JPS6041292B2 - 多チヤンネル非接触光センシングシステム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、発電機や電動機の内部等の複数個所の温度
、歪等を光学的にかつ非接触で計測する多チャネル非接
触光センシングシステムに関する。

従来より、感音素子としてサーミスタが広く用いられて
いる。

サーミスタにより例えば運転中の発電機内部の回転子の
温度測定を行うには、サーミスタを回転子の測定すべき
個所に埋込んでおき、その信号線を回転子軸に組込んだ
スリップリングを介して外部に導くようにすれば良い。
しかしながら、この方式では機械的接触を利用して電気
的信号の伝送を行うため、信頼性に乏しく、寿命も短か
し、。しかもサーミスタは電気的に抵抗値変化を検出し
て温度測定を行うものであるため、発電機のように強電
磁界の存在する個所ではその強電磁界の影響を受けて高
Ｓ／Ｎが得られず、また絶縁破壊のおそれがある。一方
、非接触で光学的に温度計側を行うものとして赤外線放
射温度計が知られている。

これを用いれば原理的には上述したサーミスタを用いた
場合の問題を解決できる。しかし、発電機の回転子等の
温度計側に適用しようとすると、回転子と固定子との間
のギャップがわずかであるため、通常の赤外線放射温度
計では被測定部に場所的な制限があり、回転子内奥部の
温度計側ができず、多チャネル化して回転子各部の温度
計側を行うことは困難である。この発明は上記した点に
鑑み、発電機や運動機の内部等の複数個所の温度、歪等
を光学的にかつ非接触で計測する。

信頼性の優れた多チャネル非接触光センシングシステム
を提供するものである。この発明に係るシステムでは、
被測定部の各測定点に温度、歪等によって光信号が変調
されることを利用して必要な物理量を検出する光センサ
を設け、各光センサに対して計測処理部からそれぞれ波
長の異なる送信光を送る。

この場合、複数の送信光は波長多重化して１本の光ビー
ムとして空中伝播により非接触で被測定部に入力し、こ
れを被測定部で分波して各測定点の光センサに送る。そ
して各光センサで変調された光を送信の場合と同じルー
トをたどって、被測定部内で一且波長多重化して１本の
光ビームとし、これを空中伝播により外部に取出し、分
波して計測処理部に戻して、各測定点について例えば送
信光と受信光の比から必要な温度、歪等を求める。この
ため、被測定部の外部には、計測処理部から送られる複
数の送信光を波長多重化すると共に、被測定部から１本
の光ビームとして戻される受信光を分波するための第１
の波長多重化兼分波器および被測定部との間で非接触で
光ビームの授受を行う第１の送受光学系を設け、被測定
部には第１の送受光学系に対向する第２の送受光学系お
よび第２の送受光学系で受けた光ビームを分波すると共
に、各センサから戻ってくる光を多重化するための第２
の波長多重化兼分波器を設けることになる。以下図面を
参照してこの発明の実施例を説明する。

第１図，第２図は発電機の回転体各部の温度を計測する
。多チャネル温度計側システムの実施例である。図にお
いて、１は固定子、２は固定子コイル、３は回転子、４
はその回転軸、５は軸受けである。回転子３の温度を測
定すべき各点にはｎ個の感温光センサ６，６，，６２，
・・・，６ｎを埋設している。感温光センサ６の構成は
後述する。７は光信号の送受および電気的処理を行う計
測処理部であり、８，９はそれぞれ発電機の固定子に設
けられた第１の波長多重化兼分波器および第１の送受光
学系である。

計測処理部７と第１の波長多重化兼分波器８の間は光フ
アイバ東１０１こより接続している。回転子側には回転
軸４を中空として、内部に、第２の送受光学系１１、第
２の波長多重化兼分波器１２を配置し、第２の波長多重
化兼分波器１２と各感温光センサ６の間は光ファィバ東
１３により接続している。計測部７はｎ個の被測定点に
対応させて発光波長を少しずつずらしたｎ個の光源、例
えば波長多重通信用レーザダィオードや発光ダイオード
を有し、それぞれの光源からの光を光フアイバ東１０を
介して送信すると共に、各受信光を処理する回路を有す
る。

第２図には計測部７の一部を具体的に示した。即ち、発
光波長が定められた光源７１からの光をァィソレータ７
２、光分配器７３を介して光フアィバ東１０のいずれか
一本に送り出すと共に、光分配器７３から取出される送
信光の一部を送信光検出器７４によりモニタするように
なつている。一方、同じ光フアィバを介して戻ってくる
光は光分配器７３を介して受信光検出器７５により検出
し、これら検出器７４，７５の出力を信号処理回路７６
に送って、受信光を基準とする受信光の光量を算出して
例えば表示器に表示するようになっている。波長多重化
兼分波器８，１２は例えば第２図に示したように凹面回
折格子であり、これらに対向する各光フアィバ束１０，
１３のそれぞれの光フアィバ先端に集東性ロッドレンズ
１４，１５を設けて分光，集光を行うようにしている。

波長多重化兼分波器８，１２として、他に球面回析格子
、曲線状不等間隔回析格子（カーブドチヤーブト・グレ
ーティング）あるいはプリズムなども用い得る。感温光
センサ６は、光ファィバの先端に、４／１ピッチ集東性
。

ッドレンズ、偏光板、温度依存性を有する複屈折結晶、
４／Ｉ波長板、反射板をこの順に直列に結合して構成さ
れる。その構成例を第３図〜第５図により説明する。第
３図は感温光センサ６の外観斜視図、第４図はその縦断
面図である。これらの図において、６１は光フアィバ、
６２は４／１ピッチ集東性ロッドレンズであり、光フア
ィバ６１とロッドレンズ６２は接着拾具６３によ，り接
続され、光フアィバ６１の先端がロッドレンズ６２の端
面中心部に結合している。６４は偏光板、６５はその複
屈折性が温度依存性を有する、例えばＬｉｎか３単結晶
等の複屈折結晶であり、６６は４／１波長板、６７はＮ
蒸着膜やＡｕ蒸着膜等からなる反射体である。

全体は熱伝導係数の大きいカバー６８で被われている。
６９はフアィバ保持臭である。

複屈折結晶６５は第５図に示すように、そのａ軸方向を
光の進行方向とし、かつ直線偏光に対して大きな複屈折
性を示すようにｃ軸方向と偏光板６４の偏光方向とのな
す角を略４５ｏに設定している。

このように構成された感温光センサ６を被測定点におき
、光フアィバ６１を介して光を送って戻ってくる光を検
知することにより被測定点の温度が検出される。

即ち、光フアィバ６１から入射した光は４／１ピッチ集
東性ロッドレンズ６２内をビーム径が拡がるように拡散
して平行ビームとなって偏光板６４に入る。偏光板６４
によりその偏光方向に従った偏光成分のみが取出されて
これが複屈折結晶６５に入る。複屈折結晶６５に入った
光は、後屈折結晶６５のｃ軸と、偏光板６４の偏光方向
とをずらせてあるため常光線と異常光線に分れていわゆ
るリターデイションを生じる。そしてこの光が４／１波
長板６６を往復し、再び複屈折結晶６５を通って偏光板
６４に達したときには、一般には楕円偏光となっており
、偏光板６４の偏光方向に合致する成分のみが取出され
る。この場合、複屈折結晶６５の複屈折性が温度依存性
を有し、またその長さも温度により変化するため、偏光
板６４を通って集東性ロッドレンズ６２により集東され
、光フアィバ６１を介して戻ってくる光の量が温度によ
り変化する。従って、送信光量を基準として受信光量を
検知することにより被測定点の温度を知ることができる
。このような構成として、計測部７から光フアイバ東１
０を介してそれぞれ異なる波長の光を送ると、これらは
固定子側の第１の波長多重化兼分波器８によって一旦集
光多重化され、第１の送受光学系９によりその光ビーム
径が拡大され、回転子側の第２の送受光学系１１に非接
触で空中伝播する。

回転子側では第２の送受光学系１１で元の光ビーム径に
絞られ、第２の波長多重化兼分波器１２により分光され
、それぞれが光フアィバ東１３の対応する光フアィバに
１：１に結合して、回転子３の各測定点に埋設された感
温光センサ６に伝送される。感温光センサ６では前述し
たようにその点の温度に応じて光量が変化する反射光が
得られ、この反射光はいままで送られてきた伝送部をそ
のまま逆行し、発電機外部へ取出されて計測部７に送り
返される。

こうして、この多チャネル温度計側システムでは、発電
機の回転子各部の温度情報を１本の光ビームに集光して
非接触的に光学的結合によって発電機外部へ取出すこと
ができる。

そしてこのシステムは、温度検出を全光学的に行い、温
度情報を光情報の形で伝送し、特に回転体部分の内外を
非接触で信号伝送するため信頼性が高く、また発電機内
部の強電磁界の影響を受けることなくＳ／Ｎよく各部の
温度を検出することができ、絶縁破壊の問題もないとい
う利点を有する。また新規な感温光センサを用い、光情
報を波長多重化してこれを光フアィバ伝送と空中伝播を
粗合せて伝送処理することによって、従来困難であった
発電機内奥部の温度分布測定をも高精度に行うことがで
きる。なお、以上では波長多重通信用レーザダイオード
や発光ダイオードを光源とし、それぞれの発光波長を少
しずつずらせた複数個の光源を用意して波長多重化する
例を説明した。

しかし現在の技術ではこのようなしーザダィオードや発
光ダイオードを用いた多チャネル化はせし、ぜし、数１
０チャネルまでしか実現できない。従って更に多チャネ
ル化を進めるためには、例えば白色光源を分光して用い
るとかあるいは波長同調可能なしーザ光源を用いること
が有用である。また、実施例では温度計側システムを説
明したが、例えば回転体各部の歪を計測する場合には、
圧力による光の変調を利用した感圧光センサを用いてや
はり多チャネル非接触の歪計測システムを構成すること
ができる。

以上説明したように、この発明によれば、発電機や電動
機の内部等の複数個所の温度、歪等を光学的にかつ非接
触で計測する、信頼性の優れた多チャネル非接触光セン
シングシステムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はこの発明の一実施例の温度計側シ
ステムの構成を示す図、第３図〜第５図は上記システム
に用いる感溢センサの構成を示す図である。 １・・・・・・固定子、３・・・・・・回転子、４・・
…・回転軸、６，６，，６２，・・・，６ｎ……感温光
センサ、７・・・・・・計測処理部、８・・・・・・第
１の波長多重化兼分波器、９・・・・・・第１の送受光
学系、１１・・・・・・第２の送受光学系、１２・・・
・・・第２の波長多重化兼分波器、１０，１３……光フ
アィバ東、６１……光フアィバ、６１・・・・・・４／
１ピッチ集東性ロッドレンズ、６３・・・・・・接着治
具、６４・・・・・・偏光板、６５・・…・複屈折結晶
、６６・・・…４ハ波長板、６７・・・・・・反射体、
６８・・・・・・カバー、６９・…・・フアィバ保持具
。 第１図第３図 第４図 第５図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 計測処理部から波長の異なる複数の送信光をそれぞ
   れ光フアイバを介して送り、第１の波長多重化兼分波器
   で多重化して１本の光ビームとして第１の光ビーム送受
   光学系を介して空中伝播により被測定部に入力し、被測
   定部ではその光ビームを第２の送受光学系で受け、第２
   の波長多重化兼分波器で分波してそれぞれ光フアイバを
   介して各測定点に設けられた光センサに送り、各光セン
   サで温度、歪等により変調された光信号を送信光と同じ
   ルートを介して上記計測処理部に戻して、各測定点の温
   度、圧力等を計測処理するようにしたことを特徴とする
   多チヤネル非接触光センシングシステム。