JPS61213738A - 光フアイバ温度計測センサ - Google Patents
光フアイバ温度計測センサInfo
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- JPS61213738A JPS61213738A JP60056222A JP5622285A JPS61213738A JP S61213738 A JPS61213738 A JP S61213738A JP 60056222 A JP60056222 A JP 60056222A JP 5622285 A JP5622285 A JP 5622285A JP S61213738 A JPS61213738 A JP S61213738A
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- JP
- Japan
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- optical fiber
- semiconductor
- light
- reflector
- signal light
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- Pending
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
- G01K11/12—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in colour, translucency or reflectance
- G01K11/14—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in colour, translucency or reflectance of inorganic materials
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (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。
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）
本発明は半導体の光透過特性が温度に依存するという原
理にもとづいて、電気信号を全く利用することなく純光
学的手法により、温度測定を可能としたセンサに関する
。
理にもとづいて、電気信号を全く利用することなく純光
学的手法により、温度測定を可能としたセンサに関する
。
（従来の技術）
従来、産業計測分野における温度計測は、例えば、熱電
対センサ、サーミスタセンサなどのように、センサから
出力される電気特性が温度に依存するという原理に基づ
くものが主流であった。周知のように、電気信号は電磁
誘導による雑音の影響を受けやすく、温度計測上の課題
とされていた。
対センサ、サーミスタセンサなどのように、センサから
出力される電気特性が温度に依存するという原理に基づ
くものが主流であった。周知のように、電気信号は電磁
誘導による雑音の影響を受けやすく、温度計測上の課題
とされていた。
また遠隔計測の場合には、さらに信号伝送路が受ける電
ｉｌ！！！導雑音が加わり、これを防止するためには特
別の工夫が必要とされていた。さらに電源供給を必要と
するため、電源供給回路での火花発生による災害の発生
のおそれもあった。こうした問題点を解決するために、
半導体、例えばガリウムリンＧａＰの光透過特性が温度
に依存するという原理にもとづいた特許出願番号５９−
００６８０５号記載の反射型光フフイバ温度センサが知
られている。特許出願番号筒５９−００６８０５号に記
載の光ファイバ温度センサにおいては、センサ出力がそ
のまま光信号であり、電磁誘導雑音の影響を全く受けず
に温度の計測を可能としている。
ｉｌ！！！導雑音が加わり、これを防止するためには特
別の工夫が必要とされていた。さらに電源供給を必要と
するため、電源供給回路での火花発生による災害の発生
のおそれもあった。こうした問題点を解決するために、
半導体、例えばガリウムリンＧａＰの光透過特性が温度
に依存するという原理にもとづいた特許出願番号５９−
００６８０５号記載の反射型光フフイバ温度センサが知
られている。特許出願番号筒５９−００６８０５号に記
載の光ファイバ温度センサにおいては、センサ出力がそ
のまま光信号であり、電磁誘導雑音の影響を全く受けず
に温度の計測を可能としている。
（発明が解決しようとする問題点）
しかしながら、従来の反射型光ファイバ温度センサは、
単一の光ファイバを用いているため、光をセンサ先端部
に取付けられた半導体に入射し、さらに、センサ先端部
から反射された光を出力として取り出すために、光ファ
イバの中間に入射光と反射光を分岐するための分岐器を
設Ｃプなければならない。また、温度センサ以外の要因
、例えば光ファイバの接続点における損失、もしくは、
外力により光ファイバが過度に屈曲された場合などの光
の伝送損失の変化を除去するため、参照光も併せて用い
る２波長方式を採用する場合は、それぞれ波長の異なる
信号光と参照光とを単一ファイバに入射させるために、
さらにもう１つ合波器を加えなければならない。即ち、
１波長方式の場合は２回、２波長方式の場合は都合３回
、光信号は分波器（ないしは合波器）を通過しなくては
ならない。
単一の光ファイバを用いているため、光をセンサ先端部
に取付けられた半導体に入射し、さらに、センサ先端部
から反射された光を出力として取り出すために、光ファ
イバの中間に入射光と反射光を分岐するための分岐器を
設Ｃプなければならない。また、温度センサ以外の要因
、例えば光ファイバの接続点における損失、もしくは、
外力により光ファイバが過度に屈曲された場合などの光
の伝送損失の変化を除去するため、参照光も併せて用い
る２波長方式を採用する場合は、それぞれ波長の異なる
信号光と参照光とを単一ファイバに入射させるために、
さらにもう１つ合波器を加えなければならない。即ち、
１波長方式の場合は２回、２波長方式の場合は都合３回
、光信号は分波器（ないしは合波器）を通過しなくては
ならない。
光信号が分岐器を通過する回数が多くなると、分岐器に
おける光損失が累積され、センサ全体の光損失が大きく
なり、計測の信頼性、さらに計測の信頼性低下によるプ
ラント等の過昇温なと、安全性の上で問題が生じる。ま
た、センサの構成を複雑にする分岐器等が多数用いられ
るとコストが高くなるという問題があった。
おける光損失が累積され、センサ全体の光損失が大きく
なり、計測の信頼性、さらに計測の信頼性低下によるプ
ラント等の過昇温なと、安全性の上で問題が生じる。ま
た、センサの構成を複雑にする分岐器等が多数用いられ
るとコストが高くなるという問題があった。
（問題点を解決するための手段）
本発明では、こうした従来の光ファイバ温度センサの問
題点を解決するため、本発明による温度計測センサは、
第１図に示すように多数の小径光ファイバで構成される
光ファイバ束４の一端に光透過性を有し、その禁制帯巾
が温度によって変化する半導体１を密着させ、さらに、
半導体１に反射体２、例えば反射板を密着させ、ホルダ
ー３で固定させるとともに、光ファイバ束４の他端を、
入射された信号光５を伝送させる入射光ファイバ部と、
前記反射体２で反射された信号光６を伝送させる反射光
ファイバ部とに分けたものである。
題点を解決するため、本発明による温度計測センサは、
第１図に示すように多数の小径光ファイバで構成される
光ファイバ束４の一端に光透過性を有し、その禁制帯巾
が温度によって変化する半導体１を密着させ、さらに、
半導体１に反射体２、例えば反射板を密着させ、ホルダ
ー３で固定させるとともに、光ファイバ束４の他端を、
入射された信号光５を伝送させる入射光ファイバ部と、
前記反射体２で反射された信号光６を伝送させる反射光
ファイバ部とに分けたものである。
また、前記入射光ファイバ部と反射光ファイバ部を、第
２図に示すように内部に小径光ファイバを有しない単体
光ファイバ４Ｓおよび４Ｔで構成しても良い。
２図に示すように内部に小径光ファイバを有しない単体
光ファイバ４Ｓおよび４Ｔで構成しても良い。
（作用）
入射光ファイバ部から入射された光５は、半導体１中を
透過し、反射体２で反射され、再び半導体１内を透過し
光ファイバにもどり、反射光ファイバ部から光信号６と
して取り出される。半導体１では、その禁制帯巾が温度
によって変化し、そのため半導体１中の光透過スペクト
ル特性が変化する。今、入射光５として第３図のように
スペクトル（ａ）をもった光を用いるとする。（ａ）は
通常の発光ダイオードの発光スペクトルを表わし、図の
横軸は波長、縦軸は入射光の強度を表わしている。温度
■０における半導体の透過スペクトルを（ｂ）とすれば
、上記センサから反射される光強度に寄与するのは、同
図のうちエリアＡ、すなわちＰ、Ｑ、Ｒ，Ｓ、Ｔで囲ま
れた部分である。
透過し、反射体２で反射され、再び半導体１内を透過し
光ファイバにもどり、反射光ファイバ部から光信号６と
して取り出される。半導体１では、その禁制帯巾が温度
によって変化し、そのため半導体１中の光透過スペクト
ル特性が変化する。今、入射光５として第３図のように
スペクトル（ａ）をもった光を用いるとする。（ａ）は
通常の発光ダイオードの発光スペクトルを表わし、図の
横軸は波長、縦軸は入射光の強度を表わしている。温度
■０における半導体の透過スペクトルを（ｂ）とすれば
、上記センサから反射される光強度に寄与するのは、同
図のうちエリアＡ、すなわちＰ、Ｑ、Ｒ，Ｓ、Ｔで囲ま
れた部分である。
これに対し、ＴＯより高い温度Ｔ１では透過スペクトル
は（Ｃ）となるので、その温度での反射光に寄与するの
はエリアへの部分よりエリアＢの部分だけ少ない残りの
部分、すなわちＴ、Ｒ，Ｓで囲まれた部分となる。この
性質を利用すれば、反射光６の強度を測定することによ
って、半導体装置かれている環境の温度を測定できるこ
とになる。また、本発明による光ファイバ温度計測セン
サは、従来の光ファイバ温度センサのように単一の光フ
ァイバのかわりに第１図に示すような多数の小径ファイ
バよりなる光バンドルファイバすなわち、光ファイバ束
、もしくは第２図に示すような複数本の単体光ファイバ
を用いるために、光源から発光される光が信号光のみの
１波長方式の場合には入射光と反射光の光路が区別され
るため分岐器をまったく用いることなくセンサを構成で
きるし、光源から発光される光が信号光と参照光の２種
類となる２波長方式の場合にも、信号光と参照光を合波
するための合波器を１個用いればセンサを構成できる。
は（Ｃ）となるので、その温度での反射光に寄与するの
はエリアへの部分よりエリアＢの部分だけ少ない残りの
部分、すなわちＴ、Ｒ，Ｓで囲まれた部分となる。この
性質を利用すれば、反射光６の強度を測定することによ
って、半導体装置かれている環境の温度を測定できるこ
とになる。また、本発明による光ファイバ温度計測セン
サは、従来の光ファイバ温度センサのように単一の光フ
ァイバのかわりに第１図に示すような多数の小径ファイ
バよりなる光バンドルファイバすなわち、光ファイバ束
、もしくは第２図に示すような複数本の単体光ファイバ
を用いるために、光源から発光される光が信号光のみの
１波長方式の場合には入射光と反射光の光路が区別され
るため分岐器をまったく用いることなくセンサを構成で
きるし、光源から発光される光が信号光と参照光の２種
類となる２波長方式の場合にも、信号光と参照光を合波
するための合波器を１個用いればセンサを構成できる。
（実施例）
本発明による温度計測センサの実施例を第４図および第
５図にかかげる。第４図は１波長方式、第５図は信号光
と参照光を光源とする２波長方式の実施例である。半導
体１としてガリウムリンＧａｐ結晶を用いており、その
基礎吸収端波長は室温で約５３４ ｎＬまた２００℃付
近で約５５６ｎｌ程度である。第４図の実施例では、光
信号用光源７として中心波長が５６５０−である緑色発
光ダイオードを用い、第５図の実施例では、さらに参照
光用光源７Ｒとして中心波長が６６０ｎ−である赤色発
光ダイオードを用い、上記２光源からの光を同時に温度
計測センサに入れるために合波器９を用いた。本センサ
からの反射光の強度をフォトダイオード８を用いて測定
し、室温から１５０℃までの温度計測を行なったところ
、応答速度は平均して約１．５秒、温度測定精度は平均
して約±１゜５℃であった。エピタキシャル成長のＧａ
Ｐを用いれば、温度変化に対して高い感度の出力信号が
得られる。またｚｎドープのＧａＰを用いれば、出力信
号の感度は小さくなるが、広い温度範囲で使用できる。
５図にかかげる。第４図は１波長方式、第５図は信号光
と参照光を光源とする２波長方式の実施例である。半導
体１としてガリウムリンＧａｐ結晶を用いており、その
基礎吸収端波長は室温で約５３４ ｎＬまた２００℃付
近で約５５６ｎｌ程度である。第４図の実施例では、光
信号用光源７として中心波長が５６５０−である緑色発
光ダイオードを用い、第５図の実施例では、さらに参照
光用光源７Ｒとして中心波長が６６０ｎ−である赤色発
光ダイオードを用い、上記２光源からの光を同時に温度
計測センサに入れるために合波器９を用いた。本センサ
からの反射光の強度をフォトダイオード８を用いて測定
し、室温から１５０℃までの温度計測を行なったところ
、応答速度は平均して約１．５秒、温度測定精度は平均
して約±１゜５℃であった。エピタキシャル成長のＧａ
Ｐを用いれば、温度変化に対して高い感度の出力信号が
得られる。またｚｎドープのＧａＰを用いれば、出力信
号の感度は小さくなるが、広い温度範囲で使用できる。
なお、第４図および第５図において４Ａは入射光ファイ
バ、４Ｂは反射光ファイバ、４Ｒは参照光ファイバ、４
ＡＲは合波光ファイバを示し、２は反射体、例えば半導
体１の表面に蒸着された反射膜、もしくはへ半導体１の
表面に密着状に取付けられた反射板である。また、３は
それぞれの光ファイバと半導体１と反射体２を一体的に
固着させるためのボルダ−である。
バ、４Ｂは反射光ファイバ、４Ｒは参照光ファイバ、４
ＡＲは合波光ファイバを示し、２は反射体、例えば半導
体１の表面に蒸着された反射膜、もしくはへ半導体１の
表面に密着状に取付けられた反射板である。また、３は
それぞれの光ファイバと半導体１と反射体２を一体的に
固着させるためのボルダ−である。
（発明の効果）
以上のように、本発明によって電気的雑音を全く受ける
ことがない純光学的手法によって温度の計測ができるよ
うになり、例えば、工場など電気的雑音の激しい環境下
でも正確な温度計測ができるようになる。また、温度４
測センサに対し電源供給が必要でないため電気火花のお
それがなく、化学プラントなど爆発の危険性のあるとこ
ろでも安全に温度を計測することができる。本発明では
、従来の光ファイバ温度センサのように単一の光ファイ
バを用いるかわりに光バンドルファイバもしくは単体の
光ファイバを複数本用いることにより、従来の光ファイ
バ温度センサに比較して分岐器（ないしは合波器）の数
を減らすことができる。
ことがない純光学的手法によって温度の計測ができるよ
うになり、例えば、工場など電気的雑音の激しい環境下
でも正確な温度計測ができるようになる。また、温度４
測センサに対し電源供給が必要でないため電気火花のお
それがなく、化学プラントなど爆発の危険性のあるとこ
ろでも安全に温度を計測することができる。本発明では
、従来の光ファイバ温度センサのように単一の光ファイ
バを用いるかわりに光バンドルファイバもしくは単体の
光ファイバを複数本用いることにより、従来の光ファイ
バ温度センサに比較して分岐器（ないしは合波器）の数
を減らすことができる。
したがって、本発明の光ファイバ温度計測センサは分岐
器（ないしは合波器）における光損失を大幅に減らし、
光信号の出力を充分強くすることができるため、計測の
信頼性・安全性を大幅に向上できる。さらに、センサの
構成を簡潔にでき、コストを下げる効果がある。
器（ないしは合波器）における光損失を大幅に減らし、
光信号の出力を充分強くすることができるため、計測の
信頼性・安全性を大幅に向上できる。さらに、センサの
構成を簡潔にでき、コストを下げる効果がある。
第１図は本発明になる光ファイバ束を用いた温度計測セ
ンサの構成図で第１図（イ）はその側面図、第１図（ロ
）はその断面図である。第２図は本発明になる複数本の
光ファイバを用いた温度計測センサの構成図で、第２図
（イ）はその側面図、第２図（ロ）はその断面図である
。また、第３図は本発明になる温度計測センサの特性を
説明する原理図である。この図で横軸は波長を、縦軸は
光の相対強度を示し、曲線（ａ）は信号光用光源である
発光ダイオード（ＬＥＤ）の発光スペクトルを、（ｂ）
、（Ｃ）はそれぞれ温度ＴＯ，ＴＩにおける半導体の透
過スペクトルを示している。第４図および第５図は本発
明の実施例としての光ファイバ温度計測センサの説明図
で、第４図は１波長方式の場合、第５図は２波長方式の
場合の例である。図中の各番号は以下の通りである。 １・・・半導体 ２・・・反射膜もしくは反射板 ３・・・ホルダー ４・・・光バンドルファイバ ４Ａ、４８．４ＡＲ・・・光ファイバ ５・・・入射信号光 ６・・・反射信号光 ７・・・信号光用光源 ７Ｒ・・・参照光用光源 ８・・・光検出器 ９・・・合波器 ５良 畏 第３図 ６ 第 ２ 図（イ６
第 １ 図（イ）Ｓ 第１ 図（ロ）
ンサの構成図で第１図（イ）はその側面図、第１図（ロ
）はその断面図である。第２図は本発明になる複数本の
光ファイバを用いた温度計測センサの構成図で、第２図
（イ）はその側面図、第２図（ロ）はその断面図である
。また、第３図は本発明になる温度計測センサの特性を
説明する原理図である。この図で横軸は波長を、縦軸は
光の相対強度を示し、曲線（ａ）は信号光用光源である
発光ダイオード（ＬＥＤ）の発光スペクトルを、（ｂ）
、（Ｃ）はそれぞれ温度ＴＯ，ＴＩにおける半導体の透
過スペクトルを示している。第４図および第５図は本発
明の実施例としての光ファイバ温度計測センサの説明図
で、第４図は１波長方式の場合、第５図は２波長方式の
場合の例である。図中の各番号は以下の通りである。 １・・・半導体 ２・・・反射膜もしくは反射板 ３・・・ホルダー ４・・・光バンドルファイバ ４Ａ、４８．４ＡＲ・・・光ファイバ ５・・・入射信号光 ６・・・反射信号光 ７・・・信号光用光源 ７Ｒ・・・参照光用光源 ８・・・光検出器 ９・・・合波器 ５良 畏 第３図 ６ 第 ２ 図（イ６
第 １ 図（イ）Ｓ 第１ 図（ロ）
Claims (8)
- （１）光源から発光された信号光を伝送するための入射
光ファイバと、前記信号光を透過させるとともに周囲温
度に対応して信号光の透過スペクトルを変化させる半導
体と、該半導体を透過した信号光を反射させる反射体と
、該反射体で反射された信号光を光検出部まで伝送する
ための反射光ファイバと、を備えることを特徴とする光
ファイバ温度計測センサ。 - （２）半導体をガリウムリン結晶とすることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の光ファイバ温度計測セン
サ。 - （３）反射体を半導体表面に形成した反射膜とすること
を特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の
光ファイバ温度計測センサ。 - （４）反射体を半導体表面に密着状に取付けた反射板と
することを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２
項記載の光ファイバ温度計測センサ。 - （５）２つの光源から発光されたそれぞれ波長の異なる
２種類の信号光を合波するための合波器と、該合波器で
合波された信号光を伝送する入射光ファイバと、前記信
号光を透過させるとともに周囲温度に対応して信号光の
透過スペクトルを変化させる半導体と、該半導体を透過
した信号光を反射させる反射体と、該反射体で反射され
た信号光を光検出部まで伝送するための反射光ファイバ
と、を備えることを特徴とする光ファイバ温度計測セン
サ。 - （６）半導体をガリウムリン結晶とすることを特徴とす
る特許請求の範囲第５項記載の光ファイバ温度計測セン
サ。 - （７）反射体を半導体表面に形成した反射膜とすること
を特徴とする特許請求の範囲第５項または第６項記載の
光ファイバ温度計測センサ。 - （８）反射体を半導体表面に密着状に取付けた反射板と
することを特徴とする特許請求の範囲第５項または第６
項記載の光ファイバ温度計測センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60056222A JPS61213738A (ja) | 1985-03-20 | 1985-03-20 | 光フアイバ温度計測センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60056222A JPS61213738A (ja) | 1985-03-20 | 1985-03-20 | 光フアイバ温度計測センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61213738A true JPS61213738A (ja) | 1986-09-22 |
Family
ID=13021074
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60056222A Pending JPS61213738A (ja) | 1985-03-20 | 1985-03-20 | 光フアイバ温度計測センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61213738A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2613832A1 (fr) * | 1987-04-10 | 1988-10-14 | Vaisala Oy | Procede et appareil de mesure de temperature par fibres optiques |
| WO2010103999A1 (ja) * | 2009-03-10 | 2010-09-16 | 株式会社山武 | 蛍光温度センサ |
| US10139290B2 (en) | 2014-03-04 | 2018-11-27 | Tokyo Electron Limited | Optical temperature sensor and method for manufacturing optical temperature sensor |
| US10139289B2 (en) | 2014-03-04 | 2018-11-27 | Tokyo Electron Limited | Temperature measurement device, light emitting module and temperature measurement method |
-
1985
- 1985-03-20 JP JP60056222A patent/JPS61213738A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2613832A1 (fr) * | 1987-04-10 | 1988-10-14 | Vaisala Oy | Procede et appareil de mesure de temperature par fibres optiques |
| WO2010103999A1 (ja) * | 2009-03-10 | 2010-09-16 | 株式会社山武 | 蛍光温度センサ |
| US10139290B2 (en) | 2014-03-04 | 2018-11-27 | Tokyo Electron Limited | Optical temperature sensor and method for manufacturing optical temperature sensor |
| US10139289B2 (en) | 2014-03-04 | 2018-11-27 | Tokyo Electron Limited | Temperature measurement device, light emitting module and temperature measurement method |
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