JPH08145810A

JPH08145810A - 光ファイバー温度分布測定方法

Info

Publication number: JPH08145810A
Application number: JP6289332A
Authority: JP
Inventors: Koichi Tezuka; 浩一手塚; Toshiya Maekawa; 俊哉前川; Akio Nagamune; 章生長棟
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1994-11-24
Filing date: 1994-11-24
Publication date: 1996-06-07

Abstract

(57)【要約】【目的】この発明は高温使用が可能で、かつ分解能も
高い光ファイバー温度分布測定方法に関し、高温下の物
体の損傷状態等の測定、熱源接触部分の変化（劣化有
無）を、より高い分解能（約１ｍ）で測定し、より迅速
に検出可能である。【構成】上記に用いるセンサー１は金属管のなかにポ
リイミド被覆をした光ファイバーをとおし、一端から光
ファイバー中に入射させた光の反射ストークス光を測定
して位置ごとの温度を測定する。被測定箇所例えばコー
クス炉炭化室１２に上記センサーを埋め込みないし差し
込む。または、被測定箇所に金属管を巻き付け、また
は、被測定箇所に金属管をはりめぐらせる。上記センサ
ー１は金属管の一端から水素濃度を100ppm以下とした気
体を吹き込み、長時間に耐えるように出来る。また、前
記光ファイバーに入射する光を疑似ランダム信号で変調
し、反射光の相関をとることによって各位置ごとの温度
分布を計測するようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光ファイバーを用いた物
体の温度分布測定方法に関し、特に高温物体の測温に関
する。

【０００２】

【従来技術】近年、光ファイバーを用いた分布式の温度
計が開発され、種々の測温対象物に適用されている。そ
して、広範囲の温度分布を把握するためには、従来は多
数の測温体を配置して測温しなければならなかったの
が、１本ないしは数本の光ファイバーを配置するだけで
すむようになった。

【０００３】また、放射温度計の信号処理によって一度
に測温結果を求めることができるので、施工や測定が簡
単になるという利点もある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の光ファ
イバーを使用した温度計は約700 ℃程度までしか適用で
きず、金属の精製、精錬分野のようにより高温条件でも
使える分布型温度計が望まれていた。また、従来の温度
計は光ファイバーの敷設方向に沿った位置分解能が約3m
程度であり、より位置精度の高い情報を得たい場合、混
み合った箇所の個別の値を知りたい時に限界があった。

【０００５】本発明は、上記の問題点を解決し、従来よ
りも高温で使用可能であり、かつ分解能も高い光ファイ
バー温度分布測定方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決する手段】この発明に係る光ファイバー温
度分布測定方法は、被測定箇所に固定して金属管を埋め
込みないし差し込み、金属管のなかにポリイミド被覆を
した光ファイバーをとおし、一端から光ファイバー中に
入射させた光の反射ストークス光を測定して位置ごとの
温度を測定するものである。

【０００７】また、被測定箇所に金属管を巻き付け、金
属管のなかにポリイミド被覆をした光ファイバーをとお
し、光ファイバーの一端から入射させた光の反射ストー
クス光を測定して位置ごとの温度を測定するものであ
る。

【０００８】また、被測定箇所に金属管をはりめぐら
せ、金属管のなかにポリイミド被覆をした光ファイバー
をとおし、光ファイバーの一端から入射させた光の反射
ストークス光を測定して位置ごとの温度を測定するもの
である。

【０００９】また、前記金属管の一端から水素濃度を10
0ppm以下とした気体を吹き込むものである。

【００１０】また、前記光ファイバーに入射する光を疑
似ランダム信号で変調し、反射光の相関をとることによ
って各位置ごとの温度分布を計測するようにしたもので
ある。

【００１１】

【作用】光ファイバーを使用した温度測定において、高
温の物体の測定が不可能であるのは、測定雰囲気中の気
体が光ファイバーに浸透し、光ファイバーが劣化するか
らである。特に水素の影響が大きいことが分かってい
る。そこで、本発明の光ファイバー温度分布測定方法に
おいては、光ファイバーを金属管中を通し、光ファイバ
ーが直接外部雰囲気と接触できないようにして測温する
ようにしているので、光ファイバーが劣化せず、長期間
安定して測温ができる。

【００１２】また、光ファイバーにポリイミドを被覆し
ているので、光ファイバーの耐熱性が向上する。ポリイ
ミドは自己昇華するので、ポリイミドが劣化しても光フ
ァイバーを劣化させることはない。すなわち、ポリイミ
ドは、空気中で火をつけても燃えないという特徴があ
る。そして、５００℃以上の高温になると炭化し、さら
に高温に保持していると、昇華してファイバー上には何
も残らない。したがって、ポリイミドはかなりの高温ま
で光ファイバーを保護し、かつ被覆の残留による弊害は
ない。また、ポリイミドの被覆はせいぜい１５μｍ程度
であるので、炭化、昇華の過程でも光ファイバーに応力
が作用せず、マイクロベンディングが発生しない。

【００１３】また、金属管を埋め込み、ないしは差し込
むことによって被測定物の測定位置の温度と金属管の温
度とが同じになり、正確な測温ができる。また、金属管
であるので、被測定物の温度が変化しても、温度変化に
迅速に追随することができる。

【００１４】さらには、金属管の断面は一定であるの
で、曲がって敷設されても、光ファイバーを容易に挿通
させることができる。

【００１５】被測定物の一断面位置の全周にわたって温
度分布を測定したいときには、断面形状に沿って金属管
を巻き付ける。このようにすると、光ファイバーの長さ
（距離）と断面角度が角座標で対応するので、断面の温
度と光ファイバーの位置関係が明確となる。また、複数
回巻き付けるときは、１巻毎に高さを変えてやれば、角
座標と一つの直線座標で立体状の３次元的な位置関係が
容易に把握できる。

【００１６】被測定物の測定点が広範囲にわたって複数
ある場合には、それら複数の測定点間に金属管を張りめ
ぐらすことで、同時に複数の測定点の温度を順序だてて
測温することができる。この場合、測定点間の距離がバ
ラバラである場合には、最大測定点間距離毎に光ファイ
バーからのストークス光が反射するようにすると（測定
点間距離の短い所は光ファイバーをたるませる）、信号
処理が容易になる。

【００１７】また、上記のようにして使用する金属管に
水素濃度が１００ppm 以下の気体を吹き込み外部から金
属管に侵入する水素をパージするようにすると、光ファ
イバーの劣化を防止することができ、使用温度を１４０
０℃まで高めることができるとともに、長時間の温度に
耐えることができるようになる。

【００１８】ストークス光は、温度によって光ファイバ
ーの反射率が大きく変化するので、温度を正確に測定で
きる。そして、擬似ランダム信号で相関をとれば、信号
のうねりに相当する周期分だけ計測時間が拡大されるの
で、位置分解能が向上する。

【００１９】

【実施例】本発明の実施例の光ファイバー温度分布測定
方法を図１〜図２７により説明する。

【００２０】図１は本発明の光ファイバー温度分布測定
方法において使用する光ファイバ分布型温度センサ１の
構成を示す説明図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は斜
視図である。また、図２はポリイミド被覆光ファイバー
の拡大断面図である。光ファイバー分布型温度センサ１
はＮｉ系高合金鋼鋼管２と、それに挿入されたポリイミ
ド被覆光ファイバー３とから構成されている。このポリ
イミド被覆光ファイバー３は、図２に示すように、コア
４、クラッド５およびポリイミド被覆層６とから構成さ
れている。

【００２１】図３は図１の光ファイバー分布型温度セン
サ１を使用して、高温物体の温度分布を測定する場合
の、測定装置の構成を示すブロック図である。図３にお
いて、符号２１および２２は３値のＭ系列信号発生器で
あり、両者は同一構成となっている。２５および２６は
クロック信号発生器、２７、２８および２９はダブルバ
ランスドミキサによる乗算器、３０、３１および３２は
ローパスフィルタである。また、３３は信号処理装置、
３４は光方向性結合器、３５および３６は光学フィル
タ、３７および３８はフォトダイオード、３９は光分岐
路である。

【００２２】Ｍ系列信号発生器２１および２２のＭ系列
信号発生部のシフトレジスタは７段とし、符号周期１２
７のＭ系列符号に対応したＭ系列信号を発生させるもの
である。

【００２３】クロック信号発生器２５および２６のクロ
ック周波数は、それぞれ２２０．０００ＭＨ_Zおよび２
２０．００５ＭＨ_Zであり、パルス幅２．３ｎｓｅｃの
３値のＭ系列信号を発生させる。

【００２４】Ｍ系列信号発生器２１および２２は、クロ
ック信号発生器２５および２６によりそれぞれ駆動さ
れ、それぞれＭ系列信号を発生し、それらは乗算器２７
により乗算された後、ローパスフィルタ３０により帯域
制限を受け、時間基準信号が得られる。

【００２５】また、Ｍ系列信号発生器２１の出力信号
を、半導体レーザ４０に入力することにより、強度変調
されたレーザ光が発生する。強度変調されたレーザ光
は、光方向性結合器３４を介して、光ファイバー分布型
温度センサ（以下光ファイバーという）１に入力され
る。光ファイバー１に入力された光信号は、光ファイバ
ー１内の各点で反射散乱される。光方向性結合器３４で
は、光ファイバー１内で反射散乱され入力端に戻ってき
た光信号を取り出して、光分岐路３９により分配して、
光学フィルタ３５および３６へそれぞれ入力する。光学
フィルタ３５および３６の出力は、それぞれフォトダイ
オード３７および３８により、光信号の強弱に応じた電
気信号に変換される。フォトダイオード３７および３８
の信号を乗算器２８および２９に入力し、Ｍ系列信号発
生器２１の出力信号と乗算し、ローパスフィルタ３１お
よび３２で帯域制限することにより、検知信号が得ら
れ、これらの検知信号と上述の時間基準信号とが信号処
理装置３３に入力される。

【００２６】光学フィルタ３５および３６としては、光
ファイバー内の反射散乱光のうち、ラマン散乱によるス
トークス光および反ストークス光のみを透過する光学特
性を持つものを使用しているので、検知信号として光フ
ァイバー各点からの反射散乱光のうち、ラマン散乱によ
るストークス光および反ストークス光強度が得られる。

【００２７】このラマン散乱は、光ファイバーの温度へ
の依存性が高く、ストークス光および反ストークス光強
度から、光ファイバー内のラマン散乱光を生じた箇所の
温度を算出することができる。

【００２８】したがって、信号処理装置３３において
は、光ＴＤＲ方式により演算処理が行われており、検知
信号と時間基準信号との時間差から、光信号の伝播遅れ
を算出し、光ファイバー２の特定の位置におけるラマン
散乱光強度を求め、このラマン散乱光強度から光ファイ
バー１の温度を計測することにより、光ファイバー１の
長手方向に沿った温度分布が計測される。

【００２９】図４〜図２３は、上記した光ファイバー分
布型温度センサおよび測定装置を使用し、光ファイバー
分布型温度センサを埋め込み、ないしは差し込んで温度
測定を行う場合の第一〜第十七の実施例の説明図であ
る。図４に示すコークス炉の温度分布を測定する第一の
実施例においては、コークス炉燃焼室１１の内壁部１１
に、長手方向が垂直方向を向くように光ファイバー分布
型温度センサ１を埋設して、燃焼室１１の上下方向の温
度分布を計測する。

【００３０】図５に示すコークス炉の温度分布を測定す
る第二の実施例においては、コークス炉燃焼室１１上部
の開口部１１ｂより、光ファイバー分布型温度センサ１
を垂直方向に差し込んで、燃焼室１１の上下方向の温度
分布を計測する。

【００３１】図６に示すコークス炉の温度分布を測定す
る第三の実施例においては、燃焼室１１に隣接するコー
クス炉炭化室１２内壁部１２ａに、光ファイバー分布型
温度センサ１を蛇行した状態に埋設し、内壁部１２ａ全
体の温度分布を計測する。

【００３２】図７に示すコークス炉の温度分布を測定す
る第四の実施例においては、コークス炉炭化室１２のコ
ークス１３をコークス押出機１４で押し出す時に、コー
クス押出機１４側面に長手方向が垂直方向を向くように
光ファイバー分布型温度センサ１を配置して、炭化室１
２の押し出し方向および上下方向の温度分布を計測す
る。

【００３３】図８に示すコークス炉の温度分布を測定す
る第五の実施例においては、コークス炉蓄熱室１５側壁
部分１５ａから蓄熱室１５内部に光ファイバー分布型温
度センサ１を差し込み、蓄熱室１５の長手方向の温度分
布を計測する。

【００３４】図９に示すコークス炉の温度分布を測定す
る第六の実施例においては、並列する複数のコークス炉
蓄熱室１５側壁部分１５ａにわたる状態に光ファイバー
分布型温度センサ１を敷設し、複数の蓄熱室１５の温度
分布を計測する。

【００３５】図１０に示す転炉の炉壁の耐火物の温度分
布を測定する第七の実施例においては、転炉炉壁１６
に、螺旋状に光ファイバー分布型温度センサ１を埋設し
て、炉壁１６の温度分布を測定する。そして、炉壁１６
の温度分布から、炉壁１６の損傷状態を推定するように
している。

【００３６】図１１に示す高炉炉底耐火物の温度分布を
測定する第八の実施例においては、高炉炉底耐火物１７
に光ファイバー分布型温度センサ１を埋設して、高炉径
方向の炉底耐火物１７の温度分布を測定する。そして、
炉底耐火物１７の温度分布から、炉底耐火物１７の損傷
状態を推定する。

【００３７】図１２は、上記した光ファイバー分布型温
度センサおよび測定装置を使用し、光ファイバー分布型
温度センサを挿入する金属管を被測定物に巻き付けて温
度分布を測定する場合の第九の実施例である。この場合
の被測定物は炉底吹き込みノズル１８であり、その表面
に光ファイバー分布型温度センサ１を螺旋状に巻付け、
温度分布を測定し、その温度分布から炉底吹き込みノズ
ル１８の損傷状態を推定する。

【００３８】また、第十の実施例は、図１３に示すよう
に、電気炉の複数の電極ロッド４１間を縫う経路で耐火
物中に光ファイバー分布型温度センサ１をはりめぐらせ
るものである。また、第十一の実施例は、図１４に示す
ように、電気炉の電極４２を螺旋状に取り巻く経路で耐
火物中に光ファイバー分布型温度センサ１を埋め込んだ
ものである。そして、操業中に前記光ファイバー分布温
度計測装置により、炉底電極周辺の耐火物の温度分布を
連続的に計測、監視して、電極の損耗状況を推定するも
のである。

【００３９】さらには、第十二の実施例は、図１５に示
すように、電気炉の炉体鉄皮４３表面に光ＴＤＲ方式の
光ファイバー分布型温度センサ１を巻付け、操業中の温
度分布の変化を連続的に計測し監視し、炉体内面の耐火
物損耗状況を推定するものである。また、第十三の実施
例は、図１６に示すように、電気炉の炉体鉄皮４３と耐
火物４４の間に光ＴＤＲ方式の光ファイバー分布型温度
センサ１を埋め込み、操業中の温度分布の変化を連続的
に計測し監視し、炉体内面の耐火物損耗状況を推定する
ものである。

【００４０】このようにして、操業中の電気炉の温度分
布の変化を連続的に計測し監視し、炉体内面の耐火物損
耗状況を推定し、または電流の集中による電極の局所的
な温度異常を検出し、耐火物または電極の損耗が激しい
と推定される場所がある場合には、前記場所に耐火物を
吹き付けるものである。

【００４１】第十四の実施例は、図１７に示すように、
光ＴＤＲ方式の光ファイバー分布型温度センサ１とし
て、連続鋳造のモールド内壁部分に螺旋状に１本の光フ
ァイバーセンサを埋め込み、ないしは差し込んだもので
ある。

【００４２】図１８に示すように、光ファイバー分布型
温度センサ１がモールド４５内の温度の急上昇を検出し
た時には、ノズル４６の開口度を開口度検出器４７によ
り検出して、制御回路４８に送り、ノズル開口度変化量
から係数を順次求める。この係数から次のノズル開口度
を求め、溶鋼４９のレベルが目標値となるように制御す
る。さらに、ノズル開口度変化量が許容範囲内にあるか
どうかをチェックする。これによりモールド４５内の溶
鋼４９のレベルが確実に所定レベルに落ち着き、ブレー
クアウトを防止することができた。また、引抜き速度を
制御しても同様にブレークアウトを防止することができ
た。

【００４３】第十五の実施例は、光ＴＤＲ方式の光ファ
イバー分布型温度センサとして、コークス乾式消火装置
（以降ＣＤＱと云う）のプリチャンバーと冷却室の周壁
部位に光ファイバーセンサを埋め込み、ないしは差し込
んだものである。

【００４４】図１９は本発明に用いる光ファイバー分布
型温度装置を設置したＣＤＱの状態を示す図であり、
（ａ）図は縦断面を示す図、（ｂ）図は（ａ）図のＡ−
Ａ線断面を示す図である。

【００４５】図１９において、５６は光ファイバー分布
型温度装置であり、光ファイバー分布型温度センサ１
と、その光ファイバー分布型温度センサ１に接続させた
温度分布計測手段５７により構成されている。５８は表
示装置である。

【００４６】光ファイバー分布型温度センサ１はＣＤＱ
の点線で示した周壁部位Ｘ、Ｙ、Ｚに設けている。部位
Ｘはプリチャンバーの本体部５２ａの上端位置を示して
いる。これはＣＤＱのプリチャンバー５２に装入された
赤熱コークスが充填されている部位である。

【００４７】周壁部位Ｙは冷却室５３の本体部５３ａの
上部で傾斜フリュ−５５の直下の位置を示している。冷
却されながら降下するコークスの重要な充填位置であ
る。

【００４８】周壁部位Ｚは冷却室の本体部５３ａとコニ
カル底部５３ｂの境の位置を示している。ここでは気体
噴射装置５４が設けられており、冷却室５３でのコーク
スの冷却仕上げの充填位置である。

【００４９】冷却室のコニカル底部５３ｂは鋳鉄で構成
され、内面にバサルト製のライナーを張りつけている。

【００５０】光ファイバー分布型温度センサ１は上記周
壁部位Ｘ、Ｙ、Ｚにリング状に配設され、温度分布計測
手段５７に接続されている。

【００５１】次にＣＤＱのコークスの温度分布計測方法
を説明する。ＣＤＱでは装入された１０００℃〜１１０
０℃の赤熱したコークス５１がプリチャンバー５２内に
約１時間、その下の冷却室５３内に約２時間滞留させ
て、２００℃以下に冷却されて、冷却室底部５３ｂから
半連続的に切出される。

【００５２】新たな赤熱のコークス５１は先の装入され
たコークス群がプリチャンバー５２の本体部５２ａで半
分ぐらいに減少した際に、プリチャンバー５２内に装入
される。

【００５３】冷却室５３では下部に設けたガス噴射装置
５４から窒素を主体とした冷却ガスが室内のコークス５
１に噴射される。

【００５４】上昇する冷却ガスによって、コークス５１
は熱交換される。コークス５１と熱交換した排ガスは傾
斜フリュー５５から図示しない循環ガス通路を通り排ガ
ス循環系統に送られる。

【００５５】排ガス循環系統では排ガスに混入する煤塵
等を集塵装置で除去し、排熱ボイラーで顕熱を回収し、
圧送機で加圧して、プリチャンバーのガス噴射装置５４
に供給され、循環ガスとして使用する。

【００５６】その間、プリチャンバー５２の周壁部位
Ｘ、冷却室５３の周壁部位Ｙで降下するコークス５１
に、ポリイミド被覆光ファイバー３をＮｉ系高合金の金
属管２内に挿入し、金属管２内に窒素ガスを流通させた
光ファイバー分布型温度センサ１を接触させ、そのポリ
イミド被覆光ファイバー３の各位で発生する後方ラマン
散乱光強度を検出し、その検出した強度とその戻り時間
とから、光ファイバー分布型温度センサ１と接続させた
温度分布計測手段５７により前記プリチャンバー５２の
周壁部位Ｘ、冷却室５３の周壁部位Ｙのコークスの温度
分布を計測する。

【００５７】又、冷却室５３の周壁部位Ｚの温度分布を
計測して、ＣＤＱの最終段階でのコークスの温度分布の
確認をする。

【００５８】温度分布計測手段５７によるコークスの温
度分布の計測した値は表示装置５８に表示されて、コー
クス降下速度の調整等の処置が行われる。

【００５９】図２０は本発明の光ファイバー分布温度装
置によるＣＤＱ内の各部位Ｘ、Ｙ、Ｚの壁でのコークス
温度分布を示す図である。

【００６０】図２０において、横軸は降下コークスの周
壁部位での温度を示し、縦軸は周壁位Ｘ、Ｙ、Ｚの周方
向の各点を示す。

【００６１】ここでは図１９（ｂ）の光ファイバーセン
サの各周壁部位での始点Ｐと一周させ終点Ｑの間のコー
クスの温度分布を示している。

【００６２】周壁部位Ｘでは約１０００℃のコークスの
温度分布を示し、周壁部位Ｙでは約６００℃のコークス
の温度分布を示し、そして周壁部位Ｚでは約２５０℃の
コークスの温度分布を示している。

【００６３】上記各周壁部位のコークスの温度分布にお
いて、Ｒ点の位置のコークスの温度が他の位置に比較し
て高くなっている。

【００６４】これはこのＲ点の位置のコークスの降下速
度が速いことを意味している。このような降下速度が速
い箇所のコークスを降下速度が遅くなるように調整すし
て、全体としてＣＤＱ内のコークスの均一な降下速度を
図ることが出来る。

【００６５】第十六の実施例は、ＴＤＲ方式の光ファイ
バー分布型温度センサをＣＤＱに設置した他の例を示す
ものである。

【００６６】図２１は光ファイバー分布型温度センサを
他の取付手段でＣＤＱ内に設置した状態を示す図であ
り、（ａ）図は縦断面を示す図であり、（ｂ）図は
（ａ）図のＤ−Ｄ線矢視の断面を示す図である。

【００６７】図１９の場合と取付け状態のみが異なるの
で同一符号を用い、共通の説明は省略する。

【００６８】ここでは光ファイバー分布型温度センサ１
をプリチャンバー５２、冷却室５３の周壁部位の周方向
に間隔をおき、且つ垂直方向に配設している。

【００６９】この取付けによって、光ファイバー分布型
温度センサ１の消耗等を生じた場合に、光ファイバーの
みを取出し、新たな光ファイバーと簡単に交換すること
が出来る。また、長時間の計測が出来るように保護管を
用いた２重管構造の光ファイバーセンサを用いることが
出来る。

【００７０】本発明のＣＤＱのコークスの温度分布制御
方法の第十七の実施例を図２２によって説明する。

【００７１】図２２は本発明の光ファイバー分布型温度
装置と調整装置を設置したＣＤＱの状態を示す図であ
り、（ａ）図は縦断面を示す図、（ｂ）図は（ａ）のＢ
−Ｂ線矢視の断面を示す図である。

【００７２】図１９と重複する説明は省略する。５９は
コークス降下速度調整装置（以降調整装置と云う）で、
周壁部位Ｘ、周壁部位Ｙの上方位置に設けてある。上
記調整装置５９は周方向に８分割した位置に設け、調整
バー５９ａを水平方向に伸縮させて、降下するコークス
の抵抗を調整するようにしている。

【００７３】伸縮機構としてはネジ機構、エアシリンダ
等を用いることが出来る。降下するコークスの抵抗の調
整によって、コークスの降下速度を調整するものであ
る。

【００７４】プリチャンバー本体５２ａの周壁部位Ｘ、
冷却室本体５３ａの周壁部位Ｙで降下するコークスに、
ポリイミド被覆光ファイバー３をＮｉ系高合金の金属管
２内に挿入し、金属管２内に窒素ガスを流通させた光フ
ァイバー分布型温度センサ１を接触させ、そのポリイミ
ド被覆光ファイバー３の各位で発生する後方ラマン散乱
光強度を検出し、その検出した強度とその戻り時間とか
ら、光ファイバー分布型温度センサ１と接続させた温度
分布計測手段５７により前記プリチャンバー５２の周壁
部位Ｘ、冷却室５３の周壁部位Ｙ、周壁部位Ｚのコーク
スの温度分布を計測する。温度分布計測手段５７で周
壁部位Ｘ、周壁部位Ｙ、周壁部位Ｚのコークスの温度分
布を計測して、異常値を得た場合には、制御装置６０か
ら直ちに指令されてコークス降下速度調整装置５９が作
動し、対応する周壁部位が調整される。

【００７５】図２３はＣＤＱのコークスの温度分布制御
を行ったコークスの温度分布を示す図であり、（ａ）図
は制御前のコークスの温度分布を示す図、（ｂ）図は制
御後のコークスの温度分布を示す図である。（ａ）図に
おいて、各周壁部位の温度分布で、Ｒ点の位置のコーク
スの温度が他の位置に比較して高くなっているのを得
た。

【００７６】そこで直ぐに制御装置６０により調整装置
５９を作動させて調整を行った。（ｂ）図は上記調整装
置５９を作動させて調整を行ってから、２時間後の各周
壁部位の温度分布を計測したものである。

【００７７】ＣＤＱのコークスの冷却に要する滞留時間
はプリチャンバー５２で約１Ｈ、冷却室５３で約２時間
であり、プリチャンバー５２でプリチャンバー本体５２
ａの約１／２に降下した時点で、新たな赤熱のコークス
５１が装入されるので、上記のように２時間後の温度分
布を示した。

【００７８】上記（ａ）図、（ｂ）図から明らかなよう
に、各周壁部位のＲ点の位置のコークスの温度が調整さ
れて一様な温度分布を示している。

【００７９】従って、このような状態で均一なコークス
を得ることが出来た。図２４は、３値の擬似ランダム信
号発生器２１または２２の具体的な一構成例を示すブロ
ック図であり、図２５はその動作を示したタイミングチ
ャートである。擬似ランダム信号発生部２１ａとして
は、Ｍ系列信号発生器を使用し、Ｍ系列信号発生部２１
ａは、シフトレジスタ１０３ａ、…１０３ｎから構成さ
れる。信号波形形成部２１ｂは、アンド回路１０５ａ、
１０５ｂおよびパルストランスＴｒから構成されてお
り、クロック信号の周期の１／２幅の０信号区間から構
成される３値のＭ系列信号を発生させている。

【００８０】図２６は、３値の擬似ランダム信号発生器
２１または２２の他の具体的な構成例を示すブロック図
であり、図２７はその動作を示したタイミングチャート
である。この信号波形形成部２１ｂにおいては、上述の
構成に加えて、整形回路１０６ａ〜１０６ｄとディレイ
ライン１０７が設けられている。上述した実施例におい
ては、３値のＭ系列信号のパルス幅を駆動クロック信号
周期の１／２としたが、この実施例においては、上述の
構成からなる信号波形形成部２１ｂにより、さらに狭い
パルスを形成し、より高い分解能を得るようにしてい
る。

【００８１】図２４の実施例から明らかなように、パタ
ーンが同じで周波数のわずかに異なる２つのＭ系列信号
を利用することにより、簡易、安価な構成で相関処理を
行い、高感度な信号検出測定が可能になっている。した
がって、従来の単一パルス方式に比べて計測時間が短縮
されるばかりでなく、光ファイバーが劣化しても、計測
が可能になる。さらに、ＲＦ重畳信号でレーザーを駆動
することによって、パルス幅を１ｎｓｅｃ程度にするこ
とが可能になり、距離分解能の向上も可能になってい
る。パルス幅を狭くするする手段としては、ＲＦ重畳信
号のクロックの周波数を上げただけでなく、クロック周
波数が低くても、図２４または図２６に示すような方法
で、容易に安価なパルス波形を得ることができる。この
ような構成の計測装置により、これまで不可能であった
高温物体の温度分布が測定できるようになったばかりで
なく、高距離分解能計測が可能になり、この温度分布に
基づいてコークス炉等の温度制御が正確に行えるなえる
ようになった。

【００８２】

【効果】従来より高温箇所においても測定可能となるた
め、高温下にある物体の損傷状態等を測定することが可
能となった。また、同じ温度の物体の温度測定であれ
ば、より熱源に近いところに敷設・設置可能なので、熱
源から設置個所までの壁の状態を観測する目的に適用す
る場合には、熱源に接触している部分の変化（劣化有
無）を迅速に検出可能となる。また熱源自体の温度変化
を測定する目的であれば、低温部に設置した場合より、
温度変化をより敏感に、かつ迅速に測定できる。

【００８３】巻き付けることにより断面（ないし立体）
の位置と温度の関係が理解しやすいので、容易に表示、
評価が可能となる。

【００８４】張り巡らせることにより、測温不要な点を
無視して、必要点のみの処理が容易となる。

【００８５】従来より、高い分解能（約1m）で測定可能
なため、より精密に各位置での温度の評価が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】光ファイバー分布型温度センサの構成を示す説
明図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図である。

【図２】ポリイミド被覆光ファイバーの拡大断面図であ
る。

【図３】温度分布を測定する場合の測定装置の構成を示
すブロック図である。

【図４】光ファイバー分布型温度センサを埋め込み、な
いしは差し込んで温度分布を測定する第一の実施例の説
明図である。

【図５】光ファイバー分布型温度センサを埋め込み、な
いしは差し込んで温度分布を測定する第二の実施例の説
明図である。

【図６】光ファイバー分布型温度センサを埋め込み、な
いしは差し込んで温度分布を測定する第三の実施例の説
明図である。

【図７】光ファイバー分布型温度センサを埋め込み、な
いしは差し込んで温度分布を測定する第四の実施例の説
明図である。

【図８】光ファイバー分布型温度センサを埋め込み、な
いしは差し込んで温度分布を測定する第五の実施例の説
明図である。

【図９】光ファイバー分布型温度センサを埋め込み、な
いしは差し込んで温度分布を測定する第六の実施例の説
明図である。

【図１０】光ファイバー分布型温度センサを埋め込み、
ないしは差し込んで温度分布を測定する第七の実施例の
説明図である。

【図１１】光ファイバー分布型温度センサを埋め込み、
ないしは差し込んで温度分布を測定する第八の実施例の
説明図である。

【図１２】被測定物に光ファイバー分布型温度センサを
巻き付けて温度分布を測定する第九の実施例の説明図で
ある。

【図１３】電気炉の複数の電極ロッド間を縫う経路で耐
火物中に光ファイバー分布型温度センサをはりめぐらせ
た第十の実施例の説明図である。

【図１４】電気炉の電極を螺旋状に取り巻く経路で耐火
物中に光ファイバー分布型温度センサを埋め込んだ第十
一の実施例の説明図である。

【図１５】電気炉の炉体鉄皮表面に光ＴＤＲ方式の光フ
ァイバ分布型温度センサを巻付けた第十二の実施例の説
明図である。

【図１６】電気炉の炉体鉄皮と耐火物の間に光ＴＤＲ方
式の光ファイバ分布型温度センサを埋め込みんだ第十三
の実施例の説明図である。

【図１７】光ＴＤＲ方式の光ファイバ分布型温度センサ
として、連続鋳造のモールド内壁部分に螺旋状に１本の
光ファイバを埋め込み、ないしは差し込んだ第十四の実
施例の説明図である。

【図１８】光ファイバー分布型温度センサによりブレー
クアウトを防止装置を構成した実施例の説明図である。

【図１９】光ファイバー分布型温度センサをＣＤＱに設
置した状態の第十五の実施例を示す図である。

【図２０】光ファイバー分布型温度装置によるＣＤＱ内
の各周壁部位Ｘ、Ｙ、Ｚのコークス温度分布を示す図で
ある。

【図２１】光ファイバ分布型温度センサを他の取付手段
でＣＤＱ内に設置した状態の第十六の実施例を示す図で
ある。

【図２２】光ファイバー分布型温度装置によるＣＤＱの
温度制御の第十七の実施例をを示す図である。

【図２３】各周壁部位Ｘ、Ｙ、Ｚの温度制御前と制御２
Ｈ後のコークス温度分布の状態を示す図である。

【図２４】３値の擬似ランダム信号発生器の具体的な一
構成例を示すブロック図である。

【図２５】３値の擬似ランダム信号発生器の動作を示し
たタイミングチャートである。

【図２６】３値の擬似ランダム信号発生器の他の具体的
な構成例を示すブロック図である。

【図２７】他の３値の擬似ランダム信号発生器の動作を
示したタイミングチャートである。

【符号の説明】

１光ファイバー分布型温度センサ２金鋼管３ポリイミド被覆光ファイバー４コア５クラッド６ポリイミド被覆層１１コークス炉燃焼室１１ａ内壁部１１ｂ開口部１２コークス炉炭化室１２ａ内壁部１３コークス１４コークス押出機１５コークス炉蓄熱室１５ａ側壁部分１６転炉炉壁１７高炉炉底耐火物１８炉底吹き込みノズル２１３値のＭ系列信号発生器２１ａ擬似ランダム信号発生部２１ｂ信号波形形成部２２３値のＭ系列信号発生器２５クロック信号発生器２６クロック信号発生器２７乗算器２８乗算器２９乗算器３０ローパスフィルタ３１ローパスフィルタ３２ローパスフィルタ３３信号処理装置３４光方向性結合器３５光学フィルタ３６光学フィルタ３７フォトダイオード３８フォトダイオード３９光分岐路４０半導体レーザ４１電極ロッド４２電気炉の電極４３電気炉の炉体鉄皮４４耐火物４５モールド４６ノズル４７開口度検出器４８制御回路４９溶鋼５０冷却水５１コークス５２プリチャンバー５２ａプリチャンバーの本体部５３冷却室５３ａ冷却室の本体部５３ｂコニカル底部５４気体噴射装置５５傾斜フリュ− ５６光ファイバー分布型温度装置５７温度分布計測手段５８表示装置５９コークス降下速度調整装置６９ａ調整バー６０制御装置１０３ａ、…１０３ｎ１０５ａ、１０５ｂアンド回路Ｔｒパルストランス１０６ａ〜１０６ｄ整形回路１０７ディレイライン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定箇所に固定して金属管を埋め込み
ないし差し込み、金属管のなかにポリイミド被覆をした
光ファイバーをとおし、一端から光ファイバー中に入射
させた光の反射ストークス光を測定して位置ごとの温度
を測定することを特徴とする光ファイバー温度分布測定
方法。
【請求項２】被測定箇所に金属管を巻き付け、金属管
のなかにポリイミド被覆をした光ファイバーをとおし、
光ファイバーの一端から入射させた光の反射ストークス
光を測定して位置ごとの温度を測定することを特徴とす
る光ファイバー温度分布測定方法。
【請求項３】被測定箇所に金属管をはりめぐらせ、金
属管のなかにポリイミド被覆をした光ファイバーをとお
し、光ファイバーの一端から入射させた光の反射ストー
クス光を測定して位置ごとの温度を測定することを特徴
とする光ファイバー温度分布測定方法。
【請求項４】前記金属管の一端から水素濃度を100ppm
以下とした気体を吹き込むことを特徴とする請求項１、
２または３の光ファイバー温度分布測定方法。
【請求項５】前記光ファイバーに入射する光を疑似ラ
ンダム信号で変調し、反射光の相関をとることによって
各位置ごとの温度分布を計測するようにしたことを特徴
とする請求項１、２、３または４に記載の光ファイバー
温度分布測定方法。