特許ウォッチ

公開番号2025072181
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-09
出願番号2023182760
出願日2023-10-24
発明の名称温度測定装置および温度測定方法
出願人横河電機株式会社,学校法人トヨタ学園
代理人弁理士法人酒井国際特許事務所
主分類G01K 11/322 20210101AFI20250430BHJP(測定;試験)
要約【課題】長時間にわたり測定精度の高い温度測定を行うこと。
【解決手段】温度測定装置1は、被測定光ファイバ10の測定位置からブリルアン周波数シフトを取得し、被測定光ファイバ10の測定位置が所定の温度環境下に曝された時間である曝露時間tが所定時間経過した場合、曝露時間tに基づいてブリルアン周波数シフトを高周波側へのドリフトに対応して補正し、補正されたブリルアン周波数シフトに基づいて測定位置の測定温度を算出する制御部31を備える。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
被測定光ファイバの測定位置からブリルアン周波数シフトを取得し、
前記被測定光ファイバの測定位置が所定の温度環境下に曝された時間である曝露時間が所定時間経過した場合、前記曝露時間に基づいて前記ブリルアン周波数シフトを高周波側へのドリフトに対応して補正し、
補正された前記ブリルアン周波数シフトに基づいて前記測定位置の測定温度を算出する、
制御部を備えることを特徴とする温度測定装置。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記制御部は、
前記被測定光ファイバの複数の測定位置それぞれの前記曝露時間および前記測定温度を記録する、
ことを特徴とする請求項１に記載の温度測定装置。
【請求項３】
前記所定時間は前記所定の温度環境により定められる時間であり、
前記制御部は、
前記被測定光ファイバの所定の温度環境を異にする複数の測定位置それぞれについて、前記所定の温度環境と前記所定時間と前記曝露時間と、に基づいて前記ブリルアン周波数シフトを補正する、
ことを特徴とする請求項２に記載の温度測定装置。
【請求項４】
前記制御部は、
前記曝露時間をｔ、前記所定の温度環境に基づく所定時間をｔ１、前記所定の温度環境に応じた係数ａ、ｂおよび定数ｃとした場合の式（１）をもとに、前記ブリルアン周波数シフトの補正値であるΔＢＦＳを求める、
TIFF
2025072181000007.tif
8
170
ことを特徴とする請求項１乃至３に記載の温度測定装置。
【請求項５】
前記制御部は、
記憶部に記憶された前記所定の温度環境ごとの前記式（１）の中から前記所定の温度環境に対応する式（１）を取得して前記ΔＢＦＳを求める、
ことを特徴とする請求項４に記載の温度測定装置。
【請求項６】
前記制御部は、
前記曝露時間が所定時間経過するまでは、前記曝露時間に基づいて前記ブリルアン周波数シフトを低周波側へのドリフトに対応して補正する、
ことを特徴とする請求項１乃至３に記載の温度測定装置。
【請求項７】
前記制御部は、
前記曝露時間が所定時間経過したところで、前記低周波側へのドリフトに対応した前記ブリルアン周波数シフトの補正から前記高周波側へのドリフトに対応した前記ブリルアン周波数シフトの補正へと切り替える、
ことを特徴とする請求項６に記載の温度測定装置。
【請求項８】
前記制御部は、
前記曝露時間をｔ、前記所定の温度環境に応じた係数をｋとした場合の式（２）をもとに、前記ブリルアン周波数シフトの補正値であるΔＢＦＳを求める、
TIFF
2025072181000008.tif
8
170
ことを特徴とする請求項６に記載の温度測定装置。
【請求項９】
コンピュータが、
被測定光ファイバの測定位置からブリルアン周波数シフトを取得し、
前記被測定光ファイバの測定位置が所定の温度環境下に曝された時間である曝露時間が所定時間経過した場合、前記曝露時間に基づいて前記ブリルアン周波数シフトを高周波側へのドリフトに対応して補正し、
補正された前記ブリルアン周波数シフトに基づいて前記測定位置の測定温度を算出する、
処理を実行することを特徴とする温度測定方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度測定装置および温度測定方法に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、プラント業界、重電業界、石油・天然ガス上流業界などの産業界では、高温環境下における温度測定の需要が高まっている。シリカガラスを材料とした光ファイバは、融点（１，０００℃以上）が高く、高温環境下でも使用が可能であり、高温度センサとして注目されている。
【０００３】
光ファイバを温度測定用のセンサとして用いた分布型温度センサ(Distributed Temperature Sensor:DTS)としては、ラマン散乱光を用いるＲＯＴＤＲ（Raman Optical Time Domain Reflectometry）が一般的に知られており、既に実用化されている。
【０００４】
しかしながら、高温環境下ではセンサである光ファイバの伝送損失が変化（増加）するなどの問題でＲＯＴＤＲの温度測定範囲は、現状３００℃以下に限られている（非特許文献１）。一方、ブリルアン散乱を利用したＤＴＳは、入射光とブリルアン散乱光の周波数差(ブリルアン周波数シフトという、Brillouin Frequency Shift：BFS)から温度を算出するため光ファイバの伝送損失変化の影響を受けにくく、３００℃以上の高温度測定の実現に期待が持てる。
【０００５】
近年、数多くの研究機関から有益となる実験結果が多数報告されており、ＢＦＳと温度の関係は線形とされてきたが、近年の研究において５００℃以上では非線形となることが報告されている（非特許文献２）。この理由は、光ファイバのヤング率が温度に対して非線形のためと考えられている。
【０００６】
ブリルアン散乱は、光ファイバ中の音響波による散乱である。ブリルアン散乱には、自然ブリルアン散乱と誘導ブリルアン散乱とがあり、自然ブリルアン散乱は光ファイバ中に自然に存在する音響波による散乱である。誘導ブリルアン散乱は、光ファイバの片端から入射する光（ポンプ光という）と、光ファイバのもう片端から対向して入射し、ポンプ光より１１ＧＨｚ程度周波数が低い光（プローブ光という）の２光の相互作用による散乱現象である。
【０００７】
自然ブリルアン散乱を利用したＤＴＳとしては、ＢＯＴＤＲ(Brillouin Optical Time Domain Reflectometry)、ＢＯＣＤＲ(Brillouin Optical Correlation Domain Reflectometry)が代表的である。また、誘導ブリルアン散乱を利用したＤＴＳとしては、ＢＯＴＤＡ(Brillouin Optical Time Domain Analysis)、ＢＯＣＤＡ(Brillouin Optical Correlation Domain Analysis)などが代表的である。
【０００８】
図５は、従来の温度測定装置の概要を説明する説明図である。図５に示すように、ＤＴＳにおける温度（高温度）測定は、光ファイバ特性測定装置１００と光ファイバセンサ１０１（被測定ファイバ）を用いて行われる。ここで、光ファイバセンサ１０１において、位置１０２は温度が比較的に高い位置であり、位置１０３は温度が比較的に低い位置とする。
【０００９】
図６は、温度とブリルアン周波数シフトの関係を説明する説明図である。図６に示すように、光ファイバ特性測定装置１００は、予め測定しておいた光ファイバセンサ１０１におけるＢＦＳと温度（Ｔ）の関係から算出された次のＢＦＳ－温度変換式（１）を用いて、温度測定時に測定したＢＦＳから温度に変換する。
【００１０】
TIFF
2025072181000002.tif
7
170
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許