JPH03156332A - 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］ この発明は、温度により光の透過率が変化する素材を用
いた温度センサに関するものである。

［従来の技術］ 第３図は従来のこの種の装置の構成を示す図で、図にお
いて（１）は光フアイバケーブル、（２ａ）は温度によ
り光の透過率が変化する素材（以下、感温素材と言う）
で形成された感温素子、（３）は保護管である。感温素
子（２ａ）は例えばＳｔ（珪素）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｋ（
カリウム）の酸化物を主成分とし、これに少量のＣｕ（
銅）、ＡＩ（アルミニウム）の酸化物を含有したガラス
を感温素材として形成することができる。

第４図は第３図に示す感温素材の特性を表す図で、横軸
は光の波長、縦軸は透過率、温度Ｔをパラメータとして
表したものであり、図に示すように、温度が高くなれば
なる程その透過率が低下する。

従って、例えば第４図の点線で示すような特性のスペク
トル分布を持つ光源からの光を、光フアイバケーブル（
１）の一端から入射し、他の一端から出射する光の強さ
を計測することで、感温素子（２ａ）周辺の温度を検出
することができる。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のような従来の温度センサは以上のように構成され
ているので、感温素子と光フアイバケーブルとの軸合わ
せは容易でなく、また感温素子と光フアイバケーブルと
は熱！ｌ１ｉｊ張係数が異なっているため接合部の強度
が弱く破損し易くなる。

また感温素子は光フアイバケーブルのように屈折率分布
型とし、空気との境界面で光の全反射が起こるようにす
ることが困難なため、光漏れを避けることができず、検
出精度や効率が劣るという問題がある。

さらに光フアイバケーブルと感温素子とを厚い保護管で
覆っているため、温度の変化に対するレスポンスが遅く
なる等の問題点があった。

この発明はかかる課題を解決するためになされたもので
、温度変化に対するレスポンスが速く、高い検出精度と
効率を保持し、製造が容易で十分な強度を持った温度セ
ンサを得ることを目的としている。

［課題を解決するための手段］ この発明にかかる温度センサは、温度の関数として光の
透過率が変化する素材（感温素材）を用いて所定形状に
形成され、その外周に内方に向かって光を反射する鏡面
が形成された光反射物体を用い、光ファイバによってこ
の光反射物体に入射する光の強さと、この光反射物体か
ら出射する光の強さの比を計測することとしたものであ
る。

［作用］ 光反射物体は球状に形成された内壁の各部分が光を反射
する。従って、この内壁に囲まれた空間へ内壁の第１の
点から入射した光は感温素材を透過しながら内壁で１回
または複数回の反射を繰り遅し次の反射点に到ることに
なり、内壁の第２の点に光を出射する出射開口部を設け
ることにより、第１の点から入射する光の強さに対する
第２の点から出射する光の強さの比が感温素材の透過率
の関数となる。

［実施例］ 以下、この発明の実施例を図面を用いて説明する。第１
図はこの発明の一実施例を示す断面図で、図において（
１ａ〉は送光用光ファイバ　（１ｂ）は受光用光ファイ
バ、く２）は感温素材、（４）は内面鏡面膜、（５）は
保護膜、（６）は接着剤である。

感温素材（２）は従来と同様、例えばＳｔ（珪素）、Ｚ
ｎ（亜鉛）、Ｋ（カリウム）の酸化物を主成分とし、こ
れに少量のＣｕ（銅）、ＡＩ（アルミニウム）の酸化物
を含有したガラスにより形成することができ、内面鏡面
膜（・４）及び保護膜（５、〉と共に光反射物体を構成
しており、この光反射物体の一部には、送光用光ファイ
バ（１ａ）と受光用光ファイバ（１ｂ）とを挿入する穴
が設けられている。

なお説明の便宜のため光ファイバ（ｌａ）、（ｌｂ）を
区別しているが、どちらの光ファイバを送光用に使用し
てもよい。

光反射物体に設けられた穴に光ファイバ（１ａ）、（ｌ
ｂ）の先端が挿入され、透明な接着剤（６）で接合され
る。そして送光用光ファイバ（１ａ）の光反射物体内の
開口点を第１の点とし、受光用光ファイバ（１ｂ）の光
反射物体内の開口点を第２の点とすると、第１の点から
光反射物体内に入射した光は感温素材（２）内を透過し
て内面鏡面膜（４）で再び感温素材（２）内へ反射され
、このようにして内面鏡面膜（４）による反射と感温素
材（２）を透過することによる減衰とを繰り返し、入射
した光が第１の点と第２の点とに到達する。

そして第１の点に到達した光の強さと第２の点に到達し
た光の強さは互いに等しくなるが、第１の点に到達した
光は送光用光ファイバ（１ａ）により外部から入射され
る光を一部打ち消し、第２の点に到達した光は受光用光
ファイバ（１ｂ）により外部へ取り出されて計測される
。従って基準の強さの光を第１の点に入射し、第２の点
からの出射光の強さを計測することにより、感温素材（
２）周辺の温度を検出することができる。

以上のようにして、従来では問題となっている送光用光
ファイバと受光用光ファイバとの軸合わせを不要とする
ことができ、また感温素材内の光は内面鏡面膜で全反射
されるため、外部へ光が漏れることがなくなり、さらに
光反射物体に設けられた穴に光ファイバを挿入して接着
することとし、感温素子と光ファイバとの熱膨張係数の
差による問題を解決している。また光反射物体の大きさ
を小さくし、保護膜を薄くすることが容易に行えるよう
になり、温度変化に対するレスポンスを速くすることが
できる。

なお第１図に示す実施例におい・では、感温素材（２）
の形状を球形としているが、感温素材（２）の外周に内
方に向かって光を全反射する鏡面が形成され、第１の点
から入射した光の一部が感温素子内を透過して鏡面で反
射され、第２の点に到達するように構成されたものであ
れば、感温素材（２）の形状が第１図に示す形状に限定
されるものではない。

第２図はこの発明の他の実施例を示す図で、第２図（ａ
＞は球形の感温素材に光ファイバを挿入する貫通穴を設
け、貫通穴の頂部を内面鏡面膜で閉鎖するようにして、
製造がより容易にできるようにしたものであり、同図（
ｂ）は感温素材を半球状にして光ファイバを挿入する穴
の加工を省略するようにしたもの、同図（Ｃ）は半球状
を変形して砲弾状としたもの、同図（ｄ）はプリズム状
とし、第１の点からの光は２回反射して光の直進成分が
全て第２の点に到るようにしたもの、同図（ｅ）は同図
（ｄ）の変形、同図（ｆ）は五角形状にし、第１の点か
らの光が１回反射して光の直進成分がすべて第２の点に
到るよう１こしたもの、同図（ｇ）は回転楕円体の２焦
点に第１及び第２の点を設け、第１の点からの光がすべ
て第２の点に到るようにして光量の損失を極力少なくす
るようにしたものである。なお、さら・に上述の形状を
適宜組み合わせた形状を用いることもできる。

［発明の効果］ この発明は以上説明したように、内部に感温素材を有し
、内面鏡面膜と保護膜とにより光反射物体を楕成し、光
ファイバによってこの光反射物体に入射する光の強さと
光反射物体から出射する光の強さの比を計測することに
より、温度変化に対するレスポンスが速く、高い検出精
度と効率を保持し、製造が容易で十分な強度を持った温
度センサを得ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す断面図、第２図はこ
の発明の他の実施例を示す図、第３図は従来の装置の構
成を示す図、第４図は感温素材の特性を示す図。 １ａ・・・送光用光ファイバ、１ｂ・・・受光用光ファ
イバ、２・・・感温素材、４・・・内面第１図 ２ａ：感温素子 第３図 Ｔ１＜７２＜７３　（温度）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 温度の関数として光の透過率が変化する素材を用いて所
   定形状に形成され、その外周に内方に向かって光を反射
   する鏡面が形成された光反射物体、この光反射物体内の
   第１の点に光を入射する送光用光ファイバ、 上記光反射物体内の反射により当該物体内の第２の点に
   到る光が入射され、入射された光を当該物体外へ出射す
   る受光用光ファイバを備え、上記送光用光ファイバから
   入射する光の強さに対する上記受光用光ファイバへ出射
   する光の強さの比を計測し、上記光反射物体の周辺温度
   を検出することを特徴とする温度センサ。