JP2016183938A - 光ファイバ温度分布測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光ファイバ温度分布測定装置による測定温度を補正するための新規な技術を提供する。
【解決手段】光ファイバ温度分布測定装置は、光源から光ファイバに入射した入射光により光ファイバ内の各測定位置で生じたラマン後方散乱光を含む後方散乱光を検出することで、各測定位置までの距離と、各測定位置における補正前の温度とを算出し、補正前の温度を補正して補正後の温度を算出し、各測定位置における補正後の温度を下記の第１項から第４項までの和を取る式により算出し、第１項は、各測定位置における補正前の温度に、第１のパラメータを乗じた値であり、第２項は、各測定位置までの距離に、第２のパラメータを乗じた値であり、第３項は、定数である第３のパラメータであり、第４項は、各測定位置までの距離に各測定位置における補正前の温度を乗じた積を含む項に、第４のパラメータを乗じた値である。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバ温度分布測定装置に関する。

温度測定装置として、光ファイバ温度分布測定装置が用いられている。光ファイバ温度分布測定装置で測定された温度には、種々の要因により誤差が含まれ得る。光ファイバ温度分布測定装置による測定温度を補正する技術が提案されている（例えば特許文献１、２参照）。

特開２００６−２３２６０号公報 特開２０１２−２７００１号公報

本発明の一目的は、光ファイバ温度分布測定装置による測定温度を補正するための新規な技術を提供することである。

本発明の一態様によれば、
光源から光ファイバに入射した入射光により前記光ファイバ内の各測定位置で生じたラマン後方散乱光を含む後方散乱光を検出することで、前記各測定位置までの距離と、前記各測定位置における補正前の温度とを算出し、
前記各測定位置における前記補正前の温度を補正して、前記各測定位置における補正後の温度を算出する光ファイバ温度分布測定装置であって、
前記各測定位置における前記補正後の温度を、下記の第１項、第２項、第３項、および第４項の和を取る式により算出し、
前記第１項は、前記各測定位置における前記補正前の温度に、第１のパラメータを乗じた値であり、
前記第２項は、前記各測定位置までの距離に、第２のパラメータを乗じた値であり、
前記第３項は、定数である第３のパラメータであり、
前記第４項は、前記各測定位置までの距離に前記各測定位置における前記補正前の温度を乗じた積を含む項に、第４のパラメータを乗じた値である、
光ファイバ温度分布測定装置
が提供される。

第１〜第４のパラメータを用いて、補正された温度を得ることができ、温度測定の精度向上を図ることができる。

図１（ａ）は、本発明の一実施形態による光ファイバ温度分布測定装置を示す概略構成図であり、図１（ｂ）は、実施形態による温度測定工程の流れを示すフローチャートである。 図２（ａ）は、実施形態によるパラメータ算出工程における基準温度測定の態様を示す、光ファイバ温度分布測定装置の概略構成図であり、図２（ｂ）は、実施形態によるパラメータ算出工程の流れを示すフローチャートである。 図３（ａ）および図３（ｂ）は、それぞれ、比較例および実施例の温度測定結果を光ファイバの全長に対して示すグラフであり、補正前と補正後の温度を示す。 図４（ａ）および図４（ｂ）は、それぞれ、比較例および実施例の温度測定結果を、近端基準温度部近傍について拡大して示すグラフであり、近端基準温度部の補正前と補正後の温度を示す。 図５（ａ）および図５（ｂ）は、それぞれ、比較例および実施例の温度測定結果を、中間部の末端部から遠端基準温度部にかけての部分について拡大して示すグラフであり、中間部の補正前と補正後の温度を示す。 図６（ａ）および図６（ｂ）は、それぞれ、比較例および実施例の温度測定結果を、中間部の末端部から遠端基準温度部にかけての部分について拡大して示すグラフであり、遠端基準温度部の補正前と補正後の温度を示す。 図７は、他の実施形態における基準温度測定の態様を示す、光ファイバ温度分布測定装置の概略構成図である。

以下、本発明の一実施形態による光ファイバ温度分布測定装置について説明する。光ファイバ温度分布測定装置は、ＤＴＳ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ）装置とも呼ばれる。

まず、図１（ａ）を参照して、実施形態によるＤＴＳ装置１００の装置構成について説明する。図１（ａ）は、ＤＴＳ装置１００を示す概略構成図である。ＤＴＳ装置１００は、光源および測定装置１１０と、光ファイバ１２０と、計算装置１３０とを含んで構成されている。

光ファイバ１２０は、一端側が光源および測定装置１１０に接続され、他端側が光源および測定装置１１０の外側に延在しており、温度センサ部として設けられている。光ファイバ１２０の接続された一端の近傍に、近端側の基準温度部（温度校正束）１２１として近端基準温度部１２１ａが設けられており、また、光ファイバ１２０の他端の近傍に、遠端側の基準温度部（温度校正束）１２１として遠端基準温度部１２１ｂが設けられている。近端基準温度部１２１ａと遠端基準温度部１２１ｂとの中間の光ファイバ部分（中間部）１２２が、被温度測定物の近傍に敷設されている。

光ファイバ１２０の全長は、例えば数ｋｍ〜数十ｋｍ程度である。近端基準温度部１２１ａおよび遠端基準温度部１２１ｂは、それぞれ、例えば１０ｍ〜１００ｍ程度の光ファイバ部分が巻回された束として構成されている。

後述のように、近端基準温度部１２１ａおよび遠端基準温度部１２１ｂの温度は、温度補正用のパラメータを算出する工程での基準温度測定において、所定の基準温度に制御される。中間部１２２は、一般に、被温度測定物に固定されたり埋設されたりしているため、作業者が接近することや任意の温度に制御することが難しい場合が多い。これに対し、基準温度部１２１（近端基準温度部１２１ａや遠端基準温度部１２１ｂ）は、接近しやすく任意の温度に制御しやすい態様で設置されていることが好ましい。

光源および測定装置１１０は、光源１０と光検出部２０と演算制御部３０とを含んで構成されている。光検出部２０は、ハーフミラー２１と分波器２２と光−デジタル変換回路２３とを含んで構成されている。光−デジタル変換回路２３は、フォトダイオード、アンプ、Ａ／Ｄ変換器等を含んで構成されている。

光源１０は、パルス光を出射するレーザ光源である。光源１０から出射されたパルス光が、ハーフミラー２１を透過して光ファイバ１２０に入射する。光源１０から光ファイバ１２０に入射した入射光により、光ファイバ１２０内の各測定位置で、ラマン後方散乱光を含む後方散乱光が生じる。各測定位置で生じたラマン後方散乱光を含む後方散乱光が、ハーフミラー２１から光検出部２０に入射する。

ハーフミラー２１で反射された後方散乱光が、分波器２２を介して光−デジタル変換回路２３に入射する。光−デジタル変換回路２３により、各測定位置で生じたラマン後方散乱光のストークス光、反ストークス光の強度データが得られる。

演算制御部３０が、後方散乱光の入射タイミングに基づいて、光源および測定装置１１０から各測定位置までの距離を算出するとともに、ストークス光に対する反ストークス光の強度比に基づいて、各測定位置における温度を算出する。

演算制御部３０で、つまり光源および測定装置１１０で算出された各測定位置の距離と温度とを表すデータが、計算装置１３０に入力される。計算装置１３０としては、例えばパーソナルコンピュータを用いることができる。

計算装置１３０は、光源および測定装置１１０で算出された各測定位置の温度を補正して、補正後の温度を算出する処理（補正温度算出処理）を行う。補正温度算出処理の詳細については、図１（ｂ）を参照して後述する。計算装置１３０は、また、補正温度算出処理に用いるためのパラメータを算出する処理（パラメータ算出処理）を行う。パラメータ算出処理の詳細については、図２（ｂ）を参照して後述する。なお、計算装置１３０で算出される「補正後の温度」と区別するために、光源および測定装置１１０で算出される温度を、「補正前の温度」と呼ぶこともある。

計算装置１３０のハードウエア構成例について説明する。計算装置１３０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、記憶装置、Ｉ／Ｏポート、入力装置、および出力装置を有している。

記憶装置は、補正温度算出処理、パラメータ算出処理等を行うのに必要なプログラムやデータを読み出し可能に格納し、例えばハードディスク、ＣＤ、ＤＶＤ、ＵＳＢメモリ等の外部記憶装置により構成される。

Ｉ／Ｏポートは、光源および測定装置１１０に接続されている。光源および測定装置１１０で算出された各測定位置の距離と温度とを表すデータが、Ｉ／Ｏポートを介して計算装置１３０に入力され、記憶装置に記憶される。

ＣＰＵは、記憶装置から必要なプログラムやデータを読み出して、補正温度算出処理、パラメータ算出処理等を実行する。

入力装置は、操作者が各種の情報を入力するために用いられ、例えばキーボードやマウスにより構成される。出力装置は、各種の情報を表示するために用いられ、例えばディスプレイ装置やプリンタ装置により構成される。

次に、距離ｉで表される各測定位置に対して、補正前の温度Ｔ_ｉｎ［ｉ］から補正後の温度Ｔ_ｏｕｔ［ｉ］を算出するための考え方について説明する。

本実施形態における補正後の温度Ｔ_ｏｕｔ［ｉ］は、温度補正のための１組のパラメータである第１〜第４のパラメータＡ、Ｂ、Ｃ、およびＤを用いて、
Ｔ_ｏｕｔ［ｉ］＝Ａ×Ｔ_ｉｎ［ｉ］＋Ｂ×ｉ＋Ｃ＋Ｄ×ｉ×Ｔ_ｉｎ［ｉ］・・・（１）
と表される。ここで、ｉは各測定位置までの距離であり、Ｔ_ｉｎ［ｉ］は補正前の温度である。

すなわち、各測定位置ｉにおける補正後の温度Ｔ_ｏｕｔ［ｉ］は、
第１項Ａ×Ｔ_ｉｎ［ｉ］：
各測定位置ｉにおける補正前の温度Ｔ_ｉｎ［ｉ］に、第１のパラメータＡを乗じた値、
第２項Ｂ×ｉ：
各測定位置までの距離ｉに、第２のパラメータＢを乗じた値、
第３項Ｃ：
定数である第３のパラメータＣ、
および
第４項Ｄ×ｉ×Ｔ_ｉｎ［ｉ］：
各測定位置までの距離ｉに各測定位置ｉにおける補正前の温度Ｔ_ｉｎ［ｉ］を乗じた値に、第４のパラメータＤを乗じた値、
の和を取ることで算出される。

第１のパラメータＡを「倍率」と呼び、第２のパラメータＢを「傾き」と呼び、第３のパラメータＣを「オフセット」と呼び、第４のパラメータＤを「拡張パラメータ」と呼ぶこともある。

パラメータＡ〜Ｄは、４つの数値であるので、４つの条件を上式（１）に代入して得られる４元連立方程式を解くことにより、算出することができる。

次に、図２（ａ）および図２（ｂ）を参照して、パラメータＡ〜Ｄの算出工程（以下、パラメータ算出工程と呼ぶ）についてより具体的に説明する。パラメータ算出工程では、温度補正の基準とするための基準温度測定が行われる。図２（ａ）は、パラメータ算出工程における基準温度測定の態様を示す、ＤＴＳ装置１００の概略構成図である。図２（ｂ）は、パラメータ算出工程の流れを示すフローチャートである。

基準温度測定において、近端基準温度部１２１ａおよび遠端基準温度部１２１ｂの温度は、それぞれ、既知の所定温度である基準温度に制御される（つまり、近端基準温度部１２１ａおよび遠端基準温度部１２１ｂに、基準温度が加えられる）。例えば、近端基準温度部１２１ａおよび遠端基準温度部１２１ｂを、それぞれ、既知の水温に制御された水槽２００ａおよび水槽２００ｂに浸すことで、温度制御が行われる。水槽２００ａおよび水槽２００ｂの水温は、それぞれ、独立に制御することができ、精密温度計２０１ａおよび精密温度計２０１ｂにより管理される。なお、近端基準温度部１２１ａおよび遠端基準温度部１２１ｂの温度制御方法は、特に制限されず、必要に応じて他の方法としてもよい。

パラメータ算出工程の流れを説明する。まず、ステップＳ１１では、基準温度測定として、基準温度部１２１の位置および基準温度を変えて、４条件で補正前の温度を測定する。例えば以下のような測定１〜測定４を行う。ここで、近端基準温度部１２１ａの代表的な位置（距離）を「ｉａ」とし、遠端基準温度部１２１ｂの代表的な位置（距離）を「ｉｂ」とする。

測定１：
水槽２００ａに０℃の氷水を満たし、近端基準温度部１２１ａ（距離ｉａ）の温度を０℃に制御して（つまり、補正後の温度Ｔ_ｏｕｔ［ｉａ］を０℃に設定して）、近端基準温度部１２１ａの補正前の温度Ｔ_ｉｎ［ｉａ］を測定する。

測定２：
水槽２００ｂに０℃の氷水を満たし、遠端基準温度部１２１ｂ（距離ｉｂ）の温度を０℃に制御して（つまり、補正後の温度Ｔ_ｏｕｔ［ｉｂ］を０℃に設定して）、遠端基準温度部１２１ｂの補正前の温度Ｔ_ｉｎ［ｉｂ］を測定する。

測定３：
水槽２００ａに６０℃のお湯を満たし、近端基準温度部１２１ａ（距離ｉａ）の温度を６０℃に制御して（つまり、補正後の温度Ｔ_ｏｕｔ［ｉａ］を６０℃に設定して）、近端基準温度部１２１ａの補正前の温度Ｔ_ｉｎ［ｉａ］を測定する。

測定４：
水槽２００ｂに６０℃のお湯を満たし、遠端基準温度部１２１ｂ（距離ｉｂ）の温度を６０℃に制御して（つまり、補正後の温度Ｔ_ｏｕｔ［ｉｂ］を６０℃に設定して）、遠端基準温度部１２１ｂの補正前の温度Ｔ_ｉｎ［ｉｂ］を測定する。

ここで、近端基準温度部１２１ａおよび遠端基準温度部１２１ｂの制御された温度である基準温度は、補正後の温度Ｔ_ｏｕｔ［ｉａ］および補正後の温度Ｔ_ｏｕｔ［ｉｂ］と等しくなるべき温度である。

例示の測定１〜測定４では、基準温度部１２１の位置を近端基準温度部１２１ａと遠端基準温度部１２１ｂの２箇所に変え、また、近端基準温度部１２１ａと遠端基準温度部１２１ｂの基準温度をそれぞれ２つの温度に変えることで、全部で４条件での距離ｉ、補正前の温度Ｔ_ｉｎ［ｉ］、および補正後の温度Ｔ_ｏｕｔ［ｉ］を得ている。

なお、上述の２つの基準温度０℃、６０℃は一例であり、２つの基準温度は、互いに異なっていれば他の温度でもよい。ただし、温度補正の精度向上のためには、例えば測定対象物の温度範囲が０℃〜１００℃の場合であれば、温度範囲内の下限０℃に近い温度と、上限１００℃に近い温度とを基準温度とすることが好ましい。なお、近端基準温度部１２１ａに適用する基準温度と、遠端基準温度部１２１ｂに適用する基準温度とは、必要に応じて、互いに異ならせてもよい。

基準温度部１２１ａ、１２１ｂのそれぞれは、光ファイバ１２０の中間部１２２に設けることも可能ではあるが、温度補正の精度向上のためには、両端部、すなわち近端部と遠端部とに設けることが好ましい。なお、ここでいう「両端部」とは、図７を参照して後述する他の実施形態においては、「各区間の両端部（各区間の近端部と遠端部）」という意味である。なお、（各区間の）両端部にそれぞれ、高温の基準温度測定用の基準温度部と低温の基準温度測定用の基準温度部の両方を設けて、各端部での高温と低温の基準温度測定を同時に行うようにすることもできる。

次に、ステップＳ１２では、ステップＳ１１で得られた４条件での測定結果（距離ｉ、補正前の温度Ｔ_ｉｎ［ｉ］、および補正後の温度Ｔ_ｏｕｔ［ｉ］）を上式（１）に代入して４元連立方程式を立て、この４元連立方程式を解くことにより、４つのパラメータＡ〜Ｄを算出する。４元連立方程式を解いて４つのパラメータＡ〜Ｄを算出する計算（パラメータ算出処理）は、計算装置１３０で行われる。このようにして、温度補正用の４つのパラメータＡ〜Ｄを求めることができる。

次に、図１（ｂ）を参照して、ＤＴＳ装置１００による温度測定工程について説明する。この温度測定工程は、上述のようにして得られた４つのパラメータＡ〜Ｄ（倍率Ａ、傾きＢ、オフセットＣ、および拡張パラメータＤ）を用いて、補正された温度（ＤＴＳ装置１００による最終的な測定結果としての温度）を得る温度測定工程である。図１（ｂ）は、温度測定工程の流れを示すフローチャートである。

まず、ステップＳ１では、光源１０から光ファイバ１２０に光を入射させ、光ファイバ１２０内の各測定位置の距離と、各測定位置における補正前の温度とを算出する。各測定位置の距離と補正前の温度とは、光源および測定装置１１０で算出される。

次に、ステップＳ２では、各測定位置における補正前の温度を補正して、各測定位置における補正後の温度を算出する。すなわち、各測定位置までの距離ｉと、各測定位置ｉにおける補正前の温度Ｔ_ｉｎ［ｉ］を、上式（１）に代入して、各測定位置ｉにおける補正後の温度Ｔ_ｏｕｔ［ｉ］を算出する。各測定位置の補正後の温度を算出する計算（補正温度算出処理）は、計算装置１３０で行われる。

式（１）に用いられるパラメータＡ〜Ｄは、この温度測定工程に先立ち上述のパラメータ算出工程を実施して、準備しておく。パラメータ算出工程を一度実施してパラメータＡ〜Ｄを求めておけば、その後の温度測定工程では、同一のパラメータＡ〜Ｄを繰り返し用いて（補正後の）温度を測定することができる。なお、必要に応じて、適当なタイミングでパラメータ算出工程を再実施しパラメータＡ〜Ｄを更新してもよい。

以上説明したように、実施形態によるＤＴＳ装置１００を用いることで、４つのパラメータＡ〜Ｄを用いて、補正された温度を得ることができ、温度測定の精度向上を図ることができる。

なお、上述の実施形態では、温度補正用のパラメータＡ〜Ｄを算出する計算と、補正後の温度を算出する計算とを、光源および測定装置１１０の外部に設けられたパーソナルコンピュータ等の計算装置１３０で行う場合について例示した。計算装置１３０の構成態様はこのようなものに限定されない。必要に応じて、例えば、光源および測定装置１１０内に計算装置１３０を一体化した装置構成としてもよい。

次に、上述の実施形態の変形例によるＤＴＳ装置について説明する。変形例のＤＴＳ装置では、補正後の温度Ｔ_ｏｕｔ［ｉ］が第１〜第４のパラメータＡ〜Ｄを用いて
Ｔ_ｏｕｔ［ｉ］＝Ａ×Ｔ_ｉｎ［ｉ］＋Ｂ×ｉ＋Ｃ＋Ｄ×ｉ×Ｔ_ｉｎ［ｉ］×｜Ｔ_ｉｎ［ｉ］｜・・・（２）
と表される点が、上述の実施形態と異なる。

つまり、補正後の温度Ｔ_ｏｕｔ［ｉ］を表す和の第４項が、上述の実施形態では
第４項Ｄ×ｉ×Ｔ_ｉｎ［ｉ］：
各測定位置までの距離ｉに各測定位置ｉにおける補正前の温度Ｔ_ｉｎ［ｉ］の１乗を乗じた値に、第４のパラメータＤを乗じた値、
であったのに対し、本変形例では、
第４項Ｄ×ｉ×Ｔ_ｉｎ［ｉ］×｜Ｔ_ｉｎ［ｉ］｜：
各測定位置までの距離ｉに各測定位置ｉにおける補正前の温度Ｔ_ｉｎ［ｉ］の符号を反映した２乗を乗じた値に、第４のパラメータＤを乗じた値、
となっている点が、上述の実施形態と異なる。ここで、一方のＴ_ｉｎ［ｉ］の絶対値を取っているのは、この項においてＴ_ｉｎ［ｉ］の正負の符号を反映させるためである。その他の点は、上述の実施形態と同様である。

変形例のＤＴＳ装置によっても、上述の実施形態と同様に、４つのパラメータＡ〜Ｄを用いて、補正された温度を得ることができ、温度測定の精度向上を図ることができる。

次に、図３（ａ）〜図６（ｂ）を参照して、実施例および比較例による温度測定（温度補正）について説明する。

実施例では、上述の実施形態と同様にして、４つのパラメータＡ〜Ｄ（倍率Ａ、傾きＢ、オフセットＣ、および拡張パラメータＤ）を用いて上式（１）に基づき温度補正を行った。

比較例では、３つのパラメータＡ〜Ｃ（倍率Ａ、傾きＢ、オフセットＣ）を用いて温度補正を行った。つまり、上式（１）のパラメータＡ〜Ｃに係る３項の和のみを考慮した補正式で、温度補正を行った。なお、比較例における３つのパラメータＡ〜Ｃは、３条件での基準温度測定を行うことで、求めることができる。

図３（ａ）および図３（ｂ）を参照する。図３（ａ）および図３（ｂ）は、それぞれ、比較例および実施例の温度測定結果を光ファイバの全長（５０００ｍ）に対して示すグラフであり、補正前と補正後の温度を示す。

比較例および実施例では、近端および遠端の基準温度部の温度を６０℃に制御するとともに、中間部の温度を２０℃に制御して、温度測定を行った。

図４（ａ）および図４（ｂ）を参照する。図４（ａ）および図４（ｂ）は、それぞれ、比較例および実施例の温度測定結果を、近端基準温度部近傍（０ｍ〜１００ｍ）について拡大して示すグラフであり、近端基準温度部の補正前と補正後の温度を示す。

比較例および実施例で、近端基準温度部の補正前の温度は、６０℃より少し高い温度に測定されている。比較例および実施例の両方とも、近端基準温度部の補正後の温度は、６０℃となるように補正できている。

図５（ａ）および図５（ｂ）を参照する。図５（ａ）および図５（ｂ）は、それぞれ、比較例および実施例の温度測定結果を、中間部の末端部から遠端基準温度部にかけての部分（４８５０ｍ〜４９９０ｍ）について拡大して示すグラフであり、中間部の補正前と補正後の温度を示す。

比較例および実施例で、中間部の補正前の温度は、２１℃より少し高い温度に測定されている。比較例および実施例の両方とも、中間部の補正後の温度は、２０℃となるように補正できている。

図６（ａ）および図６（ｂ）を参照する。図６（ａ）および図６（ｂ）は、それぞれ、比較例および実施例の温度測定結果を、中間部の末端部から遠端基準温度部にかけての部分（４８５０ｍ〜４９９０ｍ）について拡大して示すグラフであり、遠端基準温度部の補正前と補正後の温度を示す。

比較例および実施例で、遠端基準温度部の補正前の温度は、５９℃より少し低い温度に測定されている。図６（ａ）に示す比較例では、遠端基準温度部の補正後の温度が、５９℃程度となっており、６０℃には補正できていない。一方、図６（ｂ）に示す実施例では、遠端基準温度部の補正後の温度を、６０℃となるように補正できている。

このように、実施例の温度測定では、比較例の温度測定と比べて、より正確な温度補正を行えることがわかった。また、実施例において、近端と遠端とに基準温度部を設けて温度補正を行うことで、中間部についても精度良く温度補正を行えることがわかった。

実施形態の温度測定方法では、倍率Ａ、傾きＢ、オフセットＣの３つのパラメータに加え、４つ目のパラメータである拡張パラメータＤを用いている。つまり、補正後の温度Ｔ_ｏｕｔ［ｉ］を算出するために、「Ｄ×ｉ×Ｔ_ｉｎ［ｉ］」という第４項を加味している。このような項を加味していることで、実施例の方が比較例よりも温度補正の精度が高くなっている。

次に、このような項「Ｄ×ｉ×Ｔ_ｉｎ［ｉ］」を加味することが、温度補正に好ましい理由について考察する。

ＤＴＳ装置による（補正前の）温度測定においては、実際に使用する光ファイバと出荷調整用標準ファイバとの微妙な物性特性の違いや、フォトダイオード、アンプ、Ａ／Ｄ変換器等の光−デジタル変換回路を構成する部品の入力−出力特性の非線形性等の要因によって、測定温度に誤差が生じ得る。

図３（ａ）〜図６（ｂ）より、補正前の温度誤差の生じ方の一例として、以下のようなことがわかる。近端および遠端の基準温度部の温度は、両方とも６０℃に制御されているが、遠端の温度の方が低めに測定されている。つまり、高温の６０℃部分の温度は、距離が遠くなるにしたがい低めに測定される傾向が見られる。また、２０℃に制御された中間部、つまり、低温の２０℃部分の温度も、距離が遠くなるにしたがい低めに測定される傾向が見られる。そして、低温の２０℃部分の測定温度が、距離が遠くなるにしたがい下降する幅に比べて、高温の６０℃部分の測定温度が、距離が遠くなるにしたがい下降する幅の方が大きい傾向が見られる。

本願発明者は、補正前の温度誤差の生じ方について、さらに他の場合についても検討した。その結果、温度誤差の生じ方としては、上述のような、距離が遠くなるにしたがい６０℃部分および２０℃部分の両方の測定温度が下降する場合のみならず、距離が遠くなるにしたがい６０℃部分および２０℃部分の両方の測定温度が上昇する場合や、距離が遠くなるにしたがい６０℃部分の測定温度は下降し２０℃部分の測定温度は上昇する場合等があることがわかった。そして、これらの場合についてまとめると、高温の６０℃部分の測定温度と低温の２０℃部分の測定温度との差分は、実際の温度差が一定であるにも係らず距離が遠くなるにしたがい小さくなる傾向があることがわかり、温度誤差は、測定位置の距離および温度の両方に依存して変化する傾向があることがわかった。

このように、温度誤差は、測定位置の距離および温度の両方に依存して変化する傾向が見られる。このため、「Ｄ×ｉ×Ｔ_ｉｎ［ｉ］」のような、距離ｉと（補正前の）温度Ｔ_ｉｎ［ｉ］の両方を反映するような第４項を加味することが、温度補正の精度向上に有効となっている。

さらに、以上の考察より、第４項としては、「ｉ×Ｔ_ｉｎ［ｉ］」という積を含む項であれば有効ではないかと考えられる。したがって、上述の実施形態で説明した「Ｄ×ｉ×Ｔ_ｉｎ［ｉ］」という項以外に、例えば、変形例で説明した「Ｄ×ｉ×Ｔ_ｉｎ［ｉ］×｜Ｔ_ｉｎ［ｉ］｜」という項等も有効ではないかと考えられる。つまり、第４項は、各測定位置までの距離ｉに各測定位置ｉにおける補正前の温度Ｔ_ｉｎ［ｉ］を乗じた積を含む項に、拡張パラメータＤを乗じた値とすることが好ましいと考えられる。

なお、計算の容易さや計算結果の直観的な把握が容易であるという観点からは、第４項は、上述の実施形態で説明したような「Ｄ×ｉ×Ｔ_ｉｎ［ｉ］」という項とすることがより好ましい。

以上、実施形態および変形例に沿って本発明を説明したが、本発明の実施形態はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

例えば、以下に説明するように、他の実施形態として、光ファイバの全長を複数区間に分け、各区間についてそれぞれ温度補正を行うようにすることもできる。

図７は、他の実施形態における基準温度測定の態様を示す、ＤＴＳ装置１００の概略構成図である。なお、説明の煩雑さを避けるため、上述の実施形態と対応する構造等について、同様な参照符号を用いて説明を行う。

本実施形態では、全長の光ファイバ３００が、複数（例えば３つ）の区間１２０、１４０、１５０に分けられている。各区間１２０、１４０、１５０のそれぞれの両端部において、近端側に近端基準温度部１２１ａ、１４１ａ、１５１ａが設けられており、遠端側に遠端基準温度部１２１ｂ、１４１ｂ、１５１ｂが設けられている。なお、ある区間の遠端側の基準温度部を、その区間の遠端側に隣接する区間の近端側の基準温度部と共用としてもよい（例えば、区間１４０の遠端基準温度部１４１ｂを、区間１５０の近端基準温度部１５１ａとして用いるようにしてもよい）。

複数の区間１２０等のそれぞれに対して、上述の実施形態で図２（ｂ）を参照して説明した手順と同様にして、パラメータ算出工程を行う。つまり、各区間１２０等のそれぞれに対して、４条件での基準温度測定を行って、温度補正用のパラメータの組（Ａ〜Ｄ）の算出を行う。

そして、上述の実施形態で図１（ｂ）を参照して説明した手順と同様にして、温度測定工程を行う。つまり、各測定位置の補正前の温度を算出し、温度補正を行って補正後の温度を算出する。この際、区間１２０等ごとに、当該区間に対して算出されたパラメータの組（Ａ〜Ｄ）を用いて補正を行って、全長の光ファイバ３００における補正後の温度を算出する。

本実施形態では、光ファイバの全長を、延在方向について複数の区間に分け、温度補正のためのパラメータの組（Ａ〜Ｄ）を、区間ごとに設定している。区間ごとに温度補正を行うことができるので、温度測定のさらなる精度向上を図ることができる。このような方法は、各区間の長さが例えば数ｋｍ以上と長い場合に、特に好ましい。なお、図１および図２を参照して説明した上述の実施形態は、光ファイバの全長を１区間とした場合に対応している。

＜本発明の好ましい態様＞
以下、本発明の好ましい態様について付記する。

（付記１）
光源から光ファイバに入射した入射光により前記光ファイバ内の各測定位置で生じたラマン後方散乱光を含む後方散乱光を検出することで、前記各測定位置までの距離と、前記各測定位置における補正前の温度とを算出し、
前記各測定位置における前記補正前の温度を補正して、前記各測定位置における補正後の温度を算出する光ファイバ温度分布測定装置であって、
前記各測定位置における前記補正後の温度を、下記の第１項、第２項、第３項、および第４項の和を取る式により算出し、
前記第１項は、前記各測定位置における前記補正前の温度に、第１のパラメータを乗じた値であり、
前記第２項は、前記各測定位置までの距離に、第２のパラメータを乗じた値であり、
前記第３項は、定数である第３のパラメータであり、
前記第４項は、前記各測定位置までの距離に前記各測定位置における前記補正前の温度を乗じた積を含む項に、第４のパラメータを乗じた値である、
光ファイバ温度分布測定装置。

（付記２）
前記第４項は、前記各測定位置までの距離に前記各測定位置における前記補正前の温度の１乗を乗じた値に、前記第４のパラメータを乗じた値である、付記１に記載の光ファイバ温度分布測定装置。

（付記３）
前記第４項は、前記各測定位置までの距離に前記各測定位置における前記補正前の温度の符号を反映した２乗を乗じた値に、前記第４のパラメータを乗じた値である、付記１に記載の光ファイバ温度分布測定装置。

（付記４）
前記光ファイバが延在方向について１つまたは複数の区間に分けられ、各区間について前記第１、第２、第３、および第４のパラメータが設定されている付記１〜３のいずれか１つに記載の光ファイバ温度分布測定装置。

（付記５）
前記第１〜前記第４のパラメータは、
前記光ファイバの延在方向の所定位置に設けられる基準温度部の位置、および、前記基準温度部に加えられる既知の基準温度を変えて、４条件で前記補正前の温度を測定し、
前記４条件での測定結果を前記式に代入することにより得られる４元連立方程式を解くことで算出されたものである付記４に記載の光ファイバ温度分布測定装置。

（付記６）
前記基準温度部は、前記区間の両端部に設けられている付記５に記載の光ファイバ温度分布測定装置。

（付記７）
光源から光ファイバに入射した入射光により前記光ファイバ内の各測定位置で生じたラマン後方散乱光を含む後方散乱光を検出することで、前記各測定位置までの距離と、前記各測定位置における補正前の温度とを算出する工程と、
前記各測定位置における前記補正前の温度を補正して、前記各測定位置における補正後の温度を算出する工程と、
を有し、
前記各測定位置における補正後の温度を算出する工程では、
前記各測定位置における前記補正後の温度を、下記の第１項、第２項、第３項、および第４項の和を取る式により算出し、
前記第１項は、前記各測定位置における前記補正前の温度に、第１のパラメータを乗じた値であり、
前記第２項は、前記各測定位置までの距離に、第２のパラメータを乗じた値であり、
前記第３項は、定数である第３のパラメータであり、
前記第４項は、前記各測定位置までの距離に前記各測定位置における前記補正前の温度を乗じた積を含む項に、第４のパラメータを乗じた値である、
光ファイバ温度分布測定装置を用いた温度測定方法。

（付記８）
さらに、前記第１〜前記第４のパラメータを算出する工程を有し、
前記第１〜前記第４のパラメータを算出する工程は、
前記光ファイバの延在方向の所定位置に設けられる基準温度部の位置、および、前記基準温度部に加えられる既知の基準温度を変えて、４条件で前記補正前の温度を測定する工程と、
前記４条件での測定結果を前記式に代入することにより得られる４元連立方程式を解くことで前記第１〜前記第４のパラメータを算出する工程と、
を有する付記７に記載の光ファイバ温度分布測定装置を用いた温度測定方法。

１００ 光ファイバ温度分布測定装置（ＤＴＳ装置）
１１０ 光源および測定装置
１２０ 光ファイバ
１２１ 基準温度部
１２１ａ 近端基準温度部
１２１ｂ 遠端基準温度部
１３０ 計算装置
２００ａ、２００ｂ 水槽
２０１ａ、２０１ｂ 精密温度計

Claims (6)

1. 光源から光ファイバに入射した入射光により前記光ファイバ内の各測定位置で生じたラマン後方散乱光を含む後方散乱光を検出することで、前記各測定位置までの距離と、前記各測定位置における補正前の温度とを算出し、
   前記各測定位置における前記補正前の温度を補正して、前記各測定位置における補正後の温度を算出する光ファイバ温度分布測定装置であって、
   前記各測定位置における前記補正後の温度を、下記の第１項、第２項、第３項、および第４項の和を取る式により算出し、
   前記第１項は、前記各測定位置における前記補正前の温度に、第１のパラメータを乗じた値であり、
   前記第２項は、前記各測定位置までの距離に、第２のパラメータを乗じた値であり、
   前記第３項は、定数である第３のパラメータであり、
   前記第４項は、前記各測定位置までの距離に前記各測定位置における前記補正前の温度を乗じた積を含む項に、第４のパラメータを乗じた値である、
   光ファイバ温度分布測定装置。
2. 前記第４項は、前記各測定位置までの距離に前記各測定位置における前記補正前の温度の１乗を乗じた値に、前記第４のパラメータを乗じた値である、請求項１に記載の光ファイバ温度分布測定装置。
3. 前記第４項は、前記各測定位置までの距離に前記各測定位置における前記補正前の温度の符号を反映した２乗を乗じた値に、前記第４のパラメータを乗じた値である、請求項１に記載の光ファイバ温度分布測定装置。
4. 前記光ファイバが延在方向について１つまたは複数の区間に分けられ、各区間について前記第１、第２、第３、および第４のパラメータが設定されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の光ファイバ温度分布測定装置。
5. 前記第１〜前記第４のパラメータは、
   前記光ファイバの延在方向の所定位置に設けられる基準温度部の位置、および、前記基準温度部に加えられる既知の基準温度を変えて、４条件で前記補正前の温度を測定し、
   前記４条件での測定結果を前記式に代入することにより得られる４元連立方程式を解くことで算出されたものである請求項４に記載の光ファイバ温度分布測定装置。
6. 前記基準温度部は、前記区間の両端部に設けられている請求項５に記載の光ファイバ温度分布測定装置。

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