JP2018040778A - FBG temperature sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、FBG(Fiber Bragg Grating)温度センサに関し、特に、高温の温度測定に好適なFBG温度センサに関する。 The present invention relates to an FBG (Fiber Bragg Grating) temperature sensor, and more particularly to an FBG temperature sensor suitable for high temperature measurement.
近年、FBG(Fiber Bragg Grating)が形成された光ファイバを使用した光ファイバセンサが温度センサとして使用されている。FBGのブラッグ波長は、光ファイバの屈折率と回折格子の格子間隔とによって定まる。そのため、温度が変化した場合の屈折率の変動や、光ファイバの熱伸縮(膨張・収縮)によってもブラッグ波長が変化する。このブラッグ波長の変化を検知することにより、温度の変化を検知することができる。 In recent years, an optical fiber sensor using an optical fiber formed with FBG (Fiber Bragg Grating) has been used as a temperature sensor. The Bragg wavelength of FBG is determined by the refractive index of the optical fiber and the grating spacing of the diffraction grating. For this reason, the Bragg wavelength also changes due to changes in the refractive index when the temperature changes and thermal expansion / contraction (expansion / contraction) of the optical fiber. By detecting this change in Bragg wavelength, a change in temperature can be detected.
温度センサとしての機能を向上させるため、種々の構造が提案されている。例えば、後掲の特許文献1は、FBG部を有する光ファイバと、当該光ファイバ上に塗布される、線膨張率の高い樹脂コーティング層と、当該樹脂コーティング層上に形成される金属材料のコーティング層を備える温度センサを開示している。この構造によれば、線膨張率の高い樹脂からなるコーティング層の作用によりFBG部の熱伸縮の感度を増大させることができるとともに、金属材料からなるコーティング層の作用により樹脂コーティング層への伝熱を確保することができる。その結果、極低温環境下での温度センサとしての機能を向上させることができるとされている。
In order to improve the function as a temperature sensor, various structures have been proposed. For example,
また、特許文献2は、光ファイバの温度測定点に対応する位置の表面に、当該光ファイバよりも熱膨張率が大きい金属層を備える温度センサを開示している。この構造によれば、金属層の作用によりFBG部の熱伸縮の感度を増大させることができる。その結果、極低温環境下での温度センサとしての機能を向上させることができるとされている。
さらに、特許文献3は、FBG部が形成された光ファイバの外表面を被覆する樹脂製被覆材がFBG温度センサの適用温度以上で火焼処理されるとともに、金属管内に非拘束かつ金属管の内周面とセンサケーブルの外周面との間に隙間が形成された状態で挿入された温度センサを開示している。この構造によれば、火焼処理の作用により高温環境下において被覆材である樹脂の熱分解に起因する光ファイバの特性変動を防止できるとともに、隙間の作用により金属管が膨張した場合でも、金属管よりも熱膨張率の低いセンサケーブルが引っ張られて切断することが防止できる。その結果、高温環境下での温度センサとしての機能を向上させることができるとされている。
Furthermore,
また、特許文献4は、一端又は一端の付近にFBG部を有する光ファイバと、光ファイバの端部及びFBG部か設けられた範囲を、光ファイバ、光ファイバ端部、及びFBG部から間隔を開けて囲む開口キャップとを備える温度センサを開示している。この温度センサでは、キャップが、FBG部から離れた側に位置する開口の位置で光ファイバにシールされている。そして、キャップがヤング率の低い材料で形成され、FBG部を歪みから分離するよう機能する構成になっている。この構造によれば、温度検知に関し、FBG部の歪みを分離できる。その結果、歪み計測用のFBG部を備える歪みセンサの温度補償のための温度センサとして好適に使用できるとされている。
上述のようにFBG部のブラッグ波長は、回折格子の格子間隔によって定まる。そのため、1本の光ファイバにおいて、互いに異なる位置に、格子間隔が互いに異なる回折格子を形成して直列に配置することで、複数の測定位置における温度を同時に計測する多点計測を比較的容易に実現することができる。そのため、従来のFBG温度センサは、上述の特許文献1から特許文献4が開示する構成のように、光ファイバの側面を温度検知対象に接触させた状態で設置することを前提とした構造になっている。
As described above, the Bragg wavelength of the FBG portion is determined by the grating interval of the diffraction grating. Therefore, in one optical fiber, diffraction gratings with different grating intervals are formed at different positions and arranged in series, so that multipoint measurement for simultaneously measuring temperatures at a plurality of measurement positions is relatively easy. Can be realized. Therefore, the conventional FBG temperature sensor is structured on the assumption that the side surface of the optical fiber is placed in contact with the temperature detection target as in the configuration disclosed in
しかしながら、FBG部は、数mmから十数mm程度の長さの範囲にわたって光ファイバに形成されるため、上述のような配置方法では、温度検知対象において、FBG部の長さに対応する部分の温度の平均値を計測していることになる。すなわち、従来のFBG温度センサでは、例えば、公知の熱電対方式温度センサのように、極狭い領域の温度を正確に計測することは困難である。 However, since the FBG portion is formed in the optical fiber over a range of a length of about several millimeters to several tens of millimeters, in the arrangement method as described above, the portion corresponding to the length of the FBG portion is detected in the temperature detection target. The average value of temperature is measured. That is, in the conventional FBG temperature sensor, it is difficult to accurately measure the temperature in an extremely narrow region, for example, as in a known thermocouple type temperature sensor.
一方、特許文献4が開示するFBG温度センサの構造によれば、例えば、温度検知対象に対して、光ファイバが垂直となる位置関係でFBG温度センサを配置することも可能かもしれない。しかしながら、この場合、FBG部の周囲を囲むキャップが温度検知対象に接触することになる。特許文献4では、キャップは、石英ガラスやエポキシ樹脂により構成されているため、温度検知対象の急激な温度変化に対して追従できず、正確な温度を検知することができない。
On the other hand, according to the structure of the FBG temperature sensor disclosed in
本発明は、このような従来技術の課題を鑑みてなされたものであって、従来、検知が困難であった狭い領域の温度を、より正確に測定することができるFBG温度センサを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem of the prior art, and provides an FBG temperature sensor that can more accurately measure the temperature of a narrow region that has been difficult to detect conventionally. With the goal.
上述の目的を達成するために、本発明は以下の技術的手段を採用している。まず、本発明は、FBG(Fiber Bragg Grating)部が形成された光ファイバを用いて温度を検知するFBG温度センサを前提としている。そして、本発明に係るFBG温度センサは、本体部、受熱部、熱伝導部、及び結合部を備える。本体部は、光ファイバが挿入される貫通孔を有する。また、本体部は、FBG部の一方側で、貫通孔に挿入された光ファイバを片持ち支持する。受熱部は、温度検知対象に接触する。熱伝導部は、FBG部の周囲を囲む状態で光ファイバと間隔をおいて配置される。また、熱伝導部は、受熱部と熱的に接続される。結合部は本体部に設けられる。結合部は、受熱部の外周面又は熱伝導部の外周面を支持することで、受熱部を本体部に固定する。以上の構成において、結合部は、受熱部及び熱伝導部よりも低熱伝導率の材質で構成される。 In order to achieve the above object, the present invention employs the following technical means. First, the present invention is premised on an FBG temperature sensor that detects temperature using an optical fiber in which an FBG (Fiber Bragg Grating) portion is formed. And the FBG temperature sensor which concerns on this invention is provided with a main-body part, a heat receiving part, a heat conductive part, and a coupling | bond part. The main body has a through hole into which the optical fiber is inserted. The main body cantilever supports the optical fiber inserted into the through hole on one side of the FBG portion. A heat receiving part contacts a temperature detection object. The heat conducting unit is disposed at a distance from the optical fiber so as to surround the periphery of the FBG unit. The heat conducting unit is thermally connected to the heat receiving unit. The coupling portion is provided on the main body portion. The coupling portion supports the outer peripheral surface of the heat receiving portion or the outer peripheral surface of the heat conducting portion, thereby fixing the heat receiving portion to the main body portion. In the above configuration, the coupling portion is made of a material having a lower thermal conductivity than the heat receiving portion and the heat conducting portion.
本発明のFBG温度センサによれば、受熱部に与えられた熱(温熱又は冷熱)を、熱伝導部を介してFBG部に伝える構成であるため、温度検知対象に対して受熱部が接触する面を、光ファイバの軸方向と交差する方向に配置することができる。そのため、受熱部の面積を光ファイバにおけるFBG部の長さにより規定される領域の面積よりも小さくすることができる。また、受熱部及び熱伝導部は、結合部において熱的に分離されているため、本体部側から熱が伝わることも防止されている。したがって、従来、検知が困難であった狭い領域の温度を、より正確に測定することができる。 According to the FBG temperature sensor of the present invention, since the heat (hot or cold) given to the heat receiving part is transmitted to the FBG part via the heat conducting part, the heat receiving part contacts the temperature detection target. The plane can be arranged in a direction intersecting the axial direction of the optical fiber. Therefore, the area of the heat receiving portion can be made smaller than the area of the region defined by the length of the FBG portion in the optical fiber. Moreover, since the heat receiving part and the heat conducting part are thermally separated at the joint part, heat is prevented from being transmitted from the main body part side. Therefore, it is possible to more accurately measure the temperature in a narrow region that has been difficult to detect conventionally.
このFBG温度センサにおいて、例えば、受熱部は、FBG部の他方側、すなわち、F
BG部を挟んで本体部と反対側に、光ファイバと間隔をおいて配置する構成を採用することができる。
In this FBG temperature sensor, for example, the heat receiving part is the other side of the FBG part, that is, F
It is possible to adopt a configuration in which the optical fiber is disposed at a distance on the opposite side of the main body portion with the BG portion interposed therebetween.
また、例えば、結合部は光ファイバの軸方向に沿って凹入する凹部により構成することができる。この場合、受熱部の外周面又は熱伝導部の外周面が当該凹部の内周面に支持される構成を採用することができる。 Further, for example, the coupling part can be constituted by a concave part that is recessed along the axial direction of the optical fiber. In this case, the structure by which the outer peripheral surface of a heat receiving part or the outer peripheral surface of a heat conductive part is supported by the inner peripheral surface of the said recessed part is employable.
さらに、熱伝導部は、一方端に開放端を有する筒状部材で構成することができる。この場合、受熱部は、筒状部材の他方端に設ける構成を採用することができる。筒状部材で構成された熱伝導部は、受熱部に近い位置と、受熱部から離れた位置とで異なる周囲長の外周面を有する構成を採用することができる。 Furthermore, the heat conducting part can be constituted by a cylindrical member having an open end at one end. In this case, the structure provided in the other end of a cylindrical member can be employ | adopted for a heat receiving part. The heat conduction part comprised with the cylindrical member can employ | adopt the structure which has the outer peripheral surface of circumference | surroundings different in the position close | similar to a heat receiving part, and the position away from the heat receiving part.
以上の構成において、結合部は、焼嵌め、圧入、又は螺合により熱伝導部の外周面を圧接することで受熱部を本体部に固定する構成を採用することができる。また、本体部は、焼嵌めにより貫通孔に挿入された光ファイバの外周面を圧接することで、光ファイバを片持ち支持する構成を採用することもできる。 In the above configuration, the coupling portion may employ a configuration in which the heat receiving portion is fixed to the main body portion by press-contacting the outer peripheral surface of the heat conducting portion by shrink fitting, press fitting, or screwing. In addition, the main body portion may be configured to support the optical fiber in a cantilever manner by pressing the outer peripheral surface of the optical fiber inserted into the through hole by shrink fitting.
本発明によれば、従来、検知が困難であった狭い領域の温度を、より正確に測定することができる。 According to the present invention, it is possible to more accurately measure the temperature of a narrow region that has been difficult to detect.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながらより詳細に説明する。図1は、本実施形態におけるFBG温度センサの構造の一例を示す図である。図1(a)は、本実施形態におけるFBG温度センサを示す平面図である。図1(b)は、本実施形態におけるFBG温度センサを示す側面図である。図1(c)は、本実施形態におけるFBG温度センサを示す底面図である。また、図2は、図1(a)に示すA−A線に沿う断面図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an example of the structure of the FBG temperature sensor in the present embodiment. Fig.1 (a) is a top view which shows the FBG temperature sensor in this embodiment. FIG. 1B is a side view showing the FBG temperature sensor in the present embodiment. FIG.1 (c) is a bottom view which shows the FBG temperature sensor in this embodiment. Moreover, FIG. 2 is sectional drawing which follows the AA line shown to Fig.1 (a).
図1(a)から図1(c)及び図2に示すように、FBG温度センサ1は、光ファイバ2、本体部3、受熱部4、熱伝導部5、及び結合部35を備える。光ファイバ2は、FBG(Fiber Bragg Grating)部21を備える。後述のように、光ファイバ2は本体部3により片持ち支持される。FBG部21は、光ファイバ2の、支持されていない端部(以下、先端ともいう。)の近傍に形成されている。なお、光ファイバ2は、光を伝搬するコア、コアの周囲を取り囲みコア中を伝搬する光をコア側に反射させるクラッドが中心から順に配置された構造を有する。また、光ファイバ2の先端は、先端で反射された反射光が光ファイバ2内を逆進することがないように公知の端末処理がなされている。
As shown in FIGS. 1A to 1C and 2, the
公知のように、FBG部はブラッグ波長により規定される波長の光を反射する。FBG部は光ファイバのコアに所定の間隔で配置された複数の回折格子により構成され、ブラッグ波長は光ファイバの屈折率と回折格子の配置間隔との積に比例する。したがって、温度
上昇に起因する屈折率の増大や、光ファイバの伸長による回折格子間隔の拡大により、FBG部により反射される光の波長は大きくなる。また、温度低下に起因する屈折率の低下や、光ファイバの収縮による回折格子の間隔の縮小により、FBG部により反射される光の波長は小さくなる。
As is known, the FBG portion reflects light having a wavelength defined by the Bragg wavelength. The FBG portion is composed of a plurality of diffraction gratings arranged at a predetermined interval in the core of the optical fiber, and the Bragg wavelength is proportional to the product of the refractive index of the optical fiber and the arrangement interval of the diffraction gratings. Therefore, the wavelength of the light reflected by the FBG portion increases due to an increase in the refractive index due to the temperature rise and an increase in the diffraction grating interval due to the extension of the optical fiber. In addition, the wavelength of light reflected by the FBG portion becomes smaller due to a decrease in refractive index due to a temperature decrease and a reduction in the distance between diffraction gratings due to the contraction of the optical fiber.
光ファイバにFBG部を形成する加工方法としては、マスクを通じて光ファイバに紫外光を照射する方法が広く使用されている。当該マスクの光ファイバと対向する面には一定周期で複数条の溝が形成されており、当該マスクを通過した紫外光は、光ファイバに、溝の周期によって定まる周期の干渉縞(紫外光の強弱)を形成する。本加工方法では、この干渉縞を利用して光ファイバのコアに周期的な屈折率変化を生じさせることができる。 As a processing method for forming the FBG portion in the optical fiber, a method of irradiating the optical fiber with ultraviolet light through a mask is widely used. A plurality of grooves are formed at a fixed period on the surface of the mask facing the optical fiber, and the ultraviolet light that has passed through the mask is transmitted to the optical fiber by interference fringes (ultraviolet light having a period determined by the period of the groove). Strength). In this processing method, it is possible to cause a periodic refractive index change in the core of the optical fiber by using the interference fringes.
しかしながら、このような加工方法により形成したFBG部は、数百度程度の温度雰囲気に設置されるとコアに生じた屈折率変化が小さくなり、FBG部が消失してしまう。本実施形態では、光ファイバ2のコアにフェムト秒レーザを照射することにより屈折率変化を生じさせている。フェムト秒レーザはピーク出力が高いため、比較的高温であっても消失することのないFBG部21を光ファイバ2に形成することができる。
However, when the FBG portion formed by such a processing method is installed in a temperature atmosphere of about several hundred degrees, the refractive index change generated in the core becomes small, and the FBG portion disappears. In this embodiment, the refractive index change is caused by irradiating the core of the
なお、図中では、便宜上、光ファイバ2においてコアとクラッドとの境界を省略するとともに、光ファイバ2に等間隔で直線を付すことでFBG部21を表現している。
In the drawing, for convenience, the boundary between the core and the clad in the
図1(a)から図1(c)及び図2に示すように、本実施形態では、光ファイバ2を片持ち支持する本体部3は、円柱状の部材により構成される。本体部3は低熱伝導材料(断熱材料)により構成されている。特に限定されないが、本体部3は、例えば、ジルコニア系セラミックスにより構成することができる。本体部3の熱伝導率(常温)は、10W/(m・K)以下であることが好ましく、5W/(m・K)以下であることがより好ましい。
As shown in FIG. 1A to FIG. 1C and FIG. 2, in the present embodiment, the
本体部3は、軸方向に沿う貫通孔31を有する。貫通孔31には光ファイバ2が挿入される。本体部3の一方端には、本体部3(光ファイバ2)の軸方向に沿って凹入する凹部が形成されている。当該凹部は、後述のように、結合部35として機能する。図2に示すように、光ファイバ2は、FBG部21が当該凹部内に配置された状態で固定される。本体部3に対する光ファイバ2の固定は、例えば、焼嵌め等により実施することができる。また、図1(b)、図1(c)、図2に示すように、本体部3の他方端において、本体部3の他方端と光ファイバ2とを接着する接着剤6により固定することもできる。接着剤6には、耐熱性を有するアクリル系接着剤、シリコーン系接着剤、オレフィン系接着剤、ポリイミド系接着剤等を使用することができる。なお、図1(b)、図2に示すように、本実施形態では、接着剤6よりも計測器に接続される側の光ファイバ2は、コア及びクラッドを保護する外皮樹脂22により被覆されている。
The
光ファイバ2の先端側には、光ファイバ2と間隔をおいて、温度検知対象に接触する受熱部4が配置される。図1(a)に示すように、受熱部4は、平面視において円形の外形を有している。受熱部4の直径は、例えば、1mmから3mm程度とすることができる。
A
また、FBG部21の周囲には、光ファイバ2と間隔をおいて熱伝導部5が配置されている。本実施形態では、熱伝導部5は、一方端に開放端を有する筒状部材(ここでは、円柱状部材)により構成されており、筒状部材の他方端に受熱部4が配置されている。特に限定されないが、本実施形態では、光ファイバ2(FBG部21)と熱伝導部5の内周面との間の間隔は、0.1mmから0.3mm程度である。
Further, a
受熱部4と熱伝導部5とは熱的に接続されていればよいが、本実施形態では、受熱部4
と熱伝導部5とは、高熱伝導材料により一体に構成されている。特に限定されないが、受熱部4と熱伝導部5には、熱伝導率の高い、銅等の金属の他、窒化アルミニウム系セラミックス等を使用することができる。受熱部4、熱伝導部5の熱伝導率(常温)は、20W/(m・K)以上であることが好ましく、50W/(m・K)以上であることがより好ましい。なお、本実施形態では、図2に示すように、熱伝導部5の内部にFBG部21の全体が収容される構成を採用しているが、例えば、光ファイバ2の軸方向に沿うFBG部21の長さが比較的長い場合、熱伝導部5の内部にFBG部21の一部が収容される構成を採用することも可能である。
The
And the
また、本実施形態では、熱伝導部5は、受熱部4に近い位置と、受熱部4から離れた位置とで異なる周囲長の外周面を有している。すなわち、図2に示すように、受熱部4に近い位置の熱伝導部5の外径が、受熱部4から離れた位置の熱伝導部5の外径よりも大きくなっている(以下では、熱伝導部5において外径の大きい部分を大径部51、外径の小さい部分を小径部52ともいう。)。
Further, in the present embodiment, the
熱伝導部5は、結合部35を構成する本体部3の凹部に挿入される。当該凹部の内周面が熱伝導部5の外周面(ここでは、大径部51の外周面)を支持することで、受熱部4は本体部3に固定される。この場合、結合部35は、接着剤を用いることなく、熱伝導部5の外周面を固定する構成であることが特に好ましい。例えば、結合部35は、焼嵌め、又は圧入により熱伝導部5の外周面を圧接することで受熱部4を本体部3に固定する構成を採用することができる。また、熱伝導部5の外周面、及び結合部35の内周面に、ねじ山を形成し、螺合により受熱部4を本体部3に固定する構成を採用することもできる。なお、本実施形態では、熱伝導部5(受熱部4)と本体部3とは、連結部35のみで接触している。熱伝導部5(受熱部4)と本体部3との間の熱の移動をより抑制する観点では、熱伝導部5(受熱部4)と本体部3との接触面積はより小さいことが好ましい。本実施形態では、熱伝導部5の外周面に小径部52を設けることで、熱伝導部5と本体部3との接触面積をより小さくしている。
The
以上説明したように、このFBG温度センサ1では、受熱部4に与えられた熱(温熱又は冷熱)を、熱伝導部5を介してFBG部21に伝える構成であるため、温度検知対象に対して受熱部4が接触する面を光ファイバ2の軸方向と交差する方向に配置することができる。そのため、受熱部4の面積を光ファイバ2におけるFBG部21の長さにより規定される領域の面積よりも小さくすることができる。また、結合部35が受熱部4及び熱伝導部5よりも低熱伝導率の材質で構成されているため、受熱部4及び熱伝導部5は、結合部35において本体部3と熱的に分離されている。そのため、本体部3側から熱が伝わることも防止されている。したがって、従来、検知が困難であった狭い領域の温度を、より正確に測定することができる。
As described above, the
また、FBG部21が形成された光ファイバ2はFBG部21の一方側で片持ち支持される構成であるため、例えば、本体部3の熱伸縮に起因する歪みがFBG部21に作用することもない。すなわち、FBG部21の格子間隔の変動や屈折率の変動は、FBG部21の周囲の温度変化のみに起因するものであるため、FBG温度センサ1の設置位置に応じた特別な補正等の必要がなく、極めて簡単に正確な温度を検知することができる。
Moreover, since the
さらに、受熱部4に与えられた熱が本体部3に伝わることもないため、温度検知対象が比較的高温である場合でも、受熱部4に与えられた熱が伝わって接着剤6や外皮樹脂22が劣化・破損することも防止できる。
Furthermore, since the heat given to the
以上のFBG温度センサ1は、エンジンのシリンダ内の温度計測等、高温の温度測定に特に好適である。例えば、エンジンのシリンダ内の温度を計測する場合、FBG温度セン
サ1は、シリンダブロックのシリンダ壁面の温度検知位置に設けられた貫通孔に、受熱部4の先端がシリンダの内壁面と面一となる状態で設置することができる。
The
なお、FBG温度センサ1の反射波長の変化は、従来と同様に、光ファイバ2の端部に接続された計測器により取得される。計測器は、FBG温度センサ1のFBG部21における反射波長を含むブロードバンド光源及び反射波長を計測する受光器を備える。
The change in the reflected wavelength of the
図3に示すように、複数のFBG温度センサ1を使用した温度検知システムを構成することもできる。この温度検知システム10は、計測器11、光スプリッタ12、及び複数のFBG温度センサ1を備える。計測器11は上述の光源及び受光器を備える。光スプリッタ12は、光ファイバ13を介して計測器11と接続される。また、光スプリッタ12には、各FBG温度センサ1の光ファイバ2が接続されている。光スプリッタ12は、計測器11から入射した光を、各FBG温度センサ1の光ファイバ2に分割して入射する機能を有するとともに、各FBG温度センサ1の光ファイバ2から入射した光を1つにまとめて計測器11に入射する機能を有する。なお、この場合、各FBGセンサ1のFBG部21のブラッグ波長は互いに異なる波長に設定される。これにより、反射光の波長に基づいて反射光の反射位置を容易に区別することができる。
As shown in FIG. 3, a temperature detection system using a plurality of
以下、FBG温度センサの変形例について説明する。図4から図6は、本実施形態におけるFBG温度センサの構造の他の例を示す図である。図4から図6において、FBG温度センサ1と同様の作用効果を奏する構成要素には同一の符号を付している。
Hereinafter, modifications of the FBG temperature sensor will be described. 4 to 6 are diagrams showing other examples of the structure of the FBG temperature sensor in the present embodiment. 4 to 6, the same reference numerals are given to the constituent elements having the same functions and effects as those of the
上述の例では、受熱部4の温度検知対象に接触する面と光ファイバ2の軸方向とが直交する構成としたが、図4に示すように、受熱部4の温度検知対象に接触する面と光ファイバ2の軸方向とが他の角度で交差する構成であってもよい。図4に示すFBG温度センサ7では、受熱部4の温度検知対象に接触する面と光ファイバ2の軸方向とのなす角が45度程度になっている。本構成によれば、本体部3を温度検知対象に対して斜めに配置することができるため、FBG温度センサの設置自由度を高めることが可能になる。
In the above-described example, the surface that contacts the temperature detection target of the
また、上述の例では、結合部35を構成する本体部3の凹部の内周面が熱伝導部5の外周面を支持することで受熱部4が本体部3に固定される構成としたが、図5に示すFBG温度センサ8のように、結合部35を構成する本体部3の凹部の内周面が受熱部4の外周面を支持することで、受熱部4は本体部3に固定される構成を採用することもできる。
In the above-described example, the
さらに、図6に示すFBG温度センサ9のように、受熱部4に、熱伝導部5の内側と連通する貫通孔41を設けてもよい。本構成は、例えば、温度検知対象が気体である場合に好適である。
Further, as in the
以上で説明したように、本発明によれば、従来、検知が困難であった狭い領域の温度を、より正確に測定することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to more accurately measure the temperature in a narrow region that has been difficult to detect.
なお、上述した実施形態は本発明の技術的範囲を制限するものではなく、既に記載したもの以外でも、本発明の範囲内で種々の変形や応用が可能である。例えば、上記実施形態では、特に好ましい形態として、本体部3の外形を円柱状としたが、四角柱状、多角柱状、円錐台状、角錐台状等、任意の形状を採用することができる。また、上記実施形態では、熱伝導部5の外周面の周囲長が受熱部4側で大きくなる構成としたが、熱伝導部5の外周面の周囲長が受熱部4側で小さくなる構成としてもよい。熱伝導部5の外周面周囲長も2段階のステップ状に変化することは必須でなく、3段階以上の多段階でステップ状に変化してもよく、連続的に変化してもよい。さらに、図5に示すFBG温度センサ8のように、熱伝導部5の外周面の周囲長が変化しない構成を採用することも可能である。
The above-described embodiments do not limit the technical scope of the present invention, and various modifications and applications other than those already described are possible within the scope of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the outer shape of the
本発明によれば、従来、検知が困難であった狭い領域の温度を、より正確に測定することができ、FBG温度センサとして有用である。 According to the present invention, a temperature in a narrow region that has been difficult to detect conventionally can be measured more accurately, which is useful as an FBG temperature sensor.
1、7、8、9 FBG温度センサ
2 光ファイバ
3 本体部
4 受熱部
5 熱伝導部
6 接着剤
21 FBG部
22 外皮樹脂
31 貫通孔
35 結合部
51 大径部
52 小径部
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記光ファイバが挿入される貫通孔を有し、前記FBG部の一方側で、前記貫通孔に挿入された前記光ファイバを片持ち支持する本体部と、
温度検知対象に接触する受熱部と、
前記FBG部の周囲を囲む状態で前記光ファイバと間隔をおいて配置されるとともに、前記受熱部と熱的に接続された熱伝導部と、
前記本体部に設けられ、前記受熱部の外周面又は前記熱伝導部の外周面を支持することで、前記受熱部を前記本体部に固定する結合部と、
を備え、
前記結合部が、前記受熱部及び前記熱伝導部よりも低熱伝導率の材質で構成されるFBG温度センサ。 An FBG temperature sensor that detects temperature using an optical fiber in which an FBG (Fiber Bragg Grating) portion is formed,
A main body having a through hole into which the optical fiber is inserted, and cantilevering the optical fiber inserted into the through hole on one side of the FBG portion;
A heat receiving portion that contacts the temperature detection target;
A heat conducting portion disposed around the FBG portion and spaced apart from the optical fiber, and thermally connected to the heat receiving portion;
A coupling portion that is provided in the main body portion and supports the outer peripheral surface of the heat receiving portion or the outer peripheral surface of the heat conducting portion, thereby fixing the heat receiving portion to the main body portion;
With
An FBG temperature sensor in which the coupling portion is made of a material having a lower thermal conductivity than the heat receiving portion and the heat conducting portion.
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