JPH07111384B2 - 複屈折温度センサ - Google Patents
複屈折温度センサInfo
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- JPH07111384B2 JPH07111384B2 JP5510120A JP51012093A JPH07111384B2 JP H07111384 B2 JPH07111384 B2 JP H07111384B2 JP 5510120 A JP5510120 A JP 5510120A JP 51012093 A JP51012093 A JP 51012093A JP H07111384 B2 JPH07111384 B2 JP H07111384B2
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、単一結晶金属酸化物板で形成された複屈折要
素を有する光学温度センサに関する。広帯域の光スペク
トルが第１の直線偏光要素を通って伝達されて直線偏光
波を作り出す。直線偏光波は、単一結晶板を通過する
と、第１の偏光波と、これと直交する第２の偏光波とに
分解される。複屈折単一結晶金属酸化物板を通る直線偏
光板の伝播は、２つの偏光波の間に温度依存相シフトを
導入する。しかる後、第２の直線偏光子が第１の偏光波
と直交する第２の偏光波とを結合して、変調光スペクト
ルを作り出す。この変調光スペクトル即ちフリンジパタ
ーンから得られる情報を使用して、複屈折単一結晶金属
酸化物板の温度を測定する。
素を有する光学温度センサに関する。広帯域の光スペク
トルが第１の直線偏光要素を通って伝達されて直線偏光
波を作り出す。直線偏光波は、単一結晶板を通過する
と、第１の偏光波と、これと直交する第２の偏光波とに
分解される。複屈折単一結晶金属酸化物板を通る直線偏
光板の伝播は、２つの偏光波の間に温度依存相シフトを
導入する。しかる後、第２の直線偏光子が第１の偏光波
と直交する第２の偏光波とを結合して、変調光スペクト
ルを作り出す。この変調光スペクトル即ちフリンジパタ
ーンから得られる情報を使用して、複屈折単一結晶金属
酸化物板の温度を測定する。
銅線を介して或る箇所から別の箇所まで作動パラメータ
を電気的に伝えるのが普通である。これらの銅線は被覆
されているにもかかわらず、電磁妨害と電磁パルスが、
これらの銅線の電気信号に影響を及ぼすことがある。か
かる妨害を除去すると同時に伝達ラインの重量を減らそ
うとする場合には、作動パラメータをオプチカルファイ
バを通る光信号の形態にするのが好ましい。
を電気的に伝えるのが普通である。これらの銅線は被覆
されているにもかかわらず、電磁妨害と電磁パルスが、
これらの銅線の電気信号に影響を及ぼすことがある。か
かる妨害を除去すると同時に伝達ラインの重量を減らそ
うとする場合には、作動パラメータをオプチカルファイ
バを通る光信号の形態にするのが好ましい。
米国特許第4,598,996号は、LiTaO3又はSrXBa1-XNb2O6の
ような複屈折結晶の屈折率の変化を伝えて周囲環境の温
度を測定するためにオプチカルファイバを使用する検出
システムを開示している。この検出システムのセンサ
は、比較的狭いスペクトル帯域の励起源を利用し、温度
に対して正弦的に変動する伝達強度の変化の検出に依存
している。それ故、実用的な測定範囲は振動出力の期間
の２分の１以下に限定され、測定精度は強度検出計画に
よって課される不確実性によって制限される。さらに、
センサの材料のLiTaO3又はSrXBa1-XNb2O6は、660℃と最
大270℃でそれぞれ強誘電性のキューリ変移を受け、従
って、温度が660℃以上の環境では使用することができ
ない。米国特許第4,928,005号は、偏光維持グラスファ
イバの性質を使用して温度を測定する多点センサを備え
た検出システムを開示している。この多点センサの温度
範囲は、適当なファイバコーティングがなされている場
合でさえ、米国特許第4,598,996号に開示されたセンサ
に対して、−100℃〜＋300℃の作動温度範囲に限定され
る。
ような複屈折結晶の屈折率の変化を伝えて周囲環境の温
度を測定するためにオプチカルファイバを使用する検出
システムを開示している。この検出システムのセンサ
は、比較的狭いスペクトル帯域の励起源を利用し、温度
に対して正弦的に変動する伝達強度の変化の検出に依存
している。それ故、実用的な測定範囲は振動出力の期間
の２分の１以下に限定され、測定精度は強度検出計画に
よって課される不確実性によって制限される。さらに、
センサの材料のLiTaO3又はSrXBa1-XNb2O6は、660℃と最
大270℃でそれぞれ強誘電性のキューリ変移を受け、従
って、温度が660℃以上の環境では使用することができ
ない。米国特許第4,928,005号は、偏光維持グラスファ
イバの性質を使用して温度を測定する多点センサを備え
た検出システムを開示している。この多点センサの温度
範囲は、適当なファイバコーティングがなされている場
合でさえ、米国特許第4,598,996号に開示されたセンサ
に対して、−100℃〜＋300℃の作動温度範囲に限定され
る。
あいにく、多くの用途では、従来技術のセンサで利用で
きるよりもより高温かつ広範囲で作動するセンサを備え
た温度検出システムを必要としている。例えば、静止箇
所或いは温度が660℃を超える多数の部品を備えた航空
機で使用される作動タービンエンジンの制御、並びに、
その作動パラメータの連続的な正確な知識は、従来技術
の光学温度センサを無力にするタービンエンジンを安全
に作動させるのに必要とされる。
きるよりもより高温かつ広範囲で作動するセンサを備え
た温度検出システムを必要としている。例えば、静止箇
所或いは温度が660℃を超える多数の部品を備えた航空
機で使用される作動タービンエンジンの制御、並びに、
その作動パラメータの連続的な正確な知識は、従来技術
の光学温度センサを無力にするタービンエンジンを安全
に作動させるのに必要とされる。
ランタンベリレイト（La2Be2O5）で形成された複屈折単
一結晶金属酸化物板を通して伝達される広帯域の光スペ
クトルを分析することによって得られた情報は、1000℃
までの環境において±１℃以上の精度で正確に温度を測
定することが分かった。我々は、この複屈折要素を、19
91年５月28日に出願された米国特許出願第706,492号に
開示されているように、高温偏光維持光学導波管を用い
て結合して、タービンエンジンの部品が被るような環境
を示す電流信号を出す温度検出システム用のセンサを形
成する。センサは、源から直線偏光光学ケーブルの初期
広帯域光スペクトルを直線偏光波に配向させるための第
１の直線偏光要素を有する。次いで、この直線偏光波
は、第１の高温偏光維持光学導波管を通って高温領域
（即ち、複屈折単一結晶板は配置されている環境）に伝
達される。複屈折単一結晶板を初期広帯域光スペクトル
の偏光に対して適当に配向することによって、直線偏光
波は、第１の偏光波と、これと直交する第２の偏光波と
に分解される。しかる後、第１の偏光波及び直交する第
２の偏光波の偏光を維持するため第２の高温偏光導波管
に通された第１及び第２の偏光波は再び結合されて、フ
リンジパターンをもつ変調光スペクトルを作り出す。第
２の偏光要素に接続された第２のオプチカルケーブル
が、変調光スペクトルを、光電子インターフェイスまで
搬送し、光電子インターフェイスにおいて、フリンジパ
ターンが抽出され、コンピュータコンパチブル信号がCP
Uに対して発生され複屈折要素が受ける1000℃まで電流
環境温度を正確に表示する。
一結晶金属酸化物板を通して伝達される広帯域の光スペ
クトルを分析することによって得られた情報は、1000℃
までの環境において±１℃以上の精度で正確に温度を測
定することが分かった。我々は、この複屈折要素を、19
91年５月28日に出願された米国特許出願第706,492号に
開示されているように、高温偏光維持光学導波管を用い
て結合して、タービンエンジンの部品が被るような環境
を示す電流信号を出す温度検出システム用のセンサを形
成する。センサは、源から直線偏光光学ケーブルの初期
広帯域光スペクトルを直線偏光波に配向させるための第
１の直線偏光要素を有する。次いで、この直線偏光波
は、第１の高温偏光維持光学導波管を通って高温領域
（即ち、複屈折単一結晶板は配置されている環境）に伝
達される。複屈折単一結晶板を初期広帯域光スペクトル
の偏光に対して適当に配向することによって、直線偏光
波は、第１の偏光波と、これと直交する第２の偏光波と
に分解される。しかる後、第１の偏光波及び直交する第
２の偏光波の偏光を維持するため第２の高温偏光導波管
に通された第１及び第２の偏光波は再び結合されて、フ
リンジパターンをもつ変調光スペクトルを作り出す。第
２の偏光要素に接続された第２のオプチカルケーブル
が、変調光スペクトルを、光電子インターフェイスまで
搬送し、光電子インターフェイスにおいて、フリンジパ
ターンが抽出され、コンピュータコンパチブル信号がCP
Uに対して発生され複屈折要素が受ける1000℃まで電流
環境温度を正確に表示する。
本発明の目的は、1000℃までの環境において±１℃の精
度で温度を正確に測定するための光学温度検出システム
を提供することである。検出システムは、第１の偏光要
素と、光を高温帯域すなわち環境に湾相する第１の高温
偏光維持光学導波管と、高温帯域すなわち環境に配置さ
れたランタンベリレイトの結晶板で形成された複屈折単
一金属酸化物板と、結晶板に通される変調光を高温帯域
の外に搬送する第２の高温偏光維持光学導波管と、第２
の偏光要素と、接続用のオプチカルファイバと、環境の
温度を示す変調光から電流作動温度信号を得る光電子イ
ンターフェイスとを有する。
度で温度を正確に測定するための光学温度検出システム
を提供することである。検出システムは、第１の偏光要
素と、光を高温帯域すなわち環境に湾相する第１の高温
偏光維持光学導波管と、高温帯域すなわち環境に配置さ
れたランタンベリレイトの結晶板で形成された複屈折単
一金属酸化物板と、結晶板に通される変調光を高温帯域
の外に搬送する第２の高温偏光維持光学導波管と、第２
の偏光要素と、接続用のオプチカルファイバと、環境の
温度を示す変調光から電流作動温度信号を得る光電子イ
ンターフェイスとを有する。
本発明の別の目的は、複屈折要素に通された後の偏光広
帯域スペクトルが偏光要素によって分析されてフリンジ
パターンをもつ変調光スペクトルを作り出し、フリンジ
パターンが複屈折要素の温度の関数である、センサ付き
分光計を提供することである。
帯域スペクトルが偏光要素によって分析されてフリンジ
パターンをもつ変調光スペクトルを作り出し、フリンジ
パターンが複屈折要素の温度の関数である、センサ付き
分光計を提供することである。
これらの目的および他の利点は、以下の図面を参照して
本明細書を読むことによって明らかであろう。
本明細書を読むことによって明らかであろう。
第１図は、ランタンベリレイトの単一結晶板および検光
子に通されたとき、直線偏光広帯域スペクトルが変調さ
れて、単一結晶板が配置されている環境の電流温度に対
応するフリンジパターンを提供する、本発明によって構
成された温度検出システムの概略図である。
子に通されたとき、直線偏光広帯域スペクトルが変調さ
れて、単一結晶板が配置されている環境の電流温度に対
応するフリンジパターンを提供する、本発明によって構
成された温度検出システムの概略図である。
第２図は、第１図の光学センサの概略図である。
第３図は、第１図の結晶板に光を出し入れするための偏
光維持光学導波管の概略図である。
光維持光学導波管の概略図である。
第４図は、結晶板に入り通過し出る前の、光スペクトル
の概略図である。
の概略図である。
第５図は、本発明によって構成された別の形態の温度検
出システムの概略図である。
出システムの概略図である。
第１図に示されている温度検出システム10は、第２図に
示すセンサ19を有しており、センサ19は、タービンエン
ジン内の領域の温度情報を提供するため種々の位置に固
定されるように設計されている。温度検出システム10か
らの作動信号は、光電子インターフェイス11を通過した
後、タービンエンジンの作動を制御する中央処理ユニッ
ト（CPU）42に向けられる。第２図に示されるように、
センサ19の複屈折要素すなわち単一結晶板12が、実際の
高温環境下に置かれている。タービンエンジンのシュラ
ウド17およびケーシング15がオプチカルファイバケーブ
ル20を保護しており、該ケーブル20は、周囲環境11の体
験する作動温度からセンサ19に光源14を接続している。
示すセンサ19を有しており、センサ19は、タービンエン
ジン内の領域の温度情報を提供するため種々の位置に固
定されるように設計されている。温度検出システム10か
らの作動信号は、光電子インターフェイス11を通過した
後、タービンエンジンの作動を制御する中央処理ユニッ
ト（CPU）42に向けられる。第２図に示されるように、
センサ19の複屈折要素すなわち単一結晶板12が、実際の
高温環境下に置かれている。タービンエンジンのシュラ
ウド17およびケーシング15がオプチカルファイバケーブ
ル20を保護しており、該ケーブル20は、周囲環境11の体
験する作動温度からセンサ19に光源14を接続している。
温度検出システム10は、光放射ダイオードのような光源
14によって発生される曲線16で示されるような広帯域光
スペクトルを利用している。広帯域光スペクトルは、参
照符号18で示されるように無秩序に偏向され、オプチカ
ルファイバケーブル20を通ってセンサ19のコネクタに伝
達される。コネクタ21に向けられる無秩序に偏向された
光は、センサ19の直線変光子22に直接連通される。光
は、直線偏光子22を通過した後、第１図に示されるよう
に、単一の偏光面24を有する。温度測定すべき高温環境
から直線偏光子22を保護するために、第２図に示される
ように、偏光維持用の光学導波管28を利用して、複屈折
センサ要素又は単一の結晶板12に偏向された光を伝播さ
せる。高温光学導波管28および、（米国特許出願第706,
492号及びその一部継続出願に一層詳細に記載されてい
る）その偏向維持性状を、ここに参考として掲げる。
14によって発生される曲線16で示されるような広帯域光
スペクトルを利用している。広帯域光スペクトルは、参
照符号18で示されるように無秩序に偏向され、オプチカ
ルファイバケーブル20を通ってセンサ19のコネクタに伝
達される。コネクタ21に向けられる無秩序に偏向された
光は、センサ19の直線変光子22に直接連通される。光
は、直線偏光子22を通過した後、第１図に示されるよう
に、単一の偏光面24を有する。温度測定すべき高温環境
から直線偏光子22を保護するために、第２図に示される
ように、偏光維持用の光学導波管28を利用して、複屈折
センサ要素又は単一の結晶板12に偏向された光を伝播さ
せる。高温光学導波管28および、（米国特許出願第706,
492号及びその一部継続出願に一層詳細に記載されてい
る）その偏向維持性状を、ここに参考として掲げる。
高温光学導波管28には、第３図に示されるように、代用
アルミニウムガーネットで形成された高屈折率のコア30
が、屈折率のより小さな被覆材料（イットリウムアルミ
ニウムガーネット）32、32′内に埋め込まれている。代
用アルミニウムガーネットの高温光学導波管28のコア30
には多くの材料が適しているかもしれないが、イットリ
ウムアルミニウムガーネット（Y3Al5O12）に埋め込まれ
たルテチウムアルミニウムガーネット（（Tb、Lu）3Al5
O12）を使用した。導波管28のΔｎ値が、0.027であるこ
とを発見した（ここで、Δｎは、テルビウムルテチウム
アルミニウムガーネットのコアの屈折率（ｎ＝1.8545）
と、イットリウムアルミニウムガーネットの被覆（ｎ＝
1.8275）との差を示す）。このΔｎ値は、オプチカルケ
ーブル20におけるような代表的なオプチカルファイバの
Δｎ値と同等である。製造の際、導波管のコア30と被覆
材料32、32′と間に、格子状の不整合（lattice mismat
ch）が形成されるので、導波管のコア30の平面内に応力
が引き起こされる。この応力は複屈折を引き起し、光が
光学軸線31と平行に或いは光学軸線31に対して直角に偏
向されたとき、コア30が入射光の偏向を維持させる。こ
の出願に関しては、センサ19の導波管28は、１〜３イン
チ（2.5〜7.5cm）の長さを有しており、この長さは、単
一の結晶板即ち複屈折要素12への作用が悪影響を及ぼさ
ない状態で、直線偏光子をタービンエンジン内の環境1
1、即ち環境11の温度から遠去けて位置決めするのに十
分である。偏光維持用導波管のコア30の光学軸線は、直
線偏光子22の光学軸線と平行に或いは90゜の角度をなし
て整列している。導波管28の面27に提供される光の変光
度は、複屈折要素即ち単一結晶板12の面29に提供される
とき（第４図）、実質的に変化しない。
アルミニウムガーネットで形成された高屈折率のコア30
が、屈折率のより小さな被覆材料（イットリウムアルミ
ニウムガーネット）32、32′内に埋め込まれている。代
用アルミニウムガーネットの高温光学導波管28のコア30
には多くの材料が適しているかもしれないが、イットリ
ウムアルミニウムガーネット（Y3Al5O12）に埋め込まれ
たルテチウムアルミニウムガーネット（（Tb、Lu）3Al5
O12）を使用した。導波管28のΔｎ値が、0.027であるこ
とを発見した（ここで、Δｎは、テルビウムルテチウム
アルミニウムガーネットのコアの屈折率（ｎ＝1.8545）
と、イットリウムアルミニウムガーネットの被覆（ｎ＝
1.8275）との差を示す）。このΔｎ値は、オプチカルケ
ーブル20におけるような代表的なオプチカルファイバの
Δｎ値と同等である。製造の際、導波管のコア30と被覆
材料32、32′と間に、格子状の不整合（lattice mismat
ch）が形成されるので、導波管のコア30の平面内に応力
が引き起こされる。この応力は複屈折を引き起し、光が
光学軸線31と平行に或いは光学軸線31に対して直角に偏
向されたとき、コア30が入射光の偏向を維持させる。こ
の出願に関しては、センサ19の導波管28は、１〜３イン
チ（2.5〜7.5cm）の長さを有しており、この長さは、単
一の結晶板即ち複屈折要素12への作用が悪影響を及ぼさ
ない状態で、直線偏光子をタービンエンジン内の環境1
1、即ち環境11の温度から遠去けて位置決めするのに十
分である。偏光維持用導波管のコア30の光学軸線は、直
線偏光子22の光学軸線と平行に或いは90゜の角度をなし
て整列している。導波管28の面27に提供される光の変光
度は、複屈折要素即ち単一結晶板12の面29に提供される
とき（第４図）、実質的に変化しない。
本発明では、複屈折要素12は、通常BELと言われている
単一の結晶ランタンベリレイト（La2Be2O5）の薄板から
構成されている。BELは、大きな複屈折／温度係数、即
ちdB/dTを有する。
単一の結晶ランタンベリレイト（La2Be2O5）の薄板から
構成されている。BELは、大きな複屈折／温度係数、即
ちdB/dTを有する。
一般的に、結晶はその物理的性状に関して異方性であ
る。すなわち、物性値は結晶の方向に対して変動する。
複屈折の異方性は複屈折と呼ばれる。BELは、３つの直
交方向Ｘ、Ｙ、Ｚに対して３つの異なる主屈折率を有す
る光学的二軸結晶である。第４図は、複屈折要素すなわ
ち単一の結晶板12を通して伝播する、２つの直交偏光板
24、26を示している。これらの２つの波24、26の電気偏
光ベクトルはＸ方向とＺ方向にそれぞれ配向され、波は
Ｙ方向に伝播する。
る。すなわち、物性値は結晶の方向に対して変動する。
複屈折の異方性は複屈折と呼ばれる。BELは、３つの直
交方向Ｘ、Ｙ、Ｚに対して３つの異なる主屈折率を有す
る光学的二軸結晶である。第４図は、複屈折要素すなわ
ち単一の結晶板12を通して伝播する、２つの直交偏光板
24、26を示している。これらの２つの波24、26の電気偏
光ベクトルはＸ方向とＺ方向にそれぞれ配向され、波は
Ｙ方向に伝播する。
複屈折結晶12の面29に入射するとき、直線偏光波23は、
２つの直交偏光波に分解される。２つの波24、26は、直
線偏光子を、複屈折結晶12のＸおよびＺ軸線に対して45
゜に配向することによって、容易に発生される。これら
の２つの波は、複屈折要素すなわち単一結晶板12を通し
て、反射率nX、nZの相違により異なる速度で伝播する。
それ故、複屈折結晶12に入射するとき零位相差を示す２
つの波24、26は、面31に入射するとき一定の位相差ΔΦ
を示す。位相差ΔΦは、反射率nX、nZ、複屈折要素すな
わち単一結晶板12を通る経路長ｄ、複屈折要素すなわち
単一結晶板12の温度、及び広帯域スペクトル、即ち源14
からの光の波長の相違によって決まる。複屈折要素すな
わち単一結晶板12を通る伝播の後、２つの直交偏光波3
4、36は、（ｎ−１）×360゜の位相偏移については元の
方向23に沿って偏光され、（2n−１）×180゜の位相偏
移については元の方向23に対して90゜に偏光され、（2n
−１）×90゜（ここで、ｎ＝１、２、３・・・）の位相
変移については円形偏光され、そして他の全ての位相変
移については楕円偏光された直線偏光波を形成するよう
に、結合される。
２つの直交偏光波に分解される。２つの波24、26は、直
線偏光子を、複屈折結晶12のＸおよびＺ軸線に対して45
゜に配向することによって、容易に発生される。これら
の２つの波は、複屈折要素すなわち単一結晶板12を通し
て、反射率nX、nZの相違により異なる速度で伝播する。
それ故、複屈折結晶12に入射するとき零位相差を示す２
つの波24、26は、面31に入射するとき一定の位相差ΔΦ
を示す。位相差ΔΦは、反射率nX、nZ、複屈折要素すな
わち単一結晶板12を通る経路長ｄ、複屈折要素すなわち
単一結晶板12の温度、及び広帯域スペクトル、即ち源14
からの光の波長の相違によって決まる。複屈折要素すな
わち単一結晶板12を通る伝播の後、２つの直交偏光波3
4、36は、（ｎ−１）×360゜の位相偏移については元の
方向23に沿って偏光され、（2n−１）×180゜の位相偏
移については元の方向23に対して90゜に偏光され、（2n
−１）×90゜（ここで、ｎ＝１、２、３・・・）の位相
変移については円形偏光され、そして他の全ての位相変
移については楕円偏光された直線偏光波を形成するよう
に、結合される。
２つの直交する偏光波34、36は、複屈折要素すなわち結
晶板12を出ると、導波管28と同じ構造である第２の偏光
維持導波管38に差し向けられ、検光子と通常呼ばれる第
２の直交偏光子40まで搬送される。第１の直線偏光子22
と第１の光学維持導波管28についてと同様に、第２の直
線偏光子40の光学軸線と第２の偏光維持導波管38の光学
軸線は互いに平行に或いは90゜の角度をなして整列して
いる。しかしながら、第１の直線偏光子22、第１の光学
維持導波管28、第２の直線偏光子40および第２の偏光維
持導波管38は、２つの直交偏光波34、36において等振幅
を確保するため、複屈折要素すなわち単一結晶板12の
Ｘ、Ｚ軸線に対して45゜の角度をなして又はその奇数倍
に配向されている。かくして、２つの直交偏光波が第２
の直交偏光子40によって結合されたとき、変調光スペク
トルは、第１図の曲線50で示されるようなフリンジパタ
ーンを有するものとして生成される。この変調光スペク
トルは、オプチカルファイバケーブル46で光電子インタ
ーフェイス11まで搬送される。光電子インターフェイス
11のプリズム48が、光電子インターフェイス11のコンデ
ィショナ41と関連した光検出器52の列に焦点を或わせる
ように、変調光スペクトルをレンズ格子組立体に差し向
ける。コンディショナ41は、1991年９月19日に出願され
た米国特許出願第762,837号に教示されているようにフ
リンジパターンが引き出されるCPU42に連通された出力
信号を出すように、検出器52からの信号に作用する。
晶板12を出ると、導波管28と同じ構造である第２の偏光
維持導波管38に差し向けられ、検光子と通常呼ばれる第
２の直交偏光子40まで搬送される。第１の直線偏光子22
と第１の光学維持導波管28についてと同様に、第２の直
線偏光子40の光学軸線と第２の偏光維持導波管38の光学
軸線は互いに平行に或いは90゜の角度をなして整列して
いる。しかしながら、第１の直線偏光子22、第１の光学
維持導波管28、第２の直線偏光子40および第２の偏光維
持導波管38は、２つの直交偏光波34、36において等振幅
を確保するため、複屈折要素すなわち単一結晶板12の
Ｘ、Ｚ軸線に対して45゜の角度をなして又はその奇数倍
に配向されている。かくして、２つの直交偏光波が第２
の直交偏光子40によって結合されたとき、変調光スペク
トルは、第１図の曲線50で示されるようなフリンジパタ
ーンを有するものとして生成される。この変調光スペク
トルは、オプチカルファイバケーブル46で光電子インタ
ーフェイス11まで搬送される。光電子インターフェイス
11のプリズム48が、光電子インターフェイス11のコンデ
ィショナ41と関連した光検出器52の列に焦点を或わせる
ように、変調光スペクトルをレンズ格子組立体に差し向
ける。コンディショナ41は、1991年９月19日に出願され
た米国特許出願第762,837号に教示されているようにフ
リンジパターンが引き出されるCPU42に連通された出力
信号を出すように、検出器52からの信号に作用する。
所定の波長間隔λ１〜λ２におけるフリンジの数Ｎ、お
よび温度の関数としてのフリンジの数の変化は、次式に
よって計算することができる。
よび温度の関数としてのフリンジの数の変化は、次式に
よって計算することができる。
Ｎ＝ｄ（1/λ１〜1/λ２）Ｂ dN/dT＝ｄ（1/λ１〜1/λ２）dB/T ここで、 B:所定温度での結晶の複屈折 d:複屈折結晶板の厚さ λ1:スペクトルの最小波長 λ2:スペクトルの最大波長 かくして、フリンジの数を数えることによって、複屈折
要素すなわち単一結晶板12が配置されている環境11の電
流温度を決定することができる。
要素すなわち単一結晶板12が配置されている環境11の電
流温度を決定することができる。
先の実験により、BELの複屈折度Ｂは0.07であり、温度
０℃〜1000℃における温度に対する複屈折度の変化dB/d
Tは、9.09×10-6であることが決定された。λ１＝780n
m、λ２＝880nm、ｄ＝1mmであると仮定すると、 Ｎ＝10-3×（1/780−1/880）×109×0.07 Ｎ＝10フリンジ dN/dT＝10-3×（1/780−1/880）×109×9.09×10-6 dN/dT＝0.013フリンジ／℃ 上記のパラメータおよび米国特許出願第762,837号に開
示されたフリンジ計数方法を使用した温度検出システム
10の実際のテストでは、タービンエンジンの作動温度と
して、CPU42に対して1000℃まで±１℃以内で正確な電
流環境温度が発生された。
０℃〜1000℃における温度に対する複屈折度の変化dB/d
Tは、9.09×10-6であることが決定された。λ１＝780n
m、λ２＝880nm、ｄ＝1mmであると仮定すると、 Ｎ＝10-3×（1/780−1/880）×109×0.07 Ｎ＝10フリンジ dN/dT＝10-3×（1/780−1/880）×109×9.09×10-6 dN/dT＝0.013フリンジ／℃ 上記のパラメータおよび米国特許出願第762,837号に開
示されたフリンジ計数方法を使用した温度検出システム
10の実際のテストでは、タービンエンジンの作動温度と
して、CPU42に対して1000℃まで±１℃以内で正確な電
流環境温度が発生された。
第１図に関連して説明した温度検出システム10に使用す
るセンサ19は、透過モード（transmission mode）にお
いてのみ作動する。すなわち、光は、システム10の各要
素を１度だけ一方向にのみ通過する。或る作動条件の下
では、単一の複屈折要素すなわち単一の結晶板に通され
たとき変調波が第５図に示されるように温度検出システ
ム210を通ってスプリッタに反射される場合には、より
コンパクトなセンサ119が望ましい。源100からの広帯域
光スペクトルが、オプチカルファイバケーブル102を介
してファイバカプラ又はスプリッタ101に差し向けられ
る。スプリッタ101は、源100からの光ではなく、複屈折
要素すなわち単一結晶板105からシステム210に反射され
た変調光にのみ影響を及ぼす。スプリッタ101に通され
た後、源100からの光は、単一の直線偏光子103、第３図
に示した型式の偏光維持導波管104、次いで複屈折結晶
板105に伝達される。温度検出システム10におけるよう
に、広帯域光スペクトルは、互いに平行に或いは90゜の
角度をなして配列されている直線偏光子103および偏光
維持導波管104の光軸上に伝達され、複屈折要素すなわ
ち単一結晶板105のＸ、Ｚ軸線は、偏光維持導波管104お
よび直線偏光子103の光軸と45゜或いはその奇数倍のと
ころに整列されていう。複屈折要素すなわち単一結晶板
105に入ると、直線偏光波は２つの偏光波に分解され、
これらの偏光波は、複屈折要素すなわち単一結晶板105
に通されると、第４図に示されるのと同様に、屈折率
NX、NZの相違により位相変移を受ける。複屈折要素すな
わち単一結晶板105に通された後、２つの偏光波は、リ
フレクタ106によって複屈折要素すなわち単一結晶板105
に反射される。リフレクタ106は、高反射金属鏡でもよ
く、或いは複屈折要素すなわち単一結晶板105に直接蒸
着された反射フィルムでもよい。複屈折要素すなわち単
一結晶板105を出ると、直交偏光反射波は、偏光維持導
波管104を通して直線偏光子103まで戻され、そこで２つ
の波は結合されて、曲線110で示されるようなフリンジ
パターンをもつ変調光スペクトルを生成する。複屈折要
素すなわち単一結晶板105の厚さが第１図の複屈折要素
すなわち単一結晶板12の厚さの半分であり、かつ、双方
の温度が同じである場合には、曲線110と曲線50とは、
波長を通じて同じフリンジパターンを有する。
るセンサ19は、透過モード（transmission mode）にお
いてのみ作動する。すなわち、光は、システム10の各要
素を１度だけ一方向にのみ通過する。或る作動条件の下
では、単一の複屈折要素すなわち単一の結晶板に通され
たとき変調波が第５図に示されるように温度検出システ
ム210を通ってスプリッタに反射される場合には、より
コンパクトなセンサ119が望ましい。源100からの広帯域
光スペクトルが、オプチカルファイバケーブル102を介
してファイバカプラ又はスプリッタ101に差し向けられ
る。スプリッタ101は、源100からの光ではなく、複屈折
要素すなわち単一結晶板105からシステム210に反射され
た変調光にのみ影響を及ぼす。スプリッタ101に通され
た後、源100からの光は、単一の直線偏光子103、第３図
に示した型式の偏光維持導波管104、次いで複屈折結晶
板105に伝達される。温度検出システム10におけるよう
に、広帯域光スペクトルは、互いに平行に或いは90゜の
角度をなして配列されている直線偏光子103および偏光
維持導波管104の光軸上に伝達され、複屈折要素すなわ
ち単一結晶板105のＸ、Ｚ軸線は、偏光維持導波管104お
よび直線偏光子103の光軸と45゜或いはその奇数倍のと
ころに整列されていう。複屈折要素すなわち単一結晶板
105に入ると、直線偏光波は２つの偏光波に分解され、
これらの偏光波は、複屈折要素すなわち単一結晶板105
に通されると、第４図に示されるのと同様に、屈折率
NX、NZの相違により位相変移を受ける。複屈折要素すな
わち単一結晶板105に通された後、２つの偏光波は、リ
フレクタ106によって複屈折要素すなわち単一結晶板105
に反射される。リフレクタ106は、高反射金属鏡でもよ
く、或いは複屈折要素すなわち単一結晶板105に直接蒸
着された反射フィルムでもよい。複屈折要素すなわち単
一結晶板105を出ると、直交偏光反射波は、偏光維持導
波管104を通して直線偏光子103まで戻され、そこで２つ
の波は結合されて、曲線110で示されるようなフリンジ
パターンをもつ変調光スペクトルを生成する。複屈折要
素すなわち単一結晶板105の厚さが第１図の複屈折要素
すなわち単一結晶板12の厚さの半分であり、かつ、双方
の温度が同じである場合には、曲線110と曲線50とは、
波長を通じて同じフリンジパターンを有する。
温度検出システム210では、ファイバカプラーすなわち
スプリッタ101に搬送された変調光スペクトルの一部、
即ち50％程度が、ファイバケーブル109によって光電子
インターフェイス111に連通され、そこで、フリンジパ
ターンは、第１図の温度検出システム10におけるように
抽出される。透過温度検出システム10に対する反射温度
検出システム210の使用による利点として、１つの偏光
子103と偏光維持導波管104のみが必要であり、そして、
光が２度板を通って伝播するので、複屈折要素すなわち
単一結晶板105の厚さは半分でよい。
スプリッタ101に搬送された変調光スペクトルの一部、
即ち50％程度が、ファイバケーブル109によって光電子
インターフェイス111に連通され、そこで、フリンジパ
ターンは、第１図の温度検出システム10におけるように
抽出される。透過温度検出システム10に対する反射温度
検出システム210の使用による利点として、１つの偏光
子103と偏光維持導波管104のみが必要であり、そして、
光が２度板を通って伝播するので、複屈折要素すなわち
単一結晶板105の厚さは半分でよい。
フロントページの続き (72)発明者 グオールティーリ デブリン エム アメリカ合衆国 ニュージャージー州 07852 リッジウッド ムーア ストリー ト 12 (72)発明者 ジャンプー ホウ アメリカ合衆国 ニュージャージー州 08807 ブリッジウォーター キリー コ ート 17 (72)発明者 キニー ターレンス アール アメリカ合衆国 インディアナ州 46628 サウス ベンド ハミルトン ストリー ト 1715 (72)発明者 モーリス ロバート シー アメリカ合衆国 ニュージャージー州 07852 リッジウッド エマーンズ ロー ド 98 (72)発明者 ヴァン ディ ヴァート ハーマン アメリカ合衆国 ニュージャージー州 07830 カリフォン ウォルドン ロード 14 (56)参考文献 特開 昭55−99034（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−158326（ＪＰ，Ａ) 特公 平１−23067（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (2)
- 【請求項１】センサ（19）の体験する電流環境温度状態
を示す信号をCPU（42）に提供する温度システム（10）
に使用するためのセンサ（19）において、 第１のオプチックケーブル（20）で伝えられる源（14）
から連通される初期広帯域光スペクトル（16）を配向し
て直線偏光波（23）にするための第１の直線偏光要素
（22）と、直線偏光要素（22）に隣接して配置されてい
て、直線偏光波（23）を直線偏光要素（22）から受け入
れるための、複屈折率Ｂが0.07であり且つ温度に対する
複屈折率の変化率dB/dTが9.09×10-6/℃であるランタン
ベリレイトで形成された複屈折要素（12）とを含み、直
線偏光波（23）は、第１の偏光波（24）と、これに直交
する第２の偏光波（26）とに分解され、第１の偏光波
（24）および第２の偏光波（26）は、複屈折結晶板を通
って伝播するとき、位相偏移を体験し、 第１および第２の偏光波（24、26）を結合してフリンジ
パターン（50）をもつ変調光スペクトルを作り出すため
の第２の直線偏光要素（40）をさらに含み、フリンジパ
ターン（50）は、複屈折要素（12）の受ける電流温度の
関数であり、 第２の直線偏光要素（40）に接続されていて、光調光ス
ペクトルを光電子インターフェイス（11）まで搬送する
ための第２のオプチックファイバケーブル（46）をさら
に含み、光電子インターフェイス（11）において、フリ
ンジパターン（50）が抽出され、コンピュータコンパチ
ブル信号がCPU（42）に対して発生され複屈折要素（1
2）が受ける1000℃まで電流環境温度を正確に表示す
る、 ことを特徴とするセンサ。 - 【請求項２】フリンジパターン（50）は、複屈折要素
（12）の厚さ、初期光スペクトル（18）の波長、および
複屈折要素（12）の温度に依存することを特徴とする請
求の範囲第１項に記載のセンサ。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/796,743 US5255068A (en) | 1991-11-25 | 1991-11-25 | Fringe pattern analysis of a birefringent modified spectrum to determine environmental temperature |
| US796.743 | 1991-11-25 | ||
| PCT/US1992/009612 WO1993011412A1 (en) | 1991-11-25 | 1992-11-06 | A birefringent temperature sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06510863A JPH06510863A (ja) | 1994-12-01 |
| JPH07111384B2 true JPH07111384B2 (ja) | 1995-11-29 |
Family
ID=25168943
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5510120A Expired - Fee Related JPH07111384B2 (ja) | 1991-11-25 | 1992-11-06 | 複屈折温度センサ |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5255068A (ja) |
| EP (1) | EP0614520B1 (ja) |
| JP (1) | JPH07111384B2 (ja) |
| KR (1) | KR970007812B1 (ja) |
| DE (1) | DE69217246T2 (ja) |
| WO (1) | WO1993011412A1 (ja) |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2673023B1 (fr) * | 1991-02-14 | 1993-06-11 | Bertin & Cie | Recepteur de demultiplexage sequentiel pour un reseau de capteurs optiques a codage de modulation spectrale. |
| US5351124A (en) * | 1992-12-29 | 1994-09-27 | Honeywell Inc. | Birefringent component axis alignment detector |
| US5387972A (en) * | 1993-03-15 | 1995-02-07 | National Research Council Of Canada | Coherent phase and frequency detection using sum-frequency mixing in non-linear waveguides |
| US5589931A (en) * | 1995-03-17 | 1996-12-31 | Alliedsignal Inc. | System to determine environmental pressure and birefringent-biased cladded optical sensor for use therein |
| US5561522A (en) * | 1995-03-27 | 1996-10-01 | Alliedsignal Inc. | Integrated birefringent-biased pressure and temperature sensor system |
| EP0819242A1 (en) * | 1995-04-03 | 1998-01-21 | AlliedSignal Inc. | Birefringent optical temperature sensor with adjustable temperature sensitivity |
| FR2738634B1 (fr) * | 1995-09-13 | 1997-11-21 | Photonetics | Dispositif de mesure de dispersion de polarisation et procede de mesure correspondant |
| US5694205A (en) * | 1995-10-19 | 1997-12-02 | Alliedsignal Inc. | Birefringent-biased sensor having temperature compensation |
| US5825492A (en) * | 1996-04-26 | 1998-10-20 | Jaton Systems Incorporated | Method and apparatus for measuring retardation and birefringence |
| US5912457A (en) * | 1996-12-30 | 1999-06-15 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Optically-based pressure sensor having temperature compensation |
| US5991700A (en) * | 1997-10-15 | 1999-11-23 | Sherwood Services, A.G. | EMI stability indicator for tympanic thermometer |
| US6816803B1 (en) * | 2000-06-02 | 2004-11-09 | Exactus, Inc. | Method of optical pyrometry that is independent of emissivity and radiation transmission losses |
| US20040179575A1 (en) * | 2003-01-23 | 2004-09-16 | Markham James R. | Instrument for temperature and condition monitoring of advanced turbine blades |
| WO2006058423A1 (en) * | 2004-11-30 | 2006-06-08 | Opsens Inc. | Birefringent optical temperature sensor and method |
| EP2591326A1 (en) * | 2010-07-07 | 2013-05-15 | ABB Research Ltd. | Fiber optic birefringent thermometer and method for manufacturing the same |
| CN102353457A (zh) * | 2011-06-27 | 2012-02-15 | 北京理工大学 | 一种用于云雾爆炸场的分布式光谱测温装置 |
| DE102015201909B4 (de) * | 2015-02-04 | 2016-10-20 | Technische Universität München | Verfahren und System zum Ermitteln eines optischen Gangunterschieds zwischen in einem doppelbrechenden Objekt entstehenden Teillichtwellen |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US4321831A (en) * | 1980-09-26 | 1982-03-30 | United Technologies Corporation | Digitally compatible optical pressure measurement |
| WO1982003914A1 (en) * | 1981-05-07 | 1982-11-11 | Taniuchi Tetsuo | A temperature detector |
| JPS5918923A (ja) * | 1982-07-23 | 1984-01-31 | Toshiba Corp | 複屈折測定装置 |
| JPS622130A (ja) * | 1985-06-27 | 1987-01-08 | Sharp Corp | 応力検知装置 |
| DE3607462A1 (de) * | 1986-03-07 | 1987-09-10 | Philips Patentverwaltung | Anordnung zur messung der spannungsdoppelbrechung eines optischen sensors |
| FR2595820B1 (fr) * | 1986-03-13 | 1990-01-05 | Bertin & Cie | Dispositif a fibres optiques pour la detection a distance d'une grandeur physique, en particulier de la temperature |
| US4709145A (en) * | 1986-08-20 | 1987-11-24 | Simmonds Precision Products, Inc. | Method and apparatus for compensating fiber optic lead and connector losses in a fiber optic sensor by using a dual wavelength optical source and matched polarizer |
| GB8706318D0 (en) * | 1987-03-17 | 1987-04-23 | Bicc Plc | Optical sensor |
| JPH01158326A (ja) * | 1987-09-11 | 1989-06-21 | Toshiba Corp | 温度測定装置 |
| FR2626367B1 (fr) * | 1988-01-25 | 1990-05-11 | Thomson Csf | Capteur de temperature multipoints a fibre optique |
| US5113472A (en) * | 1991-05-28 | 1992-05-12 | Allied-Signal Inc. | Optical waveguides of aluminum garnet |
-
1991
- 1991-11-25 US US07/796,743 patent/US5255068A/en not_active Expired - Fee Related
-
1992
- 1992-11-06 JP JP5510120A patent/JPH07111384B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1992-11-06 WO PCT/US1992/009612 patent/WO1993011412A1/en active IP Right Grant
- 1992-11-06 DE DE69217246T patent/DE69217246T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1992-11-06 EP EP92924360A patent/EP0614520B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1992-11-06 KR KR1019940701736A patent/KR970007812B1/ko active
Also Published As
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|---|---|
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| EP0614520A1 (en) | 1994-09-14 |
| DE69217246D1 (de) | 1997-03-13 |
| JPH06510863A (ja) | 1994-12-01 |
| EP0614520B1 (en) | 1997-01-29 |
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| KR970007812B1 (ko) | 1997-05-17 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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