(57)【要約】【課題】超電導磁石の内部温度について、ＦＢＧ方式の光ファイバ温度センサによる高い応答性の温度監視、及び散乱光を利用した分布型光ファイバ温度センサによる広範囲かつ正確な温度異常位置の検出の双方を用い、高い精度の内部温度測定を可能とする測定装置及び測定方法を提供する。【解決手段】超電導磁石Ａに複数のＦＢＧ測定点１１Ａが配置されたＦＢＧ方式の光ファイバ温度センサ１１と、該ＦＢＧ方式の光ファイバ温度センサ１１の近傍に配置された散乱光を利用した分布型光ファイバ温度センサ１２と、を具備し、ＦＢＧ方式の光ファイバ温度センサ１１がＦＢＧ測定点１１Ａにて温度異常を検出した場合に、分布型光ファイバ温度センサ１２を起動して測定範囲内に位置する超電導磁石Ａの温度監視を行うセンサ制御部Ｃと、を有する。【選択図】図２
2013205112.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導磁石に複数のＦＢＧ測定点が配置されたＦＢＧ方式の光ファイバ温度センサと、
該ＦＢＧ方式の光ファイバ温度センサの近傍に配置された、散乱光を利用した分布型光ファイバ温度センサと、を具備し、
前記ＦＢＧ方式の光ファイバ温度センサがＦＢＧ測定点にて温度異常を検出した場合に、前記分布型光ファイバ温度センサを起動して測定範囲内に位置する超電導磁石の温度監視を行うセンサ制御部と、を有することを特徴とする超電導磁石における内部温度の測定装置。
【請求項２】
前記ＦＢＧ方式の光ファイバ温度センサと、前記分布型光ファイバ温度センサとは、前記超電導磁石の長さ方向に沿い並列するように配置されることを特徴とする請求項１に記載の超電導磁石における内部温度の測定装置。
【請求項３】
前記センサ制御部は、前記ＦＢＧ方式の光ファイバ温度センサが特定のＦＢＧ測定点にて、予め定めた既定値を上回った温度を検出した場合に、前記分布型光ファイバ温度センサを起動して前記超電導磁石における異常箇所を特定することを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の超電導磁石における内部温度の測定装置。
【請求項４】
前記ＦＢＧ方式の光ファイバ温度センサと、前記分布型光ファイバ温度センサは、前記超電導磁石の内部に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の超電導磁石における内部温度の測定装置。
【請求項５】
超電導磁石に複数のＦＢＧ測定点が配置されたＦＢＧ方式の光ファイバ温度センサを配置するとともに、該ＦＢＧ方式の光ファイバ温度センサの近傍に散乱光を利用した分布型光ファイバ温度センサを配置し、
前記ＦＢＧ方式の光ファイバ温度センサがＦＢＧ測定点にて温度異常を検出した場合に、前記分布型光ファイバ温度センサを起動して測定範囲内に位置する超電導磁石の温度監視を行うことを特徴とする超電導磁石における内部温度の測定方法。
【請求項６】
前記ＦＢＧ方式の光ファイバ温度センサと、前記分布型光ファイバ温度センサとを、前記超電導磁石の長さ方向に沿い並列するように配置することを特徴とする請求項５に記載の超電導磁石における内部温度の測定方法。
【請求項７】
前記ＦＢＧ方式の光ファイバ温度センサが特定のＦＢＧ測定点にて、予め定めた既定値を上回った温度を検出した場合に、前記分布型光ファイバ温度センサを起動して前記超電導磁石における異常箇所を特定することを特徴とする請求項５又は６のいずれか１項に記載の超電導磁石における内部温度の測定方法。
【請求項８】
前記ＦＢＧ方式の光ファイバ温度センサと、前記分布型光ファイバ温度センサを、前記超電導磁石の内部に配置することを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の超電導磁石における内部温度の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部の温度異常を監視可能とする超電導磁石における内部温度の測定装置及び測定方法に係り、特に、浮上式鉄道や医療機器、電力貯蔵などに利用する超電導磁石で発生した温度異常を容易に監視できる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超電導磁石は、超電導コイルの異常な内部発熱、冷媒の循環不良や断熱不良などによる熱侵入増大があると、超電導コイルの局部または全体が臨界温度以上に上昇し、超電導コイルの一部が超電導状態から常電導状態に戻るクエンチ（Quench）が発生する。
そして、クエンチが発生すると、超電導磁石としての機能を失うだけでなく、クエンチ発生箇所やその周囲が焼損し修理が必要となるなどの悪影響がある。
【０００３】
このため、クエンチの予兆となる超電導磁石内部の温度上昇を事前に捉える必要があるが、温度を測定すべき箇所は超電導コイル、冷媒容器、冷媒配管、断熱材取付部など多岐にわたり、かつこれらを分布的に測定する必要がある。
【０００４】
超電導磁石の内部温度を測定する技術として、特許文献１に示される「内部の温度異常を監視可能とする超電導磁石装置」が知られている。
この特許文献１は、冷凍機による直接電導冷却により超電導状態を維持する超電導コイルを用いた超電導磁石装置において、直接冷却方式の超電導磁石装置内の荷重支持断熱材、パワーリード、輻射シールド、超電導コイルに、多点方式となるＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）方式の光ファイバ温度センサを敷設したものである。
そして、ＦＢＧ方式の光ファイバ温度センサを測定器に接続した状態で、超電導コイル、冷凍機コールドヘッドの温度異常及び断熱不良、輻射シールドやパワーリードなどの温度異常を、光ファイバ温度センサを介して検出し、これによって超電導コイルの冷却異常の兆候を監視する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０‐２３２６１３公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
光ファイバを用いて温度を測定する技術は、これまで様々な研究機関が開発を行っており、室温では実用に近いものもある。しかし、超電導磁石内部の温度監視は、極低温での温度測定であることと、どこでどのぐらいの速さで温度上昇するか予測できないため、分布的かつ応答性良く温度を測定する技術が必要である。
【０００７】
上述した特許文献１では、ＦＢＧ方式の光ファイバ温度センサにより異常が発生するであろう測定点での温度測定を行っているが、ここで測定できるのは限られた測定点のみであり、例えば、測定点の間で温度異常が発生した場合に、温度異常が発生した箇所を特定することが困難であり、温度異常に正確に対応することができないという問題があった。
【０００８】
そして、このような問題を解決するために、散乱光を利用した分布型光ファイバ温度センサが知られている。
散乱光を利用した分布型光ファイバ温度センサは、光ファイバ長手方向のどの位置における温度も分布的に測定することができるが、原理的に散乱光が微弱であるため、複数回測定して精度を高めている。このため、多くの測定時間が必要となり、応答性の点で問題があった。
【０００９】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、超電導磁石の内部温度について、ＦＢＧ方式の光ファイバ温度センサによる高い応答性の温度監視、及び散乱光を利用した分布型光ファイバ温度センサによる広範囲かつ正確な温度異常位置の検出の双方を実現することで、超電導磁石における内部温度測定を高い精度で行うことを可能とする測定装置及び測定方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の超電導磁石における内部温度の測定装置では、超電導磁石に複数のＦＢＧ測定点が配置されたＦＢＧ方式の光ファイバ温度センサと、該ＦＢＧ方式の光ファイバ温度センサの近傍に配置された、散乱光を利用した分布型光ファイバ温度センサと、を具備し、前記ＦＢＧ方式の光ファイバ温度センサがＦＢＧ測定点にて温度異常を検出した場合に、前記分布型光ファイバ温度センサを起動して測定範囲内に位置する超電導磁石の温度監視を行うセンサ制御部と、を有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の超電導磁石における内部温度の測定方法では、超電導磁石に複数のＦＢＧ測定点が配置されたＦＢＧ方式の光ファイバ温度センサを配置するとともに、該ＦＢＧ方式の光ファイバ温度センサの近傍に散乱光を利用した分布型光ファイバ温度センサを配置し、前記ＦＢＧ方式の光ファイバ温度センサがＦＢＧ測定点にて温度異常を検出した場合に、前記分布型光ファイバ温度センサを起動して測定範囲内に位置する超電導磁石の温度監視を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、超電導磁石にＦＢＧ測定点が配置されたＦＢＧ方式の光ファイバ温度センサを設け、該ＦＢＧ方式の光ファイバ温度センサの近傍に散乱光を利用した分布型光ファイバ温度センサを設けるようにした。
そして、ＦＢＧ方式の光ファイバ温度センサがＦＢＧ測定点にて予め定めた既定値を上回る等の温度異常を検出した場合に、分布型光ファイバ温度センサを起動して測定範囲内に位置する超電導磁石の温度監視を行うようにした。これによってＦＢＧ方式の光ファイバ温度センサにより高い応答性で温度異常を監視すると同時に、分布型光ファイバ温度センサにより広範囲の超電導磁石での温度測定を実行し、正確な温度異常位置の検出を行うことができる。その結果、高い精度で超電導磁石における内部温度異常を把握することが可能となり、損傷個所の修理を即座に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明が適用された超電導磁石装置１を示す斜視図である。
【図２】図１の超電導磁石装置１に設置された光ファイバ型の内部温度測定装置１０を示す斜視図である。
【図３】図２の光ファイバ型の内部温度測定装置１０のセンサ制御部Ｃにて実行される制御フローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の一実施形態として示された超電導磁石における内部温度の測定装置及び測定方法について図１〜図３を参照して説明する。
【００１５】
図１は超電導磁石装置１であって、ケーシング筐体となる外槽２上に、冷凍機３及び冷却用寒剤（ヘリウム・窒素など）が貯留された寒剤用タンク４が設置されたものであって、外槽２内に、輻射シールド５で覆われた状態で超電導磁石Ａが配置されている。
【００１６】
超電導磁石Ａは、図２に示すように全体としてリング状に形成されたものであって、このリング状体に沿うようにファイバ型の温度測定装置１０が配置されている。
この光ファイバ型の内部温度測定装置１０は、超電導磁石Ａに沿うように複数のＦＢＧ測定点（符号１１Ａで示す）が配置されたＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）方式の光ファイバ温度センサ１１と、該ＦＢＧ方式の光ファイバ温度センサ１１の近傍に配置された分布型光ファイバ温度センサ１２とを有し、これら光ファイバ温度センサ１１・１２は共にセンサ制御部Ｃに接続されている。
【００１７】
ＦＢＧ方式の光ファイバ温度センサ１１は、光ファイバのコアの屈折率に周期的な屈折率変化が形成されているファイバ型デバイスであって、複数のＦＢＧ測定点１１Ａでの温度測定を可能とする。そして、超電導磁石装置１が駆動している場合、光ファイバ温度センサ１１の各ＦＢＧ測定点１１Ａにおいて測定された超電導磁石Ａの温度検出値は、センサ制御部Ｃに取り込まれる。
また、分布型光ファイバ温度センサ１２は、レーザパルス光によりファイバ光路に発生する散乱光の温度依存性を利用したファイバ型デバイスであって、ＦＢＧ方式の光ファイバ温度センサ１１と同じ超電導磁石Ａ上の設置経路に並列するように配置されている。
ＦＢＧ方式の光ファイバ温度センサ１１は、超電導磁石Ａに沿う複数のＦＢＧ測定点１１Ａの各所にて温度測定を可能とするのに対して、分布型光ファイバ温度センサ１２は、その設置経路の全範囲に亙っての温度測定を可能とする。そして、この分布型光ファイバ温度センサ１２において測定された超電導磁石Ａの温度検出値は、センサ制御部Ｃに取り込まれる。
【００１８】
次に、図３を参照して、センサ制御部Ｃの制御フローについてステップ（ＳＰ）毎に説明する。
《ステップ１》
超電導磁石装置１が駆動されている間、ＦＢＧ方式の光ファイバ温度センサ１１で測定された温度を継続的に取り込む。ここでの温度測定は、超電導磁石Ａに沿う複数のＦＢＧ測定点１１Ａの各所にて行う。
【００１９】
《ステップ２》
ＦＢＧ方式の光ファイバ温度センサ１１で測定されたＦＢＧ測定点１１Ａの特定箇所の温度値が既定値以上に上昇したか否かを判定し、ＹＥＳの場合に次のステップ３に進む。このステップ２では、ＦＢＧ方式の光ファイバ温度センサ１１で測定されたＦＢＧ測定点１１Ａの特定箇所の温度値が、予め定めたしきい値以上に上昇したか否かにより異常を判定しても良く、また、一定時間内で既定幅以上、上昇したか否かにより異常を判定しても良く、その設定は適宜行われる。
【００２０】
《ステップ３》
分布型光ファイバ温度センサ１２を起動して、該分布型光ファイバ温度センサ１２の設置経路の全範囲に亙って超電導磁石Ａの温度測定を行う。
【００２１】
《ステップ４》
分布型光ファイバ温度センサ１２で検出された温度値を取り込み、超電導磁石Ａのどの箇所で温度上昇が発生したかを特定する。そして、以上のステップを実行することで、ＦＢＧ方式の光ファイバ温度センサ１１により高い応答性で温度異常を監視すると同時に、分布型光ファイバ温度センサ１２により広範囲の超電導磁石Ａでの温度測定を実行し、正確な温度異常位置の検出を行うことが可能となる。
【００２２】
以上詳細に説明したように本実施形態に示す超電導磁石における内部温度の測定装置及び測定方法では、超電導磁石ＡにＦＢＧ測定点１１Ａが複数配置されたＦＢＧ方式の光ファイバ温度センサ１１を設け、該ＦＢＧ方式の光ファイバ温度センサ１１の近傍に散乱光を利用した分布型光ファイバ温度センサ１２を設けるようにした。
そして、センサ制御部Ｃにて、ＦＢＧ方式の光ファイバ温度センサ１１がＦＢＧ測定点１１Ａにて予め定めた既定値を上回る等の温度異常を検出した場合に、分布型光ファイバ温度センサ１２を起動して測定範囲内に位置する超電導磁石Ａの温度監視を行うようにした。これによってＦＢＧ方式の光ファイバ温度センサ１１により高い応答性で温度異常を監視すると同時に、分布型光ファイバ温度センサ１２により広範囲の超電導磁石Ａでの温度測定を実行し、正確な温度異常位置の検出を行うことができる。その結果、高い精度で超電導磁石Ａにおける内部温度異常を把握することが可能となり、損傷個所の修理を即座に行うことが可能となる。
【００２３】
なお、上記実施形態では、ＦＢＧ方式の光ファイバ温度センサ１１と、分布型光ファイバ温度センサ１２とは、超電導磁石Ａの長さ方向に沿い並列するように配置したが、ＦＢＧ方式の光ファイバ温度センサ１１と、分布型光ファイバ温度センサ１２とは若干異なる経路で配置しても良い。例えば、ＦＢＧ方式の光ファイバ温度センサ１１のＦＢＧ測定点１１Ａは、リング状の超電導磁石Ａの長さ方向に沿うように配置し、また、分布型光ファイバ温度センサ１２は、超電導磁石Ａを螺旋状に巻き付けかつ光ファイバ温度センサ１１を横断するように配置しても良く、互いのセンサ１１・１２が近傍位置に配置されているのであれば、その設置箇所は限定されない。
【００２４】
また、ＦＢＧ方式の光ファイバ温度センサ１１と、分布型光ファイバ温度センサ１２の設置箇所は、超電導磁石Ａに埋め込んでも良く、超電導磁石Ａの表面であっても良い
【００２５】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明は、内部の温度異常を監視可能とする超電導磁石における内部温度の測定装置及び測定方法に係り、特に、浮上式鉄道や医療機器、電力貯蔵などに利用する超電導磁石で発生した温度異常を容易に監視できる技術に関する。
【符号の説明】
【００２７】
１０  光ファイバ型の内部温度測定装置
１１  ＦＢＧ方式の光ファイバ温度センサ
１１Ａ  ＦＢＧ測定点
１２  分布型光ファイバ温度センサ
Ａ  超電導磁石
【図１】
2013205112.tif 000003
【図２】
2013205112.tif 000004
【図３】
2013205112.tif 000005