JP2001194249A - 光ファイバ式温度計 - Google Patents

光ファイバ式温度計

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JP2001194249A
JP2001194249A JP2000006351A JP2000006351A JP2001194249A JP 2001194249 A JP2001194249 A JP 2001194249A JP 2000006351 A JP2000006351 A JP 2000006351A JP 2000006351 A JP2000006351 A JP 2000006351A JP 2001194249 A JP2001194249 A JP 2001194249A
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Japan
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temperature
bimetal
optical
optical fiber
sensor
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JP2000006351A
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English (en)
Inventor
Shuji Unno
修司 海野
Morio Matsushita
守夫 松下
Keisuke Fukuchi
圭介 福地
Kenichi Saito
健一 齋藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Densetsu Consultants Kk
Hitachi Cable Ltd
Foundation of River and Basin Integrated Communications
Original Assignee
Densetsu Consultants Kk
Hitachi Cable Ltd
Foundation of River and Basin Integrated Communications
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電磁ノイズに強く、多点化が極めて容易で、
自動連続測定が可能かつ軽量小型で設置場所を選ばない
光ファイバ式温度計を提供する。 【解決手段】 温度により形状変化するバイメタル1に
光式歪みセンサ2bを取り付け、この光式歪みセンサ2
bが検出する歪み量から温度を計測する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、温度計に係り、特
に、電磁ノイズに強く、多点化が極めて容易で、自動連
続測定が可能かつ軽量小型で設置場所を選ばない光ファ
イバ式温度計に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、温度を計測する計測器としては、
主に、以下の3つが知られている。
【0003】第1は、ガラス製の棒状温度計と呼ばれる
もので、目盛りが付けられたガラス棒の中に水銀やアル
コールを封入したものである。水銀やアルコールの膨張
収縮から目視により温度を読み取ることができる。
【0004】第2は、バイメタル式と呼ばれるもので、
線膨張係数の異なる2枚の金属板を張り合わてバイメタ
ルを構成したものである。温度変化によりバイメタルが
湾曲するので、その形状変化から温度を計測することが
できる。温度変化をバイメタルの湾曲という機械的な変
化に変換できるので、この機械的変化をカムやギアを介
してペンに伝え、このペンによりチャートに温度波形を
記録する自記式の温度計によく用いられる。
【0005】第3は、白金測温抵抗体を用いるもので、
温度変化により白金測温抵抗体の抵抗値が変化し、この
抵抗値変化を電気信号に変換することにより、温度を計
測することができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ガラス製の棒状温度計
は、目視により温度を読み取るものであるから、遠隔よ
り常時、温度を監視する目的にはそぐわない。
【0007】バイメタル式のものは、チャートに温度波
形を記録するものであるから、遠隔より常時、温度を監
視する目的にはそぐわない。ただし、バイメタルの形状
変化を電気信号に変換すれば、遠隔計測に利用すること
はできる。しかし、電気信号を伝送することになるので
長距離伝送は困難である。多点計測や長距離信号伝送を
行うためには、システムが複雑になる。
【0008】白金測温抵抗体を用いたものは、遠隔計測
に利用することができる。しかし、電気信号を伝送する
ことになるので長距離伝送は困難である。多点計測や長
距離信号伝送を行うためには、システムが複雑になる。
【0009】また、センサの方式によらず、電気信号を
使用するものは、電磁ノイズに弱いという問題がある。
【0010】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、電磁ノイズに強く、多点化が極めて容易で、自動連
続測定が可能かつ軽量小型で設置場所を選ばない光ファ
イバ式温度計を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、温度により形状変化するバイメタルに光式
歪みセンサを取り付け、この光式歪みセンサが検出する
歪み量から温度を計測するものである。
【0012】前記光式歪みセンサに光ファイバブラッグ
グレーティングを用いてもよい。
【0013】複数の前記光式歪みセンサを直列に接続し
た光ファイバを形成し、これら光式歪みセンサにそれぞ
れ前記バイメタルを取り付け、この光ファイバの一端よ
り各バイメタル設置箇所の温度を計測してもよい。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付
図面に基づいて詳述する。
【0015】図1に示されるように、本発明に係る温度
計のセンサ部は、線膨張係数の異なるバイメタル部材1
a,1bを張り合わせて板状のバイメタル1を構成し、
このバイメタル1の表面に光ファイバ2a及びその光フ
ァイバ2aの先端に形成された光式歪みセンサ2bを接
着固定したものである。周囲温度によりバイメタル1が
形状変化すると光式歪みセンサ2bに歪みが生じ、この
歪みにより光式歪みセンサ2bに光学的変化が生じ、こ
の光学的変化は光ファイバ2aの図外の一端より伝送光
の変化として検出され、その伝送光変化からバイメタル
1の周囲温度を計測することができる。
【0016】光式歪みセンサ2bには、例えば、光ファ
イバブラッググレーティング(Fiber Bragg Grating;以
下、FBGという)を用いる。FBGは、光ファイバ中
に、通常の光伝達部とは屈折率の異なった部分を周期的
に格子状に配置したグレーティングを設け、その配置周
期を反射させたい光の波長の1/2としたものであり、
前記反射させたい波長の光のみを反射させることができ
る。FBGは、主に光通信の分野で光ファイバ型のフィ
ルタとして使用されているが、近年では、光ファイバに
歪みが加わると格子間隔が変わって反射波長が変化する
ということを利用し、光ファイバ歪みセンサ(光式歪み
センサ)への用途が検討されている。
【0017】本発明では、FBGなどを光式歪みセンサ
2bとして用い、バイメタル1が温度変化によって湾曲
した際の歪み量を反射波長の変化に応じて検出し、その
歪み量から温度を計測する。FBGからの反射波長は、
電磁ノイズによって変化することはないので、電磁環境
に強い温度計が実現される。また、バイメタル1に光式
歪みセンサ2bを取り付けるだけなので、センサ部の軽
量小型化が容易となり、センサ部の設置場所をスペース
や重量の制約によらず選ぶことができる。また、遠隔よ
り常時、温度を監視するための連続自動化が容易となる
と共に、光信号を伝送することになるので長距離伝送に
好適である。
【0018】バイメタル1の温度測定範囲としては、通
常、約−20〜+40℃の60℃の範囲であり、精度は
±1℃である。一方、FBGの最小歪み精度は、現状で
±3マイクロ歪みであるので、60℃の範囲を±1℃の
精度で計測するには、バイメタル1によりFBGに最大
3×2×60=360マイクロ歪みが与えられるような
バイメタル部材1a,1bの組み合わせによりバイメタ
ル1を構成すればよい。このようにすれば、±1℃の温
度変化をFBGの最小歪み±3マイクロ歪みとして検出
することができる。
【0019】図2に、本発明を用いて気温を計測するシ
ステムを示す。
【0020】このシステムでは、前述の光式歪みセンサ
2b及び光ファイバ2aをバイメタル1に取り付けたセ
ンサ部を気温計測箇所に設置し、この光ファイバ2aの
一端を計測装置9に接続する。
【0021】計測装置9は、光源光を光ファイバ2aに
導き、光ファイバ2aからの反射戻り光を分離する光カ
プラ3と、光源光を供給する光源4と、反射戻り光の波
長(即ち、光式歪みセンサ2bの反射波長)を測定して
電気信号に変換する波長測定器5と、この反射波長に応
じた電気信号から光式歪みセンサ2bに加わっている歪
み量を演算する歪み演算部6と、その歪み量からバイメ
タル1の温度を演算して気温を求める気温演算部7と、
その気温を表示する気温表示部8とからなる。光源4に
は、LDやSLDを用いる。
【0022】光源4から出力された光は、光カプラ3及
び光ファイバ2aを経由して光式歪みセンサ2bに到達
する。光式歪みセンサ2bでは、バイメタル1の湾曲に
よって加えられた歪みに応じて反射波長が変化する。こ
の光式歪みセンサ2bからの反射戻り光は、光ファイバ
2a及び光カプラ3を経由して波長測定器5に到達す
る。波長測定器5では、反射戻り光の波長を測定して電
気信号に変換し、その電気信号を後段の歪み演算部6に
伝送する。歪み演算部6ではこの反射波長に応じた電気
信号から光式歪みセンサ2bに加わっている歪み量を演
算する。その後段の気温演算部7では前段の歪み演算部
6で演算した歪み量からバイメタル1の温度を演算す
る。このようにして気温が計測され、計測された気温が
気温表示部8に表示される。
【0023】なお、ここでは、光式歪みセンサ2bにF
BGを用いたが、光式歪みセンサ2bには他の歪みセン
サを利用することができる。例えば、ファブリ・ペロー
(Fabry-Perot )干渉計を用いた歪みセンサ、光ファイ
バ結合損失を用いた直接検波方式のものであってもよ
い。これらの歪みセンサを用いる場合、気温を計測する
システムには、おのおのの測定原理に応じた最適のもの
を用いる。
【0024】次に、多点の気温を計測するシステムを説
明する。
【0025】図3に示されるように、1本の光ファイバ
2a中の複数箇所にFBGを設けることによって、複数
の光式歪みセンサ2bが直列に接続された光ファイバ2
aを形成する。これらの光式歪みセンサ2bを一つずつ
気温計の光式歪みセンサとして利用する。即ち、図示の
ように、各光式歪みセンサ2bにそれぞれバイメタル1
を取り付ける。各バイメタル1のところで光式歪みセン
サ2bより遠端側の光ファイバを曲げ返して隣接のバイ
メタル1に渡らせる。この光ファイバ2aの一端より各
バイメタル設置箇所の温度を計測することができる。こ
のとき、それぞれの光式歪みセンサ2bからの反射戻り
光の波長が重ならないように、各光式歪みセンサ2bの
FBGの反射波長を少しずつ異ならせておく。計測装置
9では、各反射波長について、それぞれ反射戻り光の波
長の変化から気温を求める。このようにして、一台の計
測装置9で多点の気温を計測することが可能になる。
【0026】
【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮す
る。
【0027】(1)センサ部に光ファイバを用いたの
で、電磁ノイズに影響されずに計測を行うことができ
る。
【0028】(2)自動連続測定が可能となる。
【0029】(3)1本の光ファイバにより多数のセン
サ部を構成することができるので、多点測定が極めて容
易となる。
【0030】(4)センサ部が軽量小型化され、センサ
部の設置場所をスペースや重量の制約によらず選ぶこと
ができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示す温度計のセンサ部の
側面図である。
【図2】本発明を用いて気温を計測するシステムの構成
図である。
【図3】本発明を用いて多点の気温を計測するシステム
の構成図である。
【符号の説明】
1 バイメタル 1a,1b バイメタル部材 2a 光ファイバ 2b 光式歪みセンサ 9 計測装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 海野 修司 東京都千代田区麹町1丁目3番地 財団法 人 河川情報センター内 (72)発明者 松下 守夫 東京都千代田区神田錦町3丁目6番地 電 設コンサルタンツ株式会社内 (72)発明者 福地 圭介 茨城県日立市日高町5丁目1番1号 日立 電線株式会社オプトロシステム研究所内 (72)発明者 齋藤 健一 東京都千代田区丸の内二丁目1番2号 日 立電線株式会社内 Fターム(参考) 2F056 FM02 FM04 FM06 FM10 VF03 VF11 VF20 2F065 AA65 BB13 CC06 DD02 DD04 FF41 FF67 FF69 GG04 HH15 JJ00 KK01 LL02 MM16 MM26 PP22 QQ21 RR05 SS12 UU03 UU07

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 温度により形状変化するバイメタルに光
    式歪みセンサを取り付け、この光式歪みセンサが検出す
    る歪み量から温度を計測することを特徴とする光ファイ
    バ式温度計。
  2. 【請求項2】 前記光式歪みセンサに光ファイバブラッ
    ググレーティングを用いたことを特徴とする請求項1記
    載の光ファイバ式温度計。
  3. 【請求項3】 複数の前記光式歪みセンサを直列に接続
    した光ファイバを形成し、これら光式歪みセンサにそれ
    ぞれ前記バイメタルを取り付け、この光ファイバの一端
    より各バイメタル設置箇所の温度を計測することを特徴
    とする請求項1又は2記載の光ファイバ式温度計。
JP2000006351A 2000-01-12 2000-01-12 光ファイバ式温度計 Pending JP2001194249A (ja)

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