JPH0146809B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0146809B2
JPH0146809B2 JP55019269A JP1926980A JPH0146809B2 JP H0146809 B2 JPH0146809 B2 JP H0146809B2 JP 55019269 A JP55019269 A JP 55019269A JP 1926980 A JP1926980 A JP 1926980A JP H0146809 B2 JPH0146809 B2 JP H0146809B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
temperature
light guide
transmitted
light source
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.)
Expired
Application number
JP55019269A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS55114928A (en
Inventor
Chaaruzu Miraa Robaato
Maaku Raian Furederitsuku
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.)
CBS Corp
Original Assignee
Westinghouse Electric Corp
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 Westinghouse Electric Corp filed Critical Westinghouse Electric Corp
Publication of JPS55114928A publication Critical patent/JPS55114928A/en
Publication of JPH0146809B2 publication Critical patent/JPH0146809B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は、温度検出装置に関する。特に、本発
明は、光フアイバを使用した温度検出プローブに
よつて電気機械的装置の温度を測定するための温
度検出装置に関する。 発電業界が直面している現在の問題は、各装置
がますますその最大電流及び電圧定格近くで運転
されるようになつてきていることである。このよ
うな運転状態では、各構成部分が望ましくない程
度に加熱される度合が増す。電気装置の信頼性、
保守及び動作寿命は、その作動温度によつて直接
影響される。この温度がかなりの時間ある特定値
を越えると、装置の寿命は急速に短縮される。 装置に“高温点”及び“過熱温度”状態の存在
することに関する情報は、不適当な動作の行なわ
れていること、欠陥部分のあること、絶縁低下し
ていること、又は故障の可能性のあることを示し
うるものである。しかし、このような情報を収集
するのが難しい場合がある。導体及び装置はアー
スに対して高電位にあることがしばしばである。
このような高電圧又はそれに関連した電磁干渉の
ため、導体に対して直接温度測定することができ
ず、また、金属プローブを利用してもうまくいか
ない。その1つの理由としては、金属導体を含む
絶縁部が危険なフラツシオーバを起しやすいとい
うことである。また、高電位によつて金属製温度
センサに誘起される電流のため、正確な温度測定
が妨げられてしまう。 従つて、電気機械的装置に挿入することのでき
る絶縁性プローブを組み込んだ装置が望ましい。
この装置は、電気機械的装置の作動中に連続的に
温度を測定することができ且つ“高温点”として
知られた電気機械的装置内の過熱温度の位置を効
果的に検出することのできるものであるべきであ
る。この種の絶縁性プローブは、最も広く使用し
うるためには振動の影響を受けないものであるべ
きである。更に、この種の装置は、コスト及びサ
ービス要件を最小とするため、ヒユーズは別にし
て、修理せずに再使用しうるものでなければなら
ない。 温度の測定は、問題の第一段階でしかない。そ
の測定情報は、次に、その特定の機械のための操
作者センター又はコントロールセンターへ伝達さ
れなければならない。温度を測定すべき被測定領
域は、ほとんどの場合、電気的及び機械的構成部
品の複雑な内部に位置している。被測定領域は、
機械の最も接近しにくい深い位置にあることもあ
る。 従来、温度を測定するために多くの技術が使用
されていた。しかし、これらの従来の技術は、工
業上の高電位等の厳しい条件のもとでは適切でな
くなつてきている。 従来の1つの温度計として、発電機内の温度変
化を測定するために普通の熱電対を使用するもの
があつた。この温度計では、熱電対のリード線を
発電機のハウジングを通して延ばしていかねばな
らなかつた。従つて、単に温度を監視するためだ
けでも、高電位導体及びそれに関連したブツシン
グ及び絶縁が必要であつた。この問題を解決する
1つの方法は、無線送信機を使用することであつ
た。しかし、無線送信機を温度感知器へ接続する
には、電磁界を処理する必要がある。電磁界は、
信号の伝送に干渉する。 非金属で非磁気的な温度センサが従来研究され
ていた。その研究された方法の1つとしては、光
フアイバを使用するものがあつた。例えば、米国
特許第3960017号明細書には、温度計を光学的に
読みとり変成器巻線から情報を伝送するために光
フアイバを使用することが開示されている。その
温度感知性は、温度に対して線形的に拡張又は縮
小されていて並置した光パイプの対向開口を横切
るようにされている。このため、光強度を温度に
比例させるような光伝送が部分的に阻止される。 もう1つの解決方法としては、液晶に関連させ
て光フアイバを使用するものがある。この方法
は、生きた組織の生物学的研究において温度を測
定するのに提案されたものである。液晶は、温度
変化につれて不透明となり伝送光を部分的に阻止
する。その不透明度は、最初にある標準の温度計
に対して校正され、使用時に、その液晶を含むプ
ローブは、別々の光フアイバの光ガイドによつて
照射され読み取られる。 光ガイド自体の特定の特性は、温度の変化によ
つて影響される。後述するように、それら特性の
1つである、光ガイドを形成する材料同士の屈折
率の比は、伝送にとつて重要であり且つ温度に依
存しているものである。 温度変化を示すために光ガイドを利用した本発
明による温度検出装置は、少なくとも1つの光ガ
イドと、光源と、光検出器とを備える。その光ガ
イドは、コアのまわりに同心的に延びるクラツド
を有している。コア及びクラツドの材料は、それ
らの各屈折率が所定の温度範囲にわたつて温度に
つれて変化するように選定されている。クラツド
の屈折率がコアの屈折率より小さい間だけ光ガイ
ドを通して光が伝送される。従つて、伝送光の変
化を検出することによつて、ある温度範囲内での
加熱又は冷却を知ることができる。光ガイドの一
部分が、温度を測定すべき所定の被測定領域と熱
伝導関係に配置される。この被測定領域は、モー
タ、発電機又は変圧器の如き電気機器内でありう
る。光ガイドは、設計中、試験中又は嫁動中に温
度を測定するためにその機械内に挿入されたまゝ
とされうる。 光源は、光ガイドの一端へ所定の調整光を供給
しその他端へ伝送されるようにする。光が光ガイ
ドの他端に達するときに、光検出器によつてその
伝送が検出される。光源は、例えば、白色光、可
視光、単色光、紫外光、又は赤外光を供給するも
のでよい。光検出器は、伝送光を視覚的に検出し
うるものでもよく、また、光の強度の如き所定の
特性を測定しうるものでもよい。例えば、光検出
器に達する伝送光が供給光の強度と検出しうる程
異なつた強度を有している場合には、被測定領域
の温度は、その特定の光ガイドの臨界温度に等し
いか又はそれを越えたかである。 次に、添付図面に基づいて本発明の実施例につ
いて本発明を詳細に説明する。 第1図は光ガイド10の基本的構造を示す。本
発明に使用される型の光ガイド10の軸方向断面
が示されている。図示のように、光ガイド10
は、コア12と、それを同心的に取り巻くクラツ
ド14とを備えている。コア12及びクラツド1
4の両方とも、例えば、選定したガラス、プラス
チツク及び液体で構成される。個々の光ガイド又
は光ガイドの束が、コア12及びクラツド14の
切断及び摩耗を防止して光伝達の完全性を保持す
るよう光ジヤケツト16内に納められている。 フアイバ・パイプ又はオプテイク・ガイドとし
ても知られている光ガイド10は、本質的には、
光伝送のできるチユーブである。ここで、伝送と
は光の伝播又はガイドを意味している。伝送され
る光は連続的なものでもパルス信号の形のもので
もある。光ビームは、コア12の屈折率がクラツ
ド14の屈折率より大きいときにのみ伝送され
る。コア12及びクラツド14の材料は、それら
の温度依存屈折率が温度の変化につれて異なつた
割合で変化するようなものを選択する。換言する
ならば、各材料の屈折率は、比較的大きく且つ異
なつた温度係数を有するように選択される。 第2図は、コア及びクラツドの材料として使用
されうる市販の一組のシヨツト(Schott)ガラス
のほゞ643nmの光波長帯での温度に対する屈折
The present invention relates to a temperature detection device. In particular, the present invention relates to a temperature sensing device for measuring the temperature of an electromechanical device with a temperature sensing probe using an optical fiber. A current problem facing the power generation industry is that equipment is being operated increasingly near its maximum current and voltage ratings. Such operating conditions increase the degree to which the components are heated to an undesirable degree. reliability of electrical equipment;
Maintenance and operating life are directly affected by its operating temperature. If this temperature exceeds a certain value for a significant period of time, the life of the device is rapidly reduced. Information regarding the existence of "hot spot" and "overtemperature" conditions in equipment may indicate improper operation, defective parts, poor insulation, or potential failure. It can show that something is true. However, gathering such information can be difficult. Conductors and equipment are often at high potential with respect to ground.
Because of these high voltages or their associated electromagnetic interference, direct temperature measurements on conductors are not possible and the use of metal probes is unsuccessful. One reason for this is that insulation containing metal conductors is susceptible to dangerous flashover. Also, the current induced in the metal temperature sensor by the high potential prevents accurate temperature measurements. Therefore, a device incorporating an insulating probe that can be inserted into an electromechanical device is desirable.
This device is capable of continuously measuring temperature during operation of an electromechanical device and is capable of effectively detecting the location of superheat temperatures within the electromechanical device, known as "hot spots." It should be something. This type of insulating probe should be vibration-insensitive in order to be most widely used. Furthermore, devices of this type must be reusable without repair, apart from the fuses, in order to minimize costs and service requirements. Measuring temperature is only the first step in the problem. That measurement information must then be communicated to the operator or control center for that particular machine. The area to be measured whose temperature is to be measured is most often located inside a complex of electrical and mechanical components. The area to be measured is
It may be located in the deepest, most difficult-to-access location of the machine. In the past, many techniques have been used to measure temperature. However, these conventional techniques are becoming unsuitable under severe conditions such as industrial high potentials. One conventional thermometer used a common thermocouple to measure temperature changes within a generator. This thermometer required the thermocouple lead to be routed through the generator housing. Therefore, high potential conductors and their associated bushings and insulation were required just to monitor temperature. One way to solve this problem was to use a wireless transmitter. However, connecting a wireless transmitter to a temperature sensor requires processing of the electromagnetic field. The electromagnetic field is
Interfere with signal transmission. Non-metallic, non-magnetic temperature sensors have been studied in the past. One of the methods investigated was the use of optical fibers. For example, US Pat. No. 3,960,017 discloses the use of optical fibers to optically read thermometers and transmit information from transformer windings. The temperature sensitivity is scaled linearly with temperature across opposing openings of the juxtaposed light pipes. Therefore, optical transmission that makes the optical intensity proportional to the temperature is partially blocked. Another solution involves the use of optical fibers in conjunction with liquid crystals. This method has been proposed for measuring temperature in biological studies of living tissues. As the temperature changes, the liquid crystal becomes opaque and partially blocks the transmitted light. The opacity is first calibrated against a standard thermometer and, in use, the liquid crystal containing probe is illuminated and read by a separate fiber optic light guide. Certain properties of the light guide itself are affected by changes in temperature. As will be explained below, one of these properties, the ratio of the refractive indices of the materials forming the light guide, is important for transmission and is temperature dependent. A temperature detection device according to the invention that utilizes a light guide to indicate temperature changes comprises at least one light guide, a light source, and a photodetector. The light guide has a cladding extending concentrically around the core. The core and cladding materials are selected such that their respective refractive indices vary with temperature over a predetermined temperature range. Light is transmitted through the light guide only while the refractive index of the cladding is less than the refractive index of the core. Therefore, by detecting changes in transmitted light, heating or cooling within a certain temperature range can be determined. A portion of the light guide is placed in thermally conductive relationship with a predetermined region whose temperature is to be measured. This area to be measured can be within electrical equipment such as a motor, generator or transformer. The light guide may remain inserted within the machine to measure temperature during design, testing, or operation. A light source provides a predetermined conditioned light to one end of the light guide for transmission to the other end. When the light reaches the other end of the light guide, its transmission is detected by a photodetector. The light source may provide, for example, white light, visible light, monochromatic light, ultraviolet light, or infrared light. The photodetector may be capable of visually detecting the transmitted light or may be capable of measuring a predetermined characteristic such as the intensity of the light. For example, if the transmitted light reaching the photodetector has an intensity detectably different from that of the supplied light, then the temperature of the region to be measured is equal to or equal to the critical temperature of that particular light guide. Is it possible to surpass that? Next, the present invention will be described in detail with reference to embodiments of the present invention based on the accompanying drawings. FIG. 1 shows the basic structure of a light guide 10. FIG. An axial section of a light guide 10 of the type used in the present invention is shown. As shown, light guide 10
includes a core 12 and a cladding 14 concentrically surrounding it. Core 12 and Clad 1
4 are constructed of selected glass, plastic and liquid, for example. Individual light guides or bundles of light guides are housed within a light jacket 16 to prevent cutting and wear of the core 12 and cladding 14 to maintain the integrity of light transmission. The light guide 10, also known as a fiber pipe or optic guide, essentially consists of:
It is a tube capable of optical transmission. Here, transmission means propagation or guiding of light. The transmitted light can be continuous or in the form of a pulsed signal. A light beam is transmitted only when the refractive index of core 12 is greater than the refractive index of cladding 14. The materials of core 12 and cladding 14 are selected such that their temperature dependent refractive indices change at different rates as temperature changes. In other words, the refractive index of each material is selected to have a relatively large and different temperature coefficient. Figure 2 shows the refraction versus temperature of a set of commercially available Schott glasses that can be used as core and cladding materials in the optical wavelength band of approximately 643 nm.

【表】 既知の市販の光ガイドは、典型的には、もし臨
界温度があるとしてもそれが工業上ありうる温度
の十分外側であるようなコア及びクラツドの材料
で構成されている。 第3図は、本発明によつて構成された温度検出
装置を略示しており、これは第2図を同時に参照
してみることによつて最もよく理解されうる。光
源20は、複数の光ガイド10の第1の端へ光を
供給する。光源20は、予め選択された光を供給
しうる通常の型のものであつてよく、例えば、発
光ダイオード(コヒーレント又は非コヒーレン
ト)、タングステンランプ又は単色光源であつて
よい。後述するように、屈折率は、伝送される光
の波長の関数である。従つて、光源20は、所定
波長帯の光を与えなければならない。更に、各光
ガイド10は、そのコア12の屈折率がそのクラ
ツド14の屈折率より大きいときにのみその第2
の端へ光を伝送することができる。 必ずしもそうする必要はないのであるが、第2
図に示した屈折率を有した各材料はコア12にも
クラツド14にも使用することができる。2つの
可能な選択のうちの第1のものにおいては、曲線
Aの材料をコア12に使用し、曲線Bの材料をク
ラツド14に使用する。コア12の屈折率がクラ
ツド14の屈折率を越えるときにのみ光が伝送さ
れるので、このように材料を選択した場合にこの
光の波長では臨界温度以下の温度、すなわちギリ
シヤ数字で示した領域においてのみ伝送がなさ
れる。光ガイド10に沿うどこかの点が臨界温度
より高くなると、光検出器22にはほとんど光は
達しなくなる。第2の材料の選択においては、曲
線Bの材料をコア12に使用し、曲線Aの材料を
クラツド14に使用する。この場合には、ギリシ
ヤ数字で示す領域においてのみ光が伝送され
る。 繰り返し説明するに、第3図の温度検出装置
は、(1)フアイバガイドに沿つての最も熱い点が臨
界温度を越えたかどうかを検知することができ、
また、(2)別の材料の組み合せを選ぶことにより、
最も冷い点が臨界温度以下となつたかどうかを検
知することができる。 図面についての説明中のこの時点で、可能な工
業上の適用例の1つに関して第3図の実施例の説
明を続けるのが最もよいであろう。この使用例で
は、1本の光ガイド10の少なくとも一部を、少
なくとも1つの被測定領域26と熱伝導関係に置
く。この被測定領域は、モータ、発電機又は変圧
器の如き電気機械的装置24内に位置しうる。こ
の温度検出装置は、例えば、その被測定領域26
の最も熱い部分の温度がその特定の光ガイド10
の臨界温度を何時越えたかを示す。光ガイド10
は、その電気機械的装置24の最大温度定格に等
しいか又は安全率をとつてその最大温度定格より
低い所定の臨界温度を有するように選定されるべ
きである。 光は所定の光源20から光ガイド10の第1の
端へ導入される。 光ガイド10の第2の端と光伝導関係で受光的
に配置された光検出器22は、予め選定された波
長帯での強度の如き光のある特性を監視又は検出
する。第3図に参照番号22A及び22Bで示し
たようないくつかの種々の光検出器を使用するこ
とができる。光検出器22Aは、伝送されてくる
光を視覚的に検査しうるようにする開口25を有
している。このような検査能力の代りに又はそれ
に加えて、計測能力が望まれる場合がある。光検
出器22Bは、そこに伝送された光に比例した電
気信号に変換するフオトダイオード、フオトトラ
ンジスタ又は光増倍器の如き光感知器28を備え
ている。この光感知器28は、計測手段30に電
気的に接続されており、更に必要に応じて、温度
の永久記録を行なうために記録手段34に接続さ
れる。計測手段30は、伝送された光の強度の変
化を示したり、又は、予め校正された電気信号の
振巾を示してその強度の定量値を読出すことがで
きる。 前述した温度検出装置は、温度依存光ガイドが
機械中の被測定領域に達するためにその被測定領
域より高い温度の点を通らねばならない場合に
は、不適当である。これらの高い温度の領域にお
いて光損失が生じ、従つて、光検出器に達する光
の量が被測定領域の温度を示すことにはならな
い。このため、被測定領域以外のところでの高い
温度によつて影響されないような温度検出プロー
ブが望まれる。この種のプローブは、ライン温度
センサと区別して、ポイント温度センサと称され
る。 ポイント温度プローブは、第7図に示すよう
に、前述したような温度依存光ガイド10のセグ
メントと、市販の通常の光ガイドの如き少なくと
も1つのデータリンク36と、光源20と、光検
出器22と、光ガイド10及びデータリンク36
を接続して光路を形成するようにするカツプリン
グ38とを備えている。例えば、カツプリング3
8は、機械的締付け具又は接着剤であつてよい。
データリンク36は、遭遇温度に亘つて比較的損
失のない(又は所定の伝送を行なうことのでき
る)任意の光伝送器であつてよい。 動作時、光ガイド10は、被測定領域26と熱
伝導関係に配置される。光は、光源20から第1
のデータリンク36へ、それから光ガイド10を
通して、更に第2のデータリンク36を通して光
検出器22へ伝送される。 もしいくつかの被測定領域を測定しようとする
場合には、各被測定領域を1つの光ガイドと熱伝
導関係におくようにして、データリンク−光ガイ
ド−データリンク接続を繰り返して設置すること
ができる。 屈折率は、前述したように、波長の関係であ
る。臨界温度はコア材料とクラツド材料との相対
屈折率によつて定められるので、各材料の屈折率
の変化によつてその臨界温度が移動する。 第4図は、種々な波長の光に対応した臨界温度
の範囲を示すグラフである。このグラフ並びに第
5図及び第6図のグラフのデータを求めるのに使
用した特定の光ガイドは、ベンゼン液体のコア及
びポリシクロヘキシル・メタクリレートのクラツ
ドからなるものであつた。この光ガイドでこれら
の波長の場合、光の波長が50ナノメートル変化す
ることにより臨界温度が約13゜だけ変化したこと
がわかる。 第5図は、更に、強度、波長及び温度の相互関
係を例示している。縦軸は、伝送光強度の百分率
損失を表わしている。供給光の波長は、200nm
であつた。このグラフからわかるように、第4図
におけるのと同じ温度範囲にわたつてこの波長で
は強度は27%だけ変化した。この強度の変化は、
光検出器22Aによつて目視されうる。 被測定領域の温度の定量的測定は、臨界温度の
このような変化を利用することによつて行なわれ
うる。白色光源(例えば、400nmから700nmま
での一様強度の光源)又は単色光源を使用するこ
とができる。 第3図を再び参照するに、光源20が白色光を
光ガイド10へ供給しているが、光ガイド10と
光検出器22との間にはそれらと光伝達関係で
光手段32が配置されるべきである。この光手
段32は、例えば、10nmの巾より小さな波長帯
を通すべきである。この光手段32は、例え
ば、フイルタ又はビームスプリツタであつてよ
い。ビームスプリツタを使用する場合には、検出
すべきビームの各々に対して光検出器22が必要
である。 1つの予め選定された波長の光又は10nmの巾
より狭いような狭い波長帯の光が光源20によつ
て供給される場合には、その強度は、光手段を
用いずに光検出器22によつて測定されうる。 第6図において、光の強度が2つの温度におけ
る波長に対してプロツトされている。光源から供
給された光は、説明上Ipとした所定の強度を有し
ている。 更に、理解し易くするため、可能な使用例を第
3図及び第6図について説明する。 この例では、光源20は白色光を供給し、光
手段32は436nm又は486nmの波長を通すこと
ができる。9.3℃では、436nmの光はその光ガイ
ドによつてもはや伝送されない。(光手段32
を用いない場合の光検出器22は、全強度Ioの減
少を示す。)被測定領域26のどれかを更に加熱
する場合、他の周波数の光が失われる。22℃で
は、486nmの光が伝送されなくなる。従つて、
その光を調べるために適当なフイルタを使用して
486nmの光が伝送されているが436nmの光が伝
送されていないことを見出せば、被測定領域26
の最高温度は9.3℃と22℃の間であることがわか
る。 光検出器22Aを使用して400nmと600nmと
の間の白色光を供給する場合には、開口を通して
放射される光は、9.3℃では青に見え、被測定領
域の加熱につれて目に見える色が変化し、他の周
波数が除去されるようになる。 白色光の代りに、調整しうる単色光源を用いる
場合には、所望の周波数のみを供給する必要があ
る。温度の上昇につれて、ある特定の周波数が伝
送されなくなることが予想される。 単一のガイドを使用したのでは、電気機械的装
置24内の高温点の大きさ及び位置を示すことが
できないし、電気機械的装置24の他の部分の熱
状態を示すこともできない。これらに関する情報
は、2つ以上の光ガイドを使用することによつて
与えることができる。各々異なつた臨界温度を有
した2つ以上の光ガイド10を、同じ被測定領域
26と熱伝導関係に配置することができる。これ
らの光ガイドは、例えば、同じ光ジヤケツト16
内に収容して共通の光源20によつて駆動されう
るが、これらの光ガイドは、別々の光検出器22
へ接続されねばならない。この時、光検出器22
は、どの臨界温度が越えられたかを示す。並置し
ているが異なつた被測定領域26と熱伝導関係に
少なくとも2つの光ガイド10を配置することに
より、電気機械的装置24内の温度を相互に独立
して監視することができると共に、高温点の位置
及びその大きさについての温度情報が与えられ
る。 本発明には下記の効果がある。 (1) 単一の光ガイドを使用して、電気機器中のど
の点が何時所定の温度よりも高くなつたかを警
告できる。 (2) 光ガイドは高電位、磁界および振動に影響さ
れない。 (3) 温度が正常値に戻るとガラスを通して光が再
伝送される点で、ヒユーズと対照的に、本装置
は再使用可能である。
Table 1 Known commercially available light guides are typically constructed of core and cladding materials whose critical temperatures, if any, are well outside industrially possible temperatures. FIG. 3 schematically depicts a temperature sensing device constructed in accordance with the present invention, which can be best understood by concurrently referring to FIG. A light source 20 provides light to a first end of the plurality of light guides 10. The light source 20 may be of any conventional type capable of providing a preselected light, for example a light emitting diode (coherent or non-coherent), a tungsten lamp or a monochromatic light source. As discussed below, the index of refraction is a function of the wavelength of the transmitted light. Therefore, the light source 20 must provide light in a predetermined wavelength band. Furthermore, each light guide 10 only has a second refractive index when the refractive index of its core 12 is greater than the refractive index of its cladding 14.
light can be transmitted to the edge of the Although it is not necessary to do so, the second
Materials having the refractive index shown can be used for both core 12 and cladding 14. In the first of two possible options, the material of curve A is used for the core 12 and the material of curve B is used for the cladding 14. Since light is transmitted only when the refractive index of the core 12 exceeds the refractive index of the cladding 14, this selection of materials will result in a temperature below the critical temperature for this wavelength of light, i.e. in the region indicated by Greek numerals. Transmission takes place only at If any point along the light guide 10 is above a critical temperature, very little light will reach the photodetector 22. In the second material selection, the material of curve B is used for the core 12 and the material of curve A is used for the cladding 14. In this case, light is transmitted only in the area indicated by the Greek numerals. To reiterate, the temperature sensing device of FIG. 3 is capable of (1) detecting whether the hottest point along the fiber guide exceeds a critical temperature;
Also, (2) by choosing a different combination of materials,
It is possible to detect whether the coldest point has fallen below a critical temperature. At this point in the discussion of the drawings, it may be best to continue the description of the embodiment of FIG. 3 with respect to one of its possible industrial applications. In this example of use, at least a portion of one light guide 10 is placed in thermally conductive relationship with at least one region 26 to be measured. This region to be measured may be located within the electromechanical device 24, such as a motor, generator, or transformer. This temperature detection device, for example,
The temperature of the hottest part of that particular light guide 10
It shows when the critical temperature of is exceeded. light guide 10
should be selected to have a predetermined critical temperature equal to or a safety factor below the maximum temperature rating of the electromechanical device 24. Light is introduced into the first end of the light guide 10 from a predetermined light source 20 . A photodetector 22 disposed in optically conductive relationship with the second end of the light guide 10 monitors or detects certain characteristics of the light, such as intensity in a preselected wavelength band. A number of different photodetectors can be used, such as those shown at 22A and 22B in FIG. The photodetector 22A has an aperture 25 that allows the transmitted light to be visually inspected. Instead of or in addition to such inspection capabilities, metrology capabilities may be desired. Photodetector 22B includes a photosensor 28, such as a photodiode, phototransistor, or photomultiplier, that converts the light transmitted thereto into an electrical signal proportional to it. This light sensor 28 is electrically connected to measuring means 30 and, if necessary, to recording means 34 for permanent recording of the temperature. The measuring means 30 can indicate changes in the intensity of the transmitted light or indicate the amplitude of a pre-calibrated electrical signal and read out a quantitative value of the intensity. The temperature detection device described above is unsuitable if the temperature-dependent light guide has to pass through a point of higher temperature than the region to be measured in order to reach the region to be measured in the machine. Light loss occurs in these areas of high temperature, so the amount of light that reaches the photodetector is not indicative of the temperature of the area being measured. Therefore, a temperature detection probe that is not affected by high temperatures outside the measurement area is desired. This type of probe is called a point temperature sensor to distinguish it from a line temperature sensor. The point temperature probe, as shown in FIG. , the light guide 10 and the data link 36
A coupling ring 38 is provided to connect the two to form an optical path. For example, coupling 3
8 may be a mechanical fastener or an adhesive.
Data link 36 may be any optical transmitter that is relatively lossless (or capable of providing a given transmission) over the temperatures encountered. In operation, light guide 10 is placed in thermally conductive relationship with region 26 to be measured. The light is transmitted from the light source 20 to the first
data link 36 , then through the light guide 10 and then through the second data link 36 to the photodetector 22 . If several measurement areas are to be measured, the data link-light guide-data link connection should be repeated, with each measurement area in thermal conductive relationship with one light guide. Can be done. As mentioned above, the refractive index is related to wavelength. Since the critical temperature is determined by the relative refractive indices of the core and cladding materials, changes in the refractive index of each material shift the critical temperature. FIG. 4 is a graph showing critical temperature ranges corresponding to light of various wavelengths. The particular light guide used to generate the data for this graph and the graphs of FIGS. 5 and 6 consisted of a benzene liquid core and a polycyclohexyl methacrylate cladding. This light guide shows that for these wavelengths, a 50 nanometer change in the wavelength of the light changes the critical temperature by about 13 degrees. FIG. 5 further illustrates the interrelationship of intensity, wavelength and temperature. The vertical axis represents the percentage loss of transmitted light intensity. The wavelength of the supplied light is 200nm
It was hot. As can be seen from this graph, the intensity changed by 27% at this wavelength over the same temperature range as in Figure 4. This change in intensity is
It can be visually observed by the photodetector 22A. Quantitative measurements of the temperature of the region to be measured can be made by utilizing such changes in critical temperature. A white light source (eg, a uniform intensity light source from 400 nm to 700 nm) or a monochromatic light source can be used. Referring again to FIG. 3, while the light source 20 provides white light to the light guide 10, a light means 32 is disposed between the light guide 10 and the photodetector 22 in optical communication therewith. Should. This optical means 32 should pass, for example, a wavelength band smaller than 10 nm wide. This optical means 32 may be, for example, a filter or a beam splitter. If a beam splitter is used, a photodetector 22 is required for each beam to be detected. If light of one preselected wavelength or a narrow band of wavelengths, such as narrower than 10 nm wide, is provided by the light source 20, its intensity can be applied to the photodetector 22 without optical means. Therefore, it can be measured. In FIG. 6, light intensity is plotted against wavelength at two temperatures. The light supplied from the light source has a predetermined intensity, designated as I p for purposes of explanation. Further, for ease of understanding, possible usage examples will be described with reference to FIGS. 3 and 6. In this example, the light source 20 provides white light and the light means 32 is capable of passing wavelengths of 436 nm or 486 nm. At 9.3° C., 436 nm light is no longer transmitted by the light guide. (Light means 32
The photodetector 22 without Io shows a decrease in the total intensity Io. ) If any of the regions 26 to be measured are further heated, light at other frequencies will be lost. At 22°C, 486nm light is no longer transmitted. Therefore,
using a suitable filter to examine the light
If it is found that 486 nm light is being transmitted but 436 nm light is not being transmitted, the area to be measured 26
It can be seen that the maximum temperature of is between 9.3℃ and 22℃. When photodetector 22A is used to provide white light between 400nm and 600nm, the light emitted through the aperture appears blue at 9.3°C and changes in visible color as the area being measured heats up. changes and other frequencies are removed. If, instead of white light, a tunable monochromatic light source is used, only the desired frequencies need to be provided. As temperature increases, it is expected that certain frequencies will no longer be transmitted. Using a single guide cannot indicate the size and location of hot spots within electromechanical device 24, nor can it indicate the thermal state of other portions of electromechanical device 24. Information about these can be provided by using more than one light guide. Two or more light guides 10, each having a different critical temperature, can be placed in thermally conductive relationship with the same region to be measured 26. These light guides may e.g.
Although these light guides can be housed within and driven by a common light source 20, they are separated by separate photodetectors 22.
must be connected to. At this time, the photodetector 22
indicates which critical temperature has been exceeded. By arranging at least two light guides 10 in thermally conductive relationship with juxtaposed but different regions 26 to be measured, the temperature within the electromechanical device 24 can be monitored independently of each other and the high temperature Temperature information is provided about the location of the point and its size. The present invention has the following effects. (1) A single light guide can be used to warn which point in an electrical device and when the temperature is higher than a predetermined temperature. (2) The light guide is insensitive to high potentials, magnetic fields and vibrations. (3) In contrast to fuses, the device is reusable in that the light is retransmitted through the glass once the temperature returns to normal.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明に使用される型の光ガイドの一
部破断拡大斜視図、第2図はある特定のコア材料
及びクラツド材料の屈折率の温度依存性を示すグ
ラフ、第3図は本発明の一実施例としての温度検
出装置の概略図、第4図は種々異なる光波長に対
応する臨界温度範囲を示すグラフ、第5図は1つ
の特定の波長に対する温度対伝送光強度の百分率
損失を示すグラフ、第6図は2つの温度に対する
波長対伝送光強度を示すグラフ、第7図は本発明
の一実施例としてのポイント温度プローブの概略
図である。 10……光ガイド、12……コア、14……ク
ラツド、20……光源、22……光検出器、26
……被測定領域。
FIG. 1 is a partially cutaway, enlarged perspective view of a light guide of the type used in the present invention; FIG. 2 is a graph showing the temperature dependence of the refractive index of certain core and cladding materials; and FIG. A schematic diagram of a temperature detection device as an embodiment of the invention; FIG. 4 is a graph showing critical temperature ranges corresponding to different wavelengths of light; FIG. 5 is a graph showing temperature vs. percentage loss of transmitted light intensity for one specific wavelength; FIG. 6 is a graph showing wavelength versus transmitted light intensity for two temperatures, and FIG. 7 is a schematic diagram of a point temperature probe as an embodiment of the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Light guide, 12... Core, 14... Clad, 20... Light source, 22... Photodetector, 26
...Measurement area.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 コア及びこのコアのまわりに円筒状に延長す
るクラツドを含む少なくとも1つの光ガイドと、
この光ガイドの第1の端へ所定の光を供給するた
めの光源と、前記光ガイドの第2の端へ伝送され
る光の存在又は不存を検出して前記光ガイドがさ
らされる温度が或る温度範囲のそれぞれ第1部分
又は第2部分にあることを示すための手段とを備
え、前記コア及び前記クラツドが前記温度範囲に
亘つて温度依存性屈折率を有するそれぞれ第1材
料及び第2材料で作られ、前記第1コア材料は、
前記光ガイドが光を伝送する前記温度範囲の第1
部分に亘つて前記第2クラツド材料よりも大きい
屈折率を有し、かつ前記光ガイドが光を伝送しな
い前記温度範囲の第2部分に亘つて前記第2クラ
ツド材料と等しいか又は小さい屈折率を有し、そ
して検出手段は、伝送された光に応答しこの光を
計測手段と相関した電気信号に変換する光感知器
を含む温度検出装置。 2 少なくとも2つの光ガイドはそれぞれ異なる
コア材料及びクラツド材料を有し、光源は各光ガ
イドの第1の端へ光を供給し、そして検出手段は
各光ガイドの第2の端へ伝送された光を別々に検
出することを特徴とする特許請求の範囲第1項記
載の温度検出装置。 3 光源は同一強度の所定の白色光を供給し、 検出手段は、伝送されてきた光をその強度に比
例する電気信号に変換するための光感知器、光ガ
イドの第2の端と前記光感知器の間でこれらと光
通信関係に置かれた光手段、および前記光感知
器からの電気信号を計測するための手段を備え
る、 特許請求の範囲第1項記載の温度検出装置。 4 光手段は10nm巾より小さな波長帯の光を
通し、そして計測手段は電気信号の変化を測定す
る特許請求の範囲第3項記載の温度検出装置。 5 光手段は10nm巾より小さな波長帯の光を
通し、そして計測手段は予め較正した電気信号の
振幅を測定し、これにより光感知器へ伝送された
光の強度を与える特許請求の範囲第3項記載の温
度検出装置。 6 光源と光ガイドの第1の端との間に光学的に
配置され、温度範囲の第1部分及び第2部分の両
方に亘つて供給された光を所定通り伝送できる第
1のデータリンクと、この第1のデータリンクを
前記光ガイドの第1の端へ機械的に結合するため
の手段と、前記光ガイドの第2の端と光感知器と
の間に光学的に配置され、前記温度範囲の第1部
分及び第2部分の両方に亘つて供給された光を所
定通り伝送できる第2のデータリンクと、この第
2のデータリンクへ前記光ガイドの第2の端を機
械的に結合するための手段とを含む特許請求の範
囲第1項ないし第5項のいずれか記載の温度検出
装置。 7 第1位置にある目標区域の温度情報を得て前
記第1位置から離れた所にあり得る第2位置にお
いてそのような温度情報を取り出す方法であつ
て、光源と前記第2位置にある光検出器との間の
光路中に、前記光源の近くにあつて前記光源から
光を受ける第1の端および前記光検出器の近くに
あつて前記光検出器へ光を供給する第2の端並び
に所定の温度依存特性を有する光ガイドを配設し
て前記目標区域に通すステツプと、前記光源から
前記光ガイドの第1の端へ光を供給するステツプ
と、予め選択した波長を通すように光を光する
ことにより、光が前記光ガイドを通して前記第2
の端へ伝送されたかどうかを前記光検出器で検出
して、前記温度区域が温度範囲の第1部分にある
か第2部分にあるかを示すステツプと、光した
光を、伝送された光の強度に比例しかつ前記温度
区域の温度を示す電気信号に変換するステツプと
から成り、前記光ガイドの所定の温度依存特性は
前記光ガイドのコア材料とクラツド材料の屈折率
の相対的な値に依存して、一定の温度範囲におい
てその第1部分では再使用可能に光伝送性である
が、前記温度範囲の第2部分では光不伝送性であ
る温度情報を得る方法。
Claims: 1. at least one light guide including a core and a cladding extending cylindrically around the core;
a light source for providing a predetermined light to a first end of the light guide and a temperature to which the light guide is exposed for detecting the presence or absence of light transmitted to a second end of the light guide; means for indicating that the material is in a first portion or a second portion, respectively, of a temperature range; the first core material is made of two materials;
the first of said temperature ranges in which said light guide transmits light;
having a refractive index greater than the second cladding material over a portion thereof and having a refractive index equal to or less than the second cladding material over a second portion of the temperature range in which the light guide does not transmit light; a temperature sensing device, wherein the sensing means includes a light sensor responsive to the transmitted light and converting the light into an electrical signal correlated with the measuring means. 2 The at least two light guides each have a different core material and cladding material, a light source provides light to a first end of each light guide, and a detection means is transmitted to a second end of each light guide. 2. The temperature detection device according to claim 1, wherein the temperature detection device detects the light separately. 3. The light source supplies a predetermined white light of the same intensity, and the detection means includes a light sensor for converting the transmitted light into an electrical signal proportional to the intensity thereof, and a second end of the light guide and the said light. 2. The temperature detection device according to claim 1, further comprising optical means placed in optical communication between the sensors and means for measuring electrical signals from the optical sensors. 4. The temperature detection device according to claim 3, wherein the optical means passes light in a wavelength band smaller than 10 nm, and the measuring means measures changes in the electrical signal. 5. The optical means passes light in a wavelength band less than 10 nm wide, and the measuring means measures the amplitude of the pre-calibrated electrical signal, thereby providing the intensity of the light transmitted to the light sensor. Temperature detection device described in section. 6. a first data link optically disposed between the light source and the first end of the light guide and capable of selectively transmitting the provided light over both the first and second portions of the temperature range; , means for mechanically coupling the first data link to a first end of the light guide; and means optically disposed between the second end of the light guide and a light sensor; a second data link capable of predetermined transmission of the provided light over both the first and second portions of the temperature range; and mechanically connecting the second end of the light guide to the second data link. 6. The temperature detection device according to claim 1, further comprising means for coupling. 7. A method for obtaining temperature information of a target area at a first location and retrieving such temperature information at a second location that may be remote from the first location, the method comprising: a light source and a light source at the second location; a first end that is near the light source and receives light from the light source and a second end that is near the photodetector and supplies light to the photodetector, in the optical path between the detector and the photodetector; and arranging a light guide having predetermined temperature dependent properties to pass through the target area; providing light from the light source to a first end of the light guide; and passing a preselected wavelength. By shining light, the light passes through the light guide to the second
detecting with the photodetector whether the transmitted light is transmitted to an end of the temperature range to indicate whether the temperature zone is in a first part or a second part of the temperature range; converting the predetermined temperature-dependent characteristic of the light guide into an electrical signal proportional to the intensity of the light guide and indicative of the temperature of the temperature zone, the predetermined temperature dependent property of the light guide being determined by the relative values of the refractive indices of the core material and the cladding material of the light guide. A method for obtaining temperature information which is reusably optically transparent in a first part thereof in a certain temperature range, but optically non-transmissive in a second part of said temperature range, depending on the temperature range.
JP1926980A 1979-02-22 1980-02-20 Temperature detector Granted JPS55114928A (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US1401479A 1979-02-22 1979-02-22

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS55114928A JPS55114928A (en) 1980-09-04
JPH0146809B2 true JPH0146809B2 (en) 1989-10-11

Family

ID=21763023

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP1926980A Granted JPS55114928A (en) 1979-02-22 1980-02-20 Temperature detector

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS55114928A (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5770420A (en) * 1980-10-22 1982-04-30 Fujitsu Ltd Temperature measuring device using optical fiber
JPS59206729A (en) * 1983-05-11 1984-11-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd Temperature detecting device
JPS629240A (en) * 1985-07-05 1987-01-17 Tokyo Electric Power Co Inc:The Optical fiber type temperature sensor
JPH01285828A (en) * 1988-05-13 1989-11-16 Yazaki Corp Cable for detection of temperature

Also Published As

Publication number Publication date
JPS55114928A (en) 1980-09-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4316388A (en) Temperature detection using the refractive indices of light guides
US7377689B2 (en) Transformer temperature monitoring and control
CA1158888A (en) Optical fiber temperature sensor
US4302970A (en) Optical temperature probe employing rare earth absorption
US20060251147A1 (en) Transformer temperature monitoring and control
CN102313568B (en) The distribution type optical fiber sensing equipment that a kind of Brillouin and Raman detect simultaneously
Betta et al. An enhanced fiber-optic temperature sensor system for power transformer monitoring
JP2740206B2 (en) Thermal radiation type low temperature measuring instrument
US6776522B2 (en) Apparatus and system for monitoring temperature of high voltage conductors
US4689483A (en) Fiber optical temperature measuring apparatus
CN103759855B (en) Temperature sensing system with FBG
CN106841748B (en) Full optical path voltage measurement system and method based on inverse piezoelectric effect and fiber grating
CN102721484B (en) Distributed optical fiber sensing device based on brillouin scattering
CN111238682A (en) Power transformer oil temperature monitoring system based on fiber bragg grating
JPH0146809B2 (en)
Miao et al. Simultaneous measurement of strain and temperature using single tilted fibre Bragg grating
RU2557577C1 (en) Measuring device of value of wear and temperature of product at friction
US20040105607A1 (en) Method and apparatus for continuous measurement of the refractive index of fluid
Marrazzo et al. Fiber optic monitoring system ready for 4-20mA industrial control standard
KR102568237B1 (en) Temperature measurement method based on the fluorescence characteristic of optical material and temperature sensor using the same
KR102623962B1 (en) Fiber optic sensor probe for diagnosis of transformer insuation oil aging
KR102508521B1 (en) Temperature measurement method based on the optical transimission characteristic of optical material and temperature sensor using the same
JP3143846B2 (en) Contact type optical fiber sensor
JPS62159027A (en) Detecting device for degree of deterioration of oil
Mikolajek et al. Research Article Temperature Measurement Using Optical Fiber Methods: Overview and Evaluation