JPH11211581A - 光ファイバー温度センサ - Google Patents
光ファイバー温度センサInfo
- Publication number
- JPH11211581A JPH11211581A JP10039025A JP3902598A JPH11211581A JP H11211581 A JPH11211581 A JP H11211581A JP 10039025 A JP10039025 A JP 10039025A JP 3902598 A JP3902598 A JP 3902598A JP H11211581 A JPH11211581 A JP H11211581A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- dye
- luminescence
- temperature sensor
- fiber
- optical fiber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
- G01K11/32—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
- Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 分離、検出が容易な二つの信号を用いる感度
のよい光ファイバー温度センサを提供する。 【解決手段】 光ファイバー温度センサは、レーザ光発
生レーザと、このレーザ光伝搬用光ファイバーと、この
ファイバーと光連通して設けた少なくとも１つの染料ド
ープ部とから成り、上記の少なくとも１つの染料ドープ
部は上記のレーザ光で励起したときルミネセンス放出性
の少なくとも２種の染料でドープされており、その第１
の染料のピーク・ルミネセンス波長λ1 とその第２の染
料のピーク・ルミネセンス波長λ2 とは同一でなく、一
方の染料のルミネセンス強度の温度変化は他方の染料と
は異なる。
のよい光ファイバー温度センサを提供する。 【解決手段】 光ファイバー温度センサは、レーザ光発
生レーザと、このレーザ光伝搬用光ファイバーと、この
ファイバーと光連通して設けた少なくとも１つの染料ド
ープ部とから成り、上記の少なくとも１つの染料ドープ
部は上記のレーザ光で励起したときルミネセンス放出性
の少なくとも２種の染料でドープされており、その第１
の染料のピーク・ルミネセンス波長λ1 とその第２の染
料のピーク・ルミネセンス波長λ2 とは同一でなく、一
方の染料のルミネセンス強度の温度変化は他方の染料と
は異なる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光ファイバー温度セ
ンサに関する。
ンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバーを用いて温度感知すること
は既知である。適切な温度センサを得るのに多くの技術
が現在用いられている。特定の技術としては、液充填フ
ァイバーでのレイリー散乱、ラマン散乱（反ストークス
／ストークス比）、温度依存性吸収、温度依存性ルミネ
センスが用いられている。これらの技術の少なくともい
くつかは、距離情報を得るのに光時間領域後方散乱測定
法（ＯＴＤＲ）と一緒に用いるこれらの温度センサのい
くつかは固有（intrinsic ）モードで操作され、ファイ
バー自体が感知要素として用いられている。または、セ
ンサは付帯的（extrinsic ）モードでも操作され、ファ
イバーは単に温度検出器と組合せた光導体性媒体として
用いられている。
は既知である。適切な温度センサを得るのに多くの技術
が現在用いられている。特定の技術としては、液充填フ
ァイバーでのレイリー散乱、ラマン散乱（反ストークス
／ストークス比）、温度依存性吸収、温度依存性ルミネ
センスが用いられている。これらの技術の少なくともい
くつかは、距離情報を得るのに光時間領域後方散乱測定
法（ＯＴＤＲ）と一緒に用いるこれらの温度センサのい
くつかは固有（intrinsic ）モードで操作され、ファイ
バー自体が感知要素として用いられている。または、セ
ンサは付帯的（extrinsic ）モードでも操作され、ファ
イバーは単に温度検出器と組合せた光導体性媒体として
用いられている。
【０００３】米国特許第５，０９０，８１８号は、温度
依存性相対的占有粒子数（population）を持つ放出レベ
ルが２つあるルミネセンス放出性材料を用いる温度感知
光ファイバーシステムを開示している。このルミネセン
ス放出性材料は、エネルギーの大きさがＥだけ異なる２
つの励起エネルギーレベルからルミネセンス光を放出
し、この２つのレベルの相対的占有粒子数（populatio
n）は温度の関数である。パルス、振動又はその他の過
渡的呼掛け光で励起させたときには、上記の２つのレベ
ルからの放出全ルミネセンスには強度の減衰時間があ
り、これは広い温度範囲で温度の感度関数として変化す
る。米国特許第５，０９０，８１８号は、これらの２つ
の放出レベル毎の分光分解ルミネセンス強度を比較して
温度測定が可能なことを示唆しているが、この方法は不
便であるとして、その代りに減衰時間がプローブ材料の
ルミネセンス減衰時間よりも極めて短いパルスまたはＡ
Ｃ変調光で励起させてルミネセンス放出性材料の全ルミ
ネセンス減衰時間を測定して温度測定を行う方法を教示
している。上記のデバイスは減衰時間の測定が難かしい
という欠点がある。示唆されたあまり便利でない強度比
較温度測定法は２つの放出レベルが互に接近（エネルギ
ーレベルＥは熱範囲にある）していて、効率よく容易に
分離できないという欠点がある。更に、操作範囲の中心
から離れた温度では、１つの信号が他のよりも極めて強
くなり、弱い信号の正確な測定が難しくなる。
依存性相対的占有粒子数（population）を持つ放出レベ
ルが２つあるルミネセンス放出性材料を用いる温度感知
光ファイバーシステムを開示している。このルミネセン
ス放出性材料は、エネルギーの大きさがＥだけ異なる２
つの励起エネルギーレベルからルミネセンス光を放出
し、この２つのレベルの相対的占有粒子数（populatio
n）は温度の関数である。パルス、振動又はその他の過
渡的呼掛け光で励起させたときには、上記の２つのレベ
ルからの放出全ルミネセンスには強度の減衰時間があ
り、これは広い温度範囲で温度の感度関数として変化す
る。米国特許第５，０９０，８１８号は、これらの２つ
の放出レベル毎の分光分解ルミネセンス強度を比較して
温度測定が可能なことを示唆しているが、この方法は不
便であるとして、その代りに減衰時間がプローブ材料の
ルミネセンス減衰時間よりも極めて短いパルスまたはＡ
Ｃ変調光で励起させてルミネセンス放出性材料の全ルミ
ネセンス減衰時間を測定して温度測定を行う方法を教示
している。上記のデバイスは減衰時間の測定が難かしい
という欠点がある。示唆されたあまり便利でない強度比
較温度測定法は２つの放出レベルが互に接近（エネルギ
ーレベルＥは熱範囲にある）していて、効率よく容易に
分離できないという欠点がある。更に、操作範囲の中心
から離れた温度では、１つの信号が他のよりも極めて強
くなり、弱い信号の正確な測定が難しくなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ピー
ク・ルミネセンス波長とルミネセンス温度依存性が異な
る染料を用いて先行技術の欠点を克服した、分離検出が
容易な２つの信号を用いる、感度のよい光ファイバー温
度センサを提供することにある。
ク・ルミネセンス波長とルミネセンス温度依存性が異な
る染料を用いて先行技術の欠点を克服した、分離検出が
容易な２つの信号を用いる、感度のよい光ファイバー温
度センサを提供することにある。
【０００５】
【発明の実施の形態】本発明では、レーザ光発生レーザ
と、上記のレーザ光伝搬用光ファイバーと、上記のファ
イバーと光連通して設けた少なくとも１つの染料ドープ
部とから成り、上記の少なくとも１つの染料ドープ部は
上記のレーザ光で励起したときルミネセンス放出性の少
なくとも２種の異なる染料でドープされており、その第
１の染料のピーク・ルミネセンス波長λ1 とその第２の
染料のピーク・ルミネセンス波長λ2 とは同一でなく、
一方の染料のルミネセンス強度の温度変化は他方の染料
のものとは異なる、光ファイバー温度センサで上記の目
的は達成される。
と、上記のレーザ光伝搬用光ファイバーと、上記のファ
イバーと光連通して設けた少なくとも１つの染料ドープ
部とから成り、上記の少なくとも１つの染料ドープ部は
上記のレーザ光で励起したときルミネセンス放出性の少
なくとも２種の異なる染料でドープされており、その第
１の染料のピーク・ルミネセンス波長λ1 とその第２の
染料のピーク・ルミネセンス波長λ2 とは同一でなく、
一方の染料のルミネセンス強度の温度変化は他方の染料
のものとは異なる、光ファイバー温度センサで上記の目
的は達成される。
【０００６】少なくとも２種以上の染料の使用とは、分
離と測定が容易な波長の染料が選択でき、２つの放出強
度の比が励起光強度とは独立した温度を示すことを意味
する。更に、少なくとも２種の染料の使用はシステムの
融通性が極めて高く、異なる染料が目的の操作温度範囲
に応じて選択でき、これらの染料のルミネセンス強度が
この温度範囲で互に類似するように染料濃度を選択でき
ることを意味する。
離と測定が容易な波長の染料が選択でき、２つの放出強
度の比が励起光強度とは独立した温度を示すことを意味
する。更に、少なくとも２種の染料の使用はシステムの
融通性が極めて高く、異なる染料が目的の操作温度範囲
に応じて選択でき、これらの染料のルミネセンス強度が
この温度範囲で互に類似するように染料濃度を選択でき
ることを意味する。
【０００７】本発明の好ましい実施態様では、第１の染
料のピーク・ルミネセンス波長λ1はレーザ光の励起波
長よりも小さく、第２の染料のピーク・ルミネセンス強
度λ 2 は上記のレーザ光の励起波長よりも大きい。好ま
しくは、第１の染料のピーク・ルミネセンス波長λ1 は
上記のレーザ光の励起波長よりも、レーザによる反スト
ークス域での第１の染料のルミネセンス放出量だけ小さ
い。これは、第１の染料のルミネセンスは温度依存性で
あることを意味する。
料のピーク・ルミネセンス波長λ1はレーザ光の励起波
長よりも小さく、第２の染料のピーク・ルミネセンス強
度λ 2 は上記のレーザ光の励起波長よりも大きい。好ま
しくは、第１の染料のピーク・ルミネセンス波長λ1 は
上記のレーザ光の励起波長よりも、レーザによる反スト
ークス域での第１の染料のルミネセンス放出量だけ小さ
い。これは、第１の染料のルミネセンスは温度依存性で
あることを意味する。
【０００８】更に好ましい実施態様では、第２の染料の
ピーク・ルミネセンス波長λ2 はレーザ光の励起波長よ
りも、レーザ光によるストークス域での第２の染料のル
ミネセンス放出量だけ大きい。従って、第２の染料のル
ミネセンスは温度が上昇しても向上せず、実質的に温度
独立性又は温度上昇で低下する。
ピーク・ルミネセンス波長λ2 はレーザ光の励起波長よ
りも、レーザ光によるストークス域での第２の染料のル
ミネセンス放出量だけ大きい。従って、第２の染料のル
ミネセンスは温度が上昇しても向上せず、実質的に温度
独立性又は温度上昇で低下する。
【０００９】好ましい実施態様では、上記の第１の染料
のルミネセンス強度は温度上昇で向上し、上記の第２の
染料のルミネセンス強度は温度上昇で低下する。この結
果、極めて感度のよい装置が得られ、両信号の比は温度
で大きく変わり、従って変化値の検出は容易となる。
のルミネセンス強度は温度上昇で向上し、上記の第２の
染料のルミネセンス強度は温度上昇で低下する。この結
果、極めて感度のよい装置が得られ、両信号の比は温度
で大きく変わり、従って変化値の検出は容易となる。
【００１０】第１の染料がローダミン１０１で、第２の
染料がフタロシアニン染料であることが都合よく、ロー
ダミン１０１は温度上昇でルミネセンス強度が大きく向
上し、一方、フタロシアニン染料は温度上昇でルミネセ
ンス強度が低下する（図４、図５参照のこと）、更に、
これら２種の染料は、波長が約６３３ｎｍの比較的安価
なヘリウム・ネオンレーザと共に使用できる。別の実施
態様では、レーザ・ダイオードがコンパクトで強いため
好ましい。
染料がフタロシアニン染料であることが都合よく、ロー
ダミン１０１は温度上昇でルミネセンス強度が大きく向
上し、一方、フタロシアニン染料は温度上昇でルミネセ
ンス強度が低下する（図４、図５参照のこと）、更に、
これら２種の染料は、波長が約６３３ｎｍの比較的安価
なヘリウム・ネオンレーザと共に使用できる。別の実施
態様では、レーザ・ダイオードがコンパクトで強いため
好ましい。
【００１１】２種の異なる染料の使用は、これら２種の
染料の濃度を好ましい操作温度範囲内で２つの信号がい
ずれもあまりにも小さくて検出が容易でないような類似
の大きさで選択できることを意味し、この点で上記の先
行技術よりも優れている。先行技術での放出レベルが２
つある１種類の染料使用は、２つの信号レベルが染料の
性質で決まり、本願のような濃度を相対的に変えて最適
化を行うことはできないことを意味する。本発明の好ま
しい実施態様では、ローダミン１０１とフタロシアニン
の濃度をセンサの−１００℃〜８０℃の操作温度範囲内
でこの２種のルミネセンス強度の比が１００未満となる
ように選択する。
染料の濃度を好ましい操作温度範囲内で２つの信号がい
ずれもあまりにも小さくて検出が容易でないような類似
の大きさで選択できることを意味し、この点で上記の先
行技術よりも優れている。先行技術での放出レベルが２
つある１種類の染料使用は、２つの信号レベルが染料の
性質で決まり、本願のような濃度を相対的に変えて最適
化を行うことはできないことを意味する。本発明の好ま
しい実施態様では、ローダミン１０１とフタロシアニン
の濃度をセンサの−１００℃〜８０℃の操作温度範囲内
でこの２種のルミネセンス強度の比が１００未満となる
ように選択する。
【００１２】好ましい実施態様では、本発明のセンサは
更に少なくとも２つのルミネセンス波長を分離する光分
離器と、この２つの波長の強度比を計算し、この比から
物質の温度を計算する処理装置とを含む。
更に少なくとも２つのルミネセンス波長を分離する光分
離器と、この２つの波長の強度比を計算し、この比から
物質の温度を計算する処理装置とを含む。
【００１３】好ましくは、本発明のセンサは更に、各種
温度範囲にわたり上記の２種の染料のルミネセンス強度
比から校正曲線を作成する校正装置と、この校正曲線を
格納して上記の処理装置で使用する記憶装置とを含む。
この校正装置は校正が簡単で、物質の温度を正確に、し
かも光ファイバー又はセンサが均一性に欠けたとして
も、又は励起光の強度が変化したとしても何等影響なく
計算に使用できる。
温度範囲にわたり上記の２種の染料のルミネセンス強度
比から校正曲線を作成する校正装置と、この校正曲線を
格納して上記の処理装置で使用する記憶装置とを含む。
この校正装置は校正が簡単で、物質の温度を正確に、し
かも光ファイバー又はセンサが均一性に欠けたとして
も、又は励起光の強度が変化したとしても何等影響なく
計算に使用できる。
【００１４】１つの実施態様では、１つの染料ドープ部
はファイバーの１端と隣接し、光学的に連通して設けら
れてる。この実施態様は安価で信頼があり、簡単な温度
プローブである。
はファイバーの１端と隣接し、光学的に連通して設けら
れてる。この実施態様は安価で信頼があり、簡単な温度
プローブである。
【００１５】別の実施態様では、複数の染料ドープ部が
ファイバーの長さ方向で間隔をおいて設けてある。この
実施態様は分布型光温度センサとして特によく適したも
のである。
ファイバーの長さ方向で間隔をおいて設けてある。この
実施態様は分布型光温度センサとして特によく適したも
のである。
【００１６】更に別の実施態様では、ファイバーはプラ
スチック・クラッドがあり、このクラッドは実質的にそ
の全長方向で染料がドープされている。または、このク
ラッドはその長さ方向で染料が間隔をおいてドープされ
ている。これらの２つの実施態様は分布型光温度センサ
としての使用に適している。または、ファイバー・コア
を染料でドープしてもよい。上記のいずれの実施態様で
は、ファイバーはプラスチック・ファイバーある、実施
態様によってはファイバーをガラス・ファイバーとして
もよい。
スチック・クラッドがあり、このクラッドは実質的にそ
の全長方向で染料がドープされている。または、このク
ラッドはその長さ方向で染料が間隔をおいてドープされ
ている。これらの２つの実施態様は分布型光温度センサ
としての使用に適している。または、ファイバー・コア
を染料でドープしてもよい。上記のいずれの実施態様で
は、ファイバーはプラスチック・ファイバーある、実施
態様によってはファイバーをガラス・ファイバーとして
もよい。
【００１７】本発明の別の実施態様は、上記の実施態様
のいずれかの光ファイバー温度センサを含む温度感知装
置であり、この装置は光時間領域後方散乱測定（ＯＴＤ
Ｒ）モードで上記温度センサを操作する制御器を含むも
のである。
のいずれかの光ファイバー温度センサを含む温度感知装
置であり、この装置は光時間領域後方散乱測定（ＯＴＤ
Ｒ）モードで上記温度センサを操作する制御器を含むも
のである。
【００１８】上述のように、本発明は安価な材料から製
造し、長距離使用ができるセンサを用いて先行技術の問
題点を改善した光ファイバー温度センサを提供するもの
である。更に、本発明のセンサは分離、検出が容易な２
つの信号を用い、その比から励起光強度に独立な温度を
求めるものである。
造し、長距離使用ができるセンサを用いて先行技術の問
題点を改善した光ファイバー温度センサを提供するもの
である。更に、本発明のセンサは分離、検出が容易な２
つの信号を用い、その比から励起光強度に独立な温度を
求めるものである。
【００１９】
【実施例】本発明の実施態様を図面を参照しながら実施
例に基づき以下に詳述する。
例に基づき以下に詳述する。
【００２０】図１では、ヘリウム・ネオン・レーザ１か
らの呼掛け光をプラスチック光ファイバー・ケーブル３
に導入する。ある長さの１本の染料ドープポリ（メタク
リル酸メチル）〔ＰＭＭＡまたはパースペクス（Perspe
x ）〕５がファイバーの１端に取付てある。レーザ１か
らの呼掛け信号はＰＭＭＡ中の２種の染料を励起し、ル
ミネセンスを放出させる。このルミネセンスの若干が全
内部反射でファイバー３内で捕えられ、ファイバーに沿
って逆方向に案内される。ファイバーの導入端に向かっ
て逆行するルミネセンス光は出射し、導入レンズ７によ
りコリメートされる。次いで、ルミネセンス光は２つの
ビームに分けられて、２つの異なるバンド・パス・フィ
ルタ９を通過し、バンド・パス・フィルタはそれぞれの
ピーク・ルミネセンス波長λ1 とλ2 の領域にそれぞれ
伝達し、散乱光と他のピークルミネセンス波長領域の光
を排除する。次いで、この２つの伝達ビームをフォトマ
ルチプライヤー管１１で検出する。処理装置では、この
２つのビーム強度比を沢定し、この比を校正曲線と比較
して温度を計算する。
らの呼掛け光をプラスチック光ファイバー・ケーブル３
に導入する。ある長さの１本の染料ドープポリ（メタク
リル酸メチル）〔ＰＭＭＡまたはパースペクス（Perspe
x ）〕５がファイバーの１端に取付てある。レーザ１か
らの呼掛け信号はＰＭＭＡ中の２種の染料を励起し、ル
ミネセンスを放出させる。このルミネセンスの若干が全
内部反射でファイバー３内で捕えられ、ファイバーに沿
って逆方向に案内される。ファイバーの導入端に向かっ
て逆行するルミネセンス光は出射し、導入レンズ７によ
りコリメートされる。次いで、ルミネセンス光は２つの
ビームに分けられて、２つの異なるバンド・パス・フィ
ルタ９を通過し、バンド・パス・フィルタはそれぞれの
ピーク・ルミネセンス波長λ1 とλ2 の領域にそれぞれ
伝達し、散乱光と他のピークルミネセンス波長領域の光
を排除する。次いで、この２つの伝達ビームをフォトマ
ルチプライヤー管１１で検出する。処理装置では、この
２つのビーム強度比を沢定し、この比を校正曲線と比較
して温度を計算する。
【００２１】上記の実施態様は、特定の染料で用いるた
めに選択した呼掛け光の特定波長についてのものであ
る。このほかの呼掛け光波長と適切な染料は当業者にと
っては明白である。同様に、従来のガラス・ファイバー
も上記のようにその端部に固定したＰＭＭＡスラブ５と
共に使用できる。同様に、ＰＭＭＡまたはパースペック
ス材料はこの染料との使用に好ましいものであるが、ゾ
ル・ゲルガラスのようなその他の材料も使用できること
は明白である。
めに選択した呼掛け光の特定波長についてのものであ
る。このほかの呼掛け光波長と適切な染料は当業者にと
っては明白である。同様に、従来のガラス・ファイバー
も上記のようにその端部に固定したＰＭＭＡスラブ５と
共に使用できる。同様に、ＰＭＭＡまたはパースペック
ス材料はこの染料との使用に好ましいものであるが、ゾ
ル・ゲルガラスのようなその他の材料も使用できること
は明白である。
【００２２】この実施態様では、ファイバーは付帯的モ
ードで用いられており、呼掛けパルスをドープ材料に指
向させるのに役立つものである。
ードで用いられており、呼掛けパルスをドープ材料に指
向させるのに役立つものである。
【００２３】本発明のこの実施態様は不適切な環境又は
近づき難い環境での温度プローブとしての使用に特に最
適である。この実施態様では、レーザを連続モード操作
で操作するのが好ましいが、パルス・モード・レーザも
同等に充分使用できることは明白である。
近づき難い環境での温度プローブとしての使用に特に最
適である。この実施態様では、レーザを連続モード操作
で操作するのが好ましいが、パルス・モード・レーザも
同等に充分使用できることは明白である。
【００２４】図２ａ〜図２ｃは本発明の別の実施態様を
示すもので、上記の原理を用いて分布型光ファイバー温
度センサが提供される。これらの実施態様は例えば海底
ケーブル等の遠距離温度感知に特に最適である。
示すもので、上記の原理を用いて分布型光ファイバー温
度センサが提供される。これらの実施態様は例えば海底
ケーブル等の遠距離温度感知に特に最適である。
【００２５】図２ａでは、光ファイバー３はその長さ方
向に間隔をおいて設けた複数の染料ドープＰＭＭＡ部５
を含んでいる。本発明での光ファイバー温度センサと共
に用いる特定染料のルミネセンス寿命で帰り信号を適切
に分解するＭＭＰＡ部の所要間隔が決まる。ローダミン
１０１とフタロシアニン染料では、染料ドープ部５は、
これらの染料のルミネセンス寿命が約５ｎｓであるの
で、約８ｍ離して配置する。
向に間隔をおいて設けた複数の染料ドープＰＭＭＡ部５
を含んでいる。本発明での光ファイバー温度センサと共
に用いる特定染料のルミネセンス寿命で帰り信号を適切
に分解するＭＭＰＡ部の所要間隔が決まる。ローダミン
１０１とフタロシアニン染料では、染料ドープ部５は、
これらの染料のルミネセンス寿命が約５ｎｓであるの
で、約８ｍ離して配置する。
【００２６】上記のファイバーをＯＴＤＲ法及び／又は
パルス・モード・レーザ操作で使用して、光ファイバー
の全長方向用の温度変動感知装置としてもよい。
パルス・モード・レーザ操作で使用して、光ファイバー
の全長方向用の温度変動感知装置としてもよい。
【００２７】図２ｂは分布型光ファイバー温度センサの
別の配置例を示すもので、この配置例ではファイバー３
はファイバー・コア１３とクラッド１５とから成り、フ
ァイバー・コア１３はその全長方向で間隔１７をおいて
ドープされている。上記のように、これらの間隔は使用
染料のルミネセンス寿命で決まる。この配置例はプラス
チック光ファイバーに特に有用であるが、ガラス・ファ
イバーもその全長方向で一連のドープＰＭＭＡ部上に添
え継ぎして用いることができる。
別の配置例を示すもので、この配置例ではファイバー３
はファイバー・コア１３とクラッド１５とから成り、フ
ァイバー・コア１３はその全長方向で間隔１７をおいて
ドープされている。上記のように、これらの間隔は使用
染料のルミネセンス寿命で決まる。この配置例はプラス
チック光ファイバーに特に有用であるが、ガラス・ファ
イバーもその全長方向で一連のドープＰＭＭＡ部上に添
え継ぎして用いることができる。
【００２８】または、プラスチック光ファイバーの長さ
が短いときは、ファイバーのコア全部を染料でドープす
ることもできるが、この場合は、減衰を低下させるため
長波長の呼掛け光を用いてしきい値以上の温度上昇を測
定することが好ましい。
が短いときは、ファイバーのコア全部を染料でドープす
ることもできるが、この場合は、減衰を低下させるため
長波長の呼掛け光を用いてしきい値以上の温度上昇を測
定することが好ましい。
【００２９】図２ｃは本発明の別の配置例を示すもの
で、この配置例ではファイバー３のクラッド１５はその
全長方向が染料でドープされているが、呼掛け信号の減
衰を低下させるため、上記と同様に信号は長波長とする
必要がある。この配置例では、温度は、あるしきい値を
越えたときにはじめて測定するものであり、この配置例
は温度しきい値以上の『高温点』の感知と検出に有用で
ある。
で、この配置例ではファイバー３のクラッド１５はその
全長方向が染料でドープされているが、呼掛け信号の減
衰を低下させるため、上記と同様に信号は長波長とする
必要がある。この配置例では、温度は、あるしきい値を
越えたときにはじめて測定するものであり、この配置例
は温度しきい値以上の『高温点』の感知と検出に有用で
ある。
【００３０】図３は、ヘリウム・ネオン・レーザで励起
させたときの温度関数としてのローダミン１０１とスル
ホン化アルミニウム・フタロシアニンとを含有する材料
のルミネセンス・スペクトルを示す。プロットは、ロー
ダミン１０１からの反ストークス・ルミネセンスに基づ
く６０７ｎｍでのピーク、励起波長である６３３ｎｍの
鋭いピーク、スルホン化アルミニウム・フタロシアニン
からのルミネセンスに基づく６７９ｎｍのピークを示
す。図３から（図４から更にはっきりと、図５からもっ
とはっきりと）判るようにローダミン１０１のルミネセ
ンス強度は温度上昇で向上し、逆にフタロシアニンのル
ミネセンス強度は温度上昇で低下する。
させたときの温度関数としてのローダミン１０１とスル
ホン化アルミニウム・フタロシアニンとを含有する材料
のルミネセンス・スペクトルを示す。プロットは、ロー
ダミン１０１からの反ストークス・ルミネセンスに基づ
く６０７ｎｍでのピーク、励起波長である６３３ｎｍの
鋭いピーク、スルホン化アルミニウム・フタロシアニン
からのルミネセンスに基づく６７９ｎｍのピークを示
す。図３から（図４から更にはっきりと、図５からもっ
とはっきりと）判るようにローダミン１０１のルミネセ
ンス強度は温度上昇で向上し、逆にフタロシアニンのル
ミネセンス強度は温度上昇で低下する。
【００３１】本発明は実施例に基づいて説明してきた
が、特許請求の範囲で変更ができることは明白であり、
同様に、ＯＴＤＲ系は操作には他の要素が必要であるこ
とは明白であるが、これらの要素は標準品であるので、
本明細書ではその記載は省略した。また、上記の開示は
上記の実施態様のいずれにも適用でき、これらの組合せ
もまた特許請求の範囲に含まれるものであることも当業
者にとっては明白である。
が、特許請求の範囲で変更ができることは明白であり、
同様に、ＯＴＤＲ系は操作には他の要素が必要であるこ
とは明白であるが、これらの要素は標準品であるので、
本明細書ではその記載は省略した。また、上記の開示は
上記の実施態様のいずれにも適用でき、これらの組合せ
もまた特許請求の範囲に含まれるものであることも当業
者にとっては明白である。
【図１】本発明の第１の実施態様を示す。
【図２】ａ〜ｃは本発明の別の実施態様を示す。
【図３】ローダミン１０１とフタロシアニン染料含有材
料のルミネセンス・スペクトルを示す。
料のルミネセンス・スペクトルを示す。
【図４】ローダミン１０１のルミネセンス強度の温度に
よる変化を示す。
よる変化を示す。
【図５】フタロシアニンのルミネセンス強度の温度によ
る変化を示す。
る変化を示す。
Claims (22)
- 【請求項１】 レーザ光を発生させるためのレーザ；上
記レーザ光を伝搬させるための光ファイバー；及び上記
ファイバーと光連通して設けられた少なくとも１つの染
料ドープ部を含む光ファイバー温度センサであって、上
記の少なくとも１つの染料ドープ部は上記レーザ光で励
起されたとき、ルミネセンスを示す少なくとも２種の異
なる染料でドープされており、その第１染料はピーク・
ルミネセンス波長λ1 を、その第２染料はピーク・ルミ
ネセンス波長λ2 を有し、それらの染料はλ1 とλ2 と
が同一でなく、一方の染料のルミネセンス強度の温度変
化は他方の染料のものとは異なる、光ファイバー温度セ
ンサ。 - 【請求項２】 第１染料のピーク・ルミネセンス波長λ
1 はレーザ光の励起波長よりも小さく、第２染料のピー
ク・ルミネセンス波長λ2 は上記のレーザ光の励起波長
よりも大きい、請求項１記載の光ファイバー温度セン
サ。 - 【請求項３】 第１染料のピーク・ルミネセンス波長λ
1 はレーザ光の励起波長よりもレーザによる反ストーク
ス域での第１染料のルミネセンス放出量だけ小さい、請
求項１又は２に記載の光ファイバー温度センサ。 - 【請求項４】 第２染料のピーク・ルミネセンス波長λ
2 はレーザ光の励起波長よりもレーザ光によるストーク
ス域での第２染料のルミネセンス放出量だけ大きい、請
求項３記載の光ファイバー温度センサ。 - 【請求項５】 第１染料のルミネセンス強度は温度上昇
で向上し、上記の第２染料のルミネセンス強度は温度上
昇で低下する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光
ファイバー温度センサ。 - 【請求項６】 第１染料がローダミン１０１である、請
求項１〜５のいずれか１項に記載の光ファイバー温度セ
ンサ。 - 【請求項７】 第２染料がフタロシアニン染料である、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の光ファイバー温度
センサ。 - 【請求項８】 ２種染料の濃度は、センサの−１００℃
〜８０℃の操作温度範囲内でのこの２種のルミネセンス
強度の比が１００未満となる濃度である、請求項６又は
７に記載の光ファイバー温度センサ。 - 【請求項９】 レーザ光の励起波長は約６３３ｎｍであ
る、請求項６又は７に記載の光ファイバー温度センサ。 - 【請求項１０】 レーザがヘリウム・ネオンレーザであ
る、請求項１〜９のいずれか１項に記載の光ファイバー
温度センサ。 - 【請求項１１】 レーザがレーザ・ダイオードである、
請求項１〜９のいずれか１項に記載の光ファイバー温度
センサ。 - 【請求項１２】 少なくとも２つのルミネセンス波長を
分離する光分離器と、この２つの波長の強度比を計算
し、この比から物質の温度を計算する処理装置を含む、
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の光ファイバー温
度センサ。 - 【請求項１３】 各種の温度範囲にわたり２種の染料の
ルミネセンス強度の比から校正曲線を作成する校正装
置；及びこの校正曲線を格納して処理装置で使用される
記憶装置を含む、請求項１２記載の光ファイバー温度セ
ンサ。 - 【請求項１４】 １つの染料ドープ部はファイバーの１
端と隣接し、光学的に連通して設けてある、請求項１〜
１３のいずれか１項に記載の光ファイバー温度センサ。 - 【請求項１５】 複数の染料ドープ部がファイバーの長
さ方向で間隔をおいて設けてある、請求項１〜１３のい
ずれか１項に記載の光ファイバー温度センサ。 - 【請求項１６】 ファイバーはプラスチック・クラッド
があり、このクラッドはその実質的に全長方向で染料が
ドープされている、請求項１〜１３のいずれか１項に記
載の光ファイバー温度センサ。 - 【請求項１７】 ファイバーはファイバー・コアとファ
イバー・クラッドから成り、ファイバー・コアは染料が
ドープされている、請求項１〜１３のいずれか１項に記
載の光ファイバー温度センサ。 - 【請求項１８】 ファイバーがプラスチック・ファイバ
ーである、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の光フ
ァイバー温度センサ。 - 【請求項１９】 ファイバーがガラス・ファイバーであ
る、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の光ファイバ
ー温度センサ。 - 【請求項２０】 光時間領域後方散乱策定（ＯＴＤＲ）
モードで温度センサを操作する制御器を含む、請求項１
〜１９のいずれか１項に記載の光ファイバー温度センサ
を含む温度感知装置。 - 【請求項２１】 図面を参照してこれまでに実質的に記
載してきた光ファイバー温度センサ。 - 【請求項２２】 図面を参照してこれまでに実質的に記
載してきた温度感知装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB9801168A GB2333357A (en) | 1998-01-20 | 1998-01-20 | Fibre optic temperature sensor |
| GB98011687 | 1998-01-20 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11211581A true JPH11211581A (ja) | 1999-08-06 |
Family
ID=10825575
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10039025A Pending JPH11211581A (ja) | 1998-01-20 | 1998-02-20 | 光ファイバー温度センサ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11211581A (ja) |
| GB (1) | GB2333357A (ja) |
| WO (1) | WO1999036756A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004077481A (ja) * | 2002-08-14 | 2004-03-11 | Sony Internatl Europ Gmbh | システムの温度を決定する方法 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2350892B (en) * | 1999-05-27 | 2002-01-23 | Univ Rockefeller | A fluorescent bead for determining the temperature of a cell and methods of use thereof |
| CN102410886B (zh) * | 2011-08-30 | 2014-02-05 | 深圳大学 | 一种光纤温度传感器及测量系统和信号处理方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4215275A (en) * | 1977-12-07 | 1980-07-29 | Luxtron Corporation | Optical temperature measurement technique utilizing phosphors |
| US5696863A (en) * | 1982-08-06 | 1997-12-09 | Kleinerman; Marcos Y. | Distributed fiber optic temperature sensors and systems |
| US5090818A (en) * | 1982-08-06 | 1992-02-25 | Kleinerman Marcos Y | Fiber optic systems for sensing temperature and other physical variables |
-
1998
- 1998-01-20 GB GB9801168A patent/GB2333357A/en not_active Withdrawn
- 1998-02-20 JP JP10039025A patent/JPH11211581A/ja active Pending
-
1999
- 1999-01-12 WO PCT/GB1999/000096 patent/WO1999036756A1/en active Application Filing
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004077481A (ja) * | 2002-08-14 | 2004-03-11 | Sony Internatl Europ Gmbh | システムの温度を決定する方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB2333357A (en) | 1999-07-21 |
| GB9801168D0 (en) | 1998-03-18 |
| WO1999036756A1 (en) | 1999-07-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5096277A (en) | Remote measurement of physical variables with fiber optic systems | |
| US5302025A (en) | Optical systems for sensing temperature and other physical parameters | |
| US5485480A (en) | Fiber optic lasers and amplifiers | |
| US5963680A (en) | Fiber optic refrigerator | |
| US5560712A (en) | Optical systems for sensing temperature and thermal infrared radiation | |
| US5991479A (en) | Distributed fiber optic sensors and systems | |
| US5928222A (en) | Fiber optic sensing techniques in laser medicine | |
| EP0377549A2 (en) | Remote measurement of physical variables with fiber optic systems | |
| US6694067B1 (en) | Cavity enhanced fiber optic and waveguide chemical sensor | |
| US5004913A (en) | Remote measurement of physical variables with fiber optic systems - methods, materials and devices | |
| EP0521128B1 (en) | Method and apparatus for optically measuring concentration of an analyte | |
| US5183338A (en) | Temperature measurement with combined photo-luminescent and black body sensing techniques | |
| US8529123B2 (en) | Device and method for calibrating a fiber-optic temperature measuring system | |
| US5332316A (en) | Fiber optic systems for sensing temperature and other physical variables | |
| JP2007183644A (ja) | 極薄導波路及び光ファイバを用いたセンサ | |
| US9404856B2 (en) | Optical refractive index measuring system based on speckle correlation | |
| US7671325B2 (en) | Biological Agent Signature Detector With an Optical Fiber Cladding Combined With a Bio-Indicator | |
| US20060188000A1 (en) | Apparatus for measuring temperature using luminescence thermometry | |
| US9372150B2 (en) | Optical method and system for measuring an environmental parameter | |
| CA2358268A1 (en) | A method for measuring at least one physical parameter using an optical resonator | |
| US20180364166A1 (en) | Improvements in and relating to remote sensing | |
| US5090818A (en) | Fiber optic systems for sensing temperature and other physical variables | |
| Kvasnik et al. | Distributed chemical sensing utilising evanescent wave interactions | |
| JPH11211581A (ja) | 光ファイバー温度センサ | |
| US20060039652A1 (en) | Technique for stabilizing laser wavelength and phase |