JPH0432336B2 - - Google Patents

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JPH0432336B2
JPH0432336B2 JP56042833A JP4283381A JPH0432336B2 JP H0432336 B2 JPH0432336 B2 JP H0432336B2 JP 56042833 A JP56042833 A JP 56042833A JP 4283381 A JP4283381 A JP 4283381A JP H0432336 B2 JPH0432336 B2 JP H0432336B2
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temperature
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    • G01J5/00Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/60Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using determination of colour temperature
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    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/12Generating the spectrum; Monochromators
    • G01J3/26Generating the spectrum; Monochromators using multiple reflection, e.g. Fabry-Perot interferometer, variable interference filters
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は光の干渉高価として知られている光ロ
ツドとレーザ光を用いた微小温度変化測定方法に
関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a method for measuring minute temperature changes using an optical rod and a laser beam, which are known to be expensive due to optical interference.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

フアブリーペローと呼ばれる2枚のガラス板に
反射防止膜を形成し、これを平行配置したものは
エタロン板として知られている。このエタロン板
は、広帯域波長の白色光が入射され、ガラス板間
で多重反射すると、ある特定の波長の光のみが光
の干渉によつて強め合つて出射する。
Two glass plates called Fabry-Perot glass plates with anti-reflection coatings arranged in parallel are known as etalon plates. When white light with a broadband wavelength is incident on this etalon plate and multiple reflections occur between the glass plates, only light with a specific wavelength is reinforced by light interference and emitted.

第1図はエタロン板の動作説明図である。図に
おいて、1は白色光を出射する光源、2はこの光
を集束レンズ3に導くための光フアイバ、4は集
束レンズ3からの光が入射するエタロン板であ
る。このエタロン板4は、2枚のガラス板4aと
4bをスペーサ4c,4dに挟んで高精度に平行
度を出して対向させたもので、ガラス板4a,4
bの表面を研磨するとともにスペーサも研磨して
寸法精度をあげ、正確なギヤツプgを得るように
している。また、ガラス板4a,4bには白色光
の広帯域波長にわたり一様の特性が得られるよう
に表面に反射防止膜が形成されている。
FIG. 1 is an explanatory diagram of the operation of the etalon plate. In the figure, 1 is a light source that emits white light, 2 is an optical fiber for guiding this light to a focusing lens 3, and 4 is an etalon plate into which the light from the focusing lens 3 is incident. This etalon plate 4 is made by sandwiching two glass plates 4a and 4b between spacers 4c and 4d and facing each other with high parallelism.
In addition to polishing the surface of b, the spacer is also polished to improve dimensional accuracy and obtain an accurate gap g. Furthermore, an antireflection film is formed on the surfaces of the glass plates 4a and 4b so that uniform characteristics can be obtained over a wide range of wavelengths of white light.

ここで、エタロン板4に入射された光はガラス
板4aと4bのギヤツプ間で多重反射し、ギヤツ
プの物理的寸法(g)できまる特定の波長λgの
光のみが干渉により強めあつて出射される。この
出射光の現れる模様は、ギヤツプ間で多重反射さ
れる光のうちガラス板4a側に出射する波長の光
(点線で示す)は、入射光と位相が反対になるた
め互いに打ち消し合つて消滅して殆ど出てこな
い。
Here, the light incident on the etalon plate 4 undergoes multiple reflections between the gap between the glass plates 4a and 4b, and only the light with a specific wavelength λg determined by the physical dimension (g) of the gap is intensified by interference and emitted. Ru. The pattern in which this emitted light appears is that among the light that is multiple-reflected between the gaps, the light of the wavelength that is emitted to the glass plate 4a side (shown by the dotted line) has a phase opposite to that of the incident light, so they cancel each other out and disappear. It almost never comes out.

一方、ガラス板4b側には干渉により強められ
た光(実線で示す)が出射するが、この光のスペ
クトルは、ギヤツプ内が同一媒質とするとギヤツ
プ間隔によつて半波長の整数倍となるような光の
みが透過してくることになる。したがつて、この
出射光を集束レンズ5で集光し光フアイバ6を経
て光波長分析器7に供給すると、検出波長からギ
ヤツプを測定することができる。そして、ギヤツ
プの間隔を温度で変化するようにしておけば、前
記分光からその変化量を読取ることができる。
On the other hand, light (indicated by a solid line) that has been strengthened due to interference is emitted from the glass plate 4b side, but the spectrum of this light becomes an integer multiple of a half wavelength depending on the gap distance, assuming that the medium in the gap is the same. Only the light that passes through it will pass through. Therefore, if this emitted light is focused by a focusing lens 5 and supplied to an optical wavelength analyzer 7 via an optical fiber 6, the gap can be measured from the detected wavelength. If the gap interval is made to change with temperature, the amount of change can be read from the spectroscopy.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

しかしながら、このようなエタロン板では、2
枚のガラス板によつて高精度の平行ギヤツプを構
成するために、製作にあたつて高度の技術を要し
高価になるとともに、ギヤツプ変化を平行に行な
わせることは至難の業である。また、細い光フア
イバの途中に大きな形状のふくらみができてしま
う。
However, in such an etalon plate, 2
In order to construct a highly accurate parallel gap using a single sheet of glass, manufacturing requires advanced technology and is expensive, and it is extremely difficult to make the gap change in parallel. Furthermore, a large bulge is formed in the middle of the thin optical fiber.

エタロン板を用いた計測装置は全絶縁物で構成
されているので、高電圧重電機器、電力ケーブ
ル、トラツド母線等の内部温度を通電・加電状態
で計測するのに好適であるが、例えば油通路等の
限られた場所に挿入し目的の個所に配置する場
合、このようなふくらみがあるとせまい場所に配
置することが困難であり、また測定精度を低下さ
せることになる。また、機器にはじめから埋込む
ことも、コロナ放電などの高電圧現象上から好ま
しくない。
Measuring devices using etalon plates are constructed entirely of insulators, so they are suitable for measuring the internal temperature of high-voltage heavy electrical equipment, power cables, and traverse busbars, etc., in energized and energized states. When inserting into a limited space such as an oil passage and arranging it at a target location, such a bulge makes it difficult to arrange it in a narrow space, and also reduces measurement accuracy. Furthermore, it is not preferable to embed it in equipment from the beginning due to high voltage phenomena such as corona discharge.

一方、光通信用に開発された円筒伝波路、すな
わち、中心部の屈折率n1を有するコアに対しその
外側にn1より小さい屈折率n2を有するクラツド部
を設け、さらに外装ジヤケツト等を設けた光フア
イバ(単一光モードの高級な光フアイバ)を用
い、フアブリーペロー効果を利用して温度センサ
として使用することも考えられる。このようなも
のは、形状が小さくできスペース上の問題は解決
されるが、圧力、曲がり、振動等の環境に対して
敏感すぎて実用化は困難である。
On the other hand, in the cylindrical waveguide developed for optical communication, in other words, a core having a refractive index n 1 in the center is provided with a cladding part having a refractive index n 2 smaller than n 1 on the outside, and an outer jacket etc. It is also conceivable to use the provided optical fiber (a high-grade optical fiber in a single optical mode) as a temperature sensor by utilizing the Fabry-Perot effect. Although such a device can be made smaller in size and solve the space problem, it is too sensitive to environmental factors such as pressure, bending, and vibration, making it difficult to put it into practical use.

このような光フアイバはその両端面間で入射光
を透過または多重反射させるように構成するもの
であるが、人工的に長いものを作るためにどうし
てもレーリー散乱やコア・クラツドの境界におけ
る温度係数の違いによる引張り合いによる小さな
凹凸、フアイバのうねり、曲りが生ずる。光フア
イバでは、一方の端面から入つた光はコアとクラ
ツドの屈折率の差を利用して反射しながら他方の
端面に伝搬するため、前記のような凹凸や曲がり
があると伝搬姿勢間の結合、放射損失等の影響で
特性が不安定になり、計測にとつて重要な再現
性、環境性が著しく劣化する。
Such optical fibers are constructed to transmit or multiple-reflect incident light between their end faces, but in order to make them artificially long, Rayleigh scattering and the temperature coefficient at the core-clad boundary must be avoided. Small irregularities, undulations, and bends in the fibers occur due to the tension caused by the differences. In an optical fiber, light entering from one end face is reflected and propagated to the other end face using the difference in refractive index between the core and cladding, so if there are irregularities or bends as described above, coupling between the propagation positions may occur. , the characteristics become unstable due to the effects of radiation loss, etc., and the reproducibility and environmental friendliness, which are important for measurement, deteriorate significantly.

本発明はこのような従来の問題を解消するため
になされたもので、測定装置を小型にすることが
可能になり、かつ、安定で高精度な温度変化が測
定できる方法を提供することを目的とするもので
ある。
The present invention was made in order to solve these conventional problems, and an object of the present invention is to provide a method that makes it possible to downsize the measuring device and to measure stable and highly accurate temperature changes. That is.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

このような目的を達成するために、本発明は、
被測温部に配置され、円柱状の両端面を平行かつ
平面に研磨した光ロツド18一方の端面に、主発
振のほかに付帯発振を含む複数の姿勢で発振して
いるレーザ発光器13から出射したレーザ光を光
フアイバ16を通して入射させ、光ロツドの他方
の端面から出射した透過光を光電変換器26で電
気信号に変換し、この変換された電気信号と、光
ロツドの長さの変化に応じたレーザ光の主発振に
基づく主山Pと付帯発振に基づく副山bが周期的
に生ずる透過光強さの変化特性とから、被測温部
の温度変化量を測定するとともに、透過光強さの
主山と副山の発生する順序から被測温部の温度変
化方向を検出するようにしたものである。
In order to achieve such an objective, the present invention
An optical rod 18, which is placed in the temperature measurement area and has both cylindrical end faces polished parallel and flat, has a laser emitter 13 on one end face that oscillates in a plurality of postures including main oscillation and incidental oscillation. The emitted laser light is input through the optical fiber 16, and the transmitted light emitted from the other end of the optical rod is converted into an electrical signal by the photoelectric converter 26, and the converted electrical signal and the change in the length of the optical rod are The amount of temperature change in the temperature-measuring area is measured based on the characteristics of changes in transmitted light intensity in which the main peak P based on the main oscillation of the laser beam and the secondary peak B based on the incidental oscillation occur periodically in response to the laser beam. The direction of temperature change in the temperature-measuring area is detected from the order in which the main and secondary peaks of light intensity occur.

〔作用〕[Effect]

光電変換器からの電気信号と、第4図に示すよ
うなロツド長さと透過光の強さとの関係の波形特
性からロツド長変化、すなわち温度変化が測定で
きる。
Changes in rod length, that is, temperature changes, can be measured from the electric signal from the photoelectric converter and the waveform characteristics of the relationship between rod length and intensity of transmitted light as shown in FIG.

レーザ発光器の主発振の光は振幅が大きくPの
ようなピークの主山になる。付帯発振の光は主発
振の光の周波数に近く振幅は小さくbのようなピ
ークの副山になる。横軸の光ロツドの長さは温度
に比例するので、透過光の強さを測定すれば波形
から温度の微小変化がわかる。
The main oscillation light of the laser emitter has a large amplitude and has a main peak like P. The incidental oscillation light has a frequency close to that of the main oscillation light, and its amplitude is small, forming a secondary peak of the peak b. Since the length of the optical rod on the horizontal axis is proportional to temperature, minute changes in temperature can be seen from the waveform by measuring the intensity of transmitted light.

主山Pだけだと波形が対称になつて温度変化が
上昇しているのか、下降しているのかが分からな
いが、主山の隣(この例では左側)に副山がある
ので、その温度変化により発生する順序で矢印A
のように温度上昇しているのか、矢印Bのように
温度下降しているのかがわかる。
If only the main peak P is used, the waveform will be symmetrical and it will be difficult to tell whether the temperature change is rising or falling, but since there is a secondary peak next to the main peak (on the left in this example), the temperature Arrow A in the order that changes occur
It can be seen whether the temperature is rising as shown by arrow B or decreasing as shown by arrow B.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明を実施例によつて詳細に説明す
る。
Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to Examples.

第2図は本発明の温度変化測定方法を実施した
温度計の一実施例の構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram of an embodiment of a thermometer implementing the temperature change measuring method of the present invention.

図において、光源10から出射された広帯域光
の白色光は集束レンズ11で集光され、半透明膜
からなるビームスプリツタ12を通して出射さ
れ、またレーザ発光器13から出射された単一色
のレーザ光は偏光子14、波長板15を通してビ
ームスプリツタ12で反射し出射される。
In the figure, broadband white light emitted from a light source 10 is focused by a focusing lens 11 and emitted through a beam splitter 12 made of a semi-transparent film, and a single color laser beam is emitted from a laser emitter 13. is reflected by the beam splitter 12 through the polarizer 14 and the wavelength plate 15, and is emitted.

このレーザ発光器13は、主発振のほかに主発
振とは周波数がやや異なり振幅が小さい付帯発振
を含む複数の姿勢で発振しており、後記するよう
にこの主発振の光と付帯発振の光を温度変化方向
の判断に利用するものである。
In addition to the main oscillation, this laser emitter 13 oscillates in a plurality of postures, including an incidental oscillation whose frequency is slightly different from the main oscillation and whose amplitude is small, and as described later, the light of the main oscillation and the incidental oscillation is used to determine the direction of temperature change.

ビームスプリツタ12から出射された白色光と
レーザ光は、光フアイバ16を通つて集束レンズ
17で集光され、温度センサとして作用する光ロ
ツド18に入射される。
The white light and laser light emitted from the beam splitter 12 pass through an optical fiber 16, are condensed by a focusing lens 17, and enter an optical rod 18 which acts as a temperature sensor.

この光ロツド18は、被測温部に配置されてお
り、温度測定範囲で決まる所定の長さl(3〜75
mm)を有する円柱形に形成され、その両端面は使
用する光の波長の1/20以下の平面度、および角度
で16秒以下の平行度に研磨されており、その面に
誘電体多層膜18a,18bがコーテイングされ
ている。また、光ロツド18の外周面には必要に
応じて所定の屈折率の膜18cがコーテイングされ
て光を閉じ込めるようにしている。
This optical rod 18 is placed in the temperature measurement area, and has a predetermined length l (3 to 75cm) determined by the temperature measurement range.
mm), and both end faces are polished to a flatness of less than 1/20 of the wavelength of the light used and a parallelism of less than 16 seconds at an angle, and a dielectric multilayer is coated on that surface. 18a and 18b are coated. Further, the outer peripheral surface of the optical rod 18 is coated with a film 18c having a predetermined refractive index as necessary to confine light.

白色光はフアブリーペロー効果によつて特定の
波長の光が両端面で多重反射され強められて光り
ロツド18から光noとなつて出射され、また、
レーザ光はそのまま通過して光moとなつて出射
される。出射された光no,moは集束レンズ19
で集光され、光フアイバ20を通つてビームスプ
リツタ21に入射し、ここで分光されて光noは
広帯域光フイルタ22を通り分光器23で波長に
応じて異なつた屈折角で屈折して分光され、光ダ
イオードアレイIC板24に入射される。光ダイ
オードアレイIC板24は光noを受光する光ダイ
オードの位置によつて波長に対応した電気信号が
出力される。
Due to the Fabry-Perot effect, white light has a specific wavelength that is multiple-reflected on both end faces and is intensified and emitted from the light rod 18 as light no.
The laser light passes through as it is and is emitted as light mo. The emitted lights no and mo pass through the converging lens 19
The light passes through an optical fiber 20 and enters a beam splitter 21, where it is split into two lights. and enters the photodiode array IC board 24. The photodiode array IC board 24 outputs an electrical signal corresponding to the wavelength depending on the position of the photodiode that receives the light no.

一方、ビームスプリツタ21で分光されたmo
は狭帯域光フイルタ25を通つて光電変換器26
に入射され、ここで、電気信号に変換される。
On the other hand, the mo that is separated by the beam splitter 21
passes through a narrow band optical filter 25 to a photoelectric converter 26
where it is converted into an electrical signal.

なお、この狭帯域光フイルタ25は、波長λ1
主レーザ光とこの主レーザ光に隣接した波長λ2
振幅がこれより小さい付帯発振姿態の副レーザ光
との両方のレーザ光については必要な帯域幅まで
十分に通過するが、それ以外の波長の他の付帯発
振姿態のレーザ光やノイズとなるような迷光は除
外するような通過周波数帯域のフイルタである。
Note that this narrow band optical filter 25 is necessary for both the main laser beam of wavelength λ 1 and the auxiliary laser beam of wavelength λ 2 adjacent to this main laser beam and in an incidental oscillation mode with a smaller amplitude. It is a filter with a pass frequency band that sufficiently passes up to a certain bandwidth, but excludes laser light in other incidental oscillation forms with wavelengths other than that and stray light that becomes noise.

ここで、光ロツド18に入射された白色光n1
は、前述のように膜18a,18bによつて端面
間で多重反射され、長さlに関する特定の波長の
光のみが干渉により強め合つて膜18bから出射
される。この出射光noのスペクトルは、光ロツ
ド18の長さlによつて半波長の整数倍となるよ
うな光のみが通過してくる。なお、膜18a側に
出射する波長の光は入射光と位相が反転している
ため互いに打消し合つて消滅して殆ど出射されな
い。
Here, white light n 1 incident on the light rod 18
As described above, the light is multiple-reflected between the end faces of the films 18a and 18b, and only the light of a specific wavelength with respect to the length l is strengthened by interference and emitted from the film 18b. In the spectrum of the emitted light no, only light having an integral multiple of a half wavelength passes through, depending on the length l of the optical rod 18. Incidentally, since the light having the wavelength emitted to the film 18a side is inverted in phase with the incident light, they cancel each other out and disappear, so that almost no light is emitted.

また、光ダイオードアレイIC板24および光
電変換器26で光から電気に変換された電気信号
は、それぞれ光ロツド18の内部の物理的変化
(温度)の情報を有する信号であり、これらの電
気信号はマイクロプロセツサ27によつて演算処
理され温度の実測値として複号解読されて温度信
号となつて出力される。なお、28は記憶装置で
ある。温度信号は表示器29によつてアナログ表
示され、表示器30によつてデジタル表示され
る。
Further, the electrical signals converted from light to electricity by the photodiode array IC board 24 and the photoelectric converter 26 are signals having information on physical changes (temperature) inside the optical rod 18, and these electrical signals is processed by the microprocessor 27, decoded as an actual temperature value, and output as a temperature signal. Note that 28 is a storage device. The temperature signal is displayed in analog form by display 29 and digitally by display 30.

第3図は特定波長のスペクトルの観測波形図で
あり、aは光ロツドの長さがl=l1のとき、bは
l=l2のときの分布をそれぞれ示す。
FIG. 3 is a diagram of observed waveforms of spectra of specific wavelengths, in which a shows the distribution when the length of the optical rod is l=l 1 and b shows the distribution when the length of the optical rod is l=l 2 .

l1とl2の関係はl2=l1+1000Åである。光ロツド
の長さがl1のときに共振波長λb1,λd1,λe1とな
り、l2のときシヤープな共振波長λa2,λb2,λc2
λd2,λe2となる。λb1はλb2,λd1はλd2、λe1
λe2にそれぞれ相対する。したがつて、光ロツド
を形成する光学媒質一定の材質(ガラスまたはプ
ラスチツク)できまる温度による縮伸率を知つて
おけば共振波長λ群から温度を計測することがで
きる。
The relationship between l 1 and l 2 is l 2 = l 1 + 1000 Å. When the length of the optical rod is l 1 , the resonant wavelengths are λb 1 , λd 1 , λe 1 , and when the length of the optical rod is l 2 , the resonant wavelengths are sharp λa 2 , λb 2 , λc 2 ,
λd 2 and λe 2 . λb 1 is opposed to λb 2 , λd 1 is opposed to λd 2 , and λe 1 is opposed to λe 2 . Therefore, if you know the shrinkage/expansion rate depending on the temperature determined by a certain material (glass or plastic) of the optical medium forming the optical rod, you can measure the temperature from the resonance wavelength λ group.

一方、光ロツド18に入射されるレーザ光の強
度mIは、光ロツドの直径d、長さl、端面の反
射率R、外周の膜の屈折率K、さらにレーザ光の
姿態数Mをパラメータにしている。このレーザ光
が正弦波として持続する間は、可干渉距離Δlが
大きくとれる。ここで、エタロンの透過率Tは次
式で求められる。
On the other hand, the intensity mI of the laser beam incident on the optical rod 18 is determined using the diameter d and length l of the optical rod, the reflectance R of the end face, the refractive index K of the outer peripheral film, and the morphological number M of the laser beam. ing. While this laser light continues as a sine wave, the coherence distance Δl can be large. Here, the transmittance T of the etalon is determined by the following equation.

T=mo/mI=1/1+Asin2(δ/2) ……(1) ただし、A=4R/(1−R)2 また、エタロンの反射率rは次式で求められ
る。
T=mo/mI=1/1+Asin 2 (δ/2)...(1) However, A=4R/(1-R) 2 Also, the reflectance r of the etalon is determined by the following equation.

r=mr/mI=Asin2(δ/2)/1+Asin2(δ/2)…
…(2) すなわち、δ=(2m+1)πのとき反射率rは
最大になる。なお、mは整数、mrは反射光強度
である。
r=mr/mI=Asin 2 (δ/2)/1+Asin 2 (δ/2)…
...(2) That is, the reflectance r becomes maximum when δ=(2m+1)π. Note that m is an integer and mr is the reflected light intensity.

r max=4R/(1+R)2 ……(3) したがつて、共振条件はδ=2mπで、フイネス
FはF=(λ/2)/Δとなる。
r max = 4R/(1+R) 2 ... (3) Therefore, the resonance condition is δ = 2mπ, and the finesse F is F = (λ/2)/Δ.

第4図はこの状態を示したもので、ロツド長さ
と透過光の関係をあらわす図である。
FIG. 4 shows this state, and is a diagram showing the relationship between rod length and transmitted light.

光ロツドの長さをl、屈折率をn、透過するレ
ーザ光の波長をλとすると、Nを調整としたと
き、干渉ピークは、2nl=Nλであらわされる。す
なわち、光ロツドの長さが変化すると、λ/2毎
にピークがあらわれる。
If the length of the optical rod is l, the refractive index is n, and the wavelength of the transmitted laser beam is λ, then when N is the adjustment, the interference peak is expressed as 2nl=Nλ. That is, when the length of the optical rod changes, a peak appears every λ/2.

これにより、前述のレーザ光の付帯発振姿態か
ら温度変化が上昇しているのか、下降しているの
かがわかる。
Thereby, it can be determined whether the temperature change is increasing or decreasing from the incidental oscillation state of the laser beam described above.

よく知られているようにレーザ光を発振する場
合、発生するレーザ光は純粋に単一波長ではな
く、波長や偏光面が異なる複数の姿態の光からな
る(付帯発振)。ここで、波長が僅か異なる2つ
の光が発生し、振幅の大きい主光の波長をλ1、振
幅の小さい副光の波長をλ2とすると、第4図のよ
うな特性になり、温度が上昇してロツドが伸びて
いるときは矢印Aの方向に変化するので、まず副
山bが出現してから後に主山Pが出現し、一方、
温度が下降しているときは矢印Bの方向に変化す
るので、まず主山Pが出現してから後に副山bが
出現する。なお、付帯発振で生じた主光と副光の
振幅の大きさにあまり差がない場合には、偏光フ
イルタを通過させて副光の振幅を任意に小さくし
て使用する。
As is well known, when a laser beam is oscillated, the generated laser beam does not have a purely single wavelength, but consists of multiple forms of light with different wavelengths and planes of polarization (incidental oscillation). Here, two lights with slightly different wavelengths are generated, and if the wavelength of the main light with a large amplitude is λ 1 and the wavelength of the sub-light with a small amplitude is λ 2 , the characteristics will be as shown in Figure 4, and the temperature will change. When the rod is rising and extending, it changes in the direction of arrow A, so first the secondary mountain B appears, and then the main mountain P appears, and on the other hand,
When the temperature is decreasing, it changes in the direction of arrow B, so first the main peak P appears, and then the secondary peak B appears. Note that if there is not much difference in amplitude between the main light and the sub-light generated by the incidental oscillation, the sub-light is used by passing it through a polarizing filter to arbitrarily reduce the amplitude of the sub-light.

したがつて、この測定結果から温度変化量およ
び上昇か、下降かを識別できる。
Therefore, from this measurement result, the amount of temperature change and whether it is rising or falling can be identified.

すなわち、光ロツド18を透過するレーザ光の
強さは第4図のように、光ロツド18の厚さが温
度で変化してゆくと、その出力光の強さが上昇
(または下降)し、最大値(または最小値)に達
すると今度は下降(上昇)する。このため、この
レーザ光で温度を測定する場合、例えば出力光の
強さが上昇していても、温度が下降して出力光の
強さが上昇しているのか、温度が下降して出力光
の強さが上昇しているのかがわからない。しかる
に上記のように、主山Pに隣接してこれよりピー
ク値の小さい副山bを設けると、主山に対して副
山が本実施例では第4図に左側にあるので、温度
変化して出力光の強さが変化しているときに主山
と副山のどちらが先に現われるかにより、温度が
下降側に変化しているのか、上昇側に変化してい
るのかがわかることになる。勿論、透過光の強さ
により温度の変化量も高精度に測定できる。
That is, as shown in FIG. 4, as the thickness of the optical rod 18 changes with temperature, the intensity of the laser beam transmitted through the optical rod 18 increases (or decreases). Once the maximum value (or minimum value) is reached, it will then fall (rise). For this reason, when measuring temperature with this laser light, for example, even if the intensity of the output light is rising, it is either because the temperature is falling and the intensity of the output light is rising, or because the temperature is falling and the output light is increasing. I don't know if the strength is increasing. However, as mentioned above, if a secondary peak b with a smaller peak value is provided adjacent to the main peak P, the temperature will not change because the secondary peak is on the left side of the main peak in this example in Fig. 4. When the intensity of the output light changes, depending on which peak or secondary peak appears first, it can be determined whether the temperature is decreasing or increasing. . Of course, the amount of change in temperature can also be measured with high precision depending on the intensity of the transmitted light.

第5図はこのような動作原理を有する光ロツド
を温度センサとして用いた温度計を、高電圧の重
電機器、電力ケーブルに適用した実施例の構成図
である。図において、31は白色光を出射する光
源、32はレーザダイオード、33,34,35
は集束レンズ、36はビームスプリツタ、37は
これらの各部品を一体にまとめた光学合成器であ
る。この光学合成器37の出力光は、光フアイバ
38によつて温度センサ部39に導かれる。この
温度センサ部39においては、光フアイバ38か
らの光を集光する集束レンズ40を通つた光は偏
光子41や波長板等を介して光ロツド43に入射
される。この光ロツド43の両端面には屈折率の
大きい誘導体多層膜43a,43bがコーテイン
グされ、また外周面には屈折率の小さい誘電体多
層膜43cがコーテイングされている。
FIG. 5 is a block diagram of an embodiment in which a thermometer using an optical rod having such an operating principle as a temperature sensor is applied to high-voltage heavy electrical equipment and power cables. In the figure, 31 is a light source that emits white light, 32 is a laser diode, 33, 34, 35
36 is a focusing lens, 36 is a beam splitter, and 37 is an optical combiner that integrates these parts. The output light of this optical combiner 37 is guided to a temperature sensor section 39 by an optical fiber 38. In this temperature sensor section 39, the light passes through a condenser lens 40 that condenses the light from the optical fiber 38 and enters an optical rod 43 via a polarizer 41, a wavelength plate, and the like. Both end faces of the optical rod 43 are coated with dielectric multilayer films 43a and 43b having a high refractive index, and the outer peripheral surface is coated with a dielectric multilayer film 43c having a low refractive index.

したがつて、光ロツド43に入射した白色光は
膜43a,43b間で多重反射され、前記のよう
に光共振が起こる。光ロツド43の膜43bから
出射された光は集束レンズ44で集光され光フア
イバ45に入射される。これらの部品からなる温
度センサ部39は光フアイバ38,45の端部と
ともに一体化され、石油系絶縁油または絶縁ガス
(SF6)等に強い材料(例えば商品名アフワン
COP)で被覆され密封されている。この温度セ
ンサ部39は汎用体温計以下の寸法形状に収納す
ることができる。
Therefore, the white light incident on the optical rod 43 is subjected to multiple reflections between the films 43a and 43b, causing optical resonance as described above. The light emitted from the film 43b of the optical rod 43 is focused by a focusing lens 44 and input into an optical fiber 45. The temperature sensor section 39 consisting of these parts is integrated with the ends of the optical fibers 38 and 45, and is made of a material that is resistant to petroleum-based insulating oil or insulating gas (SF 6 ) (for example, the product name Afwan).
COP) and sealed. This temperature sensor section 39 can be housed in a size and shape smaller than that of a general-purpose thermometer.

光フアイバ45を通つた光は光学合成器37と
ともに手許に配置された光電処理部46に入され
る。この帰還光は集束レンズ47を通つた後、ビ
ームスプリツタ48で分光され、レーザ光はフイ
ルタ49、集束レンズ50を通つて光電変換器5
1に入射し、電気信号に変換され、前記主山副山
を識別する識別回路としてのマイクロプロセツサ
52に送出される。
The light passing through the optical fiber 45 enters the optical combiner 37 and a photoelectric processing section 46 located at hand. After passing through a focusing lens 47, this feedback light is separated by a beam splitter 48.
1, is converted into an electrical signal, and is sent to a microprocessor 52 as an identification circuit for identifying the main mountain and the sub-mountain.

一方、白色光から特定の波長のみ強められた光
はフイルタ53を通り分光器54で分光された
後、光ダイオードアレイIC板55で電気信号に
変換され、波長に応じた電気信号がマイクロプロ
セツサ52に出力される。56はマイクロプロセ
ツサ52とデータの授受を行なう記憶装置であ
る。光ロツド43の長さに比例して共振する半波
長の整数倍関係にあるピーク値波長λa,λb,λc
と、第4図に示した透過光強度Pはマイクロプロ
セツサ52において復号解読される。この出力は
表示器57にてアナログ表示され、表示器58に
てデジタル表示される。
On the other hand, white light with only a specific wavelength strengthened passes through a filter 53 and is separated by a spectrometer 54, and then converted into an electrical signal by a photodiode array IC board 55, and the electrical signal corresponding to the wavelength is sent to a microprocessor. 52. 56 is a storage device that exchanges data with the microprocessor 52. Peak value wavelengths λa, λb, λc that are integral multiples of the half wavelength that resonate in proportion to the length of the optical rod 43
The transmitted light intensity P shown in FIG. 4 is decoded by the microprocessor 52. This output is displayed in analog on display 57 and digitally displayed on display 58.

この実施例では往路と往復の光フアイバを別個
に設けたが、共通の光フアイバで往復路とも構成
することもできる。
In this embodiment, the optical fibers for the outward and round trips are provided separately, but a common optical fiber may be used for both the outward and return routes.

また、実施例に使用した光ロツドは端面の直径
が900μmのものを用いたが、600μm以上ならば端
面間で多重反射をすることが可能である。また、
温度測定は40〜130℃の範囲で可能であつた。な
お、光ロツドは端面丸形の円柱形のほかに端面四
角の角柱形等各種形状にすることができる。ま
た、レーザ光としてはネオンヘリウムガスレーザ
による6300Åの波長のものを用いたが、4000〜
8500Åの範囲で任意のものが使用できる。
Furthermore, although the optical rod used in the example had an end face diameter of 900 μm, it is possible to perform multiple reflections between the end faces if the diameter is 600 μm or more. Also,
Temperature measurements were possible in the range of 40-130°C. Note that the optical rod can have various shapes such as a cylindrical shape with rounded ends or a prismatic shape with square end faces. In addition, the laser beam used was a neon helium gas laser with a wavelength of 6300 Å, but
Any material within the range of 8500 Å can be used.

また、特定波長光の検出にはプリズム形の分光
器で屈折角を変えて光ダイオードアレイに光を入
射させたが、1個の光ダイオードを用い反射板を
回転させ、その回転角から波長を検出することも
できる。
In addition, to detect light of a specific wavelength, a prism-shaped spectrometer was used to change the refraction angle and make the light enter a photodiode array. It can also be detected.

〔発明の効果〕 このように本発明によると、レーザ光を使用
し、しかもレーザ光を光ロツドに透過させて温度
測定をしているので、安定で高精度の微小温度変
化の測定が可能であり、かつ、レーザ発行器の付
帯発振現象を巧みに利用することにより、微小温
度変化の変化方向を確実に判定することができる
という優れた効果がある。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, since temperature is measured by using a laser beam and transmitting the laser beam through an optical rod, stable and highly accurate measurement of minute temperature changes is possible. Moreover, by skillfully utilizing the incidental oscillation phenomenon of the laser emitter, there is an excellent effect in that the direction of change in minute temperature changes can be reliably determined.

また、光ロツドを使用しているので、薄板状の
エタロン板に比して両端面の距離、すなわち光の
透過する部分の長さが長くなる。同じ温度変化に
対して伸縮する絶対量は光透過部分の長さが長い
方が大きくなるので、温度変化に対してそれだけ
大きなロツドの長さ変化量が得られ、検出感度が
良くなる効果がある。
Furthermore, since an optical rod is used, the distance between both end faces, that is, the length of the portion through which light passes, is longer than that of a thin etalon plate. The absolute amount of expansion and contraction for the same temperature change is greater when the length of the light-transmitting part is longer, so a larger amount of rod length change can be obtained in response to temperature change, which has the effect of improving detection sensitivity. .

また、円柱状の光ロツドを使用しているので、
光ロツドに対する光の入出力を行う光フアイバを
含めてふくらみがなく細長くできて形状を小型に
でき、測定個所に設置、埋込みし易いという効果
もある。
Also, since it uses a cylindrical light rod,
The optical rod, including the optical fiber that inputs and outputs light to and from the optical rod, has no bulges and can be made elongated and compact, making it easy to install and embed in the measurement location.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はエタロン板の動作説明図、第2図は本
発明に係る温度変化測定方法を実施した温度計の
一実施例の構成図、第3図はスペクトルの観測波
形図、第4図はロツド長さに対する透過光の強さ
を示すグラフ、第5図は他の実施例の構成図であ
る。 10……白色光光源、11,17,19……集
束レンズ、12,21……ビームスプリツタ、1
3……レーザ発光器、14……偏光子、15……
波長板、16,20……光フアイバ、18……光
ロツド、18a,18b……誘電体多層膜、18
c……膜、22,25……光フイルタ、23……
分光器、24……光ダイオードアレイIC板、2
6……光電変換器、27……マイクロプロセツ
サ、28……記憶装置、29,30……表示器。
Fig. 1 is an explanatory diagram of the operation of the etalon plate, Fig. 2 is a configuration diagram of an embodiment of a thermometer implementing the temperature change measuring method according to the present invention, Fig. 3 is a diagram of observed spectrum waveforms, and Fig. 4 is a diagram illustrating the observed spectrum. FIG. 5 is a graph showing the intensity of transmitted light versus rod length, and is a diagram of another embodiment. 10... White light source, 11, 17, 19... Focusing lens, 12, 21... Beam splitter, 1
3... Laser emitter, 14... Polarizer, 15...
Wave plate, 16, 20... Optical fiber, 18... Optical rod, 18a, 18b... Dielectric multilayer film, 18
c...Membrane, 22, 25...Optical filter, 23...
Spectrometer, 24...Photodiode array IC board, 2
6...Photoelectric converter, 27...Microprocessor, 28...Storage device, 29, 30...Display device.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 被測温部に配置され、円柱状の両端面を平行
かつ平面に研磨した光ロツドの一方の端面に、 主発振のほかに付帯発振を含む複数の姿態で発
振するレーザ発光器から出射したレーザ光を光フ
アイバを通して入射させ、 前記光ロツドの他方の端面から出射した透過光
を光電変換器で電気信号に変換し、 この変換された電気信号と、前記光ロツドの長
さの変化に応じたレーザ光の主発振に基づく主山
と付帯発振に基づく副山が周期的に生ずる透過光
強さの変化特性とから、前記被測温部の温度変化
量を測定するとともに、 前記透過光強さの主山と副山の発生する順序か
ら前記被測温部の温度変化方向を検出するように
したことを特徴とする温度変化測定方法。
[Scope of Claims] 1. An optical rod that is placed in the temperature measurement area and has both end faces of a cylindrical shape polished to be parallel and flat, on one end face of which oscillates in a plurality of states including main oscillation and incidental oscillation. Laser light emitted from a laser emitter is made to enter through an optical fiber, transmitted light emitted from the other end face of the optical rod is converted into an electrical signal by a photoelectric converter, and the converted electrical signal and the optical rod are converted into electrical signals. The amount of temperature change in the temperature-measuring part is measured from the change characteristics of the transmitted light intensity in which a main peak based on the main oscillation of the laser beam and a secondary peak based on the incidental oscillation occur periodically in response to a change in length. Also, a method for measuring temperature change, characterized in that the direction of temperature change in the temperature-measuring portion is detected from the order in which the main peak and secondary peak of the transmitted light intensity occur.
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