JP2010271254A - Optical fiber temperature measuring instrument - Google Patents

Optical fiber temperature measuring instrument Download PDF

Info

Publication number
JP2010271254A
JP2010271254A JP2009124738A JP2009124738A JP2010271254A JP 2010271254 A JP2010271254 A JP 2010271254A JP 2009124738 A JP2009124738 A JP 2009124738A JP 2009124738 A JP2009124738 A JP 2009124738A JP 2010271254 A JP2010271254 A JP 2010271254A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
optical fiber
temperature
temperature sensor
measuring device
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.)
Pending
Application number
JP2009124738A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Noriyuki Hamada
浜田則幸
Eiki Mimura
三村榮紀
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.)
FIBERLABS Inc
Original Assignee
FIBERLABS Inc
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 FIBERLABS Inc filed Critical FIBERLABS Inc
Priority to JP2009124738A priority Critical patent/JP2010271254A/en
Publication of JP2010271254A publication Critical patent/JP2010271254A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical fiber temperature measuring instrument that includes an extremely compact temperature sensor and is high in measuring accuracy, covering a high-temperature range of 500-600°C. <P>SOLUTION: A light is entered into the temperature sensor (1) including a facing tapered fiber pair (11), a non-tapered section (12), a reflector (13), and a protective means to prevent the surface of the tapered fiber pair from being brought into contact with a gas and liquid in surroundings, so that the reflected light is received. The light reflected on the temperature sensor (1) undergoes periodic intensity modulation, so that the phase of a period is shifted by temperature. Thus, the phase is measured to detect the temperature. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、光ファイバを使って温度を測定する光ファイバ温度測定器に関し、より具体的には、500〜600℃の高温域でも測定可能な、光ファイバ温度測定器に関する。 The present invention relates to an optical fiber temperature measuring device that measures temperature using an optical fiber, and more specifically to an optical fiber temperature measuring device that can measure even in a high temperature range of 500 to 600 ° C.

光ファイバ温度センサは、防爆性、耐電磁ノイズ特性に優れ、遠隔、多点モニタリングが容易なことから各種のセンサが開発されている。   Various types of optical fiber temperature sensors have been developed because they are excellent in explosion-proof and electromagnetic noise resistance, and are easy to remotely and multi-point monitor.

光ファイバを用いた温度センサが、特許文献1、2、3、非特許文献1、2に開示されている。   Patent Documents 1, 2, and 3 and Non-Patent Documents 1 and 2 disclose temperature sensors using optical fibers.

特許文献1には、ファイバ先端に装填した蛍光物質の蛍光減衰特性を利用した温度センサが開示されている。 Patent Document 1 discloses a temperature sensor that utilizes the fluorescence decay characteristics of a fluorescent material loaded at the end of a fiber.

特許文献2には、ラマン散乱光強度の温度依存性を温度測定に利用する方法が述べられている。 Patent Document 2 describes a method of utilizing the temperature dependence of Raman scattered light intensity for temperature measurement.

特許文献3には、光ファイバ素線の軸方向に沿って配置した、熱膨張率の異なる被覆剤よって生じるマイクロベンド損失を利用する温度センサが開示されている。 Patent Document 3 discloses a temperature sensor that uses microbend loss caused by coating agents having different thermal expansion coefficients arranged along the axial direction of an optical fiber.

非特許文献1には、ファイバに形成した周期的屈折率分布(FBG)の温度依存性を利用したセンサが記載されている。 Non-Patent Document 1 describes a sensor that utilizes the temperature dependence of a periodic refractive index profile (FBG) formed in a fiber.

非特許文献2には、2個のテーパ部と、その間に極めて細長い非テーパ部を持つファイバの透過光が周期的なスペクトルになることを利用した温度センサが記載されている。
特表昭62−501448号公報 特開平07−167717号公報 特開平08−015054号公報 「P. R. Forman et. al., Rev. Sci. Instrum. 61(10), 2970-2972(1990)」 「K. Q. Kieu et. al., IEEE Photon. Lett., 18(21), 2239-2241 (2006)」 「R. J. Black et.al., IEE Proceeings-J, 138(5), 355-364(1991」
Non-Patent Document 2 describes a temperature sensor that utilizes the fact that transmitted light of a fiber having two tapered portions and a very long non-tapered portion between them has a periodic spectrum.
JP-T 62-501448 JP 07-167717 A Japanese Patent Laid-Open No. 08-015054 "PR Forman et. Al., Rev. Sci. Instrum. 61 (10), 2970-2972 (1990)" "KQ Kieu et. Al., IEEE Photon. Lett., 18 (21), 2239-2241 (2006)" `` RJ Black et.al., IEE Proceeings-J, 138 (5), 355-364 (1991)

しかしながら、特許文献1に開示されている蛍光式温度センサ、特許文献2に開示されているラマン散乱式温度センサ、特許文献3に開示されているマクロベンド式温度センサ、非特許文献1に記載されているFBG式温度センサは、いずれも500℃以上の温度測定は困難である。 However, the fluorescent temperature sensor disclosed in Patent Literature 1, the Raman scattering temperature sensor disclosed in Patent Literature 2, the macrobend temperature sensor disclosed in Patent Literature 3, and the non-patent literature 1. All of the FBG type temperature sensors are difficult to measure temperatures of 500 ° C. or higher.

非特許文献2では、2個のテーパファイバを透過した光が周期的強度変調されるのを利用し、周期の位相変化から温度を計測するセンサが記載されている。非特許文献2では、測定可能な温度範囲が記載されていないが、位相変化が10pm/℃程度と小さいため測定精度が低いという問題点が記載されている。また、透過光測定のため、光の入出力に2本のファイバが必要であるのに加え、相対するテーパ部の間に外径10μm以下、長さ10mm以上に引き延ばされた、極めて細長いファイバ部分が存在するため、センサファイバを何らかの基材に固定しなければならず、そのため、温度センサ部が複雑で大きくなるという問題もある。 Non-Patent Document 2 describes a sensor that measures the temperature from the phase change of the period using the fact that light transmitted through two tapered fibers is subjected to periodic intensity modulation. Non-Patent Document 2 does not describe a measurable temperature range, but describes a problem that the measurement accuracy is low because the phase change is as small as about 10 pm / ° C. Moreover, in order to measure the transmitted light, two fibers are required for light input and output, and the outer diameter is 10 μm or less and the length is 10 mm or more between the opposing tapered portions. Since the fiber portion is present, the sensor fiber must be fixed to some base material, which causes a problem that the temperature sensor portion is complicated and large.

本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的としては、極めて小型な温度センサ部を備え、測定精度が高く、且つ、500〜600℃の高温域でも測定可能な光ファイバ温度測定器を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide an optical fiber temperature measuring device having an extremely small temperature sensor section, high measurement accuracy, and capable of measuring even in a high temperature range of 500 to 600 ° C. Is to provide.

そのため、本発明は、対向するテーパファイバ対と、当該テーパファイバ対の片側に連結した非テーパ部と、当該非テーパ部の端面で測定光を反射する反射器と、当該テーパファイバ対の表面が周囲の気体、液体と接しないための保護手段とを具備した温度センサ部と、当該温度センサ部に供給すべき測定光を発生する光発生手段と、当該温度センサ部で周期的強度変化を受けた反射光スペクトルを計測する光計測手段と、当該温度センサ部に測定光を導き、当該温度センサ部から戻る反射光を当該光計測手段に導く導光手段と、周期的強度変化を受けた反射光スペクトルの位相を検出し、位相から温度を算出する演算処理手段とを具備した計測部と、当該温度センサ部と当該計測部の間の光伝送を行う伝送用光ファイバを備えたことを特徴とする。 For this reason, the present invention includes an opposing tapered fiber pair, a non-tapered portion connected to one side of the tapered fiber pair, a reflector that reflects measurement light at the end face of the non-tapered portion, and a surface of the tapered fiber pair. A temperature sensor unit having a protection means for preventing contact with surrounding gas and liquid, a light generation unit for generating measurement light to be supplied to the temperature sensor unit, and a periodic intensity change at the temperature sensor unit. A light measurement means for measuring the reflected light spectrum, a light guide means for guiding the measurement light to the temperature sensor unit, and a reflected light returning from the temperature sensor part to the light measurement means, and a reflection subjected to a periodic intensity change A measurement unit including an arithmetic processing unit that detects a phase of an optical spectrum and calculates a temperature from the phase, and a transmission optical fiber that performs optical transmission between the temperature sensor unit and the measurement unit. To.

本発明により、極めて小型な温度センサ部を備え、測定精度が高く、且つ、500〜600℃の高温域でも測定可能な光ファイバ温度測定器を実現できる。   According to the present invention, it is possible to realize an optical fiber temperature measuring device that includes an extremely small temperature sensor unit, has high measurement accuracy, and can measure even in a high temperature range of 500 to 600 ° C.

以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施例1である光ファイバ温度計測器の構成概略図を示し、図2は、温度センサ部1の拡大切断面図を示してある。図1における矢印は光が進行する様子を示している。図2(a)では、図面を見やすくするためテーパファイバ対11の表面が周囲の気体、液体と接しないための保護手段(15,16)を省略してある。図2(b)では、保護手段としてコーティング層15で覆った構成を、図2(c)では、中空容器16に温度センサ部1を封入した構成を示している。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an optical fiber temperature measuring instrument that is Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged sectional view of a temperature sensor unit 1. The arrow in FIG. 1 shows how light travels. In FIG. 2A, the protective means (15, 16) for preventing the surface of the tapered fiber pair 11 from coming into contact with the surrounding gas or liquid is omitted for easy viewing of the drawing. FIG. 2B shows a configuration covered with the coating layer 15 as a protection means, and FIG. 2C shows a configuration in which the temperature sensor unit 1 is enclosed in the hollow container 16.

本実施例1は、温度センサ部1、計測部3、伝送用光ファイバ6から構成される。 The first embodiment includes a temperature sensor unit 1, a measurement unit 3, and a transmission optical fiber 6.

温度センサ部1は、テーパファイバ対11と、その片側に連結した非テーパ部12と、非テーパ部12の端面で測定光を反射する反射器13と、テーパファイバ対11の表面が周囲の気体、液体と接しないためのコーティング層15、或いは中空容器16を具備する。テーパファイバ対11は、ウエスト部14に向かってファイバ外径が次第に細くなっており、また、外径に比例してコア径も細くなっている。テーパファイバ対11の最も細い部分であるウエスト部14の外径は30〜50μm程度であり、非テーパ部12の重量で曲がらない剛性を備えている。非テーパ部12の長さは、1〜5mm程度である。反射器13は、例えば、誘電体多層膜、金属膜などで構成する。 The temperature sensor unit 1 includes a tapered fiber pair 11, a non-tapered part 12 connected to one side thereof, a reflector 13 that reflects measurement light at the end face of the non-tapered part 12, and a gas surrounding the surface of the tapered fiber pair 11. The coating layer 15 for preventing contact with the liquid or the hollow container 16 is provided. The tapered fiber pair 11 has a fiber outer diameter that gradually decreases toward the waist portion 14, and a core diameter that decreases in proportion to the outer diameter. The outer diameter of the waist part 14 which is the thinnest part of the tapered fiber pair 11 is about 30 to 50 μm, and has rigidity that does not bend due to the weight of the non-tapered part 12. The length of the non-taper part 12 is about 1 to 5 mm. The reflector 13 is composed of, for example, a dielectric multilayer film or a metal film.

計測部3は、ブロードバンド光源31と、温度センサ部1から反射されてきた光のスペクトルを測定する分光計測器33と、ブロードバンド光源31から発生する光を伝送用光ファイバ6に導き、温度センサ部1から戻る光を分光計測器33に導く光サーキュレータ7と、スペクトルの周期的変化から位相を検出し、温度に変換する演算処理回路34を具備する。 The measuring unit 3 guides the light generated from the broadband light source 31, the spectroscopic measuring device 33 that measures the spectrum of the light reflected from the temperature sensor unit 1, and the broadband light source 31 to the transmission optical fiber 6, and the temperature sensor unit 1 includes an optical circulator 7 that guides the light returning from 1 to the spectroscopic measuring instrument 33, and an arithmetic processing circuit 34 that detects a phase from a periodic change of the spectrum and converts it into a temperature.

ブロードバンド光源31には、ASE光源、SLD(Super Luminescent Diode)、LEDなど、スペクトル幅の広い光源を使用する。   As the broadband light source 31, a light source having a wide spectral width such as an ASE light source, SLD (Super Luminescent Diode), or LED is used.

分光計測器33には、モノクロメータ、波長可変フィルタなど光を分光し、光強度と波長の関係を測定する装置、例えば、光スペクトラムアナライザー、波長可変フィルタと光検出器の組合せなどを用いる。 As the spectroscopic measuring instrument 33, a device such as a monochromator or a wavelength tunable filter that splits light and measures the relationship between light intensity and wavelength, for example, an optical spectrum analyzer, a combination of a wavelength tunable filter and a photodetector, or the like is used.

伝送用光ファイバ6は、温度センサ部1と計測部3の間の光伝送を行うシングルモード光ファイバで、温度センサ部1に用いる光ファイバと同種の場合も、異種の場合もある。 The transmission optical fiber 6 is a single mode optical fiber that performs optical transmission between the temperature sensor unit 1 and the measurement unit 3, and may be the same type or different type of optical fiber used for the temperature sensor unit 1.

本実施例1の温度センサ部1から戻る反射光スペクトルは、温度センサ部1の作用により周期的に強度変調されている。この周期の位相が温度により変化するので、分光計測器33で計測したスペクトルから位相を検出し、演算処理回路34により温度に変換して温度測定を行う。 The reflected light spectrum returning from the temperature sensor unit 1 according to the first embodiment is periodically intensity-modulated by the action of the temperature sensor unit 1. Since the phase of this cycle changes depending on the temperature, the phase is detected from the spectrum measured by the spectroscopic measuring instrument 33 and converted into temperature by the arithmetic processing circuit 34 to measure the temperature.

以下、本実施例1の温度センサ部1の動作について詳細に説明する。 Hereinafter, the operation of the temperature sensor unit 1 of the first embodiment will be described in detail.

図3は、本実施例1の温度センサ部1に広帯域光源を入射し、反射光スペクトルを測定した例と、同様なテーパファイバ対11を透過した光のスペクトル例を示している。反射光のスペクトルは、正弦関数に近い、明瞭な周期的変化を示す。一方、透過光スペクトルでは、波長に対して若干の光量変化が見られるものの、明確な周期スペクトルを観察できない。このような周期スペクトルを生じることが、温度センサとして機能する要件であり、本実施例1の温度センサ部1においては、この現象は反射光に特有に現れる。 FIG. 3 shows an example in which a broadband light source is incident on the temperature sensor unit 1 of the first embodiment and a reflected light spectrum is measured, and a spectrum example of light transmitted through a similar tapered fiber pair 11. The spectrum of the reflected light shows a clear periodic change close to a sine function. On the other hand, in the transmitted light spectrum, although a slight change in the amount of light is observed with respect to the wavelength, a clear periodic spectrum cannot be observed. The generation of such a periodic spectrum is a requirement for functioning as a temperature sensor. In the temperature sensor unit 1 of the first embodiment, this phenomenon appears specifically in the reflected light.

図4は、本実施例1の温度センサ部1で得られる周期的スペクトルの温度変化を測定した例を示している。温度上昇と共に、スペクトルが長波長側にシフトすることが分かる。シフト量は約100pm/℃と非常に大きい。従って、この位相シフト量を分光計測器33で検出して、演算処理回路34により温度に換算すれば高精度の温度測定器となる。 FIG. 4 shows an example in which the temperature change of the periodic spectrum obtained by the temperature sensor unit 1 of the first embodiment is measured. It can be seen that the spectrum shifts to the longer wavelength side as the temperature rises. The amount of shift is as large as about 100 pm / ° C. Therefore, if this phase shift amount is detected by the spectroscopic measuring instrument 33 and converted into temperature by the arithmetic processing circuit 34, a highly accurate temperature measuring instrument is obtained.

このような周期的スペクトルが出現する理由としてクラッドモードとコアモード間の干渉、結合が考えられる。図5に示すように、周期スペクトルが顕著に観測できる50μm以下のウエスト部14では、コア径が小さいためMFD(モードフィールド径)がクラッド径以上に大きく広がっており、コアモードとクラッドモード間の干渉、結合が起こり得る。また、位相が温度上昇と共に長波長側にシフトする理由は、ファイバ屈折率の温度変化によりファイバ内の光路長が変化するためと考えられる。 The reason why such a periodic spectrum appears may be interference and coupling between the cladding mode and the core mode. As shown in FIG. 5, in the waist portion 14 of 50 μm or less in which the periodic spectrum can be observed remarkably, the MFD (mode field diameter) widens more than the cladding diameter because the core diameter is small, and between the core mode and the cladding mode. Interference and coupling can occur. Also, the reason why the phase shifts to the longer wavelength side as the temperature rises is considered to be because the optical path length in the fiber changes due to the temperature change of the fiber refractive index.

振幅の大きさは、ウエスト部14の径に依存し、ウエスト部14の径が小さいほど大きくなる。しかし、ウエスト部14の径が30μm以下ではウエスト部14の剛性が小さく、曲がりやすくなってしまうため、30〜50μm程度が実用的である。 The magnitude of the amplitude depends on the diameter of the waist portion 14 and increases as the diameter of the waist portion 14 decreases. However, if the diameter of the waist portion 14 is 30 μm or less, the rigidity of the waist portion 14 is small and easily bent, and therefore, about 30 to 50 μm is practical.

周期は非テーパ部11の長さに強く依存する。図6は非テーパ部11の長さを変えてスペクトルを測定した例を示す。非テーパ部11が短いほど周期が長くなり、且つ、規則的変化をする。一方、非テーパ部11が長くなると周期が短くなるのに加え、不規則な変化をする。非テーパ部11が長いほど周期が短くなる理由は、より高次のクラッドモードとの干渉、結合が起こるためと考えられる。また、不規則な周期となるのは複数のクラッドモードとの干渉、結合が起こるためと考えられる。本実施例1の温度センサとして用いるには、規則的な周期が得られる5mm以下が適している。 The period strongly depends on the length of the non-tapered portion 11. FIG. 6 shows an example in which the spectrum is measured by changing the length of the non-tapered portion 11. The shorter the non-tapered portion 11, the longer the period and the regular change. On the other hand, when the non-tapered portion 11 becomes longer, the cycle becomes shorter and irregularly changes. The reason why the cycle becomes shorter as the non-tapered portion 11 is longer is considered to be because interference and coupling with higher-order cladding modes occur. The irregular period is considered to be due to interference and coupling with a plurality of cladding modes. For use as the temperature sensor of the first embodiment, 5 mm or less that provides a regular period is suitable.

本実施例1における温度センサ部1のウエスト部14では、コアモードもMFDが大きく、ファイバ外部に光が浸み出している。そのため周囲雰囲気の影響を受けやすく、例えば、温度センサ部1への液体の付着、湿度変化などにより反射光量が変化してしまう。この問題を解決するには、温度センサ部1を周囲の液体、気体から遮断でき、且つ、光をファイバ内に閉じこめることができる材質で保護するのが有効である。図2(b)は、温度センサ部1の外周に液体、気体を遮断できる材質のコーティング層15を設けた構造を示す。コーティング材質としては、金、白金、ニッケル、ステンレスなどの金属、或いは、クラッドガラスより屈折率の低いMgF2、CaF2などの無機材料を利用できる。MgF2、CaF2などの絶縁材料をコーティングした場合は、温度センサ部1が電磁界の影響を受けないので、高周波環境下や強い電磁界の中での温度を測定できる利点がある。図2(c)は、温度センサ部1を液体、気体を遮断できる材質の中空容器16に封入した構造を示す。この場合は、中空容器16内に封入された気体により光がファイバ内に閉じこめられるため、中空容器の材質は、液体、気体を遮断できればどんな材質でもよく、例えば、金属、ガラス、セラミックスなどを利用できる。 In the waist portion 14 of the temperature sensor unit 1 according to the first embodiment, the core mode also has a large MFD, and light oozes out of the fiber. Therefore, it is easy to be influenced by the surrounding atmosphere, and the amount of reflected light changes due to, for example, liquid adhesion to the temperature sensor unit 1 or humidity change. In order to solve this problem, it is effective to protect the temperature sensor unit 1 with a material capable of blocking the surrounding liquid and gas and confining light in the fiber. FIG. 2B shows a structure in which a coating layer 15 made of a material capable of blocking liquid and gas is provided on the outer periphery of the temperature sensor unit 1. As the coating material, metals such as gold, platinum, nickel, and stainless steel, or inorganic materials such as MgF2 and CaF2 having a lower refractive index than clad glass can be used. When an insulating material such as MgF2 or CaF2 is coated, the temperature sensor unit 1 is not affected by the electromagnetic field, so that there is an advantage that the temperature can be measured in a high frequency environment or in a strong electromagnetic field. FIG. 2C shows a structure in which the temperature sensor unit 1 is enclosed in a hollow container 16 made of a material capable of blocking liquid and gas. In this case, since light is confined in the fiber by the gas enclosed in the hollow container 16, the material of the hollow container may be any material as long as it can shut off liquid and gas. For example, metal, glass, ceramics, etc. are used. it can.

上記のように、本実施例1の温度センサ部1に入射した光は、周期的な強度変調を受けて反射される。また、周期的スペクトルの位相が温度上昇にともない長波長側に大きくシフトする。従って、この位相変化を分光器33により検出し、演算処理回路34により温度に変換することにより温度を測定できる。また、位相シフトが約100pm/℃と大きいので、精度の高い温度測定が可能である。   As described above, the light incident on the temperature sensor unit 1 according to the first embodiment is reflected by periodic intensity modulation. Further, the phase of the periodic spectrum is greatly shifted to the long wavelength side as the temperature rises. Therefore, the temperature can be measured by detecting this phase change by the spectroscope 33 and converting it to a temperature by the arithmetic processing circuit 34. Further, since the phase shift is as large as about 100 pm / ° C., temperature measurement with high accuracy is possible.

温度センサ部1は、石英光ファイバと反射器13、コーティング層15、或いは、中空容器16で構成され、反射器13には、例えば、誘電体多層膜を用いることができる。反射器13、コーティング層15、中空容器16とも600℃の高温に耐える無機材料で作成することが可能であり、500℃を超える高温測定可能な光ファイバ温度測定器となる。   The temperature sensor unit 1 includes a quartz optical fiber and a reflector 13, a coating layer 15, or a hollow container 16. For the reflector 13, for example, a dielectric multilayer film can be used. The reflector 13, the coating layer 15, and the hollow container 16 can be made of an inorganic material that can withstand a high temperature of 600 ° C., and become an optical fiber temperature measuring device capable of measuring a temperature higher than 500 ° C.

また、これらの無機材料は、優れた耐放射線特性を有しているのに加え、放射線によって作られる欠陥の影響を受けにくい1.5μm帯の光を使った測定ができるので、原子炉の温度測定など、放射線環境下で使用できる温度測定器となる。   In addition to having excellent radiation resistance, these inorganic materials can be measured using light in the 1.5 μm band, which is not easily affected by defects caused by radiation. It becomes a temperature measuring instrument that can be used in a radiation environment such as measurement.

反射光測定なので、光の入出力を1本の光ファイバで行うことができ、小型の温度センサヘッドとすることができる。温度センサ部1が小さいため、温度に対する応答が早く、狭い部分の温度測定ができる。テーパファイバ対11が非テーパファイバ部の重量で曲がらない剛性を備えているため、基材に両端を固定しなくてもセンサとして使用でき、小型のセンサヘッドとなる。 Since reflected light is measured, light can be input and output with a single optical fiber, and a compact temperature sensor head can be obtained. Since the temperature sensor unit 1 is small, the response to the temperature is fast and the temperature of a narrow part can be measured. Since the tapered fiber pair 11 has rigidity that does not bend due to the weight of the non-tapered fiber portion, it can be used as a sensor without fixing both ends to the base material, and a small sensor head is obtained.

反射器13を誘電体多層膜、コーティング層15、或いは、中空容器16をガラス、セラミックスなどの絶縁性無機材料とすれば、温度センサ部1を全て非導電性材質で構成できるため、高周波環境下でも使用できる温度測定器となる。 If the reflector 13 is made of a dielectric multilayer film, the coating layer 15, or the hollow container 16 is made of an insulating inorganic material such as glass or ceramics, the temperature sensor unit 1 can be composed entirely of a non-conductive material. But it becomes a temperature measuring instrument that can be used.

テーパファイバ対11を異種ファイバとの融着接続で作製することも可能で、この場合、同じファイバの接続より振幅の大きなスペクトルを得られる場合がある。 It is also possible to produce the tapered fiber pair 11 by fusion splicing with different types of fibers. In this case, a spectrum having a larger amplitude than the connection of the same fiber may be obtained.

図7は、本実施例2構成を示している。本構成では、光源を波長可変レーザ41とし、温度センサ部1から戻る反射光強度を受光器43で計測する。   FIG. 7 shows the configuration of the second embodiment. In this configuration, the light source is a tunable laser 41, and the reflected light intensity returned from the temperature sensor unit 1 is measured by the light receiver 43.

波長可変レーザ41により波長を連続的に変えた光を、光サーキュレータ7を介して伝送用光ファイバ6に入射する。温度センサ部1で強度変化を受けた反射光の強度を受光器43で連続的に計測し、演算処理回路44で光強度の周期的変化から位相を検出すると共に、位相から温度を算出する。本実施例2の構成では、波長に対して光強度が平坦な光源を利用できる利点がある。   Light whose wavelength is continuously changed by the wavelength tunable laser 41 enters the transmission optical fiber 6 through the optical circulator 7. The intensity of the reflected light that has undergone the intensity change by the temperature sensor unit 1 is continuously measured by the light receiver 43, the phase is detected from the periodic change in the light intensity by the arithmetic processing circuit 44, and the temperature is calculated from the phase. The configuration of the second embodiment has an advantage that a light source having a flat light intensity with respect to the wavelength can be used.

特定の実施例を参照して本発明を説明したが、特許請求の範囲に規定される本発明の技術的範囲を逸脱しないで、上述の実施例に種々の変更を加えることは、本発明の属する分野の技術者にとって自明であり、このような変更・修正も本発明の技術的範囲に含まれる。   Although the invention has been described with reference to specific embodiments, various modifications may be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the invention as defined in the claims. Such changes and modifications are also within the technical scope of the present invention.

本発明の実施例1である光ファイバ温度測定器の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the optical fiber temperature measuring device which is Example 1 of this invention. 温度センサ部の拡大切断面図である。It is an expanded cutaway view of a temperature sensor part. 温度センサ部を透過した光、及び、反射した光のスペクトルを示す図である。It is a figure which shows the spectrum of the light which permeate | transmitted the temperature sensor part and the reflected light. 温度センサ部で得られる周期スペクトルの温度変化を示す図である。It is a figure which shows the temperature change of the periodic spectrum obtained in a temperature sensor part. ファイバ外径とMFDの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a fiber outer diameter and MFD. 非テーパ部の長さと周期スペクトルの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the length of a non-taper part, and a period spectrum. 本発明の実施例2を示す図である。It is a figure which shows Example 2 of this invention.

1:温度センサ部
3、4:計測部
6:伝送用光ファイバ
7:光サーキュレータ
11:テーパファイバ対
12:非テーパ部
13:反射器
14:ウエスト部
15:コーティング層
16:中空容器
31:ブロードバンド光源
41:波長可変レーザ
33、43:光計測手段
34、44:演算処理回路
1: Temperature sensor unit 3, 4: Measuring unit 6: Transmission optical fiber 7: Optical circulator 11: Tapered fiber pair 12: Non-tapered unit
13: Reflector 14: Waist part 15: Coating layer 16: Hollow container 31: Broadband light source 41: Wavelength variable laser 33, 43: Optical measuring means 34, 44: Arithmetic processing circuit

Claims (9)

対向するテーパファイバ対(11)と、当該テーパファイバ対(11)の片側に連結した非テーパ部(12)と、当該非テーパ部(12)の端面で測定光を反射する反射器(13)と、当該テーパファイバ対(11)の表面が周囲の気体、液体と接しないための保護手段(15、16)とを具備した温度センサ部(1)と、当該温度センサ部(1)に供給すべき測定光を発生する光発生手段(31、41)と、当該温度センサ部(1)で周期的強度変調を受けた反射光スペクトルを計測する光計測手段(33、43)と、当該温度センサ部(1)に測定光を導き、当該温度センサ部(1)から戻る反射光を当該光計測手段(33、43)に導く導光手段(7)と、周期的強度変調を受けた反射光スペクトルの位相を検出し、位相から温度を算出する演算処理手段(34、44)とを具備した計測部(3、4)と、当該温度センサ部(1)と当該計測部(3、4)の間の光伝送を行う伝送用光ファイバ(6)とを備えたことを特徴とする光ファイバ温度測定器。 An opposing tapered fiber pair (11), a non-tapered portion (12) connected to one side of the tapered fiber pair (11), and a reflector (13) that reflects measurement light at the end face of the non-tapered portion (12) And a temperature sensor unit (1) having protective means (15, 16) for preventing the surfaces of the tapered fiber pair (11) from coming into contact with the surrounding gas and liquid, and supplying the temperature sensor unit (1) Light generating means (31, 41) for generating measurement light to be measured, light measuring means (33, 43) for measuring a reflected light spectrum subjected to periodic intensity modulation in the temperature sensor section (1), and the temperature Light guide means (7) for guiding the measurement light to the sensor section (1) and guiding reflected light returning from the temperature sensor section (1) to the light measurement means (33, 43), and reflection subjected to periodic intensity modulation Detects the phase of the optical spectrum and calculates the temperature from the phase A measurement unit (3, 4) having arithmetic processing means (34, 44) for performing transmission, and an optical fiber for transmission that performs optical transmission between the temperature sensor unit (1) and the measurement unit (3, 4). And 6) an optical fiber temperature measuring device. 当該テーパファイバ対(11)の最も細い部分であるウエスト部(14)の外径が30〜50μmの範囲であり、当該非テーパ部(12)の長さが5mm以下であることを特徴とする請求項1記載の光ファイバ温度測定器。 The outer diameter of the waist part (14) which is the thinnest part of the taper fiber pair (11) is in the range of 30 to 50 μm, and the length of the non-taper part (12) is 5 mm or less. The optical fiber temperature measuring device according to claim 1. 当該テーパファイバ対(11)が異種ファイバからなることを特徴とする請求項1記載の光ファイバ温度測定器。   2. The optical fiber temperature measuring device according to claim 1, wherein the tapered fiber pair (11) is made of different kinds of fibers. 当該反射器(13)が誘電体多層膜であることを特徴とする請求項1記載の光ファイバ温度測定器。 The optical fiber temperature measuring device according to claim 1, wherein the reflector (13) is a dielectric multilayer film. 当該保護手段が金属のコーティング層(15)であることを特徴とする請求項1記載の光ファイバ温度測定器。   2. An optical fiber temperature measuring device according to claim 1, wherein said protective means is a metal coating layer (15). 当該保護手段が当該テーパファイバ対(11)のクラッド層より低屈折率のセラミックスからなるコーティング層(15)であることを特徴とする請求項1記載の光ファイバ温度測定器。   2. The optical fiber temperature measuring device according to claim 1, wherein the protective means is a coating layer (15) made of ceramics having a lower refractive index than the clad layer of the tapered fiber pair (11). 当該保護手段が中空容器(16)であることを特徴とする請求項1記載の光ファイバ温度測定器。   2. An optical fiber temperature measuring device according to claim 1, wherein said protective means is a hollow container (16). 当該光発生手段(31)がブロードバンド光源であり、当該光計測手段(33)が分光計測器であることを特徴とする請求項1記載の光ファイバ温度測定器。   The optical fiber temperature measuring device according to claim 1, wherein the light generating means (31) is a broadband light source, and the light measuring means (33) is a spectroscopic measuring instrument. 当該光発生手段(41)が波長可変レーザであり、当該光計測手段(43)が受光器であることを特徴とする請求項1記載の光ファイバ温度測定器。
The optical fiber temperature measuring device according to claim 1, wherein the light generating means (41) is a tunable laser, and the light measuring means (43) is a light receiver.
JP2009124738A 2009-05-22 2009-05-22 Optical fiber temperature measuring instrument Pending JP2010271254A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009124738A JP2010271254A (en) 2009-05-22 2009-05-22 Optical fiber temperature measuring instrument

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009124738A JP2010271254A (en) 2009-05-22 2009-05-22 Optical fiber temperature measuring instrument

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010271254A true JP2010271254A (en) 2010-12-02

Family

ID=43419382

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009124738A Pending JP2010271254A (en) 2009-05-22 2009-05-22 Optical fiber temperature measuring instrument

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2010271254A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101451963B1 (en) * 2014-03-18 2014-10-22 주식회사 광명에스지 temperature detector for power distribution board
CN106482766A (en) * 2016-12-05 2017-03-08 金陵科技学院 A kind of tapered fiber multi-parameter identification system and its method

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101451963B1 (en) * 2014-03-18 2014-10-22 주식회사 광명에스지 temperature detector for power distribution board
CN106482766A (en) * 2016-12-05 2017-03-08 金陵科技学院 A kind of tapered fiber multi-parameter identification system and its method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100332833B1 (en) Transmission-type extrinsic Fabry-Perot interferometric optical fiber sensor
Zhu et al. Progress toward sapphire optical fiber sensors for high-temperature applications
Caucheteur et al. Demodulation technique for weakly tilted fiber Bragg grating refractometer
Zhao et al. High-resolution and temperature-insensitive fiber optic refractive index sensor based on Fresnel reflection modulated by Fabry–Perot interference
JP4597251B1 (en) Optical fiber sensor device and sensing method using optical fiber
Tian et al. Sourceless optical fiber high temperature sensor
Hoffmann et al. Applications of fibre optic temperature measurement.
Peng et al. Tilt sensor with FBG technology and matched FBG demodulating method
JP2012032398A (en) Optical fiber carbon dioxide purity sensor package and system
Shao et al. Optical refractive-index sensor based on dual fiber-Bragg gratings interposed with a multimode-fiber taper
Mu et al. Refractive index sensing based on the analysis of D-shaped multimode fiber specklegrams
He et al. High-sensitivity temperature sensor based on a coated single-mode fiber loop
CN208595984U (en) A kind of high sensitivity optical fiber temperature sensor
Wang et al. A differential intensity-modulated refractive index sensor using a droplet-like fiber cascaded with FBGs
Liu et al. Fiber ring laser-based displacement sensor
Kong et al. Microstructured optical fibers based hybrid Fabry–Pérot interferometer structure for improved strain sensing by Vernier effect
Fukano et al. High-sensitivity optical fiber refractive index sensor using multimode interference structure
JP2010271254A (en) Optical fiber temperature measuring instrument
KR100324117B1 (en) Total reflected extrinsic Fabry-Perot interferometric fiber optic sensor and the strain measurement methods
Nizar et al. Comparison of Fiber Optic Sensors Based on FBG–A Review
CN104777132A (en) Surrounding refractive index measurement method based on thin cladding long period fiber bragg grating polarization property
Rana et al. Reflective long period grating based refractive index sensor
Rodríguez-Rodríguez et al. Fiber optic refractometer based in multimode interference effects (MMI) using Indium Tin Oxide (ITO) coating
JP2009052964A (en) Fiber-optic temperature sensor and temperature detection system using it
Mądry et al. The compact FBG-based humidity sensor setup