JPS6260655B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は例えば化学プラントで利用出来る光
学的温度検出方法に関する。

温度検出装置のうち、温度を電気的信号に変換
する例として熱電対又はサーミスタ等が知られて
いる。これ等は温度を熱起電力又は電気的抵抗値
変化として検出させるものである。従つて温度検
出部分と、これを接続する制御装置との間の線路
が外部から受ける電磁誘導による雑音は、制御装
置を誤動作させる原因になつている。更にこの線
路の途中が短絡して発生させる火花は、化学プラ
ントに於いては特に望ましくないものである。温
度を光学的に検出する装置としては、バイメタル
の変位を光の量で検出するものがあるが、この例
は光フアイバケーブルの接続損失等の光伝送系の
損失変動や光源の出力変動の影響を直接受け、高
精度を期待することが出来ない。

この発明は雑音に強く、防爆性で、安定な動作
を得させるよう改良された光学的温度検出装置を
提供するものである。即ちこの発明は、先ず光を
温度測定部まで伝送し、この伝送された光の少な
くとも一部を光電変換して電気に変換し、この変
換した電気により、温度によつて共振周波数が変
化する振動体を振動させている。次に、この振動
体の共振周波数に応じて光を変調してこれを伝送
し、この伝送された変調光を検出した後、光の変
調度に応じて温度測定部の温度を検出するもので
ある。

このようなこの発明ではまず光源から光パルス
をとり出し、この光エネルギーの一部を振動板に
到らせ電気パルスに光電変換してこの振動板を励
振させる。振動板の共振振動周波数のうち最も低
い基本振動周波数は、振動板が片端固定である
とき、 ＝π／（8l）√ｇ（ml） (1) で表わされる。この(1)式でｌは振動板の長さ、Ｅ
は振動板の材料の弾性係数、Ｉは振動方向に直角
な主軸に関する断面慣性モーメント、ｇは重力加
速度、ｍは振動板の質量である。この共振周波数
は温度によつて変化するが、その主な原因は振動
板の長さｌが変化する為である。ｌの変化分をΔ
ｌとし、共振振動周波数の変化分をΔとする
と、式(1)から Δ／＝−３Δｌ／（2l） (2) の関係が得られる。温度変化分をΔＴとするとき
線膨張率αは α＝Δｌ／（ΔTl） (3) で表わされるから、式(2)，(3)から Δ／＝−３αΔＴ／２ (4) となり温度による共振周波数の変化は線膨張率に
比例する。それ故振動板内に光導波路を埋込んで
おき、この導波路の通過光を調整された位置にあ
るレンズにより受光すると、振動板の共振振動周
波数の二倍の周波数で光の強度を変化させること
が出来る。すなわち振動板の共振振動周波数を光
学的に検出することを可能にするものである。こ
の光信号は、光導波路を使つて制御装置まで伝送
され、光強度の変化周波数が測定されて被測定温
度を検出する光学的温度検出を可能にする。

以下実施例について図面を用いて更に詳細に説
明する。第１図にこの例の光学的温度検出に係る
装置の配置図を示す。パルス発振器１の出力を光
源２に伝達する。光源は小形にする為には、発光
ダイオードLEDか半導体レーザが良い。パルス
発振器出力を受けた光源からの光パルスは、光導
波路３を経て光分配器４に到り、ここで導波路が
二径路４５，４９に分たれる。４５を通る一方光
は光電変換器５で電気に変換される。使用する光
電変換器には例えば太陽電池が適用である。光電
変換されて得られたパルス電圧は圧電素子６に到
り変位させる。振動板８が一端をこの圧電素子を
介して固定台７に取り付けられている。従つて振
動板８は光源から送られた光パルスの光エネルギ
ーによつて励振されることになる。光分配器４で
分けられた他方光は導波路４９をたどる。この導
波路４９は振動板８に埋込まれている部分４９′
を経たあとレンズ９を介して導波路１０につなが
る。第２図にこの振動板８を分解して示す。導波
路４９の一部４９′がナイロン被覆４９１の一部
を外され、硝子製フアイバー４９２を露出して二
枚に分離された金属又はプラスチツク製振動板体
８１，８２の間に配置されている。振動板８が振
動していない時に導波路４９′から出た光が導波
路１０に入るようにレンズ位置をとらせると、振
動板の振動周波数の２倍の周波数で通過光が強度
変調されることになる。レンズは球面レンズ又は
集束形光フアイバレンズ等であつてよい。振動板
中の光導波路４９′を経た他方光はレンズ９を介
して光検出器１１に到り、電気信号に変換され
る。光源２から第３図イのような光パルスが送ら
れると、１１の光検出器には振動板の共振周波数
の二倍の周波数で変調された第３図ロの光が伝送
されてくる。そこで光検出器１１の出力信号を周
波数カウンタ１２に送り、振動板の共振周波数を
検出する。精度を更に良好にするため平均化回路
１３で測定した共振周波数を時間平均する。この
ようにして求めた振動板の共振周波数は、温度と
一対一の対応を示し、温度を知ることを容易にす
る。

振動板を励振させるのに、圧電素子に代り、磁
石とコイルによる電磁変換器を用ていてもよい。
又振動板をインパルスの光源で励振し、共振周波
数を検出する光源は一定の光強度にして、両光源
を分離してよろしい。この場合には振動板を励振
する光エネルギーをより多くとることが出来、振
動板の振幅をより大きく出来る利点がある。

この発明は以上説明したように電気エネルギー
を送らず、光エネルギーにより振動体を励振し、
その共振周波数を光学的に検出させるので、本質
的防爆性、低雑音性、安定性を併せた温度検出を
可能にする利点を備える。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の光学的温度検出装置配置図、
第２図は第１図振動板の分解図、第３図は光強度
波形図で、イは光送信パルス、ロは光検出パルス
の各例に係る。第１図及び第２図で ８……振動板、４９′……振動板内の光導波
路、９……レンズ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光を温度測定部まで伝送する第１の光伝送手
   段と、この第１の光伝送手段により伝送された光
   の少なくとも一部を光電変換して電気に変換する
   手段と、この変換された電気により、温度によつ
   て共振周波数が変化する振動体を振動させる振動
   手段と、この振動体の共振周波数に応じて光を変
   調する光変調手段と、この光変調手段により変調
   光を伝送する第２の光伝送手段と、この第２の光
   伝送手段により伝送された変調光を検出し、この
   変調光の変調度に応じて前記温度測定部の温度を
   検出する手段とからなることを特徴とする光学的
   温度検出方法。 ２ 前記光変調手段は、前記第１の光伝送手段に
   より伝送された光の他の少なくとも一部の光を変
   調することを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の光学的温度検出方法。 ３ 前記光変調手段は、前記第１の光伝送手段に
   より伝送された光の他の少なくとも一部の光を前
   記振動体に一体化された光導波路を介して前記第
   ２の光伝送手段に結合するとともに、前記振動体
   の振動によつて前記第２の光伝送手段に結合する
   光に光強度変調をかけることを特徴とする特許請
   求の範囲第２項記載の光学的温度検出方法。 ４ 前記振動手段は、前記振動体に設けた圧電素
   子を駆動することにより前記振動体を振動させる
   ものであることを特徴とする特許請求の範囲第３
   項記載の光学的温度検出方法。