JPS5830628A - 温度測定方法及びその装置 - Google Patents

温度測定方法及びその装置

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JPS5830628A
JPS5830628A JP12809681A JP12809681A JPS5830628A JP S5830628 A JPS5830628 A JP S5830628A JP 12809681 A JP12809681 A JP 12809681A JP 12809681 A JP12809681 A JP 12809681A JP S5830628 A JPS5830628 A JP S5830628A
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JP
Japan
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temperature
light
fluorescent substance
afterglow
fluorescent material
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Application number
JP12809681A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Kobayashi
寛 小林
Haruhiko Machida
町田 晴彦
Junya Seko
世古 淳也
Hisashi Kanie
蟹江 寿
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MACHIDA OPUTO GIKEN KK
Original Assignee
MACHIDA OPUTO GIKEN KK
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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

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】 本発明は、残光減衰量が温度依存性を有する螢光物質を
用いた温度検出方法及びその装置に関するものである。
光を情報の担体として利用した計測装置は、従来実現し
得なかった優れた特長を有してい木。例えば従来の電気
式の情報伝送では、検出端部が表示部に比して極めて高
い電位にある場合には、絶縁が困難であり危険であるの
に対して、光フアイバ中の光を情報担体として使用する
場合には完全な絶縁が可能となり安全である。又、電気
式の伝送では、スパークにより引火し火災や爆発の危険
があるのに対し、光ファイバによる光伝送では、こうし
た危険を完全に避けることが可能である。
このような観点から光ファイバを利用して温度検出端情
報を伝送することも盛んに行なわれている。例えば温度
依存性を有する液晶などの反射率を測定して温度を測定
する光学的温度計が知られているが、光ファイバを使用
して光強度情報を遠隔伝送すると、光ファイバの屈曲な
どにより光の伝送もれの変化によって光強度が変化し正
確な測定値が得られないという問題点がある。
本発明の目的は、上述の欠点を解消した遠隔伝送系に光
ファイバを使用しても本質的に正確な測定値が得られる
新規な温度測定方法を提供することにある。又、本発明
の他の目的は、前記方法を専ら使用し正確な情報伝送を
なし得る温度測定装置を提供することにある。
上述の目的を達成するための本発明の要旨は、可視光、
紫外線、X線、放射線を螢光物質に照射して発光させた
後、該照射を終了させた以後の該螢光物質の残光減衰を
測定することにより該螢光物質の温度を検知することを
特徴とする温度測定方法である。
前記特定発明に関連する本発明の要旨は、可視光、紫外
線、X線、放射線などの励起エネルギを螢光物質に短時
間照射し螢光物質を発光させる手段と、該発光を電気信
号に変換する受光素子と、照射がオフになった以後の螢
光物質の残光時一定数を検知する手段と、該残光時定数
検知手段の出力を基に該螢光物質の温度を出力する変換
器とを具備することを特徴とする温度測定装置である。
本発明は、光などの励起エネルギによって短時間螢光物
質を励起し発光させたとき、その残光の減衰時定数が温
度などの物理量に依存して変化することを利用したもの
であり、温度測定のための温度センサに螢光物質を用い
ることを可能としている。即ち゛、本発明は温度センサ
に螢光物質を用いて、温度変化に起因する螢光物質の残
光の減衰時定数の変化をその残光の光量或いは時間など
を測定することにより、その螢光物質の温度を検知する
方法と装置である。
本発明に於いて残光減衰の測定とは、発光量が初期値の
数分の1となるまでの時間、或いは一定時間経過後の残
光強度の初期強度に対する比率の何れか、又はその組合
せを測定することを意味している。
本発明に於いて、励起エネルギを螢光物質に照射する手
段としては、光学レンズ系、或いは光ファイバを用いる
ものや直接照射など、又これらの組合せによる方法があ
る。光を用いた場合の励起エネルギの照射を終了させる
手段としては、光源を点滅する手段、螢光物質までの光
通路を機械的なシャッタ或いは電気的にポッケルスセル
によって遮蔽する手段などがある。光源と螢光物質の距
離が遠いときは光ファイバを用いると有利である。
又、このとき光源からの光を集光させて光ファイバに導
くために光学レンズで集光させることもできる。
本発明で使用する螢光物質としては、例えばアルカリハ
ライド族にTt等の金属元素をドープしたものや、(Z
n2SiO4:Mn )、((Zn 、Be) 284
0.:Mn )、(ZnS:Ag+(Zn、Cd)S:
 Ou)、((Zn 、Mg)Ft:Mn )、(Mg
SiOs:Mn )等が挙げられ、励起停止後に発光強
度が10俤になるまでの残光時間は数10〜数100m
5程度のものが好適である。
第1図(a)は時間tに対する螢光物質への照射光強度
Is、(b)は螢光物質からの残光強度Irの関係を示
している。時刻t、〜t8間に照射光量Is (刺激光
)が螢光物質に与えられ、螢光物質が励起され発光する
。Isがオフになった時刻t2の螢光物質の光強度をl
01t2より時間T、後の螢光物質の残光強度をIr、
、このあと更に時間T2経過してからの残光強度をIr
2とする。
残光強度Irは一般に残光減衰時定数をτとすると、 Ir = Io−exp(−T/l)  ・・・・・(
1)で表わされるから Ir2二Ir−eXp(−T1/τ)・・・・・(2)
Ir2 = Io−exp(−(TI+T2) /r 
) ・・・” (31が得られ、これら、の比を求める
と、 Ir1/ Ir2= e−T2/r = a ・・・・
11(4)となる。
ここでIr2二Ir、/aとなるようにaを定め、その
信号によりT2を検出すれば、 T、= r・loge a・・= (5)となり、T2
はτに比例することになる。
尚、一般に螢光物質の温度が上昇すると、τが減少する
ので、(5)式からも明らかなように、T、を一定時間
に定め、a即ちIr、/Ir2を測定することにより温
度を求めることも可能となる。
以上の説明は、本発明を簡明に説明するために単一種類
の螢光物質が使用されているものについて述べたが、本
発明では異なる螢光物質を混合したものであってもよい
。第1、第2の螢光物質の残光減衰時定数を“τ1、τ
、とすると、(4)式に対応する式は、 a−Tr〆Ir2== (α・exp(T/rt)+β
・exp(−T/τ0)/Ca・exp ((Tr+T
t)/” +)+β* exp←(T + +TJ/r
 2 ))′                   
 ・・・・・・(6)となり、 T、、 T、を測定す
れば温度を求めることができる。螢光物質が更に多くの
混合物であっても同様にして温度検知が可能である。
次に本発明の一実施例を第2図を用いて説明する。光源
1より出た例えば紫外光は、レンズ2及□びハーフミラ
−3を通り光ファイバ4の前端4aに送り込まれ、後端
4bから螢光物質5に照射され、螢光物質5を励起し発
光させる。この発光波長は照射光より長波長側にシフト
しており、その強度■「は光源1からの刺激光量Isの
照射終了後、第1図卸に示すように減衰する。この残光
は再び光ファイバ4の後端4bから前端4aに送られ、
ハーフミラ−6で反射され、レンズ6、フィルタ7を通
過した後変換器8に送られる。変換器8には例えばフォ
トセルやPINダイオードなどの受光素子が配置されて
いる。これにより電気信号に変換された信号は変換器8
内の演算回路で演算され、螢光物質の温度を表示するよ
うになっている。第3図は変換器8内の回路構成の一例
を示すものであり、残光強度Irはレンズ6を介してP
INダイオード10に照射されて電気信号となり、増巾
器11を経由してサンプルホールド回路12に入力する
。一方、照射光を例えばPINダイオード等により直接
電気信号に変換しておき、この照射光の終了を微分回路
等を用いてパルス信号pとして取り出し、更に遅延素子
16を介して11秒だけ遅らせ、この信号pを前記サン
プルホールド回路12に入力させる。サンプルホールド
回路12ではこのパルス信号pが加えられた時刻に於け
る増巾器11からの残光強度Ir1に依存する波形の波
高Ir 1”を記憶し、以後リセットの信号が与えられ
るまでは、これを保持する。サンプルホールド回路12
の出力は、抵抗分割たより1/a倍(a>1)に分割さ
れ比較回路141C加えられる。他方、増巾器11の出
力Ir は比較回路にも加えられており、増巾器11の
出力Ir の値が(1/a)・Ir1 よりも高い値で
ある間だけ比較回路14より出力が出るようになってい
る。比較回路14のこの出力電圧はアンド回路15を介
してゲート回路16に加えられる。アンド回路14には
遅延素子13からフリップフロップ回路17を介して信
号が加えられており、比較回路14からの信号と共に両
者がオンのとき出力がゲート回路16に発せられる。ゲ
ート回路16は水晶発振回路18よりの一定周波数信号
を、サンプルホールドした時刻t2から比較−回路14
よりの出力電圧が加わっている間だけ通過させて、パル
ス計数回路19に加えるように動作する。従って計数回
路19は、残光強度Irの値がIr−になったときから
、その1/a倍の値工r−になるまでの時間T、に比例
した計数値を表示する。
この計数回路19の出力は、そのままD/A変換器20
によりアナログ信号に変換されて指示計21に表示され
る。指示計21の目盛りを予め別の温度計を用いて螢光
物質の温度の実測を行ない、その温度の値を指示計21
の針の目盛として校正しておけば、螢光物質の温度を正
確に表示できる。
冑、目盛を線型化したり所定の関数出力に変換する目的
で計数回路19のデジタル出力をマイクロプロセッサ2
2に加え、必要な演算を打なった結果をデジタル表示す
るか或いはD/A変換器23を□ 介してその出力を指
示計24に表示してもよい。
測定が終了すれば、サンプルホールド回路12、フリッ
プフロップ回路17、計数回路19にリセット信号を送
り、これらの回路を初期状態とすれば、再び測定が可能
となり連続的な測定がなし得る。尚、第3図の回路構成
は一つの例であり、他の回路構成を適宜採り得ることは
勿論である。
このように本発明の構成によれば、螢光の残光強度を伝
送するに当り、光の減衰量の絶対値でなく、減衰時足数
を用いるので例えば光ファイバを用いた場合のように光
の伝送もれなどによる信号伝送系での強度減衰の影響は
ないので信号値として誤差が発生することもない。
以上これらの実施例、回路構成例では前記(2)式に示
したような残光強度Ir、が単純な指数関数の場合につ
いて述べたが、本発明は前述したように異なる螢光物質
から成る混合された螢光物質であってもよい。又、その
他の例として関数が刺激光強度に依存する場合には、刺
激光強度をPINダイオードなどで直接電気信号に変換
し、この値をサンプルホールドし、この出力をマイクロ
プロセッサに加え、予めROMメモリに記憶させておい
た数値と照合することにより、刺激光強度に依存しない
値が得られるように工夫すればよい。更には実施例に於
いては、刺激光遮断後の二時点での残光強度の比が、一
定値に達するに必要な時間間隔を測定して減衰時定数τ
を求めたが、一定時間前後の残光強度の比から温度を算
出することも可能である。
励起エネルギとしては前述した光線、特に波長の短かい
紫外光や可視光、X線、放射線が効果的である。被測温
対象が移動体である場合には、被測温対象物に螢光物質
を塗布すれば、遠隔的に温度を測定することができる。
又、測温対象が二次元分布をしていて複数の特定個所を
測温をする必要があるときには、励起エネルギの照射や
螢光物質と光強度の伝達を光ファイバを用いることが有
力である。
以上説明したように本発明に係る温度測定方法及びその
装置は、螢光物質の温度依存性を有する減衰時定数を利
用した光学的な温度検出に関するものであり、他の光学
的温度計に比較して信号伝送のために光ファイバを利用
した場合や、光の伝送経路の透過特性が変化した場合な
どでも誤差の介入が極めて少ない利点がある。又、螢光
物質には数多くのものが知られているので、これらを適
宜選択することにより測定温度範囲の変更なども容易で
ある。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明に係る温度測定方法及びその装置の一実施
例であり、第1図(at、(blは測定原理を説明する
ためのグラフ図、第2図は本発明の実施例の構成図、第
3図は第2図の変換器のブロック回路図である。 符号1は光源、2.6はレンズ、3はノーーフミラー、
4は光ファイバ、5は螢光物質、7はフィルタ、8は変
換器、10はPINダイオード、−13は遅延素子、1
9は計数回路、20.23はD/A変換器、21.24
は指示計、22はマイクロプロセッサである。 特許出願人    有限会社マチダオブト技研第1図 1 手続補正書(自発) 昭和56年9月29日 特許庁長官 島 1)春 樹 殿 1、事件の表示 昭和56年 特 許 願第128096号2、発明の名
称 温度測定方法及びその装置 3、補正をする者 事件との関係  出願人 住 所 東京都新宿区中落合4−10−7氏名(名称)
有限会社マチダオプト技研(代表者)町 1)晴 彦 4、代 理 人し 〒121東京都足立区梅島二丁目26番29号昭和  
年  月  日発送 6、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 「exp (Tz/τ)」と補正する。 (2)同第6頁第12行目の「となる。」を「となり、
定数aで表わすことができる。」と補正する。 (3)同第6頁第15行目のr T2−τ・瞳eaJを
「T2=τ・Iogea」と補正する。 (4)同第12頁第3行〜7行目の「又、fA11温対
象が・・・が有力である。」を次の文章に補正する。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 可視光、紫外線、X線、放射線などの励起エネル
    ギを螢光物質に照射して発光させた後、該照射を終了さ
    せた以後の該螢光物質の残光減衰を測定することにより
    該螢光物質の温度を検知することを特徴とする温度測定
    方法。 2、被測温体に螢光物質を塗布するようにした特許請求
    の範囲第1項記載の温度測定方法。 3、可視光、紫外線、X線、放射線などの励起エネルギ
    を螢光物質に短時間照射し螢光物質を発光させる手段と
    、該発光を電気信号に変換する受光素子と、照射がオフ
    になった以後の螢光物質の残光時定数を検知する手段と
    、該残光時定数検知手段の出力を基に紋螢光物質の温度
    を出力する変換器とを具備することを特徴とする温度測
    定装置。
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