JPH06174561A - Optical fiber sensor - Google Patents
Optical fiber sensorInfo
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- JPH06174561A JPH06174561A JP4328147A JP32814792A JPH06174561A JP H06174561 A JPH06174561 A JP H06174561A JP 4328147 A JP4328147 A JP 4328147A JP 32814792 A JP32814792 A JP 32814792A JP H06174561 A JPH06174561 A JP H06174561A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明の目的は、界面を境にして温度差のな
い流体層や流動層の界面位置を測定するのに適した光フ
ァイバセンサを提供することにある。
【構成】 本発明の光ファイバセンサ10は、温度分布
を測定するための光ファイバ12が管形状の金属製の管
状ヒータ14により囲われており、管状ヒータ14の両
端には電流を供給するための電源16が接続されてい
る。電源16からの電流により管状ヒータ14が均一に
加熱され、光ファイバ12は管状ヒータ14に沿った温
度分布を測定する。
(57) [Summary] [PROBLEMS] An object of the present invention is to provide an optical fiber sensor suitable for measuring a fluid layer having no temperature difference across an interface or an interface position of a fluidized bed. In the optical fiber sensor 10 of the present invention, an optical fiber 12 for measuring a temperature distribution is surrounded by a tubular metal tubular heater 14, and a current is supplied to both ends of the tubular heater 14. The power source 16 of is connected. The tubular heater 14 is uniformly heated by the current from the power supply 16, and the optical fiber 12 measures the temperature distribution along the tubular heater 14.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は温度分布を測定するため
の光ファイバを用いた光ファイバセンサ、特に、流体層
又は流動層の界面位置や流体中の速度分布等を連続的に
測定するのに適した光ファイバセンサに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical fiber sensor using an optical fiber for measuring a temperature distribution, and more particularly to continuously measuring a fluid layer or an interface position of a fluidized bed, a velocity distribution in a fluid and the like. To an optical fiber sensor suitable for.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来から、気相や液相からなる流体層
や、粒子が流体中に分散した流動層の界面を測定するこ
とは、一般的に困難であった。例えば、河川において流
動化した砂による河底位置の測定を連続的に行う測定装
置はなかった。また、異なる2つの流体層の界面位置を
測定することは更に困難であった。例えば、液化天然ガ
ス等の気相と液相の界面位置の測定することは困難であ
った。2. Description of the Related Art Conventionally, it has been generally difficult to measure the interface between a fluid layer composed of a gas phase or a liquid phase and a fluidized bed in which particles are dispersed in a fluid. For example, there was no measuring device for continuously measuring the riverbed position by fluidized sand in a river. Further, it has been more difficult to measure the interface position between two different fluid layers. For example, it has been difficult to measure the interface position between the gas phase and liquid phase of liquefied natural gas or the like.
【0003】一方、近年、光ファイバを温度センサとし
て用いて温度分布を測定する光ファイバ温度分布測定装
置が注目を浴びている。光ファイバ温度分布測定装置
は、光ファイバセンサ内へレーザパルス光などの励起光
を入射し、それにより生じるラマン散乱光(非弾性散乱
光)の温度依存性により光ファイバ自体の温度を測定す
るものである。多くの温度センサを用いる代わりに光フ
ァイバを設けて温度分布を測定する。流体層または流動
層の界面に温度差がある場合には、光ファイバ温度分布
測定装置により測定された温度分布から界面位置を決定
することができる。On the other hand, in recent years, an optical fiber temperature distribution measuring device for measuring a temperature distribution using an optical fiber as a temperature sensor has attracted attention. The optical fiber temperature distribution measuring device measures the temperature of the optical fiber itself by injecting excitation light such as laser pulse light into the optical fiber sensor and measuring the temperature dependence of Raman scattered light (inelastically scattered light) generated thereby. Is. Instead of using many temperature sensors, an optical fiber is provided to measure the temperature distribution. When there is a temperature difference at the fluid layer or the interface of the fluidized bed, the interface position can be determined from the temperature distribution measured by the optical fiber temperature distribution measuring device.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般的
には、異なる2つの流体層に界面を境にして温度差が顕
著でない場合が多く、従来の光ファイバ温度分布測定装
置を用いても、このような界面位置を測定することはで
きなかった。本発明の目的は、界面を境にして温度差の
ない流体層や流動層の界面位置を測定するのに適した光
ファイバセンサを提供することにある。However, in general, there are many cases where the temperature difference between the two different fluid layers at the boundary is not significant, and even if the conventional optical fiber temperature distribution measuring device is used, Such an interface position could not be measured. An object of the present invention is to provide an optical fiber sensor suitable for measuring an interface position of a fluid layer or a fluidized bed having no temperature difference across the interface.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】上記目的は、温度分布を
測定するための光ファイバと、前記光ファイバを包む管
形状の管状ヒータと、加熱するために前記管状ヒータに
電流を供給する電源とを有する光ファイバセンサによっ
て達成される。なお、管状ヒータは断面が円形のものだ
けではなく、断面が楕円形や四角形や三角形等の他の形
状のものも含む。また、管状ヒータが完全に閉じている
必要はなく、光ファイバを包んでいれば部分的に開いて
いてもよい。さらに、管状ヒータの表面に凹凸形状のひ
だを形成してもよい。The above object is to provide an optical fiber for measuring a temperature distribution, a tubular tubular heater enclosing the optical fiber, and a power supply for supplying a current to the tubular heater for heating. Is achieved by a fiber optic sensor having It should be noted that the tubular heater includes not only one having a circular cross section but also one having another cross section such as an ellipse, a quadrangle, or a triangle. Further, the tubular heater does not need to be completely closed, and may be partially opened as long as the optical fiber is wrapped. Furthermore, a corrugated fold may be formed on the surface of the tubular heater.
【0006】また、上記目的は、加熱又は冷却する棒形
状の棒状加熱冷却手段と、前記棒状加熱冷却手段の周囲
に巻回され、温度分布を測定するための光ファイバとを
有する光ファイバセンサによっても達成される。なお、
棒状加熱冷却手段は断面が円形のものだけではなく、断
面が楕円形や四角形や三角形等の他の形状のものも含
む。Another object of the present invention is to provide an optical fiber sensor having a rod-shaped heating / cooling means in the shape of a rod for heating or cooling, and an optical fiber wound around the rod-like heating / cooling means for measuring temperature distribution. Is also achieved. In addition,
The rod-shaped heating / cooling means includes not only a section having a circular section but also another section having an elliptical section, a square section, a triangular section, or the like.
【0007】[0007]
【作用】本発明によれば、管状ヒータにより測定対象を
均一に加熱し、光ファイバにより管状ヒータの温度分布
を測定するようにしている。管状ヒータの温度は、管状
ヒータの加熱状態と測定対象の熱的状態に依存してい
る。この熱的状態は、流体層又は流動層の流速や熱伝導
度等に依存しており、流体層又は流動層の界面を境界と
して変化しているので、管状ヒータの温度分布を測定す
ることにより、流体層又は流動層の界面の位置を測定す
ることができる。また、流体層又は流動層の流速の差も
検出することができる。According to the present invention, the object to be measured is uniformly heated by the tubular heater, and the temperature distribution of the tubular heater is measured by the optical fiber. The temperature of the tubular heater depends on the heating state of the tubular heater and the thermal state of the measurement target. This thermal state depends on the flow velocity and thermal conductivity of the fluidized bed or fluidized bed, and changes at the interface of the fluidized bed or fluidized bed as a boundary. Therefore, by measuring the temperature distribution of the tubular heater, , The position of the fluid bed or the interface of the fluid bed can be measured. It is also possible to detect the difference in the flow velocity of the fluid bed or the fluidized bed.
【0008】また、本発明によれば、棒状加熱冷却手段
により測定対象を均一に冷却又は加熱し、光ファイバに
より棒状加熱冷却手段の温度分布を測定するようにして
いる。このため、加熱できない測定対象や、引火物等の
電流を流すことができない測定対象等も測定することが
できる。According to the present invention, the rod-shaped heating / cooling means uniformly cools or heats the object to be measured, and the optical fiber measures the temperature distribution of the rod-shaped heating / cooling means. Therefore, it is possible to measure an object to be measured that cannot be heated, an object to which an electric current such as a flammable material cannot flow, or the like.
【0009】[0009]
【実施例】本発明の一実施例による光ファイバセンサを
用いた光ファイバ温度分布測定装置を図1乃至図5を用
いて説明する。本実施例の光ファイバセンサ10は、図
1に示すように、温度分布を測定するための光ファイバ
12が管形状の金属製の管状ヒータ14により囲われて
おり、管状ヒータ14の両端には電流を供給するための
電源16が接続されている。電源16からの電流により
管状ヒータ14が均一に加熱され、光ファイバ12は管
状ヒータ14に沿った温度分布を測定する。なお、管状
ヒータ14は、電気液絶縁のために絶縁体で被覆されて
いる。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An optical fiber temperature distribution measuring device using an optical fiber sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, in the optical fiber sensor 10 of this embodiment, an optical fiber 12 for measuring a temperature distribution is surrounded by a tubular metal tubular heater 14, and both ends of the tubular heater 14 are provided. A power supply 16 for supplying a current is connected. The tubular heater 14 is uniformly heated by the current from the power supply 16, and the optical fiber 12 measures the temperature distribution along the tubular heater 14. The tubular heater 14 is covered with an insulator for electric liquid insulation.
【0010】このように本実施例の光ファイバセンサ1
0では、管状ヒータ14が光ファイバ12の保護管とヒ
ータの両方の機能を兼ねているため、極めて簡単な構造
で所期の目的が達成されるだけでなく、長手方向に均一
な発熱量が容易に得られる。また、管状ヒータ14と光
ファイバ12との熱的接触が理想的で、実質的に管状ヒ
ータ14自体が温度センサを兼ねているとみなすことが
でき、測定精度が向上する等実用上極めて大きな利点を
有している。Thus, the optical fiber sensor 1 of this embodiment
At 0, since the tubular heater 14 functions as both a protective tube for the optical fiber 12 and a heater, not only the intended purpose can be achieved with an extremely simple structure, but also a uniform amount of heat is generated in the longitudinal direction. Easily obtained. Further, it is ideal that the tubular heater 14 and the optical fiber 12 are in thermal contact with each other, and it can be considered that the tubular heater 14 itself also serves as a temperature sensor. have.
【0011】本実施例の光ファイバセンサを用いた光フ
ァイバ温度分布測定装置を図2に示す。この光ファイバ
温度分布測定装置20は、光ファイバセンサ10に対し
て励起光を入射し、光ファイバセンサ10の各位置で散
乱する非弾性散乱光から各位置の温度を測定する。An optical fiber temperature distribution measuring device using the optical fiber sensor of this embodiment is shown in FIG. The optical fiber temperature distribution measuring device 20 makes excitation light incident on the optical fiber sensor 10 and measures the temperature at each position from the inelastically scattered light scattered at each position of the optical fiber sensor 10.
【0012】図2では、光ファイバセンサ10を、塩化
ビニール製の絶縁性パイプ18の周囲に巻回して、測定
長さ方向に対する測定分解能を向上させている。光ファ
イバセンサ10の両端部が光ファイバ温度分布測定装置
20の光ファイバコネクタ22a、22bに接続されて
いる。光ファイバ温度分布測定装置20において、パル
ス状の励起光を発するレーザ光源24には光方向性結合
器26が接続されている。光方向性結合器26には接続
する光ファイバを切換える光ファイバスイッチ28が接
続されている。光ファイバスイッチ28には光ファイバ
がコイル状に巻回された2つのリファレンスコイル30
a、30bが接続されている。リファレンスコイル30
a、30bは恒温層32内に収納されて予め定めた一定
温度に維持され、光ファイバセンサ10の位置測定の基
点とされる。リファレンスコイル30a、30bはそれ
ぞれ光ファイバコネクタ22a、22bを介して光ファ
イバセンサ10の両端部に接続されている。In FIG. 2, the optical fiber sensor 10 is wound around an insulating pipe 18 made of vinyl chloride to improve the measurement resolution in the measurement length direction. Both ends of the optical fiber sensor 10 are connected to the optical fiber connectors 22a and 22b of the optical fiber temperature distribution measuring device 20. In the optical fiber temperature distribution measuring device 20, an optical directional coupler 26 is connected to a laser light source 24 which emits pulsed excitation light. An optical fiber switch 28 for switching the optical fiber to be connected is connected to the optical directional coupler 26. The optical fiber switch 28 has two reference coils 30 each having an optical fiber wound in a coil shape.
a and 30b are connected. Reference coil 30
The a and 30b are housed in the constant temperature layer 32 and maintained at a predetermined constant temperature, and are used as the base points for measuring the position of the optical fiber sensor 10. The reference coils 30a and 30b are connected to both ends of the optical fiber sensor 10 via optical fiber connectors 22a and 22b, respectively.
【0013】光方向性結合器26には光検出器34が接
続されている。光ファイバセンサ10の光ファイバ12
で散乱したラマン散乱光が光方向性結合器26により分
岐され、光検出器34によりストークス光と反ストーク
ス光とが検出される。光検出器34には増幅器36が接
続され、光検出器34の光検出信号を増幅する。増幅器
36にはA/D変換器38が接続され、増幅器36によ
り増幅された光検出信号をA/D変換する。A photodetector 34 is connected to the optical directional coupler 26. Optical fiber 12 of optical fiber sensor 10
The Raman scattered light scattered by is branched by the optical directional coupler 26, and the Stokes light and the anti-Stokes light are detected by the photodetector 34. An amplifier 36 is connected to the photodetector 34 and amplifies the photodetection signal of the photodetector 34. An A / D converter 38 is connected to the amplifier 36 and A / D converts the photodetection signal amplified by the amplifier 36.
【0014】A/D変換部38によりA/D変換された
デジタルの光検出信号は演算部40に入力される。演算
部40は入力された光検出信号を平均化処理した後に、
非弾性散乱光の光強度と遅延時間に基づいて光ファイバ
センサ10の各位置における温度分布を演算する。演算
部40により演算された光ファイバセンサ10の温度分
布は、光ファイバ温度分布測定装置20の外部に設けら
れたパーソナルコンピュータ42により表示される。The digital photodetection signal A / D converted by the A / D converter 38 is input to the calculator 40. The arithmetic unit 40 averages the input photodetection signals,
The temperature distribution at each position of the optical fiber sensor 10 is calculated based on the light intensity of the inelastically scattered light and the delay time. The temperature distribution of the optical fiber sensor 10 calculated by the calculation unit 40 is displayed by the personal computer 42 provided outside the optical fiber temperature distribution measuring device 20.
【0015】図3に示す実験装置を用いて光ファイバ温
度分布測定装置の測定実験を行った。図3の実験装置で
は、底部に砂を詰めた容器を用意し、砂上に水道水を流
した。光ファイバセンサ10を、外径が50mmφで全
長が350mmのプラスチック管18にコイル状に巻回
して測定用のプローブ50を作成した。この測定用のプ
ローブ50を砂中に立てて、プローブ50の下部の約1
/3が砂中に埋まり、中央の約1/3が水中に浸漬し、
上部の約1/3が大気中に露出するようにした。A measurement experiment of an optical fiber temperature distribution measuring device was conducted using the experimental device shown in FIG. In the experimental apparatus shown in FIG. 3, a container having a bottom filled with sand was prepared, and tap water was poured over the sand. The optical fiber sensor 10 was coiled around a plastic tube 18 having an outer diameter of 50 mmφ and a total length of 350 mm to form a probe 50 for measurement. Stand the probe 50 for this measurement in the sand,
/ 3 is buried in the sand, about 1/3 of the center is immersed in water,
About 1/3 of the upper part was exposed to the atmosphere.
【0016】光ファイバセンサ10の管状ヒータ14
は、外形は1.2mmφ、内径は0.8mmφで、ステ
ンレス鋼SUS304により形成されている。光ファイ
バセンサ10がプラスチック管18に約3.5mmのピ
ッチでコイル状に巻回されている。金属製の管状ヒータ
14の両端に電源16を接続し、電流を流さない場合
と、0.5Aの電流を流した場合と、1.0Aを電流を
流した場合について、大気中と水中と土中の各相の温度
を測定した。測定結果を次の表1に示す。The tubular heater 14 of the optical fiber sensor 10
Has an outer diameter of 1.2 mmφ and an inner diameter of 0.8 mmφ and is made of stainless steel SUS304. The optical fiber sensor 10 is coiled around a plastic tube 18 at a pitch of about 3.5 mm. A power source 16 is connected to both ends of the tubular heater 14 made of metal, and a current is not passed, a current of 0.5 A is passed, and a current of 1.0 A is passed. The temperature of each phase inside was measured. The measurement results are shown in Table 1 below.
【0017】[0017]
【表1】 表1の測定結果に示すように、管状ヒータ14に電流を
流さない状態では、大気中は23.4℃、水中は24.
0℃、土中は24.3℃であったが、0.5Aの電流を
流して加熱すると、大気中では1.5℃上昇し、水中で
は0.4℃上昇し、土中では0.7℃上昇し、大気中、
土中、水中の順番で温度が上昇した。電流値を増加させ
て1.0Aにすると、この傾向が更に顕著となり、大気
中では10.1℃上昇し、土中では3.7℃上昇した
が、水中では0.8℃しか上昇しなかった。このような
温度上昇の相違から各相の界面位置を正確に測定でき
た。[Table 1] As shown in the measurement results in Table 1, in the state where no current is passed through the tubular heater 14, 23.4 ° C. in the atmosphere and 24.
The temperature was 0 ° C. and 24.3 ° C. in the soil, but when a current of 0.5 A was applied and heated, the temperature increased by 1.5 ° C. in the atmosphere, 0.4 ° C. in water, and 0. 7 ℃ rise, in the atmosphere,
The temperature increased in the order of soil and water. When the current value was increased to 1.0 A, this tendency became more prominent, the temperature rose 10.1 ° C in the atmosphere and 3.7 ° C in the soil, but only 0.8 ° C in water. It was The interface position of each phase could be accurately measured from such a difference in temperature rise.
【0018】このような温度上昇の相違が生じるメカニ
ズムについて考察した結果、次のことが分かった。金属
からなる管状ヒータ14に通電すると、ジュール熱が発
生する。ジュール熱の発生量は、管状ヒータ14の全長
でほぼ均一なので、周囲への熱伝達条件により管状ヒー
タ14の温度が決定される。大気中では主として空気の
対流現象により熱が奪われ、水中では主として水の対流
現象により熱が奪われる。一般に水は空気よりもはるか
に熱伝達係数が大きいため、管状ヒータ14の温度は水
中ではほとんど上昇せず水温にほぼ等しくなるのに対し
て、空中では管状ヒータ14の温度は大きく上昇する。
一方、土中では、金属ヒータ14は水と砂粒子の混合物
に接触しているため、水の対流による熱の移動は非常に
小さく、主に熱伝導により熱が奪われる。このため、水
中よりも熱伝達係数は小となり、土中の管状ヒータ14
の温度はより上昇する。As a result of consideration of the mechanism causing such a difference in temperature rise, the following has been found. When the tubular heater 14 made of metal is energized, Joule heat is generated. Since the amount of Joule heat generated is substantially uniform over the entire length of the tubular heater 14, the temperature of the tubular heater 14 is determined by the condition of heat transfer to the surroundings. In the atmosphere, heat is mainly taken by the convection phenomenon of air, and in water, the heat is taken mainly by the convection phenomenon of water. Since water generally has a heat transfer coefficient much larger than that of air, the temperature of the tubular heater 14 hardly rises in water and becomes almost equal to the water temperature, while the temperature of the tubular heater 14 greatly rises in the air.
On the other hand, in the soil, since the metal heater 14 is in contact with the mixture of water and sand particles, heat transfer due to convection of water is very small, and heat is mainly taken away by heat conduction. For this reason, the heat transfer coefficient becomes smaller than that in water, and the tubular heater 14 in soil is
Temperature rises more.
【0019】本実施例の光ファイバセンサを用いた光フ
ァイバ温度分布測定装置の応用例を図4及び図5を用い
て説明する。本応用例では、河川の水位変動を測定する
と共に、川底の洗掘や、土手中への川水の浸漬を検出す
る。図4に示すように、光ファイバセンサ10をプラス
チック管18にコイル状に巻回した測定用のプローブ5
0を少なくとも2本用意し、一方のプローブ50Aを川
底の土中に埋めると共に、他方のプローブ50Bを土手
中に深く埋め込む。An application example of the optical fiber temperature distribution measuring device using the optical fiber sensor of this embodiment will be described with reference to FIGS. 4 and 5. In this application example, the fluctuation of the water level of the river is measured, and the scour of the river bottom and the immersion of the river water in the bank are detected. As shown in FIG. 4, a measurement probe 5 in which an optical fiber sensor 10 is wound around a plastic tube 18 in a coil shape.
At least two 0s are prepared, one probe 50A is buried in the soil at the river bottom, and the other probe 50B is buried deep in the bank.
【0020】プローブ50A、50Bによる測定例を図
5に示す。光ファイバセンサ10への通電中における、
大気中の温度(40℃)と水中の温度(20℃)の相違
からプローブ50Aにより河川の水位が測定できる。水
位が変動するとプローブ50Aにより直ちに検出でき
る。光ファイバセンサ10への通電中における、水中の
温度(20℃)と土中の温度(25℃)の相違からプロ
ーブ50Aにより川底の位置が測定できる。川底が洗掘
されると川底近傍の温度低下により簡単に検出できる。An example of measurement by the probes 50A and 50B is shown in FIG. While energizing the optical fiber sensor 10,
The water level of the river can be measured by the probe 50A from the difference between the temperature in the atmosphere (40 ° C.) and the temperature in the water (20 ° C.). When the water level changes, it can be immediately detected by the probe 50A. The position of the river bottom can be measured by the probe 50A from the difference between the temperature in water (20 ° C.) and the temperature in soil (25 ° C.) while the optical fiber sensor 10 is energized. When the riverbed is scourd, it can be easily detected by the temperature drop near the riverbed.
【0021】土手中に川水が浸漬していない状態ではプ
ローブ50Bにより土手中は温度が比較的高温(50
℃)に維持されているが、土手中に川水が浸漬すると温
度が低下して土手中への川水の浸漬を簡単に検出でき
る。本実施例の光ファイバセンサを用いた光ファイバ温
度分布測定装置の応用例としては上述したもの他にも種
々の応用例が考えられる。When the river water is not immersed in the bank, the temperature in the bank is relatively high (50% by the probe 50B).
However, if the river water is immersed in the bank, the temperature will drop and the immersion of the river water in the bank can be easily detected. As an application example of the optical fiber temperature distribution measuring device using the optical fiber sensor of the present embodiment, various application examples other than the above-mentioned ones are conceivable.
【0022】すなわち、各種物質の気相、液相、固相の
界面の位置検出だけでなく、熱伝達係数に影響を与える
物理的性質や現象が変化する境界の位置検出や、それら
の分布を検出することもできる。例えば、密度や流速等
の変化により熱伝達係数が変動する物質内の密度や流速
の分布を測定することも可能となる。具体的には、本実
施例の光ファイバセンサを空中に張る。既存の熱線風速
計と同様に、風速により光ファイバセンサの管状ヒータ
の表面の熱伝達係数が変化する。この熱伝導係数の変化
による温度分布を光ファイバにより測定することによ
り、風速分布を測定することができる。光ファイバセン
サを空中に張るだけでよいので、広い範囲の風速分布が
容易に測定できる。例えば、高層ビルの周囲に発生する
ことが知られている異常な風の風速分布を容易に測定す
ることができる。That is, not only the position detection of the interface between the gas phase, the liquid phase and the solid phase of various substances, but also the position detection of the boundary where physical properties and phenomena affecting the heat transfer coefficient change and their distribution are It can also be detected. For example, it is also possible to measure the distribution of the density and the flow velocity in a substance whose heat transfer coefficient changes due to the change of the density and the flow velocity. Specifically, the optical fiber sensor of this embodiment is placed in the air. Similar to the existing hot-wire anemometer, the heat transfer coefficient on the surface of the tubular heater of the optical fiber sensor changes depending on the wind speed. The wind velocity distribution can be measured by measuring the temperature distribution due to the change in the thermal conductivity coefficient with the optical fiber. Since the optical fiber sensor need only be stretched in the air, the wind velocity distribution in a wide range can be easily measured. For example, it is possible to easily measure the wind speed distribution of an abnormal wind that is known to occur around a high-rise building.
【0023】なお、室内で空調装置により発生する流速
分布を測定しようとする場合のように、測定しようとす
る空間に既に温度分布が存在する場合、上述した方法で
は正確に流速の分布が求められなくなる。一般に吹き出
される冷気あるいは暖気の温度は、室温とは一致せず温
度分布が同時に存在しているからである。このような場
合には、光ファイバセンサを適当な間隔をあけて空中に
平行に2本張り、一方の光ファイバセンサに通電し、他
方の光ファイバセンサには通電しないようにする。通電
しない方の光ファイバセンサにより温度分布自体を測定
できるので、通電した方の光ファイバセンサによる温度
分布の差により風速分布を測定できる。このようにすれ
ば、温度分布と風速分布の両方を広い範囲にわたって同
時に測定することができる。When there is already a temperature distribution in the space to be measured, as in the case of measuring the flow velocity distribution generated by the air conditioner in the room, the above method can be used to accurately obtain the flow velocity distribution. Disappear. This is because the temperature of cold air or warm air that is blown out generally does not match room temperature and the temperature distribution is present at the same time. In such a case, two optical fiber sensors are provided in parallel in the air at appropriate intervals so that one optical fiber sensor is energized and the other optical fiber sensor is not energized. Since the temperature distribution itself can be measured by the non-energized optical fiber sensor, the wind speed distribution can be measured by the difference in the temperature distribution by the energized optical fiber sensor. By doing so, both the temperature distribution and the wind speed distribution can be simultaneously measured over a wide range.
【0024】また、測定対象の時間的変動が少ないと考
えられる場合には、光ファイバセンサを1本だけ空中に
張り、通電時と非通電時の温度分布をそれぞれ測定し
て、測定された温度分布を比較することにより温度分布
と風速分布の両方を広い範囲にわたって測定することが
できる。本発明の他の実施例による光ファイバセンサを
図6に示す。図6に示す光ファイバセンサはいずれも、
棒状加熱冷却手段の周囲に温度分布を測定するための光
ファイバを巻回したものである。If it is considered that there is little time-dependent fluctuation of the measurement target, only one optical fiber sensor is placed in the air, and the temperature distributions when energized and de-energized are respectively measured, and the measured temperature is measured. By comparing the distributions, both the temperature distribution and the wind speed distribution can be measured over a wide range. An optical fiber sensor according to another embodiment of the present invention is shown in FIG. All the optical fiber sensors shown in FIG.
An optical fiber for measuring the temperature distribution is wound around the rod-shaped heating / cooling means.
【0025】図6(a)に示す光ファイバセンサ60
は、加熱又は冷却する加熱冷却用流体が流れる棒状加熱
冷却部材62の周囲に温度分布を測定するための光ファ
イバ64が巻回されている。棒状加熱冷却部材62は内
部が空洞の管形状をしており、加熱冷却用液体を一方の
端部から流入させ、他方の端部から流出させることによ
り、棒状加熱冷却部材62が均一に加熱又は冷却され、
光ファイバ64は棒状加熱冷却部材62に沿った温度分
布を測定する。The optical fiber sensor 60 shown in FIG.
An optical fiber 64 for measuring a temperature distribution is wound around a rod-shaped heating / cooling member 62 through which a heating / cooling fluid for heating / cooling flows. The rod-shaped heating / cooling member 62 has a hollow tubular shape, and the rod-shaped heating / cooling member 62 is uniformly heated or discharged by allowing the heating / cooling liquid to flow in from one end and flow out from the other end. Cooled down
The optical fiber 64 measures the temperature distribution along the rod-shaped heating / cooling member 62.
【0026】図6(b)に示す光ファイバセンサ70
は、加熱又は冷却する加熱冷却用流体が流れる棒状加熱
冷却部材72の周囲に温度分布を測定するための光ファ
イバ74が巻回されている。棒状加熱冷却部材72は二
重管になっており、加熱冷却用液体を一方の端部に設け
られた流入口72aから流入させ、同じ端部に設けられ
た流出口72bから流出させることにより、棒状加熱冷
却部材72が均一に加熱又は冷却され、光ファイバ74
は棒状加熱冷却部材72に沿った温度分布を測定する。An optical fiber sensor 70 shown in FIG. 6 (b).
An optical fiber 74 for measuring a temperature distribution is wound around a rod-shaped heating / cooling member 72 through which a heating / cooling fluid for heating / cooling flows. The rod-shaped heating / cooling member 72 is a double pipe, and the heating / cooling liquid is introduced from an inflow port 72a provided at one end and is made to flow out from an outflow port 72b provided at the same end. The rod-shaped heating / cooling member 72 is uniformly heated or cooled, and the optical fiber 74
Measures the temperature distribution along the rod-shaped heating / cooling member 72.
【0027】図6(c)に示す光ファイバセンサ80
は、電流を流すことにより加熱又は冷却される棒状加熱
冷却部材82の周囲に温度分布を測定するための光ファ
イバ84が巻回されている。電源86から棒状加熱冷却
部材82に電流を流すことにより、棒状加熱冷却部材8
2が均一に加熱又は冷却され、光ファイバ84は棒状加
熱冷却部材82に沿った温度分布を測定する。An optical fiber sensor 80 shown in FIG. 6 (c).
The optical fiber 84 for measuring the temperature distribution is wound around the rod-shaped heating / cooling member 82 which is heated or cooled by passing an electric current. By supplying an electric current from the power supply 86 to the rod-shaped heating / cooling member 82, the rod-shaped heating / cooling member 8
2 is uniformly heated or cooled, and the optical fiber 84 measures the temperature distribution along the rod-shaped heating / cooling member 82.
【0028】本実施例によれば、加熱だけでなく冷却す
ることもできるので前述した実施例では不可能な界面の
測定ができる。例えば、水と氷の界面を検出しようとす
る場合、加熱すると光ファイバセンサ周囲の氷が融解す
るため、水との界面の検出が困難となる。このような場
合、例えば、液体窒素のような低温流体を流すことによ
り冷却すれば、氷と水とで温度差が生じ、氷と水との界
面の検出が可能となる。According to this embodiment, not only the heating but also the cooling can be performed, so that it is possible to measure the interface which is impossible in the above-mentioned embodiments. For example, when an interface between water and ice is to be detected, the ice around the optical fiber sensor is melted by heating, which makes it difficult to detect the interface with water. In such a case, for example, if a low temperature fluid such as liquid nitrogen is used for cooling, a temperature difference occurs between ice and water, and the interface between ice and water can be detected.
【0029】また、図6(a)及び(b)に示す光ファ
イバセンサの場合には、通電することなく加熱又は冷却
が可能であるので、可燃性雰囲気においても安全に測定
できる。例えば、液化天然ガスの液面監視をする場合、
引火の危険性があるので電流を流すことはできないが、
図6(a)及び(b)に示す光ファイバセンサの場合に
は、加熱冷却用流体を流すだけでよいので安全に測定す
ることができる。Further, in the case of the optical fiber sensor shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b), since heating or cooling is possible without energization, it is possible to measure safely even in a flammable atmosphere. For example, when monitoring the liquid level of liquefied natural gas,
There is a risk of ignition, so it is not possible to pass an electric current,
In the case of the optical fiber sensor shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b), it suffices to flow the heating / cooling fluid, so that the measurement can be performed safely.
【0030】[0030]
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、管状ヒー
タにより測定対象を均一に加熱し、光ファイバにより管
状ヒータの温度分布を測定するようにしている。管状ヒ
ータの温度は、管状ヒータの加熱状態と測定対象の熱的
状態に依存している。この熱的状態は、流体層又は流動
層の流速や熱伝導度等に依存しており、流体層又は流動
層の界面を境界として変化しているので、管状ヒータの
温度分布を測定することにより、流体層又は流動層の界
面の位置を測定することができる。また、流体層又は流
動層の流速の差も検出することができる。As described above, according to the present invention, the object to be measured is uniformly heated by the tubular heater, and the temperature distribution of the tubular heater is measured by the optical fiber. The temperature of the tubular heater depends on the heating state of the tubular heater and the thermal state of the measurement target. This thermal state depends on the flow velocity and thermal conductivity of the fluidized bed or fluidized bed, and changes at the interface of the fluidized bed or fluidized bed as a boundary. Therefore, by measuring the temperature distribution of the tubular heater, , The position of the fluid bed or the interface of the fluid bed can be measured. It is also possible to detect the difference in the flow velocity of the fluid bed or the fluidized bed.
【0031】また、本発明によれば、棒状加熱冷却手段
により測定対象を均一に冷却又は加熱し、光ファイバに
より棒状加熱冷却手段の温度分布を測定するようにして
いる。このため、加熱できない測定対象や、引火物等の
電流を流すことができない測定対象等も測定することが
できる。According to the present invention, the rod-shaped heating / cooling means uniformly cools or heats the object to be measured, and the optical fiber measures the temperature distribution of the rod-shaped heating / cooling means. Therefore, it is possible to measure an object to be measured that cannot be heated, an object to which an electric current such as a flammable material cannot flow, or the like.
【図1】本発明の一実施例による光ファイバセンサを示
す図である。FIG. 1 is a diagram showing an optical fiber sensor according to an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の一実施例による光ファイバセンサを用
いた光ファイバ温度分布測定装置を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an optical fiber temperature distribution measuring device using an optical fiber sensor according to an embodiment of the present invention.
【図3】図2の光ファイバ温度分布測定装置を用いた測
定実験を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining a measurement experiment using the optical fiber temperature distribution measuring device of FIG.
【図4】図2の光ファイバ温度分布測定装置を用いた応
用例の光ファイバセンサの配置を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an arrangement of optical fiber sensors of an application example using the optical fiber temperature distribution measuring device of FIG.
【図5】図2の光ファイバ温度分布測定装置を用いた応
用例の測定例を示す図である。5 is a diagram showing a measurement example of an application example using the optical fiber temperature distribution measuring device of FIG.
【図6】本発明の他の実施例による光ファイバセンサを
示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an optical fiber sensor according to another embodiment of the present invention.
10…光ファイバセンサ 12…光ファイバ 14…管状ヒータ 16…電源 18…絶縁性パイプ 20…光ファイバ温度分布測定装置 22a、22b…光ファイバコネクタ 24…レーザ光源 26…光方向性結合器 28…光ファイバスイッチ 30a、30b…リファレンスコイル 32…恒温層 34…光検出器 36…増幅器 38…A/D変換器 40…演算部 42…パーソナルコンピュータ 50、50A、50B…プローブ 60…光ファイバセンサ 62…棒状加熱冷却部材 64…光ファイバ 70…光ファイバセンサ 72、72a、72b…棒状加熱冷却部材 74…光ファイバ 80…光ファイバセンサ 82…棒状加熱冷却部材 84…光ファイバ 86…電源 10 ... Optical fiber sensor 12 ... Optical fiber 14 ... Tubular heater 16 ... Power supply 18 ... Insulation pipe 20 ... Optical fiber temperature distribution measuring device 22a, 22b ... Optical fiber connector 24 ... Laser light source 26 ... Optical directional coupler 28 ... Optical Fiber switch 30a, 30b ... Reference coil 32 ... Constant temperature layer 34 ... Photodetector 36 ... Amplifier 38 ... A / D converter 40 ... Arithmetic unit 42 ... Personal computer 50, 50A, 50B ... Probe 60 ... Optical fiber sensor 62 ... Rod shape Heating / cooling member 64 ... Optical fiber 70 ... Optical fiber sensor 72, 72a, 72b ... Rod heating / cooling member 74 ... Optical fiber 80 ... Optical fiber sensor 82 ... Rod heating / cooling member 84 ... Optical fiber 86 ... Power supply
Claims (2)
と、 前記光ファイバを包む管形状の管状ヒータと、 加熱するために前記管状ヒータに電流を供給する電源と
を有する光ファイバセンサ。1. An optical fiber sensor comprising an optical fiber for measuring a temperature distribution, a tubular tubular heater enclosing the optical fiber, and a power supply supplying an electric current to the tubular heater for heating.
手段と、 前記棒状加熱冷却手段の周囲に巻回され、温度分布を測
定するための光ファイバとを有する光ファイバセンサ。2. An optical fiber sensor having a rod-shaped heating / cooling means for heating or cooling, and an optical fiber wound around the rod-shaped heating / cooling means for measuring a temperature distribution.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4328147A JPH06174561A (en) | 1992-12-08 | 1992-12-08 | Optical fiber sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4328147A JPH06174561A (en) | 1992-12-08 | 1992-12-08 | Optical fiber sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06174561A true JPH06174561A (en) | 1994-06-24 |
Family
ID=18207020
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4328147A Pending JPH06174561A (en) | 1992-12-08 | 1992-12-08 | Optical fiber sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06174561A (en) |
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1992
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