JPS6378031A - 光温度センサ - Google Patents
光温度センサInfo
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- JPS6378031A JPS6378031A JP22219686A JP22219686A JPS6378031A JP S6378031 A JPS6378031 A JP S6378031A JP 22219686 A JP22219686 A JP 22219686A JP 22219686 A JP22219686 A JP 22219686A JP S6378031 A JPS6378031 A JP S6378031A
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- optical fiber
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- sensing
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Landscapes
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
- Radiation Pyrometers (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〕
本発明は温度により屈折率が変化する媒質を用いて温度
を測定する光温度センサに関する。
を測定する光温度センサに関する。
光フアイバ式温度センサとしては第1表に示すものが開
発あるいは研究されているが、その多くは下記のような
問題点を含んでいる。
発あるいは研究されているが、その多くは下記のような
問題点を含んでいる。
これらのうち、ホトルミネンセンス形は、マイコン処理
が必要であり、装置が大型化する。熱膨張形は、水銀柱
、またはバイメタルを使用して、温度変化を機械的変位
から電気信号に変換し、熱電対形は温度変化を直接電気
量変化として求めるが、前者は機械的な衝撃に弱く、ま
た両者共信号伝送中において電磁誘逗を受は易く、なお
、装置が大型化する。キュリ一点形は、検出温度に幅が
あり、さらに設定温度を変えるには磁性体小片をキュリ
一点の異なる他の材料に替える必要があり、操作が繁雑
である。光吸収形は、温度との直線性に改善の余地があ
る。干渉形は、温度の絶対値を測定するので、スタート
時の温度を何らかの手段で検出する必要があり、さらに
、振動、圧力などの影響にも敏感であるので、温度情報
のみを安定して検出しようとすると、センサ系を防振台
に設置する必要性が生ずる。
が必要であり、装置が大型化する。熱膨張形は、水銀柱
、またはバイメタルを使用して、温度変化を機械的変位
から電気信号に変換し、熱電対形は温度変化を直接電気
量変化として求めるが、前者は機械的な衝撃に弱く、ま
た両者共信号伝送中において電磁誘逗を受は易く、なお
、装置が大型化する。キュリ一点形は、検出温度に幅が
あり、さらに設定温度を変えるには磁性体小片をキュリ
一点の異なる他の材料に替える必要があり、操作が繁雑
である。光吸収形は、温度との直線性に改善の余地があ
る。干渉形は、温度の絶対値を測定するので、スタート
時の温度を何らかの手段で検出する必要があり、さらに
、振動、圧力などの影響にも敏感であるので、温度情報
のみを安定して検出しようとすると、センサ系を防振台
に設置する必要性が生ずる。
以下余白
この表に記載していない他の形式として媒体の屈折率の
温度特性に応じた漏れる光量の変化を検知する光フアイ
バ式温度センサがあり、これには次の特許が公告されて
いる。
温度特性に応じた漏れる光量の変化を検知する光フアイ
バ式温度センサがあり、これには次の特許が公告されて
いる。
特公昭56−112620号の温度センサは、第3図に
示すように、光発生部1、光ファイバ3、光の角度をス
キャンさせる反射体12、温度変化に伴って屈折率が変
化するプリズム14、プリズム14より小さい屈折率を
有する固体15、および受光信号を出力する手段2を有
し、スキャン中にプリズム14と低屈折率固体15との
境界面で全反射し、さらに反射鏡9で反射されて戻る時
間を測定することにより、プリズム14の温度変化に伴
う屈折率変化を検知するものである。
示すように、光発生部1、光ファイバ3、光の角度をス
キャンさせる反射体12、温度変化に伴って屈折率が変
化するプリズム14、プリズム14より小さい屈折率を
有する固体15、および受光信号を出力する手段2を有
し、スキャン中にプリズム14と低屈折率固体15との
境界面で全反射し、さらに反射鏡9で反射されて戻る時
間を測定することにより、プリズム14の温度変化に伴
う屈折率変化を検知するものである。
しかし、この装置は次の問題点を有する。
第1に、センシング片としてプリズム14が固体の光学
ガラスであり、その屈折率の温度係数dn/dtが+1
0−’deg −’〜+10−’deg −’程度であ
る。
ガラスであり、その屈折率の温度係数dn/dtが+1
0−’deg −’〜+10−’deg −’程度であ
る。
これに対して、多くの有機液体は屈折率の温度係数が−
3,5Xl0−’deg −1〜−5,5Xl0−’d
eg −’であるのでセンシング材料として、液体を用
いたものより感度が低い。
3,5Xl0−’deg −1〜−5,5Xl0−’d
eg −’であるのでセンシング材料として、液体を用
いたものより感度が低い。
第2にプリズム、レンズ、ミラー、およびスキャン反射
体に高度な技術を必要とする高価な材料を多く用いてお
り、汎用性が低いばかりでなく、系が複雑で大型化する
。
体に高度な技術を必要とする高価な材料を多く用いてお
り、汎用性が低いばかりでなく、系が複雑で大型化する
。
特公昭57−79416号の温度センサは、第4図に示
すように、光ファイバ3のクラッドおよび外被を除去し
た光フアイバコア5の外側を、これより屈折率が小さく
かつ屈折率が温度によって変化するセンシング媒質7が
囲み、この媒質との界面において漏れた残りの光量を受
光部2で検知して、温度を求める。
すように、光ファイバ3のクラッドおよび外被を除去し
た光フアイバコア5の外側を、これより屈折率が小さく
かつ屈折率が温度によって変化するセンシング媒質7が
囲み、この媒質との界面において漏れた残りの光量を受
光部2で検知して、温度を求める。
この装置も次の問題点を有する。
第1に光ファイバのクラッドおよび外被を除去すること
によって光フアイバコア5の耐久性が低下する。
によって光フアイバコア5の耐久性が低下する。
第2に、センシング媒質7によって囲まれる光フアイバ
コア5の形状が固定されていないので、光フアイバコア
5は屈曲が一定でなく、結果として光量の安定性、再現
性が低い。またセンシング媒質7の中で、からまって切
れる恐れがある。
コア5の形状が固定されていないので、光フアイバコア
5は屈曲が一定でなく、結果として光量の安定性、再現
性が低い。またセンシング媒質7の中で、からまって切
れる恐れがある。
第3にセンシング媒質7の量が多いため、センシング媒
質7の近傍の温度変化に対して感度が低い。
質7の近傍の温度変化に対して感度が低い。
さらに特公昭5B −2627号の温度センサは、第5
図に示すように、屈折率の温度係数が光ファイバ3と異
なる物質からなるセンシングガラス片17、およびバン
ドル光ファイバ16を有し、これらの間の界面を通過す
る光量を反射体9で反射させて、近傍の温度を求める。
図に示すように、屈折率の温度係数が光ファイバ3と異
なる物質からなるセンシングガラス片17、およびバン
ドル光ファイバ16を有し、これらの間の界面を通過す
る光量を反射体9で反射させて、近傍の温度を求める。
この装置も次の問題点を有する。
第1に温度センサの感度を上げる手段として、センシン
グガラス片17と、バンドル光ファイバ16との接触面
積を大きくするために単一光ファイバでなく、バンドル
光ファイバを用いているので、全体の系が大きい。
グガラス片17と、バンドル光ファイバ16との接触面
積を大きくするために単一光ファイバでなく、バンドル
光ファイバを用いているので、全体の系が大きい。
第2に、センシングガラス片17をバンドル光ファイバ
16に融着等により接着しているが、理想的な状態で接
着することは不可能であり、空隙が生ずるか、またはバ
ンドル光ファイバ16が変形するか、どちらかの欠点を
生ずる。
16に融着等により接着しているが、理想的な状態で接
着することは不可能であり、空隙が生ずるか、またはバ
ンドル光ファイバ16が変形するか、どちらかの欠点を
生ずる。
第3に、固体のセンシングガラス片17を用いているこ
とであり、前述のように、センシング材料としては、固
体は液体より感度が低い。
とであり、前述のように、センシング材料としては、固
体は液体より感度が低い。
本発明の目的は、センサ近傍の温度に対する感度が高く
、温度変化に対応する感度の変化が大きく、測定値の安
定性および再現性に優れ、かつ耐久性および汎用性を有
する小型で簡略化された安価な光温度センサを提供する
ことである。
、温度変化に対応する感度の変化が大きく、測定値の安
定性および再現性に優れ、かつ耐久性および汎用性を有
する小型で簡略化された安価な光温度センサを提供する
ことである。
上記問題点は、コア5およびクラッド6からなる光ファ
イバ3の長さの一部分が、所定の曲率半径を有する剛性
のある伝熱性シース管8で囲まれて円弧状に弯曲してお
り、このシース管8と光ファイバ3との間に、センシン
グ媒質7として、屈折率が光ファイバ3のクラッド6よ
り小さくかつ屈折率が温度によって変化する有持媒質が
介在することを特徴とする光温度センサ。
イバ3の長さの一部分が、所定の曲率半径を有する剛性
のある伝熱性シース管8で囲まれて円弧状に弯曲してお
り、このシース管8と光ファイバ3との間に、センシン
グ媒質7として、屈折率が光ファイバ3のクラッド6よ
り小さくかつ屈折率が温度によって変化する有持媒質が
介在することを特徴とする光温度センサ。
光ファイバのセンシング部が弯曲しているので、センシ
ング媒質の屈折率の温度変化に対する感度が生じ、この
センシング媒質を屈折率の温度変化が大きい有機液体と
するので、感度を高めることができ、かつセンシング部
を剛性のある伝熱性シース管で包囲するので、所定の曲
率半径の弯曲を固定することができ、これによって測定
値の安定性および再現性を高め、しかもセンシング媒質
の量が極めて小量たとえば10−2〜10− ’ cI
lですむので感度を高めることができる。なおセンシン
グ部は光ファイバからクラッドを除去しないので、製作
を簡略化し、製品に耐久性を与える。
ング媒質の屈折率の温度変化に対する感度が生じ、この
センシング媒質を屈折率の温度変化が大きい有機液体と
するので、感度を高めることができ、かつセンシング部
を剛性のある伝熱性シース管で包囲するので、所定の曲
率半径の弯曲を固定することができ、これによって測定
値の安定性および再現性を高め、しかもセンシング媒質
の量が極めて小量たとえば10−2〜10− ’ cI
lですむので感度を高めることができる。なおセンシン
グ部は光ファイバからクラッドを除去しないので、製作
を簡略化し、製品に耐久性を与える。
センシング媒質の有機液体は、屈折率が光フアイバクラ
ッドより小さく、温度によって変化することが必須であ
り、なお屈折率の温度係数が大きく、変質せず、光フア
イバクラッドに損傷を与えないものが好ましい。エチル
アルコール、エチルエーテル、または50%グリセリン
水溶?夜が適当である。
ッドより小さく、温度によって変化することが必須であ
り、なお屈折率の温度係数が大きく、変質せず、光フア
イバクラッドに損傷を与えないものが好ましい。エチル
アルコール、エチルエーテル、または50%グリセリン
水溶?夜が適当である。
プラスチック光ファイバ(三菱レーヨン■製、商品名エ
スカ5K40、直径1m5)の長さ]、mを使用した。
スカ5K40、直径1m5)の長さ]、mを使用した。
この光ファイバ3は、高純度のメチルメタクリレート系
樹脂(PMMA)をコア材5とし、特殊なふっ素糸樹脂
をクラツド材6としたものである。
樹脂(PMMA)をコア材5とし、特殊なふっ素糸樹脂
をクラツド材6としたものである。
センシング媒質7として50%グリセリン水溶液を充填
した外、’(k2.0鰭、内掻1.31mのアルミニウ
ム管8を曲率半径4璽謙の円弧状とし、これに光ファイ
バ3を通してセンシング部4を形成した。
した外、’(k2.0鰭、内掻1.31mのアルミニウ
ム管8を曲率半径4璽謙の円弧状とし、これに光ファイ
バ3を通してセンシング部4を形成した。
センシング部4は、第1図(a)に示す実施態様では半
円弧とし、ここで漏れた残りの光量を受光部2に導いて
測定した。
円弧とし、ここで漏れた残りの光量を受光部2に導いて
測定した。
第1図(b)に示す実施態様ではセンシング部4を4分
の1円弧として、端に反射鏡9を付け、センシング部4
に光を往復させて漏れた残りの光量を測定した。第2図
はこれらのセンシング部4の断面を示す。
の1円弧として、端に反射鏡9を付け、センシング部4
に光を往復させて漏れた残りの光量を測定した。第2図
はこれらのセンシング部4の断面を示す。
測定の結果、20〜60℃の温度範囲で、温度分解能0
.6℃程度で検知できることがわかった。なお、分解能
の算出には、光ファイバの透過率の温度依存性について
補正した。
.6℃程度で検知できることがわかった。なお、分解能
の算出には、光ファイバの透過率の温度依存性について
補正した。
本発明の温度センサは機械的衝撃に強く、電磁誘導の影
響を受けることが少ない、従って安定した信頼性があり
、小型で簡略化され、かつ可撓性があるので汎用性に優
れ、安価で耐久性がある利点を有する。
響を受けることが少ない、従って安定した信頼性があり
、小型で簡略化され、かつ可撓性があるので汎用性に優
れ、安価で耐久性がある利点を有する。
第1図(a)および(b)は本発明の光温度センサの実
施態様の側面図であり、 第2図は第1図の光温度センサのセンシング部の線n−
n拡大横断面図である。 第3図〜第5図は従来の光フアイバ式温度センサの説明
図である。 1・・・発光部、 2・・・受光部、3・・・
光ファイバ、 4・・・センシング部、5・・・
コア、 6・・・クラット、7・・・セン
シング媒質、 8・・・シース管、9・・・反射鏡、 lO・・・フユーズドカップラー、 11・・・ハーフミラ−1 12・・・光の角度をスキャンさせる反射体、13・・
・レンズ、 14・・・プリズムセンシング片、 I5・・・低屈折率固体、 16・・・バンドル光ファイバ、 17・・・センシングガラス片。 本発明の光温度センサの実施態様の側面同第 1 図 第 2 図 従来の光ファイバ温度上/す 第3図 第4図
施態様の側面図であり、 第2図は第1図の光温度センサのセンシング部の線n−
n拡大横断面図である。 第3図〜第5図は従来の光フアイバ式温度センサの説明
図である。 1・・・発光部、 2・・・受光部、3・・・
光ファイバ、 4・・・センシング部、5・・・
コア、 6・・・クラット、7・・・セン
シング媒質、 8・・・シース管、9・・・反射鏡、 lO・・・フユーズドカップラー、 11・・・ハーフミラ−1 12・・・光の角度をスキャンさせる反射体、13・・
・レンズ、 14・・・プリズムセンシング片、 I5・・・低屈折率固体、 16・・・バンドル光ファイバ、 17・・・センシングガラス片。 本発明の光温度センサの実施態様の側面同第 1 図 第 2 図 従来の光ファイバ温度上/す 第3図 第4図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、コア5およびクラッド6からなる光ファイバ3の長
さの一部分が、所定の曲率半径を有する剛性のある伝熱
性シース管8で囲まれて円弧状に弯曲しており、このシ
ース管8と光ファイバ3との間に、センシング媒質7と
して、屈折率が光ファイバ3のクラッド6より小さくか
つ屈折率が温度によって変化する有機媒質が介在するこ
とを特徴とする光温度センサ。 2、有機媒質がエチルアルコール、エチルエーテル、ま
たは50%グリセリン水溶液である、特許請求の範囲第
1項記載の光温度センサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22219686A JPS6378031A (ja) | 1986-09-22 | 1986-09-22 | 光温度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22219686A JPS6378031A (ja) | 1986-09-22 | 1986-09-22 | 光温度センサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6378031A true JPS6378031A (ja) | 1988-04-08 |
Family
ID=16778649
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP22219686A Pending JPS6378031A (ja) | 1986-09-22 | 1986-09-22 | 光温度センサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6378031A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5306088A (en) * | 1992-01-29 | 1994-04-26 | Siemens Aktiengesellschaft | Method and apparatus for monitoring the temperature in a turbine component |
-
1986
- 1986-09-22 JP JP22219686A patent/JPS6378031A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5306088A (en) * | 1992-01-29 | 1994-04-26 | Siemens Aktiengesellschaft | Method and apparatus for monitoring the temperature in a turbine component |
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