WO2011104828A1 - 環境測定システム及び環境測定方法 - Google Patents

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measurement unit
coating layer
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文雄 武井
和史 宇野
丈夫 笠嶋
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    • G—PHYSICS
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    • G01K11/32—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres
    • G01K11/324—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres using Raman scattering

Definitions

  • the present invention relates to an environmental measurement system and an environmental measurement method for measuring temperature and wind speed in factories, office buildings, data centers, and the like.
  • Temperature sensors that can be used for this type of application include thermocouples, platinum resistance thermometers, thermistors, and expansion thermometers.
  • the wind speed sensors include hot-wire wind sensors, vane wind turbine sensors, There is a sonic wind speed sensor.
  • optical fiber temperature measuring device using an optical fiber as a temperature sensor.
  • An optical fiber temperature measurement device is a device that measures the temperature by entering a laser beam into an optical fiber and detecting the Raman backscattered light generated in the optical fiber. The temperature distribution along the length of the optical fiber Can be measured in a short time.
  • a flow velocity measuring device using an optical fiber as a flow velocity sensor has also been proposed. In this type of flow velocity measuring device, the optical fiber is heated by a heating element, and the flow velocity of the fluid is calculated based on the temperature change. It is conceivable to measure the wind speed in a facility such as an office building using this type of flow velocity measuring device.
  • the optical fiber is heated by a heating element.
  • a power source and wiring for supplying power to the heating element are required.
  • power consumption increases by the amount of power supplied to the heating element.
  • an optical fiber including a first measurement unit and a second measurement unit that are different in at least one of a heat capacity and a thermal conductivity of a coating layer, light is incident on the optical fiber, and from the optical fiber
  • a temperature measurement device that receives the emitted backscattered light and measures the temperature distribution in the length direction of the optical fiber; and the first measurement by analyzing the temporal change of the temperature distribution output from the temperature measurement device.
  • an analysis device for calculating the temperature and the wind speed at the measurement place where the second measurement unit is arranged.
  • an optical fiber having a first measurement unit and a second measurement unit in which at least one of the heat capacity and the thermal conductivity of the coating layer is different is used.
  • a 1st measurement part and a 2nd measurement part are arrange
  • the temperatures detected by the first measurement unit and the second measurement unit both change, but the fluctuation range of the temperature detected by the first measurement unit due to the strength of the wind The temperature fluctuation range detected by the second measurement unit is different.
  • the wind speed can be calculated from the ratio of the temperature fluctuation range detected by the first measurement unit and the temperature fluctuation range detected by the second measurement unit. Moreover, the temperature of a measurement place is obtained by the average value of the temperature detected by the 1st measurement part or the 2nd measurement part, for example.
  • the wind speed can be measured without using a heating element.
  • a heating element for example, by providing a plurality of first measurement units and a plurality of second measurement units in one optical fiber, it is possible to measure temperatures and wind speeds at a large number of measurement locations with one optical fiber.
  • two optical fibers in which at least one of the heat capacity and the thermal conductivity of the coating layer are different may be used.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an outline of the environment measurement system according to the first embodiment.
  • FIGS. 2A and 2B are cross-sectional views of the optical fiber.
  • FIG. 3 is a diagram showing a spectrum of backscattered light.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a change with time of the intensity of Raman scattered light. 5 calculates the I 1 / I 2 ratio for each time based on the change over time of the intensity of Raman scattered light shown in FIG. 4, and the horizontal axis (time) in FIG. It is a figure which shows the result of having converted signal intensity
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a change in temperature measured by the temperature measurement device when a wind having a constant wind speed is applied to the optical fiber.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a method for calculating the delay time ⁇ t between the temperature fluctuation in the first measurement unit and the temperature fluctuation in the second measurement unit.
  • FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the wind speed and the value of ⁇ T2 / ⁇ T1 for each environmental temperature.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating the environment measurement method according to the first embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a correlation between a wind speed measurement value obtained by the environmental measurement method according to the first embodiment and a wind speed measurement value obtained by a hot-wire anemometer.
  • FIG. 11 is a block diagram illustrating an outline of an environment measurement system according to the second embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram (part 1) illustrating an optical fiber of an environment measurement system according to another embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram (part 2) illustrating an optical fiber of an environment measurement system according to another embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an outline of an environmental measurement system according to the first embodiment, and FIGS. 2A and 2B are cross-sectional views of optical fibers.
  • the environment measurement system includes an optical fiber 10, a temperature measurement device 20, and an analysis device (computer) 25.
  • the optical fiber 10 includes a core wire 11 through which laser light propagates, a first coating layer 12 that covers the core wire 11, and a first coating layer 12 that is disposed at a predetermined position in the length direction of the optical fiber 10. And a second coating layer 13.
  • FIG. 2A shows a cross section of a portion where the first covering layer 12 is exposed
  • FIG. 2B shows a cross section of a portion where the second covering layer 13 is disposed.
  • the core wire 11 has a core 11a and a clad 11b disposed around the core 11a, and a difference in refractive index between the core 11a and the clad 11b. The light is confined in the core 11a and transmitted.
  • the first covering layer 12 is made of a polymer resin such as polyurethane, for example, and covers the entire core wire 11 with a uniform thickness.
  • the second covering layer 13 may be formed of the same material as the first covering layer 12 or may be formed of a different material.
  • the optical fiber 10 only needs to have a portion with a thick coating layer and a portion with a thin coating layer along its length direction.
  • the 2nd coating layer 13 shall be formed with the silicone resin.
  • the heat capacity and thermal conductivity of the coating layer vary depending on the thickness and material of the coating layer. Therefore, it can be said that the optical fiber 10 used in the present embodiment has two regions having different heat capacities or thermal conductivities.
  • the portion of only the first coating layer 12 and the portion of the second coating layer 13 are arranged at the same measurement location, and the temperature and wind speed of the measurement location are determined. taking measurement.
  • the second coating layer 13 may be disposed at one point in the length direction of the optical fiber 10. It is necessary to dispose a plurality along the vertical direction.
  • the temperature measuring device 20 includes a laser light source 21, a beam splitter 22, a photodetector 23, and a data processing unit 24.
  • the optical fiber 10 (core wire 11) is optically connected to the laser light source 21 and the beam splitter 22.
  • Laser light (laser pulse) is emitted from the laser light source 21 at regular time intervals.
  • the laser light emitted from the laser light source 21 passes through the beam splitter 22 and enters the optical fiber 10 (core wire 11), and propagates in the optical fiber 10 in the length direction.
  • a part of the light propagating in the optical fiber 10 is backscattered by the molecules constituting the optical fiber 10 (core wire 11).
  • the back-scattered light returns through the optical fiber 10, exits from the light source side end, is reflected by the beam splitter 12, and is input to the photodetector 23.
  • the backscattered light generated in the optical fiber 10 includes Rayleigh scattered light, Brillouin scattered light, and Raman scattered light.
  • Rayleigh scattered light is light having the same wavelength as incident light
  • Brillouin scattered light and Raman scattered light are light having wavelengths shifted from the incident wavelength.
  • Raman scattered light includes Stokes light shifted to a longer wavelength side than incident light and anti-Stokes light shifted to a shorter wavelength side than incident light.
  • the shift amount of the Stokes light and the anti-Stokes light depends on the wavelength of the laser light, the substance constituting the optical fiber 10 (core wire 11), etc., but is usually about 50 nm.
  • the intensity of Stokes light and anti-Stokes light changes with temperature, the amount of change of Stokes light with temperature is small, and the amount of change of anti-Stokes light with temperature is large. That is, it can be said that the Stokes light has a small temperature dependency, and the anti-Stokes light has a large temperature dependency.
  • the light detector 23 separates the Stokes light and the anti-Stokes light from the backscattered light and detects the respective light amounts.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a change over time in the intensity of Raman scattered light, with time on the horizontal axis and the signal intensity detected by the photodetector 23 on the vertical axis.
  • Stokes light and anti-Stokes light are detected by the photodetector 23 for a certain period immediately after the laser pulse is incident on the optical fiber 10.
  • the signal intensity decreases with the passage of time when the laser pulse is incident on the optical fiber 10 as a reference.
  • the time on the horizontal axis indicates the distance from the light source side end of the optical fiber 10 to the position where backscattering occurs, and the decrease in signal intensity over time indicates the attenuation of light by the optical fiber 10. .
  • the signal intensity of Stokes light and anti-Stokes light is not attenuated uniformly. As shown in FIG. 4, peaks and valleys appear on the curve indicating the change in signal intensity with time.
  • the intensity of anti-Stokes light at a certain time t is I 1 and the intensity of Stokes light is I 2 .
  • the temperature distribution in the length direction of the optical fiber 10 can be measured by calculating the intensity ratio (I 1 / I 2 ) between the anti-Stokes light and the Stokes light.
  • the calculation of the intensity ratio between the anti-Stokes light and the Stokes light is performed by the data processing unit 24, and the temperature distribution in the length direction of the optical fiber 10 is output from the data processing unit 24 every predetermined time.
  • the analysis device 25 analyzes the change over time of the temperature distribution output from the data processing unit 24 and calculates the temperature and the wind speed (fluid velocity).
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of a change in temperature measured by the temperature measuring device 20 when a wind of a constant wind speed is applied to the optical fiber 10.
  • first measurement unit only the first coating layer 12 of the optical fiber 10 (hereinafter referred to as “first measurement unit”) and the portion where the second coating layer 13 is disposed (hereinafter referred to as “second measurement unit”).
  • first measurement unit only the first coating layer 12 of the optical fiber 10
  • second measurement unit the portion where the second coating layer 13 is disposed
  • an air flow is generated in the room by an air conditioner.
  • the temperature of the wind generated by the air conditioner is not constant and has a temperature fluctuation of about ⁇ 0.5 ° C.
  • the temperature measured by the temperature measuring device 20 changes with time in both the first measurement unit and the second measurement unit due to fluctuations in the temperature of the wind.
  • the temperature change in the second measurement unit is smaller than the temperature change in the first measurement unit, and the time ⁇ t determined by the thermal conductivity and the heat capacity of the second coating layer 13 is delayed.
  • the second coating layer 13 has a function as a low-frequency transmission filter whose characteristics are determined by its thermal conductivity and heat capacity.
  • the temperature fluctuation in the second measurement unit measured by the temperature measuring device 20 shows basically the same change as the temperature fluctuation in the first measurement unit.
  • the higher the wind speed the more the averaging proceeds in the temperature transmission process, so the ratio of the temperature fluctuation width ⁇ T2 in the second measurement section to the temperature fluctuation width ⁇ T1 in the first measurement section becomes smaller. Therefore, the wind speed can be obtained from the ratio ( ⁇ T2 / ⁇ T1) of the temperature fluctuation width ⁇ T1 in the first measurement unit and the temperature fluctuation width ⁇ T2 in the second measurement unit.
  • ⁇ T2 is obtained after the delay time is obtained and the phase difference is set to 0. It is preferable to calculate the value of / ⁇ T1.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a method for calculating the delay time ⁇ t between the temperature fluctuation in the first measurement unit and the temperature fluctuation in the second measurement unit.
  • the temperature fluctuation in the first measurement unit is a function f 1 (t) of time t
  • the temperature fluctuation in the second measurement unit is a function f 2 (t) of time t.
  • ⁇ t is gradually changed from 0 to a larger value to calculate the value of f 1 (t + ⁇ t) ⁇ f 2 (t), and the time when the value becomes the minimum is set as the delay time ⁇ t. If the delay time ⁇ t is determined, the phase difference between the temperature fluctuation in the first measurement unit and the temperature fluctuation in the second measurement unit can be set to zero.
  • FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the ambient temperature and the wind speed on the horizontal axis and the value of ⁇ T2 / ⁇ T1 on the vertical axis.
  • the reference wind speed is measured using a vane anemometer.
  • the relationship between the value of ⁇ T2 / ⁇ T1 and the wind speed varies depending on the environmental temperature. Therefore, when the environmental temperature changes greatly, it is necessary to obtain the relationship between the value of ⁇ T2 / ⁇ T1 and the wind speed at a plurality of environmental temperatures in advance.
  • the analysis device 25 stores a calibration table obtained from FIG.
  • FIG. 9 is a flowchart showing an environment measurement method according to the present embodiment.
  • the temperature measuring device 20 measures the temperature distribution in the length direction of the optical fiber 10. That is, laser light (laser pulse) is emitted from the laser light source 21 at regular time intervals. Thereafter, the photodetector 23 extracts the Stokes light and the anti-Stokes light from the backscattered light generated in the optical fiber 10, and outputs detected values of these light amounts to the data processing unit 24. The data processing unit 24 obtains the temperature distribution in the length direction of the optical fiber 10 from the detected values of the amount of Stokes light and anti-Stokes light, and outputs the result to the analyzer 25 as needed.
  • laser light laser pulse
  • the photodetector 23 extracts the Stokes light and the anti-Stokes light from the backscattered light generated in the optical fiber 10, and outputs detected values of these light amounts to the data processing unit 24.
  • the data processing unit 24 obtains the temperature distribution in the length direction of the optical fiber 10 from the detected values of the amount of Stokes light and anti-Stokes light, and outputs the result to the
  • step S ⁇ b> 12 the analysis device 25 extracts the temperature change with time in the first measurement unit and the temperature change with time in the second measurement unit from the temperature distribution output from the data processing unit 24. To do. Then, the phase change of these temperature changes is analyzed to obtain the delay time ⁇ t, and the phase difference between the temperature change in the first measurement unit and the temperature change in the second measurement unit is set to zero. Further, the analysis device 25 calculates the average value of the temperature change with time in the first measurement unit and sets it as the environmental temperature. The average value of the change with time in the second measurement unit may be calculated as the environmental temperature, or the average value of the change with time in both the first measurement unit and the second measurement unit may be calculated to calculate the environmental temperature. It is good.
  • step S13 the process proceeds to step S13, and the analysis device 25 obtains the temperature fluctuation width ⁇ T1 in the first measurement unit and the temperature fluctuation width ⁇ T2 in the second measurement unit.
  • step S14 the value of ⁇ T2 / ⁇ T1 is calculated.
  • step S15 the analysis device 25 refers to the calibration table to obtain the wind speed from the value of ⁇ T2 / ⁇ T1.
  • the environmental temperature is 24 ° C.
  • the analyzer 25 has only a calibration table at 20 ° C. and a calibration table at 30 ° C.
  • the analysis device 25 calculates the wind speed at 24 ° C. by interpolating the wind speed obtained from the calibration table at 20 ° C. and the wind speed obtained from the calibration table at 30 ° C.
  • the wind speed obtained from the calibration table at the temperature closest to the environmental temperature (in this case, the calibration table at 20 ° C.) is adopted, and the interpolation process may not be performed. . In this way, the temperature (environment temperature) and the wind speed for each measurement location are found.
  • step S16 the analysis device 25 outputs the temperature and wind speed measurement results at each measurement location to a controller (not shown) that controls the air conditioning equipment.
  • the controller controls the air conditioning equipment (air conditioners and fans installed at various locations in the office building) based on the temperature and wind speed measurement results output from the analysis device 25 to optimize the air conditioning. Do.
  • the temperature and wind speed (fluid speed) of a plurality of measurement locations can be measured simultaneously with a single optical fiber 10.
  • a heating element is not required for measuring the wind speed, and no electric power to be supplied to the heating element is required. For this reason, the power consumption of the whole system can be reduced.
  • the environmental measurement system according to the present embodiment is suitable for measuring temperatures and wind speeds at a large number of measurement points in facilities such as data centers, large-scale office buildings, and factories.
  • the temperature distribution is measured by Raman scattered light (Stokes light and anti-Stokes light), but the temperature distribution can also be measured by Brillouin scattered light.
  • a multimode graded index type quartz optical fiber (HFR-2Z-1: manufactured by Furukawa Electric Co., Ltd.) was used as an optical fiber as a sensor.
  • the core wire 11 is coated with a polyurethane resin, and this polyurethane resin layer is used as the first coating layer 12.
  • the diameter of the optical fiber (the outer diameter of the first coating layer 12) is 250 ⁇ m, and the diameter of the core wire 11 is 125 ⁇ m.
  • a UV curable silicone resin varnish (X-31-2011-1: manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) is coated around the optical fiber at a pitch of 2 m along the length of the optical fiber.
  • the coating layer 13 was obtained.
  • the thickness of the second coating layer 13 is 0.3 mm.
  • the silicone resin varnish was cured by irradiating light (ultraviolet rays) of a high-pressure mercury lamp (160 W / cm) while sweeping the optical fiber at a speed of 1 m / min.
  • the optical fiber having the first coating layer 12 and the second coating layer 13 was laid in a wind tunnel capable of sending a wind having a constant temperature and speed. Then, the end of the optical fiber was connected to a Raman scattered light measuring device (DTS800M: manufactured by SENSA Co.) serving as the temperature measuring device 20.
  • DTS800M Raman scattered light measuring device
  • a hot-wire anemometer was placed in the wind tunnel. And the wind speed setting value was changed from 1 m / s to 10 m / s, and the wind speed was measured with the hot-wire anemometer and the environmental measurement method according to the present embodiment.
  • the temperature of the portion where only the first coating layer 12 and the portion where the second coating layer 13 is arranged is sampled every 10 seconds by the Raman scattered light measurement device. Recorded. And the temperature (environment temperature) of the wind was computed from the part only of the 1st coating layer 12 using the data.
  • the ratio ( ⁇ T2 / ⁇ T1) of the temperature fluctuation width of the portion where only the first covering layer 12 and the portion where the second covering layer 13 is arranged is calculated, and the value is converted into the wind speed using FIG. .
  • FIG. 10 is a diagram showing a correlation between the wind speed measurement value obtained by the environmental measurement method according to the present embodiment and the wind speed measurement value obtained by the hot-wire anemometer. As shown in FIG. 10, the error between the wind speed measured by the environmental measurement method of the present embodiment and the wind speed measured by the hot-wire anemometer is 10% or less, and it was confirmed that they almost coincided.
  • the temperature measurement device 20 and the analysis device (computer) 25 consume power, and the power consumption when the environment measurement is performed using an optical fiber having a total length of 2 km is approximately. 200W or less.
  • the second coating layer 13 is formed of a resin (polymer material), but the second coating layer 13 may be formed of a metal material or an inorganic material. Further, the second coating layer 13 may be formed using a composite of these materials. The heat capacity and thermal conductivity change depending on the material of the coating layer, and the characteristics of the optical fiber as a sensor can be adjusted.
  • FIG. 11 is a block diagram illustrating an outline of an environment measurement system according to the second embodiment. 11, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • a temperature measuring device 30 capable of connecting two optical fibers 32 and 33 is used.
  • the temperature measuring device 30 used in the present embodiment has an optical switch 31, and the optical switch 31 controls the optical connection between the laser light source 21 and the beam splitter 22 and the optical fibers 32 and 33.
  • the above-described Raman scattering measurement device (DTS800M: manufactured by SENSA) can optically switch between a plurality of optical fibers, a laser light source, and a beam splitter via an optical switch provided therein.
  • a temperature measuring device having a plurality of sets of the laser light source 21, the beam splitter 22, and the photodetector 23 may be used.
  • first optical fiber 32 connected to the temperature measuring device 30 is obtained by coating the periphery of the core wire 11 only with the first coating layer 12.
  • first optical fiber 32 for example, the above-described multimode graded index type silica fiber (HFR-2Z-1: manufactured by Furukawa Electric Co., Ltd.) can be used.
  • the other optical fiber 33 (hereinafter referred to as “second optical fiber”) 33 connected to the temperature measuring device 30 is doubled around the core wire 11 by the first coating layer 12 and the second coating layer 13. It is coated.
  • the second optical fiber 33 for example, the same optical fiber as the first optical fiber 32 is coated with a foaming urethane resin (second coating layer 13) with a thickness of 0.2 mm. be able to.
  • the second optical fiber 33 may have a single coating layer. In this case, it is necessary to use a coating layer having at least one of a heat capacity and a thermal conductivity different from that of the coating layer 12 of the first optical fiber 32. is there.
  • the first optical fiber 32 and the second optical fiber 33 are laid in parallel and close to the measurement location in the facility.
  • the distance between the first optical fiber 32 and the second optical fiber 33 is, for example, about 5 mm.
  • laser light is incident on the first optical fiber 32 and the second optical fiber 33 from the temperature measuring device 30, respectively, and the temperature of the measurement location is measured by backscattered light.
  • the second coating layer 13 is provided on the second optical fiber 33, the change over time in the temperature measured by the second optical fiber 33 is the temperature measured by the first optical fiber 32.
  • the change width is small with respect to the change with time, and a time delay occurs.
  • the process shown in the flowchart of FIG. 9 can be performed similarly to the first embodiment, and the environmental temperature and the wind speed at the measurement location can be measured.
  • the temperature and wind speed (fluid speed) at a plurality of measurement locations can be measured simultaneously.
  • the structure of a system is simple and the cost required for the system construction and the maintenance cost are reduced.
  • a heating element is not required for measuring the wind speed, and no electric power is required to be supplied to the heating element. For this reason, power consumption can be reduced.
  • FIG. 12 and 13 are diagrams showing an optical fiber of an environment measurement system according to another embodiment. 12 and 13, the same components as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • the peripheral surface of the optical fiber serving as the sensor is smooth. However, as shown in FIGS. A groove may be formed.
  • the optical fiber 41 shown in FIG. 12A is provided with a plurality of grooves 41 a extending in the length direction on the peripheral surface of the outermost coating layer 13.
  • channel 41a in the surrounding surface of the coating layer 13 the surface area of the coating layer 13 increases, and the heat exchange between a wind and the coating layer 13 is performed rapidly.
  • the optical fiber 42 shown in FIG. 12B has a plurality of grooves 42a extending in the circumferential direction on the peripheral surface of the outermost coating layer 13.
  • the optical fiber serving as the sensor is laid so as to be orthogonal to the wind flow direction.
  • the optical fiber 41 shown in FIG. 12A since the wind travels in a direction perpendicular to the groove, it is conceivable that the wind flow is disturbed.
  • the optical fiber 42 shown in FIG. 12B since the wind flows in a direction parallel to the groove 42a, the disturbance of the wind flow is less than that in the optical fiber 41 shown in FIG.
  • the characteristics as a sensor can be adjusted by forming a groove in the peripheral surface of the optical fiber.
  • the coating layer 13 may contain bubbles as shown in FIGS. 13 (a) and 13 (b).
  • An optical fiber 43 shown in FIG. 13A has a large number of independent bubbles in the coating layer 13
  • an optical fiber 44 shown in FIG. 13B has a large number of continuous bubbles in the coating layer 13. is there.

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Abstract

【課題】発熱体を必要とせず、且つ多数の場所の温度及び風速を比較的低コストで測定できる環境測定システム及び環境測定方法を提供する。 【解決手段】光ファイバ１０に、被覆層が薄い第１の測定部と、被覆層が厚い第２の測定部とを設けておく。そして、第１の測定部と第２の測定部とを同一の測定場所に配置し、温度測定装置２０から光ファイバ１０にレーザ光を入射する。その後、温度測定装置２０は、光ファイバ１０内で発生する後方散乱光（ラマン散乱光）を受光して光ファイバ１０の長さ方向の温度分布を取得する。解析装置２５は、温度測定装置２０から温度分布を入力し、第１の測定部における温度の変動の平均値を演算して測定場所の温度とする。また、第１の測定部における温度の変動幅と第２の測定部における温度の変動幅との比率を計算し、その結果を用いて風速を算出する。

Description

環境測定システム及び環境測定方法
　本発明は、工場やオフィスビル及びデータセンターなどにおいて温度及び風速を測定する環境測定システム及び環境測定方法に関する。
　近年、地球温暖化の防止が急務の課題となっており、そのために社会のあらゆる場面で省エネルギー化が求められている。例えば工場や大規模オフィスビル及びインターネットデータセンターなど（以下、「オフィスビル等の施設」ともいう）では空調に用いる電力が膨大であり、空調設備自体の省電力化とともに空調の最適化が要求されている。
　オフィスビル等の施設内の空調の最適化を図るためには、施設内の多数の場所で温度や風速を測定し、その結果に基づいて空調設備を制御することが好ましい。測定箇所が少ない場合は、それぞれの箇所に温度センサや風速センサを個別に設置することが考えられる。この種の用途に使用可能な温度センサには熱電対、白金測温抵抗体、サーミスタ及び膨張式温度計などがあり、風速センサには熱線式風速センサ、ベーン式（風車式）風速センサ及び超音波式風速センサなどがある。
　しかし、このようなセンサを使用すると、測定箇所が多い場合は必要なセンサの数が多くなって、システム全体のコストが高くなる。また、センサの数が多くなるほどメンテナンスに要するコストも高くなる。そこで、光ファイバを温度センサとして用いる温度測定装置（以下、「光ファイバ温度測定装置」という）を使用して、オフィスビル等の施設内の温度を測定することが提案されている。
　光ファイバ温度測定装置は、光ファイバ内にレーザ光を入射し、光ファイバ内で発生するラマン後方散乱光を検出して温度を測定するものであり、光ファイバの長さ方向に沿った温度分布を短時間で測定することができる。また、光ファイバを流速センサとする流速測定装置も提案されている。この種の流速測定装置では、光ファイバを発熱体で加熱し、温度変化に基づいて流体の流速を算出している。この種の流速測定装置を用いてオフィスビル等の施設内の風速を測定することが考えられる。
特開平５－１０７１２１号公報 特開平６－１７４５６１号公報
　上述したように、従来の光ファイバを用いた流速測定装置では、発熱体により光ファイバを加熱している。このため、光ファイバとは別に、発熱体に電力を供給するための電源と配線とが必要になる。また、発熱体に供給する電力の分だけ消費電力が多くなるという欠点もある。
　一観点によれば、被覆層の熱容量及び熱伝導率の少なくとも一方が異なる第１の測定部及び第２の測定部を備えた光ファイバと、前記光ファイバに光を入射し、前記光ファイバから出射される後方散乱光を受光して前記光ファイバの長さ方向の温度分布を測定する温度測定装置と、前記温度測定装置から出力される温度分布の経時変化を解析して前記第１の測定部及び前記第２の測定部が配置された測定場所の温度と風速とを算出する解析装置とを有する環境測定システムが提供される。
　上記一観点によれば、被覆層の熱容量及び熱伝導率の少なくとも一方が異なる第１の測定部及び第２の測定部を有する光ファイバを使用する。そして、第１の測定部及び第２の測定部を同一測定場所に配置し、温度測定装置により第１の測定部及び第２の測定部における温度を測定する。この場合、温度が変化すると、第１の測定部及び第２の測定部で検出される温度がいずれも変化するが、風の強さにより第１の測定部で検出される温度の変動幅と第２の測定部で検出される温度の変動幅とが異なる。このため、第１の測定部で検出される温度の変動幅と第２の測定部で検出される温度の変動幅との比率により、風速を算出することができる。また、測定場所の温度は、例えば第１の測定部又は第２の測定部で検出される温度の平均値により得られる。
　上記一観点によれば、発熱体を使用することなく風速を測定することができる。また、例えば１本の光ファイバに第１の測定部及び第２の測定部をそれぞれ複数設けておくことにより、１本の光ファイバで多数の測定場所の温度と風速とを測定することができる。１本の光ファイバに第１の測定部及び第２の測定部を設ける替わりに、被覆層の熱容量及び熱伝導率の少なくとも一方が異なる２本の光ファイバを用いてもよい。
図１は、第１の実施形態に係る環境測定システムの概要を示すブロック図である。 図２（ａ），（ｂ）は、いずれも光ファイバの断面図である。 図３は、後方散乱光のスペクトルを示す図である。 図４は、ラマン散乱光の強度の経時変化の一例を示す図である。 図５は、図４に示すラマン散乱光の強度の経時変化を基にＩ1／Ｉ2比を時間毎に計算し、且つ図４の横軸（時間）を距離に換算し、縦軸（信号強度）を温度に換算した結果を示す図である。 図６は、光ファイバに一定の風速の風を与えた場合に温度測定装置で測定される温度の変化の例を示した図である。 図７は、第１の測定部における温度揺らぎと第２の測定部における温度揺らぎとの間の遅延時間Δｔの算出方法の一例を示す図である。 図８は、風速とΔＴ２／ΔＴ１の値との関係を環境温度毎に示す図である。 図９は、第１の実施形態に係る環境測定方法を示すフローチャートである。 図１０は、第１の実施形態に係る環境測定方法による風速測定値と熱線式風速計による風速測定値との相関を示す図である。 図１１は、第２の実施形態に係る環境測定システムの概要を示すブロック図である。 図１２は、その他の実施形態に係る環境測定システムの光ファイバを示す図（その１）である。 図１３は、その他の実施形態に係る環境測定システムの光ファイバを示す図（その２）である。
　以下、実施形態について、添付の図面を参照して説明する。
　（第１の実施形態）
　図１は、第１の実施形態に係る環境測定システムの概要を示すブロック図、図２（ａ），（ｂ）はいずれも光ファイバの断面図である。
　図１に示すように、本実施形態に係る環境測定システムは、光ファイバ１０と、温度測定装置２０と、解析装置（コンピュータ）２５とを有している。
　光ファイバ１０は、レーザ光が伝搬する芯線１１と、芯線１１を被覆する第１の被覆層１２と、光ファイバ１０の長さ方向の所定の位置に配置されて第１の被覆層１２を被覆する第２の被覆層１３とを有する。図２（ａ）は第１の被覆層１２が露出した部分の断面を示し、図２（ｂ）は第２の被覆層１３が配置された部分の断面を示している。これらの図２（ａ），（ｂ）に示すように、芯線１１は、コア１１ａと、コア１１ａの周囲に配置されたクラッド１１ｂとを有し、コア１１ａとクラッド１１ｂとの屈折率の差により光をコア１１ａ内に閉じ込めて伝送する。
　第１の被覆層１２は例えばポリウレタン等の高分子樹脂からなり、芯線１１全体を均一の厚さで被覆している。第２の被覆層１３は、第１の被覆層１２と同一の材料により形成されていてもよく、異なる材料により形成されていてもよい。要するに、光ファイバ１０は、その長さ方向に沿って被覆層が厚い部分と被覆層が薄い部分とを有していればよい。本実施形態では、第２の被覆層１３はシリコーン樹脂により形成されているものとする。
　被覆層の厚さや材料により、被覆層の熱容量及び熱伝導率が変化する。従って、本実施形態で使用する光ファイバ１０は、熱容量又は熱伝導率が相互に異なる２つの領域を有しているということができる。
　後述するように、本実施形態では、第１の被覆層１２のみの部分と第２の被覆層１３が配置された部分とを同一の測定箇所に配置してその測定箇所の温度と風速とを測定する。測定箇所が１箇所の場合は第２の被覆層１３を光ファイバ１０の長さ方向の１箇所に配置すればよく、測定箇所が複数の場合は第２の被覆層１３を光ファイバ１０の長さ方向に沿って複数配置することが必要となる。
　温度測定装置２０は、レーザ光源２１と、ビームスプリッタ２２と、光検出器２３と、データ処理部２４とを有している。光ファイバ１０（芯線１１）は、レーザ光源２１及びビームスプリッタ２２と光学的に接続されている。
　レーザ光源２１からは一定の時間間隔でレーザ光（レーザパルス）が出射される。レーザ光源２１から出射されたレーザ光は、ビームスプリッタ２２を透過して光ファイバ１０（芯線１１）内に進入し、光ファイバ１０内を長さ方向に伝搬する。光ファイバ１０内を伝搬する光の一部は、光ファイバ１０（芯線１１）を構成する分子により後方散乱される。後方散乱された光は、光ファイバ１０を戻って光源側端部から出射し、ビームスプリッタ１２により反射されて光検出器２３に入力される。
　光ファイバ１０内で発生する後方散乱光には、図３に示すように、レイリー（Rayleigh）散乱光と、ブリルアン（Brillouin）散乱光と、ラマン（Raman）散乱光とが含まれる。レイリー散乱光は入射光と同一波長の光であり、ブリルアン散乱光及びラマン散乱光は入射波長からシフトした波長の光である。
　ラマン散乱光には、入射光よりも長波長側にシフトしたストークス光と、入射光よりも短波長側にシフトした反ストークス光とがある。ストークス光及び反ストークス光のシフト量はレーザ光の波長や光ファイバ１０（芯線１１）を構成する物質等に依存するが、通常５０ｎｍ程度である。また、ストークス光及び反ストークス光の強度はいずれも温度により変化するが、ストークス光は温度による変化量が小さく、反ストークス光は温度による変化量が大きい。すなわち、ストークス光は温度依存性が小さく、反ストークス光は温度依存性が大きいということができる。光検出器２３は、後方散乱光からストークス光及び反ストークス光を分離してそれぞれの光量を検出する。
　図４は、横軸に時間をとり、縦軸に光検出器２３で検出される信号強度をとって、ラマン散乱光の強度の経時変化の一例を示す図である。光ファイバ１０にレーザパルスを入射した直後から一定の間、光検出器２３にはストークス光及び反ストークス光が検出される。光ファイバ１０の全長にわたって温度が均一の場合、レーザパルスが光ファイバ１０に入射した時点を基準とすると、信号強度は時間の経過とともに減少する。この場合、横軸の時間は光ファイバ１０の光源側端部から後方散乱が発生した位置までの距離を示しており、信号強度の経時的な減少は光ファイバ１０による光の減衰を示している。
　光ファイバ１０の長さ方向にわたって温度が均一でない場合、例えば長さ方向に沿って高温部及び低温部が存在する場合は、ストークス光及び反ストークス光の信号強度は一様に減衰するのではなく、図４に示すように信号強度の経時変化を示す曲線に山及び谷が現れる。図４において、ある時間ｔにおける反ストークス光の強度をＩ1、ストークス光の強度をＩ2とする。
　図５は、図４に示すラマン散乱光の強度の経時変化を基にＩ1／Ｉ2比を時間毎に計算し、且つ図４の横軸（時間）を距離に換算し、縦軸（信号強度）を温度に換算した結果を示す図である。この図５に示すように、反ストークス光とストークス光との強度比（Ｉ1／Ｉ2）を計算することにより、光ファイバ１０の長さ方向における温度分布を測定することができる。
　反ストークス光とストークス光との強度比の計算はデータ処理部２４により行われ、データ処理部２４からは所定の時間毎に光ファイバ１０の長さ方向の温度分布が出力される。解析装置２５は、データ処理部２４から出力された温度分布の経時的変化を解析して温度と風速（流体速度）とを算出する。
　図６は、光ファイバ１０に一定の風速の風を与えた場合に温度測定装置２０で測定される温度の変化の例を示した図である。ここでは、光ファイバ１０の第１の被覆層１２のみの部分（以下、「第１の測定部」という）と第２の被覆層１３が配置された部分（以下、「第２の測定部」という）とが、コイル状に巻かれた状態で同一の場所に配置されているものとする。また、室内には、空調機により空気の流れ（風）が生じているものとする。一般的に、空調機の設定温度を一定にしても、空調機により生じる風の温度は一定ではなく、±０．５℃程度の温度の揺らぎを有する。
　図６に示すように、第１の測定部及び第２の測定部のいずれにおいても、風の温度の揺らぎを受けて、温度測定装置２０で測定される温度は経時的な変化を示す。この場合、第１の測定部における温度変化に対し第２の測定部における温度変化は、変化の幅が小さく、且つ第２の被覆層１３の熱伝導率と熱容量とで決まる時間Δｔの遅延が生じる。第２の被覆層１３は、その熱伝導率と熱容量とで特性が決まる低周波透過フィルタとしての機能を有するということができる。
　遅延や温度変化の幅の違いはあるものの、温度測定装置２０で測定される第２の測定部における温度揺らぎは、第１の測定部における温度揺らぎと基本的に同じ変化を示す。ここで、風速が速いほど、温度の伝達過程で平均化が進むため、第１の測定部における温度揺らぎ幅ΔＴ１に対する第２の測定部における温度揺らぎ幅ΔＴ２の割合が小さくなる。従って、第１の測定部における温度揺らぎ幅ΔＴ１と第２の測定部における温度揺らぎ幅ΔＴ２との比率（ΔＴ２／ΔＴ１）から、風速を求めることができる。
　但し、前述したように、第１の測定部における温度揺らぎと第２の測定部における温度揺らぎとの間には遅延（位相差）があるため、遅延時間を求めて位相差を０としてからΔＴ２／ΔＴ１の値を計算することが好ましい。
　図７は、第１の測定部における温度揺らぎと第２の測定部における温度揺らぎとの間の遅延時間Δｔの算出方法の一例を示す図である。この図７に示すように、第１の測定部における温度揺らぎを時間ｔの関数ｆ1（ｔ）とし、第２の測定部における温度揺らぎを時間ｔの関数ｆ2（ｔ）とする。そして、Δｔを０から少しずつ大きな値に変更してｆ1（ｔ＋Δｔ）－ｆ2（ｔ）の値を計算し、その値が最小となる時間を遅延時間Δｔとする。遅延時間Δｔが決定すれば、第１の測定部における温度揺らぎと第２の測定部における温度揺らぎとの位相差を０とすることができる。
　図８は、横軸に風速をとり、縦軸にΔＴ２／ΔＴ１の値をとって、両者の関係を環境温度毎に示す図である。但し、基準となる風速はベーン式風速計を用いて測定している。この図８に示すように、ΔＴ２／ΔＴ１の値と風速との関係は環境温度によって変化する。従って、環境温度が大きく変化する場合は、予め複数の環境温度でΔＴ２／ΔＴ１の値と風速との関係を求めておくことが必要となる。ここでは、解析装置２５には図８から求めた校正テーブル、すなわち環境温度毎のΔＴ２／ΔＴ１の値と風速との関係を示すテーブルが記憶されているものとする。なお、環境温度毎にΔＴ２／ΔＴ１の値と風速との関係を示す関係式（計算式）を求め、その関係式を解析装置２５に記憶しておいてもよい。
　図９は、本実施形態に係る環境測定方法を示すフローチャートである。
　まず、ステップＳ１１において、温度測定装置２０は、光ファイバ１０の長さ方向の温度分布を測定する。すなわち、レーザ光源２１から一定の時間間隔でレーザ光（レーザパルス）を出射する。その後、光検出器２３は、光ファイバ１０内で発生した後方散乱光からストークス光及び反ストークス光を抽出し、それらの光量の検出値をデータ処理部２４に出力する。データ処理部２４は、ストークス光及び反ストークス光の光量の検出値から光ファイバ１０の長さ方向の温度分布を求め、その結果を解析装置２５に随時出力する。
　次に、ステップＳ１２に移行し、解析装置２５は、データ処理部２４から出力される温度分布から、第１の測定部における温度の経時変化と第２の測定部における温度の経時変化とを抽出する。そして、それらの温度の経時変化を位相分析して遅延時間Δｔを求め、第１の測定部における温度の経時変化と第２の測定部における温度の経時変化との位相差を０とする。また、解析装置２５は、第１の測定部における温度の経時変化の平均値を算出して、環境温度とする。なお、第２の測定部における温度の経時変化の平均値を算出して環境温度としてもよく、第１の測定部及び第２の測定部の両方における経時変化の平均値を算出して環境温度としてもよい。
　次に、ステップＳ１３に移行し、解析装置２５は、第１の測定部における温度変動幅ΔＴ１と第２の測定部における温度変動幅ΔＴ２とを求める。そして、ステップＳ１４において、ΔＴ２／ΔＴ１の値を算出する。
　次に、ステップＳ１５に移行し、解析装置２５は校正テーブルを参照して、ΔＴ２／ΔＴ１の値から風速を求める。ここで、例えば環境温度が２４℃であり、解析装置２５内には２０℃のときの校正テーブルと３０℃のときの校正テーブルしかないとする。この場合、解析装置２５は、２０℃のときの校正テーブルから求めた風速と３０℃のときの校正テーブルから求めた風速とを補間処理して、２４℃のときの風速を算出する。なお、風速の精度がそれほど要求されない場合は、環境温度に最も近い温度の校正テーブル（上記の場合は２０℃のときの校正テーブル）で求めた風速を採用し、補間処理を行わなくてもよい。このようにして、測定箇所毎の温度（環境温度）と風速とが判明する。
　次いで、ステップＳ１６に移行し、解析装置２５は、各測定箇所における温度及び風速の測定結果を、空調設備をコントロールするコントローラ（図示せず）に出力する。コントローラは、解析装置２５から出力された温度及び風速の測定結果を基に空調設備（空調機及びオフィスビル等の施設内の各所に設置されたファン等）をコントロールして、空調の最適化を行う。
　本実施形態では、１本の光ファイバ１０で複数（例えば１００以上）の測定箇所の温度と風速（流体の速度）とを同時に測定することができる。このため、測定箇所毎に温度センサ及び風速センサを個別に配置するシステムに比べてシステムの構成が簡単であり、システムを構築するためのコスト及びメンテナンスに要するコストが低減される。また、本実施形態では、風速の測定に発熱体が必要ではなく、発熱体に供給する電力も必要ない。このため、システム全体の消費電力が少なくてすむ。これらの理由により、本実施形態に係る環境測定システムは、データセンターや大規模オフィスビル及び工場などの施設内の多数の測定箇所の温度及び風速の測定に好適である。
　なお、本実施形態ではラマン散乱光（ストークス光及び反ストークス光）により温度分布を測定するものとしているが、ブリルアン散乱光により温度分布を測定することも可能である。
　以下、本実施形態に係る環境測定方法により温度と風速とを実際に測定した結果について説明する。
　センサとなる光ファイバには、マルチモード・グレーデッドインデックス型石英光ファイバ（HFR-2Z-1：古河電気工業株式会社製）を使用した。この光ファイバは芯線１１をポリウレタン樹脂で被覆したものであり、このポリウレタン樹脂の層を第１の被覆層１２とした。光ファイバの直径（第１の被覆層１２の外径）は２５０μｍ、芯線１１の直径は１２５μｍである。
　この光ファイバの周囲に、紫外線硬化型シリコーン樹脂ワニス（X-31-2011-1：信越化学工業株式会社製）を光ファイバの長さ方向に沿って１ｍずつ２ｍのピッチでコーティングし、第２の被覆層１３とした。この第２の被覆層１３の厚さは０．３ｍｍである。なお、シリコーン樹脂ワニスを光ファイバに塗布した後、当該光ファイバを１ｍ／minの速度で掃引しながら高圧水銀灯（１６０Ｗ／ｃｍ）の光（紫外線）を照射してシリコーン樹脂ワニスを硬化させた。
　この第１の被覆層１２及び第２の被覆層１３を有する光ファイバを、温度及び速度が一定の風を送ることが可能な風洞内に敷設した。そして、その光ファイバの終端を温度測定装置２０となるラマン散乱光測定装置（DTS800M：SENSA社製）に接続した。
　また、風洞内には、熱線式風速計も配置した。そして、風洞の風速設定値を１ｍ／ｓから１０ｍ／ｓまで変化させて、熱線式風速計及び本実施形態に係る環境測定方法により風速を測定した。なお、本実施形態に係る環境測定方法では、ラマン散乱光測定装置により、第１の被覆層１２のみの部分と第２の被覆層１３が配置された部分の温度を１０秒毎にサンプリングして記録した。そして、そのデータを使用して第１の被覆層１２のみの部分から風の温度（環境温度）を算出した。また、第１の被覆層１２のみの部分と第２の被覆層１３が配置された部分の温度揺らぎ幅の比率（ΔＴ２／ΔＴ１）を算出し、その値を図８を用いて風速に換算した。
　図１０は、本実施形態に係る環境測定方法による風速測定値と熱線式風速計による風速測定値との相関を示す図である。この図１０に示すように、本実施形態の環境測定方法により測定した風速と熱線式風速計による測定した風速との誤差は１０％以下であり、ほぼ一致していることが確認された。
　本実施形態に係る環境測定方法では、電力を消費するのは温度測定装置２０及び解析装置（コンピュータ）２５のみであり、全長２ｋｍの光ファイバを用いて環境測定を行った場合の消費電力はおおよそ２００Ｗ又はそれ以下である。
　なお、本実施形態では第２の被覆層１３を樹脂（高分子材料）により形成しているが、第２の被覆層１３を金属材料又は無機材料などにより形成してもよい。また、これらの材料を複合化したものを用いて第２の被覆層１３を形成してもよい。被覆層の材質により熱容量や熱伝導率が変化し、光ファイバのセンサとしての特性を調整することができる。
　（第２の実施形態）
　図１１は、第２の実施形態に係る環境測定システムの概要を示すブロック図である。図１１において、図１と同一物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
　本実施形態においては、２本の光ファイバ３２，３３を接続可能な温度測定装置３０を使用する。本実施形態において使用する温度測定装置３０は、光スイッチ３１を有しており、この光スイッチ３１によりレーザ光源２１及びビームスプリッタ２２と光ファイバ３２，３３との間の光学的接続を制御することができる。例えば、前述したラマン散乱測定装置（DTS800M：SENSA社製）は、その内部に設けられた光スイッチを介して複数の光ファイバとレーザ光源及びビームスプリッタとの間を光学的に切替えることができる。なお、光スイッチ３１により光接続を切り替える方式の温度測定装置３０に替えて、レーザ光源２１、ビームスプリッタ２２及び光検出器２３を複数組有する温度測定装置を使用してもよい。
　温度測定装置３０に接続される一方の光ファイバ（以下、「第１の光ファイバ」という）３２は、芯線１１の周囲を第１の被覆層１２のみで被覆したものである。この第１の光ファイバ３２として、例えば前述のマルチモード・グレーデッドインデックス型石英ファイバ（HFR-2Z-1：古河電気工業株式会社製）を使用することができる。
　温度測定装置３０に接続される他方の光ファイバ（以下、「第２の光ファイバ」という）３３は、芯線１１の周囲を第１の被覆層１２と第２の被覆層１３とにより２重に被覆したものである。この第２の光ファイバ３３として、例えば第１の光ファイバ３２と同一の光ファイバの周囲に発泡性ウレタン樹脂（第２の被覆層１３）を０．２ｍｍの厚さで被覆したものを使用することができる。なお、第２の光ファイバ３３は被覆層が１層でもよく、その場合は第１の光ファイバ３２の被覆層１２に対し熱容量及び熱伝導率の少なくとも一方が異なる被覆層を用いることが必要である。
　第１の光ファイバ３２及び第２の光ファイバ３３は、施設内の測定箇所に並行且つ近接して敷設する。第１の光ファイバ３２と第２の光ファイバ３３との間隔は、例えば５ｍｍ程度とする。そして、温度測定装置３０から第１の光ファイ３２及び第２の光ファイバ３３にそれぞれレーザ光を入射し、後方散乱光により測定箇所の温度を測定する。この場合、第２の光ファイバ３３には第２の被覆層１３が設けられているため、第２の光ファイバ３３で測定される温度の経時変化は第１の光ファイバ３２で測定される温度の経時変化に対し変化の幅が小さく、且つ時間の遅れが生じる。このため、本実施形態においても、第１の実施形態と同様に図９のフローチャートに示す処理を実施して、測定箇所の環境温度及び風速を測定することができる。
　本実施形態においては、２本の光ファイバが必要であるが、第１の実施形態と同様に、複数の測定箇所の温度と風速（流体の速度）とを同時に測定することができる。このため、測定箇所毎に温度センサ及び風速センサを個別に配置するシステムに比べてシステムの構成が簡単であり、システムを構築するためのコスト及びメンテナンスに要するコストが低減される。また、本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、風速の測定に発熱体が必要ではなく、発熱体に供給する電力も必要ない。このため、消費電力が少なくてすむ。
　（その他の実施形態）
　図１２，図１３は、その他の実施形態に係る環境測定システムの光ファイバを示す図である。これらの図１２，図１３において、図２と同一物には同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。
　前述の第１及び第２の実施形態では、いずれもセンサとなる光ファイバの周面が滑らかであるものとしたが、図１２（ａ），（ｂ）に示すように光ファイバの周面に溝を形成してもよい。
　図１２（ａ）に示す光ファイバ４１は、その最外周の被覆層１３の周面に、長さ方向に延びる複数の溝４１ａが設けられている。このように被覆層１３の周面に溝４１ａを設けることにより被覆層１３の表面積が増大し、風と被覆層１３との間の熱交換が迅速に行われる。
　図１２（ｂ）に示す光ファイバ４２は、その最外周の被覆層１３の周面に、周方向に延びる複数の溝４２ａが設けられている。センサとなる光ファイバは、風の流れ方向に対し直交するように敷設する。図１２（ａ）に示す光ファイバ４１では風が溝に直交する方向に進むため、風の流れに乱れが発生することが考えられる。これに対し、図１２（ｂ）に示す光ファイバ４２では、溝４２ａに平行な方向に風が流れるため、風の流れの乱れが図１２（ａ）に示す光ファイバ４１よりも少なくなる。図１２（ａ），（ｂ）に示すように光ファイバの周面に溝を形成することで、センサとしての特性を調整することができる。
　また、被覆層の熱特性（熱容量及び熱伝導率）を制御することを目的とし、図１３（ａ），（ｂ）に示すように被覆層１３に気泡を含有するようにしてもよい。図１３（ａ）に示す光ファイバ４３は被覆層１３に多数の独立した気泡を有するものであり、図１３（ｂ）に示す光ファイバ４４は被覆層１３に多数の連続した気泡を有するものである。
                                                                                

Claims (15)

  1. 　被覆層の熱容量及び熱伝導率の少なくとも一方が異なる第１の測定部及び第２の測定部を備えた光ファイバと、
    　前記光ファイバに光を入射し、前記光ファイバから出射される後方散乱光を受光して前記光ファイバの長さ方向の温度分布を測定する温度測定装置と、
    　前記温度測定装置から出力される温度分布の経時変化を解析して前記第１の測定部及び前記第２の測定部が配置された測定場所の温度と風速とを算出する解析装置と
    　を有することを特徴とする環境測定システム。
  2. 　前記光ファイバには、その長さ方向に沿って前記第１の測定部及び前記第２の測定部が複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載の環境測定システム。
  3. 　前記解析装置は、前記第１の測定部における温度の経時変化と前記第２の測定部における温度の経時変化との位相差を補正することを特徴とする請求項１又は２に記載の環境測定システム。
  4. 　前記解析装置は、前記第１の測定部における温度の変動幅と前記第２の測定部における温度の変動幅との比率を算出することを特徴とする請求項１に記載の環境測定システム。
  5. 　前記解析装置には、風速と、前記第１の測定部における温度の変動幅と前記第２の測定部における温度の変動幅との比率との関係が記憶されていることを特徴とする請求項４に記載の環境測定システム。
  6. 　前記第１の測定部は第１の被覆層のみを有し、前記第２の測定部は前記第１の被覆層と該第１の被覆層の周囲に配置された第２の被覆層とを有することを特徴とする請求項１に記載の環境測定システム。
  7. 　前記第１の被覆層が高分子材料により形成され、前記第２の被覆層が高分子材料、金属材料及び無機材料のいずれか、又はそれらの材料を複合した材料により形成されていることを特徴とする請求項６に記載の環境測定システム。
  8. 　前記第２の被覆層の周面に溝が設けられていることを特徴とする請求項６に記載の環境測定システム。
  9. 　前記第２の被覆層内に気泡が設けられていることを特徴とする請求項６に記載の環境測定システム。
  10. 　被覆層の熱容量及び熱伝導率の少なくとも一方が異なる第１の光ファイバ及び第２の光ファイバと、
    　前記第１の光ファイバ及び前記第２の光ファイバに光を入射し、前記第１の光ファイバ及び前記第２の光ファイバから出射される後方散乱光を受光して前記第１の光ファイバ及び前記第２の光ファイバの長さ方向の温度分布を測定する温度測定装置と、
    　前記温度測定装置から出力される温度分布の経時変化を解析して前記第１の光ファイバ及び前記第２の光ファイバが配置された測定場所の温度と風速とを算出する解析装置と
    　を有することを特徴とする環境測定システム。
  11. 　前記解析装置は、前記第１の光ファイバのうち前記測定場所に配置された部分における温度の経時変化と、前記第２の光ファイバのうち前記測定場所に配置された部分における温度の経時変化との位相差を補正することを特徴とする請求項１０に記載の環境測定システム。
  12. 　前記解析装置は、前記第１の光ファイバのうち前記測定場所に配置された部分における温度の変動幅と、前記第２の光ファイバのうち前記測定場所に配置された部分における温度の変動幅との比率を算出することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の環境測定システム。
  13. 　前記解析装置には、風速と、前記第１の光ファイバにおける温度の変動幅と前記第２の光ファイバにおける温度の変動幅との比率との関係が記憶されていることを特徴とする請求項１０に記載の環境測定システム。
  14. 　同一の測定場所に光ファイバの第１の測定部及び第２の測定部を配置する工程と、
    　前記光ファイバに光を入射し、前記光ファイバから出射される後方散乱光から前記第１の測定部における温度の経時変化と前記第２の測定部における温度の経時変化とを測定する工程と、
    　前記第１の測定部における温度の経時変化及び前記第２の測定部における温度の経時変化の少なくとも一方から前記測定場所の温度を算出する工程と、
    　前記第１の測定部における温度の変動幅と前記第２の測定部における温度の変動幅との比率から前記測定場所における風速を算出する工程とを有し、
    　前記光ファイバの前記第１の測定部及び前記第２の測定部は、被覆層の熱容量及び熱伝導率の少なくとも一方が異なることを特徴とする環境測定方法。
  15. 　前記第１の測定部における温度の経時変化と前記第２の測定部における温度の経時変化とを測定する工程と前記風速を求める工程との間に、
    　前記第１の測定部における温度の経時変化と前記第２の測定部における温度の経時変化との位相差を補正する工程を有することを特徴とする請求項１４に記載の環境測定方法。
                                                                                    
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