JP5357772B2 - 光ファイバー温度センサー - Google Patents
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Description
本出願は、2006年12月19日に出願された米国仮特許出願第60/875,719号及び2007年10月29日に出願された米国特許出願第11/978,538号それぞれの優先権を主張し、これらの米国仮特許出願及び米国特許出願は、本書の記載に参照により組み込まれる。
本出願は、温度センシングの分野に関し、特に、電磁的環境及び/又は電気的環境並びに工業機械における光ファイバー温度センサーを用いた温度センシングの方法及び装置に関する。
電気機械(例えば、発電機、モータ、変圧器等)での温度の測定及びモニターは、電磁場や機械的な振動の存在により、しばしば特別な注意をはらう必要がある。特に、金属製又は導電性の部品が、上記電気機器の内部又は近くにある温度センシングヘッドの部分の中に存在するのを避けなければならない。この金属製又は導電性の部品の存在は、発電機及び/又はモータのステータバーの温度又は変圧器のコイルの温度をモニターする場合に特に避けなければならない。また、金属製又は導電性のコンポーネントは、電界のパスを変えて部分的な放電を発生させてしまう。
本書に記載されたシステムによれば、温度センサーは、光を出射する光伝送体と、前記光伝送体から出射された光を受けるように配設された第1の受光体と、を備える。前記光伝送体と前記第1の受光体との間の光路には、前記光伝送体によって出射された光の少なくとも一部分を可変的に遮るように温度感受エレメントが配設され、その温度感受エレメントによって遮られる前記光の部分は、前記温度感受エレメントの温度変化に応じて変化する。前記光伝送体及び前記受光体はそれぞれ光ファイバーであってもよい。前記温度感受エレメントは、非導電性であってもよい。前記第1の受光体によって受けた前記光の光強度を分析し前記光強度に基づいて前記温度感受エレメントの温度の前記変化を測定する第1の検出器を、前記第1の受光体に接続してもよい。第2の受光体を前記第1の受光体の横に並べて配設し、その第2の受光体が、前記光伝送体からの光の遮られなかった部分を受け、前記第2の受光体によって受けた前記光の遮られなかった部分は、前記温度感受エレメントの前記温度変化に実質的に依存しないようにしてもよい。当該センサーのキャリブレーションに用いられる第2の検出器を、前記第2の受光体に接続してもよい。前記第2の検出器は、当該センサーのエージングと周囲の温度変化と前記光伝送体又は前記第1の受光体の光伝送性の変化との少なくとも一つによって生じたドリフトに起因した当該センサーのキャリブレーションをできるようにするものでもよい。基準信号を用いたフィードバックループに基づき前記光伝送体から出射された前記光の強度を制御するドライバーを含む電子デバイスを、前記光伝送体及び前記第1の受光体に接続してもよく、前記電子デバイスは、前記第1の受光体によって受けた前記光の強度の変化を分析し少なくとも一つの信号を出力する少なくとも一つの光度分析装置を含んでもよい。前記温度感受エレメントは、前記温度変化に対して実質的に比例するように変化する形状を有してもよい。
以下、図面の各図を参照するが、各図は、本明細書の一部を構成し本書に記載されたシステムの実施形態を例示的に図示するものである。いくつかの事例では本システムの様々な態様が概略的に示され若しくは本システムを容易に理解できるよう誇張又は変更がなされていると、理解されるべきである。
Claims (25)
- 温度センサーであって、
光を出射する光伝送体と、
前記光伝送体から出射された光を受けるように配設された第1の受光体と、
前記光伝送体と前記第1の受光体との間の光路に配設され、前記光伝送体から出射され前記光路に沿って伝送されている光の少なくとも一部分を可変的に遮る温度感受エレメントと、
前記光伝送体及び前記第1の受光体に接続された電子デバイスと、を備え、前記温度感受エレメントによって遮られる前記光の部分は、前記温度感受エレメントの温度変化に応じて変化し、
前記第1の受光体で受ける光の強度は、前記温度感受エレメントの温度の変化に応じて変化する前記温度感受エレメントの寸法に従って変化し、
前記電子デバイスは、
基準信号を使ったフィードバックループに基づいて、前記光伝送体から出射される光の強度を制御するドライバーと、
前記第1の受光体によって受けた光の強度の変化を分析し少なくとも一つの信号を出力する少なくとも一つの光度分析装置と、を含む、温度センサー。 - 請求項1の温度センサーにおいて、
前記光伝送体及び前記第1の受光体はそれぞれ光ファイバーである、温度センサー。 - 請求項1の温度センサーにおいて、
前記温度感受エレメントは、非導電性である、温度センサー。 - 請求項1の温度センサーにおいて、
前記温度感受エレメントは、前記温度変化に対して実質的に比例するように変化する形状を有している、温度センサー。 - 請求項1の温度センサーにおいて、
前記電子デバイスは、前記第1の受光体によって受けた光の強度の変化に基づいて前記温度感受エレメントの温度の変化を測定する、温度センサー。 - 請求項1の温度センサーにおいて、
前記第1の受光体の横に並べて配設された第2の受光体を更に備え、
前記第2の受光体は、前記光伝送体からの光の一部分を受け、
前記第2の受光体によって受けた前記光の一部分は、前記温度感受エレメントの前記温度変化に実質的に依存しない、温度センサー。 - 請求項6の温度センサーにおいて、
前記第2の受光体に接続され当該センサーのキャリブレーションに用いられる第2の検出器を、更に備える、温度センサー。 - 請求項7の温度センサーにおいて、
前記第2の検出器は、当該センサーのエージングと周囲の温度変化と前記光伝送体又は前記第1の受光体の光伝送性の変化との少なくとも一つによって生じたドリフトに起因した当該センサーのキャリブレーションをできるようにするものである、温度センサー。 - 請求項1の温度センサーにおいて、
前記光伝送体は、前記第1の受光体に対して直接的に対向し、
前記光伝送体と前記第1の受光体との間の光路は、前記光伝送体と前記第1の受光体との間の間隙である、温度センサー。 - 請求項1の温度センサーにおいて、
前記光伝送体から受けた入射光を前記第1の受光体に向けて反射するように配設されたターゲットを、更に備える、温度センサー。 - 請求項10の温度センサーにおいて、
前記ターゲットは、互いの面がなす角度が略90度になるように配設された第1及び第2の面を有する2面ミラーを含み、
前記第1の面は、前記光伝送体から略45度の入射角で入射光を受け、前記入射光を略45度の入射角で前記第2の面に反射し、
前記第2の面は、前記第1の面から受けた前記入射光を前記第1の受光体に反射する、温度センサー。 - 請求項10の温度センサーにおいて、
前記ターゲットは、曲面ミラー及び平面ミラーの少なくとも一つを含み、
前記平面ミラーの前記ターゲットについては、前記光伝送体は前記第1の受光体に向けて角度が付けられている、温度センサー。 - 温度を感知する方法であって、
光を出射する光伝送体を設けることと、
前記光伝送体から出射された光を受ける第1の受光体を設けることと、
前記第1の受光体で受ける光の強度を変化させるように、前記第1の受光体によって前記光を受ける前に、前記光伝送体から出射された前記光の少なくとも一部分が温度感受エレメントによって可変的に遮られることと、
基準信号を使ったフィードバックループに基づいて、前記光伝送体から出射される光の強度を制御することと、
前記第1の受光体によって受けた光の強度の変化を分析し少なくとも一つの信号を出力することと、を含み、
前記温度感受エレメントによって可変的に遮られる光の部分は、前記温度感受エレメントの温度の変化に応じて変化し、
前記第1の受光体で受ける光の強度は、前記温度感受エレメントの温度の変化に応じて変化する前記温度感受エレメントの寸法に従って変化する、温度を感知する方法。 - 請求項13の温度を感知する方法において、
第2の受光体によって前記基準信号を受けることを、更に含み、
前記基準信号は、前記温度の変化に実質的に依存しない、温度を感知する方法。 - 請求項13の温度を感知する方法において、
前記第1の受光体によって受けた光の強度の変化を分析して前記温度の変化を測定する、温度を感知する方法。 - 請求項13の温度を感知する方法において、
前記光伝送体からの入射光を受け該入射光を前記第1の受光体に反射するターゲットを設けることを、更に含む、温度を感知する方法。 - 温度センサーであって、
光を出射する光伝送体光ファイバーと、
前記光伝送体光ファイバーから受けた入射光を反射するミラーと、
前記ミラーから反射された光を受けるように配設された受光体光ファイバーと、
前記光伝送体光ファイバーと前記受光体光ファイバーとの間の光路に配設され、前記光伝送体光ファイバーから出射され前記光路に沿って伝送されている光の少なくとも一部分を可変的に遮る温度感受エレメントと、
前記光伝送体光ファイバー及び前記受光体光ファイバーに接続された電子デバイスと、を備え、
前記温度感受エレメントによって遮られる前記光の部分は、前記温度感受エレメントの温度変化に応じて変化し、前記受光体光ファイバーで受ける光の強度は、前記温度感受エレメントの温度の変化に応じて変化する前記温度感受エレメントの寸法に従って変化し、
前記電子デバイスは、
基準信号を使ったフィードバックループに基づいて、前記光伝送体光ファイバーから出射される光の強度を制御するドライバーと、
前記受光体光ファイバーによって受けた前記光の強度の変化を分析し少なくとも一つの信号を出力する少なくとも一つの光度分析装置と、を含む、温度センサー。 - 請求項17の温度センサーにおいて、
前記ミラーは、互いの面がなす角度が略90度になるように配設された第1及び第2の面を有する2面ミラーを含み、
前記第1の面は、前記光伝送体光ファイバーから略45度の入射角で入射光を受け、前記入射光を略45度の入射角で前記第2の面に向けて反射し、
前記第2の面は、前記第1の面から受けた前記入射光を前記受光体光ファイバーに反射する、温度センサー。 - 請求項18の温度センサーにおいて、
前記ミラーは、単一の平面ミラー及び曲面ミラーの少なくとも一つを含む、温度センサー。 - 請求項17の温度センサーにおいて、
前記光伝送体光ファイバーからの光の一部分を受ける基準光ファイバーを、更に備え、
前記基準光ファイバーによって受けた前記光の一部分は、前記温度感受エレメントの前記温度変化に実質的に依存しない、温度センサー。 - 温度を感知する方法であって、
光を出射する光伝送体光ファイバーを設けることと、
前記光伝送体光ファイバーから受けた光を反射するミラーを設けることと、
前記ミラーから出射された光を受ける受光体光ファイバーを設けることと、
前記受光体光ファイバーで受ける光の強度を変化させるように、前記受光体光ファイバーによって前記光を受ける前に、前記光伝送体光ファイバーから出射された前記光の少なくとも一部分が温度感受エレメントによって可変的に遮られることと、
基準信号を使ったフィードバックループに基づいて、前記光伝送体光ファイバーから出射される光の強度を制御することと、
前記受光体光ファイバーによって受けた前記光の強度の変化を分析し少なくとも一つの信号を出力することと、を含み、
前記温度感受エレメントによって可変的に遮られる光の部分は、前記温度感受エレメントの温度の変化に応じて変化し、
前記受光体光ファイバーで受ける光の強度は、前記温度感受エレメントの温度の変化に応じて変化する前記温度感受エレメントの寸法に従って変化する、温度を感知する方法。 - 請求項21の温度を感知する方法において、
前記光伝送体光ファイバーからの光の一部分を受ける基準光ファイバーを設けることを、更に含み、
前記基準光ファイバーによって受けた前記光の一部分は、前記温度感受エレメントの前記温度変化に実質的に依存しない、温度を感知する方法。 - 請求項21の温度を感知する方法において、
前記受光体光ファイバーによって受けた光の強度の変化を分析して前記温度の変化を測定する、温度を感知する方法。 - 温度センサーであって、
ハウジングと、
前記ハウジング上に配設された接続インターフェースと、
前記ハウジング内に配設され光を出射する光伝送体と、
前記ハウジング内に配設され前記光伝送体から出射された光を受ける受光体と、
前記光伝送体と前記受光体との間の光路に配設され、前記光伝送体から出射され前記光路に沿って伝送されている光の少なくとも一部分を可変的に遮る温度感受エレメントと、
前記光伝送体及び前記受光体に接続された電子デバイスと、を備え、
前記温度感受エレメントによって遮られる前記光の部分は、前記温度感受エレメントの温度変化に応じて変化し、
前記受光体で受ける光の強度は、前記温度感受エレメントの温度の変化に応じて変化する前記温度感受エレメントの寸法に従って変化し、
前記電子デバイスは、
基準信号を使ったフィードバックループに基づいて、前記光伝送体から出射される光の強度を制御するドライバーと、
前記受光体で受けた光の強度の変化を分析し少なくとも一つの信号を出力する少なくとも一つの光度分析装置と、を含む、温度センサー。 - 請求項24の温度センサーにおいて、
前記電子デバイスは、前記受光体によって受けた光の強度の変化に基づいて前記温度感受エレメントの温度の変化を測定する、温度センサー。
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