JPH05187929A

JPH05187929A - 温度測定装置および温度測定方法

Info

Publication number: JPH05187929A
Application number: JP4024322A
Authority: JP
Inventors: Tomotaka Takahashi; 知隆高橋
Original assignee: Graphtec Corp
Current assignee: Graphtec Corp
Priority date: 1992-01-16
Filing date: 1992-01-16
Publication date: 1993-07-27

Abstract

(57)【要約】【目的】発光手段の光量の変化や光伝送路の伝送状態
に違いが生じた場合にも、正確な温度測定が可能とな
る。【構成】ファイバＡには、波長が異なる２つの光が混
在されて導入され、温度センサ５に出射される。出射光
は温度センサ５の感温素子を透過してファイバＢに導か
れるセンサ光と、温度センサ５のガラスを透過してファ
イバＣに導かれる参照光とに分離される。これらセンサ
光と参照光とは再び最初の波長に分波され、測定光と補
償光とに分離されて４つのフォトダイオードＰＤにそれ
ぞれ受光される。そして、２つの波長のうち一方は、温
度変化にかかわらず感温素子内においても透過波長が変
化しない波長帯の光を選択している。測定光で演算され
た透過率は、この波長の補償光によって、ファイバＢと
Ｃとの伝送状態の違いを是正され測定温度が算出され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、温度変化によって特定
の波長帯の光の透過率を変化させる感温素子を用いて温
度を測定する温度測定装置および測定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の温度測定装置および測定
方法を図に基づいて説明する。図６は従来の温度測定装
置の外観図、図７は同じく構成図である。これらの図に
おいて、ＡおよびＢは２本の光ファイバを示し、ファイ
バＡは、発光手段としての発光ダイオードＬＥＤから出
射される出射光を感温素子１６および反射膜１８からな
る温度センサ１５に導く出射用のファイバであり、温度
センサ１５に導かれた光は反射膜１８で反射されて入射
用の光ファイバＢ内に導かれフォトダイオードＰＤで受
光される。このような構成において、感温素子１６から
なる温度センサ１５は、図８に示すように、温度Ｔ₁、
Ｔ₂、Ｔ₃ と変化するのに対して光吸収端波長が変化す
る。通常は、温度の上昇にともない長波長側へ光吸収端
波長が移動する。したがって、この光吸収端波長がＬＥ
Ｄから出射される光のスペクトルの中に含まれるように
選択されていれば、温度センサ１５からの特定波長にお
ける透過光強度は温度の上昇とともに減少する。そこ
で、温度センサ１５からの透過光の変化をフォトダイオ
ードＰＤで検出することにより、温度を算出することが
できるものである。

【０００３】しかるに、上記した従来例においては、フ
ァイバＡ、温度センサ１５およびファイバＢの相互間の
結合効率が変化し、そのためにフォトダイオードＰＤへ
の入射光量が変化したとき、その変化と温度センサの温
度変化による入射光量の変化とを区別することができな
いという欠点があった。また、光源のＬＥＤ等の発光素
子は温度の変化によって発光波長帯が変化し、それによ
っても温度センサ１５の透過率が変動してしまうという
欠点があった。

【０００４】そこで、これを改善するものとして、特開
昭５８−１４４７２２号公報に提案された発明がある。
この発明は、出射用光ファイバからの光を感温素子内を
透過させたセンサ光と感温素子を透過させない参照光と
に分離し、両者の光量の比を比較して温度測定を行うも
のである。そして、この方法によれば、感温素子を透過
させない参照光の光量を基準としてセンサ光の光量の相
対的変化により温度測定を行っているので、光源のＬＥ
Ｄが温度の変化によって発光波長が変化しても、その変
化に影響されずに正確な温度測定ができるものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法においては、センサを透過した２つの光を光受信機ま
で導く２つの伝送路の伝送状態が異なる場合、例えば２
つの伝送路を構成する光ファイバの曲がりや接続部の軸
ずれ等に起因する伝送損失が異なる場合には、参照光と
センサ光の光量の比較値が変動してしまい、このため正
確な温度測定ができないといった問題点があった。した
がって、本発明は上記したような従来の問題点に鑑みて
なされたものであり、その目的とするところは、発光手
段の光量の変化や光伝送路の伝送状態に違いが生じた場
合にも、正確な温度測定が可能な温度測定装置および温
度測定方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明に係る温度測定装置は、少なくとも２つの波
長帯を有する発光手段と、この発光手段に一端側が接続
されると共に他端側に温度変化によって前記２つの波長
帯のいずれか一方の波長帯の光の透過率を変化させる感
温素子といずれをも変化させない光透過部材とが接合さ
れた出射光伝送路と、この出射光伝送路の前記感温素子
および光透過部材を透過した光をそれぞれセンサ光と参
照光とし、これらセンサ光および参照光を反射させる反
射部材と、この反射部材により反射されたセンサ光を入
射させる第１の入射光用伝送路と、前記反射部材により
反射された参照光を入射させる第２の入射光用伝送路
と、これら両入射光用伝送路の他端側にそれぞれ配設さ
れこれら伝送路内を伝送されたセンサ光および参照光を
取り込み前記異なる２つの波長帯の光をそれぞれ取り出
す２つの光取出し手段と、これら２つの光取出し手段で
取り出された４つの光を受光する４つの受光手段と、こ
れら４つの受光手段の受光料に基づき前記感温素子の温
度を演算する演算手段とを備えたものである。また、本
発明に係る温度測定方法は、少なくとも２つの波長帯を
有する光を用い、この光を、温度変化によって透過する
光が有する特定の波長帯の透過率を変化させる感温素子
内と、変化させない透過部材内にそれぞれ透過させ、感
温素子および透過部材を透過したセンサ光および参照光
とから前記異なる２つの波長帯の光をそれぞれ取り出す
と共に、前記２つの波長帯のうち一方を温度変化にかか
わらず前記感温素子により透過率が変化しない波長帯を
選択し、この一方の波長帯の光を補償用光とし、他方の
波長帯の光を測定用光とし、補償用光の光量の比較値を
補償係数として、測定用光の光量の比較値から求めた透
過率を補償係数によって是正し、是正透過率から測定温
度を算出したものである。

【０００７】

【作用】本発明においては、発光手段から発光される２
つの波長帯を有する光のうち、一方の光を感温素子によ
って影響されない波長帯の光としたので、この波長帯の
光を絶対的な参照光として利用できる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図に基づいて説明
する。図１は本発明に係る温度測定装置の外観斜視図、
図２は同じく側面図、図３は同じく正面図、図４は同じ
く全体構成図、図５は同じく発光手段の光出力の変化図
で、（ａ）は発光時の出力図、（ｂ）はある波長におけ
る温度変化による透過率特性図、（ｃ）はセンサ光の受
光時の光の出力図、（ｄ）は参照光の受光時の光の出力
図である。これらの図において、３本のファイバＡ、
Ｂ、ＣのうちＡは出射用の光ファイバ、Ｂ、Ｃは入射用
の光ファイバで、これら両入射用光ファイバＢ、Ｃは同
一の径で形成されている。これら光ファイバＡ、Ｂ、Ｃ
の端面に接合された温度センサ５は、感温素子６、光透
過部材としてのガラス７およびこれら感温素子６、ガラ
ス７の背面に蒸着された反射膜８とからなる。温度セン
サ５は感温素子６とガラス７とで上下に分割され、出射
用の光ファイバＡは端面の中心線がこの分割線に位置す
るように配設され、２本の入射用光ファイバのうち、フ
ァイバＢは感温素子６の領域に、またファイバＣはガラ
ス７の領域にそれぞれ位置するように配設されている。

【０００９】出射用の光ファイバＡの入り口端には、図
５（ａ）に示すような狭帯幅の波長λ₁、λ₂の波長スペ
クトルを有する２つの発光素子であるレーザーダイオー
ドＬＤ₁ 、レーザーダイオードＬＤ₂ からの光を合波す
る光合波器２が配設されており、この光合波器２で合波
された光は光ファイバＡ内から温度センサ５に導かれ
る。温度センサ５内に導かれた出射光は、感温素子６内
を透過して反射膜８において光路領域αを経て反射して
ファイバＢに入射するセンサ入射光と、ガラス７を透過
して反射膜８において光路領域βを経て反射してファイ
バＣに入射する参照入射光とにそれぞれ導かれる。

【００１０】なお、ファイバＡからの出射光は等分布光
で、ファイバＢ、Ｃへの入射光も等分布光となる。ファ
イバＢ、Ｃの出口端には、センサ入射光と参照入射光の
それぞれを最初の波長である波長λ₁およびλ₂の光とし
て取り出し、一対の測定用光と補償用光とする２つの光
分波器３が配設され、これら一対の測定用光と補償用光
はフォトダイオードＰＤ₁ 、ＰＤ₃、ＰＤ₂およびＰＤ₄
で受光される。受光された光はＯ／Ｅ変換器９で電圧変
換され、演算器１０でこれら電圧値が比較され、是正演
算され、測定温度が算出される。

【００１１】以下、測定方法を説明する。２つのレーザ
ーダイオードＬＤ₁とＬＤ₂からは、それぞれの発光駆動
回路１によって、図５（ａ）に示すように、波長λ₁と
λ₂の波長スペクトルを有する光が発光される。ここ
で、重要なことは、一方の波長λ₂ を、温度変化にもか
かわらず、温度センサ５の感温素子６内において透過波
長が変化しない波長帯の光を選択している点である。２
つのレーザーダイオードＬＤ₁とＬＤ₂から発光された光
は、光合波器２で合波され、波長λ₁の光とλ₂の光が混
在しファイバＡ内を通過して出射光として温度センサ５
内に導かれる。温度センサ５内に導かれた出射光はそれ
ぞれ感温素子６内を透過してファイバＢに導かれるセン
サ入射光と、ガラス７内を透過してファイバＣに導かれ
る参照入射光とに分離される。

【００１２】それぞれの入射光は、ファイバＢ、Ｃの末
端に配設された光分波器３によって、再び、波長λ₁と
λ₂の光として取り出され、それぞれフォトダイオード
ＰＤ₁、ＰＤ₃、ＰＤ₂およびＰＤ₄で受光される。そし
て、それぞれのフォトダイオードＰＤ₁、ＰＤ₃、ＰＤ₂
およびＰＤ₄で受光される光出力は図５（ｃ）、（ｄ）
に示すように、Ｐ₁（λ₁）、Ｐ₃（λ₂）、Ｐ₂（λ₁）お
よびＰ₄（λ₂）となる。

【００１３】ここで、波長λ₁ の光は、図５（ｂ）に示
すように、温度変化に対して温度センサ５の感温素子６
内で、その透過率Ｒが直線的に変化するので、光出力Ｐ
₁（λ₁）と、温度センサ５のガラス７内を透過した波長
λ₁の光出力Ｐ₂（λ₁）とを参照光である光出力Ｐ₂（λ
₁ ）を基準として、次式で表される透過率Ｒを演算し、
これと予め波長λ₁ における透過率と温度との関係を調
べておけば、温度が測定される。このように、波長λ₁
の光は、測定用光として利用される。

【００１４】

【数１】

【００１５】ところが、波長λ₁ のセンサ光と参照光の
それぞれが透過するファイバＢとファイバＣとで必ずし
も光伝送路の状態、すなわち光損失が同一とは限らず、
これを補償して前述の透過率Ｒの値を是正する必要があ
る。ところで、波長λ₂ の光は、温度変化にかかわら
ず、感温素子６内においても透過光量が変化しない波長
帯に選択されたものであり、感温素子６内とガラス７内
を透過してファイバＢおよびファイバＣに入射した波長
λ₂ のセンサ光および参照光は入り口端において、光出
力は同一となっている。

【００１６】仮に、ファイバＢおよびファイバＣが同一
の光伝送の状態を有していれば、フォトダイオードＰＤ
₃とＰＤ₄に受光される光出力Ｐ₃（λ₂）とＰ₄（λ₂）の
値は同一となり、前述した透過率Ｒの値を是正する必要
がない。逆に、ファイバＢおよびファイバＣの光伝送の
状態が異なっていれば、Ｐ₃（λ₂）とＰ₄（λ₂）の値は
異なり、ファイバＣを透過する参照光側の光出力値Ｐ₄
（λ₂）を基準として、次式で表される補償係数Ｋによ
って、前述した透過率Ｒの値を是正する必要がある。

【００１７】

【数２】すなわち、測定された透過率Ｒに補償係数Ｋを掛けた次
式が是正透過率Ｒ′となり、この是正透過率Ｒ′から演
算器において測定温度が算出される。

【００１８】

【数３】

【００１９】このように、温度変化にかかわらず、感温
素子６内においてもその透過光量が変化しない波長帯か
ら選択された波長λ₂の光を波長λ₁の光に混在させて、
２つの入射用光ファイバＢおよびＣにおける光伝送の状
態の違いにより発生する波長λ₁ の光における受光量の
バラツキを是正するために、この波長λ₂ の光を補償用
の光とし、光伝送路の伝送損失の違いを補償し、感温素
子の正確な透過率を得ることができるので、正確な温度
測定が可能となる。

【００２０】なお、本実施例では、発光手段として、レ
ーザーダイオードを用いて波長λ₁、λ₂の光を作り出し
たが、これに限定されることなく、例えば発光ダイオー
ドを用いて、発光ダイオードからの光を干渉フィルタに
透過させて、波長λ₁、λ₂の光を作り出してもよいこと
は勿論である。また、本実施例では、発光手段としてレ
ーザーダイオードを２つ用いているが、これに限定され
ることなく、波長λ₁、λ₂の光を発光する発光手段であ
れば、１つでもよく、その場合には、光合波器２を必要
としないことは言うまでもないことである。また、発光
手段から発光される光の波長帯は、λ₁、λ₂の２種類に
限定することはなく、複数の波長帯を発光させて、この
複数の波長帯のうちから必要な波長帯、例えばλ₁、λ₂
取り出してもよいことは勿論である。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、温
度変化にかかわらず、感温素子６内においてもその透過
度合が変化しない波長帯から選択された補償用の波長の
光を測定用の波長の光に混在させて、２つの入射用光伝
送路における光伝送の状態の違いにより発生する測定用
の波長における光の受光特性のバラツキを是正するため
に、補償用の波長の光によって、光伝送路の伝送状態の
違いを補償し、感温素子の正確な透過率を得ることがで
きるので、正確な温度測定が可能となる

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る温度測定装置の外観斜視図であ
る。

【図２】本発明に係る温度測定装置の側面図である。

【図３】本発明に係る温度測定装置の正面図である。

【図４】本発明に係る温度測定装置の構成図である。

【図５】本発明に係る温度測定装置の発光手段の光出力
の変化図で、（ａ）は発光時の出力図、（ｂ）はある波
長における温度変化による感温素子の透過率特性図、
（ｃ）はセンサ光の受光時の光の出力図、（ｄ）は参照
光の受光時の光の出力図である。

【図６】従来の温度測定装置の外観斜視図である。

【図７】従来の温度測定装置の構成図である。

【図８】一般的な光吸収端波形である。

【符号の説明】

２光合波器３光分波器５温度センサ６感温素子７ガラス８反射膜１０演算器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも２つの波長帯を有する発光手
段と、この発光手段に一端側が接続されると共に他端側
に温度変化によって前記２つの波長帯のいずれか一方の
波長帯の光の透過率を変化させる感温素子といずれをも
変化させない光透過部材とが接合された出射光伝送路
と、この出射光伝送路の前記感温素子および光透過部材
を透過した光をそれぞれセンサ光と参照光とし、これら
センサ光および参照光を反射させる反射部材と、この反
射部材により反射されたセンサ光を入射させる第１の入
射光用伝送路と、前記反射部材により反射された参照光
を入射させる第２の入射光用伝送路と、これら両入射光
用伝送路の他端側にそれぞれ配設されこれら伝送路内を
伝送されたセンサ光および参照光を取り込み前記異なる
２つの波長帯の光をそれぞれ取り出す２つの光取出し手
段と、これら２つの光取出し手段で取り出された４つの
光を受光する４つの受光手段と、これら４つの受光手段
の受光量に基づき前記感温素子の温度を演算する演算手
段とを備えたことを特徴とする温度測定装置。
【請求項２】少なくとも２つの波長帯を有する光を用
い、この光を、温度変化によって透過する光が有する特
定の波長帯の透過率を変化させる感温素子内と、変化さ
せない透過部材内にそれぞれ透過させ、感温素子および
透過部材を透過したセンサ光および参照光とから前記異
なる２つの波長帯の光をそれぞれ取り出すと共に、前記
２つの波長帯のうち一方を温度変化にかかわらず前記感
温素子により透過率が変化しない波長帯を選択し、この
一方の波長帯の光を補償用光とし、他方の波長帯の光を
測定用光とし、補償用光の光量の比較値を補償係数とし
て、測定用光の光量の比較値から求めた透過率を補償係
数によって是正し、是正透過率から測定温度を算出した
ことを特徴とする温度測定方法。