JPH0299838A - 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
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
報ペル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、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ととも考えられるが、
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、乙の発熱量
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
とかできるが、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
度センサを捷供することを目的とする。

〈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、金属又は化合物半導体を含有するプラスチック系
材でクラッドが形成され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〉 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、この先フーｒ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、５ＩＯ２より屈折率ノ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声φとなるように被覆してクラッ
ドとし、第１図に示１−ようにコア１とクラッド２から
なるファイバＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄとした。

ファイバＡ　−Ｃｕ　”　６０　ｐｐｍファイバＢ　・
−Ｃｕ　”　６０　ｐｐｍファイバＣ−Ｃｕ”　３０　
ｐｐｍ、　Ｃｕ　”　３０　ｐｐｍファイバＤ　・・Ｇ
ａＡｓ　６０　ｐｐｍ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．ｃａ、ファイバＣの吸収損失のピークは０．８６
Ｉ１ｍにそれぞれ存在し、又、ファイバＤの吸収損失は
０．８８．ｃａｎ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、８５７ｎ及び１．３０．ｃａで大きく
吸収損失を示すことが１！認された。

次に、各ファイバＡ−Ｄについて、波長０．８５／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−Ｄをそれぞれ４００℃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、ＧａＡｓを含むファイバＤについても波長０
．８５．ｍ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、　金、　
！、コバルト、クロム、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０．６〜２１ｎ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、当該型カケ
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　ｐ
ｍ、　　１．３　ｐｍ、　１．５５　ｐｍ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４００ｍ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９、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。

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２３℃（室温）及び
２００℃に設定し、それぞれの場合について０ＴＤＲ２
１により波長０．８５７ｍの後方散乱特性を測定した。

第８図が２３℃、第９図が２００℃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、ずなわち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徹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Ｌ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２００℃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
ボッ！・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、本発明のセンサば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
２３”ｅ、２００℃における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ばクラッド、 ２１は後方散乱光測定器、 ２２はダミーファイバ、 ２３は光ファイバである。 度 （°Ｃ） ファイバ長Ｌ　（ｍ） 第 図 ファイバ長Ｌ　（ｍ） 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）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）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。