JPH02183130A - Optical fiber temperature sensor - Google Patents
Optical fiber temperature sensorInfo
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- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
Abstract
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。[Detailed description of the invention] <Industrial use public funds> The present invention can be used as a fire detector in a building, or as a temperature sensor that can measure the temperature of the conductor surface of a highly twisted material storage container such as a gas tank or a power cable in real time. The present invention relates to an optical fiber temperature sensor that can be used.
〈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
10図に示す。同図に示すようにこの熱センサば例えば
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などによリセンサ本体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。<Prior art> Examples of fire detectors conventionally used in buildings, etc.
86) There is a constant temperature spot type thermal sensor shown in P234J. The principle of this constant temperature spot type thermal sensor is shown in FIG. As shown in the figure, this thermal sensor utilizes a bimetal 1 made by laminating two metal plates having different coefficients of expansion, such as brass and Imphal. That is, the sensor body 2 is provided with a contact point a at one end of the bimetal 1, as well as a contact point that is separated from the contact point a in the normal state, and when the sensor body 2 is heated by the flame 3 or the like, it reaches a certain temperature. Then, the contact point a of the curved bimetal 1
When the contact point and the contact point come into contact, the fire lamp 4 lights up and the alarm bell 5 sounds. In addition, in the figure, 6 indicates a battery.
〈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
。<Problems to be Solved by the Invention> However, as described above, in fixed temperature spot type thermal sensors, when the temperature reaches a high temperature due to a fire, for example, contact a and contact 4 and alarm pel 5 are energized, so contact 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晋に限られ、例えばガスタン
ク等の強撚性物質貯蔵容器の温度センサには使用するこ
とができなかった。There is a problem in that sparks are always generated the moment b come into contact with each other. For this reason, the use of this type of thermal sensor is limited to fire alarms in private houses and offices, and cannot be used as a temperature sensor for highly twisted material storage containers such as gas tanks.
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、
数百本もの鋼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。In addition, this type of thermal sensor transmits information by turning on and off the current, so when using a system to identify the location of a fire, for example, a single copper cable or other wiring is required for each sensor. There is also the issue of becoming. for example,
When implementing a fire detection system to identify the location of a fire in a skyscraper that requires hundreds of thermal sensors,
Hundreds of wires such as steel cables are required, and all the wires are concentrated in the monitoring room, occupying a large space and placing an extremely large economic burden.
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。It is also possible to measure the temperature distribution on the surface of a highly twisted material storage tank such as a gas tank using a thermocouple.
In this case as well, the number of thermocouples corresponding to the number of measurement points is required, which imposes a large economic burden.
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ろセンサは従
来には存在せず、かかるセンサの出現が待望されている
。On the other hand, if the temperature distribution in the length direction of the conductor surface of a power cable can be measured, the amount of heat generated in the conductive part can be determined, and from this amount of heat generation, it is possible to know which part of the power cable is deteriorating. There is no conventional sensor that can measure the temperature on the surface of a conductor through which a large current flows and a strong magnetic field is generated, and the emergence of such a sensor is eagerly awaited.
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。In view of these circumstances, it is an object of the present invention to provide an optical fiber temperature sensor that can measure the temperature distribution on the conductor surface of a highly twisted material storage container such as a gas tank or a power cable in real time using simple wiring. do.
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、少なくとも光が伝搬する部分の一部に希土類原子
が含有されている光ファイバの吸収損失の温度依存性を
利用したことを特徴とする。Means for Solving the Problems> An optical fiber temperature sensor according to the present invention that achieves the above object is characterized by the temperature dependence of absorption loss of an optical fiber containing rare earth atoms at least in a part of the portion through which light propagates. It is characterized by the use of
く作 用〉
光が伝搬する部分に希土類原子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
光ファイバの長手方向の損失分布を測定することにより
、光ファイバの長手方向の温度分布を測定することがで
きる。Effect> The absorption loss of an optical fiber containing rare earth atoms in the portion through which light propagates is temperature dependent. Therefore, by measuring the loss distribution in the longitudinal direction of this optical fiber, it is possible to measure the temperature distribution in the longitudinal direction of the optical fiber.
く実 施 例〉
実施例1
第1図に示すように、SiOからなるコア11、F添加
Sin、からなるクラッド12及びシリコーン樹脂から
なる被覆13で構成されるファイバA〜Cを以下のよう
にして製造した。各ファイバA〜Cは、コア径が8−。Examples Example 1 As shown in FIG. 1, fibers A to C, which are composed of a core 11 made of SiO, a cladding 12 made of F-added Sin, and a coating 13 made of silicone resin, were prepared as follows. Manufactured by Each fiber A to C has a core diameter of 8-.
クラツド径が1254.被覆の外径が400゜であり、
各ファイバA−Cのコア11及びクラッド12の内側の
一部には、それぞれ下表に示すように添加した希土類元
素が均一に含有されている。なお、各ファイバA〜Cの
比屈折率差は0.3%であった。Cladding diameter is 1254. The outer diameter of the coating is 400°,
A portion of the inner side of the core 11 and cladding 12 of each fiber A to C uniformly contains rare earth elements added as shown in the table below. Note that the relative refractive index difference between each of the fibers A to C was 0.3%.
これらファイバの元となるプリフォームは、MCVD法
を応用して製造する。具体的には、例えば第2図に示す
ようにプリフォームのクラッド部となるパイプ14内に
コアガラスを堆積させろ際に、パイプ14に隣接してド
ーパント室15を設け、このドーパント室15内に希土
類原料16(NdCj等の塩化物)を入れて該ドーパン
ト室15を約1000℃に加熱することにより希土類原
料16を蒸発させ、希土類をコアガラス上に堆積させる
ようにする。The preforms from which these fibers are made are manufactured by applying the MCVD method. Specifically, as shown in FIG. 2, for example, when core glass is deposited in a pipe 14 that will become the cladding part of the preform, a dopant chamber 15 is provided adjacent to the pipe 14, and a dopant chamber 15 is placed in the dopant chamber 15. The rare earth raw material 16 (a chloride such as NdCj) is introduced into the dopant chamber 15 and heated to about 1000° C. to evaporate the rare earth raw material 16 and deposit the rare earth on the core glass.
これら各ファイバA−Cの損失波長特性を室温で測定し
た。この結果を第3図〜第5図に実線で示す。The loss wavelength characteristics of each of these fibers A-C were measured at room temperature. The results are shown in solid lines in FIGS. 3 to 5.
また、同様に各ファイバA−%−Cの200℃における
損失波長特性を測定した。この結果は第3図〜第5図に
点線で示す。In addition, the loss wavelength characteristics at 200° C. of each fiber A-%-C were similarly measured. The results are shown in dotted lines in FIGS. 3-5.
第3図及び第4図に示すように、ファイバA、Bには吸
収損失に温度依存があることが表われている。このよう
に少なくとも光が伝搬する部分の一部にEu、Nd
が添加された光ファイバA、Bは温度依存性を示す。な
お、Sm” Pr3+についても同様な結果が得られ
た。As shown in FIGS. 3 and 4, it appears that the absorption loss of fibers A and B has a temperature dependence. In this way, at least a part of the part where light propagates is made of Eu, Nd.
Optical fibers A and B doped with . Note that similar results were obtained for Sm'' Pr3+.
一方、第5図に示すように、少なくとも光が伝搬する部
分の一部にErが添加された光ファイバCでは、0,6
5.m、 0.8/j、 0.98声。On the other hand, as shown in FIG.
5. m, 0.8/j, 0.98 voice.
1.53声に鋭い吸収ピークがhられるが、室温と20
0℃とにおける吸収の大きさはあまゆ大艶くなかった。A sharp absorption peak is observed at 1.53 degrees, but at room temperature and 20
The magnitude of the absorption at 0° C. was not so great.
これは、それぞれの吸収においては、例えば0.65−
は ’ 1@/1= ” I/1゜8μは4■ →
I 1.53/!Jlは !lli/2→ ”
13/21!/2 9/3’
というように、始状態が全て’1%1a(基底状態)で
あり、さらに、基底状態と第一励起状態とが離れている
ので、始状態のボビュレーシ璽ンが温度によってほとん
ど変わらないためと考えられている。したがって、希土
類原子のうち基底状態と第一励起状態とが離れているG
d Dy Ho 、 Tm 、 Yb
は吸収の温度依存性が小さい。This is, for example, 0.65-
is ' 1@/1= ” I/1゜8μ is 4■ →
I 1.53/! Jl is! lli/2→ ”
13/21! /2 9/3', all of the initial states are '1%1a (ground state), and furthermore, the ground state and the first excited state are far apart, so the Bobulasian curve of the initial state changes depending on the temperature. It is thought that this is because there is almost no difference. Therefore, among rare earth atoms, G
d Dy Ho, Tm, Yb
The temperature dependence of absorption is small.
このように、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の一部に少なくとも希土類原子
、特にEu、Sm。In this way, at least rare earth atoms, especially Eu and Sm, are present in the core of the optical fiber and in a part of the area around the core where the power of propagating light is distributed.
Nd又はPrが含有されている場合に、吸収損失に温度
依存性が現われるので、このような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。When Nd or Pr is contained, temperature dependence appears in absorption loss, so by measuring the loss distribution in the longitudinal direction of such an optical fiber, it is possible to know the temperature distribution in the longitudinal direction.
したがって、−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。Therefore, by arranging - optical fibers along the target object, it is possible to know the temperature rise point, surface temperature distribution, etc. of the target object. In addition, since optical fibers are not induced by electromagnetic fields, if they are placed along the conductor surface of an electric cable where a large current flows and a strong magnetic field is generated, the temperature distribution in the longitudinal direction of the conductor surface of the electric cable can be can be measured, which makes it possible to understand the degree of deterioration of the conductor.
実施例2
上述したファイバAを用いて第6図に示すような光ファ
イバ分布温度センサを製作した。Example 2 An optical fiber distributed temperature sensor as shown in FIG. 6 was manufactured using the fiber A described above.
図中、21は市販の後方散乱光強度譬(以下、0TDR
と略す)である。0TDRは一般に波長が0.857n
、 1.3.m、 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。との0
TDR21は通常の3Mファイバであるダミーファイバ
22を介して5oonのファイバAである光ファイバ2
3と結合されている。0TDR21は、パk ス11゜
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。In the figure, 21 is a commercially available backscattered light intensity example (hereinafter referred to as 0TDR).
). 0TDR generally has a wavelength of 0.857n
, 1.3. m, 1.55- is widely used, but in this example, one with 0.85 was used. 0 with
TDR21 connects optical fiber 2, which is 5oon fiber A, via dummy fiber 22, which is a normal 3M fiber.
It is combined with 3. The 0TDR 21 is a means for inputting the signal light whose path has been adjusted by 11 degrees into the optical fiber 23, receives the backscattered light output generated within the optical fiber 23 in the time domain, and performs signal processing such as averaging processing and differentiation processing. The loss distribution in the longitudinal direction of the optical fiber 23 can be measured in real time.
このようなセンサの光ファイバ23の中央部100mの
みを恒温槽に入れ、恒温槽の温度を300”K(室温)
及び470°Kに設定し、それぞれの場合について0T
DR21により波長0.851Aの後方散乱特性を測定
した。Only the central 100m of the optical fiber 23 of such a sensor is placed in a thermostatic oven, and the temperature of the oven is set to 300"K (room temperature).
and 470°K, and 0T for each case.
Backscattering characteristics at a wavelength of 0.851 A were measured using DR21.
第7図が300″″に1第8図が470@にの場合の測
定結果である。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dα/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O
第9図は、第8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。Figure 7 shows the measurement results at 300'', and Figure 8 shows the measurement results at 470@. The loss per unit length is expressed by the fiber length differential of the backscattered light intensity, ie, dα/dL (dB/unit length), and this value corresponds one-to-one to the temperature as shown in FIG. Therefore, by measuring such backscattered light characteristics and finding the fiber length differential of the backscattered light intensity, it is possible to understand the temperature distribution in the longitudinal direction of the optical fiber 23. This is a graph showing the results obtained by differentiating the results with respect to the fiber length and corresponding to the temperature.
このグラフより、光ファイバ23の中央部100mの部
分の温度が470″″Kまで上昇していることが明らか
である。From this graph, it is clear that the temperature of the central 100 m portion of the optical fiber 23 has risen to 470''K.
〈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、電磁界に対して無誘導なので、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温度
もリアルタイムで測定できる。<Effects of the Invention> As explained above, the optical fiber temperature sensor of the present invention measures the temperature distribution over the longitudinal direction of the optical fiber by arranging the optical fiber along the target object. For example, a fire detection system that conventionally required hundreds of constant-temperature spot temperature sensors and hundreds of copper cables can now be installed with just one fiber optic cable. It has great economic effects. Further, since the sensor of the present invention has no fear of generating sparks and is non-inductive to electromagnetic fields, it can also measure the temperature of the conductor surface of a highly twisted material storage container such as a gas tank or a power cable in real time.
第1図は本発明の実施例の光ファイバの端面を示す説明
図、第2図はその光ファイバ用プリフォームの製造例を
示す説明図、第3図〜第5図はファイバA、B、Cの損
失波長特性を示すグラフ、第6・図は実施例にかかる光
ファイバ分布温度センサの外観図、第7WA及び第8図
はそれぞれ実施例における300”K、470°Kにお
けろ後方散乱光の測定結果を示すグラフ、第9図は第8
図の状態の光ファイバの温度分布を示すグラフ、第10
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は後方散乱光測定器、
22はダミーファイバ、
23は光ファイバである。FIG. 1 is an explanatory diagram showing the end face of an optical fiber according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of manufacturing the optical fiber preform, and FIGS. 3 to 5 are illustrations of fibers A, B, Graph showing loss wavelength characteristics of C, Figure 6 is an external view of the optical fiber distribution temperature sensor according to the example, Figure 7WA and Figure 8 are backscattering at 300''K and 470°K in the example, respectively. A graph showing the light measurement results, Figure 9 is the 8th
Graph showing the temperature distribution of the optical fiber in the state shown in the figure, No. 10
The figure is a diagram showing the principle of a conventional constant temperature spot type thermal sensor. In the drawings, 11 is a core, 12 is a cladding, 13 is a coating, 21 is a backscattered light measuring device, 22 is a dummy fiber, and 23 is an optical fiber.
Claims (1)
含有されている光ファイバの吸収損失の温度依存性を利
用したことを特徴とする光ファイバ濃度センサ。 2)光ファイバに含有される希土類原子がEu、Sm、
Nd又はPrである請求項1記載の光ファイバ温度セン
サ。[Scope of Claims] 1) An optical fiber concentration sensor characterized by utilizing the temperature dependence of absorption loss of an optical fiber containing rare earth atoms in at least a part of the portion through which light propagates. 2) The rare earth atoms contained in the optical fiber are Eu, Sm,
The optical fiber temperature sensor according to claim 1, wherein the optical fiber temperature sensor is Nd or Pr.
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JP1001187A JPH02183130A (en) | 1989-01-09 | 1989-01-09 | Optical fiber temperature sensor |
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