温度测量装置、温度测量方法和温度测量程序
阅读：963发布：2020-05-31
专利汇可以提供温度测量装置、温度测量方法和温度测量程序专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且温度 测量装置具有：检测器，其从光入射到光纤的第1端的情况下的后向散射光检测第1斯托克斯成分和第1反斯托克斯成分，从光入射到光纤的第2端的情况下的后向散射光来检测第2斯托克斯成分和第2反斯托克斯成分；校正部，在光纤的包含第1端侧的局部区域的 采样 点在内的规定区域中，在第1斯托克斯成分及第1反斯托克斯成分与第2反斯托克斯成分之间的相关度中的至少任意一方的大小为 阈值 以下的情况下，所述校正部将第2反斯托克斯成分置换为与第1斯托克斯成分、第1反斯托克斯成分、第2斯托克斯成分对应的值；以及测量部，其使用第1斯托克斯成分、第1反斯托克斯成分、第2斯托克斯成分和通过校正部被置换后的第2反斯托克斯成分来测量采样点的温度。，下面是温度测量装置、温度测量方法和温度测量程序专利的具体信息内容。
1.一种温度测量装置，其特征在于，该温度测量装置具有：
检测器，其从光入射到光纤的第1端的情况下的后向散射光中检测第1斯托克斯成分和第1反斯托克斯成分，从光入射到所述光纤的第2端的情况下的后向散射光中检测第2斯托克斯成分和第2反斯托克斯成分；
校正部，在所述光纤的包含所述第1端侧的局部区域的采样点在内的规定区域中，在所述第1斯托克斯成分及所述第1反斯托克斯成分与所述第2反斯托克斯成分之间的相关度中的至少任意一方的大小为阈值以下的情况下，该校正部将所述第2反斯托克斯成分置换为与所述第1斯托克斯成分、所述第1反斯托克斯成分和所述第2斯托克斯成分对应的值；以及测量部，其使用所述第1斯托克斯成分、所述第1反斯托克斯成分、所述第2斯托克斯成分和通过所述校正部被置换后的所述第2反斯托克斯成分来测量所述采样点的温度。
2.根据权利要求1所述的温度测量装置，其特征在于，
所述温度测量装置具有光开关，该光开关使来自光源的光交替地入射到所述第1端和所述第2端，
在所述光从所述光开关向所述第1端入射时的第1斯托克斯成分及第1反斯托克斯成分与接下来所述光从所述光开关向所述第2端入射时的第2反斯托克斯成分之间的相关度中的至少任意一方的大小为所述阈值以下的情况下，所述校正部将所述第2反斯托克斯成分置换为与所述第1斯托克斯成分、所述第1反斯托克斯成分和如下的第2斯托克斯成分对应的值，该第2斯托克斯成分是在与所述第2反斯托克斯成分相同的时刻检测到的。
3.根据权利要求1或2所述的温度测量装置，其特征在于，
所述校正部在将所述第2反斯托克斯成分置换为与所述第1斯托克斯成分、所述第1反斯托克斯成分和所述第2斯托克斯成分对应的值的情况下，使用对包含所述采样点的规定的可变范围内的所述第2斯托克斯成分进行平滑化后的值，作为所述第2斯托克斯成分，所述可变范围是如下的长度的范围，该长度的范围对应于所述采样点处的所述第1斯托克斯成分及所述第1反斯托克斯成分与所述第2斯托克斯成分之间的相关度中的至少任意一方的大小。
4.根据权利要求3所述的温度测量装置，其特征在于，
所述相关度越小，所述校正部越加长所述可变范围。
5.根据权利要求3或4所述的温度测量装置，其特征在于，
所述校正部对所述可变范围设定上限。
6.根据权利要求1～5中的任意一项所述的温度测量装置，其特征在于，
所述校正部在将所述第2反斯托克斯成分置换为与所述第1斯托克斯成分、所述第1反斯托克斯成分和所述第2斯托克斯成分对应的值的情况下，还使用对包含所述采样点的规定的固定范围内的所述第1斯托克斯成分、所述第1反斯托克斯成分、所述第2斯托克斯成分和所述第2反斯托克斯成分进行平滑化后的值。
7.根据权利要求1～6中的任意一项所述的温度测量装置，其特征在于，
所述校正部在所述相关度为阈值以上时，不对所述第2反斯托克斯成分进行置换。
8.根据权利要求1～7中的任意一项所述的温度测量装置，其特征在于，
使用皮尔森积矩相关系数作为所述相关度的大小。
9.根据权利要求1～7中的任意一项所述的温度测量装置，其特征在于，
使用斯皮尔曼等级积矩相关系数作为所述相关度的大小。
10.根据权利要求1～9中的任意一项所述的温度测量装置，其特征在于，所述规定区域是比如下的温度分布的半值宽度大且比1次成分宽度小的区域，其中，该温度分布是使所述采样点的周围的光纤成为一定温度、对以所述采样点为中心的最小加热长度区间赋予了与该一定温度不同的一定的温度时得到的温度分布。
11.一种温度测量方法，其特征在于，该温度测量方法包括以下步骤：
使用检测器从光入射到光纤的第1端的情况下的后向散射光中检测第1斯托克斯成分和第1反斯托克斯成分，从光入射到所述光纤的第2端的情况下的后向散射光中检测第2斯托克斯成分和第2反斯托克斯成分；
在所述光纤的包含所述第1端侧的局部区域的采样点在内的规定区域中，在所述第1斯托克斯成分及所述第1反斯托克斯成分与所述第2反斯托克斯成分之间的相关度中的至少任意一方的大小为阈值以下的情况下，将所述第2反斯托克斯成分置换为与所述第1斯托克斯成分、所述第1反斯托克斯成分和所述第2斯托克斯成分对应的值；以及使用所述第1斯托克斯成分、所述第1反斯托克斯成分、所述第2斯托克斯成分和被置换后的所述第2反斯托克斯成分来测量所述采样点的温度。
12.一种温度测量程序，其特征在于，该温度测量程序使计算机执行以下处理：
从光入射到光纤的第1端的情况下的后向散射光中检测第1斯托克斯成分和第1反斯托克斯成分，从光入射到所述光纤的第2端的情况下的后向散射光中检测第2斯托克斯成分和第2反斯托克斯成分；
在所述光纤的包含所述第1端侧的局部区域的采样点在内的规定区域中，在所述第1斯托克斯成分及所述第1反斯托克斯成分与所述第2反斯托克斯成分之间的相关度中的至少任意一方的大小为阈值以下的情况下，将所述第2反斯托克斯成分置换为与所述第1斯托克斯成分、所述第1反斯托克斯成分和所述第2斯托克斯成分对应的值；以及使用所述第1斯托克斯成分、所述第1反斯托克斯成分、所述第2斯托克斯成分和被置换后的所述第2反斯托克斯成分来测量所述采样点的温度。
温度测量装置、温度测量方法和温度测量程序
技术领域
[0001] 本发明涉及温度测量装置、温度测量方法和温度测量程序。
背景技术
[0003] 现有技术文献
[0004] 专利文献
[0005] 专利文献1:日本特开2003-14554号公报
[0006] 专利文献2:日本特开2003-57126号公报
[0007] 专利文献3:日本特开昭62-110160号公报
[0008] 专利文献4:日本特开平7-12655号公报
[0009] 专利文献5:日本特开平2-123304号公报
[0010] 专利文献6:日本特开2002-267242号公报
发明内容
[0011] 发明要解决的问题
[0013] 本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于提供能够校正所测量的温度的温度测量装置、温度测量方法和温度测量程序。
[0014] 用于解决问题的手段
[0015] 在1个方式中，温度测量装置具有：检测器，其根据光入射到光纤的第1端的情况下的后向散射光来检测第1斯托克斯成分和第1反斯托克斯成分，根据光入射到所述光纤的第2端的情况下的后向散射光来检测第2斯托克斯成分和第2反斯托克斯成分；校正部，在所述光纤的包含所述第1端侧的局部区域的采样点的规定区域中，在所述第1斯托克斯成分及所述第1反斯托克斯成分与所述第2反斯托克斯成分之间的相关度中的至少任意一方的大小为阈值以下的情况下，所述校正部将所述第2反斯托克斯成分置换为与所述第1斯托克斯成分、所述第1反斯托克斯成分和所述第2斯托克斯成分对应的值；以及测量部，其使用所述第
1斯托克斯成分、所述第1反斯托克斯成分、所述第2斯托克斯成分和通过所述校正部被置换后的所述第2反斯托克斯成分，来测量所述采样点的温度。
1斯托克斯成分、所述第1反斯托克斯成分、所述第2斯托克斯成分和通过所述校正部被置换后的所述第2反斯托克斯成分，来测量所述采样点的温度。
[0016] 发明的效果
[0019] 图2是示出后向散射光的成分的图。
[0020] 图3的(a)是例示激光器的光脉冲发光后的经过时间与斯托克斯成分及反斯托克斯成分的光强度之间的关系的图，(b)是使用(a)的检测结果和式(1)而计算出的温度。
[0021] 图4示出双端方式的详细的过程。
[0022] 图5示出双端方式的优点。
[0023] 图6示出室温约24℃时将光纤的一部分区间浸渍在约55℃的热水中的情况下的响应例。
[0024] 图7是例示由图6和式(3)得到的结果的图。
[0025] 图8例示脉冲响应的典型例。
[0026] 图9的(a)～(c)是针对各浸渍长度而例示根据脉冲响应估计出的输出波形与实际得到的输出波形之间的比较的图。
[0027] 图10例示针对2个20cm的高温施加区间设置在中央不施加的区间，并使该区间的宽度逐渐变化时的输出波形的计算值。
[0028] 图11示出通过后向拉曼散射光检测而得到的从单端入射了脉冲的情况下的温度分布的一例。
[0029] 图12是对图11的从两端入射的2个信号的斯托克斯成分和反斯托克斯成分分别进行平均化而计算温度的图。
[0030] 图13定量地例示测量精度。
[0031] 图14是将从图11提取出的噪声较少的L米侧单端向热水的浸渍区域的温度分布和从图12提取出的200m附近的平坦温度部重叠而进行例示的图。
[0032] 图15是例示2个波形的功率谱的图。
[0033] 图16是例示对图9的(a)～图9的(c)中例示的温度分布进行计算的原始信号即斯托克斯成分和反斯托克斯成分的图。
[0034] 图17的(a)～(c)是光脉冲从第1端入射的情况下将与图16不同的区间在热水中浸渍的另外的数据。
[0035] 图18A是图16的4800m～5100m的放大图。
[0036] 图18B是图16的4800m～5100m的放大图。
[0037] 图19是示出皮尔森积矩相关系数的值的图。
[0038] 图20是校正部对温度测量部测量出的温度进行校正时执行的流程图的一例。
[0039] 图21是针对图16的数据而对皮尔森(Pearson)积矩相关系数和斯皮尔曼(Spearman)等级相关系数的比较进行例示的图。
[0040] 图22是校正部对温度测量部测量出的温度进行校正时执行的流程图的其他例子。
[0041] 图23是校正部对温度测量部测量出的温度进行校正时执行的流程图的其他例子。
[0042] 图24是例示其他的应用例的图。
[0043] 图25是例示其他的应用例的图。
[0044] 图26的(a)和(b)是例示其他的应用例的图。
[0045] 图27(a)和(b)是例示其他的应用例的图。
[0046] 图28是例示其他的应用例的图。
[0047] 图29的(a)～(d)是例示计算结果的图。
[0048] 图30是示出01A和02A的单侧平均化要素数的关系的图。
[0049] 图31是示出01A和02A的单侧平均化要素数的关系的图。
[0050] 图32是例示双端方式的温度计算结果的图。
[0051] 图33是例示双端方式的温度计算结果的图。
[0052] 图34是例示处理前后的温度分布的定量的比较的图。
[0053] 图35的(a)～(d)是例示计算结果的图。
[0054] 图36是示出01A和02A的单侧平均化要素数的关系的图。
[0055] 图37是示出01A和02A的单侧平均化要素数的关系的图。
[0056] 图38是例示双端方式的温度计算结果的图。
[0057] 图39是例示双端方式的温度计算结果的图。
[0058] 图40是示出处理前后的温度分布的定量的比较的图。
具体实施方式
[0059] 以下参照附图对实施方式进行说明。
[0060] (实施方式)
[0061] 图1的(a)是表示实施方式的温度测量装置100的整体结构的概略图。如图1的(a)中例示的那样，温度测量装置100具有测量机10、控制部20等。温度测量装置100与光纤30连接。测量机10具有激光器11、分束器12、光开关13、滤波器14、多个检测器15a、15b等。控制部20具有指示部21、温度测量部22、校正部23等。
[0062] 图1的(b)是用于说明控制部20的硬件结构的框图。如图1的(b)中例示的那样，控制部20具有CPU 101、RAM 102、存储装置103、接口104等。这些各设备通过总线等而连接。CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)101是中央运算处理装置。CPU 101包含1个以上的核。RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)102是暂时存储CPU 101执行的程序、CPU 101处理的数据等的易失性存储器。存储装置103是非易失性存储装置。作为存储装置103，例如，能够使用ROM(Read Only Memory：只读存储器)、闪存等固态硬盘(SSD)、由硬盘驱动器驱动的硬盘等。CPU 101执行存储装置103中存储的温度测量程序，从而在控制部
20中实现指示部21、温度测量部22、校正部23等。另外，指示部21、温度测量部22和校正部23也可以是专用的电路等硬件。
20中实现指示部21、温度测量部22、校正部23等。另外，指示部21、温度测量部22和校正部23也可以是专用的电路等硬件。
[0063] 激光器11是半导体激光器等光源，按照指示部21的指示射出规定的波长范围的激光。在本实施方式中，激光器11以规定的时间间隔射出光脉冲(激光脉冲)。分束器12使激光器11射出的光脉冲入射到光开关13。光开关13是对所入射的光脉冲的射出目标进行切换的开关，按照指示部21的指示使光脉冲以固定周期交替入射到光纤30的第1端和第2端。另外，在本实施方式中，光纤30的长度为L米(m)，第1端的位置为0米(m)，第2端的位置为L米(m)。
[0064] 入射到光纤30的光脉冲在光纤30中进行传输。光脉冲一边生成在传输方向上行进的前方散乱光和在返回方向上行进的后向散射光(返回光)一边逐渐衰减地在光纤30内传输。后向散射光通过光开关13而再次入射到分束器12。入射到分束器12的后向散射光向滤波器14射出。滤波器14是WDM耦合器等，针对后向散射光提取长波长成分(后述的斯托克斯成分)和短波长成分(后述的反斯托克斯成分)。检测器15a、15b是受光元件。检测器15a将后向散射光的短波长成分的受光强度转换为电信号，发送到温度测量部22和校正部23。检测器15b将后向散射光的长波长成分的受光强度转换为电信号，发送到温度测量部22和校正部23。校正部23对反斯托克斯成分进行校正。温度测量部22使用斯托克斯成分和反斯托克斯成分进行温度测量。
[0065] 图2是示出后向散射光的成分的图。如图2中例示的那样，后向散射光大致分为3类。这3类光按照光强度由高到低的顺序和接近入射光波长的顺序是：OTDR(光脉冲试验器)等所使用的瑞利散射光、应变测量等所使用的布里渊散射光、温度测量等所使用的拉曼散射光。拉曼散射光是由于根据温度变化的光纤30内的光栅振动和光之间的干涉而生成的。通过加强的干涉生成被称作反斯托克斯成分的短波长成分，通过减弱的干涉生成被称作斯托克斯成分的长波长成分。
[0066] 图3的(a)是对激光器11的光脉冲发光后的经过时间与斯托克斯成分(长波长成分)和反斯托克斯成分(短波长成分)的光强度之间的关系进行例示的图。经过时间对应于光纤30中的传输距离(光纤30中的位置)。如图3的(a)中例示的那样，斯托克斯成分和反斯托克斯成分的光强度均伴随经过时间而降低。这是因为，光脉冲一边生成前方散乱光和后向散射光一边逐渐衰减地在光纤30内传输。
[0067] 图3的(a)中例示的那样，在光纤30中高温的位置处，反斯托克斯成分的光强度相比于斯托克斯成分较强，在低温的位置处，反斯托克斯成分的光强度相比于斯托克斯成分较弱。因此，利用检测器15a、15b检测两成分，并利用两成分的特性差，从而能够检测光纤30内的各位置的温度。另外，在图3的(a)中，示出极大的区域是图1的(a)中的利用吹风机等有意地对光纤30进行加热的区域。此外，示出极小的区域是图1的(a)中利用冷水等有意对光纤30进行冷却的区域。
[0068] 在本实施方式中，温度测量部22每经过一定时间，根据斯托克斯成分和反斯托克斯成分对温度进行测量。由此，能够测量光纤30内的各位置的温度。温度测量部22例如按照下述式(1)计算温度，从而测量光纤30内的各位置的温度。光量对应于光强度。通过使用2个成分之比来强调微弱的成分的差异，能够得到实用的值。另外，增益和偏移依赖于光纤30的规格，因此预先进行校准即可。
[0069] 温度＝增益/{偏移-2×ln(反斯托克斯光量/斯托克斯光量}} (1)
[0070] 图3的(b)是使用图3的(a)的检测结果和上述式(1)而计算出的温度。图3的(b)的横轴是基于经过时间而计算出的光纤30内的位置。如图3的(b)中例示的那样，通过检测斯托克斯成分和反斯托克斯成分，能够测量光纤30内的各位置的温度。激光器11例如以固定周期使光脉冲入射到光纤30。光脉冲的脉冲宽度越窄则空间分辨率越高。另一方面，脉冲宽度越窄则光量越小(＝暗)，因此，需要相应地提高脉冲的峰值，上述式的增益变为非线性的响应。
[0071] 从光开关13入射到光纤30的入射位置如果被固定在第1端或第2端，则能够利用上述式(1)进行温度测量。在如本实施方式那样以固定周期在第1端和第2端交替切换入射位置的情况下，在各光纤30的位置处对反斯托克斯光量和斯托克斯光量进行平均化(平均值的计算)即可。基于该切换的方式被称作“循环式测量”、“双端测量”、“两端(Dual end)测量”等(以下，称作双端方式)。
[0072] 在双端方式中，将上述式(1)变更为下述式(2)即可。即，在上述式(1)中在光纤30的各位置处对反斯托克斯光量和斯托克斯光量进行平均化即可。可以通过使用单端时的测量时的平均值或较大的值、或者重新进行校准等，来设定偏移和增益。
[0073] 温度＝增益/{偏移-2×ln(平均反斯托克斯光量/平均斯托克斯光量}} (2)[0074] 图4示出双端方式的详细的过程。“01S”示出从第1端入射了光脉冲的情况下的(0→L)的斯托克斯成分。“01A”示出从第1端入射了光脉冲的情况下的(0→L)的反斯托克斯成分。“02S”示出从第2端入射了光脉冲的情况下的(L→0)的斯托克斯成分。“02A”示出从第2端入射了光脉冲的情况下的(L→0)的反斯托克斯成分。另外，通过使从第2端入射了光脉冲的情况下检测的光强度“02S′”和“02A′”相对于经过时间而反转，能够得到“02S”和“02A”。通过该反转，能够使位置统一。
[0075] 图5示出双端方式的优点。如果在路径中产生过大的弯曲，则会产生传输损耗，在该地点处光强度急剧降低。如果光强度急剧降低，则斯托克斯成分和反斯托克斯成分之比变化，通过上述式(2)计算的温度通常会向降低的方向偏离。在并非双端方式的单端方式(以下，称作单端方式)中，在从第1端(0米)侧向第2端(L米)侧传输脉冲的情况下，在从弯曲损耗点到第2端侧的范围内，相对于同一施加温度的输出温度减低。另一方面，在从第2端(L米)侧向第1端(0米)侧传输脉冲的情况下，在从弯曲损耗点到第1端侧的范围内，相对于同一施加温度的输出温度降低。
[0076] 例如，能够使用校准用的测温电阻体等，对第1端或第2端的温度进行校准。但是，在单端方式中，比被校准的部位更靠远方处值可能产生偏离。与此相对，在双端方式中，通过取平均，能够得到以下的优点。(1)能够抵消弯曲损耗点前后的急剧的变化，即，能够消除损耗在长度方向上的变化。(2)通过单端方式的测温电阻体校准后的各始端温度与双端方式的相同位置的温度应该相同，因此能够这样对增益和偏移值进行再校准。
[0077] 虽然当前流通的光纤的性能提高而不存在折射率的不均匀等，但是，有时在对各对象的铺设中弯曲或拉伸、由于连接器连接等而产生不同大小的传输损耗。因此，为了在单端方式中测量准确的温度，优选对各损耗产生后的区间分别赋予独自的校准值。然而，虽然无法对测量进行过程中产生的损耗进行补偿，但是，在双端方式中，传输损耗的产生对使用长度产生影响，是不优选的，但不需要担心是否无法进行准确的测量。
[0078] 接着，例示光纤中的温度测量对象区间长度和根据拉曼散射光得到的测量温度之间的关系。图6示出室温约24℃时将光纤30的一部分区间浸渍在约55℃的热水中的情况下的响应例。在将浸渍长度从0.5m加长到10.5m的情况下，在大约2m以上处，峰值温度成为与热水相同的55℃。因此，为了测量准确的温度，优选加长温度测量对象区间。
[0079] 如果将从准确的热水温减去准确的室温后的温度设为对光纤30的施加温度，则测量系统的灵敏度由下述式(3)定义。
[0080] 灵敏度＝(热水浸渍位置的峰值温度-浸渍位置前后的光纤处测量的室温)/施加温度×100(％) (3)
[0081] 图7示出根据图6和上述式(3)得到的结果。如图7中例示的那样，能够看到微小的过冲。这是因为，如后面所述，系统的脉冲响应不是高斯，而是接近sinc函数的具有负成分和高次的峰值的波形。将灵敏度为100％或视为100％的最小长度称作最小加热长度。
[0082] 根据图6，在一定温度区间内设置有高温施加区间(＝热水浸渍区间)时的温度能够视为与对单一方形波卷积脉冲响应而得到的温度等价。由此，求出系统的脉冲响应。图8例示求出的脉冲响应的典型例。在使用后向拉曼散射光的光纤的温度测量中，如图8中例示的那样，脉冲响应能够视为对sinc函数进行了从中心远离的位置漂亮地衰减的窗函数处理而得到的波形。图7的灵敏度曲线的过冲是由于该脉冲响应波形而产生的。如果针对沿着光纤30的长度方向的施加温度分布卷积该脉冲响应，则能够进行基本准确的输出预测。
[0083] 图9的(a)～图9的(c)是针对各浸渍长度例示根据脉冲响应估计出的输出波形与实际得到的输出波形之间的比较的图。如图9的(a)～图9的(c)中例示的那样，输出波形基本能够准确预测。在图9的(a)的3.25m的浸渍中，脉冲响应的卷积彼此干涉，从而使峰值平坦。
[0084] 因此，图10中例示了针对2个20cm的高温施加区间设置在中央不施加的区间(即，在热水的浸渍的情况下，是指露出到空气中)，并使该区间的宽度逐渐变化时的输出波形的计算值。设峰值温度为1、基准温度为0而进行标准化。如图10中例示的那样，如果1.2～1.4m的区间空出，则高温施加区间能够视为有2个。这是由于图8例示的脉冲响应波形的扩大而产生的干涉的结果。高温施加区间视为2个是指，分开了图10的脉冲响应的半值宽度以上的情况。为了判定为明确地分开，优选为梯度反转的0次成分宽度的半值以上。在图10中，中央的非加热区间的最低温度等于基准温度，即，能够忽略脉冲响应波形的干涉是指如下情况：根据图10，2个高温施加区间的间隔大于1次峰值间宽度，例如成为1次成分宽度左右。
[0085] 因此，为了判断为在当前关注的光纤位置处由于传递函数的作用而使温度变化、即正确地输出了温度，优选以该位置为中心，关注0次成分宽度以上、且1次成分宽度以下的范围的温度变化。光脉冲在波长扩散、入射视场角、散射等的影响下逐渐扩散并衰减的同时被传输。因此，优选的是，脉冲响应是在连接了光纤30的规格所记载的最大使用长度的光纤时的中央位置处进行测量/计算出的脉冲响应，或者，优选设为近端、中央、远端这3处的平均等来进行对应。
[0086] 为了更高精度地测量温度，优选的是，例如图9的(a)～图9的(c)中例示的卷积与输出数据的比较是没有问题的程度的差异的范围决定能够视为相同的多个区间，在各区间的中心位置处进行测量/计算并进行保存，使用按照各个区间中的每个区间分别保存的脉冲响应等。随着时间的经过，脉冲响应波形会由于激光器的劣化等而细微地变化，因此，为了更高精度地测量温度，优选按照固定期间在与初次取得相同的位置处对脉冲响应进行校准。
[0087] 图11示出通过后向拉曼散射光检测得到的从单端入射了脉冲的情况下的温度分布的一例。在图11中，将图1中例示的从第1端(0米)入射的情况下的波形和从第2端(L米)入射的情况下的波形重叠而进行例示。在从第1端入射的情况下，第1端附近的测量温度的偏差较小，测量温度的偏差朝向第2端而增大。另一方面，在从第2端入射的情况下，在第2端附近测量温度的偏差较小，测量温度的偏差朝向第1端而增大。温度变化较大的3000m附近是清扫不充分的连接器连接位置，4900m地点是在热水中浸渍的位置。在该例中，光纤30被卷绕在多个线轴上而构成路径，并且，它们的平均温度微妙地不同，因此，产生多个段差。根据图11可知，随着远离光源，偏差增大，测量精度降低。
[0088] 图12示出对图11的从两端入射的2个信号的斯托克斯成分和反斯托克斯成分分别进行平均化(计算平均值)来计算温度。通过平均化，端点的测量精度的降低相比于图11而缓和，但是达不到良好一侧的端点。图13定量地例示测量精度。是使用各个没有温度变化的平坦部3处各100m的值而计算出的标准偏差3σ的值。能够确认到平均(循环式)成为从0(m)入射的情况下的值与从L(m)入射的情况下的值的平均值。
[0089] 基于后向拉曼散射光检测的使用光纤的温度测量用于隧道、煤带传送机的火灾异常检测等。在火灾检测中，±6℃的精度没有问题，但是，例如在要求±1℃的精度情况下，将测量时间乘以(6÷1)2＝36倍即可。例如，如果是图13的测量精度由20秒得到的级别的设备，则乘以12分钟来进行测量，如果是1分钟得到的级别的设备，则乘以36分钟来进行测量，由此能够得到±1℃，但是，不是符合实时的时间，用途被限定。为了灵活运用于更广泛的领域，优选不使用昂贵的光源、滤波器、电路等部件，而是通过后处理来提高测量精度。
[0090] 作为噪声降低用的后处理，存在如下自适应滤波器等的应用，该自适应滤波器设计使必要的信号频带以外低域、高域(和中域)截止的带通滤波器、噪声模型，基于该带通滤波器、噪声模型来提取有效的信号频带。这里，在图14中，将从图11提取的噪声较少的L米侧单端在热水中的浸渍区域的温度分布和从图12提取的200m附近的平坦温度部重叠而进行例示。平坦温度部的温度的振动是噪声引起的。
[0091] 关于这些数据，为了使FFT(高速傅里叶转换)时的混叠(Aliasing)的影响最小化，使信号的两侧衰减。波形的非线性是因为采样是大约50cm间隔。图15中例示这2个波形的功率谱。如图15中例示的那样，噪声和信号成分的频带重复。即，无论何种滤波器处理，信号成分都会伴随噪声的抑制而衰减。如果热水的温度和浸渍长度已知，则能够进行良好的噪声压缩，但是，对光纤施加的温度分布的样式不是预先决定的。在基于后向拉曼散射光检测进行的光纤的温度测量中，在进行双端方式的测量时，如上所述，除了具有与中央附近相比，靠近光源的端部的测量精度差的问题以外，还存在以下问题：即使为了使精度差的问题缓和而进行某些滤波器处理，也无法避免信号成分本身的衰减。
[0092] 图16中例示对图9的(a)～图9的(c)中例示的温度分布进行计算的原始信号即斯托克斯成分和反斯托克斯成分。在图16中，例示了在第1端入射光脉冲的情况下的斯托克斯成分“01S”、反斯托克斯成分“01A”，在第2端入射光脉冲的情况下的斯托克斯成分“02S”、反斯托克斯成分“02A”。进而，在第2轴中例示下述式(4)。
[0093] 02A-(01A+(02S-01S)) (4)
[0094] 在图16中，01A与02A之差和01S与02S之差基本相等，并且，01S与01A之差和02S与02A之差看起来基本相等。因此，为了实际确认这是否正确，使用上述式(4)形成曲线图。根据图16可知，上述式(4)在测量区间内被施加噪声，但是，大致以零进行推移。
[0095] 使用图17的(a)～图17的(c)对此进行说明。图17的(a)～图17的(c)是在从第1端入射了光脉冲的情况下(0→L)，将与图16不同的区间在热水中浸渍的另外的数据。图17的(a)为适当的温度分布，与此相对，图17的(b)和图17的(c)中产生随着成为远端，温度持续上升或持续下降这样的差异。反斯托克斯成分的长度方向的衰减量，相对于图17的(a)，在图17的(b)中以变小的方式变更，在图17的(c)中以变大的方式变更。无论是单端方式还是双端方式，所输出的温度分布如果去除噪声成分，都必须基本相同。因此，反斯托克斯成分的损耗的校正被调整为成为图17的(a)那样的分布。该情况下，斯托克斯成分和反斯托克斯成分相对于长度方向的衰减值基本相等。
[0096] 图17的(a)～图17的(c)的例子是从第1端入射了光脉冲的情况(0→L)，但是，可以认为从第2端入射了光脉冲的情况(L→0)也是同样的。因此，从入射端到射出端的总的衰减量在从0(m)侧入射的情况下和从L(m)侧入射的情况下都是相等的，因此可知，在图16中，上述式(4)以大致为0的值进行推移是准确的。
[0097] 图18的(a)和图18的(b)示出图16的4800m～5100m的放大图。图18的(b)与图16不同，例示使用下述式(5)而得到的测量温度。这是因为，在大约6000(m)的光纤长度中，图18的(a)和图18的(b)的区间在从第1端侧入射了光脉冲时信号强度降低、且噪声变大，因此，希望将该噪声较大的2个信号中的噪声大的01A作为对象。
[0098] 01A-(02A+(01S-02S)) (5))
[0099] 由图18的(a)和图18的(b)可知，看起来与温度变化的影响无关，而以一定的偏差进行推移。因此，与根据图17的(a)～图17的(c)的估计一起，能够使用其他3个成分在一定程度上估计01A。
[0100] 因此，对在何种情况下如何进行估计进行说明。图19中针对从第1端入射了脉冲的情况下(0→L)的、斯托克斯成分(图18的(a)的01S)和反斯托克斯成分(图18的(a)的01A)，以当前关注的位置为中心在±2m的数据范围内示出了皮尔森积矩相关系数的值。根据图19，例如以01A为基准进行考虑，认为在01S、02A、02S这3个信号中，在至少1对中，在相关度较高的情况下产生了有意的温度变化。即，在相关度较低的情况下，认为是没有产生温度变化、或者缓慢地变化的状态，因此，即使使用上述3个成分进行估计，输出中也不会产生差异。
[0101] 在相关度较低的情况下，例如在6000m(第2端)附近的从0m(第1端)入射了光脉冲的远端附近将01A作为置换对象的情况下，根据图18的(a)，噪声成分第2大的是01S。如上所述，温度变化是指，斯托克斯成分和反斯托克斯成分在光纤30的长度方向上同步地变化。即，如果能够限定其同步的范围，则能够认为其他区域相对于光源侧的相邻的光纤位置的温度而未变化，或者只是斜率平缓地变化。
[0102] 因此，能够关注图6～8中说明的最小加热长度。基于后向拉曼散射光的检测的光纤温度测量在一定区间内可以示出大致相同的最小加热长度响应。当以一定温度从周围对最小加热长度的光纤进行加热时，得到与图6的脉冲响应大致相同的波形。关于对周围产生影响的范围(干涉范围)，如前所述，优选的是，对梯度反转的0次成分宽度以上、且振幅大致衰减为零的1次成分宽度以下的范围进行关注。
[0103] 因此，针对01S，设最大的平均化范围为“0次成分宽度以上、且振幅大致衰减为零的1次成分宽度以下的范围”，决定与相关度的大小对应的平均化要素数(平均化范围)，根据该平均化要素数，以与当前关注的位置为中心进行平均化得到的值来进行置换，从而降低噪声。此外，在从0米(第1端)侧入射了光脉冲的情况下，L米(第2端)附近成为远端。因此，关于是否以01A为基准而进行置换，考虑此时的01S的处理、02S和02A的灵活运用，但是，在从L米(第2端)侧入射了光脉冲的情况下，0米(第1端)附近成为远端，因此考虑以02A为基准。
[0104] 图20是温度测量装置100进行温度测量时执行的流程图的一例。首先，作为一例，根据出厂前的双端方式的光纤30的长度方向的测量精度分布、或机型的代表机的双端方式的光纤30的长度方向的测量精度分布，将光纤30均等地划分为0米(第1端)附近的测量精度劣化的第1区间、中央的第2区间、L米(第2端)附近的测量精度劣化的第3区间。温度测量装置100针对3个区间中的各区间执行图20的流程图。
[0105] 首先，校正部23判定关注的光纤的区间是否是光纤30的总长的1/3以下的第1区间(步骤S1)。在步骤S1中判定为“是”的情况下，校正部23以第1区间的各采样点为中心，按照每个采样点求出最小加热长度响应波形的设定为0次成分宽度以上且1次成分宽度以下的规定范围(指定范围)的相关度的大小。采样点是光纤30的长度方向上的温度测量对象点。首先，校正部23在各采样点处求出02S和01S的相关系数以及02S和01A的相关系数，保持较小一方的相关系数作为α_02S(步骤S2)。接着，校正部23在各采样点处求出02A和01S的相关系数以及02A和01A的相关系数，保持较小的一方的相关系数作为α_02A(步骤S3)。
[0106] 存在各种求出相关度的大小的方法，例如，能够使用皮尔森积矩相关系数。通过下述式(6)表示02A和01S的情况下的皮尔森积矩相关系数式。
[0107] 相关系数α＝(指定范围的01S和同范围的02A的协方差)/(同范围的01S的标准偏差)/(同范围的02A的标准偏差) (6)
[0108] 当设以光纤30的采样点k为中心的皮尔森积矩相关系数为α[k]、01S的数组为01S[k]、02A的数组为02A[k]、指定范围的样本数为n、01S[k]的指定范围平均为01Save、02A[k]的指定范围平均为02Aave时，上述式(6)具体而言能够表示为下述式(7)。
[0109]
[0110] 作为另一例，在使用变形的斯皮尔曼等级相关系数的情况下，首先，确定指定范围(上述式(7)中为n)内的01S和02A在其n个中的顺序，针对该顺序使用皮尔森积矩相关系数。在存在相同顺序的情况下使用校正式，但是，通常，斯托克斯成分和反斯托克斯成分几乎不会产生相同顺序，因此，将最初出现的一方设为上位的处理即可。
[0111] 例如，在图6的脉冲响应所示的区间上设定±3.6m作为符合上述条件的范围，图21中例示针对图16的数据进行皮尔森积矩相关系数和斯皮尔曼等级相关系数的比较。一般而言，皮尔森积矩相关系数为1或-1时为完全相关，下面设绝对值为0.7以上且小于1为高相关度、0.4以上且小于0.7为相关，0.2以上且小于0.4为低相关度、0.2以下为不相关来进行处理。然而，在不相关的0.2以下的区域中，斯皮尔曼的一方的斜率更大地变化，但是，低相关度范围的0.3以上的值大致为1：1，对于图16带来同等的结果。如果被标准化，则可以自己制作，也可以使用其他的相关系数。
[0112] 接着，校正部23在各采样点处判定相关系数α_02A是否为规定的值以下(例如0.2以下)(步骤S4)。在步骤S4中判定为“是”的情况下，校正部23在该采样点处用代替02A来置换02A(步骤S5)。
[0113] 代替02A能够由下述式(8)来表示。
[0114] 代替02A＝01A+(AVERAGE1(02S)-01S)+(AVERAGE2(02A)-AVERAGE2(01A))-(AVERAGE2(02S)-AVERAGE2(01S)) (8)
[0115] AVERAGE1是区间根据当前关注的采样点的信号品质而可变的平均。AVERAGE2是以当前关注的采样点为中心的固定宽度的平均。校正部23根据02S和01S的相关系数的小的程度以及02S和01A的相关系数的小的程度，决定AVERAGE1的平均化范围。例如，可以将对1/α_02S进行四舍五入而得到的整数样本部分作为AVERAGE1的平均化范围。该情况下，当前关注的位置的相关系数越小则AVERAGE1的平均化范围越大。但是，如上所述，AVERAGE1的平均化范围的上限值优选设为0次成分宽度以上且振幅大致衰减为零的1次成分宽度以下的范围。
[0116] 代替02A设为如下的值：该值是将图16的第2轴的说明所使用的式“02A-(01A+(02S-01S)的02S设为AVERAGE1(02S)，使用第2项，进而减去该第1项目与第2项微小的偏移值AVERAGE2(02A)-(AVERAGE2(01A)-(AVERAGE2(02S)-AVERAGE2(01S)))得到的值。AVERAGE2的平均化范围是以当前关注的位置为中心的、比AVERAGE1的平均化范围大的平均化范围。
[0117] 在执行步骤S5之后，或者步骤S4中判定为“否”的情况下，温度测量部22将01S和02S的平均值作为平均斯托克斯成分，将01A和02A的平均值作为反斯托克斯成分，使用上述式(2)测量温度(步骤S6)。即，步骤S4中判定为“是”的情况下，在02A被代替02A置换后计算温度，在步骤S4中判定为“否”的情况下，计算温度而不利用代替02A置换02A。
[0118] 通过以上的处理，相对地对噪声较小且具有可靠性的值进行加权，能够去除噪声。另外，在步骤S2和步骤S3中使用了任意较小的一方，但是也可以是较大的一方，还可以使用平均。使用较小的一方意味着，对可靠地观察到温度变化以外的数据进行平均化，使用较大的一方意味着，尽可能不去除埋没在噪声中的微小的变化的数据。
[0119] 在步骤S1中判定为“否”的情况下，校正部23判定关注的光纤的区间是否是光纤30的总长的2/3以上的第3区间(步骤S7)。在第3区间中，02S相当于01S，02A相当于01A。因此，在步骤S7中判定为“是”的情况下，校正部23将02S和01S调换，将02A和01A调换，进行与步骤S2～步骤S6同样的处理(步骤S8)。因此，在相关系数α_01A是规定的值(例如0.2以下)的情况下，01A被置换为下述式(9)的代替01A。
[0120] 代替01A＝02A-(02S-AVERAGE1(01S))-(AVERAGE2(02A)-AVERAGE2(01A))+(AVERAGE2(02S)-AVERAGE2(01S)) (9)
[0121] 另外，右边的第1项和第2项使用了前述的3个信号，第3项是微小地产生的偏移的校正项。微小的偏移项并非完全地实现图16和图17中说明的单端方式情况下的反斯托克斯成分相对于斯托克斯成分的衰减量的校正。对此，相反的从L米(第2端)侧入射了光脉冲的情况也是同样的。因此，使用较宽的平均化范围AVERAGE2去除偏移成分。
[0122] 具体而言，偏移成分是Δ01A≒01A-(02A+(01S-02S)≒-(AVERAGE2(02A)-AVERAGE2(01A))+(AVERAGE2(02S)-AVERAGE2(01S))，因此，代替01A是减去该成分的值。这对于前述的第1区间中的代替02A也是同样的。另外，代替01A由下述式(10)表示。式(10)与式(9)相等。
[0123] 代替01A＝02A+(AVERAGE1(01S)-02S)+(AVERAGE2(02S)-AVERAGE2(01S))-(AVERAGE2(02A)-AVERAGE2(01A)) (10)
[0124] 在步骤S7中判定为“否”的情况下，温度测量部22将01S和02S的平均值作为平均斯托克斯成分，将01A和02A的平均值作为反斯托克斯成分，使用上述式(2)测量温度(步骤S9)。另外，在图20中，将相关系数的大小的倒数作为了平均化范围的指标，但是，也可以不是必须使用倒数。只要是相关系数越大则越相对地缩小平均化范围，相关系数越小则越相对地增大平均化范围即可。并且，也可以与采样点的信号品质无关地将AVERAGE1的平均化范围作为固定区间。该情况下，步骤S4中的使用α_02A来决定是否用代替02A置换02A的过程、步骤S8中的使用α_01A来决定是否用代替01A置换01A的过程也全部相同，此外，AVERAGE2的平均化范围大于AVERAGE1的平均化范围这一点也相同。
[0125] 图22是温度测量部100进行温度测量时执行的流程图的其他例子。图22与图20的不同之处在于，在步骤S4中判定为“否”的情况下，将02S和02A各自的平均化范围置换为作为针对单侧的1/α_02S的四舍五入后的整数样本部分而平均化后的值(步骤S10)。在执行步骤S10之后，执行步骤S6。由此，在远端的反斯托克斯成分和其他成分的相关度为规定的值以上的情况下，远端的反斯托克斯成分、斯托克斯成分一起置换为在与其相关系数的大小对应的平均化范围内进行平均的值。由此，不仅能够降低远端的噪声的变动的反斯托克斯成分，还能够降低斯托克斯成分的噪声。
[0126] 图23是温度测量装置100进行温度测量时执行的流程图的其他例子。对图23与图22的不同之处进行说明。首先，根据光纤30的长度方向的测量精度分布，将光纤30均等地划分为0米(第1端)附近的测量精度劣化的第1区间、中央的第3区间、L米(第2端)附近的测量精度劣化的第5区间、第1区间和第3区间之间的第2区间、第3区间和第5区间之间的第4区间。校正部23针对5个区间中的各区间执行图23的流程图。
[0127] 首先，校正部23判定关注的光纤的区间是否是光纤30的总长的1/5以下的第1区间(步骤S11)。在步骤S11中判定为“是”的情况下，校正部23执行与步骤S2～步骤S4同样的处理的步骤S12～步骤S14。另外，将步骤S14中使用的规定的值称作第1阈值。在步骤S14中判定为“是”的情况下，校正部23执行与步骤S5同样的处理的步骤S15。
[0128] 在步骤S14中判定为“否”的情况下，校正部23判定相关系数α_02A是否为比步骤S14中使用的值1大的第2阈值(例如0.55)以上(步骤S16)。在步骤S16中判定为“是”的情况下或步骤S15的执行后，执行与步骤S6同样的处理的步骤S17。在步骤S16中判定为“否”的情况下，执行与步骤S10同样的处理的步骤S18。在步骤S18的执行后，执行步骤S17。另外，在S16中，即使α_02A为第2阈值以上，α_02S也可能是较小的值。该情况下，与S18同样，可以将单侧的平均化范围置换为1/α_02S的四舍五入的整数部分的平均化后的值。
[0129] 在步骤S11中判定为“否”的情况下，校正部23判定关注的光纤的区间是否是光纤30的总长的4/5以上(步骤S19)。在步骤S19中判定为“是”的情况下，在步骤S12～步骤S18中置换02S和01S并置换02A和01A的过程后，执行与步骤S12～步骤S18同样的处理(步骤S20)。
[0130] 在步骤S19中判定为“否”的情况下，校正部23判定关注的区间是否为光纤30的总长的2/5以下，或者是否为3/5以上(步骤S21)。在步骤S21中为“是”且是总长的2/5以下的情况下，执行与步骤S12～S18同样的处理。但是，作为针对相关系数的阈值和平均化上限值而使用不同的值。在步骤S21中为“是”且是总长的3/5以上的情况下，执行与步骤S20同样的处理。但是，作为针对相关系数的阈值和平均化上限值而使用不同的值。由此，能够进行针对按照每个区间而变化的最小加热长度的校正。在步骤S21中判定为“否”的情况下，执行与步骤S9同样的处理的步骤S23。
[0131] 另外，在图20、图22和图23中，将平均化范围设为最小加热长度的1次成分宽度以下。这是因为，如果超过其，则平均化信号受到相邻信号的串扰的较大影响的可能性提高。另外，例如，在所得到的相关系数是-1的情况下，通常被分类到完全相关，但是在本申请中，作为噪声进行处理。这是因为，例如，在温度上升的情况下，斯托克斯和反斯托克斯均向上凸起，在温度降低的情况下，两者均向下凸出。该情况下，反斯托克斯不会成为使斯托克斯的成分上下反转这样的形状，这种情况下，通常仅是噪声状态，或者是将连接不良的连接器、折射率差异较大的光纤之间进行熔融或连接器连接时。
[0132] 在图20、图22和图23中，分割为3个或5个区间，但是，例如也可以以中心分割为2个区间，将该各区间进一步分为两半而成为4个区间，进一步分为两半而成为8个区间等。该情况下，只是01S、01A、02S和02A全部不进行处理而计算温度的中央区间消失。
[0133] 根据本实施方式，使用双端方式，在第2端入射光脉冲的情况下，在包含第1端侧的局部区域的采样点的规定区域内，在02A和01S的相关系数以及02A和01A的相关系数中的至少任意一方为阈值以下的情况下，将02A置换为与01S、01A和02S对应的代替值。该情况下，在02A中出现较大噪声的情况下，02A被置换为与噪声较小的01S、01A和02S对应的值。由此，能够降低02A的噪声。另一方面，在第1端入射光脉冲的情况下，在包含第2端侧的局部区域的采样点的规定区域内，在01A和02S的相关系数以及01A和02A的相关系数中的至少任意一方为阈值以下的情况下，该01A被置换为与02S、02A和01S对应的代替值。该情况下，在01A中出现较大噪声的情况下，01A被置换为与噪声较小的02S、02A和01S对应的值。由此，能够降低01A的噪声。通过使用这些校正后的02A和01A，能够校正所测量的温度。另外，在求出02A的代替值的情况下，01S和01A优选是关于光开关13的开关的02A的紧前的成分，但是不限于紧前，也可以是02A之前的成分。或者，也可以是02A之后的成分。在求出01A的代替值的情况下，02S和02A优选是关于光开关13的开关的01A的紧前的成分，但是不限于紧前，也可以是01A之前的成分。或者，也可以是01A之后的成分。在第2端入射光脉冲的情况下，将02A和01S的相关系数以及02A和01A的相关系数中的至少任意一方为阈值以下的情况作为02A的置换的条件，但是，只要02S和02A的相关系数为一定值以上，也可以将·02S和01S的相关系数以及02S和01A的相关系数中的至少任意一方是否为阈值以下，·02A和01S、02A和01A、02S和
01S、02S和01A中的至少任意一方是否为阈值以下等作为02A的置换的条件。同样，在第1端入射光脉冲的情况下，将01A和02S的相关系数以及01A和02A的相关系数中的至少任意一方为阈值以下的情况作为02A的置换的条件，但是，只要01S和01A的相关系数为一定值以上，也可以将·01S和02S的相关系数以及01S和02A的相关系数中的至少任意一方是否为阈值以下，·01A和02S、01A和02A、01S和02S、01S和02A的至少任意一方是否为阈值以下等作为
01A的置换条件。
01S、02S和01A中的至少任意一方是否为阈值以下等作为02A的置换的条件。同样，在第1端入射光脉冲的情况下，将01A和02S的相关系数以及01A和02A的相关系数中的至少任意一方为阈值以下的情况作为02A的置换的条件，但是，只要01S和01A的相关系数为一定值以上，也可以将·01S和02S的相关系数以及01S和02A的相关系数中的至少任意一方是否为阈值以下，·01A和02S、01A和02A、01S和02S、01S和02A的至少任意一方是否为阈值以下等作为
01A的置换条件。
[0134] 此外，在上述实施方式中，在平均化范围内求出斯托克斯成分和反斯托克斯成分的平均值，但是，只要在该范围内抑制数据的偏差即可。因此，也可以使用考虑了权重的加法平均、乘法平均、调和平均等其他平均。此外，在求出01S和02S的平均值以及01A和02A的平均值的情况下，也可以使用考虑了权重的加法平均。
[0135] (其他的应用例)
[0136] 上述实施方式的温度测量装置100能够应用于各种温度测量对象。例如，如图24中例示的那样，考虑在高温高压的原料输送管道的分支管道中铺设光纤。在这样的高温高压的管道中，通过灌装材料(racking material)和外侧金属板进行保温/保护，因此，即使由于连接接头部的腐蚀而产生泄漏，大多数情况下，如果不发生引起火灾事故等的严重状况就不会发现。因此，预先将光纤卷绕于连接接头部，通过对各光纤位置的温度之间的变化的相关关系进行比较，即使外气温、内部的温度/压力发生变化的情况下，也能够准确地尽早检测到连接部有无泄漏。作为对各光纤位置的温度之间的相关关系进行比较的手段，存在如下方法：将各光纤位置的温度作为要素而生成方差协方差矩阵，通过马哈拉诺比斯距离、MSD法这样的方法进行异常值检验。
[0137] 图25例示利用一根光纤制作的大量卷绕部对于通过空气温度的测量方法的应用。各卷绕部以大致相同的直径在同一部位卷绕数周，与相邻卷绕部连接。如果使用上述实施方式的测量机10和控制部20而取得卷绕部各自的平均温度，作为各卷绕部的中心位置坐标的代表温度而生成分级(gradation)，则能够测量何种温度分布的风正在铺设了光纤的板材/框内通过。如果增加在各卷绕部卷绕的周数，则被平均的测量点数增加，表观的测量精度提高，因此，能够以短时间的测量得到所希望的测量精度。另外，通过缩短光纤长度，入射脉冲的衰减变小，因此测量精度提高。为了以更短时间的测量得到所希望的测量精度，要求所输出的温度数据自身是高精度。如果应用上述实施方式，则能够实现该要求。
[0138] 图26的(a)和图26的(b)例示将大量连结使用耐热光纤制作的卷绕部而成的光纤网铺设于溶融炉的表面的例子。各光纤网被连接，但是，端部的2张网的入口端和出口端的光纤与测量机10和控制部20连接，成为进行双端方式的测量的结构。使各网1～3的位置和温度分布的关系成为图26的(b)中例示的二维分级显示，相对于溶融炉的基准方位而在与各网的方位相当的位置嵌入生成的二维分级，由此能够容易地对溶融炉的表面温度状态进行可视化。在设置阈值而对突发性的温度变化异常进行管理的情况下，也与图24的应用例同样，在根据使用各网的卷绕部之间的温度变化的相对关系的时间推移并通过马哈拉诺比斯距离的变化、MSD法而计算出的值的变化，对异常的预兆进行分析的情况下，也能够高精度地进行温度测量。
[0139] 图27的(a)和图27的(b)例示针对使用在数据中心的服务器机架的上部以一直线的方式铺设的光纤而进行空调管理的系统的应用。在以住房服务为主的数据中心的情况下，有时不同意对服务器机架进行铺设。因此，如图27的(a)和图27的(b)中例示的那样，在服务器机架的吸气面上部等，以一直线或一定程度在排气面侧蛇行设置等的方法敷设光纤。而且，预先通过某些方法测量机架部的温度，通过铺设的光纤进行观察，与存在几度的余量对应地，针对与各机架的上部相当的光纤的各长度设定各个警报的阈值。通常，服务器机架一般是60cm或70cm左右，因此，例如在数据的取样间隔是50cm的情况下，测量点数是仅1个至2个，因此需要双端方式的测量等级的测量精度。通过应用上述实施方式，能够以高精度进行温度测量。在超过阈值或就要超过的情况下，能够进行能加强空调而提高富余度的控制，能够兼顾节能和安全。
[0140] 图28例示针对塑料大棚内的高级水果等的栽培和防盗的应用。图28的例子例如是以甜瓜的栽培为前提。设置用于测量土中温度、周围环境温度、水果温度等的光纤，并且，设置利用与干湿计同样的原理的湿度管理用的光纤，能够使用拉曼散射来测量温度和湿度。这里，当小偷偷瓜而拉出瓜时，土中的光纤被拔出，温度急剧变化。由此，能够向所有者通知发生了偷盗的警报。为了可靠地测量急剧的温度变化，要求系统的测量精度良好。此外，如果要详细管理各温度的时间推移而进行积分值管理，并进行良好的训练，则同样要求系统的测量精度良好。通过使用上述实施方式，能够实现该要求。
[0141] 实施例1
[0142] 按照上述实施方式，对具体的实施例进行说明。对图11～图16、图18和图19进行了图22的处理。其中，设第1区间小于光纤30的总长的2/5，设第2区间为2/5以上且小于3/5，为3/5以上。作为用于判定相关系数的大小的阈值，与图23同样地设置了值1(＝0.2)和值2(＝
0.6)。
0.6)。
[0143] 在图29的(a)～图29的(d)中示出结果。图29的(a)是针对01S和01A的处理前后的比较。如图29的(a)中例示的那样，在处理前，在远端侧观察到偏差，但是，在处理后抑制了偏差。图29的(b)是对热水中浸渍的区域附近进行放大的图。如图29的(b)中例示的那样，特别是针对反斯托克斯成分，处理前的偏差在处理后被大幅抑制。图29的(c)是针对02S和02A的处理前后的比较。如图29的(c)中例示的那样，在作为远端的0(m)附近观察到偏差，但是在处理后抑制了偏差。图29的(d)是热水中浸渍的区域的放大。如图29的(d)中例示的那样，与图29的(b)相比稍有改善，但是，基本接近于没有处理。这是因为，由于是近端，因此噪声成分较小。
[0144] 图30和图31示出根据图22和图23的处理来决定的01A和02A的单侧平均化要素数的关系。图31是图30的局部放大图。单侧平均化要素数相当于1/α_01A和1/α_02A。当该平均化要素数为3以上时，分别在3/5以上的区间和小于2/5的区间内使用代替01A和代替02A。
[0145] 将图31与图29的(a)～图29的(d)进行比较可知，在产生温度变化而使斯托克斯成分和反斯托克斯成分两方存在变化的情况下，都大致取相同的值。图32和图33中根据图29的(a)～图29的(d)、图30和图31计算双端方式的温度。观察图32和热水中浸渍的部分的放大即图33可知，没有失去温度变化的成分，抑制了噪音成分。
[0146] 图32和图33的温度是通过上述式(2)计算的。在相关系数是1的位置处平均化要素数为1，因此，处理前后的温度不变。因此，需要使代替处理后使用的增益和偏移值与代替处理前使用的增益和偏移值相同，因此通过下述式(11)表示。
[0147] 处理后温度＝增益/{偏移-2×ln(处理后平均反斯托克斯光量/处理后平均斯托克斯光量)}(11)
[0148] 图34示出处理前后的温度分布的定量的比较。在温度变化位置处，无论哪种情况，处理前后都没有变化，因此，对平坦部中的标准偏差值3σ进行比较。如图34中例示的那样，在2800m～2900m的通常的温度计算区间中，不存在值的变化，但是，在进行了处理的区间中，实现了83％以上的噪声抑制。在通过上述实施方式的处理得到的83％的抑制效果的情况下，测量精度成为5.9分的1倍，因此，在相同的测量精度的情况下，测量时间被压缩为如下程度：处理前为35、处理后为1。此外，在图11中，在双端方式下的测量时，相对于中央的2800m～2900m位置的测量精度，100m～200m和5600m～5700m的位置的测量精度为3倍，但是，通过上述实施方式的处理，相反，两侧的测量精度成为2倍。
[0149] 实施例2
[0150] 对针对通过与实施例1不同的测量对象和测量周期得到的温度分布的具体实施例进行说明。应用的处理方法与实施例1基本相同，但是，将区间设为小于总长的3/5和2/5以上这2个重叠的区间。由此，在重叠的区间中，在相关度的大小较小的情况下，01A、01S、02A和02S全部被置换。
[0151] 图35的(a)～图35的(d)例示计算结果。图35的(a)是针对01S和01A的处理前后的比较。如图35的(a)中例示的那样，在处理前，在远端侧观察到偏差，但是在处理后抑制了偏差。图35的(b)是对加热区域附近进行放大的图。如图35的(b)中例示的那样，特别是针对反斯托克斯成分，处理前的偏差在处理后被大幅抑制。图35的(c)是针对02S和02A的处理前后的比较。如图35的(c)中例示的那样，在作为远端的0(m)附近观察到偏差，但是在处理后抑制了偏差。图35的(d)是热水中浸渍的区域的放大。如图35的(d)中例示的那样，与图35的(b)相比稍有改善，但是，基本接近于没有处理。这是因为，由于是近端，因此噪声成分较小。
[0152] 图36和图37示出根据图22和图23的处理来决定的01A和02A的单侧平均化要素数的关系。图37是图36的局部放大图。相当于1/α_01A和1/α_02A，当该平均化要素数为3以上时，分别在2/5以上的区间和小于3/5的区间内使用代替01A和代替02A。
[0153] 当将图37与图35的(a)～图35的(d)进行比较可知，在产生温度变化而使斯托克斯成分和反斯托克斯成分两方存在变化的情况下，都大致取相同的值。然而，可能由于相对于较大温度变化之间的较小温度变化，01S的变化被视为噪声，所以与02A关联的平均化要素数比与01A关联的平均化要素数稍大。
[0154] 图38和图39中根据图35的(a)～图35的(d)、图36和图37以双端方式计算温度。观察图38和加热部分的放大图即图39可知，没有失去温度变化的成分，抑制了噪音成分。可以认为图37的2个平均化要素数的不同没有问题。
[0155] 图40例示处理前后的温度分布的定量的比较。在温度变化位置处，无论哪种情况，处理前后都没有变化，因此，对平坦部中的标准偏差值3σ进行比较。由于重叠，即使是中央的2800m～2900m，也能够观察到细微的改善。在中央区间中，01A和02A均被重叠噪声，因此，认为即使利用彼此的值进行置换也不会观察到太多改善。与此相对，在两侧的区间中，实现了86％以上的噪声抑制。通过上述实施方式的处理，相反，两侧的精度成为1.5倍以上。
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