JPS6114528A

JPS6114528A - 光フアイバを用いた温度計測方法

Info

Publication number: JPS6114528A
Application number: JP59135869A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Tojo; 東條　茂樹; Tatsuo Kamisaka; 上坂　辰男; Takeo Kawate; 川手　剛雄
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1984-06-29
Filing date: 1984-06-29
Publication date: 1986-01-22

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】（産業上の利用分野）本発明は光ファイバを用いた温度計測方法、詳しくは光
ファイバを用いて放射エネルギーによる温度計測を行な
うにあたシ、被測温対象物に対面するファイバ端面の汚
れによる誤差を補正し、より精確な温度計測を達成する
温度計測方法に関するものである。

（従来の技術）工業分野の各プロセスには温度計測が多く含まれ、測定
した温度情報を制御や監視のために遠隔伝送したいこと
が多い。なかでも、被測温対象物が高温高圧雰囲気に置
かれる熱間静水圧加圧装置などの分野ではその要求度が
高く、従来は熱電対。

放射式温度計などを用いて測温を行っていた。ところが
、これらの信号を制御や監視のため遠隔伝送する場合に
は電磁誘導を受けるため雑音を生じることがあった。そ
こで最近は、これらの影響を除くために光ファイバを計
測の分野に応用することが行なわｎている。この光ファ
イバによる温度計測の方法は温度放射物体からの放射エ
ネルギー全光ファイバを伝送路として導いて放射測温を
行なう方法であシ、温度計測の手法として注目され、今
後の実用化に期待が寄せられている。

ところが、かような被測温対象物の光情報を光ファイバ
を用いて伝送するシステムでは該対象物に対向する光、
ファイバの端面の汚れは光ファイバに入射する光量の減
衰を壕ねき、情報を処理するときの雑音となる。例えば
光ファイバを用いた放射測温の場合、ファイバ端面が汚
れ、光景が減衰すると指示温度は低くなる。汚れの透過
特性に波長依存性が少ない場合には２色温度語を用いる
ことにより測温誤差は小さくできるが、波長依存性が大
きい場合には測温誤差は避けられない問題であろうそこで、このような測温誤差を避けるためには光フアイ
バ端面を常時、払拭したシ、パージガスを流すなどして
清浄化しておくことが必要であるが、別の方法として光
学的に参照光を用いて光伝達を補正する手法が例えば特
開昭５８−７５３０号に開示されている。

この方式は同公報によれば標準湿度放射体として用いる
リン螢光体に赤外線を照射し、その反射光強度から光伝
達損失全補正しているが、しかし放射測温の場合には測
温対象が放射する赤外光強度が大きいため参照光として
赤外光を用いることは不可能である。その上、光フアイ
バ端面と、被測温対象物との距離がリン螢光体法に比べ
非常に大きいだめ反射光を検出することも難しい。

（発明が解決しようとする問題点）本発明は叙上の如き光フアイバ利用の温度計測の実情に
即応し、被測温対象物に対向しているファイバ端面とは
反対側の端面から変調した光を入射し、対象物対向端面
で反射され、反対側端面を透過してくる光の強度を測定
することによって対象物対向側のファイバ端面の汚れを
知り対象物からの光情報を補正して放射測温を高精度で
行なわんとするものである。

（問題点を解決するだめの手段）即ち、本発明の特徴とするところは、被測温対象物に端
面を対向させて光ファイバを配置し、該対象物からの放
射エネルギーを光学光ファイバに入射させ、その入射し
た放射エネルギーを検知することにより温度を計測する
方法において、前記被測温対象物とは別に参照用光源を
設け、これより前記光ファイバの対象物対向端面の反対
側端面全通して同じく光ファイバに光を入射させ、その
光が光ファイバの対象物対向端面で反射され、反対側端
面を透過してくるのを対象物からの放射エネルギーと一
緒にとり出し、その後、取り出したエネルギーを対象物
からの放射エネルギーと参照用光源からの反射光とに分
けて光ファイバの透過率を求め、この透過率にもとづい
て前記対象物からの放射エネルギーによる光情報を補正
し光フアイバ端面の汚れによる測温誤差を解消せしめる
点にある。

以下、これを更に詳述すると、本発明は、先ず対象物と
は別個に参照用光源を設置し、その光を利用して光フア
イバ端面の汚れを検出させることから始する。そのため
、参照用光源からの光を先ず光変調器で変調し、光分岐
器により分岐して一方は光検出器でモニタとし、他方は
測温用光ファイバは被測温対象対向面と反対側にある端
面を通して入射させ、被測温対象対向面からの反射光を
取シ出すようにする。

このとき、測温用光ファイバを利用することから反射光
は被測温対象物からの放射エネルギーと一緒に取り出さ
れるが、参照光と信号光とを各々所要の周波数に変調し
、その周波数の信号のみを検出することによって反射光
の光の強度を測定することができ、２前記モニタした光
の強度とによって端面反射率が得られる。

但し、ｖ２は透過して来た反射光の強度ｖ３はモニタ光
強度となり、透過率を得ることができる。

そこで、この透過率にもとづいて被測温対象物からの放
射エネルギーを公知の温度演算処理回路によって演算し
、求める補正後の所要信号を得、補正された温度として
表示されるに至る。

（実施例）以下、更に添付図面を参照し、本発明の詳細な説明する
。

一般に、光ファイバを利用した温度計測においてはヘッ
ド部、光ファイバ、検出部の三つの部分から構成されて
おシ、ヘッド部は被測温対象物からの放射エネルギーを
光学系によって集光し、光ファイバに入射させる役割を
もち、光ファイバではそのエネルギーを伝送させ検出部
に入射させる役割をもっている。一方、検出部は通常、
光を電気出力に変換する検知器、アンプ、放射率補正回
路、検知器出力を温度出力に変換するりニアライザから
構成されており、温度表示を行なうようになっている。

本発明は上記の如き温度計測において、光ファイバの端
面の汚れを検出するため、参照用光源に連なる補正回路
を付加したものである。

第１図は、本発明に係る、かかる補正回路を付加したブ
ロック図を示し、図において（Ｆ）は測温用光ファイバ
、（Ｐ）は光ファイバの端面の汚れを検出するため設け
られた本発明要部をなす参照用光源であシ、参照用光源
（Ｐ）からの光は光変調器（チョッパ）（３）で周波数
ｆ１で変調された後、ハーフミラ−からなる光分岐器（
２）により分岐されて、その１つは光検出器（６）でモ
ニタされ、他の１つは光ファイバ（Ｐ）の被測温対象物
（９）に対向する面とは反対側の端面（Ｂ）にある光分
岐器（１）を通って該端面（Ｂ）より測温用光ファイバ
（巧に入射される。

そして、この光ファイバ伊）に入射された参照光は光フ
ァイバ（Ｆ）の被測温対象物（紛に対向する端面体）で
反射され、再び光分岐器（１）全通過し、光変調器（４
）で周波数ｆ８に変調された後、光検出器（５）に入射
する。

一方、被測温対象物（紛からの放射エネルギーは前記対
向端面（Ａ）から入射し、光ファイバ（ＩＰ）を通って
光分岐器（１）を通過し、光変調器（４）で周波数ちに
変調されて前記参照光の変調信号と同じく光検出器（５
）に入射する。

（７）、（８）、（９）はロックインアンプであり、こ
のうちロックインアンプ（γ）は光変調器（４）に、又
、ロックインアンプ（８）、（９）は光変調器（３）に
同期しておシ、前記各入射する変調信号を夫々の周波数
によって同期整流する。

そこで、今、前記光検出器（５）に入射する光強度と、
光検出器（６）に入射する光強度を考えてみると、端面
（Ａ）の反射率をρ、参照光強度を工、対象物からの放
射エネルギー即ち、信号光強度をＷとすると、光検出器
（６）に入射する光強度（工ｒ）はエアー・”・（１・
１・Ｏｏｓωｔｔ）・・・・・・・・・（１）となる。

よってロックインアンプ（７）の出力（Ｅ、）はＥ２＝
・ρ工・・・・・・・・・・・・・・（４）２π ロックインアンプ（９）の出力〔Ｅ３〕ハＥ３＝７・　
　・・・・・・２・・・・・・・・・・（５）となる。

従って、ここで、前記（３）　（４）　（５）式から１
とρを消去すると πＩＣ５（Ｌ　　Ｆｉ２）Ｗ″″□・・・・・・・・・・・（６）Ｅｉ、−２１１
３となり、求める対象物からの信号光強度（旬が得られ、
正確な温度計測が可能となる。但し、式中、叫は参照光
の変調角周波数、ω８は信号光の変調角周波数で、ω１
は２πｒｒｌω８は２πち、πは円周率である。

なお、上記（６）式の計算は第１図に示す演算回路（１
０）で行ない、その結果は表示器α１）で表示される。

なお、上記計測において参照光を分光することによって
ファイバ端面体）の分光反射率（ρλ）を知ることがで
き対象物の分光測定を行なう際などに頗る有用である。

第２図は本発明に係る他の実施例を示し、この例では対
象物（ロ）からの信号光は変調するとと々く検出され、
従って検出回路が容易となっている。

即ち、同図において（λ。）は参照用光源から放射され
る光の波長、（λｌ）は被測温対象物から放射される光
の波長であり、第１図と同一部分は同一符号で示してい
るが、第１図におけるロックインアンプ（７）、（８）
、（９）は同期整流回路（１５）α６）に置き換えられ
、又、光フアイバ下部の光変調器は光分岐器（ロ）に置
き換えられている。そして、各分波された夫々の波長の
光は被測定物放射エネルギー検出器（１Ｂ）　、端面反
射光検出器０→に入射し後者は同期整流回路へ６）を経
て端面汚れ補償演算回路へ導かれ、そこで参照用光検出
器（６）より同期整流回路α５）を経た光強度及び分波
された対象物からの放射エネルギー測定用検出器を経た
光強度と演算処理され放射エネルギー測定用検出器出力
が補正されて温度信号変換器（１１）によって温度信号
に変換きれ表示されるように構成されている。

（発明の効果）本発明は以上のように光ファイバを用いて温度を計測す
る方法において、光ファイバの端面の汚れに起因する測
温誤差を解消する補正を行なうようにしたもので、特に
参照用光源を利用して光フアイバ端面の減衰も含めた透
過率を求め、これにもとづいて光情報を補正するもので
あるから、光ファイバの端面の清浄度を維持するだめの
払拭やエアパージ等の必要がなく、しかも参照用光源か
らの参照光を測温用光ファイバを用いて導くため参照光
用光ファイバを別に設置する必要がなく、例えば高温高
圧炉内光を光ファイバにより炉外に導き放射測温を高精
度で行なうことができるなど、工業上の測温手段として
顕著な効果が期待されると共に、長期間安定して測温が
可能で、保守も簡単である。

本発明温度計測法は特に熱間静水圧加圧装置の高温高庄
炉内の温度計測に用いて極めて有用であるが、これに限
ることなく各種装置の測温手段としても頗る有効である
。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は夫々、本発明温度計測方法の各実施
例に係る補正回路のブロック図である。（Ｍ）・・　被測温対象物、（Ｆ）・・光ファイバ。（Ａ）・・　光ファイバの対象物対向端面。（Ｂ）・・・　光ファイバの対象物反対端面。（Ｐ）・・・　参照用光源。第１図第２図

Claims

【特許請求の範囲】

　１．被測温対象物に端面を対向させて光フアイバを配
置し、該対象物からの放射エネルギーを光フアイバに入
射させ、その入射した放射エネルギーを検知することに
よつて、被測温対象物の温度を計測する方法において、
被測温対象物と別個に参照用光源を設け、該光源より参
照光を同じく光フアイバを通して被測温対象物反対側の
端面より入射させ、該入射参照光の光フアイバに対向す
る他端面よりの反射光を対象物よりの放射エネルギーと
一緒に取り出し、その後、取り出したエネルギーを対象
物よりの放射光と参照光の反射光とに分けて端面での損
失も含んだ光フアイバ全体の透過率を求め、この透過率
にもとづいて前記対象物からの放射エネルギーによる光
情報を補正せしめることを特徴とする光フアイバを用い
た温度計測方法。