JPS59160728A - 光学的温度センサ - Google Patents
光学的温度センサInfo
- Publication number
- JPS59160728A JPS59160728A JP3620283A JP3620283A JPS59160728A JP S59160728 A JPS59160728 A JP S59160728A JP 3620283 A JP3620283 A JP 3620283A JP 3620283 A JP3620283 A JP 3620283A JP S59160728 A JPS59160728 A JP S59160728A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- temperature
- light
- optical
- transmittance
- temperature sensor
- 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
- G01K11/20—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using thermoluminescent materials
Landscapes
- 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】
この発明は、透光性を有する多結晶または単結晶光学材
料を応用じた光学的温度センサに関する。
料を応用じた光学的温度センサに関する。
光学的温度測定は、電気信号を用いないので、電磁界に
よるノイズ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か開発されている。光
学的温度測定の１つに、誘導体、半導体、ガラスなどの
光吸収端か温度に応じてシフトすることを利用し、吸収
端近傍の所定波長、における透過率の温度による変化を
測定するものかある。しかしながら、一般にこの吸収端
は短波長がわにあり、紫外光領域にあることも少なくな
い。したかつて、透過率を測定するために用いる光源や
受光器の特性か吸収端の波長による制限を受け、特殊な
ものを、使用せざるを得なかった。しかも、光ファイバ
の伝送損失は紫外光領域では大きくなるので、光ファイ
バを利扇する場合にも難点があった。
よるノイズ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か開発されている。光
学的温度測定の１つに、誘導体、半導体、ガラスなどの
光吸収端か温度に応じてシフトすることを利用し、吸収
端近傍の所定波長、における透過率の温度による変化を
測定するものかある。しかしながら、一般にこの吸収端
は短波長がわにあり、紫外光領域にあることも少なくな
い。したかつて、透過率を測定するために用いる光源や
受光器の特性か吸収端の波長による制限を受け、特殊な
ものを、使用せざるを得なかった。しかも、光ファイバ
の伝送損失は紫外光領域では大きくなるので、光ファイ
バを利扇する場合にも難点があった。
このような問題を解決するために本発明者は、投、受光
器として任意のものを採用することができ、測定波長と
投、受光器の波長整合を容易にすることが可能で、しか
も可視および赤外領域の光を用いることができるので光
ファイバの伝送損失を少なくすることのできる温度測定
装置を既に提案した（特願昭５７−７２２６３）。
器として任意のものを採用することができ、測定波長と
投、受光器の波長整合を容易にすることが可能で、しか
も可視および赤外領域の光を用いることができるので光
ファイバの伝送損失を少なくすることのできる温度測定
装置を既に提案した（特願昭５７−７２２６３）。
この温度測定装置の温度センサとしては、不純物かドー
プされることにより少なくとも１つの光吸収帯が生じ、
この吸収帯付近の光透過率が温度によって変化する、透
過性を有するものが使用されている。
プされることにより少なくとも１つの光吸収帯が生じ、
この吸収帯付近の光透過率が温度によって変化する、透
過性を有するものが使用されている。
この温度セ・ンサの一例としてガラスに希土類元素かド
ープされたものがある。しかしながら、非晶質のガラス
を母体として不純物をドープした組成のセンサでは、′
製造時の特性の調節が難しい、たとえば不純物が均一に
ならない、光透過率の温度変化特性かわずかながら経時
的に変化する傾向がみられるなどの問題がある。
ープされたものがある。しかしながら、非晶質のガラス
を母体として不純物をドープした組成のセンサでは、′
製造時の特性の調節が難しい、たとえば不純物が均一に
ならない、光透過率の温度変化特性かわずかながら経時
的に変化する傾向がみられるなどの問題がある。
この発明は、感温変化量の調節か容易で、しかも経時的
特性の安定した光学的潤度センサを提供することを目的
とする。この発明による光学的温度センサはもちろん、
上′述の温度測定装置におい−で使用することができる
。
特性の安定した光学的潤度センサを提供することを目的
とする。この発明による光学的温度センサはもちろん、
上′述の温度測定装置におい−で使用することができる
。
この発明による光学的温度センサは、透光性基体を構成
する成分が、イツトリウム（イ）、ラン−タン（Ｌａ）
、イッテルビウム（Ｙｂ）およびガドリニウム（’ Ｇ
ｄ ）のうち少なくとも１つの元素よりなり、ドープ
される不純物は上記基体を構成する元素を除く他の希土
類金属イオンがら選択されることを特徴としている。
する成分が、イツトリウム（イ）、ラン−タン（Ｌａ）
、イッテルビウム（Ｙｂ）およびガドリニウム（’ Ｇ
ｄ ）のうち少なくとも１つの元素よりなり、ドープ
される不純物は上記基体を構成する元素を除く他の希土
類金属イオンがら選択されることを特徴としている。
上記基体σ主成分は、可視光領域に吸収をもたない（す
なわち透明である）という理由から選択されている。こ
のことにより、光学的温度センサの吸収帯をドープされ
る不純物にの・み依存させることができる。基体はもち
ろん上記各元素の酸化物、フッ化物等の化合物であって
もよい。またドープされる不純物は希土類金属元素であ
って基体（イツトリウムも希土類と同じような性質をも
っている）と同種のものであるから、ドーピングしやす
く両者は均一に調和する（相溶性）とともに安定性も高
く、経済的にも吸収帯の透過率の温度特性が変化しない
。
なわち透明である）という理由から選択されている。こ
のことにより、光学的温度センサの吸収帯をドープされ
る不純物にの・み依存させることができる。基体はもち
ろん上記各元素の酸化物、フッ化物等の化合物であって
もよい。またドープされる不純物は希土類金属元素であ
って基体（イツトリウムも希土類と同じような性質をも
っている）と同種のものであるから、ドーピングしやす
く両者は均一に調和する（相溶性）とともに安定性も高
く、経済的にも吸収帯の透過率の温度特性が変化しない
。
そして、希土類元素をドーピングしているから、可視お
よび赤外の波長領域において、巾の狭い多数の光吸収帯
が現われ、これらの吸収帯における透過率は温度依存性
を示す。したがって、所望の吸収帯の特定波長における
透過率を測定し、この測定結果を、あらかじめ定められ
た測定波長における湿度特性と比り（することにより、
温度を求めることかできる。
よび赤外の波長領域において、巾の狭い多数の光吸収帯
が現われ、これらの吸収帯における透過率は温度依存性
を示す。したがって、所望の吸収帯の特定波長における
透過率を測定し、この測定結果を、あらかじめ定められ
た測定波長における湿度特性と比り（することにより、
温度を求めることかできる。
不純物イオンのドーピングによって現われる吸収帯は可
視および赤外領域にあるから、透過率を測定するために
用いられる投光器および受光器として、発光ダイオミド
およびフォト−・ダイオードやフォト・トランジスタな
どの容易に入手しつる素子を用いることかできるので簡
便であり、しかもこれらの投、受光器の発光および受光
の分光特性に合致した光吸収帯を選択することかできる
ので、波長整合を容易に行なう精度の高い測定を行なう
ことが可能となる。
視および赤外領域にあるから、透過率を測定するために
用いられる投光器および受光器として、発光ダイオミド
およびフォト−・ダイオードやフォト・トランジスタな
どの容易に入手しつる素子を用いることかできるので簡
便であり、しかもこれらの投、受光器の発光および受光
の分光特性に合致した光吸収帯を選択することかできる
ので、波長整合を容易に行なう精度の高い測定を行なう
ことが可能となる。
光学的温度センサの多数の光吸収帯のうちの所定の２つ
を選択し、これらの吸収帯における透過率を測定すれば
、２つの透過率測定値を得ることかできる。そして、こ
れらの２つの測定値の比を演算し、この比にもとづいて
温度を測定することもできる。この場合には、光ファイ
バの伝送損失か相殺されるので、より高精度の温度測定
が可能となる。
を選択し、これらの吸収帯における透過率を測定すれば
、２つの透過率測定値を得ることかできる。そして、こ
れらの２つの測定値の比を演算し、この比にもとづいて
温度を測定することもできる。この場合には、光ファイ
バの伝送損失か相殺されるので、より高精度の温度測定
が可能となる。
以下、図面を参照してこの発明の実施例について詳述す
る。
る。
第１図は、上述の基体である単結晶および多結晶母体に
Ｎｔ１３＋イオンをドープした場合の吸収係数の波長特
性を示している。可視から赤外領域にわたっていくつか
の光吸収帯か現われている。ＡとＢはそれぞれ単結晶と
多結晶の母体にＮ ｄ イオンをドープしたときの
特性を示し、！１１．結晶中ではドープさ′れたイオン
はほとんど自由イオンとして存在するので吸収帯は鋭い
複数のピークに開裂している。しかしながら、両者はＬ
ＥＤ （発光ダイオード）など半値巾の十分に広い光源
に対しては同等に取扱われる。
Ｎｔ１３＋イオンをドープした場合の吸収係数の波長特
性を示している。可視から赤外領域にわたっていくつか
の光吸収帯か現われている。ＡとＢはそれぞれ単結晶と
多結晶の母体にＮ ｄ イオンをドープしたときの
特性を示し、！１１．結晶中ではドープさ′れたイオン
はほとんど自由イオンとして存在するので吸収帯は鋭い
複数のピークに開裂している。しかしながら、両者はＬ
ＥＤ （発光ダイオード）など半値巾の十分に広い光源
に対しては同等に取扱われる。
次に計測について説明する。第２図は透過特性の一例を
示している。この図において、実線は湿度Ｔ１における
、破線は温度Ｔ２における透過率であり、Ｔｌ＜Ｔ２の
関係にある。一般に、希土類イオンはこの図のように巾
の狭い多数の吸収帯を示す。各吸収帯の波長λ１、λ２
およびλ３に着目すると、これらの波長λ１〜λ３にお
いて透過率は第３図に示すように温度依存性を示す。こ
の温度依存性は、フエ１５ミ面近傍での電子密度の湿度
変化すなわちフェルミ分布関数の温度依存性によるもの
である。波長λ１においては、透過率は温度の増加とと
もに単調にかつ急激に減少する。これに対して、波長λ
２およびλ３においては、透過率は温度の増加とともに
単調にかつゆるやかに増大する。
示している。この図において、実線は湿度Ｔ１における
、破線は温度Ｔ２における透過率であり、Ｔｌ＜Ｔ２の
関係にある。一般に、希土類イオンはこの図のように巾
の狭い多数の吸収帯を示す。各吸収帯の波長λ１、λ２
およびλ３に着目すると、これらの波長λ１〜λ３にお
いて透過率は第３図に示すように温度依存性を示す。こ
の温度依存性は、フエ１５ミ面近傍での電子密度の湿度
変化すなわちフェルミ分布関数の温度依存性によるもの
である。波長λ１においては、透過率は温度の増加とと
もに単調にかつ急激に減少する。これに対して、波長λ
２およびλ３においては、透過率は温度の増加とともに
単調にかつゆるやかに増大する。
第４図は、波長λ１における透過率と波長λ３における
透過率との比（これを単にλ１／λ３で表わす）の温度
変化を表わしている。λ１の透過率は単調減少、づ３の
透過率は単調増加であるから、比λ１／λ３は単調減少
であり、しかも湿度の変化に対して木きく変化する。こ
のような比λ１／λ３の温度関数があらかじめ測定され
て設定されている。そして、測定されたλ１とλ３にお
ける透過率から比λ１／λ３が算出され、この測定値と
第４図の湿度関数とを比較することにより湿度が求めら
れる。比λ１／λ２にもとついても全く同じように温度
か測定されるのは言うまで゛もない。
透過率との比（これを単にλ１／λ３で表わす）の温度
変化を表わしている。λ１の透過率は単調減少、づ３の
透過率は単調増加であるから、比λ１／λ３は単調減少
であり、しかも湿度の変化に対して木きく変化する。こ
のような比λ１／λ３の温度関数があらかじめ測定され
て設定されている。そして、測定されたλ１とλ３にお
ける透過率から比λ１／λ３が算出され、この測定値と
第４図の湿度関数とを比較することにより湿度が求めら
れる。比λ１／λ２にもとついても全く同じように温度
か測定されるのは言うまで゛もない。
第５図から第７図はこの発明による光学的湿度センサを
用いた温度測定装置の例を示している。２本の光ファイ
バ（４］が束ねられ、その一端に光学的温度センサ、（
１）が設けられている。センサ（１）は三角プリズム型
に加工されたこの発明の光学的温度センサである。セン
サ（１）は温度測定雰囲気（２）内に配置されている。
用いた温度測定装置の例を示している。２本の光ファイ
バ（４］が束ねられ、その一端に光学的温度センサ、（
１）が設けられている。センサ（１）は三角プリズム型
に加工されたこの発明の光学的温度センサである。セン
サ（１）は温度測定雰囲気（２）内に配置されている。
広帯域の光を放射する投光器（３）の光は、一方の光フ
ァイバ（４）から導入され、センサ（１）に伝送され、
センサ（１）で全反射して他方の光ファイバ（４）を経
て出射される。投光器（３）の光は、温度センサ（１）
の第２図に示すような分光透過率によって各波長ごとに
強度変調される。
ァイバ（４）から導入され、センサ（１）に伝送され、
センサ（１）で全反射して他方の光ファイバ（４）を経
て出射される。投光器（３）の光は、温度センサ（１）
の第２図に示すような分光透過率によって各波長ごとに
強度変調される。
光ファイバ（４）から出射した光は、フィルタ装置（６
）を経て受光器（５）によって受光される。受光器（５
）の出力信号が第７図に示されている。フイルク装置（
６）は、円盤上に３種類の干渉フィルタ（６１）〜（６
３）か配置されたもので、これらの干渉フィルタ（６１
）〜（６３）はそれぞれ波長λ１〜λ３をピーク波長と
する狭帯域通過フィルタである。フィルタ装置（６）の
円盤はモータ（８）によって回転される。したがって、
受光器（５）の受光信号には、各波長λ１〜λ３の光の
強度を表わすパルス状の信号が時系列的にあられれる。
）を経て受光器（５）によって受光される。受光器（５
）の出力信号が第７図に示されている。フイルク装置（
６）は、円盤上に３種類の干渉フィルタ（６１）〜（６
３）か配置されたもので、これらの干渉フィルタ（６１
）〜（６３）はそれぞれ波長λ１〜λ３をピーク波長と
する狭帯域通過フィルタである。フィルタ装置（６）の
円盤はモータ（８）によって回転される。したがって、
受光器（５）の受光信号には、各波長λ１〜λ３の光の
強度を表わすパルス状の信号が時系列的にあられれる。
演算回路（７）は、たとえばマイクロプロセッサによっ
て構成され、そのメモリには第４図に示すような比λ１
／λ３の温度特性があらかじめ記憶されている。演算回
路（７）は、モータ（８）を制御するとともに、受光信
倍をＡＤ変換して取込み、各波長λ１〜λ３ごとの強度
の平均値を算出する。そして、この平均値を用いて比λ
１／λ３を算出し、メモリに記憶されている温度特性と
比較することにより、温度を求める。
て構成され、そのメモリには第４図に示すような比λ１
／λ３の温度特性があらかじめ記憶されている。演算回
路（７）は、モータ（８）を制御するとともに、受光信
倍をＡＤ変換して取込み、各波長λ１〜λ３ごとの強度
の平均値を算出する。そして、この平均値を用いて比λ
１／λ３を算出し、メモリに記憶されている温度特性と
比較することにより、温度を求める。
第１図は、Ｎｄ３＋をドープしたときの光学的温度セン
サの分光吸収特性の一例を示すグラフ、第２図はＮｄ３
＋をドープしたときの光学的湿度センサの分光透過特性
の一例を示すグラフ、第３図は特定波長における透過率
の温度依存性を示すグラフ、第４図は透過率の比の温度
特性を示すグラフ、第５図から第７図はこの発明を温度
測定装置に適用した例を示すものであって、第５図は配
置構成図、第６図はフィルタ装置の正面図、゛第７図は
受光信号を示す波形図である。 （１）・・・光学的温度センサ。 以 上 第１図 第２図 波長（ｎｒｒ１３ 第３図 温度（°Ｃ） 第４図
サの分光吸収特性の一例を示すグラフ、第２図はＮｄ３
＋をドープしたときの光学的湿度センサの分光透過特性
の一例を示すグラフ、第３図は特定波長における透過率
の温度依存性を示すグラフ、第４図は透過率の比の温度
特性を示すグラフ、第５図から第７図はこの発明を温度
測定装置に適用した例を示すものであって、第５図は配
置構成図、第６図はフィルタ装置の正面図、゛第７図は
受光信号を示す波形図である。 （１）・・・光学的温度センサ。 以 上 第１図 第２図 波長（ｎｒｒ１３ 第３図 温度（°Ｃ） 第４図
Claims (1)
- 透光性基体中に不純物がドープされることにより少なく
とも１つの光吸収帯が生じ、この吸収帯寸近の光透過率
が温度によって変化する温度センサであって、透光性基
体を構成する成分がイツトリウム、ランタン、イッテル
ビウムおよびガドリニウムのうち少なくとも１つの元素
よりなり、ドープされる不純物が上記基体を構成する元
素を除く他の希土類金属イオンから選択されることを特
徴とする光学的温度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3620283A JPS59160728A (ja) | 1983-03-04 | 1983-03-04 | 光学的温度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3620283A JPS59160728A (ja) | 1983-03-04 | 1983-03-04 | 光学的温度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59160728A true JPS59160728A (ja) | 1984-09-11 |
Family
ID=12463149
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3620283A Pending JPS59160728A (ja) | 1983-03-04 | 1983-03-04 | 光学的温度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59160728A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008254612A (ja) * | 2007-04-05 | 2008-10-23 | Tokyu Car Corp | 乗降口表示具 |
| WO2017086280A1 (ja) * | 2015-11-16 | 2017-05-26 | 神奈川県 | 熱履歴測定方法、熱履歴測定具、及び熱履歴測定装置 |
-
1983
- 1983-03-04 JP JP3620283A patent/JPS59160728A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008254612A (ja) * | 2007-04-05 | 2008-10-23 | Tokyu Car Corp | 乗降口表示具 |
| WO2017086280A1 (ja) * | 2015-11-16 | 2017-05-26 | 神奈川県 | 熱履歴測定方法、熱履歴測定具、及び熱履歴測定装置 |
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