(57)【要約】【課題】任意のリファレンス温度を測定しようとする場所の環境温度に設定することにより、その環境温度から一定の温度変化があったときに警報を出す際の温度変化の識別を容易に行うこと。【解決手段】データ処理装置７により、任意の温度をリファレンス温度として設定し、該リファレンス温度と測定された温度との差の絶対値が一定値未満の場合にはリファレンス温度を閾値としたデータ処理が行われ、リファレンス温度と測定温度との差の絶対値が一定値以上の場合には測定温度を閾値としたデータ処理が行われ、モニタ８によりそのデータ処理された温度分布が表示されるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定用光ファイバの一端から測定用のパルス光を入射し、前記測定用光ファイバの長手方向における各位置から前記一端に帰還する後方散乱光のうち、ラマン散乱光の光強度と帰還時間とを検出して前記測定用光ファイバの長手方向の温度分布を測定する温度分布測定システムであって、
前記測定用光ファイバから戻ってくるラマン散乱光の光強度比と帰還時間とから温度分布データを求める演算装置を備え、
任意の温度がリファレンス温度として設定され、
該リファレンス温度と測定された温度との差の絶対値が一定値未満の場合には前記リファレンス温度を閾値としたデータ処理が行われ、
前記リファレンス温度と測定温度との差の絶対値が一定値以上の場合には前記測定温度を閾値としたデータ処理が行われる
ことを特徴とする温度分布測定システム。
【請求項２】
前記ラマン散乱光の強度を温度に換算するための基準温度を、前記リファレンス温度に合わせ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】
測定用光ファイバの一端から測定用のパルス光を入射し、前記測定用光ファイバの長手方向における各位置から前記一端に帰還する後方散乱光のうち、ラマン散乱光の光強度と帰還時間とを検出して前記測定用光ファイバの長手方向の温度分布を測定する温度分布測定方法であって、
演算装置により前記測定用光ファイバから戻ってくるラマン散乱光のストークス光とアンチストークス光との光強度比と帰還時間とから温度分布データを求める工程を有し、
任意の温度がリファレンス温度として設定され、
該リファレンス温度と測定された温度との差の絶対値が一定値未満の場合には前記リファレンス温度を閾値としたデータ処理が行われ、
前記リファレンス温度と測定温度との差の絶対値が一定値以上の場合には前記測定温度を閾値としたデータ処理が行われる
ことを特徴とする温度分布測定方法。
【請求項４】
前記ラマン散乱光の強度を温度に換算するための基準温度を、前記リファレンス温度に合わせることを特徴とする請求項３に記載の温度分布測定方法。
【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温度分布測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ＯＴＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｉｍｅ−Ｄｏｍａｉｎ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）技術を利用し、測定用の光ファイバ（以下、測定用光ファイバという）を用いて長距離に渡る温度分布を測定する装置が知られている。このような温度分布測定装置では、たとえばプラント、オフィスビル、トンネル、歴史的建造物等の構築物等の温度変化を監視し、火災等の初期異常を事前に捉えて、災害を最小限に抑える役割を果たすことができるようになっている。
【０００３】
すなわち、係る温度分布測定装置では、パルス光源から発生されるパルス光が、測定用光ファイバに入射されると、その測定用光ファイバでのパルス光の伝播の過程で後方散乱光が発生し、入射端に後方散乱光が戻ってくる。ここで、後方散乱光には、ラマン散乱により波長が一定量シフトしたラマン散乱光が含まれる。また、ラマン散乱光には、入射光に対して波長が長波長側にシフトしたストークス光と、短波長側にシフトしたアンチストークス光とがある。
【０００４】
このようなラマン散乱光は、光ファイバを構成する分子の熱振動との相互作用により発生するものであり、測定用光ファイバの各部の温度によりその光強度が敏感に変化する特性を有している。また、ストークス光及びアンチストークス光の光強度は絶対温度に依存しているため測定用光ファイバの温度を測定することができる。また、ラマン散乱光が帰還するまでの時間を計測することにより、測定用光ファイバ内での散乱の生じた位置を測定できる。これにより測定用光ファイバの距離に沿った温度分布を測定することができる。
【０００５】
すなわち、ストークス光やアンチストークス光の光強度比から温度分布の相対温度を求め、さらに測定用光ファイバの任意の位置の実温度を基準温度として温度分布を換算することにより、測定用光ファイバ全体の実際の温度分布を求めることができる。
【０００６】
測定用光ファイバ全体の実際の温度分布を求めるものとして、特許文献１に示されているように、第１の波長の放射を光ファイバに投射し、少なくとも１個の予め選択した波長帯域の後方散乱放射を用いて物理的パラメータの値に対応した出力記号を発生させるに際し、出力記号を発生させるために用いる波長帯域を、第１の放射の光ファイバ中での非弾性散乱によって生ずる１次ストークスの波長帯域が位置する波長に等しい第２の波長帯域に位置しないようにし、光ファイバにおける第２の波長の放射の相対的生成を抑制し、光ファイバ中における第１の波長の放射の誘導散乱による第２の波長の放射への変換を抑制するようにした光学式時系列反射測定方法が知られている。
【特許文献１】特許第３３４０８４９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した特許文献１に示されている光学式時系列反射測定方法によれば、減衰値が温度非依存性変化を呈するよう測定値を補正・調整してることから、正しい温度分布を得ることができるようになっている。
【０００８】
ところが、特許文献１の図５に示されているように、モニタに表示される温度分布の波形は、測定用光ファイバの材質の不均一性や光源からのパルス光の干渉の影響等により、直線にならず連続した凹凸のある形状となる。この影響を排除して完全な直線の温度分布波形を得ることは極めて困難であるため、モニタに表示される温度分布の波形からは監視区間の温度変化を視覚的に即座に判断することは難しく、ある監視区間での温度が警報閾値を超えた場合に発する警報表示との視認が困難な状況にあるという問題があった。
【０００９】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決することができる温度分布測定システム及び温度分布測定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】
【００１０】
本発明の温度分布測定システムは、測定用光ファイバの一端から測定用のパルス光を入射し、前記測定用光ファイバの長手方向における各位置から前記一端に帰還する後方散乱光のうち、ラマン散乱光の光強度と帰還時間とを検出して前記測定用光ファイバの長手方向の温度分布を測定する温度分布測定システムであって、前記測定用光ファイバから戻ってくるラマン散乱光の光強度比と帰還時間とから温度分布データを求める演算装置を備え、任意の温度がリファレンス温度として設定され、該リファレンス温度と測定された温度との差の絶対値が一定値未満の場合には前記リファレンス温度を閾値としたデータ処理が行われ、前記リファレンス温度と測定温度との差の絶対値が一定値以上の場合には前記測定温度を閾値としたデータ処理が行われることを特徴とする。
また、前記ラマン散乱光の強度を温度に換算するための基準温度を、前記リファレンス温度に合わせるようにすることができる。
本発明の温度分布測定方法は、測定用光ファイバの一端から測定用のパルス光を入射し、前記測定用光ファイバの長手方向における各位置から前記一端に帰還する後方散乱光のうち、ラマン散乱光の光強度と帰還時間とを検出して前記測定用光ファイバの長手方向の温度分布を測定する温度分布測定方法であって、演算装置により前記測定用光ファイバから戻ってくるラマン散乱光のストークス光とアンチストークス光との光強度比と帰還時間とから温度分布データを求める工程を有し、任意の温度がリファレンス温度として設定され、該リファレンス温度と測定された温度との差の絶対値が一定値未満の場合には前記リファレンス温度を閾値としたデータ処理が行われ、前記リファレンス温度と測定温度との差の絶対値が一定値以上の場合には前記測定温度を閾値としたデータ処理が行われることを特徴とする。
また、前記ラマン散乱光の強度を温度に換算するための基準温度を、前記リファレンス温度に合わせるようにすることができる。
本発明の温度分布測定システム及び温度分布測定方法では、演算装置により測定用光ファイバから戻ってくるラマン散乱光のストークス光とアンチストークス光との光強度比と帰還時間とから温度分布データが求められ、データ処理装置によりモニタによって温度分布が表示されるように、温度分布データに基づいたデータ処理が行われ、モニタによりデータ処理された温度分布が表示される。
ここで、データ処理装置は、任意の温度をリファレンス温度として設定し、該リファレンス温度と測定された温度との差の絶対値が一定値未満の場合にはリファレンス温度を閾値としたデータ処理を行い、リファレンス温度と測定温度との差の絶対値が一定値以上の場合には測定温度を閾値としたデータ処理を行う。
このようなデータ処理により、温度分布の波形の変動が閾値に基づいて平準化されるとともに、閾値を超えた温度分布の波形の変動についてはその温度変化が強調されることで、温度変化のある区間の視認性が高められ、容易に温度変化の識別が可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の温度分布測定システム及び温度分布測定方法によれば、データ処理装置により、任意の温度をリファレンス温度として設定し、該リファレンス温度と測定された温度との差の絶対値が一定値未満の場合にはリファレンス温度を閾値としたデータ処理を行い、リファレンス温度と測定温度との差の絶対値が一定値以上の場合には測定温度を閾値としたデータ処理を行うようにし、モニタに表示される温度分布の波形の変動が閾値に基づいて平準化されるとともに、閾値を超えた温度分布の波形の変動についてはその温度変化が強調されることで、温度変化のある区間の視認性が高められ、容易に温度変化の識別が可能となるようにしたので、任意のリファレンス温度を測定しようとする場所の環境温度に設定することにより、その環境温度から一定の温度変化があったときに警報を出す際の温度変化の識別を容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本実施形態では、演算装置により測定用光ファイバから戻ってくるラマン散乱光の光強度比と帰還時間とから温度分布データが求められ、データ処理装置によりモニタによって温度分布が表示されるように、温度分布データに基づいたデータ処理が行われ、モニタによりデータ処理された温度分布が表示される。
【００１３】
ここで、データ処理装置により、任意の温度をリファレンス温度として設定し、該リファレンス温度と測定された温度との差の絶対値が一定値未満の場合にはリファレンス温度を閾値としたデータ処理が行われ、リファレンス温度と測定温度との差の絶対値が一定値以上の場合には測定温度を閾値としたデータ処理が行われる。
【００１４】
このようなデータ処理により、温度分布の波形の変動が閾値に基づいて平準化されるとともに、閾値を超えた温度分布の波形の変動についてはその温度変化が強調されることで、温度変化のある区間の視認性が高められ、容易に温度変化の識別が可能となり、任意のリファレンス温度を測定しようとする場所の環境温度に設定することにより、その環境温度から一定の温度変化があったときに警報を出す際の温度変化の識別を容易に行うことができる。
【実施例】
【００１５】
以下、本発明の詳細を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の温度分布測定システムの一実施例を説明するための図である。
【００１６】
同図に示すように、温度分布測定システムは、温度分布測定装置１と、データ処理装置７と、モニタ８とを備えている。
【００１７】
温度分布測定装置１は、パルス光源２、演算装置３、光カプラ４、光入出力コネクタ５を備えている。また、温度分布測定装置１には、光入出力コネクタ５を介して測定用光ファイバ６が接続されている。
【００１８】
パルス光源２は、測定用光ファイバ６にパルス光を入射する半導体レーザである。
【００１９】
演算装置３は、たとえば測定用光ファイバ６から戻ってくるラマン散乱光の光強度比と帰還時間とから温度分布の相対温度を求め、さらに測定用光ファイバ６の任意の位置の実温度を基準温度として温度分布を換算することにより、測定用光ファイバ６全体の実際の温度分布を得るための温度分布データを求めるものである。
【００２０】
また、演算装置３では、図示しないＡ／Ｄ変換器により変換されたデジタルデータに基づき、ノイズ低減のためにデータを加算し、平均を算出したデータを得、その後、比を求め、温度分布データを得るようになっている。
【００２１】
演算装置３では、温度分布データに換算する過程において、測定用光ファイバ６の任意の位置のラマン散乱光に対する実温度のデータが必要であるため、予め取得しておいた測定用ファイバ６の任意の位置の実温度を基準温度として温度分布データに換算するようになっている。
【００２２】
光カプラ４は、測定用光ファイバ６から戻ってくる後方散乱光のうち、ラマン散乱光を、演算装置３側に分配するものである。
【００２３】
データ処理装置７は、温度分布測定装置１に対しＲＳ−２３２Ｃ等のインタフェースを介して接続されており、温度分布測定装置１の演算装置３からの温度分布データに基づき、モニタ８によって温度分布が表示されるようにデータ処理を行うものである。
【００２４】
ここで、データ処理装置７は、任意の温度をリファレンス温度として設定し、該リファレンス温度と測定された温度との差の絶対値がα℃未満の場合にはリファレンス温度を閾値としたデータ処理を行い、リファレンス温度と測定温度との差の絶対値がα℃以上の場合には測定温度を閾値としたデータ処理を行う。
【００２５】
このようなデータ処理により、温度分布の波形の変動が閾値に基づいて平準化されるとともに、閾値を超えた温度分布の波形の変動についてはその温度変化が強調されることで、温度変化のある区間の視認性が高められ、容易に温度変化の識別が可能となるが、その詳細については後述する。
【００２６】
モニタ８は、データ処理装置７によるデータ処理に応じて温度分布の波形を表示する。
【００２７】
図２は、データ処理装置７によりデータ処理されてモニタ８に表示される温度分布の波形を模式的に示すものである。ここで、図２（ａ）は監視対象ゾーンを説明するための温度分布の波形を示す図であり、図２（ｂ）はリファレンス温度を閾値として平準化した温度分布の波形を示す図である。
【００２８】
まず、図２（ａ）に示すように、２９０ｍ付近と６４０ｍ付近とでそれぞれ５５℃、８５℃程度の温度が観測されているものとする。説明を簡単にするために、この２９０ｍ付近と、６４０ｍ付近の二つのゾーンを監視対象ゾーンとする。
【００２９】
通常の温度分布の波形においては、上述した監視対象ゾーン以外の常温の温度領域において、正常時においても若干の温度変動成分が計測長全体に亘っており、連続した凹凸の形状をなしている。
【００３０】
この若干の温度変動成分は、監視対象ゾーンのみの温度が即時に正常であるか異常であるかの識別に際して紛らわしい存在となる。そこで、リファレンス温度を測定場所の環境温度、たとえば平均温度３０℃に設定し、測定された温度をたとえばβ℃とする。また、リファレンス温度と測定温度との差の絶対値が大きいか小さいかを判断する際に用いられる温度α℃をたとえば５℃とする。
【００３１】
ここで、データ処理装置７は、｜β［℃］−３０［℃］｜＜５［℃］のときはリファレンス温度の３０［℃］を閾値とし、リファレンス温度の３０［℃］付近の温度分布の波形が平準化されてモニタ８に表示されるようなデータ処理を施す。
【００３２】
また、データ処理装置７は、｜β［℃］−３０［℃］｜＞５［℃］のときは測定温度β℃を閾値とし、この測定温度β℃付近の温度分布の波形が平準化されてモニタ８に表示されるようなデータ処理を施す。
【００３３】
ここで、データ処理装置７により、リファレンス温度の３０℃を閾値とし、このリファレンス温度の３０℃付近の温度分布の波形が平準化されるようなデータ処理が行われると、たとえば図２（ｂ）のように、閾値を超えた温度分布の波形の変動についてはその温度変化が強調され、監視対象ゾーンの温度のみの視認性が高められ、容易に温度変化の識別が可能となる。
【００３４】
なお、監視対象ゾーン以外の温度変動はゆっくりとした変動をするので、その平均値も変動する可能性があるが、その場合には温度情報をリファレンス温度にフィードバックし、リファレンス温度を随時更新して温度分布を表示するようにしてもよい。
【００３５】
次に、温度分布測定システムによる温度分布測定方法について説明する。
【００３６】
まず、図３に示すように、パルス光源２からパルス光を出力する（ステップＳ１）。このとき、パルス光源２からのパルス光は、光カプラ４、光入出力コネクタ５を介して測定用光ファイバ６の一端から入射される（ステップＳ２）。
【００３７】
次いで、その測定用光ファイバ６の長手方向における各位置から一端に帰還する後方散乱光が光入出力コネクタ５を介して温度分布測定装置１内部に取り込まれると（ステップＳ３）、光カプラ４により、その後方散乱光のうちのラマン散乱光が演算装置３側に分配される（ステップＳ４）。
【００３８】
そして、演算装置３では、そのラマン散乱光の光強度比と帰還時間とから温度分布の相対温度を求め、さらに測定用光ファイバ６の任意の位置の実温度を基準温度として温度分布を換算することにより、測定用光ファイバ６全体の実際の温度分布を得るための温度分布データを求める（ステップＳ５）。
【００３９】
このとき、演算装置３では、図示しないＡ／Ｄ変換器により変換されたデジタルデータに基づき、ノイズ低減のためにラマン散乱光のデータを加算し、平均を算出したデータを得、その後、比を求め、温度分布データを得るようになっている。
【００４０】
ここで、演算装置３により温度分布データが得られると、温度分布測定装置１に対しＲＳ−２３２Ｃ等のインタフェースを介して接続されているデータ処理装置７により、モニタ８によって温度分布が表示されるようにデータ処理が行われる（ステップＳ６）。
【００４１】
すなわち、データ処理装置７により、任意の温度をリファレンス温度として設定し、該リファレンス温度と測定された温度との差の絶対値がα℃未満の場合（ステップＳ７：ｙｅｓ）、リファレンス温度を閾値としたデータ処理が行われる（ステップＳ８）。これに対し、リファレンス温度と測定温度との差の絶対値がα℃以上の場合（ステップＳ７：ｎｏ）、測定温度を閾値としたデータ処理が行われる（ステップＳ９）。
【００４２】
このようなデータ処理により、図２（ｂ）に示したように、温度分布の波形の変動が閾値に基づいて平準化されるとともに、閾値を超えた温度分布の波形の変動についてはその温度変化が強調されることで、温度変化のある区間の視認性が高められ、容易に温度変化の識別が可能となるよう温度分布がモニタ８に表示される（ステップＳ１０）。
【００４３】
このように、本実施例では、温度分布測定装置１の演算装置３により測定用光ファイバ６から戻ってくるラマン散乱光の光強度比と帰還時間とから温度分布データが求められると、データ処理装置７によりモニタ８によって温度分布が表示されるように、温度分布データに基づいたデータ処理が行われ、モニタ８によりデータ処理された温度分布が表示されるようにした。
【００４４】
ここで、データ処理装置７により、任意の温度をリファレンス温度として設定し、該リファレンス温度と測定された温度との差の絶対値がα℃未満の場合にはリファレンス温度を閾値としたデータ処理が行われ、リファレンス温度と測定温度との差の絶対値がα℃以上の場合には測定温度を閾値としたデータ処理が行われる。
【００４５】
このようなデータ処理により、温度分布の波形の変動が閾値に基づいて平準化されるとともに、閾値を超えた温度分布の波形の変動についてはその温度変化が強調されることで、温度変化のある区間の視認性が高められ、容易に温度変化の識別が可能となり、任意のリファレンス温度を測定しようとする場所の環境温度に設定することにより、その環境温度から一定の温度変化があったときに警報を出す際の温度変化の識別を容易に行うことができる。
【００４６】
なお、本実施例では、演算装置３により、たとえば測定用光ファイバ６から戻ってくるラマン散乱光の光強度比と帰還時間とから温度分布の相対温度を求め、さらに測定用光ファイバ６の任意の位置の実温度を基準温度として温度分布を換算する場合について説明したが、この例に限らず、ラマン散乱光の強度を温度に換算するための基準温度を、上述したリファレンス温度に合わせるようにしてもよい。
【００４７】
すなわち、ラマン散乱光の強度から測定用光ファイバ６の温度分布を換算する場合、強度比から相対温度を算出し、測定用光ファイバ６の任意の位置の実温度を基準温度として温度分布を換算することにより、測定用光ファイバ６全体の実際の温度分布が求められることになる。ここで、温度分布を換算する際に用いられる換算式は、温度傾斜を持つ１次関係式に近似する。このため、換算された温度分布の換算式は実際に測定しようとする温度に近い温度を基準温度として換算した方が温度精度が高くなる。
【００４８】
そこで、ラマン散乱光の強度を温度に換算するための基準温度を、上述したリファレンス温度に合わせて温度換算を行うことにより、測定用光ファイバ６の温度分布計測の精度を向上させることが可能になる。なお、ラマン散乱光の強度を温度に換算するための基準温度は、上述したリファレンス温度と同一にしてもよいが、そのリファレンス温度に近い温度としてもよい。
【００４９】
また、温度測定しようとして想定されている監視対象ゾーンの温度が既に取得されている場合は、リファレンス温度を監視対象ゾーンの温度とほぼ同一に設定することにより、監視対象ゾーンの温度付近の温度を正確に測定することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
温度分布測定に限らず、光通信技術にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の温度分布測定システムの一実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１のデータ処理装置によりデータ処理されてモニタに表示される温度分布の波形を模式的に表現した図を示すものである。
【図３】図１の温度分布測定システムにおける温度分布測定方法を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００５２】
１  温度分布測定装置
２  パルス光源
３  演算装置
４  光カプラ
５  光入出力コネクタ
６  測定用光ファイバ
７  データ処理装置
８  モニタ
【図１】
2008249514.tif 000003
【図２】
2008249514.tif 000004
【図３】
2008249514.tif 000005