(57)【要約】      （修正有）【課題】測定対象物の大きさに制限がある場合であっても、測定対象物の所定箇所の温度を容易に測定可能な技術を提供する。【解決手段】光ファイバ温度測定装置からパルス光が入射されることで内部で生じたラマン散乱光を光ファイバ温度測定装置へ伝搬させる光ファイバの所定部位を巻き回すことで形成される巻回体３と、巻回体３を収容する筐体４と、を備え、光ファイバの両端末部にはそれぞれ光コネクタ６が設けられており、測定対象物及び測定対象物に沿って予め敷設されている光ファイバのそれぞれに対して着脱可能に構成されている。【選択図】図１
2016183881.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ温度測定装置からパルス光が入射されることで内部で生じたラマン散乱光を前記光ファイバ温度測定装置へ伝搬させる光ファイバの所定部位を巻き回すことで形成される巻回体と、
前記巻回体を収容する筐体と、を備え、
前記光ファイバの両端末部にはそれぞれ光コネクタが設けられており、
測定対象物及び前記測定対象物に沿って予め敷設されている光ファイバのそれぞれに対して着脱可能に構成されている
光ファイバセンサ装置。
【請求項２】
前記筐体には磁石が設けられている
請求項１に記載の光ファイバセンサ装置。
【請求項３】
前記筐体は、前記測定対象物を構成する金属と同じ金属で形成されている
請求項１又は２に記載の光ファイバセンサ装置。
【請求項４】
前記筐体内には、前記筐体内での前記巻回体の振動を抑制する材料が充填されている
請求項１ないし３のいずれかに記載の光ファイバセンサ装置。
【請求項５】
前記測定対象物はベルトコンベアである
請求項１ないし４のいずれかに記載の光ファイバセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバセンサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、光ファイバ温度測定装置に接続され、光ファイバ温度測定装置からパルス光が入射されることで内部で生じたラマン散乱光を光ファイバ温度測定装置へ伝搬する光ファイバを備える光ファイバセンサ装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。このような光ファイバセンサ装置が例えばベルトコンベア等の長尺状の測定対象物の温度（温度分布）の検出に用いられる場合、長尺の光ファイバが測定対象物に沿って敷設されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１６７３９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の光ファイバセンサ装置では、測定対象物の所定箇所（温度測定スポット）の温度を測定する際、上述の光ファイバの所定部位を巻き回して（束取りを行って）形成した巻回体を上述の所定箇所に配置している。しかしながら、上述の光ファイバは、一般的に光ファイバ心線を有するコアの周囲をシースで被覆して形成されているため、上述の巻回体の大きさ（直径）が大きくなる。このため、例えば測定対象物の所定箇所における光ファイバ（巻回体）の設置箇所が狭い等、測定対象物の大きさに制限がある場合、測定対象物の所定箇所に巻回体を設置することができず、測定対象物の所定箇所の温度測定を行うことが難しいことがある。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決し、測定対象物の大きさに制限がある場合であっても、測定対象物の所定箇所の温度を容易に測定可能な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、
光ファイバ温度測定装置からパルス光が入射されることで内部で生じたラマン散乱光を前記光ファイバ温度測定装置へ伝搬させる光ファイバの所定部位を巻き回すことで形成される巻回体と、
前記巻回体を収容する筐体と、を備え、
前記光ファイバの両端末部にはそれぞれ光コネクタが設けられており、
測定対象物及び前記測定対象物に沿って予め敷設されている光ファイバのそれぞれに対して着脱可能に構成されている光ファイバセンサ装置が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、測定対象物の大きさに制限がある場合であっても、測定対象物の所定箇所の温度を容易に測定することがができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態にかかる光ファイバセンサ装置の概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる光ファイバセンサ装置に光ファイバ温度測定装置が接続されている様子を示す概略図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる光ファイバセンサ装置に接続される光ファイバ温度測定装置が備える制御部の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜本発明の一実施形態＞
（１）光ファイバセンサ装置の構成
以下に、本発明の一実施形態にかかる光ファイバセンサ装置１について、図１〜図３を参照しながら説明する。
【００１０】
図１に示すように、光ファイバセンサ装置１は、後述の光ファイバ温度測定装置１０からパルス光が入射されることで内部で生じたラマン散乱光を光ファイバ温度測定装置１０へ伝搬させる光ファイバ２を備えている。光ファイバ２として、後述の巻回体３の小型化を図り、さらには光ファイバセンサ装置１の小型化を図る観点から、例えば光ファイバ心線を用いることが好ましい。
【００１１】
光ファイバ２は、光ファイバ２の所定部位を巻き回すことで形成される巻回体３を有している。巻回体３は、筐体４内に収容されている。例えば、巻回体３は筐体４内に設けられた巻芯に光ファイバ２を巻き回すことで形成されている。
【００１２】
筐体４は、光ファイバセンサ装置１を用いて温度を測定する測定対象物に取付けられた（設置された）際に、異種金属同士が接触することによる腐食の発生を抑制する観点から、測定対象物を構成する金属と同じ金属で形成されていることが好ましい。筐体４は、耐食性の観点からは、例えばステンレス（ＳＵＳ）で形成されていることがより好ましい。また、筐体４は、温度レスポンス特性の低下を抑制する観点からは、例えばアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）等の熱伝導率の高い材料で形成されていることがより好ましい。なお、温度レスポンス特性が高いとは、測定対象物からの熱を光ファイバ２に素早く伝えることができることを意味する。
【００１３】
筐体４（例えば筐体４の内部）には、測定対象物に対して筐体４（光ファイバセンサ装置１）の取付けを容易に行う観点から、磁石５が設けられていることが好ましい。
【００１４】
筐体４内には、筐体４内での巻回体３（光ファイバ２）の振動を抑制する材料が充填されていることが好ましい。このような材料として、硬化した後にある程度の弾性を有し、巻回体３を固定することができる樹脂が用いられることが好ましく、温度レスポンス特性の低下を抑制する観点から、例えばシリコン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレン等の空気よりも熱伝導率が高い樹脂が用いられることがより好ましい。
【００１５】
光ファイバ２の両端末部（両端部）にはそれぞれ、例えば測定対象物に沿って予め（既に）敷設された光ファイバＦＢに対して着脱可能なように、光コネクタ６が設けられている。
【００１６】
図２に示すように、上述の光ファイバセンサ装置１は、例えば測定対象物に沿って予め敷設され、測定対象物の温度（温度分布）を測定する光ファイバＦＢに接続されて用いられる。光ファイバＦＢの一端には、光ファイバ温度測定装置１０が接続されている。つまり、光ファイバセンサ装置１は、光ファイバＦＢを介して光ファイバ温度測定装置１０に接続されている。光ファイバＦＢは、光ファイバ心線を有するコアの周囲をシースで被覆して形成されている。光ファイバＦＢとしては、例えば少なくともコアに石英（ＳｉＯ２）が用いられたグレーデッドインデックス（ＧＩ）型のマルチモード光ファイバを用いることができる。
【００１７】
光ファイバ温度測定装置１０は、光ファイバＦＢを介して光ファイバ２内にパルス光を照射する光源１１を備えている。光源１１としては、例えば所定のパルス幅のレーザ光を出射する半導体レーザを用いることができる。
【００１８】
光源１１と光ファイバ２（光ファイバＦＢ）との間には、光ファイバ２内で生じたラマン散乱光を受光する分光器１２が設けられている。分光器１２は、光源１１から照射されたパルス光が光ファイバ２内に入射されて散乱することで生じた散乱光のうち、光ファイバＦＢを介して分光器１２まで戻ってきたラマン散乱光（後方ラマン散乱光）を受光するように構成されている。また、分光器１２は、受光したラマン散乱光を、光源１１から照射されたパルス光（入射光）の波長よりも長波長側にシフトし、温度依存性が低いストークス光と、入射光の波長よりも短波長側にシフトし、温度依存性が高い反ストークス光（アンチストークス光）と、に分光するように構成されている。分光器１２としては、例えば光学フィルタ、光カプラ（光スプリッタ）を用いることができる。
【００１９】
分光器１２には、分光器１２からストークス光を受光し、受光したストークス光の強度Ａを算出する第１の受光素子１３と、分光器１２から反ストークス光を受光し、受光した反ストークス光の強度Ｂを算出する第２の受光素子１４と、が接続されている。第１の受光素子１３、第２の受光素子１４としては、例えばフォトダイオード（フォトディテクタ）を用いることができる。
【００２０】
第１の受光素子１３、第２の受光素子１４はそれぞれ、後述のコントローラ２０（制御部）に電気的に接続されている。第１の受光素子１３は、ストークス光の強度Ａの情報及びこのストークス光を受光した時間の情報をコントローラ２０に送信可能に構成されている。第２の受光素子１４は、反ストークス光の強度Ｂの情報及びこの反ストークス光を受光した時間の情報をコントローラ２０に送信可能に構成されている。
【００２１】
主に、分光器１２、第１の受光素子１３、第２の受光素子１４により受光系が構成される。
【００２２】
なお、第１の受光素子１３がストークス光を受光した時間（第２の受光素子１４が反ストークス光を受光した時間）、つまり光源１１からパルス光が照射されてから受光系がラマン散乱光を受光した時間は、ラマン散乱光を生じさせた光ファイバ２の部位から受光系（例えば分光器１２）までの距離に依存する。
【００２３】
光ファイバ温度測定装置１０には、制御手段としての制御部（コントローラ）２０が電気的に接続されている。例えば図３に示すように、コントローラ２０は、中央処理装置（ＣＰＵ）２１と、内部にメモリ領域を有するメモリ（ＲＡＭ）２２と、記憶手段としての記憶装置２３と、を備えたコンピュータとして構成されている。記憶装置２３は、例えばＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）で構成されている。ＲＡＭ２２、記憶装置２３はそれぞれ、例えば内部バス２４を介してＣＰＵ２１とデータ交換可能なように構成されている。コントローラ２０には、キーボード、マウス等の入出力手段２５や、ディスプレイ装置等の表示手段２６等が接続されていてもよい。
【００２４】
記憶装置２３内には、光源１１、受光系等の光ファイバ温度測定装置１０を構成する各部の動作を制御するプログラムや、後述の光ファイバ２の温度情報を算出する処理等を実現させるプログラム等が読み出し可能に格納されている。
【００２５】
コントローラ２０は、記憶装置２３内に保管されている所定のプログラムを読み出して実行することで、光ファイバ２の所定部位の温度情報を算出する処理を行うように構成されている。つまり、コントローラ２０は、受光系が光ファイバ２からラマン散乱光を受光した時間、および受光系が光ファイバ２から受光したラマン散乱光に含まれるストークス光の強度Ａに対するこのラマン散乱光に含まれる反ストークス光の強度Ｂの比率Ｂ／Ａから、光ファイバ２の所定部位の温度情報を算出する処理を行うように構成されている。上述の比率Ｂ／Ａは、ラマン散乱光を生じさせた光ファイバ２の部位の温度に依存する。
【００２６】
上述の光ファイバセンサ装置１を用いた測定対象物の所定箇所（温度測定スポット）の温度測定方法は、以下のように実施される。なお、以下の説明において、光ファイバ温度測定装置１０を構成する各部の動作はコントローラ２０により制御される。
【００２７】
測定対象物の所定の温度測定スポットに設置された光ファイバセンサ装置１が備える光ファイバ２内へ、光ファイバ温度測定装置１０が備える光源１１から、光ファイバＦＢを介してパルス光を照射する。光ファイバ２内にパルス光が入射して散乱することで、光ファイバ２内で散乱光が生じる。この散乱光のうち、光ファイバＦＢを介して受光系（例えば分光器１２）まで戻ってきたラマン散乱光を、分光器１２により受光してラマン散乱光をストークス光と反ストークス光とに分光する。分光器１２に接続された第１の受光素子１３によりストークス光を受光し、分光器１２に接続された第２の受光素子１４により反ストークス光を受光する。第１の受光素子１３によりストークス光の強度Ａを算出し、第２の受光素子１４により反ストークス光の強度Ｂを算出する。そして、第１の受光素子１３からストークス光の強度Ａの情報及び第１の受光素子１３がこのストークス光を受光した時間の情報を、第２の受光素子１４から反ストークス光の強度Ｂの情報及び第２の受光素子１４がこの反ストークス光を受光した時間の情報を、コントローラ２０に送信する。
【００２８】
コントローラ２０が、受光系（例えば第１の受光素子１３及び第２の受光素子１４）から所定の情報を受信すると、コントローラ２０は、記憶装置２３内に保管されている所定のプログラムを読み出して実行し、光ファイバ２の所定部位における温度情報を算出する処理を行う。ここでの所定の情報とは、第１の受光素子１３から受信したストークス光の強度Ａの情報及びこのストークス光を受光した時間の情報、第２の受光素子１４から受信した反ストークス光の強度Ｂの情報及びこの反ストークス光を受光した時間の情報である。具体的には、コントローラ２０は、光源１１からパルス光が照射されてから受光系がラマン散乱光を受光した時間の情報から、ラマン散乱光を生じさせた光ファイバ２の所定部位を算出（特定）するとともに、受光系が光ファイバ２から受光したラマン散乱光に含まれるストークス光の強度Ａに対するこのラマン散乱光に含まれる反ストークス光の強度Ｂの比率Ｂ／Ａから、光ファイバ２の所定部位における温度情報を算出する処理を行う。そして、算出した光ファイバ２の所定部位における温度情報から、測定対象物の所定の温度測定スポットの温度を算出する。
【００２９】
（２）本実施形態にかかる効果
本実施形態によれば、以下に示す１つまたは複数の効果を奏する。
【００３０】
（ａ）光ファイバ２の所定部位を巻き回すことで形成される巻回体３を筐体４内に収容するとともに、光ファイバ２の両端末部にそれぞれ光コネクタ６を設けることで、測定対象物の大きさに制限がある場合であっても、測定対象物の所定箇所に光ファイバセンサ装置１を容易に取付けることができる。
【００３１】
例えば光ファイバ２として光ファイバ心線を用いることで、巻回体３の大きさを、例えば光ファイバＦＢを巻き回して形成した従来の巻回体の大きさよりも小さくすることができる。これにより、光ファイバセンサ装置１の小型化を図ることができる。従って、測定対象物の大きさに制限がある場合、例えば測定対象物における温度測定を行いたい箇所（温度測定スポット）が小さい場合や、測定対象物の温度測定スポットにおける光ファイバセンサ装置１の設置空間が狭い場合であっても、測定対象物の所定の温度測定スポットに光ファイバセンサ装置１を容易に取付けることができる。その結果、測定対象物の所定箇所（所定の温度測定スポット）の温度を容易にかつ確実に測定することができる。
【００３２】
つまり、測定対象物に対する光ファイバセンサ装置１への取付け条件が厳しい場合であっても、測定対象物の温度（温度分布）の測定に用いられる光ファイバＦＢの配置を変更したり、測定対象物や測定対象物における温度測定スポットの大きさに影響されたりすることなく、測定対象物の所定箇所の温度の測定を行うことができる。
【００３３】
（ｂ）筐体４に磁石５を設けることで、測定対象物に対して筐体４（光ファイバセンサ装置１）の取付けを容易に行うことができる。
【００３４】
（ｃ）筐体４を測定対象物を構成する金属と同じ金属で形成することで、異種金属の接触による腐食の発生を抑制することができる。
【００３５】
（ｄ）筐体４内に巻回体３の振動を抑制する材料を充填することで、光ファイバ２が損傷することを抑制することができる。例えば、筐体４内で巻回体３が振動することで、巻回体３を形成する光ファイバ２同士が擦れ合って損傷することを抑制することができる。また例えば、筐体４内で巻回体３が振動することで、光ファイバ２と筐体４とが擦れ合い、光ファイバ２が破断することを抑制することができる。
【００３６】
（ｅ）上述の光ファイバセンサ装置１は、例えばベルトコンベア（具体的にはベルトコンベアの軸受け）に取付けられる場合に有効である。つまり、光ファイバセンサ装置１によれば、測定対象物であるベルトコンベアの軸受けやプーリーなどの温度測定スポットの温度を容易に測定することができる。また、光ファイバセンサ装置１は、例えばベルトコンベア等の振動する装置に取付けられ、ベルトコンベアが振動することで筐体４が振動した場合であっても、筐体４内の巻回体３が振動することを抑制でき、その結果、光ファイバ２が損傷することを抑制することができる。
【００３７】
（ｆ）光ファイバセンサ装置１は、例えば屋外に設置された測定対象物に取付けられる場合、つまり屋外に設置された測定対象物に敷設された光ファイバＦＢに接続される場合にも、好適に用いることができる。
【００３８】
＜本発明の他の実施形態＞
本発明の技術的範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の構成要件やその組み合わせによって得られる特定の効果を導き出せる範囲において、種々の変更や改良を加えた形態も含む。
【００３９】
上述の実施形態では、筐体４内に空気よりも熱伝導率が高い樹脂が充填される場合について説明したが、これに限定されない。例えば、筐体４内には、シリコンオイル等の耐熱性、耐候性、不燃性に優れた液体が充填されていてもよい。これによっても、上述の効果を得ることができる。
【００４０】
上述の実施形態では、筐体４内に設けられた巻芯が光ファイバ２を円状に巻き回すように構成されている場合について説明したが、これに限定されない。例えば、筐体４内に設けられた巻芯は光ファイバ２を８の字状に巻き回すように構成されていてもよい。これにより、光ファイバ２を巻芯に巻き回す際に、光ファイバ２が捻じれることを抑制することができる。
【００４１】
上述の実施形態では、測定対象物に沿って予め敷設された光ファイバＦＢに１つの光ファイバセンサ装置１が接続されている場合、つまり温度測定スポットが１箇所である場合について説明したが、これに限定されない。つまり、光ファイバＦＢに複数の光ファイバセンサ装置１を接続してもよく、これにより、測定対象物の複数の箇所の温度を測定することができる。
【００４２】
上述の実施形態では、光ファイバセンサ装置１が、光ファイバＦＢを介して光ファイバ温度測定装置１０に接続される場合について説明したが、これに限定されない。例えば、光ファイバセンサ装置１が備える光ファイバ２に、光ファイバＦＢを介すことなく、光ファイバ温度測定装置１０が直接接続されていてもよい。
【００４３】
上述の実施形態では、光ファイバ２として、ＧＩ型のマルチモード光ファイバを用いたが、これに限定されない。光ファイバ２として、例えばシングルモードの光ファイバを用いてもよい。
【００４４】
＜本発明の好ましい態様＞
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
【００４５】
［付記１］
本発明の一態様によれば、
光ファイバ温度測定装置からパルス光が入射されることで内部で生じたラマン散乱光を前記光ファイバ温度測定装置へ伝搬させる光ファイバの所定部位を巻き回すことで形成される巻回体と、
前記巻回体を収容する筐体と、を備え、
前記光ファイバの両端末部にはそれぞれ光コネクタが設けられており、
測定対象物及び前記測定対象物に沿って予め敷設されている光ファイバのそれぞれに対して着脱可能に構成されている光ファイバセンサ装置が提供される。
【００４６】
［付記２］
付記１の光ファイバセンサ装置であって、好ましくは、
前記光ファイバは光ファイバ心線である。
【００４７】
［付記３］
付記１又は２の光ファイバセンサ装置であって、好ましくは、
前記筐体には磁石が設けられている。
【００４８】
［付記４］
付記１ないし３のいずれかの光ファイバセンサ装置であって、好ましくは、
前記筐体は、前記測定対象物を構成する金属と同じ金属で形成されている。
【００４９】
［付記５］
付記１ないし４のいずれかの光ファイバセンサ装置であって、好ましくは、
前記筐体内には、前記筐体内での前記巻回体の振動を抑制する材料が充填されている。
【００５０】
［付記６］
付記１ないし５のいずれかの光ファイバセンサ装置であって、好ましくは、
前記測定対象物はベルトコンベア（ベルトコンベアの軸受け）である。
【符号の説明】
【００５１】
１      光ファイバセンサ装置
２      光ファイバ
３      巻回体
４      筐体
６      光コネクタ
１０    光ファイバ温度測定装置
【図１】
2016183881.tif 000003
【図２】
2016183881.tif 000004
【図３】
2016183881.tif 000005