JPS629240A - 光フアイバ形温度センサ - Google Patents
光フアイバ形温度センサInfo
- Publication number
- JPS629240A JPS629240A JP60146790A JP14679085A JPS629240A JP S629240 A JPS629240 A JP S629240A JP 60146790 A JP60146790 A JP 60146790A JP 14679085 A JP14679085 A JP 14679085A JP S629240 A JPS629240 A JP S629240A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical fiber
- temperature
- temperature sensor
- refractive index
- clad layer
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- Pending
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- 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］
この発明は光ファイバコアの外周に温度により屈折率が
大ぎく変化する物質からなるクラッド層が被覆形成され
た光ファイバ形瀉度センサに関する。
大ぎく変化する物質からなるクラッド層が被覆形成され
た光ファイバ形瀉度センサに関する。
［従来の技術］
従来の光ファイバを用いた温度センサには第６図に示す
ように、光ファイバ１．１間に温度により透過吸収強度
が変化するＱａ Ａｓ等の半導体２を挿入して、光源３
からの光を半導体２に入射し、その透過光を受光器４で
検出し、受光器４が検出した透過光強度から温度を求め
る方式がある。更に、第７図に示すように、光源３から
出射された紫外線あるいは赤外線を光ファイバ１を通し
て螢光物質５に当て、螢光物質５からの励起光を受光器
４により検出し、励起光の強度変化から螢光物質５の温
度変化を求める方式もある。
ように、光ファイバ１．１間に温度により透過吸収強度
が変化するＱａ Ａｓ等の半導体２を挿入して、光源３
からの光を半導体２に入射し、その透過光を受光器４で
検出し、受光器４が検出した透過光強度から温度を求め
る方式がある。更に、第７図に示すように、光源３から
出射された紫外線あるいは赤外線を光ファイバ１を通し
て螢光物質５に当て、螢光物質５からの励起光を受光器
４により検出し、励起光の強度変化から螢光物質５の温
度変化を求める方式もある。
また、光フアイバ自体をセンサ素子として用いたものと
しては、第８図に示すように、光源３からの光をハーフ
ミラ−６，６により分岐して光ファイバ１．１にそれぞ
れ入射し、これら光ファイバ１．１の出射光を受光器４
．４によりそれぞれ受光し、両光の位相差を位相計７で
検出するもので、温度変化を光ファイバの温度伸縮によ
る光路差の変化によって生じる位相差から求める方式で
ある。更に、第９図に示すものは、液体８をガラス管９
内に充填して光ファイバコアとし、光源３からの入射光
の後方散乱光を受光器４で受光し、温度検出を温度変化
に対する液体８の屈折率変化によって生じる後方散乱光
の強度変化から求める方式である。
しては、第８図に示すように、光源３からの光をハーフ
ミラ−６，６により分岐して光ファイバ１．１にそれぞ
れ入射し、これら光ファイバ１．１の出射光を受光器４
．４によりそれぞれ受光し、両光の位相差を位相計７で
検出するもので、温度変化を光ファイバの温度伸縮によ
る光路差の変化によって生じる位相差から求める方式で
ある。更に、第９図に示すものは、液体８をガラス管９
内に充填して光ファイバコアとし、光源３からの入射光
の後方散乱光を受光器４で受光し、温度検出を温度変化
に対する液体８の屈折率変化によって生じる後方散乱光
の強度変化から求める方式である。
［発明が解決しようとする問題点］
ところが、半導体２や螢光物質５を温度センサとして用
いる第６図、第７図の方式では、センサ部の構造や検出
系が複雑になると共に光ファイバとセンサとの間の結合
状態が次第に変化を起してしまう。更に、これらの方式
では、センサ部の１点の温度情報しか得られないため、
広ｔ！囲な領域の平均湿度や温度分布を求めようとする
場合、多くのセンサをｉ！５１置しなければならない問
題もある。
いる第６図、第７図の方式では、センサ部の構造や検出
系が複雑になると共に光ファイバとセンサとの間の結合
状態が次第に変化を起してしまう。更に、これらの方式
では、センサ部の１点の温度情報しか得られないため、
広ｔ！囲な領域の平均湿度や温度分布を求めようとする
場合、多くのセンサをｉ！５１置しなければならない問
題もある。
一方、光フアイバ自体を温度センサとして用いる第８図
、第９図の方式では、温度を点情報としてではなく線情
報として検出することが可能である。しかし、第８°図
の方式では、温度以外の外乱の影響を受は易く安定した
測定が雌しく、また第９図の方式では液体８の取扱いや
その長期安定性に大きな問題があり、実用的でない。
、第９図の方式では、温度を点情報としてではなく線情
報として検出することが可能である。しかし、第８°図
の方式では、温度以外の外乱の影響を受は易く安定した
測定が雌しく、また第９図の方式では液体８の取扱いや
その長期安定性に大きな問題があり、実用的でない。
［発明の目的１
この発明は以上の従来技術のＷ４題点を解浦ずべく創案
されたものであり、この発明の目的はコンパクトで且つ
取扱いが容易であると共に精度がよくしかも安定した温
度検出ができる光ファイバ形温度センサを提供すること
にある。
されたものであり、この発明の目的はコンパクトで且つ
取扱いが容易であると共に精度がよくしかも安定した温
度検出ができる光ファイバ形温度センサを提供すること
にある。
［発明の概要］
上記の目的を達成するために、この発明は、光ファイバ
コアの外周に温度により大きく屈折率が変化する物質か
らなるクラッド層が被覆形成されたものであり、温度変
化によるクラッド層の屈折率変化によって生じる光ファ
イバの伝播モードの変化を光学的に検出し、これより温
度を求めるようになしたものである。
コアの外周に温度により大きく屈折率が変化する物質か
らなるクラッド層が被覆形成されたものであり、温度変
化によるクラッド層の屈折率変化によって生じる光ファ
イバの伝播モードの変化を光学的に検出し、これより温
度を求めるようになしたものである。
光ファイバコアは、石英、多成分ガラス、プラスチック
等からなる。また、クラッド層を形成する屈折率温度依
存性に富む物質としては、１，１．１トリクロルエタン
等の塩素化合物やポリイミド等のプラスチックなどがあ
げられる。
等からなる。また、クラッド層を形成する屈折率温度依
存性に富む物質としては、１，１．１トリクロルエタン
等の塩素化合物やポリイミド等のプラスチックなどがあ
げられる。
光ファイバコアにクラッド層を被覆形成する方法として
は、光ファイバコアを１．１．１トリクロルエタン等の
塩素化合物有機液体中に浸漬した後に乾燥する方法、あ
るいはポリイミド等のプラスチックを押出塗布する方法
がある。なお、１，１．１トリクロルエタンに光ファイ
バコアを浸漬する場合には、２０〜８０℃に加熱したＩ
Ａ、１トリク０ルエタン中に光ファイバコアを０．５〜
３時間程度浸漬することが望ましい。
は、光ファイバコアを１．１．１トリクロルエタン等の
塩素化合物有機液体中に浸漬した後に乾燥する方法、あ
るいはポリイミド等のプラスチックを押出塗布する方法
がある。なお、１，１．１トリクロルエタンに光ファイ
バコアを浸漬する場合には、２０〜８０℃に加熱したＩ
Ａ、１トリク０ルエタン中に光ファイバコアを０．５〜
３時間程度浸漬することが望ましい。
［実施例］
以下にこの発明の実施例を添付図面に従って詳述する。
第１図において、１０はコアであり、コア１０の外周に
は屈折率温度依存性の大きな物質からなるクラッド層１
１が形成されると共に、クラッド１１１１の外周にはシ
リコーン等からなる第２クラッド層１２およびジャケッ
ト１３が押出被覆され、温度センサ用光フアイバ心線が
構成されている。
は屈折率温度依存性の大きな物質からなるクラッド層１
１が形成されると共に、クラッド１１１１の外周にはシ
リコーン等からなる第２クラッド層１２およびジャケッ
ト１３が押出被覆され、温度センサ用光フアイバ心線が
構成されている。
更に、この光フアイバ心線は、実用上の張力を考慮して
、テンシミンメンバ１４とシース１５とで被われており
、実際に使用する上で十分な機械的性能を有する。本実
施例の光フアイバ形ＩＩＩ ｔフサ１６は第２図に示す
ようなステップインデックス型の光伝送路となっている
。
、テンシミンメンバ１４とシース１５とで被われており
、実際に使用する上で十分な機械的性能を有する。本実
施例の光フアイバ形ＩＩＩ ｔフサ１６は第２図に示す
ようなステップインデックス型の光伝送路となっている
。
次に、この光ファイバ形温度センサ１６を用いた温度測
定系について述べる。
定系について述べる。
第３図は透過方式の測定系を示す、同図に示す如く、光
ファイバ形ｓｌｆセンサ１６を測定域１７に配設し、光
ファイバ形温度センサ１６の一端に光源１８から光を入
射して他端から出射する出射光を受光器１９で受光する
。光ファイバ形瀉度センサ１６に入射された光はコア１
０とクラッド層１１との境界面で反射を繰り返しながら
伝播する。
ファイバ形ｓｌｆセンサ１６を測定域１７に配設し、光
ファイバ形温度センサ１６の一端に光源１８から光を入
射して他端から出射する出射光を受光器１９で受光する
。光ファイバ形瀉度センサ１６に入射された光はコア１
０とクラッド層１１との境界面で反射を繰り返しながら
伝播する。
ところが、１，１．１トリクロルエタンやポリイミド等
からなるクラッド層１１の屈折率は温度が上昇するにつ
れて、第２図の破線で示す如く低下する。
からなるクラッド層１１の屈折率は温度が上昇するにつ
れて、第２図の破線で示す如く低下する。
このため、コア１０を透過して受光！１１９により検出
される透過光の強度は、測定域１７の温度上昇とともに
増加する。第４図は、石英のコア１０．１．１．１トリ
クロノ−エタンのクラッド層１１、シリコーンの第２ク
ラツド１１２とした光ファイバ形濃度センサ１６におけ
る道通光強度一温度依存性の結果を示すもので、２０〜
８０℃の温度領域で約５ ｄＢの透過光強度変化があり
、良好な感度と高速応答性を有することが確認された。
される透過光の強度は、測定域１７の温度上昇とともに
増加する。第４図は、石英のコア１０．１．１．１トリ
クロノ−エタンのクラッド層１１、シリコーンの第２ク
ラツド１１２とした光ファイバ形濃度センサ１６におけ
る道通光強度一温度依存性の結果を示すもので、２０〜
８０℃の温度領域で約５ ｄＢの透過光強度変化があり
、良好な感度と高速応答性を有することが確認された。
第５図には、光ファイバ形温度センサ１６にパルス光を
入射したときに、その散乱光のうち入射側に戻る後方散
乱光から温度を測定する０ＴＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ
Ｔ ｉｍｅ ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅ
ｃｔｇｉｅｔｒｙ ＞法を用いた測定系を示す。光フ
ァイバ形温度センサ１６のクラッド層１１の外周には、
高温においてもクラッド層１１の屈折率よりも低い屈折
率の第２クラッド層１２が被覆されているので、クラッ
ド層１１内に進入した高次モードの光もクラッド層１１
と第２クラッド層１２との界面で反射してコア１０内に
戻るようになるため、透過光強度のみならず散乱光強度
の温度依存性も検出できる。
入射したときに、その散乱光のうち入射側に戻る後方散
乱光から温度を測定する０ＴＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ
Ｔ ｉｍｅ ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅ
ｃｔｇｉｅｔｒｙ ＞法を用いた測定系を示す。光フ
ァイバ形温度センサ１６のクラッド層１１の外周には、
高温においてもクラッド層１１の屈折率よりも低い屈折
率の第２クラッド層１２が被覆されているので、クラッ
ド層１１内に進入した高次モードの光もクラッド層１１
と第２クラッド層１２との界面で反射してコア１０内に
戻るようになるため、透過光強度のみならず散乱光強度
の温度依存性も検出できる。
光源１８はパルス発生器２０により変調を受はパルス光
を出射する。このパルス光はハーフミラ−２１を透過し
て光ファイバ形温度センサ１６の一端より入射される。
を出射する。このパルス光はハーフミラ−２１を透過し
て光ファイバ形温度センサ１６の一端より入射される。
光ファイバ形温度センサ１６の軸方向には適宜間隔に測
定域１７・・・があり、上記パルス光は各測定域１７の
温度変化によるクラッドｊ１１１の屈折率変化に応じた
散乱を受け、その後方散乱光はハーフミラ−２１により
反射されて受光器１９で受光される。パルス発生器２０
のパルス発生時間はタイミング発生器２２で監視する。
定域１７・・・があり、上記パルス光は各測定域１７の
温度変化によるクラッドｊ１１１の屈折率変化に応じた
散乱を受け、その後方散乱光はハーフミラ−２１により
反射されて受光器１９で受光される。パルス発生器２０
のパルス発生時間はタイミング発生器２２で監視する。
このパルス発生時間と受光器１９が検出した後方散乱光
のパルス検出時間および強度とから信号処理回路２３で
各測定域１７の温度を算出し、その結果をディスプレイ
装＠２４に表示する。
のパルス検出時間および強度とから信号処理回路２３で
各測定域１７の温度を算出し、その結果をディスプレイ
装＠２４に表示する。
上記の透過方式の温度測定では測定域１７の平均温度を
検出したが、この温度測定では光ファイバ形温度センサ
１６に沿った温度の線情報が得られる。なお、測定域１
７・・・の多点測定ではなく連続的な温度分布の測定も
勿論可能である。
検出したが、この温度測定では光ファイバ形温度センサ
１６に沿った温度の線情報が得られる。なお、測定域１
７・・・の多点測定ではなく連続的な温度分布の測定も
勿論可能である。
［発明の効果］
以上要するに、この発明によれば次のような優れた効果
を発揮する。
を発揮する。
（１） 光ファイバコアとその外周の屈折率温度依存
性に富むクラッド層とからなる光フアイバ形の温度セン
サであり、光フアイバ以外の光学的素子を全く必要とせ
ず、使用する光の波長にも制限がなく、コンパクトで取
扱いも容易であると共に測定系の簡素化とコスト低減が
図れる。
性に富むクラッド層とからなる光フアイバ形の温度セン
サであり、光フアイバ以外の光学的素子を全く必要とせ
ず、使用する光の波長にも制限がなく、コンパクトで取
扱いも容易であると共に測定系の簡素化とコスト低減が
図れる。
（２） 経年劣化が少なく、外乱による影響も受は難
く、長期に亙って安定した測定ができる。
く、長期に亙って安定した測定ができる。
（３） 光ファイバの軸方向に沿った平均温度や温度
分布を検出できる。しかも損失要因も少なく長距離セン
シングが可能である。
分布を検出できる。しかも損失要因も少なく長距離セン
シングが可能である。
（４屈折率の温度変化による顕著な伝播モード変化を利
用しており、温度以外の外乱の影響も受は難く、高感度
でしかも迅速な温度検出ができる。
用しており、温度以外の外乱の影響も受は難く、高感度
でしかも迅速な温度検出ができる。
第１図は本発明に係る光ファイバ形瀉度センサの一実施
例を示す横断面図、第２図は同光フアイバ素線部分の半
径方向の屈折率分布を示すグラフ、第３図は本発明に係
る光ファイバ形温度センサを用いた測定系の一例を示ず
構成図、第４図は同測定系による透過光強度一温度依存
性の測定結果を示すグラフ、第５図は水元、明の光ファ
イバ形温度センサを用いた測定系の他の例を示す構成図
、第６図〜第９図までは従来の温度測定装置をそれぞれ
示す構成図である。 図中、１０はコア、１１はクラッド層、１２は第２クラ
ッド層、１３はジャケット、１４はテンションメンバ、
１５はシース、１６は光ファイバ形温度センサ、１７は
測定域、１８は光源、１９は受光器、２０はパルス発生
器、２１はハーフミラ−１２２はタイミング発生器、２
３は信号処理回路、２４はディスプレイ装置である。 特許出願人 東京電力株式会社 日立電線株式会社 代理人弁理士 絹 谷 信 雄第１図 第２図 第３図 第４図 倣Ｔ（＠Ｃ） 第５図 第６図 第７図 第９図
例を示す横断面図、第２図は同光フアイバ素線部分の半
径方向の屈折率分布を示すグラフ、第３図は本発明に係
る光ファイバ形温度センサを用いた測定系の一例を示ず
構成図、第４図は同測定系による透過光強度一温度依存
性の測定結果を示すグラフ、第５図は水元、明の光ファ
イバ形温度センサを用いた測定系の他の例を示す構成図
、第６図〜第９図までは従来の温度測定装置をそれぞれ
示す構成図である。 図中、１０はコア、１１はクラッド層、１２は第２クラ
ッド層、１３はジャケット、１４はテンションメンバ、
１５はシース、１６は光ファイバ形温度センサ、１７は
測定域、１８は光源、１９は受光器、２０はパルス発生
器、２１はハーフミラ−１２２はタイミング発生器、２
３は信号処理回路、２４はディスプレイ装置である。 特許出願人 東京電力株式会社 日立電線株式会社 代理人弁理士 絹 谷 信 雄第１図 第２図 第３図 第４図 倣Ｔ（＠Ｃ） 第５図 第６図 第７図 第９図
Claims (4)
- （１）光ファイバコアの外周に屈折率温度依存性に富む
物質のクラッド層が形成されていることを特徴とする光
ファイバ形温度センサ。 - （２）上記クラッド層が１，１，１トリクロルエタン等
の塩素化合物からな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形温度センサ。 - （３）上記クラッド層がポリイミドからなることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の光ファイバ形温度セ
ンサ。 - （４）上記クラッド層の外周に少なくとも測定温度範囲
において上記クラッド層の屈折率よりも低い屈折率を有
する第２クラッド層が形成されていることを特徴とする
特許請求の範囲第１項、第２項または第３項記載の光フ
ァイバ形温度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60146790A JPS629240A (ja) | 1985-07-05 | 1985-07-05 | 光フアイバ形温度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60146790A JPS629240A (ja) | 1985-07-05 | 1985-07-05 | 光フアイバ形温度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS629240A true JPS629240A (ja) | 1987-01-17 |
Family
ID=15415594
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60146790A Pending JPS629240A (ja) | 1985-07-05 | 1985-07-05 | 光フアイバ形温度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS629240A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05231956A (ja) * | 1992-02-21 | 1993-09-07 | Nikko Kyodo Co Ltd | 温度分布の測定方法 |
| JPH0694770A (ja) * | 1992-09-16 | 1994-04-08 | Shikoku Sogo Kenkyusho:Kk | 電気設備の過熱検出装置 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55114928A (en) * | 1979-02-22 | 1980-09-04 | Westinghouse Electric Corp | Temperature detector |
| JPS572431B2 (ja) * | 1978-04-07 | 1982-01-16 | ||
| JPS5770420A (en) * | 1980-10-22 | 1982-04-30 | Fujitsu Ltd | Temperature measuring device using optical fiber |
| JPS59206729A (ja) * | 1983-05-11 | 1984-11-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 温度検出装置 |
-
1985
- 1985-07-05 JP JP60146790A patent/JPS629240A/ja active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS572431B2 (ja) * | 1978-04-07 | 1982-01-16 | ||
| JPS55114928A (en) * | 1979-02-22 | 1980-09-04 | Westinghouse Electric Corp | Temperature detector |
| JPS5770420A (en) * | 1980-10-22 | 1982-04-30 | Fujitsu Ltd | Temperature measuring device using optical fiber |
| JPS59206729A (ja) * | 1983-05-11 | 1984-11-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 温度検出装置 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05231956A (ja) * | 1992-02-21 | 1993-09-07 | Nikko Kyodo Co Ltd | 温度分布の測定方法 |
| JPH0694770A (ja) * | 1992-09-16 | 1994-04-08 | Shikoku Sogo Kenkyusho:Kk | 電気設備の過熱検出装置 |
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