JP7485141B2 - 測定装置、測定方法、測定プログラム及び測定システム - Google Patents

Description

本発明は測定装置、測定方法、測定プログラム及び測定システムに関し、例えば光ファイバーを用いて温度を測定する温度測定装置に適用して好適なものである。

従来、光ファイバーを用いた温度測定装置として、温度の測定箇所又はその近傍に光ファイバーを敷設し、当該光ファイバーに光を入射し、反射等により戻ってきた戻り光を分析することにより、温度を測定するものがある。

光ファイバーを用いた温度測定の方式としては、例えばＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）方式、ＯＴＤＲ（Optical Time Domain Reflectometer）方式、ＲＯＴＤＲ（Raman Optical Time Domain Reflectometer）方式、及びＢＯＴＤＲ（Brillouin Optical Time Domain Reflectometer）方式等が知られている。

このうちＢＯＴＤＲ方式は、光ファイバーに光パルスを入射し、この光が光ファイバーを伝播する間に生ずる反射光（ブリルアン散乱光）を受光して分析することにより、温度や歪み等の分布情報を測定する方式である（例えば、特許文献１参照）。

特開平５－２４０６９９号公報（図１）

ところで、かかる構成の温度測定装置は、光ファイバー光を入射させる部品、該光ファイバーから得られる光を受光する部品、受光した光に基づいた電気信号を生成する部品、及び電気信号をデジタルデータに変換した上で演算処理を行う部品等、構造や特性の異なる種々の部品により構成される。温度測定装置は、このように構成が複雑となっているため、これに伴って保守作業における作業性が低い、という問題があった。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、保守作業の作業性を高め得る測定装置、測定方法、測定プログラム及び測定システムを提案しようとするものである。

かかる課題を解決するため本発明の測定装置においては、光ファイバーに光を入射し、光に関わる戻り光を受け、戻り光に関わる演算処理を行い、測定データを得る測定処理部と、測定データに基づいて変化量を算出する主制御部と、測定処理部と主制御部とを平衡接続する接続部と、主制御部及び測定処理部にそれぞれ電力を供給する電源部と、電源部をオン又はオフに切り替える第１スイッチと、第１スイッチがオンの状態で、主制御部を、測定データを得ることができないシャットダウン状態から測定データを得ることができる起動状態に遷移させ、又は起動状態からシャットダウン状態に遷移させる第２スイッチとを設けるようにした。

また本発明の測定方法においては、光ファイバーに接続される測定処理部と接続部により当該測定処理部に平衡接続された主制御部とのそれぞれに電力を供給する電源部をオン又はオフに切り替える第１スイッチが当該オンの状態で、第２スイッチに対する操作により、主制御部を、測定データを得ることができないシャットダウン状態から測定データを得ることができる起動状態に遷移させる遷移ステップと、測定処理部により、光ファイバーに光を入射し、光に関わる戻り光を受け、戻り光に関わる演算処理を行い、測定データを得る測定ステップと、主制御部により、測定データに基づいて変化量を算出する算出ステップとを有するようにした。

さらに本発明の測定プログラムにおいては、情報処理装置に対して、光ファイバーに接続される測定処理部と接続部により当該測定処理部に平衡接続された主制御部とのそれぞれに電力を供給する電源部をオン又はオフに切り替える第１スイッチが当該オンの状態で、第２スイッチに対する操作により、主制御部を、測定データを得ることができないシャットダウン状態から測定データを得ることができる起動状態に遷移させる遷移ステップと、測定処理部により、光ファイバーに光を入射し、光に関わる戻り光を受け、戻り光に関わる演算処理を行い、測定データを得る測定ステップと、主制御部により、測定データに基づいて変化量を算出する算出ステップとを実行させるようにした。

さらに本発明の測定システムにおいては、光ファイバーに光を入射し、光に関わる戻り光を受け、戻り光に関わる演算処理を行い、測定データを得る測定処理手段と、測定データに基づいて変化量を算出する主制御手段と、測定処理手段と主制御手段とを平衡接続する接続手段と、主制御手段及び測定処理手段にそれぞれ電力を供給する電力供給手段と、電力供給手段をオン又はオフに切り替える第１スイッチ手段と、第１スイッチ手段がオンの状態で、主制御手段を、測定データを得ることができないシャットダウン状態から測定データを得ることができる起動状態に遷移させ、又は起動状態からシャットダウン状態に遷移させる第２スイッチ手段とを設けるようにした。

本発明は、光ファイバーと接続され光学部品が搭載される測定処理部と、測定データを基に演算処理を行う主制御部とを互いに独立させ、接続ケーブルにより両者を接続する。また本発明は、第１スイッチにより電源部から主制御部及び測定処理部に電力を供給するか否かを切り替え得ると共に、該第１スイッチがオンの状態では、第２スイッチにより主制御部を起動状態又はシャットダウン状態に遷移させることができる。このため本発明では、障害が発生した場合であっても、第１スイッチ及び第２スイッチを適宜切り替えることにより、まず測定処理部と主制御部とに切り分けた上で、当該障害の原因特定や対処方法の検討を効率良く行わせることができる。

本発明によれば、保守作業の作業性を高め得る測定装置、測定方法、測定プログラム及び測定システムを実現できる。

バルブ状態検出システムの全体構成を示す略線図である。 バルブ状態検出システムの構成を示すブロック図である。 主制御部の構成を示す略線的ブロック図である。 測定処理部の構成を示す略線的ブロック図である。 接続端からの距離と温度変化との関係を示す略線図である。 主制御部及び測定処理部における状態の遷移を示す略線図である。 起動シーケンスを示すシーケンスチャートである。 停止シーケンスを示すシーケンスチャートである。 バルブの構成を示す略線的断面図である。 測定箇所における光ファイバーの巻付及び固定を示す略線図である。 測定箇所テーブルの構成を示す略線図である。 閾値テーブルの構成を示す略線図である。 バルブ状態検出処理手順を示すフローチャートである。 第２の実施の形態による測定処理部の構成を示す略線的ブロック図である。

以下、発明を実施するための形態（以下実施の形態とする）について、図面を用いて説明する。

［１．第１の実施の形態］
［１－１．バルブ状態検出システムの構成］
図１に示すように、第１の実施の形態によるバルブ状態検出システム１は、発電所１０に設けられており、主に光ファイバー２、温度測定装置３及び管理装置４により構成されている。このうち温度測定装置３及び管理装置４は、ネットワーク５を介して相互に接続されている。ネットワーク５は、例えばルータやハブのような種々のネットワーク機器（図示せず）によって構成されており、接続された機器の間で相互に情報を送受信することができる。

発電所１０は、例えば火力発電所であり、その施設内に、冷却水等の液体や蒸気等の気体（以下、両者をまとめて流動体と呼ぶ）を輸送するための配管１１が張り巡らされている。また発電所１０には、配管１１の随所に開閉可能なバルブ１２が多数設けられると共に、各バルブ１２の開閉を制御する開閉指示装置１３が設けられている。

光ファイバー２は、例えば１［ｋｍ］のような比較的長い全長を有しており、その一部が配管１１に沿って敷設されている。また光ファイバー２は、各バルブ１２の上流側及び下流側それぞれにおける当該バルブ１２の近傍において、配管１１の近傍を通るような経路に沿って配置されており、具体的には該配管の周囲に複数回巻き付けられている。この光ファイバー２の一端（以下これを接続端２Ａと呼ぶ）は、温度測定装置３に接続されている。

光ファイバーセンサー装置としての温度測定装置３は、光ファイバー２に対し接続端２Ａから所定周波数の散乱光を入射させ、該光ファイバー２から戻ってくる光を受光し、この光に基づいた電気信号を生成した上で、所定の信号処理や演算処理等を行う。これにより温度測定装置３は、光ファイバー２における接続端２Ａからの距離ごとの温度を測定することができる（詳しくは後述する）。

管理装置４は、図２に模式的なブロック図を示すように、一般的なコンピュータ装置と同様に構成されており、その内部に制御部２１、記憶部２２、通信部２３、表示部２４及び操作部２５を有している。制御部２１は、例えば図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）やＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を有している。制御部２１は、ＣＰＵによりＲＯＭや記憶部２２等から所定のプログラムを読み出し、ＲＡＭをワークエリアとして使用しながら実行することにより、種々の処理を実行する。

記憶部２２は、例えばＳＳＤ（Solid State Drive）やハードディスクドライブ等のような不揮発性の情報記憶媒体であり、種々の情報を記憶する。通信部２３は、例えばＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronics Engineers）８０２．３ｕ／ａｂ／ａｎ／ａｅ等の規格に準拠した有線ＬＡＮ（Local Area Network）、或いはＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｂ／ｇ／ｎ／ａｃ等の規格に準拠した無線ＬＡＮのインタフェースであり、ネットワーク５との間で種々の情報を送受信する。

表示部２４は、例えば液晶パネルであり、制御部２１の制御に基づき、文字や図形、或いは画像等により、種々の情報を表示する。操作部２５は、例えばキーボード及びタッチパッドであり、ユーザによる文字入力や位置指定等の操作を受け付けて制御部２１に通知する。例えば管理装置４は、温度測定装置３から温度の測定結果に関する情報を取得し、これを基に発電所１０の配管１１やバルブ１２における異常の発生に関する情報を表示部２４に表示して、ユーザに通知する。

［１－２．温度測定装置の構成］
次に、温度測定装置３の構成について説明する。温度測定装置３は、図２に示したように、その内部に主制御部３１、測定処理部３２、表示操作部３３、シャットダウンスイッチ３４、電源部３５、主電源スイッチ３６、予備電源部３７、光ファイバー接続端子３８及び予備光ファイバー接続端子３９等を有している。

主制御部３１は、温度測定装置３を統括的に制御する部分であり、図３に模式的なブロック図を示すように、バス４０を介して制御部４１、記憶部４２、通信部４３及びＵＳＢ（Universal Serial Bus）インタフェース（Ｉ／Ｆ）４４等が相互に接続された構成となっている。

制御部４１は、上述した管理装置４の制御部２１と同様、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を有しており、このＣＰＵによりＲＯＭや記憶部４２等から所定のプログラムを読み出し、ＲＡＭをワークエリアとして使用しながら実行することにより、種々の処理を実行する。

記憶部４２は、例えばＳＳＤやハードディスクドライブ等のような不揮発性の情報記憶媒体であり、種々の情報を記憶する。この記憶部４２には、例えばバルブ１２に関する情報や、配管１１を流れる流動体の温度に関する情報等が記憶される。通信部４３は、例えばＩＥＥＥ８０２．３ｕ／ａｂ／ａｎ／ａｅ等の規格に準拠した有線ＬＡＮのインタフェースであり、ネットワーク５との間で種々の情報を送受信する。

ＵＳＢインタフェース４４は、ＵＳＢ規格に基づいたホスト側の接続インタフェースであり、複数のＵＳＢ接続端子を有している。各ＵＳＢ接続端子には、それぞれ種々のＵＳＢデバイスを接続することができる。また各ＵＳＢ接続端子には、ハブ（ＵＳＢハブとも呼ばれる）を介して、複数のＵＳＢデバイスを接続することもできる。

このＵＳＢインタフェース４４は、ＵＳＢ接続端子にＵＳＢデバイスが接続された状態で電源が投入されると、又は電源が投入された状態においてＵＳＢ接続端子にＵＳＢデバイスが接続されると、当該ＵＳＢデバイスとの間で所定の接続処理を行う。これによりＵＳＢインタフェース４４は、当該ＵＳＢデバイスを認識し、当該ＵＳＢデバイスとの間で相互にデータを送受信することができる。

測定処理部３２（図２）は、光ファイバー接続端子３８を介して光ファイバー２と接続されている。また測定処理部３２は、複数のＵＳＢデバイスの組み合わせとしての機能を有しており、複数のＵＳＢケーブルＵＣを介して主制御部３１と接続されている。この測定処理部３２は、主制御部３１の制御に基づき、光及び電気信号に関する種々の処理を行うことにより、温度の測定結果を表す測定データ取得し、この測定データを該主制御部３１に供給する（詳しくは後述する）。

ここで、ＵＳＢケーブルＵＣは、少なくとも電気信号が通る２本の線路（電線又は回路）で接続する平衡接続を実現するケーブルであるといえる。したがって、測定処理部３２と主制御部３１とは、耐ノイズ性能が考慮された平衡接続（ＵＳＢケーブルＵＣ）を介して接続されている。測定処理部３２と主制御部３１とは、平衡接続（ＵＳＢケーブルＵＣ）における１本目の線路で元の信号を送り、２本目の線路で位相を反転させた逆位相の信号を送るよう、差動信号（differential signaling）でやりとりする。

表示操作部３３は、例えば液晶パネル等の表示デバイスと及びタッチセンサのような入力デバイスとが一体化されたタッチパネルであり、主制御部３１に接続され、また温度測定装置３の正面に取り付けられている（図１）。この表示操作部３３は、主制御部３１の制御に基づき、所定の表示画面を表示すると共に、ユーザからの操作指示を受け付ける。

シャットダウンスイッチ３４は、自動復帰型の押しボタンスイッチ（モーメンタリスイッチとも呼ばれる）であり、測定処理部３２に接続され、温度測定装置３の正面に取り付けられている（図１）。このシャットダウンスイッチ３４は、温度測定装置３の状態を、温度測定を行わないシャットダウン状態から温度測定を行う起動状態に遷移させる場合、及び起動状態からシャットダウン状態に遷移させる場合に、ユーザにより操作される（詳しくは後述する）。

電源部３５（図２）は、主電源スイッチ３６を介して商用電源３０に接続されており、該商用電源３０から供給される電力を基に、各部の動作に必要な電圧及び電流でなる電力に変換して供給する。また電源部３５は、予備電源部３７にも電力を供給する。主電源スイッチ３６は、例えば温度測定装置３の背面に設けられており、「オン」に切り替えられると商用電源３０から供給される電力を電源部３５に供給し、「オフ」に切り替えられるとこの電量を遮断する。

予備電源部３７は、充電式のバッテリーや所定の電源制御回路等を有しており、主電源スイッチ３６の操作や商用電源３０の停電等によって電源部３５からの電力供給が遮断された場合に、予め設定された供給先に対して動作に必要な電力を予備電力として供給する。

光ファイバー接続端子３８は、例えば温度測定装置３の正面に設けられており（図１）、内部で測定処理部３２と接続されている。また予備光ファイバー接続端子３９は、例えば温度測定装置３の背面に設けられており（図１）、内部で測定処理部３２と接続されている。光ファイバー接続端子３８及び予備光ファイバー接続端子３９は、何れも光ファイバー２が接続されると、該光ファイバー２と測定処理部３２とを光学的に接続する。

［１－３．測定処理部の構成］
次に、測定処理部３２（図２）の構成について、温度測定装置３による温度測定の基本原理と共に説明する。温度測定装置３は、本願の出願人らにより非特許文献１及び特許文献２等に開示された原理を利用して、光ファイバー２を用いて温度を測定するようになっている。

小泉 健吾、村井 仁、"ＯＫＩテクニカルレビュー 第２２６号 Ｖｏｌ．８２ Ｎｏ．２ Ｐ．３２－３５"、［online］、平成２７年１２月、沖電気工業株式会社、［平成３０年２月２３日検索］、インターネット＜URL: https://www.oki.com/jp/otr/2015/n226/pdf/otr226_r14.pdf＞ 特開２０１７－１５６２８９号公報

温度測定装置３は、光ファイバーを用いて種々の物理量を測定する分布型光ファイバセンシングのうち、光ファイバーの一端から光パルスを入射し、光ファイバー中で後方散乱された光を時間に対して測定する時間領域リフレクトメトリ（ＯＴＤＲ：Optical Time Domain Reflectometry）を用いる。光ファイバー中の後方散乱には、レイリー散乱、ブリルアン散乱及びラマン散乱がある。このうち自然ブリルアン散乱を測定するものは、ＢＯＴＤＲ（Brillouin OTDR）と呼ばれる。

ブリルアン散乱は、光ファイバーに入射される光パルスの中心周波数に対して、ストークス側及び反ストークス側にＧＨｚ程度のオーダーで周波数シフトした位置に観測される。このブリルアン散乱のスペクトルは、ブリルアン利得スペクトル（ＢＧＳ：Brillouin Gain Spectrum）と呼ばれる。ＢＧＳの周波数シフト及びスペクトル線幅は、それぞれブリルアン周波数シフト（ＢＦＳ：Brillouin Frequency Shift）及びブリルアン線幅と呼ばれる。ＢＦＳ及びブリルアン線幅は、光ファイバーの材質および入射光波長によって異なる。このＢＦＳは、歪みと温度に対して依存性を持っている。

さらに温度測定装置３は、光の周波数変化をコヒーレント検波により与えられるビート信号の位相差として測定することにより、時間及び位相の２次元の情報を取得する、自然ブリルアン散乱光を用いている。具体的には、自己遅延ヘテロダイン型のＢＯＴＤＲ（ＳＤＨ－ＢＯＴＤＲ：Self-Delayed Heterodyne BOTDR）の技術を用いて、光の周波数変化をコヒーレント検波により与えられるビート信号の位相差として測定することにより、時間及び位相の２次元の情報を取得する。このＳＤＨ－ＢＯＴＤＲでは、周波数掃引を必要としないため、３次元の情報を取得する場合と比較して、測定時間の短縮が可能となっている。

次に、測定処理部３２の具体的な構成について説明する。測定処理部３２は、図４に模式的なブロック図を示すように、大きく分けて、主に光の発光や受光に関する処理を行う光回路部５１と、主に電気信号やデジタルデータに関する処理を行う電気回路部５２とにより構成されている。

光回路部５１は、シリアル変換回路６１、発光回路６２、サーキュレータ６３、受光回路６４及び光干渉計６５により構成されている。シリアル変換回路６１は、ＵＳＢデバイスであり、ＵＳＢケーブルＵＣを介して主制御部３１のＵＳＢインタフェース４４（図３）と接続され、また発光回路６２、受光回路６４及び光干渉計６５とそれぞれ接続されている。

このシリアル変換回路６１は、ＵＡＲＴ（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）等の機能を有しており、ＵＳＢ上のシリアル信号と、Ｉ２Ｃ（Inter-Integrated Circuit）やＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）、或いはＲＳ－２３２Ｃ等の種々の型式のシリアル信号とを相互に変換する。例えばシリアル変換回路６１は、主に主制御部３１から供給される種々の制御信号を各回路に供給する。

発光回路６２は、連続光を生成する周波数安定化狭線幅光源や、この連続光から光パルスを生成する光パルス発生器、及び各種タイミングを制御するタイミング制御器（何れも図示せず）等を有している。このうち光パルス発生器は、周知の音響光学（ＡＯ：Acoustic Optical）変調器又は電気光学（ＥＯ：Electric Optical）変調器により構成される。光パルス発生器は、タイミング制御器で生成された電気パルスに応じて、連続光から光パルスを生成する。この光パルスの繰り返し周期は、光ファイバー２を光パルスが往復するのに要する時間よりも長く設定される。光パルス発生器は、この光パルスをプローブ光としてサーキュレータ６３へ供給する。

発光回路６２から出力されたプローブ光は、サーキュレータ６３を経て、光ファイバー２の接続端２Ａに入射され、該光ファイバー２の内部を進行し、また反射される。この光ファイバー２からの戻り光、具体的に後方散乱光は、サーキュレータ６３を経て、受光回路６４に供給される。

受光回路６４は、この戻り光を光増幅器（図示せず）により増幅し、１０［ＧＨｚ］程度の透過帯域を有する光バンドパスフィルタ（図示せず）により自然ブリルアン散乱光のみを透過して、これを光干渉計６５へ供給する。

光干渉計６５は、自己遅延ヘテロダイン干渉計となっており、局発電気信号源、分岐部、光周波数シフタ部、遅延部、合波部及びコヒーレント検波部（何れも図示せず）等を有している。局発電気信号源は、周波数ｆＡＯＭ（例えば数十［ＭＨｚ］程度）の電気信号を生成し、これを光周波数シフタ部及び電気回路部５２へ供給する。

分岐部は、後方ブリルアン散乱光を、光周波数シフタ部及び遅延部に２分岐させる。光周波数シフタ部は、局発電気信号源から供給される周波数ｆＡＯＭの電気信号を用い、一方の後方ブリルアン散乱光に周波数ｆＡＯＭの周波数シフトを与えて合波部に送る。遅延部は、他方の後方ブリルアン散乱光に時間τの遅延を与えて合波部に送る。合波部は、２系統の後方ブリルアン散乱光を合波して合波光を生成し、これをコヒーレント検波部へ送る。

コヒーレント検波部は、図示しないバランス型フォトダイオード（ＰＤ）及びＦＥＴ（Field Effect Transistor）増幅器等を有しており、合波光をヘテロダイン検波して電気信号を生成し、これを電気回路部５２へ供給する。

電気回路部５２は、ハブ（HUB）７１、シリアル変換回路７２及び７３、ＡＤＣ（Analog/Digital Converter）７５、演算制御回路７６、並びにＵＳＢバッファ７７により構成されている。

ハブ７１は、ＵＳＢホストである主制御部３１（図２）とＵＳＢケーブルＵＣを介して接続されると共に、複数のＵＳＢデバイスであるシリアル変換回路７２及び７３と接続されている。このハブ７１は、主制御部３１に対してシリアル変換回路７２及び７３をそれぞれ接続させている。

シリアル変換回路７２及び７３は、光回路部５１のシリアル変換回路６１と類似した構成であり、何れもＵＳＢデバイスとなっている。シリアル変換回路７２は、主に主制御部３１から供給される種々の制御信号をＳＰＩ等の信号形式に変換し、演算制御回路７６に供給する。シリアル変換回路７３は、主にＵＳＢ上のシリアル信号とＩ２ＣやＲＳ－２３２Ｃ等の形式のシリアル信号とを相互に変換して、主制御部３１と所定のＤＡＣ（Digital/Analog Converter）や温度センサ等（図示せず）との間で通信処理を行わせる。

ＡＤＣ７５は、光回路部５１から供給されるアナログの電気信号に対してアナログ・デジタル変換処理を施すことにより、デジタル形式のデータに変換し、これを演算制御回路７６に供給する。

演算制御回路７６は、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）型ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）であり、所定の記憶部（コンフィグレーションＲＯＭ）から読み出したプログラム（コンフィグレーションデータ）（ビットストリーム）に従ってレジスタ８１、演算回路８２、パルス発生器８３及び外部制御回路８４等の論理回路を構成（コンフィグレーション）する。演算制御回路７６の論理回路の構成に用いられるプログラムを保持する記憶部は、電気回路部５２が有する、図示しないＲＯＭやＳＳＤやハードディスクドライブ等のような不揮発性の情報記憶媒体であってもよい。

このうちレジスタ８１は、主制御部３１からハブ７１及びシリアル変換回路７２を介して供給される種々の値を記憶する。演算回路８２は、ＡＤＣ７５から供給されるデータに対し、レジスタに記憶している値に基づいた高速な論理演算処理を行い、得られた演算結果をシリアル型式に変換した上でＵＳＢバッファ７７へ供給する。

具体的に演算回路８２は、その内部に周波数シフト量取得部及び信号強度取得部を形成する。周波数シフト量取得部は、光干渉計６５のコヒーレント検波部から供給される電気信号と、受光回路６４の局発電気信号源から供給される電気信号とをホモダイン検波してホモダイン信号を生成し、その高周波成分を除去することにより周波数シフト量を生成する。信号強度取得部は、２乗回路、ＬＰＦ（Low Pass Filter）及び１／２乗回路等を有しており、光干渉計６５のコヒーレント検波部から供給される電気信号に対して包絡線検波を行うことにより、該電気信号の強度である信号強度δＰＢ／ＰＢを生成する。その上で演算回路８２は、周波数シフト量及び信号強度δＰＢ／ＰＢを、測定データとしてＵＳＢバッファ７７へ供給する。

ＵＳＢバッファ７７は、ＵＳＢケーブルＵＣを介して主制御部３１（図２）に接続されると共に、演算制御回路７６にも接続されている。このＵＳＢバッファ７７は、演算制御回路７６の演算回路８２から供給される測定データをバッファリングした上で、主制御部３１に供給する。

これに応じて主制御部３１（図２及び図３）は、測定処理部３２から測定データとして得られた周波数シフト量及び信号強度δＰＢ／ＰＢと、予め取得しておいた種々の係数とを用いて、次の（１）式に示す光ファイバー２中の歪みδε及び（２）式に示す温度変化δＴを算出（すなわち導出）する。

ただし主制御部３１は、（１）式及び（２）式に用いられる係数のうち、光ファイバー２中の後方ブリルアン散乱における周波数シフトの歪み依存係数Ｃνε、温度依存係数ＣνＴ、及び後方ブリルアン散乱における散乱係数の歪み依存係数ＣＰε及び温度依存係数ＣＰＴを予め取得している。

この（２）式を基に、温度変化δＴと接続端からの距離との関係をグラフ化すると、例えば図５のように表すことができる。すなわち温度測定装置３は、得られた信号を基に、光ファイバー２における接続端からの距離ごとの温度変化δＴを得ることができる。

パルス発生器８３（図４）は、所定周波数のパルス信号を複数生成し、これらを光回路部５１の発光回路６２や光干渉計６５等へ供給する。外部制御回路８４は、例えば温度測定装置３内に設けられているファンから回転速度を表す信号を取得し、この信号を基に当該ファンの回転速度を調整するための信号を生成して供給することにより、当該ファンの回転速度を制御する。また外部制御回路８４は、シャットダウンスイッチ３４（図２）と接続されており、該シャットダウンスイッチ３４が押下操作されると、このことを表す信号を主制御部３１（図２）へ供給する。

［１－４．主制御部及び温度測定部における状態の遷移］
次に、温度測定装置３の主制御部３１及び測定処理部３２における、それぞれの状態の遷移について、状態の種類や遷移のための条件について説明すると共に、状態遷移のシーケンスについて説明する。

［１－４－１．主制御部及び温度測定部における状態の種類と遷移条件］
主制御部３１は、図６（Ａ）に模式的な状態遷移図を示すように、停止状態、シャットダウン状態及び起動状態といった３種類の状態に遷移し得るようになっている。このうち停止状態は、主電源スイッチ３６が「オフ」であり、主制御部３１に電力が全く供給されていない状態である。このとき主制御部３１は、全く動作していない。主制御部３１は、この停止状態において主電源スイッチ３６が操作されて「オン」に切り替えられ、電力の供給が開始されると、シャットダウン状態に遷移する。

シャットダウン状態は、電力が供給されているものの、主制御部３１が演算処理等の動作を何ら行っていない状態である。換言すれば、このシャットダウン状態は、主電源スイッチ３６が「オン」から「オフ」に切り替えられても何ら問題がない状態である。主制御部３１は、このシャットダウン状態において、シャットダウンスイッチ３４が押下操作されたことを測定処理部３２から通知されると、起動状態に遷移する。

具体的に主制御部３１は、シャットダウン状態においてシャットダウンスイッチ３４が押下操作されると、制御部４１（図３）のＣＰＵが記憶部４２（図３）等からＯＳ（Operating System）や各種ドライバ、及び各種アプリケーション等のプログラムを順次読み出して実行する。これにより主制御部３１は、測定処理部３２を制御して温度を測定し得る状態、すなわち起動状態への遷移を完了する。この主制御部３１は、この起動状態においてユーザから温度測定を開始する指示を受け付けると、測定処理部３２に対して温度測定処理の実行を指示し、温度を測定させて測定データを取得する。

また主制御部３１は、起動状態においてシャットダウンスイッチ３４が押下操作され、このことが測定処理部３２から通知された場合、シャットダウン状態への遷移を開始する。また主制御部３１は、いわゆる停電により商用電源３０からの電力供給が遮断された場合や、誤って主電源スイッチ３６がオフにされた場合、直ちに予備電源部３７からの電力供給が開始されて起動状態を維持した上で、測定処理部３２からシャットダウンスイッチ３４が押下操作された場合と同様の通知を受け、シャットダウン状態への遷移を開始する。

このとき主制御部３１は、例えば各種アプリケーションの終了処理を行い、また未保存のデータ等を記憶部４２に記憶させ、さらにＳＳＤでなる当該記憶部４２に対して電源を遮断するための準備処理を行わせ、さらにＯＳのシャットダウン処理を行う。主制御部３１は、これらの処理が完了すると、シャットダウン状態への遷移を完了する。さらに主制御部３１は、このシャットダウン状態において主電源スイッチ３６が「オフ」に切り替えられると、停止状態に遷移する。因みに主制御部３１は、商用電源３０からの電力供給が遮断された場合等にシャットダウン状態に遷移した場合、この段階で予備電源部３７からの電力供給が遮断されて停止状態に遷移する。

一方、測定処理部３２は、図６（Ｂ）に模式的な状態遷移図を示すように、停止状態、ハードウェアデフォルト状態及び起動状態といった３種類の状態に遷移し得るようになっている。このうち停止状態は、主電源スイッチ３６が「オフ」であり、測定処理部３２に電力が全く供給されていない状態である。このとき測定処理部３２は、全く動作していない。測定処理部３２は、この停止状態において主電源スイッチ３６が操作されて「オン」に切り替えられ、電力の供給が開始されると、直ちにハードウェアデフォルト状態への遷移を開始する。

測定処理部３２（図４）は、電力の供給が開始されると、発光回路６２やシリアル変換回路７２等の各回路の動作を開始する。特に電気回路部５２では、ＦＰＧＡである演算制御回路７６を起動させ、所定のプログラムを読み出して実行することにより各種論理回路を形成し、レジスタ８１や演算回路８２等を順次形成していく。やがて測定処理部３２は、全ての回路の起動処理を完了すると、ハードウェアデフォルト状態への遷移を完了する。このハードウェアデフォルト状態は、温度測定処理を未だ実行していないものの、レジスタ８１に対して必要な設定値が書き込まれると、直ちに温度測定処理を開始し得るような状態である。

測定処理部３２は、ハードウェアデフォルト状態においてシャットダウンスイッチ３４が押下操作されると、起動状態に遷移する。具体的に測定処理部３２は、主制御部３１が起動状態にあり、温度測定処理に必要な設定値を該主制御部３１から受信すると、これを演算制御回路７６のレジスタ８１に記憶させることにより、起動状態への遷移を完了する。この起動状態において、測定処理部３２は、主制御部３１から温度測定処理の実行が指示されると、温度を測定して測定データを生成し、これを該主制御部３１へ供給する。

また測定処理部３２は、起動状態においてシャットダウンスイッチ３４が押下操作されると、レジスタ８１の内容を削除し、ハードウェアデフォルト状態に戻る。さらに測定処理部３２は、ハードウェアデフォルト状態において主電源スイッチ３６が「オフ」に切り替えられると、停止状態に遷移する。因みに測定処理部３２は、起動状態において商用電源３０からの電力供給が遮断された場合、又は主電源スイッチ３６が「オフ」に切り替えられた場合、電力供給が遮断されるため、停止状態に遷移する。

このように温度測定装置３では、主電源スイッチ３６やシャットダウンスイッチ３４に対する操作に応じて、主制御部３１及び測定処理部３２が適宜連動しながら、それぞれの状態を遷移させるようになっている。

［１－４－２．状態遷移シーケンス］
次に、温度測定装置３において主制御部３１及び測定処理部３２がそれぞれ状態を遷移させる状態遷移シーケンスについて、起動シーケンス及び停止シーケンスに分けて、それぞれ説明する。

まず、温度測定装置３において主制御部３１及び測定処理部３２がそれぞれ停止状態から途中の状態を経て起動状態へ遷移する起動シーケンスについて、図７のシーケンスチャートを参照しながら説明する。

主制御部３１は、停止状態（図６（Ａ））において主電源スイッチ３６（図２）が「オン」に切り替えられると、処理手順ＲＴ１を開始してステップＳＰ１１に移る。ステップＳＰ１１において主制御部３１は、停止状態からシャットダウン状態に遷移し、次のステップＳＰ１２に移る。

主制御部３１は、ステップＳＰ１２においてシャットダウンスイッチ３４が押下操作されたか否かを判定する。ここで否定結果が得られると、主制御部３１はこのステップＳＰ１２を繰り返すことにより、該シャットダウンスイッチ３４が押下操作されるのを待ち受ける。

一方、測定処理部３２は、主電源スイッチ３６（図２）が「オン」に切り替えられると、処理手順ＲＴ２を開始してステップＳＰ２１に移る。ステップＳＰ２１において測定処理部３２は、各回路を起動させると共に演算制御回路７６（図４）内の各回路を形成してハードウェアデフォルト状態へ遷移し、次のステップＳＰ２２へ移る。

ステップＳＰ２２において測定処理部３２は、シャットダウンスイッチ３４が押下操作されたか否かを判定する。ここで否定結果が得られると、測定処理部３２はこのステップＳＰ２２を繰り返すことにより、該シャットダウンスイッチ３４が押下操作されるのを待ち受ける。一方、ステップＳＰ２２において肯定結果が得られると、測定処理部３２発議のステップＳＰ２３に移り、主制御部３１に対してシャットダウンスイッチ３４が押下操作されたことを通知する。

これに応じて主制御部３１は、ステップＳＰ１２において肯定結果を得ることができ、次のステップＳＰ１３に移る。ステップＳＰ１３において主制御部３１は、制御部４１（図３）のＣＰＵが記憶部４２（図３）等から各種プログラムを順次読み出して実行し、起動状態へ遷移すると、次のステップＳＰ１４に移る。

ステップＳＰ１４において主制御部３１は、ＵＳＢインタフェース４４（図３）により、測定処理部３２における各ＵＳＢデバイス、例えばシリアル変換回路６１（図４）等との間で所定のネゴシエーション処理等を行う。このとき測定処理部３２は、ステップＳＰ２４において、各ＵＳＢデバイスが主制御部３１のＵＳＢインタフェース４４との間で当該ネゴシエーション処理等を行う。この結果、主制御部３１は、ＵＳＢ接続を確立すると、次のステップＳＰ１５に移る。また測定処理部３２は、ＵＳＢ接続を確立すると、次のステップＳＰ２５に移る。

ステップＳＰ１５において主制御部３１は、表示操作部３３（図２）を介してユーザから温度測定を開始する指示である測定開始指示を受け付けたか否かを判定する。ここで否定結果が得られると、主制御部３１はこのステップＳＰ１５を繰り返すことにより、測定開始指示の受付を待ち受ける。

一方、ステップＳＰ１５において肯定結果が得られると、主制御部３１は次のステップＳＰ１６に移り、ＵＳＢインタフェース４４（図３）を介して、測定開始情報を測定処理部３２へ送信する。この測定開始情報には、温度測定処理の開始を表す開始指示と、レジスタ８１（図４）に設定するための設定値等が含まれている。

これに応じて測定処理部３２は、ステップＳＰ２５に移り、測定開始情報を受信すると、これをシリアル変換回路７２等により所定のシリアル信号に変換した上で演算制御回路７６等へ供給し、次のステップＳＰ２６に移る。ステップＳＰ２６において測定処理部３２は、受信した測定開始情報に含まれていた設定値を演算制御回路７６のレジスタ８１に書き込むことにより起動状態に遷移し、次のステップＳＰ２７に移る。

ステップＳＰ２７において測定処理部３２は、主制御部に指定されたタイミングで測定処理を行い、次のステップＳＰ２８に移る。すなわち測定処理部３２は、光ファイバー２に光パルスを入射させ、戻り光を受光して自然ブリルアン散乱光のみを抽出し、分岐や周波数シフト、遅延及び合成等を経て検波し、得られた電気信号に対して所定の演算処理を施すことにより、周波数シフト量及び信号強度を取得する。

ステップＳＰ２８において測定処理部３２は、得られた周波数シフト量及び信号強度を測定データとし、ＵＳＢケーブルＵＣ（図２）等を介して主制御部３１へ送信する。その後、測定処理部３２は再びステップＳＰ２７へ戻ることにより、温度の測定処理を繰り返す。

これに応じて主制御部３１は、ステップＳＰ１７においてＵＳＢインタフェース４４により測定データを受信すると、次のステップＳＰ１８に移る。ステップＳＰ１８において主制御部３１は、制御部４１（図３）により、（１）式及び（２）式に従って温度変化δＴを算出し、次のステップＳＰ１９に移る。ステップＳＰ１９において主制御部３１は、算出した温度変化δＴを記憶部４２に記憶させると、再びステップＳＰ１７に戻り、一連の処理を繰り返す。

次に、温度測定装置３において主制御部３１及び測定処理部３２がそれぞれ起動状態から途中の状態を経て停止状態へ遷移する停止シーケンスについて、図８のシーケンスチャートを参照しながら説明する。

主制御部３１は、起動状態（図６（Ａ））においてシャットダウンスイッチ３４が押下操作されたことを測定処理部３２から通知されると、処理手順ＲＴ３を開始してステップＳＰ３１に移る。ステップＳＰ３１において主制御部３１は、測定処理部３２から取得した測定データを基に制御部４１において算出した温度変化δＴのうち、記憶部４２に記憶させていないものが残っていれば、これを該記憶部４２に記憶させて、次のステップＳＰ３２に移る。

ステップＳＰ３２において主制御部３１は、ＵＳＢインタフェース４４（図３）により測定処理部３２の各ＵＳＢデバイスとの間のＵＳＢ接続を切断し、次のステップＳＰ３３に移る。

一方、測定処理部３２は、起動状態（図６（Ｂ））においてシャットダウンスイッチ３４が押下操作されると、処理手順ＲＴ４を開始してステップＳＰ４１に移る。ステップＳＰ４１において測定処理部３２は、シリアル変換回路６１（図４）等の各ＵＳＢデバイスと測定処理部３２のＵＳＢインタフェース４４との間の接続を切断し、次のステップＳＰ４２に移る。

ステップＳＰ４２において測定処理部３２は、演算制御回路７６のレジスタ８１を初期化し、次のステップＳＰ４３に移る。ステップＳＰ４３において測定処理部３２は、ハードウェアデフォルト状態への遷移を完了すると、次のステップＳＰ４４において処理手順ＲＴ４を終了する。

一方、主制御部３１は、ステップＳＰ３３において、ＳＳＤである記憶部４２（図３）の電源を切断するための準備処理、例えば継続中の記録処理があれば、これを完了させる処理を行い、次のステップＳＰ３４に移る。ステップＳＰ３４において主制御部３１は、シャットダウン処理、すなわち各種プログラムの動作を順次停止させ、さらにＯＳをシャットダウンさせる処理を行い、次のステップＳＰ３５に移る。ステップＳＰ３５において主制御部３１は、各部の動作を停止させたシャットダウン状態への遷移を完了すると、その次のステップＳＰ３６に移って処理手順ＲＴ３を終了する。

因みに主制御部３１及び測定処理部３２は、主電源スイッチ３６が「オフ」に切り替えられると、何れも停止状態に遷移する。

［１－５．バルブの構成及び光ファイバーの巻付］
次に、バルブの構成及び光ファイバー２の巻付について説明する。バルブ１２は、図９（Ａ）に模式的な断面図を示すように、弁箱部９１を中心に構成されている。弁箱部９１は、その内部に弁箱空間９１Ｓを形成すると共に、該弁箱部９１を挟んで互いに反対側に、何れも管状の第１接続部９２及び第２接続部９３がそれぞれ設けられている。

弁箱部９１の弁箱空間９１Ｓは、第１接続部９２の内部に形成された第１接続空間９２Ｓ及び第２接続部９３の内部に形成された第２接続空間９３Ｓと何れも連通している。因みにバルブ１２では、第１接続部９２側が上流側となっており、流動体が流入される。またバルブ１２では、第２接続部９３側が下流側となっており、上流側から流入してきた流動体を流出させる。

また弁箱空間９１Ｓ内には、弁体９４が設けられている。この弁体９４は、弁棒９５を介して駆動部９６に取り付けられている。駆動部９６は、内部に図示しないアクチュエータが組み込まれており、開閉指示装置１３（図２）から供給される開閉指示、すなわち開放指示又は閉塞指示に従ってこのアクチュエータを作動させることにより、弁棒９５及び弁体９４を図の上下方向へ変位させることができる。

例えばバルブ１２は、駆動部９６により弁棒９５と共に弁体９４を図の下方へ変位させた場合（図９（Ａ））、弁箱空間９１Ｓと第１接続空間９２Ｓとの接続部分を塞いだ状態となる。このときバルブ１２は、仮に第１接続部９２に接続された配管１１（図１等）から流動体が流れてきたとしても、これを弁体９４により堰き止め、第２接続空間９３Ｓ内や第２接続部９３に接続された配管１１へは流さない。以下、バルブ１２のこのような状態を閉塞状態と呼ぶ。

一方、バルブ１２は、例えば図９（Ｂ）に示すように、駆動部９６により弁棒９５と共に弁体９４を図の上方へ変位させた場合、弁箱空間９１Ｓと第１接続空間９２Ｓとの接続部分を開放し、両者を連通させた状態となる。このときバルブ１２は、仮に第１接続部９２に接続された上流側の配管１１（図１等）から流動体が流入されると、これを弁箱空間９１Ｓ内及び第２接続空間９３Ｓ内へ流し、第２接続部９３に接続された配管１１へ流出させることができる。以下、バルブ１２のこのような状態を開放状態と呼ぶ。

ところで、配管１１（図２）におけるバルブ１２の上流側であって、該バルブ１２に近接した箇所（以下これを上流側測定箇所１５と呼ぶ）には、光ファイバー２が巻き付けられている。また配管１１におけるバルブ１２の下流側であって、該バルブ１２に近接した箇所（以下これを下流側測定箇所１６と呼ぶ）にも、光ファイバー２が巻き付けられている。

上流側測定箇所１５及び下流側測定箇所１６では、配管１１の外周に、該配管１１に密接させるようにして、それぞれ光ファイバー２が複数回巻き付けられている。光ファイバー２は、上流側測定箇所１５及び下流側測定箇所１６に巻き付けられた部分の長さが、それぞれ２［ｍ］以上となっている。

さらに図１０（Ａ）外観図を示すと共に図１０（Ｂ）に断面図を示すように、上流側測定箇所１５及び下流側測定箇所１６には、配管１１の外周に巻き付けられた光ファイバー２のさらに外側に、固定部材１７が取り付けられている。押付部としての固定部材１７は、例えば耐熱性を有するゴムによって構成されており、光ファイバー２を配管１１の外周に押し付けて確実に当接させ、該配管１１の温度を該光ファイバー２へ良好に伝達させることができる。

因みにバルブ状態検出システム１（図１）では、発電所１０に設けられた複数のバルブ１２におけるそれぞれの上流側（上流側測定箇所１５）及び下流側（下流側測定箇所１６）に対し、１本の光ファイバー２における接続端２Ａからの距離が異なる複数の箇所が、それぞれ巻き付けられている。

［１－６．測定箇所及び閾値の記憶］
ところでバルブ状態検出システム１（図１）では、上述したように、光ファイバー２の一部が、配管１１における各バルブ１２の上流側及び下流側に設けられた測定箇所、具体的には上流側測定箇所１５及び下流側測定箇所１６において、該配管１１にそれぞれ巻き付けられている。

温度測定装置３は、光ファイバー２のうち該配管１１に巻き付けられている部分の位置、すなわち接続端２Ａからの距離が予め測定されており、この距離を各バルブ１２に関する情報と対応付けて主制御部３１の記憶部４２（図３）に記憶している。

具体的に記憶部４２は、図１１に示す測定箇所テーブルＴＢＬ１を記憶している。この測定箇所テーブルＴＢＬ１には、「管理番号」、「バルブ」、「上流／下流」、「光ファイバー」、「距離」といった項目が設けられ、さらに「距離」に「開始点」及び「終了点」といった副項目が設けられている。

これらの項目のうち「管理番号」は、管理上の都合により、１件ごとに連続した番号が割り当てられている。「バルブ」は、各バルブ１２を識別するために、一意に割り当てられた名称や記号等である。「上流／下流」は、バルブ１２の上流側測定箇所１５であるか、或いは下流側測定箇所１６であるかを表す。「光ファイバー」は、複数本の光ファイバー２を用いる場合に、各光ファイバー２に一意に割り当てられた名称や記号等である。このため、温度測定装置３において光ファイバー２が１本のみ用いられる場合、各「光ファイバー」の項目には全て同一の名称が格納される。「距離」の「開始点」及び「終了点」は、光ファイバー２において配管１１に対する巻付が開始された点及び終了された点における、接続端２Ａからの距離（以下これを接続端距離と呼ぶ）である。

例えば名称が「Ｖ００１」であるバルブ１２の上流側測定箇所１５には、名称が「Ｆ０１」の光ファイバー２における接続端距離が３２［ｍ］から３４［ｍ］までの範囲が、配管１１に巻き付けられている。また名称が「Ｖ００１」であるバルブ１２の下流側測定箇所１６には、名称が「Ｆ０１」の光ファイバー２における接続端距離が３５［ｍ］から３７［ｍ］までの範囲が、配管１１に巻き付けられている。

このため温度測定装置３は、例えば、名称が「Ｆ０１」である光ファイバー２における接続端距離が３２［ｍ］から３４［ｍ］までの範囲における温度を測定することにより、名称が「Ｖ００１」であるバルブ１２における上流側測定箇所１５の温度（以下これを上流側温度と呼ぶ）を知得できる。また温度測定装置３は、該光ファイバー２における接続端距離が３５［ｍ］から３７［ｍ］までの範囲における温度を測定することにより、名称が「Ｖ００１」であるバルブ１２における下流側測定箇所１６の温度（以下これを下流側温度と呼ぶ）を知得できる。

因みに温度測定装置３では、変調周波数等に応じて分解能、すなわち光ファイバー２における接続端２Ａからの距離に関して有効な細分化の最小単位が定められており、例えば１［ｍ］となっている。このため測定箇所テーブルＴＢＬ１では、各接続端距離を１［ｍ］単位の数値により表している。

ところで発電所１０では、予め配管１１ごとに輸送する媒体が決められており、該媒体の温度がある程度の範囲内に収まる場合が多い。この配管１１にバルブ１２が設けられている場合、下流側温度は、バルブ１２の開閉に応じて変化することになる。

例えば、バルブ１２の上流側から比較的高温の蒸気が輸送される場合、該バルブ１２が開放状態であれば、下流側温度は、上流側温度とほぼ同等となる。またこの場合、該バルブ１２が閉塞状態であれば、下流側温度は、周囲の温度（例えば気温や室温）とほぼ同等となる。

一方、例えばバルブ１２が閉塞状態であるにも関わらず、下流側温度が周囲の温度と温度差を有する場合、バルブ１２は、流動体を正常に堰き止めておらず、一部を下流側に流している状態、すなわち漏れが生じている状態であると推定できる。

そこで温度測定装置３は、予めバルブ１２ごとに閾値を設定して記憶している。具体的に温度測定装置３は、図１２に示す閾値テーブルＴＢＬ２を主制御部３１の記憶部４２（図３）に記憶させている。この閾値テーブルＴＢＬ２には、「バルブ」及び「閾値」といった項目が設けられている。このうち「バルブ」は、測定箇所テーブルＴＢＬ１（図１１）の「バルブ」と同一のものである。「閾値」は、下流側温度と比較すべき温度の値であり、各「バルブ」と対応付けて、すなわちバルブ１２毎に、それぞれ設定されている。

温度測定装置３は、光ファイバー２を用いて各バルブ１２について上流側温度及び下流側温度を測定すると、このうち下流側温度と対応する閾値とを比較し、得られた比較結果をユーザに通知するようになっている。これによりユーザは、通知された比較結果を基に、各バルブ１２の動作状態を把握することが可能となる。

［１－７．バルブ状態検出処理］
次に、バルブ状態検出システム１によるバルブ状態検出処理について、図１３のフローチャートを参照しながら説明する。温度測定装置３における主制御部３１の制御部４１（図３）は、図示しない操作ボタンの操作等により、ユーザからバルブ状態検出処理の開始が指示されると、バルブ状態検出処理手順ＲＴ５（図１３）を開始してステップＳＰ５１に移る。

ステップＳＰ５１において制御部４１は、測定処理部３２（図２）を制御することにより、光ファイバー２を用いた温度測定処理を行わせ、得られた温度測定結果を取得して、次のステップＳＰ５２へ移る。このとき得られた温度測定結果は、例えば図５に示したグラフのように、接続端距離と温度（又は温度変化）との関係として表されている。

ステップＳＰ５２において制御部４１は、以降の処理において用いるカウンタの値を「１」に初期化し、次のステップＳＰ５３に移る。このカウンタの値は、測定箇所テーブルＴＢＬ１（図１１）の管理番号と対応するものである。説明の都合上、以下では、測定箇所テーブルＴＢＬ１の管理番号がカウンタの値と一致するバルブ１２を対象バルブと呼ぶ。

ステップＳＰ５３において制御部４１は、測定箇所テーブルＴＢＬ１（図１１）から対象バルブの上流側測定箇所１５に関して光ファイバー２の名称、並びに開始点及び終了点の接続端距離をそれぞれ読み出し、次のステップＳＰ５４へ移る。

ステップＳＰ５４において制御部４１は、対象バルブの上流側温度を取得し、次のステップＳＰ５５へ移る。具体的に制御部４１は、ステップＳＰ５１において得られた温度測定結果を基に、光ファイバー２のうち対象バルブの上流側測定箇所１５に相当する距離の部分に相当する開始点から終了点までの範囲の温度を取得し、これを上流側温度とする。このとき制御部４１は、開始点から終了点までの範囲の温度として複数の値が得られた場合、その平均値を算出して上流側温度とする。

ステップＳＰ５５において制御部４１は、測定箇所テーブルＴＢＬ１（図１１）から対象バルブの下流側測定箇所１６に関して光ファイバー２の名称、並びに開始点及び終了点の接続端距離をそれぞれ読み出し、次のステップＳＰ５６へ移る。

ステップＳＰ５６において制御部４１は、対象バルブの下流側温度を取得し、次のステップＳＰ５７へ移る。具体的に制御部４１は、ステップＳＰ５１において得られた温度測定結果を基に、光ファイバー２のうち対象バルブの下流側測定箇所１６に相当する距離の部分に相当する開始点から終了点までの範囲の温度を取得し、これを下流側温度とする。このとき制御部４１は、ステップＳＰ５４と同様、開始点から終了点までの範囲の温度として複数の値が得られた場合、その平均値を算出して下流側温度とする。

ステップＳＰ５７において制御部４１は、閾値テーブルＴＢＬ２（図１２）から対象バルブの閾値を読み出し、次のステップＳＰ５８へ移る。ステップＳＰ５８において制御部４１は、ステップＳＰ５６において取得した対象バルブの下流側温度と、ステップＳＰ５７において取得した対象バルブの閾値との大小関係を判定し、次のステップＳＰ５９へ移る。

ステップＳＰ５９において制御部４１は、ステップＳＰ５８において得られた判定結果をユーザに通知し、次のステップＳＰ６０へ移る。具体的に制御部４１は、対象バルブの名称、上流側温度、下流側温度、閾値及び判定結果等をまとめて判定結果通知情報を生成し、これを通信部４３（図３）により管理装置４へ送信する。管理装置４は、温度測定装置３から判定結果通知情報を受信すると、表示部２４（図２）に所定の通知画面を表示することにより、判定結果通知情報に含まれていたバルブの名称やそれぞれの温度並びに判定結果をユーザに提示する。

ステップＳＰ６０において制御部４１は、現在の対象バルブが測定箇所テーブルＴＢＬ１（図１１）における最後の１件であるか否かを判定する。ここで否定結果が得られると、このことは測定箇所テーブルＴＢＬ１に登録されている残りのバルブ１２についても順次温度の取得処理や閾値に関する判定処理を行うべきであることを表している。このとき制御部４１は、次のステップＳＰ６１へ移り、項目カウンタに値「１」を加算してから、再度ステップＳＰ５３へ戻る。これにより制御部４１は、次の対象バルブについても一連の処理を繰り返す。

一方、ステップＳＰ６０において肯定結果が得られると、このことは測定箇所テーブルＴＢＬ１に登録されている全てのバルブ１２について、温度の取得処理や閾値に関する判定処理を完了したことを表している。このとき制御部４１は、次のステップＳＰ６２へ移ってバルブ状態検出処理手順ＲＴ５を終了する。

［１－８．効果等］
以上の構成において、第１の実施の形態による温度測定装置３（図２）は、温度変化δＴの算出処理や各バルブの状態を判定する主制御部３１と、光の発光や受光、及び電気信号への変換や演算処理を行う測定処理部３２とをＵＳＢケーブルＵＣにより接続する構成とした。

このため温度測定装置３では、仮に内部で障害が発生した場合に、保守作業者等に対し、障害の内容からその原因を主制御部３１と測定処理部３２とに切り分けさせることが容易となり、さらに詳細な原因の特定や、不具合がある部品の交換を容易に効率良く行わせることができる。

また温度測定装置３では、主制御部３１及び測定処理部３２の接続に、汎用性が高いＵＳＢ接続を利用した。このため温度測定装置３では、両者の接続に専用の接続ケーブルや専用の通信プロトコルを用いる場合と比較して、開発作業の効率化や部品コストの低廉化、組立作業の容易化や保守作業時における代替部品の調達の容易化等を図ることができる。

さらに測定処理部３２は、主制御部３１からのＵＳＢ接続による給電機能を使用せず、電源部３５から電力の供給を受けるようにした（図２）。これにより温度測定装置３では、主電源スイッチ３６が「オン」に切り替えられて主制御部３１及び測定処理部３２に通電が開始された段階で、主制御部３１をシャットダウン状態としたまま、測定処理部３２をハードウェアデフォルト状態へ遷移させて各回路を動作させることができる（図６及び図７）。

特に測定処理部３２では、演算制御回路７６をＦＰＧＡとしたことにより、演算回路８２等において極めて高速で高精度な演算処理を行い得る一方、起動に比較的長い時間を要してしまう。そこで温度測定装置３では、主電源スイッチ３６が「オン」に切り替えられた段階でハードウェアデフォルト状態へ遷移しておくことにより、シャットダウンスイッチ３４が押下操作されて主制御部３１が起動状態へ遷移した段階で、測定処理部３２の演算制御回路７６を確実に起動させることができる。

これを換言すれば、温度測定装置３では、シャットダウンスイッチ３４が押下操作されて主制御部３１が起動状態への遷移を完了した時点で、測定処理部３２を使用した温度の測定処理を直ちに開始できる。特に温度測定装置３では、測定時間が極めて短いＳＤＨ－ＢＯＴＤＲにより温度を測定するため、例えば温度測定が必要なときのみ主制御部３１を起動させて温度測定を行い、終了したら該主制御部３１のみをシャットダウンさせる、といった使い方が可能となる。この場合、測定処理部３２はハードウェアデフォルト状態で待機しているため、次回の温度測定時にも、主制御部３１が起動状態に遷移した時点で温度測定を直ちに開始できる。

さらに測定処理部３２では、電気回路部５２にハブ７１を設け、このハブ７１に複数のシリアル変換回路７２及び７３を接続した（図４）。このため温度測定装置３では、その製造工程において、測定処理部３２にＵＳＢデバイスであるシリアル変換回路７２等が複数設けられているところ、これらを個別に主制御部３１と接続する必要が無く、これらのＵＳＢデバイスが予め接続されたハブ７１と該主制御部３１とを少数のＵＳＢケーブルＵＣによって接続すれば良い。

以上の構成によれば、第１の実施の形態による温度測定装置３は、主制御部３１と測定処理部３２とをＵＳＢケーブルＵＣにより接続する構成とし、主電源スイッチ３６が「オン」に切り替えられると電源部３５からそれぞれに対して電力を供給するようにした。これにより温度測定装置３は、保守作業における作業効率を格段に高め得ると共に、測定処理部３２のみを予めハードウェアデフォルト状態へ移行させておくことができ、主制御部３１が起動状態に遷移した時点で直ちに温度の測定処理を開始することができる。

［２．第２の実施の形態］
第２の実施の形態によるバルブ状態検出システム２０１（図１）は、第１の実施の形態によるバルブ状態検出システム１と比較して、光ファイバー２及び温度測定装置３に代わる光ファイバー２０２及び温度測定装置２０３を有する点において相違するものの、他の点については同様に構成されている。

温度測定装置２０３は、図２の一部と対応する図１４に示すように、温度測定装置３と比較して、主制御部３１に代わる主制御部２３１が設けられ、また測定処理部３２に代わる測定処理部２３２Ａ、２３２Ｂ及び２３２Ｃが設けられている点において相違するものの、他の点については同様に構成されている。

各測定処理部２３２（２３２Ａ、２３２Ｂ及び２３２Ｃ）は、何れもＵＳＢデバイスとしての機能を有しており、それぞれＵＳＢケーブルを介して主制御部３１と接続され、且つそれぞれ電源部３５から電力の供給を受けている。因みに各測定処理部２３２は、第１の実施の形態による測定処理部３２と同様、複数のＵＳＢケーブルＵＣにより主制御部３１と接続されているものの、作図の都合により、図１４では１本のＵＳＢケーブルのみを表示している。

測定処理部２３２Ａは、光ファイバー２０２Ａと接続されており、ＢＯＴＤＲ方式に対応した回路構成となっている。すなわち測定処理部２３２Ａは、第１の実施の形態による測定処理部３２（図４）と概ね同様に構成されている。この測定処理部２３２Ａは、ＢＯＴＤＲ方式で温度を測定し、得られた測定データをＵＳＢケーブルＵＣにより主制御部２３１へ供給する。

測定処理部２３２Ｂは、光ファイバー２０２Ｂと接続されており、ＯＴＤＲ方式に対応した回路構成となっている。この測定処理部２３２Ｂは、ＯＴＤＲ方式で温度を測定し、得られた測定データをＵＳＢケーブルＵＣにより主制御部２３１へ供給する。

測定処理部２３２Ｃは、光ファイバー２０２Ｃと接続されており、ＦＢＧ方式に対応した回路構成となっている。この測定処理部２３２Ｃは、ＦＢＧ方式で温度を測定し、得られた測定データをＵＳＢケーブルＵＣにより主制御部２３１へ供給する。

主制御部２３１は、第１の実施の形態による主制御部３１と概ね同様に構成されているものの、ＢＯＴＤＲ方式、ＯＴＤＲ方式及びＦＢＧ方式それぞれにより得られた測定データから温度変化δＴを算出（導出）し得るようになっている。

かかる構成により、温度測定装置２０３は、ＢＯＴＤＲ方式、ＯＴＤＲ方式及びＦＢＧ方式といった異なる方式により、それぞれ温度を測定することができる。各方式では、温度の測定に要する時間や温度の精度及び光ファイバー２０２の長さの上限値等が互いに相違する。このため温度測定装置２０３は、測定する温度に求められる精度や時間、及び測定箇所までの距離等に応じて、各方式を適宜組み合わせながら、温度を適切に測定することができる。

また温度測定装置２０３は、第１の実施の形態と同様に、その内部において主制御部２３１と各測定処理部２３２とを分けた構成とし、且つ両者の間をＵＳＢケーブルＵＣにより接続した（図１４）。これにより温度測定装置２０３では、第１の実施の形態と同様、設計や製造作業、及び保守作業等の効率を高めることができる。

他の観点から見れば、バルブ状態検出システム２０１では、温度測定装置２０３のうち測定処理部２３２以外の部分を３台分用意する必要が無く、１台分のみを用意してこれを共用しながら、３本の光ファイバー２０２を用いた温度測定を行うことができる。

その他の点においても、第２の実施の形態による温度測定装置２０３は、第１の実施の形態による温度測定装置３と同様の作用効果を奏し得る。

以上の構成によれば、第２の実施の形態による温度測定装置２０３は、主制御部３１と各測定処理部２３２とをＵＳＢケーブルＵＣにより接続する構成とした。これにより温度測定装置２０３は、保守作業における作業効率を格段に高め得ると共に、各測定処理部２３２により得られた測定データを基に、１個の主制御部２３１においてそれぞれの温度変化を算出することができる。

［３．他の実施の形態］
さらに上述した第１の実施の形態においては、温度測定装置３（図２）において主制御部３１及び測定処理部３２の間をＵＳＢの規格に準拠したＵＳＢケーブルＵＣにより接続し、ＵＳＢのプロトコルに従ってデータを送受信する場合について述べた。しかしながら本発明はこれに限らず、他の種々の平衡接続の方式（ＩＥＥＥ１３９４、ＳＡＴＡ（Serial ATA（AT Attachment interface））及びＥＩＡ－４２２等）による接続ケーブルを用いて主制御部３１及び測定処理部３２の間を接続し、データを送受信させても良い。第２の実施の形態についても同様である。

また上述した第１の実施の形態においては、主制御部３１及び測定処理部３２の間を３本のＵＳＢケーブルＵＣにより接続する場合について述べた。しかしながら本発明はこれに限らず、例えば２本以下又は４本以上のＵＳＢケーブルＵＣにより主制御部３１及び測定処理部３２の間を接続しても良い。この場合、必要に応じて測定処理部３２内にハブを増設し、若しくは削除しても良い。特にＵＳＢケーブルＵＣの数を少なく抑えた場合、製造時や保守作業時に主制御部３１及び測定処理部３２の間を接続し、又は切り離す作業を簡略化することができる。第２の実施の形態についても同様である。

さらに上述した第１の実施の形態においては、停止シーケンス（図８）において起動状態でシャットダウンスイッチ３４が押下操作された際に、測定処理部３２における演算制御回路７６のレジスタ８１を初期化してハードウェアデフォルト状態とし、主電源スイッチ３６が「オフ」に切り替わるまでこの状態を維持する場合について述べた。しかしながら本発明はこれに限らず、例えば起動状態でシャットダウンスイッチ３４が押下操作された際に測定処理部３２を停止状態に遷移させても良く、或いは該測定処理部３２を再起動させてハードウェアデフォルト状態としてから、この状態で待機させても良い。第２の実施の形態についても同様である。

さらに上述した第１の実施の形態においては、演算制御回路７６をＦＰＧＡとし、該演算制御回路７６において所定のプログラムを実行することにより演算回路８２等を形成する場合について述べた。しかしながら本発明はこれに限らず、例えば演算回路８２等の各回路をハードウェアとして形成しても良い。第２の実施の形態についても同様である。

さらに上述した第１の実施の形態においては、光ファイバー２を用いてＳＤＨ－ＢＯＴＤＲ方式により温度を測定する場合について述べた。しかしながら本発明はこれに限らず、例えばＢＯＴＤＲ方式やＯＴＤＲ方式、或いはＢＦＧ方式等、種々の方式により光ファイバー２を用いて温度を測定しても良い。

さらに上述した第２の実施の形態においては、主制御部２３１に接続される３個の測定処理部２３２Ａ、２３２Ｂ及び２３２Ｃがそれぞれ異なる方式（ＢＯＴＤＲ方式、ＯＴＤＲ方式及びＦＢＧ方式）により温度データを生成する場合について述べた（図１４）。しかしながら本発明はこれに限らず、例えばＢＯＴＤＲ方式により温度データを生成する測定処理部２３２Ａを３枚用意し、これらを全て主制御部２３１に接続しても良い。要は、主制御部２３１に対してＵＳＢケーブルＵＣにより接続可能であり、光ファイバー２０２から得られた戻り光を基に測定データを生成して該主制御部２３１へ供給できるものであれば良い。また主制御部２３１に接続する測定処理部２３２の数は３個に限らず、２個以下又は４個以上でも良い。

さらに上述した第１の実施の形態においては、光ファイバー２を用いて温度を測定する場合について述べた。しかしながら本発明はこれに限らず、（１）式により算出される歪みδεを基に、測定対象の歪みを測定しても良い。第２の実施の形態においては、各方式において温度以外に測定可能な種々の物理量を測定しても良い。

さらに上述した第１の実施の形態においては、バルブ状態検出システム１により発電所１０の配管１１における様々な箇所の温度を測定し、これを基にバルブ１２の状態を検出する場合について述べた。しかしながら本発明はこれに限らず、例えば種々の工場や大型施設の空調設備等、種々の箇所において、温度測定装置３の設置場所から大きく離れた箇所の温度を測定しても良く、また温度の測定結果を基に種々の判定処理を行っても良い。第２の実施の形態についても同様である。

さらに本発明は、上述した各実施の形態及び他の実施の形態に限定されるものではない。すなわち本発明は、上述した各実施の形態と上述した他の実施の形態の一部又は全部を任意に組み合わせた実施の形態や、一部を抽出した実施の形態にもその適用範囲が及ぶものである。

さらに上述した第１の実施の形態においては、測定処理部としての測定処理部３２と、主制御部としての主制御部３１と、接続ケーブルとしてのＵＳＢケーブルＵＣとによって光ファイバーセンサー装置としての温度測定装置３を構成する場合について述べた。しかしながら本発明はこれに限らず、その他種々の構成でなる測定処理部と、主制御部と、接続ケーブルとによって光ファイバーセンサー装置を構成しても良い。

本発明は、例えば発電所のような大規模の設備における複数箇所の温度を測定する場合に利用できる。

１、２０１……バルブ状態検出システム、２、２０２……光ファイバー、２Ａ……接続端、３、２０３……温度測定装置、４……管理装置、５……ネットワーク、３１、２３１……主制御部、３２、２３２、２３２Ａ、２３２Ｂ、２３２Ｃ……測定処理部、３３……表示操作部、３４……シャットダウンスイッチ、３５……電源部、３６……主電源スイッチ、３７……予備電源部、４１……制御部、４２……記憶部、４３……通信部、４４……ＵＳＢインタフェース、５１……光回路部、５２……電気回路部、６１……シリアル変換回路、６２……発光回路、６４……受光回路、６５……光干渉計、７１……ハブ、７２……シリアル変換回路、７３……シリアル変換回路、７６……演算制御回路、８１……レジスタ、８２……演算回路、８３……パルス発生器、８４……外部制御回路、ＴＢＬ１……測定箇所テーブル、ＴＢＬ２……閾値テーブル、ＵＣ……ＵＳＢケーブル、δＴ……温度変化。

Claims (10)

1. 光ファイバーに光を入射し、前記光に関わる戻り光を受け、前記戻り光に関わる演算処理を行い、測定データを得る測定処理部と、
   前記測定データに基づいて変化量を算出する主制御部と、
   前記測定処理部と前記主制御部とを平衡接続する接続部と、
   前記主制御部及び前記測定処理部にそれぞれ電力を供給する電源部と、
   前記電源部をオン又はオフに切り替える第１スイッチと、
   前記第１スイッチがオンの状態で、前記主制御部を、前記測定データを得ることができないシャットダウン状態から前記測定データを得ることができる起動状態に遷移させ、又は前記起動状態から前記シャットダウン状態に遷移させる第２スイッチと
   を具えることを特徴とする測定装置。
2. 前記接続部は、差動信号によりやりとりする
   ことを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
3. 前記接続部は、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）規格に対応したやりとりをする
   ことを特徴とする請求項２に記載の測定装置。
4. 前記主制御部は、前記接続部を介したＵＳＢ接続におけるＵＳＢホストとして機能し、
   前記測定処理部は、前記ＵＳＢ接続におけるＵＳＢデバイスとして機能する
   ことを特徴とする請求項３に記載の測定装置。
5. 前記測定処理部は、
   前記接続部により前記主制御部と接続されるハブと、
   前記ハブにそれぞれ接続され前記ＵＳＢデバイスとして機能する複数の回路と
   をさらに具えることを特徴とする請求項４に記載の測定装置。
6. 前記主制御部は、前記電源部から前記電力の供給が開始されると、演算処理を行わないシャットダウン状態に遷移し、
   前記測定処理部は、前記電源部から前記電力の供給が開始されると、当該測定処理部に設けられた各回路を動作させたハードウェアデフォルト状態に遷移する
   ことを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
7. 前記測定処理部は、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）により構成された演算回路により前記測定データを得る
   ことを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
8. 光ファイバーに接続される測定処理部と接続部により当該測定処理部に平衡接続された主制御部とのそれぞれに電力を供給する電源部をオン又はオフに切り替える第１スイッチが当該オンの状態で、第２スイッチに対する操作により、前記主制御部を、測定データを得ることができないシャットダウン状態から前記測定データを得ることができる起動状態に遷移させる遷移ステップと、
   前記測定処理部により、前記光ファイバーに光を入射し、前記光に関わる戻り光を受け、前記戻り光に関わる演算処理を行い、測定データを得る測定ステップと、
   前記主制御部により、前記測定データに基づいて変化量を算出する算出ステップと
   を有することを特徴とする測定方法。
9. 情報処理装置に対して、
   光ファイバーに接続される測定処理部と接続部により当該測定処理部に平衡接続された主制御部とのそれぞれに電力を供給する電源部をオン又はオフに切り替える第１スイッチが当該オンの状態で、第２スイッチに対する操作により、前記主制御部を、測定データを得ることができないシャットダウン状態から前記測定データを得ることができる起動状態に遷移させる遷移ステップと、
   前記測定処理部により、前記光ファイバーに光を入射し、前記光に関わる戻り光を受け、前記戻り光に関わる演算処理を行い、測定データを得る測定ステップと、
   前記主制御部により、前記測定データに基づいて変化量を算出する算出ステップと
   を実行させるための測定プログラム。
10. 光ファイバーに光を入射し、前記光に関わる戻り光を受け、前記戻り光に関わる演算処理を行い、測定データを得る測定処理手段と、
    前記測定データに基づいて変化量を算出する主制御手段と、
    前記測定処理手段と前記主制御手段とを平衡接続する接続手段と、
    前記主制御手段及び前記測定処理手段にそれぞれ電力を供給する電力供給手段と、
    前記電力供給手段をオン又はオフに切り替える第１スイッチ手段と、
    前記第１スイッチ手段がオンの状態で、前記主制御手段を、前記測定データを得ることができないシャットダウン状態から前記測定データを得ることができる起動状態に遷移させ、又は前記起動状態から前記シャットダウン状態に遷移させる第２スイッチ手段と
    を具えることを特徴とする測定システム。

Images