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WO2010125712A1 - 温度測定システム及び温度測定方法 - Google Patents

温度測定システム及び温度測定方法 Download PDF

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WO2010125712A1
WO2010125712A1 PCT/JP2009/071302 JP2009071302W WO2010125712A1 WO 2010125712 A1 WO2010125712 A1 WO 2010125712A1 JP 2009071302 W JP2009071302 W JP 2009071302W WO 2010125712 A1 WO2010125712 A1 WO 2010125712A1
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WO
WIPO (PCT)
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temperature
optical fiber
correction
measurement
temperature distribution
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2009/071302
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
丈夫 笠嶋
和史 宇野
文雄 武井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
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Priority to JP2011511264A priority patent/JP5218648B2/ja
Priority to CN200980158413.XA priority patent/CN102365536B/zh
Publication of WO2010125712A1 publication Critical patent/WO2010125712A1/ja
Priority to US13/229,933 priority patent/US8636408B2/en
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Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
    • G01K11/32—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K15/00—Testing or calibrating of thermometers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
    • G01K11/32—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres
    • G01K11/324—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres using Raman scattering

Definitions

  • the present invention relates to a temperature measurement system and a temperature measurement method.
  • a method of cooling an electronic device for example, there are a method of controlling an air flow in a room in order to prevent an excessive accumulation of heat, and a method of cooling a room by air conditioning.
  • the indoor cooling state In order to always keep the indoor cooling state optimal by these methods, it is effective to constantly monitor the indoor thermometer side point. In particular, if the three-dimensional temperature distribution in the room can be grasped, the temperature distribution can be used to control air conditioning and the like, and the indoor cooling state can be kept optimal.
  • the purpose is to measure temperature with high accuracy in the temperature measurement system and temperature measurement method.
  • a laser light source that outputs laser light, an optical fiber that is laid in a temperature measurement area and that receives the laser light, and backscattered light of the laser light that has entered the optical fiber
  • a temperature measurement unit that detects the temperature distribution of the temperature in the temperature measurement area along the optical fiber laying path and calculates the corrected temperature distribution by correcting the measurement temperature distribution,
  • the temperature measurement unit convolves the transfer function of the optical fiber along the laying path with the correction temperature distribution, and a square error between the measurement temperature distribution and the measurement temperature distribution is reduced with respect to the correction
  • laser light is incident on an optical fiber laid in a temperature measurement area, backscattered light of the laser light in the optical fiber is detected, and the optical fiber
  • the correction of the measured temperature distribution is sequentially performed so that the convolution of the transfer function of the optical fiber along the laying path and the corrected temperature distribution and the square error between the measured temperature distribution are reduced every time correction is performed.
  • There is provided a temperature measurement method that is performed a plurality of times and replaces the temperature after correction at a specific point of the laying path with the estimated temperature at the specific point for each correction.
  • the measurement temperature distribution is corrected sequentially, and the corrected temperature at a specific point of the optical fiber installation path is corrected at each specific point for each correction. It became clear that the corrected temperature distribution approaches the actual temperature distribution by substituting the estimated temperature.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the structure of a computer room to which this embodiment is applied.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of laying optical fibers.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of the temperature measurement system according to the present embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a spectrum of light backscattered by the optical fiber.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a time series distribution of the intensity of Raman scattered light.
  • FIG. 6 is a diagram obtained by calculating the I 1 / I 2 ratio for each time based on the time-series distribution of the intensity of Raman scattered light in FIG.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a measured temperature distribution obtained using the thermometer side system according to the present embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the structure of a computer room to which this embodiment is applied.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of laying optical fibers.
  • FIG. 3 is a schematic diagram
  • FIG. 8 is a transfer function of the thermometer side system obtained from the step-type actual temperature distribution.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a function obtained by performing a Fourier transform on the transfer function.
  • FIG. 10 is a diagram showing the measured temperature distribution obtained by measuring the actual temperature distribution in which the temperature changes at a relatively high spatial frequency with the temperature measurement system according to the present embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of an inverse filter used for correcting the measured temperature distribution.
  • FIG. 12 is a diagram showing a corrected temperature distribution obtained by correcting the measured temperature distribution by applying an inverse filter to the measured temperature distribution.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing an example of laying an optical fiber useful for correcting the measured temperature distribution in the present embodiment.
  • FIG. 14 shows an embodiment in which the section of ⁇ 1 m to 1 m of the optical fiber is heated to 55 ° C. with the heating center as a reference, and the temperature of the other section is maintained at room temperature (about 23 ° C.). It is a figure which shows the measurement temperature distribution obtained by the temperature measurement system which concerns on.
  • FIG. 15 is a schematic diagram showing the laying length of the optical fiber in consideration of the influence from the heat source in the present embodiment.
  • FIG. 16 is a flowchart illustrating the temperature measurement method according to the present embodiment.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating a measured temperature distribution obtained by the temperature measurement system according to the present embodiment.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating a corrected temperature distribution when the measured temperature distribution is corrected once by the temperature measuring system according to the present embodiment.
  • FIG. 19 is a diagram illustrating a corrected temperature distribution when the temperature at a specific point is replaced after the correction is performed once by the temperature measurement system according to the present embodiment.
  • FIG. 20 is a diagram illustrating a corrected temperature distribution when the measured temperature distribution is corrected 100 times by the temperature measurement system according to the present embodiment.
  • FIG. 21 is a diagram illustrating a correction result according to the comparative example.
  • FIG. 22 is a schematic diagram illustrating an installed state of the optical fiber according to the first embodiment.
  • FIG. 23 is a diagram illustrating a temperature distribution measured by a thermocouple, a temperature distribution measured by an optical fiber temperature measurement system (before correction), and a temperature distribution after correction according to the present embodiment in Example 1.
  • FIG. 24 is a schematic diagram illustrating an installed state of the optical fiber in the second embodiment.
  • FIG. 25 is a diagram illustrating a temperature distribution measured by a thermocouple, a temperature distribution measured by an optical fiber temperature measurement system (before correction), and a temperature distribution after correction according to the present embodiment in
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the structure of a computer room to which this embodiment is applied.
  • the computer room is roughly divided into an equipment installation area 10 and a free access floor 15.
  • each rack 11 stores a plurality of computers such as blade servers. Moreover, between each server rack 11, the management space used at the time of management of the channel
  • the free access floor 15 is provided under the floor of the equipment installation area 10.
  • various cables 16 such as power cables and communication cables connected to the racks 11 are arranged in a state of being housed in a cable duct 17.
  • thermometer-side points are provided in the equipment installation area 10 and the free access floor 15, the temperature at each point is constantly monitored, and the air volume of the air conditioner 19 is controlled in real time according to the obtained temperature distribution. It is preferable to do this.
  • thermometer side method for measuring the temperature in real time there is a method of measuring the temperature of the optical fiber at multiple points from the intensity change of Raman scattered light generated when an infrared laser pulse is incident on the optical fiber. is there.
  • FIG. 2 is a sectional view showing an example of laying the optical fiber.
  • the optical fiber 24 is introduced into the server rack 11 and in the vicinity thereof from the free access floor 15 that is constantly maintained at a substantially constant temperature by cold air.
  • the optical fiber 24 is laid so as to pass through the vicinity of the intake port and the vicinity of the exhaust port of the rack 11 which is a point at which the temperature is to be measured.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of the temperature measurement system 20 using the optical fiber 24.
  • FIG. 4 is a diagram showing a spectrum of light backscattered by the optical fiber 24.
  • thermometer side system 20 includes a laser light source 21, lenses 22a and 22b, a beam splitter 23, an optical fiber 24, a wavelength separator 25, a photodetector 26, and a temperature measurement. Part 27.
  • Laser light with a predetermined pulse width is output from the laser light source 21 at a constant cycle. This laser light enters the optical fiber 24 from the light source side end of the optical fiber 24 through the lens 22a, the beam splitter 23, and the lens 22b.
  • reference numeral 24 a indicates the cladding of the optical fiber 24, and reference numeral 24 b indicates the core of the optical fiber 24.
  • the backscattered light includes Rayleigh scattered light, Brillouin scattered light, and Raman scattered light.
  • Rayleigh scattered light is light having the same wavelength as incident light
  • Brillouin scattered light and Raman scattered light are light having wavelengths shifted from the incident wavelength.
  • Raman scattered light includes Stokes light shifted to a longer wavelength side than incident light and anti-Stokes light shifted to a shorter wavelength side than incident light.
  • the shift amount of the Stokes light and the anti-Stokes light depends on the wavelength of the laser light and the material of the optical fiber 24, but is usually about 50 nm.
  • the amount of change with temperature of the Stokes light is small, and the amount of change with temperature of the anti-Stokes light is large. That is, it can be said that the Stokes light has a small temperature dependency, and the anti-Stokes light has a large temperature dependency.
  • the wavelength separation unit 25 includes beam splitters 31a, 31b, and 31c that transmit or reflect light according to the wavelength, and optical filters 33a, 33b, and 33c that transmit only light of a specific wavelength. Further, the wavelength separation unit 25 includes condensing lenses 34a, 34b, and 34c that condense the light transmitted through the optical filters 33a, 33b, and 33c onto the light receiving units 26a, 26b, and 26c of the photodetector 26, respectively.
  • the light incident on the wavelength separator 25 is separated into Rayleigh scattered light, Stokes light, and anti-Stokes light by the beam splitters 31a, 31b, 31c and the optical filters 33a, 33b, 33c. , 26c.
  • signals corresponding to the intensity of Rayleigh scattered light, Stokes light, and anti-Stokes light are output from the light receiving sections 26a, 26b, and 26c.
  • the temperature measuring unit 27 such as a personal computer acquires a measured temperature distribution along the laying path of the optical fiber 24 based on the signal output from the photodetector 26, and the measured temperature distribution is described later. Correct as follows.
  • the pulse width of the backscattered light input to the photodetector 26 is related to the length of the optical fiber 24. Therefore, the interval between the laser pulses output from the laser light source 21 is set so that the backscattered light from each laser pulse does not overlap. In addition, if the power of the laser beam is too high, there is a possibility that a stimulated Raman scattering state occurs and correct measurement cannot be performed. Therefore, it is preferable to control the power of the laser light source 21 so that the stimulated Raman scattering state does not occur.
  • the temperature at the position where the backscattering can be evaluated by the ratio between the two.
  • the intensity ratio of Stokes light and anti-Stokes light is as follows when the angular frequency of incident light is ⁇ 0 , the angular frequency of optical phonons in the optical fiber is ⁇ k , the Planck constant is h, the Boltzmann constant is k, and the temperature is T. It is expressed by the following equation (1).
  • the temperature at the position where backscattering can be calculated from the equation (1).
  • the backscattered light generated in the optical fiber 24 is attenuated while returning through the optical fiber 24. Therefore, in order to correctly evaluate the temperature at the position where backscattering occurs, it is necessary to consider the attenuation of light.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a time-series distribution of the intensity of Raman scattered light, with time on the horizontal axis and the signal intensity output from the light receiving unit of the photodetector on the vertical axis.
  • Stokes light and anti-Stokes light are detected by the photodetector 26 for a certain period immediately after the laser pulse is incident on the optical fiber 24.
  • the signal intensity decreases with the passage of time when the laser pulse is incident on the optical fiber 24 as a reference.
  • the time on the horizontal axis indicates the distance from the light source side end of the optical fiber 24 to the position where the backscattering occurs, and the decrease in signal intensity with time indicates the attenuation of light by the optical fiber 24. .
  • the signal intensity of Stokes light and anti-Stokes light is not attenuated uniformly. As shown in FIG. 5, peaks and valleys appear on the curve indicating the change in signal intensity with time.
  • the intensity of anti-Stokes light at a certain time t is I 1
  • the intensity of Stokes light is I 2 .
  • the temperature distribution in the length direction of the optical fiber 24 can be measured by calculating the intensity ratio (I 1 / I 2 ) between the anti-Stokes light and the Stokes light.
  • thermometer side system 20 using such an optical fiber will be examined.
  • FIG. 7 is a diagram showing a measured temperature distribution obtained using the thermometer side system 20.
  • the stepped actual temperature distribution rising from room temperature to 55 ° C. was given by immersing the predetermined portion 24a of the optical fiber 24 in hot water of 55 ° C.
  • the predetermined portion 24a has three lengths of 0.5 m, 1.0 m, and 2.0 m.
  • each measured temperature distribution has a rounded shape obtained by applying a weighted moving average to the actual temperature distribution. From this, it can be understood that the thermometer side system 20 has only a low spatial frequency response, that is, the position resolution is poor.
  • FIG. 8 is a transfer function h of the thermometer-side system 20 obtained from the step-type actual temperature distribution of FIG. 7, where the horizontal axis indicates the distance from the heating center, and the vertical axis indicates the relative intensity of the temperature.
  • the power spectrum of the function g has a very small value in a region where the spatial frequency is about 0.6 m ⁇ 1 or more. From this, it can be seen that the thermometer side system 20 functions as a low-pass filter that cuts off a region where the spatial frequency is about 0.6 m ⁇ 1 or more, and loses most of the frequency information in this region.
  • the actual temperature changes in a long cycle along the optical fiber laying path, so that a highly accurate position resolution is not required for the temperature measurement system.
  • FIG. 10 is a diagram showing the measured temperature distribution obtained by measuring the actual temperature distribution in which the temperature changes at a relatively high spatial frequency with the temperature measurement system 20.
  • the actual temperature distribution in FIG. 10 is a measured value distribution of the temperature by the thermocouple.
  • the measured temperature distribution is shaped like a weighted moving average of the actual temperature distribution through a low-pass filter.
  • the measured temperature distribution of the temperature measurement system 20 cannot be used as it is, and the measured temperature distribution is appropriately corrected to approach the actual temperature distribution. I understand that it is necessary.
  • FIG. 11 is a diagram showing the characteristics of such an inverse filter.
  • this inverse filter is designed on the assumption that the noise amplification is reduced when there is noise in the measured temperature distribution in the region where the spatial frequency is 0.6 m ⁇ 1 or higher.
  • FIG. 12 is a diagram showing a corrected temperature distribution obtained by correcting the measured temperature distribution by applying this inverse filter to the measured temperature distribution of FIG.
  • the frequency component in the spatial frequency domain lost by the action of the low-pass filter is smaller than the power spectrum of the frequency component in the spatial frequency domain included in the noise during measurement, the frequency component is good for the inverse filter Cannot recover.
  • the measured temperature distribution is corrected as follows and brought closer to the actual temperature distribution.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing an example of laying the optical fiber 24 useful for correcting the measured temperature distribution.
  • the first winding portion 24x of the optical fiber 24 and the second winding are provided on the free access floor 15 where the temperature is kept constant by the cold air under the floor 12.
  • a portion 24y is provided.
  • a third winding portion 24z of the optical fiber 24 is provided in the vicinity of the exhaust port 11a of the server rack 11, a third winding portion 24z of the optical fiber 24 is provided.
  • the exhaust port 11a is a part where the air heated by the computer that has generated heat is exhausted, and the third winding part 24z is heated to a temperature higher than room temperature by the hot air.
  • the optical fiber 24 is laid so that the round trip path to the third winding portion 24z is the same path.
  • each winding part 24x, 24y, 24z is not particularly limited, but the lower limit is preferably twice the minimum bending radius (about 15 mm) allowed for the optical fiber 24.
  • the upper limit of the diameter of each of the winding parts 24x, 24y, and 24z is preferably set to a diameter that allows the winding parts to be accommodated in a region that can be regarded as the same spatial temperature, for example, 45 mm. If it does in this way, it can be considered that the area wound by each winding part 24x, 24y, 24z among the installation paths
  • the optical fiber 24 in the section wound around the first winding part 24x and the second winding part 24y is held at the temperature of the free access floor.
  • the optical fiber 24 of the area wound by the 3rd winding part 24z is hold
  • the length of the section wound around the first winding portion 24x and the second winding portion 24y in the laying path of the optical fiber 24 is not particularly limited, but in the present embodiment, the length is as follows. Determine the length of the section.
  • FIG. 14 shows the temperature measurement when the section of ⁇ 1 m to 1 m of the optical fiber 24 is heated to 55 ° C. with the heating center as the reference, and the temperature of the other section is maintained at room temperature (about 23 ° C.).
  • FIG. 3 is a diagram showing a measured temperature distribution obtained by the system 20.
  • the measured temperature distribution has a base portion outside the heated section of ⁇ 1 m to 1 m, and the measured temperature of the portion is not equal to the actual room temperature. This is because if there is a temperature difference between two points on the optical fiber installation path, the temperature measurement result at each point is affected by the temperature difference.
  • the winding unit 24x if more than the absolute value of the zero point X 3 the length of the section to be wound on each 24y, a heat source outside the installation path of the section Even if there is, there is a temperature measurement point corresponding to the actual temperature at the winding parts 24x and 24y that is not affected by the heat source.
  • FIG. 15 is a schematic diagram showing the laying length of the optical fiber 24 in consideration of the influence from such a heat source.
  • the length of the optical fiber 24 between the adjacent server racks 11 is D 1
  • the optical fiber 24 extends from the winding portions 24 x and 24 y to the region above the floor 12 that is a higher temperature portion than the free access floor 15.
  • a length of up to enter are the D 2.
  • the heat source is a computer in the server rack 11. Moreover, it can be considered that the area G in the free access floor 15 in the laying path of the optical fiber 24 is kept at a constant temperature by the cold air.
  • the section G is assigned to each winding section 24x, 24y, the starting point of the section G is the floor 12, and the end point is the middle point P of the adjacent rack 11.
  • the length L of the optical fiber 24 in that section G is each turn 24x, the length of the optical fiber 24 of the wound portion 24y When D 3, the D 1/2 + D 2 + D 3. If this length L is set to be equal to or greater than the absolute value of the zero point X 3 of the transfer function h described above, a temperature measurement point that is not affected by the heat of the computer in the server rack 11, for example, the midpoint P exists in the section G. To do.
  • the section G when there are a plurality of temperature measurement points in the section G, it can be estimated that one of the measurement points, for example, the temperature at the midpoint P and the temperature of the remaining measurement points in the section G are the same. .
  • the measurement temperature distribution is corrected by utilizing the identity of the measurement temperature in such a section G.
  • Each length D 1 , D 2 , D 3 is particularly suitable if the length L of the optical fiber 24 in the section G is equal to or greater than the absolute value (3.3 m) of the zero point X 3 of the transfer function h. It is not limited. In this example, by setting D 1 to 1.0 m, D 2 to 0.5 m, and D 3 to 2.3 m, the length L is set to 3.3 m, and the length L is set to the zero X 3 of the transfer function h. The absolute value of (3.3 m) or more.
  • the optical fiber 24 is laid so that the reciprocating path to the third winding portion 24z is the same path.
  • any point of the optical fiber 24 in the third winding portion 24z can be regarded as the overlapping point K i having substantially the same temperature, and the correction temperature at each overlapping point K i is A condition that the temperature is the same can be added.
  • the temperature measurement area by the temperature measurement system 20 is the equipment installation area 10 and the free access floor 15, and the emphasis is particularly on temperature measurement in the server rack 11 and in the vicinity thereof.
  • FIG. 16 is a flowchart showing the temperature measurement method according to this embodiment. Each step in the flowchart is performed in the temperature measuring unit 27 described above.
  • the temperature was measured at a plurality of temperature measurement points of the optical fiber 24, and the distance between each temperature measurement point was set to 0.1 m.
  • some of the temperature measurement points are provided with thermocouples for measuring the actual temperature.
  • the measured temperature distribution obtained by the temperature measuring system 20 deviates from the actual temperature distribution by the thermocouple.
  • the measured temperature distribution is corrected as follows to bring it closer to the actual distribution.
  • the subscript k in the component y k represents a measurement point along the optical fiber laying path
  • the component y k is a temperature measurement value in a region where there is no temperature change from the temperature measurement value at the measurement point k (see FIG. 15).
  • a value obtained by subtracting the temperature value T AB ) at the midpoint P is shown.
  • the subscript i in the component x i represents the measurement point
  • the component x i is the temperature measurement value in the region where the temperature does not change from the actual temperature at the measurement point i (in the example shown in FIG. 15).
  • a value obtained by subtracting the temperature value T AB ) at the midpoint P is shown.
  • the measured temperature distribution y can be expressed by the following equation (4) as a convolution of the actual temperature distribution x and the transfer function h.
  • the range of i is a range satisfying that the subscript k-i is 0 or more.
  • each component h ij of the transfer function can be calculated using the least square method or the like, with the equation (5) as a simultaneous equation for h j .
  • the actual temperature distribution x and the measured temperature distribution y when obtaining each component h ij of the transfer function for example, a step-type actual temperature distribution as shown in FIG. 14 and a measured temperature distribution corresponding thereto are used. Can do.
  • the transfer function h changes according to the distance from the light source because the optical fiber 24 has a group delay characteristic. Therefore, the transfer function h cannot be uniquely defined over the entire length of the optical fiber 24. However, in the short section of the optical fiber 24, the loss and delay of the optical signal in the optical fiber 24 are considered to be uniform, and the transfer function h can be uniquely defined in the section.
  • the transfer function h differs depending not only on the distance from the light source but also on the material of the optical fiber 24, the pulse waveform of the incident laser, and the pulse response characteristics of the photodetector 26. Therefore, when obtaining each component h ij of the transfer function, it is preferable to obtain each component h ij according to the same conditions as when actually measuring the temperature.
  • each component 0 in the region where there is no temperature change is meaningless which is not necessary for the calculation, and thus is 0 before and after the attention region where the temperature change exists from each component in Equation (2).
  • a column vector obtained by collecting only the components excluding all components is expressed as the following equation (7).
  • the numbers of column vector components in equations (6) and (7) are n + 1 and m + 1, respectively, but for m and n, m is larger than n. This is because, as shown in FIG. 14, the measured temperature distribution spreads more in the horizontal direction than the actual temperature distribution, and therefore the number of non-zero components is larger in the measured temperature distribution.
  • Equation (8) when the actual temperature distribution x and the measured temperature distribution y are finite-dimensional column vectors, and equation (5) is expressed in the following equation (8), [H ] Is configured based on the transfer function h and has (m + 1) ⁇ (n + 1) finite number of components. [H] configured in this way is referred to as a transfer function matrix display.
  • each component y i of y is m + 1 values obtained by temperature measurement, and [H] can be regarded as a (m + 1) ⁇ (n + 1) counting matrix of simultaneous equations. Since there is a relationship of m> n as described above, this simultaneous equation cannot be uniquely solved for x.
  • column vector X in the equation (9) is an n-dimensional vector having a component as in the following equation (10), like the actual temperature distribution.
  • Equation (9) The distribution X for reducing e in Equation (9) approximately satisfies Equation (8). Then, as e in Equation (9) becomes smaller, the accuracy of approximation increases, and the distribution X approaches the actual temperature distribution x.
  • the distribution X is referred to as a corrected temperature distribution of the measured temperature distribution y.
  • equation (9) can be said to be an equation for calculating the square error e between the convolution of the transfer function h of the optical fiber 24 along the laying path and the corrected temperature distribution X and the measured temperature distribution y. .
  • the gradient vector ⁇ e / ⁇ X of the square error e is calculated from the following equation (11) from the equation (9).
  • the least square method is to determine each component X i of X so that the gradient vector ⁇ e / ⁇ X becomes zero.
  • Equation (11) If the diagonal component of [H] t [H] in Equation (11) is slightly increased in consideration of the noise at the time of measurement, amplification of the high frequency component of noise can be suppressed and margin tolerance can be increased.
  • the above-described correction by the inverse filter corresponds to the correction calculated by the least square method.
  • the square error e decreases if the direction of the reverse sign - ⁇ e / ⁇ X is advanced.
  • k indicates the number of correction iterations
  • X (k) is a corrected temperature distribution when the correction is performed k times.
  • the component of X (k) can be expressed as in the following equation (13).
  • ⁇ is a positive correction count such that the expression (12) converges and can be selected in the range of 0.5 to 1 empirically. In the following calculation, ⁇ is set to 0.5.
  • Equation (11) is used.
  • the iterative calculation is performed using the equation (12), whereby the correction temperature distribution X (k + 1) where the square error e becomes smaller than X (k) is sequentially calculated a plurality of times. .
  • the temperatures of the plurality of measurement points i in the section G in the laying path of the optical fiber 24 are the same as the temperatures at the midpoint P. .
  • the component X i corresponding to the plurality of measurement points i included in the first and second winding portions 24x and 24y in the section G is obtained each time the correction calculation is performed according to Expression (12).
  • each component of the column vectors x, y, and X is obtained by subtracting the measured temperature T AB at the midpoint P from the actual value.
  • T AB is the value of the component at the measurement point corresponding to the middle point P among the plurality of components y i of the measured temperature distribution y. It has significance as a common estimated temperature in G.
  • an average value of a plurality of components y i of a measurement temperature distribution y corresponding to a plurality of measurement points i in a region where the actual temperature included in each winding part 24x, 24y is measured is an estimated temperature common to the measurement points It is good.
  • each turn 24x, winding portion of the length D 3 by longer than previously described 2.3m of optical fibers 24 of the wound portion 24y 24x, actual temperature comprised 24y is The number of measurement points i corresponding to the region to be measured is increased, and the temperature estimation accuracy is improved. Furthermore, by increasing the length D 3 in this way, it is possible to make it less susceptible to the temperature of the adjacent server rack 11.
  • the corrected temperatures X i1 (k) and X i2 (k) are the measurement points i 1 and x 2 corresponding to the overlapping points H 1 and H 2 among the plurality of components X i (k) of the corrected temperature distribution X (k) . It is the value of the component at i2, and the average value X avg1 has a significance as an estimated temperature common to the overlapping points H 1 and H 2 .
  • the component X i of the measured temperature distribution at each overlapping point K i is obtained every time correction calculation according to the equation (12) is performed. (k) is replaced with the average value X avg2 of the correction temperature X i (k) at each of these overlapping points K i .
  • the correction temperature X i (k) is the value of the component at the measurement point i corresponding to each overlapping point K i among the plurality of components X i (k) of the correction temperature distribution X (k). It is.
  • the average value X avg1 has significance as an estimated temperature common to the overlapping points K i .
  • the interval between the temperature measurement points of the optical fiber 24 is set to 0.1 m, so that the length of the optical fiber 24 in the portion wound around the third winding portion 24z is 0.
  • the distance is 0.5 m
  • each winding 24x as described above, a plurality of measurement points i in each 24y can be regarded as the temperature at the same temperature T AB.
  • Equation (6) has a value as mentioned, the components of the column vector x, y, X is obtained by subtracting the T AB from the value of the actual temperature when defining the (7). Therefore, in order to obtain the final corrected temperature distribution T IOMP _ i is again the temperature T AB as the following equation (14) after the calculation of the required number of iterations (n times) has been completed for formula (12) Should be added.
  • the first and second winding portions 24x and 24y are prevented from rising in temperature by the cold air, while the other portions are floors that are hotter than the free access floor 15. Therefore, the temperature does not fall below the winding portions 24x and 24y.
  • the component X i (k) is set to 0, and then the k + 1-th calculation is performed.
  • the corrected temperature of the portion using Equation (12) is lower than the predetermined temperature. In some cases, it is preferable to simplify the calculation by replacing the corrected temperature in the portion with the predetermined temperature.
  • the corrected temperature of the part using Expression (12) is higher than the predetermined temperature. Even when the temperature becomes higher, it is preferable to replace the corrected temperature in this portion with the predetermined temperature.
  • step S2 correction calculation is repeatedly performed using the equation (12) as described above, and an index for a reduction amount of the square error e, for example, e (n) -e (n-1) is less than a predetermined value.
  • the final corrected temperature distribution T iomp — i is obtained from X i (n) .
  • e (n) is a square error obtained from the equation (9) using X (n) obtained by performing the correction by the equation (12) n times.
  • the corrected temperature distribution X i (k) at a specific point on the laying path of the optical fiber 24 is replaced with a predetermined value for each correction using the equation (12).
  • the plurality of overlapping points K i in the third winding part 24z are also replaced with the average value X avg2 .
  • 18 to 20 are diagrams showing the measured temperature distribution after correction.
  • the horizontal axis indicates the distance from the end of the optical fiber 24, and the vertical axis indicates the temperature.
  • FIG. 18 is a diagram when the correction by the equation (12) is performed once. As shown in FIG. 18, the deviation between the actual temperature distribution and the corrected temperature distribution has not been eliminated by one correction.
  • the corrected temperature distribution of the replaced portion has a temperature value that is substantially the same as the actual distribution.
  • FIG. 20 is a diagram when such correction calculation is repeated 100 times. As shown in FIG. 20, when the correction calculation is performed 100 times, the corrected temperature distribution substantially matches the actual temperature distribution.
  • FIG. 21 is a diagram illustrating a correction result according to the comparative example.
  • the correction by the equation (12) is performed 100 times without replacing the corrected temperature distribution X i (k) at a specific point on the laying path of the optical fiber 24 with a predetermined value. .
  • FIG. 21 it can be seen that the deviation from the actual temperature distribution is not eliminated in the comparative example.
  • the correction temperature distribution X i (k) at a specific point on the laying path of the optical fiber 24 is replaced with a predetermined value every time correction calculation is performed according to Expression (12). A close correction temperature distribution can be obtained.
  • Example 1 As shown in FIG. 22, an optical fiber 24 was laid on the door on the exhaust side of the server rack 11. That is, the winding portions 24x and 24y of the optical fiber 24 are arranged at the same location in the free access floor, and the optical fiber 24 between the winding portions 24x and 24y is drawn into the rack 11 and along the exhaust door from the bottom to the top. Laying back and forth.
  • reference numeral 241 indicates an optical fiber on the forward path side
  • reference numeral 242 indicates an optical fiber on the return path side.
  • a plurality of thermocouples were arranged along the optical fiber 24, and the temperature distribution of the rack 11 and the free access floor was also measured using these thermocouples.
  • the horizontal axis indicates the position in the length direction of the optical fiber 24, and the vertical axis indicates the temperature distribution measured by the thermocouple, and the temperature distribution measured by the optical fiber temperature measurement system 20 (before correction). And a temperature distribution after correction according to the present embodiment.
  • the correction using the equation (12) is repeated 100 times, and the temperature of the measurement point in the region corresponding to the winding portions 24x and 24y is measured corresponding to the midpoint P in the section G of FIG. Replaced with point temperature.
  • the corrected temperature distribution almost coincides with the temperature distribution measured by the thermocouple.
  • the corrected temperature distribution can capture the difference in temperature distribution between the forward path 241 and the return path 242 of the optical fiber.
  • Example 2 As shown in FIG. 24, an optical fiber 24 was laid on the door on the exhaust side of the server rack. That is, the winding portions 24x and 24y of the optical fiber 24 are arranged at the same location in the free access floor, and the optical fiber 24 between the winding portions 24x and 24y is drawn into the rack 11 and along the exhaust door from the bottom to the top. Laying back and forth. However, in the forward path, optical fiber winding portions A, B, C, and D are arranged at positions corresponding to exhaust ports of four servers (not shown) mounted in the rack. The return optical fiber is laid so as to pass through the same position as the forward optical fiber except for the winding portions A, B, C, and D and the vicinity thereof. Further, for comparison, a plurality of thermocouples are arranged along the optical fiber 24, and the temperature distribution of the rack 11 and the free access floor is also measured by these thermocouples.
  • FIG. 25 shows the temperature distribution measured by the thermocouple and the temperature distribution measured by the optical fiber temperature measurement system 20 (before correction), with the horizontal axis representing the position in the length direction of the optical fiber 24 and the vertical axis representing the temperature. And a temperature distribution after correction according to the present embodiment.
  • the correction using the equation (12) is repeated 100 times, and the temperature of the measurement point in the region corresponding to the winding portions 24x and 24y is measured corresponding to the midpoint P in the section G of FIG. Replaced with point temperature.
  • the corrected temperature distribution almost coincides with the temperature distribution measured by the thermocouple. Further, a wide range of temperature distributions including the winding parts A, B, C, D and their peripheral parts can be captured.

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Abstract

【課題】温度測定システムと温度測定方法において、温度を高精度で測定すること。 【解決手段】レーザ光を出力するレーザ光源２１と、温度測定エリアに敷設された光ファイバ２４と、光ファイバ２４内に入射したレーザ光の後方散乱光を検出して、光ファイバ２４の敷設経路に沿った温度測定エリアの温度の測定温度分布を取得すると共に、該測定温度分布を補正して補正温度分布を算出する温度測定部２７とを有し、温度測定部２７が、敷設経路に沿った光ファイバ２４の伝達関数と補正温度分布との畳み込みと、測定温度分布との二乗誤差が補正の度に小さくなるように、該測定温度分布に対する補正を逐次的に複数回行うと共に、各回の補正の度に、敷設経路の特定点での補正後の温度を、該特定点での推定温度に置き換える温度測定システムによる。

Description

温度測定システム及び温度測定方法
　本発明は、温度測定システム及び温度測定方法に関する。
　計算機室やインターネットデータセンター（ＩＤＣ）では、サーバ等の電子機器の高密度化に伴い電子機器の発熱量が急速に増大する傾向にあり、その電子機器を適切に冷却することが望まれる。
　電子機器を冷却する方法としては、例えば、過度の熱だまりが発生するのを防止するために室内の気流を制御する方法や、空調により室内を冷却する方法がある。
　これらの方法によって室内の冷却状態を常に最適に保つには、室内の温度計側ポイントを常時モニタリングするのが有効である。特に、室内の三次元的な温度分布が把握できれば、その温度分布を利用して空調等を制御し、室内の冷却状態を最適に保つことができる。
　そのような温度分布を測定する方法として、温度センサに光ファイバを用いた方法が知られている。
　但し、光ファイバを用いた温度測定では、広い範囲の温度を高い精度で測定することは比較的容易であるものの、データセンター内のサーバ等のように狭い範囲の温度を高い精度で測定する方法は確立されていない。
特開２００４－２８７４８号公報 特開平６－１０９５５７号公報 株式会社富士通研究所　PRESS RELEASE  「データセンター向けリアルタイム多点温度測定技術を開発」　２００８年４月４日
　温度測定システムと温度測定方法において、温度を高精度で測定することを目的とする。
　以下の開示の一観点によれば、レーザ光を出力するレーザ光源と、温度測定エリアに敷設され、前記レーザ光が入射する光ファイバと、前記光ファイバ内に入射した前記レーザ光の後方散乱光を検出して前記光ファイバの敷設経路に沿った前記温度測定エリアの温度の測定温度分布を取得すると共に、該測定温度分布を補正して補正温度分布を算出する温度測定部とを有し、前記温度測定部が、前記敷設経路に沿った前記光ファイバの伝達関数と前記補正温度分布との畳み込みと、前記測定温度分布との二乗誤差が補正の度に小さくなるように該測定温度分布に対する補正を逐次的に複数回行うと共に、各回の補正の度に前記敷設経路の特定点での補正後の温度を、該特定点での推定温度に置き換える温度測定システムが提供される。
　また、その開示の別の観点によれば、温度測定エリアに敷設された光ファイバにレーザ光を入射し、前記光ファイバ内での前記レーザ光の後方散乱光を検出して、前記光ファイバの敷設経路に沿った前記温度測定エリアの温度の測定温度分布を取得するステップと、前記測定温度分布を補正して補正温度分布を取得するステップとを有し、前記補正温度分布を取得するステップにおいて、前記敷設経路に沿った前記光ファイバの伝達関数と前記補正温度分布との畳み込みと、前記測定温度分布との二乗誤差が補正の度に小さくなるように該測定温度分布に対する補正を逐次的に複数回行うと共に、各回の補正の度に前記敷設経路の特定点での補正後の温度を該特定点での推定温度に置き換える温度測定方法が提供される。
　開示の温度測定システムと温度測定方法によれば、測定温度分布に対する補正を逐次的に行い、各回の補正の度に光ファイバの敷設経路の特定点での補正後の温度を該特定点での推定温度に置換することで、補正温度分布が実温度分布に近づくことが明らかとなった。
図１は、本実施形態が適用される計算機室の構造を示す模式図である。 図２は、光ファイバの敷設例を示す断面図である。 図３は、本実施形態に係る温度測定システムの構成を示す模式図である。 図４は、光ファイバで後方散乱した光のスペクトルを示す図である。 図５は、ラマン散乱光の強度の時系列分布の一例を示す図である。 図６は、図５のラマン散乱光の強度の時系列分布を基にＩ1／Ｉ2比を時間毎に計算して得られた図である。 図７は、本実施形態に係る温度計側システムを用いて得られた測定温度分布を示す図である。 図８は、ステップ型の実温度分布から得られる温度計側システムの伝達関数である。 図９は、伝達関数をフーリエ変換して得られた関数を示す図である。 図１０は、比較的高い空間周波数で温度が変化する実温度分布を本実施形態に係る温度測定システムで測定し、それにより得られた測定温度分布を示す図である。 図１１は、測定温度分布の補正に使用される逆フィルタの一例を示す図である。 図１２は、逆フィルタを測定温度分布に作用させることにより、該測定温度分布を補正して得られた補正温度分布を示す図である。 図１３は、本実施形態において測定温度分布の補正に有用な光ファイバの敷設例を示す断面図である。 図１４は、光ファイバのうち、加熱中心を基準にして－１ｍ～１ｍの区間を５５℃に加熱し、それ以外の区間の温度を室温（約２３℃）に維持した場合に、本実施形態に係る温度測定システムにより得られた測定温度分布を示す図である。 図１５は、本実施形態において、熱源からの影響を考慮した光ファイバの敷設長を示す模式図である。 図１６は、本実施形態に係る温度測定方法について示すフローチャートである。 図１７は、本実施形態に係る温度測定システムにより得られた測定温度分布を示す図である。 図１８は、本実施形態に係る温度測定システムにより、測定温度分布に対して補正を１回行ったときの補正温度分布を示す図である。 図１９は、本実施形態に係る温度測定システムで補正を１回行った後、特定点での温度を置き換えたときの補正温度分布を示す図である。 図２０は、本実施形態に係る温度測定システムにより、測定温度分布に対して補正を１００回行ったときの補正温度分布を示す図である。 図２１は、比較例による補正結果を示す図である。 図２２は、実施例１における光ファイバの敷設状態を示す模式図である。 図２３は、実施例１において、熱電対により測定した温度分布と、光ファイバ温度計測システムにより測定した温度分布（補正前）及び本実施形態による補正後の温度分布を示す図である。 図２４は、実施例２における光ファイバの敷設状態を示す模式図である。 図２５は、実施例２において、熱電対により測定した温度分布と、光ファイバ温度計測システムにより測定した温度分布（補正前）及び本実施形態による補正後の温度分布を示す図である。
　以下に、本実施形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。
　図１は、本実施形態が適用される計算機室の構造を示す模式図である。
　計算機室の室内は、機器設置エリア１０と、フリーアクセスフロア１５とに大別される。
　このうち、機器設置エリア１０には、複数のサーバラック１１が配置され、各ラック１１にはブレードサーバ等の複数の計算機が収納されている。また、各サーバラック１１の間には、管理者が通行するための通路や計算機の管理の際に用いられる管理スペースが設けられる。
　一方、フリーアクセスフロア１５は、機器設置エリア１０の床下に設けられている。このフリーアクセスフロア１５には、各ラック１１に接続される電力ケーブルや通信ケーブル等の各種ケーブル１６がケーブルダクト１７に収納された状態で配置される。
　そのフリーアクセスフロア１５には空調機１９から冷風が供給されており、機器設置エリア１０の床１２に開口された通風口（グリル）１２ａからその冷風が機器設置エリア１０内に供給され、その冷風によって各ラック１１内の計算機が冷却されることになる。
　このような計算機室においては、空調機１９における空調エネルギを低減するのが望まれる。そのため、機器設置エリア１０やフリーアクセスフロア１５に複数の温度計側ポイントを設け、各ポイントにおける温度を常時モニタリングし、これにより得られた温度分布に応じて空調機１９の風量等をリアルタイムに制御するのが好ましい。
　そのようにリアルタイムに温度を計測する多点温度計側方法として、光ファイバに赤外線レーザパルスを入射した際に発生するラマン散乱光の強度変化から、光ファイバ自身の温度を多点で測る方法がある。
　図２は、その光ファイバの敷設例を示す断面図である。
　図２に示されるように、光ファイバ２４は、冷風によって常時ほぼ一定の温度に維持されているフリーアクセスフロア１５からサーバラック１１内およびその近傍に導入される。サーバラック１１内およびその近傍においては、特に温度を測定したいポイントであるラック１１の吸気口近傍や排気口近傍を通るように光ファイバ２４が敷設される。
　図３は、その光ファイバ２４を用いた温度測定システム２０の構成を示す模式図である。また、図４は、光ファイバ２４で後方散乱した光のスペクトルを示す図である。
　図３に示すように、この温度計側システム２０は、レーザ光源２１と、レンズ２２ａ、２２ｂと、ビームスプリッタ２３と、光ファイバ２４と、波長分離部２５と、光検出器２６と、温度測定部２７とを有する。
　レーザ光源２１からは、所定のパルス幅のレーザ光が一定の周期で出力される。このレーザ光は、レンズ２２ａ、ビームスプリッタ２３及びレンズ２２ｂを通って光ファイバ２４の光源側端部から光ファイバ２４内に進入する。なお、図２において、符号２４ａは光ファイバ２４のクラッドを示し、符号２４ｂは光ファイバ２４のコアを示している。
　光ファイバ２４内に進入した光の一部は、光ファイバ２４の材料分子により後方散乱される。後方散乱光には、図３に示すように、レイリー（Rayleigh）散乱光と、ブリルアン（Brillouin）散乱光と、ラマン（Raman）散乱光とが含まれる。レイリー散乱光は入射光と同一波長の光であり、ブリルアン散乱光及びラマン散乱光は入射波長からシフトした波長の光である。
　ラマン散乱光には、入射光よりも長波長側にシフトしたストークス光と、入射光よりも短波長側にシフトした反ストークス光とがある。ストークス光及び反ストークス光のシフト量はレーザ光の波長や光ファイバ２４の材料に依存するが、通常は５０ｎｍ程度である。また、ストークス光は温度による変化量が小さく、反ストークス光は温度による変化量が大きい。すなわち、ストークス光は温度依存性が小さく、反ストークス光は温度依存性が大きいということができる。
　これらの後方散乱光は、図３に示すように、光ファイバ２４を戻って光源側端部から出射する。そして、その後方散乱光はレンズ２２ｂを透過し、ビームスプリッタ２３により反射されて、波長分離部２５に進入する。
　波長分離部２５は、波長に応じて光を透過又は反射するビームスプリッタ３１ａ、３１ｂ、３１ｃと、特定の波長の光のみを透過する光学フィルタ３３ａ、３３ｂ、３３ｃを有する。更に、その波長分離部２５は、光学フィルタ３３ａ、３３ｂ、３３ｃを透過した光をそれぞれ光検出器２６の受光部２６ａ、２６ｂ、２６ｃに集光する集光レンズ３４ａ、３４ｂ、３４ｃを有する。
　波長分離部２５に入射した光は、ビームスプリッタ３１ａ、３１ｂ、３１ｃ及び光学フィルタ３３ａ、３３ｂ、３３ｃによりレイリー散乱光、ストークス光及び反ストークス光に分離され、光検出器２６の受光部２６ａ、２６ｂ、２６ｃに入力される。その結果、受光部２６ａ、２６ｂ、２６ｃからはレイリー散乱光、ストークス光及び反ストークス光の強度に応じた信号が出力される。
　そして、パーソナルコンピュータ等の温度測定部２７は、光検出器２６から出力された上記の信号に基づいて、光ファイバ２４の敷設経路に沿った測定温度分布を取得する共に、その測定温度分布を後述のように補正する。
　なお、光検出器２６に入力される後方散乱光のパルス幅は光ファイバ２４の長さに関係する。そのため、レーザ光源２１から出力されるレーザパルスの間隔は、各レーザパルスによる後方散乱光が重ならないように設定される。また、レーザ光のパワーが高すぎると誘導ラマン散乱状態になって正しい計測ができなくなるおそれがある。そのため、誘導ラマン散乱状態にならないように、レーザ光源２１のパワーを制御するのが好ましい。
　前述したように、ストークス光は温度依存性が小さく、反ストークス光は温度依存性が大きいので、両者の比により後方散乱が発生した位置の温度を評価することができる。ストークス光及び反ストークス光の強度比は、入射光の角周波数をω0、光ファイバ中のオプティカルフォノンの角周波数をωk、プランク定数をｈ、ボルツマン定数をｋ、温度をＴとしたときに、以下の（１）式により表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　すなわち、ストークス光及び反ストークス光の強度比がわかれば、（１）式から後方散乱が発生した位置の温度を算出することができる。
　ところで、光ファイバ２４内で発生した後方散乱光は、光ファイバ２４を戻る間に減衰する。そのため、後方散乱が発生した位置における温度を正しく評価するためには、光の減衰を考慮することが必要である。
　図５は、横軸に時間をとり、縦軸に光検出器の受光部から出力される信号強度をとって、ラマン散乱光の強度の時系列分布の一例を示す図である。光ファイバ２４にレーザパルスを入射した直後から一定の間、光検出器２６にはストークス光及び反ストークス光が検出される。光ファイバ２４の全長にわたって温度が均一の場合、レーザパルスが光ファイバ２４に入射した時点を基準とすると、信号強度は時間の経過とともに減少する。この場合、横軸の時間は光ファイバ２４の光源側端部から後方散乱が発生した位置までの距離を示しており、信号強度の経時的な減少は光ファイバ２４による光の減衰を示している。
　光ファイバ２４の長さ方向にわたって温度が均一でない場合、例えば長さ方向に沿って高温部及び低温部が存在する場合は、ストークス光及び反ストークス光の信号強度は一様に減衰するのではなく、図５に示すように信号強度の経時変化を示す曲線に山及び谷が現れる。図５において、ある時間ｔにおける反ストークス光の強度をＩ1、ストークス光の強度をＩ2とする。
　図６は、図５のラマン散乱光の強度の時系列分布を基にＩ1／Ｉ2比を時間毎に計算し、且つ図５の横軸（時間）を距離に換算し、縦軸（信号強度）を温度に換算した結果を示す図である。この図６に示すように、反ストークス光とストークス光との強度比（Ｉ1／Ｉ2）を計算することにより、光ファイバ２４の長さ方向における温度分布を測定することができる。
　なお、後方散乱が発生した位置におけるラマン散乱光（ストークス光及び反ストークス光）の強度は温度により変化するが、レイリー散乱光の強度の温度依存性は無視できるほど小さい。従って、レイリー散乱光の強度から後方散乱が発生した位置を特定し、その位置に応じて光検出器で検出したストークス光及び反ストークス光の強度を補正することが好ましい。
　次に、このような光ファイバを用いた温度計側システム２０の問題点について検討する。
　図７は、温度計側システム２０を用いて得られた測定温度分布を示す図である。
　この例では、光ファイバ２４の所定部分２４ａを５５℃の湯の中に浸すことで、室温から５５℃の温度に立ち上がるステップ型の実温度分布を与えた。なお、所定部分２４ａの長さは、０．５ｍ、１．０ｍ、２．０ｍの三種類とした。
　図７に示すように、各測定温度分布は、実温度分布に対して重み付き移動平均を作用させたなまった形状となる。このことから、上記の温度計側システム２０は、低い空間周波数応答しかもたない、すなわち位置分解能が悪いことが理解できる。
　図８は、図７のステップ型の実温度分布から得られる温度計側システム２０の伝達関数ｈであって、横軸が加熱中心からの距離を示し、縦軸が温度の相対強度を示す。
　この伝達関数ｈをフーリエ変換すると、図９のような形状の関数ｇが得られる。
　図９に示されるように、関数ｇのパワースペクトルは、空間周波数が約０．６ｍ-1以上の領域において非常に小さい値となっている。このことから、上記の温度計側システム２０は、空間周波数が約０．６ｍ-1以上の領域を遮断するローパスフィルタとして機能し、この領域における周波数情報の大部分を失ってしまうことが分かる。
　温度測定エリアが、トンネルや高炉といった大規模なものである場合には、光ファイバの敷設経路に沿って長い周期で実温度が変化するので、温度測定システムに高精度な位置分解能は要求されない。
　しかし、サーバラック１１内およびその近傍のように、光ファイバ２４の敷設経路に沿って短い周期で実温度が変化する場合には、高い空間周波数成分が実温度分布に含まれているため、上記のようにローパスフィルタがかかった状態では温度分布を高精度に測定するのが難しい。
　図１０は、比較的高い空間周波数で温度が変化する実温度分布を温度測定システム２０で測定し、それにより得られた測定温度分布を示す図である。
　なお、図１０における実温度分布は、熱電対による温度の測定値分布である。
　図１０に示されるように、測定温度分布は、実温度分布をローパスフィルタに通して重み付け移動平均したような形状になる。
　このことから、温度測定エリアの高精度な温度分布を得るには、温度測定システム２０の測定温度分布をそのまま利用することはできず、当該測定温度分布を適切に補正して実温度分布に近づける必要があることが理解できる。
　そのように測定温度分布を補正する方法としては、例えば、ローパスフィルタの逆操作となる逆フィルタ、すなわちハイパスフィルタを測定温度分布に対して作用させる方法がある。
　図１１は、そのような逆フィルタの特性を示す図である。
　なお、この逆フィルタは、空間周波数が０．６ｍ-1以上の領域において測定温度分布にノイズがある場合に、そのノイズの増幅を低減することを想定して設計されている。
　図１２は、この逆フィルタを図１０の測定温度分布に作用させることにより、該測定温度分布を補正して得られた補正温度分布を示す図である。
　図１２に示すように、逆フィルタを用いて補正を行うと、補正をしない場合と比較してピークが鋭く現れるようにはなるが、実温度分布を精度良く回復できているとは言い難い。
　また、ローパスフィルタの作用によって失われる空間周波数領域の周波数成分のパワースペクトルが、測定時のノイズに含まれるその空間周波数領域の周波数成分のパワースペクトルよりも小さいと、その周波数成分は逆フィルタでは良好に回復できない。
　このように、測定温度分布に単に逆フィルタを作用させただけでは、測定温度分布において失われた空間周波数成分を回復するのは難しい。
　そこで、本実施形態では、以下のようにして測定温度分布を補正してそれを実温度分布に近づける。
　図１３は、測定温度分布の補正に有用な光ファイバ２４の敷設例を示す断面図である。
　図１３に示すように、この敷設例では、床１２の下で冷風により温度が一定に保たれているフリーアクセスフロア１５に、光ファイバ２４の第１の巻回部２４ｘと第２の巻回部２４ｙとを設ける。
　そして、サーバラック１１の排気口１１ａの近傍には、光ファイバ２４の第３の巻回部２４ｚが設けられる。排気口１１ａは、発熱した計算機によって熱せられた風が排気される部分であり、第３の巻回部２４ｚはその熱風によって室温よりも高い温度に加熱されることになる。
　また、図中のサーバラック１１とその他のラック１１のそれぞれの内部及びその近傍においては、第３の巻回部２４ｚへの往復路が同一の経路となるように光ファイバ２４が敷設される。
　各巻回部２４ｘ、２４ｙ、２４ｚの直径は特に限定されないが、その下限については光ファイバ２４に許容される最小曲げ半径（約１５ｍｍ）の２倍とするのが好ましい。
　一方、各巻回部２４ｘ、２４ｙ、２４ｚの直径の上限については、空間的に同一の温度とみなせる領域に巻回部が収まる直径、例えば４５ｍｍとするのが好ましい。このようにすると、光ファイバ２４の敷設経路のうち、各巻回部２４ｘ、２４ｙ、２４ｚに巻かれている区間は、一定の温度に保持されているとみなすことができる。
　例えば、第１の巻回部２４ｘと第２の巻回部２４ｙに巻かれている区間の光ファイバ２４は、フリーアクセスフロアの温度に保持されているとみなせる。そして、第３の巻回部２４ｚに巻かれている区間の光ファイバ２４は、放熱口１１ａ付近の温度に保持されているとみなせる。
　また、光ファイバ２４の敷設経路のうち、第１の巻回部２４ｘと第２の巻回部２４ｙに巻かれる区間の長さについても特に限定されないが、本実施形態では以下のようにしてその区間の長さを定める。
　図１４は、光ファイバ２４のうち、加熱中心を基準にして－１ｍ～１ｍの区間を５５℃に加熱し、それ以外の区間の温度を室温（約２３℃）に維持した場合に、温度測定システム２０により得られた測定温度分布を示す図である。
　図１４に示されるように、測定温度分布は、加熱されている－１ｍ～１ｍの区間の外側に裾野部分を有し、当該部分の測定温度は実温度である室温に等しくならない。これは、光ファイバの敷設経路の二点間に温度差があると、その温度差によって各点での温度測定結果が影響を受けるためである。
　そのような実温度と測定温度との乖離は、温度測定ポイントが加熱されている領域から離れるほど小さくなる。
　例えば、図８に示した伝達関数ｈによれば、原点から数えて３番目の零点Ｘ3（＝３．３ｍ）付近では、伝達関数ｈが実質的に０に収束しており、当該零点付近の測定温度は原点にある熱源の影響を受けていないことが理解される。
　よって、図１３の光ファイバ２４の敷設経路のうち、巻回部２４ｘ、２４ｙのそれぞれに巻かれる区間の長さを零点Ｘ3の絶対値以上とすれば、当該区間の外側の敷設経路に熱源があっても、その区間には熱源の影響を受けない巻回部２４ｘ、２４ｙでの実温度に相当する温度測定点が存在することになる。
　図１５は、そのような熱源からの影響を考慮した光ファイバ２４の敷設長を示す模式図である。
　図１５の例では、隣接するサーバラック１１間の光ファイバ２４の長さをＤ1、光ファイバ２４が各巻回部２４ｘ、２４ｙからフリーアクセスフロア１５より高温部である床１２の上の領域に入るまでの長さをＤ2としている。
　この場合、熱源はサーバラック１１内の計算機である。また、光ファイバ２４の敷設経路のうち、フリーアクセスフロア１５内にある区間Ｇは、冷風によって温度が一定に保持されているとみなせる。
　なお、この例では、区間Ｇを各巻回部２４ｘ、２４ｙ毎に割り当て、区間Ｇの始点を床１２、終点を隣接するラック１１の中点Ｐとしている。
　その区間Ｇにおける光ファイバ２４の長さＬは、各巻回部２４ｘ、２４ｙに巻かれた部分の光ファイバ２４の長さをＤ3とすると、Ｄ1／２＋Ｄ2＋Ｄ3となる。この長さＬを上記した伝達関数ｈの零点Ｘ3の絶対値以上にすれば、当該区間Ｇにはサーバラック１１内の計算機の熱の影響を受けない温度測定点、例えば中点Ｐが存在する。
　よって、その区間Ｇ内に温度の測定点が複数ある場合、そのうちの一つの測定点、例えば中点Ｐでの温度と区間Ｇ内の残りの測定点との温度とが同一であると推定できる。
　後述のように、本実施形態ではこのような区間Ｇでの測定温度の同一性を利用して、測定温度分布の補正を行う。
　各長さＤ1、Ｄ2、Ｄ3は、区間Ｇにおける光ファイバ２４の長さＬが伝達関数ｈの零点Ｘ3の絶対値（３．３ｍ）以上になるようになるものであれば特に限定されない。本例では、Ｄ1を１．０ｍ、Ｄ2を０．５ｍ、Ｄ3を２．３ｍとすることで、長さＬを３．３ｍにし、当該長さＬを伝達関数ｈの零点Ｘ3の絶対値（３．３ｍ）以上にする。
　図１５に示した光ファイバ２４の敷設例には、上記した区間Ｇでの測定温度の同一性の他に、次のような性質もある。
　例えば、サーバラック１１の内部および近傍においては、第３の巻回部２４ｚへの往復路が同一の経路となるように光ファイバ２４が敷設されるので、当該経路には同一の温度とみなすことができる光ファイバ２４の重複点Ｈ1、Ｈ2が存在する。
　よって、測定温度分布の補正時において、重複点Ｈ1、Ｈ2の補正温度は同一温度であるという条件を付け加えることができる。
　同様の理由により、第３の巻回部２４ｚにおける光ファイバ２４の任意の点についても、温度が実質的に同一の重複点Ｋiとみなすことができ、各重複点Ｋiでの補正温度は同一温度であるという条件を付け加えることができる。
　以下に、これらの性質を利用した温度測定システム２０による温度測定方法について説明する。
　その温度測定システム２０による温度測定エリアは、機器設置エリア１０とフリーアクセスフロア１５であり、特にサーバラック１１内およびその近傍の領域の温度測定に重点がおかれる。
　図１６は、本実施形態に係る温度測定方法について示すフローチャートである。そのフローチャートにおける各ステップは、既述の温度測定部２７において行われるものである。
　最初のステップＳ１では、温度測定システム２０を用い、図１７に示すような光ファイバ２４の敷設経路に沿った温度測定エリアの温度の測定温度分布を取得する。
　図１７の横軸は、光ファイバ２４の端部からの距離を示し、縦軸は温度測定システム２０で測定された温度を示す。
　この例では、光ファイバ２４の複数の温度測定点で温度を測定し、各温度測定点同士の間隔を０．１ｍとした。更に、その温度測定点のいくつかには、実温度を測定するための熱電対を併設した。
　図１７に示されるように、温度測定システム２０で得られた測定温度分布は、熱電対による実温度分布と乖離している。
　そこで、次のステップＳ２では、次のようにして測定温度分布を補正してそれを実分布に近づけるようにする。
　まず、測定温度分布を次の式（２）のように表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　ここで、成分ｙkにおける添え字ｋは光ファイバの敷設経路に沿った測定点を表し、成分ｙkは当該測定点ｋにおける温度測定値から温度変化のない領域の温度測定値(図１５に挙げた例では中点Ｐにおける温度値ＴAB)を差し引いた値を示す。
　また、実温度分布を次の式（３）のように表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　式（２）と同様に、成分ｘiにおける添え字ｉは測定点を表し、成分ｘiは当該測定点ｉにおける実温度から温度変化のない領域の温度測定値（図１５に挙げた例では中点Ｐにおける温度値ＴAB）を差し引いた値を示す。
　このとき、測定温度分布ｙは、実温度分布ｘと伝達関数ｈとのコンボリューション（畳み込み）として、次の式（４）のように表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　ただし、ｉの範囲は、添字であるk-iが０以上であることを満たす範囲である。
　また、これを成分毎に次の式（５）のように書くこともできる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　式（５）によれば、伝達関数の各成分ｈi-jは、式（５）をｈjについての連立方程式として見て、最小二乗法等を用いて算出することができる。
　伝達関数の各成分ｈi-jを求める際の実温度分布ｘと測定温度分布ｙとしては、例えば、図１４に示したようなステップ型の実温度分布と、これに対応した測定温度分布とを使用し得る。
　なお、伝達関数ｈは、光ファイバ２４が群遅延特性を有しているため、光源からの距離に応じて変化する。そのため、光ファイバ２４の全長にわたって伝達関数ｈを一義的に定義することはできない。しかし、光ファイバ２４の短い区間であれば、光ファイバ２４における光信号の損失や遅延は一様であるとみなし、当該区間において伝達関数ｈを一義的に定義することができる。
　また、伝達関数ｈは、光源からの距離だけではなく光ファイバ２４の材料や入射レーザのパルス波形、及び光検出器２６のパルス応答特性によっても異なる。よって、伝達関数の各成分ｈi-jを求める場合は、実際に温度を計測するときと同じ条件にしたがっての各成分ｈi-jを求めるのが好ましい。
　ところで、式（４）において温度変化の存在する領域に注目して考えると、その前後の領域は温度変化のない領域となりそれらの各成分ｘi, ｙkは０であり、式（４）において計算に必要のない意味のないものとなる。そこで、式（３）の各成分から、温度変化の存在する注目領域前後の０である成分全てを除いたもののみを集めた列ベクトルを次の式（６）のように表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　また、測定温度分布についても同様に、温度変化のない領域の各成分０は計算に必要ない意味のないものなので、式（２）の各成分から温度変化の存在する注目領域前後の０である成分全てを除いたもののみを集めた列ベクトルを次の式（７）のように表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　式（６）、（７）の列ベクトルの成分の個数はそれぞれｎ＋１、ｍ＋１であるが、ｍ、ｎについてはｍの方がｎよりも大きくなる。これは、図１４に示したように、測定温度分布は実温度分布よりも横方向に広がるため、０でない成分の個数は測定温度分布のほうが多くなるためである。
　式（６）、（７）のように、実温度分布ｘと測定温度分布ｙとを有限次元の列ベクトルとし、式（５）を次の式（８）の形式で表した場合、[Ｈ]は伝達関数ｈを基に構成され（ｍ＋１）×（ｎ＋１）個の有限個の成分を持つ。このように構成した[Ｈ]を伝達関数の行列表示と呼ぶことにする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　但し、式（８）の列ベクトルｘ、ｙの次元は、式（６）、（７）のように有限次元である。
　式（８）において、ｙの各成分ｙiは温度測定により得られたｍ＋１個の値であり、[Ｈ]は連立方程式の（ｍ＋１）×（ｎ＋１）の計数行列とみなすことができる。上記したようにｍ＞ｎなる関係があるから、この連立方程式をｘについて一意に解くことはできない。
　そこで、本実施形態では次の式（９）のような二乗誤差ｅを考える。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　なお、式（９）の列ベクトルＸは、実温度分布と同様に、次の式（１０）のような成分をもつｎ次元のベクトルである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　式（９）のｅを小さくする分布Ｘは、近似的に式（８）も満たす。そして、式（９）のｅが小さくなるほど近似の精度が上がり、分布Ｘが実温度分布ｘに近づくことになる。以下では、分布Ｘのことを測定温度分布ｙの補正温度分布と呼ぶことにする。これによれば、式（９）は、敷設経路に沿った光ファイバ２４の伝達関数ｈと補正温度分布Ｘとの畳み込みと、測定温度分布ｙとの二乗誤差ｅを算出する式ということができる。
　その二乗誤差ｅがなるべく小さくなるような補正温度分布Ｘを求めるべく、式（９）から二乗誤差ｅの勾配ベクトル∂ｅ/∂Ｘを次の式（１１）により算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　この勾配ベクトル∂ｅ/∂Ｘが０になるようにＸの各成分Ｘiを決定するのが最小二乗法にあたる。
　なお、測定時のノイズを考慮して式（１１）中の[Ｈ]t[Ｈ]の対角成分を微増させれば、ノイズの高周波成分の増幅を抑えマージン耐性を高められる。前述の逆フィルタによる補正（図１２参照）は、この最小二乗法で算出した補正に相当する。
　ここで、勾配ベクトル∂ｅ/∂Ｘは二乗誤差ｅが増加する方向を示しているので、逆符号の方向－∂ｅ/∂Ｘへ進めば二乗誤差ｅは減少することになる。
　そこで、本実施形態では、次の式（１２）のように逐次的にＸに対して補正を行う。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
　ここで、ｋは補正の反復回数を示し、Ｘ(k)は補正をｋ回行ったときの補正温度分布である。このＸ(k)は次の式（１３）のように成分表示できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
　そして、αは、式（１２）が収束するような正の修正計数であり、経験的に０．５～１の範囲で選択され得る。以下ではαを０．５として計算を行う。
　また、初期値であるＸ(0)はゼロベクトルであり、式（１２）における∂ｅ/∂Ｘの計算には、[Ｈ]t[Ｈ]の対角成分を微増させたものを用いた式（１１）を使用する。
　本実施形態では、式（１２）を用いて反復計算を行うことにより、Ｘ(k)よりも更に二乗誤差ｅが小さくなる補正温度分布Ｘ(k+1)の算出を逐次的に複数回行う。
　ところで、図１５を参照して説明したように、光ファイバ２４の敷設経路のうち、区間Ｇにおける複数の測定点ｉの温度は、中点Ｐでの温度と同一であると推定することができる。
　そこで、本実施形態では、式（１２）による各回の補正計算の度に、区間Ｇ内の第１及び第２の巻回部２４ｘ、２４ｙに含まれる複数の測定点ｉに対応した成分Ｘi (k)を、中点Ｐでの測定温度に置き換える。式（６）、（７）を定義した際に説明したように、列ベクトルｘ、ｙ、Ｘの各成分は実際の値から中点Ｐでの測定温度ＴABを差し引いたものであるから、置き換えられた各成分Ｘi (k)の値は０（＝ＴAB－ＴAB）となる。
　その測定温度ＴABから求められた０（＝ＴAB－ＴAB）は、測定温度分布ｙの複数の成分ｙiのうち、中点Ｐに相当する測定点での成分の値であり、区間Ｇにおける共通の推定温度としての意義を有する。
　なお、区間Ｇにおける共通の推定温度は上記の温度０（＝ＴAB－ＴAB）に限定されない。例えば、各巻回部２４ｘ、２４ｙに含まれる実温度が測定される領域にある複数の測定点ｉに対応した測定温度分布ｙの複数の成分ｙiの平均値を当該測定点に共通の推定温度としてもよい。その場合、各巻回部２４ｘ、２４ｙに巻かれた部分の光ファイバ２４の長さＤ3を既述の２．３ｍよりも長くすることでこれらの巻回部２４ｘ、２４ｙに含まれる実温度が測定される領域に相当する測定点ｉの個数が増え、温度の推定精度が向上する。更に、このように長さＤ3を長くすることで、隣接するサーバラック１１の温度の影響を受け難くすることもできる。
　また、図１５を参照して説明したように、各巻回部２４ｘ、２４ｙから第３の巻回部２４ｚへの往復の光ファイバ２４においては、同一温度とみなせる重複点Ｈ1、Ｈ2がある。よって、これらの重複点についても、式（１２）による補正計算の度に、各重複点Ｈ1、Ｈ2での補正温度分布の成分Ｘi1 (k)、Ｘi2 (k)を、これら重複点Ｈ1、Ｈ2のそれぞれの補正温度の平均値Ｘavg1（＝（Ｘi1 (k)＋Ｘi2 (k)）／２）に置き換える。その補正温度Ｘi1 (k)、Ｘi2 (k)は、補正温度分布Ｘ(k)の複数の成分Ｘi (k)のうち、各重複点Ｈ1、Ｈ2に相当する測定点ｉ1、ｉ2での成分の値であって、それらの平均値Ｘavg1は重複点Ｈ1、Ｈ2に共通の推定温度としての意義を有する。
　更に、これと同様に、第３の巻回部２４ｚにある複数の重複点Ｋiについても、式（１２）による補正計算の度に、各重複点Ｋiでの測定温度分布の成分Ｘi (k)を、これら重複点Ｋiのそれぞれでの補正温度Ｘi (k)の平均値Ｘavg2に置き換える。上記と同様に、その補正温度Ｘi (k)は、補正温度分布Ｘ(k)の複数の成分Ｘi (k)のうち、各重複点Ｋiに相当する測定点ｉでの成分の値である。そして、それらの平均値Ｘavg1は、各重複点Ｋiに共通の推定温度としての意義を有する。
　例えば、本実施形態では既述のように光ファイバ２４の温度測定点同士の間隔を０．１ｍとしているので、第３の巻回部２４ｚに巻かれた部分の光ファイバ２４の長さが０．５ｍのとき、重複点Ｋiの個数は５個（＝０．５ｍ／０．１ｍ）となる。よって、これらの重複点Ｋi-2、Ｋi-1、Ｋi、Ｋi+1、Ｋi+2での補正温度分布の成分Ｘi-2 (k)、Ｘi-1 (k)、Ｘi (k)、Ｘi+1 (k)、Ｘi+2 (k)を、補正計算の度にこれら各点のそれぞれの補正温度Ｘi-2 (k)、Ｘi-1 (k)、Ｘi (k)、Ｘi+1 (k)、Ｘi+2 (k)の平均値Ｘavg2（＝（Ｘi-2 (k)＋Ｘi-1 (k)＋Ｘi (k)＋Ｘi+1 (k)＋Ｘi+2 (k)）／５）で置き換える。
　ところで、上述のように各巻回部２４ｘ、２４ｙのそれぞれにある複数の測定点ｉは、温度が同一の温度ＴABにあるとみなすことができる。式（６）、（７）を定義した際に述べたように、列ベクトルｘ、ｙ、Ｘの各成分は実際の温度の値からこのＴABを差し引いた値となっている。したがって、最終的な補正温度分布Ｔiomp_iを求めるためには、式（１２）について所要の反復回数（ｎ回）の計算が終了した後に次の式（１４）のように再び温度ＴABを加えればよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
　また、光ファイバ２４のうち、第１及び第２の巻回部２４ｘ、２４ｙは冷風により温度上昇が防がれているのに対し、これ以外の部分はフリーアクセスフロア１５よりも高温となる床１２の上にあるため巻回部２４ｘ、２４ｙよりも温度が下がることはない。
　この条件を次の式（１５）のように表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
　そして、式（１２）によるｋ回目の計算でＸi (k)＜0となる成分があれば、その成分Ｘi (k)を０とした後、ｋ＋１回目の計算を行う。
　このように、温度測定エリアの中に温度が所定温度以上となることが既知の部分がある場合に、式（１２）を用いた当該部分の補正後の温度が上記所定温度よりも低くなったとき、該部分での補正後の温度をその所定温度に置き換えて計算を簡略化するのが好ましい。
　また、これとは逆に、温度測定エリアの中に温度が所定温度以下となることが既知の部分がある場合に、式（１２）を用いた当該部分の補正後の温度が上記所定温度よりも高くなったときにも、該部分での補正後の温度をその所定温度に置き換えるのが好ましい。
　ステップＳ２では、このように式（１２）を用いて補正計算を繰り返し行い、二乗誤差ｅの減少量についての指標、例えばｅ(n)－ｅ(n-1)が所定値以下となったところのＸi (n)から最終的な補正温度分布Ｔiomp_iを求める。なお、ｅ(n)は、式（１２）による補正をｎ回行って得られたＸ(n)を用いて、式（９）から求められた二乗誤差である。
　以上により、本実施形態に係る温度測定方法の主要ステップが終了したことになる。
　この温度測定方法によれば、式（１２）を用いた各回の補正の度に、光ファイバ２４の敷設経路の特定点での補正温度分布Ｘi (k)を所定値に置き換えた。
　例えば、区間Ｇについては中点Ｐでの測定温度０＝（ＴAB－ＴAB）に置き換え、重複点Ｈ1、Ｈ2については平均値Ｘavg1に置き換えた。そして、第３の巻回部２４ｚにある複数の重複点Ｋiについても平均値Ｘavg2に置き換えた。
　次に、このような置き換えにより得られる利点について説明する。
　図１８～図２０は、補正後の測定温度分布を示す図であり、横軸は光ファイバ２４の端部からの距離を示し、縦軸は温度を示す。
　図１８は、式（１２）による補正を１回行ったときの図である。この図１８に示すように、１回の補正では、実温度分布と補正温度分布との乖離が解消されていない。
　図１９は、１回の補正の後に、各領域、区間Ｇ、及び各点Ｈ1、Ｈ2、Ｋiにおいて上記の置き換えを行ったときの図である。この図１９に示すように、置き換えが行われた部分の補正温度分布は、温度の値が実分布と略同じになる。
　図２０は、そのような補正計算を１００回繰り返したときの図である。この図２０に示すように、補正計算を１００回行うと、補正温度分布は実温度分布に略一致するようになる。
　図２１は、比較例による補正結果を示す図である。この比較例では、本実施形態とは異なり、光ファイバ２４の敷設経路の特定点での補正温度分布Ｘi (k)を所定値に置き換えずに、式（１２）による補正を１００回行った。図２１に示すように、比較例では実温度分布との乖離が解消されないのが分かる。
　このように、本実施形態では式（１２）による補正計算の度に、光ファイバ２４の敷設経路の特定点での補正温度分布Ｘi (k)を所定値に置き換えることで、実温度分布に近い補正温度分布を得ることができるようになる。
　これにより、サーバラック１１内のように光ファイバ２４の敷設経路に沿って短い周期で実温度が変化する場合であっても、温度測定を高精度に行うことができる。
　そして、その温度測定結果を利用することで、空調機１９（図１参照）の風量をリアルタイムに制御してその空調エネルギを抑制しながら、機器設置エリア１０等の冷却状態を最適に保つことができる。
　以下、本実施形態を用いてサーバラック内の温度分布を測定した実施例について説明する。
　（実施例１）
　図２２に示すように、サーバラック１１の排気側の扉に光ファイバ２４を敷設した。すなわち、フリーアクセスフロア内の同一箇所に光ファイバ２４の巻回部２４ｘ、２４ｙを配置し、巻回部２４ｘ、２４ｙ間の光ファイバ２４をラック１１内に引き出して排気扉に沿って下から上へ往復するように敷設した。図２２中の符号２４１は往路側の光ファイバを示し、符号２４２は復路側の光ファイバを示している。また、比較のために光ファイバ２４に沿って複数の熱電対を配置し、これらの熱電対によってもラック１１及びフリーアクセスフロアの温度分布を測定した。
　図２３は、横軸に光ファイバ２４の長さ方向の位置をとり、縦軸に温度をとって、熱電対により測定した温度分布と、光ファイバ温度計測システム２０により測定した温度分布（補正前）及び本実施形態による補正後の温度分布を示す図である。ここでは、式（１２）を用いた補正を１００回繰り返し行い、補正の度に巻回部２４ｘ、２４ｙに対応する領域の測定点の温度を図１５の区間Ｇにおける中点Ｐに相当する測定点の温度に置き換えている。
　図２３に示すように、補正後の温度分布は、熱電対により測定した温度分布とほぼ一致している。また、補正後の温度分布は、光ファイバの往路２４１と復路２４２との温度分布の違いを捉えることができている。
　（実施例２）
　図２４に示すように、サーバラックの排気側の扉に光ファイバ２４を敷設した。すなわち、フリーアクセスフロア内の同一箇所に光ファイバ２４の巻回部２４ｘ、２４ｙを配置し、巻回部２４ｘ、２４ｙ間の光ファイバ２４をラック１１内に引き出して排気扉に沿って下から上へ往復するように敷設した。但し、往路ではラック内に搭載された４台のサーバ（図示せず）の排気口に対応する位置に光ファイバの巻回部Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを配置している。また、復路の光ファイバは、巻回部Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの部分及びその近傍の部分を除き、往路の光ファイバと同じ位置を通るように敷設している。更に、比較のために光ファイバ２４に沿って複数の熱電対を配置し、これらの熱電対によってもラック１１及びフリーアクセスフロアの温度分布を測定した。
　図２５は、横軸に光ファイバ２４の長さ方向の位置をとり、縦軸に温度をとって、熱電対により測定した温度分布と、光ファイバ温度計測システム２０により測定した温度分布（補正前）及び本実施形態による補正後の温度分布を示す図である。ここでは、式（１２）を用いた補正を１００回繰り返し行い、補正の度に巻回部２４ｘ、２４ｙに対応する領域の測定点の温度を図１５の区間Ｇにおける中点Ｐに相当する測定点の温度に置き換えている。また、補正の度に、巻回部Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに対応する領域ではその領域の測定点の温度を各巻回部Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおける平均温度に置き換え、往路と復路とが同じ位置を通る部分ではそれらの部分の温度をそれらの平均温度に置き換えている。
　図２５に示すように、補正後の温度分布は、熱電対により測定した温度分布とほぼ一致している。また、巻回部Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄとその周辺部を含む広い範囲の温度分布を捉えることができている。
　上述の実施例１、２のいずれにおいても、空間的に温度値が平均化されている補正前の温度分布から、真の温度分布に近い補正温度分布が得られることがわかる。また、上述の実施例１、２のように、温度分布を把握すべきエリアや１つのラック当りに使用できる光ファイバ長さ等を考慮に入れた最適な光ファイバの敷設を行うことができる。                                                                               

Claims (20)

  1. レーザ光を出力するレーザ光源と、
    　温度測定エリアに敷設され、前記レーザ光が入射する光ファイバと、
    　前記光ファイバ内に入射した前記レーザ光の後方散乱光を検出して前記光ファイバの敷設経路に沿った前記温度測定エリアの温度の測定温度分布を取得すると共に、該測定温度分布を補正して補正温度分布を算出する温度測定部とを有し、
    　前記温度測定部が、前記敷設経路に沿った前記光ファイバの伝達関数と前記補正温度分布との畳み込みと、前記測定温度分布との二乗誤差が補正の度に小さくなるように該測定温度分布に対する補正を逐次的に複数回行うと共に、各回の補正の度に前記敷設経路の特定点での補正後の温度を、該特定点での推定温度に置き換えることを特徴とする温度測定システム。
  2. 前記特定点は、前記光ファイバが重複して配置された区間内に存在する複数の温度測定点であり、
    　前記推定温度は、前記補正温度分布における前記複数の温度測定点の平均温度であることを特徴とする請求項１に記載の温度測定システム。
  3. 前記特定点は、前記敷設経路において一定温度に保持された区間内に存在する複数の温度測定点であり、
    　前記推定温度は、前記測定温度分布において、前記複数の測定点のうちの一つにおける温度、又は前記複数の測定点の平均温度であることを特徴とする請求項１に記載の温度測定システム。
  4. 前記区間の長さは、前記光ファイバの伝達関数の３番目の零点の絶対値以上の長さであることを特徴とする請求項３に記載の温度測定システム。
  5. 前記温度測定エリアの中に、温度が所定温度以上となることが既知の部分がある場合に、該部分での補正後の温度が前記所定温度よりも低くなったときに該部分での前記補正後の前記温度を前記所定温度に置き換えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の温度測定システム。
  6. 前記温度測定エリアの中に、温度が所定温度以下となることが既知の部分がある場合に、該部分での補正後の温度が前記所定温度よりも高くなったときに該部分での前記補正後の前記温度を前記所定温度に置き換えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の温度測定システム。
  7. 前記温度計側エリアは、計算機室内で複数の計算機を収容したラック内の領域を含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の温度測定システム。
  8. 前記光ファイバは、前記ラックの排気側の扉に沿って配置されることを特著とする請求項７に記載の温度測定システム。
  9. 前記光ファイバは、前記ラックの外側に巻回部を有すると共に、前記ラック内に収納された前記計算機の排気口に対応する位置に巻回部を有することを特徴とする請求項７に記載の温度測定システム。
  10. 温度測定エリアに敷設された光ファイバにレーザ光を入射し、前記光ファイバ内での前記レーザ光の後方散乱光を検出して、前記光ファイバの敷設経路に沿った前記温度測定エリアの温度の測定温度分布を取得するステップと、　前記測定温度分布を補正して補正温度分布を取得するステップとを有し、
    　前記補正温度分布を取得するステップにおいて、前記敷設経路に沿った前記光ファイバの伝達関数と前記補正温度分布との畳み込みと、前記測定温度分布との二乗誤差が補正の度に小さくなるように該測定温度分布に対する補正を逐次的に複数回行うと共に、各回の補正の度に前記敷設経路の特定点での補正後の温度を該特定点での推定温度に置き換えることを特徴とする温度測定方法。
  11. 前記補正温度分布を取得するステップにおいて、前記二乗誤差の減少量が所定値以下になったところで前記補正を終了することを特徴とする請求項１０に記載の温度測定方法。
  12. 前記特定点は、前記光ファイバが重複して配置された区間内に存在する複数の温度測定点であり、
    　前記推定温度は、前記補正温度分布における前記複数の温度測定点の平均温度であることを特徴とする請求項１０に記載の温度測定方法。
  13. 前記特定点は、前記敷設経路において一定温度に保持された区間内に存在する複数の温度の測定点であり、
    　前記推定温度は、前記測定温度分布において、前記複数の測定点のうちの一つにおける温度、又は前記複数の測定点の平均温度であることを特徴とする請求項１０に記載の温度測定方法。
  14. 前記温度測定エリアの中に温度が所定温度以上となることが既知の部分がある場合に、該部分での補正後の温度が前記所定温度よりも低くなったときに該部分での前記補正後の前記温度を前記所定温度に置き換えることを特徴とする請求項１０に記載の温度測定方法。
  15. 前記温度測定エリアの中に温度が所定温度以下となることが既知の部分がある場合に、該部分での補正後の温度が前記所定温度よりも高くなったときに該部分での前記補正後の前記温度を前記所定温度に置き換えることを特徴とする請求項１０に記載の温度測定方法。
  16. 光ファイバ内に入射したレーザ光の後方散乱を検出して前記光ファイバの敷設経路に沿った温度計測エリアの測定温度分布を取得すると共に、該測定温度分布を補正して補正温度分布を算出する温度測定部を有し、
    　前記温度測定部が、前記敷設経路に沿った前記光ファイバの伝達関数と前記補正温度分布との畳み込みと、前記測定温度分布との二乗誤差が補正の度に小さくなるように該測定温度分布に対する補正を逐次的に複数回行うと共に、各回の補正の度に前記敷設経路の特定点での補正後の温度を、該特定点での推定温度に置き換えることを特徴とする温度測定装置。
  17. 前記特定点は、前記光ファイバが重複して配置された区間内に存在する複数の温度測定点であり、
    　前記推定温度は、前記補正温度分布における複数の温度測定点の平均温度であることを特徴とする請求項１６に記載の温度測定装置。
  18. 前記特定点は、前記敷設経路において一定温度に保持された区間内に存在する複数の温度測定点であり、
    　前記推定温度は、前記測定温度分布において、複数の測定点のうちの一つにおける温度、又は前記複数の測定点の平均温度であることを特徴とする請求項１６に記載の温度測定装置。
  19. 前記区間の長さは、前記光ファイバの伝達関数の３番目の零点の絶対値以上の長さであることを特徴とする請求項１６に記載の温度測定装置。
  20. 前記温度測定エリアの中に、温度が所定温度以上となることが既知の部分がある場合に、該部分での補正後の温度が前記所定温度よりも低くなったときに該部分での前記補正後の前記温度を前記所定温度に置き換えることを特徴とする請求項１６乃至１９のいずれか１項に記載の温度測定装置。
                                                                                    
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