JPS59111027A - 温度測定方法 - Google Patents

温度測定方法

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JPS59111027A
JPS59111027A JP57221169A JP22116982A JPS59111027A JP S59111027 A JPS59111027 A JP S59111027A JP 57221169 A JP57221169 A JP 57221169A JP 22116982 A JP22116982 A JP 22116982A JP S59111027 A JPS59111027 A JP S59111027A
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太郎 豊田
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    • G01MEASURING; TESTING
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    • G01K11/00Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
    • G01K11/12Measuring 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
    • G01K11/18Measuring 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 materials which change translucency
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    • G01K11/14Measuring 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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、半導体光学結晶の光吸収が温度に依存するこ
とを利用して温度測定を行なう光学的温度測定方法に関
する。
この種の光温度測定装置には、一般に使用可能な温度が
広範囲に選べ、かつ使用温度範囲において長期信頼性を
確保することか望まれでいる。
従来提案されている光温度測定装置とし°Cは、大別し
で、■放射温に計に九7アイパを接続しこの元ファイバ
によって測定対象の放出する熱梧射線を伝達させるもの
、■温度によって何らかの形で光の伝搬状態が変化する
検出素子を有し、測定対象に接触させ光ファイバを介し
°C温胤により変調された信号光を伝達する接触型のも
のかある。
[F]の型式の温度測定装置とおいでは、一般に赤外吸
収のため測定可能fi m K範囲は約500°C以上
とIより、高温の測定には通するが、工業計測の領域で
ある500υ以下では楕紘か悪い。
■の接触型温度測定装置には、現在まで次のような方式
が報告されている。(a)バイメタルまたは熱電対起磁
力により光を遮断して伝送パワーを変えるもの。(b)
複屈折性結晶の温度依存性を利用するもの。(C)液晶
の屈折率温度低存性を利用するもの。(d)燐光物質か
らの各励起光強度か温度によって異なる現象を利用する
もの。(e)光吸収の温度依存在を利用するもの。これ
らの方式を利用した光臨JE測定装置においては、検出
器を構成する検出素子、各棟光学部品、スペーサ・ケー
ス等の構造部品の耐熱性1機械的安定性等に問題かあり
、現任まで実現あるいは提案されている光温度測定装置
の使用温度測定装置の使用温度上限はほぼ350°Cに
とどまつでいる。
このように、現状で工業計測において最もN要および用
途の多い中低温領域において満足出来る性能を有する温
度計測装置はほとんど見当らない。
比較的構造がTI*y単で実用に近いものとして@の光
吸収方式があり、特に半導体のエネルギーバンドギャッ
プの温度変化を利用するものが供されてい゛る。光源と
しては生として半導体レーザが用いられ、j′t、源の
スペクトルと合う光学吸収端波長を持つ半導体または化
合物半導体か選択される。代表的な例としてはGaAS
7たはOd T eとAlGaAs系半導体レーザ(〜
0.8μm)との組み合わせがある。
しかし、これらの組み合わせでは光源スペクトル幅との
関係から測定温度上限はそれぞれ200’O。
300℃と限定される。その上、これらの化合物半導体
は300℃以上の温度領域で固浴体領域が存在し、長期
安定性に問題かある。
本発明は、上述の欠点を除去しで、よりコストの安い、
信頼性のある光温度測定方法を提供することを目的とす
る。本発明は、前記(e)光吸収の温度依存性を利用す
るもので、@度検出素子として4元化合物半導体0dI
nGaS4を使用することを特徴とする。本発明者等が
檀々の研究および実験を重ねた結果、4元化合物半導体
0dlnGa84を使用することで、広い温度範囲にわ
たって安定かつ1ぎ頼性ある光温度測定装置を構成する
ことが出来ることが見出された。0dInGaS4はブ
リッジマン法で容易に良質の層状単結晶を得ることが出
来る。
さらに簡単な気相成長法で光学的に均一なノー状単結晶
が得られ、膜厚を任意にコントロールすることが出来、
研磨の工桿無しで所定の温度検出素子が得られる長所が
ある。
81図に0dInGaS40)光吸収スペクトル、p、
2図にスペクトルから求まるエネルギー書ギャップの温
度変化を示す。#41図に示すように、ある温FTで2
g(T) = 1.247EgCT) テ与エラn ル
エネルギー・ギャップEg(T)に対応する波長λg(
T)を吸収端として、2g(T)より短い波長域の光に
対して急激にその吸収係数αが増大する。吸収領域は第
1図に示すように500〜600nmの間の可視光領域
であり、mKか上昇するにつれて吸収端λg(T)はは
長波長側へ移行する。その依存性は第2図のエネルギー
・ギャップの温度変化に対応する。GaA sでは一1
50℃以上で直線的に変化することが知られでいるか、
本発明による0dInGaS4ではM2図に示すように
一200υ以上で直線的ζこ変化する。
さらに温度変化率は約U、16nrn/ degで、(
laAsの値の約半分であり、広い温f頗域での温度測
定が可能となる。本発明における0dInGaS4は5
00”0以上の高温で安定であり、酸化、吸湿性の反応
も示さず長期安定性を保持する。
第3図に本発明による方法を実施するための透過型光温
度測定装置を示す。光源1より出射した光は光ファイバ
2を経て4元化合物牛導体0dIn−GaS4温度検出
素子3に入射する。広い温度領域測定には光源1として
白色光を用いる。光源出射部にフィルターを押入するこ
とで任意の温度範囲を設定することも可能である。また
、発光ダイオードや半導体レーザを使用することで、狭
い温度領域の梢密測定も可能である。温度検出素子3は
、熱伝導の良い材料(図示されでいない)に密着され、
温度の応答性を良くしである。検出素子3を透過した光
は元ファイバ207i−経て受光器4で受光される。光
源変動を補償Tるため、光源1からの光を直接受光器5
で受け、その出力と受光器4の比を(N号処理s6で求
める。さらに信号処理部6ではその信号出力を温度に変
侯し、温度表示部7で温度の値が衣示される。
次に、本発明による方法を実施するための反射型光温度
測定装置を第4図に示す。光源1より出射した光は、元
ファイバ2、ビーム・スプリッタ8、光ファイバ20を
経て4元化合物半導体0dInGaS4温度検出素子3
に入射する。温度検出素子3の一面に設けられた反射膜
30で反射された光は、再度、温度検出素子3および光
ファイバ20を通り、ビーム時スプリッタ8で反射され
、光ファイバ21を経て受光器4で受光される。受光器
4から後の処理は第3図の実施例の場合と同様である。
第′3図および第4図の実施例の変形としで、温度変化
を光強度に変換するのでなく、光吸収波長を直接読み取
り温度に換算することが出来る。第5図に透過型光温度
測定装置、第6図に反射型光1度側足装置の構成例を示
す。構成は第3図および第4図の実施例の場合とほとん
ど同様であるが、受光器4に入射する入射光は分波器9
で分けらヘ一方は受光器4に他方は分光器40に入射す
る。
また、光源震動を補償するため、光源1からの光を直接
受光器5で受け、その出力と受光器4の比を18号処理
部6で求め、表示部70に出力か直接表示される。出力
を常に一定に保つように分光器40の波長を変換し、そ
の時の波長の値が温度に変換され温度表示部7に表示さ
れる。
以上説明した4元化合物半導体0dIn(jas4を温
度検出素子として使用した本発明による光温度測定方法
は、従来の方法に比べ次の優れた利点がある。
(1) 0dInGaS4は高温で安定で、長期信頼に
優れている。
(υ0dInGa84は広い温度範囲で安定である。
(3) 0dInGaS4は容易に良質の単結晶を得る
ことが出来で安価であり、素子化が容易である。
(4) 0dInGaS4は気相成長法により平面度の
良い良質の箔状単結晶を育成することが出来るので、研
磨加工の必要が無い。
(5)白色光光源を用いることで広い温に範囲の測定が
出来る。さらにフィルターを用いることにより測定温度
範囲を設定出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図は4元化合物半導体0dInGa84の光吸収係
数のスペクトラムの温度変化を示す図、第2図は4元化
合物半導体0dInGaS4の光吸収端エネルギーギャ
ップの温度変化を示す図、第3図ないし第6図は本発明
による@度側定方法を実施するためのそれぞれ異なる実
施例の概略構成図である。 」:光源、2 、20 、21 ニーg、フーyイハ、
3:4元化合物0dIn()as4温度検出素子、4,
5:受光器、6:信号処理部、7:温此表示部、8:ビ
ームスプリッタ、3o:反則膜、4o:分光器、7o:
、出力表示部。 f  1  剥 す  2  目 f  4  目

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)半導体光学結晶の光吸収が温度lこ依存することを
    利用して温度測定を行なう測定方法において、前記半導
    体として4元化合物半導体0dInGaS4を用いるこ
    とを特徴とする温度測定方法。 2、特許請求の範囲第1項記載の測定方法において、温
    度変化に伴なって、前記半導体の光透過強度が変化する
    ことを利用することを特徴とする温度測定方法。 3)特許請求の範囲第1項記載の測定方法においで、貌
    に変化に伴なって、前記半導体の光吸収波長が変化する
    ことを利用することを特徴とする温に測定方法。
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