JP2020106305A - 温度計測装置及びその計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】多点計測性を維持しつつ流体内の温度計測精度を向上することができる温度計測装置及びその計測方法を提供する。【解決手段】感温部１０ａとこの感温部１０ａの両端部に形成された被支持部１０ｂを有する光ファイバ１０と、光を出力する光源２と、感温部１０ａで発生した反射光を処理する処理手段４とを備え、流体温度を計測可能な温度計測装置１において、感温部１０ａが、速度を有する流体内に配置され、光ファイバ１０は、感温部１０ａの表面に光ファイバ１０の固有振動数ｆｉを変更するための金属被膜１４を有し、金属被膜１４の膜厚は、光ファイバ１０の固有振動数ｆｉが感温部１０ａから発生するカルマン渦の周波数帯域Ａから外れる振動数になるように設定されている。【選択図】 図２

Description

本発明は、温度計測装置及びその計測方法に関し、特に、光ファイバを用いて流体温度を計測可能な温度計測装置及びその計測方法に関する。

従来より、長距離伝送、耐電気ノイズ、防爆性能等に優れた光ファイバは、通信分野に加え、物理量を計測するセンシング分野でも多く使用に供されている。
通常、光ファイバは、光を伝搬するコアと、その周囲を覆う同心円状のクラッドとからなる誘電体から構成され、クラッドの屈折率をコアの屈折率よりも小さくすることにより、光の全反射現象を利用して光を伝送している。このような光ファイバは、その特性として光学的特性と温度依存性とを備えているため、これらの特性を利用した温度計測装置が種々提案されている。

まず、光学的特性を利用した温度計測装置は、ＯＴＤＲ（Optical Time Domain Reflectometry）センサに代表され、光ファイバに強力な入射光を導入した際に発生するラマン散乱やブリルアン散乱等の散乱現象を用いている。これらの後方散乱光の波長が、光ファイバの構成物質である二酸化ケイ素の温度に依存しているからである。
特許文献１は、温度計測装置ではないが、片持ちタイプの走査光ファイバを光ファイバ自身の共振周波数と実質的に離れた初期周波数から共振周波数に近づくように連続的に振動させて光を照射し、後方散乱光を時系列に集光している。

また、温度依存性を利用した温度計測装置は、ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）センサに代表され、光ファイバ内部の屈折率を周期的に変化させることにより、入射光とは波長が異なる反射光を用いている（例えば、特許文献２）。コア内に形成された複数の回折格子から反射した反射光の波長が、温度に起因する光ファイバ自身の歪によって変化するからである。

図１１に示すように、ＦＢＧセンサは、光ファイバのコア５１にコア５１よりも屈折率が大きい周期的な回折格子（Grating）５４が形成され、クラッド５２の外周に紫外線硬化樹脂等の保護被覆５３が設けられている。このタイプのセンサでは、コア５１内を伝搬する入射光のうち、回折格子５４の間隔が入射光の半波長に合致した光が反射光として進行方向とは反対側にブラッグ反射され、回折格子５４の間隔が入射光の半波長に合致しない光が透過光として進行方向側に透過される。ブラッグ反射の条件は、次式で表される。
λ＝２ｎ・Λ
尚、λはブラッグ波長（反射光波長）、ｎはコア５１の屈折率、Λは屈折率変調周期（回折格子５４の間隔）である。

特許第５０４３１８２号 特開平１０−１４１９２２号

単一の光源と単一の受光器を用いて多点型センシングを行うＦＢＧセンサは、線上に連続する分布型センシングを行うＯＴＤＲセンサに比べて、光ファイバ１本当りの温度測定箇所が多く、特に、狭隘な空間内で多点計測を行う状況においては優位性が高い。
しかし、ＦＢＧセンサは、配置された環境温度に起因する光ファイバ自身の歪を用いて温度を計測していることから、速度を有する空気や水等の流体内に配置された状況において、多点計測性を維持しつつ流体温度を精度良く検出できない虞がある。

そこで、本発明者は、上記問題点を明らかにするため、ＦＢＧセンサを用いた温度計測実験装置を作成し、検証実験を行った。
風速を段階的に調整可能な送風機と、この送風機の送風口の前に張設されたＦＢＧセンサとによって実験装置を構成し、時間経過に伴って風速を増加させた状態の下、計測値と真値との計測温度差及びＦＢＧセンサの振動周波数を夫々測定した。
図１２，図１３に検証結果を示す。図１２は、経過時間と計測温度差との相関関係を示すグラフ、図１３は、風速と光ファイバの振動周波数との相関関係を示すグラフである。
図１２に示すように、計測温度差、所謂計測ノイズが極端に増加する領域が特定の経過時間に対応して発生している。また、図１３に示すように、ＦＢＧセンサの振動周波数は風速に比例する線形傾向であるにも拘らず、振動周波数が一定値に固定される領域が特定の風速に対応して生じている。

上記検証実験により、以下の問題点が判明した。
図１４に示すように、光ファイバが速度を有する流体内に存在するとき、光ファイバは風向きに対して直交方向に上下振動する。これは、光ファイバの上面及び下面から後面にかけて上下交互に発生するカルマン渦に起因するものであり、上下各々の圧力差により光ファイバが上下方向に周期的に振動する。そして、カルマン渦に起因した光ファイバの振動（自励振動）は、光ファイバ自身が本来有する構造上の固有な振動周波数（固有振動数）に近づくと、カルマン渦の発生周波数が光ファイバの固有振動数に強制的に引き寄せられることから（所謂、ロッキング現象）、光ファイバの自励振動がカルマン渦の発生周波数に共鳴し、結果的に、光ファイバの固有振動数とカルマン渦の発生周波数とが合致する周辺の周波数帯域において、光ファイバの自励振動が更に増幅される傾向にある。

即ち、流体温度を対象とするＦＢＧセンサの計測精度を向上するためには、ＦＢＧセンサとカルマン渦の共鳴振動による自励振動の増幅を抑制する必要がある。
しかし、現時点、有効且つ具体的な改善策は、提案されていない。

本発明の目的は、多点計測性を維持しつつ流体内の温度計測精度を向上可能な温度計測装置及びその計測方法等を提供することである。

請求項１の温度計測装置は、軸方向に延びる感温部とこの感温部の両端部に形成された被支持部を有する光ファイバと、この光ファイバに光を出力する光源と、前記感温部で発生した反射光を処理する処理手段とを備え、流体温度を計測可能な温度計測装置において、前記感温部が、速度を有する流体内に配置されると共に、前記光ファイバの固有振動数が、前記感温部から発生するカルマン渦の周波数帯域から外れる振動数に設定されたことを特徴としている。

この温度計測装置では、前記感温部が、速度を有する流体内に配置されているため、流体温度を感温部から反射された反射光を用いて多点計測することができる。
前記光ファイバの固有振動数が、前記感温部から発生するカルマン渦の周波数帯域から外れる振動数に設定されているため、計測環境下において、カルマン渦の発生周波数に相当する周波数帯域が光ファイバの固有振動数に引き寄せられるロッキング現象を強制的且つ構造的に回避することができ、光ファイバとカルマン渦との共鳴振動に起因した光ファイバの歪の発生を抑制することができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記光ファイバは、前記感温部の表面に前記光ファイバの固有振動数を変更するための金属被膜を有し、前記金属被膜の膜厚が、前記カルマン渦の周波数帯域に関連付けて設定されることを特徴としている。
この構成によれば、保護被膜に相当する金属被膜を用いて光ファイバの伸縮を抑制しつつ、光ファイバの固有振動数を調整することができる。

請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記光ファイバは、コアと、前記コアを被覆するクラッドとを有し、前記金属被膜の膜厚が、前記光ファイバの直径よりも小さく形成されたことを特徴としている。
この構成によれば、計測精度と計測応答性とを両立することができる。

請求項４の発明は、請求項２又は３の発明において、前記被支持部の表面を覆う被膜を設け、前記被膜の膜厚が、前記金属被膜の膜厚よりも大きく形成されたことを特徴としている。
この構成によれば、感温部の金属被膜を薄くすることにより、計測応答性を高めつつ、固有振動数の調整幅を大きくすることができる。しかも、被支持部の被膜を厚くすることにより、光ファイバの支持剛性を確保することができる。

請求項５の発明は、請求項１の発明において、前記光ファイバの前記処理手段と反対側端部に前記光ファイバの張力を調整可能な張力付与手段を設け、前記張力付与手段が、前記光ファイバの固有振動数を前記カルマン渦の周波数帯域から外すことができる張力を前記光ファイバに付与することを特徴としている。
この構成によれば、簡単な構成で固有振動数の調整幅を大きくすることができる。

請求項６の発明は、請求項５の発明において、前記感温部が、複数位置の温度を検知可能に形成されると共に車両のエンジンルーム内を車体前後方向に延びる１対のフレーム間に配置され、前記張力付与手段が、前記１対のフレームの何れか一方に配設されたことを特徴としている。
この構成によれば、簡単な構成で車両のエンジンルーム内温度を精度良く計測することができる。

請求項７の温度計測方法は、軸方向に延びる感温部とこの感温部の両端部に形成された被支持部を有する光ファイバと、この光ファイバに光を出力する光源と、前記感温部で発生した反射光を処理する処理手段とを用いて流体温度を計測可能な温度計測方法において、流体内に配置された前記光ファイバから発生するカルマン渦の周波数帯域を流体の速度に基づき演算する周波数演算ステップと、次に、前記光ファイバの固有振動数が前記感温部を流体内に配置したときのカルマン渦の周波数帯域に含まれる場合、前記光ファイバの固有振動数を、前記感温部から発生するカルマン渦の周波数帯域から予め外れる振動数に設定する振動数設定ステップと、を有することを特徴としている。

この温度計測方法では、流体内に配置された前記光ファイバから発生するカルマン渦の周波数帯域を流体の速度に基づき演算する周波数演算ステップを有しているため、流体温度を感温部から反射された反射光を用いて計測するに当り、計測環境下において、カルマン渦の発生周波数に相当する周波数帯域を演算することができる。
前記光ファイバの固有振動数が前記感温部を流体内に配置したときのカルマン渦の周波数帯域に含まれる場合、前記光ファイバの固有振動数を、前記感温部から発生するカルマン渦の周波数帯域から予め外れる振動数に設定する振動数設定ステップを有しているため、計測環境下において、カルマン渦の周波数帯域が光ファイバの固有振動数に引き寄せられるロッキング現象を強制的且つ構造的に回避することができ、光ファイバとカルマン渦との共鳴振動に起因した光ファイバの歪の発生を抑制することができる。

本発明の温度計測装置及びその計測方法によれば、光ファイバの固有振動数を計測性能に影響を与えることなく変更することにより、多点計測性を維持しつつ流体内の温度計測精度を向上することができる。

実施例１に係る温度計測装置の全体構成を示すブロック図である。 温度計測装置に用いる光ファイバの説明図である。 金属被膜の厚みとヤング率との関係を示す表である。 光ファイバが配置されたエンジンルームの正面図である。 光ファイバが配置されたエンジンルームの底面図である。 光ファイバの取付部の斜視図である。 温度計測処理手順を示すフローチャートである。 温度計測装置に係る経過時間と計測温度差との相関関係を示すグラフである。 温度計測装置に係る風速と光ファイバの振動周波数との相関関係を示すグラフである。 実施例２に係る図２相当図である。 従来技術に係るＦＢＧセンサの説明図である。 従来技術の検証実験に係る経過時間と計測温度差との相関関係を示すグラフである。 従来技術の検証実験に係る風速と光ファイバの振動周波数との相関関係を示すグラフである。 流体中に配置された光ファイバとカルマン渦との関係を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

以下、本発明の実施例１について図１〜図９に基づいて説明する。
本実施例１に係る温度計測装置１は、光ファイバの温度依存性を利用したＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）センサを前提とした温度計測装置である。
図１に示すように、本実施例１の温度計測装置１は、光ファイバ１０と、光源２と、サーキュレータ３と、処理手段４等を主な構成要素としている。
説明の便宜上、単一の光ファイバ１０を示しているが、光ファイバ１０は１本でも良く、計測環境に合わせて複数本であっても良い。
尚、以下、温度計測装置１の説明は、温度計測方法の説明を含むものである。

図２に示すように、光ファイバ１０は、コア１１と、コア１１の屈折率よりも低い屈折率に形成され且つコア１１を被覆するクラッド１２と、コア１１の屈折率よりも高い屈折率に形成され且つコア１１内に形成された複数の回折格子１３と、クラッド１２を被覆する金属被膜１４及び取付被膜１５（被膜）等を備えている。
コア１１とクラッド１２は、透明な誘電体（ガラス等）から構成され、例えば、直径が１２５μｍに設定されている。

光ファイバ１０は、複数の回折格子１３が形成された光軸方向に延びる感温部１０ａと、この感温部１０ａの両端部に相当する１対の被支持部１０ｂを有している。
感温部１０ａは、計測対象領域である流体（空間）内に流体の進行方向に対して交差角（例えば、９０°）を有するように配置されている。１対の被支持部１０ｂは、感温部１０ａを非接触状態で張設するため、固定部材に支持されている。
本実施例では、後述する張力付与手段５を介して１対の被支持部１０ｂを固定部材に支持している。

図２に示すように、感温部１０ａには、周期的な複数の回折格子１３が形成されている。
回折格子１３の間隔をΛ、コア１１の屈折率をｎとしたとき、回折格子１３からの反射光の波長（ブラッグ波長）λは、次式（１）で表すことができる。
λ＝２ｎ・Λ …（１）
波長λに対応する回折格子１３部分が流体温度を計測するセンサ部に相当し、回折格子１３の間隔Λが異なるセンサ部を単一の感温部１０ａに対して複数個所形成することが可能である。

金属被膜１４は、感温部１０ａに対応したクラッド１２表面を一定の膜厚になるように被覆している。この金属被膜１４は、ニッケル被膜で形成され、光ファイバ１０の固有振動数ｆｉが、計測環境下において、カルマン渦の発生周波数に相当する周波数帯域Ａから外れる膜厚（例えば、１０μｍ）になるように設定されている。
取付被膜１５は、被支持部１０ｂに対応したクラッド１２表面を一定の膜厚になるように被覆している。本実施例では、取付被膜１５は金属被膜１４とは異なる材質で同じ膜厚になるように設定されている。

図１に示すように、光源２は、広帯域波長光源により構成され、光ファイバ１０に連続的に光を出力している。サーキュレータ３は、入射光を光ファイバ１０の感温部１０ａに導波し、回折格子１３から光源２側にブラッグ反射された反射光を混合光から分離して処理手段４に導波するように導波方向を制御している。
処理手段４は、回折格子１３（センサ部）から反射された反射光を入力し、入力した反射光のブラッグ波長λと温度特性係数ｋとに基づいて回折格子１３に対応した位置の温度を演算している。基準温度Ｔａ℃のときのブラッグ波長をλａ、基準温度よりも温度Ｔｂ℃高いときのブラッグ波長をλｂとしたとき、以下の式（２）が成り立っている。
Ｔｂ−Ｔａ＝（λｂ−λａ）／ｋ …（２）
温度特性係数ｋは、例えば、１０ｐｍ／℃を用いている。

次に、本実施例に係る温度計測装置１の基本的な考え方について説明する。
温度計測装置１では、計測環境下において、光ファイバ１０の固有振動数ｆｉがカルマン渦の周波数帯域Ａに含まれる場合、固有振動数ｆｉを周波数帯域Ａから外すため、計測実行前に、固有振動数変更処理を実行している。
光ファイバ１０の固有振動数ｆｉは、次式（３）で表すことができる。
尚、Ｅは、ヤング率、Ｉは、断面２次モーメント、ρは、平均密度、Ａは、断面積、Ｌは、長さ、Ｔは、張力である。

式（３）を用いて算出された基本光ファイバの固有振動数ｆｉが、例えば、７２Ｈｚ、計測環境下の風速範囲が、例えば、０ｍ／ｓ〜１５ｍ／ｓの場合について説明する。
尚、基本光ファイバは、金属被膜１４及び取付被膜１５が省略されている。
カルマン渦の発生周波数は、その物性として、流速に比例して線形特性を示すため、カルマン渦の発生周波数と基本光ファイバの固有振動数ｆｉは、風速約１１ｍ／ｓで略一致する。そして、風速１１ｍ／ｓの周辺領域、具体的には、風速約９ｍ／ｓから１２ｍ／ｓの領域では、カルマン渦の発生周波数が基本光ファイバの固有振動数に強制的に引き寄せられるロッキング現象が生じ、基本光ファイバの自励振動がカルマン渦の発生周波数に共鳴振動する。それ故、風速約９ｍ／ｓから１２ｍ／ｓの領域、つまり、周波数７２Ｈｚを含む約６０Ｈｚから８０Ｈｚの周波数帯域Ａから光ファイバの固有振動数ｆｉを強制的に外し、周波数帯域Ａ内におけるロッキング現象の発生を回避している。

固有振動数変更処理は、膜厚設定処理と張力設定処理の少なくとも何れか一方である。
膜厚設定処理では、クラッド１２の外周に膜厚１０μｍのニッケル金属被膜１４を設けている。
これにより、式（３）のヤング率Ｅを９２．２Ｇｐａ増加することができ、光ファイバ１０の固有振動数ｆｉを周波数帯域Ａから強制的に外している。図３の表に示すように、ニッケル金属被膜１４の膜厚を厚くすることにより、ヤング率Ｅを増加することができるため、周波数帯域Ａに応じて、適宜、金属被膜１４膜厚を設定している。
また、金属被膜１４の材質は、銅、金等、計測環境に応じて任意に選択可能であり、何れの場合であっても、膜厚を増加することにより、ヤング率Ｅを増加することができる。

張力設定処理では、感温部１０ａに付与される張力Ｔを増加する張力付与手段５を設けている（図４〜図６参照）。
これにより、式（３）の張力Ｔを増加することができ、光ファイバ１０の固有振動数ｆｉを周波数帯域Ａから外している。張力付与手段５は、例えば、テープ等の貼着手段を用いることが可能である。張力付与手段５を用いて感温部１０ａに所定張力Ｔを付与した状態で、被支持部１０ｂを固定部材に支持している。
金属被膜１４の膜厚が所定厚さよりも厚くなる場合、計測応答性に支障が生じる虞がある。それ故、光ファイバ１０の固有振動数ｆｉを周波数帯域Ａから外すに当り、金属被膜１４の膜厚が所定厚さよりも厚くなる場合には、金属被膜１４の膜厚を所定厚さに制限し、追加的に張力付与手段５を用いて感温部１０ａの張力Ｔを増加する。
また、空間的許容範囲に基づき膜厚が制限される場合も、同様である。

次に、光ファイバ１０を配置した計測環境の一例について説明する。
本実施例では、風洞実験等の車両走行状態におけるエンジンルームの下端部、具体的には、オイルパンとアンダーカバーとの間の雰囲気温度を検出している。
図４〜図６に示すように、車両Ｖのエンジンルームには、横置きエンジン２１と、このエンジン２１の左側に隣接配置された変速機２２と、フロントサスペンション（図示略）を支持すると共に前端部に左右１対の突出部を有するサスペンションクロスメンバ２３と、このサスペンションクロスメンバ２３の左右１対の突出部から前方に夫々延びると共にエンジン２１の下部を支持する左右１対のエンジンサポートメンバ２４（フレーム）と、エンジンルームの底部を覆うアンダーカバー（図示略）等を備えている。
尚、図中、矢印Ｆ方向は、車体前後方向前方、矢印Ｌ方向は、車幅方向左方、矢印Ｕ方向は、車体上下方向上方を夫々示している。

３本の光ファイバ１０は、エンジン２１のオイルパンとアンダーカバーとの間に前後方向に直交するように配置され、左端部が左側エンジンサポートメンバ２４の基端部分に張力付与手段５を介して支持され、右側途中部が右側エンジンサポートメンバ２４の基端部分に張力付与手段５を介して支持されている。各光ファイバ１０の張力付与手段５に挟まれた部分には、張力設定処理にて設定された張力Ｔが付与されている。
オイルパンとアンダーカバーとの間隔（例えば、１７．５ｍｍ）に対して光ファイバ１０の直径（１４５μｍ）であるため、流れ場に対して殆ど影響を与えない。
尚、光ファイバ１０の直径が１ｍｍ（空間の間隔に対して約５％の占有率）であれば、空間的許容範囲であるため、エンジンカバーとボンネットとの間隔（約２７ｍｍ）、エギマニインシュレータとパネルインシュレータとの間隔（約２３．３ｍｍ）、キャタリストとトンネルインシュレータとの間隔（約２５．１ｍｍ）等にも適用可能である（何れも図示略）。

次に、図７に示すフローチャートを参照しながら、温度計測装置１による温度計測動作の一例について説明する。尚、図中、Ｓｉ（ｉ＝１，２，…）は、各ステップを示す。

図７のフローチャートに示すように、Ｓ１にて、光ファイバ１０の物性、計測環境下の風速範囲及び雰囲気温度等の計測条件を設定し、Ｓ２（周波数演算ステップ）に移行する。
Ｓ２では、光ファイバ１０の固有振動数ｆｉを式（３）を用いて演算した後、Ｓ３に移行する。Ｓ３では、カルマン渦の発生周波数に相当する周波数帯域Ａを演算した後、Ｓ４に移行する。

Ｓ４では、光ファイバ１０の固有振動数ｆｉがカルマン渦の周波数帯域Ａから外れているか否か判定する。
Ｓ４の判定の結果、固有振動数ｆｉが周波数帯域Ａから外れている場合、光ファイバ１０を温度計測対象である流体の計測位置に配置する（Ｓ５）。
Ｓ５の後、温度計測装置１による多点温度計測を実行し（Ｓ６）、終了する。
Ｓ４の判定の結果、固有振動数ｆｉが周波数帯域Ａから外れていない場合、光ファイバ１０に対して固有振動数変更処理を実行し（Ｓ７）、Ｓ２にリターンする。
Ｓ７（振動数設定ステップ）の固有振動数変更処理では、まず、膜厚設定処理が実行され、金属被膜１４の膜厚が所定厚みを超える場合、張力設定処理を実行している。

次に、上記温度計測装置１の作用、効果について説明する。
作用、効果の説明にあたり、実施例１の温度計測装置１を用いた温度計測実験装置を作成し、検証実験を行った。この検証実験では、風速を段階的に調整可能な送風機と、この送風機の送風口の前に張設された光ファイバ１０とによって実験装置を構成し、時間経過に伴って風速を増加させた状態の下、計測値と真値との計測温度差及び光ファイバ１０の振動周波数を夫々測定した。

図８，図９に検証結果を示す。
図８は、経過時間と計測温度差との相関関係を示すグラフ、図９は、風速と光ファイバの振動周波数との相関関係を示すグラフである。
図８に示すように、従来のＦＢＧセンサ（図１２参照）に比べて、計測ノイズに起因した計測温度差が解消している。また、図９に示すように、カルマン渦の周波数帯域Ａにおけるロッキング現象が解消され、光ファイバ１０の振動周波数が、風速に拘らず、線形特性を有している。

この温度計測装置１によれば、感温部１０ａが、速度を有する流体内に配置されているため、流体温度を感温部１０ａから反射された反射光を用いて多点計測することができる。
光ファイバ１０の固有振動数ｆｉが、感温部１０ａから発生するカルマン渦の周波数帯域Ａから外れる振動数に設定されているため、計測環境下において、カルマン渦の発生周波数に相当する周波数帯域Ａが光ファイバ１０の固有振動数ｆｉに引き寄せられるロッキング現象を強制的且つ構造的に回避することができ、光ファイバ１０とカルマン渦との共鳴振動に起因した光ファイバ１０の歪の発生を抑制することができる。

光ファイバ１０は、感温部１０ａの表面に光ファイバ１０の固有振動数ｆｉを変更するための金属被膜１４を有し、金属被膜１４の膜厚が、カルマン渦の周波数帯域Ａに関連付けて設定されるため、保護被膜に相当する金属被膜１４を用いて光ファイバ１０の伸縮を抑制しつつ、光ファイバ１０の固有振動数ｆｉを調整することができる。

光ファイバ１０は、コア１１と、コア１１を被覆するクラッド１２とを有し、金属被膜１４の膜厚が、光ファイバ１０の直径よりも小さく形成されたため、計測精度と計測応答性とを両立することができる。

光ファイバ１０の処理手段４と反対側端部に光ファイバ１０の張力Ｔを調整可能な張力付与手段５を設け、張力付与手段５が、光ファイバ１０の固有振動数ｆｉをカルマン渦の周波数帯域Ａから外すことができる張力Ｔを光ファイバ１０に付与するため、簡単な構成で固有振動数ｆｉの調整幅を大きくすることができる。

感温部１０ａが、複数位置の温度を検知可能に形成されると共に車両Ｖのエンジンルーム内を前後に延びる１対のエンジンサポートメンバ２４間に配置され、張力付与手段５が、１対のエンジンサポートメンバ２４に夫々配設されたため、簡単な構成で車両Ｖのエンジンルーム内温度を精度良く計測することができる

この温度計測方法では、流体内に配置された光ファイバ１０から発生するカルマン渦の周波数帯域Ａを流体の速度に基づき演算する周波数演算ステップを有しているため、流体温度を感温部１０ａから反射された反射光を用いて計測するに当り、計測環境下において、カルマン渦の発生周波数に相当する周波数帯域Ａを演算することができる。
光ファイバ１０の固有振動数ｆｉが感温部１０ａを流体内に配置したときのカルマン渦の周波数帯域Ａに含まれる場合、光ファイバ１０の固有振動数ｆｉを、感温部１０ａから発生するカルマン渦の周波数帯域Ａから予め外れる振動数に設定する振動数設定ステップを有しているため、計測環境下において、カルマン渦の周波数帯域Ａが光ファイバ１０の固有振動数ｆｉに引き寄せられるロッキング現象を強制的且つ構造的に回避することができ、光ファイバ１０とカルマン渦との共鳴振動に起因した光ファイバ１０の歪の発生を抑制することができる。

次に、実施例２に係る光ファイバ１０Ａについて図１０に基づいて説明する。
尚、実施例１と同様の部材には、同じ符号を付している。
実施例１では、金属被膜１４及び取付被膜１５が同じ膜厚であったのに対し、実施例２では、金属被膜１４及び取付被膜１５Ａが異なる膜厚とされている。

金属被膜１４は、感温部１０ａに対応したクラッド１２表面を一定の膜厚になるように被覆されている。感温部１０ａには、周期的な複数の回折格子１３が形成されている。
取付被膜１５Ａは、金属被膜１４の膜厚よりも大きく形成され、被支持部１０ｂに対応したクラッド１２表面を端部側程厚くなるように被覆されている。
本実施例では、取付被膜１５Ａは金属被膜１４と同じ材質で形成している。

これにより、被支持部１０ｂの表面を覆う取付被膜１５Ａを設け、取付被膜１５Ａの膜厚が、金属被膜１４の膜厚よりも大きく形成されたため、感温部１０ａの金属被膜を薄くでき、計測応答性を高めつつ、固有振動数ｆｉの調整幅を大きくすることができる。しかも、被支持部１０ｂの取付被膜１５Ａを厚くすることにより、光ファイバ１０の支持剛性を確保することができる。

次に、前記実施形態を部分的に変更した変形例について説明する。
１〕前記実施例においては、コア及びクラッドの外周に金属被膜及び取付被膜を直接被覆した例を説明したが、少なくとも金属被膜によって光ファイバの固有振動数を変更できれば良く、コア及びクラッドの外周を紫外線硬化樹脂等の保護被膜で被覆された光ファイバを金属被膜によって被覆し、固有振動数を変更しても良い。また、保護被膜が単一層でなく、１次被膜及び２次被膜等複数層の被膜を用いて被覆することも可能である。

２〕前記実施例においては、エンジンルーム内の温度を３本の多点計測可能な光ファイバを用いて温度計測した例を説明したが、測定領域はエンジンルームに限られず、カルマン渦が発生する流速を有する流体空間であれば、何れでも適用可能である。
また、光ファイバは単一でも良く、また、複数本併用しても良い。
尚、レイノルズ数が約８０〜約３００の範囲で完全なカルマン渦、３００〜３×１０⁵の範囲で略周期的なカルマン渦、３×１０⁶よりも大きい範囲で周期的なカルマン渦が発生することから、上記レイノルズ数を満足する流体空間に適用することが好ましい。

３〕前記実施例においては、金属被膜としてニッケル、銅、金の例を説明したが、他の金属であっても良い。また、膜厚の例として、１０μｍ、２０μｍ、３０μｍを示したが、これに限るものではない。

４〕前記実施例においては、走行風の流れ方向に対して直交方向に配置された光ファイバの例を説明したが、少なくとも、光ファイバが走行風の流れ方向に対して交差角度を有していれば良い。

５〕その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施形態に種々の変更を付加した形態や各実施形態を組み合わせた形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態も包含するものである。

１ 温度計測装置
２ 光源
４ 処理手段
５ 張力付与手段
１０，１０Ａ 光ファイバ
１０ａ 感温部
１０ｂ 被支持部
１１ コア
１２ クラッド
１４ 金属被膜
１５，１５Ａ 取付被膜
２４ エンジンサポートメンバ
Ｖ 車両

Claims (7)

1. 軸方向に延びる感温部とこの感温部の両端部に形成された被支持部を有する光ファイバと、この光ファイバに光を出力する光源と、前記感温部で発生した反射光を処理する処理手段とを備え、流体温度を計測可能な温度計測装置において、
   前記感温部が、速度を有する流体内に配置されると共に、
   前記光ファイバの固有振動数が、前記感温部から発生するカルマン渦の周波数帯域から外れる振動数に設定されたことを特徴とする温度計測装置。
2. 前記光ファイバは、前記感温部の表面に前記光ファイバの固有振動数を変更するための金属被膜を有し、
   前記金属被膜の膜厚が、前記カルマン渦の周波数帯域に関連付けて設定されることを特徴とする請求項１に記載の温度計測装置。
3. 前記光ファイバは、コアと、前記コアを被覆するクラッドとを有し、
   前記金属被膜の膜厚が、前記光ファイバの直径よりも小さく形成されたことを特徴とする請求項２に記載の温度計測装置。
4. 前記被支持部の表面を覆う被膜を設け、
   前記被膜の膜厚が、前記金属被膜の膜厚よりも大きく形成されたことを特徴とする請求項２又は３に記載の温度計測装置。
5. 前記光ファイバの前記処理手段と反対側端部に前記光ファイバの張力を調整可能な張力付与手段を設け、
   前記張力付与手段が、前記光ファイバの固有振動数を前記カルマン渦の周波数帯域から外すことができる張力を前記光ファイバに付与することを特徴とする請求項１に記載の温度計測装置。
6. 前記感温部が、複数位置の温度を検知可能に形成されると共に車両のエンジンルーム内を車体前後方向に延びる１対のフレーム間に配置され、
   前記張力付与手段が、前記１対のフレームの何れか一方に配設されたことを特徴とする請求項５に記載の温度計測装置。
7. 軸方向に延びる感温部とこの感温部の両端部に形成された被支持部を有する光ファイバと、この光ファイバに光を出力する光源と、前記感温部で発生した反射光を処理する処理手段とを用いて流体温度を計測可能な温度計測方法において、
   流体内に配置された前記光ファイバから発生するカルマン渦の周波数帯域を流体の速度に基づき演算する周波数演算ステップと、
   次に、前記光ファイバの固有振動数が前記感温部を流体内に配置したときのカルマン渦の周波数帯域に含まれる場合、前記光ファイバの固有振動数を、前記感温部から発生するカルマン渦の周波数帯域から予め外れる振動数に設定する振動数設定ステップと、
   を有することを特徴とする温度計測方法。