JPS6035230A - 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、燐螢光体を応用した湿度測定装置に関する
。

従来の温度測定装置には、サーミスタ、熱雷対、温度抵
抗計等を用いたものが知られている。

しかしながらこのような温度測定装置は、電磁誘導雑音
のある環境下で使用するとそのセンサぴ゛ およ逼電気信号線路に電気雑音がのり、Ｓ／Ｎ比の高い
温度測定が困難である。またセンサ、電気信号線路は金
属製のものが多いので腐蝕性雰囲気中で用いられるとそ
の寿命が短いという欠点がある。さらに電気的スパーク
によって誘爆の危険性もある。

発明の要点 この発明は、電磁誘導雑音に強＜Ｓ／Ｎ比の高い温度測
定が可能であり、しかも耐蝕性があり誘爆の危険もない
温度測定装置を提供するものである。

この発明による温度測定装置は、燐螢光の立上り時間が
温度依存性をもつ燐螢光体、燐螢光体を励起する励起手
段、燐螢光体から発光される燐螢光を光電変換する受光
手段、受光手段の出力信号から燐螢光の立上り時間を計
測する手段、および８１測された立上り時間を、燐螢光
体に応じてあらかじめ設定された立上り時間の温度特性
と比較することにより温度をめる手段からなることを特
徴とする。ここで燐螢光体とは燐光を発光する燐光体と
螢光を発生する螢光体との総称であり、燐螢光とは燐光
と螢光との総称である。燐光と螢光とは、ある見方では
その残光の長さによって区別されるが、この発明では燐
螢光の立上り時間を計測しているのでこれらを区別する
意味はない。燐螢光の立上り時間の一般的な定義はない
。この発明では、燐螢光がある強度からそれよりも高い
強度に達するのに要する時間が温度依存性をもっていれ
ば充分であるから、この時間が温度依存性をもつかぎり
上記の２つの強度レベルをどこにとってもよい。たとえ
ば、立上り時間を、燐螢光体の励起開始時点から、燐螢
光強度がそのピーク輝度の９０％に達するまでの時間を
立上り時間とすまでの時間を立上り時間とすることも可
能である。

この発明によると、温度センサとして燐螢光体が用いら
れ、このセンサと信号処理装置との間は光信号が伝送さ
れるから、電磁誘導雑音の影響を受けることがなく、ま
た誘爆の危険性もない。センサと信号処理装置との間は
ガラス、石英等の光ファイバを配線することが可能であ
るので耐蝕性に強いとともに遠隔での計測が可能となる
。さらに、燐螢光体からの発光を利用した光温度測定で
は、燐螢光体の励起−発光過程で光の波長が変換される
ために、計測系の入力光と出力光ずなわら励起光と燐螢
光体からの燐螢光とを分離できるという利点がある。こ
のため、単線の光ファイバを用いて人、出力光を伝達す
ることができ、光の伝送系がコンパクトになる。

実施例の説明 まず、螢光の立上り時間の温度特性について説明Ｊる。

以下では燐螢光および燐螢光体を単に簡略化して螢光、
螢光体と表現する。第１図は螢光立上り時間の温度変化
の一例を示している。これは、赤外−可視変換螢光体で
ある、イッテルビウムＹｂとエルビウムＥｒとがドープ
されたフッ化イツトリウムＹＦ３　：Ｙｂ　、Ｅｒにつ
いて測定したものである。立上り時間τは励起開始から
螢光輝度がそのピーク輝度の９０％の値に到達するまで
の時間と定義されている。

波長９４０ｎｏ＋の発光ダイオードの光によって励起を
行ない、波長５４７ｎｍの螢光の強度を測定した。温度
Ｔの上昇にともなって螢光立上り時間τは単調に減少し
ている。第１図のような立上り時間の温度特性曲線を実
験結果により作成しておけば、螢光立上り時間を計測し
てこの特性曲線と対照することにより温度を知ることが
できる。

第２図は温度測定装置の構成を、第３図はその動作をそ
れぞれ示している。光ファイバ（１）の先端に所定の螢
光体（２）が取付けられ、温度プローブが構成されてい
る。この温度プローブは、その先端が温度測定すべき雰
囲気中にまたは物体に接触した状態で配置される。ＣＰ
Ｕ（１０）によって制御されるタイミング発生回路（４
）からは２種類のタイミング・パルス信号））　１　、
Ｐ　２が出力される。パルスＰ１は、発光器（３）を駆
動させるためのものであって、一定面ｍＴａで出力され
る。この周期Ｔａは、測定範囲内のすべての温度におい
て、螢光体（２）から発光された残光が完全に消失する
のに充分な時間に設定されている。パルスＰ１が入力す
ると発光器（３）から方形波状ないしはパルス状の励起
光が出力され、光ファイバ（１）を通って螢光体く２）
に照制される。この励起によ光は光ファイバ（１）を伝
搬し、ビーム・スプリッタ（９）を介して取出され受光
器（５）に入力する。受光器（５）の検知信号は前置増
幅器（６）で増幅されたのち、サンプル・ホールド回路
（７）に入力する。螢光体（２）が上述のＹＦａ　：　
Ｙｂ　、Ｅｌ’の場合には、発光器（３）としてはＩｃ
とえば赤外発光ダイオードが用いられる。波長５４７ｒ
＋ｎ＋の発光を励起光と区別して受光するために、受光
器（５）には赤外光領域の受光感度のきわめて低いＧａ
　Ａｓ　Ｐフォトダイオードが用いられている。このよ
うに分光感度特性をもつ受光素子を用いて励起光と螢光
とを区別してもよいし、分光器を用いて励起光と螢光と
を分離し所定波長の螢光のみを受光器（５）に導くよう
にしてもよい。

タイミング発生回路（４）から出力されるタイミング・
パルス（サンプリング・パルス）Ｐ２は、パルスＰ１の
立上りの時点から立下りの時点までｎ１ｌｌｉｌ出力さ
れる。各パルスＰ２に便宜的に１．２．３．・・・・・
・、ｎと番号を付しておく。

またパルスＰ２の周期をΔｔとする。この周期Δｔはア
ナログ・デジタル（ＡＤ＞変換器（８）のＡＤ変換動作
時間より若干長く設定されている。精度を高めるために
はもちろんこの周期Δｔは小さい方が好ましい。

タイミング・パルスＰ２は、サンプル・ホールド回路（
７）およびＡＤ変換器（８〉に送られる。受光器（５）
によって検知された螢光信号はサンプル・ホールド回路
（７）でそのレベルがパルスＰ２ごとに小−ルドされる
。この回路（７）の出力はＡＤ変換器（８）に送られ、
時間Δｔの間にデジタル信号に変換されて、ＲＡＭ（１
１）にストアされる。

ＲＡＭ（１１）には、ＡＤ変換されたサンプリング・デ
ータを記憶するエリヤおよび第１図に示されているよう
な螢光立上り時間の温度特性を記憶するエリヤが設けら
れている。サンプリング・パルストｎまでに対応するサ
ンプリング・データの取込みが終了すると、ＣＰＵ（１
０）によって立上り時間τの演樟が行なわれる。サンプ
リング・パルスｎまたはその（＝Ｊ近に対応するデータ
は螢光のピーク輝度を表わしている。

このピーク輝度の９０％の値またはそれに近い値をもつ
サンプリング・データが検索され、その番号ｍがめられ
る。立上り時間τはτ−ｍ・Δｔでめられる。この立上
り時間τが第１図に示すような温度特性と対比されるこ
とにより温度Ｔが得られる。

螢光体（２）の励起を繰返し、各励起ごとにめた立上り
時間での平均値を篩出し、この平均値と立上り時間のあ
らかじめ設定された温度特性とを対比して温度Ｔをめる
と高精度の測定が行なえる。

上記実施例においては螢光体は赤外光により励起されて
いるが、紫外光励起の燐螢光体を使用覆ることももちろ
ん可能である。また、輝度データの処理も、Ａ／Ｄ変換
をしたのちメモリに取込むようなやり方以外にも、螢光
信号をそのままアナログ処理する、またはＶ／Ｆ変換す
るなど種々の処理を採用できるのは言うまでもない。さ
らに燐螢光体の励起、燐螢光の取出しのために光ファイ
バが用いられているが、必ずしも光ファイバを用いる必
要はない。

【図面の簡単な説明】

第１図は螢光立上り時間の温度特性を示すグラフ、第２
図はこの発明の実施例を示すブロック図、第３図は、第
２図に示す回路の動作を示すタイム・チャートである。 （１）・・・光ファイバ、（２）・・・螢光体、（３）
・・・発光器、く４）・・・タイミング発生回路、（５
）・・・受光器、（７）・・・ザンプル・ホールド回路
、（８）・・・Ａ／Ｄ変換器、（１０）・・・ｃｐｕ、
（１１）・・・ＲＡＭ。 以　上 外４名 第２図 第３図 ＋Ｚ５　ｍ　Ｔｌ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 燐螢光の立上り時間が温度依存性をもつ燐螢光体、 燐螢光体を励起する励起手段、 ｖＡ螢光体から発光される燐螢光を光電変換する受光手
   段、 受光手段の出ツノ信号から燐螢光の立上り時間を計測す
   る手段、および 目測された立上り時間を、燐螢光体に応じてあらかじめ
   設定された立上り時間の温度特性と比較覆ることにより
   温度をめる手段 からなる温度測定装置。