蛍光式光ファイバー温度測定と分布型温度測定（DTS）は、どちらも光ファイバー温度測定ですが、測定構成が異なります。蛍光式は通常、点式測温技術であるのに対し、DTSは光ファイバーの長さ方向に沿って温度を測定する分布型技術です。
両者の選択は測定課題の性質によって決まります。事前に定めた1か所または複数の物理位置の温度が必要なのか、それとも長いファイバー経路に沿った多数の位置の温度情報が必要なのか。この問いが、個別の性能仕様よりも、適したシステム構成を決めるうえで重要です。
蛍光式点測定とDTS：主な違い
| 観点 | 蛍光点式測温 | 分布型温度測定（DTS） |
|---|---|---|
| 測定構成 | プローブ先端の個別感温素子 | 光ファイバー自体が分布型の感温媒体となります。 |
| 感温位置 | 各プローブ先端の指定物理点 | 設置した感温光ファイバーに沿う位置別温度測定。 |
| 空間的な測定範囲 | プローブ設置位置に限定。 | 設置ファイバー全長に沿って広がる |
| 測定点数。 | 1本に1点。複数プローブで複数の独立点。 | 1本の感温ファイバーに沿って生成する多数の位置別測定値 |
| センサ / ファイバーの役割 | ファイバーが別置き感温素子との間で光信号を往復伝送 | 光ファイバーが感温素子と信号経路を兼ねる。 |
| 測定分解能の概念 | 空間分布としては該当しない。各プローブは単一点。 | 光ファイバー上の空間分解能。DTSの個別設計で決まる。 |
| 一般的な設置長 | ファイバー経路が各指定感温点を監視計器へ接続 | 長い感温ファイバー経路に沿った分布測定向け |
| 応答の検討事項。 | プローブ設計、熱容量、取付けに影響されます。 | 長さ、収集設定、システム設計に影響される。 |
| 精度の検討事項 | 個々のプローブと計測器設計によります。 | 具体的なシステム設計、ファイバー長、収集パラメータによります。 |
| 測温範囲の検討事項 | 使用する蛍光材料とプローブ設計で決まる | 使用するファイバー、配線、システム設計で決まります。 |
| 計測器構成 | 読取り装置が個別プローブの蛍光減衰信号を読み取ります。 | 読取り装置がファイバー沿いに戻る散乱光を解析します。 |
| 高電圧・EMI環境。 | 信号経路が光学式のため適する。 | 信号経路が光学式のため適する。 |
| 設置の複雑さ | 特定測定点へ設置した個別プローブ。 | 監視経路に沿って設置する連続ファイバー |
| 最適な用途 | 既知・事前定義した測定位置 | 位置別温度が重要な長い線状設備 |
| システム連携 | 複数プローブを多チャネル点式測温計測器に接続します。 | 感温ファイバーをDTS読み取り装置へ接続。 |
蛍光式光ファイバー温度測定とは
蛍光式光ファイバー温度測定 は、プローブ先端に配置した蛍光材料を使用します。励起光を光ファイバー経由でこの材料へ送り、蛍光を発生させます。材料の蛍光減衰挙動は温度によって変化し、監視計測器がその減衰応答を評価してプローブ先端の温度を算出します。
各プローブは所定の物理的1測定点に対応します。これらは、 光ファイバー温度センサ は、光ファイバー自体を感温媒体とせず、主に先端と監視計測器間の信号経路として使います。
分布型温度測定（DTS）とは
分布型温度測定（DTS）は、光ファイバー自体を全長にわたる検出媒体として使用します。1点の個別感温素子を利用するのではなく、ファイバー内を進む光の後方散乱を解析します。一般的にはラマン散乱に基づく方式を使用します。
このため、DTSシステムはファイバーに沿った多数の位置の温度情報を取得でき、ファイバーの敷設経路に沿った温度プロファイルを生成します。DTSは分布型光ファイバー測定の一種です。ひずみや音響信号などを測定する他の分布型光ファイバー技術もありますが、DTSは特に温度測定を指します。
点測定と分布測定
蛍光方式では1本のプローブが定められた1点を測定します。複数箇所の温度データが必要なら、複数のプローブを設置し、多チャンネルを読み取れる監視計測器へ接続します。各測定値は、それぞれ事前に定めた独立した物理的な位置に対応します。
DTSでは、1本の光ファイバーに沿って位置に対応した一連の温度測定値を生成します。少数の所定点に限定されず、光ファイバーが実際に通る経路を測定対象にします。
この点が両技術の本質的な違いです。蛍光式は「この特定点は何度か」に、DTSは「この経路に沿って温度がどう変わるか」に答えます。
蛍光式光ファイバー測温がより適する場合
対象位置が既知で、その場所の直接測定値が必要な要件には、蛍光式点式測温がより適しています。代表例は次のとおりです。
- 変圧器巻線温度測定
- 既知の変圧器ホットスポット位置
- モータ・発電機の巻線温度
- 高電圧温度測定 試験対象上
- 開閉装置・電気接続点。
- MRIなど強磁場環境。
- マイクロ波・RF環境
- 実験室・試験装置測定。
- その他の既知の熱的重要位置
この場合、技術者は測定すべき物理位置を既に把握しており、その位置へ直接プローブを設置できます。
分布型温度測定が適する場面
既知の1点・数点ではなく、長い経路に沿った温度挙動の把握が目的なら、DTSがより適します。代表例は次のとおりです。
- 長い電力ケーブル
- トンネル
- 配管
- 大型線状設備
- 長距離の火災検知・温度監視
- 光ファイバー上で温度変化した位置そのものを知る必要がある広い領域。
これらの用途で知りたいのは、所定の1点の温度ではなく、経路のどこで温度が変化しているかです。INNOはDTSシステムを提供していません。この節は技術比較のみを目的としています。
変圧器温度監視：点式センサかDTSか
用途 変圧器温度監視では、一般的な技術の優劣ではなく測定目的によって適切な方式が決まります。
選定した巻線位置や既知のホットスポットの温度を測定する場合、蛍光式点センサをその位置に直接設置し、特定可能な物理的な一点に対応する実測値を得られます。これにより、次の用途に対応します： 変圧器ホットスポット直接監視 測定位置を事前に定める場合。
一方、DTSは、巻線内の特定位置に埋め込んで点式測温を行う方式ではなく、ファイバー経路に沿って分布温度を把握する方式です。両者は測定目的と設置構成が異なります。DTSが変圧器関連の用途全般で使用できないわけではありません。ただし、巻線ホットスポット測定では、特定点に埋め込んで測定するという要件があるため、この用途には蛍光式点センサがよく適合します。
多点蛍光式監視はDTSではありません
複数の蛍光プローブを同時に読み取る監視計器は、次を提供します： 多点温度監視であり、分布型温度測定ではありません。各チャンネルは、事前に定めた独立した物理位置1箇所を測る個別プローブに接続されます。
これは、1本のファイバー自体から長さ方向の位置別温度データを得るDTSとは異なります。蛍光式プローブを増やすと、独立した点測定の数が増えますが、システムが分布型温度測定の構成に変わるわけではありません。
蛍光点式測温とDTSの選び方
- 所定の1点の温度が必要ですか。それとも長い経路に沿った温度情報が必要ですか。
- 測定位置は既知か。
- 独立測定点は何点必要ですか。
- 長距離の空間的な範囲を測る必要がありますか。
- 必要温度範囲は何ですか。
- 必要精度はどの程度ですか。
- 必要な応答特性は。
- 測定位置にどれだけ設置空間がありますか。
- 高電圧、RF、マイクロ波、強磁場の環境ですか。
- 温度データを監視・制御システムへどう統合しますか。
簡単な選定ガイド
| 要件 | 蛍光点式測温 | DTS |
|---|---|---|
| 既知ホットスポット | 一般的な適性 | 一般的な適用ではない |
| 複数の所定点。 | 一般的な適性 | 一般的な適用ではない |
| 変圧器巻線測定。 | 一般的な適性 | 一般的な適用ではない |
| 長いケーブル経路 | 一般的な適用ではない | 一般的な適性 |
| トンネル監視 | 一般的な適用ではない | 一般的な適性 |
| 長距離線状設備 | 一般的な適用ではない | 一般的な適性 |
| ファイバー沿いの位置別温度が必要な場合 | 一般的な適用ではない | 一般的な適性 |
| 既知の点で直接測定が必要 | 一般的な適性 | 一般的な適用ではない |
この表は測定構成に基づく一般的な適性を示し、技術の優劣を順位付けするものではありません。両技術は光ファイバー測温の中で異なる測定課題を解決します。