JPH11311576A - 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、正確かつ応答の速い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において、光ファイバを第１
の光ファイバ４および第２の光ファイバ８に分離する一
組の集光機能を有する第１、第２の光学体７ｂ、７ａ
と、温度検出部２２側の第１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側の第２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、第１の光ファイ
バ４の可動ホルダ３と温度検出部２２との間を覆う剛体
２１と、剛体２１より径の小さい蛍光体１を覆うキャッ
プ２０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１３
は一般に図５に示すように、ガラス管１５と、キャップ
１２と、蛍光体１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１を、ガラス管１５および光ファ
イバ素線１７に接着する。更にキャップ１２を蛍光体１
を覆うようにガラス管１５に固定する。

【０００４】この蛍光体１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１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１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１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１３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１３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１３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１３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１３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、光ファイバ４
と接続するガラス管１５の外径が光ファイバ４の外径と
概ね同じ大きさであり、温度検出部１３の熱容量が小さ
いことから、従来から用いられている熱電対等の温度セ
ンサより温度測定誤差が小さく応答の速い測定が可能で
あること、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】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１３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１３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１３
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。

【０００８】そこで、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が提案されてい
る。

【０００９】図４はその提案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
のもう一端にキャップ１２で覆われた蛍光体１を接続し
て第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と蛍光体１との間の部分は剛体２で覆う
構造となっている。

【００１０】蛍光体１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７ａ、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７ｂ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
を通り蛍光体１に到達する。蛍光体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。

【００１１】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キャップ１２を温度測定対象物に
押し当てると、キャップ１２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。

【００１２】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、アクチュエ
ータ５の力を温度測定対象物の重さより小さくしておく
と、温度測定対象物の質量による余分な力がキャップ１
２、剛体２、可動ホルダ３、を介してアクチュエータ５
により吸収され、適切な圧力で温度検出部１を温度測定
対象物に接触させることができるため、容易に温度測定
対象物の温度を再現性よく検出できる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述の様な提案による
光ファイバ式蛍光温度計を試作し、その応答を測定する
と、キャップが温度測定対象物に接触してから蛍光体が
温度測定対象物の温度に到達するまでに約１０秒かか
る。流れ生産ライン上の物体が温度測定対象である場合
には、タクトタイムが温度測定時間によって制限される
ことになる。この場合では、タクトタイムを１０秒以下
にすることができないという問題点がある。

【００１４】そこで本発明では、キャップと剛体の形状
を適切にすることにより、より応答の速い光ファイバ式
蛍光温度計を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の第１の発明では、光ファイバの先端に蛍
光体を取り付け、この蛍光体を保護するキャップで覆っ
た温度検出部と、蛍光体に光ファイバを介して励起光を
供給するとともに蛍光体からの蛍光信号の温度依存性を
用いて温度検出部の温度を演算する信号処理回路と、温
度検出部と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、温
度検出部と第１の光学体とを光学的に接続させる第１の
光ファイバと第１の光ファイバの温度検出部側を保持す
る剛体と第１の光ファイバの第１の光学体側と第１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、
信号処理回路と第１の光学体とを光学的に接続させる第
２の光ファイバと第１の光学体と対向して配設される第
２の光学体と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、固定部内に配設された可動部を
摺動し保持させるアクチュエータとを設け、第１の光フ
ァイバを保持させる剛体およびキャップのいずれかに段
差を設ける。すなわち、キャップまたは剛体の外径を変
えることによって、キャップを介して蛍光体に熱を伝わ
り易くし、蛍光体から剛体側に熱を逃げにくくすること
により、応答の速い温度測定を行うことができる。

【００１６】第２の発明では、剛体側の蛍光体の外径を
第１の光学体側の外径より細くし、キャップの外径も剛
体の蛍光体側と大略同じ径にする。すなわち、剛体の蛍
光体側およびキャップの外径を細くすることにより、温
度検出部の熱容量を小さくして、温度測定対象物から伝
わる熱で蛍光体の温度が容易に変化し、かつ、光学体側
へ熱が伝わりにくくして、温度測定対象物への接触時に
応答の速い温度測定を行うことができる。

【００１７】第３の発明では、キャップの外径を剛体の
外径より細くすることで、温度検出部の熱容量を小さく
するとともに、剛体側へ熱が伝わり易くして温度測定対
象物への接触および開離時に応答の速い温度測定を行う
ことができる。

【００１８】第４の発明では、剛体の蛍光体側の外径を
第１の光学体の外径およびキャップの外径より細くする
ことで、光学体側へ熱が伝わりにくくして、温度測定対
象物に接触するときの応答の速い温度測定を行うことが
できる。

【００１９】

【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式温度計
の一例を示す図である。ここでは、図４と異なる点につ
いて説明する。蛍光体１を覆うキャップ２０の外径と第
１の光ファイバ４を保持する剛体２１のキャップ側の外
径は剛体２１の第１の光学体側の外径よりおおよそ半分
まで細くする。これによって、温度検出部２２を温度測
定対象物に押し当てる時、熱は温度測定対象物からキャ
ップ２０を介して、蛍光体１へ伝わる。この時、図４に
示す従来技術と比べて、温度検出部２２の熱容量が小さ
くなっているので、蛍光体１の温度はより速く変化す
る。このため、温度測定の応答がより速くなる。本発明
では、剛体２１のキャップ側の外径を剛体２１の第１の
光学体側の外径より細ければ細いほどこの効果は顕著に
なるが光ファイバを保持する機能および加工の難易度よ
り、適宜第２の径を決める。

【００２０】また、キャップ２０の材料として熱伝導の
良い金属、例えばアルミニウム、銅やセラミクス（窒化
アルミ）を、剛体の材料として熱伝導の悪いセラミク
ス、例えばジルコニアを用いるとこの効果はさらに著し
くなる。

【００２１】図２は、本発明の他の実施例である。キャ
ップ２４の外径を剛体２５よりおおよそ半分まで細くす
る。この時、温度検出部の熱容量は小さくなる一方で、
剛体の熱容量は変わらない。従って、温度測定対象物に
押し当てた時は、前述の様に応答が速くなる。また、温
度測定対象物から離れる時も、剛体２５を通じて、光学
体側へ熱が伝わり、応答が速くなる。この場合でもキャ
ップ２４の材料として熱伝導の良い金属を、剛体２５の
材料として熱伝導の良くない材料を選ぶことで、その効
果はさらに著しくなる。

【００２２】図３は本発明の他の実施例である。剛体２
８のキャップ側のみおおよそ半分まで細くしてある。こ
のため、前述の様にキャップ２８および蛍光体１から熱
が逃げにくく、温度測定対象物に押し当てる時の応答が
従来例に比べて速くなる。前述と同様に材料を選ぶこと
で効果は顕著になる。

【００２３】実際に試作した、本発明の応答の結果は、
図１に示すもので、押し当てる時が２．２秒、離れる時
が５．６秒、図２に示すもので、それぞれ４．６秒、
４．８秒、図３に示すものでそれぞれ３．４秒、７．２
秒と従来より速くなった。

【００２４】

【発明の効果】温度検出部を構成するキャップおよび光
ファイバを保持する剛体の外径を変えて、段差を設ける
ことにより、熱の流れを制御でき、応答の速い温度測定
を実現する。

【００２５】また、キャップおよび剛体の一部の径を剛
体の他端の径より細くすることで温度検出部の熱容量を
小さくすることが可能になり、温度測定対象物に接触さ
せる時の応答を速くできる。

【００２６】また、キャップの径のみ剛体より細くする
ことで、温度測定対象物への接触および開離時の両方の
応答を速くできる。

【００２７】また、剛体のキャップ側のみ径を細くして
も、温度測定対象物に押し当てた時の応答を速くでき
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】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４】従来の光ファイバ式蛍光温度計の一例を示す図
である。

【図５】従来の光ファイバ式蛍光温度計の他の一例を示
す図である。

【符号の説明】

１ 蛍光体 ２、２１、２５、２９ 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 １１ 固定部 １２、２０、２４、２８ キャップ １３、２２、２６、３０ 温度検出部 １０、２３、２７、３１ 可動部

Claims (4)

【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前記
   蛍光体を保護するキャップで覆った温度検出部と、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１の光学体とを光学的に接続させる
   第１の光ファイバと前記第１の光ファイバの温度検出部
   側を保持する剛体と前記第１の光ファイバの前記第１の
   光学体側と前記第１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１の光学体とを光学的に接続
   させる第２の光ファイバと前記第１の光学体と対向して
   配設される第２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、 前記第１の光ファイバを保持させる剛体およびキャップ
   のいずれかに段差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】剛体の蛍光体側の外径を第１の光学体側の
   外径より細くしキャップの外径も剛体の蛍光体側と大略
   同じ径にし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。
3. 【請求項３】キャップの外径を剛体の外径より細くした
   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。
4. 【請求項４】剛体の蛍光体側の外径を第１の光学体側の
   外径およびキャップの外径より細くしたことを特徴とす
   る請求項１記載の光ファイバ式温度計。