特開 2024-8374 温度測定装置及び温度測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024008374

(43)【公開日】2024-01-19

(54)【発明の名称】温度測定装置及び温度測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01K 11/322 20210101AFI20240112BHJP

【ＦＩ】

G01K11/322

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022110200

(22)【出願日】2022-07-08

(71)【出願人】

【識別番号】000006507

【氏名又は名称】横河電機株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】592032636

【氏名又は名称】学校法人トヨタ学園

(74)【代理人】

【識別番号】100165179

【弁理士】

【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡

(74)【代理人】

【識別番号】100206081

【弁理士】

【氏名又は名称】片岡 央

(74)【代理人】

【識別番号】100167553

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 久典

(74)【代理人】

【識別番号】100181124

【弁理士】

【氏名又は名称】沖田 壮男

(72)【発明者】

【氏名】熊谷 芳宏

(72)【発明者】

【氏名】手塚 信一郎

(72)【発明者】

【氏名】松浦 聡

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 和也

【テーマコード（参考）】

2F056

【Ｆターム（参考）】

2F056VF02

2F056VF12

2F056VF20

(57)【要約】

【課題】高温環境下における温度測定を高い精度で長時間に亘って行うことができる温度測定装置及び温度測定方法を提供する。
【解決手段】温度測定装置１０は、光ファイバＦＵＴに光を入射させることによって発生するブリルアン散乱光のスペクトルを示すスペクトルデータを取得するスペクトルデータ取得部１１と、記スペクトルデータを解析してブリルアン周波数シフト量を求めるスペクトルデータ解析部１２と、光ファイバＦＵＴの熱履歴から光ファイバＦＵＴの構造緩和によるブリルアン周波数シフト量の変化量を予測し、予測した変化量を用いてスペクトルデータ解析部１２で求められたブリルアン周波数シフト量を補正する補正部１３と、補正部１３で補正されたブリルアン周波数シフト量に基づいて、光ファイバＦＵＴの温度を求める温度算出部１４と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光ファイバに光を入射させることによって発生するブリルアン散乱光のスペクトルを示すスペクトルデータを取得する取得部と、
前記スペクトルデータを解析してブリルアン周波数シフト量を求める解析部と、
前記光ファイバの熱履歴から前記光ファイバの構造緩和による前記ブリルアン周波数シフト量の変化量を予測し、予測した前記変化量を用いて前記解析部で求められた前記ブリルアン周波数シフト量を補正する補正部と、
前記補正部で補正された前記ブリルアン周波数シフト量に基づいて、前記光ファイバの温度を求める温度算出部と、
を備える温度測定装置。

【請求項2】

前記補正部は、前記光ファイバの初期状態における仮想温度と温度毎の緩和時間とを用いて表される前記光ファイバの仮想温度の経時変化を示す仮想温度予測式を用いて、前記変化量を予測する、請求項１記載の温度測定装置。

【請求項3】

前記補正部は、前記温度算出部で新たに求められた温度と、前記温度算出部で前回求められた温度との差が予め規定された閾値よりも大きい場合には、前記仮想温度予測式を、前記温度算出部で新たに求められた温度の緩和時間を用いて表されるものに変える、請求項２記載の温度測定装置。

【請求項4】

前記光ファイバの仮想温度は、予め、温度を測定する対象である測定対象物の温度と同じ温度又は同程度の温度に設定されている、請求項１に記載の温度測定装置。

【請求項5】

前記光ファイバの温度を測定する温度測定素子を少なくとも１つ備える、請求項１記載の温度測定装置。

【請求項6】

前記温度測定素子で測定された温度を用いて、前記温度算出部で求められた温度を補正する温度補正部を備える請求項５記載の温度測定装置。

【請求項7】

前記温度算出部で求められた温度と前記温度測定素子で測定された温度とを比較して、前記温度測定装置の健全性、又は、前記温度測定素子の健全性を診断する診断部を備える、請求項５記載の温度測定装置。

【請求項8】

前記診断部は、前記温度測定素子が設置された全ての箇所又は殆どの箇所において、前記温度算出部で求められた温度と前記温度測定素子で測定された温度との温度差が所定の値よりも大になる場合には前記温度測定装置に異常があると診断し、
前記温度測定素子が設置された１つの箇所又は数箇所のみにおいて、前記温度差が所定の値よりも大になる場合には、前記温度測定素子に異常があると診断する、
請求項７記載の温度測定装置。

【請求項9】

前記解析部は、前記光ファイバの長さ方向に沿って設定された複数の測定位置の各々における前記ブリルアン周波数シフト量を求め、
前記補正部は、前記測定位置の各々における熱履歴から前記測定位置の各々における前記変化量を予測し、予測した前記測定位置の各々における前記変化量を用いて前記解析部で求められた前記測定位置の各々における前記ブリルアン周波数シフト量を補正し、
前記温度算出部は、前記補正部で補正された前記測定位置の各々における前記ブリルアン周波数シフト量に基づいて、前記測定位置の各々における温度を求める、
請求項１から請求項８の何れか一項に記載の温度測定装置。

【請求項10】

光ファイバに光を入射させることによって発生するブリルアン散乱光のスペクトルを示すスペクトルデータを取得する取得ステップと、
前記スペクトルデータを解析してブリルアン周波数シフト量を求める解析ステップと、
前記光ファイバの熱履歴から前記光ファイバの構造緩和による前記ブリルアン周波数シフト量の変化量を予測し、予測した前記変化量を用いて前記解析ステップで求められた前記ブリルアン周波数シフト量を補正する補正ステップと、
前記補正ステップで補正された前記ブリルアン周波数シフト量に基づいて、前記光ファイバの温度を求める温度算出ステップと、
を有する温度測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光ファイバセンサを用いた温度測定装置及び温度測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

光ファイバに光を入射させることによって発生するブリルアン散乱光は、光ファイバの温度又は歪みの変化によってスペクトル（レベルが最大になる周波数）が変化する。このような性質を利用した光ファイバセンサは、ブルリアン散乱光の周波数の変化（ブリルアン周波数シフト：ＢＦＳ）を光ファイバの長さ方向に亘って検出することで、光ファイバの長さ方向の温度分布又は歪み分布を測定する。

【0003】

このような光ファイバセンサの代表的なものとして、ＢＯＣＤＲ（Brillouin Optical Correlation Domain Reflectometry）方式のもの、ＢＯＣＤＡ（Brillouin Optical Correlation Domain Analysis）方式のもの等が知られている。以下の特許文献１には、ＢＯＣＤＡ方式のもの等に適用可能な、光ファイバの長さ方向の温度分布を測定する光ファイバセンサが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第５０１２０３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、近年においては、プラント業界、重電業界、石油・天然ガス上流業界等の産業界から、高温環境下における温度測定を高い精度で長時間に亘って行うことが要求されている。例えば、温度が３００℃以上の高温環境下における温度測定を、高い精度で数万時間以上の長期に亘って行うことが要求されている。上述した特許文献１に開示された光ファイバセンサは、比較的温度の低い環境下（例えば、常温～３００℃以下）における温度測定を想定しているため、このような要求に応えることは困難である。

【0006】

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、高温環境下における温度測定を高い精度で長時間に亘って行うことができる温度測定装置及び温度測定方法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】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様による温度測定装置は、光ファイバ（ＦＵＴ）に光を入射させることによって発生するブリルアン散乱光のスペクトルを示すスペクトルデータを取得する取得部（１１）と、前記スペクトルデータを解析してブリルアン周波数シフト量を求める解析部（１２）と、前記光ファイバの熱履歴から前記光ファイバの構造緩和による前記ブリルアン周波数シフト量の変化量を予測し、予測した前記変化量を用いて前記解析部で求められた前記ブリルアン周波数シフト量を補正する補正部（１３）と、前記補正部で補正された前記ブリルアン周波数シフト量に基づいて、前記光ファイバの温度を求める温度算出部（１４）と、を備える。

【0008】

本発明の第２の態様による温度測定装置は、本発明の第１の態様による温度測定装置において、前記補正部が、前記光ファイバの初期状態における仮想温度と温度毎の緩和時間とを用いて表される前記光ファイバの仮想温度の経時変化を示す仮想温度予測式を用いて、前記変化量を予測する。

【0009】

本発明の第３の態様による温度測定装置は、本発明の第２の態様による温度測定装置において、前記補正部が、前記温度算出部で新たに求められた温度と、前記温度算出部で前回求められた温度との差が予め規定された閾値よりも大きい場合には、前記仮想温度予測式を、前記温度算出部で新たに求められた温度の緩和時間を用いて表されるものに変える。

【0010】

本発明の第４の態様による温度測定装置は、本発明の第１から第３の態様の何れかの態様による温度測定装置において、前記光ファイバの仮想温度が、予め、温度を測定する対象である測定対象物の温度と同じ温度又は同程度の温度に設定されている。

【0011】

本発明の第５の態様による温度測定装置は、本発明の第１から第４の態様の何れかの態様による温度測定装置において、前記光ファイバの温度を測定する温度測定素子（３０ａ～３０ｃ）を少なくとも１つ備える。

【0012】

本発明の第６の態様による温度測定装置は、本発明の第５の態様の温度測定装置において、前記温度測定素子で測定された温度を用いて、前記温度算出部で求められた温度を補正する温度補正部（１６）を備える。

【0013】

本発明の第７の態様による温度測定装置は、本発明の第５の態様の温度測定装置において、前記温度算出部で求められた温度と前記温度測定素子で測定された温度とを比較して、前記温度測定装置の健全性、又は、前記温度測定素子の健全性を診断する診断部（１７）を備える。

【0014】

本発明の第８の態様による温度測定装置は、本発明の第７の態様の温度測定装置において、前記診断部が、前記温度測定素子が設置された全ての箇所又は殆どの箇所において、前記温度算出部で求められた温度と前記温度測定素子で測定された温度との温度差が所定の値よりも大になる場合には前記温度測定装置に異常があると診断し、前記温度測定素子が設置された１つの箇所又は数箇所のみにおいて、前記温度差が所定の値よりも大になる場合には、前記温度測定素子に異常があると診断する。

【0015】

本発明の第９の態様による温度測定装置は、本発明の第１から第８の態様の何れかの態様による温度測定装置において、前記解析部が、前記光ファイバの長さ方向に沿って設定された複数の測定位置の各々における前記ブリルアン周波数シフト量を求め、前記補正部が、前記測定位置の各々における熱履歴から前記測定位置の各々における前記変化量を予測し、予測した前記測定位置の各々における前記変化量を用いて前記解析部で求められた前記測定位置の各々における前記ブリルアン周波数シフト量を補正し、前記温度算出部が、前記補正部で補正された前記測定位置の各々における前記ブリルアン周波数シフト量に基づいて、前記測定位置の各々における温度を求める。

【0016】

本発明の一態様による温度測定方法は、光ファイバ（ＦＵＴ）に光を入射させることによって発生するブリルアン散乱光のスペクトルを示すスペクトルデータを取得する取得ステップ（Ｓ１６）と、前記スペクトルデータを解析してブリルアン周波数シフト量を求める解析ステップ（Ｓ１６）と、前記光ファイバの熱履歴から前記光ファイバの構造緩和による前記ブリルアン周波数シフト量の変化量を予測し、予測した前記変化量を用いて前記解析ステップで求められた前記ブリルアン周波数シフト量を補正する補正ステップ（Ｓ１８、Ｓ１９）と、前記補正ステップで補正された前記ブリルアン周波数シフト量に基づいて、前記光ファイバの温度を求める温度算出ステップ（Ｓ２０）と、を有する。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、高温環境下における温度測定を高い精度で長時間に亘って行うことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の第１実施形態による温度測定装置の要部構成を示すブロック図である。

【図2】光ファイバに対してアニール処理を行った場合における仮想温度の経時変化を示す図である。

【図3】光ファイバに対してアニール処理を行った場合におけるアニール温度と緩和時間との関係を示す図である。

【図4】仮想温度とブリルアン周波数シフト量との関係を示す図である。

【図5】本発明の第１実施形態による温度測定方法を示すフローチャートである。

【図6】本発明の第２実施形態による温度測定装置の要部構成を示すブロック図である。

【図7】本発明の第２実施形態による温度測定装置で行われる処理を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、図面を参照して本発明の実施形態による温度測定装置及び温度測定方法について詳細に説明する。以下では、まず本発明の実施形態の概要について説明し、続いて本発明の各実施形態の詳細について説明する。

【0020】

〔概要〕
本発明の実施形態は、高温環境下における温度測定を高い精度で長時間に亘って行うことができるようにするものである。具体的には、光ファイバの長さ方向の温度分布を測定する光ファイバセンサにおいて、例えば、温度が３００℃以上の高温環境下における温度測定を、高い精度で数万時間以上の長期に亘って行うことができるようにするものである。

【0021】

シリカガラスを材料とした光ファイバは、融点が１０００℃以上と高く、３００℃以上の高温環境下でも使用が可能である。このような融点の高い光ファイバを用いることにより、高温環境下における温度測定が可能な光ファイバセンサを実現することができると考えられる。

【0022】

一般的に、光ファイバを温度測定用のセンサとして用いた分布型温度センサ（Distributed Temperature Sensor：ＤＴＳ）として、ラマン散乱光を用いるＲＯＴＤＲ（Raman Optical Time Domain Reflectometry）方式のものが知られている。このＲＯＴＤＲ方式のＤＴＳは、高温環境ではセンサである光ファイバの伝送損失が増加する等の問題で、温度測定範囲が３００℃以下に限られている。

【0023】

一方、ブリルアン散乱を利用したＤＴＳは、入射光とブリルアン散乱光との周波数差（ブリルアン周波数シフト：ＢＦＳ）から温度を算出するため、光ファイバの伝送損失変化の影響を受けにくい。このため、ブリルアン散乱を利用したＤＴＳにおいて、上述した融点の高い光ファイバを用いることで、３００℃以上の高温環境下における温度測定の実現が期待できる。

【0024】

ブリルアン散乱は、光ファイバ内の音響波による散乱である。ブリルアン散乱には、自然ブリルアン散乱と誘導ブリルアン散乱とがある。自然ブリルアン散乱は、光ファイバ内に自然に存在する音響波による散乱である。誘導ブリルアン散乱は、光ファイバの一端から入射させた光（ポンプ光）と、光ファイバの他端から入射させた光（ポンプ光より１１［ＧＨｚ］程度周波数が低いプローブ光）の２光の相互作用による散乱現象である。

【0025】

自然ブリルアン散乱を利用したＤＴＳの代表的なものとして、前述したＢＯＣＤＲ方式のもの、ＢＯＴＤＲ（Brillouin Optical Time Domain Reflectometry）方式のものが挙げられる。また、誘導ブリルアン散乱を利用したＤＴＳ代表的なものとして、前述したＢＯＣＤＡのもの、ＢＯＴＤＡ（Brillouin Optical Time Domain Analysis）方式のものが挙げられる。

【0026】

ここで、本出願の発明者は、鋭意実験を行った結果、温度一定の高温環境下において、測定される光ファイバセンサのブリルアン周波数シフト量が、時間とともに変化（ドリフト）するとの知見を得た。このようなブリルアン周波数シフト量の変化は、高温環境下において、構造緩和と呼ばれる光ファイバ（ガラス）の構造が変化する現象が起こることによって生ずると考えられる。このようなブリルアン周波数シフト量の変化が生ずると、光ファイバセンサで測定された温度（ブリルアン周波数シフト量から求められた温度）と実際の温度とに差が生じ、その差が測定誤差になる。また、ブリルアン周波数シフト量は、上述の通り、時間とともに変化することから、時間が経過するにつれ測定誤差は大きくなる。

【0027】

本発明の実施形態は、まず、光ファイバに光を入射させることによって発生するブリルアン散乱光のスペクトルを示すスペクトルデータを取得する。次に、スペクトルデータを解析してブリルアン周波数シフト量を求める。次いで、光ファイバの熱履歴から光ファイバの構造緩和によるブリルアン周波数シフト量の変化量を予測し、予測した変化量を用いて、求められたブリルアン周波数シフト量を補正する。そして、補正されたブリルアン周波数シフト量に基づいて、光ファイバの温度を求める。これにより、高温環境下における温度測定を高い精度で長時間に亘って行うことができる。

【0028】

〔第１実施形態〕
〈温度測定装置の構成〉
図１は、本発明の第１実施形態による温度測定装置の要部構成を示すブロック図である。図１に示す通り、本実施形態の温度測定装置１０は、スペクトルデータ取得部１１（取得部）、スペクトルデータ解析部１２（解析部）、補正部１３、温度算出部１４、及びデータ記録部１５を備える。

【0029】

このような温度測定装置１０は、光ファイバセンサ本体２０とともに、光ファイバセンサシステム１を構成する。光ファイバセンサシステム１は、光ファイバセンサ本体２０で検出されたスペクトルデータを温度測定装置１０が取得して解析することにより、光ファイバＦＵＴの長さ方向における温度分布を求めるシステムである。

【0030】

尚、図１に示す光ファイバセンサシステム１は、光ファイバＦＵＴの長さ方向における温度分布以外に、光ファイバＦＵＴに加わる歪みの分布も測定可能である。本実施形態では、説明を簡単にするために、光ファイバＦＵＴが歪みの影響を受けないものとする。光ファイバＦＵＴが歪みの影響を受けなくする方法としては、例えば、光ファイバＦＵＴを固定することなく金属管に挿入し、その光ファイバＦＵＴが挿入された金属管を、温度を測定する対象である測定対象物に固定する方法が挙げられる。

【0031】

光ファイバセンサ本体２０は、光ファイバＦＵＴに光を入射させるとともに、光ファイバＦＵＴに光を入射させることによって発生するブリルアン散乱光を検出する。また、光ファイバセンサ本体２０は、ブリルアン散乱光を検出して得られる検出信号に対して信号処理を行って、光ファイバＦＵＴ内で発生するブリルアン散乱光のスペクトルを示すスペクトルデータを出力する。光ファイバセンサ本体２０は、ＢＯＣＤＲ方式、ＢＯＣＤＡ方式、ＢＯＴＤＲ方式、ＢＯＴＤＡ方式のうちの何れの方式のものであっても良い。

【0032】

上記のＢＯＣＤＲ方式のものは、光ファイバＦＵＴの一端から周波数変調された連続光又はパルス光であるポンプ光を入射させ、光ファイバＦＵＴの同じ一端から得られる自然ブリルアン散乱光と参照光とを干渉させる。これにより、光ファイバＦＵＴ中において「相関ピーク」が現れる特定の位置における自然ブリルアン散乱光を選択的に抽出し、抽出した自然ブリルアン散乱光のスペクトルを示すスペクトルデータを出力するものである。

【0033】

上記のＢＯＣＤＡ方式のものは、周波数変調された連続光又はパルス光（ポンプ光及びプローブ光）を光ファイバＦＵＴの両端からそれぞれ入射させる。そして、ポンプ光及びプローブ光の変調位相が一致する位置（相関ピークが現れる位置）において増幅された誘導ブリルアン散乱光を抽出し、抽出した誘導ブリルアン散乱光のスペクトルを示すスペクトルデータを出力するものである。

【0034】

上記のＢＯＴＤＲ方式のものは、光ファイバＦＵＴの一端からパルス光を入射させる。そして、光ファイバＦＵＴの同じ一端から出射される自然ブリルアン散乱光を順次検出し、検出した自然ブリルアン散乱光のスペクトルを示すスペクトルデータを出力するものである。

【0035】

上記のＢＯＴＤＡ方式のものは、光ファイバＦＵＴの一端から周波数が可変であるパルス光（ポンプ光）を入射させるとともに光ファイバＦＵＴの他端から連続光であるプローブ光を入射させる。そして、ポンプ光とプローブ光との相互作用によって生ずる誘導ブリルアン散乱光を順次検出し、検出した誘導ブリルアン散乱光のスペクトルを示すスペクトルデータを出力するものである。

【0036】

スペクトルデータ取得部１１は、光ファイバセンサ本体２０から出力されるスペクトルデータを取得する。光ファイバセンサ本体２０は、通常、光ファイバＦＵＴの長さ方向に沿って設定された複数の測定位置で測定を行う。このため、スペクトルデータ取得部１１は、各々の測定位置で発生するブリルアン散乱光のスペクトルを示すスペクトルデータをそれぞれ取得する。

【0037】

スペクトルデータ取得部１１で取得されるスペクトルデータは、光ファイバＦＵＴの長さ方向の位置（距離）の情報と、ブリルアン散乱スペクトルの周波数軸の情報と、ブリルアン散乱スペクトルの強度の情報とが組み合わされた、いわば３次元のデータである。尚、スペクトルデータ取得部１１で取得されるスペクトルデータに雑音が多く重畳されている場合には、ローパスフィルタ処理を用いて雑音を低減してもよい。

【0038】

尚、上記の測定位置とは、温度を測定する位置であって、ユーザによって設定される光ファイバＦＵＴの長さ方向における位置である。この測定位置は、光ファイバＦＵＴの熱履歴を記録するために、温度測定しない区間（測定する予定がない区間）を除いて、光ファイバＦＵＴの長手方向全体に亘って、極力短い間隔をもって設定されるのが望ましい。

【0039】

スペクトルデータ解析部１２は、スペクトルデータ取得部１１で取得されたスペクトルデータを解析してブリルアン周波数シフト量を求める。具体的に、スペクトルデータ解析部１２は、スペクトルデータ取得部１１で取得されたスペクトルデータの各々について、例えば、カーブフィッティング処理等の各種処理を行ってピーク周波数を求める。そして、スペクトルデータ解析部１２は、光ファイバＦＵＴに入射した光の周波数と、スペクトルデータの各々から求めたピーク周波数との差を、各測定位置におけるブリルアン周波数シフト量として求める。

【0040】

補正部１３は、光ファイバＦＵＴの熱履歴から光ファイバＦＵＴの構造緩和によるブリルアン周波数シフト量の変化量を予測し、予測した変化量を用いてスペクトルデータ解析部１２で求められたブリルアン周波数シフト量を補正する。具体的に、補正部１３は、測定位置の各々における熱履歴から測定位置の各々における上記変化量を予測する。そして、補正部１３は、予測した測定位置の各々における上記変化量を用いてスペクトルデータ解析部１２で求められた測定位置の各々におけるブリルアン周波数シフト量を補正する。このような補正を行うのは、高温環境下（例えば、３００℃以上）における温度測定を高い精度で長時間（例えば、数万時間以上）に亘って行うことができるようにするためである。

【0041】

補正部１３は、光ファイバＦＵＴの仮想温度の経時変化を示す仮想温度予測式を用いて、上述した光ファイバＦＵＴの構造緩和によるブリルアン周波数シフト量の変化量を予測する。上記の仮想温度予測式は、光ファイバＦＵＴの初期状態における仮想温度と温度毎の緩和時間とを用いて表される式である。

【0042】

ここで、仮想温度とは、ガラス構造が、何度の過冷却液体の安定構造に対応しているかを示す温度である。仮想温度は、光ファイバＦＵＴの構造が緩和している最中は変化し、構造緩和が収束した場合には変化しなくなる。このため、仮想温度の変化の有無によって、光ファイバＦＵＴの構造が緩和している最中か、構造緩和が収束したかを判断することができる。このように、仮想温度を測定することによって、光ファイバＦＵＴの構造緩和の状態を定性的に測定（把握）することができる。尚、構造緩和が収束したときの仮想温度は、周囲温度と一致する。

【0043】

光ファイバＦＵＴの仮想温度は、光ファイバＦＵＴの密度や屈折率の変化を測定することで測定可能である。また、光ファイバＦＵＴの仮想温度は、赤外分光法、ラマン分光法等の分光学的方法を用いることによっても測定可能である。尚、前者の測定法によって仮想温度を測定する場合には、ある程度の大きなサンプルが必要となるが、後者の測定法によって仮想温度を測定する場合には、サンプルが小さくても良い。また、後者の測定法では、微小領域の仮想温度を測定することも可能である。

【0044】

上記の仮想温度予測式で用いられる光ファイバＦＵＴの初期状態における仮想温度及び温度毎の緩和時間は、予め、光ファイバＦＵＴとコア径、構造、組成、容姿（被覆等の外被）が同一の光ファイバを用いて予め求めておく。光ファイバＦＵＴの初期状態における仮想温度は、上述した光ファイバＦＵＴの密度や屈折率の変化を測定する方法、又は、赤外分光法、ラマン分光法等の分光学的方法を用いて測定することができる。緩和時間は、予め、光ファイバに対する熱処理（アニール処理）を行うことで求めることができる。

【0045】

尚、光ファイバＦＵＴの構造緩和が収束するのに要する時間は、アニール温度（光ファイバに対して行う熱処理の温度）が高いほど短く、低いほど長くなる。このため、光ファイバに対してアニール処理を実際に行って求めることができる緩和時間は、現実的にはアニール温度が８００℃以上の場合である。アニール温度が８００℃より低い場合における緩和時間は、アニール温度が８００℃以上の場合に得られた緩和時間を外挿して求めればよい。

【0046】

補正部１３は、温度の変化が生じた場合には、使用する仮想温度予測式を変更する。具体的に、補正部１３は、温度算出部１４で新たに求められた温度と、温度算出部１４で前回求められた温度との差が予め規定された閾値よりも大きい場合には、仮想温度予測式を、温度算出部１４で新たに求められた温度の緩和時間を用いて表されるものに変える。

【0047】

ここで、上記の閾値は、温度測定装置１０の測定誤差に影響を与える。例えば、上記の閾値を５０℃とした場合には、実際の温度とは最大で５０℃違う仮想温度予測式が用いられることになる。このため、測定誤差を低減するには、上記の閾値を小さな値にすることが望ましい。例えば、上記の閾値を１℃程度に設定しても良い。尚、上記の仮想温度予測式の詳細については後述する。

【0048】

温度算出部１４は、補正部１３で補正されたブリルアン周波数シフト量に基づいて、光ファイバＦＵＴの長さ方向に沿って設定された複数の測定位置の各々における温度を求める。具体的に、温度算出部１４は、補正部１３で補正されたブリルアン周波数シフト量をνとすると、以下の（１）に示す変換式を用いて温度Ｔを求める。

【0049】

【数1】

【0050】

尚、上記（１）中におけるａ，ｂは係数であり、ｃは定数である。これら係数ａ，ｂ及び定数ｃは、例えば、予め実験を行って得られたブリルアン周波数シフト量と温度との関係を示すデータに対し、カーブフィッティング処理等を行って算出する。尚、ブリルアン周波数シフト量と温度との関係を求める際に用いる光ファイバは、熱履歴がない（或いは、熱履歴がないとみなせる）光ファイバである点に注意されたい。

【0051】

データ記録部１５は、温度測定装置１０で得られた各種データを記録する。具体的に、データ記録部１５は、光ファイバＦＵＴの長さ方向に沿って設定された複数の測定位置毎に、測定日時、ブリルアン周波数シフト量、測定温度、曝露時間、仮想温度予測式、仮想温度、ブリルアン周波数シフト量の補正値等を記録する。データ記録部１５は、光ファイバＦＵＴの長さ方向に沿って設定された複数の測定位置毎のスペクトルデータを記録しても良い。

【0052】

上記の測定位置毎のスペクトルデータは、スペクトルデータ取得部１１で取得されるものである。上記のブリルアン周波数シフト量は、スペクトルデータ解析部１２で求められるものである。上記の仮想温度予測式、仮想温度、及びブリルアン周波数シフト量の補正値は、補正部１３で求められるものである。上記の測定温度は、温度算出部１４で求められるものである。

【0053】

尚、温度測定装置１０は、温度測定装置１０で得られた各種データ及びデータ記録部１５に記録された各種データを表示する表示部を備えていても良い。表示部は、例えば、液晶ディスプレイや有機ＥＬ（Electro Luminescence）表示装置等を用いることができる。また、温度測定装置１０は、温度測定装置１０で得られた各種データ及びデータ記録部１５に記録された各種データを出力する出力部を備えていても良い。

【0054】

温度測定装置１０は、パーソナルコンピュータ又はワークステーション等のコンピュータによって実現することができる。温度測定装置１０がコンピュータによって実現される場合には、温度測定装置１０が備える各部の機能は、それらの機能を実現するためのプログラムが、コンピュータに設けられたＣＰＵ（中央処理装置）で実行されることによって実現される。つまり、温度測定装置１０が備える各部の機能は、ソフトウェアとハードウェア資源とが協働することによって実現される。尚、温度測定装置１０は、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＬＳＩ（Large Scale Integration）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のハードウェアを用いて実現されてもよい。

【0055】

〈仮想温度予測式〉
図２は、光ファイバに対してアニール処理を行った場合における仮想温度の経時変化を示す図である。図２（ａ）は、アニール温度が光ファイバの初期状態における仮想温度よりも低い場合のものであり、図２（ｂ）は、アニール温度が光ファイバの初期状態における仮想温度よりも高い場合のものである。尚、図２（ａ），（ｂ）に示すグラフは、横軸にアニール時間（光ファイバに対して行う熱処理の時間）をとり、縦軸に光ファイバの仮想温度をとってある。

【0056】

図２（ａ）では、光ファイバの初期状態における仮想温度が１５００℃であり、アニール温度Ｔａが１４００℃、１２００℃、１０００℃、８００℃、６００℃、３００℃に設定された場合における仮想温度の経時変化を例示している。図２（ｂ）では、光ファイバの初期状態における仮想温度が８００℃であり、アニール温度Ｔａが１５００℃、１４００℃、１２００℃、１０００℃、９００℃に設定された場合における仮想温度の経時変化を例示している。

【0057】

図２（ａ），（ｂ）に示す通り、仮想温度は、アニール温度Ｔａが高いほど急峻に変化するが、アニール温度Ｔａが低くなるにつれてその変化は緩やかになる。また、アニール温度Ｔａに達するまでの時間は、アニール温度Ｔａが高いほど短いが、アニール温度Ｔａが低くなるにつれて長くなる。つまり、アニール温度Ｔａが高いほど構造緩和が収束するのに要する時間が短く、アニール温度Ｔａが低くなるにつれて構造緩和が収束するのに要する時間が長くなる。

【0058】

アニール時間をｔとし、仮想温度の経時変化をＴ_f（ｔ）とすると、仮想温度の経時変化Ｔ_f（ｔ）は、以下の（２）式で表すことができる。

【0059】

【数2】

【0060】

上記（２）式中のτ₁，τ₂は緩和時間であり、α，βは係数であり、Ｔ_f0は光ファイバの初期状態における仮想温度である。尚、光ファイバの初期状態とは、光ファイバに対してアニール処理を行う前の状態である。光ファイバの初期状態における仮想温度Ｔ_f0は、光ファイバの密度や屈折率の変化を測定する方法、又は、赤外分光法、ラマン分光法等の分光学的方法を用いて測定される。緩和時間τ₁，τ₂及び係数α，βは、光ファイバに対するアニール処理を行って得られた結果に対し、カーブフィッティングを行って得られた近似曲線の式から求められる。

【0061】

ここで、図２（ａ），（ｂ）に示す通り、光ファイバに対してアニール処理を行った場合における仮想温度の経時変化は、光ファイバの初期状態における仮想温度Ｔ_f0及びアニール温度Ｔａによって異なる。このため、上記（２）式に示される仮想温度の経時変化Ｔ_f（ｔ）は、光ファイバの初期状態における仮想温度Ｔ_f0及びアニール温度Ｔａの組み合わせ毎に求められる。

【0062】

例えば、図２（ａ）に示す場合の緩和時間τ₁，τ₂をτ_{11_Ta}，τ_{12_Ta}とし、係数α，βをα１_Ta，β１_Taとする。また、図２（ｂ）に示す場合の緩和時間τ₁，τ₂をτ_{21_Ta}，τ_{22_Ta}とし、係数α，βをα２_Ta，β２_Taとする。尚、緩和時間τ_{11_Ta}，τ_{12_Ta}，τ_{21_Ta}，τ_{22_Ta}及び係数α１_Ta，β１_Ta，α２_Ta，β２_Taの添え字のＴａは、アニール温度を意味する。図２（ａ）に示すアニール温度Ｔａ毎の仮想温度の経時変化Ｔ_f（ｔ）は、以下の（３）式で表され、図２（ｂ）に示すアニール温度Ｔａ毎の仮想温度の経時変化Ｔ_f（ｔ）は、以下の（４）式で表される。

【0063】

【数3】

【数4】

【0064】

図３は、光ファイバに対してアニール処理を行った場合におけるアニール温度と緩和時間との関係を示す図である。尚、図３に示すグラフは、横軸にアニール温度Ｔａの逆数をとり、縦軸に緩和時間の逆数の対数をとった所謂アレニウスプロットである。図３に示すグラフは、図２（ａ）に示すアニール処理を行って得られた緩和時間τ₁，τ₂をプロットしたものである。尚、図２（ａ）に示すアニール処理とは、光ファイバの初期状態における仮想温度が１５００℃であり、アニール温度Ｔａを１４００℃、１２００℃、１０００℃、８００℃、６００℃、３００℃に設定して行ったアニール処理である。

【0065】

図３に示す通り、緩和時間τ₁，τ₂の逆数の対数とアニール温度Ｔａの逆数とは負比例の関係になることが分かる。緩和時間τ₁の逆数の対数とアニール温度Ｔａの逆数との関係を示す近似直線は以下の（５）式で表され、緩和時間τ₂の逆数の対数とアニール温度Ｔａの逆数との関係を示す近似直線は以下の（６）式で表される。尚、以下の（５），（６）式中のｊ１，ｊ２は係数であり、ｍ１，ｍ２は定数であり、Ｔａはアニール温度である。

【0066】

【数5】

【数6】

【0067】

上記（５），（６）式から、実際にはアニール処理を行っていないアニール温度における緩和時間τ₁，τ₂を求めることができる。例えば、アニール温度Ｔａを１０００～１５００℃の間で、１００℃刻みで設定してアニール処理を行った場合を考える。この場合において、その刻みの間の温度（例えば、１０５０℃）における緩和時間τ₁，τ₂を求めることも、その温度範囲外の温度（例えば、８００℃）における緩和時間τ₁，τ₂を求めることもできる。

【0068】

尚、上記（２）～（４）式は、仮想温度の経時変化Ｔ_f（ｔ）を示す式であるが、これらの式を用いれば、光ファイバの仮想温度の経時変化を予測することができる。このため、上記（２）～（４）式は、仮想温度予測式ということもできる。温度測定装置１０で測定可能な温度範囲を広げるには、広い温度範囲に亘る仮想温度予測式を用意するのが望ましい。また、温度測定装置１０の温度の測定精度を高めるには、温度の刻みが細かな仮想温度予測式を用意するのが望ましい。仮想温度予測式で用いられるパラメータ（緩和時間τ_{11_Ta}，τ_{12_Ta}，τ_{21_Ta}，τ_{22_Ta}及び係数α１_Ta，β１_Ta，α２_Ta，β２_Ta）は、例えば、温度測定装置１０のデータ記録部１５に記録される。

【0069】

図４は、仮想温度とブリルアン周波数シフト量との関係を示す図である。仮想温度とブリルアン周波数シフト量との関係は、仮想温度が既知であって仮想温度が異なる光ファイバのブリルアン周波数シフトを室温環境下で測定することによって得られる。図４に示す通り、仮想温度とブリルアン周波数シフト量との関係は、正比例の関係になることが分かる。仮想温度Ｔ_fとブリルアン周波数シフト量νとの関係を示す近似直線は、以下の（７）式で表される。尚、以下の（７）式中のｋは係数であり、ｎは定数である。

【0070】

【数7】

【0071】

上記（７）式と、前述した（２）式とから、ブリルアン周波数シフト量の経時変化ν（ｔ）は、仮想温度の経時変化Ｔ_f（ｔ）を用いて以下の（８）式で表される。

【0072】

【数8】

【0073】

光ファイバに対するアニール処理が開始されてからアニール時間ｔが経過したときのブリルアン周波数シフト量の変化量Δνは、以下の（９）式で表される。尚、以下の（９）式中のＴ_f0は、アニール処理の開始時の仮想温度である。

【0074】

【数9】

【0075】

ここで、光ファイバに対するアニール処理が、測定対象物の熱によって行われていると考えると、上記（９）式は、測定対象物に光ファイバＦＵＴが敷設されてから時間ｔが経過したときのブリルアン周波数シフト量の変化量Δνを示す式ということができる。このため、上記（９）式から、光ファイバＦＵＴのブリルアン周波数シフト量の変化量Δνを予測することができる。本実施形態では、補正部１３が、上記（９）式を用いてブリルアン周波数シフト量の変化量Δνを予測し、予測したブリルアン周波数シフト量の変化量Δνを用いてスペクトルデータ解析部１２が求めたブリルアン周波数シフト量νを補正している。

【0076】

〈温度測定方法〉
図５は、本発明の第１実施形態による温度測定方法を示すフローチャートである。図５に示すフローチャートは、例えば、測定対象物に光ファイバＦＵＴを敷設して光ファイバセンサシステム１を構築した後に、ユーザが、光ファイバセンサシステム１に対する測定開始の指示を行うことによって開始される。

【0077】

尚、光ファイバセンサシステム１による温度測定を開始する前に、光ファイバＦＵＴの仮想温度の測定が行われる。また、仮想温度が測定された光ファイバＦＵＴは、光ファイバセンサシステム１による温度測定が開始される前に、高温環境下に曝露されないようにする必要がある。これは、曝露温度が数百℃以下であれば光ファイバＦＵＴの仮想温度の変化が少ないためさほど問題にならないと考えられるが、高温環境下では光ファイバＦＵＴの構造緩和が進んで仮想温度が変化するためである。仮想温度が測定された光ファイバＦＵＴは、例えば、室温環境下で放置又は保管されていることが望ましい。

【0078】

図５に示すフローチャートの処理が開始されると、まず、温度測定装置１０は、曝露時間の計測を開始する（ステップＳ１１）。これは、光ファイバＦＵＴの熱履歴を記録するために、温度の測定が開始された時点からの経過時間が必要になるからである。

【0079】

次に、温度測定装置１０は、光ファイバＦＵＴの長さ方向に沿って設定された複数の測定位置の各々におけるブリルアン周波数シフト量νを測定する（ステップＳ１２）。具体的に、光ファイバセンサシステム１による温度測定が開始されると、光ファイバセンサ本体２０から光ファイバＦＵＴに対して光が出射され、光ファイバＦＵＴの内部で発生したブリルアン散乱光が光ファイバセンサ本体２０で検出される。これにより光ファイバセンサ本体２０からは、測定位置の各々で発生するブリルアン散乱光のスペクトルを示すスペクトルデータが出力される。

【0080】

温度測定装置１０のスペクトルデータ取得部１１は、光ファイバセンサ本体２０から出力されたスペクトルデータを取得する。温度測定装置１０のスペクトルデータ解析部１２は、スペクトルデータ取得部１１で取得されたスペクトルデータを解析し、ブリルアン周波数シフト量νを求める。このようにして、光ファイバＦＵＴの長さ方向に沿って設定された複数の測定位置の各々におけるブリルアン周波数シフト量νが測定される。

【0081】

次いで、温度測定装置１０は、測定位置の各々におけるブリルアン周波数シフト量νから測定位置の各々における温度を算出する（ステップＳ１３）。具体的に、温度測定装置１０の温度算出部１４が、前述した（１）式に示す変換式を用い、測定位置の各々におけるブリルアン周波数シフト量νから測定位置の各々における温度Ｔを求める。尚、ここでは、測定開始からの時間が短く、光ファイバＦＵＴの仮想温度が変化していないと考えられるため、補正部１３によるブリルアン周波数シフト量νの補正は行わない。

【0082】

続いて、温度測定装置１０は、算出された測定位置の各々の温度に基づいて、測定位置の各々における仮想温度予測式を選定する（ステップＳ１４）。この選定は、温度測定装置１０の補正部１３で行われる。

【0083】

例えば、図２（ａ）に示す通り、光ファイバＦＵＴの仮想温度が１５００℃であり、各測定位置における温度が１５００℃よりも低い場合を考える。この場合において、ある測定位置の温度が８００℃のときには、その位置における仮想温度予測式は、前述した（３）式においてアニール温度Ｔａが「８００」である式（緩和時間τ_{11_800}，τ_{12_800}、係数α１₈₀₀，β１₈₀₀が用いられる式）が選定される。また、他の測定位置の温度が７００℃のときには、その位置における仮想温度予測式は、前述した（３）式においてアニール温度Ｔａが「７００」である式（緩和時間τ_{11_700}，τ_{12_700}、係数α１₇₀₀，β１₇₀₀が用いられる式）が選定される。

【0084】

以上の処理が終了すると、温度測定装置１０は、各種データをデータ記録部１５に記録させる（ステップＳ１５）。具体的に、温度測定装置１０は、測定位置毎に、測定日時、ブリルアン周波数シフト量、測定温度、曝露時間、仮想温度予測式、仮想温度等を記録させる。加えて、温度測定装置１０は、各測定位置のスペクトルデータを記録させても良い。

【0085】

次に、温度測定装置１０は、光ファイバＦＵＴの長さ方向に沿って設定された複数の測定位置の各々におけるブリルアン周波数シフト量νを測定する（ステップＳ１６：取得ステップ、解析ステップ）。具体的に、温度測定装置１０のスペクトルデータ解析部１２が、スペクトルデータ取得部１１で取得されたスペクトルデータに対し、ステップＳ１２で行われた解析と同様の解析を行ってブリルアン周波数シフト量νを求める。

【0086】

次いで、温度測定装置１０は、測定位置の各々において選定された仮想温度予測式を用いて、測定位置の各々における仮想温度を算出する（ステップＳ１７）。具体的に、温度測定装置１０の補正部１３が、測定位置毎の仮想温度予測式をデータ記録部１５から読み出し、読み出した仮想温度予測式に曝露時間を代入することによって、測定位置の各々における仮想温度を算出する。例えば、補正部１３は、前述した（３）式のアニール時間ｔに、温度測定装置１０で計測された曝露時間を代入することによって測定位置の各々における仮想温度（Ｔ_f（ｔ））を算出する。

【0087】

続いて、温度測定装置１０は、測定位置の各々における仮想温度から、測定位置の各々におけるブリルアン周波数シフト量の補正値を算出する（ステップＳ１８：補正ステップ）。つまり、温度測定装置１０は、測定位置の各々におけるブリルアン周波数シフト量の変化量を予測する。具体的に、温度測定装置１０の補正部１３が、前述した（９）式を用いて、ブリルアン周波数シフト量の変化量Δν（ｔ）を求める。ここで、ブリルアン周波数シフト量の変化量Δν（ｔ）は、高温環境下においてブリルアン周波数シフト量が変化（ドリフト）したものであるから、その変化量Δν（ｔ）を補正値として用いることができる。尚、前述した（９）式中のＴ_f0は、アニール処理の開始時の仮想温度であるが、ここでは、温度測定を開始する前に測定された光ファイバＦＵＴの仮想温度を用いる。

【0088】

続いて、温度測定装置１０は、測定位置の各々におけるブリルアン周波数シフト量の補正値（Δν（ｔ））を用いて、測定位置の各々におけるブリルアン周波数シフト量ν（ステップＳ１６で測定されたブリルアン周波数シフト量ν）を補正する（ステップ１９：補正ステップ）。具体的に、温度測定装置１０の補正部１３が、補正値（Δν（ｔ））が正である場合には、ブリルアン周波数シフト量νから補正値（Δν（ｔ））を減算する。逆に、補正部１３は、補正値（Δν（ｔ））が負である場合には、ブリルアン周波数シフト量νに補正値（Δν（ｔ））を加算する。

【0089】

続いて、温度測定装置１０は、測定位置の各々における補正されたブリルアン周波数シフト量νから測定位置の各々における温度を算出する（ステップＳ２０：温度算出ステップ）。具体的に、温度測定装置１０の温度算出部１４が、前述した（１）式に示す変換式を用い、測定位置の各々における補正されたブリルアン周波数シフト量νから測定位置の各々における温度Ｔを求める。

【0090】

以上の処理が終了すると、温度測定装置１０は、各種データをデータ記録部１５に記録させる（ステップＳ２１）。具体的に、温度測定装置１０は、ステップＳ１５と同様に、測定位置毎に、測定日時、ブリルアン周波数シフト量、測定温度、曝露時間、仮想温度予測式、仮想温度等を記録させる。加えて、温度測定装置１０は、測定位置毎にブリルアン周波数シフト量の補正値も記録させる。更に、温度測定装置１０は、各測定位置のスペクトルデータを記録させても良い。

【0091】

次に、温度測定装置１０の補正部１３は、データ記録部１５に記録されたデータを用いて、測定位置の各々において、今回新たに求められた温度と前回求められた温度との差分を算出する（ステップＳ２２）。そして、温度測定装置１０の補正部１３は、温度の差分が予め規定された閾値よりも大になっている測定位置（以下、「温度変化点」という）の有無を判断する（ステップＳ２３）。

【0092】

温度変化点が有ると判断した場合（ステップＳ２３の判断結果が「ＹＥＳ」の場合）には、温度測定装置１０の補正部１３は、温度変化点の各々における仮想温度予測式を新たに選定する（ステップＳ２４）。具体的に、補正部１３は、温度変化点の各々において、ステップＳ１７で算出された仮想温度と、ステップＳ２０で今回新たに求められた温度との大小関係を確認し、その大小関係に基づいて温度変化点の各々における仮想温度予測式を選定する。

【0093】

例えば、ある温度変化点において、仮想温度が今回新たに求められた温度よりも高く、今回新たに求められた温度が５００℃であったとする。このときには、その温度変化点における仮想温度予測式は、前述した（３）式においてアニール温度Ｔａが「５００」である式（緩和時間τ_{11_500}，τ_{12_500}、係数α１₅₀₀，β１₅₀₀が用いられる式）が新たに選定される。

【0094】

これに対し、例えば、ある温度変化点において、仮想温度が今回新たに求められた温度よりも低く、今回新たに求められた温度が５００℃であったとする。このときには、その温度変化点における仮想温度予測式は、前述した（４）式においてアニール温度Ｔａが「５００」である式（緩和時間τ_{21_500}，τ_{22_500}、係数α２₅₀₀，β２₅₀₀が用いられる式）が新たに選定される。

【0095】

ここで、仮想温度予測式を新たに選定した場合には、温度測定装置１０の補正部１３は、新たに選定した式によって求められる現在の仮想温度が、ステップＳ１７で算出された仮想温度になるように、新たに選定した式の調整を行う。具体的に、補正部１３は、選定した式中のｔを（ｔ－ｔｃ＋ｔα）に変更する。ｔｃは、ステップＳ１１で曝露時間の計測が開始された時刻（ｔ＝０）を基準とした現在の時間である。ｔαは、新たに選定された仮想温度予測式において、仮想温度が、温度測定を開始する前に測定された仮想温度（例えば、１５００℃）から、ステップＳ１７で算出された仮想温度になるまでに要する時間である。尚、ｔαは、新たに選定された式において、温度測定を開始する前に測定された仮想温度をｔ_f0に代入し、ステップＳ１７で算出された仮想温度をＴ_f（ｔ）に代入することで求められる。

【0096】

補正部１３が、温度変化点が無いと判断した場合（ステップＳ２３の判断結果が「ＮＯ」の場合）、又は、ステップＳ２４の処理が終了した場合には、温度測定装置１０は、温度計測を終了するか否かを判断する（ステップＳ２５）。例えば、温度測定装置１０は、ユーザによって光ファイバセンサシステム１に対する測定終了の指示がなされていない場合には、温度計測を終了しないと判断する。

【0097】

温度測定装置１０が温度計測を終了しないと判断した場合（ステップＳ２５の判断結果が「ＮＯ」の場合）には、ステップＳ１６～Ｓ２５の処理が繰り返される。これに対し、温度測定装置１０が温度計測を終了すると判断した場合（ステップＳ２５の判断結果が「ＹＥＳ」の場合）には、図５に示す一連の処理が終了する。

【0098】

以上の通り、本実施形態では、まず、スペクトルデータ取得部１１が、光ファイバＦＵＴに光を入射させることによって発生するブリルアン散乱光のスペクトルを示すスペクトルデータを取得する。次に、スペクトルデータ解析部１２が、スペクトルデータを解析してブリルアン周波数シフト量νを求める。次いで、補正部１３が、光ファイバＦＵＴの熱履歴から光ファイバＦＵＴの構造緩和によるブリルアン周波数シフト量の変化量を予測し、予測した変化量を用いて、求められたブリルアン周波数シフト量を補正する。そして、温度算出部１４が、補正されたブリルアン周波数シフト量に基づいて、光ファイバＦＵＴの温度を求める。これにより、高温環境下における温度測定を高い精度で長時間に亘って行うことができる。

【0099】

〔第２実施形態〕
図６は、本発明の第２実施形態による温度測定装置の要部構成を示すブロック図である。図６に示す光ファイバセンサシステム２は、温度測定装置１０Ａ、光ファイバセンサ本体２０、及び熱電対３０ａ，３０ｂ，３０ｃ（温度測定素子）を備える。このような光ファイバセンサシステム２は、熱電対３０ａ，３０ｂ，３０ｃの測定結果を用いて、温度測定装置１０Ａの測定結果を補正したり、温度測定装置１０Ａ又は熱電対３０ａ，３０ｂ，３０ｃの健全性を診断したりするものである。

【0100】

熱電対３０ａ，３０ｂ，３０ｃは、光ファイバＦＵＴの長さ方向に沿って設定された測定位置のうちの任意の３つの測定位置に配置されており、その測定位置における光ファイバＦＵＴの温度を測定する。尚、熱電対３０ａ，３０ｂ，３０ｃは、光ファイバＦＵＴの温度そのものを測定するように設置されていてもよく、光ファイバＦＵＴの近傍の温度（例えば、測定対象物）の温度を測定するように設置されていてもよい。尚、本実施形態では、３つの熱電対３０ａ，３０ｂ，３０ｃが設置されている例を説明するが、熱電対の数は、１つ、２つ、又は４つ以上であってもよい。

【0101】

熱電対３０ａ，３０ｂ，３０ｃは、温度測定装置１０Ａに対し、温度の測定結果を出力する。熱電対３０ａ，３０ｂ，３０ｃは、温度測定装置１０Ａに対し、温度の測定結果を直接出力するものであってもよく、間接的に出力するものであってもよい。例えば、熱電対３０ａ，３０ｂ，３０ｃは、温度の測定結果を有線又は無線で送信する送信機を備えるものであってもよい。或いは、熱電対３０ａ，３０ｂ，３０ｃは、別体として設けられた送信機に温度の測定結果を出力することによって、温度の測定結果を有線又は無線で送信させるものであってもよい。

【0102】

本実施形態の温度測定装置１０Ａは、図１に示す温度測定装置１０に対し、温度補正部１６及び診断部１７を追加した構成である。温度補正部１６は、熱電対３０ａ，３０ｂ，３０ｃで測定された温度を用いて、温度算出部１４で求められた温度を補正する。診断部１７は、温度算出部１４で求められた温度と、熱電対３０ａ，３０ｂ，３０ｃで測定された温度とを比較して、温度測定装置１０Ａの健全性、又は、熱電対３０ａ，３０ｂ，３０ｃの健全性を診断する。

【0103】

具体的に、診断部１７は、熱電対３０ａ，３０ｂ，３０ｃが設置された全ての箇所又は殆どの箇所において、温度算出部１４で求められた温度と熱電対３０ａ，３０ｂ，３０ｃで測定された温度との温度差が所定の値よりも大になる場合には温度測定装置に異常があると診断する。これに対し、診断部１７は、熱電対３０ａ，３０ｂ，３０ｃが設置された１つの箇所又は数箇所のみにおいて、温度差が所定の値よりも大になる場合には、熱電対３０ａ，３０ｂ，３０ｃに異常があると診断する。

【0104】

図７は、本発明の第２実施形態による温度測定装置で行われる処理を説明するための図である。図７（ａ）は、温度測定装置１０Ａの温度補正部１６で行われる処理を説明する図であり、図７（ｂ）～（ｄ）は、温度測定装置１０Ａの診断部１７で行われる処理を説明する図である。図７（ａ）～（ｄ）に示すグラフは、横軸に光ファイバＦＵＴの長さ方向における距離（測定位置）をとってあり、縦軸に温度をとってある。図７（ａ）～（ｄ）における温度Ｔ１は、温度測定装置１０Ａで測定された温度を示しており、温度Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ１３はそれぞれ、熱電対３０ａ，３０ｂ，３０ｃで測定された温度を示している。

【0105】

温度補正部１６は、熱電対３０ａ，３０ｂ，３０ｃが設置された測定位置の各々の位置において、熱電対３０ａ，３０ｂ，３０ｃで測定された温度と、温度算出部１４で求められた温度とを比較する。そして、温度補正部１６は、熱電対３０ａ，３０ｂ，３０ｃで測定された温度を用いて、温度算出部１４で求められた温度を補正する。温度補正部１６は、例えば、図７（ａ）に示す通り、比較した温度の温度差の平均値を用いて温度算出部１４で求められた温度の全てを補正する。図７（ａ）における温度Ｔ２は、補正後の温度である。或いは、温度補正部１６は、熱電対３０ａ，３０ｂ，３０ｃで測定された温度毎に補正値を決定しても良い。

【0106】

診断部１７は、熱電対３０ａ，３０ｂ，３０ｃが設置された測定位置の各々の位置において、熱電対３０ａ，３０ｂ，３０ｃで測定された温度と、温度算出部１４で求められた温度とを比較する。そして、図７（ｂ），（ｃ）に示す通り、上記の測定位置の全て又は殆どで、温度算出部１４で求められた温度と熱電対３０ａ，３０ｂ，３０ｃで測定された温度との温度差が所定の値よりも大になる場合には温度測定装置１０Ａに異常があると診断する。尚、上記の測定位置の「殆ど」とは、上記尾測定位置のうちの１つの箇所又は数箇所を除く測定位置をいう。診断部１７が、温度測定装置１０Ａに異常があると診断した場合には、温度の測定を中断するのが望ましい。

【0107】

これに対し、図７（ｄ）に示す通り、上記の測定位置の１つの箇所又は数箇所のみで温度算出部１４で求められた温度と熱電対３０ａ，３０ｂ，３０ｃで測定された温度との温度差が所定の値よりも大になる場合には、その測定位置の熱電対に異常があると診断する。図７（ｄ）に示す例では、熱電対３０ｂに異常があると診断される。診断部１７が、熱電対に異常があると診断した場合には、異常があると診断された熱電対の測定結果は、例えば、温度補正部１６で行われる温度補正から除かれる。

【0108】

尚、本実施形態の温度測定装置１０Ａの動作は、温度補正部１６による温度補正及び診断部１７による診断を除いて、基本的には、図１に示す温度測定装置１０の動作と同様である。つまり、本実施形態の温度測定装置１０Ａの動作も、基本的には、図５に示すフローチャートに従って行われる。このため、ここでの詳細な説明は省略する。

【0109】

以上の通り、本実施形態においても、まず、スペクトルデータ取得部１１が、光ファイバＦＵＴに光を入射させることによって発生するブリルアン散乱光のスペクトルを示すスペクトルデータを取得する。次に、スペクトルデータ解析部１２が、スペクトルデータを解析してブリルアン周波数シフト量νを求める。次いで、補正部１３が、光ファイバＦＵＴの熱履歴から光ファイバＦＵＴの構造緩和によるブリルアン周波数シフト量の変化量を予測し、予測した変化量を用いて、求められたブリルアン周波数シフト量を補正する。そして、温度算出部１４が、補正されたブリルアン周波数シフト量に基づいて、光ファイバＦＵＴの温度を求める。これにより、高温環境下における温度測定を高い精度で長時間に亘って行うことができる。

【0110】

また、本実施形態では、温度補正部１６が、熱電対３０ａ，３０ｂ，３０ｃで測定された温度を用いて、温度算出部１４で求められた温度を補正する。このため、温度算出部１４で求められた温度の誤差を、熱電対３０ａ，３０ｂ，３０ｃの測定誤差程度にすることができる。また、本実施形態では、診断部１７が、温度算出部１４で求められた温度と、熱電対３０ａ，３０ｂ，３０ｃで測定された温度とを比較して、温度測定装置１０Ａの健全性、又は、熱電対３０ａ，３０ｂ，３０ｃの健全性を診断する。これにより、温度測定装置１０Ａで測定された温度と、熱電対３０ａ，３０ｂ，３０ｃで測定された温度とに乖離が生じた場合に、その原因が温度測定装置１０Ａにあるのか、又は、熱電対３０ａ，３０ｂ，３０ｃにあるのかを切り分けることができる。

【0111】

以上、本発明の実施形態による温度測定装置及び温度測定方法について説明したが、本発明は上記実施形態に制限される訳ではなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上述した第１，第２実施形態において、光ファイバセンサシステム１による温度測定を開始する前に測定された光ファイバＦＵＴの仮想温度が１５００℃である場合を例に挙げて説明した。しかしながら、測定開始前の光ファイバＦＵＴの仮想温度は、できる限り下げておくことが望ましい。例えば、測定開始前の光ファイバＦＵＴの仮想温度は、温度を測定する対象である測定対象物の温度と同じ温度又は同程度の温度に設定されていることが望ましい。このような温度に設定することで、温度測定装置１０，１０Ａの温度の測定誤差をより小さくすることができる。

【0112】

また、上述した第２実施形態では、光ファイバＦＵＴの長さ方向に沿って設定された測定位置の温度を測定する温度測定素子として、熱電対３０ａ，３０ｂ，３０ｃが配置されている例について説明した。しかしながら、温度測定素子が熱電対３０ａ，３０ｂ，３０ｃに制限されるという訳ではなく、光ファイバＦＵＴの設置状況、必要となる温度の精度等を考慮して、任意の温度測定素子を用いることができる。

【符号の説明】

【0113】

１０，１０Ａ 温度測定装置
１１ スペクトルデータ取得部
１２ スペクトルデータ解析部
１３ 補正部
１４ 温度算出部
１６ 温度補正部
１７ 診断部
３０ａ～３０ｃ 熱電対
ＦＵＴ 光ファイバ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】