JPS62165133A - Optical fiber temperature sensor - Google Patents
Optical fiber temperature sensorInfo
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- JPS62165133A JPS62165133A JP61007340A JP734086A JPS62165133A JP S62165133 A JPS62165133 A JP S62165133A JP 61007340 A JP61007340 A JP 61007340A JP 734086 A JP734086 A JP 734086A JP S62165133 A JPS62165133 A JP S62165133A
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- optical fiber
- coating layer
- temperature
- temperature sensor
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- Surface Treatment Of Glass Fibres Or Filaments (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
この発明は、金属被覆光ファイバを用いた温度センサに
係り、特に高感度なセンサ索子形の光フ1イバc II
センサに関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application Field) The present invention relates to a temperature sensor using a metal-coated optical fiber, and particularly to a highly sensitive sensor cord-shaped optical fiber C II.
It is related to sensors.
光ファイバ温度センサには、光ファイバ自身を温度セン
サとして機能させるセンサ素子形のものが光ファイバの
長手方向の温度分布を検知できることから多く用いられ
ている。このセンサ素子形の光ファイバ温度センサには
、光ファイバの外面に金属被覆層が設けられなるものが
ある。このものは周囲の温度変化によって金属被覆層内
部の応力が変化し、この内部応力変化によって光ファイ
バ内に生じる部分的な損失変化を光の振幅(強度)など
の伝送パラメータとしてとらえて温度変化を検知するも
のである。Optical fiber temperature sensors are often in the form of a sensor element in which the optical fiber itself functions as a temperature sensor because it can detect the temperature distribution in the longitudinal direction of the optical fiber. Some sensor element type optical fiber temperature sensors include a metal coating layer provided on the outer surface of the optical fiber. In this device, the stress inside the metal coating layer changes depending on the surrounding temperature change, and the local loss change that occurs in the optical fiber due to this internal stress change is taken as a transmission parameter such as the amplitude (intensity) of light, and temperature change is detected. It is something to detect.
(発明が解決しようとする問題点〕
ところが、このような光ファイバ温度センサにあっては
、温度変化によって生じる金属被覆層の内部応力が第4
図に示すように塑性変形によるヒステリシスループを有
する温度一応カヒステリシスカーブを描いて変化する。(Problems to be Solved by the Invention) However, in such an optical fiber temperature sensor, the internal stress of the metal coating layer caused by temperature changes is
As shown in the figure, the temperature changes by drawing a hysteresis curve, which has a hysteresis loop due to plastic deformation.
このヒステリシスループブは、縦軸に応力を、横軸に湿
度をとったものである。この場合、上記の応力変化によ
って光ファイバ内に部分的に生じる伝送損失も上記温度
変化に対してヒステリシスループを描いて変化すること
となり、このため、光ファイバの損失変化に基づいて正
確な温度変化を検知することができない問題があった。This hysteresis loop plots stress on the vertical axis and humidity on the horizontal axis. In this case, the transmission loss partially generated within the optical fiber due to the above stress change will also change in response to the above temperature change, drawing a hysteresis loop. Therefore, accurate temperature changes can be determined based on the loss change in the optical fiber. There was a problem that it could not be detected.
そこで、この発明の光ファイバ温度センサは、金属被覆
層にヒスプリシスループを持たないものを用いたことに
より、上記の問題点を解決するようにした。Therefore, the optical fiber temperature sensor of the present invention solves the above problems by using a metal coating layer that does not have a hysteresis loop.
この光ファイバ温度センサにあっては、光ファイバ長手
方向の周囲温度が変化すると、金属被覆層の内部応力が
上記の温度変化に対してヒステリシスループを描くこと
なく、第3図に示すように応力の上昇曲線と下降曲線と
が一致した状態で変化する。さらに、この応力変化によ
って光ファイバ内では、コア径および屈折率などが部分
的に変化し、この変化によって上記応力変化に対するヒ
ステリシスをもたない光ファイバの部分的な損失変化が
生じる。その結果、この光ファイバの損失変化をその振
幅などの伝送パラメータとしてとらえ、それにより温度
変化を検知する。In this optical fiber temperature sensor, when the ambient temperature in the longitudinal direction of the optical fiber changes, the internal stress of the metal coating layer does not draw a hysteresis loop in response to the above temperature change, and the stress increases as shown in Figure 3. It changes with the rising curve and the falling curve of . Furthermore, this stress change causes a partial change in the core diameter, refractive index, etc. within the optical fiber, and this change causes a partial loss change in the optical fiber, which does not have hysteresis with respect to the stress change. As a result, changes in optical fiber loss are captured as transmission parameters such as amplitude, and temperature changes are detected accordingly.
第1図は、この発明の光ファイバ温度センユAの構成を
示すもので、図中符号1は光伝送用ガラスファイバ、2
は、光ファイバ1の外面に設(プられた金属被覆層であ
る。ここで、光ファイバ1には、伝送特性に優れた石英
ガラスなどが選ばれる。FIG. 1 shows the configuration of an optical fiber temperature sensor A according to the present invention, in which reference numeral 1 indicates a glass fiber for optical transmission, and 2
is a metal coating layer provided on the outer surface of the optical fiber 1. Here, for the optical fiber 1, quartz glass or the like having excellent transmission characteristics is selected.
金属被覆層2は、周囲の温度変化を膨張または収縮など
の内部応力の変化としてとらえるものであって、このも
のは周囲の温度変化に対して高感度に反応するために予
め加熱、冷却処理を交互に施されてなるものである。こ
こで、上記の処理とは、金属被覆層2に対してその長手
方向に沿って均一・に冷却と加熱とを交互に繰り返すヒ
ートサイクルを意味する。そして、このヒートサイクル
の温度範囲は、後述する金属被覆層2の金属の種類、そ
の被覆厚および温度変化に伴う応力振幅によって金属破
壊が生じない程度であることなどを考慮して決められ、
通常−80〜100℃程度の範囲とされるが、これに限
定されるものではない。そして、このヒートサイクルの
サイクル数は、金属被覆層2の金属が加工硬化して周囲
の温度変化に対して金属被覆層2内部の応力がヒステリ
シスループを描くことなく変化するようになる回数以上
とされ、後述する金属被覆層2を形成する材料などによ
り適宜法められる。また、この金属被覆層2を形成する
材料としては、線膨張係数の大きいものが選ばれ、具体
的には、アルミニウム、ニッケル、スズ、ビスマスなど
が好適に用いられ、その膜厚は、10〜50μm程度の
範囲とされる。The metal coating layer 2 perceives changes in ambient temperature as changes in internal stress such as expansion or contraction, and this layer has been subjected to heating and cooling treatment in advance in order to react with high sensitivity to changes in ambient temperature. They are applied alternately. Here, the above treatment means a heat cycle in which cooling and heating are alternately repeated uniformly along the longitudinal direction of the metal coating layer 2. The temperature range of this heat cycle is determined in consideration of the type of metal of the metal coating layer 2, its coating thickness, and the stress amplitude caused by temperature changes, which will be described later, to a degree that does not cause metal destruction.
The temperature is usually in the range of -80 to 100°C, but is not limited to this range. The number of cycles of this heat cycle is equal to or greater than the number of times that the metal of the metal coating layer 2 is work-hardened and the stress inside the metal coating layer 2 changes without drawing a hysteresis loop in response to changes in the surrounding temperature. It is determined as appropriate depending on the material forming the metal coating layer 2, which will be described later. Furthermore, as the material for forming the metal coating layer 2, a material with a large coefficient of linear expansion is selected, and specifically, aluminum, nickel, tin, bismuth, etc. are preferably used, and the film thickness is 10 to 10. The range is approximately 50 μm.
10μm未満では、薄過ぎることから周囲の温度変化に
伴う内部応力の変化量が小さくなり、よってこの内部応
力の変化に伴う光ファイバ1内の損失変化間も小さくな
り、その結果、上記の温度変化を正確に検知することが
できない不都合が生じる。また、50μmを越えるもの
では、厚過ぎることから周囲の4度変化に伴う熱性が金
属被N層2の表面から内部にかけて伝わりにくくなって
、やはり温度変化を正確に検知することができないなど
の不都合が生じる。なお、保護のために金属被覆1l1
2上に樹脂コーティングを施すことができる。この場合
、コーティング樹脂としては、金属被覆層2の膨張によ
るマイクロベンディングの発生を妨げないため、711
m金属に比較してヤング率の小さいものが選ばれ、具体
的にはシリコーン樹脂、ウレタンアクリレート樹脂など
が好適に用いられる。If it is less than 10 μm, it is too thin, so the amount of change in internal stress due to changes in ambient temperature will be small, and therefore the loss change in the optical fiber 1 due to changes in internal stress will also be small, resulting in the above temperature change. This results in the inconvenience that it is not possible to accurately detect the In addition, if the thickness exceeds 50 μm, it is too thick and the heat associated with a 4 degree change in the surroundings becomes difficult to be transmitted from the surface of the metal N layer 2 to the inside, resulting in inconveniences such as the inability to accurately detect temperature changes. occurs. In addition, metal coating 1l1 is applied for protection.
2, a resin coating can be applied on top. In this case, as the coating resin, 711
A material having a smaller Young's modulus than m metal is selected, and specifically, silicone resin, urethane acrylate resin, etc. are preferably used.
次に、このような構成からなる光ファイバ温度センサ△
を製造する方法の一例を説明する。まず、石英ガラスか
らなる光ファイバ母材を紡糸炉中で加熱し、常法により
溶融紡糸して得た光ファイバ1を例えばアルミニウム溶
融槽に通過させ、その表面に上記アルミニウムを塗布す
るとともに、上記槽に設けたダイスに挿通させることに
よって余剰のアルミニウムを絞って除去してアルミコー
ト光ファイバを得る。次に、このアルミコート光ファイ
バを螺旋状に巻いて冷却加熱炉に入れ、アルミコート(
金属被覆)層2を所定温度で加熱し、放冷後、逆に所定
温度まで冷却する。Next, we will introduce an optical fiber temperature sensor △ consisting of such a configuration.
An example of a method for manufacturing will be explained. First, an optical fiber base material made of quartz glass is heated in a spinning furnace, and an optical fiber 1 obtained by melt-spinning by a conventional method is passed through, for example, an aluminum melting tank, and the above-mentioned aluminum is coated on the surface thereof, and the above-mentioned Excess aluminum is squeezed out by passing it through a die provided in the tank to obtain an aluminum coated optical fiber. Next, this aluminum-coated optical fiber is spirally wound and placed in a cooling and heating furnace.
The metal coating) layer 2 is heated to a predetermined temperature, left to cool, and then cooled to a predetermined temperature.
このアルミコート光ファイバに対する加熱、冷却操作を
所定回数繰り返して第1図に示す目的の光ファイバ温度
センサAを得る。The heating and cooling operations for this aluminum coated optical fiber are repeated a predetermined number of times to obtain the desired optical fiber temperature sensor A shown in FIG.
次に、このようにして得られた光ファイバ温度センサA
の使用方法を説明する。例えば、上述したように最外層
がアルミコート層2である場合、この温度センサでは、
周囲温度の上昇によってアルミコート層2が膨張して内
部応力が変化すると同時に、この内部応力の変化に伴っ
て光ファイバ1のコア径および屈折率などが部分的に変
化し、伝送損失が変化する。この伝送損失の変化分を光
の振幅の変化としてこの温度センサの一端部に接続され
たO T D R(0ptical Time Dom
einllefractometry )などにより検
知する。このような検知方法の他に、伝送損失の変化分
を位相の変化として干渉で検知する方法もある。Next, the optical fiber temperature sensor A obtained in this way
Explain how to use. For example, if the outermost layer is the aluminum coat layer 2 as described above, in this temperature sensor,
As the ambient temperature rises, the aluminum coat layer 2 expands and internal stress changes, and at the same time, the core diameter and refractive index of the optical fiber 1 partially change due to the change in internal stress, resulting in a change in transmission loss. . This change in transmission loss is used as a change in the amplitude of light by an optical time dom connected to one end of this temperature sensor.
einllefractometry). In addition to such a detection method, there is also a method of detecting a change in transmission loss as a change in phase using interference.
このような光ファイバ温度センサは、光ファイバ1の外
面に熱による加工硬化処理が施された金属’I覆層2が
設けられているので、周囲の温度変化に対して金属被1
vJ2が弾性変形し、この変形によって生じる応力がヒ
ステリシスループを描くことなく変化する。ざらに、こ
の応力変化に伴って伝送損失が変化し、その結果、温度
変化と光ファイバの損失変化とを正確に対応させること
ができる。よって、この温度センサにあっては、光ファ
イバの長手方向の温度分布をiH感度で検知することが
可能である。Such an optical fiber temperature sensor has a metal coating layer 2 on the outer surface of the optical fiber 1 that has been subjected to heat work-hardening treatment, so that the metal coating layer 2 is resistant to changes in ambient temperature.
vJ2 is elastically deformed, and the stress generated by this deformation changes without drawing a hysteresis loop. Roughly speaking, the transmission loss changes with this stress change, and as a result, it is possible to accurately match the temperature change to the loss change of the optical fiber. Therefore, with this temperature sensor, it is possible to detect the temperature distribution in the longitudinal direction of the optical fiber with iH sensitivity.
以下、実験例を示してこの発明の作用効果を明確にする
。Hereinafter, the effects of this invention will be clarified by showing experimental examples.
石英ガラスからなる光ファイバ母材を常法により溶融紡
糸し、その外周面に膜厚25μmのアルミコート層を設
け、このアルミコート層に温度範囲として一80〜80
℃、サイクル数として8000回の条件でヒートサイク
ルを施して光ファイバ温度センサを得た。また、アルミ
コート層以外に、ニッケル、スズ、ビスマスの金属コー
ト層を設けた温度センサも併せて製造した。An optical fiber base material made of quartz glass is melt-spun using a conventional method, and an aluminum coat layer with a thickness of 25 μm is provided on the outer peripheral surface.
℃ and 8000 cycles to obtain an optical fiber temperature sensor. In addition to the aluminum coating layer, a temperature sensor with a metal coating layer of nickel, tin, and bismuth was also manufactured.
これら4種類の温度センサについて、ヒートサイクル処
理前および処理後の温度精度を比較した。Regarding these four types of temperature sensors, the temperature accuracy before and after heat cycle treatment was compared.
この温度精度の比較試験には、第2図に示すような0T
DR3を用いた。この0TDR3は、光ファイバの損失
変化を反射光強度としてとらえて光の強度変化を測定す
るものである。なお、図中8は、一端が0TDR3に接
続された長さ1000mの通常の伝送用光ファイバで、
その他端に温度センサAをなず長さ200mの金属コー
トファイバを接続し、その一部の50mの部分を螺旋状
に巻いて加熱炉4内に入れた。この加熱炉4の炉温を設
定し、その設定温度と光ファイバ温度センサによる実測
温度との誤差を温度精度とし、第1表に示した。For this temperature accuracy comparison test, a 0T
DR3 was used. This 0TDR3 measures the change in light intensity by capturing the loss change in the optical fiber as the reflected light intensity. In addition, 8 in the figure is a normal transmission optical fiber with a length of 1000 m, one end of which is connected to 0TDR3.
A metal-coated fiber with a length of 200 m was connected to the other end with a temperature sensor A, and a 50 m portion of the fiber was spirally wound and placed in the heating furnace 4. The furnace temperature of the heating furnace 4 was set, and the error between the set temperature and the temperature actually measured by the optical fiber temperature sensor was defined as the temperature accuracy, and is shown in Table 1.
また、上記のニッケル、スズ、ごスマスの金属コート層
を設けた温度センサ°に対するヒートサイクル処理の条
件がそれぞれ賃なるので、それらの条件も第1表に記載
した。Furthermore, since the heat cycle treatment conditions for the temperature sensors provided with the metal coating layers of nickel, tin, and tin are different from each other, these conditions are also listed in Table 1.
第1表
この結果から明らかなように、この発明の光ファイバ温
度センサは、最外層に加熱、冷却処理を交互に施した金
属被覆層を設けているので、温度精度が著しく向上した
高感度なセンサであることがわかる。Table 1 As is clear from the results, the optical fiber temperature sensor of the present invention has a metal coating layer that is alternately heated and cooled on the outermost layer, so it is highly sensitive and has significantly improved temperature accuracy. It turns out that it is a sensor.
以上説明したように、この発明の光ファイバ温度センサ
は、光ファイバの外面にヒステリシスループを持たない
金属被覆層が設けられているので、周囲の温度変化と光
ファイバの損失変化とを正確に対応させるものとなる。As explained above, the optical fiber temperature sensor of the present invention has a metal coating layer that does not have a hysteresis loop on the outer surface of the optical fiber, so it can accurately respond to changes in the ambient temperature and changes in the loss of the optical fiber. It becomes something that makes you do something.
よって、この温度センサにあっては、光ファイバの長手
方向の温度分布を高感度で検知することが可能である。Therefore, with this temperature sensor, it is possible to detect the temperature distribution in the longitudinal direction of the optical fiber with high sensitivity.
第1図は、この発明の光ラアイバ温度センサの一例を示
す概略断面図、第2図は、この発明の光ファイバ温度セ
ンサを用いたー実験例を示す概略図、第3図は、この発
明の光ファイバ温度センザの作用効果を説明するための
金属被覆層についての温度一応ノノヒステリシスカーブ
を示すグラフ、第4図は、従来の光ファイバ温度センサ
の金属被覆層についての温度一応カヒステリシスカーブ
を示すグラフである。
A・・・・・・光ファイバ温度センザ、1・・・・・・
光伝送用ガラスファイバ、2・・・・・・金属被覆層。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the optical fiber temperature sensor of the present invention, FIG. 2 is a schematic view showing an experimental example using the optical fiber temperature sensor of the present invention, and FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of the optical fiber temperature sensor of the present invention. FIG. 4 is a graph showing a temperature non-hysteresis curve for a metal coating layer to explain the effects of the conventional optical fiber temperature sensor. This is a graph showing. A...Optical fiber temperature sensor, 1...
Glass fiber for optical transmission, 2...metal coating layer.
Claims (2)
設けられてなる光ファイバ温度センサにおいて、 上記金属被覆層がヒステリシスループを持たないもので
あることを特徴とする光ファイバ温度センサ。(1) An optical fiber temperature sensor comprising a metal coating layer provided on the outer surface of a glass fiber for optical transmission, characterized in that the metal coating layer does not have a hysteresis loop.
シスループが除かれたものであ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センサ。(2) The optical fiber temperature sensor according to claim 1, wherein the metal coating layer has a hysteresis loop removed by a heat cycle.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61007340A JPS62165133A (en) | 1986-01-17 | 1986-01-17 | Optical fiber temperature sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61007340A JPS62165133A (en) | 1986-01-17 | 1986-01-17 | Optical fiber temperature sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62165133A true JPS62165133A (en) | 1987-07-21 |
Family
ID=11663208
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61007340A Pending JPS62165133A (en) | 1986-01-17 | 1986-01-17 | Optical fiber temperature sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS62165133A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007006944A (en) * | 2005-06-28 | 2007-01-18 | Family Co Ltd | Controller for chair-type massage machine |
CN105911493A (en) * | 2016-06-27 | 2016-08-31 | 安徽理工大学 | Device and method for measuring hysteresis loops of giant magnetostrictive rod |
CN105954694A (en) * | 2016-06-27 | 2016-09-21 | 安徽理工大学 | Device for measuring hysteresis loop of giant magnetostrictive rod material |
-
1986
- 1986-01-17 JP JP61007340A patent/JPS62165133A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007006944A (en) * | 2005-06-28 | 2007-01-18 | Family Co Ltd | Controller for chair-type massage machine |
CN105911493A (en) * | 2016-06-27 | 2016-08-31 | 安徽理工大学 | Device and method for measuring hysteresis loops of giant magnetostrictive rod |
CN105954694A (en) * | 2016-06-27 | 2016-09-21 | 安徽理工大学 | Device for measuring hysteresis loop of giant magnetostrictive rod material |
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