JPS60164225A - 温度検知装置 - Google Patents

温度検知装置

Info

Publication number
JPS60164225A
JPS60164225A JP1960784A JP1960784A JPS60164225A JP S60164225 A JPS60164225 A JP S60164225A JP 1960784 A JP1960784 A JP 1960784A JP 1960784 A JP1960784 A JP 1960784A JP S60164225 A JPS60164225 A JP S60164225A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fluorescent
temperature
light
optical fiber
life
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
Application number
JP1960784A
Other languages
English (en)
Inventor
Yukio Morishige
幸雄 森重
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Nippon Electric Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp, Nippon Electric Co Ltd filed Critical NEC Corp
Priority to JP1960784A priority Critical patent/JPS60164225A/ja
Publication of JPS60164225A publication Critical patent/JPS60164225A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radiation Pyrometers (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。

Description

【発明の詳細な説明】 (技術分野) 本発明は、悪環境条件下でも正確に温度を測定できる、
光ファイバを用いた温度検知装置に関する。
(従来技術とその問題点) 近年、光ファイバの無誘導性、フレキシビリティ、耐環
境性を用いて、他の方法では測定困難であった悪環境条
件下で遠隔的に測定可能な温度測定装置が提案されてい
る。
第1図は、螢光物質の放射強度の温度依存性から温度を
測定するファイバを用いた従来装置の構成図である。第
1図において、螢光物質1は、第1のビームスプリッタ
−4,レンズ3.光ファイ 、バ2を介して励起光源6
からの励起光によシ励起される。励起により生じた螢光
は、光ファイバ2を逆に戻シ、第1のビームスピリツタ
−4によシ励起光源6の光路から分離されて、第2のビ
ームスピリツタ−5に入射される。螢光は第2のビーム
スプリッタ−5によりさらに2つに分岐され、放射強度
の温度依存性の少い螢光成分と温度依存性の顕著な螢光
成分の2つが各々、第1及び第2の干渉フィルター7及
び8によシ選択されて、第1及び第2の光検出器によシ
受光される。
第1及び第2の光検出器9及び10の出力の強変死をめ
る割算回路11の出力を、温度換算回路によシ温度を示
す値に変換することにょシ、螢光物質1の温度が測定で
きる。この装置では、前記放射強度の温度依存性の異な
る2つの螢光成分の強度比を測定することにょ)、励起
光の強度変動、光ファイバ2の曲げ損失、光フアイバー
結合部の損失変動による誤差を抑えた温度測定が可能と
なる利点があるが、以下に示すような重大な欠点もある
第1に放射強度の温度依存性の異なる2つの螢光成分が
必要であるため、使用できる螢光物質1がきわめて限ら
れる。従来、この螢光物質1としては(Gd O,99
Euo、ox )2028のみが報告されている。この
螢光物質1は紫外域に励起帯を持ち、螢光は可視域に発
生する。しかしこの波長域では、光フアイバ中の損失が
大きく長尺ファイバの使用が困難である。検出する2つ
の螢光波長での光ファイバ2の損失が異なるため、光フ
ァイバ長にょシ螢光の強度比と温度の関係が変化するな
どの欠点を生じていた。
第2に、2つの螢光波長を分離するためには、干渉フィ
ルター7.8などの狭帯域フィルターが、不可欠である
ため、これらのフィルターの損失によ)光検出器9,1
0の受光効率が低下し、高いS/N比を得ることが困難
であること、また干渉フィルター7.8の経時変化によ
シフイルター中心波長がシフトし、測定温度に誤差を生
じ易いなどの欠点も生じていた。
(発明の目的) 本発明の目的は、上記欠点を解消した使用可能な螢光物
質1の制限が緩く、長尺光ファイバも使用可能で、経時
変化が少く、高いS/N比で螢光を受光できる温度検知
装置を提供することである。
本発明の温度検知装置は、螢光物質と、前記螢光物質を
パルス的に励起する励起光源と、前記励起光源からの励
起光を前記螢光物質に導く又は螢光物質からの螢光を導
く光ファイバと、前記螢光物質からの螢光を検出する光
検出器と、前記、光検出器に接続される螢光寿命測定ユ
ニットと、前記螢光寿命測定ユニットの出力と前記螢光
物質の螢光寿命の温度依存性とから温度をめる温度換算
回路とを備える構成となっている。
(発明の作用効果) 次に本発明の温度検知装置の実施例を図面を用いて詳細
に説明する。第2図は、励起用光ファイバと検出用光フ
ァイバを同一の光ファイバとした場合の本発明の一実施
例の構成図であシ、以下の点を除いて構成、名称は第1
図と同一である。第2図において、光検出器10の出力
は螢光寿命測定ユニット13に接続され、温度換算回路
14によシ、螢光寿命の温度依存性から温度がめられる
一方励起光源6は、螢光物質1の螢光寿命と同程度のパ
ルス幅の光パルスを出力する。
第3図A、B、Oは、励起光強度と螢光強度と力の時間
波形である。螢光は、励起の始まりと共に立ち上がシ、
励起が終了した後は、指数関数的に減少する。螢光寿命
をτて表わした時の螢光の%葉面JLa (1)式でA
ts*v<7°′5る。
A=A6e ” (1) α)式においてAは螢光強度、tは時間でsb、Aoは
定数である。螢光寿命τの測定は、最も簡単には時刻t
1での螢光強度AlとΔを時間経過後の螢光強度A2と
の比をめることにより知ることができる。またさらに高
精度の測定を行う場合には螢光減衰曲線の波形記憶を行
い、その波形もしくはその波形を対数変換した波形から
最小2乗法で螢光寿命をめることもできる。
次に一光寿命の温度依存性について説明する。
第4図は最近波長可変固体レーザとして実用化されつつ
あるアレキサンドライト(Be kA 204 :Cr
3+ )の螢光寿命の温度依存性を示している。
固体レーザ物質は通常、高融点で硬度が高く、高い熱伝
導性を有し、化学的にも安定なことから温度検知材料と
して必要な特性を満たしている。さらにその螢光寿命は
数100〜数msと長く螢光寿命の測定が容易である利
点がある。しかしながら螢光寿命の温度依存性に関して
は°、その変化が常温付近ではレーザ発振特性に大きな
影響を及はさないためにアレキサンドライト出現以前に
はあまシ関心を持たれていなかりた。アレキサンドライ
トは高温にな仝はどレーザとしての増幅率が増加すると
いう特徴を有しておシ、図4に示すような広い温度範囲
に渡る螢光の温度依存性が測定されている。
図よシ、150に付近から500に付近まで螢光寿命t
:温度と共に指数関数的に減小していること、即ち、螢
光寿命を測定すれば一童的に精度良く温度を決めうろこ
とがわかる。螢光物質1をアレキサンドライトとした場
合、励起光源6は数msの光パルスを発生する光変調器
を備えたArレーザもしくはKrレーザ、光ファイバ2
には石英がラスファイバー、光検出器9にはSiフォト
ダイオードが適当である。Siフォトダイオードはアレ
キサンドライトの螢光波長0.7μm付近での高い感度
と、アレキサンドライトの螢光寿命よシも十分に速い数
ns程度の応答速度を有していることから150Kから
500Kに渡る広い温度範囲の温度を高い精度でめるこ
とができる。
強度A’。、とA1とA12をA/D変換によシサンプ
リングしてマイクロコンピュータに入力し、1t−Lr
i−・(A1 ”os >の演算を行い結果金山4− 
AI。8 力する。この式は式(1)よ請求められる螢光寿i示し
ている。なお励起開始直前の出力信号強度A’。、は光
検出器9に入射する螢光以外の迷光や、光検出器9自身
のオフセット電圧から成夛、”1やA“2からGsを差
し引くことにより、螢光強度A1.A2がめられる。”
osを差し引くことによシ、高温測定時の輻射光や、光
検出器9のドリフト成分による螢光寿命測定精度の低下
を抑えることができ、実用性の高い温度検知装置を笑現
することができる。温度換算回路14はマイクロコンピ
ー−ターで構成され、その動作は以下の坤シである。あ
らかじめ記憶されている螢光寿命と温度の関係に従い、
螢光寿命測定ユニット13の出力に対応する温度を出力
する。
本発明による他の利点として1回の温度測定時間が螢光
物質1の螢光寿命程度の短い時間で行いうることか挙げ
られる。これは検知部に熱伝導率が高く、化学的に安定
な螢光物質を用いることによシ、従来装置では省くこと
の困難であった防護管などを除外し、被測温体と螢光物
質の間の熱抵抗を少くすることによシ可能となる。特に
流速の大きい流体などの温度変動を知シたい場合などに
も有用である。また従来装置で温度精度の劣化原因とな
った干渉フィルター7.8が不要であ一層、同時忙励起
光源6の強度変動や、光ファイバの曲げ損失、光学系の
ミスアライメントによる強度変動等に基づく誤差が入ら
ない利点もある。
以上本発明の一実施例を説明したが、本発明の目的を逸
脱することなく、いくつかの変形が考え・られる。螢光
寿命は、螢光の発光準位におけるフォノンとの相互作用
による非発光過程と螢光の放出過程との2つのエネルギ
ー散逸過程によって決まる。このうち螢光の放出過程は
温度依存性が少いが、フォノンとの相互作用による非発
送過程のるため近以的に e Jy で表わされる温度
依存性を含む。Eはフォノンのエネルギー、kltiy
Wルッマン定数、Tは絶対温度である。この依存性は第
4図に示した通シアレキサンドライトの場合にはよくあ
てはまってお)、他の螢光物質の場合にも本質的に同じ
であるため、固体レーザ物質として知られてbる希土類
イオンを含む結晶やガラス材料も本発明に使用する螢光
物質工として有効である。これらの螢光物質は、螢光の
発光準位のエネルギーが各々異るので、これらの螢光物
質を組み合わせれば、広い温度範囲をカバーする温度検
知が可能となる。固体レーザ物質を用いる場合、螢光寿
命の温度依存性を更に大きくシ、特性を改善するために
、螢光イオンの濃度を増加させること、螢光を消光させ
る働きを持つイオンを付加することなどが有効である。
螢光寿命の温度依存性を大きくすれば一層高い温度精度
を得ることが可能となる。
第2図に示す構成図において、光ファイバ2として長尺
なものを用いたい場合、光ファイバの伝送損失の低い0
.8μmを1μmにそれぞれ励起波長と螢光波長を選べ
るNdイオンを含む結晶を螢光物質1として用いればよ
い。その場合、励起光源6として、光源寿命が長く、励
起光強度を増やしうるGaAtAs半導体レーザを、光
検出器9として1μm付近でも高感度な8iフオトダイ
オードを用いることができるので、検出時のS/N比を
高く取れる利点と装置を小形化できる利点もある。
本発明による他の一実施例として、光ファイバ2の先端
部に希土類イオンなどの螢光イオンをドープすることK
よシ、光ファイバ2と螢光物質1を一体化すれば、構造
的に頑丈で構成が単純となる結果、故障が少い温度検知
装置を提供することが可能となる。
本発明によるさらに他の実施例として、励起用光ファイ
バと検出用ファイバを分離してもよい。
すなわち第2図の螢光物質1から光検出器までもう1本
の光ファイバ(検出用)を設置する。この場合光源6か
らの光はビームスプリッタ4を介すことなく直接レンズ
3よシ光7アイy2に入射させればよいのでビームスプ
リ、りは不要となる。
この場合検出用光ファイバのNAを大きくすれば、螢光
を高効率に光検出器10に導くことが可能となシ、一層
高い温度精度を得ることが可能となる。
螢光物質1からの螢光を光ファイバを介さず直接検知で
きる位置に光検出器を設置できれば、やけシビームスプ
リッタ4は不要となる。又、逆に光源6からの光を直接
螢光物質に照射し、螢光物質からの螢光を光ファイバを
介して検出する構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来装置の実施例を示す構成図でめp1第2図
は本発明による一実施例の構成図であシ、第3図A、B
、0は第2図に示す構成での動作のタイミングを示す図
であシ、Aは励起強度、Bは螢光強度、Cは光検出器出
力の時間変化を示す図である。 第4図はアレキサンドライトの螢光寿命の温度依存性を
示す図である。 図において1は螢光物質、2は光ファイノ(。 3はレンズ、4は第1のビームスプリッタ−95は第2
のビームスプリッタ−16は励起光源。 7及び8は各々第1及び第2の干渉フィルター。 9及び10は各々、第1及び第2の光検出器。 11は割算回路、12は温度換算回路。 13は螢光寿命測定ユニットであシ、14は温度換算回
路である。 代理人弁理士 内原 ・踊、 オ 1 図 72 図 オ 3 図 時間(1)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 螢光物質と、前記螢光物質をパルス的に励起する励起光
    源と、前記励起光・源からの励起光を前記螢光物質に導
    く、又は螢光物質からの螢光を導く光ファイバと、前記
    螢光物質螢光を検知する光検出器と、前記光検出器に接
    続される螢光寿命測定ユニットと、前記螢光寿命測定ユ
    ニットの出力と前記螢光物質の螢光寿命の温度依存性と
    から温度をめる温度換算回路とを備えることを特徴とす
    る温度検知装置。
JP1960784A 1984-02-06 1984-02-06 温度検知装置 Pending JPS60164225A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1960784A JPS60164225A (ja) 1984-02-06 1984-02-06 温度検知装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1960784A JPS60164225A (ja) 1984-02-06 1984-02-06 温度検知装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS60164225A true JPS60164225A (ja) 1985-08-27

Family

ID=12003878

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP1960784A Pending JPS60164225A (ja) 1984-02-06 1984-02-06 温度検知装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS60164225A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5351268A (en) * 1990-12-04 1994-09-27 Luxtron Corporation Modular luminescence-based measuring system using fast digital signal processing
JP2016166543A (ja) * 2015-03-09 2016-09-15 富士電機株式会社 被処理部材の硬化処理方法及び硬化処理装置
CN114608807A (zh) * 2022-02-25 2022-06-10 武汉睿芯特种光纤有限责任公司 用于增益光纤的多波长荧光寿命测量装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5351268A (en) * 1990-12-04 1994-09-27 Luxtron Corporation Modular luminescence-based measuring system using fast digital signal processing
JP2016166543A (ja) * 2015-03-09 2016-09-15 富士電機株式会社 被処理部材の硬化処理方法及び硬化処理装置
CN114608807A (zh) * 2022-02-25 2022-06-10 武汉睿芯特种光纤有限责任公司 用于增益光纤的多波长荧光寿命测量装置
CN114608807B (zh) * 2022-02-25 2024-03-29 武汉睿芯特种光纤有限责任公司 用于增益光纤的多波长荧光寿命测量装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5107445A (en) Modular luminescence-based measuring system using fast digital signal processing
US4150295A (en) Method and apparatus for background correction in photoluminescent analysis
CA1199197A (en) Fiber optical luminescence measuring system for measuring physical quantities with time-or frequency- divided signal information
US5332316A (en) Fiber optic systems for sensing temperature and other physical variables
Grattan et al. Ruby decay‐time fluorescence thermometer in a fiber‐optic configuration
Taccheo et al. Measurement of the energy transfer and upconversion constants in Er–Yb-doped phosphate glass
GB2113837A (en) Fibre optic temperature sensor
JPH06500390A (ja) 自己補償型光ファイバ化学センサおよびその他の化学センサ
EP0111853A2 (en) Temperature measuring apparatus
US6333502B1 (en) Radiation detector, radiation measurement system and radiation measurement method
JPS60164227A (ja) 温度検知方法
JPS6061634A (ja) 温度測定装置
JPS60164225A (ja) 温度検知装置
Zhang et al. Thermal characteristics of alexandrite fluorescence decay at high temperatures, induced by a visible laser diode emission
JPH02150722A (ja) 光ファイバセンシング方式
CN105910727B (zh) 一种含错位光纤利用光纤光栅滤波结构拍频测温的方法
CN111504497B (zh) 一种基于荧光光纤的测温方法
Grattan et al. A Miniaturized Fluorescence Referenced Glass Absorption Thermometer
Grattan et al. Fluorescence referencing for fiber‐optic thermometers using visible wavelengths
Grattan et al. Phase-Measurement Based Ruby Fluorescence Fibre Optic Temperature Sensor
US11598678B1 (en) Distributed temperature sensor with shortened sensing regions
Selli Fibre optic temperature sensors using fluorescent phenomena.
JPS6035230A (ja) 温度測定装置
RU10457U1 (ru) Устройство для контроля уровня уф-излучения
RU1163710C (ru) Устройство дл измерени энергии излучени лазера