JP3054860B2 - Fiber Bragg grating temperature sensor - Google Patents

Fiber Bragg grating temperature sensor

Info

Publication number
JP3054860B2
JP3054860B2 JP9209951A JP20995197A JP3054860B2 JP 3054860 B2 JP3054860 B2 JP 3054860B2 JP 9209951 A JP9209951 A JP 9209951A JP 20995197 A JP20995197 A JP 20995197A JP 3054860 B2 JP3054860 B2 JP 3054860B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fiber
temperature
grating
temperature sensor
bragg
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 - Fee Related
Application number
JP9209951A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH1151783A (en
Inventor
静 雄 呉
士 林 曹
Original Assignee
行政院国家科学委員会
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 行政院国家科学委員会 filed Critical 行政院国家科学委員会
Priority to JP9209951A priority Critical patent/JP3054860B2/en
Publication of JPH1151783A publication Critical patent/JPH1151783A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3054860B2 publication Critical patent/JP3054860B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明のファイバーブラッグ
回折格子(Fiber Bragg Grating :以下、FBGと記
す。)温度センサーは、1本のFBGを採用しただけの
温度センサーは精度に欠けるという欠点を改良し、その
他医療用光ファイバーセンサーを一緒に使用し、目盛り
決定の目的を達成した生物医学用品または環境温度測定
器とする。1980年以来、光ファイバー温度センサー
は広く研究されてきた。各種光ファイバーセンサーは多
くの領域における温度測定に応用される。おもに、光フ
ァイバーの長所は、小さくて軽く、化学的な腐食に強
く、電磁波の干渉を受けず、整理適応性(bio-compacti
bility) が高いことが挙げられる。このため、優れた生
理温度センサーとして使用されている。現在医療センサ
ーの開発において、光ファイバーと化学感応ヘッドを組
み合わせて、生理信号センサーが製作されている。化学
感応ヘッドスペクトルの変化により、光ファイバーは光
信号の変化を対外へ伝達し、分析、測定することができ
る。しかし、これらのセンサーは基本的にいずれも温度
の目盛り決定が必要であり、このため温度の精度は非常
に重要である。
BACKGROUND OF THE INVENTION A fiber Bragg grating (FBG) temperature sensor of the present invention improves the disadvantage that a temperature sensor employing only one FBG lacks accuracy. , And other medical optical fiber sensors are used together to achieve a biomedical product or environmental temperature measuring instrument that has achieved the purpose of determining the scale. Since 1980, fiber optic temperature sensors have been widely studied. Various fiber optic sensors are applied to temperature measurement in many areas. Primarily, the advantages of optical fibers are small, light, resistant to chemical corrosion, free from electromagnetic interference, and compact (bio-compacti).
bility) is high. For this reason, it is used as an excellent physiological temperature sensor. Currently, in the development of a medical sensor, a physiological signal sensor is manufactured by combining an optical fiber and a chemically sensitive head. Due to the change in the chemically sensitive head spectrum, the optical fiber can transmit the change of the optical signal to the outside, analyze and measure. However, each of these sensors basically requires a temperature scale, and thus temperature accuracy is very important.

【0002】本発明は、ダブルFBGを運用して正確な
温度測定、目盛り決定機能を提供し、光周波数の揺れの
影響を受けにくく、同時に生物医学光ファイバーセンサ
ーがサーモカップル (Thermocouple) を加えた後でない
と包装できないという問題を解決し、同時に光ファイバ
ー製の温度センサーを運用し、光ファイバーセンサーを
全光学化に邁進させ、且つ体積を縮小したものである。
The present invention operates a double FBG to provide accurate temperature measurement and scale determination functions, and is less susceptible to fluctuations in optical frequency, while at the same time a biomedical fiber optic sensor adds a thermocouple. It solves the problem that packaging cannot be done unless it is used, and at the same time, operates an optical fiber temperature sensor, pushes the optical fiber sensor toward all optics, and reduces the volume.

【0003】[0003]

【従来の技術】ブラッシ(S.Bracci) らは1993年、
「A: psysical 」第37巻第2期180〜186ページ
に「Sensor and Acturators 」を発表し、pH値光ファ
イバーセンサーの測定方法を提出した。また、ウォルチ
ウス(R.Wolthius) らは1992年、「IEEE Trans. Bi
omed. Eng.」第39巻第2期185〜193ページに光
ファイバーセンサーによる体内酸素量測定技術について
発表している。フォックス(M.D.Fox)らは1990年、
Proceeding of Northeast Conferenceの「Bioengineeri
n 」101〜102ページに光偏極態 (Optical porlar
ization state)測定方法を利用して血糖値をモニターリ
ングする方法を提出した。
2. Description of the Related Art S. Bracci et al.
"Sensor and Acturators" was published in "A: psysical", Vol. 37, 2nd term, pp. 180-186, and the measurement method of pH value optical fiber sensor was submitted. Also, in 1992, R. Wolthius et al.
omed. Eng., Vol. 39, 2nd period, pages 185-193, discloses a technique for measuring oxygen content in the body using an optical fiber sensor. Fox et al. (1990)
Proceeding of Northeast Conference `` Bioengineeri
n ”on pages 101-102
A method for monitoring blood glucose level using the measurement method was submitted.

【0004】最近では、ミグナニ(A.G.Mignani)らが1
995年、「IEEE J.Lightwave Technol」第13巻第7
期1396〜1406ページに生体内で使用する多機能
光ファイバー・モニタリング・センサーを発表した。こ
れは光センサーを利用して、生体内のpH値、酸素量、
二酸化炭素成分などを同時に測定できる。この研究は医
学において光センサーで生体信号を測定する魅力を強調
し、生体光ファイバーセンサーの統合が全光学化に邁進
するのも今後の潮流である。ミグナニの提出した光ファ
イバーセンサーにおいて、サーモカップルを利用して体
内温度を測定しているが、その他光ファイバー温度セン
サーで誤差を修正している。我々は、その他電器医学セ
ンサーが血液で汚染された時、その他の副作用を発生
し、死に至る場合があることを知っている。過去にサー
モカップルを利用して体内での温度センサーとする方法
は、今後光ファイバー温度センサーに取って代わられる
であろう。このため、光ファイバーで製造されたセンサ
ーは医学上での使用が適当となり、且つ柔軟性を持って
いる。ウォルチウスらは1991年、「IEEE Trans. Bi
omed. Eng.」第38巻第10期974〜981ページに
生理光ファイバー温度センサーを報告した。これはシス
テムにおいて温度センサーを光ファイバー上に加えたた
め、製造上の問題がある。光ファイバーに外から加えら
れた温度センサーは蛍光を発することができる一種の化
学物質である。蛍光の生命期と温度とは関連性があり、
この信号を利用して温度を測定する。その後の信号処理
回路は複雑であるため、リアルタイムな測定を行うこと
ができない。
[0004] Recently, AGMignani et al.
995, "IEEE J. Lightwave Technol" Vol.13, No.7
We introduced a multifunctional fiber optic monitoring sensor for use in vivo on pages 1396-1406. This uses an optical sensor to measure the pH, oxygen content,
The carbon dioxide component can be measured simultaneously. This research emphasizes the attractiveness of measuring biological signals with optical sensors in medicine, and it is a future trend that integration of biological optical fiber sensors will push for all-optical technology. In the optical fiber sensor submitted by Mignani, the body temperature is measured using a thermocouple, but other optical fiber temperature sensors correct errors. We know that when other electromedical sensors become contaminated with blood, they can cause other side effects and even death. The use of thermocouples as temperature sensors in the body in the past will be replaced by fiber optic temperature sensors in the future. For this reason, sensors made of optical fibers are suitable for medical use and flexible. Waltius et al., In 1991, described IEEE Trans.
omed. Eng., Vol. 38, 10th period, pages 974 to 981, reported a physiological fiber optic temperature sensor. This is a manufacturing problem because a temperature sensor was added on the optical fiber in the system. Temperature sensors applied externally to optical fibers are a type of chemical that can emit fluorescence. The life cycle of fluorescence and temperature are related,
The temperature is measured using this signal. Since the subsequent signal processing circuit is complicated, real-time measurement cannot be performed.

【0005】光電子の領域において、FBGを運用した
センサーは多く研究されている。例えばアラヴィ(A.T.
Alavie) らは1993年、「IEEE photon.Technol.Let
t. 」第5巻第9期1112〜1114ページに、シン
(M.G.Xn) らは1993年に、「Electron. Lett. 」第
29巻第4期第398〜399ページにそれぞれ発表し
た方法は、圧力と温度を測定し、さらには即時に測量信
号を処理することができる。この種のFBGは温度変化
により周波数安定化が変化する。従来の技術はいずれも
反射スペクトル最大値の波長を温度測定用に使用してい
るため、これらの技術は測定の精度に限界がある。測定
光波長のスペクトル分析機はさらに精度の限界と不確定
さがある。このため、従来の技術は実際の応用におい
て、とくに医学の応用において大きな欠点を有する。本
発明はこれらの従来の技術の欠点を改善し、容易にその
他光ファイバーセンサーと合わせて、生物医学の領域に
応用する。
In the field of photoelectrons, many sensors using FBG have been studied. For example, Arabi (AT
Alavie) et al., 1993, "IEEE photon.Technol.Let
t. ", Vol. 9, ninth period, pages 1112 to 1114, and Shin (MGXn) et al. in 1993," Electron. Lett. " The temperature can be measured and the survey signal can be processed immediately. In this type of FBG, the frequency stabilization changes due to a temperature change. Since all of the conventional techniques use the wavelength of the maximum value of the reflection spectrum for temperature measurement, these techniques have a limitation in measurement accuracy. Spectrum analyzers for measuring light wavelengths have further limitations and uncertainties in accuracy. For this reason, the prior art has significant disadvantages in practical applications, especially in medical applications. The present invention ameliorates these shortcomings of the prior art and is readily applied to the biomedical field in conjunction with other fiber optic sensors.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明の主な目的は、
精度の高い温度センサーを提供することで、従来の1本
のFBGしか使用しない温度センサーの低精度を改善し
たものである。FBG温度センサーにおいて2つの異な
る材質を持つFBGを採用し、反射レーザー光量によ
り、正確に温度を計算する。本FBG温度センサーは、
スペクトル(Optical spectrum) または光波長の検出器
が不要で、且つスペクトルまたは光波長の揺れによるセ
ンサーの誤差を防止し、温度測定の解析度と精度を高め
る。とくに医学上の温度測定、またはその他体内光ファ
イバーセンサーの目盛り決定に適用する。本発明のもう
1つの目的は、過去の体内温度センサー構造を改善し、
その他光ファイバーセンサーと互換性を持つ温度測定装
置を提供し、有効にセンサーの体積を縮小し、血管など
の微小な組織で生体信号を測定できるようにする。本発
明の解析度は0.01℃にまで高められており、さらに
一般のヒト体温である36℃の±10℃の範囲で測定で
き、このため、生体センサーまたは環境高精度温度測定
器として使用することができる。
SUMMARY OF THE INVENTION The main object of the present invention is to:
By providing a highly accurate temperature sensor, the low accuracy of a conventional temperature sensor using only one FBG is improved. The FBG temperature sensor employs an FBG having two different materials, and accurately calculates the temperature based on the amount of reflected laser light. This FBG temperature sensor
No optical spectrum or optical wavelength detector is required, and errors in the sensor due to fluctuations in spectrum or optical wavelength are prevented, and the resolution and accuracy of temperature measurement are increased. In particular, it applies to medical temperature measurement or other internal fiber optic sensor calibration. Another object of the present invention is to improve the structure of the body temperature sensor in the past,
It also provides a temperature measurement device that is compatible with fiber optic sensors, effectively reducing the volume of the sensor so that biological signals can be measured in minute tissues such as blood vessels. The resolution of the present invention has been increased to 0.01 ° C., and can be measured in a range of ± 10 ° C. of 36 ° C., which is a general human body temperature. Therefore, it can be used as a biological sensor or an environmentally accurate temperature measuring instrument. can do.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明における高精度ダ
ブルFBG温度センサーには温度係数が異なる2本のF
BGを含み、少ないレーザー周波数安定化で高精度の温
度測定効果を得ることができる。本発明は、1本のFB
Gを利用した温度センサーの低精度を改善するものであ
る。本FBG温度センサーは、その他光ファイバーセン
サーを一緒に使用し、目盛り決定を行うことができる。
本発明は、生物医学における温度測定用品または環境に
おける温度測定用品とすることができる。
The high-precision double FBG temperature sensor according to the present invention has two F coefficients having different temperature coefficients.
Including BG, it is possible to obtain a highly accurate temperature measurement effect with a small laser frequency stabilization. The present invention uses one FB
This is to improve the low accuracy of the temperature sensor using G. The present FBG temperature sensor can be used together with other fiber optic sensors to determine the scale.
The present invention can be a temperature measurement article in biomedical or environmental temperature measurement articles.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】本発明における高精度ダブルFB
G温度センサーのシステム構造図を図1に示す。レーザ
ー光源1、ファイバー接続器(Fiber Coupler 、以下、
FCと記す。)2,21,22、FBG(1)51およ
び、FBG(2)52から構成される温度センサー5、
フォトディテクター6、マイクロプロセッサー8の各ユ
ニットを含む。本発明は、狭いスペクトルのレーザー1
を光源とし、光源から発せられた光線はFC2を通った
後、2本に分かれ、光ファイバー分岐(1)3の光線は
FC21を通ってFBG(1)51に到着する。光ファ
イバー分岐(2)4の光線も別のFC22を通って、F
BG(2)52に到着する。FBG(1)51とFBG
(2)52は並行に配置され、温度センサー5を構成し
ている。FBG(1)51とFBG(2)52から反射
した光線は、FC21、22を通じて光電気信号転換器
6に導入される。フォトディテクター(1)61及びフ
ォトディテクター(2)62を通じてそれぞれ測定され
た反射光効率信号は電気信号に転換され、電気ケーブル
7を通じてマイクロプロセッサー8に送られ、演算を行
い、正確な温度を計算する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS High precision double FB according to the present invention
FIG. 1 shows a system structure diagram of the G temperature sensor. Laser light source 1, fiber coupler (Fiber Coupler, hereafter,
Recorded as FC. ) A temperature sensor 5 composed of 2, 21, 22, an FBG (1) 51 and an FBG (2) 52;
Each unit of the photodetector 6 and the microprocessor 8 is included. The present invention provides a narrow spectrum laser 1
Is used as a light source, a light beam emitted from the light source passes through the FC2, is split into two, and the light beam of the optical fiber branch (1) 3 reaches the FBG (1) 51 through the FC. The light beam of the optical fiber branch (2) 4 also passes through another FC22 and
Arrives at BG (2) 52. FBG (1) 51 and FBG
(2) 52 are arranged in parallel to constitute the temperature sensor 5. Light beams reflected from the FBG (1) 51 and the FBG (2) 52 are introduced into the photoelectric signal converter 6 through the FCs 21 and 22. The reflected light efficiency signals measured through the photodetector (1) 61 and the photodetector (2) 62, respectively, are converted into electric signals, sent to the microprocessor 8 through the electric cable 7, perform calculations, and calculate an accurate temperature. .

【0009】本発明は、狭いスペクトルのレーザーを光
源とし、いかなるレーザー光源についてもその光周波数
の幅がFBGの穿孔または反射スペクトルより小さいも
のを指す。その中のFCは分光の機能を備えるものであ
り、分光鏡、導波管接続器のような分光機能を有するい
かなる光学部品でも代替することができる。スペクトル
範囲の操作については、当該FCは周波数安定化の影響
を受けることはなく、もし周波数安定化現象が発生した
なら、先ず測量の目盛りを決定し、マイクロプロセッサ
ー内データベースの資料を修正することができる。
The present invention refers to a narrow-spectrum laser light source whose optical frequency width is less than the FBG perforation or reflection spectrum for any laser light source. The FC therein has a spectral function, and can be replaced with any optical component having a spectral function, such as a spectroscope or a waveguide connector. Regarding the operation of the spectral range, the FC is not affected by frequency stabilization, and if frequency stabilization occurs, first determine the scale of the survey and correct the data in the database in the microprocessor. it can.

【0010】FBGは多くの製作形態がある。図2〜4
に示す通り、FBG部品の回折格子は、ファイバーのコ
ア(Core) 、コアのクラッディング(Cladding) 、また
はコアおよびコアのクラッディング上に製作できる。一
般に、FBGをファイバー9のコア91内に製作する。
コア91は感光材料を使用し、紫外線干渉または位相フ
ォトマスク露光(Phase mask expose)を採用し、周期性
の反射率 (Refractiveindex) の変化を発生して、FB
Gを作成する。図2に示す通り、露光する前のコアの反
射率をn1とする。露光した場所の反射率はn3とする。作
成したFBG93のクラッディング92の反射率n2は、
n1およびn3より小さい必要がある。このほか、図3に示
す通り、ファイバー10のクラッディング102を感光
材料で製作することができる。露光後のクラッディング
101の反射率は変化せず、クラッディング反射率は周
期性変化を発生し、FBG103を形成する。このよう
に、クラディングを持つFBGを製作することができ
る。または、図4に示す通り、研磨によりD型FBGを
備えたファイバー11を製作することができる。方法
は、クラッディング112をコア111近くまで光学研
磨する。さらに反射率n3およびn4とによる周期性反射率
変化を持つ回折格子導波管113を製作し、光ファイバ
ー内において光線を伝達し、FBGを効果を得ることが
できる。
[0010] FBGs come in many forms. Figures 2-4
As shown, the diffraction grating of the FBG component can be fabricated on a fiber core, core cladding, or core and core cladding. Generally, the FBG is fabricated in the core 91 of the fiber 9.
The core 91 is made of a photosensitive material, employs ultraviolet interference or phase mask exposure, and generates a periodic change in reflectivity (Refractiveindex).
Create G. As shown in FIG. 2, the reflectance before the core exposing the n 1. The reflectance of the exposed location and n 3. The reflectance n 2 of the cladding 92 of the created FBG 93 is
Must be smaller than n 1 and n 3 . In addition, as shown in FIG. 3, the cladding 102 of the fiber 10 can be made of a photosensitive material. The reflectivity of the cladding 101 after exposure does not change, and the cladding reflectivity changes periodically to form the FBG 103. Thus, an FBG having cladding can be manufactured. Alternatively, as shown in FIG. 4, the fiber 11 having the D-type FBG can be manufactured by polishing. The method optically polishes the cladding 112 to near the core 111. Further, a diffraction grating waveguide 113 having a periodic reflectance change depending on the reflectances n 3 and n 4 is manufactured, and a light beam is transmitted in the optical fiber, so that an FBG effect can be obtained.

【0011】1つのブラッグ(Bragg)をFBGとした反
射光効率は下の公式で表される。
The reflected light efficiency when one Bragg is FBG is expressed by the following formula.

【数1】 つまり、(Equation 1) That is,

【数2】 である。そのうち、L は図2におけるFBGの長さを示
す。κはカップル係数を示す。
(Equation 2) It is. Among them, L indicates the length of the FBG in FIG. κ indicates a couple coefficient.

【0012】この係数とFBG反射率の差は△n(図2
は△n=n2 −n3 )で、光周波数と関係がある。
The difference between this coefficient and the FBG reflectance is Δn (FIG. 2).
△ n = n 2 −n 3 ), which is related to the optical frequency.

【数3】 (Equation 3)

【0013】cは光速(=3×108 m/s)、δは偏
離係数(detuning factor)で、以下に数式で表す。
C is the speed of light (= 3 × 10 8 m / s), δ is the detuning factor, and is expressed by the following equation.

【数4】 上記数式から、δは格子間隔Λ(grating pitch)と関連
性があることが分かる。
(Equation 4) It can be seen from the above equation that δ is related to the grating pitch Λ (grating pitch).

【0014】温度が△T変化した時、FBGの反射光ス
ペクトルの中心周波数(反射最大値の光周波数)と温度
変化△Tとの関係は以下の通りである。
When the temperature changes by ΔT, the relationship between the center frequency of the reflected light spectrum of the FBG (optical frequency of the reflection maximum value) and the temperature change ΔT is as follows.

【数5】 αは熱膨張係数、ζは熱光係数、λB はブラグ波長(=
2nλ)、nはコア反射率(Effective Refractive ind
ex) をそれぞれ示す。
(Equation 5) α is the coefficient of thermal expansion, ζ is the coefficient of heat and light, λ B is the Bragg wavelength (=
2nλ), where n is the core effective reflectance (Effective Refractive ind)
ex) respectively.

【0015】本発明における光ファイバー温度センサー
の特徴は、2組以上の異なる熱膨張係数および熱光係数
を持つFBGを利用している点である。FBG(1)お
よびFBG(2)のα、ζといった各係数が異なると、
反射光の中心周波数は温度により変化する。このほか格
子間隔ΛやFBGの長さLはいずれも変化するため、光
反射光効率Pもまた異なる。2つのFBGの光効率の
出力は簡単に周波数と温度から成る公式によって調整す
ることができる。
A feature of the optical fiber temperature sensor of the present invention is that two or more sets of FBGs having different coefficients of thermal expansion and thermo-optics are used. If the coefficients such as α and の of FBG (1) and FBG (2) are different,
The center frequency of the reflected light changes with temperature. In addition since the length L of the lattice spacing Λ and the FBG varying any, also different light reflection efficiency of light P R. The light efficiency output of the two FBGs can be easily adjusted by a formula consisting of frequency and temperature.

【数6】PR1=M(f,T) PR2=M(f,T)## EQU6 ## P R1 = M 1 (f, T) P R2 = M 2 (f, T)

【0016】M1 とM2 とはそれぞれFBGの転換関数
(transfer function)を示し、これらM1 とM2 の線形
逆関数(Inverse function) は簡単に得ることができ
る。そして、計測で得た反射光効率PR1とPR2とから逆
に光周波数と温度を計算することができる。
M 1 and M 2 denote the transfer functions of FBG, respectively, and the linear inverse function of M 1 and M 2 can be easily obtained. The optical frequency and the temperature can be calculated in reverse from the reflected light efficiencies P R1 and P R2 obtained by the measurement.

【数7】 (Equation 7)

【0017】フォトディテクターの測定で得られた信号
はマイクロプロセッサーへ送られ、データベース内の関
数値によりリアルタイムの光周波数と温度が計算され
る。これにより、正確で、光周波数の影響を受けない温
度計を提供することができる。異なる材質を本発明のF
BGに採用することができる。異なる材質はそれぞれコ
ア、クラッディング、コアおよびクラッディング上にそ
れぞれ使用できる。また、異なる熱膨張係数の材料をコ
ア、クラッディング、コアおよびクラッディング上のう
ちの1つ、2つまたはすべてにそれぞれメッキをするこ
とができる。FBGは異なる格子間隔(grating pitch)
や異なる格子構造 (grating profile)を設計できる。F
BGも研磨したD型光ファイバーを採用し、異なる熱膨
張係数と熱光係数の回折格子導波管を平らなコア面に製
作することができる。D型FBGは異なる材質、異なる
格子長さ、異なる格子構造、又は異なる熱膨張率のメッ
キ膜を持つことができる。
The signal obtained by the photodetector measurement is sent to a microprocessor, and the real-time optical frequency and temperature are calculated based on the function values in the database. This can provide a thermometer that is accurate and is not affected by the optical frequency. Different materials are used in the present invention.
It can be used for BG. Different materials can be used respectively on the core, cladding, core and cladding. Also, one, two or all of the core, cladding, core and cladding may be plated with materials having different coefficients of thermal expansion. FBG has different grating pitch
And different grating structures can be designed. F
The BG also employs a polished D-type optical fiber, so that diffraction grating waveguides having different coefficients of thermal expansion and thermal light can be manufactured on a flat core surface. D-type FBGs can have plated films of different materials, different grating lengths, different grating structures, or different coefficients of thermal expansion.

【0018】本発明の光ファイバー温度センサーはデジ
タル演算回路またはアナログ演算回路を採用する。この
FBGセンサーは同時に温度と光源周波数を測定でき
る。また、各種マイクロコンピュータを採用し測定を補
助することができる。マイクロコンピュータにはメモリ
装置が含まれている。マイクロコンピュータが周波数を
測定した後、フィードバック回路によりレーザーの周波
数を安定させる。FBGの材料として、希土類元素混合
の光増幅器材料を使用しても良い。FBG温度センサー
生物医学上使用され、特に、ヒトの血管内に入る大
きさとできるので、血管内などで体内の生物医学信号を
測定できる。また、FBG温度センサーはその他の生物
医学センサーと結合し、一緒に使用することもできる。
このように、本発明によれば、体積の縮小、集積化の目
的を達成できる。本発明のFBG温度センサーはまず
各温度の反射光スペクトルの安定化を、光周波数計測器
で測定し、数学の理論モデルでデータベースを確立し
て、その後の温度測定に使用する。光周波数計測器の商
品は高い解析力を持つ。アンリツ社の「ANRITSU
MF9630A型」の光周波数計測器の場合、1319
nmにおける解析度は1MHzに、精度は12MHzに
達する。実施例において解析力が0.1℃に達するに
は、データベースの周波数解析度が4GHzを達成する
必要がある。上記「ANRITSU MF9630A
型」は、0.01℃の解析力を持つデータベースを提供
するのに十分である。このため、光周波数が揺れても、
上記数及び数の数式により、本発明は正確に温度を
測定できる。したがって、本発明は、レーザーの周波数
揺れにより、FBG精度に悪影響を及ぼすことはない。
まさに、体内の信号を測定するための現在の医療機材に
おいて必要とされる温度センサーといえる。
The optical fiber temperature sensor of the present invention employs a digital operation circuit or an analog operation circuit. This FBG sensor can simultaneously measure temperature and light source frequency. In addition, various microcomputers can be employed to assist the measurement. The microcomputer includes a memory device. After the microcomputer measures the frequency, the frequency of the laser is stabilized by a feedback circuit. As a material of the FBG , an optical amplifier material mixed with a rare earth element may be used . FBG temperature sensors are used on biomedical, especially large falling within vessels of the human
The biomedical signals inside the body, such as in blood vessels.
Can be measured. The FBG temperature sensor can also be combined with and used with other biomedical sensors .
Thus, according to the present invention, the objects of volume reduction and integration can be achieved. FBG temperature sensor of the present invention, the stabilization of the reflected light spectrum of the temperature first, measured at optical frequency measuring instrument, establishes the database in mathematical theory model, used for the subsequent temperature measurements. Optical frequency measuring instruments have high analytical power. Anritsu's ANRITSU
1319 in the case of an optical frequency measurement device of the “MF9630A type”.
The resolution in nm reaches 1 MHz and the accuracy reaches 12 MHz. In the embodiment, in order for the analysis power to reach 0.1 ° C., the frequency resolution of the database needs to achieve 4 GHz. The above "ANRITSU MF9630A
The "type" is sufficient to provide a database with an analysis power of 0.01 ° C. Therefore, even if the optical frequency fluctuates,
According to the above equations ( 6) and ( 7 ), the present invention can accurately measure the temperature. Therefore, the present invention does not adversely affect the FBG accuracy due to the frequency fluctuation of the laser.
Indeed, it can be said that it is a temperature sensor required in current medical equipment for measuring signals in the body .

【0019】[0019]

【発明の効果】上述した通り、本発明のFBG温度セン
サーは、レーザー光源、ファイバー接続器、2本の異な
る熱安定化を持つFBG、フォトディテクター、マイク
ロプロセッサーを含み、確実に高精度の温度測定能力を
有し、とくにその他の光ファイバーセンサーと併せて使
用でき、血管内などで体内の生物医学信号を測定でき
る。さらにその解析度は0.01℃以下、操作範囲は少
なくとも20℃以上であり、温度測定の精度はレーザー
光周波数の変動から影響を受けることがない。従来のセ
ンサーより正確で、その他生物医学光ファイバーセンサ
ーの目盛り決定などの機能を持つ。その他光ファイバー
センサーと一緒に使用するのに適しており、体積を縮小
することができる。
As described above, the FBG temperature sensor of the present invention includes a laser light source, a fiber connector, two FBGs having different thermal stabilization, a photodetector, and a microprocessor, and ensures high-precision temperature measurement. It has the ability to be used in conjunction with other fiber optic sensors, especially for measuring biomedical signals in the body, such as in blood vessels. Furthermore, the degree of analysis is 0.01 ° C. or less, and the operation range is at least 20 ° C. It is more accurate than conventional sensors and has other functions such as determining the scale of biomedical fiber optic sensors. In addition, it is suitable for use with an optical fiber sensor, and can reduce the volume.

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

【図1】本発明に係るFBG温度センサーの回路図であ
る。
FIG. 1 is a circuit diagram of an FBG temperature sensor according to the present invention.

【図2】本発明の、コアを感光材料としたFBGを示す
斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view showing an FBG using a core as a photosensitive material according to the present invention.

【図3】本発明の、クラッディングを感光材料としたF
BGを示す斜視図である。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between F and F of the present invention using a cladding as a photosensitive material
It is a perspective view showing BG.

【図4】本発明の、D型FBGを示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing a D-type FBG of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 レーザー光源 2 ファイバー接続器 21 ファイバー接続器 22 ファイバー接続器 3 光ファイバー分岐(1) 4 光ファイバー分岐(2) 5 温度センサー 51 FBG(1) 52 FBG(2) 6 光電気信号転換器 61 フォトディテクター(1) 62 フォトディテクター(2) 7 電気ケーブル 8 マイクロプロセッサー 9 ファイバー 91 コア 92 クラッディング 93 FBG 10 ファイバー 101 コア 102 クラッディング 103 FBG 11 ファイバー 111 コア 112 クラッディング 113 回折格子導波管 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser light source 2 Fiber connector 21 Fiber connector 22 Fiber connector 3 Optical fiber branch (1) 4 Optical fiber branch (2) 5 Temperature sensor 51 FBG (1) 52 FBG (2) 6 Photoelectric signal converter 61 Photodetector ( 1) 62 Photodetector (2) 7 Electric cable 8 Microprocessor 9 Fiber 91 Core 92 Cladding 93 FBG 10 Fiber 101 Core 102 Cladding 103 FBG 11 Fiber 111 Core 112 Cladding 113 Diffraction grating waveguide

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−101078(JP,A) 特開 平8−240451(JP,A) 特開 平8−234051(JP,A) 特開 平7−218354(JP,A) 特開 平4−307328(JP,A) 実開 平7−29430(JP,U) 特表 平6−507728(JP,A) 特表 昭62−500052(JP,A) 特表 昭61−501587(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01K 11/32 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-8-11078 (JP, A) JP-A-8-240451 (JP, A) JP-A-8-2324051 (JP, A) JP-A-7- JP-A-4-307328 (JP, A) JP-A-7-29430 (JP, U) JP-A-6-507728 (JP, A) JP-T-62-500052 (JP, A) Special Table 1986-501587 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01K 11/32

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 レーザー光源と、3個のファイバー接続1. A laser light source and three fiber connections
器と、2個のファイバーブラッグ回折格子と、フォトデDevice, two fiber Bragg gratings,
ィテクターと、マイクロプロセッサーとを備えるファイDetector and microprocessor
バーブラッグ回折格子温度センサーであって、A bar Bragg grating temperature sensor, 上記レーザー光源から発するレーザー光は、上記3個のThe laser light emitted from the laser light source is
ファイバー接続器の内の1つを通過した後に2方向に分After passing through one of the fiber splicers,
岐し、その2方向に分岐した各レーザー光は、2個の上Each of the laser beams branched in the two directions
記ファイバー接続器にそれぞれ接続した上記ファイバーThe above fibers connected to the fiber connector
ブラッグ回折格子に入射して、特定波長のレーザー光がLaser light of a specific wavelength is incident on the Bragg diffraction grating.
反射し、反射した反射光から上記フォトディテクターにReflected from the reflected light to the above photodetector
て温度によるスペクトルの変化を測定し、上記マイクロTo measure the change in spectrum due to temperature.
プロセッサーにて温度を算出する構成とし、A configuration that calculates the temperature with a processor, 上記マイクロプロセッサーは、上記フォトディテクターThe microprocessor is the photodetector
で測定した2つの上記反射光のスペクトルから、反射光From the two spectra of the reflected light measured in
効率を算出して、温度を算出することを特徴とするファCalculate efficiency and calculate temperature
イバーブラッグ回折格子温度センサー。Iver Bragg grating temperature sensor.
【請求項2】 レーザー光源と、3個のファイバー接続2. A laser light source and three fiber connections
器と、2個のファイバーブラッグ回折格子と、フォトデDevice, two fiber Bragg gratings,
ィテクターと、マイクロプロセッサーとを備えるファイDetector and microprocessor
バーブラッグ回折格子温度センサーであって、A bar Bragg grating temperature sensor, 上記レーザー光源から発するレーザー光は、上記3個のThe laser light emitted from the laser light source is
ファイバー接続器の内の1つを通過した後に2方向に分After passing through one of the fiber splicers,
岐し、その2方向に分岐した各レーザー光は、2個の上Each of the laser beams branched in the two directions
記ファイバー接続器にそれぞれ接続した上記ファイバーThe above fibers connected to the fiber connector
ブラッグ回折格子に入射して、特定波長のレーザー光がLaser light of a specific wavelength is incident on the Bragg diffraction grating.
反射し、反射した反射光から上記フォトディテクターにReflected from the reflected light to the above photodetector
て温度によるスペクトルの変化を測定し、上記マイクロTo measure the change in spectrum due to temperature.
プロセッサーにて温度を算出する構成とし、A configuration that calculates the temperature with a processor, 上記2個のファイバーブラッグ回折格子は、上記ファイThe two fiber Bragg gratings are
バーブラッグ回折格子自身が温度に応じて伸縮することThe Bar Bragg grating itself expands and contracts with temperature
により温度を測定可能な温度センサーであると共に、互Temperature sensor that can measure temperature
いに異なる熱膨張係数および熱光係数を持ち、それぞれHave different coefficients of thermal expansion and heat and light,
異なるグレーティング間隔または異なるグレーティングDifferent grating spacing or different grating
構造としたことを特徴とするファイバーブラッグ回折格Fiber Bragg diffraction grating characterized by its structure
子温度センサー。Child temperature sensor.
【請求項3】 前記2個のファイバーブラッグ回折格子3. The two fiber Bragg gratings
は、前記ファイバーブラッグ回折格子自身が温度に応じThe fiber Bragg grating itself depends on the temperature
て伸縮することにより温度を測定可能な温Temperature that can measure temperature by expanding and contracting 度センサーでWith a degree sensor
あると共に、互いに異なる熱膨張係数および熱光係数をAnd different thermal expansion coefficients and heat-light coefficients.
持ち、それぞれ異なるグレーティング間隔または異なるHave different grating intervals or different
グレーティング構造としたことを特徴とする請求項1記2. A grating structure according to claim 1.
載のファイバーブラッグ回折格子温度センサー。Fiber Bragg grating temperature sensor.
【請求項4】 前記マイクロプロセッサーは、温度に加4. The microprocessor according to claim 1, wherein
えて、前記レーザー光源の光周波数をも測定し、フィーIn addition, the optical frequency of the laser light source is also measured, and the
ドバック回路を通じて、前記レーザー光源の光周波数をThrough the feedback circuit, the optical frequency of the laser
安定化することを特徴とする請求項1から3のいずれか4. The method according to claim 1, wherein the stabilization is performed.
1項記載のファイバーブラッグ回折格子温度センサー。2. The fiber Bragg diffraction grating temperature sensor according to claim 1.
【請求項5】 前記ファイバーブラッグ回折格子を構成5. The fiber Bragg diffraction grating is constituted.
する前記コアと前記クラッディングを互いに異なる材料The core and the cladding are made of different materials
で構成し、前記コアと前記クラッディングの内少なくとAnd at least one of the core and the cladding
もいずれか一方に回折格子を設けたことを特徴とする請Is characterized by providing a diffraction grating in one of the
求項1から4のいずれか1項記載のファイバーブラッグThe fiber bragg according to any one of claims 1 to 4,
回折格子温度センサー。Diffraction grating temperature sensor.
【請求項6】 前記ファイバーブラッグ回折格子とし6. The fiber Bragg diffraction grating
て、研磨後のD型光ファイバーを採用し、異なる熱膨張And adopt D-type optical fiber after polishing, different thermal expansion
係数および熱光係数を持つグレーティング・ウェーブガGrating wavegauge with coefficient and thermo-optic coefficient
イドを上記D型光ファイバーの平らなクラッディング面The flat cladding surface of the D-type optical fiber
に形成したことを特徴とする請求項1から5のいずれか6. The method according to claim 1, wherein the second member is formed in
1項記載のファイバーブラッグ回折格子温度センサー。2. The fiber Bragg diffraction grating temperature sensor according to claim 1.
【請求項7】 生物医学の領域において使用するファイ7. A file system for use in the biomedical field.
バーブラッグ回折格子温度センサーとし、かつ前記ファA bar Bragg grating temperature sensor, and
イバーブラッグ回折格子を含むセンサー部分の大きさSize of the sensor part including the Inver Bragg grating
を、ヒトの血管内に入る大きさとしたことを特徴とするCharacterized in that it is large enough to enter human blood vessels
請求項1から6のいずれか1項記載のファイバーブラッThe fiber brush according to any one of claims 1 to 6.
グ回折格子温度センサー。Grating temperature sensor.
JP9209951A 1997-07-18 1997-07-18 Fiber Bragg grating temperature sensor Expired - Fee Related JP3054860B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9209951A JP3054860B2 (en) 1997-07-18 1997-07-18 Fiber Bragg grating temperature sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9209951A JP3054860B2 (en) 1997-07-18 1997-07-18 Fiber Bragg grating temperature sensor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH1151783A JPH1151783A (en) 1999-02-26
JP3054860B2 true JP3054860B2 (en) 2000-06-19

Family

ID=16581376

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP9209951A Expired - Fee Related JP3054860B2 (en) 1997-07-18 1997-07-18 Fiber Bragg grating temperature sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3054860B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102109392A (en) * 2010-12-07 2011-06-29 上海申瑞电力科技股份有限公司 Embedding type fiber bragg grating temperature measuring device
CN104406713A (en) * 2014-11-25 2015-03-11 国家电网公司 System for monitoring temperature of switching distribution cabinet online

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4175870B2 (en) * 2002-11-21 2008-11-05 株式会社東芝 Optical fiber grating physical quantity measurement system
US7539361B2 (en) * 2006-10-05 2009-05-26 Harris Corporation Fiber optic device for measuring a parameter of interest

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102109392A (en) * 2010-12-07 2011-06-29 上海申瑞电力科技股份有限公司 Embedding type fiber bragg grating temperature measuring device
CN102109392B (en) * 2010-12-07 2014-04-16 上海申瑞继保电气有限公司 Embedding type fiber bragg grating temperature measuring device
CN104406713A (en) * 2014-11-25 2015-03-11 国家电网公司 System for monitoring temperature of switching distribution cabinet online

Also Published As

Publication number Publication date
JPH1151783A (en) 1999-02-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6024488A (en) Highly accurate temperature sensor using two fiber Bragg gratings
Wawro et al. Optical fiber endface biosensor based on resonances in dielectric waveguide gratings
Rao et al. Optical in-fiber Bragg grating sensor systems for medical applications
JP2007263736A (en) Measuring system using surface plasmon resonance sensor
Abbas et al. Temperature sensing by hybrid interferometer based on Vernier like effect
Du et al. Temperature independent strain measurement with a fiber grating tapered cavity sensor
JP3054860B2 (en) Fiber Bragg grating temperature sensor
US6603559B2 (en) Silicon-on-insulator optical waveguide Michelson interferometer sensor for temperature monitoring
WO2002012938A1 (en) Passive, temperature compensated techniques for tunable filter calibration in bragg-grating interrogation systems
CA2493152A1 (en) Optical waveguide based surface profiling apparatus
Tsao et al. Highly accurate temperature sensor using two fiber Bragg gratings
CN115219455A (en) Interference type pH sensing device based on coreless optical fiber
CN114544554A (en) FBG-based double-parameter measurement sensor with capillary glass tube and multimode optical fiber combined structure
CN110873701B (en) Optical fiber humidity sensor based on Mach-Zehnder interferometer
JP3752442B2 (en) Silicon crystalline optical waveguide Michelson interferometric temperature sensor on insulating layer
KR100368122B1 (en) Chirped fiber grating sensor with variable reflection bandwidth according to strain and strain measurement system using the sensor
Zhang et al. High-temperature Bragg grating waveguide sensor
RU2082119C1 (en) Fiber-optical multiplexer which measures temperature
CN215338639U (en) Biological temperature sensor based on long-period fiber bragg grating
Corke et al. Fiber optic pressure sensors employing reflective diaphragm techniques
RU207294U1 (en) Fiber Optic Acidity Meter
Imas et al. Optical Fiber Sensors Based on Lossy Mode Resonances (LMRs): Fundamentals and Recent Developments
CN116380278A (en) Simple integrated optical fiber sensor for measuring temperature and salinity of seawater and use method thereof
Choudhury et al. On the optical sensing means for the study of chemical kinetics
JPS625605Y2 (en)

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20000215

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080414

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090414

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090414

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100414

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100414

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110414

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120414

Year of fee payment: 12

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140414

Year of fee payment: 14

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees