JPH0420823A

JPH0420823A - 軸部発熱温度計測装置

Info

Publication number: JPH0420823A
Application number: JP2123193A
Authority: JP
Inventors: Akio Shiotani; 塩谷　明男
Original assignee: Kyowa Electronic Instruments Co Ltd
Current assignee: Kyowa Electronic Instruments Co Ltd
Priority date: 1990-05-15
Filing date: 1990-05-15
Publication date: 1992-01-24

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、軸部発熱温度計測装置、特に複数の軸部にお
ける発熱点での発熱温度を自動的に測定することができ
る軸部発熱温度計測装置に関するものである。

Ｃ従来の技術〕例えば、鉄鉱石から鉄を精製するのに必要な石灰石を鉱
山がら採掘後、杭内クラッシャーで適宜粗砕し、それを
例えば海岸等遠い場所に運搬する場合１例えば２０−以
上にも及ぶ長さのベルトコンベアが用いられる。そして
、このベルトコンベアには、例えば５０．０００本以上
のキアリアローラが使用されるが、そのキアリアローラ
の故障は、決して少なくない。そして、故障があった場
合、直ちに交換する必要があり、そのため何人かの監視
員により稼動中常時監視しているのが実情である。

具体的には、嗅覚（グリースの焼けた臭いから）、視覚
（ローラのガタッキ、ローラの片側の落下、焼き付いた
ローラ下の赤びた鉄粉の視認）あるいは聴覚（異音）等
をもとにその故障を発見するようにしているが、省力化
のために、監視員を配することなく自動的に故障を発見
する手段の開発が要望されているところである。その要
望に応えるものとして実公昭６１−２２８９５号公報に
より紹介されたベルトコンベアの故障診断装置がある。

これは、ベルトコンベアの側部にその移送方向に沿って
ガイドレールを設け、該ガイドレール上に異常を検出す
るセンサを支持する台車を走行させるように構成すると
共に、上記台車の走行の制御と上記センサからの検出信
号に基づく異常キアリアローラの位置の検出制御とを行
うコントローラを設けたものである。

また、他の手段として、赤外線温度カメラにより、キア
リアローラの異常を検出する方法も考えられる。これは
、キアリアローラの稼動状態と故障状況を調査した結果
、ローラの発熱度合から異常が検知できることが明らか
になったからである。

具体的には、正常な場合にはローラの軸受部の温度が２
０〜２５℃程度であるが、異常になるとそれが３０〜３
５℃程度にまで上昇する点に着目したものである。

そして、その赤外線温度カメラによりキアリアローラの
異常を検出するには、ガイドレールをベルトコンベアに
併設し、該ガイドレール上に赤外線温度カメラ塔載台車
を走行させることによって実現可能ではある。

また、熱電対をベルトに埋め込み、その熱電対により温
度を検出することも考えられる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、実公昭６１−２２８９５号公報により紹介さ
れたベルトコンベア故障診断装置や赤外線温度カメラを
、ベルトコンベアに沿って配設されたガイドレール上の
台車に載せて走行させるように構成した場合、ガイドレ
ールを敷設してそれにセンサあるいはカメラ塔載台車を
走らせることが必要となり、設備費が莫大になる。しか
も、台車を走らせることは、故障等の発生率が高くなり
、メンテナンスコストも非常に高くなる。

また、熱雷対をベルトに埋め込む方式は、応答性に非常
に大きな問題がある。また、耐久性にも問題がある。従
って、現在の技術水準ではその実現性は、はとんどない
といわざるを得ない。

本発明は、このような問題点を解決すべく為されたもの
で、設備費が低額で、運動部分が全くなく、しかもきわ
めて短時間に数百、数千という多くの軸部の発熱温度を
検出することのできる新規な軸部発熱温度計測装置を提
供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

請求項（１）に記載の軸部発熱温度計測装置は、複数の
軸部毎に配設された温度に感応する光ファイバセンサが
直列状に接続されてなる光ファイバを敷設し、上記光フ
ァイバへその一端から温度測定用のパルス光を入射する
ようにし、上記温度測定用パルス光により各発熱を伴う
軸部で発生した散乱光を上記一端にて受光するようにし
、上記散乱光の遅延時間から発熱点の位置を検出し、該
散乱光中に含まれるラマン散乱光から温度を検出するよ
うに構成したことを特徴とするもである。

請求項（２）に記載の軸部発熱温度計測装置は、請求項
（１）に記載のものにおいて、光ファイバセンサは、光
ファイバが熱伝導率の大なる材質の円筒体に複数回巻回
され、該円筒体が上記複数の各軸部に着脱自在に取り付
けられるように構成されていることを特徴とするもので
ある。

〔作　用〕

請求項１に記載の軸部発熱温度計測装置によれば、各軸
部毎に配設された光ファイバセンサを介して直列状に連
設された光ファイバの一端からパルス光を入射し、各発
熱を伴う軸部で発生した散乱光を光ファイバの上記一端
にて受光することにより各発熱点の位置、温度を検出す
ることができる。なぜならば、先ず、パルス光を光ファ
イバに通すと各通過位置で微弱な散乱光を発生しながら
も光が光フアイバ中を伝播していくが、発生した散乱光
の一部が後方散乱光として光の入射端側に戻って来るの
で、パルス光を入射した後、後方散乱光が戻ってくるま
での時間から後方散乱光の各発生位置を判定することが
できる。そして、後方散乱光には、温度に強く依存する
ラマン散乱光が含まれているので、そのラマン散乱光の
強度を検出することにより各発熱点における発熱温度を
検出することができる。

従って、単に光ファイバを各軸部を通るように敷設し、
光ファイバの一端からパルス光を入射し。

その一端へ戻ってきた後方散乱光を検出し、遅延時間と
後方散乱光中のラマン散乱光の強度を測定するようにす
るだけで、数多くの発熱点における発熱温度の自動測定
が可能になり、従って、ガイドレールを設けてセンサあ
るいは赤外線温度カメラ等を搭載した台車を走行させる
ような可動部分は全く不要となる。依って、設備費が少
なくて済み、脱線等のトラブルが起きにくくメンテナン
スコストも安くて済む。

そして、光を利用して測定するので数百、数千という多
くの発熱箇所の発熱温度をきわめて短時間に検出するこ
とができる。

請求項２に記載の軸部発熱温度計測装置によれば、光フ
ァイバが、各軸部において何重かに巻回されているので
、光ファイバの一点においてではなく巻回部を構成する
長い部分において発熱点からの温度によってラマン散乱
光が発生する。従って、温度計測における感度を良くし
、Ｓ／Ｎ比を高くすることが可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明を図示実施例に従って詳細に説明する。

図面は、いずれも本発明の詳細な説明するためのもので
あり、このうち、第１図は、本発明に係る軸部発熱温度
計測装置！（以下「本装置」という）の回路ブロック図
、第２図は１本装置の原理を説明するためのラマンスペ
クトル図、第３図は、本装置が設置されるベルトコンベ
アの平面図、第４図は、ベルトコンベアを模式的に示す
正面図、第５図は、光ファイバの測定点と接続部の説明
図、第６図は、光ファイバセンサの構成を示す分解斜視
図、第７図（Ａ）乃至（Ｄ）は、光ファイバセンサの各
別の接続例を示す図である。

先ず、第１図に従って回路構成を説明する。

図面において、ＩＡ、ＩＢ、ＩＣは光ファイバ（光ファ
イバセンサ）であり、ＩＡはベルトコンベアのキャリア
ローラのうち第４図における左側の部分に配置されたも
の（同図ではＡという符号が与えられている）の発熱を
検知し、１Ｂは同しく中央部の部分に配置されたもの（
同図ではＢという符号が与えられている）の発熱を検知
し、ＩＣは同じく右側の部分に配置されたもの（同図で
はＣという符号が与えられている）の発熱を検知するも
のである。

２Ａ、２Ｂ、２Ｃは光ファイバＬＡ、ＩＢ、ＩＣへ入射
する発熱温度測定用のパルス光（波長９１０ｎｍ）を発
生するレーザダイオード、３はパルス駆動回路４が発生
したパルス電圧をレーザダイオード２Ａ、２Ｂ、２Ｃに
切換えて与えるデマルチプレクサである。

５Ａ、５Ｂ、５Ｃはフィルタで、光ファイバＩＡ、ＩＢ
、ＩＣの光入射端へ戻ってきた後方散乱光の２成分の一
つであるアンチストーク光（波長約８７０ｎｍ）を通過
させる特性のものが用いられる。

６Ａ、６Ｂ、６Ｃは同じく後方散乱光の２成分の残りの
一つであるストークス光（波長約９５０ｎｍ）を通過さ
せる特性のものが用いられる。尚。

該ストークス光及び上記アンチストークス光については
後で説明する。

７Ａ、７Ｂ、７Ｃは７　イ／Ｌ／夕５Ａ、５Ｂ、５ｃ及
び６Ａ、６Ｂ、６Ｃによって後方散乱光から分離された
アンチストーク光及びストーク光を光電変換するフォト
ダイオード、８は各フォトダイオード７Ａ、７Ｂ、７Ｃ
（以下これらを総称して「フォトダイオード７」という
ことがある、）の出力信号を受けて時分割多重伝送する
マルチプレクサ、９は該マルチプレクサ８を通ったフォ
トダイオード７の出力信号を増幅する増幅回路、１０は
該増幅回路９の出力信号を処理して各軸部発熱点（測定
点）における発熱温度とその位置を測定する。

ここで、本装置の軸部発熱温度計測原理をより詳しく説
明する。先ず、光ファイバの各光ファイバセンサの位置
は、パルス光を入射してから後方散乱光が戻ってくるま
でに要した時間ｔから測定できる。そして、その時間し
は、信号処理装置１０においてパルス駆動回路４からの
パルス光発生タイミングを示すパルス光発生タイミング
信号を受けたときと後方散乱光に対応した信号を増幅回
路９を介して受けたときとの時間差から求めることがで
きる。

次に、光ファイバの各温度測定点における発熱温度は、
後方散乱光に含まれるところの温度依存性のあるラマン
散乱光を検出することにより計測するということを本明
細書の作用の欄で述べたが、この点についてさらに詳細
に説明する。

後方散乱光は、主に２種類あり、一方は、入射光が光フ
ァイバを成すガラスの格子振動によって弾性的に散乱さ
れて生じるレーり散乱光であり、入射光と同じ波長を有
する。他方は、入射光がガラスの格子振動とエネルギー
の授受を伴う非弾性的な相互作用が生じる−ことによっ
て発生するラマン散乱光であるが、その波長は入射光の
波長からシフトしている。このシフトは、次の理由によ
る。

ある振動敗り。の入射光がガラスの格子振動に作用する
と、格子振動は瞬時、仮の高エネルギー状態に励起され
、その後再び元の状態に戻るが、このとき初め、基底状
態にあったものが１単位だけエネルギー準位の高い励起
状態に落ちてくると、入射光のエネルギーはｈν　（ｈ
ニブランク定数、ヤニ格子振動数）分減少し、その結果
、散乱光の振動数がν。−νとなり入射光よりも低くな
る。

この入射光よりもνだけ振動数が低い光をストークス光
という。この場合とは逆に、初め、励起状態にあった格
子振動が入射光の衝突の過程で基底状態に落ちると、散
乱光はｈν分だけエネルギーが増加し、その結果、散乱
光の振動数がν。＋９となり入射光よりも高くなる。こ
の入射光よりもνだけ振動数が高い光をアンチストーク
ス光という。このように、ガラス自身の固有振動数だけ
シフトした位置にラマン散乱光の２つの成分であるスト
ークス光とアンチストークス光のピークが来ることは、
光ファイバのラマン散乱測定例の一つを示すラマンスペ
クトル図である第２図からも明らかである。このラマン
散乱光の強度は、微弱であるが、温度に強く依存する。

特に、アンチストークス光とストークス光の強度比は、
温度にだけ依存する。特に、零下１００℃以上２００℃
以下の範囲においては上記強度比は、温度に略比例する
。そこで、フィルタ５Ａ、５Ｂ、５Ｃを利用してアンチ
ストークス光を分光し、フィルタ６Ａ、６Ｂ、６Ｃを利
用してストークス光を分光し、その光をフォトダイオー
ド７Ａ、７Ｂ、７Ｃて光電変換し、増幅回路９で増幅し
て光の強度を測定する。そして、信号処理装置１０にお
いては、その光強度を示す信号を所定のサンプリング間
隔ごとにディジタル信号に変換し、それを各軸部の発熱
点と対応したメモリエリアに記憶する。そして、各発熱
点毎にアンチストークス光とストークス光との強度比を
求めて温度を算出し、温度分布情報を得る信号処理を行
う。

次に、第３図及び第４図に従ってベルトコンベアの構造
について説明する。

同図において、１３はベルトで、キャリアローラ１４Ａ
、１４Ｂ、１４Ｃ１１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ５・・によ
って搬送され、リターンローラ１４Ｄ、１４Ｅによって
戻される。キャリアローラは、ベルト１３の幅方向に並
べられた３つのキャリアローラ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ
で一組とされ、組のキャリアローラ１４Ａ、１４Ｂ、１
４ｃが一定間隔て並んでいる。リターンローラは、２つ
のキャリアローラ１４Ｄ、１４Ｅで一組とされる。

尚、リターンローラについては、発熱温度計測をしない
。

因に、この実施例においては、ベルトコンベアのベルト
長は、例えば約１ｋｎ＋であり、キャリアローラ１４１
１４Ｂ、１４ｃ４）組み合せが５５５組あり、１．８ｍ
間隔で配置されである。そして。

各ローラ１４の軸部は、軸［不回転軸（軸受部）コの両
端に着脱自在に嵌め込んだ光ファイバセンサとしてのポ
イントプローブ１５によって検出する。

キャリアローラ１４Ａ、１４Ａ、　につぃて軸部を検出
する光ファイバがＩＡ、′キャリアローラ１４Ｂ、１４
Ｂ、・・について軸部を検出する光ファイバがＩＢ、キ
ャリアローラ１４Ｃ１１４Ｃ１・・について軸部を検出
する光ファイバがＩＣである。

各光ファイバＩＡ、ＩＢ、１Ｃの途中が巻回されて各キ
ャリアローラ１．４　Ａ、１４Ｂ、１４Ｃの軸に着脱自
在に嵌め込み得るようにされたものが、光ファイバセン
サとしてのポイントプローブ１５．１５、・・・である
。このポイントプローブ１５は、２ｍの光ファイバを直
径４０閣のコイル状に巻いたものからなるが、構造は後
で第６図に従って説明する。

第５図は、光ファイバ１の温度測定点毎に設けられたポ
イントプローブ１５．１５、・・・と光ファイバ１の接
続点を説明するための説明図である。

同図において、各光ファイバＬＡ、ＩＢ、ＩＣはそれぞ
れ当初は複数本の光ファイバに分岐されているが、ポイ
ントプローブ１５．１５、・・をキャリアローラ１４．
１４、・・・の軸に取り付けた後、分れている光ファイ
バを融着接合してリードファイバを形成し、第１図に示
す軸部発熱温度計測回路に組み込まれる。第５図におけ
る１６は光ファイバの融着接合点を示す。そして、Ｎは
ポイントプローブ数１Ｍは１つの融着接合点１６とその
隣りの融着接合点１６との間のポイントプローブ数であ
る。

ここで、光ファイバ１における光損失Ｓを計算すると次
のとおりである。但し、この例の場合。

ファイバロスは６ｄＢ／ｋｍ、各融着接合点１６におけ
る光損失は０．２ｄＢ、ポイントプローブ１５における
光損失は０．３ｄＢである。

Ｓ”２．０ｍＸＮ個ｘ　（６ｄＢ／１０１００Ｏ＋０．
２ｄＢｘ　（Ｎ／Ｍ）＋０．３ｄＢｘＮ尚、上記式のう
ち、右辺の第１項の２．０ｍＸＮ＠Ｘ　（６ｄ　Ｂ／　
ｌ　ＯＯＯｍ）は、融着接合点１６及びポイントプロー
ブ１５以外の部分における光損失、第２項の０．２ｄＢ
ＸＮ／Ｍは、金融着接合点１６．１６、・・・における
光損失の総和、第３項の　０．３ｄＢＸＮは、全ポイン
トプローブ１５．１５．・・・における光損失の総和で
ある。

尚、光ファイバ１の光損失Ｓは、６０ｄＢ以下になるよ
うにするのが好ましい。

光ファイバセンサとしてのポイントプローブ１５は、第
６図に示すように、キャリアローラ１４の回転しない支
持軸１７に嵌入し得る孔が中心部に穿設されたアルミニ
ウムからなる装着部材１８の円筒部１９に光ファイバ１
をコイル状に複数回巻回してなり、その巻回部を囲繞す
るようにアルミニウムからなるキャップ２ｏを被せたも
のである。２１．２１は光ファイバ１を挿通するためキ
ャップ２０に形成した切欠である（図面には一方の切欠
２１のみ現われている）。

尚、装着部材１８、キャップ２０の材質として、アルミ
ラムを用いたが、熱伝導率が大きいものであれば、他の
材質のものを用いてもよい。

第７図（Ａ）乃至（Ｄ）は、光ファイバの各別の接続例
を示すもので、同図（Ａ）に示すものは、ポイントプロ
ーブ１個毎に融着接合点１６が１個ある例であり、同図
（Ｂ）に示すものは、ポイントプローブ１０個毎に融着
接合点１６が１個ある例であり、同図（Ｃ）に示すもの
は、ポイントプローブ５０個毎に融着接合点１６が１個
ある例であり、同図（Ｄ）に示すものは融着接合点１６
が１個もない例である。

上記実施例によれば、上述したように後方散乱光の検出
により各軸部発熱点の発熱温度を自動的に測定すること
ができ、測定の自動化のためにガイドレールを設けてそ
れにセンサあるいは赤外線温度カメラ等を搭載した台車
を走行させるというような可動部分が全く不要となる。

従って、設備費が安くて済み、脱線等のトラブルが起き
ることもなく、メンテナンスコストが安くて済む、そし
て、光を利用して測定をするので、数百（あるいは数千
あるいは敵方）という多数のローラ軸の発熱温度をきわ
めて短時間に検出することができる。

そして、光ファイバは、各軸部のまわりを何重にも巻回
せしめてポイントプローブ１５を構成しであるので、光
ファイバは各軸部に対応して一点でラマン散乱光を発生
するのではなく、巻回部を構成する長い領域でラマン散
乱光を発生し、従って、計測感度を良＜Ｌ、Ｓ／Ｎを高
くすることができる。

本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、その
要旨を逸脱しない範囲で種々の態様で実施することがで
きる。

例えば、各光ファイバで検出した後方散乱光を、各光フ
ァイバに対応した温度データ処理装置に光モデムを介し
て取り込み、そこでデータ処理するようにすると共に、
各光ファイバからの後方散乱光を光モデム及びマルチプ
レクサを介して１本の光ファイバを介してコンピュータ
へ伝送し、そこでデイスプレィするようにするというよ
うなことも考えられ得る。

〔発明の効果〕

請求項１の軸部発熱温度計測装置によれば、各軸部を光
ファイバセンサを介して直列状に連設された光ファイバ
の一端からパルス光を入射し各発熱を伴う軸部で発生し
た散乱光を上記一端にて受光することにより各発熱点の
位置、温度を検出するように構成したので、ガイドレー
ル上にセンサあるいは赤外線温度センサ搭載台車を走行
させるというような可動部分を設ける必要がなく、数百
。

数千さらには致方箇所における発熱温度を自動的に且つ
短時間に計測することができる。

従って、設備費、メンテナンス費を徒らに高くすること
なく軸部発熱温度計測の省力化を図ることができる。

また、請求項２の発熱温度計測装置によれば、光ファイ
バを複数回、巻回させ且つ各軸部に嵌合させ得るように
光ファイバセンサを構成したから、光ファイバの１点に
おいてではなく巻回部を構成する長い部分において発熱
点からの温度によってラマン散乱光を効率よく発生させ
ることができる。

従って、温度計測における感度を良くし、Ｓ／Ｎ比を高
くすることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第７図は、いずれも本発明の詳細な説明する
ためのもので、このうち、第１図は、本装置の軸部発熱
温度計測回路ブロック図、第２図は、ラマンスペクトル
図、第３図は、ベルトコンベアの平面図、第４図は、ベ
ルトコンベアの構成を模式的に示す正面図、第５図は、
光ファイバの測定点と接続部の説明図、第６図は、光フ
ァイバセンサとしてのポイントプローブを示す分解斜視
図、第７図（Ａ）乃至（Ｄ）は、各別の光フアイバ融着
接続例を示す図である。１　（ＩＡ、ＩＢ、ＩＣ）・・・・・・光ファイバ、２
（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）・・・・・・レーザダイオード。３・・・・・・デマルチプレクサ、４・・・・・・パルス駆動回路、５（５Ａ、５Ｂ、５Ｃ）・・・・アンチストークス光分
光フィルタ、６（６Ａ、６Ｂ、６Ｃ）・・・・・ストークス光分光フ
ィルタ、７　（７Ａ、７Ｂ、７Ｃ）　　・・・・・フォトダイオ
ード、８・・・・・・マルチプレクサ、　　９・・・・
・・増幅回路。１０・・・・・・信号処理装置、１１・・・・・・コンピュータ、１２・・・・・・デイスプレィ、　　　　１３・・・・
・ベルト。１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ・・・・・・キャリアローラ、
１４Ｄ、１４Ｅ・・・・・・リターンローラ、５・・・
−ポイントプローブ、６・・・・・融着接続点、８・・・装着部材、Ｏ・・・・・・キャップ、１７・・・・・支持軸。１９・・・・・円筒部、２１・・・・・・切欠部。第図尤第図第図第図第図第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）複数の軸部毎に配設された温度に感応する光ファ
イバセンサが直列状に接続されてなる光ファイバを敷設
し、上記光ファイバへその一端から温度測定用のパルス
光を入射するようにし、上記温度測定用パルス光により
各発熱を伴う軸部で発生した散乱光を上記一端にて受光
するようにし、上記散乱光の遅延時間から発熱点の位置
を検出し、該散乱光中に含まれるラマン散乱光から温度
を検出するように構成したことを特徴とする軸部発熱温
度計測装置。
（２）光ファイバセンサは、光ファイバが熱伝導率の大
なる材質の円筒体に複数回巻回され、該円筒体が上記複
数の各軸部に着脱自在に取り付けられるように構成され
ていることを特徴とする請求項（１）記載の軸部発熱温
度計測装置。