JPS63502531A - 光ファイバ温度計または温度警告装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 光フアイバ温度計または温度警告装置 この発明は、光ファイバを使用する温度計または温度警告装置に関するものであ る。

工業ならびに技術における数多くの監視作業において、温度が与えられた量温度 を越えたとき、警告がなされるように温度を測定することが必要である。勿論、 このような閾警告は、プリセットされた温度を越えると、警告がなされる閾検知 の電子回路の通常の電子温度計から得ることができる。

しかしながら、所謂、電子温度計の使用を差し控えたいとする種々の状況がある 。その理由は、そのような装置は、原則として、電圧が印加される導電性測定ピ ックアップまたはセンサを含むからである。このような配慮がなされる測定の典 型的な目的は、例えば、易燃性の化学品を納めた倉庫、例えば、オイルタンク、 オイルジスターン、粉体貯蔵庫などである。このような条件においては、導電性 のピックアップのリードは、火花を発生しやすく、貯蔵空間での出火を招き、災 害をもたらす。

勿論、そのような状況下であっても、温度上昇に絶えず追随し、与えられた臨界 温度を越えれば、警告がなされるようにプログラムすることができる、光ファイ バを利用の所謂、温度ピックアップを使用するこは可能である。

通常に知られているように、光ファイバを使用する温度計のような測定装置は、 光ファイバそれ自身が絶縁体であり、爆発の危険性がある環境に危険な状況を作 り出す回路の短絡や火花などの有害な電気現象を発生することしかしながら、現 在技術の光フアイバ温度計は、複雑で、高価なものであり、これが、その使用を 制限している。

他方、熱電対、サーミスタまたはＮＴＣとＰＴＣ抵抗要素などのコンベンショナ ルな動電気技術を用いる温度計は、比較的安く、出火や爆発の危険性がない限り において監視問題に対する信頼のある解決を与える。特に、ＰＴＣとＮＴＣ抵抗 は、これらの抵抗の抵抗値が各種の温度範囲において温度関数として最も強力に 変化するため、警告タイプの温度検知を行なうことが可能である。

現在知られている光フアイバ温度計は、光が光ファイバによって測定セルへ送ら れ、該セルにおける物質が一方方向的に温度に反応し、その結果、温度変化が光 学手段により観察できるという理論に基づく。

現在知られている一つの方法は、光による蛍光現象の温度依存を使用することで ある。明暗度が温度の上昇にしたがい減少することは、よく知られている事実で ある。

市販されている測定装置のあるものは、この現象に基づくものである。

さらにまた、所謂、液晶の特性が温度に依存し、液晶を使用して温度計を作るこ とも知られている。液晶は、薄いフィルムで一種の干渉現象を起し、液晶フィル ムの色彩が温度のファンクションとして所望のＢｗｌで変化するように見える。

液晶で構成されたペイントタイプのものが知られ、これは、対象物にコートして 使用することができ、光ファイバが与える手段による変化する色彩を観察するこ とができる。しかしながら、液晶物質は、寿命が長くないこと：年と共に分解す ることに注意しなければならない。

この発明においては、前記したものとは異なり、与えられたスペース尚の温度観 察に用いることができ、与えられたクリテカルな値を温度が越えると警告する光 フアイバ温度計が記載されている。これらのクリテカルな値は、センサそれ自体 に置かれた物質に依存し、それが故に、それらは、信頼性が高く、再現性が高い 。何故ならば、電子的に設定された閾値のポテンシャルクリープに何らの考慮も 払う必要がないからである。換言すれば、同値は、センサの物質それ自体の物質 パラメータから得ることができる。ここに提示されるピックアップは、後から明 らかとなるなように、さらに信頼性が高く、簡単で、経済的である。

ピックアップの操作方法をよりよく理解するために、つぎのような状況、即ち、 ガラス試験管の中に雪が詰めこまれている状況を考える。例えば、細いレーザー 光線を該試験管に向けると、光線は、該試験管を通過しないことが判明する：光 は、すべて雪の表面で散乱する。よく知られているように、雪は、白く、したが って、入射光のほとんどすべてを散乱する。しかしながら、試験管の内容物を加 温し、雪が内部で溶けると、すべての光は、通過することができ、試験管の表面 から光を散乱させて戻すものはない。このような場合、温度が雪の融点である０ ℃以上に上昇したことを知る。そして、光の伝達が０℃温度のスレショールド指 示として取ることができることがフォローする。勿論、光が光ファイバにより誘 導され、光の伝達が他の光ファイバで観察できれば、それが光ファイバ・スレシ ョールド検知器を構成することになることは、明らかである。

この発明においては、前記した物質が充填された別個のセンサハウジングが使用 され、その光学特性が光ファイバによりモニターされる。光フアイバトランスミ ッタとレシーバは、よく知られているものであるが、これらは、この発明の重要 な部材を構成する。前記のセンサハウジングには、当該物質にとり特有のある温 度以上になると、溶解し、透明となり、融点以下の温度であれば、固体で、入射 された光の大部分を散乱反射する物質が充填される。

例として砂崩ステアリン酸が挙げられる。これは、融点以下であると、白く、ミ ルキー状であって、すべての光を散乱反射する。それが溶けると、砂崩ステアリ ン酸は、水のように透明でクリアとなり、すべての光を通す。固形状態の砂崩ス テアリン酸は、大きなナンバーの種類のマイクロクリスタルを含み、これが光を 散乱し、キャンドルのような外観の白さとなる。他方、砂崩ステアリン酸は、明 確な融点（約５８℃）をもち、これ以上であると、透明になる。異なった融点を もつ数多くの砂崩ステアリン酸が利用でき、その結果、適当なアラーム・スレシ ョールド温度が容易に見出だすに充分である。パラフィン、ワックス、ある種の 脂肪とオイルのような他の類似した物質もある。プラスチックスのあるものもそ れらが溶けるとミルキー状からクリアになる（例えば、ポリエチレン）、このよ うに、適当な物質と融点温度または相を変える温度の選択が充分にすぎるほど存 在する。さらにまた、結晶が溶けると、光を通すか、または、光を散乱しなくな るような光散乱結晶をある種のオイルに混合することも可能である。この発明に おいては、光散乱における変化を観察し、関係物質の融点または他の相の変化す る点における光伝達の変化を観察するために光ファイバが用いられる。

このタイプのピックアップが単純な自然現象に基づくこととにより、比較的簡単 で、経済的で操作に信頼性があることは、前記記述から明らかである。

光ファイバを使用する、この発明の温度計または熱警告装置は、光を光ファイバ にそって伝送ファイバの末端にある測定ヘッドへ送る光ファイバ光トランスミッ タと、同じ測定ヘッドと光ファイバで接続する光フアイバレシーバとからなる測 定装置であって、測定ヘッドは、ある量温度以下であると、伝送ファイバからの 入射光線をレシービング・ファイバへ戻すように散乱させ、＠温度以上であると 、光散乱特性を失うか、または、透明に変化して、伝送ファイバからの光が最早 レシービング・ファイバへ散乱されない特性の光散乱物質が充填されているセル または中空エンクロージャからなり、物質に対する量温度特性の限界を越えたこ とが戻り散乱光の消失と眼光による信号の消失として光フアイバレシーバにおい て観測できることを特徴とするものである。

この発明をよりよく理解するために、関連した構成解決は、つぎのちのにおいて より詳細に行なわれる。最初の観察：光フアイバトランスミッタとレシーバとは 、それら自体知られているものであり、完成されたユニットとして商業的に入手 できるものである；したがって、それらが本発明の部分を構成するとしても、こ こでは、さらに詳細には、説明しない。

この発明は、添附の図面の図に提示されている、この発明を限定することを意味 するものではない、この発明のある有利な実施例に関して詳細に記載される。

第１図は、二つの別個な光ファイバを用いた、この発明のサーモメータまたは温 度警告装置の略図的な形態における有利な実施例を示すものである。

第２図は、一本の光ファイバを用いた、この発明のサーモメータまたは温度警告 装置の略図的な形態における第２の有利な実施例を示すものである。

第３図は、光ファイバにより光伝送を直接に利用する、この発明のサーモメータ または温度警告装置の略図的な形態における第３の有利な実施例を示すものであ る。

第１図において、光ファイバ光トランスミッタは、光を適当な波長で伝送する。

多くの場合、所謂、発光ダイオードランプからの可視光線で充分であるが、例え ば、近赤外光線も使用できる。光ファイバ光トランスミッタ１からの光線は、フ ァイバ２にそって、例えば、砂崩ステアリン酸のような適当な物質７が充填密閉 されている、例えば、側歪セル６である測定ヘッド５へ進む。伝送ファイバ２内 の光線は、砂崩ステアリン酸で散乱し、その一部が測定セル６に接続の第２の光 ファイバ４へ入射され、該ファイバにそって光フアイバレシーバ３へ達し、そこ での光は、電子光学において知られている手段により電子信号へ変換される。砂 崩ステアリン酸の溶融点になったときは、該物質の結晶性が消え、これが光フア イバレシーバ３の電子回路により警告信号として示される。

このタイプの警告装置において、温度が警告間以下のときに常に信号がレシーバ ３に受けられることに注目すべきである。これは、所謂、クローズドサーキット （継続電流）理論として特徴づけることができる：リターンの光信号を受ければ 、すべてが０にである：光信号が消えれば、同温度を越えたか、または、光ファ イバが故障したかのいずれかであって、その状態は、どの場合でも注意が要求さ れ□る。

第２図においては、一つの光ファイバのみを含む構成が示され、ある状況下にお いては、より使いやすいものである。この構成においては、光ファイバ光トラン スミッタ８は、光フアイバレシーバ９も同様に一つで、同じファイバ１１に接続 され、所謂、半透明ミラーを使用しているものである。ファイバ１１にそって進 む光は、前記の実施例におけると同様な測定セル１２に到着する。そして、条件 が量温度以下であれば、測定セル１２内の硬度ステアリン酸または均等の光敗活 ４物質が光を散乱させ、ファイバ１１を介して光をレシーバ９へ戻し、そこで光 信号の有無が従来公知の方法により電子的に検出される。

このじっそいれいにおいて使用されている半透明ミラー１０は、電子光学におい てそれ自体知られている構造のものであるから、特別な説明は、不要である。

第３図においては、第３実施例が示されており、そこでは、ファイバオブチック ・トランスミッタ１３が測定セル１６と光ファイバ１５によっ＼ファイバオブチ ック・レシーバ１４に接続し、測定セル１６内の物質が溶解または透明になった とき、トランスミッタ１３がらの光が測定セル１６を通過してレシーバ１４へ進 み、これにょつ溶融を惹起する量温度をレシーバ１４に電子的に記録することが できる。

さらに、関係範囲において溶融が生ずる融点をもつパラフィンや硬度ステアリン 酸のような多くのワックスがか使用できることに注目すべきである。硬度ステア リン酸の共通の融点は、温度５８．６８ならびに１８℃であり、これらは、例え ば、モニター操作の点からみて、極めて有用な範囲にある。所謂、マイクロクリ スタリン・ステアリン・ワックスも使用でき、これらは、より高い範囲の融点を もつ。さらにまた、例えば、パラフィンも数多くの有用な融点をもつ。これらの 融点は、通常、全く安定であって、例えば、気圧の変化もほとんど影響しない。

硬度ステアリン酸や他のワックスもまた耐久性に富む安定な物質であって、長い 時間、溶融状態にあっても、経時的には化学的変化の少ないものである。さらに 、測定セルは、緊密にシールすることができ、他の溶剤化学品がスベシメンを破 壊したり、変化させることができない。

ピックアップを油中に浸すには、特別な保護が要求されるが、この状態は、この 発明の必須部分ではないことを理解されるべきである。硬度ステアリン酸とワッ クスは、電界と磁界に対し不感性のものである。さらにまた、例えば、ワックス の溶融ならびに固化プロセスは、ある種の脂層現象を含み、これは、警告作動応 用においての利点にほかならないことが注目される。

国除調査報告 ｋｌｆｉａｍＭＩ　ＡＩ＃＊１１６ｆｉ　１１゜ＰｃＴ／ｒｉｏ７，１０００ｚ ｃ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．光を光ファイバ（２）にそって伝送ファイバ（２）の末端にある測定ヘッド （５）へ送る光ファイバ光トランスミッタ（１）と、同じ測定ヘッド（５）と光 ファイバ（４）で接続する光ファイバレシーバ（３）とからなる測定装置であっ て、測定ヘッド（５）は、ある閾温度以下であると、伝送ファイバ（２）からの 入射光線をレシービング・ファイバ（４）へ戻すように散乱させ、閾温度以上で あると、光散乱特性を失うか、または、透明に変化して、伝送ファイバ（２）か らの光が最早レシービング・ファイバ（４）へ散乱されない特性の光散乱物質（ ７）が充填されているセルまたは中空エンクロージャ（６）からなり、物質（７ ）に対する閾温度特性の限界を越えたことが戻り散乱光の消失と該光による信号 の消失として光ファイバレシーバ（３）において観測できることを特徴とする光 ファイバを用いた温度計または温度警告装置。 ２．光ファイバトランスミッタ（８）と光ファイバレシーバ（９）とからなり、 これらは、半透明のミラー（１０）を介して一本のファイバ（１１）に組合わさ れ、該ファイバは、ある閾温度以下であると、ファイバ（１１）からの光をファ イバ（１１）へ戻し、このルートで光レシーバ）９）へ散乱させ、レシービング ・ファイバ（４）へ戻すように散乱させ、ある閾温度以上であると、光散乱特性 を失うか、または、透明に変化する特性の光散乱物質（７）が充填されているセ ルまたは中空エンクロージャ（２）に接続し、前記閾温度特性の限界を越えたこ とが戻り散乱光の消失として光レシーバ（９）において観測できることを特徴と する光ファイバを用いた温度計または温度警告装置。 ３．別個の光ファイバトランスミッタ（１３）とレシーバ（１４）とが光ファイ バ（１５）を介して測定セルまたは中空エンクロージャ（１６）に接続し、測定 セル（１６）内の物質に対する閾温度以上であると、測定セル（１６）内の物質 が光に対し透明となり、閾温度の限界を越えたことが光信号による電子信号の増 加として、レシーバ（１４）において観測できることを特徴とする光ファイバを 用いた温度計または温度警告装置。 ４．測定セルまたは中空エンクロージャにおける物質がパラフィン、硬脂ステア リン酸、アラスチックまたは他の同効物質で、その光散乱特性が該物質に対する 画温度特性以下であると、高く、該物質に対する閾温度特性以上であると、該物 質は、光散乱特性を失うか、または、透明になるものであることを特徴とする請 求の範囲１〜３のいずれか一つによる光ファイバを用いた温度計または温度警告 装置。