JPH11237287A

JPH11237287A - 温度分布計測装置

Info

Publication number: JPH11237287A
Application number: JP10039000A
Authority: JP
Inventors: Tokio Kai; 登喜雄開; Tsuyotoshi Yamaura; 剛俊山浦; Yoshiaki Inoue; 好章井上; Tadashi Sugimura; 忠士杉村; Masazumi Tsukano; 正純塚野
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1998-02-20
Filing date: 1998-02-20
Publication date: 1999-08-31

Abstract

(57)【要約】【課題】測定対象の局部的な高温部の温度計測を行なう
ことができる温度分布計測装置を提供すること。【解決手段】一本の光ファイバ１を複数の輪状に形成し
支持部材に貼付けてなる光ファイバセンサ（８）と、こ
の光ファイバセンサ（８）を測定対象（Ａ）に設け、前
記光ファイバ１の後方散乱光を計測することで前記測定
対象（Ａ）の位置に対する温度分布を計測する計測手段
（２）と、を具備。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバのラマ
ン散乱光を分析することにより、光ファイバ各部の温度
を計測する温度分布計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の温度分布計測装置では、光ファ
イバの片端からレーザパルス光を入射する。すると、該
光ファイバ内でラマン散乱光が発生し、後方散乱光とし
て再び入射端に戻ってくる。この後方散乱光のストーク
ス光とアンチストークス光との強度比及び温度には、次
式（１）の関係が成立する。

【０００３】Ｔ＝−ｈｃｖ／ｋ・ｌｏｇ（Ｉａｓ／αＩｓ） …（１）Ｔ：絶対温度、ｈ：プランク定数、ｃ：真空中の光速、
ｋ：ボルツマン定数、Ｉａｓ：アンチストークス光強
度、Ｉｓ：ストークス光強度、α：補正係数、ν：ラマ
ンシフト量また、パルス光を入射してから散乱光が返ってくるまで
の時間は、パルス光の光路により決まるので、その時間
から測定位置を知ることができる。この関係は、次式
（２）で与えられる。

【０００４】Ｌ＝Ｃ0 ｔ／２ｎ …（２）Ｌ：距離、Ｃ0 ：真空中の光速、ｎ：光ファイバの屈折
率ｔ：パルス入射から散乱光を受けるまでの遅れ時間ここで、距離Ｌの分解能は、パルス入射から散乱光を受
けるまでの遅れ時間ｔの間隔を小さく測定すれば向上す
る。そのためには、パルス入射光の幅を短くすればよい
が、その場合反面散乱光強度が小さくなるため、距離分
解能には限界がある。

【０００５】図４は、上述した原理を用いた温度分布計
測器による光ファイバの温度に対する距離分解能の試験
状況を示す図である。図４において、１は光ファイバ、
２は温度分布計測器、３は恒温炉を示す。恒温炉３の内
部温度を１００℃一定になるよう制御し、恒温炉３の内
部に入れる光ファイバ１のｌ1 〜ｌ2 間の長さを３ｍ，
２ｍ，１ｍ及び０．５ｍと変化させ、温度分布計測器２
を用いて各長さにおける温度分布を測定する。

【０００６】図５は上記距離分解能試験の結果を示す図
であり、横軸に恒温炉３内の光ファイバ１の中心を０点
とした測定位置、縦軸に恒温炉３内の光ファイバ１の長
さが３ｍ，２ｍ，１ｍ及び０．５ｍである場合の温度測
定結果を、それぞれ３Ｌ，２Ｌ，１Ｌ及び０．５Ｌで示
している。図５から分かるように、恒温炉３内に光ファ
イバ１を３ｍ入れた場合のみ（３Ｌ）、光ファイバ１の
中心部が１００℃を示すが、それより短い場合はいずれ
も恒温炉３内で１００℃より低い値を示している。この
ように、光ファイバ１は局部的温度の検出能力が悪いこ
とが分かる。

【０００７】図６は、光ファイバを用いた従来の温度分
布計測法の適用例である高温配管の異常監視装置を示す
図である。図６において、４は鋼鉄管、５は耐熱材、Ｇ
は高温ガス、６は局所高温部（以下、ホットスポットと
称す）を示している。図６では、高温配管Ａの内部に高
温ガスＧが流れるため、耐熱材５を貼り付けることで鋼
鉄管４を保護している。しかし、耐熱材５にクラックや
剥離が起こると鋼鉄管４が損傷するため、光ファイバ１
を鋼鉄管４に巻き付けて敷設し、温度分布計測器２によ
り高温配管の温度監視を行なっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図６に示した高温配管
Ａの耐熱材５にクラックや剥離が起こると、鋼鉄管４の
表面にホットスポット６が生じる。その部分の光ファイ
バ１の温度が上昇したことを温度分布計測器２で計測す
ることにより、異常を検知する。しかし、ホットスポッ
トの面積が小さく局部的な温度上昇の場合、上述したよ
うに光ファイバ１は局部的温度の検出能力が悪いため、
異常を見落とすという問題がある。本発明の目的は、測
定対象の局部的な高温部の温度計測を行なうことができ
る温度分布計測装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を
達成するために、本発明の温度分布計測装置は以下の如
く構成されている。（１）本発明の温度分布計測装置は、一本の光ファイバ
を複数の輪状に形成し支持部材に貼付けてなる光ファイ
バセンサと、この光ファイバセンサを測定対象に設け、
前記光ファイバの後方散乱光を計測することで前記測定
対象の位置に対する温度分布を計測する計測手段と、か
ら構成されている。（２）本発明の温度分布計測装置は上記（１）に記載の
装置であり、かつ前記光ファイバセンサは、前記光ファ
イバを所定径にて所定回数巻いた輪状のものを前記支持
部材の長手方向に沿い所定間隔をもって貼り付けた。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の形態に係
る温度分布計測装置を高温配管の異常監視に適用した構
成を示す図である。図１において図６と同一な部分には
同一符号を付してある。図１に示す高温配管Ａでは、鋼
鉄管４の内面に耐熱材５が貼り付けられている。鋼鉄管
４の外面には、リボンケーブル状の光ファイバセンサ８
が鋼鉄管４の長手方向に対して所定間隔をもって巻かれ
ている。光ファイバセンサ８には、後述するように光フ
ァイバ１が複数の輪を有するよう巻かれており、光ファ
イバ１の末端は温度分布計測器２に接続されている。

【００１１】図２は、光ファイバセンサ８の構成を示す
図である。図２では、銅、ニッケル等からなり幅（Ｗ）
が約７０ｍｍ程度である薄板７上に、光ファイバ１を直
径（Ｄ）約６０ｍｍで数回（図２では２回）巻いたもの
を、薄板７の長手方向へ約６０ｍｍ強の間隔（Ｌ）で接
着剤等により貼付けている。光ファイバは、曲げ径が小
さくなると透過光の減衰が起こり温度計測精度が低下す
るので、直径（Ｄ）６０ｍｍ以上で巻くことが望まし
い。また、巻数を何回にするかは、温度検出感度との関
係を考慮して決定する。

【００１２】以下、ホットスポットと検出温度の関係を
述べる。図６に示した従来方法において、１００℃のホ
ットスポット６の直径が０．５ｍであり、光ファイバ１
がホットスポット６の中央部に敷設されていたとする。
この場合、ホットスポット６上の光ファイバ１の長さは
約０．５ｍであるため、図５に示すように測定温度が最
高部で約４５℃となり、１００℃のホットスポット６の
検出を行なえない。

【００１３】これに対して、本実施の形態による光ファ
イバセンサ８のように、光ファイバ１を直径約６０ｍｍ
で例えば２回巻いたものを使用した場合、１００℃のホ
ットスポット６の直径が０．５ｍであるとすると、光フ
ァイバ１の総長Ｌは下式（３）の通りとなる。

【００１４】

【数１】すなわち、光ファイバ１の総長Ｌは３ｍを越えるため、
図５から最高部で約１００℃が検知でき、１００℃のホ
ットスポット６の検出が可能になる。

【００１５】図３は、上記光ファイバセンサ８の変形例
である光ファイバセンサ８’の構成を示す図である。図
３において図２と同一な部分には同一符号を付してあ
る。図３では薄板７上に、光ファイバ１を直径（Ｄ）約
６０ｍｍで１回巻いたものを、薄板７の長手方向へ約６
０ｍｍ毎に接着剤等により貼付けている。この場合も上
述したと同様に、１００℃のホットスポット６の検出が
可能になる。

【００１６】被温度測定物である高温配管Ａに直接光フ
ァイバ１を直径約６０ｍｍで数回巻いて敷設することは
作業に多大な手間がかかる。よって、光ファイバセンサ
８，８’のように、検出目的に適合した光ファイバ１の
直径と巻数を有するリボンケーブル状のものを予め製作
し高温配管Ａに巻き付けることで、作業の簡易化を図る
ことができる。

【００１７】なお、本発明は上記実施の形態のみに限定
されず、要旨を変更しない範囲で適時変形して実施でき
る。例えば、上記光ファイバ１の直径、巻数及び巻き方
は、検出目的に応じて適宜変形して実施できる。

【００１８】（実施の形態のまとめ）実施の形態に示さ
れた構成及び作用効果をまとめると次の通りである。［１］実施の形態に示された温度分布計測装置は、一本
の光ファイバ１を複数の輪状に形成し支持部材（７）に
貼付けてなる光ファイバセンサ（８，８’）と、この光
ファイバセンサ（８，８’）を測定対象（Ａ）に設け、
前記光ファイバ１の後方散乱光を計測することで前記測
定対象（Ａ）の位置に対する温度分布を計測する計測手
段（２）と、から構成されている。

【００１９】したがって上記温度分布計測装置によれ
ば、測定対象（Ａ）の高温部（６）の面積が小さく局部
的に温度が上昇した場合でも、温度計測を行なうことが
でき、前記測定対象（Ａ）の異常を検知できる。［２］実施の形態に示された温度分布計測装置は上記
［１］に記載の装置であり、かつ前記光ファイバセンサ
（８）は、前記光ファイバ１を所定径にて所定回数巻い
た輪状のものを前記支持部材（７）の長手方向に沿い所
定間隔をもって貼り付けた。したがって上記温度分布計
測装置によれば、簡易な作業で光ファイバ１を測定対象
（Ａ）に敷設することができる。

【００２０】

【発明の効果】本発明の温度分布計測装置によれば、測
定対象の高温部の面積が小さく局部的に温度が上昇した
場合でも、温度計測を行なうことができ、前記測定対象
の異常を検知できる。本発明の温度分布計測装置によれ
ば、簡易な作業で光ファイバを測定対象に敷設すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る温度分布計測装置を
高温配管の異常監視に適用した構成を示す図。

【図２】本発明の実施の形態に係る光ファイバセンサの
構成を示す図。

【図３】本発明の実施の形態に係る光ファイバセンサの
変形例を示す図。

【図４】従来例に係る温度分布計測器による光ファイバ
の温度に対する距離分解能の試験状況を示す図。

【図５】本発明の実施の形態及び従来例に係る距離分解
能試験の結果を示す図。

【図６】従来例に係る高温配管の異常監視装置を示す
図。

【符号の説明】

１…光ファイバ２…温度分布計測器３…恒温炉４…鋼鉄管５…耐熱材６…局所高温部７…薄板８，８’…光ファイバセンサＡ…高温配管Ｇ…高温ガス

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１０年１２月１４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１３】これに対して、本実施の形態による光ファ
イバセンサ８のように、光ファイバ１を直径約６０ｍｍ
で例えば２回巻いたものを使用した場合、１００℃のホ
ットスポット６の直径が０．５ｍであるとすると、ホッ
トスポット６部分での光ファイバ１の総長Ｌは下式
（３）の通りとなる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者杉村忠士長崎県長崎市深堀町五丁目717番１号三菱重工業株式会社長崎研究所内 (72)発明者塚野正純長崎県長崎市飽の浦町１番１号三菱重工業株式会社長崎造船所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一本の光ファイバを複数の輪状に形成し支
持部材に貼付けてなる光ファイバセンサと、この光ファイバセンサを測定対象に設け、前記光ファイ
バの後方散乱光を計測することで前記測定対象の位置に
対する温度分布を計測する計測手段と、を具備したことを特徴とする温度分布計測装置。
【請求項２】前記光ファイバセンサは、前記光ファイバ
を所定径にて所定回数巻いた輪状のものを前記支持部材
の長手方向に沿い所定間隔をもって貼り付けたことを特
徴とする請求項１に記載の温度分布計測装置。