JPH03102231A - 路面温度分布計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、路面上の雪を融解させたりあるいは路面上
での水や雪の凍結を防止するために路面を加熱、加温す
るにあたって、路面温度を検出する装置に関するもので
ある。

従来の技術 寒冷地方においては、冬期における道路交通を確保する
ため、路面上の雪を融かしたり凍結の防止を図ることは
極めて重要な課題となっている。

そこで最近では各種の加熱手段によって路面を加熱して
融雪や凍結防止を図ることが試みられるようになってい
る。

ところで路面の融雪や凍結防止のために、ただやみくも
に路面を加熱したのでは、エネルギー利用効率が悪く、
莫大なエネルギーコストを要することになる。そこでエ
ネルギー利用効率を高めてコスト低減を図るためには、
路面温度や外気温度を検出してその検出温度に応じて加
熱手段を制御し、融雪や凍結防止に必要な最小限の熱エ
ネルギを与えることが不可欠である。このような目的か
ら路面温度を検出するためのセンサとしては、従来は熱
電対あるいは各種測温抵抗体、さらにはサーミスタで代
表される半導体センサなどの利用が考えられている。

発明が解決しようとする課題 路面の温度、特に積雪のある状態での路面の温度は、雪
の吹き溜りや建物の影などによって微妙な影響を受け、
その温度分布は均一ではないのが通常である。したがっ
て真に効率良く路面の融雪や凍結防止を図るためには、
一点のみの温度検出ではなく、線状さらには面状に温度
検出を行なって、温度分布を検出し、その温度分布にし
たがって加熱手段の制御を行なうことが望ましい。

しかしながら従来路面温度の検出に適用が考えられてい
る熱喝対や測温抵抗体、半導体センサなどは、いずれも
一点のみの温度検出しかできない。

したがって温度分布を検出するために多点での温度検出
を行なおうとすれば、多数のセンサを必要とし、コスト
増大を招くとともに検出配線も著しく複雑化して保守点
検も容易ではなくなる等の問題が生じる。

この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、路
面上の融雪や凍結防止を図るために路面を加熱するにあ
たって、路面温度の線状あるいは面状の分布を簡単かつ
容易に検出するようになし、これによって大幅なコスト
上昇や保守点検の煩雑さを招くことなく、路面加熱を効
率良く制御できるようにすることを目的とするものであ
る。

課題を解決するための手段 前述のような課題を解決するため、この発明では路面温
度を検出するセンサとして、ラマン散乱型分布型温度セ
ンサを使用することとした。

具体的には、この発明の路面温度分布計測装置は、ラマ
ン散乱型分布型温度センサの温度検知部である光ファイ
バを中空管体中に挿入し、その中空管体を路面の表層中
に埋設してなることを特徴とするものである。

またこの発明の路面温度分布計測装置では、光ファイバ
を挿入した中空管体を蛇行状に路面の表層中に埋設する
ことが望ましい。

さらにこの発明の路面温度分布計測装置では、光ファイ
バを挿入した中空管体の一部または光ファイバ自体の一
部を外気雰囲気中に露呈させることもできる。

そしてまたこの発明の路面温度分布計測装置では、中空
管体内に、その中空管体と光ファイバとの間の熱伝導を
行なうための物質を充填しておくこともできる。

作　　　用 ラマン散乱型分布型温度センサは、その温度検知部であ
る光ファイバの長さ方向の温度分布を計測することがで
きる。このようなラマン散乱型分布型温度センサによる
温度分布計測原理は次の通りである。

すなわち、光フィバに光を入射すれば、光ファイバ内の
わずかな屈折率のゆらぎや光ファイバを構成する分子、
原子による吸収、再発光などによる光の散乱が生じる。

この散乱光には、入射光と同じ波長の光であるレーレ散
乱光と、入射光とは異なる波長の光であるラマン散乱光
とがある。後者のラマン散乱光は、光ファイバを構威す
る分子、原子の熱振動により発生する散乱光で、その強
さは温度に大きく依存する。そこで入射光として特定波
長のパルス光（通常はレーザバルス）を使用し、散乱光
により光が戻ってくるまでの時間の遅れとラマン後方散
乱光の強さを検出することで、光ファイバの長さ方向各
位置の温度を計測することができる。

したがってこのようなラマン散乱型分布型温度センサの
温度検知部である光ファイバを道路の路面における表層
に埋設しおけば、路面の温度分布を計測することができ
る。

ここで、光ファイバをそのまま埋設したのでは、路面か
らの機械的ストレスに対して極めて弱いが、中空管体に
挿入して路面の表層に埋設することにより、その中空管
体によって光ファイバを機械的に保護することができる
。

また、光ファイバを挿入した中空管体を蛇行状に埋設す
れば、路面の温度分布を面状に計測することが可能とな
る。

さらに、光ファイバを挿入した中空管体の一部、あるい
は光ファイバ自体の一部を外気雰囲気中に露呈させてお
けば、その部分では外気温度が計測されることになり、
したがって路面の温度分布と外気温度との両者を同時に
計測することが可能となる。

そしてまた、中空管体の内部に、中空管体と光ファイバ
との間の熱伝導を行なう物質を充填しておけば、温度計
測の応答性を高めることができる。

実　　施　　例 第ｌ図および第２図に、それぞれこの発明の装置におけ
る温度検知部である光ファイバ１を中空管体２に挿入し
た構成の一例を示す。

第１図に示す例では、光ファイバ１は硬質ポリエチレン
樹脂等のプラスティックからなる中空管体２内に挿入さ
れている。この例は、比較的機械的ストレスが少ない箇
所の路面、例えば歩道に埋設するに適している。

第２図に示す例では光ファイバ１は、アルミニウム合金
あるいは鋼等の金属製のコルゲート管２Ａの外周上に硬
質ポリエチレン樹脂あるいはゴム等のシース２Ｂを形成
してなる中空管体２内に挿入されている。この例は、機
械的ストレスが大きい箇所の路面、例えば車道に埋設す
るに適している。

なお第１図、第２図の例では中空管体２内に一本の光フ
ァイバ１を挿入した構戊としたが、場合によってはスペ
ーサを収容して２本以上の光ファイバを挿入することも
できる。また温度検知部としての光ファイバのみならず
、その他の信号伝送のための光ファイバや信号線を同じ
中空管体内に挿入することもできる。さらに、中空管体
と光ファイバとの間に、熱伝導を行なうための物質とし
て、水や不凍液などの液体、あるいはＨ２，ＩＴｅなど
のガス、さらには金属粉末などを充填しておくことが望
ましく、これによって中空管体から光ファイバへの熱伝
導を良好にして、温度計測の応答性を高めることもでき
る。

以上のような光ファイバエを挿入した中空管体２は、例
えば第３図、第４図に示すように、路面３の表層４中に
その長さ方向が路面と平行となるように埋設される。

第４図において、道路の路盤５上には表層４として例え
はアルファルト舗装層が設けられており、このアルファ
ルト舗装層４に前述の光ファイバ挿入中空管体２が埋設
されている。そしてこの光ファイバ挿入中空管体２は、
第３図に示すように道路の長さ方向Ａに沿って蛇行する
ように配設され、光ファイバｌの端末は光カップラ６を
介して計測部７に接続されている。

この計測部７は、光ファイバ１に入射光としてレーザパ
ルス光を与えるとともに、光ファイバ１から戻るラマン
後方散乱光を分離してこれを受光しかつ増幅、平均化す
るためのものであって、例えば第４図中に示しているよ
うに、入射光としてのレーザバルス光を発振するための
レーザ光源８と、そのレーザ光源８を駆動するためのレ
ーザ駆動回路９と、光ファイバｌから戻る反射散乱光か
らラマン散乱光を分離するための分離用分波器ｔＯと、
ラマン散乱光を分離するための分離用分波器１０と、ラ
マン散乱光中のラマン光以外の光成分をカットするため
のカット用分波器１１と、そのカット用分波器１１から
出力されるラマン散乱光を受光して電気信号に変換する
ための受光素子１２と、受光素子１２からの電気信号を
増幅するためのアンプ■３と、電気信号のＳ／Ｎ比改善
のための平均化回路１４とによって構成されている。

そしてこの計測部７の出力信号（平均化回路１４の出力
信号）はホストコンピュータｌ５へ与エラれ、またホス
トコンピュータ１５がらの制御のため信号が計測部７に
与えられる。このホストコンピュータ１５においては、
計測部７からの電気信号を演算処理して光ファイバ１の
長さ方向における温度分布が求められる。

求められた温度分布は、単に表示／記録部１６において
表示および／または記録させるだけであっても良いが、
通常はその温度分布の信号を、路面を加熱して融雪する
ための融雪装置１８を制御する信号として用いる。すな
わち、融雪装置１８としては例えば電気ヒータ、あるい
は温水ボイラによる温水を流す温水管などによって構成
されるが、この融雪装［１８におけるヒーティング出力
を制御するための制御器１９に前記ホストコンピュータ
１５からの温度分布信号が入力されて、温度分布に応じ
て融雪装置ｌ８のヒーティング出力が制御される。

なおここで融雪装置１８におけるヒーティング出力の制
御の態様は任意であるが、例えば道路の路面をブロック
別に区分し、各ブロックにおける融雪装置のヒーティン
グ出力を、計測した温度分布に対応して個別に制御する
ことが望ましい。このように制御することによって、必
要最小限のエネルギで効率良く融雪を行なうことができ
る。また場合によっては温度分布の平均値により融雪装
置のヒーティング出力を制御しても良い。

またここで特に図には示していないが、光ファイバを挿
入した中空管体の一部、もしくは光ファイバ自体の一部
を外気雰囲気に露呈させれば、その部分からのラマン散
乱光は外気温度に対応することになるから、外気温度と
路面温度分布とを同時に計測できることになる。この場
合は、ホストコンピュータ１５からの信号は路面温度分
布信号と外気温度信号との両者を含むことになり、融雪
装置のヒーティング出力制御をより容易かつ効率的に行
なうことができる。

以上のところにおいて、保護管としての中空管体に光フ
ァイバを挿入する方法としては、予め中空管体のみを路
面の表層中に埋設しておき、その後エアブロンエ法等に
よって光ファイバを中空管体内に挿入することが望まし
い。また場合によっては他の目的のために埋設されてい
る既設の管路の中空管体中にエアブロンエ法により光フ
ァイバを挿入しても良い。

また前述のように光ファイバを挿入した中空管体が路面
に蛇行状に埋設される場合、車道と歩道との両者にまた
がって埋設されることもあるが、その場合は車道には第
２図に示したような機械的ストレスに対して強い中空管
体を用い、歩道には第１図に示したような機械的ストレ
スに対しては相対的に弱いが低コストの中空管体を用い
ることが望ましい。

発明の効果 この発明の路面温度分布計測装置によれば、温度検知部
として一本の光ファイバを用いるだけで、路面における
線状あるいは面状の温度分布を計測することができ、し
たがって融雪や凍結防止のために路面を加熱するための
熱エネルギを必要最小限の適切な量に制御して、エネル
ギコストの低減を図ることができる。またこの発明の路
面温度分布計測装置によれば、従来のセンサを用いた場
合の如く多数のセンサを使用せずに線状もしくは面状の
温度分布を計測することができるため、従来の多数のセ
ンサを用いた場合より格段にコストが低減されるととも
に、配線等が簡単化されて保守点検も容易となる等の効
果も得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれこの発明の路面温度分布
計測装置における光ファイバを中空管体内に挿入した状
態の一例を示す縦断面図、第３図はこの発明の路面温度
分布計測装置の全体構或の一例を路面について平面的に
示す略解図、第４図は第３図のＩＶ−ＩＶ線における縦
断面図である。 １・・・光ファイバ、 ２・・・中空管体。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）ラマン散乱型分布型温度センサの温度検知部であ
   る光ファイバを中空管体中に挿入し、その中空管体を路
   面の表層中に埋設してなることを特徴とする路面温度分
   布計測装置。
2. （２）光ファイバを挿入した前記中空管体が、蛇行状に
   路面の表層中に埋設されている請求項１記載の路面温度
   分布計測装置。
3. （３）光ファイバを挿入した前記中空管体の一部もしく
   は光ファイバ自体の一部が、外気雰囲気中に露呈されて
   いる請求項１記載の路面温度分布計測装置。
4. （４）前記中空管体内に、中空管体と光ファイバとの間
   の熱伝導を行なうための物質が充填されている請求項１
   記載の路面温度分布計測装置。