JPH02130438A - 光フアイバ温度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分針〉 本発明は、ピルの火災検知器、又はガスタンク等の強撚
性物質貯蔵容晋や電カケープルの導体表面の温度をリア
ルタイムで測定できろ温度センサとして用いることがで
きる光ファイバ温度センサに関する。

〈従来の技術〉 １！築物等の火災検知器として従来よ勢用いられている
ものとしては、例えばｒａｉ４１１Ｉの研究第３８巻第
１号（１９８６）Ｐ２３４Ｊに示されている定温式スポ
ット型熱センサがある。この定温式スポット型熱センサ
の原理を第１１ｒＥＪに示す。同図に示すようにこの熱
センサは例えば黄銅とインパールとのように膨張率の異
なる２種の金属板をはり合せたバイメタル１を利用した
ものである。すなわち、センサ本体２内にはバイメタル
１の一端の接点ａとともに、通常状態では接点ａと離れ
ている接点すが設けられており、炎３などによりセンサ
本体２が熱せられである温度に達すると湾曲したバイメ
タル１の接点ａと接点すとが接触し、火災ランプ４が点
燈するとともに警報ベル５が鳴るようになっている。な
お、図中、６は電池を示す。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかし、上述したように、定温式スポット型熱センサに
おいては、例えば火災等により高温状態になったときに
接点ａと接点すとが接触することで火災ランプ４及び警
報ペル５に通電されるようになっているので、接点ａ。

ｂ同士が接触する瞬間には必ずスパークが生じるという
問題がある。このため、この種の熱センサの用途は民家
やオフィスなどの火災報知−に限られ、例えばガスタン
ク等の強撚性物質貯蔵容蕃の温度センサには使用するこ
とができなかった。

また、この種の熱センサは電流のオン、オフによって情
報伝達を行うため、例えば火災場所を同定するシステム
とする場合には、一つのセンサに対して一本の綱ケーブ
ルなどの配線が必要となるという問題もある。例えば、
数百もの熱センサを必要とするような超高層ビルに火災
場所を同定する火災検知システムを導入する場合には、
数百本もの銅ケーブル等の配線が必要となり、全ての配
線が監視室に集中して大きな空間を占有すると共に、経
済的負担が非常に大きい。

なお、ガスタンク等の強撚性物質貯蔵タンク表面の温度
分布を、熱電対を用いて測定することも考えられるが、
この場合も同様に測定点の数に対応する本数の熱電対が
必要とな秒、経済的負担が大きい。

一方、電カケープルの導体表面の長さ方向の温度分布が
測定できれば、導電部での発熱量がわかり、この発熱量
から電カケープルのどの部分が劣化しているかを知るこ
とができるが、電カケープルのように大電流が流れ、強
磁場が発生する導体表面の温度を測定できるセンサは従
来には存在せず、かかるセンサの出現が待望されている
。

本発明はこのような事情に鑑み、ガスタンク等の強撚性
物質貯蔵容晋や電カケープルの導体表面の温度分布を単
純な配線によすＩＪアルタイムで測定できる光ファイバ
温度センサを提供することを目的とする。

く課題を解決するための手段〉 前記目的を達成する本発明にかかる光フアイバ温度セン
サは、複数の被測定物の近傍若しくはこれら被測定物に
沿って配設される測定活性ファイバとこれら測定活性フ
ァイバを直列に配置する光ファイバとからなると共に、
少なくとも上記測定活性ファイバが少なくとも光が伝搬
する部分の一部に金属若しくは化合物半導体が含有され
ている測定活性ファイバからなり、この測定活性ファイ
バの吸収損失の温度依存性を利用して温度測定すること
を特徴とする。

く作　　　用〉 光が伝搬する部分に金属若しくは化合物半導体が含有さ
れている光ファイバの吸収損失は温度依存性を示す。し
たがって、この測定活性ファイバを離散的に有する光フ
ァイバ温度センサの長手方向の損失分布を測定すること
により、その長手方向の温度分布を測定するごとができ
る。

く夾　施　例〉 実施例Ｉ Ｓ　ｉ　０２のコア材の表面に、Ｃｕ”　４０　ｐｐｍ
ＨＣｕ”　４０　ｐｐｍＨＣｕ”　２０　ｐｐｍＢ　Ｃ
ｕ　　２０ｐｐｍ及びＧａＡｓ　４０　ｐｐｍをそれぞ
れ塗布した上に、ｖＡＤ法によりＳｉＯ２のジャケット
層を形成し、Ｆ雰囲気中で脱水・焼結して光ファイバ用
母材とした。

この母材をそれぞれコア径８．ｃａ、クラッド径１２５
−に線引きし、シリコーン樹脂を４００−径となるよう
に被覆して、第１図に示すようにコア１１．クラッド１
２及び被覆１３からなるファイバＡ（Ｃｕ″”　４０　
ｐｐｍ添加）、　Ｂ　（Ｃｕ　　４０ｐｐｍ添加）、Ｃ
（Ｃｕ”２０　ｐｐｍ及びＣｕ　　２０ｐｐｍ）及びＤ
（ＧａＡｓ４０ｐｐｍ）をそれぞれ製造した。かかるフ
ァイバでは鋼はすす体の脱水・焼結により均一に分布し
ており、コア１１及びクラッド１２の内側の一部に銅若
しくはＧａＡｓが含有されている。なお、ファイバＡ、
Ｂ、Ｃ，Ｄの比屈折率差Δは０．３％であった。

このように製造したファイバＡ、Ｂ、Ｃ。

Ｄの損失波長特性を常温で評価し、金属原子による吸収
損失ピークの発生する波長を調査したところ、第２図に
示す結果を得た。

第２図に示すようにファイバＡの吸収損失のピークは波
長０．６８　ｐ、ファイバＢの吸収損失のピークは０．
８８　／Ｊｌ、ファイバＣの吸収損失のピークは０．８
６／ｊｌにそれぞれ存在し、又、ファイバＤの吸収損失
は０．８８７ａ付近から短波長側で大きくなっていた。

これにより、現在、最も安価に入手可能なレーザの発振
波長である０、８５声及び１．３０７ｘで大きく吸収損
失を示すことが確認された。

次に、各ファイバＡ〜Ｄについて、波長０．８！Ｈａ及
び１．３０／ｊにおける伝送損失の温度依存性について
調査した。各ファイバＡ〜Ｄをそれぞれ４００ｍ長の把
にとり、各ファイバ全長の温度を２３℃〜２００℃の範
囲で変化させながら連続モニタ法で透過光のパワー強度
をモニターした。この結果を第３図〜第６図に示す。

第３図〜第６図に示す結果よ抄、ファイバＡ、Ｂ、Ｃの
光吸収損失はそれぞれ正の濃度係数をもって温度に依存
しており、ＧａＡｓを含むファイバＤについても波長０
．８５　／ｊニオイて光吸収損失は正の温度係数をもつ
ことが確認された。

以上、ファイバＡ〜Ｄについて示したが、すす体の表面
あるいは製造途中のすす体の表面に銅やＧａＡｓの微粉
末を塗布し、その後脱水・焼結し、パイプを被せた母材
を用いても同様の結果となる。また、パイプに銅やＧ　
ａ　Ａ　ｓを含有させておいても、同様の効果が得られ
る。

なお、ｖＡＤ法以外の母材の製造方法に採用しても同様
の効果が得られるのは言うまでもない。すなわち、光フ
ァイバのコア及びコアの周囲の伝搬光のパワーが分布す
る部分、すなわち電磁界分布が存在する部分の一部に少
なくとも金属若しくは化合物半導体が含有されている場
合に、吸収損失に温度依存性が現われ、他のクラッド部
に金属若しくは化合物半導体が含まれているか否かは問
題ではない。

また、上述した例では銅及びＧ　ａ　Ａ　ｓを添加した
例について述べたが、例えば、金属としては銅と同様の
吸収損失の温度特性をもつニッケル、金ｐｔ！ｉｐコバ
ルト、り四ム、パラジウム、白金、イリジウム、オスミ
ウム、ネオジウム、プラセオジム、サマリウム、ユウ四
ビウム、テルビウム２．イッテルビウムなど、又、化合
物半導体としてはガリウム砒素の他、インジウム燐、イ
ンジウムアンチモン、カドミウムテルル、ガリウム燐、
ガリウムアンチモンなどを用いてもよい。少なくとも光
が伝搬する部分の一部に上述したような金属を含有する
光ファイバは、波長がほぼ０．６〜２声の範囲で、又、
上述したような化合物半導体を含有する光ファイバは、
波長が０．８５声付近で大きな吸収損失を示し、その吸
収損失が温度に依存するという効果が得られろ。

したがって、このような測定活性ファイバを離散的に有
する光ファイバの長手方向の損失分布を測定すれば長さ
方向の温度分布を知ることができるので、−本の光ファ
イバを被対象物に沿って配置することにより、被対象物
の温度上昇箇所、表面温度分布等を知ることができる。

また、光ファイバは電磁界に対して無誘導であるので、
大電流が流れ、強磁場が発生する電カケープルの導体表
面に沿って配置すれば、当該電カケープルの導体表面の
長手方向の温度分布を測定することができ、これにより
導体の劣化具合を把握することが可能となる。

実施例２ 上述したファイバＡを用いて第７図（ａ）に示すような
光ファイバ分布温度センサを製作した。図中、２１は市
販の後方散乱光測定器（以下、０ＴＤＲと略す）である
。０ＴＤＲは一般に波長が０．８５．ｃａ、　　１．３
／Ｊ１．１．５５−のものが広く用いられているが、本
実施例では０．８５のものを用いた。この０ＴＤＲ２１
は通常の３Ｍファイバであるダミーファイバ２２を介し
て光ファイバ２３と結合されている。

光ファイバ２３は、離散的に嫂数個配設された測定活性
ファイバ２３ａとこれらの直列に連結する連結ファイバ
２３ｂとからなり、測定活性ファイバ２３ｍとして上述
したファイバＡを、又、連結ファイバ２３ｂとして石英
ガラスからなるコア８．Ｊ、Ｆ添加石英ガラスからなる
クラッド１２５−のファイバにシリコン樹脂を４０　ｏ
／ｊｌに被覆したものを用いた。

一方、０ＴＤＲ２１は、パルス変調した信号光を光ファ
イバ２３に入力する手段と、光ファイバ２３内で発生し
た後方散乱光出力を時間領域受信するとともに平均化処
理及び微分処理の信号処理をする手段とを具えてお９、
光ファイバ２３の長手方向の損失分布をリアルタイムで
測定することができる。

実験用として、第７図（ｂ）に示すように、２本の１５
０℃長の連結ファイバ２３ｂと２本の１００℃長の測定
活性ファイバ２３ｍ（１）。

２３　ｍ　（２）とを交互に連結して全長５００ｍの光
ファイバ２３とした光ファイバ分布温度センサを製作し
た。そして、ファイバ２３ａ（１１゜２３　ａ　（２１
をそれぞれ２３℃（室温）、２００℃にして、後方散乱
光を０ＴＤＲ６で測定した。この結果を第８図、第９図
に示す。なお、第８図はファイバ２３　ａ　（１）を２
３℃、ファイバ２３　ａ　（２）を２００℃にした場合
、又、第９図はファイバ２３　ａ　（１）を２００℃、
ファイバ２３　ｍ　（２）を２３℃にした場合を示す。

単位長さ当りの損失は、後方散乱光強度のファイバ長微
分、すなわちｄａ　／　ｄＬ　（ｄＢ／単位長）で表わ
され、この値が第３図に示される通り温度と一対一に対
応する。したがって、このような後方散乱光特性を測定
し、後方散乱光強度のファイバ長微分を求めることによ
り、光ファイバ２３の長手方向の温度分布を把握するこ
とができる。

第１０図は、第９図の結果をファイバ長さしで微分し、
温度と対応させたグラフである。

このグラフよゆ、ファイバ２３　ｍ　（１］の部分の温
度が２００℃、ファイバ２３　ａ　１２）の部分の温度
が２３℃であることが明らかである。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明の光ファイバ潤度センサば
、−本の光ファイバを被対象物に沿って配設することに
よりその光ファイバの長手方向に亘っな温度分布を測定
することができるので、例えば従来、数百本の定温式ス
ポット型温度センサと数百本の銅ケーブルとが必要であ
った火災検知システムを、たった−本の光ファイバケー
ブルの配設だけで済ますことができ、経済的効果が大き
い。さらに、本発明のセンサはスパーク等の発生のおそ
れがなく、電磁界に対して無誘導なので、ガスタンク等
の強撚性物質貯蔵容晋や電カケープルの導体表面の温度
もリアルタイムで測定できる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第１０図は本発明の実施例にかかり、第１図は
光ファイバの端面を示す説明図、第２図はファイバＡ−
Ｄの損失波長特性を示すグラフ、第３図〜第６図は各フ
ァイバの温度依存性を示すグラフ、第７図（ａ）、（ｂ
ｌは光ファイバ分布温度センサの外観図、第８図及び第
９図はそれぞれ試験例の後方散乱光の測定結果を示すグ
ラフ、第１０図は第９図の状態の光ファイバの温度分布
を示すグラフ、第１１図は従来の定温式スポット型熱セ
ンサの原理図である。 図面中、 １１はコア、 １２はクラッド、 １３は被覆、 ２１は後方散乱光強度諸、 ２２はダミーファイバ１ ２３は光ファイバ、 ａは測定活性ファ イバ、 ｂは連結ファイバである。 特 許 出 願 人 住友電気工業株式会社 代 理 人

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数の被測定物の近傍若しくはこれら被測定物に沿って
   配設される測定活性ファイバとこれら測定活性ファイバ
   を直列に配置する光ファイバとからなると共に、少なく
   とも上記測定活性ファイバが少なくとも光が伝搬する部
   分の一部に金属若しくは化合物半導体が含有されている
   測定活性ファイバからなり、この測定活性ファイバの吸
   収損失の濃度依存性を利用して温度測定することを特徴
   とする光ファイバ温度センサ。