JPS60181623A - 温度測定装置 - Google Patents

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】 発明の背景 この発明は温度測定装置、詳しくは燐螢光体の発光強度
の温度依存性を応用した光温度測定装置に関する。

この明細書においＴ：ｒｌＡ螢光体とは、燐光を発光す
る燐光体と螢光を発光する螢光体との総称Ｃあり、′Ｗ
４螢光と（、未燐光と螢光どの総称である。

励起にＪ、つＣＷイ螢光体から発光される燐量光強度は
−てれが置かれた場所の温度に応じて変化りる。し）ζ
か−）（、燐量光強度の温度変化を利用しく：　温Ｉａ
を測定づることが（きる。このような溜１度装置としＣ
１次のＪ、うな−ｂのがある。燐量光体を温度を測定づ
べき゛雰囲気内に配置し、光源から光〕ｊ・イハ、レン
ズなどの光学系を介しく励起光を燐量光体に照射づ−る
。そして励起により燐量光イホから発光された燐量光を
光学系を通しく一受光器（受光づる。受光器によ−）て
検出された燐量光強度をあらかじめめられている燐量光
強度の温度特性と比較づることにより蒲１度をめる。

光源から出力された励起光おＪ、び燐量光体から発光さ
れたｖＡ螢光に光学系において伝送損失が生じる。光学
系の伝送損失は常に一定ｒなく様々な要因、たとえばレ
ンズ″へのはこりのイ」着、光ファイバの屈曲等によっ
て変化づる。このため測定誤差が発生りるおそれかある
。

発明の概要 この発明は、光学系の伝送損失による影響を補償づるこ
とができ高精度の温度測定が可能とイｙる温度測定装置
を提供Ｊることを目的どする。

この発明による温度測定装置は、発光強度が温度依存性
をもつ燐量光体、励起光を出力づる励起手段、励起によ
って燐量光体から発光される燐量光Ｊ３よび燐量光体に
Ｊ二って反則される励起光のうち少なくとも励起光を検
出する励起光検出手段、励起によって燐量光体から発光
される燐量光を検出する燐量光検出手段、励起光検出手
段によって検出された光の強度にもとづいＣ燐量光検出
手段によって検出された燐量光強１哀に含まれる伝送損
失に関づるファクタを補正りる補ｊ１手段、ａ５よび補
正手段によって伝送損失に関づるファクタが補正された
燐量光強度を、あらかじめめられた燐量光強度の温度関
数と比較りることにより湿度をめる演紳手段、を１１ｉ
＋えＣいることを特徴と覆る。

この発明にＪ、る温度測定装置では、励起光検出手段に
よっ−Ｃ検出された光の強度にもどづいて燐量光検出手
段によって検出された燐量光強度に含ｊ、ｒｒる伝送＋
ｆｉ失に関づるノ１クタ′を補正づる補正手段をＩＩ品
えでいるので、伝送損失に関りるツノ・フタを含まない
燐量光強度データか得られる。そしくこの燐量光強度デ
ータがあらかじめめられた伝送損失に関ηるファクタを
含まない燐量光強度の温度特性と比較されることにＪ：
り温度が測定されているから、光学系の伝送損失にもと
づく誤差が補償され、高１′ＩＳ度の温度測定が吃誂と
なる。

実施例の説明 第１図は、この発明の第１実施例を示している。

第１図にＪ３いて、制御装置（１）によって制御される
パルス発生回路（２＞　ｌＪｌ　＋らは、発光器（３）
を駆′＃Ｊするためのタイミング・パルス［〕が出力さ
れる。パルスＰが発光器（３）に入力づると、発光器（
３）から人力パルス１〕に同期したパルス状の励起光が
出ツノされ、光ファイバ（４）、光分岐器（５）および
光７ノ・イバ（６）を通ってｖＡｖ！光休（７体に照躬
される。燐量光体（７）は、光ファイバ（６）の先端に
固定され【おり、温度を測定づべき雰囲気内または物体
に接触して置かれる。この励起によつＣｍ螢光体（７）
から発光された燐量光Ｊ３よび燐量光体（７）にｊ：つ
て反則された励起光は、光ファイバ（６）、光分岐器（
５）　、、および光ファイバく８）を通り、フィルタ〈
９〉を経て受光器（１０）に受光される。

光光器（３）、燐量光体（７）および受光器（１０）と
しＣ（３１、この実施例【はＧａＡＳ’：＄１光光タイ
Δ−ド、希土類フッ化物（）ｌ「３　：Ｙｂ、Ｅ、ｒ）
ａ３よヒｓｉ　’７／Ｉ　ｌ−−タイΔ−Ｆがそれぞ４
′１用いられＣいる。

ｗＮ２図は、（’、ａＡｓ：３ｉ光光タイオード１１′
３Ｊこび希土類フッ化物（ＹＦ３　：　Ｙｂ　、Ｉｒ　
＞の発光スベク［〜ル特性および５１）Ａ１−・タイオ
ー１〜の受光感磨’ｂ’ｒ性を示し−（いる。（＞、ａ
Ａｓ：８１発光タイＡ−ドは、曲線ｌで示づように９４
０ｎｍを中心どづる近赤外光を発光する。希土類フッ化
物（ＹＦ３　：　Ｙｂ　、「ｒ　）　ハ、赤外光励起に
よつ−Ｃ曲線ｎ１で示づように発光ダイオードの励起光
の波長帯よりもやや長波長側にシフ１〜した波長４ｊシ
の光を発光するとともに、図示ざ４１（いないが可視光
ｆｊ１ｉｊ或の光を発光りる。Ｓ１ホ］・・ダイΔ−ド
は、その感度特性が曲線１１（示されているように可視
光おＪ、び近赤外光を受光しうる特性を有している。フ
ィルタ（９）は、赤外光のみを通過さけるしのである。

したがって受光器（１０）には、曲線／、、ｎｌで示さ
れるスペクトルの励起光ａ３よび燐量光が受光される。

燐量光体を励起づるための励起光強度をΔ、燐量光強度
を１３、燐量光体によＪ：って反則される励起光強度を
Ｃどし、光学系（光ファイバ、レンズ等）の伝送損失を
αとづる。また燐量光イホの発光強度ＩＪｆれに照則さ
れる励起光強度に比例づるしのどりる。燐量光強度Ｂお
よび励起光強度０は以トのＪ、うに表わされる。

Ｂ（Ｌ）＝に１（ｔ）・（１−α）・△・・・（１） Ｃｍｋ　２・（１−α）・Δ　・・・（２）ここｒｋｌ
、（ｔ）は温度ｌに依存りる変数、ｋ２は定数Ｃある。

第（１）式を第（２）式で除づると、 Ｂ　（ｔ　）　／Ｃ＝に’１　（ｔ　）　／ｋ　２　・
・・　（３）となる。つまり、燐量光強度１３と励起光
強度Ｃとの比ｌ：３　／　Ｃは、伝送損失αに関係のな
いかつ温度に依存した値どなる。

また燐量光強度Ｉ３と励起光強度Ｃとの和（１３、ＩＣ
）と、燐量光強度１うどの比１３／（［３−＋−Ｃ）は
、 Ｂ／　（Ｂ＋Ｃ）　＝ｋ　１　（ｔ　）　／（ｋ　２　
＋、ｋ　１　（＋、）　） ・・・　（４） となり、第３式と同様に伝送損失αに関係のない（ｆｆ
ｉとなる。

燐量光体の発光強度がそれに照射される励起光の強度の
１１乗に比例する場合に、は、燐量光強度Ｂと、励起光
強度Ｃの１）東との比Ｂ（ｔ）／Ｃ１１は、 Ｂ　（ｔ　）／Ｃ”　＝に１　（１）／に２”・・・（
５） となり、これもまた伝送損失に関係のない値どなる。

ところで、燐量光体（７）から発光される赤外光（燐量
光）は、励起中の燐量光と励起停止後の残光と−に分（
ブーＣ考えることができる。第３図を参照して、励起光
が出力されている間にｄ３いては、受光器（１０）によ
って、燐量光ど燐量光体（７）によっＣ反射される励起
光の両方が受光される。励起停止後においては、受光器
（１０）にＪ、って残光のみが受光される。受光器（１
０）によって検出される螢光強度を１３１、残光強度を
１３２と覆ると、励起中に受光器（０１）にＪこつで検
出される光の強度はＢ　１　＋　Ｃどなり、励起停止後
に受光１（１（＋）によって検出される残光の強度はＢ
２となる。燐量光体（７）の発光強度がそれに照射され
る励起光強度に比例り−る場合には、比＋３２／＜１３
１＋Ｃ）が伝送損失αに関係ないｌ１ｆＪどなることは
、上述した通りである。

第４図は、励起中に受光器によって検出される光の強度
（Ｂ１→Ｃ）と励起停止後に受光器によって検出される
残光の強度１３２の温度特性を示し−Ｃいる。横軸には
温度が、縦軸には２０℃にお（プる８光の強Ｉｎを基ｔ
１（（基準値１）とづる８光の強度の相対値がとられ−
Ｃいる。光の強度Ｂ１（ｍ螢光）　ｒ３　ヨＵ　１３２
　（残光＞　Ｇ；Ｌ、Ｉ’ｉｉ］Ｉな温度依存性をもっ
ている。光の強度Ｃ（励起光）は温度によってほとんど
変化しない。このため光の強度Ｂ１と光の強度Ｃどの和
は、２０〜２３℃の温度範囲においてわずかイヨ減少を
ポリ−６光の強度Ｂ２は、光の強度（Ｂ１１−Ｃ）に比
べて急ｉｌ！ｌｌな減少を示す。このように両光の強度
は異なった特性を示ｇので、両光の強度の比Ｂ２／（Ｂ
１１−Ｃ）は温度依存性を示づ。したがってあらかじめ
比Ｂ　２／　（ＢＩ　十〇　）の温度特性曲線をめＣ８
４き、これを検出された比Ｂ２／　（１３１−Ｉ−Ｃ）
ど比較することにより、調度を請求めることが−Ｃさる
。また−１ｊボしたＪ、うに比Ｂ２／（［３１＋Ｃ）は
光学系の伝送損失αに関係のない（１「１どなるから、
伝送１０失αにもとづく誤差が補償され、高精度の感度
測定が可能どなる。

第１図において、受光器（１０）の出力は検出回路（１
１）に送られる。そして励起中の受光器（１０）の出力
（１３１〜ｉ　Ｇ　）と励起停止後の受光器（１０）の
出力（１３２）とが別ノＺに検出される。

検出回路（１１）によって検出された出力＜８１１−Ｃ
）および（Ｂ２）は、演綽回路（１２）に送られる。演
綽回路（１２）では送られてさに両出力＜　１３−１　
十〇　）　（１：；よび（８２ンの比［３２、−’　（
’　１３１→Ｃ）が演ｎ　サｉｔ、コノ比Ｂ２／（１３
１十Ｇ）があらかじめメーしり（図示略）に記憶されで
いる比１３２／（１３１１ｃ＞の温度時Ｐ１．と比較さ
れることにより部位がめられる。そしてめられた温度を
表ねり信舅が表示器（１３）に送られ、その温度が表示
される。

上記光の強度（Ｉ３１−１−　Ｃ）を検出するとともに
ｔ！４？１？光体Ｙｒ３　：　Ｙ’ｌ）、Ｅｌ・がら発
光される可視光の強度（１！ｉ螢光、残光のいり゛れの
強度でもよい）を検出し、これらの強度の比を演Ｑりる
ようにしてもよい。この可視光の強度８３は、第３図に
示Ｊように、上記光の強度１３１よりｂ急激な減少関数
を示Ｊので比Ｒ３／　（１３１−１−Ｃ）は比Ｂ２／（
Ｂ１＋Ｃ）よりし温度に対し−（°より大きく変化づる
。したがっ−Ｃ一層高精度の測定が可能となる。

第６図は、この発明の第２実施例を示している。発光器
（３）および燐量光体（７）としては、励起光と燐量光
とが波長分Ｎ１句能なものが用いられる。燐量光体（７
）から光フ）タイム（６）を釘で取り出された光はビー
ム・スプリッタ（１４）によっ（２光路に分（〕られる
。干渉ノイルタ（１５）は燐量光のみを、：■渉フｒル
タ（１８〉は励起光のみを通過さける１、シたがって受
光器（１６）ににっＣ燐量光強度（残光強度も含む）１
３が検出され、受光器（１９）によつ゛Ｃ励起光強度Ｃ
が検出される。両受光器（，４６＞　（１９）の出力は
制０＋＋回路（１）に送られる。制御回路（１）て゛（
Ｊ受光器（＋６＞　（Ｈｌ）の出ツノにｂどづいで、＋
３／Ｃ（Ｊ）こはｒ’ｌ／Ｃ”）が演算され、あらかＩ
；めメモリ（図示略）に記憶された１３、／Ｃ（ま／ｊ
は１３／Ｃｎ）の温度特性ど比較されることにより渇瘍
がめられる。

第７図は、この発明の第３実施例を示している。この温
度測定装置は、第２実施例のものとほぼ同様であるが、
発光器（３）の光を燐量光体（７）に送るための光フン
・イバ（６Δ）ど燐量光体（７）からの光を取り出りた
めの光ファイバ（６Ｂ）とが別個に設（）られている点
が第２実施例のものど異なっている。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例を示′１Ｊ構成部、第２
図は発光器（ＧａＡｓ：３ｉ光光ダイＡ−ド）および燐
量光体（ＹＦ３　：　Ｙｌ＋　、Ｆｒ　）の発光スペク
トルならびに受光器（Ｓｌ）ＡトダイＡ−ド）の受光感
度を承りグラフ、第３図は、各部の光の波形および検出
回路の出力を示ずタイムチャー１〜、第４図は励起中Ａ
３　Ｊ：び励起停止後に受光器にそれぞれ受光される光
の強度の温度特性を示づグラフ、第５図は、燐量光体（
ＹＦＪ　：Ｙｂ　、Ｅｒ　）の赤外発光強用および燐量
光体によって反０１１された励起光強度の和の温度特性
ならびに燐量光ＩＡ　（ＹＦａ　：　’ｌ’ｌ）　、Ｅ
ｒ　）の勾視介光強度の温度特性を示リグラー７、第６
図はこの発明の第２実施例を示づ構成図、第７図はこの
弁明の第３実施例を示づ構成図である。 （１）・・・制御装置、（３）・・・発光器、（７）・
・・Ｗ４螢光体、＜　Ｔｏ）　＜　１６）　＜　１９）
・・・受光器、（１１）・・・検出回路、（１２）・・
・演粋回路。 以　−Ｌ 外１名 波長（ｎｍ） 滉　度（’Ｃ） ′、砧皮（’Ｃ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 発光強度が温度依存性をもつ燐螢光体、励起光を出ツノ
   づる励起手段、 励起によって燐螢光体から発光される燐螢光およびｖｊ
   ：４螢光体によって反射される励起光のうち少なくども
   励起光を検出する励起光検出手段、励起によっ（燐螢光
   体から発光される燐螢光を検出りる燐螢光検出手段、 励起光検出手段によつＣ検出された光の強度にもどづい
   Ｃ燐螢光検出手段によって検出されたｖＡ螢光強度に含
   まれる伝送損失に関するファクタを一１ｊ止りる補止手
   段、 Ｊ３Ｊ：び補正手段によって伝送損失に関するファクタ
   が補正された燐螢光強度を、あらかじめめられた燐螢光
   強度の温度関数と比較りることにより温度をめる演算手
   段、 を備えている温度測定装置。 （２）　励起光検出手段と燐螢光検出手段とが、１つの
   受光器と、励起中の受光器の出力とｌ１ｉＩＪ起停止後
   の受光器の出力とを時間的に分離して検出する分離検出
   手段とから構成されている特許請求の範囲第（１）項記
   載の温度測定装置。