JPH09508468A - 不安定なガスの温度を測定する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 不安定なガスの温度を測定する装置は、（ａ）感知素子を有する温度プローブを備えている。上記感知素子は、第１のアドレス光ファイバの一端に光学的に結合された光学的干渉計を有する。この干渉計は、アドレスファイバの端に画成された第１の部分反射面と、この第１の部分反射面から光学路の長さ１だけ離間された第２の部分反射面とを有する。上記装置は、更に、（ｂ）アドレスファイバの第２端に光学的に結合された光源と、（ｃ）ビームスプリッタによりアドレスファイバに光学的に結合された質問光学路とを備え、これにより、上記感知素子からの光学的位相信号の一部分が質問経路の第１端に向けられると共に、光源からの入力光の一部分が質問経路の第２端に向けられ、更に、（ｄ）上記質問経路の第１の端に接続された第１の光検出器と、（ｅ）該光検出器手段に接続されたデータ収集・処理手段とを備え、該データ収集・処理手段は、上記位相信号から上記感知素子の温度を導出する。

Description

【発明の詳細な説明】 不安定なガスの温度を測定する方法及び装置発明の分野 本発明は、光ファイバを使用した干渉測定に基づいて広帯域巾の不安定なガス の温度を測定するセンサ及びそれに関連した装置並びに方法に係る。より詳細に は、本発明は、ターボマシン、特に、例えば、航空機エンジンに使用されるガス タービン及びコンプレッサにおけるガスの全温度測定に関する。先行技術の説明 航空機エンジンの開発は、コンプレッサの性能の厳格な改善を要求し続けてい る。軍事用の航空機エンジンは、推力対重量比を高めそして所有者の経費を低減 する一方、充分なレベルの安定運転範囲及び効率を維持することを要求する。効 率の改善は、民生用エンジンの開発の主たる目的である。これらの要求は、近代 的なコンプレッサ設計における一般的な傾向である。使用されるロータステージ は少なくなる傾向にあり、これは、空気力学ステージ負荷を増大する。ブレード の行は、更に接近離間される傾向にあり、これは、増大した空気力学的負荷とあ いまって、各行がその隣接行に及ぼす影響を増大する。又、ブレードの縦横比は 減少する傾向にあり、これは、ブレード及び端壁における境界層流の複雑さを増 大する。これらの傾向から、コンプレッサ内の不安定な流れフィールドが更に大 きくなり、将来のコンプレッサの設計及び開発において考慮することが必要とな っている。 これらの傾向に応じて、ターボマシンにおける不安定なブレード行の相互作用 に益々注意が払われるようになっている。しかしながら、高速度のターボマシン において不安定な空気力学測定を行うことに関連した問題のために、エンジンに 関連したコンプレッサの測定は僅かであり、従って、関連する基本的な流れプロ セスの実験的な理解が不充分である。しかしながら、１９８０年代の半ば以来の 共同の努力により、高速度のコンプレッサにおいて広帯域圧力測定を行うことに 関連した多くの問題が克服され、エンジンに関連したマシンにセンサが使用され ている。不都合なことに、不安定な温度の測定に関しては、あまり満足な状態で はない。不安定な圧力及び温度の測定は、コンプレッサの効率及びエントロピー 束を正確に測定すべき場合に必要となる。更に、定常状態のブレード行の性能を 導出するために使用される測定システムは、ロータ行の後方の高い脈動フィール ドに対して適切に応答しない。それ故、より正確な定常状態の測定値を導出でき るように、変動する流れフィールドを分析することのできる圧力及び特に温度の 測定システムが要望される。発明の要旨 従って、本発明は、このような用途において急速に変化する温度を測定するの に使用するための光ファイバセンサをベースとする測定プローブを含む測定装置 及び方法に係る。ここでの開示は、連続流コンプレッサテストリグにおけるプロ ーブの実施形態の実証の結果を含む。同様の技術を、高い帯域巾での圧力の測定 にも適用できる。 本発明の目的は、高速コンプレッサにおける不安定な温度変動を測定できるよ うにする光ファイバベースのセンサを提供することである。このようなコンプレ ッサにおける不安定な圧力の測定は、周期的及びランダムな流れ作用を示した。 同じ条件のもとで動作する同じコンプレッサにおいて不安定な温度について対応 する測定値が求められた。このため、光ファイバセンサは、次のものを有するこ とが必要であった。 （ｉ）１２ｋＨｚまでの周波数を通すブレードに関連した主流れ特徴を分析す るために６０ｋＨｚまでの広い周波数帯域巾； （ii）至近離間されたコンプレッサブレード行の間にプローブを挿入できるよ うにするための小さな物理的サイズ（直径６ｍｍ）；及び （iii）過酷な物理的環境（即ちオイルの煙霧が負荷された高い遷音速のマッ ハ数の流れ）に耐える頑丈さ。 センサが６００Ｋまでの範囲で動作する状態でガス温度の分解能が１Ｋ未満で あるのが望ましい。 上記の性能パラメータは、本発明の典型的なターボマシンの用途に対して望ま しいものであるが、本発明は、これらの要件を満足する装置又は方法に限定され るものではない。特に、６０ｋＨｚ未満の帯域巾を与える本発明の実施形態は、 他の用途にも有用であり、既知の不安定温度感知技術に勝る顕著な効果を発揮す る。 ターボマシンにおける不安定温度の測定のために種々の温度センサが知られて いるが、６０ｋＨｚという広い帯域巾を有するものはない。例えば、サーモカッ プルの応答は、約１ｋＨｚに制限され、定電流ホットワイヤセンサは、ガス速度 の変動を交差感知し、細いワイヤの抵抗温度計は、速度をほとんど感知せず、流 れ速度の関数としての補償を必要とし且つ使用中にエージング作用を示す。別の 技術は、約２０ｋＨｚの報告帯域巾を有する吸入プローブである。このプローブ は、チョーク付きオリフィスの上流で異なる過熱比で動作する一対のホットワイ ヤより成る。この構成は、分離されたホットワイヤよりも丈夫である（且つ圧力 測定も行うことができる）が、これらのワイヤは、依然としてエージングがある ことが分かっており、必要とされる校正手順も複雑である。 本発明の第１の特徴によれば、不安定なガスの温度を測定する装置において、 （ａ）第１のアドレス光ファイバの第１の端に光学的に結合された光学的干渉計 手段を含む感知素子を有する温度プローブを備え、上記干渉計手段は、上記アド レスファイバの上記第１の端に画成された第１の部分反射面と、この第１の部分 反射面から離間された第２の部分反射面とを備え、（ｂ）上記アドレスファイバ の第２の端に光学的に結合された光源を更に備え、（ｃ）ビームスプリッタ手段 により上記アドレスファイバに光学的に結合された質問光学路を更に備え、これ により、上記感知素子からの光学的位相信号の一部分が上記質問経路の第１端に 向けられると共に、上記光源からの入力光の一部分が上記質問経路の第２端に向 けられ、（ｄ）上記質問経路の上記第１端に接続された第１の光検出器手段を更 に備え、そして（ｅ）該第１の光検出器手段に接続されたデータ収集・処理手段 を更に備え、該データ収集・処理手段が、上記位相信号から上記感知素子の温度 を導出することを特徴とする装置が提供される。 好ましくは、上記干渉計手段は、上記アドレスファイバの第１端においてその 端面に付着された薄い光学フィルムを備え、このフィルムと上記端面との界面に 第１の部分反射面が設けられると共に、上記ファイバの端面から離れた上記フィ ルムの外面に第２の部分反射面が設けられる。薄い光学フィルムは、５ミクロン までの厚みを有するのが好ましい。薄いフィルムの使用は、薄いフィルムが高い 熱光学係数を有するので、装置に優れた信号対雑音比を与える傾向となる。又、 光学フィルムは、セレン化亜鉛又は二酸化チタンより成るのが好ましい。 本発明の第２の特徴によれば、不安定なガスの温度を測定する方法において、 （ａ）必要な位置に温度プローブを配置し、この温度プローブは、第１のアドレ ス光ファイバの第１の端に光学的に結合された光学的干渉計手段を含む感知素子 を有し、上記干渉計手段は、上記アドレスファイバの上記第１の端に画成された 第１の部分反射面と、この第１の部分反射面から離間された第２の部分反射面と を備え、（ｂ）上記アドレスファイバの第２端に光学的に結合された光源からの 光で上記感知素子を照射し、（ｃ）ビームスプリッタ手段により上記アドレスフ ァイバに光学的に結合された質問光学路により上記感知素子を質問し、これによ り、上記感知素子からの光学的信号の一部分が上記質問経路の第１端に向けられ ると共に、上記光源からの入力光の一部分が上記質問経路の第２端に向けられ、 （ｄ）上記質問経路の上記第１端に接続された第１の光検出器手段によって上記 感知素子からの光学信号を監視し、そして（ｅ）該第１の光検出器手段に接続さ れたデータ収集・処理手段により上記感知素子の温度を導出するように上記光学 信号を処理することを特徴とする方法が提供される。図面の簡単な説明 以下、添付図面を参照し、本発明の実施形態を詳細に説明する。 図１は、光ファイバの端面に配置された薄膜感知素子を含む本発明の１つの特 徴によるセンサの実施形態の概略側面断面図である（正しいスケールでない）。 図２は、図１のセンサを組み込んだ本発明による温度測定システムの実施形態 を示す回路図である。 図３は、本発明による２．４μｍのセレン化亜鉛フィルムのファイバセンサの 計算された周波数応答を空気の温度の単位振幅振動に対して示すグラフである。 図４は、薄膜センサの２波長動作に対する図２の測定システムの変形を示す概 略図である。 図５は、試験用コンプレッサに使用するための本発明による光ファイバ直角プ ローブの構成を概略的に示す図である。 図６は、９．６ｋＨｚの渦流発生周波数で本発明によるセンサの実験評価に使 用される渦流発生ワイヤにビート電流を付与した状態のファイバセンサ信号のス ペクトルを示す図である。 図７は、（ａ）コンプレッサの試みにおいて第１段ロータの後方のハブに接近 した本発明によるファイバ温度センサからの位相固定平均出力信号と、（ｂ）温 度信号のランダムな不安定さを示す図である。 図８は、（ａ）図７と同様の運転条件のもとで得られた位相固定平均圧力トラ ンスジューサ信号と、（ｂ）圧力信号のランダムな不安定さを示す図である。 図９は、１０％のスパンに位置されている間のファイバセンサ信号の電力スペ クトルを示す図である。 図１０は、本発明のセンサの第２の実施形態を示す概略側面断面図である。 図１１は、図１０に示すセンサ例の計算された周波数応答を空気の温度の単位 振幅振動に対して示すグラフである。 図１２は、図１０のセンサに対するソース及び検出器光学系の構成を示す図で ある。 図１３は、渦流発生周波数における温度振動を検出するために加熱ワイヤの伴 流中に装備される図１０のセンサの実験構成を示す回路図である。 図１４は、（ａ）３．１０ｋＨｚの渦流発生周波数で図１３の構成の渦流発生 ワイヤに加熱電流を付与した場合、及び（ｂ）３．４６ｋＨｚの渦流発生周波数 でその渦流発生ワイヤに加熱電流を付与しない場合のセンサ信号のスペクトルを 示す図である。 図１５は、（ａ）３．１０ｋＨｚの渦流発生周波数で図１４の構成の渦流発生 ワイヤに加熱電流を付与した場合、及び（ｂ）３．４６ｋＨｚの渦流発生周波数 でその渦流発生ワイヤに加熱電流を付与しない場合のホットワイヤ風速計信号の スペクトルを示す図である。好ましい実施形態の詳細な説明 添付図面を参照すれば、図１は、光ファイバ１２の端面に付着された薄い光学 フィルム１０より成る感知素子を含む本発明のセンサの第１の実施形態を示す。 ファイバ１２は、コア１４及びこれを取り巻くクラッド１６を含む。ファイバコ ア１４の入力端へ放射されたレーザ光線は、フィルムの両面で部分反射され、即 ちファイバ１２とフィルム１０との界面で第１の部分反射が生じ、そしてファイ バ１２の端から離れたフィルム１０の外面で第２の部分反射が生じる。その２つ の反射されたビームは、フィルム１０の光学的な厚みに比例する量だけ位相が異 なる。２本のビーム間の干渉は、それらビーム間の光学的位相差の周期的関数で ある全反射光強度を生じる。この位相差は、フィルムの平均温度の直線関数であ る。というのは、以下に詳細に述べるように、フィルムの厚み及び屈折率は温度 に直線的に依存するからである。それ故、反射された信号は、フィルム温度の尺 度として使用することができる。図示されたように、フィルム厚み＝１；フィル ムの屈折率＝ｎ；そしてｎ_c及びｎ_oは、各々、ファイバコアの屈折率、及びファ イバが浸漬する媒体の屈折率である。この例では、使用する光学的フィルムはセ レン化亜鉛（ＺｎＳｅ）で形成され、これは、屈折率が比較的大きく且つ温度係 数が強力である。セレン化亜鉛よりも屈折率が若干高いが温度係数が弱い二酸化 チタン（ＴｉＯ₂）のような他の適当な材料を使用することもできる。 図１のセンサを組み込んだ温度測定システムの基本的な光学構成が図２に示さ れている。この構成体は、第１のアドレス光ファイバ２０と、第２の質問光ファ イバ２１とを含み、これらは方向性カプラー２２によって一緒に結合される。レ ーザダイオードの光線は、レーザダイオード１８から、第１のコリメートレンズ ２４、光学アイソレータ２６及び第２の収束レンズ２８（この技術で良く知られ た）を経てアドレスファイバ２０の第１アーム３０へ放射される。方向性カプラ ー２２は、到来する光線を、図１に示すセンサを組み込んだ測定プローブ３４へ 通じているアドレスファイバ２０の第２アーム３２（図１のファイバ１２に対応 する）と、強度基準検出器３６へ通じている質問ファイバ２１の第１アーム３８ との間で各々分割する。強度基準検出器３６は、レーザダイオード１８からの出 力を、プローブ３４自体からの信号と比較するために監視できるようにする。 プローブ３４のセンサから反射された信号は、カプラー２２へ戻り、そこで、 分離光学系２６（反射信号の光線がレーザダイオード１８へ到達するのを防止す る）へ通じるアドレスファイバ２０の第１アーム３０と、信号検出器４２へ通じ る質問ファイバ２１の第２アーム４０との間で分割される。強度基準検出器３６ 及び信号検出器４２からの出力信号は、データ収集・処理手段４４へ送られて、 所要の温度測定値を与えるように処理される。 従来のセンサとは異なり、光ファイバプローブ３４は、測定エリアへの電気的 な接続をもたず、従って、電気的な干渉を排除する。２００ｍという接続ファイ バ長さが可能であり、これにより、放射及び検出光学系や、信号処理を、運転中 のコンプレッサリグの甚だしいノイズや振動から離れたところに配置することが できる。 ファイバセンサは、広帯域巾の温度測定に対するその潜在性を意味する多数の 特徴を有している。センサに質問するのに必要な光学的出力は、著しい加熱作用 を与えるには著しく小さなもので、速度に対するクロス感度を無視することがで きる。フィルムの厚みは数μｍに過ぎず、熱質量が低く、熱的な時定数を小さな ものにする。干渉測定は、光学経路の長さにおける非常に僅かな変化を分析する ことができ、従って、高い温度感度を確保する。センサの誘電体特性は、多数の ノイズ源を回避し、従って、固有の高温度分析の技術を利用できるようにする。 本発明に係る形式の光ファイバ干渉測定温度センサの動作の背景にある理論的 な基礎を詳細に説明する。以下の用語を使用する。 Ｃ＝停滞点速度勾配 Ｄ＝直径 Ｉ＝光学強度 Ｎ＝ロータ回転数 ａ、ｂ、ｃ＝光学伝達関数の定数 ｈ＝熱伝達係数 ｋ＝熱的空間周波数 ｌ＝センサの長さ又は厚み ｎ＝感知フィルムの屈折率 ｔ＝時間 ｕ＝平均流速 ｘ＝位置 α＝熱拡散性 φ＝光学位相 κ＝熱導電率 λ＝光学波長 ν＝運動速度 ω＝光学角周波数 Ａ₀＝波振幅 Ｐ_r＝プラントル数 Ｐ_(t)＝アンサンブル平均信号 Ｐ’_(t)＝ランダム不安定さ ｎ_c＝ファイバコアの屈折率 ｎ_o＝ガスの屈折率 Ｔ_m＝感知素子の平均温度 Ｔ_q＝ガスの全温度 φ_o＝位相定数 κ_f＝流体熱伝導率 センサは、反射に使用される薄膜干渉計で、単一モード光ファイバの面に付着 される。前面反射と後面反射との間の光学的位相差は、次の通りである。 λ＝４πｎｌ／λ （１） 但し、ｎはフィルムの屈折率、ｌはフィルムの厚み、そしてλは照射の波長であ る。それ故、フィルムの平均温度変化ΔＴ_mは、次の位相変化を生じる。 Δφ＝４π（ｌ／λ）〔ｄｎ／ｄｔ＋（ｎ／ｌ）（ｄｌ／ｄｔ）〕ΔＴ_m （２） 但し、ｄｎ／ｄＴはフィルムの熱−光学係数を表し、そしてｄｌ／ｄＴはその熱 膨張率である。フィルムの吸収性を無視できる場合には、通常の入射において反 射される光学的な強度は、次の式となる。 Ｉ（φ）＝Ｉ₀〔（ａ−ｂ＋ｃ cosφ）／（ａ＋ｂ＋ｃ cosφ）〕 （３） 但し、ａ、ｂ、ｃは、屈折率に関して定義される。 ａ＝（ｎ_c ²＋ｎ²）（ｎ²＋ｎ_o ²） ｂ＝４ｎ_cｎ²ｎ_o ｃ＝（ｎ_c ²−ｎ²）（ｎ²−ｎ_o ²） （４） ｎ_c及びｎ_oは、光ファイバコアの屈折率、及びフィルムに接触する媒体の屈折率 である。従って、位相φの温度依存性は、信号の光検出器において温度に依存す る光学強度を生じ、これは、式（３）の周期関数に従う。位相変化Δφ＜＜１ラ ジアンを生じるに充分な小さな温度変化Ｔ_mに対する応答は、ほぼ直線的であり 、その感度は、動作点のコサイン関数の傾斜に基づく。所与のレーザ波長及び周 囲温度に対し、動作点は、フィルム厚み１によって決定され、これは、感度が０ に接近するコサインの遷移点付近での動作を回避するように選択することができ る。 使用した光学的被膜は、セレン化亜鉛であった。この材料は、比較的大きな熱 −光学係数ｄｎ／ｄＴを有し、そして以下に述べるように蒸着により薄膜で付着 するのに適している。レーザ波長は、約８３０ｎｍであり、この波長において、 ｎは約2.6でありそしてｄｎ／ｄＴは約１.０ｘ１０^-4であり、光学的吸収度は低 い。溶融シリカ及び空気の場合は、各々、ｎ_c＝１.４６そしてｎ_o＝１.００であ る。式（２）を使用し、そして熱膨張項が熱−光学係数に比して小さいことに注 目すると、約１７００Ｋの平均センサ温度変化が２πの光学位相変化に対応する ことが分かる。それ故、ここに取り上げる用途では、センサは、常に、小さな信 号方式で動作する。 ガス流に曝されるファイバ端面（図１）の熱応答は、最も簡単な場合は、セン サファイバへと軸方向に熱が伝導する１次元の問題と考えることができる。ガス の全温度が時間と共に変化するＴ_g（ｔ）場合には、熱の擾乱がフィルムを経て 伝播して、センサの長さに沿って平均化された時間と共に変化する平均温度Ｔ_m （ｔ）を生じ、これは、式（２）に基づいて測定することができる。熱的な振動 に対する周波数応答は、高調波振動する周囲温度にその端が曝された半無限ロッ ドへの熱伝導に対する分析解決策から計算することができる。ガスの全温度が、 Ｔ_g（ｔ）＝ｃｏｓ ωｔのように単位振幅と共に変化する場合には、フィルム に対して距離ｘにおける温度は、次の式で与えられる。 Ｔ（ｘ、ｔ）＝Ａ₀ｅ^-kxcos（ωｔ−ｋｘ−φ_o） （５） 但し、Ａ₀＝〔１＋２ｋ／Ｈ＋２ｋ²／Ｈ²〕^-1/2 （６） ｋ＝（ω／２α）^1/2及びＨ＝ｈ／κ ここで、α及びκは、薄いフィルムの熱拡散率及び熱伝導率であり、ｈは、セン サ表面における熱伝達係数であり、そしてφ₀は、周波数に依存する位相定数で ある。フィルム厚み１によりＴ（ｘ、ｔ）を積分すると、周波数ωにおける平均 温度振動が与えられ、振幅Ａ_mは、次のように与えられる。 Ａ_m（ω）＝（Ａ₀／２ｋｌ）〔２（１＋ｅ^-2kl）−４ｅ^-klcos ｋｌ〕^1/2 （７） 振動するガス温度に対する予想されるセンサ応答は、ガスからセンサへの熱伝 達係数ｈが既知であれば、計算することができる。これは、センサが到来する流 れの停滞点に配置されると仮定することにより推定でき、これは、ファイバのコ アがその直径に比して小さいので良好な近似である。軸対称形状をもつ本体の停 滞点における熱伝達係数は、次のように書き表すことができる。 ｈ＝κ_f０.７６２ Ｐｒ^0.4（Ｃ／ν）^1/2 （８） 但し、κ_fは熱伝導率であり、Ｐｒはプラントル数であり、νは流体の運動速度 であり、そしてＣは停滞点速度勾配である。１より小さなマッハ数に対し平均流 速ｕにおける直径Ｄの平らな先端付き本体の場合に、ホワイトは次のように推定 する。 Ｃ＝１.３５ｕ／Ｄ （９） 式（８）及び（９）を使用して、特定の平均流状態において円筒状ファイバの 端面に対する熱伝達係数を計算することができ、次いで、式（７）からセンサの 応答を見出すことができる。 単位振幅熱振動に対する計算された周波数応答が、2.4μｍ長さのセンサに対 して図３に示されている。この応答は、実際の用途における光学出力レベルとし て１μラジアン／√Ｈｚのショットノイズに匹敵し得る（このノイズ源は、強度 測定を行う光子フラックスのランダムなポアソン統計学的情報に関連した基本的 な限界である）。１μラジアン／√Ｈｚのノイズレベルは、現在の信号検出シス テムにおいて達成し得るノイズレベルである。 式（３）の伝達関数は周期的であり、そしてその傾斜、即ち位相変動に対する 小信号感度も同様に周期的である。単一波長動作における出力信号（図２に示す システムの場合のように）は、動作点に依存する。図４は、得られる伝達関数の 間にπ／２の位相シフトを与えるように選択された異なる波長λ₁及びλ₂を有す る２つの個別のソース４６及び４８からの光を干渉計に照射し、直角位相の２つ の信号が記録されるようにすることにより、出力が動作点に関わりないものにさ れた変形システムを示している。２つの個別のレーザダイオード４６、４８から の光は、アドレスファイバ５２へ放射される前に方向性カプラー５０によって合 成され、そしてλ₁及びλ₂出力Ｉ₁及びＩ₂は回折格子５４により２つの光検出器 ５６及び５８へと空間的に分離される。 空間的な分離とは別に、一時的な復調を使用してもよく、これは、単一の光検 出器と、異なる周波数における２つのレーザソースの振幅変調とを必要とする。 電子的な復調は、各波長の戻り信号を発生する。変調周波数は、次のものを回避 するように選択されねばならない。（ｉ）復調された信号間のクロストーク、そ して（ii）全センサシステムの帯域巾の妥協。 センサの温度変化ΔＴは、振幅（ΔＩ₁ ²＋ΔＩ₂ ²）^1/2によって与えられ、こ れは、センサから得られるデータからソフトウェアで計算することができる。 実際に、λ₁出力とλ₂出力との間の位相差は、厳密にπ／２ではない。しかし ながら、光学的位相、ひいては、ΔＴは、Ｉ₁及びΔＩ₂の分析関数を保持する。 更に、ΔＴは、３つ以上の波長を用いてセンサを照射する場合に、位相が分離さ れた３つ以上の出力ΔＩ₁．．．ΔＩ_nを与えるように正確に得ることができ、即 ちΔＴは、ΔＩ₁．．．ΔＩ_nの分析関数である。各信号間の位相差は、π／２に できるだけ接近するのが好ましいが、０又はπ（又はその倍数）以外の異なる値 を使用することができる。 図１のセンサの感知素子１０を形成するために、ＺｎＳｅフィルムが、真空蒸 着技術により光ファイバ１２の劈開端に付着される。これは、例えば、全自動の バルザーズ(Balzers)５５０ボックス被覆装置で行うことができ、この場合に、 高純度（９９.９９％）ＺｎＳｅ粉末を含むモリブデンのボートが約９００℃に 抵抗加熱される。蒸着中には約２ｘ１０^-4Ｔｏｒｒの基本圧力が維持され、これ は、０.５ｎｍｓ^-1の付着率に制御される。付着フィルムの被覆接着性及び光学 的な質を改善するために、被覆の前に、劈開したファイバ端が被覆装置内の放射 ヒータによって熱浸漬される。 蒸着中に、フィルムの厚みは、クオーツクリスタルモニタにより監視される。 2.4μｍまでのフィルム厚みが首尾良く付着された。溶融シリカ基板（直径約２ ５ｍｍ）が被覆の目印として同時に被覆され、分光測光分析により被覆の屈折率 及び厚みを測定できるようにした。 コンプレッサの測定に使用するためのプローブが図５に示されている。プロー ブの主たる要件は、光学センサをしっかりと取り付けると共に、光ファイバのフ ィードアウトを保護することである。プローブ本体６０は、隣接するシールド式 サーモカップルセンサ６２が取り付けられた従来の空気くさびプローブから応用 される。このような構成は、高速コンプレッサーのテストに日常使用される典型 的なものである。このような既存のプローブの設計は、広帯域巾の温度センサに 更に適するように変更することができる。 プローブ設計の主たる問題は、光ファイバ６４を屈曲半径が約３ｍｍの９０° 屈曲部を経て支持し、その感知光ファイバ６４の端を固定することに関連してい る。これは、ガラス又は金属の毛細管６６のプリフォーム屈曲部にファイバ６４ を支持することにより達成される。金属の毛細管をベースとするプローブが図５ に概略的に示されている。 図示された金属の毛細管をベースとするプローブは、次のように構成される。 （ｉ）５ｍ長さの単一モードの光ファイバをその一端で劈開する。（ii）この端 に2.4μｍ厚みのＺｎＳｅフィルム６８を真空被覆する。（iii）ある長さの金属 毛細管６６を硬化処理し、半径３ｍｍ長さ９０°の屈曲部を形成する。（iv）４ ０ｍｍの支持ステム及び３ｍｍ長さの前方突出を与える長さに毛細管を切断する 。（ｖ）毛細管６６を経てファイバ６４を引っ張り、ＺｎＳｅフィルム６８が管 ６６の平らな端から２０μｍだけ引っ込む状態に配置する。（vi）ファイバ６４ を位置保持するように管６６を軽くクランプする。（vii）毛細管６６をステン レススチールのくさび形プローブ６０内にエポキシ接着剤で固定する。 空気力学テストの目的で、ｋＨｚ周波数の熱発振を生じる方法がテスト装置に 必要とされる。このような熱発振を形成するための幾つかの従来報告されている 技術は、加熱された乱流ジェットにおける熱的変動のスペクトルの測定及び空気 流におけるワイヤの直流及び交流電気加熱である。本発明の場合には、加熱され たブラッフボディーからの渦流発生(vortex shedding)が使用され、特に、直流 を搬送する金属ワイヤが空気流に対して横方向に露出される。渦は、流速により 決定される周波数においてワイヤから発生され、温かい空気と周囲の空気が渦流 発生周波数で混合するところの伴流において熱的な変動が生じる。又、この構成 は、空気の速度に対するクロス感度も示す。というのは、加熱電流を取り去った ときに渦流発生周波数において速度の変動が依然存在するからである。 渦流発生ワイヤは、小さな開いた噴射風トンネルの出口の下流２０ｍｍに配置 された。出口の作用区分は８０ｍｍ平方であり、流速は５ないし１２ｍｓ^-1であ りそして測定された乱流強度は０．４％であった。センサは、渦流発生ワイヤの 約１ｍｍ後方にファイバ軸を水平にして上流に向けて配置し、平均流がファイバ の端面に直角に入射するようにした。渦を監視するために、従来のホットワイヤ 風速計プローブを取り付け、その感知ワイヤがセンサの端面と同一平面になり且 つ片側に対して約５ｍｍの同じ高さになるようにした。ファイバ及びホットワイ ヤプローブの両方は、渦流発生ワイヤに対して垂直に一緒に並進移動できるよう にされた。 渦流発生ワイヤは、０.１５ｍｍ直径のニクロム合金であり、得られる流速に 対し、周波数は、熱を付与しない状態で４ないし１３ｋＨｚの範囲であった。渦 流発生ワイヤを周囲温度より高く加熱した場合には、ワイヤに接近した空気のレ イノルズ数が減少され、そして渦流発生周波数は、ここに使用するものと同様の 流れ方式に対して減少される。 １０.５ｍｓ^-1（Ｒｅ＝１０４）の空気速度において、渦流発生周波数は加熱 電流を付与しない状態で１１.３ｋＨｚであった。９Ｗの直流加熱電力では、渦 流発生周波数は、９.６ｋＨｚに減少した。出力信号は、ライン巾設定が１２５ Ｈｚのスペクトル分析器で監視され、その結果を図６に示す。ノイズフロアより １０ｄＢ上の明確なスペクトルピークが、熱付与状態で渦流発生周波数において 現れる。加熱を除去して、渦流発生ワイヤを周囲温度に戻したときには１１.３ ｋＨｚに信号がなく、これは、薄膜センサが空気速度の変動に対して著しいクロ ス感度を有しておらず、空気温度の変動にのみ応答することを意味する。 高い負荷がかけられた５段コアコンプレッサの第１段ロータの後方の流れフィ ールドに温度センサを露出する試みがなされた。多数のスパン方向のステーショ ンにおいて測定が行われ、その間、マシンは、設計速度特性のピーク効率の付近 で動作した。この状態において第１段に対する典型的な空気力学的パラメータを 以下のテーブル１に示す。不安定な圧力の測定も行った。これは、このマシンに おいて初めて不安定な温度の測定が試みられたものであった。 テーブル１：第１コンプレッサ段の後方の典型的な流れパラメータ パラメータ 値 流速（ｍｓ^-1） ２２５ 平均全温度（Ｋ） ３３９．５ 平均全圧力（ｋＰａ） １１２ 圧力及び温度の両方の測定中に、データは２つのモードで記録した。即ち、連 続的にサンプリングされたデータと、１回転に１度のトリガーパルスに位相固定 されて記録された多数のデータである。後者は、その後、データに見られるアン サンブル平均温度変動及びランダム不安定さを表すように処理された。両方のモ ードにおいて、信号は、５００ｋＨｚでサンプリングされた。 不連続な位相固定データをオンラインで処理して、以下のパラメータを決定し た。 ａ）アンサンブル平均信号、即ち ｂ）ランダムな不安定さ、即ち 但し、Ｐ_(n,t)は、瞬時ＡＣ結合信号であり、Ｎは、１回転あたり１度のパルス に応答して位相固定データ捕獲が行われた連続ロータ回転の数であり、そしてｔ は、セグメント化されたデータ記録（典型的に、記録モジュールの容量に基づき ５１２又は２０４８個のサンプル）の各々の一時的な巾である。 このような処理は、ロータに相関した周期的な不安定さを強調する確立された 技術である。データは、１回転あたり１度の信号に応答して捕獲されるので、ロ ータは、記録サイクルが開始されるたびに同じ位置にあり、個々のロータ通過に 関連した流れフィールドの差が保持される。 ハブに接近して得た（１０％スパンで）アンサンブル平均停滞温度測定値が図 ７（ａ）に示されている。これらは、同じスパン方向の位置で異なる運転中に得 た図８（ａ）の対応する停滞圧力測定値と比較し得るものである。又、対応する ランダムな温度及び圧力不安定さも示されている（図７（ｂ）及び８（ｂ））。 温度及び圧力データの間には、特に、ブレードの伴流に関連した増加したランダ ムな不安定さに関して著しい質的な一致がある。 フーリエ変換により計算された連続的にサンプルされたデータの一部分の電力 スペクトルが図９に示されている。このスペクトルの主たる成分は、９.２ｋＨ ｚのブレード通過周波数である。しかしながら、ブレード通過周波数の２倍、３ 倍及び４倍の成分も、約３６ｋＨｚのセンサ帯域巾の下限を示すノイズフロアの 上に明確に観察されている。更に別の信号処理により、７４ｋＨｚまでの潜在的 な帯域巾を示す第８高調波までの応答成分が示される。 信号が失われるまで、約１時間流れに完全に露出する間に、データが記録され た。その後にプローブを検査し、ＺｎＳｅ被覆の一部分がおそらくは流れにおけ る粒子又はオイル小滴によってダメージを受けたことが示された。 上記したコンプレッサの試みは、コンプレッサにおける不安定な温度フィール ドの詳細な試験としてではなく、現実的な空気力学テスト設備に光ファイバセン サを使用する実現性を実証するために行われた。これらの試みで得られたデータ の校正は、重要な問題ではなく、不安定温度のコンプレッサデータを加熱された 渦流発生データと比較することによって行われた。９.６ｋＨｚの渦流発生信号 は、ラジアル方向の横断において９.２ｋＨｚのブレード通過周波数に接近して おり、それ故、センサの応答の周波数依存性は、比較に影響を及ぼすものではな かった。感知フィルムは、両方の場合に２.４μｍのＺｎＳｅであった。渦流発 生ワイヤに付与される９Ｗの加熱電力は、対流により放熱される場合は、約１０ Ｋの伴流の平均空気温度上昇、又は周囲空気及び加熱空気の混合の場合には５Ｋ の振幅を生 じる。この振幅のガス温度振動に対するＺｎＳｅフィルムの光学応答が、渦流発 生の実験で決定された。従って、コンプレッサにおいて観察されるセンサ応答は 、２つの実験においてガス対センサの熱伝達係数が同じであると仮定すれば、ガ ス温度振幅に対して目盛付けすることができる。データは、ブレード通過周波数 において明確な構造を示すが、ブレード通過周波数より上の周波数においても構 造は存在する。ブレード通過周波数の２倍及び３倍において著しい成分が観察さ れた。 センサの被覆は、コンプレッサ内の流れに約１時間露出した後にダメージを受 けた。しかしながら、この試みのセンサにおけるＺｎＳｅ被覆は、保護がなされ ておらず、高周波数の熱的応答に対する悪影響を防止するために充分に薄い適当 な保護被覆を施す技術が存在する。それ故、この新たな技術は、連続する流れに おいて広帯域巾の不安定な温度を測定する基礎をもたらす。 干渉測定をベースとする光ファイバセンサは、空気力学試験設備における他の 応用も考えられる。例えば、ファイバのファブリ・ペロー干渉計は、過渡的な流 れの風のトンネルにおいてビートフラックスを測定するのに適していることがこ れまで示されている。更に、特殊な光学的被覆における歪光学作用や小型の空気 離間干渉計のような他の変換原理も、広帯域巾の圧力測定に適用できる。 本発明の上記実施形態は、低速度の渦流発生装置において約１０ｋＨｚで５Ｋ の振幅と推定される空気温度変動に対する応答が実証された全光学温度センサを 提供する。このセンサは、速度の変動には不感である。この光学センサは、プロ ーブに組み込まれ、試験用のコンプレッサにおいてマッハ０.７の平均流で運転 された。センサと、遠隔配置される関連信号処理手段との間に電気的接続は必要 とされない。ノイズより充分に上の信号がアンサンブル平均化データにおいて得 られ、これは、ハブから先端までのラジアル方向横断において１ないし６Ｋ温度 振幅範囲と推定される強力な成分を９.２ｋＨｚのブレード通過周波数に示して いる。 光ファイバ干渉測定センサの第２の実施形態を、図１０ないし１５を参照して 説明する。 本発明の第１の実施形態においては、ファイバの端面の光学的被覆によりファ ブリ・ペロー型の干渉計が形成され、被覆の厚みは、被覆の部分反射面間に光学 的経路長さを与えるものであった。第２の実施形態では、図１０に示すように、 干渉計の光学経路は、アドレスファイバ９２の端へと繋がれた短い長さのファイ バ９０によって与えられ、アドレスファイバ９２及び短い感知ファイバ９０の隣 接端の間に部分反射被覆９４が挿入される。又、繋ぎ部から離れた感知ファイバ の反対の端面９６に第２の部分反射被覆が付与されてもよい。この形式の繋がれ たファイバ干渉計は、これまで、熱フラックスセンサとして使用されており、こ の場合に、感知ファイバの繋ぎ端からの熱損失を防止するために感知ファイバは 充分に長い（約１−２ｍｍ）のが望ましい。この形式のセンサを、熱フラックス センサとしてではなく、温度センサとして使用すべき場合には、干渉計の経路長 さを比較的短くして、センサ本体が比較的短い時間スパン内に熱的平衡に達する ようにするのが望ましい。光学的被覆を干渉計本体として使用する第１の実施形 態は、最短の実際的な経路長さを与える。しかしながら、繋ぎ式ファイバセンサ は、有効な温度センサを形成するに充分なほど短い感知ファイバと共に形成する ことができる。 この第２の実施形態による繋ぎ式ファイバセンサは、２本の溶融したシリカの 単一モードファイバを溶融繋ぎすることによって形成することができ、その一方 は、繋ぎを形成するときに内部ミラーとして働くようにその端面に例えば二酸化 チタンの被覆を有する。一方のファイバは、感知素子を形成し、他方の長いファ イバは、光学システムの他部分に接続されるダウンリード（アドレスファイバ） である。この被覆は、真空中で電子ビーム蒸着することにより付着することがで き、その厚みは、繋ぎ部の最適な反射率及び強度を得るためには４０ないし８０ ｎｍの範囲である。溶融繋ぎの後に、ファイバは並進移動段に取り付けられ、繋 ぎ部から必要な距離において劈開される。ここに示す例では、干渉計の外側のミ ラーは、感知素子９０の劈開した端面９６によって形成された。より高い反射率 が必要とされる場合には、外面９６を被覆することができる。入念に、ファイバ クラッド直径（１２５μｍ）より小さいセンサ長さが達成することができ、その 最短は１４μｍであり、典型的な長さは数十ミクロンである。高速応答の温度計 ではなくて熱量計（熱フラックス）ゲージとして使用するために従来製造されて いるＦＦＰセンサは、２００μｍないし２ｍｍの範囲のセンサ長を有する。 光学的構成体が図１３に示されており、これは、第１の実施形態で使用された ものと同様である。光源１００は、レーザダイオード（λ＝７８０ｎｍ、２０ｍ Ｗ光学出力のシャープ製ＬＴＯ２４）であり、放射光学系１０２は、第１の実施 形態の場合と同様に、コリメート光学系と、ファラディアイソレータの形態の分 離光学系とを含んでいる。レーザダイオード１００からの光は、顕微鏡の対物レ ンズを経てファイバの方向性カプラー１０６の一方のアーム１０４へ５０／５０ 分割比で放射される。センサ１０７は、カプラーアーム１０８の端に配置され、 信号は、アーム１１０の端において光検出器１０９により検出され、基準検出器 １１２は、アーム１１４の端に配置される。ファイバの端は、反射を最小にする ために検出器に対して屈折率整合される。 この例では、単一レーザ波長が使用され、その目的は、周波数ドメインにおけ るガス温度振動を検出するセンサの能力を実証することである。以下に述べるよ うに、温度振動は、既知の狭い周波数帯域において付与され、センサの出力信号 のスペクトルを検査することによりその存在を露呈できるようにした。この場合 には、温度の校正は不要であり、小さな温度振動が一定の出力信号を与えるよう に、センサがその伝達関数（式（２））の変異点で動作しないように確保すれば 充分である。応答は、センサにホットエア流（約２００℃）を付与することによ りチェックした。 又、この実施形態も、第１の実施形態と同様に渦流発生テストリグにおいてテ ストされた。このテストリグは、以下に詳細に述べるが、第１の実施形態に用い たものと同じであった。 この場合も、渦流発生ワイヤ１１５は、小さな開放噴射風トンネル１１６（図 １３）の出口に配置された。トンネル本体は、長方形断面及び１０：１の面積収 縮をもつポリスチレンで構成された。トンネルの入口において４０Ｗの遠心送風 機（図示せず）により空気を供給した。トンネル出口１１７の作用区分は、８０ ｍｍ平方であり、流速は５ないし１２ｍｓ^-1の範囲であり、測定された乱流強度 は０.４％であった。渦流発生ワイヤ１１５は、その軸を水平にした状態でトン ネル出口１１７から２０ｍｍ下流にあり、１０５ｍｍのワイヤ長さの中央７０ｍ ｍにわたって流れに露出された。 ファイバセンサ１２０は、ファイバ軸を水平にした状態で上流に向けて渦流発 生ワイヤの約１ｍｍ後方に配置され、図１３に示すように、平均流がファイバ端 面に直角に入射するようにした。ファイバは、並進移動段１２２に取り付けられ た堅牢なワイヤ支持体に平行に取り付けられ、最終的に２ｍｍのファイバが非支 持の状態で空気流へと突出された。渦の存在を監視するために、従来のホットワ イヤ風速計プローブ（ＤＩＳＡ形式５５、５μｍのワイヤ直径）（図示せず）が 取り付けられ、その感知ワイヤがセンサ端面と同一平面にされ且つ片側に対して ５ｍｍの同じ高さにされた。ファイバセンサ１２０及びホットワイヤプローブの 両方は、渦流発生ワイヤ１１５に対して垂直に一緒に並進移動できるようにされ た。 渦流発生ワイヤ１１５は、０.３７ｍｍ直径のニクロム合金であった。流速ｕ において直径ｄの円筒から予想される渦流発生周波数は、次の通りである。 ｆ＝０.１９８〔１−（１９.７／Ｒｅ）〕ｕ／ｄ （１０） 但し、Ｒｅは、円筒に対する流れのレイノルズ数である。Ｒｅが４０より大きい とすれば、渦流が発生し、使用できる流速に対し、ｄ＝０.３７ｍｍの場合の周 波数は、渦流発生ワイヤに熱が加えられない状態で２.２ないし６.０ｋＨｚの範 囲である。渦流発生ワイヤが周囲温度より高く加熱される場合には、ワイヤの近 くの空気のレイノルズ数が減少され、上記したように、渦流発生周波数は減少す る。しかしながら、Ｒｅが以上であり、これらの実験において条件を満たす場合 には、周波数の減少は大きくない。 ４０μｍ長さのセンサ１２０が渦流発生ワイヤ１１５の伴流に露出された。ホ ットワイヤプローブは、渦流発生周波数を監視した。７.２８ｍｓ^-1の一定のト ンネル空気速度(Ｒｅ＝１７８)において、渦流発生周波数は、加熱電流を付与し ない状態で３.４６ｋＨｚであった。２８ＷのＤＣ加熱電力を渦流発生ワイヤ１ １５に付与したときには、渦流発生周波数が３.１０ｋＨｚに減少した。反射信 号を監視する光検出器１０９（図１３）からの電気信号は、有効ライン巾が８Ｈ ｚのＦＦＴスペクトル分析器（図示せず）で記録され、その結果を図１４に示す 。渦流発生ワイヤにビート電力を付与したときには図１４（ａ）の渦流発生周波 数に明確なスペクトルピークが見られた。電力を取り去り（図１４（ｂ））、渦 流発 生ワイヤ１１５を周囲温度に戻したときは、３.４６ｋＨｚに信号が存在せず、 これは、光ファイバセンサが空気速度の変動に対して著しいクロス感度をもたず 、空気温度の変動のみに応答することを意味する。比較のために、ホットワイヤ 風速計からの速度信号のスペクトルが図１５に示されている。 光ファイバセンサにより検出された熱信号に対応するスペクトルピークは、約 ７.５ｍs^-1までの空気流速については予想されたように渦流発生周波数と共に変 化した。しかしながら、１２ｍｓ^-1のトンネル最大値までの高い空気速度におい ては、増加した乱流によりセンサ応答がマスクされた。渦流発生の実験の主たる 目的は、短い長さのファイバセンサが、停滞プローブとして配備されたときに速 度に対して観察し得るクロス感度をもたずに空気流の温度変動に応答し得ること を実証することである。適当な比較センサがない場合には、渦の伴流における温 度変動の振幅が正確に分からず、従って、センサの温度校正を決定することがで きない。しかしながら、空気温度変動のおおよその推定は、上記実験の流れ条件 において渦流発生ワイヤから対流する熱から行うことができる。経験的な表現は 、クロス流における円筒のレイノルズ数及びプラントル数に対する熱伝達係数に 係り、ここから対流熱損失が１６０Ｗｍ^-1であると推定される。この電力入力が 渦伴流の体積流に均一に付与された場合には、それにより得られる空気の温度上 昇がほぼ１１Ｋである。従って、センサは、この大きさの約半分即ち約５Ｋの温 度振動振幅に露出される。センサの位相信号の振幅は、センサがホットエアガン によって周囲温度から約５００Ｋまで加熱されたときに干渉計出力の変異点の観 察により推定された。図１５の電圧信号のピークは、７.１μＶの振幅又は３７ μラジアン位相振幅に対応する。図１１から、３ｋＨｚにおける単位振幅空気温 度振動に対して予想される応答は、約８μラジアンであり、約５Ｋの推定観察温 度振幅を与える。観察された信号振幅は、３ｋＨｚにおける計算された応答から 予想されるものと良好に一致する。 図１４のノイズフロアは、７.５μｒａｄ Ｈｚ^-1/2であり、その主たる作用 は、レーザ強度ノイズからのものであり、これは、この実施形態では補償されな い。レーザ周波数ノイズは、干渉計の経路不平衡に比例する位相ノイズ成分に作 用する。使用したレーザダイオードの既知の周波数ノイズ特性から４０μｍのセ ンサ に対し０.１μｒａｄ Ｈｚ^-1/2より大きい位相ノイズが予想される。検出器の 光学出力により決定されるショットノイズ（これらの実験では、約８μＷ）は、 ノイズフロアの実際の下限を約１μｒａｄ Ｈｚ^-1/2にセットする。この値のノ イズフロアでは、５Ｋのガス温度振幅に対する４０μｍセンサの帯域巾が、２. ５ｋＨｚである。 上記実験では、ＦＦＴスペクトル分析を用いた狭帯域信号処理によりセンサの 応答が実証された。センサの帯域巾を１０ないし６０ｋＨｚ範囲に増加するため に、ノイズを最小にしそしてセンサの応答を最大にしなければならない。相対的 なショットノイズは、検出器の光学出力を増加することにより減少することがで き、これは、反射率の高い被覆を使用することにより便利に行うことができる。 レーザ位相ノイズの影響は、短いセンサを使用することによって減少できるが、 高精度の劈開によりファイバのファブリ・ペロー空洞を形成すると、長さが１０ μｍという実際的でない短いものになる。 或いは又、センサは、第１実施形態の場合と同様に、数ミクロン厚みのセレン 化亜鉛フィルムのような光学的被覆から形成することもできる。このような薄膜 センサは、溶融シリカより熱−光学係数の高い被覆材料を選択できるようにし、 従って、短いセンサ長さに関連した感度の低下を相殺することができる。 ターボマシンのテストにおいて全温度測定に望ましく適用するには、ファイバ センサを頑丈にパッケージしながら、流れに最小の干渉で露出することを必要と する。第１実施形態の場合と同様に、ファイバはガラス又は金属の毛細管にしっ かり保持し、その先端は、サーモカップルのビード又は圧力トランスジューサと 同様に金属プローブステムの端に露出させ、プローブの空気力学的な特性を従来 設計と同一にすることができる。 第２のセンサ実施形態による非常に長さの短いファイバのファブリ・ペロー干 渉計は、渦の伴流において３.１ｋＨｚの周波数で約５Ｋの振幅の振動する空気 温度に応答できる能力を実証した。このセンサは、空気の速度に対し観察し得る クロス感度を示さなかった。観察された応答は、停滞点に適用できる熱伝達係数 を用いて、ファイバの軸方向に伝播する熱波の１次元モデルから予想されるもの と一致した。 かくて、本発明は、例えば、ターボマシンにおいて遭遇するような比較的広い 帯域巾の不安定なガスの温度を測定する装置及び方法を提供する。本発明の範囲 から逸脱せずに、改良及び変更を組み込むことができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 バートン ジェームズ スティーヴン イギリス ゴアブリッジ イーエイチ23 ４エスキュー テンプル ヴィレッジ 33 (72)発明者 キッド スティーヴン ロバート イギリス エディンバラ イーエイチ10 ４キュージー モーリングサイド スプリ ング ヴァリー ガーデンス 16−２エフ １ (72)発明者 チャーナ カーマリート シング イギリス ハンプシャー ジーユー14 ８ アールエックス ファーンボロー コーヴ チェーン ウェイ 19

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．不安定なガスの温度を測定する装置において、 （ａ）第１のアドレス光ファイバの第１の端に光学的に結合された光学的干渉計 手段より成る感知素子を有する温度プローブを備え、上記干渉計手段は、上記ア ドレスファイバの上記第１の端に画成された第１の部分反射面と、この第１の部 分反射面から離間された第２の部分反射面とを備え、 （ｂ）上記アドレスファイバの第２端に光学的に結合された光源を更に備え、 （ｃ）ビームスプリッタ手段により上記アドレスファイバに光学的に結合された 質問光学路を更に備え、これにより、上記感知素子からの光学的信号の一部分が 上記質問経路の第１端に向けられると共に、上記光源からの入力光の一部分が上 記質問経路の第２端に向けられ、 （ｄ）上記質問経路の上記第１の端に接続された第１の光検出器手段を更に備え 、そして （ｅ）該第１の光検出器手段に接続されたデータ収集・処理手段を更に備え、該 データ収集・処理手段は、上記位相信号から上記感知素子の温度を導出すること を特徴とする装置。 ２．上記干渉計手段は、上記アドレスファイバの第１の端においてその端面に付 着された薄い光学フィルムを備え、このフィルムと上記端面との界面に第１の部 分反射面が設けられると共に、上記ファイバの端面から離れた上記フィルムの外 面に第２の部分反射面が設けられる請求項１に記載の装置。 ３．上記薄い光学フィルムの厚みは、５ミクロンまでである請求項２に記載の装 置。 ４．上記光学フィルムは、セレン化亜鉛又は二酸化チタンより成る請求項２又は ３に記載の装置。 ５．上記干渉計手段は、上記アドレスファイバの第１の端に繋がれた短い長さの 光ファイバと、上記アドレスファイバの第１の端においてその端面に付着された 薄い光学フィルムとを備え、上記アドレスファイバと上記短いファイバ長さとの 界面に第１の部分反射面が設けられると共に、上記ファイバの端面から離れた上 記短いファイバ長さの外面に第２の部分反射面が設けられる請求項１に 記載の装置。 ６．上記質問経路の第２端に接続されると共に、上記データ収集・処理手段に接 続された第２の光検出器手段を更に含む請求項の前記いずれかに記載の装置。 ７．上記光源は、少なくとも１つの発光ダイオードより成る請求項の前記いずれ かに記載の装置。 ８．上記光源は、少なくとも１つのレーザ光源より成る請求項の前記いずれかに 記載の装置。 ９．上記少なくとも１つのレーザ光源は、少なくとも１つのレーザダイオードよ り成る請求項８に記載の装置。 10．上記少なくとも１つの光源からの光出力は、コリメート光学系及び光学アイ ソレータ手段を経て上記アドレスファイバの上記第２端に接続される請求項の前 記いずれかに記載の装置。 11．上記少なくとも１つの光源は、対応する各感知素子の出力信号間に位相シフ トを与えるように選択された複数の波長の光で上記感知素子を照射する請求項の 前記いずれかに記載の装置。 12．単一の光源が上記第１及び第２の波長を与えるように制御される請求項１１ に記載の装置。 13．上記光源は、上記複数の波長を与える複数の光源より成る請求項１１に記載 の装置。 14．上記複数の光源は、方向性カプラー手段を経て上記アドレスファイバに接続 される請求項１３に記載の装置。 15．上記複数の波長の光は、上記質問経路の第１端からの出力において空間的に 分離され、そして上記データ収集・処理手段に接続された対応する複数の各光検 出手段に接続される請求項１３又は１４に記載の装置。 16．上記複数の光源は、対応する複数の各周波数において振幅変調され、そして 上記第１及び第２の波長は、上記データ収集・処理手段により一時的に復調され る請求項１３又は１４に記載の装置。 17．上記感知素子を含む上記アドレスファイバの上記第１端は、予め形成された 屈曲部を有する毛細管に取り付けられ、これにより、上記ファイバの上記第１ 端は、ファイバの他部分に対し実質的に９０°曲げられる請求項の前記いずれか に記載の装置。 18．上記毛細管は、金属又はガラスで形成される請求項１７に記載の装置。 19．上記ファイバは、接着剤により及び／又は上記毛細管のクランプにより上記 毛細管に固定される請求項１８に記載の装置。 20．上記毛細管は、プローブ本体に形成された対応的な形状のチャンネルに取り 付けられる請求項１７ないし１９のいずれかに記載の装置。 21．上記プローブ本体は、更に、上記感知素子に隣接してサーモカップルが取り 付けられる第１のチャンネルを含む請求項２０に記載の装置。 22．上記質問光学路は光ファイバを備え、そして上記ビームスプリッタ手段は、 方向性カプラー手段を備えている請求項の前記いずれかに記載の装置。 23．不安定なガスの温度を測定する方法において、 （ａ）必要な位置に温度プローブを配置し、この温度プローブは、第１のアドレ ス光ファイバの第１の端に光学的に結合された光学的干渉計手段より成る感知素 子を有し、上記干渉計手段は、上記アドレスファイバの上記第１の端に画成され た第１の部分反射面と、この第１の部分反射面から離間された第２の部分反射面 とを備え、 （ｂ）上記アドレスファイバの第２端に光学的に結合された光源からの光で上記 感知素子を照射し、 （ｃ）ビームスプリッタ手段により上記アドレスファイバに光学的に結合された 質問光学路により上記感知素子に質問し、これにより、上記感知素子からの光学 的信号の一部分が上記質問経路の第１端に向けられると共に、上記光源からの入 力光の一部分が上記質問経路の第２端に向けられ、 （ｄ）上記質問経路の上記第１端に接続された第１の光検出器手段により上記感 知素子からの光学信号を監視し、そして （ｅ）該第１の光検出器手段に接続されたデータ収集・処理手段により上記感知 素子の温度を導出するように上記信号を処理することを特徴とする方法。 24．上記質問経路の第２端に接続されると共に、上記データ収集・処理手段に接 続された第２の光検出器手段により、上記光源からの光出力を監視することを 更に含む請求項２３に記載の方法。 25．上記光源は、対応する各感知素子の出力信号間に位相シフトを与えるように 選択された複数の波長の光で上記感知素子を照射する請求項２３又は２４に記載 の方法。 26．単一の光源が上記複数の波長を与えるように制御される請求項２５に記載の 方法。 27．上記複数の波長は、対応する複数の光源により与えられる請求項２５に記載 の方法。 28．上記複数の光源は、方向性カプラー手段を経て上記アドレスファイバに接続 される請求項２７に記載の方法。 29．上記複数の波長の光は、上記質問経路の第１端からの出力において空間的に 分離され、そして上記データ収集・処理手段に接続された対応する複数の各光検 出手段に接続される請求項２７又は２８に記載の方法。 30．上記複数の光源は、対応する複数の各周波数において振幅変調され、そして 上記複数の波長は、上記データ収集・処理手段により一時的に復調される請求項 ２７又は２８に記載の方法。 31．実質的に添付図面を参照して説明した不安定なガスの温度を測定する装置。 32．実質的に添付図面を参照して説明した不安定なガスの温度を測定する方法。