JP3200298B2 - 光ファイバ型温度分布計測装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバ型温度分布
計測装置、特に被測定領域の内部で発生した異常発熱を
速やかに検出することができる光ファイバ型温度分布計
測装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】被測定領域に光ファイバを配設して温度
分布を計測する光ファイバ型温度分布計測装置が実用化
されている。この温度分布測定装置では、被測定領域に
敷設した光ファイバの一端から光パルスを投射し、光フ
ァイバに沿う各部位で発生した後方散乱光を検出系によ
り検出し、検出系からの出力信号に基いて光ファイバの
各部位における温度分布が計測されている。この温度分
布計測システムは無電磁誘導性及び防爆性を有している
から、各種プラント装置、ビル、トンネル等の火災検知
や異常発熱の監視等の幅広い用途に用いることができ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の光ファイバ型温
度分布計測装置では、温度検出を行なう光ファイバが温
度測定される被測定物の表面上に配設されるため、被測
定物の内部で生ずる温度変化や異常発熱を速やかに検出
できない不都合が生じていた。すなわち、例えば被測定
物がビルの送電間のバスダクトの場合、バスダクトの表
面には電気的絶縁材料の被覆が施されているため、バス
ダクトの接続部の内部に位置する導体にボルトのゆるみ
による異常発熱が起こっても、発生した熱の伝導が絶縁
材料の被覆によって妨げられバスダクトの表面まで伝導
するのに長時間かかり、この結果異常発熱が生じてから
異常発熱が検出されるまで長時間かかる欠点が生じてい
た。このように、被測定物に異常が発生してから、その
異常が検出されるまでに長時間かかるのでは、温度分布
測定装置を火災検知システムや異常検知用のモータ装置
に適用することができない。

【０００４】従って、本発明の目的は、被測定の内部の
温度変化や異常発熱を速やかに検出できる光ファイバ型
温度分布測定装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明による光ファイバ
型温度分布計測装置は、被測定領域に配設した光ファイ
バと、この光ファイバの一端からパルス光を投射する光
源装置と、光ファイバの各部位で発生した後方散乱光を
検出する検出系と、検出系からの出力信号に基いて光フ
ァイバの各部位の温度を決定する信号処理回路とを具え
る光ファイバ型温度分布計測装置において、前記光ファ
イバが、コイル状に巻回した複数のコイル部分を有し、
各コイル部分を熱良導性材料から成る支持部材に装着
し、これら支持部材を熱良導性材料のボルト状締結部材
により被測定領域にそれぞれ取り付け、被測定領域の内
部で発生した熱が前記ボルト状締結部材及び支持部材を
介して前記コイル部分まで伝達されるように構成したこ
とを特徴とするものである。

【０００６】

【作用】本発明では、測定用光ファイバの一部分をコイ
ル状に巻回して光ファイバコイルを形成し、この光ファ
イバコイルを所定のピッチで形成して温度測定点とす
る。光ファイバコイルは熱良導性の支持部材に収納支持
し、この支持部材を熱良導性締結部材により被測定対象
物の表面に取り付ける。被測定対象物の内部で発生した
熱は締結部材を介して速やかに光ファイバコイルまで伝
導するので、内部で生じた異常発熱を速やかに検出する
ことができる。特に、被測定対象の表面が断熱材料で被
覆されている場合に有用である。

【０００７】さらに、光ファイバコイルを所定のピッチ
で形成して温度測定点としているので温度測定の距離分
解能が一層改善され、火災や異常発熱が生じた位置を高
精度に特定することができる。

【０００８】

【実施例】図１は本発明による光ファイバ型温度分布計
測装置の全体構成を示す線図である。計測装置本体１に
組み込まれているレーザ光源２からパルス光を所定の周
期で発生する。パルス光は光ファイバ３、方向性結合器
４及び光ファイバ５を経て光ファイバスイッチ６に到達
する。光ファイバスイッチ６により光ファイバ５に測定
用光ファイバ７を結合する。測定用光ファイバ７は温度
分布測定されるべき領域に配設され、例えば10kmの長さ
の単一モード光ファイバで構成する。

【０００９】本例では、ビルの送電用に用いられるバス
ダクトの温度分布検出に用いる実施形態について説明す
る。バスダクトは通常３ｍ程度の間隔で送電用導体の接
続が行なわれ３m 程度の支持間隔で送電用導体が接続さ
れている。このバスダクトでは、一般に送電用の導体同
士をボルトによって締結及び接続しているため、ボルト
のゆるみ等が生ずると接続部の抵抗値が大きくなり異常
発熱が生じ、大部分の事故は導体の接続部で発生する。
従って、バス、ダクトの各接続部の温度を計測すること
により事故の発生及びその発生位置を直ちに検知するこ
とができる。

【００１０】本例では、１本の測定用光ファイ７にバス
ダクトの接続部のピッチすなわち３m 間隔でコイル状に
巻回したコイル部８を形成する。コイル部８は光ファイ
バコードの被覆を除き芯線を露出した状態でコイル状に
巻回することにより構成する。本例では、芯線を３m 巻
回してコイル部とし、これらコイル部は３m 程度の間隔
で直列に連続形成する。連続形成する個数は取付工事の
容易さや、製造上の製薬から例えば10〜100 個程度と
し、現場でそれぞれ直列接続したり、複数のルートに分
割することにより1000個を超える測定も可能である。そ
して、各コイル部をアルミニウムのような高熱伝導性材
料の支持部材に装着し、この支持部材をバスダクトの各
接続部にそれぞれ取り付ける。

【００１１】測定用光ファイバ７に入射したパルス光は
光ファイバ７を伝播し、その間に光ファイバ７の各部位
で後方散乱光が発生する。この後方散乱光の強度は光フ
ァイバの各部位の温度に対応して強度となる。発生した
後方散乱光はパルス光の伝導方向とは逆方向すなわち入
射方向に向いて伝搬し、光ファイバスイッチ６、光ファ
イバ５を経て第１の方向性結合器４に入射する。そし
て、この第１の方向性結合器により投射光から分離さ
れ、光ファイバ９を経て第２の方向性結合器10に入射す
る。そして、第２の方向性結合器10によりラマン散乱に
よるストークス光と反ストークス光に分離され、これら
ストークス光及び反ストークス光はそれぞれ狭帯域フィ
ルタ11及び12を透過して第１及び第２の光検出器13及び
14にそれぞれ入射する。第１及び第２の検出器13及び14
は、それぞれストークス光の強度及び反ストークス光の
強度に対応した出力信号を発生し、これら出力信号を処
理回路15に出力する。

【００１２】ラマン散乱によるストークス光の強度と反
ストークス光の強度との間の比は測定用光ファイバ７の
各部位の温度に対応した値となるから、信号処理回路15
において光検出器13及び14からの出力信号を演算処理し
て光ファイバの各部位の温度を求める。また、信号処理
回路15は、レーザ光源２からのパルス光の放出タイミン
グと光検出器13及び14からの出力信号の発生時間とに基
いて光ファイバの入射端から各部位までの距離を求め
る。従って、信号処理回路15から測定用光ファイバの入
射端からの距離とその距離の位置の温度とが出力され、
この出力を表示装置16に表示する。また、信号処理回路
15は、検出した温度を閾値温度とを比較し、検出された
温度の限界温度を越えた場合警報装置17を動作させて警
報信号を発生させることができる。

【００１３】図２及び図３は測定用光ファイバに形成し
たコイル部の構成を示すものであり、図２は分解斜視
図、図３(A) 及び(B) はコイルを支持ケースに装着した
状態を示す平面図及び斜視図である。本例では、測定用
光ファイバについて３m のピッチで３m に亘って被覆を
除去して芯線を露出させ、この芯線の部分をコイル状に
巻回して温度測定内のコイル部とする。従って、１本の
測定用光ファイバについて３m のピッチで温度測定点が
形成されることになる。光ファイバコイルを形成するに
は、光ファイバコードの補強材繊維の被覆材を約３m に
亘って除去して光ファイバ芯線を露出させ、露出した芯
線をボビン材料上に巻回して取りはずすことにより容易
に形成することができる。或は、芯線を内周が円形の孔
内に内壁に沿って巻回することにより形成する。図３
(A) 及び(B) に示すように、各コイル部を支持ケース20
内に収納する。この支持ケースは、例えばアルミニウ
ム、ステンレススチール、鉄、銅のような熱良導性の金
属材料で構成することができる。コイル部８を支持ケー
ス内に装填し、押え部材21により光ファイバケーブルを
支持ケースに固定する。支持ケース20に固定する際、コ
イル部に沿って放熱グリースを充填すると共に、光ファ
イバコードの残存する補強材繊維の両端を互いに結束し
て瞬間接着剤で固定する。さらに、光ファイバコードの
補強材繊維の被覆が残存している部分は支持ケースに形
成した溝内に装着して接着剤により固定する。そして、
図２に示すように、光ファイバコイルを支持部材２０に
固定した後、下方からボルト２２を被測定物（図示せ
ず）を介在させて装着し、ワッシャ２３を介してナット
２４により固定する。このように構成すれば、被測定物
の内部で生じた異常発熱はボルト２２を介して支持ケー
ス２０まで伝達し、光ファイバコイル８により検出され
る。

【００１４】図４は測定用光ファイバのコイル部をバス
ダクトの接続部に取り付けた状態を示す線図的断面図で
ある。第１及び第２の導体30及び31の端部を互いに位置
決めすると共に第３及び第４の導体32及び33の端部を互
いに位置決めし、さらに第５及び第６の導体34及び35の
端部と互いに位置決めし、これら導体を導体接続用ボル
ト36により位置決めし密着固定する。これら導体30〜35
は相互接続部は導体部分を露出させ、これ以外の部分は
絶縁材料で被覆する。ダクトカバー37と第１の導体30と
の間、第２の導体32と第３の導体32との間、第４の導体
33と第５の導体34との間並びに第６の導体35とダクトカ
バー38との間にそれぞれ絶縁スペーサ39, 40, 41及び42
を配置し各導体間及び導体とダクトカバーとの間で空気
的絶縁を確保する。導体接続ボルト36を取り付けるに際
し、ダクトカバー37との間にワッシャ43を介挿し、ダク
トカバー37とナット43との間に光ファイバコイル８を収
納した支持ケース20を介挿する。そして、ボルト36とナ
ット44とを締結することにより、各導体を装着固定する
と共に光ファイバコイルの支持ケースを導体接続部に固
定する。

【００１５】さらに、図５に示すように、光ファイバコ
イル８を収納する支持部材20並びにナット44をゴムキャ
ップ45のような断熱性のキャップ部材で被覆すれば、応
答性を一層改善することができる。バスダクトにおける
故障や異常の大部分は導体接続部で発生し、これらの故
障や異常により発熱が発生する。従って、導体接続部に
おける異常発熱が検知できれば、バスダクトの故障の発
生及び発生位置を検出することができる。しかしなが
ら、導体接続部での異常発熱はその内部の導体接続部で
発生し、導体接続部は電気的絶縁材料で被覆されている
ため異常発生した熱がバスダクト外の表面までに伝達す
るのに長時間かかってしまう。従って、光ファイバコイ
ルをバスダクトの外装表面に装着しただけでは異常発熱
を短時間で速やかに検出することができない。しかしな
がら、本発明のように、光ファイバコイルを支持する支
持ケースを熱良導体のボルトにより固定すれば、バスダ
クトの内部が発生した熱がボルトを介して光ファイバコ
イルまで速やかに短時間で伝達するので、異常発熱が生
じた後直ちに異常発熱の発生及びその発生位置を検出す
ることができる。しかも、導体を接続固定するための導
体接続用のボルトを利用して光ファイバコイルをバスダ
クトに取り付けているため、光ファイバコイルを固定す
るため接着したりする必要がないため、取付作業も極め
て容易である。

【００１６】本発明は上述した実施例だけに限定されず
種々の変形や変更が可能である。上述した実施例ではバ
スダクトの温度分布計測について説明したが、バスダト
クトに限定されず、外表面が電気的接続材料や断熱剤で
被覆されている測定対象において内部での異常発熱を検
出する全ての場合に適用することができる。また、上述
した実施例では、内部で発生した熱をボルトを介して光
ファイバコイルまで伝達する構成としたがボルト以外の
種々の熱伝達媒体をも用いることができる。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、光
ファイバと巻回して所定のピッチで光ファイバコイルを
形成し、この光ファイバコイルを熱良導体の支持部材に
収納し、熱良導体のボルト状締結部材により被測定対象
に固定しているので、被測定対象の内部で発生した異常
発熱を短時間に速やかに検出することができる。従っ
て、表面が断熱剤で被覆されているような測定対象物の
温度分布計測に高い有用性を有している。しかも、光フ
ァイバコイルにより各位置の温度を計測するので、温度
測定の分解能も一層向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光ファイバ型温度分布計測装置の
全体構成を示す線図である。

【図２】光ファイバコイルの構成を示す分解斜視図であ
る。

【図３】光ファイバコイルの装着状態を示す図である。

【図４】光ファイバコイルのバスダクトへの取付状態を
示す断面図である。

【図５】光ファイバコイルの取付状態を示す線図的断面
図である。

【符号の説明】

１ 計測装置本体 ２ レーザ光源 ３，Ｓ，９ 光ファイバ ４，10 方向性結合器 ７ 測定用光ファイバ ８ 光ファイバコイル 11, 12 フィルタ 13, 14 光検出器 15 信号処理装置 16 表示装置 20 支持ケース 21 押え部材 22 ボルト 23 ワッシャ 24 ナット 36 ボルト 44 ナット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01K 11/12 G01K 1/14 - 1/16

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定領域に配設した光ファイバと、こ
   の光ファイバの一端からパルス光を投射する光源装置
   と、光ファイバの各部位で発生した後方散乱光を検出す
   る検出系と、検出系からの出力信号に基いて光ファイバ
   の各部位の温度を決定する信号処理回路とを具える光フ
   ァイバ型温度分布計測装置において、 前記光ファイバが、コイル状に巻回した複数のコイル部
   分を有し、各コイル部分を熱良導性材料から成る支持部
   材に装着し、これら支持部材を熱良導性材料のボルト状
   締結部材により被測定領域にそれぞれ取り付け、被測定
   領域の内部で発生した熱が前記ボルト状締結部材及び支
   持部材を介して前記コイル部分まで伝達されるように構
   成したことを特徴とする光ファイバ型温度分布計測装
   置。
2. 【請求項２】 前記被測定領域を送電用のバスダクトと
   し、前記光ファイバの各コイル部分をバスダクトの接続
   部にそれぞれ配置し、前記コイル部分を支持する支持部
   材をバスダクトの締結ボルトによりバスダクトに固定し
   たことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ型温度
   分布計測装置。