JPH0626941A - 光学温度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】簡易な構成で演算過程も簡略化できる螢光物質
の温度に依存する励起動作を利用した光学温度測定装置
を提供する。 【構成】基準電圧以下の比較電圧入力時に発光駆動信号
を出力する比較器10と、比較器10の出力信号に従い励起
光を発生する光源21と、該励起光により励起され螢光を
発し前記励起光が遮断された後も温度に依存する螢光寿
命時間内で螢光を発し続ける螢光物質22と、この螢光物
質22からの螢光量に応じた電圧を発生し比較器10の比較
電圧として帰還する光検知器23と、から周波数発生回路
を構成する。前記比較器10から出力される信号の周期
は、螢光物質22の螢光寿命時間に依存し、この螢光寿命
時間は温度に依存するので、周波数測定及び演算装置27
により、前記周期に基づいて温度を算出することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、螢光物質の螢光寿命時
間が温度に依存する光学的特性を利用し温度を測定する
光学温度測定装置に関するもので、特に、比較器及び積
分器からなる周波数発生回路の周波数発生原理を利用し
て、螢光物質の温度に依存する励起動作に基づいて周波
数を発生させて、前記発生した周波数を測定することに
より、温度を測定することができるようにした光学温度
測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の光学温度測定装置（Opti
cal Temperature Measurement Techniques)として、螢
光物質の発光寿命時間を測定し温度を測定する装置が、
米国特許第４７８９９９２号に開示されている。かかる
装置の測定原理について、以下に説明する。

【０００３】パルス光又は周期的に強さが変わる光源と
して、温度検知器の役割をする螢光物質を励起させた
後、その光源を急激に遮断すると、その螢光物質から発
光する螢光の光の強さは寿命時間に関する函数で次第に
減衰するようになる。このとき、螢光の光の強さが減衰
し始めた直後の螢光の光の強さを測定し、その強さに対
し一定な比率で螢光の光の強さが減った時の時間を測定
し、2 つの測定位置の時間差を求める。

【０００４】このようにして求めた時間差は、螢光の寿
命時間に比例し、またその螢光物質の螢光寿命時間は温
度に依存する光学的特性を持つので、上記の求めた時間
差が温度に依存するようになる。従って、上記の求めた
時間差から適当な演算過程を経て温度を算出することが
できるようになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の光学温度測定装置では、螢光の光の強さが減
衰し始めた直後から、螢光の光の強さが一定な比率で減
衰する時迄の時間差を測定し、その時間差から温度を算
出するようになしていたので、測定装置の構成が複雑に
なるばかりでなく、その演算過程も複雑になるという欠
点があった。

【０００６】本発明は、かかる従来の問題に鑑みなされ
たもので、比較器及び積分器からなる周波数発生回路の
周波数発生原理を利用して、螢光物質の温度に依存する
励起動作に基づいて周波数を発生させて、前記発生した
周波数を測定することにより、温度を測定するようにし
た簡単な構成で、演算過程も簡略化でき、測定精度も高
い光学温度測定装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このため、本発明にかか
る光学温度測定装置は、基準電圧と比較電圧とを比較し
基準電圧以下の比較電圧入力時に発光駆動信号を出力す
る比較器と、前記比較器からの発光駆動信号の入力時に
励起光を発生する光源と、前記光源から発生する励起光
に励起されて螢光を発し、該励起光遮断後も温度に依存
する寿命時間内で螢光を発し続ける螢光物質と、前記螢
光物質から発生する螢光量に応じた電圧を前記比較器の
比較電圧として印加する光検知器と、前記比較器の発光
駆動信号の出力周波数から前記寿命時間を測定すること
により、温度を算出する周波数測定及び演算装置と、を
含んで構成した。

【０００８】前記光源から発生する励起光は、異色性フ
ィルター、レンズ及び光繊維を介して螢光物質に入射さ
れ、前記螢光物質から発生する螢光は前記光繊維及びレ
ンズを通った後、前記異色性フィルターで反射され光検
知器に入力されるように構成することができる。

【０００９】

【作用】かかる構成を有する本発明は、基準電圧以下の
比較電圧が比較器に入力されると、比較器から光源を発
光させる駆動信号が出力され、これに応じて光源が発光
して、螢光物質を励起する。そして、該螢光物質は該励
起に応じて螢光を発し、光検知器は該螢光を検知して該
螢光量に応じた電圧を出力する。該出力電圧は、前記比
較器の比較電圧として比較器に入力され、前記基準電圧
と比較され、該比較電圧が前記基準電圧より低い状態で
は、上記作用が維持される。そして、前記螢光が所定時
間継続されると前記比較電圧が前記基準電圧より高くな
るため、前記比較器からの前記発光駆動信号が遮断さ
れ、これに伴い光源も発光を停止する。したがって、前
記螢光物質には励起光が供給されなくなるが、該螢光物
質は、励起光停止後もその温度に応じた螢光寿命時間内
で螢光を発し続けるという光学的特性を有しているの
で、その温度に応じた寿命時間内で螢光が発せられる。
これにより、前記比較器からの前記発光駆動信号が遮断
されても、前記光検知器からは前記寿命時間内は電圧を
出力し続けることとなる。そして、該寿命時間経過後
は、前記螢光物質は螢光を発しなくなるので、前記光検
知器からの出力電圧が低下する。したがって、前記比較
器において再び前記比較電圧より前記基準電圧の方が高
くなるため、再び発光駆動信号が出力されるようにな
る。つまり、本装置においては、比較器からの発光駆動
信号の出力周波数が、前記螢光物質の前記寿命時間に依
存することを利用して、前記周波数測定及び演算装置に
より該発光駆動信号の出力周波数を測定することによっ
て前記螢光物質の温度を算出する。

【００１０】また、前記光源から発生する励起光を、異
色性フィルター、レンズ及び光繊維を介して螢光物質に
入射させ、前記螢光物質から発生する螢光を前記光繊維
及びレンズを通った後、前記異色性フィルターで反射さ
せ光検知器に入力させるように構成して、温度測定場所
を、つまり前記螢光物質の設置場所を適宜移動させた際
に、これに伴って光繊維を移動させる。これにより、前
記光源から発生する励起光を確実に前記螢光物質に入射
させると共に、該螢光物質から発せられる螢光を確実に
光検知器に入力させて、温度測定場所の自由度を広げ
る。

【００１１】

【実施例】本発明の光学温度測定装置を、添付の図面を
参照して、以下に詳細に説明する。図１は、一般的な周
波数発生器のブロック図で、これに図示した通りに比較
電圧を基準電圧と比較する比較器10と、この比較器10の
出力信号に従い充放電され、その比較器10に比較電圧と
して帰還させる積分器20から構成されたもので、積分器
20をなす抵抗およびコンデンサの容量により決定される
時定数に反比例するように、比較器10から所定周期の周
波数信号が出力されるようになる。

【００１２】すなわち、電源が印加されれば、比較器10
から高電位信号が出力し、積分器20に印加され、これに
従いその積分器20は充電状態となり、その充電時定数に
応じた速度で、その出力電圧が増加し、この出力電圧が
比較器10に比較電圧として帰還し基準電圧と比較され
る。この時その比較電圧が基準電圧より低い状態では、
その比較器10から継続して高電位信号が出力するので、
積分器20は充電状態を維持し、その出力電圧が漸次増加
する。

【００１３】そして、積分器20から出力される比較電圧
が、比較器10の基準電圧より高くなると、このとき初め
て比較器10から低電位信号が出力され、これに従い積分
器20の出力電圧が減衰し、比較器10に比較電圧として帰
還され、基準電圧と比較される。そして、該比較電圧が
基準電圧より高い状態では、比較器10から低電位信号が
出力される状態が維持されるので、比較電圧は暫時減少
する。このように、減少する比較電圧が基準電圧より再
び低くなれば、比較10から再び高電位信号が出力され
て、上記の過程が反復される。

【００１４】このような状態を反復するに従い、積分器
20の時定数に応じた周波数信号が比較器10から出力し、
出力端子（ＯＵＴ）に出力され、このとき積分器20の時
定数に比べ他の端子等の電気的特性が十分に速ければ、
比較器10から出力する周波数信号は積分器20の時定数に
反比例するようになる。本発明は、このような周波数発
生原理を利用することにより、螢光物質の温度に依存す
る励起動作に基づいて周波数を発生させ、該励起動作に
応じて発生した周波数を直接的に測定し、該周波数に基
づいて温度を算出するようにしたものである。

【００１５】図２は、本発明の光学温度測定装置のブロ
ック図で、これに図示したように比較電圧を基準電圧と
比較する比較器10と、この比較器10の出力信号に従い励
起光を発生する光源21と、この光源21から発生する励起
光により励起され螢光を発生する螢光物質22と、この螢
光物質22から発生する螢光を電気的な信号に検出したあ
と増幅し、上記の比較器10に比較電圧に印加する光検知
器23から構成したもので、上記の光源21、螢光物質22及
び光検知器23が、図１で説明した前記積分器20の役割を
遂行するものであり、比較器10から出力し出力端子（Ｏ
ＵＴ）に出力する信号が螢光物質22の励起動作に伴う周
波数信号となる。

【００１６】このように構成された本発明の動作過程を
説明すれば次の通りである。電源が印加されれば、比較
器10から高電位信号が出力し光源21に印加され、これに
従いその光源21から光が発生し、螢光物質22に励起光と
して印加されるから、その螢光物質22が励起されて螢光
が発生し、この螢光は光源21で励起光が印加される時間
に従い暫時増加するようになる。

【００１７】このように発生する螢光は、光検知器23で
電気的な信号に検出されたあと、増幅され比較器10に比
較電圧として印加され、このときその比較電圧が比較器
10の基準電圧より低い状態では、比較器10からの高電位
信号が出力する状態を維持するようになり、上記の状態
が維持され、これに従い光検知器23で出力する比較電圧
が暫時増加する。

【００１８】そして、光検知器23から出力される比較電
圧が比較器10の基準電圧より高くなれば、このとき初め
て比較器10から低電位信号が出力され、これに従い光源
21から光が発生しなくなるので螢光物質22に励起光が印
加されず、その螢光物質22の螢光が暫時減衰し、この螢
光は光検知器23により電気的な信号に検出され増幅され
たあと、比較器10に比較電圧として印加され、基準電圧
と比較される。そして、該比較電圧が基準電圧より高い
状態では比較器10から低電位信号が出力する状態が維持
されるので、比較電圧が暫時減少する。このように減少
する比較電圧が基準電圧より低くなれば、比較10から再
び高電位信号が出力し上記の過程が反復される。

【００１９】結局、比較器10から出力される信号の周期
は、螢光物質22の螢光寿命時間に依存し、この螢光寿命
時間は温度に依存するので、これに従い比較器10から端
子（ＯＵＴ）に出力する信号は、温度の函数である周波
数信号に現れるようになり、その周波数信号から温度を
算出することができるようになる。図３は、本発明の光
学温度測定装置の構成例を示した全体構成図で、これに
図示したように、比較電圧を基準電圧と比較する比較器
10と、この比較器10の出力信号に従い、光を発生し励起
光で供給する光源21と、この光源21から供給する励起光
により励起され螢光を発生する螢光物質22と、この螢光
物質22で発生する螢光を電気的な信号で検知したあと、
上記の比較器10で比較電圧に印加する光検知器23と、上
記の光源21から供給される励起光を順次に通じ上記の螢
光物質22に供給し、その螢光物質22で発生する螢光を逆
に通じ上記の光検知器23に印加する異色フィルター24、
レンズ25及び光繊維16と、前記比較器10の出力信号から
周波数を測定し、温度を算出する周波数測定及び演算装
置27と、この周波数測定及び演算装置27の演算結果を表
示する表示装置28から構成したもので、このように構成
された本発明の作用効果を詳細に説明すれば、次の通り
である。

【００２０】電源が印加されれば、比較器10から高電位
信号が出力し、光源21に印加され、これに従いその光源
21から光が発生し、螢光物質22に励起光として供給され
る。すなわち、この時、光源21から供給される励起光
は、異色性フィルター24及びレンズ25を通じ光繊維26に
入射されたあと、該光繊維26を介して誘導され螢光物質
22を励起させる。

【００２１】したがって、この時、その螢光物質22の励
起により螢光が発生するが、その螢光の光の強さは固有
の寿命時間により増加するようになる。このようにして
螢光物質22から発生する螢光は、光繊維26を介して誘導
されたあと、レンズ25を通じ、異色性フィルター24で反
射され光検知器23に入力される。そして、光検知器23に
入力される螢光は電気的信号で検出され、増幅されたあ
と比較器10に比較電圧に印加され、このときその比較電
圧が基準電圧より低い状態では、その比較器10から高電
位信号が出力する状態を維持し、かかる状態を維持する
ようになるので、光検知器23から出力する比較電圧は暫
時増加する。

【００２２】そして、比較電圧が増加し、比較器10の基
準電圧より高くなれば、このとき初めてその比較器10か
ら低電位信号が出力するようになり、光源21から励起光
が発生しなくなり、これに従い螢光物質22に励起光が供
給されなくなるので、その螢光物質22の螢光がそれの寿
命時間に応じて暫時減衰する。このように減衰した螢光
は、光繊維26及びレンズ25を通過したあと、異色性フィ
ルター24で反射し、この螢光は光検知器23で電気的信号
に検出され増幅され、その後比較器10に比較電圧として
印加され、基準電圧と比較される。該比較電圧が基準電
圧より高い状態では、比較器10で上記のように低電位信
号が出力する状態が維持されるので、上記のように光検
知器23で出力する比較電圧が漸次減少する。そして、こ
のように減少する比較電圧が再び基準電圧より低くなれ
ば、比較器10から再び高電位信号が出力されることとな
って、上記の過程が反復されるようになる。

【００２３】結局、比較器10から出力される高電位及び
低電位信号の周期は、温度に依存する螢光物質22の螢光
寿命時間に依存するようになり、これにより、その比較
器10の出力信号が温度の函数である周波数信号に現れる
ようになるから、その比較器10の出力信号から温度を算
出することができるようになる。すなわち、比較器10の
出力信号を周波数測定及び演算装置27に入力することに
より、周波数を測定するが、この周波数を測定するとき
の時間間隔が螢光物質22の螢光寿命時間の累積と同じく
なり、それから温度を算出することができるようにな
り、その算出された温度は表示装置28に表示される。

【００２４】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の光学
温度測定装置によれば、比較器及び積分器からなる周波
数発生回路の周波数発生原理を利用することにより、螢
光物質の温度に依存する励起動作に基づいて前記周波数
発生回路に周波数を発生させるようになしたので、その
周波数を直接的に測定することにより、正確かつ容易に
温度を算出することができるので、測定精度が高く、ま
た装置の構成を簡略化でき、しかも周波数を測定すると
きの時間間隔が、直ちに発光寿命時間の累積と同じにな
るので、平均化が自動的になされるから、その温度演算
過程を簡単にすることができる。

【００２５】また、前記光源21から発生する励起光を、
異色性フィルター24、レンズ25及び光繊維26を介して螢
光物質22に入射させ、前記螢光物質22から発生する螢光
を前記光繊維26及びレンズ25を通った後、前記異色性フ
ィルター24で反射させ光検知器23に入力させるように構
成すれば、温度測定場所を、つまり前記螢光物質22の設
置場所を適宜移動させても、これに伴って光繊維26を移
動させることにより、前記光源21から発生する励起光を
確実に前記螢光物質22に入射させると共に、該螢光物質
22から発せられる螢光を確実に光検知器23に入力させる
ことができるので、大幅に温度測定場所の自由度を広げ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一般的な周波数発生器のブロック図

【図２】本発明の光学温度測定装置のブロック図

【図３】本発明の光学温度測定装置の全体構成図

【符号の説明】 10 比較器 21 光源 22 螢光物質 23 光検知器 24 異色性フィルター 25 レンズ 26 光繊維 27 周波数測定及び演算装置 28 表示装置

フロントページの続き (72)発明者 崔 相 三 大韓民国ソウル特別市江南区大峙洞459

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基準電圧と比較電圧とを比較し基準電圧以
   下の比較電圧入力時に発光駆動信号を出力する比較器
   （10）と、 前記比較器（10）からの発光駆動信号の入力時に励起光
   を発生する光源（21）と、 前記光源（21）から発生する励起光に励起されて螢光を
   発し、該励起光遮断後も温度に依存する寿命時間内で螢
   光を発し続ける螢光物質（22）と、 前記螢光物質（22）から発生する螢光量に応じた電圧を
   前記比較器（10）の比較電圧として印加する光検知器
   （23）と、 前記比較器（10）の発光駆動信号の出力周波数から前記
   寿命時間を測定することにより、温度を算出する周波数
   測定及び演算装置（27）と、 を含んで構成したことを特徴とする光学温度測定装置。
2. 【請求項２】前記光源（21）から発生する励起光が、異
   色性フィルター（24）、レンズ（25）及び光繊維（26）
   を介して螢光物質（22）に入射され、前記螢光物質（2
   2）から発生する螢光が前記光繊維（26）及びレンズ（2
   5）を通った後、前記異色性フィルター（24）で反射さ
   れ光検知器（23）に入力されるように構成したことを特
   徴とする請求項１に記載の光学温度測定装置。