JP2003344183A - ファイバグレーティング型温度センサ及び温度計測システム - Google Patents
ファイバグレーティング型温度センサ及び温度計測システムInfo
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- JP2003344183A JP2003344183A JP2002151897A JP2002151897A JP2003344183A JP 2003344183 A JP2003344183 A JP 2003344183A JP 2002151897 A JP2002151897 A JP 2002151897A JP 2002151897 A JP2002151897 A JP 2002151897A JP 2003344183 A JP2003344183 A JP 2003344183A
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- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 外力の影響を受けることなく安定した温度計
測を可能とする。 【解決手段】 ファイバグレーティング型温度センサの
検出素子部は、光ファイバ１と、この光ファイバ１の一
部に形成されたファイバグレーティング２と、このファ
イバグレーティング２の両端部の光ファイバ１をファイ
バグレーティング２との接触を避けつつ保持する固定部
材４とを有する。
測を可能とする。 【解決手段】 ファイバグレーティング型温度センサの
検出素子部は、光ファイバ１と、この光ファイバ１の一
部に形成されたファイバグレーティング２と、このファ
イバグレーティング２の両端部の光ファイバ１をファイ
バグレーティング２との接触を避けつつ保持する固定部
材４とを有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、温度検出を行うフ
ァイバグレーティング型温度センサ及び温度計測システ
ムに関するものである。
ァイバグレーティング型温度センサ及び温度計測システ
ムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】最近、ファイバグレーティング（Fiber
Bragg Grating、以下、ＦＢＧと略す）と称するファイ
バ型検出素子を用いたひずみセンサや温度センサの開発
が進められている。すなわち、これらのセンサは、入力
する光の進行方向にグレーティング（回折格子）を構成
し、温度やひずみによって光ファイバが伸縮した際、光
ファイバに書き込まれたグレーティングのピッチが変化
すると、その変化に応じてグレーティングからブラッグ
反射する光のピーク波長（ブラッグ波長という）が変化
すること、あるいはグレーティングを透過する光のスペ
クトルが変化、すなわちディップ光の中心波長（この中
心波長もブラッグ波長という）が変化することを利用す
るものである。
Bragg Grating、以下、ＦＢＧと略す）と称するファイ
バ型検出素子を用いたひずみセンサや温度センサの開発
が進められている。すなわち、これらのセンサは、入力
する光の進行方向にグレーティング（回折格子）を構成
し、温度やひずみによって光ファイバが伸縮した際、光
ファイバに書き込まれたグレーティングのピッチが変化
すると、その変化に応じてグレーティングからブラッグ
反射する光のピーク波長（ブラッグ波長という）が変化
すること、あるいはグレーティングを透過する光のスペ
クトルが変化、すなわちディップ光の中心波長（この中
心波長もブラッグ波長という）が変化することを利用す
るものである。
【０００３】グレーティングは、ゲルマニウム（Ｇｅ）
を添加した石英ガラスのコアに対してコヒーレントな紫
外レーザ光もしくはＸ線レーザを照射することで、所望
の部分に光誘起屈折率変化を引き起こし、屈折率の縞を
形成することによって作製される。光ファイバのコアに
かかれたグレーティングのピッチをΛ、グレーティング
が書き込まれている部分における光ファイバのコアの実
効屈折率をｎとすると、ピッチΛと屈折率ｎとブラッグ
波長λB との関係は式（１）により示される。 λB＝２×ｎ×Λ ・・・（１）
を添加した石英ガラスのコアに対してコヒーレントな紫
外レーザ光もしくはＸ線レーザを照射することで、所望
の部分に光誘起屈折率変化を引き起こし、屈折率の縞を
形成することによって作製される。光ファイバのコアに
かかれたグレーティングのピッチをΛ、グレーティング
が書き込まれている部分における光ファイバのコアの実
効屈折率をｎとすると、ピッチΛと屈折率ｎとブラッグ
波長λB との関係は式（１）により示される。 λB＝２×ｎ×Λ ・・・（１）
【０００４】このＦＢＧにおいて温度に対する応答性は
式（２）により示される。すなわち与えられた温度変化
量をΔＴとし、ブラッグ波長をλB 、そのシフト量をΔ
λBとすると、ブラッグ波長λB とそのシフト量ΔλB
と温度変化量ΔＴとの間には次式の関係が成り立つ。 ΔλB／λB＝（α＋ξ）ΔＴ ・・・（２）
式（２）により示される。すなわち与えられた温度変化
量をΔＴとし、ブラッグ波長をλB 、そのシフト量をΔ
λBとすると、ブラッグ波長λB とそのシフト量ΔλB
と温度変化量ΔＴとの間には次式の関係が成り立つ。 ΔλB／λB＝（α＋ξ）ΔＴ ・・・（２）
【０００５】ここで、αは光ファイバの線膨張係数であ
り、ξは屈折率の温度変化を表す熱光学係数で、この係
数ξは温度とＧｅ濃度によって変化する。使用する波長
帯が１５５０ｎｍでは、室温付近の値はαが０．５５×
１０-6／℃であり、ξは約８．０×１０-6／℃である。
したがって、αよりもξが大きいので、温度による影響
は石英ガラスの膨張よりも屈折率による変化が大きいこ
とが明らかとなっている。
り、ξは屈折率の温度変化を表す熱光学係数で、この係
数ξは温度とＧｅ濃度によって変化する。使用する波長
帯が１５５０ｎｍでは、室温付近の値はαが０．５５×
１０-6／℃であり、ξは約８．０×１０-6／℃である。
したがって、αよりもξが大きいので、温度による影響
は石英ガラスの膨張よりも屈折率による変化が大きいこ
とが明らかとなっている。
【０００６】従来、このＦＢＧを用いた温度センサとし
ては、図７に示すようにＦＢＧ２を有する光ファイバ１
を金属材料３に接着剤等で直接貼り付けたものを使用
し、金属材料３の熱膨張によって温度を計測していた。
また、ＦＢＧを用いた温度センサの他の例としては、特
開２００１−０４２１４２号公報や特開２００１−１９
４２４９号公報に開示されたものが挙げられる。特開２
００１−０４２１４２号公報に開示された温度センサで
は、ＦＢＧを素線の状態のままとし、ＦＢＧの表面を被
覆する樹脂材を、低温領域において一定の線膨張係数を
有する材料にしたことを特徴としている。また、特開２
００１−１９４２４９号公報に開示された温度センサで
は、ＦＢＧを固定部材に全面的に貼りつける方式を採っ
ており、固定部材にバイメタル材料を利用し、バイメタ
ル材料が温度によって歪むことによりＦＢＧを伸縮させ
て温度を計測していた。
ては、図７に示すようにＦＢＧ２を有する光ファイバ１
を金属材料３に接着剤等で直接貼り付けたものを使用
し、金属材料３の熱膨張によって温度を計測していた。
また、ＦＢＧを用いた温度センサの他の例としては、特
開２００１−０４２１４２号公報や特開２００１−１９
４２４９号公報に開示されたものが挙げられる。特開２
００１−０４２１４２号公報に開示された温度センサで
は、ＦＢＧを素線の状態のままとし、ＦＢＧの表面を被
覆する樹脂材を、低温領域において一定の線膨張係数を
有する材料にしたことを特徴としている。また、特開２
００１−１９４２４９号公報に開示された温度センサで
は、ＦＢＧを固定部材に全面的に貼りつける方式を採っ
ており、固定部材にバイメタル材料を利用し、バイメタ
ル材料が温度によって歪むことによりＦＢＧを伸縮させ
て温度を計測していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開２
００１−０４２１４２号公報に開示された温度センサの
ように、ＦＢＧを素線のまま使用すると、外部から応力
が加わった際、温度ではなく他の要因、すなわち応力に
よって検出信号が変化してしまうので、正確な温度計測
ができないという問題点があった。例えば、温度センサ
を液面につけた場合、液体の温度だけでなくその流れに
よってもＦＢＧが伸縮してしまい、目的の温度出力が検
出できないことが考えられる。
００１−０４２１４２号公報に開示された温度センサの
ように、ＦＢＧを素線のまま使用すると、外部から応力
が加わった際、温度ではなく他の要因、すなわち応力に
よって検出信号が変化してしまうので、正確な温度計測
ができないという問題点があった。例えば、温度センサ
を液面につけた場合、液体の温度だけでなくその流れに
よってもＦＢＧが伸縮してしまい、目的の温度出力が検
出できないことが考えられる。
【０００８】また、特開２００１−１９４２４９号公報
に開示された温度センサのように、ＦＢＧを固定部材に
全面的に固定してしまうと、接着剤に含まれる空気や不
純物の混入により接着むらが生じ、また温度によって接
着剤が伸縮するので、ＦＢＧの伸縮にバラツキが生じ、
安定した温度計測ができないという問題点があった。
に開示された温度センサのように、ＦＢＧを固定部材に
全面的に固定してしまうと、接着剤に含まれる空気や不
純物の混入により接着むらが生じ、また温度によって接
着剤が伸縮するので、ＦＢＧの伸縮にバラツキが生じ、
安定した温度計測ができないという問題点があった。
【０００９】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、外力の影響を受けることなく安定した温度
計測が可能なファイバグレーティング型温度センサ及び
温度計測システムを提供することを目的とする。
れたもので、外力の影響を受けることなく安定した温度
計測が可能なファイバグレーティング型温度センサ及び
温度計測システムを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、ファイバグレ
ーティングを用いる検出素子部を備えたファイバグレー
ティング型温度センサであって、前記検出素子部は、光
ファイバと、この光ファイバの一部に形成されたファイ
バグレーティングと、このファイバグレーティングの両
端部の前記光ファイバを前記ファイバグレーティングと
の接触を避けつつ保持する固定部材とを有するものであ
る。また、本発明のファイバグレーティング型温度セン
サの１構成例において、前記固定部材は、張力を加えた
状態で前記光ファイバを保持するものである。また、本
発明のファイバグレーティング型温度センサの１構成例
において、前記固定部材は、前記光ファイバと略等しい
線膨張係数を有する材料からなるものである。また、本
発明のファイバグレーティング型温度センサの１構成例
において、前記検出素子部を覆う保護部材を有するもの
である。また、本発明のファイバグレーティング型温度
計測システムは、直列に複数接続された前記ファイバグ
レーティング型温度センサと、複数の前記ファイバグレ
ーティング型温度センサを直列に接続した光ファイバの
末端から光を入射させて、各ファイバグレーティング型
温度センサのファイバグレーティングからの反射波長を
出力として検出する計測装置とを備えるものであり、各
ファイバグレーティング型温度センサのファイバグレー
ティングは、互いに反射波長帯域が異なるものである。
ーティングを用いる検出素子部を備えたファイバグレー
ティング型温度センサであって、前記検出素子部は、光
ファイバと、この光ファイバの一部に形成されたファイ
バグレーティングと、このファイバグレーティングの両
端部の前記光ファイバを前記ファイバグレーティングと
の接触を避けつつ保持する固定部材とを有するものであ
る。また、本発明のファイバグレーティング型温度セン
サの１構成例において、前記固定部材は、張力を加えた
状態で前記光ファイバを保持するものである。また、本
発明のファイバグレーティング型温度センサの１構成例
において、前記固定部材は、前記光ファイバと略等しい
線膨張係数を有する材料からなるものである。また、本
発明のファイバグレーティング型温度センサの１構成例
において、前記検出素子部を覆う保護部材を有するもの
である。また、本発明のファイバグレーティング型温度
計測システムは、直列に複数接続された前記ファイバグ
レーティング型温度センサと、複数の前記ファイバグレ
ーティング型温度センサを直列に接続した光ファイバの
末端から光を入射させて、各ファイバグレーティング型
温度センサのファイバグレーティングからの反射波長を
出力として検出する計測装置とを備えるものであり、各
ファイバグレーティング型温度センサのファイバグレー
ティングは、互いに反射波長帯域が異なるものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】［第１の実施の形態］以下、本発
明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明す
る。図１は本発明の第１の実施の形態となるＦＢＧ型温
度センサの構成を示す平面図である。本実施の形態のＦ
ＢＧ型温度センサの検出素子部は、光ファイバ１と、こ
の光ファイバ１の一部に形成されたＦＢＧ２と、ＦＢＧ
２の両端部の光ファイバ１をＦＢＧ２との接触を避けつ
つ保持する固定部材４とを有する。
明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明す
る。図１は本発明の第１の実施の形態となるＦＢＧ型温
度センサの構成を示す平面図である。本実施の形態のＦ
ＢＧ型温度センサの検出素子部は、光ファイバ１と、こ
の光ファイバ１の一部に形成されたＦＢＧ２と、ＦＢＧ
２の両端部の光ファイバ１をＦＢＧ２との接触を避けつ
つ保持する固定部材４とを有する。
【００１２】固定部材４には、ＦＢＧ２との接触を避け
る逃げとなる切り欠き部１４が形成されている。このた
め、ＦＢＧ２は固定部材４に固定されておらず、中空に
浮いた状態であり、ＦＢＧ２の両端部１２の光ファイバ
１が固定部材４の両端部によって保持されている。この
ような状態で、ＦＢＧ２は、温度測定対象の気体や液体
に触れることになる。光ファイバ１の固定部材４への取
り付けは、光ファイバ１を板材で押さえて固定部材４に
ねじ止めする程度のものでよく、樹脂で接着してもよ
い。
る逃げとなる切り欠き部１４が形成されている。このた
め、ＦＢＧ２は固定部材４に固定されておらず、中空に
浮いた状態であり、ＦＢＧ２の両端部１２の光ファイバ
１が固定部材４の両端部によって保持されている。この
ような状態で、ＦＢＧ２は、温度測定対象の気体や液体
に触れることになる。光ファイバ１の固定部材４への取
り付けは、光ファイバ１を板材で押さえて固定部材４に
ねじ止めする程度のものでよく、樹脂で接着してもよ
い。
【００１３】本実施の形態では、ＦＢＧ２の両端部１２
の光ファイバ１を固定部材４に接着剤で固定している。
フェノール系の接着剤あるいはエポキシ系の接着剤で
は、−１９６℃の低温でも接着可能なものがあるので、
このような接着剤を使用すれば、極低温までの温度計測
が可能である。一方、エポキシ系の接着剤には８００℃
の高温まで接着可能なものもあり、さらに高温まで接着
可能なものとしてはセラミックス系の接着剤もある。光
ファイバ１の材料である石英ガラスのガラス転移点は１
２００℃程度までもつので、ＦＢＧ２からの出力光が得
られる範囲の高温まで温度計測が可能である。
の光ファイバ１を固定部材４に接着剤で固定している。
フェノール系の接着剤あるいはエポキシ系の接着剤で
は、−１９６℃の低温でも接着可能なものがあるので、
このような接着剤を使用すれば、極低温までの温度計測
が可能である。一方、エポキシ系の接着剤には８００℃
の高温まで接着可能なものもあり、さらに高温まで接着
可能なものとしてはセラミックス系の接着剤もある。光
ファイバ１の材料である石英ガラスのガラス転移点は１
２００℃程度までもつので、ＦＢＧ２からの出力光が得
られる範囲の高温まで温度計測が可能である。
【００１４】光ファイバ１の固定部材４への取り付け
は、光ファイバ１を張った状態、例えばＦＢＧ２に１０
ｇ程度の張力をかけた状態で接着固定した方がよい。こ
れにより、光ファイバ１の張力の遊びをなくすことがで
き、光ファイバ自体のたわみによるＦＢＧ２からの反射
波長のずれ、すなわち出力信号のずれをなくすことがで
きる。
は、光ファイバ１を張った状態、例えばＦＢＧ２に１０
ｇ程度の張力をかけた状態で接着固定した方がよい。こ
れにより、光ファイバ１の張力の遊びをなくすことがで
き、光ファイバ自体のたわみによるＦＢＧ２からの反射
波長のずれ、すなわち出力信号のずれをなくすことがで
きる。
【００１５】ＦＢＧ自体は固定部材４に接着されていな
いので、接着むらによる出力変動が発生することはな
い。また、ＦＢＧ２を固定部材４に接触することなく中
空に浮いた状態にしていることから、強い応力が外部か
ら加わらない限り、ＦＢＧ２は応力によっては伸縮せず
状態を維持する。その結果、ＦＢＧ２は温度変化によっ
てのみ均一に膨張あるいは収縮し、また同時にＦＢＧ固
有の屈折率変化によって定量的な出力を得ることが可能
となり、精度の高い温度計測が可能となる。
いので、接着むらによる出力変動が発生することはな
い。また、ＦＢＧ２を固定部材４に接触することなく中
空に浮いた状態にしていることから、強い応力が外部か
ら加わらない限り、ＦＢＧ２は応力によっては伸縮せず
状態を維持する。その結果、ＦＢＧ２は温度変化によっ
てのみ均一に膨張あるいは収縮し、また同時にＦＢＧ固
有の屈折率変化によって定量的な出力を得ることが可能
となり、精度の高い温度計測が可能となる。
【００１６】また、固定部材４には、光ファイバ１と略
等しい線膨張係数を有する材料を用いることが好まし
い。このような材料としては、光ファイバ１と同じ材質
の石英ガラス、あるいは線膨張係数が１．０×１０-6以
下であるスーパーインバー材、あるいは線膨張係数が同
程度の液晶ポリマ材がある。本実施の形態では、固定部
材４の材料に石英ガラスを使用している。石英ガラスの
線膨張係数は、０．５×１０-6で、光ファイバ１の線膨
張係数とほぼ等しい値である。
等しい線膨張係数を有する材料を用いることが好まし
い。このような材料としては、光ファイバ１と同じ材質
の石英ガラス、あるいは線膨張係数が１．０×１０-6以
下であるスーパーインバー材、あるいは線膨張係数が同
程度の液晶ポリマ材がある。本実施の形態では、固定部
材４の材料に石英ガラスを使用している。石英ガラスの
線膨張係数は、０．５×１０-6で、光ファイバ１の線膨
張係数とほぼ等しい値である。
【００１７】固定部材４に光ファイバ１と略等しい線膨
張係数を有する材料を使用することにより、固定部材４
と光ファイバ１との間に温度変動による熱膨張あるいは
伸縮の差がなくなるので、光ファイバ１の固定部（ＦＢ
Ｇ２の両端部１２）にかかる応力を低減することがで
き、繰り返し印加される応力によって光ファイバ１の固
定部が疲労破壊される危険性をなくすことができる。そ
の結果、長期的に安定した温度計測が可能となる。
張係数を有する材料を使用することにより、固定部材４
と光ファイバ１との間に温度変動による熱膨張あるいは
伸縮の差がなくなるので、光ファイバ１の固定部（ＦＢ
Ｇ２の両端部１２）にかかる応力を低減することがで
き、繰り返し印加される応力によって光ファイバ１の固
定部が疲労破壊される危険性をなくすことができる。そ
の結果、長期的に安定した温度計測が可能となる。
【００１８】図２は本実施の形態のＦＢＧ型温度センサ
の温度と波長シフト量の関係を示す図である。横軸はＦ
ＢＧ型温度センサに与えられる温度、縦軸はＦＢＧ型温
度センサの出力であるＦＢＧ２からのブラッグ波長のシ
フト量を示している。なお、波長シフト量は＋２０℃に
おけるブラッグ波長を零点として、この零点からのシフ
ト量を示している。図２を見て分かるように、−４０℃
から８０℃までほぼ線形的に出力が得られており、安定
した温度計測が可能なことが分かる。
の温度と波長シフト量の関係を示す図である。横軸はＦ
ＢＧ型温度センサに与えられる温度、縦軸はＦＢＧ型温
度センサの出力であるＦＢＧ２からのブラッグ波長のシ
フト量を示している。なお、波長シフト量は＋２０℃に
おけるブラッグ波長を零点として、この零点からのシフ
ト量を示している。図２を見て分かるように、−４０℃
から８０℃までほぼ線形的に出力が得られており、安定
した温度計測が可能なことが分かる。
【００１９】［第２の実施の形態］図３は本発明の第２
の実施の形態となるＦＢＧ型温度センサの構成を示す断
面図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付して
ある。本実施の形態では、第１の実施の形態の検出素子
部を管状の保護部材５で覆うようにしている。保護部材
５の両端と光ファイバ１のケーブル保護管は、液体や気
体の流入を防ぐためにフランジによってハーメチックシ
ールされている。
の実施の形態となるＦＢＧ型温度センサの構成を示す断
面図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付して
ある。本実施の形態では、第１の実施の形態の検出素子
部を管状の保護部材５で覆うようにしている。保護部材
５の両端と光ファイバ１のケーブル保護管は、液体や気
体の流入を防ぐためにフランジによってハーメチックシ
ールされている。
【００２０】検出素子部を封止することで、外部からの
応力の影響を受けないよう検出素子部を保護するだけで
なく、液体の流入による接着剤のはがれ等を防止する効
果がある。保護部材５には、強度と耐腐食性と熱伝導性
に優れた材料を用いることが好ましく、例えばステンレ
ス等の金属が望ましい。温度測定対象の気体や液体の温
度は、保護部材５から保護部材５内の空気を介してＦＢ
Ｇ２に伝達されることになる。なお、保護部材５内をシ
リコンオイル等で満たすようにしてもよい。
応力の影響を受けないよう検出素子部を保護するだけで
なく、液体の流入による接着剤のはがれ等を防止する効
果がある。保護部材５には、強度と耐腐食性と熱伝導性
に優れた材料を用いることが好ましく、例えばステンレ
ス等の金属が望ましい。温度測定対象の気体や液体の温
度は、保護部材５から保護部材５内の空気を介してＦＢ
Ｇ２に伝達されることになる。なお、保護部材５内をシ
リコンオイル等で満たすようにしてもよい。
【００２１】こうして、本実施の形態では、検出素子部
に力が加わることを阻止するだけでなく、ＦＢＧ２が形
成された光ファイバ１を断線の危険性から保護してい
る。また、保護部材５は、防塵や防滴の役目を果たすだ
けでなく、ＦＢＧ２の両端部１２で接着剤がはがれる、
あるいは押さえ板が外れるといった危険性を阻止するこ
とができる。
に力が加わることを阻止するだけでなく、ＦＢＧ２が形
成された光ファイバ１を断線の危険性から保護してい
る。また、保護部材５は、防塵や防滴の役目を果たすだ
けでなく、ＦＢＧ２の両端部１２で接着剤がはがれる、
あるいは押さえ板が外れるといった危険性を阻止するこ
とができる。
【００２２】［第３の実施の形態］図４は本発明の第３
の実施の形態となるＦＢＧ型温度計測システムの構成を
示すブロック図である。本実施の形態は、第１の実施の
形態又は第２の実施の形態で説明した構成のＦＢＧ型温
度センサ６（６−１，６−２，６−３）を複数用いて多
点式で温度計測ができる計測システムの例を示してい
る。
の実施の形態となるＦＢＧ型温度計測システムの構成を
示すブロック図である。本実施の形態は、第１の実施の
形態又は第２の実施の形態で説明した構成のＦＢＧ型温
度センサ６（６−１，６−２，６−３）を複数用いて多
点式で温度計測ができる計測システムの例を示してい
る。
【００２３】光ファイバ１ａにはＦＢＧ２（２−１，２
−２，２−３）が複数形成されている。初期状態の反射
波長と温度による反射波長の変化量とをあらかじめ計算
しておくことにより、各ＦＢＧ２は、反射波長帯が互い
に異なるように形成されている。第１の実施の形態と同
様に、各ＦＢＧ２の両端部の光ファイバ１ａを固定部材
４（４−１，４−２，４−３）に固定することで、複数
のＦＢＧ型温度センサ６を光ファイバ１ａによって直列
接続した構成を実現することができる。
−２，２−３）が複数形成されている。初期状態の反射
波長と温度による反射波長の変化量とをあらかじめ計算
しておくことにより、各ＦＢＧ２は、反射波長帯が互い
に異なるように形成されている。第１の実施の形態と同
様に、各ＦＢＧ２の両端部の光ファイバ１ａを固定部材
４（４−１，４−２，４−３）に固定することで、複数
のＦＢＧ型温度センサ６を光ファイバ１ａによって直列
接続した構成を実現することができる。
【００２４】計測装置７は、光ファイバ１ａに光を入力
し、各ＦＢＧ型温度センサ６（ＦＢＧ２）からの反射波
長を出力として計測する。前述のように、各ＦＢＧ２は
その反射波長帯が異なるので、光ファイバ１ａが共通で
あっても、各ＦＢＧ２からの反射波長が重なることはな
く、計測装置７で複数のＦＢＧ型温度センサ６の出力を
一度に計測することが可能となる。
し、各ＦＢＧ型温度センサ６（ＦＢＧ２）からの反射波
長を出力として計測する。前述のように、各ＦＢＧ２は
その反射波長帯が異なるので、光ファイバ１ａが共通で
あっても、各ＦＢＧ２からの反射波長が重なることはな
く、計測装置７で複数のＦＢＧ型温度センサ６の出力を
一度に計測することが可能となる。
【００２５】また、前述のように、固定部材４に光ファ
イバ１ａと略等しい線膨張係数を有する材料を用いてい
るので、ＦＢＧ２の温度による反射波長の変化量は、そ
の大部分が屈折率に起因する量となり、およそ８×１０
-6／℃と非常に小さい変化量となる。
イバ１ａと略等しい線膨張係数を有する材料を用いてい
るので、ＦＢＧ２の温度による反射波長の変化量は、そ
の大部分が屈折率に起因する量となり、およそ８×１０
-6／℃と非常に小さい変化量となる。
【００２６】この変化量は、ＦＢＧ２を金属材料３に貼
り付けた従来のＦＢＧ型温度センサの場合と比較してみ
ると歴然である。図７に示した従来のＦＢＧ型温度セン
サでは、金属材料３の線膨張係数は例えばステンレスの
場合で１７×１０-6／℃であり、ＦＢＧ２の温度による
反射波長の変化量は、金属材料３の線膨張係数とＦＢＧ
２の屈折率変化の和となるため、２５×１０-6／℃とな
る。
り付けた従来のＦＢＧ型温度センサの場合と比較してみ
ると歴然である。図７に示した従来のＦＢＧ型温度セン
サでは、金属材料３の線膨張係数は例えばステンレスの
場合で１７×１０-6／℃であり、ＦＢＧ２の温度による
反射波長の変化量は、金属材料３の線膨張係数とＦＢＧ
２の屈折率変化の和となるため、２５×１０-6／℃とな
る。
【００２７】したがって、本実施の形態では、ＦＢＧ２
の温度による反射波長の変化量が従来に比べて約３分の
１となるので、変化量が小さい分だけ各ＦＢＧ２の反射
波長帯を近接させることが可能なので、従来に比べて約
３倍の個数のＦＢＧ型温度センサ６を直列に接続するこ
とができる。
の温度による反射波長の変化量が従来に比べて約３分の
１となるので、変化量が小さい分だけ各ＦＢＧ２の反射
波長帯を近接させることが可能なので、従来に比べて約
３倍の個数のＦＢＧ型温度センサ６を直列に接続するこ
とができる。
【００２８】なお、本実施の形態では、１本の光ファイ
バ１ａに複数のＦＢＧ２を形成する構成方法で説明した
が、第１の実施の形態又は第２の実施の形態で説明した
構成のＦＢＧ型温度センサ６を複数個別々に作製し、各
ＦＢＧ型温度センサ６の光ファイバ１間を光ファイバ１
ａで接続するようにしてもよい。
バ１ａに複数のＦＢＧ２を形成する構成方法で説明した
が、第１の実施の形態又は第２の実施の形態で説明した
構成のＦＢＧ型温度センサ６を複数個別々に作製し、各
ＦＢＧ型温度センサ６の光ファイバ１間を光ファイバ１
ａで接続するようにしてもよい。
【００２９】［第４の実施の形態］図５は本発明の第４
の実施の形態となるＦＢＧ型温度センサの構成を示す平
面図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付して
ある。第１〜第３の実施の形態では、固定部材４にＦＢ
Ｇ２との接触を避ける逃げとなる切り欠き部１４を設け
ているが、本実施の形態では、固定部材４ａにＦＢＧ２
との接触を避ける逃げとなる開口部１４ａを設けてい
る。これにより、第１の実施の形態と同様の効果を得る
ことができる。
の実施の形態となるＦＢＧ型温度センサの構成を示す平
面図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付して
ある。第１〜第３の実施の形態では、固定部材４にＦＢ
Ｇ２との接触を避ける逃げとなる切り欠き部１４を設け
ているが、本実施の形態では、固定部材４ａにＦＢＧ２
との接触を避ける逃げとなる開口部１４ａを設けてい
る。これにより、第１の実施の形態と同様の効果を得る
ことができる。
【００３０】［第５の実施の形態］また、図６に示すよ
うに、固定部材４ｂにＦＢＧ２との接触を避ける逃げと
なる窪み１４ｂを設けるようにしてもよい。これによ
り、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができ
る。
うに、固定部材４ｂにＦＢＧ２との接触を避ける逃げと
なる窪み１４ｂを設けるようにしてもよい。これによ
り、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができ
る。
【００３１】
【発明の効果】本発明によれば、検出素子部に、光ファ
イバと、この光ファイバの一部に形成されたファイバグ
レーティングと、このファイバグレーティングの両端部
の光ファイバをファイバグレーティングとの接触を避け
つつ保持する固定部材とを設けることにより、ファイバ
グレーティングは温度変化によってのみ膨張あるいは収
縮し、また同時にファイバグレーティング固有の屈折率
変化によって定量的な出力を得ることが可能となり、外
力の影響を受けることなく、精度の高い温度計測が可能
となる。また、ファイバグレーティングは接着剤のむら
や不純物の影響を一切受けず、安定した温度計測が可能
となる。
イバと、この光ファイバの一部に形成されたファイバグ
レーティングと、このファイバグレーティングの両端部
の光ファイバをファイバグレーティングとの接触を避け
つつ保持する固定部材とを設けることにより、ファイバ
グレーティングは温度変化によってのみ膨張あるいは収
縮し、また同時にファイバグレーティング固有の屈折率
変化によって定量的な出力を得ることが可能となり、外
力の影響を受けることなく、精度の高い温度計測が可能
となる。また、ファイバグレーティングは接着剤のむら
や不純物の影響を一切受けず、安定した温度計測が可能
となる。
【００３２】また、固定部材が、張力を加えた状態で光
ファイバを保持することにより、光ファイバの張力の遊
びをなくすことができ、光ファイバ自体のたわみによる
ファイバグレーティングからの反射波長のずれ、すなわ
ち出力信号のずれをなくすことができる。
ファイバを保持することにより、光ファイバの張力の遊
びをなくすことができ、光ファイバ自体のたわみによる
ファイバグレーティングからの反射波長のずれ、すなわ
ち出力信号のずれをなくすことができる。
【００３３】また、固定部材に、光ファイバと略等しい
線膨張係数を有する材料を用いることにより、光ファイ
バの固定部にかかる応力を低減することができ、繰り返
し印加される応力によって光ファイバの固定部が疲労破
壊される危険性をなくすことができる。その結果、長期
的に安定した温度計測が可能となる。
線膨張係数を有する材料を用いることにより、光ファイ
バの固定部にかかる応力を低減することができ、繰り返
し印加される応力によって光ファイバの固定部が疲労破
壊される危険性をなくすことができる。その結果、長期
的に安定した温度計測が可能となる。
【００３４】また、検出素子部を覆う保護部材を設ける
ことにより、外部からの応力の影響を受けないよう保護
することができ、ファイバグレーティングが形成された
光ファイバを断線の危険性から保護することができる。
また、強い応力から保護されるだけでなく、防塵、防滴
構造とすることができる。
ことにより、外部からの応力の影響を受けないよう保護
することができ、ファイバグレーティングが形成された
光ファイバを断線の危険性から保護することができる。
また、強い応力から保護されるだけでなく、防塵、防滴
構造とすることができる。
【００３５】また、ファイバグレーティング型温度セン
サを直列に複数接続する温度計測システムにおいて、各
ファイバグレーティング型温度センサのファイバグレー
ティングを、互いに反射波長帯域が異なるものとするこ
とにより、ファイバグレーティングを金属材料に貼り付
けた従来のファイバグレーティング型温度センサに比べ
て、より多くの温度センサを直列に接続することがで
き、１本の光ファイバで多点計測が可能となる。
サを直列に複数接続する温度計測システムにおいて、各
ファイバグレーティング型温度センサのファイバグレー
ティングを、互いに反射波長帯域が異なるものとするこ
とにより、ファイバグレーティングを金属材料に貼り付
けた従来のファイバグレーティング型温度センサに比べ
て、より多くの温度センサを直列に接続することがで
き、１本の光ファイバで多点計測が可能となる。
【図１】 本発明の第１の実施の形態となるＦＢＧ型温
度センサの構成を示す平面図である。
度センサの構成を示す平面図である。
【図２】 本発明の第１の実施の形態におけるＦＢＧ型
温度センサの温度と波長シフト量の関係を示す図であ
る。
温度センサの温度と波長シフト量の関係を示す図であ
る。
【図３】 本発明の第２の実施の形態となるＦＢＧ型温
度センサの構成を示す断面図である。
度センサの構成を示す断面図である。
【図４】 本発明の第３の実施の形態となるＦＢＧ型温
度計測システムの構成を示すブロック図である。
度計測システムの構成を示すブロック図である。
【図５】 本発明の第４の実施の形態となるＦＢＧ型温
度センサの構成を示す平面図である。
度センサの構成を示す平面図である。
【図６】 本発明の第５の実施の形態となるＦＢＧ型温
度センサの構成を示す断面図である。
度センサの構成を示す断面図である。
【図７】 従来のＦＢＧ型温度センサの構成を示す斜視
図である。
図である。
１、１ａ…光ファイバ、２…ファイバグレーティング、
４、４ａ、４ｂ…固定部材、５…保護部材、６…ファイ
バグレーティング型温度センサ、７…計測装置、１２…
ファイバグレーティングの両端部、１４…切り欠き部、
１４ａ…開口部、１４ｂ…窪み。
４、４ａ、４ｂ…固定部材、５…保護部材、６…ファイ
バグレーティング型温度センサ、７…計測装置、１２…
ファイバグレーティングの両端部、１４…切り欠き部、
１４ａ…開口部、１４ｂ…窪み。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 菅井 栄一
東京都新宿区西新宿二丁目１番１号 エ
ヌ・ティ・ティ・アドバンステクノロジ株
式会社内
(72)発明者 山賀 一徳
東京都品川区南大井６丁目８番２号 株式
会社東京測器研究所内
(72)発明者 藤田 清一
神奈川県横浜市西区中央１丁目27番17号
株式会社東亜測器内
Ｆターム(参考） 2F056 VF03 VF11
2H038 BA25 CA52
Claims (5)
- 【請求項１】 ファイバグレーティングを用いる検出素
子部を備えたファイバグレーティング型温度センサにお
いて、 前記検出素子部は、光ファイバと、この光ファイバの一
部に形成されたファイバグレーティングと、このファイ
バグレーティングの両端部の前記光ファイバを前記ファ
イバグレーティングとの接触を避けつつ保持する固定部
材とを有することを特徴とするファイバグレーティング
型温度センサ。 - 【請求項２】 請求項１記載のファイバグレーティング
型温度センサにおいて、 前記固定部材は、張力を加えた状態で前記光ファイバを
保持することを特徴とするファイバグレーティング型温
度センサ。 - 【請求項３】 請求項１記載のファイバグレーティング
型温度センサにおいて、 前記固定部材は、前記光ファイバと略等しい線膨張係数
を有する材料からなることを特徴とするファイバグレー
ティング型温度センサ。 - 【請求項４】 請求項１記載のファイバグレーティング
型温度センサにおいて、 前記検出素子部を覆う保護部材を有することを特徴とす
るファイバグレーティング型温度センサ。 - 【請求項５】 直列に複数接続された請求項１乃至４記
載のファイバグレーティング型温度センサと、 複数の前記ファイバグレーティング型温度センサを直列
に接続した光ファイバの末端から光を入射させて、各フ
ァイバグレーティング型温度センサのファイバグレーテ
ィングからの反射波長を出力として検出する計測装置と
を備え、 各ファイバグレーティング型温度センサのファイバグレ
ーティングは、互いに反射波長帯域が異なることを特徴
とするファイバグレーティング型温度計測システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002151897A JP2003344183A (ja) | 2002-05-27 | 2002-05-27 | ファイバグレーティング型温度センサ及び温度計測システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002151897A JP2003344183A (ja) | 2002-05-27 | 2002-05-27 | ファイバグレーティング型温度センサ及び温度計測システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003344183A true JP2003344183A (ja) | 2003-12-03 |
Family
ID=29769349
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002151897A Pending JP2003344183A (ja) | 2002-05-27 | 2002-05-27 | ファイバグレーティング型温度センサ及び温度計測システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003344183A (ja) |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1577654A1 (en) * | 2004-03-17 | 2005-09-21 | Narita International Airport Corporation | Road-ice detecting sensor, method for installing same, and road-ice detecting method |
| CN1333244C (zh) * | 2004-03-19 | 2007-08-22 | 天津大学 | 一种光纤光栅温度传感器及其制造方法 |
| JP2008216063A (ja) * | 2007-03-05 | 2008-09-18 | Tobishima Corp | 光ファイバセンサ式温度計測装置 |
| JP2009258007A (ja) * | 2008-04-18 | 2009-11-05 | Nippon Steel & Sumikin Welding Co Ltd | Ｆｂｇ温度センサ |
| JP2009258739A (ja) * | 2008-04-16 | 2009-11-05 | Ofs Fitel Llc | マルチコアファイバグレーティングセンサ |
| JP2009281789A (ja) * | 2008-05-20 | 2009-12-03 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 温度計測装置および温度計測装置の取り付け方法 |
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| CN105179406A (zh) * | 2015-08-20 | 2015-12-23 | 哈尔滨工业大学 | 一种高温光纤传感器的胶封方法及装置 |
| CN113865744A (zh) * | 2021-09-26 | 2021-12-31 | 安徽光纤光缆传输技术研究所(中国电子科技集团公司第八研究所) | 一种用于深空探测的光纤温度传感器 |
-
2002
- 2002-05-27 JP JP2002151897A patent/JP2003344183A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050301 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050802 |