特許 6284026 分布型温度測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6284026

(24)【登録日】2018年2月9日

(45)【発行日】2018年2月28日

(54)【発明の名称】分布型温度測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01K 11/32 20060101AFI20180215BHJP

【ＦＩ】

   G01K11/32 B

【請求項の数】4

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2014-107184(P2014-107184)

(22)【出願日】2014年5月23日

(65)【公開番号】特開2015-222225(P2015-222225A)

(43)【公開日】2015年12月10日

【審査請求日】2017年4月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006507

【氏名又は名称】横河電機株式会社

(72)【発明者】

【氏名】大石 和司

(72)【発明者】

【氏名】志田 秀夫

【審査官】 平野 真樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−０９２３８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／０６４７７１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平１１−１８３２９０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｋ １１／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光ファイバをセンサとして用い、後方ラマン散乱光のアンチストークス光の強度とストースク光の強度の強度比から前記光ファイバに沿った温度分布を算出する分布型温度測定装置において、
折り返し地点を中心として往復するように配置された光ファイバと、
前記光ファイバからの一端側からの測定により前記光ファイバに沿った前記強度比を算出する第１の算出手段と、
前記光ファイバからの他端側からの測定により前記光ファイバに沿った前記強度比を算出する第２の算出手段と、
前記第１の算出手段および前記第２の算出手段により得た算出結果の双方に基づいて双方向測定方式を用いて前記光ファイバに沿った第１の温度分布情報を出力する第１の出力手段と、
前記第１の算出手段または前記第２の算出手段により得た算出結果の一方に基づいて片方向測定方式を用いて前記光ファイバに沿った第２の温度分布情報を出力する第２の出力手段と、
前記光ファイバに沿った温度が急激に変化する温度変化点を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段により抽出された温度変化点以外の地点については前記第１の出力手段により出力された前記第１の温度分布情報のみを用いるとともに、前記温度変化点については前記第２の出力手段により出力された前記第２の温度分布情報を用いることにより、温度分布を合成する合成手段と、
を備えることを特徴とする分布型温度測定装置。

【請求項2】

前記合成手段は、前記温度変化点について、第２の出力手段から出力された前記第２の温度分布情報の空間分解能が維持される形態で温度分布を合成することを特徴とする請求項１に記載の分布型温度測定装置。

【請求項3】

前記合成手段は、前記温度変化点について、第２の出力手段から出力された前記第２の温度分布情報から、互いに異なる測定位置間のアンチストークス光の強度とストースク光の強度の変化幅比を算出し、この変化幅比を用いて前記温度変化点についての温度分布を得ることを特徴とする請求項１または２に記載の分布型温度測定装置。

【請求項4】

光ファイバをセンサとして用い、後方ラマン散乱光のアンチストークス光の強度とストースク光の強度の強度比から前記光ファイバに沿った温度分布を算出する分布型温度測定方法において、
折り返し地点を中心として往復するように配置された光ファイバを用い、
前記光ファイバからの一端側からの測定により前記光ファイバに沿った前記強度比を算出する第１の算出ステップと、
前記光ファイバからの他端側からの測定により前記光ファイバに沿った前記強度比を算出する第２の算出ステップと、
前記第１の算出ステップおよび前記第２の算出ステップにより得た算出結果の双方に基づいて双方向測定方式を用いて前記光ファイバに沿った第１の温度分布情報を出力する第１の出力ステップと、
前記第１の算出ステップまたは前記第２の算出ステップにより得た算出結果の一方に基づいて片方向測定方式を用いて前記光ファイバに沿った第２の温度分布情報を出力する第２の出力ステップと、
前記光ファイバに沿った温度が急激に変化する温度変化点を抽出する抽出ステップと、
前記抽出ステップにより抽出された温度変化点以外の地点については前記第１の出力ステップにより出力された前記第１の温度分布情報のみを用いるとともに、前記温度変化点については前記第２の出力ステップにより出力された前記第２の温度分布情報を用いることにより、温度分布を合成する合成ステップと、
を備えることを特徴とする分布型温度測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光ファイバをセンサとして用い、後方ラマン散乱光のアンチストークス光の強度とストースク光の強度の強度比から前記光ファイバに沿った温度分布を算出する分布型温度測定装置等に関する。

【背景技術】

【0002】

光ファイバをセンサとして用いた温度測定装置の一種に、光ファイバに沿った温度分布を測定するように構成された分布型温度測定装置（例えば、特開２０１２−２７００１号公報に開示された装置）がある。この技術は光ファイバ内で発生する後方散乱光を利用している。

【0003】

後方散乱光には、レイリー散乱光、ブリルアン散乱光、ラマン散乱光などがあるが、温度測定には温度依存性の高い後方ラマン散乱光が利用され、この後方ラマン散乱光を波長分波して測定を行う。後方ラマン散乱光には、入射光の波長に対して短い波長側に発生するアンチストークス光ＡＳと、長い波長側に発生するストークス光ＳＴがある。

【0004】

光ファイバを用いた分布型温度測定装置は、これらアンチストークス光の強度Ｉasとストースク光の強度Ｉstとを測定してその強度比から温度を算出し、光ファイバに沿った温度分布を表示するものであり、プラント設備の温度管理、防災関連の調査・研究、発電所や大型建設物の空調関連などの分野で利用されている。

【0005】

このような後方ラマン散乱光を利用した分布型温度測定装置は、光パルスを光ファイバの片側からのみ入射する片方向測定方式と、光パルスを光ファイバの両側から入射する双方向測定方式とに大別される。

【0006】

片方向測定方式の場合、ストークス光とアンチストークス光の波長差による光ファイバの伝送損失差の影響で、実際には同一温度であっても測定位置により温度測定値が一定ではなくなる。これに対し、特開２０１３−９２３８８号公報等に開示された双方向測定方式では、ストークス光とアンチストークス光ともに双方向から測定した結果を合成することにより、光ファイバの伝送損失差が自動的に相殺され、測定位置に基づく誤差が大幅に抑制される。

【0007】

このような利点から、石油プラント等における温度測定では、双方向測定方式を用いた温度測定が主流となっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２０１２−２７００１号公報

【特許文献2】特開２０１３−９２３８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかし、双方向測定方式を用いた場合に、光ファイバ伝送中の分散による空間分解能の劣化を回避できないという問題がある。分散には主として波長分散とモード分散がある。光ファイバを用いた分布型温度測定装置では、光通信で使用されるシングルモードファイバではなく、ラマン散乱光の発生効率のよいマルチモードファイバが使われることが多い。このマルチモードファイバを用いる場合、片方向測定方式および双方向測定方式によらず、主にモード分散の影響による光パルスの劣化が問題となる。この分散の影響は、ファイバ長が増すにつれて顕著となり、分布型温度測定装置の性能の一つを示す空間分解能を悪化させる要因となる。

【0010】

本発明の目的は、空間分解能の優れた分布型温度測定装置等を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の分布型温度測定装置は、光ファイバをセンサとして用い、後方ラマン散乱光のアンチストークス光の強度とストースク光の強度の強度比から前記光ファイバに沿った温度分布を算出する分布型温度測定装置において、折り返し地点を中心として往復するように配置された光ファイバと、前記光ファイバからの一端側からの測定により前記光ファイバに沿った前記強度比を算出する第１の算出手段と、前記光ファイバからの他端側からの測定により前記光ファイバに沿った前記強度比を算出する第２の算出手段と、前記第１の算出手段および前記第２の算出手段により得た算出結果の双方に基づいて双方向測定方式を用いて前記光ファイバに沿った第１の温度分布情報を出力する第１の出力手段と、前記第１の算出手段または前記第２の算出手段により得た算出結果の一方に基づいて片方向測定方式を用いて前記光ファイバに沿った第２の温度分布情報を出力する第２の出力手段と、前記光ファイバに沿った温度が急激に変化する温度変化点を抽出する抽出手段と、前記抽出手段により抽出された温度変化点以外の地点については前記第１の出力手段により出力された前記第１の温度分布情報のみを用いるとともに、前記温度変化点については前記第２の出力手段により出力された前記第２の温度分布情報を用いることにより、温度分布を合成する合成手段と、を備えることを特徴とする。
この分布型温度測定装置によれば、温度変化点以外の地点については第１の温度分布情報のみを用いるとともに、前記温度変化点については第２の温度分布情報を用いることにより、温度分布を合成するので、温度変化点における空間分解能を向上させつつ、双方向測定方式の利点であるファイバ損失差相殺効果を維持することができる。

【0012】

前記合成手段は、前記温度変化点について、第２の出力手段から出力された前記第２の温度分布情報の空間分解能が維持される形態で温度分布を合成してもよい。

【0013】

前記合成手段は、前記温度変化点について、第２の出力手段から出力された前記第２の温度分布情報から、互いに異なる測定位置間のアンチストークス光の強度とストースク光の強度の変化幅比を算出し、この変化幅比を用いて前記温度変化点についての温度分布を得てもよい。

【0014】

本発明の分布型温度測定方法は、光ファイバをセンサとして用い、後方ラマン散乱光のアンチストークス光の強度とストースク光の強度の強度比から前記光ファイバに沿った温度分布を算出する分布型温度測定方法において、折り返し地点を中心として往復するように配置された光ファイバを用い、前記光ファイバからの一端側からの測定により前記光ファイバに沿った前記強度比を算出する第１の算出ステップと、前記光ファイバからの他端側からの測定により前記光ファイバに沿った前記強度比を算出する第２の算出ステップと、前記第１の算出ステップおよび前記第２の算出ステップにより得た算出結果の双方に基づいて双方向測定方式を用いて前記光ファイバに沿った第１の温度分布情報を出力する第１の出力ステップと、前記第１の算出ステップまたは前記第２の算出ステップにより得た算出結果の一方に基づいて片方向測定方式を用いて前記光ファイバに沿った第２の温度分布情報を出力する第２の出力ステップと、前記光ファイバに沿った温度が急激に変化する温度変化点を抽出する抽出ステップと、前記抽出ステップにより抽出された温度変化点以外の地点については前記第１の出力ステップにより出力された前記第１の温度分布情報のみを用いるとともに、前記温度変化点については前記第２の出力ステップにより出力された前記第２の温度分布情報を用いることにより、温度分布を合成する合成ステップと、を備えることを特徴とする。
この分布型温度測定方法によれば、温度変化点以外の地点については第１の温度分布情報のみを用いるとともに、前記温度変化点については第２の温度分布情報を用いることにより、温度分布を合成するので、温度変化点における空間分解能を向上させつつ、双方向測定方式の利点であるファイバ損失差相殺効果を維持することができる。

【発明の効果】

【0015】

本発明の分布型温度測定装置によれば、温度変化点以外の地点については第１の温度分布情報のみを用いるとともに、前記温度変化点については第２の温度分布情報を用いることにより、温度分布を合成するので、温度変化点における空間分解能を向上させつつ、双方向測定方式の利点であるファイバ損失差相殺効果を維持することができる。

【0016】

また、本発明の分布型温度測定方法によれば、温度変化点以外の地点については第１の温度分布情報のみを用いるとともに、前記温度変化点については第２の温度分布情報を用いることにより、温度分布を合成するので、温度変化点における空間分解能を向上させつつ、双方向測定方式の利点であるファイバ損失差相殺効果を維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】分布型温度測定装置の構成を示す図。

【図2】温度分布測定部の構成を示すブロック図。

【図3】温度分布測定部の動作を示すフローチャート

【図4】光ファイバ全長ｍと測定位置Ｘの関係を示す図。

【図5】本発明の分布型温度測定装置における測定結果と従来の双方向測定方式による測定結果を対比した例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、図面を参照して、本発明の分布型温度測定装置の実施形態について説明する。

【0019】

図１は、本実施形態の分布型温度測定装置の構成を示す図である。

【0020】

図１に示すように、本実施形態の分布型温度測定装置は、温度分布測定部１と、温度分布測定部１に接続された光ファイバＦＢと、温度分布測定部１および光ファイバＦＢを結合する光スイッチ３と、を備える。

【0021】

温度分布測定部１は、光ファイバＦＢ内で生ずる後方ラマン散乱光（ストークス光および反ストークス光）を受光して光ファイバＦＢの長さ方向における温度分布を測定する光ファイバ測定装置（Ｒ−ＯＴＤＲ）として構成されている。光ファイバＦＢとして、例えば数Ｋｍ〜数十Ｋｍ程度の長さを有する石英系マルチモード光ファイバを用いることができる。なお、シングルモード光ファイバを用いてもよい。

【0022】

光ファイバＦＢは先端と後端とが光スイッチ３を介して温度分布測定部１に接続されることで、双方向ファイバとして機能する。光スイッチ３をチャネルＡ（先端）とチャネルＢ（後端）との何れかに切り替えることで、ファイバＦＢの先端または後端のいずれかと、温度分布測定部１とを選択的に接続する。これにより、光ファイバＦＢの温度分布を双方向測定することが可能となる。

【0023】

光ファイバＦＢは、光ファイバＦＢの中央を折り返し地点Ｐとして実質的に同一の温度測定点を通って往復するように配置される。

【0024】

なお、光ファイバＦＢの先端および後端は光スイッチ３に接続されるが、光スイッチ３から温度分布測定部１の内部にまで光ファイバは延在されている。ここでは、光スイッチ３を基端としてループ状に配置された光ファイバＦＢを双方向ファイバとして機能させている。

【0025】

図２は、温度分布測定部１の構成を示すブロック図である。

【0026】

図２に示すように、温度分布測定部１は、光パルスを発生させるタイミング等を制御するパルス発生部１１と、光パルスを射出する光源１２と、光の方向を制御する方向性結合器１３と、方向性結合器１３からの光を受ける光フィルタ１４と、光量を電圧値あるいは電流値に変換する一対の光電変換器１５ａおよび光電変換器１５ｂと、光電変換器１５ａおよび光電変換器１５ｂの出力をそれぞれ増幅する一対の増幅回路１６ａおよび増幅回路１６ｂと、増幅回路１６ａおよび増幅回路１６ｂから出力されるアナログ信号をそれぞれデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路１７ａおよびＡ／Ｄ変換回路１７ｂと、Ａ／Ｄ変換回路１７ａおよびＡ／Ｄ変換回路１７ｂから出力されるサンプリングデータを平均化する平均化回路１８と、平均化回路１８からの出力に基づいて光ファイバＦＢの温度分布を算出する演算部１９と、温度分布測定部１の内部の温度を与える温度基準部２１と、光ファイバを着脱可能に接続するためのコネクタＣＮと、を備える。

【0027】

次に、温度分布測定部１に設けられた各要素の機能について説明する。

【0028】

パルス発生部１１は、光源１２からパルス光を発生させるタイミングおよび平均化回路１８を動作させるタイミングを規定するパルス信号を出力する。光源１２は、例えば半導体レーザ等を備えており、パルス発生部１１からパルス信号が出力されるタイミングでパルス状のレーザ光を射出する。なお、光源１２から射出されるレーザ光の波数をｋ０とする。方向性結合器１３は、光源１２から射出されたレーザ光が温度基準部２１に導かれ、かつ、光ファイバＦＢで生じた後方散乱光が光フィルタ１４に導かれるように、光源１２、温度基準部２１および光フィルタ１４を光学的に結合する。

【0029】

温度基準部２１は、巻き回された光ファイバ２１ａと温度センサ２１ｂとを備えており、温度分布測定部１内部の温度（基準温度）を得るためのものである。光ファイバ２１ａは、一端が方向性結合器１３と光学的に結合され、他端がコネクタＣＮと光学的に結合された数十〜数百ｍ程度の全長を有する光ファイバである。温度センサ２１ｂは、例えば白金測温抵抗体を備えており、光ファイバ２１ｂ近傍の温度を測定する。温度センサ２１ｂの測定結果は演算部１９に出力される。

【0030】

光フィルタ１４は、方向性結合器１３からの後方散乱光に含まれる後方ラマン散乱光（ストークス光ＳＴおよび反ストークス光ＡＳ）を抽出するとともにストークス光ＳＴと反ストークス光ＡＳとを分離して出力するフィルタである。なお、光ファイバＦＢで生ずるラマンシフト（波数）をｋｒとすると、ストークス光ＳＴの波数はｋ０−ｋｒで表され、反ストークス光ＡＳの波数はｋ０＋ｋｒで表される。

【0031】

光電変換回路１５ａ，１５ｂは、例えばアバランシェ・フォトダイオード等の受光素子を備えており、光フィルタ１４から出力されるストークス光ＳＴおよび反ストークス光ＡＳをそれぞれ光電変換する。増幅回路１６ａ，１６ｂは光電変換回路１５ａ，１５ｂから出力される光電変換信号をそれぞれ所定の増幅率で増幅する。

【0032】

Ａ／Ｄ変換回路１７ａ，１７ｂは、増幅回路１６ａ，１６ｂで増幅された光電変換信号をサンプリングし、デジタル化したサンプリングデータを出力する。これらＡ／Ｄ変換回路１７ａ，１７ｂは、光スイッチ３の位置（チャネルＡおよびチャネルＢの出口）を原点とし、光ファイバＦＢの長手方向に一定間隔（例えば、１ｍの間隔）で設定されたサンプリングポイントにおいて生ずる後方ラマン散乱光（ストークス光ＳＴおよび反ストークス光ＡＳ）の光電変換信号をサンプリングするように動作タイミングが設定される。

【0033】

平均化回路１８は、パルス発生部１１からのパルス信号によって動作し、光源１２から複数回に亘って射出されるレーザ光が光ファイバＦＢに入射される度に得られるＡ／Ｄ変換回路１７ａ，１７ｂのサンプリングデータを、それぞれ個別に平均化する。光ファイバＦＢで生ずる後方ラマン散乱光（ストークス光ＳＴおよび反ストークス光ＡＳ）は微弱であるため、光ファイバＦＢに対して複数回に亘ってレーザ光を入射させて得られるサンプリングデータを平均化することにより、所望の信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）を得ている。

【0034】

演算部１９は、温度センサ２１ｂの測定結果を参照しつつ、平均化回路１８により平均化されたストークス光ＳＴおよび反ストークス光ＡＳのサンプリングデータを用いて、サンプリングポイント毎の強度比を求める演算を行う。かかる演算によってサンプリングポイント毎の温度が求められ、これにより光ファイバＦＢの長さ方向における温度分布が得られる。なお、演算部１９では、光ファイバＦＢの特定部位の温度を測定する温度センサ（不図示）の測定結果に基づいて、上記温度分布を補正する。

【0035】

次に温度分布測定の原理を説明する。ストークス光およびアンチストークス光の信号強度を光源１における発光タイミングを基準にした時間の関数として表すと、光ファイバＦＢ中の光速が既知であるので、光スイッチ３を基準にして光ファイバＦＢに沿った距離の関数に置き換えることができる。すなわち、横軸を距離とし、光ファイバの各距離地点で発生したストークス光およびアンチストークス光の強度、つまり距離分布とみなすことができる。

【0036】

一方、アンチストークス光強度Ｉasとストークス光強度Ｉstはいずれも光ファイバＦＢの温度に依存し、さらに、両光の強度比Ｉas／Ｉstも光ファイバＦＢの温度に依存する。したがって、強度比Ｉas／Ｉstが分かればラマン散乱光が発生した箇所の温度を知ることができる。ここで、強度比Ｉas／Ｉstは距離ｘの関数Ｉas（ｘ）／Ｉst（ｘ）であるから、この強度比Ｉas（ｘ）／Ｉst（ｘ）から光ファイバＦＢに沿った温度分布Ｔ（ｘ）を求めることができる。

【0037】

次に、本実施形態の分布型温度測定装置の動作について説明する。

【0038】

図３は、本実施形態の分布型温度測定装置の動作を示すフローチャートである。

【0039】

図３のステップＳ１では、光スイッチ３をそれぞれチャネルＡおよびチャネルＢに設定した状態で温度分布測定部１を動作させ、チャネルＡから光パルスを入射する順方向測定（図１（ａ））およびチャネルＢから光パルスを入射する逆方向測定（図１（ｂ））を行う。これにより、順方向測定および逆方向測定におけるアンチストークス光強度Ｉasとストークス光強度Ｉstのデータを取得する。

【0040】

次に、ステップＳ２では、ステップＳ１により取得されたデータを用いて演算部１９において双方向測定方式により温度分布を算出する。（１）式は双方向測定方式により得られるアンチストークス光強度Ｉasとストークス光強度Ｉstの強度比Ｇ（Ｘ）を示す。ここで、Ｘは測定位置を示す０〜ｍのいずれかの整数であり、ｍは光ファイバＦＢの全長を、Ｘは測定位置を示す。

【0041】

図４は、ｍとＸの関係を示す図であり、測定位置ＸはチャネルＡの出口からの距離に相当するとともに、測定位置ＸはチャネルＢの出口からｍ−Ｘの距離にある。折り返し地点Ｐは、測定位置Ｘ＝ｍ／２に対応する。

【0042】

【数1】

【0043】

次に、ステップＳ３では、演算部１９において、ステップＳ１で取得したデータに基づいて、急激に温度が変化する地点である温度変化点を抽出する。なお、温度変化点を抽出する具体的な方法については後述する。

【0044】

次に、ステップＳ４では、演算部１９において、ステップＳ２において抽出された温度変化点について、隣接する測定位置間における、（２．１）式または（２．２）式に示す強度Ｉasと強度Ｉstの変化幅比Ｄ（Ｘ）を算出する。この変化幅比Ｄ（Ｘ）は、測定位置の間隔が十分に小さければ微分値ｄＧ（Ｘ）／ｄＸと等価と看做せるパラメータである。（２．１）式は、折り返し地点Ｐを境界としてチャネルＡに近い測定位置Ｘ（Ｘ≦ｍ／２）について採用される。また、（２．２）式は、折り返し地点Ｐを境界としてチャネルＢに近い測定位置Ｘ（Ｘ≧ｍ／２）について採用される。（２．１）式または（２．２）式において、Ｘ−１はＸより１つ手前（チャネルＡ寄り）の測定位置を示す。

【0045】

【数2】

【0046】

ステップＳ５では、演算部１９において、ステップＳ２において算出された温度分布と、ステップＳ４において算出されたＤ（Ｘ）とを用いて最終的な強度比Ｇ（Ｘ）を算出する。具体的には、ステップＳ３において抽出された温度変化点以外の位置については、ステップＳ２において算出された双方向測定方式により得られた強度比Ｇ（Ｘ）を採用する。一方、ステップＳ３において抽出された温度変化点については、ステップＳ４において算出されたＤ（Ｘ）を使用して強度比Ｇ（Ｘ）を算出する。そして、ステップＳ５では、これらの強度比Ｇ（Ｘ）を合成して光ファイバＦＢの全長にわたる温度分布を得る。

【0047】

（３）式は、（２．１）式または（２．２）式により算出されたＤ（Ｘ）を用いて表される強度比Ｇ（Ｘ）を示す。

【0048】

【数3】

【0049】

（３）式に示すように、１つ手前の測定位置における強度比Ｇ（Ｘ−１）にＤ（Ｘ）を加算することにより、強度比Ｇ（Ｘ）を順次、求めることができる。

【0050】

このように、本実施形態では、温度変化点ではチャネルＡの出口またはチャネルＢの出口から近い方のデータのみを用いた片方向測定方式を用いることを特徴とする。

【0051】

ところで、図１（ａ）では、チャネルＡの出口から入射されて光ファイバＦＢを進む光パルス４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄの形状を、図１（ｂ）では、チャネルＢの出口から入射されて光ファイバＦＢを進む光パルス４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄの形状を、それぞれ模式的に示している。このように、光パルス４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄの形状は光ファイバＦＢを進む距離の増大に応じて劣化し、空間分解能の劣化を招く。しかし、本実施形態では、熱源の存在などにより生ずる温度変化点ではスイッチ３から近い位置についてのデータのみを用いた片方向測定方式を適用し、双方向測定方式により得られた温度変化点以外における強度比Ｇ（Ｘ）に連続させるように補間しているため、温度変化点における空間分解能を向上させることができる。

【0052】

図５は、本発明の分布型温度測定装置における測定結果と従来の双方向測定方式による測定結果を対比した例を示す図である。図５では、横軸に測定位置Ｘを、縦軸に強度比Ｇ（Ｘ）を示すグラフであり、実線５１が本発明の分布型温度測定装置における測定結果の例を、点線５２が従来の双方向測定方式による測定結果の例を、それぞれ示している。

【0053】

図５に示すように、本発明の分布型温度測定装置によれば、温度変化点における急激な温度変化がより正確に測定されており、従来の双方向測定方式よりも空間分解能が改善されていることが判る。本発明の分布型温度測定装置によれば、とくに温度分布測定部１ないしスイッチ３からの距離が近い地点、すなわちチャネルＡの出口またはチャネルＢの出口に近い地点についての空間分解能を大幅に向上させることが可能となる。

【0054】

従来の双方向測定方式では、例えば、順方向では温度分布測定部１からの距離が近い地点であっても、長距離となる逆方向からの測定結果が常に加味されるため、空間分解能については実質的に長距離となる逆方向からの測定結果が支配的となり、高い空間分解能が得られないという問題がある。これに対し、本発明によれば、より短距離での片方向測定における空間分解能をそのまま活かすことができるため、とくに温度分布測定部１からの距離が近い地点における空間分解能を大幅に向上させることが可能となる。

【0055】

次に、ステップＳ３（図３）において、温度変化点を抽出する具体的な方法について説明する。

【0056】

温度変化点は、（２．１）式または（２．２）式により算出されるＤ（Ｘ）を用いて抽出することができる。例えば、Ｄ（Ｘ）の絶対値が所定の閾値よりも大きい場合に、その地点を温度変化点と看做し、（３）式を用いてＧ（Ｘ）を算出することができる。この場合、片方向測定方式におけるノイズや空間分解能自体が測定位置Ｘにより変化することを考慮して、測定位置Ｘに応じて閾値を変化させることができる。

【0057】

また、特定の測定位置ＸにおいてＤ（Ｘ）が所定の閾値よりも大きい場合に、その地点を含め、その前後を温度変化点と看做し、（３）式を用いてＧ（Ｘ）を算出することができる。この場合には、温度変化点と看做した区間において（３）式を用いてＧ（Ｘ）が連鎖的に算出され、この区間全体において空間分解能を高めることができる。

【0058】

また、測定位置Ｘと測定位置ｍ−Ｘは温度の測定ポイントとしては実質的に同一であるため、例えば、Ｘ≦ｍ／２の場合、順方向での光パルスにより片方向測定方式で測定された測定位置ＸのＤ（Ｘ）と、逆方向での光パルスにより片方向測定方式で測定された測定位置ｍ−ＸのＤ（ｍ−Ｘ）の両者を用いて温度変化点を抽出してもよい。この場合、例えば、Ｄ（Ｘ）とＤ（ｍ−Ｘ）の平均値の絶対値と閾値とを比較してもよく、あるいは、Ｄ（Ｘ）またはＤ（ｍ−Ｘ）のいずれかの絶対値が閾値を超える場合に、温度変化点と看做してもよい。

【0059】

また、温度変化点を抽出するに当たり、ステップＳ２において双方向方式により得られた温度分布を使用することもできる。この場合には、双方向方式により得られた温度分布が急激に変化する部分を何らかのアルゴリズムにより抽出し、この部分を温度変化点と看做すことができる。

【0060】

以上のように、本発明の分布型温度測定装置によれば、温度変化点以外では双方向測定方式により温度測定を採用し、温度変化点では片方向測定方式により双方向測定方式による温度測定を補間している。このため、本発明の分布型温度測定装置では、温度変化点における空間分解能を向上させつつ、双方向測定方式の利点であるファイバ損失差相殺効果を維持することができる。

【0061】

また、本発明の分布型温度測定装置では、従来の双方向測定方式による装置のシステム構成をそのまま利用することが可能であり、ソフトウェアのアルゴリズムのみの変更により本発明の分布型温度測定装置を構成することができる。

【0062】

本発明の分布型温度測定装置では、折り返し地点において空間分解能が最悪値をとる。例として光ファイバ長３０ｋｍの場合を考えると、本発明の分布型温度測定装置では空間分解能の最悪値は、片方向測定方式での１５ｋｍ地点の空間分解能とほぼ同等となる。すなわち、光ファイバ長３０ｋｍに対して、分散による影響を中間地点の１５ｋｍ相当まで抑制することができる。

【0063】

上記のように、分布型温度測定装置の光ファイバとしてマルチモードファイバが使用される場合が多いが、本発明はシングルモードファイバ等の異なる種類の光ファイバにも適用可能である。シングルモードファイバではモード分散は発生しないが、長距離になれば波長分散による空間分解能の劣化は起こり得る。本発明では波長分散、モード分散などの種類によらず、双方向測定方式での空間分解能の劣化を抑制できる。

【0064】

上記実施形態では、演算部１９においてストークス光ＳＴおよび反ストークス光ＡＳのサンプリングポイント毎の強度比を求めているが、ストークス光ＳＴおよび反ストークス光ＡＳのそれぞれの強度を別々に算出してから、最後に光強度比を求めてもよい。

【0065】

双方向測定方式において２種類の光源を用いる方法など、種々の方式が知られているが、いずれの方式においても光ファイバの両端から光パルスを入射して温度測定する点は変わりがなく、理論上、本発明を適用することができる。

【0066】

本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本発明は、光ファイバをセンサとして用い、後方ラマン散乱光のアンチストークス光の強度とストースク光の強度の強度比から前記光ファイバに沿った温度分布を算出する分布型温度測定装置等に対し、広く適用することができる。

【符号の説明】

【0067】

１ 温度分布測定部
１９ 演算部（第１の算出手段、第２の算出手段、第１の出力手段、第２の出力手段、抽出手段、合成手段）
ＦＢ 光ファイバ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】