WO2016181540A1 - 温度測定装置、温度測定方法および温度測定プログラム - Google Patents

温度測定装置、温度測定方法および温度測定プログラム Download PDF

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WO2016181540A1
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temperature
optical fiber
stokes
component
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宇野和史
笠嶋丈夫
有岡孝祐
福田裕幸
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富士通株式会社
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
    • 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
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • 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

  • This case relates to a temperature measurement device, a temperature measurement method, and a temperature measurement program.
  • the present case has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a temperature measuring device, a temperature measuring method, and a temperature measuring program capable of correcting a measured temperature.
  • the temperature measurement device includes a light source that enters light into an optical fiber, a detector that detects a Stokes component and an anti-Stokes component from backscattered light from the optical fiber, and a predetermined sample point of the optical fiber.
  • a predetermined range including the sample point is calculated according to the magnitude of the correlation between the Stokes component and the anti-Stokes component, and the Stokes component and the anti-Stokes component are smoothed in the predetermined range.
  • a correction unit and a measurement unit that measures the temperature of the sample point using the Stokes component after smoothing and the anti-Stokes component after smoothing.
  • Measured temperature can be corrected.
  • (A) is the schematic showing the whole structure of the temperature measuring device which concerns on embodiment
  • (b) is a block diagram for demonstrating the hardware constitutions of a control part. It is a figure showing the component of backscattered light.
  • (A) is a figure which illustrates the relationship between the elapsed time after light-pulse emission by a laser, and the light intensity of a Stokes component and an anti-Stokes component
  • (b) is the detection result of (a), and Formula (1). It is the temperature calculated using An example of response when a part of the optical fiber is immersed in hot water of about 55 ° C. at room temperature of about 24 ° C. is shown. It is a figure which shows the result obtained from FIG. 4 and Formula (2).
  • FIG. 10 is a diagram in which temperatures are calculated by averaging Stokes components and anti-Stokes components of two signals incident from both ends of FIG. 9. It is a figure which illustrates measurement accuracy quantitatively.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating another application example.
  • (A) And (b) is a figure which illustrates another example of application.
  • (A) And (b) is a figure which illustrates another example of application.
  • (A) to (c) are the results when a light pulse is incident from the first end side. This is a result when a light pulse is incident from the first end side.
  • FIGS. 24A to 24C and FIG. 25 are the results when a light pulse is incident from the second end (L meter) side. This is a result when a light pulse is incident from the second end (L meter) side.
  • the temperature distribution obtained from FIGS. 24A to 24C and FIG. 25 is illustrated. It is a partially enlarged view of FIG.
  • the temperature distribution obtained from FIGS. 26A to 26C and FIG. 27 is illustrated.
  • FIG. 31 is a partially enlarged view of FIG. 30.
  • An example of comparison between before and after the application of the present embodiment to loop measurement is illustrated.
  • An example of comparison between before and after the application of the present embodiment to loop measurement is illustrated.
  • FIG. 11 shows a quantitative comparison of each temperature distribution after the processing of FIGS.
  • (A) is a figure which illustrates the comparison with the Stokes component before and behind a process, and an anti-Stokes component, when an optical pulse injects from the 1st end side
  • (b) is an enlarged view of the interference waveform area of FIG. . It is a figure which illustrates comparison of temperature distribution.
  • (A) And (b) illustrates the case where the light pulse is incident from the second end. It is a figure which illustrates comparison of temperature distribution. Examples of temperature distributions in the case of loop measurement obtained using the Stokes component and anti-Stokes component after the processing of FIGS. Examples of temperature distributions in the case of loop measurement obtained using the Stokes component and anti-Stokes component after the processing of FIGS. The measurement accuracy calculated from each waveform in FIGS. 40A to 45 and the reduction rate based on FIG. 37 are shown.
  • FIG. 1A is a schematic diagram illustrating an overall configuration of a temperature measuring apparatus 100 according to the embodiment.
  • the temperature measuring device 100 includes a measuring machine 10, a control unit 20, and the like.
  • the temperature measuring device 100 is connected to the optical fiber 30.
  • the measuring device 10 includes a laser 11, a beam splitter 12, an optical switch 13, a filter 14, a plurality of detectors 15a and 15b, and the like.
  • the control unit 20 includes an instruction unit 21, a temperature measurement unit 22, a correction unit 23, and the like.
  • FIG. 1B is a block diagram for explaining the hardware configuration of the control unit 20.
  • the control unit 20 includes a CPU 101, a RAM 102, a storage device 103, an interface 104, and the like. Each of these devices is connected by a bus or the like.
  • a CPU (Central Processing Unit) 101 is a central processing unit.
  • the CPU 101 includes one or more cores.
  • a RAM (Random Access Memory) 102 is a volatile memory that temporarily stores programs executed by the CPU 101, data processed by the CPU 101, and the like.
  • the storage device 103 is a nonvolatile storage device.
  • the storage device 103 for example, a ROM (Read Only Memory), a solid state drive (SSD) such as a flash memory, a hard disk driven by a hard disk drive, or the like can be used.
  • a ROM Read Only Memory
  • SSD solid state drive
  • the CPU 101 executes the temperature measurement program stored in the storage device 103
  • an instruction unit 21, a temperature measurement unit 22, a correction unit 23, and the like are realized in the control unit 20.
  • the instruction unit 21, the temperature measurement unit 22, and the correction unit 23 may be hardware such as a dedicated circuit.
  • the laser 11 is a light source such as a semiconductor laser, and emits laser light in a predetermined wavelength range in accordance with an instruction from the instruction unit 21.
  • the laser 11 emits light pulses (laser pulses) at predetermined time intervals.
  • the beam splitter 12 makes the optical pulse emitted from the laser 11 enter the optical switch 13.
  • the optical switch 13 is a switch for switching the emission destination of the incident optical pulse, and injects the optical pulse alternately into the first end and the second end of the optical fiber 30 at a constant period in accordance with an instruction from the instruction unit 21.
  • the length of the optical fiber 30 is L meters (m)
  • the position of the first end is 0 meters (m)
  • the position of the second end is L meters (m).
  • the light pulse incident on the optical fiber 30 propagates through the optical fiber 30.
  • the light pulse gradually attenuates and propagates through the optical fiber 30 while generating forward scattered light traveling in the propagation direction and back scattered light (returned light) traveling in the feedback direction.
  • the backscattered light passes through the optical switch 13 and enters the beam splitter 12 again.
  • the backscattered light incident on the beam splitter 12 is emitted to the filter 14.
  • the filter 14 is a WDM coupler or the like, and extracts a long wavelength component (a Stokes component described later) and a short wavelength component (an anti-Stokes component described later) from the backscattered light.
  • the detectors 15a and 15b are light receiving elements.
  • the detector 15a converts the received light intensity of the short wavelength component of the backscattered light into an electrical signal and transmits it to the temperature measurement unit 22 and the correction unit 23.
  • the detector 15 b converts the received light intensity of the long wavelength component of the backscattered light into an electrical signal and transmits it to the temperature measurement unit 22 and the correction unit 23.
  • the correction unit 23 corrects the Stokes component and the anti-Stokes component.
  • the temperature measurement unit 22 performs temperature measurement using the Stokes component and the anti-Stokes component.
  • FIG. 2 is a diagram showing components of backscattered light.
  • backscattered light is roughly classified into three types. These three types of light are in order of increasing light intensity and closer to the incident light wavelength, such as Rayleigh scattered light used for OTDR (optical pulse tester), Brillouin scattered light used for strain measurement, temperature measurement, etc.
  • Raman scattered light used in The Raman scattered light is generated by the interference between the lattice vibration in the optical fiber 30 that changes according to the temperature and the light. Short-wavelength components called anti-Stokes components are generated by the strengthening interference, and long-wavelength components called Stokes components are generated by the weakening interference.
  • FIG. 3A is a diagram illustrating the relationship between the elapsed time after light pulse emission by the laser 11 and the light intensity of the Stokes component (long wavelength component) and the anti-Stokes component (short wavelength component).
  • the elapsed time corresponds to the propagation distance in the optical fiber 30 (position in the optical fiber 30).
  • the light intensities of the Stokes component and the anti-Stokes component both decrease with elapsed time. This is because the light pulse gradually attenuates and propagates through the optical fiber 30 while generating forward scattered light and back scattered light.
  • the light intensity of the anti-Stokes component is stronger than the Stokes component at a position where the temperature is high in the optical fiber 30, and compared to the Stokes component at a position where the temperature is low. Become weaker. Therefore, the temperature at each position in the optical fiber 30 can be detected by detecting both components with the detectors 15a and 15b and using the difference in characteristics between the two components.
  • the region showing the maximum is a region where the optical fiber 30 is intentionally heated with a dryer or the like in FIG.
  • region which shows minimum is an area
  • the temperature measurement unit 22 measures the temperature from the Stokes component and the anti-Stokes component for each elapsed time. Thereby, the temperature of each position in the optical fiber 30 can be measured.
  • the temperature measurement unit 22 measures the temperature at each position in the optical fiber 30 by calculating the temperature according to the following formula (1), for example.
  • FIG. 3B shows the temperature calculated using the detection result of FIG. 3A and the above equation (1).
  • the horizontal axis of FIG.3 (b) is the position in the optical fiber 30 calculated based on elapsed time.
  • the temperature at each position in the optical fiber 30 can be measured by detecting the Stokes component and the anti-Stokes component.
  • the laser 11 makes an optical pulse incident on the optical fiber 30 at a constant period.
  • the spatial resolution is improved as the pulse width of the light pulse is narrowed.
  • the temperature can be measured by the above equation (1).
  • the incident position is switched between the first end and the second end at a constant period as in the present embodiment, the anti-Stokes light amount and the Stokes light amount are averaged (calculated average value) at the position of each optical fiber 30. That's fine.
  • This switching method is called “loop measurement”, “double end measurement”, “dual end measurement”, or the like.
  • FIG. 4 shows a response example when a part of the optical fiber 30 is immersed in hot water of about 55 ° C. at a room temperature of about 24 ° C.
  • the peak temperature is 55 ° C. which is the same as that of hot water at about 2 m or more. Therefore, in order to measure an accurate temperature, it is preferable to lengthen the temperature measurement target section.
  • the sensitivity of the measurement system is defined by the following equation (2).
  • Sensitivity (peak temperature at hot water immersion position-room temperature measured with fiber before and after immersion position) / applied temperature x 100 (%) (2)
  • the results obtained from FIG. 4 and the above equation (2) are shown in FIG. As illustrated in FIG. 5, there is a slight overshoot. This is because the impulse response of the system is not Gaussian and has a negative component close to a sinc function and a higher-order peak, as will be described later.
  • the minimum length at which the sensitivity is 100% or can be considered is referred to as the minimum heating length.
  • the impulse response of the system is obtained.
  • FIG. 6 illustrates a typical example of the determined impulse response.
  • the impulse response can be regarded as a waveform that has been subjected to window function processing such that a position away from the center is attenuated cleanly in a sinc function.
  • the overshoot of the sensitivity curve in FIG. 5 is caused by this impulse response waveform. If this impulse response is convoluted with the applied temperature distribution along the length direction of the optical fiber 30, the output can be predicted almost accurately.
  • FIGS. 7A to 7C are diagrams illustrating a comparison between the output waveform estimated from the impulse response for each immersion length and the actually obtained output waveform. As illustrated in FIGS. 7A to 7C, the output waveform can be predicted almost accurately. In the 3.25 m immersion of FIG. 7A, the peak is flattened due to interference between the impulse response convolutions.
  • FIG. 8 a section not applied to the center is provided for the two high temperature application sections of 20 cm (that is, in the case of immersion in hot water, it is taken out into the air), and the width of the section is gradually changed.
  • the minimum temperature in the central non-heating section becomes equal to the reference temperature, that is, the interference of the impulse response waveform can be ignored. This is a case where the width is larger than the interval width, for example, about the primary component width.
  • the zeroth-order component width is centered on that position. It is preferable to pay attention to the temperature change in the above-described range and the primary component width or less.
  • the light pulse propagates while gradually spreading and attenuating due to the influence of wavelength spread, incident angle of view, scattering, and the like. Therefore, it is preferable that the impulse response is measured and calculated at the center position when the fiber having the maximum usable length described in the specification of the optical fiber 30 is connected, or the impulse response is measured at the near end, the center, or the far end. It is preferable to take measures such as taking the average of the places.
  • a plurality of ranges in which the difference between the convolution and the output data as illustrated in FIGS. are preferably measured, calculated and stored at the center position of each section, and the stored impulse response is used for each section. Since the impulse response waveform changes slightly with the passage of time due to laser degradation or the like, it is preferable to calibrate the impulse response at the same position as the first acquisition for every predetermined period in order to measure temperature with higher accuracy. .
  • FIG. 9 shows an example of a temperature distribution when a pulse is incident from one end obtained by detection of backward Raman scattered light.
  • the waveform when entering from the first end (0 meter) illustrated in FIG. 1 and the waveform when entering from the second end (L meter) are illustrated in an overlapping manner.
  • the variation in the measured temperature is small near the first end, and the variation in the measured temperature increases toward the second end.
  • the variation in measured temperature is small near the second end, and the variation in measured temperature increases toward the first end.
  • the vicinity of 3000 m where the temperature change is large is a connector connection position where cleaning is insufficient, and the 4900 m point is a place immersed in hot water.
  • the optical fiber 30 is wound around a plurality of bobbins to form a path, and since the average temperatures thereof are slightly different, a plurality of steps are generated. According to FIG. 9, it can be seen that the further away from the light source, the larger the variation and the lower the measurement accuracy.
  • FIG. 10 shows the temperature obtained by averaging (calculating an average value) the Stokes component and the anti-Stokes component of the two signals incident from both ends of FIG. This is an example of a so-called double end or dual end method.
  • the averaging the decrease in the measurement accuracy of the end point is moderated as compared with FIG. 9, but does not reach the end point on the good side.
  • FIG. 11 quantitatively illustrates the measurement accuracy. This is the value of the standard deviation 3 ⁇ calculated using the values of 100 m for each of the three flat portions where there is no temperature change. It can be confirmed that the average (loop type) is an average value of the value when incident from 0 (m) and the value when incident from L (m).
  • a bandpass filter that cuts both low and high frequencies (and midrange) other than the required signal band, and a noise model are designed, and an effective signal band is determined based on it.
  • applications such as adaptive filters to extract.
  • FIG. 12 the temperature distribution of the immersion section in the hot water of L meter side one end extracted from FIG. 9 extracted from FIG. 9 and the flat temperature part near 200 m extracted from FIG. The fluctuation of the temperature of the flat temperature part is due to noise.
  • FIG. 14 illustrates a Stokes component and an anti-Stokes component which are original signals for calculating the temperature distribution illustrated in FIG.
  • two light quantities in ln () are caused by temperature noise.
  • the noise is small for both the Stokes component and the anti-Stokes component on the incident end side of the optical fiber 30, but the noise of the anti-Stokes component is particularly large at the output end. That is, in order to reduce noise, it is preferable to pay attention to a method that can reduce the noise of the anti-Stokes component at the emission end.
  • FIG. 15 illustrates Stokes components and anti-Stokes components when a light pulse is incident from one end of the 0 meter side at the hot water immersion position.
  • both signals show changes at locations where the temperature changes, and are attenuated as light propagates at other locations.
  • the change in temperature means that the Stokes component and the anti-Stokes component change in synchronization with the length direction of the optical fiber 30.
  • the synchronization range can be limited, it can be considered that the other regions do not change with respect to the temperature of the adjacent fiber position on the light source side, or that the inclination changes gently.
  • Optical fiber temperature measurement by detection of back Raman scattered light may show approximately the same minimum heating length response within a fixed interval.
  • the fiber having the minimum heating length is heated more than around the constant temperature, a waveform almost the same as the impulse response of FIG. 6 is obtained.
  • the range affecting the surroundings may be focused on the range of the zeroth-order component width where the gradient is reversed and the first-order component width where the amplitude is attenuated to almost zero.
  • FIG. 16 is an example of a flowchart executed when the temperature measuring apparatus 100 performs temperature measurement.
  • the correction unit 23 includes a sample point, and the correlation magnitude ⁇ between the Stokes component and the anti-Stokes component in a predetermined region (specified range) that is greater than or equal to the zeroth order component width and less than or equal to the first order component width of the minimum heating length response waveform It calculates
  • the sample point is a temperature measurement target point in the length direction of the optical fiber 30.
  • the Pearson product moment correlation coefficient around the sample point k of the optical fiber 30 is ⁇ [k]
  • the Stokes component array is STK [k]
  • the anti-Stokes component array is ASTK [k]
  • the number of samples in the specified range is n
  • n is the average of the designated range of STK [k]
  • STKave is the average of the designated range of STTK [k]
  • the average of the designated range of ASTK [k] is ASTKave
  • the above equation (3) can be expressed specifically as the following equation (4): it can.
  • the Pearson product-moment correlation coefficient is used for the rankings.
  • the correction formula is used.
  • the Stokes component and the anti-Stokes component hardly occur at the same rank, and therefore, the process of making the first occurrence higher may be used.
  • ⁇ 3.6 m is set as a range that matches the above condition in the section indicated by the impulse response in FIG. 6, and the Pearson product-moment correlation coefficient and the Spearman rank correlation with the data in FIGS.
  • the number comparison is illustrated in FIG.
  • the Pearson product moment correlation coefficient is 1 or ⁇ 1
  • a perfect correlation a high correlation of 0.7 to less than 1 in absolute value
  • 0.2 or less is treated as no correlation.
  • the slope of Spearman changes more in the region of 0.2 or less where there is no correlation, it is almost 1: 1 for the value of 0.3 or more in the low correlation range. Produces equivalent results. If it is standardized, it may be made by itself or of course using other correlation coefficients.
  • the correction unit 23 determines whether or not the correlation coefficient ⁇ is equal to or less than a threshold value (for example, 0.2 or less) (step S2).
  • a threshold value for example, 0.2 or less
  • the correction unit 23 expands the smoothing range of the sample point of interest to the smoothing upper limit value (Step S3).
  • the smoothing upper limit value can be, for example, a total of 11 samples of 6 samples on one side with reference to the sample point.
  • amendment part 23 makes the smoothing range the part for the integer sample rounded to 1 / (alpha) about one side (step S4).
  • step S3 or step S4 the correction unit 23 smoothes the Stokes component and the anti-Stokes within the determined smoothing range.
  • the temperature measurement unit 22 calculates the temperature of the sample point using the Stokes component and the anti-Stokes component corrected by the correction unit 23 (step S5). If the correlation coefficient ⁇ is 1 or a value close to 1, the smoothing range is 1, and smoothing is not performed.
  • the smoothing process is a process for suppressing variation in data within a predetermined range.
  • the average value of the data in the obtained smoothing range is calculated, but other averages such as an arithmetic average considering weighting, a geometric average, and a harmonic average may be used.
  • the reciprocal of the magnitude of the correlation coefficient is used as the index of the smoothing range, but the reciprocal may not necessarily be used. If the correlation coefficient is large, the smoothing range is relatively narrow. If the correlation coefficient is small, the smoothing range is relatively large. If the correlation coefficient is further reduced, the smoothing range is limited to a predetermined upper limit. Good.
  • FIG. 18 shows another example of a flowchart executed when the temperature measuring apparatus 100 performs temperature measurement.
  • Steps S1 to S13 and step S17 are the same processes as steps S1 to S3 and step S5 in FIG.
  • the correction unit 23 determines whether or not the correlation coefficient ⁇ is greater than or equal to a threshold value (for example, 0.55) larger than the threshold value in Step S12 (Step S14).
  • amendment part 23 sets the smoothing range to 1 (step S15).
  • step S14 When it determines with "No” at step S14, the correction
  • the correlation coefficient is only about 0.5 to 0.66 in the case of a minute temperature change due to noise. If the reciprocal number is rounded off, the number of smoothing elements (number of samples) becomes 2, and smoothing is performed with 3 data including both adjacent data. However, since the temperature change is very small, the detection sensitivity may be further reduced. is there. However, it is possible to suppress a decrease in detection sensitivity by providing a threshold value on the large side as well. In general, noise is increased when the correlation coefficient is 0.4 or less, so that no particular problem occurs.
  • the upper limit width of the predetermined region obtained from the smoothing upper limit value shown in FIGS. 16 and 18 is also equal to or smaller than the above-described primary component width of the minimum heating length. This is because when the width of the primary component is exceeded, the smoothed signal is highly likely to be affected by the crosstalk of adjacent signals. For example, when the obtained correlation coefficient is ⁇ 1, it is classified as complete correlation, but in the present application, it is treated as noise. For example, if the temperature rises, both Stokes and anti-Stokes will rise upward, and if the temperature falls, both will protrude downward, but the opposite direction means noise at the time when the temperature has not changed. This is because there is no possibility other than the state.
  • the Stokes component and the anti-Stokes component are smoothed in the smoothing range corresponding to the magnitude of the correlation between the Stokes component and the anti-Stokes component in the predetermined region including the predetermined sample point.
  • the measured temperature can be corrected.
  • the smoothing interval becomes longer as the correlation becomes smaller. In this case, noise is further reduced. It is preferable to set an upper limit on the length of the smoothing section. In this case, redundancy in the smoothing section is suppressed, and a decrease in temperature measurement accuracy is suppressed.
  • the said small correlation means that a temperature change is small around the said sample point, even if it performs smoothing, the fall of measurement temperature accuracy is suppressed.
  • the smoothing interval becomes shorter or is not corrected.
  • the temperature measurement apparatus 100 can be applied to various temperature measurement objects.
  • FIG. 19 it is conceivable to lay an optical fiber in a branch pipe of a high-temperature and high-pressure raw material transport pipe.
  • heat insulation and protection are provided by the racking material and the outer metal plate, so even if leakage occurs due to corrosion of the connection joint, it does not lead to a serious situation that leads to fire accidents, etc. Often not found. Therefore, it is wrapped around the connection joint of the optical fiber, and by comparing the correlation between changes in the temperature at each optical fiber position, even if the outside air temperature or the internal temperature / pressure changes, the leakage of the connection can be accurately performed.
  • Presence or absence can be detected early.
  • a means for comparing the correlation between the temperatures of the respective optical fiber positions there is a method of generating a dispersion covariance matrix using the temperature of each optical fiber position as an element and performing an outlier test by a method such as Mahalanobis distance or MSD method.
  • FIG. 20 exemplifies application to a method of measuring the passing air temperature by a large number of winding parts manufactured with a single optical fiber. Each wound portion is wound around the same place several times with substantially the same diameter and is connected to the adjacent wound portion. What temperature distribution should be obtained if the average temperature of each winding unit is acquired using the measuring device 10 and the control unit 20 according to the above embodiment and gradation is generated as the representative temperature of the center position coordinates of each winding unit? It is possible to measure whether or not the wind passes through the sheet / frame where the fiber is laid. As the number of turns wound around each winding part is increased, the number of measurement points to be averaged is increased and the apparent measurement accuracy is improved, so that a desired measurement accuracy can be obtained in a short time measurement.
  • the attenuation of the incident pulse is reduced, so that the measurement accuracy is improved.
  • the output temperature data itself is required to be highly accurate. If the above embodiment is applied, this requirement can be realized.
  • 21 (a) and 21 (b) exemplify an example in which a fiber net in which a large number of winding parts manufactured using heat-resistant fibers are connected is laid on the surface of the melting furnace. Each fiber net is connected, but the fibers at the entrance and exit of the two nets at the end are connected to the measuring device 10 and the control unit 20 to perform loop measurement.
  • the relationship between the positions of the nets 1 to 3 and the temperature distribution is displayed in a two-dimensional gradation illustrated in FIG. 21B, and the generated two-dimensional gradation is generated at a position corresponding to the direction of each net with respect to the reference direction of the melting furnace. By fitting, the surface temperature of the melting furnace can be visualized easily.
  • the Mahalanobis distance of the Mahalanobis distance is calculated using the time transition of the relative temperature change between the winding portions of each net. Even in the case of analyzing a sign of abnormality from a change or a change in a value calculated by the MSD method, temperature measurement can be performed with high accuracy.
  • the optical fiber is laid in a straight line or a certain amount of meandering to the exhaust surface side in the upper part of the intake surface of the server rack. Then, the temperature of the rack part is measured in advance by some method, and the length of the optical fiber corresponding to the upper part of each rack is determined by associating the number of margins with the installed optical fiber. Set the alarm threshold.
  • the server rack is generally about 60 cm or 70 cm.
  • the data sampling interval is 50 cm
  • the number of measurement points is only one or two, so the measurement accuracy of the loop measurement level is required. is there.
  • temperature measurement can be performed with high accuracy.
  • control that can increase the margin by increasing the air conditioning becomes possible, and both energy saving and safety can be achieved.
  • FIG. 23 exemplifies the application to the cultivation of high-quality fruits and theft prevention in a greenhouse.
  • the example of FIG. 23 is based on the premise of cultivation of crown melon, for example.
  • An optical fiber for measuring soil temperature, ambient temperature, fruit temperature, etc. is installed, and an optical fiber for humidity management using the same principle as a moisture meter is installed, and temperature and temperature are measured using Raman scattering. Humidity can be measured.
  • the thief steals the melon and pulls the melon the optical fiber in the soil is pulled out, and the temperature changes sharply. With that, an alarm can be notified to the owner that a theft has occurred.
  • the measurement accuracy of the system is required to be good.
  • the time value transition of each temperature is managed in detail and integrated value management is performed to perform good growth, it is required that the measurement accuracy of the system is also good. This requirement can be realized by using the above embodiment.
  • FIG. 24 (a) to 24 (c) and FIG. 25 show the results when an optical pulse is incident from the first end (0 meter) side.
  • FIG. 24A illustrates the relationship between the Stokes component and the anti-Stokes component and their correlation coefficients.
  • FIG. 24B is an enlarged view of the vicinity of a region immersed in hot water.
  • FIG. 24C shows the relationship with the number of one-side smoothing elements determined based on the flowchart of FIG. However, in this embodiment, unlike FIG. 16, the upper limit value is 5 (including the current position), so the maximum number of smoothing elements is 9.
  • FIG. 25 shows the Stokes component and the anti-Stokes component converted using FIG.
  • the variation in the Stokes component after processing is suppressed with respect to the Stokes component drawn with a thick solid line.
  • the anti-Stokes component after processing is suppressed from the anti-Stokes component drawn with a thick solid line. According to FIG. 25, it can be seen that the noise is suppressed without losing the temperature change component.
  • FIG. 26 (a) to FIG. 26 (c) and FIG. 27 show the results when a light pulse is incident from the second end (L meter) side.
  • 26 (a) to 26 (c) and FIG. 27 are the same as those in FIGS. 24 (a) to 24 (c) and FIG. 25, and the correlation coefficient is small at locations where the temperature change is small.
  • the number of smoothing elements is increasing. However, since the noise is generally small, for example, when attention is paid to 4970 (m) to 5050 (m), the number of smoothing elements is smaller than that in FIGS. 24 (a) to 24 (c) and FIG. I understand that. According to FIG.
  • the Stokes component drawn with a thick solid line suppresses variation in the processed Stokes component, and the anti-Stokes component drawn with the thick solid line is changed.
  • variation is suppressed in the anti-Stokes component after processing. According to FIG. 27, it can be seen that the noise is suppressed without losing the temperature change component.
  • FIG. 28 and 29 illustrate temperature distributions obtained from FIGS. 24 (a) to 24 (c) and FIG. FIG. 29 is a partially enlarged view of FIG. 30 and 31 illustrate the temperature distribution obtained from FIGS. 26 (a) to 26 (c) and FIG. FIG. 31 is a partially enlarged view of FIG.
  • the present embodiment for the loop measurement is performed by using the average of the Stokes light amount after processing and the average of the anti-Stokes light amount after processing when the first end (0 meter) and the second end (L meter) are incident.
  • the thing which compared before and after application of a form is illustrated. It can be seen that also in the loop measurement, the noise can be reduced while suppressing the reduction of the signal component.
  • FIG. 34 shows a quantitative comparison of each temperature distribution after the processing of FIGS. 28 to 33 with respect to FIG. Since there is no change before and after the process in any case at the temperature change position, the standard deviation value 3 ⁇ at the flat portion is compared. As illustrated in FIG. 34, noise suppression of about 20% to 70% is achieved. 20% was obtained when the original measurement accuracy was less than ⁇ 1 ° C., and 70% or more was obtained when the original measurement accuracy was ⁇ 5 ° C. or more. In comparison with the measurement time, in the case of the 73% suppression effect obtained by the processing of the above embodiment, the measurement accuracy is 1 / 3.7. Therefore, in the case of the same measurement accuracy, the measurement time is compressed so that the pre-processing is 14 and the post-processing is 1. Further, in FIG. 11, at the time of loop measurement, the positions of 100 to 200 m and 5600 to 5700 m are three times as large as the measurement accuracy at the center of 2800 to 2900 m. It can also be seen that it is suppressed to about 5 times.
  • FIG. 35 is a temperature distribution when a light pulse is incident from the first end (0 meter) and the second end (L meter).
  • FIG. 36 shows a temperature distribution during loop measurement calculated from the average of Stokes components and anti-Stokes components when light pulses are incident from both ends.
  • the temperature waveform interferes as shown in FIG. 8 in the section from 5400 m to 5700 m, and there is a temperature change width of 150 ° C. or more.
  • FIG. 37 illustrates each measurement accuracy corresponding to FIG. Even during loop measurement, the measurement accuracy at both ends exceeds ⁇ 10 ° C.
  • FIG. 38 compares the Stokes and anti-Stokes component waveforms and the number of one-side smoothing elements when a light pulse is incident from the first end (0 meter) side.
  • FIG. 39 compares the Stokes and anti-Stokes component waveforms and the number of one-side smoothing elements when an optical pulse is incident from the second end (L meter).
  • the smoothing number is not often 1. In the section where there is no temperature change even with the interference waveform, it shows that the processing of the above-described embodiment works effectively.
  • FIG. 40 (a) illustrates a comparison between the Stokes component and the anti-Stokes component before and after performing the processing of the above embodiment when a light pulse is incident from the first end (0 meter) side.
  • FIG. 41 illustrates a temperature distribution comparison in this case.
  • FIG. 40B is an enlarged view of the interference waveform section of FIG.
  • both the Stokes component after processing and the anti-Stokes component are suppressed from variation compared to before processing.
  • an example in which a light pulse is incident from the second end (L meter) is illustrated in FIG. 42A, FIG. 42B, and FIG.
  • both the Stokes component after processing and the anti-Stokes component are suppressed from variation compared to before processing.
  • FIG. 46 shows the measurement accuracy calculated from the waveforms shown in FIGS. 40A to 45 and the reduction rate based on FIG. As illustrated in FIG. 46, a suppression effect of about 50 to 70% is obtained. 14% in the section from 5830m to 5920m at the time of incidence from the second end (L meter) is that the original measurement accuracy is high, the temperature distribution is not flat, and the value is somewhat large It is thought that it is because. Compared to FIG.
  • the measurement accuracy ratio of the 300 m to 400 m position and the 5830 m to 5920 m position with respect to the central 2800 m to 2900 m position does not improve, but when viewed from the difference, the 300 m to 400 m position is 8.3 ° C.
  • the positions 5830m to 5920m were 11.8 ° C larger, but they were 3.2 ° C and 5.3 ° C, respectively, and contracted.

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Abstract

　温度測定装置は、光ファイバに光を入射する光源と、前記光ファイバからの後方散乱光からストークス成分およびアンチストークス成分を検出する検出器と、前記光ファイバの所定のサンプル点を含む所定領域において、前記ストークス成分と前記アンチストークス成分との相関の大きさに応じて前記サンプル点を含む所定範囲を算出し、前記所定範囲において前記ストークス成分および前記アンチストークス成分を平滑化する補正部と、平滑化後の前記ストークス成分および平滑化後の前記アンチストークス成分を用いて前記サンプル点の温度を測定する測定部と、を備える。

Description

温度測定装置、温度測定方法および温度測定プログラム
　本件は、温度測定装置、温度測定方法および温度測定プログラムに関する。
　光源から光ファイバに光を入射した際に当該光ファイバからの後方ラマン散乱光を用いて光ファイバの温度を測定する技術が開発されている（例えば、特許文献１～６参照）。
特開２００３－１４５５４号公報 特開２００３－５７１２６号公報 特開昭６２－１１０１６０号公報 特開平７－１２６５５号公報 特開平２－１２３３０４号公報 特開２００２－２６７２４２号公報
　上記技術で測定される温度に対して補正などを行おうとすると、例えばノイズの抑圧とともに信号成分も減衰するなどのおそれが生じる。すなわち、測定される温度を補正することが困難である。
　本件は上記課題に鑑みなされたものであり、測定される温度を補正することができる温度測定装置、温度測定方法および温度測定プログラムを提供することを目的とする。
　１つの態様では、温度測定装置は、光ファイバに光を入射する光源と、前記光ファイバからの後方散乱光からストークス成分およびアンチストークス成分を検出する検出器と、前記光ファイバの所定のサンプル点を含む所定領域において、前記ストークス成分と前記アンチストークス成分との相関の大きさに応じて前記サンプル点を含む所定範囲を算出し、前記所定範囲において前記ストークス成分および前記アンチストークス成分を平滑化する補正部と、平滑化後の前記ストークス成分および平滑化後の前記アンチストークス成分を用いて前記サンプル点の温度を測定する測定部と、を備える。
　測定される温度を補正することができる。
（ａ）は実施形態に係る温度測定装置の全体構成を表す概略図であり、（ｂ）は制御部のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。 後方散乱光の成分を表す図である。 （ａ）は、レーザによる光パルス発光後の経過時間と、ストークス成分およびアンチストークス成分の光強度との関係を例示する図であり、（ｂ）は（ａ）の検出結果および式（１）を用いて算出した温度である。 室温約２４℃時に光ファイバの一部区間を約５５℃のお湯に浸漬した場合の応答例を示す。 図４および式（２）から得られる結果を示す図である。 インパルス応答の典型例を例示する図である。 （ａ）～（ｃ）は各浸漬長に対してインパルス応答から推定した出力波形と、実際に得られた出力波形との比較を例示する図である。 ２つの２０ｃｍの高温印加区間に対して、中央に印加しない区間を設け、その区間の幅を徐々に変化させたときの出力波形の計算値を例示する図である。 後方ラマン散乱光検出によって得た片端からパルスを入射した場合の温度分布の一例を示す図である。 図９の両端から入射した２つの信号のストークス成分およびアンチストークス成分をそれぞれ平均化して温度を算出した図である。 測定精度を定量的に例示する図である。 図９から抽出したノイズの少ないＬメートル側片端のお湯への浸漬区画の温度分布と、図１０から抽出した２００ｍ近傍の平坦温度部を重ねて例示する図である。 ２つの波形のパワースペクトルを例示する図である。 （ａ）～（ｃ）は図９で例示した温度分布を算出する元信号であるストークス成分およびアンチストークス成分を例示する図である。 お湯の浸漬位置における０メートル側片端から光パルスを入射した際のストークス成分およびアンチストークス成分を例示する図である。 温度測定部が測定した温度を補正部が補正する際に実行するフローチャートの一例である。 Ｐｅａｒｓｏｎの積率相関係数とＳｐｅａｒｍａｎの順位相関係数の比較を例示する図である。 温度測定部が測定した温度を補正部が補正する際に実行するフローチャートの他の例である。 他の適用例を例示する図である。 は他の適用例を例示する図である。 （ａ）および（ｂ）は他の適用例を例示する図である。 （ａ）および（ｂ）は他の適用例を例示する図である。 他の適用例を例示する図である。 （ａ）～（ｃ）は第１端側から光パルスを入射した場合の結果である。 第１端側から光パルスを入射した場合の結果である。 （ａ）～（ｃ）は第２端（Ｌメートル）側から光パルスを入射した場合の結果である。 第２端（Ｌメートル）側から光パルスを入射した場合の結果である。 図２４（ａ）～図２４（ｃ）および図２５から得た温度分布を例示する。 図２８の一部拡大図である。 図２６（ａ）～図２６（ｃ）および図２７から得た温度分布を例示する。 図３０の一部拡大図である。 ループ測定に対する本実施形態の適用前後の比較をしたものを例示する。 ループ測定に対する本実施形態の適用前後の比較をしたものを例示する。 図１１に対して、図２８～図３３の処理後の各温度分布の定量的な比較を示す。 第１端および第２端から光パルスを入射した場合の温度分布である。 両端から光パルスを入射した場合のストークス成分どうし、アンチストークス成分どうしの平均から算出したループ測定時の温度分布である。 図１１に相当する各測定精度を例示する。 第１端側から光パルスの入射を行った場合のストークス、アンチストークス成分波形と片側平滑化要素数を比較したものである。 第２端から光パルスの入射を行った場合のストークス、アンチストークス成分波形と片側平滑化要素数を比較したものである。 （ａ）は第１端側から光パルスを入射した場合において処理前後のストークス成分とアンチストークス成分との比較を例示する図であり、（ｂ）は図４１の干渉波形区間の拡大図である。 温度分布の比較を例示する図である。 （ａ）および（ｂ）は第２端から光パルスを入射した場合を例示する。 温度分布の比較を例示する図である。 図４０（ａ）～図４３の処理後のストークス成分およびアンチストークス成分を用いて得たループ式測定の場合の温度分布を例示する。 図４０（ａ）～図４３の処理後のストークス成分およびアンチストークス成分を用いて得たループ式測定の場合の温度分布を例示する。 図４０（ａ）～図４５の各波形から算出した測定精度と図３７基準の削減率を示す。
　以下、図面を参照しつつ、実施形態について説明する。
（実施形態）
　図１（ａ）は、実施形態に係る温度測定装置１００の全体構成を表す概略図である。図１（ａ）で例示するように、温度測定装置１００は、測定機１０、制御部２０などを備える。温度測定装置１００は、光ファイバ３０に接続されている。測定機１０は、レーザ１１、ビームスプリッタ１２、光スイッチ１３、フィルタ１４、複数の検出器１５ａ，１５ｂなどを備える。制御部２０は、指示部２１、温度測定部２２、補正部２３などを備える。
　図１（ｂ）は、制御部２０のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。図１（ｂ）で例示するように、制御部２０は、ＣＰＵ１０１、ＲＡＭ１０２、記憶装置１０３、インタフェース１０４などを備える。これらの各機器は、バスなどによって接続されている。ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）１０１は、中央演算処理装置である。ＣＰＵ１０１は、１以上のコアを含む。ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）１０２は、ＣＰＵ１０１が実行するプログラム、ＣＰＵ１０１が処理するデータなどを一時的に記憶する揮発性メモリである。記憶装置１０３は、不揮発性記憶装置である。記憶装置１０３として、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリなどのソリッド・ステート・ドライブ（ＳＳＤ）、ハードディスクドライブに駆動されるハードディスクなどを用いることができる。ＣＰＵ１０１が記憶装置１０３に記憶されている温度測定プログラムを実行することによって、制御部２０に指示部２１、温度測定部２２、補正部２３などが実現される。なお、指示部２１、温度測定部２２および補正部２３は、専用の回路などのハードウェアであってもよい。
　レーザ１１は、半導体レーザなどの光源であり、指示部２１の指示に従って所定の波長範囲のレーザ光を出射する。本実施形態においては、レーザ１１は、所定の時間間隔で光パルス（レーザパルス）を出射する。ビームスプリッタ１２は、レーザ１１が出射した光パルスを光スイッチ１３に入射する。光スイッチ１３は、入射された光パルスの出射先を切り替えるスイッチであり、指示部２１の指示に従って光ファイバ３０の第１端および第２端に一定周期で交互に光パルスを入射する。なお、本実施形態においては、光ファイバ３０の長さをＬメートル（ｍ）とし、第１端の位置を０メートル（ｍ）とし、第２端の位置をＬメートル（ｍ）とする。
　光ファイバ３０に入射した光パルスは、光ファイバ３０を伝搬する。光パルスは、伝搬方向に進行する前方散乱光および帰還方向に進行する後方散乱光（戻り光）を生成しながら徐々に減衰して光ファイバ３０内を伝搬する。後方散乱光は、光スイッチ１３を通過してビームスプリッタ１２に再度入射する。ビームスプリッタ１２に入射した後方散乱光は、フィルタ１４に対して出射される。フィルタ１４は、ＷＤＭカプラなどであり、後方散乱光を長波長成分（後述するストークス成分）と短波長成分（後述するアンチストークス成分）とを抽出する。検出器１５ａ，１５ｂは、受光素子である。検出器１５ａは、後方散乱光の短波長成分の受光強度を電気信号に変換して温度測定部２２および補正部２３に送信する。検出器１５ｂは、後方散乱光の長波長成分の受光強度を電気信号に変換して温度測定部２２および補正部２３に送信する。補正部２３は、ストークス成分およびアンチストークス成分を補正する。温度測定部２２は、ストークス成分およびアンチストークス成分を用いて温度測定を行う。
　図２は、後方散乱光の成分を表す図である。図２で例示するように、後方散乱光は、大きく３種類に分類される。これら３種類の光は、光強度の高い順かつ入射光波長に近い順に、ＯＴＤＲ（光パルス試験器）などに使用されるレイリー散乱光、歪測定などに使用されるブリルアン散乱光、温度測定などに使用されるラマン散乱光である。ラマン散乱光は、温度に応じて変化する光ファイバ３０内の格子振動と光との干渉で生成される。強めあう干渉によりアンチストークス成分と呼ばれる短波長成分が生成され、弱めあう干渉によりストークス成分とよばれる長波長成分が生成される。
　図３（ａ）は、レーザ１１による光パルス発光後の経過時間と、ストークス成分（長波長成分）およびアンチストークス成分（短波長成分）の光強度との関係を例示する図である。経過時間は、光ファイバ３０における伝搬距離（光ファイバ３０における位置）に対応している。図３（ａ）で例示するように、ストークス成分およびアンチストークス成分の光強度は、両方とも経過時間とともに低減する。これは、光パルスが前方散乱光および後方散乱光を生成しながら徐々に減衰して光ファイバ３０内を伝搬することに起因する。
　図３（ａ）で例示するように、アンチストークス成分の光強度は光ファイバ３０において高温になる位置では、ストークス成分と比較してより強くなり、低温になる位置では、ストークス成分と比較してより弱くなる。したがって、両成分を検出器１５ａ，１５ｂで検出し、両成分の特性差を利用することによって、光ファイバ３０内の各位置の温度を検出することができる。なお、図３（ａ）において、極大を示す領域は、図１（ａ）においてドライヤなどで光ファイバ３０を意図的に加熱した領域である。また、極小を示す領域は、図１（ａ）において冷水などで光ファイバ３０を意図的に冷却した領域である。
　本実施形態においては、温度測定部２２は、経過時間ごとにストークス成分とアンチストークス成分とから温度を測定する。それにより、光ファイバ３０内における各位置の温度を測定することができる。温度測定部２２は、例えば、下記式（１）に従って温度を算出することによって、光ファイバ３０内の各位置の温度を測定する。光量は、光強度に対応している。２つの成分の比を用いることで微弱な成分の差が強調され、実用的な値を得ることができる。なお、ゲインおよびオフセットは、光ファイバ３０の仕様に依存するため、予め較正しておけばよい。
温度＝ゲイン／｛オフセット－２×ｌｎ（アンチストークス光量／ストークス光量｝｝　　（１）
　図３（ｂ）は、図３（ａ）の検出結果および上記式（１）を用いて算出した温度である。図３（ｂ）の横軸は、経過時間を基に算出した光ファイバ３０内の位置である。図３（ｂ）で例示するように、ストークス成分およびアンチストークス成分を検出することによって、光ファイバ３０内の各位置の温度を測定することができる。レーザ１１は、例えば一定周期で光パルスを光ファイバ３０に入射する。空間分解能は、光パルスのパルス幅が狭いほど向上する。他方、パルス幅が狭いほど光量が小さく（＝暗く）なるので、その分パルスの尖塔値を高くする必要が生じ、上記式のゲインが非線形となる応答に変わる。
　光スイッチ１３からの光ファイバ３０への入射位置が第１端または第２端で固定されていれば、上記式（１）での温度測定が可能である。本実施形態のように入射位置を一定周期で第１端と第２端とで切り替える場合には、アンチストークス光量とストークス光量とを各光ファイバ３０の位置で平均化（平均値の算出）すればよい。この切替による方式は、「ループ式測定」や、「ダブルエンド測定」や、「デュアルエンド測定」などと呼ばれる。
　続いて、光ファイバにおける温度測定対象区間長と、ラマン散乱光から得られる測定温度との関係を例示する。図４は、室温約２４℃時に光ファイバ３０の一部区間を約５５℃のお湯に浸漬した場合の応答例を示す。０．５ｍから１０．５ｍまで浸漬長を長くしていく場合に、約２ｍ以上で、ピーク温度がお湯と同じ５５℃となる。したがって、正確な温度を測定するためには、温度測定対象区間を長くすることが好ましい。
　正確な湯温から正確な室温を差し引いた温度を光ファイバ３０への印加温度とすると、測定系の感度は下記式（２）で定義される。
感度＝（お湯浸漬位置のピーク温度－浸漬位置前後のファイバで測定した室温）／印加温度×１００（％）　　（２）
　図４および上記式（２）から得られる結果を図５に示す。図５で例示するように、わずかにオーバーシュートが見られる。これは、後述するように、システムのインパルス応答がガウシアンではなく、ｓｉｎｃ関数に近い負の成分および高次のピークを持つ波形のためである。感度１００％となる、もしくはみなせる最小長さを最小加熱長と称する。
　図４によれば、一定温度区間内に高温印加区間（＝お湯浸漬区間）を設けた際の温度は、単一方形波に対してインパルス応答を畳み込んだものと等価とみなすことができる。それにより、システムのインパルス応答が求まる。図６は、求めたインパルス応答の典型例を例示する。後方ラマン散乱光を用いた光ファイバの温度測定においては、図６で例示するように、インパルス応答はｓｉｎｃ関数に中心から離れた位置がきれいに減衰するような窓関数処理をした波形とみなせる。図５の感度曲線のオーバーシュートは、このインパルス応答波形に起因して生ずる。光ファイバ３０の長さ方向に沿った印加温度分布に対してこのインパルス応答を畳み込めば、ほぼ正確な出力予測が出来る。
　図７（ａ）～図７（ｃ）は、各浸漬長に対してインパルス応答から推定した出力波形と、実際に得られた出力波形との比較を例示する図である。図７（ａ）～図７（ｃ）で例示するように、出力波形はほぼ正確に予測できている。図７（ａ）の３．２５ｍの浸漬ではインパルス応答の畳込どうしが干渉したことでピークが平坦化している。
　そこで、図８には、２つの２０ｃｍの高温印加区間に対して、中央に印加しない区間を設け（つまり、お湯の浸漬でいえば空気中に出すということ）、その区間の幅を徐々に変化させたときの出力波形の計算値を例示する。ピーク温度を１とし、基準温度を０として規格化している。図８で例示するように、１．２～１．４ｍの区間が空くと高温印加区間は２つある、とみなすことができる。これは、図６で例示したインパルス応答波形の拡がりによる干渉の結果である。高温印加区間が２つとみなせるのは、図８のインパルス応答の半値幅以上に離間した場合である。明確に離間したと判定するためには、勾配が逆転する０次成分幅の半値以上が好ましい。図８において、中央の非加熱区間の最低温度が基準温度と等しくなる、つまり、インパルス応答波形の干渉が無視できるようになるのは、図８から、２つの高温印加区間の間隔が１次ピーク間幅よりも大きく、たとえば１次成分幅程度になった場合である。
　したがって、現在着目している光ファイバ位置で伝達関数の作用により温度が変化している、つまり、正しく温度が出力されている、と判断するには、その位置を中心にして、０次成分幅以上、かつ、１次成分幅以下の範囲の温度変化に着目することが好ましい。光パルスは、波長拡がりや入射画角、散乱などの影響で徐々に拡がってかつ減衰しながら伝搬される。そのため、インパルス応答は、光ファイバ３０の仕様に記載された最大使用長のファイバを接続したときの中央位置で測定・算出したものとすることが好ましく、または近端と中央、遠端の３か所の平均とするなどで対応することが好ましい。
　より高精度に温度を測定するためには、たとえば図７（ａ）～図７（ｃ）で例示するような畳み込みと出力データとの比較が問題ない程度の差異である範囲は同じとみなせる複数の区間を定め、各区間の中心位置で測定・算出して保存しておき、それぞれの区間ごとにそれぞれ保存したインパルス応答を用いる、などとすることが好ましい。時間の経過とともに、インパルス応答波形はレーザの劣化等により僅かに変化するため、さらに高精度に温度を測定するためには、一定期間ごとにインパルス応答を初回取得と同じ位置で較正することが好ましい。
　図９は、後方ラマン散乱光検出によって得た片端からパルスを入射した場合の温度分布の一例を示す。図９では、図１で例示した第１端（０メートル）から入射した場合の波形と、第２端（Ｌメートル）から入射した場合の波形とが重ねて例示してある。第１端から入射した場合には、第１端近傍においては測定温度のばらつきが小さく、第２端に向けて測定温度のばらつきが大きくなる。一方、第２端から入射した場合には、第２端近傍においては測定温度のばらつきが小さく、第１端に向けて測定温度のばらつきが大きくなる。温度変化の大きい３０００ｍ近傍は、清掃が不十分なコネクタ接続位置であり、４９００ｍ地点はお湯に浸漬した箇所である。この例では光ファイバ３０が複数のボビンに巻かれて経路が構成され、かつ、それらの平均温度が微妙に異なるために、複数の段差が生じている。図９によれば、光源から離れるほど、ばらつきが大きくなっており、測定精度が低下していることがわかる。
　図１０は、図９の両端から入射した２つの信号のストークス成分およびアンチストークス成分をそれぞれ平均化（平均値を算出）して温度を算出したものである。いわゆるダブルエンドやデュアルエンドなどと呼ばれている方式の例である。平均化により、端点の測定精度の低下は図９よりも緩和されたが、良好な側の端点には及ばない。図１１は、測定精度を定量的に例示する。それぞれ温度変化のない平坦部３か所各１００ｍの値を用いて算出した標準偏差３σの値である。平均（ループ式）は０（ｍ）から入射した場合の値とＬ（ｍ）から入射した場合の値の平均値となっていることが確認できる。
　後方ラマン散乱光検出による光ファイバを用いた温度測定は、トンネルや石炭ベルトコンベアの火災異常検知等に用いられる。火災検知は±６℃でも問題はないが、たとえば、±１℃を必要とする場合、測定時間を（６÷１）２＝３６倍掛ければよい。たとえば、図１１の測定精度が２０秒で得られるレベルの機器ならば１２分、１分間で得られるレベルの機器ならば３６分を掛けて測定することで、±１℃を得るが、リアルタイムに該当する時間ではなく、用途は限定される。より幅広い分野に活用するには、高価な光源やフィルタ、回路等の部品を使用せずに、後処理によって測定精度を向上させることが好ましい。
　ノイズ低減のための後処理としては、必要な信号帯域以外は低域高域（および中域）ともにカットしてしまうバンドパスフィルタや、ノイズモデルを設計し、それを基に有効な信号帯域を抽出する適応フィルタなどの適用がある。ここで、図１２に、図９から抽出したノイズの少ないＬメートル側片端のお湯への浸漬区画の温度分布と、図１０から抽出した２００ｍ近傍の平坦温度部を重ねて例示する。平坦温度部の温度の振れはノイズによるものである。
　これらのデータは、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）時のエイリアシングの影響を最小化するため信号の両側を減衰させている。波形の非線形は、サンプリングが約５０ｃｍ間隔であることに拠る。これら２つの波形のパワースペクトルを図１３に例示する。図１３で例示するように、ノイズと信号成分の帯域は重複している。つまり、いかなるフィルタ処理でもノイズの抑圧とともに信号成分も減衰してしまう。お湯の温度と浸漬長が既知ならば良好なノイズ圧縮が可能だが、光ファイバに付与される温度分布のパターンはあらかじめ定まるものではない。以上のことから、後方ラマン散乱光検出による光ファイバの温度測定方式では、ノイズ低減に対してこのようなトレードオフの問題がある。
　図１４は、図９で例示した温度分布を算出する元信号であるストークス成分およびアンチストークス成分を例示する。上記式（１）では、ｌｎ（　）内の２つの光量が温度のノイズに起因する。図１４では、光ファイバ３０の入射端側ではストークス成分およびアンチストークス成分の両方ともノイズは小さいが、出射端になると、アンチストークス成分のノイズが特に大きくなる。つまり、ノイズ低減のためには、出射端のアンチストークス成分のノイズが低減できる方法に着目することが好ましい。
　そこで、ストークス成分およびアンチストークス成分の変化に着目することが考えられる。図１５に、お湯の浸漬位置における０メートル側片端から光パルスを入射した際のストークス成分およびアンチストークス成分を例示する。図１５で例示するように、どちらの信号も温度が変化している箇所では、変化を示しており、その他の箇所では光伝搬に伴って減衰している。温度が変化する、ということは、ストークス成分とアンチストークス成分とが光ファイバ３０の長さ方向に同期して変化するということである。つまり、その同期の範囲を限定できれば、その他の領域は光源側の隣接するファイバ位置の温度に対して変化していない、もしくは、なだらかに傾きが変わっているだけ、と考えることができる。
　そこで、図６～図８で説明した最小加熱長に着目することができる。後方ラマン散乱光の検出による光ファイバの温度測定は、一定区間内はほぼ同じ最小加熱長応答を示すとしてもよい。最小加熱長のファイバを一定温度周囲よりも加熱すると、図６のインパルス応答とほぼ同じ波形が得られる。その、周囲に影響を及ぼす範囲（干渉範囲）は、前述のとおり、勾配が逆転する０次成分幅以上、かつ、振幅がほぼゼロに減衰する１次成分幅以下の範囲に着目すればよい。
　図１６は、温度測定装置１００が温度測定を行う場合に実行するフローチャートの一例である。補正部２３は、サンプル点を含み、最小加熱長応答波形の０次成分幅以上かつ１次成分幅以下の所定領域（指定範囲）のストークス成分とアンチストークス成分との相関の大きさαを、サンプル点ごとに求める（ステップＳ１）。サンプル点とは、光ファイバ３０の長さ方向における温度測定対象点である。
　相関の大きさの求め方はさまざまであるが、たとえば、Ｐｅａｒｓｏｎの積率相関係数を用いることができる。Ｐｅａｒｓｏｎの積率相関係数式を下記式（３）で表すことができる。
相関係数α＝（指定範囲のストークス成分と同範囲のアンチストークス成分の共分散）／（同範囲のストークス成分の標準偏差）／（同範囲のアンチストークス成分の標準偏差）　　（３）
　光ファイバ３０のサンプル点ｋを中心としたＰｅａｒｓｏｎの積率相関係数をα[ｋ]、ストークス成分の配列をＳＴＫ[ｋ]、アンチストークス成分の配列をＡＳＴＫ[ｋ]、指定範囲のサンプル数をｎ、ＳＴＫ[ｋ]の指定範囲の平均をＳＴＫａｖｅ、ＡＳＴＫ[ｋ]の指定範囲の平均をＡＳＴＫａｖｅとすると、上記式（３）は具体的に、下記式（４）のように表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　別の例として、変形のＳｐｅａｒｍａｎの順位相関係数を用いる場合には、まず、指定範囲（上記式（４）ではｎ）内のストークス成分およびアンチストークス成分の、そのｎ個の中での順位付を行い、その順位どうしについて、Ｐｅａｒｓｏｎの積率相関係数を使うものである。同一順位がある場合は、補正式を使用するが、通常、ストークス成分およびアンチストークス成分に関しては、同一順位の発生はほぼ皆無であるため、最初に出現した方を上位とするという処理でよい。
　たとえば、図６のインパルス応答で示される区間に上記条件に合致する範囲として±３．６ｍを設定し、図９～図１４のデータに対してＰｅａｒｓｏｎの積率相関係数とＳｐｅａｒｍａｎの順位相関係数の比較を図１７に例示する。一般的に、Ｐｅａｒｓｏｎの積率相関係数は１もしくは－１のときを完全な相関、以下絶対値で０．７以上１未満を高い相関、０．４以上０．７未満を相関、０．２以上０．４未満を低い相関、０．２以下を相関無し、として扱う。しかしながら、相関無しの０．２以下の領域ではＳｐｅａｒｍａｎの方がより傾きが変化してしまうものの、低い相関範囲の０．３以上の値ではほぼ１：１となっており、図１６に対しては同等の結果をもたらす。規格化されていれば自作してもよいし、その他の相関係数を用いてももちろん構わない。
　再度図１６を参照し、次に、補正部２３は、相関係数αが閾値以下（例えば０．２以下）であるか否かを判定する（ステップＳ２）。ステップＳ２で「Ｙｅｓ」と判定された場合、補正部２３は、着目しているサンプル点の平滑化範囲を平滑化上限値まで広げる（ステップＳ３）。平滑化上限値は、例えば、サンプル点を基準にして片側６サンプルの計１１サンプルとすることができる。ステップＳ２で「Ｎｏ」と判定された場合、補正部２３は、平滑化範囲を、片側について、１／αの四捨五入した整数サンプル分とする（ステップＳ４）。ステップＳ３またはステップＳ４の実行後、補正部２３は、決定した平滑化範囲においてストークス成分およびアンチストークスをそれぞれ平滑化する。温度測定部２２は、補正部２３によって補正されたストークス成分およびアンチストークス成分を用いて、当該サンプル点の温度を算出する（ステップＳ５）。なお、相関係数αが１または１に近い値であれば、平滑化範囲が１となって、平滑化は行われない。
　なお、平滑化処理とは、所定範囲のデータのバラツキを抑制する処理のことである。本実施形態においては、求めた平滑化範囲のデータの平均値を算出したが、重み付けを考慮した相加平均や、相乗平均、調和平均などの他の平均を用いてもよい。
　図１６では相関係数の大きさの逆数を平滑化範囲の指標としたが、必ずしも逆数を用いなくてもよい。相関係数が大きいほど平滑化範囲を相対的に狭くし、相関係数が小さいほど平滑化範囲を相対的に大きくし、さらに小さくなった場合に平滑化範囲を所定の上限値にとどめればよい。
　たとえば、図１８に、温度測定装置１００が温度測定を行う場合に実行するフローチャートの他の例である。ステップＳ１～ステップＳ１３およびステップＳ１７は、図１７のステップＳ１～ステップＳ３およびステップＳ５と同じ処理である。ステップＳ１２で「Ｎｏ」と判定された場合、補正部２３は、相関係数αがステップＳ１２の閾値よりも大きい閾値（例えば０．５５）以上であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。ステップＳ１４で「Ｙｅｓ」と判定された場合、補正部２３は、平滑化範囲を１とする（ステップＳ１５）。ステップＳ１４で「Ｎｏ」と判定された場合、補正部２３は、平滑化範囲を、片側について、１／αの四捨五入した整数サンプル分とする（ステップＳ１６）。ステップＳ１３、ステップＳ１５またはステップＳ１６の実行後、ステップＳ１７が実行される。図１８の処理では、相関係数が所定の値よりも大きい場合には、平滑化が行われないことになる。
　ここで、ノイズにうずもれた微小な温度変化の場合、相関係数は０．５～０．６６程度までしかならない可能性がある。逆数を四捨五入すると、平滑化要素数（サンプル数）は２となり、両隣のデータと合わせて３つのデータで平滑化することになるが、温度変化が微小なため、さらに検出感度が低下するおそれがある。しかしながら、このように大きい側にも閾値を設けておくことで、検出感度低下を抑制することができる。一般的に、ノイズを増大させているのは相関係数０．４以下の場合であるから、特に問題は発生しない。
　なお、図１６および図１８に示した平滑化上限値から得られる上記所定領域の上限幅も、上述の、最小加熱長の１次成分幅以下とすることが好ましい。これは、１次成分幅を超えると平滑化信号が隣接信号のクロストークの影響を大きく受ける可能性が高くなることに起因する。なお、たとえば、得られた相関係数が－１の場合は完全な相関に分類されるが、本願では、ノイズとして扱う。なぜならば、たとえば、温度上昇の場合、ストークスもアンチストークスも上に凸になり、温度低下の場合は両者とも下に凸になるが、逆向きということは温度が変化していない時点でのノイズ状態以外にありえないためである。
　本実施形態によれば、所定のサンプル点を含む所定領域におけるストークス成分とアンチストークス成分との相関の大きさに応じた平滑化範囲においてストークス成分およびアンチストークス成分が平滑化される。それにより、測定される温度を補正することができる。例えば、上記相関が小さくなる場合にはノイズが大きく現れることから、両成分を平滑化することが好ましい。この場合、ノイズを低減することができる。また、上記相関が小さいほど平滑化の区間が長くなることが好ましい。この場合、よりノイズが低減される。平滑化区間の長さに上限を定めることが好ましい。この場合、平滑化区間の冗長が抑制され、温度測定精度低下が抑制される。なお、上記相関が小さいことは当該サンプル点周辺において温度変化が小さいことを意味するため、平滑化を行っても測定温度精度の低下は抑制される。一方、上記相関が大きくなる場合には、平滑化区間が短くなる、または補正されない。上記相関が大きい場合には当該サンプル点周辺において温度変化が大きいため、ノイズの影響が小さい。それにより、測定された温度の精度を維持することができる。以上のことから、本実施形態によれば、測定される温度の精度を維持しつつ、ノイズの影響を低減することができる。
（他の適用例）
　上記実施形態に係る温度測定装置１００は、様々な温度測定対象に適用することができる。例えば、図１９で例示するように、高温高圧の原料輸送配管の枝配管に光ファイバを敷設することが考えられる。このような高温高圧の配管では、ラッキング材および外側金属板により保温・保護がなされているため、接続継手部の腐食により漏洩が発生しても、火災事故等につながる甚大な状況にまで至らないと発見されない場合が多い。そこで、光ファイバの接続継手部に巻きつけておき、各光ファイバ位置の温度どうしの変化の相関関係を比較することで外気温や内部の温度・圧力が変化した場合でも正確に接続部の漏洩の有無を早期に検知することができる。各光ファイバ位置の温度どうしの相関関係を比較する手段として、各光ファイバ位置の温度を要素として分散共分散行列を生成し、マハラノビス距離やＭＳＤ法といった手法で外れ値検定を行う方法がある。
　図２０は、一本の光ファイバで製作した多数の捲回部による通過空気温度の測定方法への適用を例示する。各捲回部は、ほぼ同一の直径で数周同一箇所に巻きつけられて隣接捲回部と接続されている。上記実施形態に係る測定機１０および制御部２０を用いて捲回部のそれぞれの平均温度を取得して各捲回部の中心位置座標の代表温度としてグラデーションを生成すれば、どのような温度分布の風が、ファイバが敷設されたシート・枠内を通過しているかを測定することができる。各捲回部に巻きつける周回数を増やせば増やすほど、平均される測定点数が増加して見かけの測定精度は向上するので、短時間の測定で所望の測定精度が得られる。なお、光ファイバ長を短くすることで、入射パルスの減衰が小さくなるので、測定精度が向上する。より短時間の測定で所望の測定精度を得るには、出力される温度データ自体が高精度であることが要求される。上記実施形態を適用すれば、この要求を実現することができる。
　図２１（ａ）および図２１（ｂ）は、耐熱ファイバを用いて製作した捲回部を多数連結したファイバネットを溶融炉の表面に敷設した例を例示する。各ファイバネットは接続されるが、端部の２枚のネットの入口端と出口端のファイバは測定機１０および制御部２０に接続されて、ループ測定を行う構成となっている。各ネット１～３の位置と温度分布の関係を図２１（ｂ）で例示する２次元グラデーション表示にし、溶融炉の基準方位に対して各ネットの方位に相当する位置に生成した２次元グラデーションをはめ込むことで溶融炉の表面温度状態をわかりやすく可視化できる。閾値を設けて突発的な温度変化異常を管理する場合においても、図１９の適用例と同様に、各ネットの捲回部どうしの温度変化の相対的な関係の時間推移を用いてマハラノビス距離の変化やＭＳＤ法で算出した値の変化から異常の予兆を分析する場合においても、温度測定を高精度で行うことができる。
　図２２（ａ）および図２２（ｂ）は、データセンターのサーバラックの上部に一直線に敷設した光ファイバを用いて空調管理を行うシステムへの適用を例示する。ハウジングサービスを主とするデータセンターの場合、サーバラックに対して敷設が許諾されないことがある。そこで、図２２で例示するように、サーバラックの吸気面上部などに光ファイバを一直線もしくは一定程度排気面側に蛇行するなどの方法で敷設する。そして、あらかじめラック部の温度を何らかの方法で測定しておき、敷設した光ファイバで見て、何度の余裕があるかを対応付けて各ラックの上部に相当する光ファイバの各長さにそれぞれ警報の閾値を設定する。通常、サーバラックは６０ｃｍもしくは７０ｃｍ程度のものが一般的であるため、たとえばデータのサンプリング間隔が５０ｃｍの場合、測定点数は１点乃至２点のみであるため、ループ測定レベルの測定精度が必要である。上記実施形態を適用することによって、高精度で温度測定が可能となる。閾値を超えるかもしくは越えそうになった場合に、空調を強めて余裕度を上げることができる制御が可能となり、省エネと安全が両立できる。
　図２３は、ビニールハウス内での高級果物などの栽培及び盗難防止への適用を例示する。図２３の例は、たとえばクラウンメロンの栽培を前提としたものである。土中温度、周囲環境温度、果物温度などを測定するための光ファイバを設置し、さらに、乾湿計と同様の原理を利用した湿度管理用の光ファイバを設置し、ラマン散乱を用いて温度および湿度を測定することができる。ここで盗難者がメロンを盗難してメロンを引っ張ると、土中の光ファイバが引き抜かれ、温度が急峻に変化する。それをもって、盗難が発生していると警報を所有者に通知することができる。急峻な温度変化を確実に測定するには、システムの測定精度が良好であることが求められる。また、各温度の時間推移を詳細に管理して積分値管理を行い、良好な育成を行おうとすれば、同様にシステムの測定精度が良好であることを求められる。上記実施形態を用いることで、この要求を実現することができる。
　上記実施形態に従い、具体的な実施例について説明する。図２４（ａ）～図２４（ｃ）および図２５は、第１端（０メートル）側から光パルスを入射した場合の結果である。図２４（ａ）は、ストークス成分およびアンチストークス成分と、その相関係数との関係を例示する。図２４（ｂ）は、お湯に浸漬した領域近傍を拡大したものである。図２４（ｃ）は、図１６のフローチャートに基づいて決定した片側平滑化要素数との関係を示したものである。ただし、本実施例では、図１６と異なり、上限値を（現在の自分の位置を含めて）５としているので、最大の平滑化要素数は９になる。
　図２４（ｂ）と図２４（ｃ）とを比較すると、温度変化が生じてストークス成分とアンチストークス成分の両方に変化がある場合に相関係数が最大となる１に近づき、逆に平滑化要素数は最小となる１になっていることがわかる。図２４（ｃ）を用いてストークス成分およびアンチストークス成分を変換したのが図２５である。図２５では、太実線で描かれているストークス成分に対して処理後のストークス成分ではばらつきが抑制されている。また、太実線で描かれているアンチストークス成分に対して処理後のアンチストークス成分ではばらつきが抑制されている。図２５によれば、温度変化の成分が失われることなく、ノイズが抑圧されていることがわかる。
　図２６（ａ）～図２６（ｃ）および図２７は、第２端（Ｌメートル）側から光パルスを入射した場合の結果である。図２６（ａ）～図２６（ｃ）および図２７の関係は図２４（ａ）～図２４（ｃ）および図２５と同様であり、温度変化が小さい箇所では相関係数が小さくなっており、平滑化要素数が多くなっている。ただし、全体的に雑音が小さいため、たとえば、４９７０（ｍ）～５０５０（ｍ）に注目すると、平滑化要素数は図２４（ａ）～図２４（ｃ）および図２５よりも小さくなっていることがわかる。図２７によれば、変換前のデータとほとんど変わらないが、太実線で描かれているストークス成分に対して処理後のストークス成分ではばらつきが抑制され、太実線で描かれているアンチストークス成分に対して処理後のアンチストークス成分ではばらつきが抑制されている。図２７によれば、温度変化の成分が失われることなく、ノイズが抑圧されていることがわかる。
　図２８および図２９は、図２４（ａ）～図２４（ｃ）および図２５から得た温度分布を例示する。図２９は、図２８の一部拡大図である。図３０および図３１は、図２６（ａ）～図２６（ｃ）および図２７から得た温度分布を例示する。図３１は、図３０の一部拡大図である。温度は、上記式（１）を用いて算出した。相関係数が１である位置では平滑化要素数は１となるため、処理前後の温度は変わらないことから、処理後に使用するゲインとオフセット値は処理前に使用するものと同じものとする必要があるため、下記式（５）のようになる。
処理後温度＝ゲイン／｛オフセット－２×ｌｎ(処理後アンチストークス光量／処理後ストークス光量）｝　　（５）
　図２８～図３１によれば、温度変化は変わらず、ノイズが抑圧されて温度変化のない箇所が平滑化されたことにより、温度分布が鮮鋭化されていることがわかる。図３２および図３３では、第１端（０メートル）入射時および第２端（Ｌメートル）入射時の処理後ストークス光量の平均、処理後アンチストークス光量の平均を用いて、ループ測定に対する本実施形態の適用前後の比較をしたものを例示する。ループ測定においても、信号成分の低減を抑制しつつノイズを低減できていることがわかる。
　図３４は、図１１に対して、図２８～図３３の処理後の各温度分布の定量的な比較を示す。温度変化位置ではいずれの場合も処理前後で変化がないため、平坦部での標準偏差値３σを比較する。図３４で例示するように、２０％～７０％程度のノイズの抑圧が達成されている。２０％が得られたのはもともとの測定精度が±１℃未満の場合であり、７０％以上が得られたのはもともとの測定精度が±５℃以上の場合である。測定時間比較にすると、上記実施形態の処理で得られた７３％の抑圧効果の場合、測定精度は３．７分の１倍になったことになる。したがって、同一の測定精度の場合、測定時間は処理前を１４として、処理後が１となる程度に圧縮される。また、図１１でループ測定時は中央の２８００～２９００ｍ位置の測定精度に対して１００～２００ｍおよび５６００～５７００ｍの位置は３倍であったが、上記実施形態の処理により、約半分の１．５倍程度に抑圧されていることもわかる。
　実施例１とは異なる測定対象および測定周期にて得た温度分布についての具体的な実施例について説明する。図３５は、第１端（０メートル）および第２端（Ｌメートル）から光パルスを入射した場合の温度分布である。図３６は、両端から光パルスを入射した場合のストークス成分どうし、アンチストークス成分どうしの平均から算出したループ測定時の温度分布である。本実施例では、５４００ｍ～５７００ｍの区間において、図８のように温度波形が干渉した状態となっており、１５０℃以上の温度変化幅がある。
　図３７は、図１１に相当する各測定精度を例示する。ループ測定時においても両端の測定精度は±１０℃を超えている。図３８は第１端（０メートル）側から光パルスの入射を行った場合のストークス、アンチストークス成分波形と片側平滑化要素数を比較したものである。図３９は、第２端（Ｌメートル）から光パルスの入射を行った場合のストークス、アンチストークス成分波形と片側平滑化要素数を比較したものである。
　５４００ｍ～５７００ｍの区間は第２端（Ｌメートル）に近いため、ノイズが小さく、第２端（Ｌメートル）側からの入射の場合は平滑化要素数が１である、つまり、平滑化しないでそのまま出力する場合が多い。それに対して、第１端（メートル）側からの入射の場合は平滑化数が１でない場合が頻発している。干渉波形であっても温度変化がないとみられる区間では、上記実施形態の処理が有効に作用していることを示している。
　図４０（ａ）は、第１端（０メートル）側から光パルスを入射した場合において上記実施形態の処理を行った前後のストークス成分とアンチストークス成分との比較を例示する。図４１は、この場合の温度分布の比較を例示する。図４０（ｂ）は、図４１の干渉波形区間の拡大図である。いずれの図においても、処理後のストークス成分およびアンチストークス成分の両方とも、処理前と比較してばらつきが抑制されている。同様に第２端（Ｌメートル）から光パルスを入射した場合の例を、図４２（ａ）、図４２（ｂ）および図４３で例示する。いずれの図においても、処理後のストークス成分およびアンチストークス成分の両方とも、処理前と比較してばらつきが抑制されている。
　図４０（ｂ）と図４２（ｂ）とを比較すると、図４０（ｂ）の処理後の温度分布形状は処理前の温度分布よりもはるかに図４２（ｂ）の温度分布に近い形状となっている。また、ノイズは抑圧されているが、温度変化がある区間では急峻な温度変化でも高い相関を持てば抑圧されておらず、上記実施形態の処理が有効に作用していることがわかる。
　図４４および図４５は、図４０（ａ）～図４３の処理後のストークス成分およびアンチストークス成分を用いて得たループ式測定の場合の温度分布を例示する。この場合においても、上記実施形態の処理が有効に作用していることがわかる。
　図４６は、図４０（ａ）～図４５の各波形から算出した測定精度と図３７基準の削減率を示す。図４６で例示するように、おおむね５０～７０％程度の抑圧効果が得られている。第２端（Ｌメートル）からの入射時の５８３０ｍ～５９２０ｍの区間で１４％にとどまっているのは、もともとの測定精度が高く、また、温度分布が平坦ではなく、多少値の大小を持っているためと考えられる。図３７に対して、中央の２８００ｍ～２９００ｍ位置に対する３００ｍ～４００ｍ位置および５８３０ｍ～５９２０ｍ位置の測定精度の比率は改善が見られないが、差分で見ると、３００ｍ～４００ｍ位置は８．３℃、５８３０ｍ～５９２０ｍ位置は１１．８℃大きかったが、それぞれ３．２℃および５．３℃になっており、縮まっている。
　以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

Claims (10)

  1. 　光ファイバに光を入射する光源と、
    　前記光ファイバからの後方散乱光からストークス成分およびアンチストークス成分を検出する検出器と、
    　前記光ファイバの所定のサンプル点を含む所定領域において、前記ストークス成分と前記アンチストークス成分との相関の大きさに応じて前記サンプル点を含む所定範囲を算出し、前記所定範囲において前記ストークス成分および前記アンチストークス成分を平滑化する補正部と、
    　平滑化後の前記ストークス成分および平滑化後の前記アンチストークス成分を用いて前記サンプル点の温度を測定する測定部と、を備えることを特徴とする温度測定装置。
  2. 　前記補正部は、前記相関の大きさが小さいほど前記所定範囲を長く設定することを特徴とする請求項１記載の温度測定装置。
  3. 　前記補正部は、前記相関の大きさが第１閾値未満である場合、前記所定範囲を上限値に設定することを特徴とする請求項１または２記載の温度測定装置。
  4. 　前記補正部は、前記第１閾値よりも大きい第２閾値以上であれば、前記サンプル点におけるストークス成分およびアンチストークス成分を平滑化しないことを特徴とする請求項３記載の温度測定装置。
  5. 　前記補正部は、前記相関の大きさとしてＰｅａｒｓｏｎの積率相関係数を用いることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の温度測定装置。
  6. 　前記補正部は、前記相関の大きさとしてＳｐｅａｒｍａｎの順位相関係数を用いることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の温度測定装置。
  7. 　前記補正部は、前記所定範囲を、前記サンプル点の周囲の光ファイバを一定温度とし、前記サンプル点を中心とした最小加熱長区間に該一定温度と異なる一定の温度を付与した際に得られる温度分布の半値幅よりも大きく、１次成分幅よりも小さく設定することを特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載の温度測定装置。
  8. 　前記光ファイバへの前記光の入射先を、所定の周期で前記光ファイバの第１端と第２端との間で交互に切り替える光スイッチを備え、
    　前記補正部は、前記光スイッチによる切替前後における補正結果の平均値を算出することを特徴とする請求項１～７のいずれか一項に記載の温度測定装置。
  9. 　光源から光が入射した光ファイバからの後方散乱光からストークス成分およびアンチストークス成分を、検出器を用いて検出し、
    　前記光ファイバの所定のサンプル点を含む所定領域において、前記ストークス成分と前記アンチストークス成分との相関の大きさに応じて前記サンプル点を含む所定範囲を算出し、
    　前記所定範囲において前記ストークス成分および前記アンチストークス成分を平滑化し、
    　平滑化後の前記ストークス成分および平滑化後の前記アンチストークス成分を用いて前記サンプル点の温度を測定する、ことを特徴とする温度測定方法。
  10. 　コンピュータに、
    　光源から光が入射した光ファイバからの後方散乱光からストークス成分およびアンチストークス成分を検出する処理と、
    　前記光ファイバの所定のサンプル点を含む所定領域において、前記ストークス成分と前記アンチストークス成分との相関の大きさに応じて前記サンプル点を含む所定範囲を算出する処理と、
    　前記所定範囲において前記ストークス成分および前記アンチストークス成分を平滑化する処理と、
    　平滑化後の前記ストークス成分および平滑化後の前記アンチストークス成分を用いて前記サンプル点の温度を測定する処理と、を実行させることを特徴とする温度測定プログラム。
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