厳しい測定環境向け光ファイバー温度監視ソリューション

光ファイバーによる温度監視ソリューションは、測定点の条件によって従来の電気式センサが使いにくい場合に特に有用です。代表的な条件は、高電圧、強い電磁界、内部へのアクセス制限、RF・マイクロ波エネルギー、電気的に絶縁された点式測温の必要性です。こうした場合、小型の光ファイバー温度センサを注目箇所に配置し、電子計測器を離れた場所に設置します。

光ファイバー温度監視は、高電圧、強い電磁界、RF・マイクロ波エネルギー、強磁場、測定点へのアクセス制限など、従来の電気式センサに制約がある場所で特に有用です。INNOは蛍光方式の点式測温を採用しており、各プローブが定められた1つの物理的な位置を測定し、光ファイバーが信号を監視計測器へ伝送します。そのため、プローブ構造、光ファイバーの配線、チャンネル数、システム統合の方法は、機器と測定目的に応じて異なります。

光ファイバー温度監視ソリューションとは。

ソリューションはセンサだけではありません。範囲に応じて以下を含みます。

• 光ファイバープローブ
• 光ファイバー
• 必要時の延長光ファイバー。
• 貫通部品・機械設置部品
• 温度変換器または復調器
• 多チャンネル監視計測器
• データ出力
• PLC・SCADA・DAQ連携

すべてのプロジェクトですべての構成部品が必要なわけではありません。実験室の単点試験ではプローブと対応計器だけで済む場合があり、電気機器の多点設置では配線用部品やシステム統合も必要になることがあります。全体の考え方は、以下で紹介しています： 光ファイバー温度測定.

以下の各節は、測定上の課題、測るべき対象、光ファイバー方式の有用性、代表的な測定点の考え方、主な構成確認事項という同じ構成で解説します。

変圧器巻線温度監視

測定課題： 巻線内部温度は、外部タンクや油の測定だけでは十分に表せません。

測定が必要なもの： 巻線構造内部の選定位置の温度。

光ファイバー測定が有用な理由： 感温点が高電圧・強電磁界の環境にあり、光経路が電気的絶縁と高い耐電磁干渉性を提供します。直接の点式測温は、他の位置からの推定ではなく、その場所自体の測定値を提供します。

代表的な感温点方式： プローブは、変圧器製造時に選定した巻線位置へ埋め込むことができます。位置は変圧器設計と熱解析に基づいて選定した点、または熱的に重要な点です。プローブ自体が最高温度点を探すわけではなく、1本で巻線全体を代表することもありません。

主な構成確認事項：

• どの巻線位置を測定点と定めたか。
• 独立点は何点必要ですか。
• 各光ファイバーをどこから引き出すか。

関連ページ： 変圧器温度監視 および 直接ホットスポット監視.

モーター・発電機巻線温度監視

測定課題： 高電圧機器の固定子巻線は強い電磁界に近く、感温点を巻線の電位から絶縁する必要があります。

測定が必要なもの： 選定固定子巻線位置の温度。

光ファイバー測定が有用な理由： RTDは多くの機械で一般的かつ実用的であり、光ファイバー方式がすべて置き換えるものではありません。電気的絶縁、強いEMIへの耐性、直接の点測定、特殊試験環境が主要要件なら検討できます。

代表的な感温点方式： 巻線測定では製造時の埋込が一般的で、プローブは巻線全体に分布させるのではなく、指定位置へ配置します。

主な構成確認事項：

• 機械の熱挙動で重要な巻線位置はどこか。
• 製造時に設置できるか、アクセスが限られるか。
• ファイバーを機械外へどう引き出しますか。

関連ページ： モータ・発電機温度監視.

高電圧機器の温度測定

測定課題： 通電部品や高電圧試験装置では、従来の電気リード線を測定点へ引くことが難しくなります。

測定が必要なもの： 電気条件の厳しい機器上・内部の特定点の温度。

光ファイバー測定が有用な理由： 光学的な検出経路により、電子式監視計測器を感温点から離して配置できます。ファイバー自体は電気信号ではなく光を伝送します。

代表的な感温点方式： では、選定した点にプローブを固定し、ストレスの小さい位置の計測器へファイバーを引き回します。光ファイバー測温を使えば、あらゆる高電圧測定が自動的に安全になるわけではありません。適合性は引き続き、プローブ構造、絶縁設計、経路、機器設計、設置方法によって決まります。

主な構成確認事項：

• 測定点とファイバー経路の電圧条件はどのようになっていますか。
• プローブの固定・絶縁方法は何か。
• 計測器をどこに置けますか。

関連ページ： 高電圧温度監視.

開閉装置・電気接続部の温度監視

測定課題： 電気接続部は熱リスク点になり、絶縁が重要な通電機器内にあります。

測定が必要なもの： 母線接合部、ボルト接続部、選定導体点、ケーブル終端領域など、特定位置の温度。

光ファイバー測定が有用な理由： 接続部にプローブを配置し、光経路で計測器を電気的に分離できます。

代表的な感温点方式： 点式プローブが測るのは選定位置だけです。電力ケーブル全体や母線全長を連続監視しません。熱的リスクのある点が既知の場合に適した方式です。

主な構成確認事項：

• 既知の熱リスク点はどこですか。
• プローブをどう固定しますか。
• 何箇所の接続部に独立測定が必要ですか。
• どの経路で配線しますか。

関連ページ： 開閉装置温度監視.

RF・マイクロ波温度測定

測定課題： 導電性プローブや電気リード線は、機器設計によりRF・マイクロ波電磁界と相互作用する場合があります。

測定が必要なもの： 加熱材料・部品の内部または近傍の指定点の温度。

光ファイバー測定が有用な理由： 光ファイバー点プローブは非導電性の測定経路と直接の点式測温を実現し、必要に応じて計器を有効電磁界の外に設置します。金属製センサを一切使用できないという意味ではありません。従来の電気式センサでは、配線経路、接地、シールド、電磁界との相互作用について追加の検討が必要になることがあります。

代表的な感温点方式： プローブを選定点へ置き、光ファイバーを場の外の計測器へ引き出します。

主な構成確認事項：

• 測定点は場に対してどの位置か。
• プローブを対象へどう熱接触させますか。
• 光ファイバーはチャンバーのどこから出るか。

関連ページ： マイクロ波温度監視.

MRI・強磁場の温度測定

測定課題： 強磁界環境では、電気式・金属製の検出構成が追加の設計制約を生む場合があります。

測定が必要なもの： 電磁界内・近傍の選定位置の温度。

光ファイバー測定が有用な理由： 光ファイバー点式センサは、光学的な検出経路、電気的絶縁、選定位置での測温を提供します。具体的な使用については、確認済みの製品情報と装置の要件に照らして検討してください。

代表的な感温点方式： プローブは対象位置にあり、ファイバーが電磁界外の計測器へ光信号を伝送します。

主な構成確認事項：

• 測定点のスペースはどの程度ありますか。
• 計測器に届くまでのファイバー距離はどの程度ですか。
• 用途にはどの検証が必要ですか。

関連ページ： MRI温度監視.

産業用多点温度監視

測定課題： 電気盤、試験ベンチ、実験室機器、産業機械などには、独立して測定すべき位置が複数ある場合があります。

測定が必要なもの： 各指定位置の温度を同時に測定。

光ファイバー測定が有用な理由： 電気条件の厳しい領域に複数点がある場合、多チャンネル計器を使い、1箇所から複数の絶縁光プローブを読み取れます。

代表的な感温点方式： 各点に専用のプローブを設置します。各プローブは自身の先端位置だけを測定するため、多点の点式測温は分布型測定ではありません。例えば、独立した6箇所の測定には通常、プローブ6本と、対応する有効チャンネルが少なくとも6つ必要です。これは構成例であり、共通規格ではありません。

主な構成確認事項：

• 独立位置は何か所ありますか。
• 各光ファイバーの配線・識別方法は何か。
• 測定点に対して計測器をどこに置きますか。

関連ページ： 多点温度監視 および 光ファイバー温度監視システム.

実験室・試験機器の温度測定

測定課題： 研究・試験設備では、特殊な形状と、従来測温を難しくする電気的・電磁的条件が組み合わされることがあります。

測定が必要なもの： 研究機器、高電圧試験、熱実験、RF試験、電磁試験環境における選定物理点の温度。

光ファイバー測定が有用な理由： 測定の柔軟性です。計測器を測定点から離して、電気的に絶縁した構成にできます。用途に応じて、専用プローブ形状や光ファイバー経路を検討できます。

代表的な感温点方式： プローブを実験で定める点へ置き、チャンネル数を点数に合わせます。

主な構成確認事項：

• 特定のプローブ形状が必要か。
• プローブをどう取り付け、装置内でファイバーをどう引き回しますか。
• 試験系に必要なデータ出力は何か。

これらのプローブ構造はこちらです： 光ファイバー温度センサ カテゴリー。

測定課題と検出構成

光ファイバー温度検出が不要な場合

RTD、熱電対、サーミスタ、赤外線測温などの従来方式は、多くの場面で実用的です。すべての温度用途に光ファイバー測温が必要なわけではなく、ほかのセンサが全般的に劣るわけでもありません。以下の場合は、ほかの方式がより適することがあります。

• 電気的絶縁が主要要件でない場合
• EMI環境に対処できる場合
• 表面にアクセスできる
• 既設機器が従来センサに対応済み。
• 費用・後付けの容易さが主な制約。

絶縁、電磁界への暴露、アクセス制限、特定内部点の測定など、測定点自体が難しい条件にある場合に、光ファイバー測定の価値が高まります。

用途へ光ファイバーソリューションを合わせる方法

測定点を起点に検討します。以下の全項目がすべてのプロジェクトに当てはまるわけではありません。

• 正確な物理的測定点を定めます。
• 想定温度範囲を確認します。
• 点が高電圧にあるかを判断します。
• EMI、RF、磁界環境を評価します。
• 利用できる設置空間を確認します。
• プローブ形状を決定します。
• 光経路を計画します。
• ファイバー長を決定します。
• 独立測定点数を数えます。
• 有効チャネル数を合わせます。
• 監視計器の設置位置を確認します。
• PLC・SCADA・DAQ要件を定めます。
• 新設か改修かを決めます。

一般的なプローブ選定は以下で別途説明します： 光ファイバー温度センサの選び方。プローブの感温原理はこちらで解説します： 蛍光式光ファイバー温度測定では、計測器が感温先端の光学応答を読み取ります。戻る光信号を温度データに変換する計測器については、次で説明します。 光ファイバー温度伝送器・ホスト.

設置・測定範囲の限界

• 物理測定点を定義する前にプローブを選ぶこと。 点とその条件がプローブを決めるのであり、その逆ではありません。
• 光ファイバー全体が測温すると思い込むこと。 蛍光点式測温では先端が測り、光ファイバーが光信号を運びます。
• 複数点センサをDTSとして扱うこと。 複数プローブで得られるのは独立した複数点測定であり、連続分布ではありません。
• 1本のプローブで大きな巻線・部品を代表できると思い込むこと。 プローブが示すのは自身の位置だけです。
• 実点数を数える前にチャンネル数を決めること。 独立点を数え、その後チャンネルを合わせます。
• ファイバー経路の無視。 経路は長さ、曝露、保護、計測器の設置可能位置に影響します。
• 計測器互換性を無視すること。 プローブと計測器は測定技術の互換性が必要です。
• すべての温度用途に光ファイバー測温が必要だと思い込むこと。 従来センサで十分な場合も多くあります。
• 物理的アクセスを確認せず埋込プローブを後付けしようとすること。 製造・組立時にしかアクセスできない点もあります。

結論

光ファイバー温度監視のシステム構成は一つではありません。適切な構成は、測定点、電気環境、温度範囲、設置時のアクセス、独立測定点数、ファイバー経路、監視計器、システム統合によって決まります。

INNOは、選定した物理測定位置向けの蛍光式光ファイバー点式測温に注力しています。感温先端1つが1点で、複数点には複数のプローブが必要です。

高電圧、強EMI、RF、磁界、埋込み温度点、多点監視を伴うプロジェクトでは、INNOが感温位置、プローブ構成、ファイバー経路、チャネル要件の検討を支援します。

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