(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛直方向に形成された測温管用の光ファイバー温度測定装置であって、
表面の全ての点において温度を感知することができる光ファイバーケーブルと、
前記光ファイバーケーブルに等間隔で設置されている間仕切り樹脂部材と、
前記光ファイバーケーブルの先端部に設置されている重錘部と、を備え、
前記間仕切り樹脂部材は、円盤形状又は球形状であって、該円盤形状又は球形状の中心点を前記光ファイバーケーブルが貫通する態様で、該光ファイバーケーブルに設置されている光ファイバー温度測定装置。
【請求項２】
前記間仕切り樹脂部材が発泡スチロールからなる請求項１に記載の光ファイバー温度測定装置。
【請求項３】
前記光ファイバーケーブルが軸方向の中心近傍で折り返されることにより、ケーブル全体に亘る二重線構造が形成されている請求項１又は２に記載の光ファイバー温度測定装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の光ファイバー温度測定装置を用いた測温管の温度測定方法であって、
前記光ファイバー温度測定装置を前記測温管に挿入する工程と、
前記間仕切り樹脂基材によって、分断された空間領域毎の温度データを、前記光ファイバーケーブルを通じて、記録及び分析装置に送信する温度データ送信工程と、を有し、
前記測温管の内周面と、該測温管に挿入された前記光ファイバー温度測定装置の前記間仕切り樹脂部材の外周との間の隙間幅が０ｍｍ以上１５ｍｍ以下となるように、前記間仕切り樹脂部材の外径の大きさが予め調整されている測温管の温度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバー温度測定装置、及びそれを用いた測温管の温度測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
凍結管と呼ばれる鋼管を地盤中に埋設し、これに冷媒を循環供給して凍結管を氷点以下の温度で冷却し続け、その周囲の地盤を凍らせることによって、強固な凍土を形成する土木工法（以下「凍結工法」と言う）が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
この凍結工法において凍土を良好な状態に形成しこれを保持するためには、凍結管周辺の地中温度を、地上からの特定の深さ毎に、継続的に管理する必要がある。この地中温度の測定は、通常、凍結管周辺の適当な位置に測温管とよばれるボーリング孔を形成して、当該測温管内の温度を測定することによって行われる。従来、この温度測定は、測温管の中に熱電対や白金抵抗素子等の温度センサーを必要個数、必要箇所に設置したケーブルを必要本数挿入することによって行われていた（特許文献２参照）。
【０００４】
しかしながら、従来の上記測定方法では、ケーブル上の温度センサーの設置位置に対応する点における温度しか測定することができない。よって、ケーブルに設置されている温度センサーの数が必要な個数より少ないか、或いは、測温管の深さが一定以上の深さである場合等には、十分な温度データを集めることができなかった。又、温度センサーの数を増やすためにケーブルの本数を増やすと、ケーブルの嵩が過剰に増えて、測温管内に収まりきらなくなるという問題があった。又、温度センサーの管理が煩雑で、故障時に交換が容易ではない等、保守上の問題点もあった。
【０００５】
この問題点は、例えば、光ファイバー測定器（特許文献３参照）を用いることによって改善することができる。同文献に開示されている通り、光ファイバー測定器は、そのケーブル表面の何れの点においても温度を感知することができるものであり、測温管の深さ方向における複数の任意の個所を同時に測定することができる。
【０００６】
しかし、測温管の中は、地盤内そのものとは異なり開放空間となっているため、地盤内の深さごとの温度変化が初期段階では反映されるにしても、空間内の空気の対流により、測温管内の温度は、時間経過とともに同一温度に収束してしまう。又、光ファイバーケーブルの測温管内での位置、即ち、測温管内壁からの温度感知部までの距離にばらつきがある場合、深さ毎の温度の変位を正確に把握することができない。以上より、測温管の深さ毎の温度とその変位を正確に測定することは、上記の如き光ファイバー測定器を用いたとしても尚、十分に正確に行うことはできなかった。上記の通り、測定方法の基本構成から不可避である上記要因に起因する温度値の誤差を低減するための更なる改善が求められていた。
【０００７】
例えば、特許文献４には地中温度の測定において、特定の深さ領域毎に測定領域を物理的に遮断して、当該領域間の空気の対流を遮断して、深さ方向における所定領域毎の正確な温度計測を企図した測定方法が開示されている。但し、この方法は、測定器の周囲に土を埋め戻して、測定機器を地中に埋設してしまうことを前提としている。測温管内に土を埋め込んで、高価な測定機器を埋設してしまうことは、長期に亘って必要に応じた測定機器のメンテナンスも行いながら温度管理を行うことが一般的な前提となっている測温管の温度測定には適用できない。又、可撓性を有する光ファイバーケーブルを測温管の中心に正確に配置するという課題については、いずれの従来技術においも未解決のままであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平９−４１３５６号公報
【特許文献２】特開２００４−２５７７４５号公報
【特許文献３】特開２０１１−２２６２５０号公報
【特許文献４】実公昭５８−２８１９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来方法においては、困難であった、測温管の深さ方向における所定領域毎の正確な温度計測ができる温度測定手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、測温管用の光ファイバー温度測定装置に、特定形状の間仕切り樹脂部材を特定態様で設置することにより、上記課題を解決することができることを見出した。即ち、光ファイバー温度測定装置に、そのような特段の構成を付加することにより、光ファイバー温度測定装置を、測温管内の所望の水平位置に正確に配置することができること。そして、同時に、測温管内の垂直方向の空気の対流を抑制することができること。更に、これにより、測温管の深さ方向における所定の領域毎の正確な温度計測が可能となることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的には、本発明は以下のものを提供する。
【００１１】
（１）  鉛直方向に形成された測温管用の光ファイバー温度測定装置であって、表面の全ての点において温度を感知することができる光ファイバーケーブルと、前記光ファイバーケーブルに等間隔で設置されている間仕切り樹脂部材と、前記光ファイバーケーブルの先端部に設置されている重錘部と、を備え、前記間仕切り樹脂部材は、円盤形状又は球形状であって、該円盤形状又は球形状の中心点を前記光ファイバーケーブルが貫通する態様で、該光ファイバーケーブルに設置されている光ファイバー温度測定装置。
【００１２】
（１）の発明によれば、光ファイバー温度測定装置の光ファイバーケーブルを、間仕切り樹脂部材の中心点に設置することにより、当該光ファイバーケーブルを測温管内に挿入した時に、可撓性を有する光ファイバーケーブルの位置が当該測温管の中心軸上から乖離することを防ぐことができる。つまり、光ファイバーケーブルの測温管内壁に対する相対位置を、いずれの深さ方向の異なる位置においても、中心軸近傍に保持することができる。又、間仕切り樹脂部材を上記態様で設置することによれば、当該間仕切り樹脂部材で分断された測温管内の温度測定対象領域の間における空気の対流を抑制することができる。これにより、上記の温度測定対象領域毎の個別の温度を正確に測定して領域間における温度の変異も正確に把握することができる。
【００１３】
（２）  前記間仕切り樹脂部材が発泡スチロールからなる（１）に記載の光ファイバー温度測定装置。
【００１４】
（２）の発明によれば、間仕切り樹脂部材の材料を、熱伝導性が極めて小さく、且つ、必要に応じた形状やサイズの調整の加工が極めて容易である発泡スチロールとした。熱伝導性が小さいことにより、領域間の熱伝導をより効果的に抑制することができる。又、測温管の内壁のサイズや形状、状態に合わせて、間仕切り樹脂部材のサイズ等を、適宜最適なサイズや形状に加工することができる。これにより、（１）の発明を、個別の測温管の様々な状況に応じて、適宜最適な態様で実施することができる。
【００１５】
（３）  前記光ファイバーケーブルが軸方向の中心近傍で折り返されることにより、ケーブル全体に亘る二重線構造が形成されている（１）又は（２）に記載の光ファイバー温度測定装置。
【００１６】
（３）の発明によれば、二重線構造による配線の冗長性が、光ファイバー温度測定装置の長期信頼性の向上に寄与することができる。光ファイバー温度測定装置においては、仮に光ファイバーケーブルが、いずれかの箇所で断線したとしても、測温管の挿入口側から断線箇所までについては、測定の継続が可能である。光ファイバーケーブルを先端部で折り返す二重線構造としておくことにより、断線によって、温度計測が継続不能になるリスクを低減することができる。
【００１７】
（４）  （１）から（３）のいずれかに記載の光ファイバー温度測定装置を用いた測温管の温度測定方法であって、前記光ファイバー温度測定装置を前記測温管に挿入する工程と、前記間仕切り樹脂基材によって、分断された空間領域毎の温度データを、前記光ファイバーケーブルを通じて、記録及び分析装置に送信する温度データ送信工程と、を有し、前記測温管の内周面と、該測温管に挿入された前記光ファイバー温度測定装置の前記間仕切り樹脂部材の外周との間の隙間幅が０ｍｍ以上１５ｍｍ以下となるように、前記間仕切り樹脂部材の外径の大きさが予め調整されている測温管の温度測定方法。
【００１８】
（４）の発明によれば、（１）から（３）の発明の実施において、その従来技術に対する有利な効果を、測温管のサイズや内壁の状況等の実施条件によらずに常に十分に享受することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、従来方法においては、困難であった、測温管の深さ方向における所定領域毎の正確な温度計測ができる温度測定手段を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の光ファイバー温度測定装置を用いた測温管の温度測定方法の説明に供する図である。
【図２】本発明の光ファイバー温度測定装置の間仕切り樹脂部材の平面図であって、測温管の中に配置されている態様の説明に供する図である。
【図３】本発明の光ファイバー温度測定装置の間仕切り樹脂部材の設置部分の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、適宜図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。尚、本発明は以下の実施形態に限定されない。
【００２２】
＜測温管の温度測定方法＞
先ず、本明細書における「測温管」とは、特定の深さ毎の地盤内の温度を測定することを目的として、当該地盤の近傍域において鉛直方向に形成される中空管状の縦孔のことを言う。最も代表的な具体例として、上述の凍結工法において、凍結管に対する所定の配置で地盤中に鉛直方向に掘削される温度測定用の縦孔を挙げることができる。この場合において、測温管は、通常、その形状を長期に亘って保持するために、その内壁がコンクリートや或いは金属によって形成されている。但し、本発明が実施対象とする測温管は、これに限らない。上述の要件を満たす中空管状の縦孔であれば、全て本発明の測温管に含まれる。以下、本発明の「測温管の温度測定方法」を凍土工法において凍土の温度管理に適用した場合における実施態様を、本発明の好ましい一実施態様として説明する。
【００２３】
一般的な凍土工法においては、測定対象領域の凍結管からほぼ等距離に、当該凍結管を取り囲む配置に、温度測定孔である測温管が、地盤内に鉛直方向に複数掘削形成される。本発明の測温管の温度測定方法は、このように配置された複数の測温管のうちの１本である、単一の測温管４に、本発明の光ファイバー温度測定装置１０をそれぞれ個別に挿入することにより行う。
【００２４】
図１に示すように、光ファイバー温度測定装置１０は、光ファイバーケーブル１を、測温管４の底面部又はその近傍にまでその先端部分が届くように挿入して用いる。光ファイバーケーブル１は、例えば、図１に示すように、ｔ１、ｔ２、ｔ３、・・・、ｔ２８、ｔ２９、ｔ３０というように、深さ方向において等間隔にある３０か所における温度データを、同時に連続的に計測することができる。異なる位置において連続的に得たこの温度データは、光ファイバーケーブル１を通じて、地上の記録及び分析装置５へと送信され、これにより必要な情報処理が行われる。そして、このように必要な処理が施された温度データに基づいて、個々の凍結管における凍結条件が必要に応じて適宜調整される。
【００２５】
＜光ファイバー温度測定装置＞
本発明の光ファイバー温度測定装置１０は、上述の通り、鉛直方向に形成された測温管４の内部に挿入して、測温管４の内部における深さ方向の任意の位置における温度を、個別に且つ連続的に測定することができる温度測定装置である。温度感知機能を有する光ファイバーケーブルと、当該光ファイバーケーブルに等間隔で設置されている間仕切り樹脂部材と、重錘部３を、その必須の構成要件とする。
【００２６】
光ファイバーケーブル１は、その表面のいずれの任意の位置においても温度を感知することができるケーブルであれば、特許文献３に開示されている光ファイバーケーブル等を含めて、従来公知のものを、特段の限定なく適宜用いることができる。
【００２７】
光ファイバーケーブル１の先端部には、例えば鉛等の金属塊からなる重錘部３が設置されている。測温管４が狭小でその底面までの距離が長い場合、可撓性を有する光ファイバーケーブル１を測温管の底面付近にまで、挿入することは必ずしも容易ではない。しかし、適切な重量の重錘部を光ファイバーケーブル１の先端部に設置することにより、光ファイバー温度測定装置１０を、容易且つ速やかに、測温管４に対する所定の位置に挿入することができる。
【００２８】
又、光ファイバーケーブル１は、軸方向の中心近傍で折り返されていて、この折り返し部分を一方の先端とする二重線構造が、ケーブル全体に亘って形成されていることが好ましい。これにより、上述の通り、断線によって温度計測が継続不能となるリスクを低減することができる。
【００２９】
光ファイバーケーブル１には、軸方向に沿って等間隔で複数の間仕切り樹脂部材２が設定されている。間仕切り樹脂部材２は、図２及び図３に示すように球形状であってもよいし、或いは、円盤型の形状（図示せず）であってもよい。例えば、図１におけるように、深さ方向において等間隔にあるｔ１〜ｔ３０までの３０か所における温度をそれぞれ個別に測定する場合には、合計３１個の間仕切り樹脂部材２を、図１に示すように、等間隔で設置すればよい。尚、例えば光ファイバー温度測定装置１０を測温管４の内部に挿入する際に、測温管４の内壁との摩擦で、間仕切り樹脂部材２が光ファイバーケーブル１上で擦動してしまうことを防止するために、係止具２１で、間仕切り樹脂部材２に設置位置を固定することが好ましい。係止具２１は、上記の摩擦に抵抗するだけの係止力を有し、必要に応じて着脱できるクリップであることが好ましい。
【００３０】
間仕切り樹脂部材２は、その外径（水平方向における最大外径）が、図２に示す通り、挿入される測温管４の内壁の内径との差である隙間Ｗを、０ｍｍ以上１５ｍｍ以下とすることができる大きさに形成することが好ましい。一般的には、上記の隙間Ｗは、測温管４内における垂直方向の空気の滞留抑止の観点からは０ｍｍであることが好ましいが、例えば、上記の通りこの隙間Ｗを１５ｍｍ以下とすることによっても、測温管４の内部空間での自由な空気滞留を抑制して、隣接する温度測定対象領域の各温度が同一温度に収束するまでの時間を十分に遅らせることができる。例えば、凍結した凍土壁近辺に形成されている測温管４に、間仕切り樹脂部材２等の間仕切り構造が全く存在しない場合、隣接する温度測定対象領域の各温度は、深さ方向にわたって一定の温度に収束してしまう。しかし、例えば上記の隙間Ｗが  ｍｍとなるような間仕切り樹脂部材２が存在することにより、隣接する温度測定対象領域間の温度が同一温度に収束するまでの上記時間を十分に引き延ばすことが可能である。尚、間仕切り樹脂部材２と測温管４の内壁との間の摩擦、重錘部３の重量に応じて、０ｍｍとしても、十分に容易な挿入が可能である場合は、Ｗが０ｍｍとなるように間仕切り樹脂部材２のサイズを調整することもできる。
【００３１】
間仕切り樹脂部材２のファイバーケーブル１への設置は、図２示す通り、ファイバーケーブル１が間仕切り樹脂部材２の中心Ｏを貫通するような態様で設置する。これにより、光ファイバーケーブル１を測温管４の内部に挿入した時に、可撓性を有する光ファイバーケーブルの位置が当該測温管の中心軸上から乖離することを防ぐことができる。つまり、光ファイバーケーブルの測温管内壁に対する相対位置を、いずれの深さ方向の異なる位置においても、中心軸近傍に保持することができる。例えば、凍土壁近辺の測温管４の内径（半径）が、比較的大きい場合、管内の中心部分と内壁に近接する部分とでは、同じ深さ位置においても、温度の差が生じる場合がある。間仕切り樹脂部材２のサイズを上記範囲で最適化することにより、この差に起因する測定誤差の発生を十分に防ぐことができる。
【００３２】
間仕切り樹脂部材２の材料は熱伝導性が相対的に低い樹脂材料を適宜選択する。この樹脂材料としては、発泡スチロールが特に好ましい。発泡スチロールは、空隙部が多く熱伝導性が極めて低い点、及び、サイズ調整等の加工が容易である点から特に好ましく用いることができる。
【００３３】
又、発泡スチロール等の樹脂材料は、熱収縮率が小さいため、０℃以下になることも想定される測温管４の内部におけるサイズの変動が小さい。この点においても間仕切り部材の材料を樹脂材料とすることは好ましい。例えば、測温管４の内壁が熱収縮率が相対的に大きい金属からなる場合には、低温時にその内径が樹脂よりも相対的に大きく収縮する。この場合、間仕切り樹脂部材２の挿入時よりも、その後の低温環境下における状態において上記の隙間Ｗがより小さくなる。このことを予め想定して間仕切り樹脂部材２のサイズを更に最適な大きさに予め調整しておくこともできる。
【００３４】
以上、説明した光ファイバー温度測定装置及びそれを用いた測温管の温度測定方法によれば、従来の熱電対等を用いた温度測定装置よりも、任意の深さにおける温度の変異を容易に測定することができる。又、それにとどまらず、従来の光ファイバー温度測定装置と比べても、特定形状からなる間仕切り樹脂部材２の特定位置への配置により、任意の深さにおける温度の変異をより正確に把握することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１                    光ファイバーケーブル
２                    間仕切り樹脂部材
２１                  係止具
３                    重錘部
４                    測温管
５                    記録及び分析装置
１０                  光ファイバー温度測定装置
【図１】
0006522484.tif 000002
【図２】
0006522484.tif 000003
【図３】
0006522484.tif 000004