(57)【要約】【課題】光増幅器モジュールや基準温度部のペルチェモジュールに放熱用のヒートシンクを取り付けず、また、冷却ファンも使用しないで、光増幅器モジュールの放熱が可能であり、かつ、筐体のコンパクト化と低消費電力化を図ることができる分布型光ファイバ温度センサを提供する。【解決手段】光源１と、該光源１からの出射光を増幅する光増幅器モジュール２と、該光増幅器モジュール２で増幅されて出射された出射光を伝搬して温度分布を測定するための温度測定用光ファイバ６と、該温度測定用光ファイバ６の一部に設けられた基準温度部４を温めてその温度を制御するためのペルチェモジュール１１と、を有する分布型光ファイバ温度センサであって、前記ペルチェモジュール１１は、前記光増幅器モジュール２からの熱を吸熱すると共に、該吸熱された熱で前記基準温度部４を温めてその温度を制御するように設けられている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、該光源からの出射光を増幅する光増幅器モジュールと、該光増幅器モジュールで増幅されて出射された出射光を伝搬して温度分布を測定するための温度測定用光ファイバと、該温度測定用光ファイバの一部に設けられた基準温度部を温めてその温度を制御するためのペルチェモジュールと、を有する分布型光ファイバ温度センサであって、
前記ペルチェモジュールは、前記光増幅器モジュールからの熱を吸熱すると共に、該吸熱された熱で前記基準温度部を温めてその温度を制御するように設けられていることを特徴とする分布型光ファイバ温度センサ。
【請求項２】
光源と、該光源からの出射光を増幅する光増幅器モジュールと、該光増幅器モジュールで増幅されて出射された出射光を伝搬して温度分布を測定するための温度測定用光ファイバと、該温度測定用光ファイバの一部に設けられた基準温度部を温めてその温度を制御するためのペルチェモジュールと、を有する分布型光ファイバ温度センサであって、
前記光増幅器モジュールと前記ペルチェモジュールを配置する金属板を備え、
前記光増幅器モジュールは、その発熱面を前記金属板に接し、
前記ペルチェモジュールは、その吸熱面を前記金属板に接すると共に、該吸熱面と反対側に位置する発熱面を前記基準温度部に接する、
ことを特徴とする分布型光ファイバ温度センサ。
【請求項３】
請求項１記載の分布型光ファイバ温度センサにおいて、
前記光源の発熱面は、前記金属板に接する分布型光ファイバ温度センサ。
【請求項４】
請求項１または２記載の分布型光ファイバ温度センサにおいて、
前記金属板には、ヒートシンクが配置される分布型光ファイバ温度センサ。
【請求項５】
光源と、該光源からの出射光を増幅する光増幅器モジュールと、該光増幅器モジュールで増幅されて出射された出射光を伝搬して温度分布を測定するための温度測定用光ファイバと、該温度測定用光ファイバの一部に設けられた基準温度部を温めてその温度を制御するためのペルチェモジュールと、を有する分布型光ファイバ温度センサであって、
前記光増幅器モジュールの発熱面と前記ペルチェモジュールの吸熱面は、直接、接触すると共に、前記ペルチェモジュールの吸熱面と反対側に位置する発熱面は、前記基準温度部に接する、
ことを特徴とする分布型光ファイバ温度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラマン散乱光を検出して温度を測定する分布型光ファイバ温度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
分布型光ファイバ温度センサは、ラマン散乱光を検出して温度を測定する温度センサである。分布型光ファイバ温度センサの構成や温度測定の原理は、例えば、特許文献１に記載されている。
【０００３】
図１は、分布型光ファイバ温度センサの一般的な構成を示すブロック図である。光源１から発せられるパルス光（出射光）は、光増幅器モジュール２によって増幅され、光フィルタ３に入力する。このパルス光は、ほぼロス無く光フィルタ３から出力され、基準温度部４を通って外部の温度測定用光ファイバ６に入力する。パルス光が温度測定用光ファイバ６を伝播する間に、このパルス光によってラマン散乱光であるストークス（ＳＴ光）とアンチストークス（ＡＳ光）が発生する。後方に発生したこれらのラマン散乱光は、光フィルタ３に戻り、それぞれの経路に分波される。分波された光は、受光器７によって電気信号に変換され、アンプ８で増幅され、信号処理回路９で平均化されて、温度計算回路１０で温度に変換される。このようにして、分布型光ファイバ温度センサは、光ファイバの温度分布を測定する。
【０００４】
基準温度部４は、温度測定用光ファイバ６の一部（数１０ｍ〜数１００ｍ程度の光ファイバ）をコイル状に巻いてケースに収めたものである。内部には、基準温度部用温度計５として、サーミスタ等の温度センサが配置されている。基準温度部用温度計５は、分布型光ファイバ温度センサの温度基準を取るのに使用される。基準温度部４は、ペルチェモジュールあるいはヒーターが取り付けられ、周囲の温度環境（分布型光ファイバ温度センサ本体の内部温度）が変わっても一定温度になるように制御される。
【０００５】
基準温度部４の温度変化を防ぐ方法の他の例としては、特許文献２に記載されているように、基準温度部４と熱源となる電気回路（光源１、信号処理回路９、温度計算回路１０など）との間に、伝熱性の高い金属板からなる区画壁を設ける方法がある。
【０００６】
光増幅器モジュール２は、内部の励起用ＬＤ（半導体レーザー）によって発熱する。このため、光増幅器モジュール２と基準温度部４は、通常、筐体内で離して配置し、それぞれ独自に放熱機構を設ける。その理由は、光増幅器モジュール２の熱が基準温度部４に回り込んで、基準温度部４の温度制御に影響を与える可能性があるためである。例えば、光増幅器モジュール２の温度が４０℃で、この光増幅器モジュール２の近くに配置された基準温度部４を３０℃に設定したいとき、基準温度部４に光増幅器モジュール２からの熱が入ってきてペルチェモジュールの冷却能力を超えてしまい、３０℃に設定したいのに４０℃になってしまうということが起こり得る。このため、光増幅器モジュール２と基準温度部４は、できるだけ熱的に干渉しないように配置し、独立に放熱できるようにする。
【０００７】
放熱方法としては、光増幅器モジュール２については、基準温度部４と離して配置した上に、放熱用のヒートシンクを取り付ける。さらに必要であれば、分布型光ファイバ温度センサの筐体に冷却用のファンを取り付け、筐体の内部の空気を外部へ排出させ、ヒートシンクを通して光増幅器モジュール２の熱を奪うようにする。基準温度部４については、ペルチェモジュールの、基準温度部４との接触面と反対側の面にヒートシンクを取り付けて、放熱や吸熱をさせる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−１７４９８７号公報
【特許文献２】特開２００８−１０７１９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、光増幅器モジュールや基準温度部のペルチェモジュールに放熱用のヒートシンクを取り付けた場合、分布型光ファイバ温度センサの内部に収納すべき部品が増加し、光増幅器モジュールと基準温度部を収納する筐体のサイズが大きくなる、重量が重くなるなどの課題が発生する。また、冷却用のファンを筐体に付けた場合には、筐体がコンパクトにならない上に、ファンを駆動するための消費電力が増える、ファンの故障による修理の回数が増えるなどの課題が生じる。このため、ヒートシンクや冷却用のファンを用いずに、光増幅器モジュールの放熱と基準温度部の温度制御が可能な分布型光ファイバ温度センサが望まれている。
【００１０】
本発明の目的は、光増幅器モジュールや基準温度部のペルチェモジュールに放熱用のヒートシンクを取り付けず、また、冷却ファンも使用しないで、光増幅器モジュールの放熱と基準温度部の温度制御が可能であり、かつ、筐体のコンパクト化と低消費電力化を図ることができる分布型光ファイバ温度センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明による分布型光ファイバ温度センサは、次のような特徴を備える。
【００１２】
光源と、該光源からの出射光を増幅する光増幅器モジュールと、該光増幅器モジュールで増幅されて出射された出射光を伝搬して温度分布を測定するための温度測定用光ファイバと、該温度測定用光ファイバの一部に設けられた基準温度部を温めてその温度を制御するためのペルチェモジュールと、を有する分布型光ファイバ温度センサであって、前記ペルチェモジュールは、前記光増幅器モジュールからの熱を吸熱すると共に、該吸熱された熱で前記基準温度部を温めてその温度を制御するように設けられている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、分布型光ファイバ温度センサにおいて、光増幅器モジュールは、ヒートシンクや冷却用のファンが無くても放熱が可能である。このため、光増幅器モジュールと基準温度部を収納する筐体のコンパクト化を図ることができる。さらに、ペルチェモジュールの効率が向上するので、低消費電力化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】分布型光ファイバ温度センサの一般的な構成を示すブロック図である。
【図２】本発明による分布型光ファイバ温度センサの、光増幅器モジュールと基準温度部の配置と熱の流れを示す図である。
【図３】本発明による分布型光ファイバ温度センサの第１の実施例の構成を示す図である。
【図４】本発明による分布型光ファイバ温度センサの第２の実施例の構成を示す図である。
【図５】本発明による分布型光ファイバ温度センサの第３の実施例の構成を示す図である。
【図６】本発明による分布型光ファイバ温度センサの第４の実施例の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明による分布型光ファイバ温度センサは、図１に示したような構成を備え、以下のような特徴を有する。
【００１６】
図２は、本発明による分布型光ファイバ温度センサの、光増幅器モジュール２と基準温度部４の配置と熱の流れ１６を示す図である。基準温度部４の温度制御素子として、ペルチェモジュール（ペルチェ素子）１１を使用する。
【００１７】
ここで、ペルチェモジュールは、２種類の金属の接合部に電流を流したときに、一方の金属から他方の金属へ熱が移動するというペルチェ効果を利用した素子である。直流電流を流すと、一方の面が吸熱し、他方の面に発熱が起こる。電流の極性を逆転させると、この関係が反転する。ペルチェモジュールの能力は、両面の温度差によって決まる。例えば、吸熱側をより低い温度に設定するためには、発熱側の熱を放熱して温度が上がらないようにする必要がある。また、逆に発熱側をより高い温度にするためには、吸熱側の温度を下げすぎないようにする必要がある。
【００１８】
ペルチェモジュール１１は、吸熱面１５が金属板１２に接するように取付けられ、この吸熱面１５と反対側の面（放熱面）が基準温度部４に接するように取り付けられる。また、光増幅器モジュール２の発熱面１４が、この金属板１２に接するように配置される。
【００１９】
そして、基準温度部４の設定温度を、分布型光ファイバ温度センサ本体（筐体）の内部温度が一番高温になる条件、すなわちセンサの動作温度仕様の最大値（分布型光ファイバ温度センサ本体が使用される最高温度）で動作させたときのセンサ本体の内部温度よりも高温に設定する。その際、基準温度部４の周囲の温度の影響を受けない（及ぼさない）程度に、周囲の温度よりも高温に設定することが基準温度部４の温度を一定に制御し易いという観点から好ましい。
【００２０】
これにより、光増幅器モジュール２で発生した熱は、熱の流れ１６に示すように移動して、ペルチェモジュール１１に吸収されるため、光増幅器モジュール２のためのヒートシンクやファン等の放熱対策用部品が不要となり、光増幅器モジュール２と基準温度部４を収納する筐体（センサ本体）のコンパクト化及び軽量化を図ることができる。
【００２１】
また、上述のように基準温度部４の温度を設定したことにより、ペルチェモジュール１１は、分布型光ファイバ温度センサ本体の動作温度範囲内において、常に、基準温度部４との接触面と反対の面（吸熱面１５）から吸熱し、基準温度部４との接触面で発熱して、基準温度部４を温め温度を一定に制御することができる。
【００２２】
そこで、図２のように、ペルチェモジュール１１の吸熱面１５をアルミニウムや銅等の熱伝導性の良い金属板１２と接するように配置し、これと同じ金属板１２に光増幅器モジュール２の発熱面１４が接するように取り付ける。光増幅器モジュール２の熱は、金属板１２を拡散するが、ペルチェモジュール１１によって吸熱され、基準温度部４を温めるための熱源となる。この熱の流れ１６によって金属板１２は冷却されるので、光増幅器モジュール２も冷却されることになる。
【００２３】
なお、金属板１２を用いずに、ペルチェモジュール１１の吸熱面１５と光増幅器モジュール２の発熱面１４とを、直接接触させてもよい。この場合は、光増幅器モジュール２の熱は、直接ペルチェモジュール１１に吸熱され、基準温度部４を温めるための熱源となる。
【００２４】
本発明による分布型光ファイバ温度センサは、以上に述べた構成を備えるので、通常は単に放熱してしまうだけの光増幅器モジュール２から発生する熱を、ペルチェモジュール１１が吸収し、この吸熱された熱は基準温度部４を温めるための熱源として使用される。このため、ヒートシンクや冷却用のファンが無くても、光増幅器モジュール２は放熱することができ、また基準温度部４を温めるためのヒーター等を別途設けることなく、基準温度部４の温度を一定に制御することができる。従って、光増幅器モジュール２と基準温度部４を収納する筐体のコンパクト化及び軽量化を図ることができる。さらに、ペルチェモジュール１１が吸収した熱は、基準温度部４を温めるために使用されるので、ペルチェモジュール１１の効率が向上し、結果として低消費電力化を達成することができる。
【実施例１】
【００２５】
本発明による分布型光ファイバ温度センサの第１の実施例を、図３に示す。図３は、分布型光ファイバ温度センサのうち、光増幅器モジュール２、基準温度部４、及びペルチェモジュール１１のみを示している。本実施例の分布型光ファイバ温度センサは、図２に示した金属板１２を用いずに、ペルチェモジュール１１の吸熱面と光増幅器モジュール２の発熱面とを、直接接触させる構成を取っている。従って、光増幅器モジュール２の熱は、直接ペルチェモジュール１１に吸熱され、この吸熱された熱は基準温度部４を温めて温度を一定に制御するための熱源になる。
【００２６】
このような構成にすると、ペルチェモジュール１１で光増幅器モジュール２を冷却することができ、ヒートシンクや冷却用のファンや、基準温度部４を温めて温度を一定に制御するためのヒーターが不要となり、また、金属板１２が不要なので部品数を減らすことができるので、光増幅器モジュール２と基準温度部４を収納する筐体のコンパクト化、軽量化と低消費電力化を図ることもできる。
【実施例２】
【００２７】
本発明による分布型光ファイバ温度センサの第２の実施例を、図４に示す。図４は、分布型光ファイバ温度センサのうち、光増幅器モジュール２、基準温度部４、ペルチェモジュール１１、及び金属板１２のみを示している。
【００２８】
本実施例の分布型光ファイバ温度センサは、金属板１２上にペルチェモジュール１１を配置し、その上に基準温度部４を配置する。これまで説明したように、ペルチェモジュール１１は、吸熱面が金属板１２に接するようにする。さらに、金属板１２に光増幅器モジュール２を配置する。光増幅器モジュール２は、発熱面が金属板１２に接するようにする。
【００２９】
図４に示したセットを、このまま筐体内部に収納する。これらの周囲には、適宜、断熱材を配置してもよい。前述したように、この構成によって、光増幅器モジュール２の熱は、ペルチェモジュール１１が吸熱し、この吸熱された熱は基準温度部４を温めて温度を一定に制御するための熱源になる。これによって、光増幅器モジュール２を冷却することができ、ヒートシンクや冷却用のファンや、基準温度部４を温めて温度を一定に制御するためのヒーターが不要となる。
【００３０】
さらに、本実施例２では、金属板１２を備える構成であるので、金属板１２が放熱板の役割を果たし、基準温度部４のより精密な温度制御ができるという効果が得られる。
【実施例３】
【００３１】
本発明による分布型光ファイバ温度センサの第３の実施例を、図５に示す。図５は、分布型光ファイバ温度センサのうち、光増幅器モジュール２、基準温度部４、ペルチェモジュール１１、金属板１２、及び光源１のみを示している。
【００３２】
本実施例３では、実施例２と同様に、金属板１２上にペルチェモジュール１１を配置し、その上に基準温度部４を配置する。光増幅器モジュール２も金属板１２上に配置する。ただし、図５では、金属板１２の一方の面にペルチェモジュール１１を配置し、他方の面に光増幅器モジュール２を配置している。ペルチェモジュール１１の吸熱面と光増幅器モジュール２の発熱面は、金属板１２に接するようにする。
【００３３】
光源１は、光源１の内部にある発光素子が高温にならないように、放熱する機構が必要となる。
【００３４】
そこで、図５に示すように、基準温度部４と光増幅器モジュール２を配置した金属板１２上に、光源１を配置する。この際、光源１の発熱面は、金属板１２に接するようにする。図５では、光源１は、金属板１２のペルチェモジュール１１を配置した面上に、配置されている。金属板１２は、光源１の放熱機構の役割も兼ねている。
【００３５】
このような構成により、光源１の熱も基準温度部４を温めるために利用でき、かつ、光源１を冷却することができる。
【００３６】
発熱する光源１に対しては、通常は、専用の金属の放熱板が必要である。しかし、本実施例３によれば、金属板１２がこの放熱板の役割を果たすので、光源１に対して専用の放熱板は不要である。これにより、光源１の熱も基準温度部４に利用でき、さらに低消費電力化が可能となる。
【００３７】
なお、図５では、ペルチェモジュール１１と光源１を金属板１２の一方の面に配置し、光増幅器モジュール２を金属板１２の他方の面に配置しているが、ペルチェモジュール１１と光増幅器モジュール２と光源１は、金属板１２のどの面に配置してもよい。いずれの配置であっても、基準温度部４は、当然、ペルチェモジュール１１の発熱面と接し、増幅器モジュール２と光源１の各発熱面は金属板１２に接するように配置される。
【実施例４】
【００３８】
本発明による分布型光ファイバ温度センサの第４の実施例を、図６に示す。本実施例４での分布型光ファイバ温度センサは、実施例３の分布型光ファイバ温度センサの構成に、ヒートシンク１３を追加した構造である。図６は、分布型光ファイバ温度センサのうち、光増幅器モジュール２、基準温度部４、ペルチェモジュール１１、金属板１２、光源１、及びヒートシンク１３を示している。
【００３９】
本実施例４では、ペルチェモジュール１１とヒートシンク１３を金属板１２の一方の面に配置し、光増幅器モジュール２と光源１を金属板１２の他方の面に配置している。ペルチェモジュール１１の吸熱面と光増幅器モジュール２の発熱面は、金属板１２に接するようにする。基準温度部４は、ペルチェモジュール１１の発熱面と接するように配置される。光源１の発熱面は、金属板１２に接していても、接していなくてもよい。
【００４０】
ヒートシンク１３は、周囲温度の影響などによって、基準温度部４を温めるために必要な熱よりも多くの熱が光増幅器モジュール２や光源１から発生する場合に、金属板１２上に取り付けて、余分な熱を放出させるためのものである。ヒートシンク１３は、光増幅器モジュール２に通常取り付けるものよりも、小さくてよい。その理由は、基準温度部４のペルチェモジュール１１が、光増幅器モジュール２の熱を吸収しているためである。従って、ヒートシンク１３を設けることにより、光増幅器モジュール２と基準温度部４を収納する筐体のサイズは、実施例１〜３の場合に比べて少し大きくなるが、従来の筐体のサイズよりは、小さくすることができる。
【００４１】
基準温度部４が設定温度に達し、かつ光増幅器モジュール２の発熱がペルチェモジュール１１の吸熱よりも大きい場合には、金属板１２が必要以上に熱くなってしまい、基準温度部４を制御できなくなる可能性もある。本実施例４の分布型光ファイバ温度センサでは、ヒートシンク１３から熱を放出することで、この問題を防ぎ、より精密な温度制御が可能となる。
【００４２】
なお、図６では、ペルチェモジュール１１とヒートシンク１３を金属板１２の一方の面に配置し、光増幅器モジュール２と光源１を金属板１２の他方の面に配置しているが、ペルチェモジュール１１とヒートシンク１３と光増幅器モジュール２と光源１は、金属板１２のどの面に配置してもよい。いずれの配置であっても、基準温度部４は、当然、ペルチェモジュール１１の発熱面と接するように配置される。
【符号の説明】
【００４３】
１…光源、２…光増幅器モジュール、３…光フィルタ、４…基準温度部、５…基準温度部用温度計、６…温度測定用光ファイバ、７…受光器、８…アンプ、９…信号処理回路、１０…温度計算回路、１１…ペルチェモジュール、１２…金属板、１３…ヒートシンク、１４…光増幅器モジュールの発熱面、１５…ペルチェモジュールの吸熱面、１６…熱の流れ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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