JP6631175B2 - 温度測定装置、温度測定方法および温度測定プログラム - Google Patents

Description

本件は、温度測定装置、温度測定方法および温度測定プログラムに関する。

光源から光ファイバに光を入射した際に当該光ファイバからの後方散乱光を用いて、光ファイバの延伸方向の温度分布を測定する技術が開発されている（例えば、特許文献１，２参照）。

特開平７−２１８３５４号公報 特開２０１４−１６７３９９号公報

しかしながら、光ファイバを用いて正確に温度測定を行うには、光パルス長以上の加熱長が要求される。したがって、光パルス長未満の熱源を検知することは困難である。

１つの側面では、本件は、光パルス長未満の熱源を検知することができる温度測定装置、温度測定方法および温度測定プログラムを提供することを目的とする。

１つの態様では、温度測定装置は、第１空間軸と第２空間軸に沿って配置され２以上の交点をなす光ファイバと、前記光ファイバに光を入射する光源と、前記光ファイバからの後方散乱光に基づいて前記光ファイバの延伸方向の温度分布情報を測定する測定部と、前記２以上の交点のそれぞれにおいて、前記第１空間軸に沿って配置された前記光ファイバによって測定された第１温度と、前記第２空間軸に沿って配置された前記光ファイバによって測定された第２温度との差分を取得する取得部と、前記取得部が取得した差分のうち、絶対値が閾値以上となる差分を検知する検知部と、を備える。

光パルス長未満の熱源を検知することができる。

（ａ）は実施形態に係る温度測定装置の全体構成を表す概略図であり、（ｂ）は制御部のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。 後方散乱光の成分を表す図である。 （ａ）はレーザによる光パルス発光後の経過時間とストークス成分およびアンチストークス成分の光強度との関係を例示する図であり、（ｂ）は（ａ）の検出結果を用いて算出した温度である。 （ａ）は光パルス幅と特定の熱源に接する光ファイバ長との関係を例示する図であり、（ｂ）〜（ｆ）は熱源に接する光ファイバの長さと測定温度との関係を例示する図である。 （ａ）〜（ｄ）は光ファイバの２次元配置を例示する図である。 （ａ）は光ファイバの敷設パターンを例示する図であり、（ｂ）は好ましい測定温度を例示する図である。 （ａ）はＸ軸方向のパターンを用いて測定された各区画の温度であり、（ｂ）はＹ軸方向のパターンを用いて測定された各区画の温度であり、（ｃ）は差分を例示する図である。 （ａ）〜（ｅ）は温度補正を例示する図である。 温度測定装置が実行する温度測定方法を表すフローチャートの一例である。 （ａ）はステップＳ４の詳細を表すフローチャートの一例であり、（ｂ）はステップＳ４の他の例を表すフローチャートの一例である。 図９の他の例を表すフローチャートの一例である。 （ａ）はＹ軸方向のパターンを用いて測定された各区画の温度であり、（ｂ）はＸ軸方向のパターンを用いて測定された各区画の温度である。 （ａ）は図１２（ａ）の測定温度と図１２（ｂ）の測定温度との差分を例示する図であり、（ｂ）は補正温度を例示する図である。 補正温度を例示する図である。

以下、図面を参照しつつ、実施形態について説明する。

（実施形態）
図１（ａ）は、実施形態に係る温度測定装置１００の全体構成を表す概略図である。図１（ａ）で例示するように、温度測定装置１００は、測定機１０、制御部２０、光ファイバ３０などを備える。測定機１０は、レーザ１１、ビームスプリッタ１２、光スイッチ１３、フィルタ１４、複数の検出器１５ａ，１５ｂなどを備える。制御部２０は、指示部２１、温度測定部２２、熱源検知部２３、補正部２４などを備える。

図１（ｂ）は、制御部２０のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。図１（ｂ）で例示するように、制御部２０は、ＣＰＵ１０１、ＲＡＭ１０２、記憶装置１０３、インタフェース１０４などを備える。これらの各機器は、バスなどによって接続されている。ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１０１は、中央演算処理装置である。ＣＰＵ１０１は、１以上のコアを含む。ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１０２は、ＣＰＵ１０１が実行するプログラム、ＣＰＵ１０１が処理するデータなどを一時的に記憶する揮発性メモリである。記憶装置１０３は、不揮発性記憶装置である。記憶装置１０３として、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリなどのソリッド・ステート・ドライブ（ＳＳＤ）、ハードディスクドライブに駆動されるハードディスクなどを用いることができる。ＣＰＵ１０１が記憶装置１０３に記憶されている温度測定プログラムを実行することによって、制御部２０に指示部２１、温度測定部２２、熱源検知部２３、補正部２４などが実現される。なお、指示部２１、温度測定部２２、熱源検知部２３および補正部２４は、専用の回路などのハードウェアであってもよい。

レーザ１１は、半導体レーザなどの光源であり、指示部２１の指示に従って所定の波長範囲のレーザ光を出射する。本実施形態においては、レーザ１１は、所定の時間間隔で光パルス（レーザパルス）を出射する。ビームスプリッタ１２は、レーザ１１が出射した光パルスを光スイッチ１３に入射する。光スイッチ１３は、入射された光パルスの出射先（チャネル）を切り替えるスイッチである。ダブルエンド方式では、光スイッチ１３は、指示部２１の指示に従って、光ファイバ３０の第１端および第２端に一定周期で交互に光パルスを入射する。シングルエンド方式では、光スイッチ１３は、指示部２１の指示に従って、光ファイバ３０の第１端または第２端のいずれか一方に光パルスを入射する。光ファイバ３０は、温度測定対象の所定の経路に沿って配置されている。

光ファイバ３０に入射した光パルスは、光ファイバ３０を伝搬する。光パルスは、伝搬方向に進行する前方散乱光および帰還方向に進行する後方散乱光（戻り光）を生成しながら徐々に減衰して光ファイバ３０内を伝搬する。後方散乱光は、光スイッチ１３を通過してビームスプリッタ１２に再度入射する。ビームスプリッタ１２に入射した後方散乱光は、フィルタ１４に対して出射される。フィルタ１４は、ＷＤＭカプラなどであり、後方散乱光を長波長成分（後述するストークス成分）と短波長成分（後述するアンチストークス成分）とを抽出する。検出器１５ａ，１５ｂは、受光素子である。検出器１５ａは、後方散乱光の短波長成分の受光強度を電気信号に変換して温度測定部２２に送信する。検出器１５ｂは、後方散乱光の長波長成分の受光強度を電気信号に変換して温度測定部２２に送信する。温度測定部２２は、ストークス成分およびアンチストークス成分を用いて、光ファイバ３０の延伸方向の温度分布情報を測定する。熱源検知部２３は、後述する最小加熱長未満の長さの熱源を検知する。補正部２４は、温度測定部２２が取得した温度分布情報を補正する。

図２は、後方散乱光の成分を表す図である。図２で例示するように、後方散乱光は、大きく３種類に分類される。これら３種類の光は、光強度の高い順かつ入射光波長に近い順に、ＯＴＤＲ（光パルス試験器）などに使用されるレイリー散乱光、歪測定などに使用されるブリルアン散乱光、温度測定などに使用されるラマン散乱光である。ラマン散乱光は、温度に応じて変化する光ファイバ３０内の格子振動と光との干渉で生成される。強めあう干渉によりアンチストークス成分と呼ばれる短波長成分が生成され、弱めあう干渉によりストークス成分とよばれる長波長成分が生成される。

図３（ａ）は、レーザ１１による光パルス発光後の経過時間と、ストークス成分（長波長成分）およびアンチストークス成分（短波長成分）の光強度との関係を例示する図である。経過時間は、光ファイバ３０における伝搬距離（光ファイバ３０における位置）に対応している。図３（ａ）で例示するように、ストークス成分およびアンチストークス成分の光強度は、両方とも経過時間とともに低減する。これは、光パルスが前方散乱光および後方散乱光を生成しながら徐々に減衰して光ファイバ３０内を伝搬することに起因する。

図３（ａ）で例示するように、アンチストークス成分の光強度は光ファイバ３０において高温になる位置では、ストークス成分と比較してより強くなり、低温になる位置では、ストークス成分と比較してより弱くなる。したがって、両成分を検出器１５ａ，１５ｂで検出し、両成分の特性差を利用することによって、光ファイバ３０内の各位置の温度を検出することができる。なお、図３（ａ）において、極大を示す領域は、図１（ａ）においてドライヤなどで光ファイバ３０を意図的に加熱した領域である。また、極小を示す領域は、図１（ａ）において冷水などで光ファイバ３０を意図的に冷却した領域である。

本実施形態においては、温度測定部２２は、経過時間ごとにストークス成分とアンチストークス成分とから温度を測定する。それにより、光ファイバ３０内における各位置（各区画）の温度を測定することができる。すなわち、光ファイバ３０の延伸方向における温度分布を測定することができる。なお、両成分の特性差を利用することから、距離に応じて両成分の光強度が減衰しても、高精度で温度を測定することができる。図３（ｂ）は、図３（ａ）の検出結果を用いて算出した温度である。図３（ｂ）の横軸は、経過時間を基に算出した光ファイバ３０内の位置である。図３（ｂ）で例示するように、ストークス成分およびアンチストークス成分を検出することによって、光ファイバ３０内の各位置の温度を測定することができる。

検出器１５ａ，１５ｂで得られるストークス成分およびアンチストークス成分は、光ファイバ３０内における光パルス幅の積分値である。したがって、検出器１５ａ，１５ｂが出力する電気信号は、光パルス幅の影響を受ける。その結果、光パルス幅よりも小さい熱源の温度を直線状の光ファイバで正確に測定することは、困難である。したがって、光パルス幅よりも小さい熱源の温度を光ファイバで測定する場合には、光ファイバを捲回させるなどして、当該熱源に接する光ファイバ長を大きくすることが好ましい。正確に温度を測定できる最小の光ファイバ長を、最小加熱長と称する。例えば、最小加熱長は、光パルス幅と一致する。

図４（ａ）は、光パルス幅と特定の熱源に接する光ファイバ長との関係を例示する図である。図４（ａ）では、２ｍの光パルス幅に対して、熱源が２ｍ以上の長さを有している。この熱源に対して直線状の光ファイバを接触させているため、光ファイバが熱源に対して接触する長さも２ｍ以上となる。この場合においては、直線状の光ファイバを用いても、熱源の温度を正確に測定することができる。

図４（ｂ）〜図４（ｆ）は、熱源に接する光ファイバの長さと、測定温度との関係を例示する図である。図４（ｂ）で例示するように、熱源として、ビーカ内の８０℃の液体を用いた。室温は２０℃とした。この液体に対して浸漬した光ファイバの長さ（浸漬長）を８ｍ、２ｍ、０．８ｍ、０．４ｍとした。

図４（ｃ）〜図４（ｆ）において、破線は、熱電対を用いて光ファイバ３０の各箇所の温度を測定した結果を表している。光ファイバ３０の浸漬長によらず、熱電対を用いて液体内の光ファイバ３０の温度を測定した結果は８０℃となり、液体外の光ファイバ３０の温度を測定した結果は２０℃となった。すなわち、図４（ｃ）〜図４（ｆ）において、破線は、実温度に近い温度を表している。

図４（ｃ）〜図４（ｆ）において、実線は、光ファイバ３０からのストークス成分およびアンチストークス成分を用いて光ファイバ３０の各箇所の温度を測定した結果を表している。図４（ｃ）で例示するように、浸漬長を８ｍとした場合には、最小加熱長よりも十分に長い光ファイバ３０が液体に浸漬されているため、液体の実際の温度である８０℃が測定温度として得られている。図４（ｄ）で例示するように、浸漬長を２ｍとした場合においても、最小加熱長である２ｍ分の光ファイバ３０が液体に浸漬されているため、液体の実際の温度である８０℃が測定温度として得られている。

これに対して、図４（ｅ）で例示するように、浸漬長を０．８ｍとした場合には、液体への浸漬長が最小加熱長よりも短くなっているため、液体の実際の温度である８０℃よりも測定温度が低くなっている。図４（ｆ）で例示するように、浸漬長を０．４ｍとした場合には、測定温度がさらに低くなっている。このように、熱源に接する光ファイバ長が短くなると、温度測定の感度が低くなってしまう。

図５（ａ）は、光ファイバ３０の２次元配置を例示する図である。図５（ａ）の例では、直線状の光ファイバ３０を複数回折り返すことによって、２次元配置が実現されている。このような２次元配置では、各部分において光ファイバ３０は直線状に配置されている。したがって、最小加熱長よりも短い１ｍの長さを有する熱源が現れた場合、当該熱源に接する光ファイバ３０の長さは、最小加熱長よりも小さくなってしまう。それにより、当該熱源を検知することは困難である。また、図５（ｂ）で例示するように、当該熱源の実温度である５０℃よりも、測定温度が低くなってしまう。すなわち、高い温度測定精度を得ることは困難である。

そこで、図５（ｃ）で例示するように、最小加熱長以上の捲回部を設けることが考えられる。この捲回部を図５（ｄ）で例示するように所定の間隔で設けることで、測定対象の面や空間に対して分解能を高くすることができる。このようにすることで、最小加熱長よりも短い１ｍの長さの熱源が現れても、当該熱源に接する光ファイバ３０を最小加熱長よりも長くすることができる。すなわち、光パルス長未満の熱源を検知することができ、当該熱源の温度測定精度を向上させることができる。しかしながら、捲回部を多数有する光ファイバを敷設する作業は煩雑であり、時間と手間がかかってしまう。そこで、本実施形態では、光ファイバの敷設作業を抑制しつつ光パルス長未満の熱源を検知することができ、当該熱源の温度測定精度を向上させることができる例について説明する。

図６（ａ）は、光ファイバ３０の敷設パターンを例示する図である。図６（ａ）で例示するように、２つ以上の空間軸に沿う部分を有するように光ファイバ３０を敷設する。特定の平面において、Ｘ軸に沿ってマイナス側からプラス側に光ファイバ３０を配置し、Ｙ軸方向にシフトして折り返し、Ｘ軸に沿ってプラス側からマイナス側に光ファイバ３０を配置し、当該配置を繰り返す。一方、当該平面において、Ｙ軸に沿ってマイナス側からプラス側に光ファイバ３０を配置し、Ｘ軸方向にシフトして折り返し、Ｙ軸に沿ってプラス側からマイナス側に光ファイバ３０を配置し、当該配置を繰り返す。以上のパターンを、１本の光ファイバ３０を用いて作成してもよく、複数本の光ファイバ３０を用いて作成してもよい。

なお、同軸方向の光ファイバ３０の間隔は、所望の分解能が実現されるように統一されていることが好ましい。したがって、折り返し部におけるＸ軸方向のシフト量およびＹ軸方向のシフト量は等しいことが好ましい。また、同軸方向の隣接する光ファイバ３０において互いの温度の影響が小さくなるように、折り返し部に余長を設けることが好ましい。

例えば、図６（ａ）の例において、同軸方向の互いに隣接する光ファイバ３０の間隔を０．５ｍとする。また、光ファイバ３０が交差する点を中心とする０．５ｍ×０．５ｍの領域を温度測定の１区画（１単位）とする。すなわち、図６（ａ）の例では、各交点が、温度測定の１単位となる。

図６（ａ）で例示するように、この敷設パターンの中心部の２区画×２区画に、５０℃の高温度を有する直径１ｍの熱源が現れたと仮定する。その他の領域は、室温と同じ２０℃の温度を有するものとする。この場合、図６（ｂ）で例示するように、５０℃の熱源に位置する４つの区画において５０℃の温度が測定され、他の区画において２０℃の温度が測定されることが好ましい。

しかしながら、当該熱源の長さが最小加熱長の２ｍよりも小さいため、測定される温度は５０℃よりも低くなる。図７（ａ）は、Ｘ軸方向に延伸する光ファイバ３０のパターンを用いて測定された各区画の温度である。図７（ｂ）は、Ｙ軸方向に延伸する光ファイバ３０のパターンを用いて測定された各区画の温度である。図７（ａ）および図７（ｂ）で例示するように、熱源の測定温度は、５０℃よりも低い３９℃となっている。

一方で、当該熱源の近傍では、室温よりも高い温度が測定されている。これは、以下の理由による。まず、光ファイバを用いた温度測定において、一定温度区間内に高温印加区間を設けた際の温度は、単一方形波に対してインパルス応答（伝達関数）を畳み込んだもの（コンボリューションしたもの）と等価とみなすことができる。インパルス応答はｓｉｎｃ関数に中心から離れた位置がきれいに減衰するような窓関数処理をした波形とみなせる。それにより、図４（ｃ）〜図４（ｆ）で例示するように、高温領域の近傍において、測定される温度が実際の温度よりも高くなる傾向がある。

下記式（１）は、Ｘ軸方向のパターンの測定温度Ｔ_Ａ（ｉ，ｊ）を算出するための数式である。下記式（２）は、Ｙ軸方向のパターンの測定温度Ｔ_Ｂ（ｉ，ｊ）を算出するための数式である。ｉは、各区画のＸ軸方向の座標である。ｊは、各区画のＹ軸方向の座標である。ｈ（ｋ）は、伝達関数である。Ｔ_ｒは、各区画の実際の温度である。
Ｔ_Ａ（ｉ，ｊ）＝Σｈ（ｋ）・Ｔ_ｒ（ｉ―ｋ，ｊ） （１）
Ｔ_Ｂ（ｉ，ｊ）＝Σｈ（ｋ）・Ｔ_ｒ（ｉ，ｊ−ｋ） （２）

図７（ａ）および図７（ｂ）の測定温度を再度検討すると、Ｘ軸方向のパターンの測定温度と、Ｙ軸方向のパターンの測定温度との間に差異が生じていることがわかる。これは、熱源において、光パルス幅に含まれる光ファイバ３０の範囲が、Ｘ軸方向とＹ軸方向とでそれぞれ異なるために起きる。すなわち、最小加熱長未満の長さの熱源が現れていることを示している。

そこで、図７（ａ）の測定温度から図７（ｂ）の測定温度を引くことによる差分を算出する。図７（ｃ）は、当該差分を例示する図である。熱源において、光パルス幅に含まれる光ファイバ３０の範囲がＸ軸方向とＹ軸方向とで同一であれば、各区画における差分はゼロになる。しかしながら、図７（ｃ）で例示するように、熱源を囲む区画において、プラスの差分やマイナスの差分が生じている。これは、最小加熱長未満の長さの熱源が現れ、当該熱源において光パルス幅に含まれる光ファイバ３０の範囲がＸ軸方向とＹ軸方向とで異なるからである。このような、熱源における差分の絶対値が大きくなるパターンを、以下、特異パターンと称する。

熱源検知部２３は、特異パターンが生じた場合に、当該特異パターンの近傍に最小加熱長未満の長さを有する熱源が生じていることを検知する。例えば、図７（ｃ）の差分分布において、差分の絶対値が大きい区画に囲まれた領域が最小加熱長以下の区画幅を有する場合に、当該領域に最小加熱長未満の長さの熱源が生じていることを検知することができる。例えば、差分の絶対値が大きい区画に囲まれた領域が４区画×４区画以下の面積を有する場合に、当該領域に最小加熱長未満の長さの熱源が生じていることを検知することができる。なお、当該領域を囲む全ての区画において差分の絶対値が大きくなっている必要はない。差分の絶対値の大小の判断閾値については、各区画の測定温度から得られる３σ値などを用いることができる。

熱源検知部２３が検知した熱源の温度は、実際の温度よりも低くなる。そこで、補正部２４は、熱源検知部２３が検知した熱源に含まれる各区画の測定温度を補正する。図８（ａ）は、温度測定部２２が測定した測定温度である。横軸はＸ軸方向またはＹ軸方向の各区画を表している。

熱源の面積が小さいほど、測定温度と実温度との乖離が大きくなる（測定温度よりも実温度が高くなる）。一方、熱源の面積が大きいほど測定温度と実温度との差が小さくなる。このことを考慮し、補正部２４は、熱源検知部２３が検知した熱源の面積や長さに応じて、仮想的な実温度を設定する。図８（ｂ）は、仮想実温度を例示する図である。図８（ｂ）では、１区画内に熱源が現れた場合の仮想実温度が例示されている。

次に、補正部２４は、図８（ｂ）の仮想実温度に対して、上記式（１）または上記式（２）を用いて伝達関数とのコンボリューションを行う。図８（ｃ）は、当該コンボリューションの結果を例示する。図８（ａ）の波形と図８（ｃ）の波形との差異が閾値以下であれば、図８（ｂ）の仮想実温度は実温度またはそれに近い値であると判断することができる。図８（ａ）のピーク温度と図８（ｃ）のピーク温度とを比較してもよい。差異が閾値以下であれば、補正部２４は、図８（ａ）の測定温度を図８（ｂ）の仮想実温度に補正する。差異が閾値を超える場合には、図８（ｂ）の仮想実温度は実温度と乖離していると判断することができる。この場合、補正部２４は、仮想実温度を設定しなおす。このようにすることで、補正部２４は、温度測定部２２が測定した温度を補正することができる。

図８（ｄ）および図８（ｅ）は、他の補正手法について例示する図である。図８（ｅ）は、図８（ｄ）の矢印に沿った各区画の温度をＸ軸方向のパターンで測定した結果（実線）と、Ｙ軸方向のパターンで測定した結果（破線）とを例示する。測定温度のピーク温度は、Ｘ軸方向のパターンとＹ軸方向のパターンとで一致しているが、ピーク以外の測定温度が異なっている。図８（ｅ）の例では、ピーク以外の測定温度は、Ｙ軸方向のパターンよりもＸ軸方向のパターンにおいて高くなっている。この場合、Ｙ軸方向のパターンの測定温度よりもＸ軸方向のパターンの測定温度の方が、コンボリューションの影響が大きくなっていると考えられる。したがって、Ｙ軸方向のパターンの測定温度が確からしいと仮定することができる。

そこで、補正部２４は、Ｘ軸方向のパターンの測定温度に対して、Ｙ軸方向のパターンの測定温度を拘束条件として用いて、逆フィルタ処理を行う。ここでの逆フィルタ処理とは、上記式（１）または上記式（２）の逆算（デコンボリュション）を行うことを意味する。この手法は、逆フィルタ処理を行った後、測定温度を実温度に近づけるという手法である。具体的には、Ｙ軸方向のパターンの測定温度のうちピーク以外の区画の測定温度（図８（ｅ）において○で囲んだ測定温度）と、Ｘ軸方向のパターンの当該区画の補正温度とが一致するように逆フィルタ処理を繰り返す。これにより、Ｘ軸方向のパターンのピークの補正温度が実温度に近づく。

例えば、補正部２４は、Ｘ軸方向の温度Ｔｘ、逆フィルタｈ^−１として、Ｙ軸方向の温度Ｔｙと二乗誤差Ｅ＝Σ（Ｔｙ−Ｔｘ）^２(ただし熱源と推測される範囲は除く)を計算する。次に、補正部２４は、逆フィルタ処理後の温度Ｔｘ´＝ｈ^−１Ｔｘを計算する。次に、補正部２４は、二乗誤差Ｅ＝Σ（Ｔｙ−Ｔｘ´）^２を再計算する。補正部２４は、Ｅが閾値以下であれば計算を終了する。Ｅが閾値よりも大きければ、もう一度Ｔｘ´に逆フィルタ処理を行い、二乗誤差を計算する。補正部２４は、この一連の処理をＥが閾値以下になるか、決まった回数に達するまで行う。計算終了後、補正部２４は、最終的な出力温度として熱源と推測される部分は逆フィルタ処理後温度Ｔｘ´を用い、それ以外の部分はＹ軸方向の測定温度から抜粋し代入する。

図９は、温度測定装置１００が実行する温度測定方法を表すフローチャートの一例である。図９で例示するように、温度測定部２２は、各区画のＸ軸方向に沿ったパターンの温度を測定し、各区画のＹ軸方向に沿ったパターンの温度を測定する（ステップＳ１）。次に、熱源検知部２３は、各区画において、測定温度の差分を算出することで、差分分布を作成する（ステップＳ２）。

次に、熱源検知部２３は、上述した特異パターンが検知されたか否かを判定することによって、最小加熱長未満の長さを有する熱源が存在するか否かを判定する（ステップＳ３）。ステップＳ３で「Ｙｅｓ」と判定された場合、補正部２４は、当該熱源の測定温度を補正する（ステップＳ４）。ステップＳ３で「Ｎｏ」と判定された場合またはステップＳ４の実行後、熱源検知部２３は、ステップＳ３の処理を行っていない区画があるか否かを判定する（ステップＳ５）。ステップＳ５で「Ｙｅｓ」と判定された場合、ステップＳ３から再度実行される。ステップＳ５で「Ｎｏ」と判定された場合、補正部２４は、補正された測定温度を出力する（ステップＳ６）。

図１０（ａ）は、ステップＳ４の詳細を表すフローチャートの一例である。図１０（ａ）で例示するように、補正部２４は、温度補正の対象となる熱源の区画を抽出する（ステップＳ１１）。次に、補正部２４は、ステップＳ１１で抽出された区画に対して仮想実温度を設定する（ステップＳ１２）。次に、補正部２４は、仮想温度に対して伝達関数とのコンボリューションを行う（ステップＳ１３）。次に、補正部２４は、ステップＳ１３で得られた予想測定温度と測定温度との差が閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。例えば、ステップＳ１１で抽出された全て区画についてのステップＳ１３の結果の合計値が閾値以上であるか否かを判定してもよい。ステップＳ１４で「Ｙｅｓ」と判定された場合、ステップＳ１２から再度実行される。ステップＳ１４で「Ｎｏ」と判定された場合、補正部２４は、測定温度を仮想実温度に補正する（ステップＳ１５）。他に熱源があれば、当該領域についてステップＳ１１から再度実行される。

図１０（ｂ）は、ステップＳ４の他の例を表すフローチャートの一例である。図１０（ｂ）で例示するように、補正部２４は、温度補正の対象となる熱源の区画を抽出する（ステップＳ２１）。次に、補正部２４は、拘束条件を決定する（ステップＳ２２）。例えば、図８（ｅ）で例示したように確からしい測定温度および区画を拘束条件として決定する。

次に、補正部２４は、ステップＳ２２で決定した拘束条件を用いて、他方の測定温度に対して逆フィルタ処理を行うことで、補正温度を算出する（ステップＳ２３）。次に、補正部２４は、ステップＳ２３で得られた補正温度と測定温度との差が閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ２４）。この場合の差は、図８（ｅ）で説明したように、ピーク温度以外の測定温度についての差である。例えば、ピーク温度以外の測定温度の全てについてステップＳ２３の結果の合計値が閾値以上であるか否かを判定してもよい。さらに、ステップＳ２１で抽出された全て区画についてのステップＳ２３の結果の合計値が閾値以上であるか否かを判定してもよい。ステップＳ２４で「Ｙｅｓ」と判定された場合、ステップＳ２２から再度実行される。ステップＳ２４で「Ｎｏ」と判定された場合、補正部２４は、測定温度を補正温度に補正する（ステップＳ２５）。他に熱源があれば、当該領域についてステップＳ２１から再度実行される。

図１１は、図９の他の例を表すフローチャートの一例である。図１１で例示するように、図９と異なる点は、ステップＳ３で「Ｙｅｓ」と判定された場合に、補正部２４が補正方法を判断する（ステップＳ７）点である。ステップＳ７では、例えば、同方向に配置された隣接する光ファイバ３０同士の距離や、ステップＳ３の実行によって推定される熱源の温度などが判断材料として用いられる。ステップＳ７の判断結果に応じて、図１０（ａ）のフローチャート（温度補正１）または図１０（ｂ）のフローチャート（温度補正２）が実行される。

図１２（ａ）〜図１４は、実際の測定温度分布に対して仮想実温度を設定して測定温度を補正した例である。図１２（ａ）は、Ｙ軸方向のパターンの測定温度分布を例示する図である。図１２（ｂ）は、Ｘ軸方向のパターンの測定温度分布を例示する図である。図１３（ａ）は、図１２（ａ）の測定温度と図１２（ｂ）の測定温度との差分を例示する図である。図１３（ａ）の差分に応じて熱源を検知し、仮想実温度を設定し、測定温度を補正した例を図１３（ｂ）および図１４が例示する。図１４で例示するように、補正後の温度（＝５０℃）は、測定温度（＝３９℃）を実温度（＝５０℃）に近付いていることがわかる。

本実施形態によれば、Ｘ軸方向のパターンで測定された各区画の温度とＹ軸方向のパターンで測定された各区画の温度との差分が取得される。また、当該差分の絶対値が閾値以上となる区画が検知される。それにより、光パルス幅未満の長さを有する熱源を検知することができる。当該差分の絶対値が閾値以上となる区画に囲まれた領域の長さが閾値以下となる場合に、当該領域を光のパルス幅未満の長さの熱源として検知することができる。当該領域の長さに応じて、当該領域に対して測定された温度を補正することで、温度測定精度が向上する。

測定温度が実温度を伝達関数でコンボリューションした値であると仮定して、仮想実温度を伝達関数でコンボリューションすることで得られる温度と、測定温度との差異が閾値以下である場合に、測定温度を仮想実温度に補正することで、温度測定精度が向上する。一方の空間軸に沿って測定された各交点の測定温度を拘束条件として、他方の空間軸に沿って測定された同交点の測定温度に対してデコンボリューションを行うことで、温度測定精度が向上する。

上記実施形態においては、光ファイバ３０が、少なくとも２つの空間軸に沿って配置され１以上の交点をなす光ファイバの一例として機能する。レーザ１１が、光ファイバに光を入射する光源の一例として機能する。温度測定部２２が、光ファイバからの後方散乱光に基づいて光ファイバの延伸方向の温度分布情報を測定する測定部の一例として機能する。熱源検知部２３が、１以上の交点において各光ファイバに対して測定部によって測定された温度の差分を取得する取得部の一例として機能する。さらに、熱源検知部２３は、取得部が取得した差分のうち、絶対値が閾値以上となる差分を検知する検知部の一例としても機能する。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ 測定機
１１ レーザ
１２ ビームスプリッタ
１３ 光スイッチ
１４ フィルタ
１５ａ，１５ｂ 検出器
２０ 制御部
２１ 指示部
２２ 温度測定部
２３ 熱源検知部
２４ 補正部
３０ 光ファイバ
１００ 温度測定装置

Claims (7)

1. 第１空間軸と第２空間軸に沿って配置され２以上の交点をなす光ファイバと、
   前記光ファイバに光を入射する光源と、
   前記光ファイバからの後方散乱光に基づいて前記光ファイバの延伸方向の温度分布情報を測定する測定部と、
   前記２以上の交点のそれぞれにおいて、前記第１空間軸に沿って配置された前記光ファイバによって測定された第１温度と、前記第２空間軸に沿って配置された前記光ファイバによって測定された第２温度との差分を取得する取得部と、
   前記取得部が取得した差分のうち、絶対値が閾値以上となる差分を検知する検知部と、を備えることを特徴とする温度測定装置。
2. 前記検知部は、差分の絶対値が閾値以上となる前記交点に囲まれた領域の長さが閾値以下となる場合に、当該領域を前記光のパルス幅未満の長さの熱源として検知することを特徴とする請求項１記載の温度測定装置。
3. 前記領域の長さに応じて、前記領域に対して前記測定部が測定した温度を補正する補正部を備えることを特徴とする請求項２記載の温度測定装置。
4. 前記測定部が測定する温度が、実温度を伝達関数でコンボリューションした値であると仮定して、
   前記補正部は、仮想実温度を前記伝達関数でコンボリューションすることで得られる温度と、前記測定部が測定した温度との差異が閾値以下であれば、前記測定部が測定した温度を前記仮想実温度に補正することを特徴とする請求項３記載の温度測定装置。
5. 前記補正部は、前記第１空間軸および前記第２空間軸のうち一方の空間軸に沿って前記測定部によって測定された各交点の測定温度を拘束条件として、他方の空間軸に沿って前記測定部によって測定された同交点の測定温度に対して、デコンボリューションを行うことを特徴とする請求項３記載の温度測定装置。
6. 第１空間軸と第２空間軸に沿って配置され２以上の交点をなす光ファイバに光源が光を入射し、
   前記光ファイバからの後方散乱光に基づいて前記光ファイバの延伸方向の温度分布情報を測定部が測定し、
   前記２以上の交点のそれぞれにおいて、前記第１空間軸に沿って配置された前記光ファイバによって測定された第１温度と、前記第２空間軸に沿って配置された前記光ファイバによって測定された第２温度との差分を取得部が取得し、
   前記取得部が取得した差分のうち、絶対値が閾値以上となる差分を検知部が検知する、ことを特徴とする温度測定方法。
7. コンピュータに、
   第１空間軸と第２空間軸に沿って配置され２以上の交点をなす光ファイバに光源が光を入射する処理と、
   前記光ファイバからの後方散乱光に基づいて前記光ファイバの延伸方向の温度分布情報を測定する処理と、
   前記２以上の交点のそれぞれにおいて、前記第１空間軸に沿って配置された前記光ファイバによって測定された第１温度と、前記第２空間軸に沿って配置された前記光ファイバによって測定された第２温度との差分を取得する処理と、
   取得された前記差分のうち、絶対値が閾値以上となる差分を検知する処理と、を実行させることを特徴とする温度測定プログラム。

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