JPS58189529A - 光学式温度測定器 - Google Patents
光学式温度測定器Info
- Publication number
- JPS58189529A JPS58189529A JP7117882A JP7117882A JPS58189529A JP S58189529 A JPS58189529 A JP S58189529A JP 7117882 A JP7117882 A JP 7117882A JP 7117882 A JP7117882 A JP 7117882A JP S58189529 A JPS58189529 A JP S58189529A
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- JP
- Japan
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- thin film
- film
- optical fiber
- semiconductor
- temp
- 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
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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
- G01K11/12—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in colour, translucency or reflectance
- G01K11/14—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in colour, translucency or reflectance of inorganic materials
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明のｗ４Ｔる伎術分舒〕
本軸明は半導体の光吸収帯の湿度依存性を応用した光学
式温度測定器４：係り特電：感温部の構造に関する。
式温度測定器４：係り特電：感温部の構造に関する。
本技術による一度測定器はこれまで実用化されていない
が、公開された例としては電気学会光・ｋ子デバイス研
究余資料（ＯＱ Ｄ−８１−９，１９８１３がある。こ
の公開例ではｆＩＮＪ１図題二示すよう６二半導体の小
片１２を光ファイバ１１の先端に直接もしくは屈折本分
有形ロンドレンズを介して接看剤で固定し、かつ金属ス
リーブ１３で保護しである。
が、公開された例としては電気学会光・ｋ子デバイス研
究余資料（ＯＱ Ｄ−８１−９，１９８１３がある。こ
の公開例ではｆＩＮＪ１図題二示すよう６二半導体の小
片１２を光ファイバ１１の先端に直接もしくは屈折本分
有形ロンドレンズを介して接看剤で固定し、かつ金属ス
リーブ１３で保護しである。
しかるしこの例の如き構造では１１）感＃Ａｓの鮒熱諷
屓は撤璽剤の一熟龜屓で制限され光ファイバや半導体の
岨熱温度ａ：比べ低い湿度に制限される。
屓は撤璽剤の一熟龜屓で制限され光ファイバや半導体の
岨熱温度ａ：比べ低い湿度に制限される。
（２）光ファイバのａｌｉｉは１００〜数百μｍである
がそれと同等のｔａ径の半導体小片を光フアイバ先端に
一看剤で固定する１二は非常ｄ二微細な作業を要するた
めに第１図の例のようＩ：光ファイバの直径に比べ大き
な半導体小片を用いざるを得す、感ａｍの小形化が困難
である。（３）半導体の小片の厚さは数１０ｐｍから数
１００μｍという薄さにする必要があり直径１ｕ以下の
このような陶片を取扱うことは非常に困難な作業を要す
る、という欠点を有する。特に（１）の欠点で測定範囲
が制限されることはこの檀の温度測定器の利用範囲が狭
くなり改善が望まれる。
がそれと同等のｔａ径の半導体小片を光フアイバ先端に
一看剤で固定する１二は非常ｄ二微細な作業を要するた
めに第１図の例のようＩ：光ファイバの直径に比べ大き
な半導体小片を用いざるを得す、感ａｍの小形化が困難
である。（３）半導体の小片の厚さは数１０ｐｍから数
１００μｍという薄さにする必要があり直径１ｕ以下の
このような陶片を取扱うことは非常に困難な作業を要す
る、という欠点を有する。特に（１）の欠点で測定範囲
が制限されることはこの檀の温度測定器の利用範囲が狭
くなり改善が望まれる。
本発明は上述した従来例の欠点を改良し、より高温度の
測定を可能としかつ製作安易な光学式−原典定器を提供
することにある。
測定を可能としかつ製作安易な光学式−原典定器を提供
することにある。
本発明は半導体材料の光吸収端波長が温度６二よって変
化することを応用し、所定のスペクトル分布の光ビーム
を上記半導体材料薄膜に通したときの透過光蓋の変化を
測定することにより温度を測定するようにしたもので、
このとき上記半導体薄膜を光ファイバの先端に固着させ
る場合（：、エピタキシャル成長の可能な材料からなる
バッファ層を介在させるよう（−シたものである。
化することを応用し、所定のスペクトル分布の光ビーム
を上記半導体材料薄膜に通したときの透過光蓋の変化を
測定することにより温度を測定するようにしたもので、
このとき上記半導体薄膜を光ファイバの先端に固着させ
る場合（：、エピタキシャル成長の可能な材料からなる
バッファ層を介在させるよう（−シたものである。
以下固自を参照して本発明の一実施例につき説明する。
第２図は半導体の秋収端波長温度特性を示す図で、第３
図は第２図中に点線で示したスペクトル分布の光が半導
体を透過したときの温度−透過光量特性を示す図である
。
図は第２図中に点線で示したスペクトル分布の光が半導
体を透過したときの温度−透過光量特性を示す図である
。
すなわち本発明は半導体材料の光吸収端波長が温度１；
よって″１１２図１＝示りようａ：変化することを応用
して温度測定を行うもので、弗２図中の点線で示すよう
超スペクトル分布の光ビームを半導体＃膜を通すとその
ｍ度区＝よって第３図菟；示すよう墓二透過光量が変化
する。従ってこの透過光量の割合を検出することによっ
て温度を検出することができる。
よって″１１２図１＝示りようａ：変化することを応用
して温度測定を行うもので、弗２図中の点線で示すよう
超スペクトル分布の光ビームを半導体＃膜を通すとその
ｍ度区＝よって第３図菟；示すよう墓二透過光量が変化
する。従ってこの透過光量の割合を検出することによっ
て温度を検出することができる。
これＩ：用いる半導体薄膜は単結晶である必要は ゛
なく、非結質でも同様な効果が得られること・から半導
体Ｊｌ展の光フアイバ先端への固着は、気相成長法等を
用いて光ファイバの先端Ｉ：半導体＃躾を形成すること
が達成される。さらに反射形艦ニー「るため亀；はその
上に反射膜を同様に島看する。
なく、非結質でも同様な効果が得られること・から半導
体Ｊｌ展の光フアイバ先端への固着は、気相成長法等を
用いて光ファイバの先端Ｉ：半導体＃躾を形成すること
が達成される。さらに反射形艦ニー「るため亀；はその
上に反射膜を同様に島看する。
光ファイバを通ってきた光は半導体ｊＩＩ！ｌを通過し
反射膜で反射されて同じ光路へ戻る。この反射光を検出
することによって第３図−示したような出力信号が得ら
れ、１ＩＩｉｌ良を測定することができる。
反射膜で反射されて同じ光路へ戻る。この反射光を検出
することによって第３図−示したような出力信号が得ら
れ、１ＩＩｉｌ良を測定することができる。
ここで光フアイバ先端面（二半導体＃膜を！を級彫成す
ると接着力が刺いため、本発明鑑二よれば該半導体がエ
ピタキシャル成長の可能な材料からなる薄膜をバッファ
ー階とし【介在させ該半導体薄膜を形成するようにして
いる。
ると接着力が刺いため、本発明鑑二よれば該半導体がエ
ピタキシャル成長の可能な材料からなる薄膜をバッファ
ー階とし【介在させ該半導体薄膜を形成するようにして
いる。
第２図１＝示した特性は厚さ５μｍのＧａＡｓ薄展を温
度変化させたときのもので、ＩＩ！２図中に点線で示し
たスペクトル分布はＧａＡｇ（８ｉ）のＬＩｉｉＤの発
光スペクトルである。
度変化させたときのもので、ＩＩ！２図中に点線で示し
たスペクトル分布はＧａＡｇ（８ｉ）のＬＩｉｉＤの発
光スペクトルである。
以下これらを用いた場合のより具体的な実施例につき説
明する。
明する。
第４図（鳳）は本発明の一実施例を不し、４１は光源と
なるＬｌｉｆＤで、第２図中の点線で示す如きスペクト
ル分布を有する。このｌＩＤ４１力・ら出射された光は
レンズ４４を介して平材光とされた後ヒームヌプリツタ
４６ｔ：より２方向堪−分岐され、一方は光検出器４２
に入り、他の一方はレンズ砺Ｃ二より１に束されて光フ
ァイバ４７（：導び力λれる。
なるＬｌｉｆＤで、第２図中の点線で示す如きスペクト
ル分布を有する。このｌＩＤ４１力・ら出射された光は
レンズ４４を介して平材光とされた後ヒームヌプリツタ
４６ｔ：より２方向堪−分岐され、一方は光検出器４２
に入り、他の一方はレンズ砺Ｃ二より１に束されて光フ
ァイバ４７（：導び力λれる。
４４図（ｂｌは弗４図（Ｊｌ）ｌ′″−おける光ファイ
ノく４７の先、端部ト壺の拡大構造を示す。第４図（ｂ
ｌのよう≦二光ファイハノ先端部１：ハＡｌｔｔＯ島Ｍ
展４８、ＧａＡｓ薄ｐ＆４９、反射膜５０が各々形成
されている。さら１−光ファイバは保護膜５１で被覆さ
れてｖする。
ノく４７の先、端部ト壺の拡大構造を示す。第４図（ｂ
ｌのよう≦二光ファイハノ先端部１：ハＡｌｔｔＯ島Ｍ
展４８、ＧａＡｓ薄ｐ＆４９、反射膜５０が各々形成
されている。さら１−光ファイバは保護膜５１で被覆さ
れてｖする。
第４図中口二示す構造は次のよ５Ｉ−シて達成される。
すなわちガラスもしくは石英ガラスを材質とした光ファ
イバの一端を研摩し、その研摩面ζ二Ａ７Ｊ、０．をス
パッタ法４二より数ｎｍの薄膜を形成しその上４二ＭＯ
−ＣＶＤ法（二より数μｍの厚さで（ＵａＡｓ薄膜を形
成し、さらｌ：Ａｕ を〜１μ蒸看し反射膜とする。
イバの一端を研摩し、その研摩面ζ二Ａ７Ｊ、０．をス
パッタ法４二より数ｎｍの薄膜を形成しその上４二ＭＯ
−ＣＶＤ法（二より数μｍの厚さで（ＵａＡｓ薄膜を形
成し、さらｌ：Ａｕ を〜１μ蒸看し反射膜とする。
ここでｋｌ、ＯＳは、これが結晶質である場合（−はそ
の上に形成されるＧａλ３躊膜がエピタキシャル成長可
能な材料であり、このｈｌ、Ｏ，＠がノ（ツファ−鳩と
して使用される。
の上に形成されるＧａλ３躊膜がエピタキシャル成長可
能な材料であり、このｈｌ、Ｏ，＠がノ（ツファ−鳩と
して使用される。
このような構成において光ファイバのもう一端区二Ｉｈ
１Ｄの出射ビームを一入し、光検出器４２によって入射
光ｋを検出し、光ファイバの先端からの反射光量を光検
出器４３で検出する。
１Ｄの出射ビームを一入し、光検出器４２によって入射
光ｋを検出し、光ファイバの先端からの反射光量を光検
出器４３で検出する。
そして入射光−を１０１反射光量なＩｌ とすると、
１ｌ−ＩＯｘλｘＴ（ｔ）
となる。人は光路途中での透過損失でありＴ（θ）は温
度θ、におけるＧａＡｓ ＠膜の光源６二対する透過率
である。
度θ、におけるＧａＡｓ ＠膜の光源６二対する透過率
である。
温度＃Ｃ二対し１１の相対値は前述の如く第３図に示す
ような特性を示す。Ａを一定とすればとなり温度＃（二
比例した値が得られ、この後非直線性を補正すれば温度
−を求めることができる。
ような特性を示す。Ａを一定とすればとなり温度＃（二
比例した値が得られ、この後非直線性を補正すれば温度
−を求めることができる。
本実施例のようζ−半導体薄膜を１００μｍの厚さにし
た時の反射光の光路は、光フアイバ端面に直接反射膜を
つけた場合と同じと見做してよい。従つて光ファイバか
ら出て反射面で反射された光は半導体での吸収を受ける
だけでそのまままた元ファイバー二戻る。
た時の反射光の光路は、光フアイバ端面に直接反射膜を
つけた場合と同じと見做してよい。従つて光ファイバか
ら出て反射面で反射された光は半導体での吸収を受ける
だけでそのまままた元ファイバー二戻る。
この感温部の直径は高温耐熱のコート剤、例えばシリカ
とアルミナを主成分とする常温硬化形コート剤で被覆し
た場合でも光ファイバの外径より多少太くなるだけでｌ
ｉｕ＋φ以−トの細い温度センサを提供できる。
とアルミナを主成分とする常温硬化形コート剤で被覆し
た場合でも光ファイバの外径より多少太くなるだけでｌ
ｉｕ＋φ以−トの細い温度センサを提供できる。
１述の一実施例では半導体としてＧ ａ Ａ ｓを用い
たがもちろん他の半導体材料（化合物半導体を含む）で
も良く、その時はその光吸収端波長に合わせて光源を選
べば良い。
たがもちろん他の半導体材料（化合物半導体を含む）で
も良く、その時はその光吸収端波長に合わせて光源を選
べば良い。
光路途中で透過損夫人を一定としたが、その変動が大き
く測定精度が低い場合は、前述した光源の中心波長λ１
より棗い中心波長λ宜のもう一つの光源を一諸（二相い
ると、各々の検出イメ号の比ＳはＡ、・Ｔ＋（θ） 人！ ・ Ｉｌｌ鵞（θ） となり、λ１とλ宜 を近いものを用いればＡ、−＝＝
Ａ、と見做せるので となり光路途中での透過担失人の変動を補償でき高精度
の測定がＴｌ１Ｊ能となる。
く測定精度が低い場合は、前述した光源の中心波長λ１
より棗い中心波長λ宜のもう一つの光源を一諸（二相い
ると、各々の検出イメ号の比ＳはＡ、・Ｔ＋（θ） 人！ ・ Ｉｌｌ鵞（θ） となり、λ１とλ宜 を近いものを用いればＡ、−＝＝
Ａ、と見做せるので となり光路途中での透過担失人の変動を補償でき高精度
の測定がＴｌ１Ｊ能となる。
例えば測定範囲０〜３００℃Ｃ；おいて一妓長で測定し
た時は＃１４度が士数度であったのが二波長力式を用い
ると１０．５℃以下（ユすることができる。
た時は＃１４度が士数度であったのが二波長力式を用い
ると１０．５℃以下（ユすることができる。
半尋体＃膜の厚さは一数μｍで上述の効果が十分得られ
る。また本発明（：よれば光ファイバを多数本束ねて、
その端面を研隼し、その面（１中間層と半導体のＮ膜を
形成することにより同時にかつ容５４を二多数の光ファ
イバセン夛が得られる。
る。また本発明（：よれば光ファイバを多数本束ねて、
その端面を研隼し、その面（１中間層と半導体のＮ膜を
形成することにより同時にかつ容５４を二多数の光ファ
イバセン夛が得られる。
また、接着剤を用いた場合はその耐熱および細寒温度で
使用温度範囲が限定されるの４二対し、本発明（二よれ
ば、より広い温度範囲で使用できる。
使用温度範囲が限定されるの４二対し、本発明（二よれ
ば、より広い温度範囲で使用できる。
また耐桑品性（二も優れている。
さらに、光ファイバの端面と半導体ｌＩｌ護との墳界面
も嫉審剤を介した場合に比較し本発明（二よる向の方が
光学的（１優れており散乱、吸収（−よる損失が少ない
。また直接ファイバ端面に直接半導体小片をつけた場合
（：比較しバッファ一層を設けることで振合強度が増す
。
も嫉審剤を介した場合に比較し本発明（二よる向の方が
光学的（１優れており散乱、吸収（−よる損失が少ない
。また直接ファイバ端面に直接半導体小片をつけた場合
（：比較しバッファ一層を設けることで振合強度が増す
。
第１図は従来例の感！！部の構造図、第２図は半導体の
吸収端波長温度特性を示す図、第３図は第２図中区二示
したスペクトル分布の光が半導体を透過した時の温度−
透過光量特性を示す図、１１８４図は本発明の一実施例
を示す図である。 図中１１は光ファイバ、１２は半導体小円板、１３は金
鵬スリーブ、４１はＬＥＤ、４２，４３は光検出器、４
４．４５はレンズ、４６はビームスプリッタ、４７は光
ファイバ、４８はＡＩ、０．薄膜、４９は半導体薄膜、
５０は反射膜、５１は保ｗ１！ＩＫを示す。 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 （ほか１名） 第１図 第２図 第３図 θ（７） 第４図 ３ ｔ
吸収端波長温度特性を示す図、第３図は第２図中区二示
したスペクトル分布の光が半導体を透過した時の温度−
透過光量特性を示す図、１１８４図は本発明の一実施例
を示す図である。 図中１１は光ファイバ、１２は半導体小円板、１３は金
鵬スリーブ、４１はＬＥＤ、４２，４３は光検出器、４
４．４５はレンズ、４６はビームスプリッタ、４７は光
ファイバ、４８はＡＩ、０．薄膜、４９は半導体薄膜、
５０は反射膜、５１は保ｗ１！ＩＫを示す。 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 （ほか１名） 第１図 第２図 第３図 θ（７） 第４図 ３ ｔ
Claims (3)
- （１） 光ファイバの先端端面に半導体薄膜をとりつ
け、この半導体薄膜の光吸収端波員の湿度依存性を用い
て温度測定を行うものにおいて、前記元ファイバの先端
端面と前記半導体薄膜との間にバッファ一層が設けられ
、このバッファ一層は、これが結晶質である場合にその
上に前記半導体がエピタキシャル成長可能な材料からな
るｊ１躾であることを特徴とする光学式温度測定器。 - （２） 前記半導体薄膜は、その上に反射層が形成さ
せたものであることを特徴とする特許請Ａｔｍ第１項記
載の光学式温度測定器。 - （３）前記半導体薄膜が形成された前記光ファイ（４）
前記バッファ一層がＡｎ、０．薄膜であり、前記半導体
薄膜がＧａＡｍであることを特徴とする特
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7117882A JPS58189529A (ja) | 1982-04-30 | 1982-04-30 | 光学式温度測定器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7117882A JPS58189529A (ja) | 1982-04-30 | 1982-04-30 | 光学式温度測定器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58189529A true JPS58189529A (ja) | 1983-11-05 |
Family
ID=13453141
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7117882A Pending JPS58189529A (ja) | 1982-04-30 | 1982-04-30 | 光学式温度測定器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58189529A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4133131C1 (en) * | 1991-10-05 | 1993-02-18 | Ultrakust Electronic Gmbh, 8375 Gotteszell, De | Detecting chemical or physical parameters influencing light intensity - using reference and measurement receivers to detect reference and measurement light of respective wavelength components, in synchronism |
-
1982
- 1982-04-30 JP JP7117882A patent/JPS58189529A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4133131C1 (en) * | 1991-10-05 | 1993-02-18 | Ultrakust Electronic Gmbh, 8375 Gotteszell, De | Detecting chemical or physical parameters influencing light intensity - using reference and measurement receivers to detect reference and measurement light of respective wavelength components, in synchronism |
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