光ファイバ温度センサ DTSX3000

測定原理

光ファイバによる温度検出の仕組み

当社の光ファイバ温度センサ DTSX は、ラマン散乱の原理を利用して光ファイバに沿って温度と距離を測定します。光ファイバに入射した光パルス（レーザーバルス）は、光ファイバ内を伝播する際にガラス分子によって散乱され、格子振動とエネルギーを交換します。光パルスが散乱する際、ストークス光（長波長）とアンチストークス光（短波長）が発せられます。これらをまとめてラマン散乱光と呼びます。
後方ラマン散乱光と呼ばれるラマン散乱光の一部が光源の方向に戻るまでに要した時間によって、散乱した位置が特定できます。また、ストークス光とアンチストークス光の強度比は、散乱が発生する位置の温度に依存するため、ストークス光とアンチストークス光の強度を測定することにより温度を求めることができます。

ラマン散乱の原理とは？

すべての光は物質と相互作用します。たとえば、外部から光が差し込んでいない真っ暗なガレージの中にいるとします。このガレージには真っ赤なスポーツカーがあります。もちろん、スポーツカーは見えないため、スポーツカーの色もわかりません。しかし、ガレージのライトを点灯すれば、スポーツカーの色が赤だとすぐにわかります。これは赤いスポーツカーに光を当てることで赤色のスペクトルだけが反射されるため、私たちは、スポーツカーを赤だと認識することができます。

散乱光の種類

当社の光ファイバ温度センサは、以下の散乱光の中で特に温度感受性の高いラマン散乱光を利用して温度分布を測定します。

測定方式

片方向測定（シングルエンド）方式

• 光パルスを光ファイバケーブルの片端からのみ入射する方式で、敷設がシンプルな測定方式です。

双方向測定（ダブルエンド）方式

• ループ状に敷設されたセンサー用光ファイバの両端から光パルスを入射する方式です。
• 1 箇所断線した場合でも測定を継続することができます。

測定方式の比較

温度センサーの種類

温度センサーの種類と特長

比較事例：ケーブル温度モニタリングの場合

	光ファイバ温度センサー	サーモカメラ	ポイントセンサー（熱電対）
概要	光ファイバセンサーによる 広範囲モニタリング	サーモカメラによる 表面温度モニタリング	ポイントセンサーによる 多点モニタリング
検出方法	接触	非接触	接触
モニタリング温度範囲	-200 ～ 300 °C （センサーケーブルによる）	常温 ～ 2000 °C （レンジ切り替え要）	-200 ～ 1000 °C （K 熱電対）
エリア	超広範囲 DTSX200: ～ 6 km / ch DTSX3000: ～ 50 km / ch DTSX1: ～ 16 km / ch	狭い視野角（例： 20 °）	広範囲
メリット	超広範囲、ブランクエリアなし	小エリア検出	小エリア検出
デメリット	小エリアへの制約	ブランクエリアあり	ブランクエリアあり 補償導線敷設、メンテ

性能

光ファイバ温度センサーの性能を表す代表的なパラメータとして、空間分解能と温度分解能があります。両者は一般的にトレードオフの関係にありますが、当社では信号処理技術によって高性能を実現しています。

空間分解能

• 空間分解能は温度変化を捉える最小長になります。（「応答距離」と呼称されることもあります。）
• 空間分解能の定義は、センサー用光ファイバの 10 ～ 90 % の温度変化を識別したときの長さになります。
• サンプリング分解能は測定データの間隔であり、空間分解能の定義とは異なります。

温度分解能

• 温度分解能は、均一温度環境（恒温槽）下における一定長のセンサー用光ファイバ長手方向の測定値の標準偏差（ 1 σ ）で定義されます。
• 温度分解能は測定ばらつきの指標であり、温度確度とは異なります。（基準温度計を用いて校正することにより高い温度確度で測定が可能となります。）
• 後方ラマン散乱光は非常に微弱な信号であり、光ファイバ温度センサーは測定を繰り返して平均化処理することにより温度分解能が向上します。

測定結果の例（DTSX200）

ケーブルの種類

用途により最適な種類を選択できます。

通常使用温度	アプリケーション	ケーブルタイプ	イメージ	特長
常温	コンベア設備異常検知 ケーブル温度監視 バスダクト温度監視 トンネル設備異常検知 倉庫設備異常検知 ホットスポット検知 コールドスポット検知 など	標準タイプ	Image Zoom	非金属、軽量、敷設がしやすい EN 54-22 認証
		堅牢タイプ	Image Zoom	押しつぶし、引っ張りに強い、断線しにくい EN 54-22 認証
		フレキシブルタイプ	Image Zoom	細く柔軟で対象に沿って敷設がしやすい
高温/低温	高炉監視 乾燥炉監視 LNG 漏れ検知 Well 監視 など	金属管タイプ	Image Zoom	細く柔軟で対象に沿って敷設がしやすい
		金属アーマードタイプ	Image Zoom	押しつぶし、引っ張りに強い、断線しにくい

製品紹介

DTSX3000 概要

DTSX3000 光ファイバ温度センサは DTS モジュール、光スイッチモジュール、ベースモジュール、電源モジュールなどから構成されます。

* DTS: Distributed Temperature Sensor
対象の距離に合わせて選択が可能です。

• DTSX3000 -S: ～ 10 km
• DTSX3000 -N: ～ 16 km
• DTSX3000 -M: ～ 30 km
• DTSX3000 -L: ～ 50 km

詳細仕様は「Partner Portal会員サイト 」よりご確認ください。
GS 39J06B40-01 「DTSXL 光ファイバ温度センサ ロングレンジシステム」
GS 39J02B40-01 「DTSXL 光ファイバ温度センサ ロングレンジシステム（ソフトウェア編）」

光スイッチモジュール

ベースモジュール

電源モジュール

アクセサリ

DTRK10 ラックマウントキット（光ファイバトレイ）

ソフトウェア

DTSX3000 用 設定・結果表示ソフトウエア DTAP3000

DTSX3000 用 データ変換用ソフトウエア DTAP3000D

仕様

詳細仕様につきましては、一般仕様書をご参照ください。

DTSX 3000

光スイッチモジュール

注：定期交換の目安（連続動作時）は15秒測定で 4.7 年、20 秒測定で 6 年、30 秒測定で 9.5 年です。

適合規格

業種 / アプリケーション

電力

当社の光ファイバ温度センサをご使用いただくことで、既存の電力線などのインフラを保護することができます。また、送電・配電線の熱変動を監視することでコストの低減が実現します。例えば、送電網事業者は、電力線の温度を測定することによって電流の有効容量を最大限に引き上げることができます。これは、配電線の損傷を防いだり、ケーブルの寿命を延ばすことにつながります。そしてさらに重要なポイントは、送電網事業者は、送電網全体にわたってホットスポットなどの異常温度の位置を特定することができるということです。すなわち、送電網が停止する可能性が最小限に抑えられ、予防保全、保守の効率が向上します。電磁干渉の影響を受けないため、高電圧・高電磁ノイズ環境での使用も最適です。

当社は、以下の環境での運用を想定しています。

• 地中送電線
• 海底送電線
• 配電所
• 変電所

パイプライン

当社の光ファイバ温度センサをご使用いただくことで、パイプラインの全長にわたって完璧な温度プロファイルを取得できる光ファイバソリューションに基づき、パイプラインを対象とした高度な漏れ検知を実現します。パイプラインのどこかで漏れが発生すると、その特定の位置で局所的な温度変化が起こります。光ファイバケーブルはパイプラインのすぐ近くに敷設されるため、適切な熱接触が実現し、正確な温度測定値を得ることができます。温度分布を取得するたびに、正常な状態で取得した基準プロファイルと比較することで異常温度を検知することができるため、パイプラインの異常や外部への噴出が発生している可能性があることがわかります。

当社は、以下の用途での運用を想定しています。

• ガスパイプライン：アンモニア、天然ガス
• 液体パイプライン：加熱油、LPG、LNG、蒸気

漏れによって引き起こされる温度変化は、局所的な冷却または加熱によるものです。加熱油などを運ぶパイプラインで漏れが発生している場合、漏れを起因とする局所的な温度上昇が発生すると考えられます。

加圧ガスパイプラインやLNGなどの低温産出物を運ぶ加圧パイプラインに漏れがあると、ジュール・トムソン効果によって局所的な冷却効果が起こり、それによって加圧状態のガスが急速に膨張し、周辺温度が低下します。

設備異常検知

どのような安全システムにおいても、重要なプロセスや環境で発生している異常温度を早期に検知することが重要な要素になります。異常温度に起因して火災が発生した場合、赤々と燃える炎は、大切な資産、製品、そして何よりも重要な人命に対して甚大な影響を及ぼします。さらに、火災による設備停止時間が発生することで、機会の損失や高額な修理コストを招きます。ポイントセンサー技術では、ほこり、湿度、熱、腐食といった周辺環境の状態によって障害が発生することが多々あります。さらに、定期的に修理を行う必要があるため、従来のセンサー技術の保守には多大な費用がかかります。当社の光ファイバ温度センサは、きわめて過酷な条件下において重要な資産に発生した異常温度を検知することを目的としており、他に類例を見ない信頼性、性能、コスト削減を実現します。

当社は、以下の設備異常検知用途での運用を想定しています。

• 重要な物品を運ぶベルトコンベア
• 石油貯蔵施設
• ケーブルトレイ
• 地下トンネル
• パイプライン（地下、地上）
• 原子力施設
• 採鉱、精製所

石油 / ガス

世界的なエネルギー需要の増大に伴って、重油、オイルサンド、シェールガスといった非在来型資源の開発が進められています。DTSX3000 を利用すると数キロメートルにわたって敷設された光ファイバに沿って温度分布を測定することができるため、非在来型資源の採取に利用されています。DTSX3000 は、インジェクションの作用によって異なる温度をリアルタイムに連続的に測定できるため、石油やガスの採取効率を最大限に高めることができます。坑井を最適な状態にできるだけでなく、坑井の状態を監視して漏れ、透水、ガスの急増を検知するのに役立つきわめて重要なデータを示してくれます。さらに重要なポイントは、従来の坑井監視技術と比べて、堅牢性、経済性、確度に優れているということです。