JP3000840B2 - 温度検知装置 - Google Patents

温度検知装置

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JP3000840B2
JP3000840B2 JP5347583A JP34758393A JP3000840B2 JP 3000840 B2 JP3000840 B2 JP 3000840B2 JP 5347583 A JP5347583 A JP 5347583A JP 34758393 A JP34758393 A JP 34758393A JP 3000840 B2 JP3000840 B2 JP 3000840B2
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一宏 浅田
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Sumitomo Wiring Systems Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、線状長尺物の温度検
知に適用される光ファイバを用いた温度検知装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、線状長尺物の温度を検知する場
合、半導体温度センサなどのいわゆる集中定数型の温度
センサにより線状長尺物の温度をその長手方向に亘って
検知することが行われているが、複数個の温度センサを
線状長尺物に沿って配列しなければならず、温度センサ
を多数必要とし、各温度センサの出力を処理する回路も
複雑になるため、全体的な構成が複雑化すると共に、ノ
イズの影響を受けて誤動作を生じ易いという不都合があ
った。
【0003】そこで、線状長尺物の温度検知に好適な温
度検知装置として、光ファイバを用いた分布定数型の温
度検知装置が提案されており、これは線状長尺物の温度
上昇に伴う光ファイバの後方散乱光の変化を検出して線
状長尺物の異常温度等を検知するものであるが、この場
合光ファイバの後方散乱光がそもそも微弱であるため、
その変化を検出するためには複雑,高価な検出手段が必
要になる。
【0004】一方、同様に光ファイバを用いた温度検知
用の手段として、実公昭62−3761号公報に記載の
ように、温度により変色する感温発色層を光ファイバの
コアの外周に設けることが行われている。
【0005】即ち、図13(a),(b)に示すよう
に、コア1aの外周に蒸着或いは塗布によって感温発色
層1bを設け、この感温発色層1bの外周にクラッド1
cを設け、さらにその外周にシース1dを設けて光ファ
イバ1を構成し、このような光ファイバ1に白色光源等
による光を入射し、発色した感温発色層1bによる特定
波長の光吸収等による減衰作用により、光ファイバ1か
らの出射光の波長変化を検出するようになっている。
【0006】他方、特開昭64−32132号公報に記
載の温度センサ光ケーブルが提案されており、これは図
14に示すように、コア及びクラッドからなる温度検知
光ファイバ3の外周にアルミニウム,銅,銀などの熱の
良導体金属からなる金属被覆層4を形成しており、この
金属被覆層4により、光ファイバ3の長手方向に熱が伝
達されるため、局所的に温度上昇があっても、長手方向
への熱伝導によって温度上昇範囲が広がり、感度の向上
が図れるというものである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前者の公報
に記載のように感温発色層1bを設けた光ファイバ1を
用いても、線状長尺物が局所的に温度上昇して光ファイ
バ1の変色範囲,即ち温度上昇範囲が狭い場合、出射光
の変化は微小であるため、異常温度を確実に検知するこ
とができないという不都合がある。
【0008】また、光源の輝度が変動した場合や、温度
検知用の光ファイバ1の配設経路の途中で光ファイバ1
に屈曲等の変形が加えられた場合等でも出射光の強度が
変化するため、線状長尺物の温度が上昇していないにも
拘らずこれを温度上昇として検知してしまい、誤動作を
起こすおそれがある。
【0009】一方、後者の公報に記載のように金属被覆
層4を設けた場合、光ファイバ3の外周に直接金属被覆
層4を設けているため、光ファイバ3の長手方向と同時
に光ファイバ3の中心方向へも熱が伝わり、光ファイバ
3が通常耐熱性を有していないことから、異常温度上昇
を検知するまでに光ファイバ3のクラッド,コアが高熱
によるダメージを受けて信頼性を損うという問題があ
る。
【0010】また、光ファイバ3に直接金属被覆層4を
形成するため、光ファイバ3が傷つくことがあり、伝送
損失の増加を招く原因となるおそれがある。
【0011】さらに、光ファイバ3が石英系光ファイバ
であれば、比較的容易に金属被覆層4を形成できるが、
プラスチック系光ファイバであると金属被覆層4を形成
するのが困難である。
【0012】そこでこの発明は、上記のような問題点を
解消するためになされたもので、信頼性を損うことなく
感度の向上を図れ、更に誤動作の防止も図れるようにす
ることを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
温度検知用光ファイバと、前記光ファイバの光入射端に
設けられ前記光ファイバに光を入射する光源と、前記光
ファイバの光出射端に設けられ前記光ファイバの出射光
強度に応じた受光信号を出力する受光部とを備え、前記
光ファイバが、温度上昇により特定波長の光に対して光
吸収が変化し易い色に変色する感温変色材を含む変色部
を有するコアと、前記コアの外周に設けられたクラッド
と、前記クラッドの外周に被覆された第1のシースと、
前記第1のシースの外周に密着して被覆された前記第1
のシースより熱伝導率の高い材質からなる第2のシース
とにより構成されていることを特徴としている。
【0014】また、請求項2記載のように、基準用光フ
ァイバと,温度上昇により特定波長の光に対して光吸収
が変化し易い色に変色する感温変色材を含む変色部を温
度検知用光ファイバとを集合し外被により被覆して一体
化した光ファイバケーブルと、光源と前記光源と前記光
ファイバケーブルの入射端との間に設けられ前記光源の
光を2方向に分岐して前記基準用光ファイバ及び前記温
度検知用光ファイバの入射端それぞれに入射する光分岐
器と、前記光ファイバケーブルの出射端に設けられ前記
基準用光ファイバ及び前記温度検知用光ファイバそれぞ
れの出射光の光強度に比例した受光信号を出力する2個
の受光部とを備え、前記光ファイバケーブルの前記外被
の外周に、この外被よりも熱伝導率の高い材質からなる
シースを設けるとよい。
【0015】
【作用】請求項1記載の発明においては、変色部を有す
るコアの外側にクラッド、第1のシース及び第1のシー
スより熱伝導の良い第2のシースを形成したため、局所
的な温度上昇の発生時に、熱伝導の良い第2のシースに
より光ファイバの長手方向に熱が素早く伝達され、光フ
ァイバの中心方向へは第2のシースよりも熱伝導の悪い
第1のシースにより長手方向に比べてゆっくりと熱が伝
わり、光ファイバのクラッド,コアがダメージを受ける
前に光ファイバの長手方向に熱が伝わって広い範囲に亘
り光ファイバが温度上昇する。
【0016】また、請求項2記載の発明においては、光
源からの光を光分岐器で分岐しているため、光源の輝度
が変動した場合には、温度検知用光ファイバの出射光の
光強度の変動の割合と基準用光ファイバの出射光の光強
度の変動の割合とが同じになり、また屈曲等の外力が加
えられた場合には、温度検知用光ファイバと基準用光フ
ァイバの出射光の光強度の変化の割合と基準用光ファイ
バの出射光の光強度の変化の割合とが同じになり、一方
温度上昇の場合には、温度検知用光ファイバの感温変色
材が発色,変色するため、温度が上昇する前後での温度
検知用光ファイバの出射光の光強度の変動の割合は、基
準用光ファイバの出射光の光強度の変動の割合と異な
る。
【0017】従って、温度検知用光ファイバの出射光の
光強度と、基準用光ファイバの出射光の光強度との比を
とれば、温度上昇による出射光の光強度の変動と温度上
昇とそれ以外の原因とによる出射光の光強度の変動を明
確に区別することが可能になり、誤動作を防止できる。
【0018】この場合も、請求項1記載の発明の場合と
同様、局所的な温度上昇が発生したときに、熱伝導の良
いシース及びこれよりも熱伝導の悪い外被によって、両
光ファイバが熱のダメージを受けることなく長手方向へ
の広い温度上昇範囲が得られる。
【0019】
【実施例】
(第1実施例)図1はこの発明の第1実施例の一部の断
面図、図2は全体の概略図である。
【0020】全体構成を示す図2において、11は図示
されていない電線等の線状長尺物に沿って配設される光
ファイバ、12は光ファイバ11の光入射端に設けられ
白色光或いは単色光を光ファイバ11に入射する光源、
13はフォトダイオード,フォトトランジスタ等の受光
素子からなる受光部であり、光ファイバ11の光出射端
に設けられ、出射光強度に応じた受光信号を出力する。
【0021】このとき、光源12を単色光光源とする場
合には、赤色LED、緑色LED等の発光素子を用いれ
ばよい。
【0022】そして、光ファイバ11は詳細には図1に
示すように構成されており、コア11aと、コア11a
の中心部に形成され温度上昇により光源12からの光の
特定波長に対して光吸収が変化し易い色に変色する感温
変色材を含む変色部11bと、コア11aの外周に設け
られたクラッド11cと、このクラッド11cの外周に
被覆された第1のシースである樹脂シース11dと、樹
脂シース11dの外周に密着して被覆された前記樹脂シ
ース11dより熱伝導率の高いアルミニウム,銅,銀な
どの金属からなる第2のシースである金属シース11e
とからなる。
【0023】ところで、コア11aの中心部に感温変色
材を含む変色部11bを形成する方法の一例として、例
えば内径が2mm,外径3mmのフッ素系樹脂からなる
クラッド11cとしての樹脂チューブ内にシリンジを用
いて透明のシリコーンを流し込んでコア11aを形成
し、続いてこの樹脂チューブ内にシリンジを用いて感温
変色材を含むシリコーンを流し込んで変色部11bを形
成すればよい、。
【0024】このとき、樹脂チューブ内に流し込んだシ
リコーンは、チューブの内壁面で摩擦を受けて先へ進み
にくくなり、続いて流し込んだ感温変色材入りのシリコ
ーンは、コア11aの中心部に相当する部分を円滑に進
み、結果として図1に示す構造が得られる。
【0025】尚、上記したようにコア11aの形成の
後、樹脂チューブを取り除き、空気層又はコア11aと
屈折率差の大きい材質をクラッド11cとして置き換え
てもよい。
【0026】ところで、光源12からの光と感温変色材
との組合わせは例えば表1に示すものが望ましく、光源
12には白色光のほか赤色光,緑色光,黄色光などの単
色光を用いるとよく、感温変色材としては、表1に示す
ように高温になることによって発色,変色,消色するも
のが好ましい。
【0027】
【表1】
【0028】そして表1は、各色の入射光を使用した状
態で感温変色材の色が変化(例えば無色から赤色へ変
化)したときの、変色前,変色後における出射光の色と
出射光量とを示しており、特に出射光量は変色前を基準
としたときの変色後の光量変化を表わし、例えば“緑色
小”とは緑色成分の光量が変化前より減少することを示
し、“緑色大”とは緑色成分の光量が変化前より増加す
ることを示している。
【0029】なお、表1中の変化前とは常温時、変色後
とは例えば60℃以上の高温時の状態をそれぞれ表わし
ている。
【0030】また、感温変色材の材料は光源12との関
係で変色前後で光吸収が変化する材料を選択すればよ
く、例えば光源12に赤色光を用いたときには、その波
長域において通常吸収のない無色や赤色等から赤色光が
吸収される緑色や黒色その他の色に可逆的に変化するも
のが望ましく、具体的には表2に示す材料を用いればよ
く、表2に示す如く高温になることによって無色から赤
色に変色するものとして、PSD−R(フルオラン系ロ
イコ化合物)と没食子酸ラウリルとトルエンとを用いれ
ばよいが、特に表2に示す材質に限定されるものではな
い。
【0031】
【表2】
【0032】従って、図1に示すように温度検知用光フ
ァイバ11を構成したため、局所的な温度上昇の発生時
に、熱伝導の良い金属シース11eにより光ファイバ1
1の長手方向に熱が素早く伝達され、光ファイバ11の
中心方向へは金属シース11eより熱伝導の悪い樹脂シ
ース11dにより長手方向に比べてゆっくりと熱が伝わ
り、光ファイバ11のクラッド11c,コア11aがダ
メージを受ける前に光ファイバ11の長手方向に熱が伝
わって広い範囲に亘り光ファイバ11が温度上昇し、感
度の向上を図ることができ、線状長尺物が局所的に異常
温度上昇したときでも、確実にかつ信頼性良く異常温度
を検知できる。
【0033】なお、コア11aに感温変色材を分散して
も同様の効果が得られる。
【0034】(第2実施例)図3はこの発明の第2実施
例の一部の断面図である。
【0035】図3において、図1と同一記号は同一のも
の若しくは相当するものを示し、図1を相違するのは、
コア11aの外周に変色部11fを設け、この変色部1
1fの外周にクラッド11cを形成したことである。
【0036】ところで、変色部11fを形成する方法と
して、図1の場合と同様、例えば内径が2mm,外径が
3mmのフッ素系樹脂からなるクラッド11cとしての
樹脂チューブ内にシリンジを用いて感温変色材を含むシ
リコーンを流し込んで変色部11fを形成し、続いて樹
脂チューブ内にシリンジを用いてシリコーンを流し込ん
でコア11aを形成すればよい。
【0037】このとき、最初に樹脂チューブ内に流し込
んだ感温変色材を含むシリコーンは、樹脂チューブの内
壁面で摩擦を受けて先に進みにくくなり、次に流し込ん
だシリコーンは、先に流し込んだシリコーンの中心部を
円滑に進み、結果として図3に示す構造が得られる。
【0038】このように、コア11aの外周に変色部1
1fを形成した光ファイバ11を用いても、第1実施例
と同等の効果を得ることができる。
【0039】(第3実施例)図4はこの発明の第3実施
例の全体の概略図、図5は図4の一部の断面図、図6、
図7は図5のそれぞれ異なる一部の断面図である。
【0040】図4に示すように、光源21からの光が光
分岐器22により2方向に分岐され、電線等の線状長尺
物(図示せず)に沿って配設された光ファイバケーブル
23を構成する基準用光ファイバ24及び温度検知用光
ファイバ25に光分岐器22により分岐された光がそれ
ぞれ入射され、両光ファイバ24,25の出射光が第
1,第2受光部26,27によりそれぞれ受光され、両
受光部26,27から両光ファイバ24,25の出射光
の光強度に比例した受光信号が出力され、図4には示さ
れていない処理回路により、両受光部26,27からの
受光信号の比が導出され、この比の変化の有無から線状
長尺物の所定値以上への温度上昇の有無が検出される。
【0041】このとき、光源21は白色光源でも単色光
源でもよく、単色光源とする場合には、変色LED,緑
色LED等や各色レーザダイオード等の発光素子を用い
ればよい。
【0042】また、第1,第2受光部26,27には、
フォトダイオードやフォトトランジスタ等の取扱い容易
な受光素子を用いるのがよい。
【0043】ところで、光ファイバケーブル23は図5
に示すように構成され、例えば基準用光ファイバ24
と、温度上昇により特定波長の光に対して光吸収が変化
し易い色に変色する感温変色材を含む変色部をコアの内
部に有する温度検知用光ファイバ25とがひとつに集合
され、ポリエチレン,ポリプロピレン,塩化ビニル等の
外被28により、光ファイバケーブル23全体が断面円
形となるように両光ファイバ24,25が被覆されて一
体化され、更に外被28の外周に外被28よりも熱伝導
率の高いアルミニウム,銅,銀などの金属からなる金属
シース29が形成されている。
【0044】このとき、両光ファイバ24,25は撚り
合わせ、或いは撚り合わせずにそのまま平行にして集合
してもよい。
【0045】そして、基準用光ファイバ24及び温度検
知用光ファイバ25の詳細構成について説明すると、基
準用光ファイバ24は、図6に示すようにコア24aの
外周にクラッド24bが形成され、クラッド24bの外
周に樹脂シース24cが形成されて構成されており、温
度検知用光ファイバ25は第1実施例とほぼ同様で、図
7に示すようにコア25aの中心付近に変色部25bが
形成され、コア25aの外周にクラッド25cが形成さ
れ、クラッド25cの外周に樹脂シース25dが形成さ
れて構成されている。
【0046】なお、変色部25cに用いる感温変色材は
第1実施例と同様である。
【0047】このように、光源21からの光を光分岐器
22で分岐しているため、光源21の輝度が変動した場
合には、温度検知用光ファイバ25の出射光の光強度の
変動の割合と基準用光ファイバ24の出射光の光強度の
変動の割合とが同じになり、また屈曲等の外力が加えら
れた場合には、温度検知用光ファイバ25と基準用光フ
ァイバ24の出射光の光強度の変化の割合と基準用光フ
ァイバ24の出射光の光強度の変化の割合とが同じにな
り、一方温度上昇の場合には、温度検知用光ファイバ2
5の感温変色材が発色,変色する。
【0048】そこで、温度検知用光ファイバ25の出射
光の光強度と、基準用光ファイバ24の出射光の光強度
との比をとることによって、温度上昇による出射光の光
強度の変動と温度上昇とそれ以外の原因とによる出射光
の光強度の変動を明確に区別することが可能になり、誤
動作を防止できる。
【0049】しかも、線状長尺物の局所的な温度上昇が
発生したときに、熱伝導の良い金属シース29及びこれ
よりも熱伝導の悪い外被28によって、両光ファイバ2
4,25が熱のダメージを受けることなく長手方向への
広い温度上昇範囲が得られ、第1実施例と同様、線状長
尺物の局所的異常温度上昇時でも、確実にかつ信頼性良
く異常温度を検知できる。
【0050】(第4ないし第7実施例)図8ないし図1
1は、それぞれこの発明の第4ないし第7実施例の温度
検知用光ファイバの断面図を示し、第3実施例における
温度検知用光ファイバ25に代えて使用されるものであ
る。
【0051】第4実施例では、図8に示すように、第3
実施例における温度検知用光ファイバ25(図7参照)
の樹脂シース25dを削除し、変色部25bを中心部に
有するコア25aとクラッド25cとにより構成した温
度検知用光ファイバ31を用いている。
【0052】第5実施例では、図9に示すように、第3
実施例における温度検知用光ファイバ25(図7参照)
の変色部25bに代え、コア25aの外周に変色部32
を形成した温度検知用光ファイバ33を用いている。
【0053】第6実施例では、図10に示すように、上
記第5実施例における温度検知用光ファイバ33(図9
参照)のクラッド25c及び樹脂シース25dを削除し
た温度検知用光ファイバ34を用いている。
【0054】第7実施例では、図11に示すように、上
記第5実施例における温度検知用光ファイバ33(図9
参照)の樹脂シース25dを削除した温度検知用光ファ
イバ35を用いている。
【0055】従って、これら第4ないし第7実施例によ
れば、第3実施例と同等の効果を得ることができる。
お、第3実施例では、温度検知用光ファイバ25自体が
金属シース29よりも熱伝導率の低い外被28によって
被覆されているため、この温度検知用光ファイバ25に
代えて、第4,第6及び第7実施例のように、樹脂シー
ス25dを削除した温度検知用光ファイバ31,34,
35を用いても第3実施例と同等の効果を得ることがで
きる
【0056】(第8実施例)図12はこの発明の第8実
施例の基準用光ファイバの断面図を示し、第3実施例に
おける基準用光ファイバ24に代えて使用されるもので
ある。
【0057】図12に示すように、第3実施例における
基準用光ファイバ24(図6参照)の樹脂シース24c
を削除した基準用光ファイバ36を用いており、第3実
施例と同等の効果を得ることができる。
【0058】なお、第8実施例における基準用光ファイ
バ36と第4ないし第7実施例における温度検知用光フ
ァイバ31,33,34,35それぞれを選択的に組合
わせて光ファイバケーブルを構成してもよいのは勿論で
ある。
【0059】また、第1,第2実施例では、第2のシー
スを金属シースとした場合について説明したが、金属以
外のダイヤモンド,サファイヤなどのセラミックス系等
の金属以外の高熱伝導材を用いて第2のシースを構成し
てもよく、第3ないし第8実施例における金属シースに
代え、このようなセラミックス系等の金属以外の高熱伝
導材を用いたシースを外被28の外周に形成してもよい
のは勿論である。
【0060】さらに、この発明はプラスチック光ファイ
バにも適用することができ、樹脂シースや外被を設けて
いるため、金属シース、その他の高熱伝導のシースを容
易に形成することが可能である。
【0061】
【発明の効果】以上のように、請求項1記載の発明によ
れば、変色部を有するコアの外側にクラッド、第1のシ
ース及びこの第1のシースの外周に密着して第1のシー
スより熱伝導率の高い第2のシースを被覆したため、局
所的な温度上昇の発生時に、第1のシースよりも熱伝導
率の高い第2のシースにより光ファイバの長手方向に熱
が素早く伝達される一方で、光ファイバの中心方向へは
第1のシースよりも熱伝導率の低い第1のシースにより
長手方向に比べてゆっくりと熱が伝わる。従って、温度
検知用光ファイバのクラッド,コアが熱によりダメージ
受ける前に光ファイバの長手方向に広い範囲に亘り光
ファイバを温度上昇させることができ、感度の向上を図
ることが可能となり、確実にかつ信頼性良く線状長尺物
の異常温度上昇を検知することができる。
【0062】また、請求項2記載の発明においては、上
記と同様の効果が得られるのは勿論のこと、温度検知用
光ファイバの出射光の光強度と、基準用光ファイバの出
射光の光強度との比をとれば、温度上昇による出射光の
光強度の変動を温度上昇とそれ以外の原因とによる出射
光の光強度の変動を明確に区別することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1実施例の一部の断面図である。
【図2】第1実施例の全体の概略図である。
【図3】この発明の第2実施例の一部の断面図である。
【図4】この発明の第3実施例の全体の概略図である。
【図5】第3実施例の一部の断面図である。
【図6】図5の一部の断面図である。
【図7】図5の他の一部の断面図である。
【図8】この発明の第4実施例の一部の断面図である。
【図9】この発明の第5実施例の一部の断面図である。
【図10】この発明の第6実施例の一部の断面図であ
る。
【図11】この発明の第7実施例の一部の断面図であ
る。
【図12】この発明の第8実施例の一部の断面図であ
る。
【図13】従来例の概略図である。
【図14】他の従来例の断面図である。
【符号の説明】
11,25,31,33〜35 温度検知用光ファイバ 11a コア 11b,11f,25b,32 変色部 11c クラッド 11d 樹脂シース(第1のシース) 11e 金属シース(第2のシース) 12,21 光源 13 受光部 22 光分岐器 23 光ファイバケーブル 24,36 基準用光ファイバ 28 外被 29 金属シース
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−223632(JP,A) 特開 平2−35323(JP,A) 特開 平4−357427(JP,A) 実開 平3−33342(JP,U) 実開 平5−11035(JP,U) 実公 昭62−3761(JP,Y2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01K 11/12 G02B 6/02

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 温度検知用光ファイバと、前記光ファイ
    バの光入射端に設けられ前記光ファイバに光を入射する
    光源と、前記光ファイバの光出射端に設けられ前記光フ
    ァイバの出射光強度に応じた受光信号を出力する受光部
    とを備え、 前記光ファイバが、温度上昇により特定波長の光に対し
    て光吸収が変化し易い色に変色する感温変色材を含む変
    色部を有するコアと、前記コアの外周に設けられたクラ
    ッドと、前記クラッドの外周に被覆された第1のシース
    と、前記第1のシースの外周に密着して被覆された前記
    第1のシースより熱伝導率の高い材質からなる第2のシ
    ースとにより構成されていることを特徴とする温度検知
    装置。
  2. 【請求項2】 基準用光ファイバと,温度上昇により特
    定波長の光に対して光吸収が変化し易い色に変色する感
    温変色材を含む変色部を有する温度検知用光ファイバと
    を集合し外被により被覆して一体化した光ファイバケー
    ブルと、光源と、前記光源と前記光ファイバケーブルの
    入射端との間に設けられ前記光源の光を2方向に分岐し
    て前記基準用光ファイバ及び前記温度検知用光ファイバ
    の入射端それぞれに入射する光分岐器と、前記光ファイ
    バケーブルの出射端に設けられ前記基準用光ファイバ及
    び前記温度検知用光ファイバそれぞれの出射光の光強度
    に比例した受光信号を出力する2個の受光部とを備え、 前記光ファイバケーブルの前記外被の外周に、この外被
    よりも熱伝導率の高い材質からなるシースを被覆した
    とを特徴とする温度検知装置。
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