(57)【要約】      （修正有）【課題】小型で部材点数が少なく、内部の光ファイバが動きにくい光ファイバ式温度計測装置を提供する。【解決手段】基準温度用光ファイバと、基準温度用光ファイバから連続して又は該基準温度用光ファイバに接続されて被測定物又は被測定空間に配設される温度計測用光ファイバと、基準温度用光ファイバ及び温度計測用光ファイバで発生する後方散乱光を電気信号に変換し温度分布を演算処理して求める電気回路部とを有する光ファイバ式温度計測装置において、筐体５内に配設された基準温度用光ファイバと基準温度用光ファイバの近傍に設けられた基準温度センサとから成る基準温度センシング部２０と、電気回路部２４とを収容し、基準温度センシング部２０と電気回路部２４とを空間的に区画する断熱性を有する区画壁６を設けた。【選択図】図１
2008107196.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と、その筐体内に配設された基準温度用光ファイバと該基準温度用光ファイバの近傍に設けられた基準温度センサとからなる基準温度センシング部と、上記基準温度用光ファイバから連続して又は該基準温度用光ファイバに接続されて被測定物又は被測定空間に配設される温度計測用光ファイバと、上記基準温度用光ファイバ及び上記温度計測用光ファイバで発生する後方散乱光を電気信号に変換し温度分布を演算処理して求める電気回路部とを有する光ファイバ式温度計測装置において、上記基準温度センシング部と上記電気回路部とを上記筐体内に収容し、上記基準温度センシング部と上記電気回路部とを空間的に区画する区画壁を設け、該区画壁が断熱性を有することを特徴とする光ファイバ式温度計測装置。
【請求項２】
上記区画壁を上記筐体内の底面から天面方向へ所定の距離を隔てて配置し、この区画壁より底面側に上記基準温度センシング部を収容し、上記電気回路部を上記区画壁より天面側に取り付け、上記電気回路部より天面側に伝熱性の高い金属板を設けたことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ式温度計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度が正確に計測でき、小型で部材点数が少ない光ファイバ式温度計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
分布型光ファイバ温度計測システムと呼ばれる光ファイバ式温度計測装置は、パルス状に発生させた波長λ０の光源レーザ光を光ファイバに送信し、その光ファイバから戻ってくる波長λａｓ（アンチストークス光の波長），λｓｔ（ストークス光の波長）のラマン散乱光と呼ばれる後方散乱光を受信し、これらの受信信号に基づいて上記光ファイバに沿った温度分布を計測するものである。この計測は、光ファイバ内で発生する後方散乱光であるアンチストークス光（Ａｓ光）、ストークス光（Ｓｔ光）の強度比が温度に依存することから、後方散乱光発生の距離的分布を解析すれば温度の距離的分布が求められるという原理に基づいている。後方散乱光発生の距離的分布は後方散乱光受信の時間的分布から演算することができる。
【０００３】
従来の光ファイバ式温度計測装置では、図５に示されるように、ＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）を含む受信回路とＬＤ（レーザダイオード）を含むレーザ送信回路とが第１基板１０５に搭載され、後方散乱光発生の距離的分布あるいは温度分布を演算する演算回路が第２基板１０７に搭載され、これら第１基板１０５と第２基板１０７が筐体１０８に収容されている。第１基板１０５と第２基板１０７は筐体１０８の片側の片端（便宜上、右側後端と表現する）に寄せて配置され、筐体１０８の底面又は右側面又は後端面にステー（図示せず）を介して取り付けられる。レーザ送信回路、受信回路、演算回路、及び電源回路を電気回路部と総称する。
【０００４】
また、筐体１０８内には基準温度センシング部の光ファイバ（基準温度用光ファイバ）を格納するファイバ格納部１０９が設けられている。ここで基準温度センシング部とは、基準温度用光ファイバと基準温度センサからなる。これは、筐体１０８の外の被測定物又は被測定空間に配線されている光ファイバで発生する後方散乱光により被測定空間の温度を測定する際に、被計測空間の正確な温度測定を可能にする温度校正を行うために設けられる。
【０００５】
温度校正は、基準温度センサから得られた基準温度センシング部の温度情報を温度分布演算回路に直接入力して、ファイバ格納部１０９に格納された基準温度用光ファイバで発生する後方散乱光の信号情報と比較校正することにより行われる。
【０００６】
なお、より詳しい温度分布測定の原理及び校正方法は、特許文献３に開示されている通りである。
【０００７】
また、図示していないが、ＡＰＤ及びＬＤに接続されている光ファイバが第１基板１０５から延びており、その光ファイバの途中には送信光と受信光とを分離する光学フィルタが設けられている。ＡＰＤ、ＬＤと光学フィルタとを結ぶ光ファイバをここでは配線余長部と呼ぶことにする。配線余長部は、光ファイバが急角度で折れ曲がることがないように、また、第１基板１０５、第２基板１０７、ファイバ格納部１０９に強く当たらないように、筐体１０８内の空いている空間を適宜な曲率で巻き回される。
【０００８】
【特許文献１】特開平２−１４５９９３号公報
【特許文献２】特開平８−３５８４３号公報
【特許文献３】特公平８−２３５１２号公報
【特許文献４】特開平７−２１８３５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
光ファイバ式温度計測装置では、光ファイバから得られる後方散乱光Ａｓ光とＳｔ光の強度が微弱なため、一定時間Ｔに基準温度センシング部における後方散乱光Ａｓの信号情報を複数回測定し、測定された複数の信号情報を加算平均して温度校正用の信号としている。これに対し、基準温度センシング部に設けられた基準温度センサでは一定時間Ｔごとに温度を１回計測して温度校正用の温度情報としている。従って、基準温度センシング部の温度が短時間に大きく変化すると、比較校正するための情報が正しく得られないという問題点がある。
【００１０】
そのため、従来の光ファイバ式温度計測装置では、基準温度センシング部の急激な温度変化を防ぐために、基準温度センシング部を熱源である電気回路から遠ざけて配置していた。しかし、従来の構造では筐体内の自由な設計ができず、また、筐体を小型化することが困難であった。
【００１１】
また、基準温度センシング部の温度変化を防ぐために、基準温度センシング部を恒温槽内に設ける特許文献４の構成もあるが、光ファイバ式温度計測装置の大型化やコストアップになるという問題点がある。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、温度が正確に計測できる小型の光ファイバ式温度計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために本発明は、筐体と、その筐体内に配設された基準温度用光ファイバと該基準温度用光ファイバの近傍に設けられた基準温度センサとからなる基準温度センシング部と、上記基準温度用光ファイバから連続して又は該基準温度用光ファイバに接続されて被測定物又は被測定空間に配設される温度計測用光ファイバと、上記基準温度用光ファイバ及び上記温度計測用光ファイバで発生する後方散乱光を電気信号に変換し温度分布を演算処理して求める電気回路部とを有する光ファイバ式温度計測装置において、上記基準温度センシング部と上記電気回路部とを上記筐体内に収容し、上記基準温度センシング部と上記電気回路部とを空間的に区画する区画壁を設け、該区画壁が断熱性を有するものである。
【００１４】
上記区画壁を上記筐体内の底面から天面方向へ所定の距離を隔てて配置し、この区画壁より底面側に上記基準温度センシング部を収容し、上記電気回路部を上記区画壁より天面側に取り付け、上記電気回路部より天面側に伝熱性の高い金属板を設けてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００１６】
（１）温度が正確に計測できる。
【００１７】
（２）基準温度用光ファイバと電気回路部とを断熱性を有する区画壁で区画したので、筐体を小さくして小型にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１９】
図１、図２に示されるように、本発明に係る光ファイバ式温度計測装置１は、光ファイバ２に送信する光を生成する光源３と、光ファイバ２を伝搬してきた光を受信する受光器２２，２３と、受光器２２，２３により受信された受光信号から上記光ファイバに沿った温度分布を求める電気回路部２４と、上記光ファイバ２の送信光と受信光とを分離する光学フィルタ４とを一つの筐体５内に収容したものである。
【００２０】
筐体５内には、基準温度用光ファイバ２ｂと基準温度センサ１９とからなる基準温度センシング部２０がファイバ格納部７に格納される。ファイバ格納部７に格納された基準温度センシング部２０は、断熱性を有する区画壁６により電気回路部２４とは空間的に区画され、断熱されている。区画壁６は熱伝導率の低い樹脂製（この実施形態ではポリエーテルイミド）とするのが好ましい。
【００２１】
筐体５の形状は特に限定しないが、ここでは説明を簡単にするため、底面がほぼ正方形になっており、天面が解放された直方体とする。この開口より各部材を順に筐体５内に収容し、固定するようになっている。
【００２２】
筐体５の底面に取り付けられるファイバ格納部７は、底面に接し底面とほぼ同形状のベース板８と、ベース板８から所定の高さを有し、ベース板８面内に設けられる曲線状の側壁９と、側壁９で囲まれた円盤状の空間の天面側を覆う区画壁６とから構成される。これにより、区画壁６は筐体５の底面から天面方向へ所定の距離に配置され、区画壁６の底面側に円盤状の空間が確保される。区画壁６の一部は、側壁９の曲がりに沿って丸く形成されており、この丸みの外側と筐体５の側面１１との間に光ファイバを上下に通す隙間が形成されている。また、側壁９の一部には、その隙間に通じる切り欠きが形成される。なお、側壁９で囲まれる空間形状は、多角形でもよい。
【００２３】
電気回路部２４は、メイン基板１２と受信モジュール１３とに分割して実装されている。メイン基板１２には、光源（ＬＤ）３、光源を駆動する駆動回路、受信信号から後方散乱光発生の距離的分布あるいは温度分布を演算する演算回路などが実装される。受信モジュール１３は、電磁シールド箱の中に受光器（ＡＰＤ）と受信回路基板とＡＰＤバイアス用の高電圧を生成する高電圧電源回路を収容したものである。メイン基板１２及び受信モジュール１３は、区画壁６の天面側に取り付けられる。メイン基板１２には、切り欠きが形成されている。この切り欠きにより、メイン基板１２と筐体５の側面１１との間に光ファイバを上下に通す隙間が形成されている。
【００２４】
区画壁６は樹脂製であるので、メイン基板１２や受信モジュール１３を支えるスペーサ（図示せず）やメイン基板１２を固定するネジを受けるボス（図示せず）を区画壁６の天面側に形成しておくとよい。
【００２５】
メイン基板１２及び受信モジュール１３より天面側に支持板１４が設けられる。支持板１４は、筐体５内に配線される光ファイバの一部である配線余長部を支持するものである。支持板１４は、配線余長部及び光アダプタ１５を載置すると共に光学フィルタ４を固定する平板部１６と、配線余長部を捕捉する複数の鈎部１７と、区画壁６に取り付ける脚部１８とを一体的に形成したものである。鈎部１７は、平板部１６の外縁を内側に折り曲げるようにして形成される。支持板１４と筐体５の側面１１との間には、光ファイバを上下に通す隙間が形成されている。
【００２６】
光学フィルタ４は、幅及び奥行きに比して厚さが薄い直方体状の部材である。この光学フィルタ４が支持板１４の平板部１６にネジ止め、接着剤などで固定される。また、光アダプタ１５が図示しない金具、結束バンド、あるいは接着剤で支持板１４に固定される。
【００２７】
光学フィルタ４より天面側には、区画壁６から光学フィルタ４までの部材及び光ファイバ２を筐体５に収容した後、筐体５の解放された天面を覆う天面板（図示せず）が取り付けられる。
【００２８】
以上の説明により、光ファイバ２（２ａ，２ｂ，２ｃ）を除く部材の構成が明らかになった。そこで、図２〜図４を用いて光ファイバ２（２ａ，２ｂ，２ｃ）に関する構成を説明する。
【００２９】
図２に示されるように、光ファイバ式温度計測装置１の光学系は、光源３と、筐体５内の各部を繋ぐ光ファイバ２ａと、波長選択的に透過／反射をするフィルタを２つ内蔵した光学フィルタ４と、基準温度用光ファイバ２ｂと、後方ラマン散乱光のアンチストークス成分を受光する受光器２２と、後方ラマン散乱光のストークス成分を受光する受光器２３とを備える。光源３を出射した波長λ０のレーザ光は光学フィルタ４を透過して基準温度用光ファイバ２ｂを経て被計測空間の光ファイバ２ｃに伝送される。被計測空間の光ファイバ２ｃあるいは基準温度用光ファイバ２ｂで発生した後方ラマン散乱光のアンチストークス成分（波長λａｓ）及びストークス成分（波長λｓｔ）は、被計測空間の光ファイバ２ｃ、基準温度用光ファイバ２ｂを光源３から出射したレーザ光の進行方向とは逆向きに伝送されて光学フィルタ４に至り、光学フィルタ４で波長λａｓと波長λｓｔとが分波され、受光器２２，２３に受光される。
【００３０】
光ファイバ２はいくつかに分割形成されるので、図２に対応させた図３の配線図に各分割部分の符号を示した。この符号を参照しつつ図４に示した配線余長部の配線を説明する。
【００３１】
図４（ａ）に示されるように、筐体５の最も底面に近い階層を第１層とする。第１層は、区画壁６より底面側、すなわちファイバ格納部７の空間である。ファイバ格納部７には、基準温度用光ファイバ２ｂが収容され、その一端である光ファイバｔが筐体５の側面１１に取り付けられたアダプタ４１まで配線される。アダプタ４１は、被計測空間まで配線された外部の光ファイバｊのプラグを接続するためのものである。基準温度用光ファイバ２ｂの反対端である光ファイバｄは、区画壁６と筐体５の側面１１との隙間を通して第２層へ配線される。
【００３２】
図４（ｂ）に示されるように、区画壁６の天面側であって、メイン基板１２から支持板１４までの階層を第２層とする。第１層から導かれた光ファイバｄは、第２層の内部には配線されず、そのまま支持板１４と筐体５の側面１１との隙間を通して支持板１４より天面側の階層である第３層へ配線される。受信モジュール１３から出ている光ファイバｂ，ｃは、メイン基板１２に沿わせて支持板１４と筐体５の側面１１との隙間の位置まで配線され、そこから隙間を通して第３層へ配線される。メイン基板１２の天面側に実装されている光源３から出ている光ファイバａは、メイン基板１２に沿わせて支持板１４と筐体５の側面１１との隙間の位置まで配線され、そこから隙間を通して第３層へ配線される。
【００３３】
図４（ｃ）に示されるように、支持板１４より天面側の階層を第３層とする。第１層から第２層を経て導かれた光ファイバｄは、光ファイバ束４２に束ねられ、光ファイバ束４２から分けられて、先端のプラグが光アダプタ１５に接続される。第２層から導かれた光ファイバａ，ｂ，ｃは、光ファイバｄと同様にいったん光ファイバ束４２に束ねられてから分けられ、先端のプラグが光アダプタ１５に接続される。一方、光学フィルタ４から出ている光ファイバｅ，ｆ，ｇ，ｈは、いったん光ファイバ束４２に束ねられてから分けられ、先端のプラグが光アダプタ１５の光ファイバａ，ｂ，ｃ，ｄが接続された側とは反対側に接続される。
【００３４】
光ファイバ束４２は、適宜な曲率で巻き回され、支持板１４に載置される。光ファイバ束４２は複数箇所の鈎部１７に捕捉される。具体的には、鈎部１７は、図１に示したように、筐体５の側面１１に臨む立ち上がり部とその立ち上がり部から筐体５の内部方向に折り返された鍔部とからなり、光ファイバ束４２が曲げの外方向及び天面方向に運動するのを規制するようになっている。光ファイバ束４２は、曲げによる応力があるため、鈎部１７の立ち上がり部に押し付けられる。
【００３５】
以下、本発明の光ファイバ式温度計測装置１の作用効果を説明する。
【００３６】
本発明の作用効果として、基準温度センシング部２０が断熱性を有する区画壁６により熱源である電気回路部２４から空間的に区画される。これにより、筐体５内で急激な温度上昇があったとしても、基準温度センシング部２０に与える影響を小さくすることができる。
【００３７】
急激な温度上昇が発生しやすいのは、特に光ファイバ式温度計測装置１の電源立ち上げ時である。電源立ち上げ時には、光ファイバ式温度計測装置１内の電気回路部２４から熱が発生し始めることで、筐体５内の温度が急激に上昇し、その後、徐々に熱平衡の状態になる。従来は、使用前に電源立ち上げをしておき、一定時間経過して筐体５内の温度がほぼ一定になってから使用するか、ある程度の誤差があることを覚悟して使用する必要があった。
【００３８】
本発明では、断熱性を有する区画壁６があることにより、筐体５内の温度が急激に変化しても、基準温度センシング部２０の温度は緩やかに変化する。これにより、基準温度センサ１９が計測した基準温度に対して基準温度用光ファイバ２ｂから得られる後方散乱光の基準信号を正しく得ることができ、被計測空間の温度校正を正確に行うことができる。その結果、温度を正確に計測できる。
【００３９】
光ファイバ式温度計測装置１は、筐体５内に基準温度用光ファイバ２ｂとメイン基板１２や受信モジュール１３の電気回路部２４とを空間的に区画する断熱性を有する区画壁６を設けたので、電気回路部２４と基準温度用光ファイバ２ｂとが距離的に近くに配置されても、区画壁６によって断熱が得られ、電気回路部２４の急激な温度変動が基準温度用光ファイバ２ｂに及ばなくなる。従って、筐体５を小さくすることができる。
【００４０】
光ファイバ式温度計測装置１は、区画壁６を筐体５の底面から天面方向へ所定の距離に配置し、この区画壁６より底面側に基準温度用光ファイバ２ｂを収容し、上記電気回路部２４をメイン基板１２に実装し、このメイン基板１２を区画壁９の天面側に取り付けたので、メイン基板１２を固定するための補助的部材が不要となる。従って、部材点数を減らすことができる。
【００４１】
光ファイバ式温度計測装置１は、光源３をメイン基板１２の天面側に実装し、この光源３から基準温度用光ファイバ２ｂまで配線される光ファイバ２の一部である配線余長部を支持する支持板１４をメイン基板１２より天面側に配置し、この支持板１４の天面側に上記配線余長部を支持させ、支持板１４、メイン基板１２及び区画壁９は、筐体５の側面１１との間に、光源３から上記配線余長部まで及び上記配線余長部から基準温度用光ファイバ２ｂまでを結ぶ光ファイバ２を通す隙間を形成したので、支持板１４に配線余長部が支持されることになり、振動や衝撃を受けたとき配線余長部の運動が規制される。従って、振動・衝撃耐性が向上する。また、光ファイバ２が直接他の部材に当たることが防止される。さらに、支持板１４の外縁に鈎部１７を設けることで、配線余長部がしっかりと捕捉され、信頼性が向上する。
【００４２】
光ファイバ式温度計測装置１は、光学フィルタ４を支持板１４の天面側の中央に配置し、この光学フィルタ４の周囲に上記配線余長部の光ファイバ２を巻き回したので、配線余長部で囲まれたスペースが無駄なく使用される。また、光学フィルタ４や光アダプタ１５を支持板１４に取り付けることで、機械的に強固な実装が実現され、信頼性が向上する。また、支持板１４が金属板であることにより、メイン基板１２などからの熱を上方向に伝えるのに適している。従って、支持板１４と区画壁６により筐体５内で発生した熱（例えば電気回路部２４で発生した熱）が基準温度センシング部２０に伝わることを抑え正確な基準温度情報を得られる。これにより被計測物の温度計測を精度良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施形態を示す光ファイバ式温度計測装置の分解斜視図である。
【図２】本発明の光ファイバ式温度計測装置の光学系の光路図である。
【図３】本発明の光ファイバ式温度計測装置の光学系の光ファイバ分割図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は本発明の光ファイバ式温度計測装置の光ファイバ配線図である。
【図５】従来の光ファイバ式温度計測装置の透視斜視図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  光ファイバ式温度計測装置
２  光ファイバ
２ｂ  基準温度用光ファイバ
３  光源
４  光学フィルタ
５  筐体
６  区画壁
７  ファイバ格納部
１２  メイン基板
１９  基準温度センサ
２０  基準温度センシング部
【図１】
2008107196.tif 000003
【図２】
2008107196.tif 000004
【図３】
2008107196.tif 000005
【図４】
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【図５】
2008107196.tif 000007