JPS5885124A - 温度検知器 - Google Patents
温度検知器Info
- Publication number
- JPS5885124A JPS5885124A JP56184581A JP18458181A JPS5885124A JP S5885124 A JPS5885124 A JP S5885124A JP 56184581 A JP56184581 A JP 56184581A JP 18458181 A JP18458181 A JP 18458181A JP S5885124 A JPS5885124 A JP S5885124A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- temperature
- crystal
- optical
- temperature sensor
- sbn
- 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
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】
本発明は光学的手段を用いた温度検知器に関するもので
あり、特に光ファイバと一体化した小形軽駄で、かつ高
感度である新しい構造の温度検知器を提供すること−を
目的としている。
あり、特に光ファイバと一体化した小形軽駄で、かつ高
感度である新しい構造の温度検知器を提供すること−を
目的としている。
光ファイバを応用した温度検知器は、電磁誘導ノイズや
電気絶縁性等が問題どなる悪環境下において、従来の電
気的温度検知器に代わる計測機器としてきわめて必要性
の高いものの１つである。
電気絶縁性等が問題どなる悪環境下において、従来の電
気的温度検知器に代わる計測機器としてきわめて必要性
の高いものの１つである。
あるいは低損失光ファイバ通信網を利用した遠隔計測シ
ステムにおいて、一度電気信号に変換することなく直接
温度等の外部物理量を光信号に変換する素子が重要なも
のになる。
ステムにおいて、一度電気信号に変換することなく直接
温度等の外部物理量を光信号に変換する素子が重要なも
のになる。
第１図はこのような用途に従来提案されている温度検知
器の構成例であり、原理としては複屈折結晶１における
温度による屈折率変化に着目したものである。その動作
を簡単に説明すると、光フーｒイバ２の光はレンズ３、
偏光子４を通り直線偏光さね、測定部位に置かれた複屈
折結晶１に入射する。ここで、温度により偏光状態が円
偏光や楕円偏光に変化し、検光子６、レンズ６全通し光
ファイバ７に導ひくことにより、温度変化を光強度変化
に変換し、光ファイバ７の光強度より複屈折結晶１が置
かれた部位の温度全検出するものである。
器の構成例であり、原理としては複屈折結晶１における
温度による屈折率変化に着目したものである。その動作
を簡単に説明すると、光フーｒイバ２の光はレンズ３、
偏光子４を通り直線偏光さね、測定部位に置かれた複屈
折結晶１に入射する。ここで、温度により偏光状態が円
偏光や楕円偏光に変化し、検光子６、レンズ６全通し光
ファイバ７に導ひくことにより、温度変化を光強度変化
に変換し、光ファイバ７の光強度より複屈折結晶１が置
かれた部位の温度全検出するものである。
しかしながら、このような従来の温度検知器において、
温度検知器として使用ｉ＋ｆ能な複屈折結晶の具体的評
価、あるいは光ファイバと一体化した具体的構成法等に
ついては何ら検討が行わねていない。
温度検知器として使用ｉ＋ｆ能な複屈折結晶の具体的評
価、あるいは光ファイバと一体化した具体的構成法等に
ついては何ら検討が行わねていない。
そこで本発明は上記温度検知器に適した複屈折結晶と、
新しい小形化構成法ケ用いることにより高精度で信頼性
の高い温度検出器を提供するものである。
新しい小形化構成法ケ用いることにより高精度で信頼性
の高い温度検出器を提供するものである。
温度検知器用光源として半導体レーザあるいは発光ダイ
オード等を用いることができるが、半導体レーザは反射
光ノイズ、モート分配ノイズ、スペックルノイズ等によ
り安定した計測用光源としては現在のところ問題点が多
い。これに対し発光ダイオードの出力安定性は優Ｊ１で
いると同時に安価であり温度検出器用としてイ］望な光
源である。
オード等を用いることができるが、半導体レーザは反射
光ノイズ、モート分配ノイズ、スペックルノイズ等によ
り安定した計測用光源としては現在のところ問題点が多
い。これに対し発光ダイオードの出力安定性は優Ｊ１で
いると同時に安価であり温度検出器用としてイ］望な光
源である。
しかしながら発光ダイオードは３０〜１１００ｎ程度の
スペクトル広がりがあるために温度検出器＋４１複屈折
結晶として利用できるものは限られてくる。ｌ晶度検出
器用複屈折結晶の代表例としてはＬｉＮｂＯ３，ＬｉＴ
ａＯ５、５ｉＯ２（水晶）等が考えられるが、スペクト
ル広がりのある発光ダイオードがし 使用可能であるためには結晶の複屈折率の差が小さくな
ければならない。す々わち、光学的位相差ρ′は、複屈
折率を１１． ｎ２、結晶の厚さをｄとすると次式で表
わされる。
スペクトル広がりがあるために温度検出器＋４１複屈折
結晶として利用できるものは限られてくる。ｌ晶度検出
器用複屈折結晶の代表例としてはＬｉＮｂＯ３，ＬｉＴ
ａＯ５、５ｉＯ２（水晶）等が考えられるが、スペクト
ル広がりのある発光ダイオードがし 使用可能であるためには結晶の複屈折率の差が小さくな
ければならない。す々わち、光学的位相差ρ′は、複屈
折率を１１． ｎ２、結晶の厚さをｄとすると次式で表
わされる。
θ −−−−（−（ｎ＋ ｎ２ ） ｄノ。
上式において波長λによる光学的位相差グの変化を小さ
くするには屈折率差（ｎｌ−ｎ２）あるいは結晶長ｅが
小さい方がよいが、結晶長ｌは温度検出感度から設定さ
れるために、Ｊｌｌ（折率差△ｎ＝ｎ、−ｎ２ の小さ
な結晶が有望となる。次表は各種複屈折結晶の屈折率を
示したもので、温度変化率Ｂが大きくかつ屈折率差が小
さい結晶としてＳＢＮが有望がものであることが分かる
。
くするには屈折率差（ｎｌ−ｎ２）あるいは結晶長ｅが
小さい方がよいが、結晶長ｌは温度検出感度から設定さ
れるために、Ｊｌｌ（折率差△ｎ＝ｎ、−ｎ２ の小さ
な結晶が有望となる。次表は各種複屈折結晶の屈折率を
示したもので、温度変化率Ｂが大きくかつ屈折率差が小
さい結晶としてＳＢＮが有望がものであることが分かる
。
ここで、ＳＢＮとは５ｒｘＢ＆１−ｘＮｂ２０６（０〈
ｘ〈１）のことであり、組成比Ｘの増加と共に屈折率差
Δｎが減少し、例えばｘ＝ｏ、７６で△ｎ−〇、０１３
となる。従って温度センサ用としては０．５・−１ｘ４
１の範囲のものが望ましい。
ｘ〈１）のことであり、組成比Ｘの増加と共に屈折率差
Δｎが減少し、例えばｘ＝ｏ、７６で△ｎ−〇、０１３
となる。従って温度センサ用としては０．５・−１ｘ４
１の範囲のものが望ましい。
表
なお、ここで温度変化率Ｂ＝ｄ（△ｎ）／ｄＴである。
第２図は波長λによる光学的位相差ずの変化を示したも
ので、温度変化率Ｂに同一とじて比較したモノ−’ｒ、
ＬｉＮｂＯ３，ＳｉＯ２ト比へＳ Ｂ Ｎ ｔ７）Ｋ化
はきわめて小さく、スペクトル広がりを有する発光ダイ
オードでも使用できることが明らかである。
ので、温度変化率Ｂに同一とじて比較したモノ−’ｒ、
ＬｉＮｂＯ３，ＳｉＯ２ト比へＳ Ｂ Ｎ ｔ７）Ｋ化
はきわめて小さく、スペクトル広がりを有する発光ダイ
オードでも使用できることが明らかである。
本発明はこの様な観点から温度検知器用結晶全吟味した
最初のものであり、安価でかつ安定性のよい発光ターイ
オートを用いた温度検出器用結晶としてＳＢＮ単結晶が
きわめて有望な材料であることを明らかにした。
最初のものであり、安価でかつ安定性のよい発光ターイ
オートを用いた温度検出器用結晶としてＳＢＮ単結晶が
きわめて有望な材料であることを明らかにした。
第３図は不発明の一実施例にかかる温度検知器であり、
入出力用光ファイバ８，９の端面に光軸１ｏが斜め（こ
こでは４６° ）に入った厚さ１ｍｍの方解石板１１、
ロッドレンズ１２、厚さ２５μｍのＳＢＮ単結晶Ｙ板１
３、および誘電体ミラー１４を光学接着剤により一体化
し、全体を保護用ガラスチューブ１５の中に封入したも
のである。
入出力用光ファイバ８，９の端面に光軸１ｏが斜め（こ
こでは４６° ）に入った厚さ１ｍｍの方解石板１１、
ロッドレンズ１２、厚さ２５μｍのＳＢＮ単結晶Ｙ板１
３、および誘電体ミラー１４を光学接着剤により一体化
し、全体を保護用ガラスチューブ１５の中に封入したも
のである。
方解石板１１は偏光分離のために用いておシ、常光成分
のみ光ファイバ９に戻る。
のみ光ファイバ９に戻る。
第４図は第３図の温度検知器の温度特性の実験結果であ
り、光源としては波長λ・・０．８２μｍの発光ダイオ
ードを用いた。同図よりわかるように温度により光出力
は正弦波状に変化し、２０°Ｃ付近においてはほぼ直線
に近く、１°Ｃ当りほぼ３．５係の光出力変化が得られ
ており、測定精度として０．１°Ｃ以下の高精度化が図
られている。
り、光源としては波長λ・・０．８２μｍの発光ダイオ
ードを用いた。同図よりわかるように温度により光出力
は正弦波状に変化し、２０°Ｃ付近においてはほぼ直線
に近く、１°Ｃ当りほぼ３．５係の光出力変化が得られ
ており、測定精度として０．１°Ｃ以下の高精度化が図
られている。
なお第４図において特性曲線の傾き、すなわち温度変化
率は結晶の厚さに正比例し、必要な測定精度と測定範囲
から設計する必要がある。ただしこの場合、温度変化率
と共に、最大・最小の位置も同時に変化するために、必
ずしも第３図に示す様に２０°Ｃが正弦波状カーブの直
線部分にくるとは限らない。そこで温度変化率と基準点
（例えば２０’Ｃにおける光出力）を各々独立に設定す
ることができるような光学的バイアス板を挿入すれば温
度検知器の設計はきわめて容易になる。
率は結晶の厚さに正比例し、必要な測定精度と測定範囲
から設計する必要がある。ただしこの場合、温度変化率
と共に、最大・最小の位置も同時に変化するために、必
ずしも第３図に示す様に２０°Ｃが正弦波状カーブの直
線部分にくるとは限らない。そこで温度変化率と基準点
（例えば２０’Ｃにおける光出力）を各々独立に設定す
ることができるような光学的バイアス板を挿入すれば温
度検知器の設計はきわめて容易になる。
第６図はこのような温度変化率と基準点を各々独立に設
計を行うために、第３図の構成に光学的バイアス板とし
て水晶板１４を加えた本発明の温度検逼器の他の実施例
を示すもので、５ＢＮ１３の厚さで温度変化率を、水晶
板１４の厚さで基準点の設定を行った実施構成図である
。本実施例の動作原理は先に示した表において明らかな
ように水晶の温度変化率がＳＢＨの０．５係程度と小さ
いことを利用したもので、複合化しても温度変化率はほ
とんどＳＢＮのみで決定され、光学的バイアス板水晶の
厚みは基準点をどこに設定するかで決なお、光学的バイ
アス板としてはここでは水晶（Ｙ板）をとり上けたが、
他に雲母板等の複屈折結晶を用いることもできる。光゛
学的バイアス板は従来電気光学変調器において用いられ
てきたが、温度検知器としては本発明が初めてのもので
あり、有用性はきわめて太きい。
計を行うために、第３図の構成に光学的バイアス板とし
て水晶板１４を加えた本発明の温度検逼器の他の実施例
を示すもので、５ＢＮ１３の厚さで温度変化率を、水晶
板１４の厚さで基準点の設定を行った実施構成図である
。本実施例の動作原理は先に示した表において明らかな
ように水晶の温度変化率がＳＢＨの０．５係程度と小さ
いことを利用したもので、複合化しても温度変化率はほ
とんどＳＢＮのみで決定され、光学的バイアス板水晶の
厚みは基準点をどこに設定するかで決なお、光学的バイ
アス板としてはここでは水晶（Ｙ板）をとり上けたが、
他に雲母板等の複屈折結晶を用いることもできる。光゛
学的バイアス板は従来電気光学変調器において用いられ
てきたが、温度検知器としては本発明が初めてのもので
あり、有用性はきわめて太きい。
なお、温度検出用材料として有望なＳＢＮ等の強誘電体
結晶は焦電効果も有しており、特に結晶の長さが大きい
場合、光出力に急檄な変化やヒステリメスが観測される
。そこで第６図に示す様に、ＳＢＮ単結晶１３の２面上
下にＡｕ−０ｒ電極１７゜１８を蒸着し、相互を短絡し
た結果きわめて安定した特性が得られることを見い出し
た。なお１９は光線方向である。
結晶は焦電効果も有しており、特に結晶の長さが大きい
場合、光出力に急檄な変化やヒステリメスが観測される
。そこで第６図に示す様に、ＳＢＮ単結晶１３の２面上
下にＡｕ−０ｒ電極１７゜１８を蒸着し、相互を短絡し
た結果きわめて安定した特性が得られることを見い出し
た。なお１９は光線方向である。
本発明は複屈折結晶としてＳＢＮ単結晶を用いることに
より安価で出力安定性の優れた発光ダイオードを光源と
した温度検知器の実現を可能としたものである。特に、
検出感度（温度変化率）と基準点を独立に設定するため
に、光学的バイアス板として５ｉＯ２（水晶）等を光路
に直列に配する新規な構成は応用上きわめて有用なもの
である。
より安価で出力安定性の優れた発光ダイオードを光源と
した温度検知器の実現を可能としたものである。特に、
検出感度（温度変化率）と基準点を独立に設定するため
に、光学的バイアス板として５ｉＯ２（水晶）等を光路
に直列に配する新規な構成は応用上きわめて有用なもの
である。
また、光ファイバとレンズの間に光軸が斜めに入った方
解石を配置することにより、検知器の小形化を実現した
ものである。
解石を配置することにより、検知器の小形化を実現した
ものである。
さらに温度検出用に用いるＳＢＮ単結晶の２面に電極を
付け、相互に短絡することにより焦電効果の影響を除く
ことができることを見い出し、温度検知器の特性安定化
を図った。
付け、相互に短絡することにより焦電効果の影響を除く
ことができることを見い出し、温度検知器の特性安定化
を図った。
以上説明したように、本発明の温度検知器は安定な出力
特性が得られるもので工業的利用価値が太きい。
特性が得られるもので工業的利用価値が太きい。
第１図は従来の温度検知器の構成図、第２図は各複屈折
結晶の特性を示す図、第３図は本発明の第１実施例にお
ける温度検知器の構成図、第４図は同温度検知器の温度
特性の実測結果を示す図、第５図は本発明の第２の実施
例における温度検知器の構成図、第６図は本発明の第３
の実施例における温度検知器の構成図である。 １・・・・複屈折結晶、２，７，８．９・・・・・・光
ファイバ、３，６．１２・・・・・・レンズ、４・・・
・・偏光子、６・・・・・・検光子、１ｏ・・・・・・
方解石の光軸、１１・・・・・方解石板、１３・・・・
・ＳＢＮ単結晶、１４・Ｓ・・・ミラー、１６・・・・
・・保護用ガラスチューブ、１６・川・・水晶板、１７
．１８・・・・・・電極、１９・・・・・光線方向。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図 第２図 第３図 摘４図
結晶の特性を示す図、第３図は本発明の第１実施例にお
ける温度検知器の構成図、第４図は同温度検知器の温度
特性の実測結果を示す図、第５図は本発明の第２の実施
例における温度検知器の構成図、第６図は本発明の第３
の実施例における温度検知器の構成図である。 １・・・・複屈折結晶、２，７，８．９・・・・・・光
ファイバ、３，６．１２・・・・・・レンズ、４・・・
・・偏光子、６・・・・・・検光子、１ｏ・・・・・・
方解石の光軸、１１・・・・・方解石板、１３・・・・
・ＳＢＮ単結晶、１４・Ｓ・・・ミラー、１６・・・・
・・保護用ガラスチューブ、１６・川・・水晶板、１７
．１８・・・・・・電極、１９・・・・・光線方向。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図 第２図 第３図 摘４図
Claims (3)
- （１）光信号発生部と、受光信号処理部と、信号伝送用
光ファイバと、被測定部においたセンサ部とから構成さ
れる温度検知器において、前記センサ部に温度検知用複
屈折結晶として ５ｒｘＢａ１−ｘＮｂ２０６（ｏ＜ｘ〈１）ヲ用イルコ
トヲ特徴とする温度検知器。 - （２）光学バイアス用物質として水晶あるいは雲母が温
度検知用複屈折結晶と同一光路中に配置されることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の温度検知器。 - （３）複屈折結晶の２面の両面に相互に短絡した電極を
作り付けることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の温度検知器。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56184581A JPS5885124A (ja) | 1981-11-17 | 1981-11-17 | 温度検知器 |
| PCT/JP1982/000155 WO1982003914A1 (en) | 1981-05-07 | 1982-05-06 | A temperature detector |
| US06/453,881 US4598996A (en) | 1981-05-07 | 1982-05-06 | Temperature detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56184581A JPS5885124A (ja) | 1981-11-17 | 1981-11-17 | 温度検知器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5885124A true JPS5885124A (ja) | 1983-05-21 |
Family
ID=16155709
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56184581A Pending JPS5885124A (ja) | 1981-05-07 | 1981-11-17 | 温度検知器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5885124A (ja) |
-
1981
- 1981-11-17 JP JP56184581A patent/JPS5885124A/ja active Pending
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