JPH0242179B2 - - Google Patents

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JPH0242179B2
JPH0242179B2 JP57164156A JP16415682A JPH0242179B2 JP H0242179 B2 JPH0242179 B2 JP H0242179B2 JP 57164156 A JP57164156 A JP 57164156A JP 16415682 A JP16415682 A JP 16415682A JP H0242179 B2 JPH0242179 B2 JP H0242179B2
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    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/02—Constructional details
    • G01J5/06—Arrangements for eliminating effects of disturbing radiation; Arrangements for compensating changes in sensitivity
    • G01J5/061—Arrangements for eliminating effects of disturbing radiation; Arrangements for compensating changes in sensitivity by controlling the temperature of the apparatus or parts thereof, e.g. using cooling means or thermostats
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    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/02—Constructional details
    • G01J5/08—Optical arrangements
    • G01J5/0887—Integrating cavities mimicking black bodies, wherein the heat propagation between the black body and the measuring element does not occur within a solid; Use of bodies placed inside the fluid stream for measurement of the temperature of gases; Use of the reemission from a surface, e.g. reflective surface; Emissivity enhancement by multiple reflections

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
  • Radiation Pyrometers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明の分野 この発明は、温度監視装置、特に電気機器内の
温度分布を測定する装置に関する。
従来の技術 局部的な過熱状態によつて電気機器が破損され
るのを保護するために、機器の内部々品の温度を
連続して監視することが重要である。しかしなが
ら、慣用の温度測定技術は監視中の機器内に存在
する電界によつて悪影響が及され、時には限りあ
るスペースのために機器内に慣用のトランスジユ
ーサを位置決めすることが難しい。
光フアイバの出現は、電気機器の内部からトラ
ンスジユーサ温度信号を遠くのモニタへ伝えるた
めの軽量で不導電性の手段を提供することによ
り、これらの問題を部分的に解決した。しかしな
がら、光フアイバを利用するこの測定技術によつ
ても、まだ、トランスジユーサまたは光源を電気
機器内に置く必要がある。
この発明と温度測定のために光フアイバを利用
する既知の大抵の方法との相違は、慣用の技術が
光フアイバを使用して温度トランスジユーサまた
は光源からの信号を伝送するのに対し、この発明
の光フアイバがトランスジユーサ（温度に関係し
た信号を発生する）としてのみならず遠くの受信
器へ信号を伝送するための手段としても役立つこ
とである。米国特許第4203326号および第4151747
号は両方共外部光源を利用し、光フアイバの光伝
送性能に及ぼす影響の関数として温度を測定す
る。
この発明の開示 この発明を実施する際に必要なことは、温度測
定環境内に光フアイバを配置することだけであ
る。光フアイバは束またはケーブルに構成され
る。このケーブルは発電機の内部のような監視し
ようとする環境の中へ延ばされ、適当な緊着手段
で固定される。環境を封じる前に、必要ならば、
発電機の選んだ種々の内部々品の近くのケーブル
位置がケーブルの一端からの距離の関数として記
録されるが、これは測定された温度が後でケーブ
ル位置従つて特定の内部々品と関連付けられ得る
ためである。
監視中の環境から延ばされたケーブルの一端
は、ケーブル中の各光フアイバから発する熱輻射
を測定できる機器へ接続されている。この発明は
光フアイバの物理的特性を利用し、その温度に応
答してかつ温度の関数として熱輻射を生じる。ケ
ーブルおよびその光フアイバが周囲環境と温度平
衡しようとするので、周囲環境の温度分布はこの
発明によつてケーブルの温度分布から効果的に描
画されることができる。
ケーブル中に含まれる必要がある光フアイバの
本数は、測定しようとする温度があるケーブル沿
いの諸位置を正確に定める能力に所望される精度
および分解能に正比例し、またこれらの位置での
温度の値を正確に測定する能力に正比例する。
上述した機器を使用して、各光フアイバは所定
数の区分すなわち部分に数学的に分けることがで
きる。この区分数は光フアイバ毎に同じでありか
つケーブル中の光フアイバの本数に等しい。ケー
ブルの各光フアイバにケーブル中の他の全ての光
フアイバと違う吸収定数を持たせる必要があるこ
とにより、各光フアイバ区分には光フアイバ端か
ら発する輻射の総和に寄与する未知数を表わす変
数を割り当てることができ、そして得られた連立
式は上述した各区分の温度を与える唯一の解を持
つ。区分の平均長さは、明らかにケーブル中の光
フアイバ本数で割つたケーブル長さに等しい。
この発明は、測定しようとする環境内に他のト
ランスジユーサ、光源または伝送機器を置く必要
無しに、光フアイバのケーブル沿いの温度変動を
監視する装置を提供する。
この発明は、環境内の温度測定装置に関し、特
にこの発明によつて提供かつ利用された光フアイ
バのケーブル近くの環境温度の分布を描画する装
置に関する。
温度監視装置およびその動作法の説明は、黒体
輻射についての良く確立された理論および光フア
イバの特性を参照することにより、一番良く理解
できる。
この発明を添付図面に例示した実施例につい
て、以下詳しく説明する。
この発明の実施例 第１図は光フアイバ１０を示し、その周辺の表
面はクラツデイング（被覆金属板）１２で被覆さ
れている。光フアイバ１０の一端は熱輻射検出器
１４と機能的に関連付けられる。熱輻射検出器１
４は予め選択した波長λsとλlの間の熱輻射TRを
測定できる。
第１図において、熱源Ｈは光フアイバ１０の区
分Ｓの近くに設置されている。光フアイバ１０は
その環境と同じ熱状態に平衡しようとする。従つ
て、区分Ｓは、熱源Ｈに応答して光フアイバ１０
の残部よりも高いが熱源Ｈの温度に大体等しい温
度に達する。この上昇した温度は、単なる白熱し
た不透明な表面としてゞはなく事実上黒体空胴輻
射器（その温度を測定できる）として、区分Ｓに
熱輻射を発させる。従つて、この型式の温度セン
サを使えば、光フアイバ１０の長手方向沿いに単
一の熱源Ｈがある時に、光源を使わずに光フアイ
バ１０の長手方向沿いのどの位置でもその温度を
測定できる。
区分Ｓによつて発せられて熱輻射検出器１４で
受けられた熱輻射すなわち信号TRの値は、加熱
された区分が１つしかない時に、下記のように定
義される。
TR＝Ａ（１−e-〓X）e-〓L∫〓l〓sC1dλ／λ5（eC2/
〓T−１）(1) たゞし、Ｔは区分Ｓの温度であり、TRは光フ
アイバ１０の検出器端に受けた熱輻射信号であ
り、αは光フアイバ１０の吸収定数であり、Ｘは
光フアイバ１０の加熱された区分Ｓの長さであ
り、λs、λlは使用中の熱輻射検出器１４で測定で
きるそれぞれ最短、最長の波長であり、Ｌは光フ
アイバ１０の上述した一端から区分Ｓの近い方の
縁までの長さであり、そしてC1，C2，Ａは下記
のように定められる。
Ａ＝（πD2／４）（１−Ｎクラツデイング／Ｎフアイバ
）(2) C1＝2πc2h (3) C2＝hc／ｋ (4) たゞし、Ｄは光フアイバ１０の直径であり、Ｎ
クラツデイングはクラツデイング１２の屈折率で
あり、Ｎフアイバは光フアイバ１０の屈折率であ
り、ｃは光の速度であり、ｈはプランク定数
（6.624×10-27エルグ秒）であり、そしてｋはボ
ルツマン定数（1.3803×10-6エルグ／℃）であ
る。
式１は後述する４つの部分から成る。理想的な
黒体空胴輻射器はあらゆる方向に幅射を放出し、
その全電力Ｐは下記のように定義される。
Ｐ＝∫∞ pC1dλ／λ5（eC2/〓T−１） (5) しかしながら、区分Ｓの断面積で定められた環
状の孔（熱輻射検出器１４と対面する）を通して
放出する輻射だけは熱輻射検出器１４で測定でき
る。当業者には明らかなように、式５は零から無
限大までの全ての波長の電力を意味するが、式１
は使用中の熱輻射検出器１４の感度範囲すなわち
λs〜λl内の電力を意味する。従つて、測定された
熱輻射信号TRは、式２で定めたフアクタＡで制
限される。このフアクタＡは、第１図に示したよ
うに角θよりも大きな角でクラツデイング１２と
光フアイバ１０の境界に当るような方向に放出さ
れる輻射Ｒだけが光フアイバ１０によつて熱輻射
検出器１４へ誘導されることも関係する。角θは
クラツデイング１２の屈折率Ｎクラツデイングお
よび光フアイバ１０の屈折率Ｎフアイバによつて
決定されかつ下記のように定められる。
θ＝sin-1（Ｎクラツデイング／Ｎフアイバ）(6) この角を持つ孔内の全幅射の屈折率は次の通り
である。
１−sinθ ＝１−（Ｎクラツデイング／Ｎフアイバ） (7) 更に、光フアイバ１０は輻射率＝１の純粋な黒
体空胴輻射器ではなく、輻射率が１よりも小さい
輻射器は下記のように定められる。
Ｅ＝（１−e-〓X） (8) たゞし、Ｅは光フアイバ１０の輻射率である。
放出された輻射は、熱輻射検出器１４の方に走行
するにつれてフアクタ e-〓X (9) に応じて減衰される。
従つて、式１は上述の放出された電力、光フア
イバ１０の幾何学的形状、輻射率および減衰の複
合関数である。よつて、クラツデイング１２で被
覆された光フアイバ１０の長さＸの単一の区分Ｓ
から距離Ｌの所に置かれた熱輻射検出器１４によ
つて測定される熱輻射信号TRを式１が定めるこ
とは明らかである。
第２図に示すように光フアイバ１０沿いにもし
２個の被加熱区分があれば、式１はその累積効果
を考慮するために変更されなければならない。上
述の式を簡単にするために、熱輻射検出器１４の
波長範囲λs〜λl内で式１の、式５で示した部分を
記号Ｗを使つて表わす。第２図を参照すれば、２
つの区分S1、S2は、光フアイバ１０中に存在し、
かつ光フアイバ１０の近くにある２個別の熱源
H1，H2によつてそれぞれ加熱される。熱輻射検
出器１４が受ける総熱輻射信号は、従つて下記の
ように定義される。
TR1＋TR2＝Ａ（１−e-〓X1）（e-〓L1W1）
＋Ａ（１−e-〓X2）（e-〓L2）W2(10) たゞし、W1、W2はそれぞれ区分S1、S2内で生
じられた輻射の単位容積当りのワツト数である。
式10は光フアイバ１０沿いにｎ個の区分（すなわ
ちS1、S2、S3…So）を含むように拡張でき従つて
下記のように表わせる。
TR総計＝Ａ［（１−e-〓X1）（e-〓L1）W1＋（１−e-
〓X2）（e-〓L2）W2…＋（１−e-〓XN）（e-〓LN）Wo］
(11) 従つて、式11は、光フアイバ１０のｎ個の被加
熱区分による総熱輻射信号TR総計を定める。し
かしながら、未知数が多いので式11は解けない。
各Ｗ（すなわちW1、W2、W3…Wo）を計算しか
つこれによつて各区分の温度を求めるために、こ
の発明は第３図に示したように多数の光フアイバ
（例えばF1、F2、F3…Fo）を使用する。各光フア
イバは、１つ置きの光フアイバの吸収定数と違う
吸収定数αを持つように選ばれる。光フアイバは
１つの平面に互に拡がるものとして第３図には図
示したが、この発明の温度監視装置によれば、各
外部熱源（例えば第２図のH1またはH2）が各光
フアイバに大体同じ温度とサイズの被加熱区分を
作るような仕方で、全ての光フアイバを束にして
或はケーブルにして配置することが理解されよ
う。
更に、ケーブル上の予め選んだどの位置でも、
こゝと熱輻射検出器の間の光フアイバ長さがケー
ブル中の全ての光フアイバにとつて事実上同じで
あることも理解されよう。
第３図を再び参照すれば、光フアイバは長さLc
のケーブルである。ケーブル中の光フアイバの数
は、温度を測定しようとする区分（すなわちZ1、
Z2、Z3…Zoの数に等しい。熱輻射検出器１４は、
各光フアイバから発する輻射（すなわちTR1、
TR2、TR3…TRo）を個別に測定できるような仕
方で、第３図に示したように各光フアイバの一端
へ連結されている。熱輻射検出器１４としては市
販のものが種々出回つている。熱輻射検出器は、
その型式次第では波長感度範囲に影響する。例え
ば、λlはゲルマニウム型のものでは1.8μｍであ
り、硫化鉛型のものでは2.9μｍであり、そしてセ
レン化鉛型のものでは4.5μｍである。
２本の光フアイバが同じ吸収定数αを持たない
ような仕方でもし各光フアイバが選ばれるなら
ば、ｎ本の光フアイバはｎ個の式を作りかつ測定
される輻射に寄与する各区分の未知数を計算させ
る。各光フアイバの吸収定数は、それぞれの値が
他の全ての光フアイバと違うことを考慮される量
だけ、１つ置きの光フアイバの吸収定数と違えら
れるべきである。所定の差の正確な値は、使用す
る測定器および計算器の精度、性能の関数であ
る。もし第３図に示した温度監視装置を使用して
ｎ個の区分（すなわちZ1、Z2、Z3…Zo）で表わさ
れた環境の温度分布を測定すれば、ｎ本の光フア
イバ（すなわちF1、F2、F3…Fo-1、Fo））が必要
である。違つた吸収定数を持つ光フアイバがそれ
ぞれ選ばれる（例えば、F1はα1を持ち、F2はα2
を持つ、以下同様）。従つて、光フアイバ番号１
の輻射分布を表わす式は下記の通りである。
TR総計１＝Ａ（１−e-〓1X1）（e-〓1L1）W1＋Ａ（１
−e-〓1X2）（e-〓1L2）W2＋… ＋Ａ（１−e-〓1Xn）（e-〓1Ln）Wo (12) 光フアイバ番号２の輻射分布は下記のように表
わせる。
TR総計２＝Ａ（１−e-〓2X1）（e-〓2L1）W1＋Ａ（１
−e-〓2X2）（e-〓2L2）W2＋… ＋Ａ（１−e-〓2Xn）（e-〓2Ln）Wo （13） 光フアイバ番号ｎの輻射分布は下記のように表
わせる。
TR総計ｎ＝Ａ（１−e-〓nX1）（e-〓nL1）W1＋Ａ（１
−e-〓nX2）（e-〓nL2）W2＋… ＋Ａ（１−e-〓nXn）（e-〓nLn）Wo （14） αは全て違うが既知であり、各光フアイバの熱
輻射信号TRが測定され、距離ＸおよびＬに都合
の良い等しい定数を選ぶことができそしてＡが既
知であるので、Ｗの値は上述した式12〜式14から
決定できる。式５で表わしたようにＷのための既
知の値から唯一の温度値を導出できるので、これ
によりこの発明は第３図に示したようにケーブル
の長手方向沿いの各区分の温度を測定するのに必
要な情報を提供する。
式１から明らかなように、光フアイバの被加熱
区分によつて発生される熱輻射信号TRは２つの
方法で吸収率の関数である。第１に、式８はαが
増大するにつれて幅射率も増大することを示す。
第２に、式９はαが増大するにつれて電力がます
ます減衰されることを示す。これらの関係の正味
の効果は、式１の部分導関数をαについて求めか
つその結果を０にすることによつて決定できる。
この手法は次の関係を生じる。
αn＝−１／ｘlnＬ／Ｌ＋Ｘ （15） たゞし、Ｘは被加熱区分の長さであり、Ｌはこ
の被加熱区分から熱輻射検出器１４までの距離で
あり、そしてαnは被加熱区分に由来する最大電
力値を生じる吸収力の値である。下記の表は様々
な長さＬに対するＬとαの近似関係を示す。
Ｌ αn 50cm 9000to10000db／Km 100cm 7000to8000db／Km 200cm 5000to6000db／Km 300cm 2000to6000db／Km 400cm 1000to2000db／Km 500cm 900to1000db／Km 従つて、吸収力いかんによつては各光フアイバ
が異なる長さＬで熱源位置当り最大の電力出力を
持つようにもし光フアイバが選ばれるならば、吸
収力は異なる長さで最大感度を持つ他の光フアイ
バとも区別される。従つて、もし光フアイバがか
なり違つた吸収定数を持つように選ばれるなら
ば、それらの光フアイバは最大感度の面積もかな
り違うのでケーブル全長の亘つて動作性能を改善
する。区分のサイズ、精度および分解能を維持す
るには、光フアイバの本数がケーブルの長さの関
数として大巾に増大することを明らかにすべきで
ある。所要の光フアイバ本数は ｎ＝Lc／Ｙ （16） として定められる。たゞし、Ｙは温度を測定しよ
うとする各区分の平均の長さであり、そしてLcは
ケーブルの長さである。従つて、或る長さのケー
ブルでは、区分の平均の長さを減少したければ、
光フアイバの本数ｎを増加すれば良い。
光フアイバの本数および式の数が増えると、連
立式の解は得るのがますます難しくなる。この問
題は熱輻射検出器１４をコンピユータ２０（第３
図におけるようにマイクロプロセツサMPであり
得る）へ接続することによつて緩和されることが
できる。ｎ個の熱輻射測定値から成る情報は、熱
輻射検出器１４からマイクロプロセツサへ送ら
れ、かつ熱輻射測定値が取り出された特定の光フ
アイバのための吸収定数と数学的に関連付けられ
得る。上述したようにｎ個の連立式の解に従い、
結果は読み出し器２２に自動的に表示されること
ができる。
ケーブルの全長がｎ個の等しい区分（すなわち
X1、X2、X3…Xo）に分けられかつ各区分毎の対
応する温度（すなわちT1、T2、T3…To）が計算
されるこの発明の代表的な用途の結果を第４Ａ図
は示す。当業者には容易に理解されるように、各
温度値は実際には区分の平均値である。もしその
温度が区分中でかなり変ると、この平均値はその
区分内での最低または最高の実際温度と比較した
時の誤差を表わし得る。これは、多数の不連続な
区分温度（すなわちT1、T2、T3…To）によつて
表わされる実際の温度分布を例示的な曲線TAが
示す第４Ａ図から明らかである。更に明らかなこ
とは、区分X5〜X8におけるように局部的な加熱
が起る所で誤差が最大であることである。
区分の長さが等しく選ばれたので、これらは他
の好都合な長さに簡単に選べる。区分の長さを選
ぶにあたつては２つの制限しかない。つまり、特
定の光フアイバ上の全ての区分の累積全長を光フ
アイバの全長に等しく、かつ区分の長さ分布を上
述した連立式の唯一解のために各光フアイバ毎に
同じにしなければならない。
再び第４Ａ図を参照すれば、図面から明らかな
ように実際の温度ピークは区分X6とX7の何処か
にある。全ての区分が等しくかつ区分の数がｎ個
であるので、これはケーブル上の最高温度が２つ
の点P1とP2の間の何処かにあることを意味する。
なお、P1、P2は熱輻射検出器１４からの距離で
あつて、下記のように表わせる。
P1＝（５／ｎ）Lc （17） P2＝（７／ｎ）Lc （18） たゞし、Lcは既知のケーブル長さであり、そし
てｎは分けた等しい区分の数である。コンピユー
タ（第３図の符号２０）は、ケーブルの全ての区
分を、点P1とP2の間の部分が他の部分よりも小
さく或は大きくなるような仕方で簡単に再配分で
きる。第４Ｂ図は、この再配分および被加熱区分
の位置での精度の明白な増大を示す。この再配分
は、熱輻射検出器１４による付加的な輻射測定の
必要無しに行なえる。その理由は、各光フアイバ
のための熱輻射測定値が区分の再配分と無関係に
唯一の値すなわちTRであるためである。
この発明は、上述した方法に制限されない多く
の区分再配分技術を目論む。例えば、区分全部の
長さは、区分全部の平均誤差が最小にされるまで
連続して変えることができる。自乗の平方根
（RMS）を使つて、コンピユータはケーブル全長
に亘る温度分布の平均精度を最大にするために反
復される繰返しを交互に行なうことができる。
第５図は特定の区分再配分技術を示す。或る種
の状況では、特殊な発熱部品は周知でありかつそ
の温度は周囲の他の要素よりもはるかに重要であ
る。このような発熱部品すなわち熱源３０，４０
および５０を３個第５図に示す。この発明で使わ
れるケーブル６１は、これらの熱源の近くを通過
させられかつ熱伝導マウント３１，４１，５１
（それぞれ熱源３０，４０，５０と熱伝達関係に
ある）と熱接触状態に置かれる。ケーブル沿いの
熱源が既知であるので、各熱伝導マウントと接触
するケーブルの長さまで区分のサイズを制限する
ことによつて各熱源へ区分をゆだねるような仕方
で区分（すなわちZ1、Z2…Z7）は再配分されるこ
とができる。こゝに述べたような状況では、熱伝
導マウントを監視することの重要さは、マウント
間のスペースすなわち区分Z1、Z3、Z5およびZ7を
監視することよりもはるかにまさる。この型式の
用途における測定精度を改善するために、ケーブ
ル６１のマウント間区分にある部分は絶縁されて
一定の既知温度に維持できる。この型式の用途に
よつて作られた連立式がケーブル６１沿いに全て
の区分の温度値を生じるが、区分Z2、Z4およびZ6
は適切な閾値および警報レベルが与えられること
で特に注目される。
熱伝導マウント間の第５図に示した区分が既知
の温度にあるか或はその温度が他の手段で測定で
きるので、各光フアイバの端で受けた総輻射への
寄与は既知の定数として数学的に処理でき、そし
てケーブル６１に所要の光フアイバの本数は未知
の本数が減るので少なくすることができる。ま
た、どらかの区分で発せられた熱輻射が第４電力
まで上昇した区分の温度の関数であるので、区分
Z1、Z3、Z5およびZ7はその温度が熱伝導マウント
３１，４１および５１のある区分の温度よりかな
り低いことが分つているならば無視できる。これ
らの２つの状況のどちらでも、光フアイバの所要
数はかなり少なくすることができる。
上述した他の実施例におけるように、コンピユ
ータ２０は熱輻射検出器１４から取り出した熱輻
射測定値に基づいた計算を大巾に易しくする。ま
た、上述したように、これらの計算の結果は適当
な読み出し器２２へ出力できる。
以上の説明から明らかなように、この発明はケ
ーブル近くの環境の温度分布を描画するための手
段を提供する。動作的には、このケーブルは環境
例えば発電機の中へ延ばされ、そしてケーブルの
近くに置かれた諸部品はケーブルの一端からの距
離の関数として記録される。代表的な用途は、固
定子巻線の近くの固定子鉄心のスロツト内にケー
ブルを配置することから成る。各光フアイバから
発する輻射の総計を視覚測定できるような仕方
で、熱輻射検出器はケーブルの端へ接続されてい
る。これらの測定値はコンピユータへ転送され、
このコンピユータが式12〜式14で代表されたよう
な一連の連立式を作る。典型的な例では、初期状
態に繰返される毎に、区分のサイズは一様な大き
さに選ばれる。各光フアイバが異なる吸収定数α
を持つので、コンピユータは測定された各輻射値
を多数の式のうちの適切な式中の対応する吸収定
数と一致させなければならない。その後、Ｘ、Ｌ
およびＡを含む他の既知変数は式にあてはめら
れ、そしてコンピユータは上述したようにＷの値
に対して連立式を解く。ｎ本の光フアイバとｎ個
のＷが各区分毎に１つづつあるので、マトリツク
スまたは或る種の他の近似数学手法を使えば、上
述したように各Ｗ毎に唯一の値が得られる。式５
で表わしたようにＷがＴの関数であるので、温度
Ｔを計算することができる。従つて、温度はケー
ブルの各区分毎に導出されることができる。もち
ろん、上述した区分再配分技術を使つて、必要な
らばこのプロセスの後続の繰返し中温度描画結果
の精度を上げることができる。しかしながら、区
分再配分がこの発明によつて構成された光フアイ
バ・ケーブルおよび検出器系統から得られた測定
値の数学的取り扱いにすぎないので、別な輻射測
定値が不要なことは理解されるだろう。
以上の説明から明らかなように、この発明がケ
ーブルの周囲の環境の温度分布を適切に決定する
ためには、ケーブルの各光フアイバの吸収定数α
の値が分つていなければならない。この発明が使
用されると、各光フアイバの吸収定数の値を再確
立することによつて較正することが時々必要にな
る。これは原子炉環境で特に必要である。その理
由は、光フアイバが放射線に曝らされると吸収定
数が増大するが、加熱のせいで光フアイバが焼鈍
されて吸収定数を減少するためである。これらの
２つの調和のとれた効果は、従つて、原子炉環境
中の時間の複雑な関数として吸収定数を変化させ
る。この変化は、この型式の環境をうける各光フ
アイバの吸収定数の周期的な再較正を必要とす
る。第６図は光フアイバの吸収定数αを測定する
ための例示的な構成を示す。
第６図は、温度分布を監視中の環境１０４内に
配置された光フアイバ１０２のケーブル１００を
示す。このケーブル１００の一端は熱輻射検出器
１０６へ接続されている。この熱輻射検出器１０
６は、ケーブル１００の各光フアイバ１０２から
発する熱輻射を個別に測定できる。熱輻射検出器
１０６の近くに加熱器１０８があり、この加熱器
１０８を貫通してケーブル１００は熱輻射検出器
１０６から環境１０４に延びている。加熱器１０
８には熱電対のような温度センサ１１０が設けら
れ、この温度センサ１１０は加熱器１０８の温度
特にケーブル１００の、加熱器１０８内の部分の
温度を正確に測定できる。
ケーブル１００従つて各光フアイバ１０２の長
さは２つの部分から成ることが分る。これらは、
環境１０４内の長さLEおよび加熱器１０８内の
長さLHである。従つて、熱輻射検出器１０６が
光フアイバの総幅射電力レベルTRTを測定する時
に、この電力はこれら２つの光フアイバ部分から
個別に発する２つの成分TREおよびTRHを含む。
加熱器１０８は温度コントローラ１１２へ接続
され、この温度コントローラ１１２は加熱器１０
８内に予め選んだ温度を正確に維持できる。温度
コントローラ１１２は、ライン１１４を通して温
度を測定できかつライン１１６を通して加熱器１
０８への電力入力を制御できる。コンピユータ１
１８は予め選んだ温度を決定して、これを温度コ
ントローラ１１２へライｂ１２０を通して送るこ
とができる。更に、コンピユータ１１８は熱輻射
検出器１０６からライン１２２を通して熱輻射電
力測定値を受けかつ温度コントローラ１１２から
ライン１２４を通して加熱器温度が予め選んだ値
に安定していることを知る。
コンピユータ１１８はライン１２６によつて温
度センサ１１０にも直結され、温度コントローラ
１１２とは無関係に温度センサ１１０に加熱器温
度を監視させる。コンピユータ１１８がオペレー
タと通信するために、読み出し器１２８がライン
１３０によつてコンピユータ１１８へ接続されて
いる。
正常な動作中、環境１０４の温度が監視されて
いる時に、加熱器１０８はターン・オフされてい
るか或は室温近くの低い温度に設定される。ケー
ブルの温度分布は上述したように決定されかつ読
み出し器１２８に出力される。この正常動作はケ
ーブル１００の、環境１０４内の部分LEおよび
加熱器１０８内の部分LHのための温度データを
生じる。加熱器内のケーブルの較正した温度は温
度センサ１１０によつて測定された実際の温度と
して連続して比較されることができる。この比較
中またはルーチン維持較正プロセスの間誤差が見
い出される場合に、第６図に示した温度監視装置
は、後述するようにケーブル１００中のどれか或
は全ての光フアイバ１０２の吸収定数αの系統再
測定を行なえる。
特定の光フアイバ１０２の測定された熱輻射電
力TRTは２つの成分TREおよびTRHから成る。も
し加熱器１０８が20℃に設定されるならば、この
関係は下記のように表わせる。
TRT1＝TRE＋TRH20 （19） 環境１０４の温度が比較的一定であるとすれ
ば、加熱器１０８は相当高い温度例えば300℃ま
で上昇させられてこの温度に安定させられる。そ
れから、下記の新しい関係 TRT2＝TRE＋TRH300 （20） を得るために、熱輻射検出器１０６で新しい電力
測定を行なうことができる。第１電力レベル
TRT1が第２電力レベルTRT2から差し引かれて次
の関係を得ることができる。
TRT2−TRT1＝TRH300−TRH20 （21） 加熱器１０８内の光フアイバ部分LHの温度が
その全長に亘つて一定に維持されたので、それは
式１を使つて単一の光フアイバ区分として解析で
きる。たゞし、α以外の全ての変数が既知であ
り、そして式21の左辺TRT2−TRT1が２つの測定
値の差である。従つて、吸収定数αは光フアイバ
１０２毎に個別に導出でき、そしてこの発明は正
確に再較正されることができる。
選んだ温度で多数の電力測定値を取り出すこと
により、波長の関数としての吸収定数の関係は後
述するように式１ないし式11から推断できる。も
し光フアイバの各区分の長さが無限小であると考
えるならば、単一の光フアイバから発した総電力
は下記のように表わせる。
TR総計＝A∫〓l〓s∫x=X x=OC1αe〓xdxdλ／λ5（eC2/
〓T−１）（22） この式は、温度Ｔ、吸収定数α、波長λおよび
位置ｘの関数としてTR総計を定める。式22にお
いて、吸収定数αがλの関数でありそして温度Ｔ
がｘの関数であることにも注目されたい。式22が
多くの要素の和として等価的に表現でき、各要素
がλの有限範囲に亘つて行なわれる２重積分であ
ることは明らかである。λの小さいが有限の範囲
の各々内で、光フアイバの温度Ｔおよび特定範囲
内の吸収定数αは一定であると仮定できる。従つ
て、式は上述したλの有限範囲各々の未知の吸収
定数の関数として定められた総輻射TR総計から
成る。式中の未知数の数は従つて選んだ波長帯の
数に等しく、そしてもし等しい数の式が異なる温
度値で作られるならば、この一連の式は解くこと
ができそして吸収定数αは選んだ波長λの各帯毎
に見い出せる。当業者には明らかなように、この
発明を使用して一連の輻射レベルを測定できる。
各輻射レベルは特定の温度設定値に対して測定さ
れる。こうすることにより、上述した数式の解
は、熱輻射検出器の動作範囲の波長帯に対し波長
の関数として光フアイバの吸収定数を生じる。
【図面の簡単な説明】
第１図は単一の光フアイバに及す外部熱源の影
響を示す略図、第２図は単一の光フアイバと２個
の外部熱源との相関々係を示す略図、第３図は多
数本の光フアイバから成る例示的な温度分布測定
器を示す略図、第４Ａ図は光フアイバ・ケーブル
の実際に測定した温度分布を示すグラフ図、第４
Ｂ図は第４Ａ図に示した区分を選択的に再配分す
ることによつて精度を増大させた温度分布を示す
グラフ図、第５図は一様でない区分を使用して特
定数の熱源を監視するためのこの発明の用途を示
す略図、第６図は光フアイバの吸収定数を測定で
きるモードに構成されたこの発明を示す略図であ
る。 F1〜Foと１０２は光フアイバ、１０４は環境、
１４と１０６は熱輻射検出器、２０と１１８はコ
ンピユータ、２２と１２８は読み出し器である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 測定環境内に配置した複数の光フアイバと、
    各光フアイバを、少なくとも上記フアイバの本数
    より多くない区分数に分割する手段と、各光フア
    イバから発する総熱輻射信号から各区分の平均温
    度を求める手段とを備え、上記光フアイバを分割
    する際に、全ての区分の累積全長を上記光フアイ
    バの全長に等しくし、上記区分数を各光フアイバ
    毎に同じにし、かつ各区分の長さを各光フアイバ
    において等しくしたことを特長とする温度監視装
    置。 ２ 各光フアイバを予め選んだ温度範囲に応答さ
    せる吸収定数に基づいて選ばれる材料で前記各光
    フアイバを作つた特許請求の範囲第１項記載の温
    度監視装置。 ３ 測定手段は、測定中の予め選んだ温度範囲を
    包含する波長帯に亘つて熱輻射を測定できる特許
    請求の範囲第１項または第２項記載の温度監視装
    置。
JP57164156A 1981-09-22 1982-09-22 温度監視装置 Granted JPS5866827A (ja)

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US06/304,761 US4508461A (en) 1981-09-22 1981-09-22 Distributed fiber optic temperature monitoring apparatus and method
US304761 1981-09-22

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JPS5866827A JPS5866827A (ja) 1983-04-21
JPH0242179B2 true JPH0242179B2 (ja) 1990-09-20

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BE894465A (fr) 1983-03-22
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