JPS634653B2 - - Google Patents
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- JPS634653B2 JPS634653B2 JP56051997A JP5199781A JPS634653B2 JP S634653 B2 JPS634653 B2 JP S634653B2 JP 56051997 A JP56051997 A JP 56051997A JP 5199781 A JP5199781 A JP 5199781A JP S634653 B2 JPS634653 B2 JP S634653B2
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Classifications
-
- 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
- G01K11/32—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres
- G01K11/3206—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres at discrete locations in the fibre, e.g. using Bragg scattering
- G01K11/3213—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres at discrete locations in the fibre, e.g. using Bragg scattering using changes in luminescence, e.g. at the distal end of the fibres
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
≪発明の分野≫
この発明は、温度計測装置に係わり、特に被計
測物の温度に依存される如く燐蛍光体を配設し、
この燐蛍光体に所定の励起光を与える際に発せら
れる燐蛍光が、燐蛍光体の温度に依存されるとい
う性質に着目し、この発光量の変動を測定するこ
とによつて、被計測物の温度を計測する装置に関
する。
測物の温度に依存される如く燐蛍光体を配設し、
この燐蛍光体に所定の励起光を与える際に発せら
れる燐蛍光が、燐蛍光体の温度に依存されるとい
う性質に着目し、この発光量の変動を測定するこ
とによつて、被計測物の温度を計測する装置に関
する。
≪従来技術とその問題点≫
周知の如く、従来の温度計測装置としては、一
般に、サーミスタ、熱電対、温度抵抗計等を利用
するもの、電気・光の変換機能を利用するもの、
検出部を除いて測定部、伝送部には全く電気を用
いない全光学式の温度・光特性の変換機能を利用
するものが知られている。
般に、サーミスタ、熱電対、温度抵抗計等を利用
するもの、電気・光の変換機能を利用するもの、
検出部を除いて測定部、伝送部には全く電気を用
いない全光学式の温度・光特性の変換機能を利用
するものが知られている。
電気的方法によつて温度検知するものでは、計
測部位あるいは、伝送部位が電気的雑音によつて
信号が乱されることがあり、電気雑音に弱い欠点
を持つている。
測部位あるいは、伝送部位が電気的雑音によつて
信号が乱されることがあり、電気雑音に弱い欠点
を持つている。
また、検出に用いられる金属導体部は、その性
質上腐蝕性雰囲気中に暴露されるのを嫌う他、爆
発性雰囲気のあるところでは、スパーク等によつ
て爆発の危険を伴う等幾つかの問題点があつた。
質上腐蝕性雰囲気中に暴露されるのを嫌う他、爆
発性雰囲気のあるところでは、スパーク等によつ
て爆発の危険を伴う等幾つかの問題点があつた。
そこで、グラスフアイバーを用いて電気的磁気
的無誘導性による雑音耐性の改善、あるいはガラ
スの電気的絶縁性耐腐蝕性を活用して、上記問題
の解決を図り、加えて信号伝送損失の改善をする
等の目的で光フアイバ計測法が開発されている。
的無誘導性による雑音耐性の改善、あるいはガラ
スの電気的絶縁性耐腐蝕性を活用して、上記問題
の解決を図り、加えて信号伝送損失の改善をする
等の目的で光フアイバ計測法が開発されている。
しかしながら、この光フアイバ計測法において
も、実用的なものは見出されていないという現状
であつた。
も、実用的なものは見出されていないという現状
であつた。
≪発明の目的≫
この発明は、上記の電気的な温度検出装置の欠
点を解決するためになされたものであつて、この
発明の目的とするところは、測定部および伝送部
に電気的手段を用いず、高精度遠隔計測性および
計測信号処理の容易な光学的温度計測装置を提供
するもので、特に燐蛍光体に照射する照射光が分
散するのを防止し、光の結合損失を少なくすると
ともに、計測対象物の温度を遠隔測定できる温度
計測装置を提供することにある。
点を解決するためになされたものであつて、この
発明の目的とするところは、測定部および伝送部
に電気的手段を用いず、高精度遠隔計測性および
計測信号処理の容易な光学的温度計測装置を提供
するもので、特に燐蛍光体に照射する照射光が分
散するのを防止し、光の結合損失を少なくすると
ともに、計測対象物の温度を遠隔測定できる温度
計測装置を提供することにある。
≪発明の構成と効果≫
この発明は上記の目的を達成するために、計測
対象物の熱量を受けるように配置され、かつ赤色
光または赤外線で励起可能な燐蛍光体と、 パルス状に駆動される光源からの赤色光または
赤外線を伝達し、前記リン蛍光体に照射する第１
の光フアイバと、 前記燐蛍光体へのパルス照射終了後に発生する
残光を伝達する第２の光フアイバと、 この第２の光フアイバにより伝達された燐蛍光
の残光に応じて前記計測対象物の温度を測定する
検出器とを備えたことを特徴とするものである。
対象物の熱量を受けるように配置され、かつ赤色
光または赤外線で励起可能な燐蛍光体と、 パルス状に駆動される光源からの赤色光または
赤外線を伝達し、前記リン蛍光体に照射する第１
の光フアイバと、 前記燐蛍光体へのパルス照射終了後に発生する
残光を伝達する第２の光フアイバと、 この第２の光フアイバにより伝達された燐蛍光
の残光に応じて前記計測対象物の温度を測定する
検出器とを備えたことを特徴とするものである。
このような構成によれば、照射光が分散するの
を防止して、光の結合損失を少なくするととも
に、紫外線を用いた場合のように、光フアイバの
ガラス組成に変化を生じさせて変色による透過特
性劣化をきたすことがなく、また光フアイバの長
さを調整することにより計測対象物の温度を遠隔
測定することができ、さらに励起光をパルス照射
して残光に基づいて温度変化を計測するため、相
対的に光強度の大きな入力信号と、光強度の小さ
な出力信号を時系列的に分離できるので、入力信
号が出力信号の雑音とならず、高感度の検出がで
きる。
を防止して、光の結合損失を少なくするととも
に、紫外線を用いた場合のように、光フアイバの
ガラス組成に変化を生じさせて変色による透過特
性劣化をきたすことがなく、また光フアイバの長
さを調整することにより計測対象物の温度を遠隔
測定することができ、さらに励起光をパルス照射
して残光に基づいて温度変化を計測するため、相
対的に光強度の大きな入力信号と、光強度の小さ
な出力信号を時系列的に分離できるので、入力信
号が出力信号の雑音とならず、高感度の検出がで
きる。
≪発明の原理≫
まず、この発明に利用されているフオトルミネ
ツセンス特性を有する燐蛍光体のエネルギー変換
現象について説明する。
ツセンス特性を有する燐蛍光体のエネルギー変換
現象について説明する。
一般に、紫外線で励起する燐蛍光体の発光出力
は、第１図に示す如く、割り合いに大きい。
は、第１図に示す如く、割り合いに大きい。
同図には、ある種の希土類オキシ硫化物の励起
光波長に対する幾つかの発光バンドの発光出力の
相対強度が示されており、これによれば、紫外線
励起の発光出力の大きさが良く示されている。
光波長に対する幾つかの発光バンドの発光出力の
相対強度が示されており、これによれば、紫外線
励起の発光出力の大きさが良く示されている。
しかしながら、紫外線は光フアイバ中での伝送
損失が第２図に示す如く割り合いに大きいため、
予めこの損失を含む励起エネルギーは、温度変化
と発光出力との関係に、正確で、再現性のある情
報を与えることが困難になりやすい。
損失が第２図に示す如く割り合いに大きいため、
予めこの損失を含む励起エネルギーは、温度変化
と発光出力との関係に、正確で、再現性のある情
報を与えることが困難になりやすい。
また、紫外線は、高エネルギーの光を長時間照
射すると、光フアイバのガラス組成に変化を生
じ、変色して透過特性の劣化を生じさせるという
著しい場合も考えられる。
射すると、光フアイバのガラス組成に変化を生
じ、変色して透過特性の劣化を生じさせるという
著しい場合も考えられる。
これに対して、赤色光または赤外線で励起でき
る燐蛍光体を用いれば、伝送損失が少なく、高精
度で再現性があり、遠距離伝送が可能な計測がで
きることになる。
る燐蛍光体を用いれば、伝送損失が少なく、高精
度で再現性があり、遠距離伝送が可能な計測がで
きることになる。
加えて、光伝送技術の発展に伴つて、発光素
子、受光素子、結合器等の光部品は赤外領域の
1.2μｍないし1.5μｍ帯を中心として用いられてお
り、既存の光素子部品との整合性も良くなる点も
大きなメリツトになる。
子、受光素子、結合器等の光部品は赤外領域の
1.2μｍないし1.5μｍ帯を中心として用いられてお
り、既存の光素子部品との整合性も良くなる点も
大きなメリツトになる。
現在赤色光および赤外線励起によつて燐蛍光を
発する既存の燐蛍光体の数は余り多くなく、エネ
ルギー収率の比較的低いアンチストークス発光燐
蛍光体の数種に限られる。
発する既存の燐蛍光体の数は余り多くなく、エネ
ルギー収率の比較的低いアンチストークス発光燐
蛍光体の数種に限られる。
例えば、希土類元素のイツテルビウム（Yb3+）
とエルビウム（Er3+）または、ツリウム
（Tm3+）または、ホルミウム（Ho3+）を付活体
として含み、これらの母体としては、希土類フツ
化物のフツ化ガドリウム（GdF3）、フツ化ランタ
ン（LaF3）、フツ化イツトリウム（YF3）、フツ
化ルテチウム（LuF3）あるいはアルカリ土類金
属元素のフツ化物フツ化カルシウム（CaF2）、あ
るいは１−酸化７−塩化イツトリウム（Y3OCl7）
が用い得る。
とエルビウム（Er3+）または、ツリウム
（Tm3+）または、ホルミウム（Ho3+）を付活体
として含み、これらの母体としては、希土類フツ
化物のフツ化ガドリウム（GdF3）、フツ化ランタ
ン（LaF3）、フツ化イツトリウム（YF3）、フツ
化ルテチウム（LuF3）あるいはアルカリ土類金
属元素のフツ化物フツ化カルシウム（CaF2）、あ
るいは１−酸化７−塩化イツトリウム（Y3OCl7）
が用い得る。
上記のような、燐蛍光体の代表的な特性を第３
図に示す。上記のように赤外線励起の場合には、
発光出力は大きくないものの、従来の紫外線照射
に比べて、伝送損失が小さく微小な変位信号も正
確に伝送可能になるので、計測性能は大きく高め
られる。そのため参照信号による出力補償も必要
なくなり、装置構成と信号処理は大幅に簡略化さ
れる。
図に示す。上記のように赤外線励起の場合には、
発光出力は大きくないものの、従来の紫外線照射
に比べて、伝送損失が小さく微小な変位信号も正
確に伝送可能になるので、計測性能は大きく高め
られる。そのため参照信号による出力補償も必要
なくなり、装置構成と信号処理は大幅に簡略化さ
れる。
また、励起光をパルス照射して残光時間の温度
変化を計測すれば、相対的に光強度の大きな入力
信号と、光強度の小さな出力信号を時系列的に分
離できるので、入力信号が出力信号の雑音となら
ず、高感度の検出ができる。
変化を計測すれば、相対的に光強度の大きな入力
信号と、光強度の小さな出力信号を時系列的に分
離できるので、入力信号が出力信号の雑音となら
ず、高感度の検出ができる。
≪実施例の説明≫
以下、この発明の一実施例を第４図乃至第６図
を参照して詳説する。
を参照して詳説する。
第４図Ａにおいて、前述のような赤外線励起を
行える燐蛍光体１をニトロセルロース中、または
ケイ酸塩結合剤中に分散させたものを被計測物雰
囲気中に置く。
行える燐蛍光体１をニトロセルロース中、または
ケイ酸塩結合剤中に分散させたものを被計測物雰
囲気中に置く。
そして、この燐蛍光体１に赤外線３を発生する
光源２を配置し、光源２からの赤外線３が第１の
光フアイバ４を介して、燐蛍光体１に照射される
ようにする。ここで、光源２はシフトレジスタ１
０の出力でパルス状に駆動される。
光源２を配置し、光源２からの赤外線３が第１の
光フアイバ４を介して、燐蛍光体１に照射される
ようにする。ここで、光源２はシフトレジスタ１
０の出力でパルス状に駆動される。
一方、燐蛍光体１から発生される燐蛍光６の残
光は、第２の光フアイバ７を介して直接検出器８
へと導かれる。
光は、第２の光フアイバ７を介して直接検出器８
へと導かれる。
この構成における動作は、第５図に示す如く、
任意のタイミングt0を経てタイミングt1で光源２
が、シフトレジスタ１０により駆動されて、第５
Ａに示す如く赤外線パルスが発生する。すると、
この赤外線パルスは燐蛍光体１に照射される。
任意のタイミングt0を経てタイミングt1で光源２
が、シフトレジスタ１０により駆動されて、第５
Ａに示す如く赤外線パルスが発生する。すると、
この赤外線パルスは燐蛍光体１に照射される。
しかる後、この燐蛍光体１は燐蛍光６を発光
し、第５図Ｂに示す如く、Ｏ−Ｐ−Ｑのように、
光強度の立上りを生じ、タイミングt2で赤外線パ
ルス照射が停止されると、その発光の残光は、曲
線Ｑ−Ｒ−Ｓのように減衰する。このとき、被計
測温度が変化すると、その発光特性は、T1、T2、
T3のように変化する。
し、第５図Ｂに示す如く、Ｏ−Ｐ−Ｑのように、
光強度の立上りを生じ、タイミングt2で赤外線パ
ルス照射が停止されると、その発光の残光は、曲
線Ｑ−Ｒ−Ｓのように減衰する。このとき、被計
測温度が変化すると、その発光特性は、T1、T2、
T3のように変化する。
そこで、各温度例えばT1の曲線で発光強度の
飽和点（最大値）の光量Itまたはパルスのタイミ
ングt2と発光強度Itの10％まで残光が減衰したタ
イミングt3の間の時間、すなわち残光時間ｔを計
測することによつて温度を知ることができる。
飽和点（最大値）の光量Itまたはパルスのタイミ
ングt2と発光強度Itの10％まで残光が減衰したタ
イミングt3の間の時間、すなわち残光時間ｔを計
測することによつて温度を知ることができる。
この場合残光時間ｔを利用する装置では、検出
器８には入出力信号を分離する手段、換言すれば
フイルタを必要としない。
器８には入出力信号を分離する手段、換言すれば
フイルタを必要としない。
そして、検出器８に検出される入出力信号を合
成した信号は、第５図Ｃに示す如く、Ｏ−P′−
Q′のような出力の構成となるが、Ｑ−Ｒ−Ｓの
残光特性は時系列的に分離されてそのまま検出で
きることが理解できる。
成した信号は、第５図Ｃに示す如く、Ｏ−P′−
Q′のような出力の構成となるが、Ｑ−Ｒ−Ｓの
残光特性は時系列的に分離されてそのまま検出で
きることが理解できる。
また、第４図Ａは、２線式フアイバ構成である
が、その入力信号と出力信号は、波長が異なつて
いるので、この２つの信号（入力信号と出力信
号）は、互いに容易に識別することができるの
で、第１および第２の光フアイバとして第４図Ｂ
のような単線式フアイバ１１を用い、ハーフミラ
ー１２、ミラー１３を介在しても良いことは勿論
である。
が、その入力信号と出力信号は、波長が異なつて
いるので、この２つの信号（入力信号と出力信
号）は、互いに容易に識別することができるの
で、第１および第２の光フアイバとして第４図Ｂ
のような単線式フアイバ１１を用い、ハーフミラ
ー１２、ミラー１３を介在しても良いことは勿論
である。
なお、上記した各実施例における燐蛍光体１の
組成にどのような材料を用いるかは設計の自由に
任される。また、燐蛍光体１に照射する照射光を
どの程度の波長にするかの選択も設計の自由に任
される。
組成にどのような材料を用いるかは設計の自由に
任される。また、燐蛍光体１に照射する照射光を
どの程度の波長にするかの選択も設計の自由に任
される。
以上詳細に説明したように、この実施例によれ
ば照射光が分散するのを防止して、光の結合損失
を少なくするとともに、紫外線を用いた場合のよ
うに、光フアイバのガラス組成に変化を生じさせ
て変色による透過特性劣化をきたすことがなく、
また光フアイバの長さを調整することにより計測
対象物の温度を遠隔測定することができ、さらに
励起光をパルス照射して残光時間の温度変化を計
測するため、相対的に光強度の大きな入力信号
と、光強度の小さな出力信号を時系列的に分離で
きるので、入力信号が出力信号の雑音とならず、
高感度の検出ができる。
ば照射光が分散するのを防止して、光の結合損失
を少なくするとともに、紫外線を用いた場合のよ
うに、光フアイバのガラス組成に変化を生じさせ
て変色による透過特性劣化をきたすことがなく、
また光フアイバの長さを調整することにより計測
対象物の温度を遠隔測定することができ、さらに
励起光をパルス照射して残光時間の温度変化を計
測するため、相対的に光強度の大きな入力信号
と、光強度の小さな出力信号を時系列的に分離で
きるので、入力信号が出力信号の雑音とならず、
高感度の検出ができる。
第１図は燐蛍光体の励起波長−発光特性の説明
図、第２図はグラスフアイバ伝達損失の波長に対
する特性図、第３図はこの発明に用いられる燐蛍
光体の温度と燐傾向の特性を示す図、第４図Ａは
この発明の一実施例を示す概略図、第４図Ｂはこ
の発明の他の実施例を示す概略図、第５図は第４
図の動作を説明するための波形図である。 １……燐蛍光体、２……光源、３……励起光、
４……第１の光フアイバ、５……熱エネルギー、
６……燐蛍光、７……第２の光フアイバ、８……
検出器、１０……シフトレジスタ。
図、第２図はグラスフアイバ伝達損失の波長に対
する特性図、第３図はこの発明に用いられる燐蛍
光体の温度と燐傾向の特性を示す図、第４図Ａは
この発明の一実施例を示す概略図、第４図Ｂはこ
の発明の他の実施例を示す概略図、第５図は第４
図の動作を説明するための波形図である。 １……燐蛍光体、２……光源、３……励起光、
４……第１の光フアイバ、５……熱エネルギー、
６……燐蛍光、７……第２の光フアイバ、８……
検出器、１０……シフトレジスタ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 計測対象物の熱量を受けるように配置され、
かつ赤色光または赤外線で励起可能な燐蛍光体
と、 パルス状に駆動される光源からの赤色光または
赤外線を伝達し、前記燐蛍光体に照射する第１の
光フアイバと、 前記燐蛍光体へのパルス照射終了後に発生する
残光を伝達する第２の光フアイバと、 この第２の光フアイバにより伝達された燐蛍光
の残光に応じて前記計測対象物の温度を測定する
検出器と、 を備えたことを特徴とする温度計測装置。 ２ 前記燐蛍光体は、希土類フツ化物を母体とし
てイツテルビウムとエルビウムを含ませたもので
あることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
載の温度計測装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56051997A JPS57166529A (en) | 1981-04-07 | 1981-04-07 | Method and device for measuring temperature |
| US06/738,512 US4710033A (en) | 1981-04-07 | 1985-05-28 | Temperature measurement system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56051997A JPS57166529A (en) | 1981-04-07 | 1981-04-07 | Method and device for measuring temperature |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57166529A JPS57166529A (en) | 1982-10-14 |
| JPS634653B2 true JPS634653B2 (ja) | 1988-01-29 |
Family
ID=12902481
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56051997A Granted JPS57166529A (en) | 1981-04-07 | 1981-04-07 | Method and device for measuring temperature |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4710033A (ja) |
| JP (1) | JPS57166529A (ja) |
Cited By (3)
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| US11353369B2 (en) | 2020-11-05 | 2022-06-07 | Accelovant Technologies Corporation | Optoelectronic transducer module for thermographic temperature measurements |
| US11359976B2 (en) | 2020-10-23 | 2022-06-14 | Accelovant Technologies Corporation | Multipoint surface temperature measurement system and method thereof |
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1981
- 1981-04-07 JP JP56051997A patent/JPS57166529A/ja active Granted
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1985
- 1985-05-28 US US06/738,512 patent/US4710033A/en not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57166529A (en) | 1982-10-14 |
| US4710033A (en) | 1987-12-01 |
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