JPS62118223A - デュアルスペクトル光学式高温計 - Google Patents
デュアルスペクトル光学式高温計Info
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-
- G—PHYSICS
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- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
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-
- G—PHYSICS
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-
- G—PHYSICS
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-
- G—PHYSICS
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- G01J2005/607—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using determination of colour temperature on two separate detectors
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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、光学式高温計に係り、更に詳細には直列に配
列された二つの光検出器を有するデュアルスペクトル光
学式高温計に係る。
列された二つの光検出器を有するデュアルスペクトル光
学式高温計に係る。
従来の技術
光学式高温計はよく知られており、航空機用エンジンの
用途に於て広範囲に使用されている。デュアルスペクト
ル光学式高温計は運転状態にあるジェットエンジン内の
タービンブレードの温度をＡＰＩ定するために従来より
使用されている。二つのスペクトル帯域を使用すること
により、高温計はブレードにより放射された光エネルギ
と燃焼火炎より放射されブレードにより反射された光エ
ネルギとを区別することができる。
用途に於て広範囲に使用されている。デュアルスペクト
ル光学式高温計は運転状態にあるジェットエンジン内の
タービンブレードの温度をＡＰＩ定するために従来より
使用されている。二つのスペクトル帯域を使用すること
により、高温計はブレードにより放射された光エネルギ
と燃焼火炎より放射されブレードにより反射された光エ
ネルギとを区別することができる。
米国特許第４，２２２，６６３号に開示されたデュアル
スペクトル光学式高温計に於ては、タービンブレードよ
りの光が互いに異なるスペクトル帯域を有する二つの高
温計へ供給され、それらの出力が処理されることにより
反射されたエネルギの大きさの概算値が求められる。典
型的にはこれら二つの高温計にシリコン光検出器が使用
され、従ってこれらの光検出器は互いに同一の固をのス
ペクトル帯域を有している。通過帯域がシリコンの通過
帯域の一部である光学フィルタが二つの光線の一方の光
経路に配置され、これにより二つの高温計の間にスペク
トル帯域の相違が与えられる。
スペクトル光学式高温計に於ては、タービンブレードよ
りの光が互いに異なるスペクトル帯域を有する二つの高
温計へ供給され、それらの出力が処理されることにより
反射されたエネルギの大きさの概算値が求められる。典
型的にはこれら二つの高温計にシリコン光検出器が使用
され、従ってこれらの光検出器は互いに同一の固をのス
ペクトル帯域を有している。通過帯域がシリコンの通過
帯域の一部である光学フィルタが二つの光線の一方の光
経路に配置され、これにより二つの高温計の間にスペク
トル帯域の相違が与えられる。
従来のデュアルスペクトル光学式高温計に於ては、第一
のフィルタを有さない高温計のスペクトル帯域はＯ１４
〜１．１μを含んでおり、第二のフィルタを備えた高温
計のスペクトル帯域は０．４〜０．８５μを含んでいる
。
のフィルタを有さない高温計のスペクトル帯域はＯ１４
〜１．１μを含んでおり、第二のフィルタを備えた高温
計のスペクトル帯域は０．４〜０．８５μを含んでいる
。
互いに同様のスペクトル帯域の材料にて形成された二つ
の光検出器を使用することにより、受けた光を分割し、
分割された二つの光線を案内する追加の光学的構成要素
が必要とされる。かかる追加の光学的構成要素は正確に
整合されなければならず、ジェットエンジンの過酷な環
境に於ても汚染されない状態になければならない。更に
これらの光学的構成要素による反射損失により弱く波長
の短い光が低減される。短波長にて得られる制限された
光エネルギにより、光検出器により発生される電気信号
のノイズに対する信号の比（ＳＮ比）が悪化される。こ
の問題は両方の光検出器にシリコンが使用される場合に
生じるスペクトル帯域の完全なオーバラップにより悪化
される。
の光検出器を使用することにより、受けた光を分割し、
分割された二つの光線を案内する追加の光学的構成要素
が必要とされる。かかる追加の光学的構成要素は正確に
整合されなければならず、ジェットエンジンの過酷な環
境に於ても汚染されない状態になければならない。更に
これらの光学的構成要素による反射損失により弱く波長
の短い光が低減される。短波長にて得られる制限された
光エネルギにより、光検出器により発生される電気信号
のノイズに対する信号の比（ＳＮ比）が悪化される。こ
の問題は両方の光検出器にシリコンが使用される場合に
生じるスペクトル帯域の完全なオーバラップにより悪化
される。
発明の開示
本発明の目的は、デュアルスペクトル光学式高温計に使
用される直列型光検出器モジュールを提供することであ
る。
用される直列型光検出器モジュールを提供することであ
る。
本発明の他の一つの目的は、直列型光検出器モジュール
が組込まれていることを特徴とするデュアルスペクトル
光学式高温計を提供することである。
が組込まれていることを特徴とするデュアルスペクトル
光学式高温計を提供することである。
本発明によれば、遠隔の対象物より或るスペクトル幅を
存する光線を受ける直列型光検出器モジュールは、対象
物光線を受けるよう構成されたハウジングと、ハウジン
グ内に収容され、対象物光線より該対象物光線のスペク
トル幅の一部に選定された第一のスペクトル幅を有する
第一の光成分を吸収する第一の光検出器とを含んでいる
。第一の光検出器に吸収されない残りの光線は第一の光
検出器を通過して同じくハウジング内に収容された第二
の光検出器へ至り、第二の光検出器はそれが受ける残り
の光線と等価な電気信号を発生する。
存する光線を受ける直列型光検出器モジュールは、対象
物光線を受けるよう構成されたハウジングと、ハウジン
グ内に収容され、対象物光線より該対象物光線のスペク
トル幅の一部に選定された第一のスペクトル幅を有する
第一の光成分を吸収する第一の光検出器とを含んでいる
。第一の光検出器に吸収されない残りの光線は第一の光
検出器を通過して同じくハウジング内に収容された第二
の光検出器へ至り、第二の光検出器はそれが受ける残り
の光線と等価な電気信号を発生する。
本発明の他の一つの局面によれば、遠隔の対象物の温度
をａｌｌｌ定するために使用される直列型光検出器モジ
ュールを有するデュアルスペクトル光学式高温計は、対
象物より放射された成分と或る概算された等価黒体温度
を有するファイヤボールより放射され対象物により反射
された成分とを有し或るスペトル幅を有する光線を対象
物より受けるための光ガイドを含んでいる。またハウジ
ングが設けられ、該ハウジングは光ガイドを受入れるよ
う構成される。デュアルスペクトル光学式高温計は、対
象物光線を受けるようハウジング内に収容された第一の
光検出器であって、対象物光線より該対象物光線のスペ
クトル幅の一部であるよう選定された或るスペクトル幅
を有する第一の光成分を吸収し、残りの光線を通過させ
るよう構成された第一の光検出器を含んでいることを特
徴としている。この第一の光検出器は第一の光成分と等
価な第一の電気信号を発生する。また第二の光検出器も
ハウジング内に収容されており、該第二の光検出器は残
りの光線を受け、該残りの光線と等価な第二の電気信号
を発生する。また本発明の高温計には信号処理装置が含
まれており、該信号処理装置は第一及び第二の電気信号
を受け、また第一の光成分のスペクトル幅を示す信号及
びフッイヤボールの等価黒体温度の概算値を示す信号を
受けるようになっている。また信号処理装置は第一の電
気信号より等価黒体温度を示す第一の温度信号を発生し
、また第二の電気信号より等価黒体温度を示す第二の温
度信号を発生する。更に信号処理装置はフッイヤボール
の概算された等価黒体温度を示す信号及び第一の光成分
のスペクトル幅を示す信号に依存して第一の温度信号と
第二の温度信号との間の差より温度補正信号を発生し、
第一の温度信号と温度補正信号との間の差より補正され
た温度信号を発生する。
をａｌｌｌ定するために使用される直列型光検出器モジ
ュールを有するデュアルスペクトル光学式高温計は、対
象物より放射された成分と或る概算された等価黒体温度
を有するファイヤボールより放射され対象物により反射
された成分とを有し或るスペトル幅を有する光線を対象
物より受けるための光ガイドを含んでいる。またハウジ
ングが設けられ、該ハウジングは光ガイドを受入れるよ
う構成される。デュアルスペクトル光学式高温計は、対
象物光線を受けるようハウジング内に収容された第一の
光検出器であって、対象物光線より該対象物光線のスペ
クトル幅の一部であるよう選定された或るスペクトル幅
を有する第一の光成分を吸収し、残りの光線を通過させ
るよう構成された第一の光検出器を含んでいることを特
徴としている。この第一の光検出器は第一の光成分と等
価な第一の電気信号を発生する。また第二の光検出器も
ハウジング内に収容されており、該第二の光検出器は残
りの光線を受け、該残りの光線と等価な第二の電気信号
を発生する。また本発明の高温計には信号処理装置が含
まれており、該信号処理装置は第一及び第二の電気信号
を受け、また第一の光成分のスペクトル幅を示す信号及
びフッイヤボールの等価黒体温度の概算値を示す信号を
受けるようになっている。また信号処理装置は第一の電
気信号より等価黒体温度を示す第一の温度信号を発生し
、また第二の電気信号より等価黒体温度を示す第二の温
度信号を発生する。更に信号処理装置はフッイヤボール
の概算された等価黒体温度を示す信号及び第一の光成分
のスペクトル幅を示す信号に依存して第一の温度信号と
第二の温度信号との間の差より温度補正信号を発生し、
第一の温度信号と温度補正信号との間の差より補正され
た温度信号を発生する。
以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明する。
詳細に説明する。
発明を実施するための最良の形態
第１図は本発明による直列型光検出器モジュールを有す
るデュアルスペクトル高温計の簡略化されたブロック線
図を示しており、高温計１０はジェットエンジンのケー
シング１４内に装着されるプローブ１２を含んでいる。
るデュアルスペクトル高温計の簡略化されたブロック線
図を示しており、高温計１０はジェットエンジンのケー
シング１４内に装着されるプローブ１２を含んでいる。
プローブは回転するタービンブレード１６及び１８の如
き対象物よりの光を光学的に受は得るよう配置されなけ
ればならない。
き対象物よりの光を光学的に受は得るよう配置されなけ
ればならない。
運転状態にあるジェットエンジンに於ては、タービンの
ブレードは高温度になる。従ってブレードは放射線を放
射し、その強度及びスペクトル分布は温度の関数であり
、一般に周知の黒体近似により、また放射性の補正が含
まれる場合には天体近似により近似され得る。更にジェ
ットエンジンのファイヤボール、即ち燃焼火炎より来る
光はタービンブレードによって反射され、対象物光線の
一部となる。ファイヤボールの温度はタービンブレード
の温度よりも実質的に高く、従って二つの光線の合計に
よりタービンブレードの実際の温度よりも遥かに高い温
度を生じる等価黒体スペクトルエネルギ分布が発生され
る。
ブレードは高温度になる。従ってブレードは放射線を放
射し、その強度及びスペクトル分布は温度の関数であり
、一般に周知の黒体近似により、また放射性の補正が含
まれる場合には天体近似により近似され得る。更にジェ
ットエンジンのファイヤボール、即ち燃焼火炎より来る
光はタービンブレードによって反射され、対象物光線の
一部となる。ファイヤボールの温度はタービンブレード
の温度よりも実質的に高く、従って二つの光線の合計に
よりタービンブレードの実際の温度よりも遥かに高い温
度を生じる等価黒体スペクトルエネルギ分布が発生され
る。
タービンブレードよりの放射線は或るスペクトル幅を有
する対象物光線を含んでおり、プローブにより収集され
る。プローブはレンズ及び他の従来の光学的構成要素を
含んでいる。他の局面に於ては、プローブは通常の構成
のものであり、光フアイバ用のハウジング、プローブの
ハウジングにパージガスを流すための設備の如き構成要
素をなんでいる。上述のプローブの構成要素は典型的な
診断用高温計に使用されている。診断用や飛行機搭載用
高温計の如き高温計の用途に応じて、また高温計が適用
されるエンジンの型式に応じて種々の置換や修正が行わ
れてよい。
する対象物光線を含んでおり、プローブにより収集され
る。プローブはレンズ及び他の従来の光学的構成要素を
含んでいる。他の局面に於ては、プローブは通常の構成
のものであり、光フアイバ用のハウジング、プローブの
ハウジングにパージガスを流すための設備の如き構成要
素をなんでいる。上述のプローブの構成要素は典型的な
診断用高温計に使用されている。診断用や飛行機搭載用
高温計の如き高温計の用途に応じて、また高温計が適用
されるエンジンの型式に応じて種々の置換や修正が行わ
れてよい。
対象物光線は通常の方法によりプローブに固定された光
ガイド２０により受けられる。光ガイド２０は通常の構
造のものであり、典型的にはエンサイン・ビックフォー
ド争オプティックス（Ｅ ｎｓＩｇｎ Ｂｉｃｋｆｏ
ｒｄ ０ｐｔｉｃｓ ） ＨＣ−４１４−１ｕ繊維の
如き融合された光ファイバ束又は通常の広帯域水晶や溶
製されたシリカよりなる繊維を含んでいる。第２図に関
し後に詳細に説明する如く、対象物光線は検出モジュー
ル２２へ供給される。
ガイド２０により受けられる。光ガイド２０は通常の構
造のものであり、典型的にはエンサイン・ビックフォー
ド争オプティックス（Ｅ ｎｓＩｇｎ Ｂｉｃｋｆｏ
ｒｄ ０ｐｔｉｃｓ ） ＨＣ−４１４−１ｕ繊維の
如き融合された光ファイバ束又は通常の広帯域水晶や溶
製されたシリカよりなる繊維を含んでいる。第２図に関
し後に詳細に説明する如く、対象物光線は検出モジュー
ル２２へ供給される。
最良の形態の実施例に於ては、検出モジュールは対象物
光線のスペクトル幅の一部であるよう選定された或るス
ペクトル幅を有する対、象物光線の第一の成分を吸収し
、対象物光線の残りを通過させる第一の光検出器を含ん
でいる。また検出モジュールは第一の光検出器の後方に
これに対し直列的に配置され対象物光線の残りを吸収す
る第二の光検出器を含んでいる。第一の光検出器に対し
第二の光検出器を直列的に配置することにより、第一の
光検出器が第二の光検出器へ供給される光を通すことと
によりスペクトル帯域が二つに分割される。本発明の光
検出器モジュールによれば、二つの光検出器への結合効
率はそれぞれの全スペクトル範囲のほぼ１００％である
。
光線のスペクトル幅の一部であるよう選定された或るス
ペクトル幅を有する対、象物光線の第一の成分を吸収し
、対象物光線の残りを通過させる第一の光検出器を含ん
でいる。また検出モジュールは第一の光検出器の後方に
これに対し直列的に配置され対象物光線の残りを吸収す
る第二の光検出器を含んでいる。第一の光検出器に対し
第二の光検出器を直列的に配置することにより、第一の
光検出器が第二の光検出器へ供給される光を通すことと
によりスペクトル帯域が二つに分割される。本発明の光
検出器モジュールによれば、二つの光検出器への結合効
率はそれぞれの全スペクトル範囲のほぼ１００％である
。
第一の光検出器はそれが受けた第一の光成分のエネルギ
を示す信号をライン２４へ出力するようになっており、
スペクトル帯域が第一の光成分のスペクトル帯域に対応
する第一の信号チャンネルを含んでいる。同様に第二の
光検出器はスペクトル帯域が残りの光線のスペクトル帯
域に制限された第二の信号チャンネルを含んでおり、残
りの光線のスペクトル帯域を示す信号をライン２６へ出
力する。
を示す信号をライン２４へ出力するようになっており、
スペクトル帯域が第一の光成分のスペクトル帯域に対応
する第一の信号チャンネルを含んでいる。同様に第二の
光検出器はスペクトル帯域が残りの光線のスペクトル帯
域に制限された第二の信号チャンネルを含んでおり、残
りの光線のスペクトル帯域を示す信号をライン２６へ出
力する。
これらの信号は信号処理装置２８により受信される。信
号処理装置２８は当技術分野に於て公知の型式のもので
あり、最良の形態の実施例に於ては適当な通常のアナロ
グ電気回路を含んでいる。
号処理装置２８は当技術分野に於て公知の型式のもので
あり、最良の形態の実施例に於ては適当な通常のアナロ
グ電気回路を含んでいる。
更に信号処理装置２８は本発明の一部を構成せず図には
詳細には示されていない外部信号処理装置３４よりライ
ン３０及び３２を経て第一の光検出器信号のスペクトル
範囲及びファイヤボール、即ち燃焼火炎の等価黒体温度
の概算値を示す信号を受信する。
詳細には示されていない外部信号処理装置３４よりライ
ン３０及び３２を経て第一の光検出器信号のスペクトル
範囲及びファイヤボール、即ち燃焼火炎の等価黒体温度
の概算値を示す信号を受信する。
第一の光検出器よりの信号は、等価黒体温度を示す信号
を第一の信号チャンネルへ供給すべく処理される。信号
処理装置は第二の光検出器信号に対しても同一の機能を
果し、第二の信号チャンネルへ供給される等価黒体温度
を示す信号を発生する。
を第一の信号チャンネルへ供給すべく処理される。信号
処理装置は第二の光検出器信号に対しても同一の機能を
果し、第二の信号チャンネルへ供給される等価黒体温度
を示す信号を発生する。
信号処理装置は温度補正信号（Ｔ ）を演算し、下記
の式の演算が行われるよう温度補正信号を第二の温度信
号に関連付けることにより、ライン３６を経て外部信号
処理装置３８へ補正された温度信号（Ｔｔ ）を出力す
る。
の式の演算が行われるよう温度補正信号を第二の温度信
号に関連付けることにより、ライン３６を経て外部信号
処理装置３８へ補正された温度信号（Ｔｔ ）を出力す
る。
Ｔ −Ｔ −Ｔ ・・・・・・・・・ （
１）ｔ ｕ ｃ 温度補正信号を正確に演算するためには、信号処理装置
は■第一及び第二の温度信号と、■第一の信号チャンネ
ルのスペクトル幅を示す信号と、■ファイヤボールの等
価黒体温度の概算値を示す信号とを受信しなればならな
い。更に温度補正信号は対象物光線内の反射されたエネ
ルギのパーセンテージ、即ち第一の温度（Ｔ、 ）と第
二の温度（Ｔ２）との間の差（Ｔ１−Ｔ２）として表現
されることか多いパラメータの関数である。
１）ｔ ｕ ｃ 温度補正信号を正確に演算するためには、信号処理装置
は■第一及び第二の温度信号と、■第一の信号チャンネ
ルのスペクトル幅を示す信号と、■ファイヤボールの等
価黒体温度の概算値を示す信号とを受信しなればならな
い。更に温度補正信号は対象物光線内の反射されたエネ
ルギのパーセンテージ、即ち第一の温度（Ｔ、 ）と第
二の温度（Ｔ２）との間の差（Ｔ１−Ｔ２）として表現
されることか多いパラメータの関数である。
当技術分野に於てよく知られている如く、対象物光線内
の反射されたエネルギのパーセンテージは、燃焼火炎の
等価黒体温度の概算値さえ与えられれば、高温計の出力
信号を許容し得ないものとする前に０〜５０％の範囲に
て変化する。従って或る与えられた第二の光検出器の温
度信号の太きさに関し、温度補ｉＦ、（Ｔ）信号と反射
されたエネルギのバーンセンテージ（Ｔｌ−Ｔ２）との
間には関数関係が存在する。
の反射されたエネルギのパーセンテージは、燃焼火炎の
等価黒体温度の概算値さえ与えられれば、高温計の出力
信号を許容し得ないものとする前に０〜５０％の範囲に
て変化する。従って或る与えられた第二の光検出器の温
度信号の太きさに関し、温度補ｉＦ、（Ｔ）信号と反射
されたエネルギのバーンセンテージ（Ｔｌ−Ｔ２）との
間には関数関係が存在する。
ファイヤボールの概算された等価黒体温度さえ与えられ
れば、反射されたエネルギのパーセンテージが５０９６
未満の場合には、温度補正信号の誤差は小さい。例えば
フッイヤボールの概算された温度が４５００下（２４８
０℃）であり、反射されたエネルギ成分が５０％である
場合には、たとえファイヤボールの概算された温度が３
００下（約１７０℃）ずれていたとしても、誤差の大き
さは約３０下（１７℃）未満である。反射されたエネル
ギのパーセンテージが５０９６未満である場合には、多
数の第二の光検出器温度信号の値により描かれる一部の
曲線（Ｔ ｖ・ （Ｔｌ −Ｔ２ ））は通常の曲線
近似法を用いて一つの方程式にて近似され、下記の式が
得られる。
れば、反射されたエネルギのパーセンテージが５０９６
未満の場合には、温度補正信号の誤差は小さい。例えば
フッイヤボールの概算された温度が４５００下（２４８
０℃）であり、反射されたエネルギ成分が５０％である
場合には、たとえファイヤボールの概算された温度が３
００下（約１７０℃）ずれていたとしても、誤差の大き
さは約３０下（１７℃）未満である。反射されたエネル
ギのパーセンテージが５０９６未満である場合には、多
数の第二の光検出器温度信号の値により描かれる一部の
曲線（Ｔ ｖ・ （Ｔｌ −Ｔ２ ））は通常の曲線
近似法を用いて一つの方程式にて近似され、下記の式が
得られる。
（Ｔ２ Ｔｌ ） ”２８ ・・・・・・・・
・（２）ここにＴＬは補正された温度であり、Ｔ１及び
Ｔ２は上述の通りである。
・（２）ここにＴＬは補正された温度であり、Ｔ１及び
Ｔ２は上述の通りである。
ファイヤボールの他の等価黒体温度については他の実験
的に導−き出された方程式が得られることは当業者にと
って明らかであろう。
的に導−き出された方程式が得られることは当業者にと
って明らかであろう。
更にアナログ手段又はデジタル手段を使用する他のアル
ゴリズムが採用されてよいことも当業者とって明らかで
あろう。特に信号処理装置のデジタル式の実施例は、通
常のコンピュータメモリ及びＡ／Ｄ変換器をａする高速
コンピュータであって、通常のルックアップテーブルフ
ォーマットにて上述した温度補正信号と同様の温度補正
信号を発生し且それをメモリに記憶するよう構成され、
通常の技法により温度補正信号より補正された温度信号
が得られるよう構成された高速コンピュータを含んでい
る。
ゴリズムが採用されてよいことも当業者とって明らかで
あろう。特に信号処理装置のデジタル式の実施例は、通
常のコンピュータメモリ及びＡ／Ｄ変換器をａする高速
コンピュータであって、通常のルックアップテーブルフ
ォーマットにて上述した温度補正信号と同様の温度補正
信号を発生し且それをメモリに記憶するよう構成され、
通常の技法により温度補正信号より補正された温度信号
が得られるよう構成された高速コンピュータを含んでい
る。
第２図は第１図に示されたデュアルスペクトル光学式高
温計に使用される直列型光検出器モジュールを示す断面
図である。この直列型光検出器モジュール４０は適宜に
修正された金属ヘッダ４６及びケース４４を含むＴｏ−
５又はＴｏ−８の如き通常の型式のハウジング４２を含
んでいる。またハウジング４２は通常の方法によりケー
ス４４に取付けられた光ガイドコネクタ４８を含んでい
る。最良の形態の実施例に於ては、ケース４４は、光フ
ァイバ２０が光ガイドコネクタに取付けられ、該コネク
タを貫通して延在し、光軸５０を郭定するよう、中央部
を貫通する孔を穿孔することにより修正されている。
温計に使用される直列型光検出器モジュールを示す断面
図である。この直列型光検出器モジュール４０は適宜に
修正された金属ヘッダ４６及びケース４４を含むＴｏ−
５又はＴｏ−８の如き通常の型式のハウジング４２を含
んでいる。またハウジング４２は通常の方法によりケー
ス４４に取付けられた光ガイドコネクタ４８を含んでい
る。最良の形態の実施例に於ては、ケース４４は、光フ
ァイバ２０が光ガイドコネクタに取付けられ、該コネク
タを貫通して延在し、光軸５０を郭定するよう、中央部
を貫通する孔を穿孔することにより修正されている。
ヘッダ４６内には光検出器５２及び５４を含む直列の検
出器列が配置されている。光検出器５４は通常の方法に
よりヘッダに装着されている。長波長の光に対する応答
性を向上させるべく、光検出器５４に当接する位置には
金属層５５が形成されている。電極５６及び５８が部分
的にのみ図示“されており、これらの電極は光軸５０に
沿って装着された光検出器５４との電気接点を与えてい
る。
出器列が配置されている。光検出器５４は通常の方法に
よりヘッダに装着されている。長波長の光に対する応答
性を向上させるべく、光検出器５４に当接する位置には
金属層５５が形成されている。電極５６及び５８が部分
的にのみ図示“されており、これらの電極は光軸５０に
沿って装着された光検出器５４との電気接点を与えてい
る。
史にケース４４は電気絶縁され隔置された電極６０及び
６２のための手段を宵しており、電極６０及び６２は光
検出器５４のすぐ上側（図にて左側）にて光軸と同軸に
セラミックワッシャ６４が配置されるようヘッダを貫通
して延在している。セラミックワッシャは通常の型式の
ものであり、円形の孔を有している。光検出器５２は通
常の方法により光検出器５４とほぼ平行にセラミックワ
ッシャの孔上にてセラミックワッシャ上に直接装着され
ている。光検出器５２には通常の方法により電極６０及
び６２により電気接点が与えられており、最良の形態の
実施例に於てはセラミックワッシャの上面に形成された
金属接点を含んでいる。
６２のための手段を宵しており、電極６０及び６２は光
検出器５４のすぐ上側（図にて左側）にて光軸と同軸に
セラミックワッシャ６４が配置されるようヘッダを貫通
して延在している。セラミックワッシャは通常の型式の
ものであり、円形の孔を有している。光検出器５２は通
常の方法により光検出器５４とほぼ平行にセラミックワ
ッシャの孔上にてセラミックワッシャ上に直接装着され
ている。光検出器５２には通常の方法により電極６０及
び６２により電気接点が与えられており、最良の形態の
実施例に於てはセラミックワッシャの上面に形成された
金属接点を含んでいる。
金属製のケース４４は、対象物光線が光ファイバより出
て光検出器５２へ供給され、これにより光検出器５２が
対象物光線よりその第一の成分を吸収するよう、実質的
に光検出器５２と接触した状態に光ファイバを位置決め
すべく、摺動によってヘッダ４６上に袋層されるように
なっている。
て光検出器５２へ供給され、これにより光検出器５２が
対象物光線よりその第一の成分を吸収するよう、実質的
に光検出器５２と接触した状態に光ファイバを位置決め
すべく、摺動によってヘッダ４６上に袋層されるように
なっている。
対象物光線の残りの光線は光検出器５２を通過し、光検
出器５４へ供給される。ヘッダとケースと光ファイバと
の間の空隙を充填し、これにより水分や他の汚染物質を
排出させるべく、前記空隙にはシリコンエポキシ樹脂の
如き通常の封人材６６が使用されている。最良の形態の
実施例に於ては、光検出器５２はシリコンを含んでおり
、光検出器５４はヒ化インジウム−ガリウムを含んでい
る。
出器５４へ供給される。ヘッダとケースと光ファイバと
の間の空隙を充填し、これにより水分や他の汚染物質を
排出させるべく、前記空隙にはシリコンエポキシ樹脂の
如き通常の封人材６６が使用されている。最良の形態の
実施例に於ては、光検出器５２はシリコンを含んでおり
、光検出器５４はヒ化インジウム−ガリウムを含んでい
る。
第３図は第２図の検出モジュールの最良の形態の実施例
に於ける光検出器の材料として使用されるシリコン及び
ヒ化インジウム−ガリウムの応答特性を示すグラフであ
る。このグラフに於て、軸６７は対数目盛にて表わされ
た入射パワー当りの出力電流を表わしており、軸６８は
波長を表わしている。
に於ける光検出器の材料として使用されるシリコン及び
ヒ化インジウム−ガリウムの応答特性を示すグラフであ
る。このグラフに於て、軸６７は対数目盛にて表わされ
た入射パワー当りの出力電流を表わしており、軸６８は
波長を表わしている。
従来のデュアルスペクトル光学式高温計は一般にシリコ
ンよりなる二つの光検出器を有している。
ンよりなる二つの光検出器を有している。
シリコンの光検出器は信頼性が高く、また低廉であり、
温度の関数としての性能上の乱れが小さいものである。
温度の関数としての性能上の乱れが小さいものである。
両方の光検出器に対し同一の材料を使用することにより
生じるスペクトル帯域のオーバラップにより性能上の固
有の制限が課せられる。対象物光線内のエネルギの大部
分はシリコンにより吸収されるエネルギよりも長い波長
を有するので、ＳＮ比が制限される。更にタービンブレ
ードにより反射される対象物光線の成分は非常に弱い強
度しか有しておらず、二つのスペクトル帯域が互いにオ
ーバラップしていることにより更にＳＮ比が低減される
。
生じるスペクトル帯域のオーバラップにより性能上の固
有の制限が課せられる。対象物光線内のエネルギの大部
分はシリコンにより吸収されるエネルギよりも長い波長
を有するので、ＳＮ比が制限される。更にタービンブレ
ードにより反射される対象物光線の成分は非常に弱い強
度しか有しておらず、二つのスペクトル帯域が互いにオ
ーバラップしていることにより更にＳＮ比が低減される
。
本発明による直列型光検出器モジュールは機械的安定性
に優れ、また光学的構成要素が少ないだけでなく、光検
出器の材料の応答性のオーバラップが無視し得る程度で
あることによりＳＮ比が高い。
に優れ、また光学的構成要素が少ないだけでなく、光検
出器の材料の応答性のオーバラップが無視し得る程度で
あることによりＳＮ比が高い。
好ましい形態の実施例に於ては、第二の光検出器と直列
に配列された第一の光検出器はシリコンを含んでいる。
に配列された第一の光検出器はシリコンを含んでいる。
第２図に関し上述した如く、対象物光線が第一の光検出
器５２へ入射されると、シリコンは曲線７０（交点７２
及び７４はそれぞれ０．４μ及び１．０５μの波長に対
応している）により示されている如＜、０．４〜１．０
５μの波長を有する部分を実質的に吸収する。対象物光
線の残りの光線はシリコンを通過し、第二の光検出器５
４へ供給される。第二の光検出器は曲線７６（交点７８
及び８０はそれぞれ０．８μ及び１゜８μの波長に対応
している）により示されている如＜１．０５〜１．８μ
の波長を有する光に応答する。最良の形態の実施例に於
ては、光検出器５４はヒ化インジウム−ガリウムのフォ
トダイオードを含んでおり、このフォトダイオードはそ
の応答性及び高周波応答性が優れており、また中間の周
囲温度に於ける暗電流及びノイズが比較的低いので選定
されている。ゲルマニウムの如き他の赤外線検出材料が
使用されてもよい。
器５２へ入射されると、シリコンは曲線７０（交点７２
及び７４はそれぞれ０．４μ及び１．０５μの波長に対
応している）により示されている如＜、０．４〜１．０
５μの波長を有する部分を実質的に吸収する。対象物光
線の残りの光線はシリコンを通過し、第二の光検出器５
４へ供給される。第二の光検出器は曲線７６（交点７８
及び８０はそれぞれ０．８μ及び１゜８μの波長に対応
している）により示されている如＜１．０５〜１．８μ
の波長を有する光に応答する。最良の形態の実施例に於
ては、光検出器５４はヒ化インジウム−ガリウムのフォ
トダイオードを含んでおり、このフォトダイオードはそ
の応答性及び高周波応答性が優れており、また中間の周
囲温度に於ける暗電流及びノイズが比較的低いので選定
されている。ゲルマニウムの如き他の赤外線検出材料が
使用されてもよい。
更に上述の如く光検出器モジュールを直列に配列するこ
とにより、光ファイバと光検出器との間の放射線パワー
の伝達が効率的に行われるので、高周波応答性が改善さ
れる。光検出器５２は光ファイバと検出器との間の界面
に於ける僅かな結合損失を除き、光ガイドより出る全て
の放射線パワーを受ける。光検出器５４は最良の形態の
実施例に於ては約１．０５μよりその応答範囲の上限、
即ち約１．８μまでの実質的に全ての入射パワーを受け
る。光検出器５４が受けるパワーはその応答範囲の最も
高い出力部分の７５％以上を含んでおり、これにより高
温計のＳＮ比の全体′としての性能が向上される。
とにより、光ファイバと光検出器との間の放射線パワー
の伝達が効率的に行われるので、高周波応答性が改善さ
れる。光検出器５２は光ファイバと検出器との間の界面
に於ける僅かな結合損失を除き、光ガイドより出る全て
の放射線パワーを受ける。光検出器５４は最良の形態の
実施例に於ては約１．０５μよりその応答範囲の上限、
即ち約１．８μまでの実質的に全ての入射パワーを受け
る。光検出器５４が受けるパワーはその応答範囲の最も
高い出力部分の７５％以上を含んでおり、これにより高
温計のＳＮ比の全体′としての性能が向上される。
以」二に於ては本発明を特定の実施例について詳細に説
明したが、本発明はかかる実施例に限定されるものでは
なく、本発明の範囲内にて他の種々の実施例が可能であ
ることは当業者にとって明らか゛であろう。
明したが、本発明はかかる実施例に限定されるものでは
なく、本発明の範囲内にて他の種々の実施例が可能であ
ることは当業者にとって明らか゛であろう。
第１図は本発明による直列型光検出器モジュールを有す
るデュアルスペクトル光学式高温計の簡略化されたブロ
ック線図である。 第２図は第１図の光学式高温計に使用される直列型光検
出器モジュールを示す断面図である。 第３図は第２図の光検出器モジュールに使用される光検
出器材料の応答特性を示すグラフである。 １０・・・高温計、１２・・・プローブ、１４・・・ケ
ーシング、１６．１８・・・タービンブレード、２０・
・・光ガイド、２２・・・光検出器モジュール、２４．
２６・・・ライン、２８・・・信号処理装置、３０．３
２・・・ライン、３４・・・外部信号処理装置、３６・
・・ライン。 ３８・・・外部信号処理装置、４０・・・光検出器モジ
ュール、４２・・・ハウジング、４４・・・ケース、４
６・・・ヘッダ、４８・・・光ガイドコネクタ、５０・
・・光軸。 ５２．５４・・・光検出器、５５・・・金属層、５６．
５８．６０．６２・・・電極、６４・・・セラミックワ
ッシャ、６６・・・封入材 特許出願人 ユナイテッド・チクノロシーズ・コーポ
レイション
るデュアルスペクトル光学式高温計の簡略化されたブロ
ック線図である。 第２図は第１図の光学式高温計に使用される直列型光検
出器モジュールを示す断面図である。 第３図は第２図の光検出器モジュールに使用される光検
出器材料の応答特性を示すグラフである。 １０・・・高温計、１２・・・プローブ、１４・・・ケ
ーシング、１６．１８・・・タービンブレード、２０・
・・光ガイド、２２・・・光検出器モジュール、２４．
２６・・・ライン、２８・・・信号処理装置、３０．３
２・・・ライン、３４・・・外部信号処理装置、３６・
・・ライン。 ３８・・・外部信号処理装置、４０・・・光検出器モジ
ュール、４２・・・ハウジング、４４・・・ケース、４
６・・・ヘッダ、４８・・・光ガイドコネクタ、５０・
・・光軸。 ５２．５４・・・光検出器、５５・・・金属層、５６．
５８．６０．６２・・・電極、６４・・・セラミックワ
ッシャ、６６・・・封入材 特許出願人 ユナイテッド・チクノロシーズ・コーポ
レイション
Claims (2)
- （１）遠隔の対象物より或るスペクトル幅を有する光線
を受ける直列型光検出器モジュールにして、対象物光線
を受けるよう構成されたハウジング手段と、 前記ハウジング手段内に収容され、前記対象物光線より
前記対象物光線のスペクトル幅の一部であるよう選定さ
れた第一のスペクトル幅を有する第一の光成分を吸収し
、残りの光線を通過させ、前記第一の光成分と等価な電
気信号を発生するよう構成された第一の光検出器手段と
、 前記ハウジング手段内に収容され、前記残りの光線を受
け、前記残りの光線を示す電気信号を発生する第二の光
検出器手段と、 を含む直列型光検出器モジュール。 - （２）遠隔の対象物の温度を測定する直列型光検出器モ
ジュールを有するデュアルスペクトル光学式高温計にし
て、 前記目標物より放射された成分と或る温度を有するファ
イヤボールよりの反射された成分とを有し或るスペクト
ル幅を有する光線を前記目標物より受けるよう構成され
た光ガイド手段と、 対象物光線を受けるよう構成されたハウジング手段と、 前記ハウジング手段内に収容され、前記対象物光線より
前記対象物光線のスペクトル幅の一部であるよう選定さ
れた第一のスペクトル幅を有する第一の光成分を吸収し
、残りの光線を通過させ、前記第一の光成分と等価な第
一の電気信号を発生するよう構成された第一の光検出器
手段と、前記ハウジング手段内に収容され、前記残りの
光線を受け、前記残りの光線を示す第二の電気信号を発
生する第二の光検出器手段と、 前記第一及び第二の電気信号を受け、更に前記第一の光
成分のスペクトル幅を示す信号及び前記ファイヤボール
の前記等価黒体温度の概算値を示す信号を受けるよう構
成された信号処理手段であって、前記第一の電気信号よ
り等価黒体温度を示す第一の温度信号を発生し、前記第
二の電気信号より等価黒体温度を示す第二の温度信号を
発生し、前記ファイヤボールの前記概算値を示す信号及
び前記第一の光成分のスペクトル幅を示す信号に依存し
て前記第一の温度信号と前記第二の温度信号との間の差
より温度補正信号を発生し、前記第一の温度信号と前記
温度補正信号との間の差より補正された温度信号を発生
するよう構成された信号処理手段と、 を含むデュアルスペクトル光学式高温計。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/798,213 US4681434A (en) | 1985-11-14 | 1985-11-14 | Dual spectra optical pyrometer having a serial array of photodectectors |
| US798213 | 1985-11-14 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62118223A true JPS62118223A (ja) | 1987-05-29 |
| JPH0721430B2 JPH0721430B2 (ja) | 1995-03-08 |
Family
ID=25172816
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61271640A Expired - Lifetime JPH0721430B2 (ja) | 1985-11-14 | 1986-11-14 | デュアルスペクトル光学式高温計 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4681434A (ja) |
| JP (1) | JPH0721430B2 (ja) |
| CN (1) | CN1007755B (ja) |
| GB (1) | GB2183028B (ja) |
Families Citing this family (15)
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| US4817020A (en) * | 1987-06-22 | 1989-03-28 | General Electric Company | Cooling rate determination apparatus for laser material processing |
| US4864146A (en) * | 1987-07-23 | 1989-09-05 | Santa Barbara Research Center | Universal fire simulator |
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| US5265036A (en) * | 1991-02-25 | 1993-11-23 | United Technologies Corporation | Turbine pyrometer system for correction of combustor fireball interference |
| FR2703455B1 (fr) * | 1993-04-01 | 1995-05-12 | Europ Gas Turbines Sa | Pyromètre bichromatique. |
| US5659133A (en) * | 1996-04-22 | 1997-08-19 | Astropower, Inc. | High-temperature optical combustion chamber sensor |
| US6667761B1 (en) | 2000-04-14 | 2003-12-23 | Imaging & Sensing Technology Corporation | Instrument visualization system |
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| US20040179575A1 (en) * | 2003-01-23 | 2004-09-16 | Markham James R. | Instrument for temperature and condition monitoring of advanced turbine blades |
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| DE102007054314A1 (de) * | 2007-11-05 | 2009-05-07 | Institut Für Mikroelektronik Stuttgart | Schaltungsanordnung zum Erzeugen von licht- und temperaturabhängigen Signalen, insbesondere für ein bildgebendes Pyrometer |
| US8790006B2 (en) * | 2009-11-30 | 2014-07-29 | General Electric Company | Multiwavelength thermometer |
| KR20170031660A (ko) * | 2014-07-14 | 2017-03-21 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | 온도 센서 |
| CN112171378B (zh) * | 2020-09-29 | 2022-01-11 | 华中科技大学 | 一种基于微结构光纤传感的车削温度测量系统 |
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1985
- 1985-11-14 US US06/798,213 patent/US4681434A/en not_active Expired - Lifetime
-
1986
- 1986-11-11 GB GB8626869A patent/GB2183028B/en not_active Expired
- 1986-11-14 CN CN86108495A patent/CN1007755B/zh not_active Expired
- 1986-11-14 JP JP61271640A patent/JPH0721430B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55132078A (en) * | 1979-03-30 | 1980-10-14 | Sharp Corp | Temperature compensating circuit for light detection circuit by semiconductor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB2183028A (en) | 1987-05-28 |
| CN86108495A (zh) | 1987-07-01 |
| GB8626869D0 (en) | 1986-12-10 |
| CN1007755B (zh) | 1990-04-25 |
| US4681434A (en) | 1987-07-21 |
| GB2183028B (en) | 1989-11-29 |
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