置されたガイドレール１１ａ，１１ｂに沿って光ファイバ１５を移動させるので、光ファイバ１５を作業エリアから一時的に撤去したり、光ファイバ１５の敷設状態を変更したりすることが容易である。
【００３２】
また、本実施形態では、固定具１２により光ファイバ１５の折り返し部分（巻回部１５ａ）の両端を固定しているので、光ファイバ１５の敷設状態を変更しても、ガイドレール１１ａ，１１ｂ間に張り渡した光ファイバ１５の測定ポイントのＹ座標は変化しない。このため、作業者は固定具１２のＸ方向の位置を温度分布測定装置２０に入力するだけでよく、測定ポイントの座標の更新は温度分布測定装置２０が自動的に行う。従って、作業者の負担が少ない。
【００３３】
なお、光ファイバ１５を作業エリアから一時的に撤去する作業をより一層容易にするために、ガイドレール１１ａ，１１ｂを昇降させる昇降装置を設けてもよい。また、上述の実施形態では固定具１２を作業者がスライドさせるものとしているが、ガイドレール１１ａ，１１ｂに沿って固定具１２の位置を移動させる固定具移動装置を設けてもよい。
【００３４】
更に、本実施形態では農地の温度分布を測定する場合について説明したが、開示した技術を農地以外のエリアの温度分布測定に使用してもよい。
【００３５】
（第２の実施形態）
図５（ａ）〜（ｃ）は、第２の実施形態に係る光ファイバの敷設方法を示す図である。図５（ａ）は作業エリアに光ファイバを敷設した状態を示し、図５（ｂ）は作業エリアから光ファイバを撤去した状態を示し、図５（ｃ）は光ファイバの敷設状態を変更した後の状態を示している。
【００３６】
なお、図５（ａ）〜（ｃ）において、図１と同一物には同一符号を付して、重複する部分の説明を省略する。また、図５（ａ）〜（ｃ）では、温度分布測定装置の図示を省略している。
【００３７】
本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、作業エリアを挟んでガイドレール１１ａ，１１ｂを相互に平行に配置し、ガイドレール１１ａ，１１ｂ間に光ファイバ１５を複数回往復するように敷設する。
【００３８】
但し、本実施形態では、折り返し部分の光ファイバ１５を小さく巻回して容器１６内に収納し、固定具１２から容器１６までの光ファイバ１５の長さをできるだけ短くする。この場合、敷設状態に応じて固定具１２間の距離は変化するので、容器１６内に収納される光ファイバ１５の長さも変化するが、少なくとも容器１６内には最小加熱長以上の光ファイバ１５が収納されているようにする。
【００３９】
第１の実施形態では、ガイドレール１１ａ，１１ｂに光ファイバ１５を巻き付けて巻回部１５ａとしている。この場合、固定具１２を移動させる際に光ファイバ１５がガイドレール１５ａ，１５ｂに擦れて、光ファイバ１５が損傷するおそれがある。また、第１の実施形態では巻回部１５ａの温度を基準にしてガイドレール１１ａ，１１ｂ間に張り渡された光ファイバ１５の測定ポイントの温度を補正している。この場合、固定具１２ａ間の距離が大きいと、巻回部１５ａの温度が均一でなく、温度分布の測定誤差が大きくなるおそれがある。
【００４０】
しかし、本実施形態では、容器１６により光ファイバ１５が保護されるため、固定具１２をスライドするときに光ファイバ１５がスライドレール１１ａ，１１ｂに擦れてダメージを受けることを防止できる。
【００４１】
また、本実施形態では、容器１６内に光ファイバ１５を小さく巻回して収納しているので、容器１６内の光ファイバ１５の温度は均一である。このため、容器１６内の光ファイバ１５の測定ポイントの温度を基準にして他の測定ポイントの温度を補正することにより、測定エリア内の温度分布をより一層良好な精度で測定することができる。
【００４２】
なお、本実施形態では固定具１２間に容器１６を設けて容器１６内に光ファイバ１５を巻回している。しかし、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、固定具１２間にスライドレール１１ａ，１１ｂに沿ってスライドする巻き取り部１７を設け、この巻き取り部１７に固定具１２間の光ファイバ１５を巻き取るようにしてもよい。この場合も、上記の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４３】
以上の諸実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【００４４】
（付記１）相互に平行に配置された第１のガイドレール及び第２のガイドレールと、
前記第１のガイドレールと前記第２のガイドレールとの間を往復するように敷設された光ファイバと、
前記第１のガイドレール及び前記第２のガイドレールに沿って移動し、前記光ファイバの折り返し部分の両端を固定する複数の固定具と、
前記光ファイバの端部に接続され、前記光ファイバ内で発生する散乱光を受光して前記光ファイバの長さ方向の温度分布を測定する温度分布測定装置と
を有することを特徴とする温度分布測定システム。
【００４５】
（付記２）前記温度分布測定装置は前記光ファイバの長さ方向に一定の間隔で設定された測定ポイントの２次元座標を記憶し、前記固定具の位置から前記光ファイバに設定される測定ポイントの座標を算出して、前記座標を更新することを特徴とする付記１に記載の温度分布測定システム。
【００４６】
（付記３）前記温度分布測定装置は、前記折り返し部分の光ファイバの温度を基準にし、他の測定ポイントの温度を伝達関数を用いて補正することを特徴とする付記２に記載の温度分布測定システム。
【００４７】
（付記４）前記折り返し部分の光ファイバを、前記第１のガイドレール及び前記第２のガイドレールに巻回していることを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の温度分布測定システム。
【００４８】
（付記５）前記折り返し部分の光ファイバを収納する容器を有することを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の温度分布測定システム。
【００４９】
（付記６）前記第１のガイドレール及び前記第２のガイドレールの長手方向に隣接する前記固定具間に、前記折り返し部分の光ファイバを巻回し前記第１のガイドレール及び前記第２のガイドレールに沿って移動可能な巻き取り部を有することを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の温度分布測定システム。
【００５０】
（付記７）相互に平行に配置された第１のガイドレールと第２のガイドレールとの間に光ファイバを往復するように敷設する工程と、
前記光ファイバの折り返し部分の両端を、前記第１のガイドレール及び前記第２のガイドレールに沿って移動可能な固定具に固定する工程と
を有することを特徴とする光ファイバの敷設方法。
【００５１】
（付記８）前記光ファイバを、前記第１のガイドレール及び前記第２のガイドレール間に、前記第１のガイドレール及び前記第２のガイドレールに対し垂直に張り渡すことを特徴とする付記７に記載の光ファイバの敷設方法。
【００５２】
（付記９）前記折り返し部分の光ファイバの長さを、前記光ファイバに接続する温度分布測定装置により決まる最小加熱長以上の長さとすることを特徴とする付記７又は８に記載の光ファイバの敷設方法。
【符号の説明】
【００５３】
１１ａ，１１ｂ…ガイドレール、１２…固定具、１５…光ファイバ、１５ａ…巻回部、１６…容器、１７…巻き取り部、２０…温度分布測定装置。
【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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