JPH0380252B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は光フアイバが組み込まれたセンサー
ケーブルの長手方向の温度分布を計測することが
できる分布型の光フアイバ温度センサに関する。

〔従来技術とその問題点〕

近年、光フアイバの温度による散乱特性を利用
して温度を光の強さの変化として検出する光フア
イバ温度センサの一種として、所謂反射パルス法
を用いた分布型の光フアイバ温度センサが開発さ
れてきている。

従来のこの種の光フアイバ温度センサは、光フ
アイバの組み込まれたセンサーケーブルの一端か
ら光パルスを入射するとともに上記光パルスの後
方散乱光を時間の経過とともに連続的に計測し、
上記センサーケーブル各部での温度変化による上
記後方散乱光の強度変化を知ることにより上記セ
ンサーケーブルの長手方向の温度分布を計測する
ものである。

したがつてこのような光フアイバ温度センサに
よれば多数の温度センサを必要とせずに１本のセ
ンサーケーブルのみでその長手方向の温度分布を
連続的に知ることができるため、特に一定の範囲
内での温度分布や局部的な異常個所を検出する場
合に有効である。

しかしながら上記従来の光フアイバ温度センサ
では、周知のようにセンサーケーブルを構成する
光フアイバに、局部的な圧力が加わつた場合やセ
ンサーケーブルを設置する際に曲率の小さい曲り
部が発生した場合等にもそれぞれの個所で後方散
乱光に強度変化が生じてしまう。このため上記光
フアイバ温度センサではそのセンサーケーブルに
上述のような温度変化以外の各種要因が加わつた
場合には、正確な温度計測をすることができない
という欠点があつた。

〔発明の目的〕

この発明は上記事情に鑑みてなされたもので、
温度変化以外の外乱の有無に係わらず正確に各部
の温度を計測することのできる分布型の光フアイ
バ温度センサを提供することを目的とするもので
ある。

また、この発明は外力が作用しても光フアイバ
が破断することがなく、かつ高温下での使用が可
能であり、さらに外部の温度変化に応答性の速い
光フアイバ温度センサを提供するものである。

〔発明の構成〕

この発明の光フアイバ温度センサはセンサーケ
ーブルに組み込まれる光フアイバを温度の変化に
より後方散乱光の強度が変化する第１の光フアイ
バと、温度の変化により後方散乱光の強度が変化
しない第２の光フアイバとから構成し、これら両
フアイバをテンシヨンメンバの外周に長さ方向に
添つて形成された一対の溝内にそれぞれ嵌挿さ
せ、全体を耐熱性にして熱伝導性に優れた金属パ
イプからなる外被内に収容したものである。

〔実施例〕

第１図および第２図はこの発明の光フアイバ温
度センサの一例を示すものである。

図中符号１はこの光フアイバ温度センサのセン
サーケーブルを示すもので、このセンサーケーブ
ル１はテンシヨンメンバ２と第１の光フアイバ３
と第２の光フアイバ４と外被５とから構成された
ものである。

上記テンシヨンメンバ２は鋼線やFRP等から
なる所定の引張強度を有する線条体であり、その
外周部には長手方向に沿つて２本の溝部６，７が
形成されている。これら溝部６，７は上記テンシ
ヨンメンバ２の外周部の直径方向に対称となる位
置に形成されたもので、それぞれ上記テンシヨン
メンバ２の長手方向に沿つて等しいピツチの螺旋
状に形成されている。これら溝部６，７の深さは
上記第１および第２の光フアイバ３，４の外径よ
りやや深いものとされており、これら溝部６，７
内に各々上記第１および第２の光フアイバ３，４
が収納されている。

ここで上記第１の光フアイバ３は液体コアフア
イバやドープト石英フアイバ等の温度の変化によ
り後方散乱光の強度が変化する光フアイバからな
るものである。他方上記第２の光フアイバ４はシ
リカコアフアイバ等の温度の変化により後方散乱
光の強度の変化が無視できる光フアイバからなる
ものである。そして溝部６，７内に第１および第
２の光フアイバ３，４が収納された上記テンシヨ
ンメンバ２の外周部には上記光フアイバ３，４を
保護する為の外被５が設けられている。この外被
５はアルミニウム等の熱伝導性に富む金属からな
る細径の管状のものでありその中空部内に上記第
１および第２の光フアイバ３，４が収められたテ
ンシヨンメンバ２が緊密に挿入されている。

そして以上の構成からなる上記センサーケーブ
ル１の一端部には、上記第１および第２の光フア
イバ３，４に各々光パルスを入射する為の図示さ
れないレーザパルス発振機と上記光パルスの後方
散乱光の強度を経時的に計測する為のフオトダイ
オード等の光検出器が接続されている。

このような光フアイバ温度センサにおいては、
レーザパルス発振機により第１および第２の光フ
アイバ３，４に各々光パルスを入射するととも
に、それぞれの光パルスの後方散乱光の強度を上
記光検出器で連続的に計測する。すると温度の変
化により後方散乱光の強度が変化しない第２の光
フアイバ４から計測される後方散乱光の強度変化
の有無により、センサーケーブル１に加わつた温
度変化以外の外乱の有無を定量的に把握すること
ができる。したがつて温度の変化により後方散乱
光の強度が変化する第１の光フアイバ３から計測
される後方散乱光の強度変化から上記第２の光フ
アイバ４から計測される後方散乱光の強度変化を
相殺することにより、センサーケーブル１の温度
変化のみによる後方散乱光の強度変化を得ること
ができる。

このようにして上記光フアイバ温度センサによ
れば、第１および第２の光フアイバ３，４からの
後方散乱光の強度変化を比較し、相殺することに
より、センサーケーブル１の長手方向の温度分布
を正確に計測することができる。以下に上記効果
を実験例に基づいて説明する。

実験例 １ 第１の光フアイバとして外径が250μｍで内径
が200μｍの石英からなるクラツド部にヘキサク
ロロブタジエンを充填してコア部とした液体コア
フアイバにさらにアルミニウムの保護被覆を施し
て外径320μｍとしたものを、また第２の光フア
イバとして外径が250μｍのフツ素ドープクラツ
ドに外径200μｍのシリカコアを有するシリカコ
アフアイバにさらに第１の光フアイバと同様にア
ルミニウムの保護被覆を施して外径320μｍとし
たものをそれぞれ用意した。そしてこれら第１お
よび第２の光フアイバを外径３mmの鋼線からなる
テンシヨンメンバの外周部に200mmピツチで形成
された螺旋状の溝部内に各々収納し、これを内径
3.1mmで外径4.2mmのアルミニウムの外被で覆つて
センサーケーブルを作製した。

ついで上記センサーケーブルの所定個所を加熱
しつつ上記センサーケーブル内の各光フアイバに
光パルスを入射して長手方向の後方散乱光の強度
を計測した。第３図および第４図は上記計測結果
を示すグラフであり、第３図は上記第１の光フア
イバによるセンサーケーブルの長手方向に沿う後
方散乱光の強度変化を示すもの、また第４図は上
記第２の光フアイバによる結果を示すものであ
る。

第４図において第２の光フアイバではセンサー
ケーブルの加熱部における温度変化によりアルミ
ニウムの保護被覆に微少な曲り変化（マイクロベ
ンデイング）が発生し、これにより図中ｔで示す
量の後方散乱光の強度変化が計測されている。他
方上記第１の光フアイバにも上記第２の光フアイ
バと同様のアルミニウムの保護被覆が施されてい
る。したがつて第３図において、第１の光フアイ
バによる計測値から第４図に示した変化量ｔを相
殺した図中Ｔで示す後方散乱光の強度変化量が、
加熱されたセンサーケーブルの温度を正確に示す
量であることがわかる。

実験例 ２ 第１の光フアイバとしてコア径100μｍで外径
125μｍのシリカコアフアイバに20μｍ厚のアルミ
ニウムを被覆したものを、また第２の光フアイバ
として同様のシリカコアフアイバに2μｍ厚の銅
を被覆したものをそれぞれ用意した。そしてこれ
ら第１および第２の光フアイバを上記実験例１で
示したものと同一構造のテンシヨンメンバおよび
アルミニウム外被に収納してセンサーケーブルを
作製した。

ついで上記センサーケーブルに30mmφの曲げ部
を設けたうえ、この曲げ部を加熱しない常温の場
合と、40℃、60℃、80℃に各々加熱した場合との
それぞれの場合について後方散乱光の強度を計測
した。第５図および第６図は上記各場合における
後方散乱光の強度の計測結果を示すもので、第５
図は上記第１の光フアイバによるもの、また第６
図は上記第２の光フアイバによるものである。

第６図において、第２の光フアイバはセンサー
ケーブルの曲げ部においてこの曲げによる後方散
乱光の強度変化が計測されている。したがつて第
５図において、同様の曲げを受けている第１の光
フアイバによる計測結果から第６図に示す変化量
を相殺した量が、センサーケーブルの正確な温度
変化による後方散乱光の強度変化量を示すもので
あることがわかる。

〔発明の効果〕

以上説明したようにこの発明の光フアイバ温度
センサはセンサーケーブルに組み込まれる光フア
イバを温度の変化により後方散乱光の強度が変化
する第１の光フアイバと、温度の変化により後方
散乱光の強度が変化しない第２の光フアイバとか
ら構成するとともに、これら両フアイバをテンシ
ヨンメンバの外周に長さ方向に添つて形成された
一対の溝内にそれぞれ嵌挿させ、全体を耐熱性に
して熱伝導性に優れた金属パイプからなる外被内
に収容したものである。よつてこの光フアイバ温
度センサによれば第１の光フアイバによる計測結
果から第２の光フアイバにより計測される温度変
化以外の外乱による後方散乱光の強度変化量を相
殺することにより、センサーケーブルの長手方向
の温度変化を正確に計測することができる。

また、ケーブルに張力がかかつても各フアイバ
には張力がかからないので破断することがなく、
また周囲を耐熱性で、かつ熱伝導性に優れた外被
で覆つているので、高温下での使用が可能なだけ
でなく外部の温度変化をただちに光フアイバに伝
達させることができ、応答性が速いという効果を
備えたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はこの発明の光フアイバ温
度センサの一実施例を示すもので、第１図はセン
サーケーブルの断面図、第２図はセンサーケーブ
ルの一部断面視した側面図、第３図および第４図
はこの発明の第１の実験例を示すもので、第３図
は第１の光フアイバによる計測結果を示すグラ
フ、第４図は第２の光フアイバによる計測結果を
示すグラフ、第５図および第６図はこの発明の第
２の実験例を示すもので、第５図は第１の光フア
イバによる結果を示すグラフ、第６図は第２の光
フアイバによる結果を示すグラフである。 図において１：センサケーブル、２：テンシヨ
ンメンバ、３：第１の光フアイバ、４：第２の光
フアイバ、５：外被。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光フアイバの組み込まれたセンサーケーブル
   の一端から光パルスを入射するとともに上記光パ
   ルスの後方散乱光を連続的に計測し、温度変化に
   起因する上記光パルスの後方散乱光の強度の変化
   により上記センサーケーブルの長さ方向の温度分
   布を計測する分布型の光フアイバ温度センサにお
   いて、 上記光フアイバを温度の変化により後方散乱光
   の強度が変化する第１の光フアイバと、温度の変
   化により後方散乱光の強度が変化しない第２の光
   フアイバとから構成するとともに、これら両光フ
   アイバをテンシヨンメンバの外周に長さ方向に添
   つて形成した一対の溝内にそれぞれ嵌挿させ、全
   体を耐熱性にして熱伝導性に優れた金属パイプか
   らなる外被内に収容したことを特徴とする光フア
   イバ温度センサ。