JP3075361B2 - 分布型光ファイバ温度センサ - Google Patents
分布型光ファイバ温度センサInfo
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- JP3075361B2 JP3075361B2 JP02300187A JP30018790A JP3075361B2 JP 3075361 B2 JP3075361 B2 JP 3075361B2 JP 02300187 A JP02300187 A JP 02300187A JP 30018790 A JP30018790 A JP 30018790A JP 3075361 B2 JP3075361 B2 JP 3075361B2
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- Japan
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- optical fiber
- temperature
- pipe
- temperature sensor
- temperature distribution
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- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は光ファイバーにパルスレーザー光を入射した
ときの後方散乱光から温度分布を測定する分布型光ファ
イバ温度センサに関する。
ときの後方散乱光から温度分布を測定する分布型光ファ
イバ温度センサに関する。
（従来の技術） プラントやエネルギ−システム等における配管の温度
分布を測定する場合、分布型光ファイバ温度センサ（以
下、温度センサと省略する）が用いられる。第15図はか
かる温度センサを適用した例であって、配管１に対して
温度センサの光ファイバー２が接触して配設されてい
る。この温度センサ２の作用を第16図を参照して説明す
ると、光ファイバー３の一端側には半導体レーザ４及び
受光素子５が設けられている。半導体レーザ４から出力
されたパルスレーザ光６は光ファイバー３に入射されて
その内部を伝播する。このとき、光ファイバー３の内部
にはラマン散乱光が発生し、このラマン散乱光のうち後
方散乱光がレーザ光の入射側に向かう。この場合、後方
散乱光の強度は温度に依存しており、例えば温度の高い
部分があると、後方散乱光の強度は高くなる。この後方
散乱光は光ファイバー３を伝播して受光素子５で受光さ
れ、光電変換される。この電気信号は信号処理装置に送
られ、この信号処理装置は電気信号を処理して第17図に
示す時系列信号に変換する。この時系列信号は光ファイ
バー３の入射側でレベルが高く、光ファイバー３の他端
側になるに従ってレベルが低くなり、かつ温度の高い部
分でレベルが高くなっていることを示す。そして、この
信号処理値は距離に対する換算を行って第18図に示す時
系列信号に変換し、この信号から温度分布を求める。
分布を測定する場合、分布型光ファイバ温度センサ（以
下、温度センサと省略する）が用いられる。第15図はか
かる温度センサを適用した例であって、配管１に対して
温度センサの光ファイバー２が接触して配設されてい
る。この温度センサ２の作用を第16図を参照して説明す
ると、光ファイバー３の一端側には半導体レーザ４及び
受光素子５が設けられている。半導体レーザ４から出力
されたパルスレーザ光６は光ファイバー３に入射されて
その内部を伝播する。このとき、光ファイバー３の内部
にはラマン散乱光が発生し、このラマン散乱光のうち後
方散乱光がレーザ光の入射側に向かう。この場合、後方
散乱光の強度は温度に依存しており、例えば温度の高い
部分があると、後方散乱光の強度は高くなる。この後方
散乱光は光ファイバー３を伝播して受光素子５で受光さ
れ、光電変換される。この電気信号は信号処理装置に送
られ、この信号処理装置は電気信号を処理して第17図に
示す時系列信号に変換する。この時系列信号は光ファイ
バー３の入射側でレベルが高く、光ファイバー３の他端
側になるに従ってレベルが低くなり、かつ温度の高い部
分でレベルが高くなっていることを示す。そして、この
信号処理値は距離に対する換算を行って第18図に示す時
系列信号に変換し、この信号から温度分布を求める。
ところで、配管１の温度分布測定は第15図に示すよう
に光ファイバー２を配管１の軸方向に配設しているので
正確な温度分布が測定できない。すなわち、配管１内を
流れる流体の流速分布、内壁の状態変化による熱伝導率
の分布、周囲の温度条件、対流等により配管１の同一位
置でも表面温度は周方向において異なった分布を示す。
に光ファイバー２を配管１の軸方向に配設しているので
正確な温度分布が測定できない。すなわち、配管１内を
流れる流体の流速分布、内壁の状態変化による熱伝導率
の分布、周囲の温度条件、対流等により配管１の同一位
置でも表面温度は周方向において異なった分布を示す。
（発明が解決しようとする課題） 以上のように配管１の周方向の温度分布は考慮されて
おらず、正確な温度分布を測定できなかった。
おらず、正確な温度分布を測定できなかった。
そこで本発明は、周方向の温度分布を考慮して正確な
温度分布を測定できる分布型光行ファイバ温度センサを
提供することを目的とする。
温度分布を測定できる分布型光行ファイバ温度センサを
提供することを目的とする。
［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、被測定体の周面に反って光ファイバーが配
置され、光ファイバーにパルスレーザ光を入射したとき
に生じる後方散乱光の強度及び到達時間から被測定体の
温度分布を求める分布型光ファイバ温度センサにおい
て、光ファイバーは、被測定体の軸方向及び周方向の温
度分布を求めるべく、被測定体の円周上の任意の２点間
の距離を特定するように一定ピッチで配置されることを
特徴とする分布型光ファイバ温度センサである。
置され、光ファイバーにパルスレーザ光を入射したとき
に生じる後方散乱光の強度及び到達時間から被測定体の
温度分布を求める分布型光ファイバ温度センサにおい
て、光ファイバーは、被測定体の軸方向及び周方向の温
度分布を求めるべく、被測定体の円周上の任意の２点間
の距離を特定するように一定ピッチで配置されることを
特徴とする分布型光ファイバ温度センサである。
（作用） このような手段を備えたことによって、光ファイバー
は、被測定体の軸方向及び周方向の温度分布を求めるべ
く、被測定体の円周上の任意の２点間の距離を特定する
ように測定体の周面に反って一定ピッチで配置されてい
るので、被測定体における周面の任意位置での温度を捕
らえることができる。その結果、被測定体における通常
の軸方向温度分布のみならず周方向温度分布も正確に求
まる。
は、被測定体の軸方向及び周方向の温度分布を求めるべ
く、被測定体の円周上の任意の２点間の距離を特定する
ように測定体の周面に反って一定ピッチで配置されてい
るので、被測定体における周面の任意位置での温度を捕
らえることができる。その結果、被測定体における通常
の軸方向温度分布のみならず周方向温度分布も正確に求
まる。
（実施例） 以下、本発明の第１実施例について図面を参照して説
明する。
明する。
第１図は分布型光ファイバ温度センサの構成図であ
る。円筒の配管１には光ファイバー10がその周囲に沿っ
て規則的な形状で配置されている。すなわち、光ファイ
バー10は配管１に対して一定ピッチｌで巻き付けられて
いる。そして、光ファイバー10は一定ピッチｌ間つまり
（イ）−（イ′）間、（ハ）−（ハ′）間の長さがＬと
なっている。
る。円筒の配管１には光ファイバー10がその周囲に沿っ
て規則的な形状で配置されている。すなわち、光ファイ
バー10は配管１に対して一定ピッチｌで巻き付けられて
いる。そして、光ファイバー10は一定ピッチｌ間つまり
（イ）−（イ′）間、（ハ）−（ハ′）間の長さがＬと
なっている。
この光ファイバー10の一端側には半導体レーザ11及び
受光素子12が設けられ、この受光素子12は信号処理装置
13に接続されている。この信号処理装置13は受光素子12
からの電気信号を受けて配管１の周方向及び軸方向にお
ける温度分布を求める機能を有している。
受光素子12が設けられ、この受光素子12は信号処理装置
13に接続されている。この信号処理装置13は受光素子12
からの電気信号を受けて配管１の周方向及び軸方向にお
ける温度分布を求める機能を有している。
次に上記の如く構成された温度センサの作用について
説明する。配管１は上部ａが高温で下部が低温となって
いる。半導体レーザ11から出力されたパルスレーザ光14
は光ファイバー10に入射されてその内部を伝播する。こ
のとき、光ファイバー10の内部にはラマン散乱光が発生
し、このラマン散乱光のうち後方散乱光がパルスレーザ
光14の光ファイバー10への入射側に向かう。この場合、
後方散乱光の強度は上記の如く温度に依存する。この後
方散乱光は光ファイバー10を伝播して受光素子12で受光
され、光変換されて信号処理装置13に送られる。
説明する。配管１は上部ａが高温で下部が低温となって
いる。半導体レーザ11から出力されたパルスレーザ光14
は光ファイバー10に入射されてその内部を伝播する。こ
のとき、光ファイバー10の内部にはラマン散乱光が発生
し、このラマン散乱光のうち後方散乱光がパルスレーザ
光14の光ファイバー10への入射側に向かう。この場合、
後方散乱光の強度は上記の如く温度に依存する。この後
方散乱光は光ファイバー10を伝播して受光素子12で受光
され、光変換されて信号処理装置13に送られる。
この信号処理装置13は受光素子12からの電気信号を受
けて後方散乱光の強度及び到達時間を求めて後方散乱光
の時系列信号に変換し、この時系列信号から第２図に示
すような位置に対する温度分布を求める。この温度分布
から分かるように光ファイバー10が配管１の高温部分に
配置されたところの温度が高くなり、低温部分に配置さ
れたところの温度が低くなっており、この温度変化がピ
ッチｌごとに周期的に変化している。
けて後方散乱光の強度及び到達時間を求めて後方散乱光
の時系列信号に変換し、この時系列信号から第２図に示
すような位置に対する温度分布を求める。この温度分布
から分かるように光ファイバー10が配管１の高温部分に
配置されたところの温度が高くなり、低温部分に配置さ
れたところの温度が低くなっており、この温度変化がピ
ッチｌごとに周期的に変化している。
次に信号処理装置13はこの温度分布から同一円周位置
をパラメータとして配管１の軸方向の温度分布を求め
る。信号処理装置13は例えば円周上の位置（イ）
（イ′）（イ″）、位置（ロ）（ロ′）（ロ″）及び位
置（ハ）（ハ′）（ハ″）の温度を抽出して第３図に示
すような温度分布を作成する。
をパラメータとして配管１の軸方向の温度分布を求め
る。信号処理装置13は例えば円周上の位置（イ）
（イ′）（イ″）、位置（ロ）（ロ′）（ロ″）及び位
置（ハ）（ハ′）（ハ″）の温度を抽出して第３図に示
すような温度分布を作成する。
ここで、配管１の円周上の任意の位置における温度を
求める場合について説明する。第４図に示すように配管
１を１ピッチｌの長さだけ展開して光ファイバー10の一
端をＳとするとともに他端をＥとする。第５図は配管１
を展開した模式図であって、配管１の円周は２πｒとな
る。なお、ｒは配管１の半径である。ゆえに、１ピッチ
ｌの光ファイバー10の長さＬは となる。従って、位置Ｓから円周方向にθだけ回転した
位置Ｐまでの距離LPは により表される。従って、この第（２）式から配管１の
円周上の任意の位置における温度が求められる。
求める場合について説明する。第４図に示すように配管
１を１ピッチｌの長さだけ展開して光ファイバー10の一
端をＳとするとともに他端をＥとする。第５図は配管１
を展開した模式図であって、配管１の円周は２πｒとな
る。なお、ｒは配管１の半径である。ゆえに、１ピッチ
ｌの光ファイバー10の長さＬは となる。従って、位置Ｓから円周方向にθだけ回転した
位置Ｐまでの距離LPは により表される。従って、この第（２）式から配管１の
円周上の任意の位置における温度が求められる。
このように上記第１実施例においては、光ファイバー
10を配管１に対して一定ピッチｌで巻き付けたので、配
管１の円周上の温度分布を求めることができる。これに
より、配管１内を流れる流体の流速分布、内壁状態変化
による熱伝導率の分布、周囲の温度条件、対流等により
配管１の表面分布が周方向において異なっても、その温
度分布を正確に測定できる。
10を配管１に対して一定ピッチｌで巻き付けたので、配
管１の円周上の温度分布を求めることができる。これに
より、配管１内を流れる流体の流速分布、内壁状態変化
による熱伝導率の分布、周囲の温度条件、対流等により
配管１の表面分布が周方向において異なっても、その温
度分布を正確に測定できる。
次に本発明の第２実施例について第６図乃至第９図を
参照して説明する。
参照して説明する。
配管１に対してその構造上から光ファイバー10を巻き
付けることが困難な場合、光ファイバー10は第６図に示
すように配管１の表面に一定ピッチ間隔で折り曲げられ
て配置される。この場合、光ファイバー10の配管１に対
する配設は第８図に示す各フック20を第７図に示すよう
に所定間隔ごとに設けて行われる。この場合、ピッチ
ｌ、光ファイバー10の１ピッチｌ間の距離Ｌとして円周
方向にθだけ回転した位置Ｑまでの距離LQは第９図に示
す模式図を参照すると、 により表される。従って、この第（３）式から配管１の
円周上の任意の位置における温度が求められる。
付けることが困難な場合、光ファイバー10は第６図に示
すように配管１の表面に一定ピッチ間隔で折り曲げられ
て配置される。この場合、光ファイバー10の配管１に対
する配設は第８図に示す各フック20を第７図に示すよう
に所定間隔ごとに設けて行われる。この場合、ピッチ
ｌ、光ファイバー10の１ピッチｌ間の距離Ｌとして円周
方向にθだけ回転した位置Ｑまでの距離LQは第９図に示
す模式図を参照すると、 により表される。従って、この第（３）式から配管１の
円周上の任意の位置における温度が求められる。
このように上記第２実施例においても配管１の円周上
の温度分布を求めることができるとともい、配管１の軸
方向の温度分布を求めることができる。
の温度分布を求めることができるとともい、配管１の軸
方向の温度分布を求めることができる。
ところで、この第２実施例において光ファイバー10を
配管１に対して配置する場合、第10図に示すように十分
耐熱性のあるシート部材30上に予め配線し、このシート
部材30ごと配管１に取り付けてもよい。又、逆に配管１
に光ファイバー10を布設し、この後にシート部材30によ
り被覆してもよい。これにより各フック20を直接配管１
に取り付けることができない場合に有効である。第11図
及び第12図はかかるシート部材30を用いて光ファイバー
10を配管１に設けた例であり、第12図は複数の光ファイ
バー10を配管１に設けた場合である。
配管１に対して配置する場合、第10図に示すように十分
耐熱性のあるシート部材30上に予め配線し、このシート
部材30ごと配管１に取り付けてもよい。又、逆に配管１
に光ファイバー10を布設し、この後にシート部材30によ
り被覆してもよい。これにより各フック20を直接配管１
に取り付けることができない場合に有効である。第11図
及び第12図はかかるシート部材30を用いて光ファイバー
10を配管１に設けた例であり、第12図は複数の光ファイ
バー10を配管１に設けた場合である。
なお、本発明は上記各実施例に限定されるものでなく
その要旨を変更しない範囲で変更してもよい。例えば、
被測定体としては第13図及び第14図に示すような四角柱
や三角柱でも適用できる。
その要旨を変更しない範囲で変更してもよい。例えば、
被測定体としては第13図及び第14図に示すような四角柱
や三角柱でも適用できる。
［発明の効果］ 以上詳記したように本発明によれば、周方向の温度分
布を考慮して正確な温度分布を測定できる分布型光ファ
イバ温度センサを提供できる。
布を考慮して正確な温度分布を測定できる分布型光ファ
イバ温度センサを提供できる。
第１図乃至第５図は本発明の第１実施例を説明するため
の図であって、第１図は構成図、第２図は温度分布図、
第３図は円周上の温度分布図、第４図及び第５図は任意
位置の温度の算出を説明するための図、第６図乃至第９
図は本発明の第２実施例を説明するための図であって、
第６図及び第７図は構成図、第８図はフックの構成図、
第９図は任意位置の温度の算出を説明するための図、第
10乃至第14図は光ファイバーの他の適用例を示す図、第
15図乃至第18図は従来技術を説明するための図である。 １……配管、10……光ファイバー、11……半導体レー
ザ、12……受光素子、13……信号処理装置。
の図であって、第１図は構成図、第２図は温度分布図、
第３図は円周上の温度分布図、第４図及び第５図は任意
位置の温度の算出を説明するための図、第６図乃至第９
図は本発明の第２実施例を説明するための図であって、
第６図及び第７図は構成図、第８図はフックの構成図、
第９図は任意位置の温度の算出を説明するための図、第
10乃至第14図は光ファイバーの他の適用例を示す図、第
15図乃至第18図は従来技術を説明するための図である。 １……配管、10……光ファイバー、11……半導体レー
ザ、12……受光素子、13……信号処理装置。
Claims (1)
- 【請求項１】被測定体の周面に反って光ファイバーが配
置され、前記光ファイバーにパルスレーザ光を入射した
ときに生じる後方散乱光の強度及び到達時間から前記被
測定体の温度分布を求める分布型光ファイバ温度センサ
において、 前記光ファイバーは、前記被測定体の軸方向及び周方向
の温度分布を求めるべく、前記被測定体の円周上の任意
の２点間の距離を特定するように一定ピッチで配置され
ることを特徴とする分布型光ファイバ温度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02300187A JP3075361B2 (ja) | 1990-11-06 | 1990-11-06 | 分布型光ファイバ温度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02300187A JP3075361B2 (ja) | 1990-11-06 | 1990-11-06 | 分布型光ファイバ温度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04174332A JPH04174332A (ja) | 1992-06-22 |
| JP3075361B2 true JP3075361B2 (ja) | 2000-08-14 |
Family
ID=17881782
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02300187A Expired - Fee Related JP3075361B2 (ja) | 1990-11-06 | 1990-11-06 | 分布型光ファイバ温度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3075361B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2575999B2 (ja) * | 1992-06-23 | 1997-01-29 | 川崎製鉄株式会社 | 高炉炉体の温度監視装置及びそれを使用した温度制御装置 |
| EP2116815A1 (en) * | 2006-12-28 | 2009-11-11 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Object physical quantity measuring method and control method |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6166133A (ja) * | 1984-09-10 | 1986-04-04 | Agency Of Ind Science & Technol | 光フアイバ温度センサ |
| JPH0384102A (ja) * | 1989-08-25 | 1991-04-09 | Fujikura Ltd | 道路表面の温度監視装置 |
| JPH03180731A (ja) * | 1989-12-11 | 1991-08-06 | Nkk Corp | 熱媒輸送用配管の熱媒漏洩検知方法 |
-
1990
- 1990-11-06 JP JP02300187A patent/JP3075361B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04174332A (ja) | 1992-06-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |