JPS58137723A - 温度測定装置 - Google Patents

温度測定装置

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JPS58137723A
JPS58137723A JP2005882A JP2005882A JPS58137723A JP S58137723 A JPS58137723 A JP S58137723A JP 2005882 A JP2005882 A JP 2005882A JP 2005882 A JP2005882 A JP 2005882A JP S58137723 A JPS58137723 A JP S58137723A
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afterglow
phosphor
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temperature
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Masao Hirano
平野 正夫
Motoaki Takaoka
高岡 元章
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Omron Corp
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Tateisi Electronics Co
Omron Tateisi Electronics Co
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K11/00Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
    • G01K11/32Measuring 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
    • G01K11/3206Measuring 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 at discrete locations in the fibre, e.g. using Bragg scattering
    • G01K11/3213Measuring 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 at discrete locations in the fibre, e.g. using Bragg scattering using changes in luminescence, e.g. at the distal end of the fibres

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  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、螢光体を応用した光温度測定装置に関する
光応用温度測定は、電気信号を用いないので、電磁界に
よるノズルの影響を全く受けないという特徴をもち、光
フアイバ技術を使った種々の装置が開発されている。な
かでも、螢光体からの発光を利用した光温度測定は、螢
光体の励起−発光過程で光の波長が変換されるために、
計測系の入力光と出力光すなわち励起光と螢光体からの
螢光および残光とを分離できるという利点がある。この
ため、単線の光ファイバを用いて入、出力光を伝達する
ことができ、光の伝達系がコンパクトになる。
螢光体応用温度測定技術には大別して、螢光の発光強度
の温度変化を利用するものと、励起後の残光時間の温度
変化を利用するものとがある。螢光の発光強度の温度変
化を利用した温度測定においては、強度の大きな励起光
と強度の小さな螢光とが同時番ご存在するために、これ
らを分光その他の方法で波長分離しなければならず、そ
のための光学系が必要であるとともに、S/N比の高い
計測が困難であるという欠点かを検知するから原理的に
は一励起光が残光測定に影響を与えることがなく光学的
な計測が容易となるという利点をもっている。しかしな
がら、残光の減衰過程の残光強度の測定であるから、低
い残光強度の測定が困難で、残光強度が零になった時点
の判定に誤差が生じゃすく残光時間を正確に測定できな
いという問題がある。
この発明は、残光の温度変化を利用する測定であること
により励起光による悪影響を排除することができ、しか
も残光時間を正確に計測するこ点のできる、螢光体応用
光温度測定装置を提供することを目的とする。
この発明による温度測定装置は、温度を測定すべき雰囲
気または物体に配置され、残光特性が温度依存性をもつ
螢光体、螢光体を励起する励起手段、励起された螢光体
から発光される光のうち少なくとも残光を検知する受光
器、受光器の出力を増巾するものであって、測定温度範
囲内において発光される残光のうちの最も低いピーク輝
度によって出力が飽和するように調整された増巾器、増
巾器の出力をその飽和レベルよりも低い所定のしきい値
によって弁別し、増巾器の出力がしきい値以下になった
ことを検出する弁別手段および螢光体の励起停止時点か
ら弁別手段の検出時点までの時間を測定し、この測定時
間を、螢光体に応じてあらかじめ設定された残光時間の
温度特性と比較することにより温度を演算する演算手段
、からなることを特徴とする。
螢光体からの残光は受光器によって検知され、受光器の
出力は増巾器によって増巾される。そしてこの増巾器は
、測定温度範囲内において発光される残光のうちの最も
低いピーク輝度によってその出力が飽和するように調整
されている。
したがって、測定の対象となるいかなる温度に詔いても
、残光の初期においては増巾器の出力は飽和レベルにあ
り、その後、温度に応じた時点で急激−に立下る。そし
てこの立下りが、飽和レベルよりも若干低いレベルのし
きい値によって弁別され、励起停止の時点すなわち残光
の開始の時点から、増巾器の出力がしきい値以下になっ
た時点までの時間が計測され、この計測された時間にも
とづいて温度が測定される。増巾器の急峻な立下りにも
とづいて残光時間を測定しているから、その測定を正確
に行なうことができる。また残光を測定しているから、
励起光と分離する必要がなく、励起光による悪影響を受
けることな(高いS/N比の測定が可能であるとともに
、分光装置なども不要である。
この発明では、残光特性が温度依存性をもち螢 かつ測定可能な残光時間の赤光体であれば、その種類を
限定されず種々のものを用いることができる。好ましく
は、残光時間が10−’ see〜10−3see程度
の螢光体がよい。たとえば、Y2O2S i :Euな
どの希土類金属オキシサルファイド、ZnS : Ln
 、 SrS : Lnなどの硫化物螢光体、LaF3
 : (Yb 5Er)などが使用される。
以下、図面を参照してこの発明をさらに詳細に説明する
算1図は、パルス状ないし方形波状の励起光およびこの
励起光によって励起された螢光体から発光される光の波
形を示している。励起されている間に発光される光が、
、螢光で、励起が停止した時点(tQで示す)以降に発
光され、時間とともに減衰する光が残光である。螢光体
によって異なるが、残光は指数関数的にまたは双曲線関
数的に減衰する。
第2図の左側のグラフは、螢光体の残光を検知する受光
器の出力の時間にともなう変化を示している。残光が減
衰する時間(残光の時間特性)は、螢光体の温度によっ
て異なる。Tl〜T3はそれぞれ異なる温度を示し、T
I<T2<T3の関係にある。一般には、残光時間は温
度が低いほど長くなる傾向にある。受光器の出力信号が
入力する増巾器は、測定温度範囲内において発光される
残光のうち最も低いピーク輝度によって、その増巾器の
出力が飽和するように、その増中度等があらかじめ調整
されている。
測定可能な温度範囲内で最も高い温度をたとえばT3と
すると、この温度T3における受光器の出力の時点も0
における値が、上述の最も低いピーク輝度である。温度
T3における時点t。
での受光器の出力レベルよりも若干低いレベルSOを仮
想し、このレベルSOの入力信号によって増巾器が飽和
するようにする。すると増巾器の出力は、第2図の右側
のグラフに示されているように、時点も0からしばら(
の間飽和レベルにあり、温度T1〜T3に応じた時間τ
1が′ 〜τ3@経過した時点で急激に立下る。時点IQから増
巾器の出力の立下り開始までの時間τ1〜τ3を便宜的
に残光時間と呼ぶ。これらの残光時間τ1〜τ3は、飽
和レベルよりも若干低いしきい値Sによって増巾器の出
力を弁別し、励起の停止した時点toから増巾器の出力
がしきい値S以下になる時点までを計測することにより
容易に求めることができる。
これは、受光器の出力をレベルSOで弁別し、時点to
から受光器の出力がレベルSO以下になるまでの時間を
計測することと等価である。
しかしながら、増巾器の飽和レベルをSQに設定してい
ることにより、単調に減少しているI受光器出力を、時
間的変化のない飽和状態から急峻に変化する信号に変換
しているので、レベル弁別が容易となりかつ正確となる
。また、この発明においては比較的高い輝度レベルで弁
別しているので、時間的な変化の緩慢な輝度が零に近い
レベルを検出する従来例に比べて、残光時間の測定が正
確になりかつ高い87N比が得られる。
第3図は残光時間の温度特性を示している。
温度測定装置の増巾器に設定された飽和レベルに詔いて
、使用される螢光体について、種々の温度Tに対してそ
の残光時間でか測定され、既知関数として第3図に示す
ような残光時間の温度特性があらかじめ設定されている
。測定された残光時間(たとえばτ2)がこの温度特性
と比較されることにより、温度(たとえばT2)が求め
られる。
第4図は温度測定装置の構成を示しでいる。
光ファイバfi+の先端に所定の蒙光体(2)が取付け
られ、温度プローブが構成されている。この温度プロー
ブは、その先端が温度測定すべき雰囲気中にまたは物体
に接触した状態で配置される。
CPUQQによって制御されるタイミング発生回路(4
)からは2種類のタイミング・パルス信号P1、P2が
出力される。パルスp1は、発光器(3)を1動させる
ためのもの゛であって、第6図に示すように、一定周期
Taで出力される。この周期Taは、測定範囲内のすべ
ての温度において、螢光体(2)から発光された残光が
完全に消失するのに充分な時間に設定されている。パル
スPlが入力すると発光器(3)から励起光が出方され
、光ファイバ(1)を通って螢光体(2)に照射される
。この励起によって螢光体(2)から発光された螢光右
よび残光は光ファイバ(1)を伝搬し、ビームOスプリ
ッタ(9)を介して取出され、受光N(51の検知信号
は前置増巾器(6)で増巾されたのち、サンプル・ホー
ルド回路(7)に入力する。
タイミング発生回路!41から出力されるタイミング・
パルスP2は、第7図に示すように、パルスPlの立下
りの時点tQから次のパルスPlが出力される時点まで
出力される。各パルスP2の出力される時点を□”* 
O1$ 1、t 2、・・・tnとする。またパルスP
2の周期をΔtとする。この周期Δtはアナログ・デジ
タル(AD)変換器0■のAD変換動作時間より若干長
く設定されている。タイミング・パルスP2は、サンプ
ル・ホールド回路(7)およびAD変換器(2)に送ら
れる。受光器(5)によって検知された光のうち残光の
信号のみがサンプル・ホールド回路(7)でそのレベル
がパルスP2ごとにホールドされる。
この回路(7)の出力は増巾回路(8)で増巾されたの
ちAD変換器(2)に送られ、時間Δtの間にデジタル
信号に変換されて、RAMQIIにストアされる。、増
巾回路(8)が上述した増巾器であって、レベル80以
上の入力は飽和レベルにまで増巾されて、飽和レベルの
出力となる。
RAMQIIには、第5図に示すように、AD変換され
たサンプリング・データを記憶するエリヤ、パルスP1
の繰返し@′#mを記憶するエリヤ、上述のしきい値S
を記憶するエリヤ、および第3図に示す残光時間Tの温
度特性を記憶するエリヤが設けられている。この実施例
においては、螢光体(2)の励起が篤回繰返えされ、サ
ンプリング・データの積算平均にもとづいて残光時間が
求められる。サンプリング・データ・エリヤには、各サ
ンプリング時点t ON@ Hごとに、第1回目の励起
から第m回目の励起におけるサンプリング・データ、そ
れらのi回の積算値および平均値を記憶する場所が設け
られている。
第4図に示す温度測定装置はCPUQGによって制御さ
れる。このCPUQQの制御および温度演算処理手順が
第9図に示されている。まずCP UQGカラパルスP
 1の出方指令がタイミング発注回路1′4)に出力さ
れ、かつCPU(ItI内のタイマによって周期Taの
計時が開始される(ステ(2I) ツブ#Iり。これにより、回路(4)からパルスP1が
出力され、かつパルスP1の立下りの時点からパルスP
2が出力される。CPUQQでは、時間Taが経過する
まで待つ(ステップ@)。
この間に上述したように、螢光体(2)が励起され、そ
の後螢光体(2)から発光された残光がパルスP2ごと
にサンプリングされ、かつAD変換されたのち、このデ
ータが各サンプリング時点ごとにRAMQIl内のその
繰返し回数に応じた記憶場所にストアされる。Taを計
時しているタイマがタイム・アップすると、RA M 
Qll内の繰返し回数筒が−1され(ステップ(21)
、この結果が0になったかどうかが検査される(ステッ
プc!41)。rn = Oでなければ、再びステップ
(社)に戻り、同様に螢光体(2)の励起と残光信号の
サンプリングが繰・返えされる。
乳回の残光の測定が終了すると、RAMCIn内の鶏回
分のサンプリング・データが、各サンプリング時点ごと
に積、算され(ステップ@)、そのm回の平均が算出さ
れる(ステップ(261)。そして、平均値が各サンプ
リング時点ごとに読出され(ステップall))、Lき
い値Sと比較される(ステップ@)。この比較がサンプ
リング時点’Ox’ls’2x・・・というように順次
行なわれていき、しきい値Sよりも小さな平均値が見付
かると、残少時間τの算出に進む(ステップ■)。しき
い値S以下の最初の平均値が時点Liのものである場合
には、残光時間はτ丑△triで求められる。最後に、
算出された残光時間τが残光時間の温度関数と比較され
、混度埜が算出される。(ステップal)。
サンプリング・データの積算回数溝が不足していたり、
何らかの異常により〜積算データまたはその平均値が、
第8図にVで示すように、飽和レベルであるべき箇所で
やや小さな値となっているようなときまたはそのおそれ
があるときには、しきい値Sをやや低目に設定しておく
とよい。この場合には、残光時間の温度特性(第3図)
も低目に設定されたしきい値Sで修正しておくことが好
ましい。
【図面の簡単な説明】
第1図は励起光と、螢光体から発光した螢光および残光
とを示す波形図、第2図はこの発明の基本的な考え方を
示すための残光信号を示すグラフ、第3図は残光時間の
温度特性を示すグラフ、第4図はこの発明の実施例を示
すブロック図、第5図はRAMの内容を示す図、1g6
図および第7図は、第5図に示す回路の動作を示すため
のタイム・チャート、第8図は他のしきい値レベルを示
すための波形図、第9図はCPUの動作を示すフロー〇
チャートである。 (1)・・・光ファイバ、(2)・・・螢光体、(3)
・・・発光器、(4)・・・タイミング発生回路、(5
)・・・受光器、(7)・・・サンプル・ホールド回路
、(8)・・・増巾回路、QQ see CP U、 
、Qll II@II RAM、 Q311@@AD変
換器。 以上 特許出願人 立石電機株式会社 υ) 1F−ト一も−一一 第9図 手続補正書m sw I’ll w」 昭和57年4月72日 特許庁長官  島 1)春 樹  殿 1、事件の表示    昭和57年特許願 ”2005
8   号2、M明(D名称  温度測定装置 3、補正をする者 事件との関係    特許出願人 1  所  京都市右京区花園土堂町10番地氏名−名
称(294)立石電機株式会社4、代 理 人 5、補正命令の日付   昭和  年  月   日6
、補正により増加する発明の数

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 残光特性が温度依存性をもつ螢光体、 螢光体を励起する励起手段、 励起された螢光体から発光される光のうち少なくとも残
    光を検知する受光器1 受光器の出力を増巾するものであって、測定温度範囲内
    において発光される残光のうちの最も低いピーク輝度に
    よって出力が飽和するように調整された増巾器、 増巾器の出力をその飽和レベルよりも低い所定のしきい
    値によって弁別し、増巾器の出力がしきい値以下になっ
    たことを検出する弁別手段および 螢光体の励起停止時点から弁別手段の検出時点までの時
    間を測定し、この測定時間を、螢光体に応じてあらかじ
    め設定された残光時間の温度特性と比較することにより
    温度を演算する演算手段、 からなる温度測定装置。
JP2005882A 1982-02-10 1982-02-10 温度測定装置 Granted JPS58137723A (ja)

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