JPH11211580A - 光ファイバ式蛍光温度計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度測定対象物に対して光ファイバが垂直と
なるように、温度検出部を温度測定対象物に接触させた
場合において、正確な温度測定が容易におこなえる光フ
ァイバ式蛍光温度計を提供する。 【解決手段】 蛍光体と蛍光体に励起光を供給するとと
もに蛍光体からの蛍光信号を伝送する光ファイバから成
る光ファイバ式蛍光温度計の温度測定装置において、光
ファイバに挿入し、光ファイバを光ファイバ４および光
ファイバ５に分離する一組の集光機能を有する光学体７
ａ、７ｂと、温度検出部１側の光ファイバ４を保持する
可動ホルダ３と、信号処理装置９側の光ファイバ８を保
持する固定ホルダ６と、可動ホルダ３と固定ホルダ６と
を接続するアクチュエータ５と、光ファイバ４の可動ホ
ルダ３と温度検出部１との間を覆う剛体２と、により構
成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバ式蛍光
温度計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最初に光ファイバ式蛍光温度計の温度検
出部の一般的な構成と、温度測定の原理を説明する。

【０００３】光ファイバ式蛍光温度計の温度検出部１９
は一般に図３に示すように、ガラス管１５と、保護キャ
ップ１２と、蛍光体１３とにより、光ファイバ素線１７
および光ファイバ被覆１６から成る光ファイバ４の先端
上に以下の如く構成されている。光ファイバ４の先端部
分の光ファイバ被覆１６を所定の長さだけ取り除き、そ
の取り除いた部分にガラス管１５を取り付ける。次にエ
ポキシ樹脂１４により蛍光体１３を、ガラス管１５およ
び光ファイバ素線１７に接着する。更に保護キャップ１
２を蛍光体１３を覆うようにガラス管１５に固定する。

【０００４】この蛍光体１３に光ファイバ４を介して信
号処理装置９から励起光を送ると、蛍光体１３が励起さ
れて蛍光を発する。この蛍光の発光スペクトルや蛍光の
減衰時間は温度依存性があるので、この蛍光を同じ光フ
ァイバ４を通して信号処理装置で受光し、蛍光の発光ス
ペクトル分析やパルス励起光の送光による蛍光の減衰時
間計測などによって、蛍光体１３の温度が算出されてい
る。

【０００５】光ファイバ式蛍光温度計による温度測定
は、蛍光体１３の温度が温度測定対象物の温度と同じに
なるように直接または間接的に温度検出部１９を温度測
定対象物に接触させておこなわれる。一方光ファイバ４
は可とう性が高いので、温度測定対象物に対して光ファ
イバ４が垂直となるように押しあてて温度検出部１９を
温度測定対象物に接触させようとすると、光ファイバ４
にたわみが生じる。本来温度検出部１９と温度測定対象
物との接触を繰り返すときにこのたわみの再現性がない
ために、測定対象物との間の接触不良による測定誤差を
生じることがある。また、温度測定対象と蛍光体の間に
距離があるので温度勾配による誤差が生じる。この距離
に比べて光ファイバ４の径が小さい場合には、光ファイ
バ４が温度測定対象物に対し平行になるように温度検出
部１９を温度測定対象物に貼付ける方法がとられてい
る。また、どうしても温度測定対象物に対し光ファイバ
４が垂直になるように温度検出部１９を接触させたい場
合には、再現性を確保するため接着剤等により固定する
方法がとられている。

【０００６】光ファイバ式蛍光温度計は、温度検出部１
９の径が光ファイバ４の径と概ね同じ大きさであり熱容
量が小さいことから、温度測定誤差が小さく応答の速い
測定が可能で、原理的に電磁誘導によるノイズの影響が
ないこと、などの特長を有することから、微細な物体の
温度測定や、高電界、強電磁界中の温度測定などに多く
用いられている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、温度測定
対象物に対して光ファイバ４が垂直となるように適切な
力で温度検出部１９を温度測定対象物に接触させること
が困難なため、光ファイバ４が温度測定対象物に対し平
行になるように温度検出部１９を温度測定対象物に固定
する方法がとられている。この場合温度測定点が固定さ
れる設備等で、温度検出部１９を固定しても良い場合に
は適用できるが、流れ生産ライン上の物体の温度測定な
どの温度測定対象物が移動する場合においては、光ファ
イバ式蛍光温度計に優れた特徴があるにも関わらず使用
できないという問題がある。

【０００８】そこで、本発明では光ファイバが温度測定
対象物に対し固定することなく、温度測定対象物に対し
て光ファイバが垂直となるように適切な力で温度検出部
を温度測定対象物に接触させることにより、正確な温度
測定が容易におこなえる光ファイバ式蛍光温度計を提供
することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】蛍光体を有する温度検出
部と、前記蛍光体に励起光を供給するとともに前記蛍光
体からの蛍光信号より蛍光体の温度を演算する信号処理
装置と、前記温度検出部と信号処理装置とを光学的に接
続する光ファイバと、により構成される光ファイバ式蛍
光温度計において、光ファイバの軸方向に挿入すること
により光ファイバを前記信号処理装置側と、温度検出部
側とに分離する一組の集光機能を有する光学体と、前記
信号処理装置側の光ファイバと前記光学体とを固定する
固定ホルダと、前記温度検出部側の光ファイバを保持す
る剛体と、この剛体および光学体を保持する可動ホルダ
と、この光学ホルダと前記可動ホルダとを接続するとと
もに、この可動ホルダを前記固定ホルダに対して可動可
能にするアクチュエータと、を設けた。

【００１０】また、蛍光体を保護キャップ側に取り付
け、光ファイバとの間にギャップを設ける。その作用に
ついて以下に述べる。

【００１１】光ファイバを分離し、その間にアクチュエ
ータを付加することにより、固定ホルダに対し温度検出
部が移動可能となるため、最適の押し付け力によって温
度検出部と温度測定対象物とを接触させることができ
る。また、温度検出部側の光ファイバを剛体で保持する
ことにより、上述の押し付け力を加えても光ファイバが
曲がることなく温度測定対象物に対して光ファイバが垂
直に温度検出部を温度測定対象物に接触させることがで
き、再現性よく正確な温度測定を行うことができる。

【００１２】また、蛍光体を保護キャップ側に取り付け
てもよく、光ファイバの先端との間にギャップを設けた
ので、蛍光体には、保護キャップを介して温度測定対象
からの熱が伝わりやすく、またギャップによって熱が逃
げにくくなっているので、蛍光体は、応答性よく、か
つ、温度測定対象との温度誤差の小さい、正確な温度測
定を行うことができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。図１は本発明の光ファイバ蛍光温度計の一
例を示す図である。第２の光学体７ａを固定した固定ホ
ルダ６のもう一端に信号処理装置９を接続した第２の光
ファイバ８を、この第２の光ファイバ８の光ファイバ素
線端面と第２の光学体７ａとが対向するように固定する
とともに、第１の光学体７ｂを固定した可動ホルダ３の
もう一端に温度検出部１を有した第１の光ファイバ４
を、この第１の光ファイバ４の光ファイバ素線の端面と
第１の光学体７ｂとが対向するように固定し、アクチュ
エータ５を介して第１、第２の光学体７ｂ、７ａが対向
するように固定ホルダ６と可動ホルダ３とが接続されて
いる。また、第１の光ファイバ４の可動ホルダ３と温度
検出部１との間の部分は剛体２で覆う構造となってい
る。

【００１４】温度検出部１の蛍光体に対する励起光は、
信号処理装置９から発せられ、第２の光ファイバ８を通
り第２の光ファイバ８の端面に到達する。第２の光ファ
イバ８より出射した励起光は集光機能を有した第２の光
学体７ａにより平行光とされ、第２、第１の光学体７
ａ、７ｂ間を空間伝搬した後、第２の光学体７ａに対向
した位置に配置された集光機能を有した第１の光学体７
ｂにより集光され第１の光ファイバ４に入射され、第１
の光ファイバ４を通り温度検出部１に到達する。温度検
出部１では前述した原理により温度測定対象物の温度に
応じた蛍光を発する。この蛍光は励起光と同じ経路を通
り信号処理装置９に到達する。信号処理装置９では到達
した蛍光から温度測定対象物の温度を算出、表示する。

【００１５】温度測定対象物に対して第１の光ファイバ
４が垂直になるように温度検出部１を温度測定対象物に
押し当てると、温度検出部１が温度測定対象物から受け
る余分な力は剛体２および可動ホルダ３を介してアクチ
ュエータ５に伝達され、ここで吸収される。アクチュエ
ータ５としては、バネ、ガス圧、液圧による駆動や、形
状記憶合金、バイメタルなどの変形を利用したもの、ピ
エゾ素子やマグネットを利用したものなどが考えられ
る。

【００１６】集光機能を有する一対の光学体として、凸
レンズ、凹レンズ、ロッドレンズなどを用いることがで
きる。

【００１７】アクチュエータとしてバネを使用した場
合、可動ホルダ３と固定ホルダ６とはバネを介して接続
されている。流れ生産ライン上の物体の温度測定などの
温度測定対象物が移動する場合においては、ばね力を温
度測定対象の重さより小さくしておくと、温度測定対象
の質量による余分な力が温度検出部１、剛体２、可動ホ
ルダ３、を介してバネにより吸収され、適切な圧力で温
度検出部１が温度測定対象物に接触させることができる
ため、容易に温度測定対象の温度を再現性よく検出でき
る。

【００１８】図２は、本発明の他の実施例である。温度
検出部１８において、蛍光体１３は、保護キャップ１２
にエポキシ樹脂１４で固定されている。剛体２で保持さ
れた光ファイバ４の先端との間にはギャップが設けられ
ている。通常の雰囲気中ではこのギャップは大気で、真
空雰囲気中では真空となるので、ここは断熱部となる。
温度測定対象に温度検出部１８の保護キャップ１２が接
触しているとき、測定対象から熱が保護キャップ１２を
介して、蛍光体１３に伝わる。この熱はギャップのため
に、剛体側へは伝わりにくい。即ち、蛍光体１３の温度
はギャップがないとき、蛍光体１３が光ファイバ４の先
端に直接取り付けられているときと比べて、速く温度が
追随する。また、温度測定対象と蛍光体１３の間の温度
勾配はギャップのない時に比べて緩くなるので温度測定
誤差は小さくなる。これは、保護キャップ１２の材料と
して熱伝導係数の小さいものを選ぶことでより顕著にな
る。

【００１９】

【発明の効果】光ファイバを分離し、その間にアクチュ
エータを付加することにより、固定ホルダに対し温度検
出部が移動可能となるため、最適の押し付け力によって
温度検出部と温度測定対象物とを接触させることができ
る。また、温度検出部側の光ファイバを剛体で保持する
ことにより、上述の押し付け力を加えても光ファイバが
曲がることなく温度測定対象物に対して光ファイバが垂
直に温度検出部を温度測定対象物に接触させることがで
き、正確な温度測定を行うことができる。

【００２０】また、蛍光体を光ファイバの先端から離し
て、保護キャップ側に取り付けて、光ファイバとの間に
ギャップを設けることで、温度測定対象の温度を小さい
誤差でかつ速く、検出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光ファイバ式蛍光温度計の一例を示す
図である。

【図２】本発明の光ファイバ式蛍光温度計の他の一例を
示す図である。

【図３】従来の光ファイバ式蛍光温度計の一例を示す図
である。

【符号の説明】

１．温度検出部 ２．剛体 ３．可動ホルダ ４．第１の光ファイバ ５．アクチュエータ ６．固定ホルダ ７ａ．第２の光学体 ７ｂ．第１の光学体 ８．第２の光ファイバ ９．信号処理装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光ファイバの先端に蛍光体を取り付けた温
   度検出部と、前記蛍光体に前記光ファイバを介して励起
   光を供給するとともに前記蛍光体からの蛍光信号の温度
   依存性を用いて前記温度検出部の温度を演算する信号処
   理回路と、前記温度検出部と前記信号処理回路を光学的
   に接続する光ファイバとから構成される光ファイバ式蛍
   光温度計において、 前記温度検出部と第一の光学体とを光学的に接続させる
   第一の光ファイバと前記第一の光ファイバと前記第一の
   光学体を保持させる可動ホルダとで構成される可動部
   と、 前記信号処理回路と前記第一の光学体とを光学的に接続
   させる第二の光ファイバと前記第一の光学体と対向して
   配設される第二の光学体と前記可動部を摺動しガイドさ
   せる固定ホルダとで構成される固定部と、前記固定部内
   に配設された前記可動部を摺動し保持させるアクチュエ
   ータと、を設けたことを特徴とする光ファイバ式蛍光温
   度計。
2. 【請求項２】蛍光体を保護キャップ側に取り付け、光フ
   ァイバの先端との間にギャップを設けたことを特徴とす
   る請求項１記載の光ファイバ式蛍光温度計。