JPH0299837A - 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】 〈産業上の利用分野〉 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
１０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諸に限られ、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。

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雷対が
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、少なくとも光が伝搬する部分の一部に金属が含有
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。

く作　　　用〉 光が伝搬する部分に金属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。

く実　施　例〉 実施例ｌ ５ｉＯのコア材の表面に、Ｃｕ”　２０　ｐｐｍ１Ｃｕ
”　２０　ｐｐｒ＋Ｂ　Ｃｕ”　１０　ｐｐｍ及びＣｕ
　　１０ｐｐｍをそれぞれ塗布した上に、ＶＡＤ法によ
りＳ　ｉ　Ｏ２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．ｍ１クラツド径１２４Ｈ
ａに線引きし、シリコーン樹脂を４００声径となるよう
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７フイパＡ　（Ｃｕｌ＋２０　
ｐｐｍ　ｇＫ加）、　Ｂ　（Ｃｕ”　２０　ｐｐｍ添加
）、Ｃ（Ｃｕ”１０　ｐｐｍ及びＣｕ”　２０　ｐｐｍ
　）をそれぞれ製造した。かかるファイバでは銅はすす
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の内側の一部に銅が含有されている。な
お、ファイバＡ、Ｂ、Ｃの比屈折率差Δは０．３％であ
った。

このように製造しｔニファイバＡ、Ｂ、Ｃ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０．６８４．ファイバＢの吸収損失のピークは０．８
８ｇ、ファイバＣの吸収損失のピークは０．８６．ｍに
それぞれ存在した。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、８１１Ｊａ及び１．
３０／ｊ１１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、Ｂ、Ｃについて、波長０．８５７
ａ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。

Ｂ、Ｃをそれぞれ５００ｍ長の把にとり、各ファイバ全
長の温度を３００＠に〜４７０’に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５図に示す。

第３図〜第５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
することが確認された。

以上、ファイバＡ、Ｂ、Ｃ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、パイプに銅を含有させて
おいても、０．６〜２−の範囲に大きな吸収損失を示し
、この吸収損失が温度に依存するという同様の効果が得
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
る部分の一部に少なくとも金属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
属が含まれているか否かは問題ではない。

まｔこ、上述した例では銅を添加した例について述べた
が、同様に吸収損失の温度特性を有するニッケル、金、
銀、コバルト、クロム等を用いても同様の効果が期待で
きる。

したがって、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
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
無肪導であるので、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＝７− 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。

図中、２１は市販の後方散乱光測定！Ｉ＃（以下、０Ｔ
ＤＲと略す）である。０ＴＤＲは一般に波長が０．８５
声、　１．３／ａ、　　１．５５声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。乙
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５００ｍのファイバＡである光ファイ
バ２３と結合されている。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
段とを具えており、光ファイバ２３の長手方向の損失分
布をリアムタイムで測定することができる。

一 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
Ｄｔｔ２１により波長０．８５７Ａｌｌの後方散乱特性
を測定した。

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・ｒ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。

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。

〈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平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ずことができ、経済的効果が大き
い。さらに、本発明のセンサ（よ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
度もリアムタイムで測定できる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第９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、Ｂ
、Ｃの損失波長特性を示すグラフ、第３図〜第５図は各
ファイバの温度依存性を示すグラフ、第６図は光ファイ
バ分布温度センサの外観図、第７図及び第８図はそれぞ
れ３００°に、４７０’Ｋにおける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ばダミーファイバ、 ２３は光ファイバである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）少なくとも光が伝搬する部分の一部に金属が含有さ
   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
   ことを特徴とする光ファイバ温度センサ。 ２）光ファイバ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。