(57)【要約】【課題】誤差が少なく自動校正が可能な温度測定方法及び温度測定装置を提供する。【解決手段】被測定対象１２の温度と、基準温度用恒温槽１１内の温度との差が小さいので、測定温度誤差が少ない。また、被測定対象１２と温度測定装置との間の温度測定用光ファイバ９及び延長された光ファイバ延長部が共に基準温度用恒温槽１１内に収容されており、基準温度用恒温槽内の温度は既知の温度であるので、その既知の温度に基づいて自動温度校正が可能となる。【選択図】　　　　図１
2004028748.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光が光分波器を介して一端から入力される光ファイバを被測定対象に配置し、上記光ファイバからの散乱光を上記光分波器を介して受光し、受光計算制御部により上記被測定対象の温度を測定し、得られた温度情報及び基準温度計からの温度情報より制御・表示用計算機を用いて上記温度情報を校正し、上記被測定対象の温度を求める温度測定方法において、上記被測定対象の近傍に基準温度用恒温槽を配置し、上記光ファイバを該基準温度用恒温槽と上記被測定対象との間で往復するように配置して上記被測定対象の温度の測定及び校正を行うことを特徴とする温度測定方法。
【請求項２】
光源と、該光源からの光が一端から入力され、被測定対象に配置される光ファイバと、上記光ファイバに挿入された光分波器と、該光分波器に接続され上記光ファイバからの散乱光を受光して上記被測定対象の温度を測定する受光計算・制御部と、基準温度を測定するための基準温度計と、該基準温度計からの温度情報に基づいて上記光ファイバからの温度情報を校正する制御・表示用計算機とを備えた温度測定装置において、上記被測定対象の近傍に基準温度用恒温槽を配置し、上記光ファイバを上記被測定対象との間で往復するように配置したことを特徴とする温度測定装置。
【請求項３】
上記光ファイバは上記基準温度用恒温槽と上記被測定対象との間を複数回往復するように配置されると共に、上記測定対象に配置される部分の光ファイバが複数の温度測定用パイプ内に挿入されている請求項２に記載の温度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、温度測定方法及び温度測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
凍結工法（地中のトンネル工事等で凍結管に冷却液を流して−２０℃程度にして周囲の地中を凍らすことにより、遮水壁、耐力壁として工事を行う工法）などでは高精度の温度測定が要求される。
【０００３】
図４は従来の温度測定方法を適用した温度測定装置の概念図である。
【０００４】
この温度測定装置は、光ファイバ式温度計本体１と、一端が光ファイバ式温度計本体１に光コネクタ８を介して接続され被測定対象１２に配置された温度測定用光ファイバ９と、被測定対象１２に配置された熱電対１３と、熱電対１３及び光ファイバ式温度計本体１に接続された制御・表示用計算機（例えばパーソナルコンピュータ）１０とで構成されたものである。
【０００５】
光ファイバ式温度計本体１は、光を発生する光源出力部（例えばレーザダイオード）３と、入力端に光源出力部３からの光が入力する光分波器７と、熱遮断器本体５と、熱遮断器本体５内に収容され、一端が光分波器７の入出力端に接続され、他端が光コネクタ８に接続された基準温度用光ファイバ６と、熱遮断器本体５内に収容され熱遮断器本体５内の温度を測定する基準温度計２と、光分波器７からの光を受光し、基準温度計２からの温度情報を受け、制御・表示用計算機１０に温度測定用光ファイバ９からの散乱光の情報と基準温度計２からの情報を送る受光計算・制御部４とで構成されている。
【０００６】
この温度測定装置が作動すると、光ファイバ式温度計本体１から出力した光は、被測定対象１２に配置された温度測定用光ファイバ９を通って終端部１６に到達する。この間、温度測定用光ファイバ９内で発生した温度信号である散乱光は、同じ光路を辿って光ファイバ式温度計本体１に戻る。このとき、光ファイバ式温度計本体１は、温度測定用光ファイバ９の温度信号を、基準温度用光ファイバ６の温度信号から制御・表示用計算機１０で導き出す。また、熱電対１３による被測定対象１２の温度信号も制御・表示用計算機１０に送られ、精度の決定と校正とを行うようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図４に示した従来の温度測定装置は、基準温度若しくは校正用の熱電対の温度である周囲温度と、実際の温度を測定している温度測定用光ファイバの温度差に比例して誤差が大きくなるという構造的な問題がある。
【０００８】
校正用の熱電対が被測定対象の測定部位に極めて接近して配置された場合、周囲温度が安定した状態のときは精度が向上するが、周囲温度が不安定な状態のときは熱電対と温度測定用光ファイバの熱時定数が異なっているため、熱電対の温度と温度測定用光ファイバの温度との間に差が生じ、精度が向上しないという問題がある。
【０００９】
光ファイバ式温度計において、温度を校正する場合、ロスを考慮して手動で温度を校正する必要があり、専門の知識を有する者が温度を校正する必要があるという問題がある。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、誤差が少なく自動校正が可能な温度測定方法及び温度測定装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、光源からの光が光分波器を介して一端から入力される光ファイバを被測定対象に配置し、光ファイバからの散乱光を光分波器を介して受光し、受光計算制御部により被測定対象の温度を測定し、得られた温度情報及び基準温度計からの温度情報より制御・表示用計算機を用いて温度情報を校正し、被測定対象の温度を求める温度測定方法において、被測定対象の近傍に基準温度用恒温槽を配置し、光ファイバを基準温度用恒温槽と被測定対象との間で往復するように配置して被測定対象の温度の測定及び校正を行うものである。
【００１２】
請求項２の発明は、光源と、光源からの光が一端から入力され、被測定対象に配置される光ファイバと、光ファイバに挿入された光分波器と、光分波器に接続され光ファイバからの散乱光を受光して被測定対象の温度を測定する受光計算・制御部と、基準温度を測定するための基準温度計と、基準温度計からの温度情報に基づいて光ファイバからの温度情報を校正する制御・表示用計算機とを備えた温度測定装置において、被測定対象の近傍に基準温度用恒温槽を配置し、光ファイバを被測定対象との間で往復するように配置したものである。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項２に記載の校正に加え、光ファイバは基準温度用恒温槽と被測定対象との間を複数回往復するように配置されると共に、被測定対象に配置される部分の光ファイバが複数の温度測定用パイプ内に挿入されているのが好ましい。
【００１４】
本発明によれば、被測定対象の温度と、基準温度用恒温槽内の温度との差が小さいので、測定温度誤差が少ない。また、被測定対象と光分波器との間の光ファイバ及び延長された光ファイバ延長部が共に基準温度用恒温槽内に収容されており、基準温度用恒温槽内の温度は既知の温度であるので、その既知の温度に基づいて自動温度校正が可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１６】
図１は本発明の温度測定方法を適用した温度測定装置の一実施の形態を示す概念図である。尚、図４に示した従来例と同様の部材には共通の符号を用いた。
【００１７】
本温度測定装置は、被測定対象１２の温度を測定する光ファイバ式温度計本体１と、被測定対象１２の近傍に配置された基準温度用恒温槽１１と、一端が光ファイバ式温度計本体１に接続され、基準温度用恒温槽１１と被測定対象１２との間で往復するように配置された温度測定用光ファイバ９と、光ファイバ式温度計本体１からの温度情報と基準温度情報とに基づいて温度情報を校正する制御・表示用計算機１０とで構成されたものである。
【００１８】
光ファイバ式温度計本体１は、光を発生する光源出力部３と、入力端に光源出力部３からの光が入力する光分波器７と、熱遮断器本体５と、熱遮断器本体５内に収容され、一端が光分波器７の入出力端に接続され、他端が光コネクタ８に接続された基準温度用光ファイバ６と、熱遮断器本体５内に収容され熱遮断器本体５内の温度を測定する基準温度計２と、光分波器７から出力する光を受光し、基準温度計２からの温度情報を受け、制御・表示用計算機１０に温度測定用光ファイバ９からの散乱光の情報と基準温度計２からの情報を送る受光計算・制御部４とで構成されている。
【００１９】
次にこの温度測定装置の動作について図１を参照して説明する。
【００２０】
光ファイバ式温度計は、制御・表示用計算機１０から受光計算・制御部４にデータを送り、受光計算・制御部４から光源出力部３に信号を送る。光源出力部３から出力された光信号は、光分波器７を通り、基準温度用光ファイバ６を経て温度測定用光ファイバ９に入力する。この入力された光は、基準温度用恒温槽１１及び被測定対象１２を通過した後、再度基準温度用恒温槽１１を通って終端部１６へ進む。このとき、温度測定用光ファイバ９の各部位で発生した温度信号である散乱光は、光ファイバ式温度計本体１へ戻り、基準温度用光ファイバ６及び光分波器７を通過して受光計算・制御部４に入射し、データ処理されて制御・表示用計算機１０に電気信号として送られる。このとき、温度測定用光ファイバ９の温度データは、基準温度用恒温槽１１の温度データと近似しているため、誤差の小さい正確な温度表示を行うことができる。
【００２１】
また、基準温度用恒温槽１１により、温度測定用光ファイバ９の光コネクタ８側及び終端部１６側、すなわち、温度測定用光ファイバ９の両端の温度が既知であるため、その既知の温度に基づいて被測定対象１２の温度を自動で校正することができる。
【００２２】
図２は本発明の温度測定器の他の実施の形態を示す概念図である。
【００２３】
図１に示した実施の形態との相違点は、温度測定用光ファイバ９が基準温度用恒温槽１１と被測定対象１２との間を複数回往復するように配置されている点である。
【００２４】
基準温度用恒温槽１１と複数（図では６本であるが限定されない。）の温度測定用パイプ１５との間に、温度測定用光ファイバ９が複数回（この場合６回であるが限定されない。）往復するように配置されている。
【００２５】
この温度測定装置が作動すると、光ファイバ式温度計本体１からの光は、基準温度用恒温槽１１内にある基準用光ファイバ（温度測定用光ファイバが兼ねている）９ａ、常温状態の温度測定用光ファイバ９ｂ及び温度測定用パイプ１５内の温度測定用光ファイバ９ｃを通って終端部１６に到達する。この間、温度測定用用光ファイバ９（９ａ〜９ｃ）内で発生した温度信号である散乱光は、同じ光路を辿って光ファイバ式温度計本体１に戻る。このとき、相対温度計である光ファイバ式温度計本体１は、温度測定用パイプ１５内の温度測定用光ファイバ９の温度信号を基準用光ファイバ９ａの温度と基準温度用恒温槽１１の温度とから制御・表示用計算機１０で導き出す。基準温度用恒温槽１１内の温度は、温度信号線１４で制御・表示用計算機１０に送られ、精度の決定と自動校正に用いるための情報を基準温度用恒温槽１１から受け取ることにより、高精度で自動校正の可能なシステムを実現することが可能となる。つまり、このとき制御・表示用計算機１０から出力される温度データの一部は図３に示すようになっている。
【００２６】
図３は図２に示した温度測定装置における光ファイバの距離と温度との関係を示す図であり、横軸が距離を示し、縦軸が温度を示している。
【００２７】
光ファイバ式温度計本体１から基準温度用恒温槽１１の間、または基準温度用恒温槽１１から温度測定用パイプ１５の間である区間ｄ１〜ｄ４は常温であるｔ［℃］に近い温度になっている。
【００２８】
次に基準温度恒温槽１１に入っている基準光ファイバ９ａである区間ｄ５の温度は基準温度恒温槽１１により設定されたｔｂ［℃］になっている。この区間ｄ５の基準光ファイバ９ａの温度はｔｂ［℃］であるが、この温度ｔｂ［℃］と実際の温度との誤差分は温度信号線１４から高精度な温度データを得ることができる。温度測定用パイプ１５での温度、区間ｄ６、ｄ８がｔｓ［℃］であるときに、基準温度用恒温槽１１の温度ｔｂ［℃］を温度ｔｓ［℃］に近づけることにより、相対温度計で問題となるそれぞれの温度差による測定誤差を小さくすることができる。さらに光ファイバ式温度測定器本体１から温度測定用光ファイバ９を伝搬する光が基準温度用恒温槽１１と温度測定用パイプ１５との間を往復して、再び光ファイバ式温度測定器本体１に戻ってくる間、一本の光ファイバでシステムを構成した場合、光ファイバの損失は一定である。
【００２９】
そこで、区間ｄ５、ｄ７の温度はｔｂ［℃］と一定であり、その点での光の散乱する量は同じであるので、区間ｄ５、ｄ７での光の量の差は、光ファイバの損失差である距離のみに依存することになり、それぞれの位置で発生する光強度をＰ１、Ｐ２とすると、その損失Ｌは数１式で表される。
【００３０】
【数１】
2004028748.tif 000003
このとき、区間ｄ６における求めたい温度Ｔｓは数２式で表される。
【００３１】
【数２】
2004028748.tif 000004
【００３２】
ここで、測定対象内に熱電対やサーミスタ等の温度計を追加し、自動校正の簡素化やさらなる温度測定精度の向上を行ってもよい。
【００３３】
以上において、本発明により、被測定対象の光ファイバにおける温度と基準温度用恒温槽内の光ファイバにおける温度との差が小さいため、これらに対する温度誤差が少なく、またその部分での光ファイバの両端が既知の温度であるため、その既知の温度に基づいて自動温度校正が可能なシステムを提供することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、誤差が少なく自動校正が可能な温度測定方法及び温度測定装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の温度測定方法を適用した温度測定装置の一実施の形態を示す概念図である。
【図２】本発明の温度測定器の他の実施の形態を示す概念図である。
【図３】図２に示した温度測定装置における光ファイバの距離と温度との関係を示す図である。
【図４】従来の温度測定方法を適用した温度測定装置の概念図である。
【符号の説明】
１　光ファイバ式温度計本体
２　基準温度計
３　光源出力部
４　受光計算・制御部
５　熱遮断器本体
６　基準温度用光ファイバ
７　光分波器
８　光コネクタ
９　光ファイバ（温度測定用光ファイバ）
１０　制御・表示用計算機
１１　基準温度用恒温槽
１２　被測定対象
１５　温度測定用パイプ
１６　終端部
【図１】
2004028748.tif 000005
【図２】
2004028748.tif 000006
【図３】
2004028748.tif 000007
【図４】
2004028748.tif 000008