(57)【要約】【課題】  狭小な被測定部にも適用可能な光ファイバ型温度計測装置を提供することを目的とする。【解決手段】  光ファイバ４の一端からパルス光を投射する光源装置２と、光ファイバ４の各部位で発生した後方散乱光を検出する検出系と、検出系からの出力信号に基いて光ファイバの各部位の温度を決定する処理部１８とを備えた、被測定部の温度を測定する光ファイバ型温度計測装置において、感熱部材としてヒートパイプ５を有し、該ヒートパイプ５が一部に被測定部位と接触する感熱部５Ａを有し、上記光ファイバ４が該ヒートパイプの残部にて所定長にわたり該ヒートパイプ５と接触保持されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバの一端からパルス光を投射する光源装置と、光ファイバの各部位で発生した後方散乱光を検出する検出系と、検出系からの出力信号に基いて光ファイバの各部位の温度を決定する処理部とを備えた、被測定部の温度を測定する光ファイバ型温度計測装置において、感熱部材としてヒートパイプを有し、該ヒートパイプが一部に被測定部位と接触する感熱部を有し、上記光ファイバが該ヒートパイプの残部にて所定長にわたり該ヒートパイプと直接もしくは間接に熱的接触した状態で保持されていることを特徴とする光ファイバ型温度計測装置。
【請求項２】
光ファイバは金属管で保護されていることとする請求項１に記載の光ファイバ型温度計測装置。
【請求項３】
ヒートパイプは略環状部を有し、光ファイバが該環状部に対して接触して複数回巻回されていることとする請求項１又は請求項２に記載の光ファイバ型温度計測装置。
【請求項４】
光ファイバとヒートパイプは、互いの接触長の範囲にわたり断熱材で被覆されていることとする請求項１ないし請求項３のうちの一つに記載の光ファイバ型温度計測装置。
【請求項５】
処理部は、光ファイバとヒートパイプとの接触範囲長がパルス光のパルス幅よりも短くかつ接触範囲長での測定温度と隣接部での測定温度とに差があるときに、該温度差にパルス幅と接触範囲長との比に基いて温度補正する補正部を有していることとする請求項１ないし請求項５のうちの一つに記載の光ファイバ型温度計測装置。
【請求項６】
光ファイバの一端からパルス光を投射し、光ファイバの各部位で発生した後方散乱光を検出し、検出した出力信号に基いて光ファイバの各部位の温度を決定する温度計測方法において、光ファイバとヒートパイプとの接触範囲長とパルス光のパルス幅とを比較すると共に、該接触範囲長での測定温度と隣接部での測定温度とを比較し、上記接触範囲長が上記パルス幅よりも短くかつ上記接触範囲長での測定温度と隣接部での測定温度とに差があるときに、該温度差にパルス幅と接触範囲長との比に基いて温度補正することを特徴とする温度計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバを用いて温度を計測する光ファイバ型温度計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多数の被測定部位が広範囲に存在する条件での温度測定、発熱監視、例えば可燃物製造工程のポンプ、モータ、軸受等の機器類の発熱監視、さらには、火力発電所の石炭ベルトコンベア火災の主原因と考えられる軸受発熱監視のために光ファイバ型温度計測装置が用いられることがある。
【０００３】
このような装置としては、光ファイバの長手方向での特定部分を被測定部位に配して、該光ファイバの一端からパルス光を投射し、後方散乱光を検出することにより上記被測定部位の温度を測定する装置が特許文献１で知られている。
【０００４】
かかる光ファイバによる温度測定においては、測定精度（距離分解能）は光パルスのパルス幅に依存し、測定温度はパルス幅相当長の平均温度となるため、光ファイバは上記パルス光のパルス幅に相当する長さにわたり被測定温度のもとにおかれる必要があり、ほぼ点状の狭部位の測定には不向きであった。そこで特許文献１では、光ファイバを保護材の除去のもとに複数回巻回して、なるべく小さな範囲内で上記の長さを得てパルス幅相当長が同一温度となるようにして温度測定している。
【０００５】
この特許文献１の装置は、添付図面の図３ないし図４に見られるように、光ファイバケーブルＣを一定長にわたり、その金属管等の保護材被覆を除去して光ファイバＣ１を露呈せしめ、この光ファイバＣ１を複数回コイル状に巻回し、このコイルを支持部材５１の対応環状溝５２へ収めている。該環状溝５２には、その接線方向に延びる引出溝５３が連通形成されていて、上記ケーブルＣが支持部材５１外へ引き出されている。上記支持部材５１には蓋部材５４が取り付けられる。
【０００６】
上記支持部材５１は、良熱伝導性材で作られていて、測定対象物の所望の被測定部位へ取り付けられる。したがって、光ファイバＣ１のコイルは、そのコイル全長にわたり、上記被測定部位の温度と近似する温度となる。
【０００７】
このような特許文献１の装置によると、測定用光ファイバに入射されたパルス光は光ファイバを伝播し、その間に光ファイバの各部位で後方散乱光が発生する。この後方散乱光の強度は光ファイバの各部位の温度に対応した値となる。発生した後方散乱光はパルス光の伝導方向とは逆方向すなわち入射方向に向いて伝播し、そして、投射光から分離され、さらに、ラマン散乱によるストークス光と反ストークス光に分離される。これらストークス光及び反ストークス光は、それぞれストークス光の強度及び反ストークス光の強度の対応した出力信号を発生し、これら出力信号が処理回路（図示せず）へ送られて、演算処理され、光ファイバの各部位の温度が求まる。
【特許文献１】特許第３２００２９８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
かかる特許文献１の形式の温度計測装置にあっては、被測定部位における光ファイバの加熱される部分の長さ（加熱長）は、少なくとも入射パルス光のパルス幅に相当する長さが必要である。そこで、特許文献１では、その長さを確保するために光ファイバをコイル状に複数回巻回されている。
【０００９】
光ファイバは、上述のごとく巻回が可能ではあるが、巻回半径が小さくなる程ロスが大きくなるので、巻半径を小さくすることには限界があり比較的大きな半径で巻回しなければならない。これは、この光ファイバを収める良熱伝導性材の支持部材が大きくなってしまい、多少の小型化はできても、点状の狭部位での測定には、依然として不向きであることを意味する。
【００１０】
このような支持部材は十分な小型化ができないために、取扱いが不自由となるばかりか、該支持部材が取り付けられる測定対象物の被測定部位に自ずと限定を生じ、狭い部分や特定の点での測定ができない。
【００１１】
又、光ファイバは、被測定部位の温度のもとに置かれる測定範囲が上記パルス幅に比して短いほど精度が低下する。測定長と測定精度（距離分解能）に相関性があるため、不十分な長さでも、補正により真温度の推定は可能であるが、上記測定範囲が小さいほど補正量が大きくなり、その信頼性は低下する。
【００１２】
本発明は、光ファイバを利用して狭い部分や特定の点での測定を可能とする光ファイバ型温度測定装置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】
本発明に係る光ファイバ型温度計測装置は、光ファイバの一端からパルス光を投射する光源装置と、光ファイバの各部位で発生した後方散乱光を検出する検出系と、検出系からの出力信号に基いて光ファイバの各部位の温度を決定する処理部とを備えている。
【００１４】
かかる光ファイバ型温度計測装置において、本発明は、感熱部材としてヒートパイプを有し、該ヒートパイプが一部に被測定部位と接触する感熱部を有し、上記光ファイバが該ヒートパイプの残部にて所定長にわたり該ヒートパイプと接触保持されていることを特徴としている。
【００１５】
このような本発明装置によると、ヒートパイプの一部が感熱部として測定対象物の被測定部位に配される。したがって、被測定部位が狭い部位であっても、上記感熱部たるヒートパイプの一部は十分に小寸法であるために取付けが可能となる。
【００１６】
被測定部位に温度変化があったときには、ヒートパイプの感熱部を経てヒートパイプ全長にわたりほぼ即時に感熱部の温度まで昇温・降温する。一方、光ファイバはこのヒートパイプと所定長にわたり直接又は間接的に接触しているので、接触範囲長にわたり上記被測定部位の温度となる。すなわち、ヒートパイプの感熱部が小部分であるにも拘らず、光ファイバは所定長にわたり被測定部位の温度となる。
【００１７】
光ファイバにおける測定は、特許文献１に示された従来の方法と同様に、上記光ファイバの一端からパルス光を入射し、その後方散乱光を用いて、ラマン散乱によるストークス光と反ストークスとに分離され、これらの強度に基く出力信号を処理することにより温度が算出される。このとき、光ファイバとヒートパイプとの接触長が入射パルスのパルス幅よりも短く、そして隣接部との間に測定温度差があるときには、補正を行なう。
【００１８】
本発明において、ヒートパイプは略環状部を有し、光ファイバが該環状部に対して接触して複数回巻回されているようにすることができる。こうすることにより、ヒートパイプの一端での感熱部が小寸法のままで良い一方で、光ファイバは上記略環状部に沿って複数回巻回されることによって、入射パルス光のパルス幅に対して十分な長さでヒートパイプと接触できる。
【００１９】
又、本発明においては、光ファイバとヒートパイプは、互いの接触範囲長にわたり断熱材で被覆されているようにすることが望ましい。この断熱材を設けることにより、光ファイバはヒートパイプの温度により近似ししかもその応答性もさらに改善される。
【００２０】
さらに、本発明において、光ファイバとヒートパイプとの接触範囲長がパルス光のパルス幅よりも短くかつ該範囲での測定温度と隣接部での測定温度とに差があるときには、該温度差にパルス幅と加熱長との比に基いて温度補正する補正部を上記処理部に有していることが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、以上のように、ヒートパイプの一部を感熱部として測定対象物の被測定部位へ配し、このヒートパイプの残部で所定長にわたり光ファイバを接触せしめて、この光ファイバにより温度測定することとしたので、被測定部位が狭い部位でも測定を可能とし、光ファイバによる測定のため光ファイバ長を確保でき、測定応用分野が拡がるだけでなく、測定の精度そして確実性も向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、添付図面の図１及び図２に基き、本発明の一実施形態を説明する。
【００２３】
図１本実施形態の光ファイバ型温度計測装置の全体構成図である。
【００２４】
本実施形態装置は、計測要素１と、計測装置本体２と、表示装置３とを有している。
【００２５】
計測要素１は、本実施形態では、一つの光ファイバ４で複数直列に接続されている。各計測要素１は、上記光ファイバ４が接触しているヒートパイプ５を感熱部材として有している。該ヒートパイプ５は、直状管の一端を屈曲して作られていて、該一端が感熱部５Ａをなしている。該ヒートパイプ５の直状の残部は伝熱部５Ｂをなし、上記光ファイバ４と接触しており、該ヒートパイプ５の熱がそのまま光ファイバ４に伝熱されるようになっている。ここで、上記光ファイバ４は、計測装置本体２外に在るために、通常、金属管等により保護されていることが多い。したがって、この場合、光ファイバ４は良熱伝導性材である金属管等を介して伝熱部５Ｂからの熱を受ける。又、上記感熱部はヒートパイプの一端であることを要せず、中間部の一部であってもよい。
【００２６】
上記ヒートパイプ５の伝熱部５Ｂと、この伝熱部５Ｂに対応する範囲の光ファイバ４は断熱材６により包囲されている。この断熱材６は、外部との熱の授受を遮断すると共に上記伝熱部５Ｂと光ファイバ４とを確実に接触させその状態で保持するという機能を有している。
【００２７】
上記計測要素１は、測定対象物の各被測定部位Ｐに対し、例えば、計測孔等を穿設して上記感熱部５Ａを挿入する、支持具で固定する等、適宜取り付けられる。又、被測定部位Ｐの箇所が増えたときには、その対応位置で、長く延びている上記光ファイバ４に対して上記要領でヒートパイプ５を接触取付けすることにより増設することができる。
【００２８】
装置本体２は、パルス光を発する光源装置としてのレーザ光源７、光ファイバ８により接続される第一方向性結合器９を有し、上記光ファイバ４がこの第一方向性結合器９に接続される。この第一方向性結合器９は、上記レーザ光源７から光ファイバ４へ入射される入射光と、該光ファイバ４内で後光散乱して入射方向とは逆方向に伝播される後方散乱光とを分離する機能を有する。
【００２９】
上記第一方向性結合器９には、光ファイバ１０により第二方向性結合器１１が接続されている。該第二方向性結合器１１は、第一方向性結合器９で分離された後方散乱光を、上記光ファイバ１０を経て受け、これをラマン散乱によるストークス光と反ストークス光とに分離し、これらを別々の光ファイバ１２，１３を経て狭帯域フィルタ１４，１５に伝達すべく接続されている。
【００３０】
上記狭帯域フィルタ１４，１５には、それぞれ第一光検出器１６、第二光検出器１７が近接して設けられていて検出系を形成し、上記狭帯域フィルタ１４，１５を透過したストークス光そして反ストークス光を検出するようになっている。上記第一光検出器１６と第二光検出器１７は処理部（信号処理回路）１８に接続されており、公知の方法により上記ストークス光と反ストークス光との強度比から各被測定部位における温度を算出する。該処理部１８は、レーザ光源７でのパルス光のタイミングを定めるべく、該レーザ光源７とも接続されている。さらに上記処理部１８には、算出された温度を表示すべく表示装置３が接続されている。
【００３１】
又、上記処理部１８には、必要に応じて補正を行なう補正部１８Ａも備えている。この補正部１８Ａにおける補正は、ヒートパイプ５の伝熱部５Ｂがパルス光のパルス幅よりも短く、そして隣接部との間に測定温度差があるときに行なわれる。温度算出は、パルス幅に相当する長さでの信号強度の平均値としてなされるので、伝熱部５Ｂにおける接触範囲長が短いと、実際の温度よりも低い値として算出されてしまう。そこで、かかる場合、伝熱部５Ｂ以外の部位における温度と伝熱部５Ｂにおける温度との差に対し、上記パルス幅と接触範囲長の比を乗じることにより、補正される。
【００３２】
例えば、被測定部位の温度が１１５℃、隣接部の温度が１５℃の場合パルス光のパルス幅をｘ、伝熱部と接触する光ファイバの長さをｙとして、ｙ≧ｘのときは接触範囲長は距離分解能よりも長いので、測定温度は１１５℃が得られ被測定部位の温度ＴはそのままＴ＝１１５℃として採用してよい。次にｙ＜ｘのときには、接触範囲長が距離分解能よりも短いので上記測定温度よりも低くなる。例えばｙ＝ｘ／２であるとき、上記測定温度が６５℃であって被測定部位外の隣接部での温度が１５℃であるとすると、被測定部位の温度Ｔは、Ｔ＝１５＋（６５−１５）×[ｘ／（ｘ／２）]、すなわちＴ＝１５＋５０×２＝１１５（℃）として、補正された被測定部位の温度Ｔを得る。
【００３３】
このような構成の本実施形態装置にあっては、被測定部位についての温度測定は、次の要領で行なわれる。
【００３４】
（１）先ず、測定対象物の被測定部位に形成された取付孔等に計測要素１の感熱部５Ａを挿入取付けする。感熱部５Ａは、良伝熱性の接着剤等により固定する。
【００３５】
（２）被測定部位に温度変化があると、ヒートパイプ５内の熱媒体は即時に流動して、伝熱部５Ｂは感熱部５Ａと同一温度となり、伝熱部５Ｂに接触している光ファイバ４も、その接触域で上記伝熱部５Ｂの温度となる。
【００３６】
（３）レーザ光源７からはパルス光が発せられ、光ファイバ８を経て測定用の光ファイバ４に入射する。この光ファイバ４に入射したパルス光は該光ファイバ４を伝播し、その間に光ファイバ４の伝熱部５Ｂに対応する部位を含む各部位で後方散乱光が発生する。この後方散乱光の強度は光ファイバの各部位の温度に対応した値となる。
【００３７】
（４）発生した後方散乱光は、パルス光の伝導方向とは逆方向すなわち入射方向に向いて伝播して第一方向性結合器９に入射し、該第一方向性結合器により投射光から分離され、光ファイバ１０を経て第二方向性結合器１１に入射する。
【００３８】
（５）しかる後、上記後方散乱光は、第二方向性結合器１１によりラマン散乱によるストークス光と反ストークス光に分離され、これらストークス光及び反ストークス光はそれぞれ狭帯域フィルタ１４及び１５を透過して第一光検出器１６及び第二光検出器１７にそれぞれ入射する。
【００３９】
（６）第一光検出器１６及び第二光検出器１７は、それぞれストークス光の強度及び反ストークス光の強度に対応した出力信号を発生し、これら出力信号を処理部１８に送る。ラマン散乱によるストークス光の強度と反ストークス光の強度との間の比は測定用光ファイバ４の各部位の温度に対応した値となるから、処理部１８において第一光検出器１６及び第二光検出器１７からの出力信号を演算処理して光ファイバの計測要素１における部位の温度を求める。又、処理部１８は、レーザ光源２からのパルス光の放出タイミングと第一光検出器１６及び第二光検出器１７からの出力信号の発生時間とに基いて光ファイバの入射端から各部位までの距離を求める。さらに、計測要素１における伝熱部５Ｂの長さがパルス光のパルス幅よりも短く、そして隣接部との間に測定温度差があるときには、既述の原理に基き、補正部１８Ａにて算出温度を補正する。
【００４０】
（７）かくして、処理部１８から測定用光ファイバの入射端からの距離とその距離の位置の温度とが出力され、この出力を表示装置３に表示する。
【００４１】
本発明は、図１に示された形態に限られず、変形が可能である。例えば、ヒートパイプの伝熱部がパルス幅に対して十分長くとれないとき、ここでの光ファイバの加熱長を大きく確保するために、図２に示すように、ヒートパイプ５の伝熱部５Ｂを略環状部として形成し、光ファイバ４をこの伝熱部５Ｂに接触させながら複数回巻回させる形態とすることができる。巻回し量はパルス幅よりも長い量を巻き回せば、距離分解能よりも長く測定長を確保できるので、測定温度を補正する必要はない。この場合、巻回数そして半径にもよるが、光ファイバ４は金属管等の保護材を除去してもよい。ただ、この場合においても、巻回された光ファイバ４と伝熱部５Ｂとは断熱材６によって包囲されて外部との間の熱遮断がされていることが好ましい。かくして、図２の例によれば、図１の場合と同様に感熱部がヒートパイプの一端であり点状の狭部位での測定が可能であるのに加え、ヒートパイプの伝熱部に接触する光ファイバの長さを測定用パルス光のパルス幅に対して十分確保できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態を示す概要構成図である。
【図２】計測要素についての変形例を示す図である。
【図３】従来装置についての蓋部材を外したときの平面図である。
【図４】図３装置の蓋部材を分離して示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４３】
２  光源装置（レーザ光源）
４  光ファイバ
５  感熱部材（ヒートパイプ）
５Ａ  感熱部
６  断熱材
１６，１７  検出系（第一光検出器、第二光検出器）
１８  処理部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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