(57)【要約】【課題】測定用光ファイバの任意の位置からのラマン散乱光の光強度に変動があった場合に、測定用光ファイバの任意の位置での温度の変動であるか、あるいは光源の出力の変動であるかのいずれかを容易に判断すること。【解決手段】測定用光ファイバ８の任意の位置からのラマン散乱光の光強度に変動があった場合に、一定の温度に保たれるように断熱材６で覆われているリファレンス・ファイバ５を参照位置として温度分布を測定し、温度分布測定装置１側の温度変動の影響を排除するようにした。【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装置であって、
前記測定用光ファイバに入射させるための測定用のパルス光を出力する光源と、
前記測定用光ファイバが接続される光入出力コネクタと前記光源との間に設けられている、前記測定光用ファイバ近端部の状況及びコネクタの接続状態の良否を判定するリファレンス・ファイバとを備え、
前記リファレンス・ファイバは、一定の温度に保たれるように断熱材で覆われている
ことを特徴とする温度分布測定装置。
【請求項２】
前記断熱材は、木、ダンボール、無機繊維系、発泡プラスチック系、天然素材系のいずれかよりなることを特徴とする請求項１に記載の温度分布測定装置。
【請求項３】
前記断熱材は、温度反射材よりなることを特徴とする請求項１に記載の温度分布測定装置。
【請求項４】
前記断熱材は、鏡面材よりなることを特徴とする請求項１に記載の温度分布測定装置。
【請求項５】
前記断熱材は、複数層よりなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の温度分布測定装置。
【請求項６】
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、
光源から前記測定用光ファイバに入射させるための測定用のパルス光を出力する工程と、
前記測定用光ファイバが接続される光入出力コネクタと前記光源との間に設けられている、前記測定用光ファイバ近端部の状況及びコネクタの接続状態の良否をリファレンス・ファイバにより判定する工程とを有し、
前記リファレンス・ファイバは、一定の温度に保たれるように断熱材で覆われている
ことを特徴とする温度分布測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度分布測定装置及び温度分布測定方法に係り、特に、測定装置側の温度変動の影響を排除するようにした温度分布測定装置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光強度比を求めることにより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】
ところで、測定用光ファイバは、温度分布測定装置に対し光入出力コネクタを介して取り付けられることが一般的である。この場合、その測定用光ファイバは、その光入出力コネクタを介して温度分布測定装置の内部のパルス光源と接続され、パルス光源からのパルス光が光入出力コネクタを介して温度分布測定装置に戻ることになる。
【０００７】
そのため、光入出力コネクタを介して温度分布測定装置に戻るラマン散乱光の光強度は、光入出力コネクタの接続損失により光強度の変動の影響を受けることになる。ちなみに、光入出力コネクタでの接続損失は、最大で０．１ｄＢ程度あり、温度に換算すると数℃に相当するため、光入出力コネクタでの接続損失の対応が必要になる。
【０００８】
このような光入出力コネクタでの接続損失の対策を施すようにしたものとして、特許文献２では、図３に示すように、温度分布測定装置１内でパルス光源２と光入出力コネクタ７との間に、測定用光ファイバ８の近端部の状況及び光入出力コネクタ７の接続状態の良否を判定するために測定のデッドゾーン長を超える長さのリファレンス・ファイバ５を配置し、パルス光源２から発せられた光パルスが光入出力コネクタ７を介して戻ってくる散乱光の光強度から、光入出力コネクタ７の接続損失値を測定し、接続損失が大きい場合は接続をやり直したり、光入出力コネクタ７を交換したりすることで、光入出力コネクタ７での接続損失を小さくするようにした温度分布測定装置を提案している。なお、図中符号３は演算装置であり、符号４は光カプラであり、符号９はデータ処理装置であり、符号１０はモニタである。
【特許文献１】特開２００６−３０８５４１号公報
【特許文献２】特開平１０−５６４３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した特許文献２に示されている温度分布測定装置１のように、接続損失が大きい場合は接続をやり直したり、光入出力コネクタ７を交換したりすることで、光入出力コネクタ７での接続損失を小さくすることができる。
【００１０】
ところで、このような温度分布測定装置１では、長期間連続して運転を行った場合にパルス光源２の出力が変動したり、経時的にパルス光源２が劣化して出力が低下したりする可能性がある。このように、パルス光源２の出力が変動したり、パルス光源２が劣化して出力が低下したりすると、光強度を基に温度を求めているので測定用光ファイバ８全体の実際の温度分布を求めることが困難となるばかりか、正確な温度分布を求めることができなくなってしまうことになる。
【００１１】
測定用光ファイバ８の任意の位置からのラマン散乱光の光強度に変動があった場合、その位置での温度が変動した場合とパルス光源２の出力が変動した場合との両方が考えられるが、その位置での温度の変動であるか、パルス光源２の出力の変動であるかのいずれかを判断することは困難であるという問題があった。
【００１２】
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装置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】
【００１３】
本発明の温度分布測定装置は、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装置であって、前記測定用光ファイバに入射させるための測定用のパルス光を出力する光源と、前記測定用光ファイバが接続される光入出力コネクタと、前記光源との間に設けられている、前記測定用ファイバ近端部の状況及びコネクタの接続状態の良否を判定するリファレンス・ファイバとを備え、前記リファレンス・ファイバは、一定の温度に保たれるように断熱材で覆われていることを特徴とする。
また、前記断熱材は、木、ダンボール、無機繊維系、発泡プラスチック系、天然素材系のいずれかよりなるようにすることができる。
また、前記 断熱材は、温度反射材よりなるようにすることができる。
また、前記 断熱材は、鏡面材よりなるようにすることができる。
また、前記断熱材は、複数層よりな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、光源から前記測定用光ファイバに入射させるための測定用のパルス光を出力する工程と、前記測定用光ファイバが接続される光入出力コネクタと前記光源との間に設けられている、前記測定用ファイバ近端部の状況及びコネクタの接続状態の良否をリファレンス・ファイバにより判定する工程とを有し、前記リファレンス・ファイバは、一定の温度に保たれるように断熱材で覆われていることを特徴とする。
本発明の温度分布測定装置及び温度分布測定方法では、光源から測定用光ファイバに入射させるための測定用のパルス光を出力し、測定用光ファイバの任意の位置からのラマン散乱光の光強度に変動があった場合に、一定の温度に保たれるように断熱材で覆われ、測定用ファイバ近端部の状況及びコネクタの接続状態の良否を判定するリファレンス・ファイバを参照位置として温度分布を測定することから、測定装置側の温度変動の影響を排除することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、測定用光ファイバの任意の位置からのラマン散乱光の光強度に変動があった場合に、一定の温度に保たれるように断熱材で覆われ、測定用ファイバ近端部の状況及びコネクタの接続状態の良否を判定するリファレンス・ファイバを参照位置として温度分布を測定し、測定装置側の温度変動の影響を排除するようにしたので、測定用光ファイバの任意の位置での温度の変動であるか、あるいは光源の出力の変動であるかのいずれかを容易に判断することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本実施形態では、光源から測定用光ファイバに入射させるための測定用のパルス光を出力し、測定用光ファイバの任意の位置からのラマン散乱光の光強度に変動があった場合に、測定用ファイバ近端部の状況及びコネクタの接続状態の良否を判定するリファレンス・ファイバを一定の温度に保たれるように断熱材で覆い、参照位置として温度分布を測定し、測定装置側の温度変動の影響を排除するようにした。
【００１６】
このように、測定装置側の温度変動の影響を排除するようにして、リファレンス・ファイバを参照位置としての温度分布を測定することにより、測定用光ファイバの任意の位置での温度の変動であるか、あいは光源の出力の変動であるかのいずれかを容易に判断することができる。
【００１７】
すなわち、ラマン散乱光強度から測定用光ファイバの温度分布を換算する場合は、光強度比から相対温度を算出し、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が求められる。
【００１８】
一方、温度分布測定装置を長期間連続運転した場合、光源の出力が変動することや、経時的に光源が劣化して出力が低下する可能性がある。この場合、測定用光ファイバの各地点からの後方散乱光の強度を基に温度換算している際、測定用光ファイバの任意の位置からの後方散乱光の強度に変動があったとき、測定用光ファイバの任意の位置での温度の変動と、光源の出力の変動との両方が考えられるが、後方散乱光の強度からではこれらの判断が付けられないことになる。
【００１９】
そこで、光ファイバの一部の温度を一定に保ち、これを参照位置とし、任意の位置からの後方散乱光の強度に変動があった場合、参照位置からの後方散乱光の強度に変動があるか確認し、参照位置からの後方散乱光の強度に変動がなければ任意の位置で温度変動があったと判断することができる。また、参照位置からの後方散乱光の強度に変動があれば光源の出力の変動が生じていると判断することができる。このようにすれば、任意の位置での温度に変動があったのか、光源の出力に変動があったのかを測定用光ファイバからの後方散乱光の強度の測定から切り分けることができ、パルス光源の出力の変動や劣化を検出することができる。
【００２０】
この場合、参照位置とされる光ファイバは、測定装置側の温度変動の影響を排除するために、一定の温度に保たれるようにする必要がある。通常、その光ファイバを任意の位置で恒温槽内に配置してやれば実施することができるが、恒温槽は装置が大掛かりであり、管理も面倒である。
【００２１】
そこで、温度分布測定装置内に測定用ファイバ近端部の状況及びコネクタの接続状態の良否を判定するために測定のデッドゾーン長を超える長さのリファレンス・ファイバを配置し、リファレンス・ファイバを断熱材で覆うことにより、そのリファレンス・ファイバを一定の温度に保つことができる。そして、リファレンス・ファイバの任意の位置を参照位置とすることで恒温槽に比べ、極めて簡素な構成で温度分布測定装置側の温度変動の影響を排除してパルス光源の出力の変動や劣化の有無を検出することができる。ここで、デッドゾーンとはＯＴＤＲ波形の傾きが直線でなく光損失を測定できない区間のことをいう。
【００２２】
なお、リファレンス・ファイバは温度分布測定装置内に配置されているので、断熱材は温度分布測定装置の温度変動を許容できる程度の断熱性能があればよい。
【実施例】
【００２３】
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装置の一実施例を説明するための図である。なお、以下に説明する図において、図３と共通する部分には同一符号を付すものとする。
【００２４】
同図に示すように、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、リファレンス・ファイバ５、光入出力コネクタ７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７を介して測定用光ファイバ８が接続されている。また、温度分布測定装置１の演算装置３にはデータ処理装置９が接続され、データ処理装置９にはモニタ１０が接続されている。
【００２５】
パルス光源２は、測定用光ファイバ８にパルス光を入射する半導体レーザである。
【００２６】
演算装置３は、測定用光ファイバ８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８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８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。
【００２７】
ここで、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、比を求め、温度分布データを得るようになっている。また、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８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そ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。
【００２８】
光カプラ４は、測定用光ファイバ８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。
【００２９】
リファレンス・ファイバ５は、測定用光ファイバ８の近端部の状況及び光入出力コネクタ７の接続状態の良否を判定するために測定のデッドゾーン長を超える長さのファイバを配置したものである。このリファレンス・ファイバ５を用いて測定用光ファイバ８の任意の位置からのラマン散乱光の光強度に変動があった場合に参照位置として用いる。すなわち、測定用光ファイバ８の任意の位置からのラマン散乱光の光強度に変動があった場合、その参照位置とされるリファレンス・ファイバ５からのラマン散乱光の光強度の変動の有無を確認することで、その参照位置からのラマン散乱光の光強度の変動がないと確認されれば、測定用光ファイバ８の任意の位置で温度変動があったと判断することができる。
【００３０】
また、その参照位置からのラマン散乱光の光強度に変動があれば、パルス光源２の出力に変動が生じていると判断することができる。このようにすることで、測定用光ファイバ８の任意の位置で温度変動があったのか、あるいはパルス光源２の出力に変動があったのかどうかを、瞬時に判断することができる。
【００３１】
ただし、参照位置からのラマン散乱光の光強度に変動があるかどうかを確認するためには、リファレンス・ファイバ５の温度を一定に保つ必要がある。そこで、本実施例では、リファレンス・ファイバ５全体を断熱材６によって覆うようにしている。
【００３２】
ここで、断熱材６としては、温度分布測定装置１による温度分布測定での温度変動を許容できる程度の断熱性能があればよく、たとえば木、ダンボール、無機繊維系、発泡プラスチック系、天然素材系のいずれかを用いることができる。
【００３３】
なお、無機繊維系断熱材としては、ガラスを繊維状にしたグラスウール、玄武岩等を繊維状にしたロックウール等を用いることができる。また、発砲プラスチック系断熱材としては、いわゆる発砲スチロールであるビーズ法ポリスチレンフォーム、ポリスチレン樹脂に炭化水素や代替フロン等の発泡剤を加えて押出成形される押出法ポリスチレンフォーム、均一なプラスチック発泡体である硬質ウレタンフォーム、熱硬化性樹脂であるフェノールフォーム等を用いることができる。また、天然素材系としては、天然の木質繊維であるセルロースファイバ、ウールによる羊毛断熱材、コルク樫の皮を粉砕し炭化発砲させた炭化発砲コルク等を用いることができる。
【００３４】
また、断熱材６としては、ステンレス等の温度反射材又は鏡面材より構成すこともできる。また、断熱材６は、断熱材を複数層より構成すこともできる。
【００３５】
データ処理装置９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１０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。
【００３６】
次に、温度分布測定装置１による温度分布測定方法について説明する。
【００３７】
まず、図２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、リファレンス・ファイバ５及び光入出力コネクタ７を介して測定用光ファイバ８の一端から入射される（ステップＳ２）。
【００３８】
次いで、その測定用光ファイバ８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７及びリファレンス・ファイバ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）。
【００３９】
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８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８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）。
【００４０】
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。
【００４１】
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９により、モニタ１０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）。
【００４２】
そして、モニタ１０に表示される温度分布から、測定用光ファイバ８の任意の位置からのラマン散乱光のに変動があったことが確認された場合、参照位置とされるリファレンス・ファイバ５からのラマン散乱光の光強度の変動の有無を確認する（ステップＳ７，Ｓ８）。
【００４３】
ここで、モニタ１０に表示される光強度に基づいた温度分布に変動がある場合、演算装置３により、参照位置とされるリファレンス・ファイバ５の温度分布データを求める。
【００４４】
ここで、演算装置３により、参照位置とされるリファレンス・ファイバ５からのラマン散乱光に基づいた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９により、モニタ１０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。
【００４５】
そして、モニタ１０の温度分布から、参照位置とされるリファレンス・ファイバ５からのラマン散乱光に変動がないことが確認される場合（ステップＳ１０：ｎｏ）、測定用光ファイバ８の任意の位置からのラマン散乱光の光強度に変動があったと判断することができる（ステップＳ１１）。また、参照位置とされるリファレンス・ファイバ５からのラマン散乱光に変動があることが確認される場合（ステップＳ１０：ｙｅｓ）、パルス光源２の出力の変動が生じていると判断することができる（ステップＳ１２）。
【００４６】
リファレンス・ファイバ５は、断熱材６によって温度が一定に保たれようになっているため、温度分布測定装置１側の温度変動の影響を排除することができる。
【００４７】
このように、本実施例では、測定用光ファイバ８の任意の位置からのラマン散乱光の光強度に変動があった場合に、一定の温度に保たれるように断熱材６で覆われているリファレンス・ファイバ５を参照位置として温度分布を測定するようにしたので、測定用光ファイバ８の任意の位置での温度の変動であるか、あいはパルス光源２の出力の変動であるかのいずれかを容易に判断することができる。
【００４８】
また、本実施例では、リファレンス・ファイバ５を、温度分布測定装置１の温度変動を許容できる程度の断熱性能を有する断熱材６で覆うようにしているので、装置が大掛かりで管理も面倒な恒温槽に比べ、構成を簡素化できるとともに、温度管理を容易に行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
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】
【００５０】
【図１】本発明の温度分布測定装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１の温度分布測定装置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。
【図３】従来の温度分布測定装置の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  温度分布測定装置
２  パルス光源（光源）
３  演算装置
４  光カプラ
５  リファレンス・ファイバ
６  断熱材
７  光入出力コネクタ
８  測定用光ファイバ
９  データ処理装置
１０  モニタ
【図１】
2008249516.tif 000003
【図２】
2008249516.tif 000004
【図３】
2008249516.tif 000005