JPH0216436A - 光ファイバ型温湿度センサ - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、光を利用し温度と湿度とを同時計測するのに
適した光ファイバ型温湿度センサに関するものである。

［従来の技術］ 従来の温湿度測定は、セラミック、プラスチック等の素
材の湿度に対する抵抗変化や容量変化を利用した湿度セ
ンサと、熱電対やサーミスタ等の温度センサとを組合わ
せ、これらの電気的な信号から温湿度を２つの検出器で
同時に求める方式が大半を占めている。

一方、温度と湿度の個々の計測システムとしては、例え
ば第３図に示す光式湿度計測システムや、第４図に示す
光式温度計測システムがある。

第３図に示す光式湿度計測システムは、光ファイバ１の
間に光学レンズ１９と空間１８を設けてセンサを構成し
、空間１８内の空気の湿度変化によるその赤外吸収強度
変化を利用して、光源１６からの光を、光ファイバｌ、
空間１８、光ファイバ１と伝送させて、その強度を受光
器１７で検出し、湿度を求める方式である。また第４図
に示す光式温度計測システムは、光ファイバｌの間にＧ
ａＡｓ等の半導体６を配置してセンサを構成し、半導体
の吸収端波長温度依存性に基づく透過光強度変化を受光
器１７で検出して、温度を求める方式である。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、前記の温湿度に対する抵抗変化等を電気的に
検出する方式のセンサでは、電磁誘導に起因するような
電気的ノイズに弱い等の短所があり、高電圧環境下にお
ける温湿度検出に適用する上で多くの問題がある。また
、第３図の光式湿度計測システムや第４図の光式温度計
測システムは、湿度や温度の個々の計測システムとして
適用することはできるが、湿度及び温度を同時に計測す
る場合には、検出器や光ファイバ等が温度計測及び湿度
計測用として計２組必要となり、設置スペースが限られ
ている場所への適用には不適当で、経済性にも欠ける。

更に、第３図に示した湿度計測システムは、光軸ずれ、
はこりの影響を受は易く、安定した測定が困難なことか
ら、限られた環境下でしか使用できない、このように、
温度と湿度の同時計測を光方式で行なうことは、非常に
困難であるといえる。

本発明の目的は、前記した従来技術の欠点を解消し、コ
ンパクトで且つ経済性、耐電磁誘導性に優れた光ファイ
バ型温湿度センサを提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明による光ファイバ型温湿度センサは、光ファイバ
のコアの外周部に、該コアを伝搬する測定光に被測定気
体の相対湿度に応じた強度変化を学える多孔質層を設け
ると共に、上記コアの先端面に、波長依存性を持ち測定
光に被測定気体の温度に応じた強度変化を与える半導体
を設け、該半導体の先端面に測定光を反射して光ファイ
バに戻すための反射膜を形成したものである。

［作用］ コア外周部に設けた多孔質層は、コアを伝搬する測定光
に被測定気体の相対湿度に応じた強度変化を与え、一方
、このコア先端面に設けた反射膜のある半導体は、その
波長依存性から、特定の波長に対し・てのみ、測定光に
被測定気体の温度に応じた強度変化を与える。従って、
半導体の先端面の反射膜から反射して来た測定光には、
湿度及び温度の強度変化が含まれており、これを後に分
離して取出すことにより、１つのセンサで湿度と温度の
２つが同時に計測できる。よって、この光ファイバ型温
湿度センサは、個々の湿度センサ及び温度センサを用い
る場合に比べ、計測システムに関するコンパクト性、経
済性等を大巾に向上させ得る。

Ｌ記多孔質層は具体的にはＳｉＯ２微粒子とすることが
でき、上記半導体は、ＧａＡｓＧａＰ、ルビーガラスの
うちのいずれであってもよい、また、上記測定光として
は、上記半導体の吸収波長付近の光とこれよりも十分長
い長波長の光を上記コアに同時に入射させたものから成
るのが好ましく、この場合には、吸収波長付近の光が温
度により強度変化し、長波長の光が湿度により強度変化
することになる。

［実施例］ 以下、図示の実施例について本発明を説明する。

第１図は、全体を第２図に示す温湿度計測システムの温
湿度センサ部の構成例を示す、８は温湿度センサであり
、石英ガラスあるいは多成分ガラス等からなるコア４の
外周部には、湿度依存性を持つＳｉＯ２９粒子からなる
多孔質層５が形成されている。また、コア４の先端部に
は、波長−温度依存性を持つＧａＡｓからなる半導体６
が、コア４の端面に密着して配置され、半導体６の先端
面には反射膜７がコーティングされている。波長−温度
依存性を持つ半導体６としては、ＧａＡｓに限らず、Ｇ
ａＰやルビーガラス等であってもよい。

上記構成の温湿度センサ８は、そのコア４がしセブタク
ル３及びコネクタ２を介して光ファイバ１と接続され、
温湿度計測に供される。

次に、上記温湿度センサ８の作用につき、第２図に示す
温湿度計測システム全体の構成を基にして説明する。

まず、温湿度センサ８を被測定体に位置させて、短波長
の光源９及び長波長の光源１０からの光を、光分岐器１
１に入射させる。入射した光は、光分岐器１１で両波長
の光が合成され、更にその先の方向性結合器２０及び光
ファイバ１を透過後、温湿度センサ８に入射する。

温湿度センサ８に入射した光は、第１図の多孔質層５の
部分を透過する際、被測定気体の相対湿度に応じた透過
光減衰（多孔質層の吸着水分による散乱損失）を受け、
半導体６に到達する。半導体６では、この吸収端波長付
近の光のみ（短波長光）が、被測定気体の温度に応じた
減衰を受は温度に依存しない長波長の光と共に反射膜７
に到達し、ここで反射され、再び半導体６に戻る。半導
体６に反射後戻った光は、再び短波長光のみが温度に応
じた減衰を受け、更に、多孔質層５の部分で長波長及び
短波長の両光共、湿度の影響による減衰を受けた後、光
ファイバｌに戻って行く。

従って、温湿度センサ８から戻る光のうち、長波長の光
は湿度のみの変化に依存した強度となっており、短波長
の光は温度、湿度の両者に影響される光となっている。

これらの光は、第２図の方向性結合器２０で分岐後１分
波器１２で長波長光、短波長光に分離され、それぞれの
短波長受光器１３．長波長受光器１４で検出される。短
波長受光器１３．長波長受光器１４で検出された長波長
、短波長の光強度のうち、長波長の光強度はそのまま湿
度に演算器１５で換算される。一方、短波長の光強度は
、長波長光強度の値から求められる１８度に依存した減
衰分を演算器１５で加算することで、温度のみに依存し
た強度成分を求め、この値から、温度に換算される。

このようにして、１つの温湿度センサにより温度と湿度
とが同時に計測される。

［発明の効果］ 以上述べたところから明らかなように、本発明の光ファ
イバ型温湿度センサは、次に述べる効果を有する。

（１）光ファイバ、゛半導体等の光学素子以外に電気的
な素子を全く必要としないため、耐電磁誘導性に優れ、
ノイズに強い。

（２）温・湿度センサを一体化し、しかも反射膜を利用
し、プローブ構造であることから、センサ部のコンパク
ト性に優れ、取扱いも容易であると共に、コストを低減
できる。

（３）反射膜で反射されて戻る測定光は、湿度及び温度
の各センサ素子部分、即ち多孔質層及び半導体の部分の
影響を、往復２度に渡って受けており、感度の高い測定
が行なわれる。

（４）温度センサ部及び湿度センサ部の波長依存性を利
用していることから、両センサの影響を分離することが
可能であり、リアルタイムで両者の測定が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る温湿度センサの構成を
示す断面図、第２図は第１図の温湿度センサを含む温湿
度計測システム例を示す構成図、第３図は従来の光式湿
度計測システムを示す構成図、第４図は従来の光式温度
計測システムを示す構成図である。 図中、１は光ファイバ、４はコア、５は多孔質層、６は
半導体、７は反射膜、８は温湿度センサ、９は短波長光
源、１０は長波長光源を示す。 特許出願人　日　立　電　線　株式会社代理人弁理士　
　絹　　谷　　信　　雄第 図 ７・・反財膜 第４ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光ファイバのコアの外周部に、該コアを伝搬する測
   定光に被測定気体の相対湿度に応じた強度変化を与える
   多孔質層を設けると共に、上記コアの先端面に、波長依
   存性を持ち測定光に被測定気体の温度に応じた強度変化
   を与える半導体を設け、該半導体の先端面に測定光を反
   射して光ファイバに戻すための反射膜を形成したことを
   特徴とする光ファイバ型温湿度センサ。 ２、上記多孔質層がＳｉＯ＿２微粒子から成る請求項１
   記載の光ファイバ型温湿度センサ。 ３、上記半導体がＧａＡｓ、ＧａＰ、ルビーガラスのう
   ちの１つから成る請求項１記載の光ファイバ型温湿度セ
   ンサ。 ４、上記測定光は、上記半導体の吸収波長付近の光とこ
   れよりも十分長い長波長の光を上記コアに同時に入射さ
   せて成る請求項１、２又は３に記載の光ファイバ型温湿
   度センサ。