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技術 光ファイバ温度分布測定装置

出願人 住友電気工業株式会社
発明者 中西正温塩路珠央
出願日 2015年3月26日 (3年9ヶ月経過) 出願番号 2015-065206
公開日 2016年10月20日 (2年2ヶ月経過) 公開番号 2016-183938
状態 特許登録済
技術分野 温度及び熱量の測定
主要キーワード ラマン後方散乱光 拡張パラメータ 被温度測定物 補正温度 温度校正 複数区間 反ストークス光 温度誤差
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2016年10月20日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (8)

課題

光ファイバ温度分布測定装置による測定温度補正するための新規な技術を提供する。

解決手段

光ファイバ温度分布測定装置は、光源から光ファイバ入射した入射光により光ファイバ内の各測定位置で生じたラマン後方散乱光を含む後方散乱光を検出することで、各測定位置までの距離と、各測定位置における補正前の温度とを算出し、補正前の温度を補正して補正後の温度を算出し、各測定位置における補正後の温度を下記の第1項から第4項までの和を取る式により算出し、第1項は、各測定位置における補正前の温度に、第1のパラメータを乗じた値であり、第2項は、各測定位置までの距離に、第2のパラメータを乗じた値であり、第3項は、定数である第3のパラメータであり、第4項は、各測定位置までの距離に各測定位置における補正前の温度を乗じた積を含む項に、第4のパラメータを乗じた値である。

概要

背景

温度測定装置として、光ファイバ温度分布測定装置が用いられている。光ファイバ温度分布測定装置で測定された温度には、種々の要因により誤差が含まれ得る。光ファイバ温度分布測定装置による測定温度補正する技術が提案されている(例えば特許文献1、2参照)。

概要

光ファイバ温度分布測定装置による測定温度を補正するための新規な技術を提供する。光ファイバ温度分布測定装置は、光源から光ファイバ入射した入射光により光ファイバ内の各測定位置で生じたラマン後方散乱光を含む後方散乱光を検出することで、各測定位置までの距離と、各測定位置における補正前の温度とを算出し、補正前の温度を補正して補正後の温度を算出し、各測定位置における補正後の温度を下記の第1項から第4項までの和を取る式により算出し、第1項は、各測定位置における補正前の温度に、第1のパラメータを乗じた値であり、第2項は、各測定位置までの距離に、第2のパラメータを乗じた値であり、第3項は、定数である第3のパラメータであり、第4項は、各測定位置までの距離に各測定位置における補正前の温度を乗じた積を含む項に、第4のパラメータを乗じた値である。

目的

本発明の一目的は、光ファイバ温度分布測定装置による測定温度を補正するための新規な技術を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

光源から光ファイバ入射した入射光により前記光ファイバ内の各測定位置で生じたラマン後方散乱光を含む後方散乱光を検出することで、前記各測定位置までの距離と、前記各測定位置における補正前の温度とを算出し、前記各測定位置における前記補正前の温度を補正して、前記各測定位置における補正後の温度を算出する光ファイバ温度分布測定装置であって、前記各測定位置における前記補正後の温度を、下記の第1項、第2項、第3項、および第4項の和を取る式により算出し、前記第1項は、前記各測定位置における前記補正前の温度に、第1のパラメータを乗じた値であり、前記第2項は、前記各測定位置までの距離に、第2のパラメータを乗じた値であり、前記第3項は、定数である第3のパラメータであり、前記第4項は、前記各測定位置までの距離に前記各測定位置における前記補正前の温度を乗じた積を含む項に、第4のパラメータを乗じた値である、光ファイバ温度分布測定装置。

請求項2

前記第4項は、前記各測定位置までの距離に前記各測定位置における前記補正前の温度の1乗を乗じた値に、前記第4のパラメータを乗じた値である、請求項1に記載の光ファイバ温度分布測定装置。

請求項3

前記第4項は、前記各測定位置までの距離に前記各測定位置における前記補正前の温度の符号を反映した2乗を乗じた値に、前記第4のパラメータを乗じた値である、請求項1に記載の光ファイバ温度分布測定装置。

請求項4

前記光ファイバが延在方向について1つまたは複数の区間に分けられ、各区間について前記第1、第2、第3、および第4のパラメータが設定されている請求項1〜3のいずれか1項に記載の光ファイバ温度分布測定装置。

請求項5

前記第1〜前記第4のパラメータは、前記光ファイバの延在方向の所定位置に設けられる基準温度部の位置、および、前記基準温度部に加えられる既知の基準温度を変えて、4条件で前記補正前の温度を測定し、前記4条件での測定結果を前記式に代入することにより得られる4元連立方程式解くことで算出されたものである請求項4に記載の光ファイバ温度分布測定装置。

請求項6

前記基準温度部は、前記区間の両端部に設けられている請求項5に記載の光ファイバ温度分布測定装置。

技術分野

0001

本発明は、光ファイバ温度分布測定装置に関する。

背景技術

0002

温度測定装置として、光ファイバ温度分布測定装置が用いられている。光ファイバ温度分布測定装置で測定された温度には、種々の要因により誤差が含まれ得る。光ファイバ温度分布測定装置による測定温度補正する技術が提案されている(例えば特許文献1、2参照)。

先行技術

0003

特開2006−23260号公報
特開2012−27001号公報

発明が解決しようとする課題

0004

本発明の一目的は、光ファイバ温度分布測定装置による測定温度を補正するための新規な技術を提供することである。

課題を解決するための手段

0005

本発明の一態様によれば、
光源から光ファイバ入射した入射光により前記光ファイバ内の各測定位置で生じたラマン後方散乱光を含む後方散乱光を検出することで、前記各測定位置までの距離と、前記各測定位置における補正前の温度とを算出し、
前記各測定位置における前記補正前の温度を補正して、前記各測定位置における補正後の温度を算出する光ファイバ温度分布測定装置であって、
前記各測定位置における前記補正後の温度を、下記の第1項、第2項、第3項、および第4項の和を取る式により算出し、
前記第1項は、前記各測定位置における前記補正前の温度に、第1のパラメータを乗じた値であり、
前記第2項は、前記各測定位置までの距離に、第2のパラメータを乗じた値であり、
前記第3項は、定数である第3のパラメータであり、
前記第4項は、前記各測定位置までの距離に前記各測定位置における前記補正前の温度を乗じた積を含む項に、第4のパラメータを乗じた値である、
光ファイバ温度分布測定装置
が提供される。

発明の効果

0006

第1〜第4のパラメータを用いて、補正された温度を得ることができ、温度測定の精度向上を図ることができる。

図面の簡単な説明

0007

図1(a)は、本発明の一実施形態による光ファイバ温度分布測定装置を示す概略構成図であり、図1(b)は、実施形態による温度測定工程の流れを示すフローチャートである。
図2(a)は、実施形態によるパラメータ算出工程における基準温度測定の態様を示す、光ファイバ温度分布測定装置の概略構成図であり、図2(b)は、実施形態によるパラメータ算出工程の流れを示すフローチャートである。
図3(a)および図3(b)は、それぞれ、比較例および実施例の温度測定結果を光ファイバの全長に対して示すグラフであり、補正前と補正後の温度を示す。
図4(a)および図4(b)は、それぞれ、比較例および実施例の温度測定結果を、近端基準温度部近傍について拡大して示すグラフであり、近端基準温度部の補正前と補正後の温度を示す。
図5(a)および図5(b)は、それぞれ、比較例および実施例の温度測定結果を、中間部の末端部から遠端基準温度部にかけての部分について拡大して示すグラフであり、中間部の補正前と補正後の温度を示す。
図6(a)および図6(b)は、それぞれ、比較例および実施例の温度測定結果を、中間部の末端部から遠端基準温度部にかけての部分について拡大して示すグラフであり、遠端基準温度部の補正前と補正後の温度を示す。
図7は、他の実施形態における基準温度測定の態様を示す、光ファイバ温度分布測定装置の概略構成図である。

0008

以下、本発明の一実施形態による光ファイバ温度分布測定装置について説明する。光ファイバ温度分布測定装置は、DTS(Distributed Temperature Sensing)装置とも呼ばれる。

0009

まず、図1(a)を参照して、実施形態によるDTS装置100の装置構成について説明する。図1(a)は、DTS装置100を示す概略構成図である。DTS装置100は、光源および測定装置110と、光ファイバ120と、計算装置130とを含んで構成されている。

0010

光ファイバ120は、一端側が光源および測定装置110に接続され、他端側が光源および測定装置110の外側に延在しており、温度センサ部として設けられている。光ファイバ120の接続された一端の近傍に、近端側の基準温度部(温度校正束)121として近端基準温度部121aが設けられており、また、光ファイバ120の他端の近傍に、遠端側の基準温度部(温度校正束)121として遠端基準温度部121bが設けられている。近端基準温度部121aと遠端基準温度部121bとの中間の光ファイバ部分(中間部)122が、被温度測定物の近傍に敷設されている。

0011

光ファイバ120の全長は、例えば数km〜数十km程度である。近端基準温度部121aおよび遠端基準温度部121bは、それぞれ、例えば10m〜100m程度の光ファイバ部分が巻回された束として構成されている。

0012

後述のように、近端基準温度部121aおよび遠端基準温度部121bの温度は、温度補正用のパラメータを算出する工程での基準温度測定において、所定の基準温度に制御される。中間部122は、一般に、被温度測定物に固定されたり埋設されたりしているため、作業者が接近することや任意の温度に制御することが難しい場合が多い。これに対し、基準温度部121(近端基準温度部121aや遠端基準温度部121b)は、接近しやすく任意の温度に制御しやすい態様で設置されていることが好ましい。

0013

光源および測定装置110は、光源10と光検出部20と演算制御部30とを含んで構成されている。光検出部20は、ハーフミラー21と分波器22と光−デジタル変換回路23とを含んで構成されている。光−デジタル変換回路23は、フォトダイオードアンプ、A/D変換器等を含んで構成されている。

0014

光源10は、パルス光出射するレーザ光源である。光源10から出射されたパルス光が、ハーフミラー21を透過して光ファイバ120に入射する。光源10から光ファイバ120に入射した入射光により、光ファイバ120内の各測定位置で、ラマン後方散乱光を含む後方散乱光が生じる。各測定位置で生じたラマン後方散乱光を含む後方散乱光が、ハーフミラー21から光検出部20に入射する。

0015

ハーフミラー21で反射された後方散乱光が、分波器22を介して光−デジタル変換回路23に入射する。光−デジタル変換回路23により、各測定位置で生じたラマン後方散乱光のストークス光反ストークス光強度データが得られる。

0016

演算制御部30が、後方散乱光の入射タイミングに基づいて、光源および測定装置110から各測定位置までの距離を算出するとともに、ストークス光に対する反ストークス光の強度比に基づいて、各測定位置における温度を算出する。

0017

演算制御部30で、つまり光源および測定装置110で算出された各測定位置の距離と温度とを表すデータが、計算装置130に入力される。計算装置130としては、例えばパーソナルコンピュータを用いることができる。

0018

計算装置130は、光源および測定装置110で算出された各測定位置の温度を補正して、補正後の温度を算出する処理(補正温度算出処理)を行う。補正温度算出処理の詳細については、図1(b)を参照して後述する。計算装置130は、また、補正温度算出処理に用いるためのパラメータを算出する処理(パラメータ算出処理)を行う。パラメータ算出処理の詳細については、図2(b)を参照して後述する。なお、計算装置130で算出される「補正後の温度」と区別するために、光源および測定装置110で算出される温度を、「補正前の温度」と呼ぶこともある。

0019

計算装置130のハードウエア構成例について説明する。計算装置130は、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、記憶装置、I/Oポート入力装置、および出力装置を有している。

0020

記憶装置は、補正温度算出処理、パラメータ算出処理等を行うのに必要なプログラムやデータを読み出し可能に格納し、例えばハードディスク、CD、DVD、USBメモリ等の外部記憶装置により構成される。

0021

I/Oポートは、光源および測定装置110に接続されている。光源および測定装置110で算出された各測定位置の距離と温度とを表すデータが、I/Oポートを介して計算装置130に入力され、記憶装置に記憶される。

0022

CPUは、記憶装置から必要なプログラムやデータを読み出して、補正温度算出処理、パラメータ算出処理等を実行する。

0023

入力装置は、操作者が各種の情報を入力するために用いられ、例えばキーボードマウスにより構成される。出力装置は、各種の情報を表示するために用いられ、例えばディスプレイ装置プリンタ装置により構成される。

0024

次に、距離iで表される各測定位置に対して、補正前の温度Tin[i]から補正後の温度Tout[i]を算出するための考え方について説明する。

0025

本実施形態における補正後の温度Tout[i]は、温度補正のための1組のパラメータである第1〜第4のパラメータA、B、C、およびDを用いて、
Tout[i]=A×Tin[i]+B×i+C+D×i×Tin[i]・・・(1)
と表される。ここで、iは各測定位置までの距離であり、Tin[i]は補正前の温度である。

0026

すなわち、各測定位置iにおける補正後の温度Tout[i]は、
第1項A×Tin[i]:
各測定位置iにおける補正前の温度Tin[i]に、第1のパラメータAを乗じた値、
第2項B×i:
各測定位置までの距離iに、第2のパラメータBを乗じた値、
第3項C:
定数である第3のパラメータC、
および
第4項D×i×Tin[i]:
各測定位置までの距離iに各測定位置iにおける補正前の温度Tin[i]を乗じた値に、第4のパラメータDを乗じた値、
の和を取ることで算出される。

0027

第1のパラメータAを「倍率」と呼び、第2のパラメータBを「傾き」と呼び、第3のパラメータCを「オフセット」と呼び、第4のパラメータDを「拡張パラメータ」と呼ぶこともある。

0028

パラメータA〜Dは、4つの数値であるので、4つの条件を上式(1)に代入して得られる4元連立方程式解くことにより、算出することができる。

0029

次に、図2(a)および図2(b)を参照して、パラメータA〜Dの算出工程(以下、パラメータ算出工程と呼ぶ)についてより具体的に説明する。パラメータ算出工程では、温度補正の基準とするための基準温度測定が行われる。図2(a)は、パラメータ算出工程における基準温度測定の態様を示す、DTS装置100の概略構成図である。図2(b)は、パラメータ算出工程の流れを示すフローチャートである。

0030

基準温度測定において、近端基準温度部121aおよび遠端基準温度部121bの温度は、それぞれ、既知所定温度である基準温度に制御される(つまり、近端基準温度部121aおよび遠端基準温度部121bに、基準温度が加えられる)。例えば、近端基準温度部121aおよび遠端基準温度部121bを、それぞれ、既知の水温に制御された水槽200aおよび水槽200bに浸すことで、温度制御が行われる。水槽200aおよび水槽200bの水温は、それぞれ、独立に制御することができ、精密温度計201aおよび精密温度計201bにより管理される。なお、近端基準温度部121aおよび遠端基準温度部121bの温度制御方法は、特に制限されず、必要に応じて他の方法としてもよい。

0031

パラメータ算出工程の流れを説明する。まず、ステップS11では、基準温度測定として、基準温度部121の位置および基準温度を変えて、4条件で補正前の温度を測定する。例えば以下のような測定1〜測定4を行う。ここで、近端基準温度部121aの代表的な位置(距離)を「ia」とし、遠端基準温度部121bの代表的な位置(距離)を「ib」とする。

0032

測定1:
水槽200aに0℃の氷水を満たし、近端基準温度部121a(距離ia)の温度を0℃に制御して(つまり、補正後の温度Tout[ia]を0℃に設定して)、近端基準温度部121aの補正前の温度Tin[ia]を測定する。

0033

測定2:
水槽200bに0℃の氷水を満たし、遠端基準温度部121b(距離ib)の温度を0℃に制御して(つまり、補正後の温度Tout[ib]を0℃に設定して)、遠端基準温度部121bの補正前の温度Tin[ib]を測定する。

0034

測定3:
水槽200aに60℃のお湯を満たし、近端基準温度部121a(距離ia)の温度を60℃に制御して(つまり、補正後の温度Tout[ia]を60℃に設定して)、近端基準温度部121aの補正前の温度Tin[ia]を測定する。

0035

測定4:
水槽200bに60℃のお湯を満たし、遠端基準温度部121b(距離ib)の温度を60℃に制御して(つまり、補正後の温度Tout[ib]を60℃に設定して)、遠端基準温度部121bの補正前の温度Tin[ib]を測定する。

0036

ここで、近端基準温度部121aおよび遠端基準温度部121bの制御された温度である基準温度は、補正後の温度Tout[ia]および補正後の温度Tout[ib]と等しくなるべき温度である。

0037

例示の測定1〜測定4では、基準温度部121の位置を近端基準温度部121aと遠端基準温度部121bの2箇所に変え、また、近端基準温度部121aと遠端基準温度部121bの基準温度をそれぞれ2つの温度に変えることで、全部で4条件での距離i、補正前の温度Tin[i]、および補正後の温度Tout[i]を得ている。

0038

なお、上述の2つの基準温度0℃、60℃は一例であり、2つの基準温度は、互いに異なっていれば他の温度でもよい。ただし、温度補正の精度向上のためには、例えば測定対象物温度範囲が0℃〜100℃の場合であれば、温度範囲内の下限0℃に近い温度と、上限100℃に近い温度とを基準温度とすることが好ましい。なお、近端基準温度部121aに適用する基準温度と、遠端基準温度部121bに適用する基準温度とは、必要に応じて、互いに異ならせてもよい。

0039

基準温度部121a、121bのそれぞれは、光ファイバ120の中間部122に設けることも可能ではあるが、温度補正の精度向上のためには、両端部、すなわち近端部と遠端部とに設けることが好ましい。なお、ここでいう「両端部」とは、図7を参照して後述する他の実施形態においては、「各区間の両端部(各区間の近端部と遠端部)」という意味である。なお、(各区間の)両端部にそれぞれ、高温の基準温度測定用の基準温度部と低温の基準温度測定用の基準温度部の両方を設けて、各端部での高温と低温の基準温度測定を同時に行うようにすることもできる。

0040

次に、ステップS12では、ステップS11で得られた4条件での測定結果(距離i、補正前の温度Tin[i]、および補正後の温度Tout[i])を上式(1)に代入して4元連立方程式を立て、この4元連立方程式を解くことにより、4つのパラメータA〜Dを算出する。4元連立方程式を解いて4つのパラメータA〜Dを算出する計算(パラメータ算出処理)は、計算装置130で行われる。このようにして、温度補正用の4つのパラメータA〜Dを求めることができる。

0041

次に、図1(b)を参照して、DTS装置100による温度測定工程について説明する。この温度測定工程は、上述のようにして得られた4つのパラメータA〜D(倍率A、傾きB、オフセットC、および拡張パラメータD)を用いて、補正された温度(DTS装置100による最終的な測定結果としての温度)を得る温度測定工程である。図1(b)は、温度測定工程の流れを示すフローチャートである。

0042

まず、ステップS1では、光源10から光ファイバ120に光を入射させ、光ファイバ120内の各測定位置の距離と、各測定位置における補正前の温度とを算出する。各測定位置の距離と補正前の温度とは、光源および測定装置110で算出される。

0043

次に、ステップS2では、各測定位置における補正前の温度を補正して、各測定位置における補正後の温度を算出する。すなわち、各測定位置までの距離iと、各測定位置iにおける補正前の温度Tin[i]を、上式(1)に代入して、各測定位置iにおける補正後の温度Tout[i]を算出する。各測定位置の補正後の温度を算出する計算(補正温度算出処理)は、計算装置130で行われる。

0044

式(1)に用いられるパラメータA〜Dは、この温度測定工程に先立ち上述のパラメータ算出工程を実施して、準備しておく。パラメータ算出工程を一度実施してパラメータA〜Dを求めておけば、その後の温度測定工程では、同一のパラメータA〜Dを繰り返し用いて(補正後の)温度を測定することができる。なお、必要に応じて、適当なタイミングでパラメータ算出工程を再実施しパラメータA〜Dを更新してもよい。

0045

以上説明したように、実施形態によるDTS装置100を用いることで、4つのパラメータA〜Dを用いて、補正された温度を得ることができ、温度測定の精度向上を図ることができる。

0046

なお、上述の実施形態では、温度補正用のパラメータA〜Dを算出する計算と、補正後の温度を算出する計算とを、光源および測定装置110の外部に設けられたパーソナルコンピュータ等の計算装置130で行う場合について例示した。計算装置130の構成態様はこのようなものに限定されない。必要に応じて、例えば、光源および測定装置110内に計算装置130を一体化した装置構成としてもよい。

0047

次に、上述の実施形態の変形例によるDTS装置について説明する。変形例のDTS装置では、補正後の温度Tout[i]が第1〜第4のパラメータA〜Dを用いて
Tout[i]=A×Tin[i]+B×i+C+D×i×Tin[i]×|Tin[i]|・・・(2)
と表される点が、上述の実施形態と異なる。

0048

つまり、補正後の温度Tout[i]を表す和の第4項が、上述の実施形態では
第4項D×i×Tin[i]:
各測定位置までの距離iに各測定位置iにおける補正前の温度Tin[i]の1乗を乗じた値に、第4のパラメータDを乗じた値、
であったのに対し、本変形例では、
第4項D×i×Tin[i]×|Tin[i]|:
各測定位置までの距離iに各測定位置iにおける補正前の温度Tin[i]の符号を反映した2乗を乗じた値に、第4のパラメータDを乗じた値、
となっている点が、上述の実施形態と異なる。ここで、一方のTin[i]の絶対値を取っているのは、この項においてTin[i]の正負の符号を反映させるためである。その他の点は、上述の実施形態と同様である。

0049

変形例のDTS装置によっても、上述の実施形態と同様に、4つのパラメータA〜Dを用いて、補正された温度を得ることができ、温度測定の精度向上を図ることができる。

0050

次に、図3(a)〜図6(b)を参照して、実施例および比較例による温度測定(温度補正)について説明する。

0051

実施例では、上述の実施形態と同様にして、4つのパラメータA〜D(倍率A、傾きB、オフセットC、および拡張パラメータD)を用いて上式(1)に基づき温度補正を行った。

0052

比較例では、3つのパラメータA〜C(倍率A、傾きB、オフセットC)を用いて温度補正を行った。つまり、上式(1)のパラメータA〜Cに係る3項の和のみを考慮した補正式で、温度補正を行った。なお、比較例における3つのパラメータA〜Cは、3条件での基準温度測定を行うことで、求めることができる。

0053

図3(a)および図3(b)を参照する。図3(a)および図3(b)は、それぞれ、比較例および実施例の温度測定結果を光ファイバの全長(5000m)に対して示すグラフであり、補正前と補正後の温度を示す。

0054

比較例および実施例では、近端および遠端の基準温度部の温度を60℃に制御するとともに、中間部の温度を20℃に制御して、温度測定を行った。

0055

図4(a)および図4(b)を参照する。図4(a)および図4(b)は、それぞれ、比較例および実施例の温度測定結果を、近端基準温度部近傍(0m〜100m)について拡大して示すグラフであり、近端基準温度部の補正前と補正後の温度を示す。

0056

比較例および実施例で、近端基準温度部の補正前の温度は、60℃より少し高い温度に測定されている。比較例および実施例の両方とも、近端基準温度部の補正後の温度は、60℃となるように補正できている。

0057

図5(a)および図5(b)を参照する。図5(a)および図5(b)は、それぞれ、比較例および実施例の温度測定結果を、中間部の末端部から遠端基準温度部にかけての部分(4850m〜4990m)について拡大して示すグラフであり、中間部の補正前と補正後の温度を示す。

0058

比較例および実施例で、中間部の補正前の温度は、21℃より少し高い温度に測定されている。比較例および実施例の両方とも、中間部の補正後の温度は、20℃となるように補正できている。

0059

図6(a)および図6(b)を参照する。図6(a)および図6(b)は、それぞれ、比較例および実施例の温度測定結果を、中間部の末端部から遠端基準温度部にかけての部分(4850m〜4990m)について拡大して示すグラフであり、遠端基準温度部の補正前と補正後の温度を示す。

0060

比較例および実施例で、遠端基準温度部の補正前の温度は、59℃より少し低い温度に測定されている。図6(a)に示す比較例では、遠端基準温度部の補正後の温度が、59℃程度となっており、60℃には補正できていない。一方、図6(b)に示す実施例では、遠端基準温度部の補正後の温度を、60℃となるように補正できている。

0061

このように、実施例の温度測定では、比較例の温度測定と比べて、より正確な温度補正を行えることがわかった。また、実施例において、近端と遠端とに基準温度部を設けて温度補正を行うことで、中間部についても精度良く温度補正を行えることがわかった。

0062

実施形態の温度測定方法では、倍率A、傾きB、オフセットCの3つのパラメータに加え、4つ目のパラメータである拡張パラメータDを用いている。つまり、補正後の温度Tout[i]を算出するために、「D×i×Tin[i]」という第4項を加味している。このような項を加味していることで、実施例の方が比較例よりも温度補正の精度が高くなっている。

0063

次に、このような項「D×i×Tin[i]」を加味することが、温度補正に好ましい理由について考察する。

0064

DTS装置による(補正前の)温度測定においては、実際に使用する光ファイバと出荷調整用標準ファイバとの微妙な物性特性の違いや、フォトダイオード、アンプ、A/D変換器等の光−デジタル変換回路を構成する部品の入力−出力特性非線形性等の要因によって、測定温度に誤差が生じ得る。

0065

図3(a)〜図6(b)より、補正前の温度誤差の生じ方の一例として、以下のようなことがわかる。近端および遠端の基準温度部の温度は、両方とも60℃に制御されているが、遠端の温度の方が低めに測定されている。つまり、高温の60℃部分の温度は、距離が遠くなるにしたがい低めに測定される傾向が見られる。また、20℃に制御された中間部、つまり、低温の20℃部分の温度も、距離が遠くなるにしたがい低めに測定される傾向が見られる。そして、低温の20℃部分の測定温度が、距離が遠くなるにしたがい下降する幅に比べて、高温の60℃部分の測定温度が、距離が遠くなるにしたがい下降する幅の方が大きい傾向が見られる。

0066

本願発明者は、補正前の温度誤差の生じ方について、さらに他の場合についても検討した。その結果、温度誤差の生じ方としては、上述のような、距離が遠くなるにしたがい60℃部分および20℃部分の両方の測定温度が下降する場合のみならず、距離が遠くなるにしたがい60℃部分および20℃部分の両方の測定温度が上昇する場合や、距離が遠くなるにしたがい60℃部分の測定温度は下降し20℃部分の測定温度は上昇する場合等があることがわかった。そして、これらの場合についてまとめると、高温の60℃部分の測定温度と低温の20℃部分の測定温度との差分は、実際の温度差が一定であるにも係らず距離が遠くなるにしたがい小さくなる傾向があることがわかり、温度誤差は、測定位置の距離および温度の両方に依存して変化する傾向があることがわかった。

0067

このように、温度誤差は、測定位置の距離および温度の両方に依存して変化する傾向が見られる。このため、「D×i×Tin[i]」のような、距離iと(補正前の)温度Tin[i]の両方を反映するような第4項を加味することが、温度補正の精度向上に有効となっている。

0068

さらに、以上の考察より、第4項としては、「i×Tin[i]」という積を含む項であれば有効ではないかと考えられる。したがって、上述の実施形態で説明した「D×i×Tin[i]」という項以外に、例えば、変形例で説明した「D×i×Tin[i]×|Tin[i]|」という項等も有効ではないかと考えられる。つまり、第4項は、各測定位置までの距離iに各測定位置iにおける補正前の温度Tin[i]を乗じた積を含む項に、拡張パラメータDを乗じた値とすることが好ましいと考えられる。

0069

なお、計算の容易さや計算結果直観的な把握が容易であるという観点からは、第4項は、上述の実施形態で説明したような「D×i×Tin[i]」という項とすることがより好ましい。

0070

以上、実施形態および変形例に沿って本発明を説明したが、本発明の実施形態はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

0071

例えば、以下に説明するように、他の実施形態として、光ファイバの全長を複数区間に分け、各区間についてそれぞれ温度補正を行うようにすることもできる。

0072

図7は、他の実施形態における基準温度測定の態様を示す、DTS装置100の概略構成図である。なお、説明の煩雑さを避けるため、上述の実施形態と対応する構造等について、同様な参照符号を用いて説明を行う。

0073

本実施形態では、全長の光ファイバ300が、複数(例えば3つ)の区間120、140、150に分けられている。各区間120、140、150のそれぞれの両端部において、近端側に近端基準温度部121a、141a、151aが設けられており、遠端側に遠端基準温度部121b、141b、151bが設けられている。なお、ある区間の遠端側の基準温度部を、その区間の遠端側に隣接する区間の近端側の基準温度部と共用としてもよい(例えば、区間140の遠端基準温度部141bを、区間150の近端基準温度部151aとして用いるようにしてもよい)。

0074

複数の区間120等のそれぞれに対して、上述の実施形態で図2(b)を参照して説明した手順と同様にして、パラメータ算出工程を行う。つまり、各区間120等のそれぞれに対して、4条件での基準温度測定を行って、温度補正用のパラメータの組(A〜D)の算出を行う。

0075

そして、上述の実施形態で図1(b)を参照して説明した手順と同様にして、温度測定工程を行う。つまり、各測定位置の補正前の温度を算出し、温度補正を行って補正後の温度を算出する。この際、区間120等ごとに、当該区間に対して算出されたパラメータの組(A〜D)を用いて補正を行って、全長の光ファイバ300における補正後の温度を算出する。

0076

本実施形態では、光ファイバの全長を、延在方向について複数の区間に分け、温度補正のためのパラメータの組(A〜D)を、区間ごとに設定している。区間ごとに温度補正を行うことができるので、温度測定のさらなる精度向上を図ることができる。このような方法は、各区間の長さが例えば数km以上と長い場合に、特に好ましい。なお、図1および図2を参照して説明した上述の実施形態は、光ファイバの全長を1区間とした場合に対応している。

0077

<本発明の好ましい態様>
以下、本発明の好ましい態様について付記する。

0078

(付記1)
光源から光ファイバに入射した入射光により前記光ファイバ内の各測定位置で生じたラマン後方散乱光を含む後方散乱光を検出することで、前記各測定位置までの距離と、前記各測定位置における補正前の温度とを算出し、
前記各測定位置における前記補正前の温度を補正して、前記各測定位置における補正後の温度を算出する光ファイバ温度分布測定装置であって、
前記各測定位置における前記補正後の温度を、下記の第1項、第2項、第3項、および第4項の和を取る式により算出し、
前記第1項は、前記各測定位置における前記補正前の温度に、第1のパラメータを乗じた値であり、
前記第2項は、前記各測定位置までの距離に、第2のパラメータを乗じた値であり、
前記第3項は、定数である第3のパラメータであり、
前記第4項は、前記各測定位置までの距離に前記各測定位置における前記補正前の温度を乗じた積を含む項に、第4のパラメータを乗じた値である、
光ファイバ温度分布測定装置。

0079

(付記2)
前記第4項は、前記各測定位置までの距離に前記各測定位置における前記補正前の温度の1乗を乗じた値に、前記第4のパラメータを乗じた値である、付記1に記載の光ファイバ温度分布測定装置。

0080

(付記3)
前記第4項は、前記各測定位置までの距離に前記各測定位置における前記補正前の温度の符号を反映した2乗を乗じた値に、前記第4のパラメータを乗じた値である、付記1に記載の光ファイバ温度分布測定装置。

0081

(付記4)
前記光ファイバが延在方向について1つまたは複数の区間に分けられ、各区間について前記第1、第2、第3、および第4のパラメータが設定されている付記1〜3のいずれか1つに記載の光ファイバ温度分布測定装置。

0082

(付記5)
前記第1〜前記第4のパラメータは、
前記光ファイバの延在方向の所定位置に設けられる基準温度部の位置、および、前記基準温度部に加えられる既知の基準温度を変えて、4条件で前記補正前の温度を測定し、
前記4条件での測定結果を前記式に代入することにより得られる4元連立方程式を解くことで算出されたものである付記4に記載の光ファイバ温度分布測定装置。

0083

(付記6)
前記基準温度部は、前記区間の両端部に設けられている付記5に記載の光ファイバ温度分布測定装置。

0084

(付記7)
光源から光ファイバに入射した入射光により前記光ファイバ内の各測定位置で生じたラマン後方散乱光を含む後方散乱光を検出することで、前記各測定位置までの距離と、前記各測定位置における補正前の温度とを算出する工程と、
前記各測定位置における前記補正前の温度を補正して、前記各測定位置における補正後の温度を算出する工程と、
を有し、
前記各測定位置における補正後の温度を算出する工程では、
前記各測定位置における前記補正後の温度を、下記の第1項、第2項、第3項、および第4項の和を取る式により算出し、
前記第1項は、前記各測定位置における前記補正前の温度に、第1のパラメータを乗じた値であり、
前記第2項は、前記各測定位置までの距離に、第2のパラメータを乗じた値であり、
前記第3項は、定数である第3のパラメータであり、
前記第4項は、前記各測定位置までの距離に前記各測定位置における前記補正前の温度を乗じた積を含む項に、第4のパラメータを乗じた値である、
光ファイバ温度分布測定装置を用いた温度測定方法。

実施例

0085

(付記8)
さらに、前記第1〜前記第4のパラメータを算出する工程を有し、
前記第1〜前記第4のパラメータを算出する工程は、
前記光ファイバの延在方向の所定位置に設けられる基準温度部の位置、および、前記基準温度部に加えられる既知の基準温度を変えて、4条件で前記補正前の温度を測定する工程と、
前記4条件での測定結果を前記式に代入することにより得られる4元連立方程式を解くことで前記第1〜前記第4のパラメータを算出する工程と、
を有する付記7に記載の光ファイバ温度分布測定装置を用いた温度測定方法。

0086

100光ファイバ温度分布測定装置(DTS装置)
110光源および測定装置
120光ファイバ
121基準温度部
121a 近端基準温度部
121b遠端基準温度部
130計算装置
200a、200b水槽
201a、201b 精密温度計

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