JPH02134524A - 光ファイバ温度センサ - 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】 〈産業上の利用公費〉 本発明は、ビルの火災検知器、又はガスタンク等の強撚
性物質貯蔵容器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る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〉 建築物等の火災検知器として従来より用いられているも
のとしては、例えば「機械の研究第３８巻第１号（１９
８６）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
１１図に示す。同図に示すようにこの熱センサは例えば
黄銅とインバーとのように膨張率の異なる２゛種の金属
板をは９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
報ベル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器に限られ、例えばガスタン
ク等の強撚性物質貯蔵容−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、っのセンサに対して一本の銅ケーブル
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
必要となり、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
物質貯蔵容器や電カケープルの導体表面の温度分布を単
純な配線によリリ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
ァイバを直列に連結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金属又は化合物半導
体を含有するプラスチック系材料でクラッドが形成され
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。

く作　　　用〉 金属又は化合物半導体を含有するプラスチック系材料で
クラッドが形成され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
ることができろ。

く実　施　例〉 実施例１ 石英ガラスを２００声φに線引きしてコアを形成し、こ
のコアに、ＳｉＯ□より屈折率の小さいシリコーン樹脂
に下記の金属又は化合物半導体を添加した材料をコーテ
ィング法により３００−φとなるように被覆してクラッ
ドとし、第１図に示すようにコア１とクラッド２からな
るファイバＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄとしな。

ファイバＡ　−Ｃｕ”　６０　ｐｐｍ ファイバＢ　−Ｃｕ”　６０　ｐｐＨ ファイバＣ−Ｃｕ”　３０　ｐｐ＋ａ、　Ｃｕ　”　３
０　ｐｐｍファイバＤ・・・ＧＧａＡｓ６０ｐｐ なお、各ファイバＡ−Ｄの比屈折率Δは３．４％であっ
た。

このように製造したファイバＡ−Ｄの損失波長特性を常
温で評価したところ、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　Ｍ、ファイバＢの吸収損失のピークは０．
８８．ｍ、ファイバＣの吸収損失のピークは０．８６１
ａにそれぞれ存在し、又、ファイバＤの吸収損失は０．
８８−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１．３０−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０．８５７ｎ及
び１．３０−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図に示す結果より、ファイバＡ、Ｂ、Ｃの
光吸収損失はそれぞれ正の温度係数をもって温度に依存
しており、ＧａＡｇを含むファイバＤについても波長０
．８５７ｍにおいて光吸収損失は正の温度係数をもっこ
とが確認された。

本発明において、コアの周囲にクラッドを施す方法とし
てはコーティング法の他、押出被覆方法など従来から知
られている方法を用いればよい。また、クラッドを形成
するプラスチック系材料に添加される金属としては、銅
と同様の吸収損失の温度特性をもつニッケル、１　ｍ、
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、ユウロピウム。

テルビウム、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。プラスチック系材料中に
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−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る。

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１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０．８５４．　１．３　／Ｊ
ｌ、　　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０ＴＤＲ２
１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、離散的に複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２３ａとして上述
したファイバＡを、又、連結ファイバ２３ｂとして２０
０−の石英ガラスよりなるコアに３００−のシリコン樹
脂からなるクラッドを被覆したプラスチッククラッドフ
ァイバ（以下、ＰＣＦと略す）をそれぞれ用いた。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頻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り、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（ｂｌ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２３ａ（１１゜２３　ａ　（２１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２３
ａ（１１゜２３　ａ　（２）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２３℃、ファイバ２３　ｍ　
（２）を２００℃にした場合、又、第９図はファイバ２
３　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１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。

このグラフより、ファイバ２３　ａ　（１）の部分の温
度が２００’ｅ、ファイバ２３　ａ　（２）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温度センサは
、−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た温度分布を測定
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、電磁界に対して無詞導なので、ガスタンク等
の強撚性物質貯蔵容器や電カケープルの導体表面の１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！！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）、　
ｆｂｌ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９ｒＥＪの状態の光ファイバの
１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、 ２１は後方散乱光測定器、 ２２はダミーファイバ、 ２３は光ファイバ、 ２３ａは測定活性ファイバ、 ２３ｂは連結ファイバである。

Claims (1)

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金属又は化合物半導体
   を含有するプラスチック系材料でクラッドが形成される
   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
   する光ファイバ温度センサ。 ２）クラッドに含有される金属が銅である請求項１記載
   の光ファイバ温度センサ。 ３）クラッドに含有される化合物半導体がガリウム砒素
   である請求項１記載の光ファイバ温度センサ。