JP5228798B2 - 温度計測システム及び温度計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバを用いた温度計測システムに関し、特に多数の機器（発熱源）が設置された部屋の温度分布計測に好適な温度計測システム及び温度計測方法に関する。

多量の熱を発生する機器（発熱源）が複数設置された室内において、機器の過熱による誤動作や故障を防ぐために機器を冷却する冷却手段が必要となる。例えば、データセンターの計算機ルーム等のように多数の計算機が設置された室内では、加熱による計算機の誤動作や故障を防ぐために、何らかの冷却手段が必要である。

図１は一般的な中・大規模計算機ルームの構造を示す模式図である。この図１に示すように、計算機ルームの室内は、機器設置エリア１０と、フリーアクセスフロア１５とに分離されている。機器設置エリア１０には複数のラック（サーバラック）１１が配置されており、各ラック１１にはそれぞれ複数の計算機（ブレードサーバ等）が収納されている。また、機器設置エリア１０には、管理者が通行するための通路や計算機の管理に必要な管理スペースが設けられている。

フリーアクセスフロア１５は、機器設置エリア１０の床下に設けられている。このフリーアクセスフロア１５には、各ラックに接続される電力ケーブルや通信ケーブル等の各種ケーブル１６がケーブルダクト１７内に収納されて配置されている。

フリーアクセスフロア１５には、空調機１９から冷風が供給される。機器設置エリア１０の床には通風口（グリル）１２が設けられており、この通風口１２を介してフリーアクセスフロア１５からラック１１に冷風を取り込み、ラック１１内の計算機を冷却するようになっている。
特開平４−２７６５３１号公報 特開平６−３１９７号公報 特開平１０−１１６８１号公報 特開平６−４３０４１号公報 特開平７−１２６５５号公報 特開平６−２０１４８９号公報 特許第３１８０９５９号公報 特開２００７−１７４５９７号公報 特開平４−１５６５９５号公報 特開２００４−２８７４８号公報 特開平１−２１５９９号公報 特開２００３−１４５５４号公報

計算機ルームにはラックが高密度に配置されるようになり、ラック内に収納される計算機の数も増大している。このため、図１に示すような冷却構造では、ラックの位置やフリーアクセスロアのケーブルダクトの配置状態及びラック内の計算機の稼働状態等により、局所的な熱だまりや過冷却が発生しやすい。従って、冷却の最適化を図ることが要求されるが、そのためにはフリーアクセスフロアのラック内の温度を監視することが必要となる。

フリーアクセスフロアやラック内に複数の温度センサ（温度センサＩＣや熱電対等）を設置して、フリーアクセスフロア及びラック内の温度を随時測定することが考えられる。しかし、その場合は温度センサの数が膨大になり、温度センサの設置や保守に要する費用が高くなるという問題がある。また、温度センサの数が多いと故障が発生する割合も高くなるため、信頼性が十分でないという問題もある。

一方、光ファイバを用いて温度を検出する技術が開発されている。光ファイバを用いた温度測定方法では、所定の波長の光パルスを光ファイバ内に伝搬させ、光パルスの伝搬に伴って生じる後方散乱光（ラマン散乱光）を時系列的に観測する。この後方散乱光の経時的変化から、光パルスの伝搬方向に沿った温度分布を求めることができる。

しかし、光ファイバによる温度計測では、広い範囲の平均温度を測定することはできるものの、狭い範囲の温度を高い精度で測定する手法は確立されていない。

そこで、光ファイバを用いた温度計測システムに関し、特に多数の機器（発熱源）が設置された部屋の温度分布計測に好適な温度計測システム及び温度計測方法を提供することを目的とする。

一観点によれば、レーザ光を出力するレーザ光源と、定温部から出て被測定部内を通り前記定温部に入るように敷設され、前記レーザ光の伝搬方向に複数の温度計測ポイントが設定された光ファイバと、前記光ファイバ内に入射した前記レーザ光の後方散乱光により前記被測定部内の各温度計測ポイントの温度を計測する検出器と、前記検出器で検出した前記被測定部内の各温度計測ポイントの温度を、前記光ファイバの温度計測系の伝達関数を用いて前記定温部に近い温度計測ポイントから前記光ファイバに沿って順番に補正する制御部とを有する温度計測システムが提供される。

上記一観点によれば、被測定部（サーバラック等の機器）内に位置する複数の温度計測ポイントを１つのグループとし、各グループを挟む部分に温度が一定の定温部を設けて、１つのグループ毎に定温部を通るように光ファイバを敷設する。このようにグループ間に定温部を設けることにより、グループ間にわたる熱の影響（クロストーク）が抑制され、被測定部位内の各温度計測ポイントの温度を精度よく検出することができる。

また、上記一観点では、検出後の温度に対し、光ファイバの温度計測系の伝達関数を用いて補正を行う。この場合、定温部の温度を基準にして、被測定部内の温度計測ポイントの温度を定温部に近い側の温度計測ポイントから順番に補正する。これにより、温度測定ポイントの間隔が狭い場合であっても温度を精度よく求めることができる。

なお、上記一観点の補正計算において、被測定部位の両隣に位置する定温部に近い２つの温度計測ポイントから最高温度を示す温度計測ポイントまで両方向から補正計算を行うことが好ましい。これにより、被測定部内の温度計測ポイントの温度を１方向のみから補正計算する場合よりも補正計算における誤差の蓄積が少なくなり、補正の精度が向上する。

次に、実施形態について説明する前に、実施形態の理解を容易にするための予備的事項について説明する。

図２は光ファイバを用いた温度分布測定装置の構成を示す模式図である。また、図３は後方散乱光のスペクトルを示す図、図４は光検出器２６で検出されるラマン散乱光の強度の時系列分布を示す図である。

図２に示すように、温度分布測定装置は、レーザ光源２１と、レンズ２２ａ，２２ｂと、ビームスプリッタ２３と、光ファイバ２４と、波長分離部２５と、光検出器２６とを有している。

レーザ光源２１からは、所定のパルス幅のレーザ光が一定の周期で出力される。このレーザ光は、レンズ２２ａ、ビームスプリッタ２３及びレンズ２２ｂを通って光ファイバ２４の光源側端部から光ファイバ２４内に進入する。なお、図２において、２４ａは光ファイバ２４のコアを示し、２４ｂは光ファイバ２４のクラッドを示している。

光ファイバ２４内に侵入した光の一部は、光ファイバ２４を構成する分子により後方散乱される。後方散乱光には、図３に示すように、レイリー（Rayleigh）散乱光と、ブリルアン（Brillouin）散乱光と、ラマン（Raman）散乱光とが含まれる。レイリー散乱光は入射光と同一波長の光であり、ブリルアン散乱光及びラマン散乱光は入射波長からシフトした波長の光である。

ラマン散乱光には、入射光よりも長波長側にシフトしたストークス光と、入射光よりも短波長側にシフトした反ストークス光とがある。ストークス光及び反ストークス光のシフト量はレーザ光の波長や光ファイバ２４を構成する物質等に依存するが、通常５０ｎｍ程度である。また、ストークス光及び反ストークス光の強度はいずれも温度により変化するが、ストークス光は温度による変化量が小さく、反ストークス光は温度による変化量が大きい。すなわち、ストークス光は温度依存性が小さく、反ストークス光は温度依存性が大きいということができる。

これらの後方散乱光は、図２に示すように、光ファイバ２４を戻って光源側端部から出射する。そして、レンズ２２ｂを透過し、ビームスプリッタ２３により反射されて、波長分離部２５に進入する。

波長分離部２５は、波長に応じて光を透過又は反射するビームスプリッタ３１ａ，３１ｂ，３１ｃと、特定の波長の光のみを透過する光学フィルタ３３ａ，３３ｂ，３３ｃと、光学フィルタ３３ａ，３３ｂ，３３ｃを透過した光をそれぞれ光検出器２６の受光部２６ａ，２６ｂ，２６ｃに集光する集光レンズ３４ａ，３４ｂ，３４ｃとを有している。

波長分離部２５に入射した光は、ビームスプリッタ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ及び光学フィルタ３３ａ，３３ｂ，３３ｃによりレイリー散乱光、ストークス光及び反ストークス光に分離され、光検出器２６の受光部２６ａ，２６ｂ，２６ｃに入力される。その結果、受光部２６ａ，２６ｂ，２６ｃからはレイリー散乱光、ストークス光及び反ストークス光の強度に応じた信号が出力される。

なお、光検出器２６に入力される後方散乱光のパルス幅は光ファイバ２４の長さに関係する。このため、レーザ光源２１から出力されるレーザパルスの間隔は、各レーザパルスによる後方散乱光が重ならないように設定される。また、レーザ光のパワーが高すぎると誘導ラマン散乱状態になって正しい計測ができなくなる。このため、誘導ラマン散乱状態にならないようにレーザ光源２１のパワーを制御することが重要である。

前述したように、ストークス光は温度依存性が小さく、反ストークス光は温度依存性が大きいので、両者の比により後方散乱が発生した位置の温度を評価することができる。ストークス光及び反ストークス光の強度比は、入射光の角周波数をω₀、光ファイバ中のオプティカルフォノンの角周波数をω_k、プランク定数をｈ、ボルツマン定数をｋ、温度をＴとしたときに、以下の（１）式により表わされる。

すなわち、ストークス光及び反ストークス光の強度比がわかれば、（１）式から後方散乱が発生した位置の温度を算出することができる。

ところで、光ファイバ２４内で発生した後方散乱光は、光ファイバ２４を戻る間に減衰する。そのため、後方散乱が発生した位置における温度を正しく評価するためには、光の減衰を考慮することが必要である。

図４は、横軸に時間をとり、縦軸に光検出器の受光部から出力される信号強度をとって、ラマン散乱光の強度の時系列分布の一例を示す図である。光ファイバにレーザパルスを入射した直後から一定の間、光検出器にはストークス光及び反ストークス光が検出される。光ファイバの全長にわたって温度が均一の場合、レーザパルスが光ファイバに入射した時点を基準とすると、信号強度は時間の経過とともに減少する。この場合、横軸の時間は光ファイバの光源側端部から後方散乱が発生した位置までの距離を示しており、信号強度の経時的な減少は光ファイバによる光の減衰を示している。

光ファイバの長さ方向にわたって温度が均一でない場合、例えば長さ方向に沿って高温部及び低温部が存在する場合は、ストークス光及び反ストークス光の信号強度は一様に減衰するのではなく、図４に示すように信号強度の経時変化を示す曲線に山及び谷が現れる。図４において、ある時間ｔにおける反ストークス光の強度をＩ₁、ストークス光の強度をＩ₂とする。

図５は、図４のラマン散乱光の強度の時系列分布を基にＩ₁／Ｉ₂比を時間毎に計算し、且つ図４の横軸（時間）を距離に換算し、縦軸（信号強度）を温度に換算した結果を示す図である。この図５に示すように、反ストークス光とストークス光との強度比（Ｉ₁／Ｉ₂）を計算することにより、光ファイバの長さ方向における温度分布を測定することができる。

なお、後方散乱が発生した位置におけるラマン散乱光（ストークス光及び反ストークス光）の強度は温度により変化するが、レイリー散乱光の強度の温度依存性は無視することができるほど小さい。従って、レイリー散乱光の強度から後方散乱が発生した位置を特定し、その位置に応じて光検出器で検出したストークス光及び反ストークス光の強度を補正することが好ましい。

以下、図６，図７を参照して最小加熱長について説明する。

レーザ光源２１から出力されるレーザ光のパルス幅（ＯＮ時間）ｔ₀を１０nsec、真空中の光の速度ｃを３×１０⁸ｍ／sec、光ファイバ２４のコア２４ｂの屈折率ｎを１．５とすると、光ファイバ２４内におけるレーザ光のパルス幅Ｗは、下記（２）式に示すように約２ｍとなる。

Ｗ＝ｔ₀・ｃ／ｎ＝１０（nsec）・３×１０⁸（ｍ/sec）／１．５≒２（ｍ） …（２）
このパルス幅分のレーザ光の後方散乱光は光検出器２６に１つの信号として取り込まれ、光検出器２６はこのパルス幅分の信号の積算値から温度を検出する。そのため、光ファイバのうちパルス幅Ｗに相当する長さに均一に熱を加えないと正確な温度計測ができない。以下、正確な温度計測に必要な最小加熱長をＬminという。

図６（ａ）に示す実温度分布で光ファイバを加熱した場合、すなわち光ファイバのうち長さＬの部分のみを均一に加熱した場合（以下、このような温度分布をステップ型温度分布という）、計測温度分布は図６（ｂ）に示すようにガウシアン（正規分布）的な曲線を描く。図７に示すように加熱部の長さＬが最小加熱長Ｌminよりも短い場合は、計測温度分布のピークが低くなり、加熱部の長さＬが長くなれば計測温度分布のピークは高くなる。計測温度と加熱温度との差を±５％以内とするためは、加熱部の長さＬを最小加熱長Ｌmin以上とすることが必要になる。

また、図７に示すように、加熱部の長さＬが短い場合には、２つの加熱部が近接していても計測温度分布は重ならない。しかし、加熱部の長さＬが最小加熱長Ｌmin以上の場合は、２つの加熱部の間の距離が最小加熱長Ｌmin以上離れていなければ、計測温度分布が重なってしまう。このことから、加熱部の温度を高精度に測定するためには、計測可能な熱分布の最小周期Ｌ_Mは最小加熱長Ｌminを約２倍した値となる。

図８は、横軸に光ファイバの長さ方向の位置をとり、縦軸に温度をとって、温度が２５℃の環境に光ファイバを配置し、光源から５ｍの位置を中心に８０℃の熱をステップ型温度分布となるように印加した場合の計測温度分布を示す図である。ここで、加熱部の長さはそれぞれ４０ｃｍ、１ｍ、１．６ｍ、２．２ｍとしている。この図８からもわかるように、加熱部の長さが２ｍよりも短い場合は計測温度分布のピークは実温度よりも低く観測され、加熱部の長さが２ｍ以上の場合は計測温度分布のピークと実温度とがほぼ一致する。

図９は、横軸に加熱中心からの距離をとり、縦軸に相対強度をとって、図８の温度分布における伝達関数（温度計測系の伝達関数）を示す図である。図９の伝達関数を図８のステップ型温度分布に対し畳み込み（コンボリューション）することで、図８の計測温度分布となる。図９の伝達関数は、この温度計測系のインパルス応答特性にほぼ等しいものとなる。

温度計測系の伝達関数は、光ファイバが群遅延特性を有しているため、距離に応じて変化する。そのため、光ファイバの全長にわたって伝達関数を一義的に定義することはできない。しかし、短い距離範囲であれば、光信号の損失や遅延は一様であるとみなして伝達関数を定義することができる。伝達関数は、光源からの距離だけでなく光ファイバの種類によっても異なる。本実施形態においては、予め光ファイバの長さ方向の一定の領域毎に伝達関数を求めておくことが重要である。

一方、温度計測ポイント（以下、単に「計測ポイント」という）は最小加熱長と関係なく、測定装置のサンプリング周波数等を考慮して決定することができる。測定装置において平均化に要する時間等の実用的な計測時間を考慮すると、計測ポイントの間隔は最小５０ｃｍ程度にすることが可能である。

以下、計算機を収納するサーバラック（以下、単にラックという）が多数配置される計算機ルームにおける光ファイバの敷設方法について説明する。

図１０，図１１は、光ファイバの敷設の第１の例を示す模式図である。図１０はラックを側方から見たときの光ファイバの敷設状態を示し、図１１はラックを上から見たときの光ファイバの敷設状態を示している。なお、図１１において、太い実線は機器設置エリア（ラック内を含む）１０に配設された光ファイバを示し、太い破線はフリーアクセスフロア１５に配設された光ファイバを示している。また、図１１中の丸印は光ファイバの立ち上がり部又は立下り部を示している。

ここでは、図１０のａ〜ｄに示す位置、すなわちフリーアクセスフロア１５のラック１１内に冷気を取り込むグリル近傍ａ、ラック１１の吸気口近傍ｂ、計算機のＣＰＵ近傍ｃ及びラック１１の排気口近傍ｄの温度を計測するものとする。図１０には、各部の経路長の例を併せて示している。なお、ラック１１の高さＨは２ｍ、幅Ｗは０．６ｍ、奥行きＤは０．９５ｍ、ラックから次のラックまでの経路長は０．７ｍである。この場合、ラック１台当りの光ファイバの長さは６．８ｍ（＝０．３＋２．１＋０．６＋１．６＋０．３＋１．２＋０．７）となる。

図１２は、横軸に光ファイバの長さをとり、縦軸に温度をとって、図１０、図１１に示すように光ファイバを配設したときの実温度分布（設定値：実線）の一例と、図９の伝達関数を用いて想定したラマン散乱を用いた計測温度分布（予想値：一点鎖線）とを示す図である。この図１２からわかるように、ラック１１の吸気口近傍ｂでは実温度分布と計測温度分布とがほぼ一致するが、ラック１１と次のラック１１との間ｅの温度の影響により、排気口近傍ｄの温度が実際の温度よりも３℃程度低く計測される。また、ＣＰＵ近傍ｃの温度も、実際の温度よりも低く計測される。

すなわち、図１０，図１１に示すように光ファイバ２４を敷設した場合は、ラック１台当たりの光ファイバ２４の長さは約７ｍと短くてすむものの、隣接するラックの影響（クロストーク）によりラック内の温度分布を精度よく計測することができない。

図１３は、光ファイバの敷設の第２の例を示す模式図である。この第２の例では、ラック内及びその近傍の計測ポイント、すなわちフリーアクセスフロア１５のグリル近傍ａ、ラック１１の吸気口近傍ｂ、計算機のＣＰＵ近傍ｃ及びラック１１の排気口近傍ｄにそれぞれ、最小加熱距離（２ｍ）の２倍の長さの光ファイバを最小曲げ半径で巻いた巻回部２７を設けている。

図１４は、横軸に光ファイバの長さをとり、縦軸に温度をとって、図１３のように光ファイバ２４を敷設したときの実温度分布（設定値：実線）と、計測温度分布（予想値：一点鎖線）とを示す図である。この図１３に示すように、各計測ポイント（グリル近傍ａ、ラック１１の吸気口近傍ｂ、計算機のＣＰＵ近傍ｃ及びラック１１の排気口近傍ｄに最小加熱距離の２倍の長さの光ファイバを巻回してなる巻回部２７を設けることにより、計測ポイントの温度を正確に測定することができる。但し、この場合、ラック１台当たりの光ファイバ２４の長さは２２ｍ程度と長くなる。

図１５，図１６は、光ファイバの敷設の第３の例を示す模式図である。図１５はラックを側方から見たときの光ファイバの敷設状態を示し、図１６はラックを上から見たときの光ファイバの敷設状態を示している。また、図１５，図１６には、各部の光ファイバの長さを併せて示している。なお、図１６において、太い実線は機器設置エリア（ラック内を含む）１０に配設された光ファイバを示し、太い破線はフリーアクセスフロア１５に配設された光ファイバを示している。また、図１６中の丸印は光ファイバの立ち上がり部又は立下り部を示している。

この第３の例では、１台のラック毎に、フリーアクセスフロア１５からラック１１内に導入した光ファイバ２４を再びフリーアクセスフロア１５に戻している。そして、ラック１１と次のラック１１との間には３ｍ分の光ファイバを最小曲げ半径で巻回してなる巻回部２８を設け、この巻回部２８をフリーアクセスフロア１５に配置している。この場合、ラック１台当たりの光ファイバの長さは約１３ｍとなる。

図１７は、横軸に光ファイバの長さをとり、縦軸に温度をとって、図１５，図１６に示すように光ファイバを敷設したときの実温度分布（設定値：実線）と、計測温度分布（予想値：一点鎖線）とを示す図である。なお、ここではフリーアクセスフロア１５の一部の温度を５℃としている。

この図１７に示すように、１台のラック毎に光ファイバ２４をフリーアクセスフロア１５に戻し、且つ隣接するラック１１間に長さが３ｍの光ファイバを巻回してなる巻回部２８を設けた場合は、フリーアクセスフロア１５のグリル近傍ａだけでなく、吸気口近傍ｂ及び排気口近傍ｄにおいても実温度と計測温度とがほぼ一致する。

図１８は、光ファイバの敷設の第４の例を示す模式図である。この第４の例は、巻回部２９が１ｍ分の光ファイバを巻回して形成されていること以外は基本的に第３の例と同じである。すなわち、ラックから次のラックまでの経路長は、巻回部２９を含めて２ｍ（０．５ｍ＋１ｍ＋０．５ｍ）であり、この部分がフリーアクセスフロア１５に配設されている。この場合、ラック１台当たりの光ファイバの長さは約１１ｍとなる。

図１９は、横軸に光ファイバの長さをとり、縦軸に温度をとって、図１８に示すように光ファイバを敷設したときの実温度分布（設定値：実線）と、計測温度分布（予想値：一点鎖線）とを示す図である。この図１９に示すように、第４の例においても、第３の例と同様に、フリーアクセスフロア１５のグリル近傍ａだけでなく、吸気口近傍ｂ及び排気口近傍ｄにおいても実温度と予測温度とがほぼ一致している。

図１７及び図１９と図１２とを比較してわかるように、ラックから次のラックへと連続的に光ファイバを敷設するのではなく、ラックと次のラックとの間の光ファイバ２４を巻回部２９に巻回し、この巻回部２９を温度一定のフリーアクセスフロア１５に配置することにより、温度分布の重なり（クロストーク）の影響を少なくすることができる。例えば図１２に示す例では排気口近傍ｄの実温度と計測温度との差が３℃以上あるのに対し、図１７，図１９に示す例では排気口近傍ｄの実温度と計測温度との差が２℃以内になっている。また、１ラック当たりの光ファイバの長さが比較的短くてすみ、１本の光ファイバで多くのラックの温度計測が可能である。

なお、図１９に示す例では巻回部の光ファイバ長が１ｍと短いにもかかわらず図１７の例と同様にクロストークの影響が小さい。このことから、クロストークの影響を抑制するためには、ラックと次のラックとの間の光ファイバを最小加熱長Ｌ_min（約２ｍ）以上の長さで温度が一定に保たれた定温部を通過するように敷設すればよいことがわかる。上述の例では、定温部がフリーアクセスフロアに設けられるため、定温部の温度は被測定対象の温度よりも低い。

また、光ファイバを用いた温度計測では、隣接する計測ポイントの温度差が大きくなると計測温度の精度が低下する。図１５，図１８に示す例では、フリーアクセスフロア（グリル近傍ａ）−吸気口近傍ｂ−ＣＰＵ近傍ｃ−排気口近傍ｄ−吸気口近傍ｂ−フリーアクセスフロア（グリル近傍ａ）というように、温度分布が緩やかとなるように光ファイバ２４を敷設し、隣接する計測ポイント間の温度差が小さくなるようにしている。すなわち、光ファイバは被測定部内で温度分布が緩やかとなるように配置されている。これにより、フリーアクセスフロア（グリル近傍ａ）−吸気口近傍ｂ−ＣＰＵ近傍ｃ−排気口近傍ｄ−フリーアクセスフロア（グリル近傍ａ）というように光ファイバ２４を敷設した場合に比べて、計測温度の測定精度が向上する。

上述したように、ラックと次のラックとの間に定温部（バッファ部）を設けることにより、ラック間のクロストークを回避でき、ラックの吸気口近傍及び排気口近傍の温度を比較的良好な精度で計測することができる。また、１ラック当たりに必要な光ファイバの長さも比較的短くてすむ。

なお、本実施形態の光ファイバの敷設方法は、上述の例に限定されるものではない。図２０は、光ファイバの敷設の第５の例を示す模式側面図である。ここでは、相互に隣接して配置された３台のラック１１を１組とし、それらのラック１１内に光ケーブル２４を連続的に配置している。但し、各組毎に光ケーブル２４をフリーアクセスフロア１５に戻している。また、この例では、ラック１１内に冷却媒体（水等）を通し、ラック１１内で発生した熱を冷却媒体に熱交換している。フリーアクセスフロア１５に配置された光ファイバ２４は、冷却媒体の入口配管４２ａ及び出口配管４２ｂに巻き付けられている。光ファイバ２４のうち冷却媒体の入口配管４２ａ及び出口配管４２ｂに巻き付けた部分が巻回部としての機能を有する。すなわち、光ファイバ２４のうち冷却媒体の入口配管４２ａ及び出口配管４２ｂに巻き付けた部分が定温部となる。

また、光ファイバの巻回部は、温度が一定であればフリーアクセスフロア以外の場所に設けてもよい。図２１は、光ファイバの敷設の第６の例を示す模式側面図である。一部のデータセンターでは、天井据え付け型の空調機（エアコン）から吹き出す冷気をラック上部からラック内に取り込んでラック内の計算機を冷却する方式を採用している。この場合、ラックの上方の空調機に近い部分では冷気によって温度が一定に維持される。そこで、図２１に示すように、第６の例では、計算機ルームの室内で比較的温度変化の少ない天井付近に巻回部２９を配置している。そして、天井側からラック１１内に光ケーブル２４を導入し、ラック１１から導出した光ケーブル２４を再び天井側に戻している。第６の例でもラック１１間のクロストークを防止できる。

ところで、データセンターにおいて空調を制御する場合、ラックの吸気口近傍、排気口近傍及びＣＰＵ近傍のおおまかな温度分布とピーク温度とを計測することが重要である。上述のように光ファイバを敷設することで、吸気口近傍及び排気口近傍の温度を比較的精度良く求めることができる。しかし、上述のような光ファイバの敷設方法の改善のみでは、依然ＣＰＵ近傍の実温度と計測温度との間には比較的大きな差が出てしまう。これは、ラマン散乱を利用した光ファイバによる温度計測では、光パルス幅が大きいため、数ｃｍ単位でかつ低温から高温まで温度が大きく変化する部分の温度計測は難しいためである。

一方、データセンターの場合は、高温となる可能性があるのはラック内のＣＰＵ近傍や排気口近傍などに限られている。また、これらの位置の温度は、装置の稼動状態により変化するものの、周囲の温度よりも低くなることはないと考えられる。

そこで、本実施形態においては、このようなデータセンターに特有の状況を利用して温度測定結果を補正することにより、ラック内の温度分布をより正確に求める。以下に、その方法について説明する。

図２２は、図１８で示すように光ファイバを敷設したときの実温度分布（設定値：実線）と計測温度分布（予想値：一点鎖線）とを示す図である。ここでは、フリーアクセスフロアの温度を１５℃とし、そのフリーアクセスフロアに光ファイバの巻回部を配置している。また、ここでは、５０ｃｍ間隔で温度計測（サンプリング）が行われるものとする。

図２３は、温度計測を行うラックの位置における伝達関数を示している。この伝達関数は、図８，図９に示すように光ファイバにステップ状の温度分布を印加したときの計測温度分布から得られたものである。ここでは、この伝達関数を近似的に、（-1，0.07）、（-0.5，0.54）、（0，1）、（0.5，0,54）、（1，0.07）の５点で代表する。

図２４に、図２２の５０ｃｍ毎の計測ポイントにおける実温度の値（設定値）に伝達関数をコンボリューションした結果を示す。計測温度は、実温度に対し伝達関数をコンボリューションして得た値とほぼ一致する。この値から逆算すれば、元の実温度を再現できるはずである。Ｔ_iをｉ番目の計測ポイントの実温度とすると、ｉ番目の計測ポイントにおける計測温度ＡＰ_iは下記（３）式により表される。

ＡＰ_i＝（0.07×Ｔ_i-2＋0.54×Ｔ_i-1＋Ｔ_i＋0.54×Ｔ_i+1＋0.07×Ｔ_i+2）/2.22 …（３
）
ここで、２．２２は規格化のための定数であり、具体的には伝達関数から抽出した５点（-1，0.07）、（-0.5，0.54）、（0，1）、（0.5，0,54）、（1，0.07）のＹ軸の値を合計したものである。Ｔ_i+2以外、すなわちＴ_i-2、Ｔ_i-1、Ｔ_i、Ｔ_i+1の値が既知であるとすると、Ｔ_i+2は下記（４）式により算出することができる。

Ｔ_i+2＝（2.22/0.07）ＡＰ_i−Ｔ_i-2−（0.54/0.07）Ｔ_i-1−（1/0.07）Ｔ_i−（0.54/0.07
）Ｔ_i+1 …（４）
本実施形態は、前述したように、ラックと次のラックとの間に光ファイバを一定の長さで巻いた巻回部を設け、この巻回部をフリーアクセスフロアに配置している。そのため、フリーアクセスフロアの温度を比較的良好な精度で計測することができる。このフリーアクセスフロアの４つの計測ポイントにおける計測温度Ｔ_i-2、Ｔ_i-1、Ｔ_i、Ｔ_i+1を初期値として代入すれば、前述の（４）式によりＴ_i+2の温度（補正値）を算出することができる。

次に、上で求めたＴ_i+2の温度（補正値）を使って、隣の計測ポイントの温度の補正値を求める。この計算では、Ｔ_i-1、Ｔ_i、Ｔ_i+1、Ｔ_i+2、ＡＰ_i+1をそれぞれＴ_i-2、Ｔ_i-1、Ｔ_i、Ｔ_i+1、ＡＰ_iとして（４）式に代入することで、次の計測ポイントの温度Ｔ_i+2を算出することができる。このようにして、ピークの両側の定温部から計測温度ＡＰ_iを順次補正して温度分布を得る。

図２５に、補正後の温度分布の例を示す。なお、図２５において、△は実温度（設定値）、×は上述の方法により算出した補正後の温度（補正値）を示している。

図１５，図１８に示すように光ファイバを敷設することで、フリーアクセスフロアの巻回部の温度を比較的高い精度で測定することができるが、それでも約±１．５℃以下の誤差が発生することがある。図２３に示す伝達関数は先鋭な関数であるため、Ｔ_i-2、Ｔ_i-1、Ｔ_i、Ｔ_i+1の誤差が大きい（例えば±１℃程度）ときに、図２５に示すようにＴ_i+2の値が振動して確定できないことがある。

光ファイバを用いた温度分布計測は重み付け移動平均によるローパスフィルタの作用をもつが、上記の補正処理は重み付け移動平均によるハイパスフィルタの作用をもつ。従って、微分係数が大きく変わるところではそれが強調されて補正値が振動する。

そこで、このような不具合を回避するために、本実施形態では補正計算によるバンドパス帯域を変更する。すなわち、上述した方法により計測値を補正しても実温度分布（設定値）を良好な精度で再現することができない場合は、もう少し帯域の高い伝達関数を用いてサンプル値を導出する。そして、このサンプル値を用いて実温度分布を再現可能か否かを判定し、再現可能と判定したときはこのサンプル値を用いて重み付け平均によるデータ補正を行う。その後、元の実温度分布（設定値）を十分再現できているか否かを確認するという処理を実施する。そして、例えば、各領域で誤差が±２℃未満であればＯＫとし、誤差が±２℃以上であれは再度伝達関数のサンプル値を変更する。

以下に、バンドパス帯域の変更について具体的に説明する。ここでは、先ほどよりも帯域の高い伝達関数として、（-0.5，1）、（0,1）、（0.5,1）というステップ型伝達関数を考える。そうすると、ｉ番目の計測ポイントにおける計測温度ＡＰ_iは下記（５）式に示すようになる。

ＡＰ_i＝（Ｔ_i-1＋Ｔ_i＋Ｔ_i+1）／３ …（５）
この（５）式に基づいて計測温度（計測値）を補正すると、図２６に示すようになる。なお、図２６において、△は実温度（設定値）、○は計測温度（計測値）、×は補正後の温度（補正値）を示している。

図２６からわかるように、補正後の温度分布は振動してなく、実温度分布を良好な精度で再現可能である。従って、この伝達関数を採用することができる。この伝達関数を用いてハイパスフィルタとなる移動平均を求めると、下記（６）式のようになる。

ＡＰ_i−ＡＰ_i-1＝（Ｔ_i+1−Ｔ_i-2）／３
Ｔ_i+1＝３×（ＡＰ_i−ＡＰ_i-1）＋Ｔ_i-2 …（６）
ここで、Ｔ_i-2を既知とすれば、Ｔ_i+1が求まる。図２７は、Ｔ_i-2，Ｔ_i-1，Ｔ_iの代わりにＡＰ_i-2，ＡＰ_i-1，ＡＰ_iを代入してＴ_i+1（補正値）が発散するか否かを調べた結果を示す図である。この図２７から、補正値は発散せず、かつ実温度（設定値）と補正値との差が小さいことがわかる。従って、前述の伝達関数を実際の温度計測に使用することは適当であると判定できる。

但し、この図２７のままでは、例えば最も温度が高い２０〜２１ｍの領域の補正が十分でない。そこで、温度分布のうち微分係数が明らかに変化する領域では補完処理を行うことが好ましい。具体的には、図２７に示すように、２区間連続で微分係数の符号が変化する領域を抽出して領域分割を行う。図２７中の矢印は、分割された領域を示している。そして、領域毎に逐次４次多項式により補完処理を行う。図２８は、図２７のグラフを逐次４次多項式で補完処理した結果を示す図である。

この図２８において、実線は実温度分布（設定値）を示し、一点鎖線は補間処理後の計測温度分布を示している。図２８から、フリーアクセスフロアのグリル近傍、ラックの吸気口近傍、排気口近傍及びＣＰＵ近傍の実温度分布と計測温度分布（補間処理後）との差が±２℃以内に収まっており、実温度分布を忠実に再現できていることがわかる。

なお、最も温度が高くなるＣＰＵ近傍に関しては、上記の補完処理後、ピーク値に応じた係数をかけて温度を補正するという処理を実施してもよい。

以上から、本実施形態に係る温度計測方法をまとめると、図２９に示すフローチャートに示すようになる。すなわち、ステップＳ１１において、光ファイバを長さ方向に複数の領域に分割し、各領域毎に伝達関数を実験的に求める。伝達関数は光ファイバの種類により異なるので、光ファイバの種類が異なれば新たに伝達関数を求める必要がある。

次に、ステップＳ１２において、各領域の伝達関数からサンプル値を抽出する。そして、そのサンプル値を用いて計測値（予想値）から実温度分布（設定値）が十分に再現できるか否かを判定する。実温度分布を再現できないときは、より帯域の高い伝達関数を採用し、同様に伝達関数から抽出したサンプル値で実温度分布が再現できるか否かを判定する。この工程は、適切なサンプル値（実温度分布を再現できるサンプル値）が得られるまで繰り返す。

次に、ステップＳ１３において、実験室で計測した計測データを用い、伝達関数のサンプル値を利用することで重み付け移動平均（ハイパスフィルタ）を行い、計測データを補正する。そして、ステップＳ１４に移行し、補正後のデータが発散せず、かつ補正の精度がよいか否かを判定する。

ステップＳ１４において補正されたデータが発散しているとき、又は補正後のデータの精度が十分でないと判定したときは、ステップＳ１８に移行し、伝達関数をもう少し高い帯域モデルに変更する。その後、ステップＳ１２に戻り、上記の処理を繰り返す。

一方、ステップＳ１４において補正後のデータの精度が十分であると判定したときは、ステップＳ１５に移行して、伝達関数のサンプル値を実際のデータセンターで運用する温度計測のパラメータとして採用する。

次いで、ステップＳ１６において、実際にデータセンター等において計算機ルームの温度計測を行う。そして、計測値に対して前述したように補正を行う。この場合、補正したデータに対し、微分係数が変化する点を基準に１ラックの計測結果をゾーン分けし、各領域毎に多項式（例えば、前述したように４次多項式）により補完処理する。

その後、ステップＳ１７において、ＣＰＵ近傍の補正値に予め設定された係数を乗算する。但し、ステップＳ１７は必要に応じて実行すればよい。

以下、実際のデータセンターにおける光ファイバの敷設例とその温度補正の例について説明する。

図３０は、データセンターにおける光ファイバの敷設例を示す図である。ここでは、フリーアクセスフロア１５にはケーブルダクト１７が配設されており、このケーブルダクト１７内に最小加熱長以上の長さで光ファイバ２４を巻回してなる巻回部４１を配置している。そして、巻回部４１から光ファイバ２４を立ち上げてラック１１内に導入し、ラック１１内に所定の順路で光ファイバ２４を配置した後、再び光ファイバ２４をフリーアクセスフロア１５のケーブルダクト１７内に戻している。

図３１は、図３０のように光ファイバを敷設したときの実温度分布及び計測温度分布の一例を示す図である。ここでは、フリーアクセスフロアの温度が１５℃で一定であるものとしている。前述したように、伝達関数から抽出したサンプル値を用いて、巻回部４１に近い計測ポイントから順番に計測温度を補正する。そして、補正後の計測温度に対し、多項式（例えば、４次多項式）により補完処理を行う。これにより、実温度分布が再現される。図３１には、各計測ポイントにおける補正前の温度と補正後の温度（補完処理後の温度）とを併せて示す。

図３２は、実施形態に係る温度計測システムの全体構成（計算機ルームの空調方法）を示す図である。ここでは、図３０のように光ファイバを敷設しているものとする。

本実施形態に係る温度計測システムは、制御部５１、光検出器５２、温度センサ５３、空調機５４により構成されている。光検出器５２は図２に示すように構成されており、光ファイバ２４にレーザパルスを供給し、光ファイバ２４内で後方散乱された光を入力する。温度センサ５３は、ラック１１内に設置された計算機（ブレードサーバ等）内に設けられており、ＣＰＵの温度を検出する。制御部５１には、これらの光検出器５２及び温度センサ５３から温度計測結果を示す信号が入力される。

空調機５４は、制御部５１からの信号に応じた温度及び風量の冷風をフリーアクセスフロア１１に供給する。ラック１１が配置される機器設置エリア１０の床には各ラック１１毎にグリル（通風口）６１が設けられており、これらのグリル６１を介して各ラック１１内に冷風が供給される。グリル６１には開口幅を調整する開口幅調整機構が設けられており、この開口幅調整機構を制御部５１により制御することにより、各ラック１１毎に冷風の供給量が調整可能になっている。なお、グリル６１にファンを設け、制御部５１によりファンの回転数を制御して各ラック１１毎に冷風の供給量を調整するようにしてもよい。

また、各ラック１１の上部にはそれぞれ排気ファン６２が設けられている。この排気ファン６２の回転数も、制御部５１により調整可能になっている。

制御部５１には、予め光ファイバ２４の領域毎の伝達関数が設定されている。そして、制御部５１は、光検出器５２から出力される信号により各ラック１１内の計測ポイント及び各ラック１１間のフリーアクセスフロア１５の温度を検出し、前述したように伝達関数を用いて各測定ポイントの温度をフリーアクセスフロア１５側（低温側）から順番に補正して、各ラック１１の温度分布を得る。更に、その結果と温度センサ５３による温度検出結果とに応じて、空調機５４、グリル６１の開口幅調整機構及び各ラック１１の排気ファン６２を制御し、局所的な熱だまりや過冷却の発生を防止する。なお、過度の温度上昇を
検出したときに警報を発生するようにしてもよい。

本実施形態においては、光検出器５２により計測された温度分布に対し、フリーアクセスフロア１５（バッファ部）の計測ポイントの温度を基にラック１１内の温度分布を補正するので、ラック１１内の温度分布を良好な精度で計測することができる。制御部５１は、その温度分布の計測結果に基づいて空調機５４、グリル６１の開口幅調整機構及び各ラック１１の排気ファン６２を制御するので、局所的な熱だまりや過冷却の発生を防止することができる。

また、本実施形態においては、例えば図１３に示すように各測定ポイントに光ファイバの巻回部を配置する方法に比べて１台のラック当たりの光ファイバ２４の長さが短くてよく、１本の光ファイバでより多くのラックの温度分布を計測することができる。更に、本実施形態においては、各計測ポイントに個別に温度センサ（温度センサＩＣ等）を設置する方式に比べて初期費用及びメンテナンス費用を大幅に削減することができる。

（実施形態の変形例）
ところで、ラック内に収容された計算機は負荷に応じて発熱量が刻々と変化するので、ラック内に配置された光ファイバの温度も経時変化する。従って、計算機ルームの空調の効率的な管理を図るためには、ラック内の温度変化をリアルタイムで検出することが重要である。

図３３（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ被覆材で被覆された光ファイバの断面図を示している。ここでは、説明の便宜上、図３３（ａ）のように被覆された光ファイバを光ファイバ素線と呼び、図３３（ｂ）のように被覆された光ファイバを光ファイバ心線と呼び、図３３（ｃ）のように被覆された光ファイバを光ファイバコードと呼ぶ。

図３３（ａ）に示す光ファイバ素線２４０ａは、断面が円形の光ファイバ２４１（図２の光ファイバ２４に対応する）の周囲を紫外線硬化樹脂からなる被覆材２４２で覆った構造を有している。光ファイバ２４１は石英ガラスからなり、その直径は約０．１２５ｍｍである。また被覆材２４２を含めた光ファイバ素線２４０ａの直径は約０．２５ｍｍである。

光ファイバ心線２４０ｂは、図３３（ｂ）に示す光ファイバ素線２４０ａの周囲を更にナイロン樹脂の被覆材２４３で覆った構造を有している。被覆材２４３を含めた光ファイバ心線２４０ｂの直径は約０．９ｍｍである。

また、図３３（ｃ）に示す光ファイバコード２４０ｃは、光ファイバ心線２４０ｂの周囲を塩化ビニル樹脂で被覆した構造を有している。光ファイバコード２４０ｃの直径は約２ｍｍである。光ファイバコード２４０ｃは、光ファイバ素線２４０ａや光ファイバ心線２４０ｂよりも光ファイバ２４１が破損しにくいため、計算機ルーム内のフリーアクセスフロアやラック内に敷設する際の取り扱いが容易である。

これらの光ファイバ素線２４０ａ、光ファイバ心線２４０ｂ、及び光ファイバコード２４０ｃについて、周囲の温度がステップ状に変化した場合の温度応答性を計算により求めた結果を図３４（ａ）〜（ｃ）に示す。ここに、図３４（ａ）は光ファイバ素線の温度応答性を示し、図３４（ｂ）は光ファイバ心線の温度応答性を示し、図３４（ｃ）は光ファイバコードの温度応答性を示している。なお、図３４（ａ）〜（ｃ）は、周囲の温度３０℃から４０℃に変化したとき光ファイバ２４１の温度変化を調べたものである。また、図３４において、０．１ｍ／ｓ、０．５ｍ／ｓ、１．０ｍ／ｓ及び２．０ｍ／ｓは、光ファイバの周囲を流れる空気の流速を示している。

図３４（ａ）〜（ｃ）から明らかなように、被覆材の厚さが最も薄い光ファイバ素線２４０ａが最も温度応答速度が速く、被覆材の厚さが厚くなるほど温度応答速度が遅くなる。また、光ファイバの被覆材の厚さが同じ場合であっても、周囲の空気の流速が速いほど温度応答速度が速くなる。従って、ラック内の温度変化を迅速に検出する観点からは、光ファイバ素線２４０ａを温度計測システムに用いることが好ましいといえる。

しかし、光ファイバ素線２４０ａは、光ファイバコード２４０ｃより被覆が薄いため敷設作業時に絡まったり折損しやすい。このため、温度計測システムに用いる光ファイバを全て光ファイバ素線２４０ａとすると、敷設作業の効率が低下してしまう。また、前述の実施形態では、ラック内の計測ポイントの温度補正を定温部の温度を基準に行うため、定温部の計測温度の変化が激しいと、補正値の誤差が大きくなる。

フリーアクセスフロアを流れる冷風の量や温度は完全に一定ではなく、設定温度（例えば１５℃）を中心に±１℃程度変化すると考えられる。本願発明者らは、フリーアクセスフロア内の温度が変化した場合に、光ファイバ素線２４０ａと光ファイバコード２４０ｃとでどのような影響が出るか調べた。図３５は、周囲の空気温度を５秒間隔で±１℃変化させた場合の光ファイバ素線及び光ファイバコードの温度変化を計算により求めた結果を示す図である。

図３５（ａ）に示すように、被覆材の厚さが薄い光ファイバ素線２４０ａでは、周囲の空気の温度変化に敏感に反応して光ファイバ２４１の温度が大きく変化する。すなわち、フリーアクセスフロア（定温部）に光ファイバ素線２４０ａを敷設すると、フリーアクセスフロアの温度変化にともなって光ファイバ素線２４０ａの温度が鋭敏に変化し、温度の変化が激しくなる。これに対し、図３５（ｂ）に示すように、被覆材の厚さの厚い光ファイバコード２４０ｃでは、周囲の温度が±１℃程度温度が変化しても、光ファイバ２４１の温度はほとんど変化しない。

前述のように定温部の温度は補正計算の基準温度となるため、定温部の温度変化が大きい場合には、補正値が発散したり誤差が増大するなどの問題が発生する。従って、フリーアクセスフロア（定温部）には被覆材の厚さが厚く、温度が急峻に変化しない光ファイバコード２４０ｃを用いることが好ましい。

以上から、本実施形態の変形例１では、光ファイバを図３６に示すように敷設する。図３６は、本実施形態の変形例１に係る温度計測システムの光ファイバ敷設例を示す模式図である。なお、光検出器及び制御部の構成は上述の実施形態（図３２参照）と同様である。

図３６に示すように、変形例１では、機器設置エリア１０に複数のラック１１が配置されており、フリーアクセスフロア１５から各ラック１１に冷風が供給される。各ラック１１内には、被覆材の厚さが薄い光ファイバ素線２４０ａが敷設されている。また、隣接するラック１１の光ファイバ素線２４０ａ同士は、フリーアクセスフロア１５に敷設された被覆材の厚さが厚い光ファイバコード２４０ｃで接続されている。

光ファイバコード２４０ｃは、少なくとも最小加熱長以上の長さでフリーアクセスフロア１５内に配置されており、フリーアクセスフロア１５を流れる冷風によって一定の温度（例えば１５℃）に保たれる。なお、光ファイバコード２４０ｃは、その長さを調節するために、必要に応じてフリーアクセスフロア１５内に巻回部を設けてもよい。

光ファイバ素線２４０ａ及び光ファイバコード２４０ｃの光ファイバ２４１は、融着又は脱着自在なコネクタによって光学的に接続されている。このため、光パルスは、光ファイバ素線２４０ａ及び光ファイバコード２４０ｃを交互に通過しながら伝搬する。

変形例１では、ラック１１内に温度応答速度の速い光ファイバ素線２４０ａを配設しているため、ラック内の温度変化を迅速に検出することができる。また、ラック間の定温部に温度応答速度が遅い光ファイバコード２４０ｃを用いているため、フリーアクセスフロア１５内の冷風の温度に揺らぎが生じても、温度補正値の誤差を抑制することができる。

図３７は、本実施形態の変形例２に係る温度計測システムの光ファイバ敷設例を示す模式図である。

変形例２は、温度応答速度を遅くすべき部分、すなわちフリーアクセスフロア内に敷設される光ファイバを熱が伝わりにくい断熱材で被覆するよう構成したものである。

すなわち、図３７に示すように、変形例２では１本の光ファイバ素線２４０ａをフリーアクセスフロア１５及びラック１１内に敷設する。ただし、定温部となるフリーアクセスフロア１５内の部分で光ファイバ素線２４０ａを断熱材２４５で被覆し、温度応答速度を遅くしている。断熱材２４５としては樹脂フィルムのテープ又は発泡スチロール等を用いることができる。また、図３４で示したように、光ファイバ周囲の空気の流速を小さくするだけでも温度応答速度を遅くすることができる。そこで、光ファイバ素線２４０ａの周囲を樹脂製のコルゲート管等で覆うことで、フリーアクセスフロア１５内を流れる冷風が光ファイバ２４０ａに直接当たらないようにしてもよい。

以下に、定温部に敷設する光ファイバの温度安定性が補正値に与える影響を調べた結果について説明する。ここに、図３８は、光ファイバの各計測ポイントにおける実温度分布の設定値と測定ポイントの温度計測結果を示す図である。図３９は、光ファイバの定温部の温度揺らぎが±１℃ある場合と定温部に温度揺らぎがない場合との補正結果の比較を示す図である。

本願発明者は、図３８で●で示すような実温度分布（設定値）を光ファイバに与えたときの各計測ポイントの測定温度（予測値）を計算によって求めた。この測定温度（予測値）は、実温度分布（設定値）に、実験的に求めた光ファイバの伝達関数及びノイズ成分をコンボリューションして求めたものであり、図３８において○で示すような分布となった。

次に、伝達関数を用いて、測定温度（予測値）の補正を行ったところ、図３９に示す結果が得られた。図３９において、●で示すデータは実温度分布（設定値）である。△で示すデータは定温部（図３９において距離０〜３ｍ及び４．２〜７ｍの部分）の計測ポイントの温度が変動しない条件の下で、被測定部（図３９において距離３．２ｍ〜４ｍの部分）の測定温度（予測値）の補正を行った結果を示している。また、□で示すデータは定温部の計測ポイントの温度が１５℃を中心に±１℃変動している条件の下で被測定部の測定温度（予測値）の補正を行った結果を示している。

図３９に示すように、定温部の計測ポイントの温度が変動しない場合には、被測定部において、実温度分布から概ね１．５℃以内の誤差で補正値を求めることができる。これに対し、定温部の温度が±１℃変動している場合には、被測定部の一部の計測ポイントにおいて、補正値に実温度分布から３℃以上の誤差が生じてしまう。

このように、定温部に配設する光ファイバとして温度応答速度の遅いものを用いることで定温部の空間的（時間的）な温度変動が少なくなり、補正計算の精度が向上することがわかる。

以上のように本実施形態の変形例に係る温度計測システムでは、ラック内の光ファイバを熱容量が小さく温度応答速度が速い光ファイバとし、温度一定のフリーアクセスフロアに配置される光ファイバを温度応答速度が遅い光ファイバとしている。これにより、ラック内の計測ポイントの経時的な温度変化を迅速に検出して空調を適切に制御することができる。また、温度が一定のフリーアクセスフロアに配置された光ファイバは温度応答速度が遅いため、補正計算の基準温度を与える定温部の温度のバラツキを抑制でき、補正計算の精度が向上する。

なお、上記の実施形態では定温部（巻回部）を最も温度が低くなる場所に配置しているが、定温部（巻回部）は必ずしも低温の場所に配置する必要はなく、温度が一定であれば高温の場所に配置してもよい。

以下、本発明の諸態様を、付記としてまとめて記載する。

（付記１）レーザ光を出力するレーザ光源と、
定温部から出て被測定部内を通り前記定温部に入るように敷設され、前記レーザ光の伝搬方向に複数の温度計測ポイントが設定された光ファイバと、
前記光ファイバ内に入射した前記レーザ光の後方散乱光により前記被測定部内の各温度計測ポイントの温度を計測する検出器と、
前記検出器で検出した前記被測定部内の各温度計測ポイントの温度を、前記光ファイバの温度計測系の伝達関数を用いて前記定温部に近い温度計測ポイントから前記光ファイバに沿って順番に補正する制御部と
を有することを特徴とする温度計測システム。

（付記２）前記制御部は、前記被測定部の温度計測ポイントの温度計測結果を、前記被測定部の光ファイバ導入側及び光ファイバ導出側の前記定温部に近い温度計測ポイントからそれぞれ温度が最も高い温度計測ポイントに向けて補正していくことを特徴とする付記１に記載の温度計測システム。

（付記３）前記被測定部がデータセンターに配置された計算機のラックであり、前記定温部が空調機から冷気が供給されるフリーアクセスフロアであることを特徴とする付記１に記載の温度計測システム。

（付記４）前記被測定部の前記光ファイバの温度応答速度は、前記定温部の前記光ファイバの温度応答速度よりも速いことを特徴とする付記１に記載の温度測定システム。

（付記５）前記ラックは外部から空気を導入する吸気口と外部に空気を排出する排気口とを有し、前記光ファイバは、前記フリーアクセスフロアから前記ラック内の前記吸気口側に導入され、ＣＰＵ又は前記排気口の近傍を通り、更に前記吸気口の近傍を通って前記フリーアクセスフロアに戻るように敷設されていることを特徴とする付記３又は４に記載の温度計測システム。

（付記６）前記制御部は、前記定温部の温度計測ポイントの計測結果を初期値に用いて前記補正を行うことを特徴とする付記１に記載の温度計測システム。

（付記７）前記光ファイバの被覆材は、前記被測定部で薄く前記定温部で厚いことを特徴とする付記１に記載の温度計測システム。

（付記８）前記光ファイバは、前記定温部を通る部分で断熱性の高い被覆材に覆われていることを特徴とする付記１に記載の温度測定システム。

（付記９）前記定温部には、前記光ファイバの巻回部が配設されることを特徴とする付記１乃至５のいずれか１項に記載の温度計測システム。

（付記１０）前記伝達関数は、前記光ファイバの長さ方向に沿って分割された領域毎に、前記光ファイバの一部を加熱した時の計測温度分布から取得することを特徴とする付記１に記載の温度計測システム。

（付記１１）前記温度計測ポイントがデータセンターに配置された計算機のラック内に設けられており、前記定温部が前記計算機を冷却する冷却媒体が通る配管に沿って設けられていることを特徴とする付記１に記載の温度計測システム。

（付記１２）被測定対象と該被測定対象の近傍に設けられた定温部とを通って敷設され、前記被測定対象を通る部分に複数の温度計測ポイントが設定された光ファイバを用いて前記光ファイバの長さ方向に沿った温度分布を計測する温度計測方法であって、
前記光ファイバにレーザ光を導入し、前記光ファイバ内で後方散乱した光により各温度計測ポイントの温度を検出する工程と、
前記光ファイバの温度計測系の伝達関数を用いて各温度計測ポイントの温度を前記定温部側から前記光ファイバに沿って順番に補正する工程と
を有することを特徴とする温度計測方法。

（付記１３）計算機が収納されたラックが複数設置される機器設置エリアと、空調機により空調されるフリーアクセスフロアとを有する計算機ルームの空調方法において、
前記フリーアクセスフロアから１又は複数のラック毎にラック内に導入され、前記ラック内の複数の温度計測ポイントを通って前記フリーアクセスフロアに戻るように光ファイバを敷設し、
前記光ファイバにレーザ光を導入し、前記光ファイバ内で後方散乱された光を検出器に入力して各温度計測ポイントの温度を検出し、
制御部において前記光ファイバの温度計測系の伝達関数を用いて各温度計測ポイントの温度を前記フリーアクセスフロアに近い温度計測ポイントから前記光ファイバに沿って順番に補正し、
補正後の温度に応じて前記制御部により前記空調機を制御することを特徴とする計算機ルームの空調方法。

（付記１４）ラック毎に冷却用空気を導入する手段又はラック外に空気を排出する排出手段を有し、前記制御部は前記補正後の温度分布に応じてラック毎に前記冷却手段又は前記排出手段を制御することを特徴とする付記１３に記載の計算機ルームの空調方法。

図１は、一般的な中・大規模計算機ルームの構造を示す模式図である。 図２は、光ファイバを用いた温度分布測定装置の構成を示す模式図である。 図３は、光ファイバで後方散乱した光のスペクトルを示す図である。 図４は、ラマン散乱光の強度の時系列分布の一例を示す図である。 図５は、図４のラマン散乱光の強度の時系列分布を基にＩ₁／Ｉ₂比を時間毎に計算し、且つ横軸を距離に、縦軸を温度に換算した結果を示す図である。 図６は、最小加熱長を説明するための図（その１）である。 図７は、最小加熱長を説明するための図（その２）である。 図８は、温度が２５℃の環境に光ファイバを配置し、光源から５ｍの位置を中心に８０℃の熱をステップ型温度分布となるように印加した場合の計測温度分布を示す図である。 図９は、図８の温度分布における伝達関数を示す図である。 図１０は、光ファイバの敷設の第１の例を示す模式側面図である。 図１１は、光ファイバの敷設の第１の例を示す模式上面図である。 図１２は、図１０，図１１に示すように光ファイバを配設したときの実温度分布と、図９の伝達関数を用いて想定したラマン散乱を用いた計測温度分布とを示す図である。 図１３は、光ファイバの敷設の第２の例を示す模式図である。 図１４は、図１３のように光ファイバを敷設したときの実温度分布と計測温度分布とを示す図である。 図１５は、光ファイバの敷設の第３の例を示す模式側面図である。 図１６は、光ファイバの敷設の第３の例を示す模式上面図である。 図１７は、図１５，図１６に示すように光ファイバを敷設したときの実温度分布と計測温度分布とを示す図である。 図１８は、光ファイバの敷設の第４の例を示す模式側面図である。 図１９は、図１８に示すように光ファイバを敷設したときの実温度分布と計測温度分布とを示す図（その１）である。 図２０は、光ファイバの敷設の第５の例を示す模式側面図である。 図２１は、光ファイバの敷設の第６の例を示す模式側面図である。 図２２は、図１８で示すように光ファイバを敷設したときの実温度分布と計測温度分布とを示す図（その２）である。 図２３は、温度計測を行うラックの位置における伝達関数を示す図である。 図２４は、図２２の５０ｃｍ毎の計測ポイントにおける実温度の値に伝達関数をコンボリューションした結果を示す図である。 図２５は、図２４の温度分布に対し第１の伝達関数を用いて補正を行った後の温度分布を示す図である。 図２６は、図２４の温度分布に対し第２の伝達関数を用いて補正を行った後の温度分布を示す図である。 図２７は、補正後の計測温度が発散するか否かを調べた結果の一例を示す図である。 図２８は、図２７のグラフを逐次４次多項式で補完処理した結果を示す図である。 図２９は、実施形態に係る温度計測方法を示すフローチャートである。 図３０は、データセンターにおける光ファイバの敷設例を示す図である。 図３１は、図３０のように光ファイバを敷設したときの実温度分布及び計測温度分布の一例を示す図である。 図３２は、実施形態に係る温度計測システムの全体構成を示す図である。 図３３（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ被覆材で被覆された光ファイバの断面図である。 図３４（ａ）〜（ｃ）は、光ファイバ素線、光ファイバ心線及び光ファイバコードの温度応答性を計算により求めた結果を示す図である。 図３５は、周囲の空気温度を５秒間隔で±１℃変化させた場合の光ファイバ素線及び光ファイバコードの温度変化を計算により求めた結果を示す図である。 図３６は本実施形態の変形例１に係る温度計測システムの光ファイバ敷設例を示す模式図である。 図３７は、本実施形態の変形例２に係る温度計測システムの光ファイバ敷設例を示す模式図である。 図３８は、光ファイバの計測ポイントにおける実温度分布の設定値と測定ポイントの温度計測結果を示す図である。 図３９は、光ファイバの定温部の温度揺らぎが±１℃ある場合と定温部に温度揺らぎがない場合との補正結果の比較を示す図である。

符号の説明

１０…機器設置エリア、１１…ラック、１２，６１…グリル（通風口）、１５…フリーアクセスフロア、１６…ケーブル、１７…ケーブルダクト、１９，５４…空調機、２１…レーザ光源、２２ａ，２２ｂ，３４ａ，３４ｂ，３４ｃ…レンズ、２３，３１ａ，３１ｂ，３１ｃ…ビームスプリッタ、２４…光ファイバ、２５…波長分離部、２６，５２…光検出器、２６ａ，２６ｂ，２６ｃ…受光部、２７，２８，２９，４１…巻回部、３３ａ，３３ｂ，３３ｃ…光学フィルタ、４２ａ…冷却媒体入口配管、４２ｂ…冷却媒体出口配管、５１…制御部、５３…温度センサ、６２…排気ファン、２４０ａ…光ファイバ素線、２４０ｂ…光ファイバ心線、２４０ｃ…光ファイバコード、２４１…光ファイバ、２４２、２４３、２４４…被覆材。

Claims (7)

1. レーザ光を出力するレーザ光源と、
   定温部から出て被測定部内を通り前記定温部に入るように敷設され、前記レーザ光の伝搬方向に複数の温度計測ポイントが設定された光ファイバと、
   前記光ファイバ内に入射した前記レーザ光の後方散乱光により前記被測定部内の各温度計測ポイントの温度を計測する検出器と、
   前記検出器で検出した前記被測定部内の各温度計測ポイントの温度を、前記光ファイバの温度計測系の伝達関数を用いて前記定温部に近い温度計測ポイントから前記光ファイバに沿って順番に補正する制御部と
   を有することを特徴とする温度計測システム。
2. 前記制御部は、前記被測定部の温度計測ポイントの温度計測結果を、前記被測定部の光ファイバ導入側及び光ファイバ導出側の前記定温部に近い温度計測ポイントからそれぞれ温度が最も高い温度計測ポイントに向けて補正していくことを特徴とする請求項１に記載の温度計測システム。
3. 前記被測定部がデータセンターに配置された計算機のラックであり、前記定温部が空調機から冷気が供給されるフリーアクセスフロアであることを特徴とする請求項１に記載の温度計測システム。
4. 前記被測定部の前記光ファイバの温度応答速度は、前記定温部の前記光ファイバの温度応答速度よりも速いことを特徴とする請求項１に記載の温度測定システム。
5. 前記ラックは外部から空気を導入する吸気口と外部に空気を排出する排気口とを有し、前記光ファイバは、前記フリーアクセスフロアから前記ラック内の前記吸気口側に導入され、ＣＰＵ又は前記排気口の近傍を通り、更に前記吸気口の近傍を通って前記フリーアクセスフロアに戻るように敷設されていることを特徴とする請求項３に記載の温度計測システム。
6. 被測定対象と該被測定対象の近傍に設けられた定温部とを通って敷設され、前記被測定対象を通る部分に複数の温度計測ポイントが設定された光ファイバを用いて前記光ファイバの長さ方向に沿った温度分布を計測する温度計測方法であって、
   前記光ファイバにレーザ光を導入し、前記光ファイバ内で後方散乱した光により各温度計測ポイントの温度を検出する工程と、
   前記光ファイバの温度計測系の伝達関数を用いて各温度計測ポイントの温度を前記定温部側から前記光ファイバに沿って順番に補正する工程と
   を有することを特徴とする温度計測方法。
7. 計算機が収納されたラックが複数設置される機器設置エリアと、空調機により空調されるフリーアクセスフロアとを有する計算機ルームの空調方法において、
   前記フリーアクセスフロアから１又は複数のラック毎にラック内に導入され、前記ラック内の複数の温度計測ポイントを通って前記フリーアクセスフロアに戻るように光ファイバを敷設し、
   前記光ファイバにレーザ光を導入し、前記光ファイバ内で後方散乱された光を検出器に入力して各温度計測ポイントの温度を検出し、
   制御部において前記光ファイバの温度計測系の伝達関数を用いて各温度計測ポイントの温度を前記フリーアクセスフロアに近い温度計測ポイントから前記光ファイバに沿って順番に補正し、
   補正後の温度に応じて前記制御部により前記空調機を制御することを特徴とする計算機ルームの空調方法。

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