JPH06221927A - Optical fiber thermometer - Google Patents
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- JPH06221927A JPH06221927A JP5031186A JP3118693A JPH06221927A JP H06221927 A JPH06221927 A JP H06221927A JP 5031186 A JP5031186 A JP 5031186A JP 3118693 A JP3118693 A JP 3118693A JP H06221927 A JPH06221927 A JP H06221927A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は光ファイバ温度計、特
に高温における耐久性の向上に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical fiber thermometer, and more particularly to improvement of durability at high temperature.
【０００２】[0002]
【従来の技術】光ファイバは小型で熱容量が小さいとと
もに温度絶縁性が良いため、光ファイバを使用した温度
計が各種の用途に利用されている。従来、光ファイバを
利用した温度計としては、光ファイバを導波路として使
用し、測温部にはレンズ系を使用した放射温度計や、光
ファイバを導波路とともに測温部として使用した放射温
度計や、光ファイバの後方レ−リ散乱,ラ−マン散乱の
散乱計数が温度に依存することを利用して温度分布を測
定するＯＴＤＲ（Optical Time Domain Refrectometry)
手法を用いた分布型の温度計等が使用されている。2. Description of the Related Art Since an optical fiber is small, has a small heat capacity, and has a good temperature insulating property, a thermometer using the optical fiber is used for various purposes. Conventionally, as a thermometer using an optical fiber, an optical fiber is used as a waveguide and a radiation thermometer that uses a lens system for the temperature measuring unit, and a radiation temperature that uses an optical fiber as a temperature measuring unit together with the waveguide. OTDR (Optical Time Domain Refrectometry), which measures temperature distribution by utilizing the temperature dependence of the scattering coefficient of backward Raleigh scattering and Raman scattering of optical fiber
A distributed thermometer using the method is used.
【０００３】光ファイバを導波路とともに測温部として
使用した放射温度計には、例えば特開昭62−19727号公
報に開示された温度計のように、光ファイバを連続的に
供給しながら、その先端部を測定部、例えば金属の溶湯
に直接挿入し、光ファイバを通過した赤外線のエネルギ
を検出して温度を測定する方法と、光ファイバの先端部
を金属管で塞ぎ、測定部に挿入した金属管内面から発す
る光を光ファイバに入射し、その光の強度から温度を測
定する方法とが使用されている。A radiation thermometer using an optical fiber as a temperature measuring section together with a waveguide, while continuously supplying the optical fiber as in the thermometer disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 62-19727, A method of measuring the temperature by directly inserting the tip into a measuring part, for example, a molten metal, detecting the energy of infrared rays that have passed through the optical fiber, and closing the tip of the optical fiber with a metal tube and inserting it into the measuring part. The light emitted from the inner surface of the metal tube is incident on the optical fiber, and the temperature is measured from the intensity of the light.
【０００４】このような温度計には通常のビニ−ル被覆
光ファイバや、通信用の石英で形成されたＧＩファイバ
（コア径50μｍ，クラッド径125μｍ）にシリコン樹脂
を被覆した光ファイバをそのまま、あるいはＳＵＳ３０
４，ＳＵＳ３０６などの鉄系のステンレス管で被覆した
金属管被覆光ファイバ等が使用している。また、分布型
の温度計としては一般の通信用の光ファイバや、高温用
としてカ−ボン被覆光ファイバをステンレス管で被覆し
た金属管被覆光ファイバ等が使用されている。For such a thermometer, an ordinary vinyl coated optical fiber or an optical fiber obtained by coating a silicon resin on a GI fiber (core diameter 50 μm, clad diameter 125 μm) formed of quartz for communication, Or SUS30
4, a metal tube coated optical fiber coated with an iron-based stainless tube such as SUS306 is used. Further, as the distributed type thermometer, an optical fiber for general communication, a metal tube coated optical fiber in which a carbon coated optical fiber for high temperature is coated with a stainless tube, and the like are used.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】上記のように導波路と
して光ファイバを使用し、測温部にレンズ系を使用した
放射温度計においては、レンズ系を200℃程度以下の温
度に保ちながら温度測定をする必要があり、溶鋼などの
溶融金属の温度を測定する場合にはレンズ系を冷却装置
で冷却しながら測定する必要があり、装置が複雑になる
とともに設置場所にも大きな制約があるという短所があ
った。As described above, in the radiation thermometer using the optical fiber as the waveguide and the lens system in the temperature measuring section, the temperature is maintained while keeping the temperature of the lens system at about 200 ° C. or lower. It is necessary to measure, and when measuring the temperature of molten metal such as molten steel, it is necessary to measure while cooling the lens system with a cooling device, which complicates the device and greatly limits the installation location. There was a disadvantage.
【０００６】これに対して石英で形成された光ファイバ
を測温部とした場合は耐熱限界がレンズ系より高く、か
つ光ファイバの先端が溶損して消耗してもそのまま使用
できるから、例えば特開昭62−19727号公報に開示され
ているように、光ファイバを300mm／時間の速度で徐々
に下降させながら連続的に溶融金属等の測定物内に挿入
して温度を測定することができる。On the other hand, when an optical fiber made of quartz is used as the temperature measuring portion, the heat resistance limit is higher than that of the lens system, and even if the tip of the optical fiber is melted and consumed, it can be used as it is. As disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 62-19727, the temperature can be measured by gradually inserting an optical fiber into a measurement object such as a molten metal while gradually lowering it at a speed of 300 mm / hour. .
【０００７】しかしながら通常のビニ−ル被覆光ファイ
バを高温になっている測定物の表面に近付けると被覆が
燃えだし、光ファイバの芯線だけになってしまい強度が
著しく低下し、外力により光ファイバに損傷を与える危
険性がある。However, when an ordinary vinyl-coated optical fiber is brought close to the surface of an object to be measured, which has a high temperature, the coating begins to burn and only the core of the optical fiber is reduced, so that the strength is remarkably reduced and the optical fiber is applied to the optical fiber. There is a risk of damage.
【０００８】通信用のＵＶ被覆光ファイバをステンレス
管で被覆した金属管被覆光ファイバは光ファイバを金属
管で保護しているため、光ファイバ自体に損傷を与えず
に高温の測定物に近づけたり挿入することができ、測定
時間が数秒であれば1600〜1800℃の高温測定を行なうこ
とができる。このＵＶ被覆光ファイバをステンレス管で
被覆した金属管被覆光ファイバの先端部を1200℃の温度
に設定した光ファイバ温度校正炉に挿入してＳｉ素子を
有する放射温度計により炉内温度を測定した結果を図７
に示す。図７のＡに示すように炉内温度が1200℃の一定
であっても指示温度Ｂは測定開始から徐々に低下し、約
120分後からは急激に低下している。この金属管被覆光
ファイバを光ファイバ温度校正炉から取り出してみると
鉄系のステンレスからなる金属管は酸化してから剥離
し、表面がぼろぼろになっていた。A metal tube-coated optical fiber in which a UV-coated optical fiber for communication is coated with a stainless tube protects the optical fiber with a metal tube, so that the optical fiber itself can be brought close to a high temperature object without damage. It can be inserted, and if the measurement time is a few seconds, high temperature measurement of 1600-1800 ℃ can be performed. The tip of the metal tube coated optical fiber in which this UV coated optical fiber was coated with a stainless tube was inserted into an optical fiber temperature calibration furnace set to a temperature of 1200 ° C., and the temperature inside the furnace was measured by a radiation thermometer having a Si element. Figure 7
Shown in. As shown in A of FIG. 7, even if the furnace temperature is constant at 1200 ° C., the indicated temperature B gradually decreases from the start of measurement,
It decreased sharply after 120 minutes. When this metal tube-coated optical fiber was taken out from the optical fiber temperature calibration furnace, the metal tube made of iron-based stainless steel was oxidized and then peeled off, and the surface was shattered.
【０００９】これらの原因は次のような理由と考えられ
る。ＵＶ被覆の被覆材は可燃物であり400〜500℃で軟化
し、高温に保つと炭化したり、空気中では簡単に燃えた
りする。また粘着性も持つ。測定開始から約120分の間
に、高温に保ったときの炭化が不均一に発生して光ファ
イバの先端部にマイクロクラックが発生し、光ファイバ
の透過率が徐々に低下して指示温度が徐々に低下する。
また、鉄系のステンレスは1000℃以上出は酸化が激し
く、表面から剥離が生じ機械的強度も著しく低下する。
このため1200℃の温度に長時間保ったために表面が酸化
して剥離しぼろぼろになってしまった。この引き抜いた
金属管被覆光ファイバを先端から15ｃｍの所で切断して
光ファイバを抜こうとしたが、金属管から光ファイバを
抜くことはできなかった。このことは炭化したＵＶ被覆
により光ファイバと金属管とが固着していることを示し
ており、この固着するときのマイクロベンドと、光ファ
イバと金属管の熱膨張率の差が大きいことによる光ファ
イバの断線による測温点である温接点の位置ずれによ
り、測定開始から約120分経過したときに指示温度が急
激に低下したものと考えられる。このようにＵＶ被覆光
ファイバをステンレス管で被覆した金属管被覆光ファイ
バの先端部を1200℃の温度内に挿入して温度を測定する
と測定開始から約60分後には指示温度が10℃程度低下
し、約160分後には50℃程度低下してしまい、高温の測
定物の温度を長時間安定して測定することは実用上困難
であった。It is considered that these causes are as follows. UV coating materials are flammable materials that soften at 400-500 ° C and carbonize when kept at a high temperature or easily burn in air. It also has adhesiveness. About 120 minutes after the start of measurement, carbonization when kept at a high temperature occurs unevenly, microcracks occur at the tip of the optical fiber, the transmittance of the optical fiber gradually decreases, and the indicated temperature increases. Gradually decreases.
Further, iron-based stainless steel is severely oxidized at 1000 ° C. or higher, and peeling occurs from the surface, resulting in a marked decrease in mechanical strength.
For this reason, the temperature was kept at 1200 ° C. for a long time, so that the surface was oxidized and peeled off and became shabby. The optical fiber coated with the metal tube that was pulled out was cut at a distance of 15 cm from the tip to pull out the optical fiber, but the optical fiber could not be pulled out from the metal tube. This indicates that the optical fiber and the metal tube are fixed to each other by the carbonized UV coating, and the light due to the large difference in the coefficient of thermal expansion between the microbend and the optical fiber at the time of the fixing and the metal tube. It is probable that the indicated temperature dropped sharply about 120 minutes after the start of measurement due to the displacement of the hot junction, which is the temperature measurement point due to fiber breakage. When the tip of the metal tube coated optical fiber in which the UV coated optical fiber is coated with a stainless steel tube is inserted into the temperature of 1200 ° C and the temperature is measured, the indicated temperature drops by about 10 ° C about 60 minutes after the start of measurement. However, after about 160 minutes, the temperature decreased by about 50 ° C., and it was practically difficult to stably measure the temperature of the high temperature measurement object for a long time.
【００１０】また、分布型の温度計の高温用として開発
されたカ−ボン被覆光ファイバ（200/250μｍ）をＳＵ
Ｓ３０４のステンレス管（外径0.9ｍｍ,内径0.7ｍｍ）
で被覆した金属管被覆光ファイバを使用し、その先端部
を1200℃の温度に設定した光ファイバ温度校正炉に挿入
して炉内温度を測定したときの指示温度の変化を図８に
示す。図８のＢに示すように、金属管被覆光ファイバを
光ファイバ温度校正炉に挿入して測定開始した直後の20
分間で指示温度が約100℃低下してしまう。この理由
は、被覆材であるカ−ボンが加熱されると光ファイバの
材料である石英との熱膨張率の差により被覆材にクラッ
クが入り石英と分離する。この状態は顕微鏡で確認でき
る。そして無数に分離した被覆材が石英光ファイバを取
り囲むことになり、光ファイバにマイクロベンディング
が発生し、透過率の低下を生じて指示温度の低下を招い
た考えられる。なお、この場合には、金属管と光ファイ
バの癒着，固着は生じていなかった。このようにカ−ボ
ン被覆光ファイバをステンレス管で被覆した金属管被覆
光ファイバは、例えば1200℃の高温内に挿入すると指示
温度が実際の温度より急激に低下するため、高温の測定
物の温度を長時間安定して測定することはできなかっ
た。Further, a carbon-coated optical fiber (200/250 μm) developed for high temperature of a distributed type thermometer is used as SU.
S304 stainless steel tube (outer diameter 0.9mm, inner diameter 0.7mm)
FIG. 8 shows the change in the indicated temperature when the temperature inside the furnace is measured by using the metal tube-coated optical fiber coated with 1. and inserting the tip end thereof into the optical fiber temperature calibration furnace whose temperature is set to 1200 ° C. As shown in FIG. 8B, 20 minutes after the metal tube coated optical fiber is inserted into the optical fiber temperature calibration furnace and measurement is started.
The indicated temperature will drop by about 100 ℃ in a minute. The reason for this is that when the carbon, which is the coating material, is heated, the coating material cracks and separates from the quartz due to the difference in the coefficient of thermal expansion from the quartz, which is the material of the optical fiber. This state can be confirmed with a microscope. It is conceivable that innumerable separated coating materials surround the quartz optical fiber, causing microbending in the optical fiber, causing a decrease in transmittance and a decrease in indicated temperature. In this case, neither adhesion nor adhesion between the metal tube and the optical fiber occurred. As described above, the metal tube-coated optical fiber obtained by coating the carbon-coated optical fiber with the stainless tube has a temperature lower than the actual temperature when it is inserted into a high temperature of, for example, 1200 ° C. Could not be measured stably for a long time.
【００１１】この発明はかかる短所を解決するためにな
されたものであり、温度センサとして使用する光ファイ
バの高温に対する耐久性を向上させた光ファイバ温度計
を得ることを目的とするものである。The present invention has been made to solve the above disadvantages, and an object of the present invention is to obtain an optical fiber thermometer in which the durability of an optical fiber used as a temperature sensor against high temperatures is improved.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】この発明に係る光ファイ
バ温度計は、光ファイバの先端部を温度検出端、中間部
を導波路として用い、多端部を赤外放射温度計に接続し
た光ファイバ温度計において、光ファイバとして耐熱性
を有する樹脂被覆の石英光ファイバを使用し、該光ファ
イバの温度検出端と導波路の一部又は全部を耐熱合金の
金属管で被覆したことを特徴とする。SUMMARY OF THE INVENTION An optical fiber thermometer according to the present invention is an optical fiber in which the tip of the optical fiber is used as a temperature detecting end and the middle is used as a waveguide, and the multi-end is connected to an infrared radiation thermometer. In the thermometer, a heat-resistant resin-coated quartz optical fiber is used as the optical fiber, and the temperature detection end of the optical fiber and a part or all of the waveguide are coated with a heat-resistant alloy metal tube. .
【００１３】また、光ファイバに光パルスを入射し、光
ファイバの内部及び先端部からの後方散乱光を検出して
光ファイバの長手方向の温度分布を計測する分布型の光
ファイバ温度計において、光ファイバとして耐熱性を有
する樹脂被覆の石英光ファイバを使用し、該光ファイバ
を耐熱合金の金属管で被覆したことを特徴とする。Further, in a distribution type optical fiber thermometer for measuring the temperature distribution in the longitudinal direction of the optical fiber by injecting an optical pulse into the optical fiber and detecting the backscattered light from the inside and the tip of the optical fiber, A heat-resistant resin-coated quartz optical fiber is used as the optical fiber, and the optical fiber is coated with a metal tube of a heat-resistant alloy.
【００１４】上記光ファイバがポリイミド樹脂を被覆し
た石英光ファイバであることが好ましい。It is preferable that the optical fiber is a quartz optical fiber coated with a polyimide resin.
【００１５】[0015]
【作用】この発明においては、温度検出端と導波路とし
て利用する光ファイバとして難燃性を有するポリイミド
樹脂を被覆した石英光ファイバを使用する。この石英光
ファイバを被覆したポリイミド樹脂は500℃以上の高温
になると炭化し、さらに高温に保持していると炭化した
ポリイミド樹脂が昇華して光ファイバの表面には何も残
らなくなる。このため高温の中で長時間保持しても光フ
ァイバには応力が加えられず、マイクロベンディングが
生ぜず、光の透過率が低下することを防ぐ。In this invention, a quartz optical fiber coated with a flame-retardant polyimide resin is used as the optical fiber used as the temperature detecting end and the waveguide. The polyimide resin coated on the quartz optical fiber is carbonized at a high temperature of 500 ° C. or higher, and when kept at a high temperature, the carbonized polyimide resin is sublimated and nothing remains on the surface of the optical fiber. Therefore, stress is not applied to the optical fiber even if it is kept at a high temperature for a long time, microbending does not occur, and light transmittance is prevented from decreasing.
【００１６】この光ファイバを耐酸化性の耐熱合金で被
覆し、高温に対する耐久性を高め、高温に保持したとき
に金属管表面が荒れることを防ぐ。This optical fiber is coated with an oxidation resistant heat resistant alloy to improve durability against high temperature and prevent the surface of the metal tube from becoming rough when kept at high temperature.
【００１７】また、耐熱合金の金属管は高温において大
きな機械的強度と耐熱疲れ特性を持つから、光ファイバ
のポリイミド被覆が昇華して被覆材が無くなっても、光
ファイバを外力に対して保護することができ、光ファイ
バに局部的な応力集中が起きることを防ぐ。Further, since the metal tube of the heat-resistant alloy has large mechanical strength and heat fatigue resistance at high temperature, even if the polyimide coating of the optical fiber is sublimated and the coating material is lost, the optical fiber is protected against external force. This prevents local stress concentration on the optical fiber.
【００１８】さらに、高温中でも金属管の表面が荒れ
ず、かつ光ファイバを被覆したポリイミド樹脂が昇華し
て石英を露出するから、光ファイバと金属管の癒着や固
着が生じることを防ぎ、光ファイバと金属管の熱膨張率
の差による光ファイバの断線を防止する。Further, the surface of the metal tube is not roughened even at a high temperature, and the polyimide resin coating the optical fiber sublimes and exposes the quartz, so that adhesion and fixation of the optical fiber and the metal tube are prevented, and the optical fiber is prevented. And the breakage of the optical fiber due to the difference in the coefficient of thermal expansion of the metal tube.
【００１９】[0019]
【実施例】図１はこの発明の一実施例を示す構成図であ
る。図に示すように、例えば溶融金属等の高温測定物の
温度を計測する温度計は金属被覆光ファイバ１と、金属
被覆光ファイバ１に光ファイバコネクタ２で接続された
放射温度計３と、放射温度計３に接続された記録計４と
を有する。金属被覆光ファイバ１は温度検出部として使
用するとともに光の導波路として使用するものであり、
図２の断面図に示すように、芯線である光ファイバ５の
先端の温度検出部と中間の導波路の一部又は全部が金属
管６で被覆されている。光ファイバ５は図３の断面図に
示すように石英系ガラスのＧＩファイバと、耐熱性を有
する樹脂、例えばポリイミド樹脂からなりＧＩファイバ
の外面を被覆した被覆層８とで形成されている。金属管
６は、例えばＮｉまたはＣｏを主成分とした耐酸化性の
耐熱合金、あるいはＣｒやＮｉを多量に含み、いくらか
のＡｌを添加かしてＦｅ量を約50％以下にした耐酸化性
の耐熱合金からなる。1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention. As shown in the figure, for example, a thermometer for measuring the temperature of a high temperature object such as molten metal is a metal-coated optical fiber 1, a radiation thermometer 3 connected to the metal-coated optical fiber 1 by an optical fiber connector 2, and a radiation thermometer. And a recorder 4 connected to the thermometer 3. The metal-coated optical fiber 1 is used as a temperature detector and also as a light waveguide,
As shown in the cross-sectional view of FIG. 2, the temperature detecting portion at the tip of the optical fiber 5, which is the core wire, and part or all of the intermediate waveguide are covered with the metal tube 6. As shown in the sectional view of FIG. 3, the optical fiber 5 is formed of a silica glass GI fiber and a coating layer 8 made of a resin having heat resistance, for example, a polyimide resin and coating the outer surface of the GI fiber. The metal tube 6 is made of, for example, an oxidation resistant heat resistant alloy containing Ni or Co as a main component, or an oxidation resistance containing a large amount of Cr or Ni and adding some Al so that the amount of Fe is about 50% or less. Made of heat resistant alloy.
【００２０】上記のように構成された温度計で、例えば
図４の断面図に示すように1000℃以上の温度になってい
る加熱炉９内の温度を測定するときは、加熱炉９の壁面
に取り付けられた保護管１０内に金属被覆光ファイバ１
の先端部を挿入して固定し、他端部を光ファイバコネク
タ２を介して放射温度計３に接続する。そして光ファイ
バ５の先端部の温度検出部で検出した光を光ファイバ５
自体を介して放射温度計３に伝送する。放射温度計３は
送られた光の放射エネルギを電気信号に変換し温度とし
て表示するとともに、変換した電気信号を記録計４に送
り記録する。When measuring the temperature in the heating furnace 9 having a temperature of 1000 ° C. or higher with the thermometer constructed as described above, for example, as shown in the sectional view of FIG. 4, the wall surface of the heating furnace 9 is measured. A metal-coated optical fiber 1 in a protective tube 10 attached to the
The tip end of the is inserted and fixed, and the other end is connected to the radiation thermometer 3 via the optical fiber connector 2. The light detected by the temperature detection unit at the tip of the optical fiber 5
It transmits to the radiation thermometer 3 via itself. The radiation thermometer 3 converts the radiant energy of the transmitted light into an electric signal and displays it as a temperature, and also sends the converted electric signal to the recorder 4 for recording.
【００２１】このように高温の加熱炉９内の温度を長時
間測定していると光ファイバ５の先端部とその近傍のポ
リイミド樹脂による被覆層８が炭化し、炭化したポリイ
ミド樹脂が昇華して光ファイバ５の表面には何も残らな
くなる。このため高温の中で長時間保持しても光ファイ
バ５には応力が加えられず、マイクロベンディングが生
じないから、光の透過率が低下することを防ぐことがで
きる。As described above, when the temperature in the high-temperature heating furnace 9 is measured for a long time, the coating layer 8 of the polyimide resin at the tip of the optical fiber 5 and its vicinity is carbonized, and the carbonized polyimide resin is sublimated. Nothing remains on the surface of the optical fiber 5. Therefore, no stress is applied to the optical fiber 5 even if it is kept at a high temperature for a long time, and microbending does not occur. Therefore, it is possible to prevent the light transmittance from decreasing.
【００２２】一方、光ファイバ５を被覆している金属管
６はＮｉ等を主成分とした耐酸化性の耐熱合金で形成さ
れているから、1000℃以上の高温においても大きな機械
的強度と耐熱疲れ特性を持ち、光ファイバ５を保護して
いるから、温度計測部とその近傍における光ファイバ５
のポリイミド被覆層８が昇華して無くなっても、光ファ
イバ５に外力が加えられることを防ぎ、光ファイバ５に
局部的な応力集中が起きることを防ぐ。On the other hand, since the metal tube 6 covering the optical fiber 5 is formed of an oxidation resistant heat resistant alloy containing Ni as a main component, it has a large mechanical strength and heat resistance even at a high temperature of 1000 ° C. or more. Since the optical fiber 5 has fatigue characteristics and protects the optical fiber 5, the optical fiber 5 in the temperature measuring section and its vicinity is protected.
Even if the polyimide coating layer 8 is removed by sublimation, it is prevented that an external force is applied to the optical fiber 5 and local stress concentration is prevented from occurring in the optical fiber 5.
【００２３】また、金属管６を形成するＮｉ等を主成分
とした耐酸化性の耐熱合金は、1000〜1800℃の高温酸化
性雰囲気内で表面に緻密な酸化皮膜を形成し、かつこの
酸化皮膜の耐熱合金に対する密着性が良好であるから、
高温中でも金属管６の表面は荒れずに良好な面を維持す
ることができる。この表面が荒らされない金属管６の内
面に光ファイバ５の石英が露出しているから、光ファイ
バ５と金属管６の癒着や固着が生じることを防ぐことが
でき、光ファイバ５と金属管６の熱膨張率の差による光
ファイバ５の断線を防止することができる。したがって
常に一定の位置で温度を測定することができ、高温の加
熱炉９内の温度を安定して測定することができる。Further, the oxidation-resistant heat-resistant alloy containing Ni or the like as the main component forming the metal tube 6 forms a dense oxide film on the surface in a high temperature oxidizing atmosphere of 1000 to 1800 ° C. Since the adhesion of the film to the heat-resistant alloy is good,
Even at high temperatures, the surface of the metal tube 6 does not become rough, and a good surface can be maintained. Since the quartz of the optical fiber 5 is exposed on the inner surface of the metal tube 6 whose surface is not roughened, it is possible to prevent the optical fiber 5 and the metal tube 6 from being adhered or fixed to each other. It is possible to prevent disconnection of the optical fiber 5 due to the difference in the coefficient of thermal expansion of the optical fiber 6. Therefore, the temperature can always be measured at a fixed position, and the temperature in the high-temperature heating furnace 9 can be stably measured.
【００２４】次ぎに実際に高温の温度を長時間測定した
結果と金属管被覆光ファイバ１の先端部の状況を具体例
により説明する。Next, the result of actually measuring a high temperature for a long time and the condition of the tip of the metal tube-coated optical fiber 1 will be described with reference to specific examples.
【００２５】光ファイバ５としてコア径が50μｍ、クラ
ッド径が125μｍの石英ＧＩファイバを使用し、被覆外
径が150μｍになるようにポリイミド樹脂を被覆して被
覆層８を形成した。この光ファイバ５をＮｉ58％，Ｃｒ
13％，Ｍｏ13％，Ｗ3％，Ｆｅ4％のＮｉ合金からなり、
内径1.4ｍｍ、外径1.8ｍｍの金属管６で被覆して金属管
被覆光ファイバ１とした。As the optical fiber 5, a silica GI fiber having a core diameter of 50 μm and a cladding diameter of 125 μm was used, and a coating layer 8 was formed by coating with a polyimide resin so that the coating outer diameter was 150 μm. This optical fiber 5 is made of Ni58%, Cr
Made of 13%, 13% Mo, 3% W, 4% Fe4 Ni alloy,
A metal tube 6 having an inner diameter of 1.4 mm and an outer diameter of 1.8 mm was coated to obtain a metal tube-coated optical fiber 1.
【００２６】この金属管被覆光ファイバ１の先端部を光
ファイバ温度校正炉の壁面に取り付けた保護管内に挿入
し、光ファイバ温度校正炉内の温度を熱電対で測定して
1200℃に保ちながら放射温度計３の指示温度の変化を調
べた結果を図５に示す。図５に示すように、金属管被覆
光ファイバ１の先端部を５時間連続して1200℃の高温に
保っても、熱電対１３で測定した温度Ａに対して放射温
度計３の指示温度の変化は４℃程度であり、図７に示す
従来のＵＶ被覆光ファイバをステンレス管で被覆した金
属管被覆光ファイバで測定したときの指示温度の変化
や、図８に示すカ−ボン被覆光ファイバをステンレス管
で被覆した金属管被覆光ファイバで測定したときの指示
温度の変化と比べて指示温度を非常に小さくすることが
できた。また、放射温度計３の指示温度の変化は熱電対
１３で測定した温度に対して0.3％程度であり、高温の
温度を長時間安定して測定できることが確認できた。The tip of the optical fiber 1 coated with a metal tube is inserted into a protective tube attached to the wall of the optical fiber temperature calibration furnace, and the temperature inside the optical fiber temperature calibration furnace is measured with a thermocouple.
FIG. 5 shows the result of examining the change in the temperature indicated by the radiation thermometer 3 while keeping it at 1200 ° C. As shown in FIG. 5, even if the tip of the metal-tube-coated optical fiber 1 is kept at a high temperature of 1200 ° C. for 5 hours continuously, the temperature indicated by the radiation thermometer 3 is different from the temperature A measured by the thermocouple 13. The change is about 4 ° C., and the change in the indicated temperature when the conventional UV coated optical fiber shown in FIG. 7 is measured with a metal tube coated optical fiber coated with a stainless tube, and the carbon coated optical fiber shown in FIG. It was possible to make the indicated temperature very small compared with the change in the indicated temperature when measured with a metal tube coated optical fiber coated with a stainless tube. Further, the change in the temperature indicated by the radiation thermometer 3 was about 0.3% of the temperature measured by the thermocouple 13, and it was confirmed that a high temperature can be stably measured for a long time.
【００２７】次ぎに上記具体例の金属管被覆光ファイバ
１と、従来のＵＶ被覆光ファイバをステンレス管で被覆
した金属管被覆光ファイバをそれぞれ７本づつ1000℃に
保った加熱炉に挿入し、１時間毎に１本づつ抜き出し
て、先端部を切取り測温部の状況を調べた結果を図６に
示す。この場合、加熱部の長さを10ｃｍとし、光ファイ
バと金属管の固着状態の有無と光ファイバの被覆層の剥
離と炭化状態を調べて評価を行なった。なお、図６にお
いて評価の丸印は良好の場合、三角印はやや良の場合、
ばつ印は不良の場合を示す。Next, the metal tube-coated optical fiber 1 of the above-mentioned specific example and seven metal tube-coated optical fibers obtained by coating the conventional UV-coated optical fiber with a stainless tube were inserted into a heating furnace kept at 1000 ° C., respectively. FIG. 6 shows the result of examining the condition of the temperature measuring part by cutting out the tip part one by one every hour. In this case, the length of the heating portion was set to 10 cm, and the presence or absence of the fixed state of the optical fiber and the metal tube, the peeling of the coating layer of the optical fiber and the carbonized state were examined and evaluated. In addition, in FIG. 6, when the evaluation circle is good, the triangle is slightly good,
Badges indicate defective cases.
【００２８】図６に示すように、この実施例の金属管被
覆光ファイバ１は加熱後、光ファイバ５と金属管６との
固着が無く、加熱時間１時間から加熱時間７時間の全て
の場合に光ファイバ５を金属管６から引き抜くことがで
きた。また、光ファイバ５の被覆層８には炭化物が残っ
ておらず、昇華して無くなっており、光ファイバ５の石
英ガラス表面には損傷は見られず正常であり、７時間加
熱しても正常に温度を測定することができた。As shown in FIG. 6, in the metal tube-coated optical fiber 1 of this embodiment, after heating, there is no adhesion between the optical fiber 5 and the metal tube 6, and the heating time is 1 hour to 7 hours in all cases. Moreover, the optical fiber 5 could be pulled out from the metal tube 6. Further, no carbide remained in the coating layer 8 of the optical fiber 5 and sublimated to disappear, and the quartz glass surface of the optical fiber 5 was normal without any damage, and was normal even after heating for 7 hours. It was possible to measure the temperature.
【００２９】これに対して従来のＵＶ被覆光ファイバを
ステンレス管で被覆した金属管被覆光ファイバの場合に
は加熱時間が２時間までのサンプルは光ファイバを金属
管から抜き出すことができ、光ファイバと金属管との間
に固着は生じていなかったが、３時間経過した後のサン
プルは光ファイバを金属管から抜き出すことはできず、
光ファイバと金属管との間に局部的な固着が生じ、特に
５時間以降のサンプルは加熱部のほとんど全体が固着し
ていた。また、加熱時間１時間から４時間のサンプルの
光ファイバの被覆層は全て炭化が不均一に発生してお
り、1000℃の温度では２時間程度使用することが限度で
あった。On the other hand, in the case of a metal tube-coated optical fiber obtained by coating a conventional UV-coated optical fiber with a stainless tube, a sample having a heating time of up to 2 hours can be extracted from the metal tube. Although there was no adhesion between the metal tube and the metal tube, the sample after 3 hours could not extract the optical fiber from the metal tube,
Local adhesion occurred between the optical fiber and the metal tube, and particularly in the sample after 5 hours, almost the entire heating part was adhered. Further, carbonization was unevenly generated in all the coating layers of the optical fibers of the samples whose heating time was 1 to 4 hours, and it was limited to use for about 2 hours at the temperature of 1000 ° C.
【００３０】なお、上記実施例は金属管被覆光ファイバ
１を保護管内に挿入して温度を測定した場合について説
明したが、金属管被覆光ファイバ１の先端部を溶融金属
内に浸漬して温度を測定する浸漬形光ファイバ温度計に
使用する場合であっても、溶融金属の温度に相当する高
い温度で正確に校正して使用することができるから、測
定精度を向上させることができる。In the above embodiment, the case where the metal tube-coated optical fiber 1 is inserted into the protective tube and the temperature is measured has been described. However, the tip of the metal tube-coated optical fiber 1 is immersed in the molten metal to obtain the temperature. Even when it is used in the immersion type optical fiber thermometer for measuring, it can be accurately calibrated and used at a high temperature corresponding to the temperature of the molten metal, so that the measurement accuracy can be improved.
【００３１】また、上記実施例は金属管被覆光ファイバ
１を放射温度計に使用した場合について説明したが、Ｏ
ＴＤＲ手法による分布型の温度計に上記実施例の金属管
被覆光ファイバ１を使用することにより高温環境におけ
る温度分布を精度良く測定することができる。In the above embodiment, the case where the metal tube coated optical fiber 1 is used for the radiation thermometer has been described.
By using the metal tube-coated optical fiber 1 of the above-mentioned embodiment for the distribution type thermometer by the TDR method, the temperature distribution in a high temperature environment can be measured with high accuracy.
【００３２】[0032]
【発明の効果】この発明は以上説明したように、温度検
出端と導波路として利用する光ファイバとして難燃性を
有し、高温の雰囲気中に保持したときに昇華するポリイ
ミド樹脂を被覆した石英光ファイバを使用するから、光
ファイバを高温の中で長時間保持しても被覆材が光ファ
イバに応力を加えることを防ぐことができ、マイクロベ
ンディングによる光の透過率の低下を防止することがで
き、正確に温度を検出することができる。As described above, the present invention has a flame-retardant optical fiber used as a temperature detecting end and a waveguide, and quartz coated with a polyimide resin that sublimes when held in a high temperature atmosphere. Since the optical fiber is used, it is possible to prevent the coating material from applying stress to the optical fiber even if the optical fiber is held at a high temperature for a long time, and to prevent the decrease in light transmittance due to microbending. It is possible to detect the temperature accurately.
【００３３】この光ファイバを耐酸化性の耐熱合金で被
覆し、高温に対する耐久性を高め、長時間高温に保持し
たときに金属管表面が荒れることを防ぐことができる。This optical fiber is coated with an oxidation resistant heat resistant alloy to improve durability against high temperature and prevent the surface of the metal tube from being roughened when kept at high temperature for a long time.
【００３４】また、耐熱合金の金属管は高温において大
きな機械的強度と耐熱疲れ特性を持つから、光ファイバ
のポリイミド被覆が昇華して被覆材が無くなっても、光
ファイバを外力に対して保護することができ、光ファイ
バに局部的な応力集中が起きることを防ぐことができる
から、安定して温度を計測することができる。Further, since the heat resistant alloy metal tube has large mechanical strength and heat fatigue resistance at high temperature, even if the polyimide coating of the optical fiber is sublimated and the coating material is lost, the optical fiber is protected against external force. Therefore, it is possible to prevent local stress concentration from occurring in the optical fiber, so that the temperature can be stably measured.
【００３５】さらに、高温中でも金属管の表面が荒れ
ず、かつ光ファイバを被覆したポリイミド樹脂が昇華し
て石英を露出するから、光ファイバと金属管の癒着や固
着が生じなく、光ファイバと金属管の熱膨張率の差によ
る光ファイバの断線を防止するから、長時間高温の温度
を測定していても、常に一定の位置で温度を測定するこ
とができ、高温の温度を正確に測定することができる。Furthermore, the surface of the metal tube is not roughened even at high temperature, and the polyimide resin coating the optical fiber sublimes and exposes the quartz. Therefore, the optical fiber and the metal tube are not adhered or fixed, and the optical fiber and the metal tube are not adhered. Since the disconnection of the optical fiber due to the difference in the coefficient of thermal expansion of the tube is prevented, the temperature can always be measured at a fixed position even when measuring high temperature for a long time, and the high temperature can be measured accurately. be able to.
【図１】この発明の実施例を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention.
【図２】金属被覆光ファイバの断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a metal-coated optical fiber.
【図３】光ファイバの断面図である。FIG. 3 is a sectional view of an optical fiber.
【図４】上記実施例で加熱炉の温度を測定するときの配
置図である。FIG. 4 is an arrangement diagram when measuring the temperature of a heating furnace in the above-mentioned embodiment.
【図５】上記実施例における指示温度の変化特性図であ
る。FIG. 5 is a change characteristic diagram of the indicated temperature in the above embodiment.
【図６】上記具体例と従来例の加熱後の測温部の状況の
比較図である。FIG. 6 is a comparison diagram of the states of the temperature measuring unit after heating in the specific example and the conventional example.
【図７】従来例における指示温度の変化特性図である。FIG. 7 is a change characteristic diagram of an instruction temperature in a conventional example.
【図８】他の従来例における指示温度の変化特性図であ
る。FIG. 8 is a change characteristic diagram of an instruction temperature in another conventional example.
１ 金属被覆光ファイバ ３ 放射温度計 ５ 光ファイバ ６ 金属管 ８ 被覆層 1 metal coated optical fiber 3 radiation thermometer 5 optical fiber 6 metal tube 8 coating layer
Claims (3)
部を導波路として用い、多端部を赤外放射温度計に接続
した光ファイバ温度計において、光ファイバとして耐熱
性を有する樹脂被覆の石英光ファイバを使用し、該光フ
ァイバの温度検出端と導波路の一部又は全部を耐熱合金
の金属管で被覆したことを特徴とする光ファイバ温度
計。1. An optical fiber thermometer in which a tip of an optical fiber is used as a temperature detecting end and an intermediate portion is used as a waveguide, and a multi-end portion is connected to an infrared radiation thermometer. An optical fiber thermometer comprising a quartz optical fiber, wherein a temperature detecting end of the optical fiber and a part or all of a waveguide are covered with a metal tube of a heat-resistant alloy.
イバの内部及び先端部からの後方散乱光を検出して光フ
ァイバの長手方向の温度分布を計測する分布型の光ファ
イバ温度計において、光ファイバとして耐熱性を有する
樹脂被覆の石英光ファイバを使用し、該光ファイバを耐
熱合金の金属管で被覆したことを特徴とする光ファイバ
温度計。2. A distribution type optical fiber thermometer for measuring the temperature distribution in the longitudinal direction of an optical fiber by injecting an optical pulse into the optical fiber and detecting backscattered light from the inside and the tip of the optical fiber, An optical fiber thermometer characterized by using a heat-resistant resin-coated quartz optical fiber as the optical fiber, and coating the optical fiber with a metal tube of a heat-resistant alloy.
石英光ファイバである請求項１又は２記載の光ファイバ
温度計。3. The optical fiber thermometer according to claim 1, wherein the optical fiber is a quartz optical fiber coated with a polyimide resin.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5031186A JPH06221927A (en) | 1993-01-28 | 1993-01-28 | Optical fiber thermometer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5031186A JPH06221927A (en) | 1993-01-28 | 1993-01-28 | Optical fiber thermometer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06221927A true JPH06221927A (en) | 1994-08-12 |
Family
ID=12324411
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5031186A Pending JPH06221927A (en) | 1993-01-28 | 1993-01-28 | Optical fiber thermometer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06221927A (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005007451A (en) * | 2003-06-20 | 2005-01-13 | Jfe Koken Corp | Method for measuring temperature of weld zone |
| JP2008014716A (en) * | 2006-07-04 | 2008-01-24 | Futaba Corp | Light guide for temperature sensor |
| US7836773B2 (en) * | 2006-10-18 | 2010-11-23 | Fujikura Ltd. | Optical fiber thermometer and temperature-compensated optical fiber sensor |
| CN102032948A (en) * | 2010-11-30 | 2011-04-27 | 电子科技大学 | Temperature measurement method under high microwave radiation |
| JP2016128628A (en) * | 2015-01-09 | 2016-07-14 | 前田建設工業株式会社 | Optical fiber temperature gauge, quality management method of ground improvement body and quantity management device |
| JP2017096680A (en) * | 2015-11-19 | 2017-06-01 | 鹿島建設株式会社 | Optical fiber temperature measuring apparatus, and method for measuring temperature of temperature measuring pipe using the same |
-
1993
- 1993-01-28 JP JP5031186A patent/JPH06221927A/en active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005007451A (en) * | 2003-06-20 | 2005-01-13 | Jfe Koken Corp | Method for measuring temperature of weld zone |
| JP4603776B2 (en) * | 2003-06-20 | 2010-12-22 | Ｊｆｅメカニカル株式会社 | Weld temperature measurement method |
| JP2008014716A (en) * | 2006-07-04 | 2008-01-24 | Futaba Corp | Light guide for temperature sensor |
| US7836773B2 (en) * | 2006-10-18 | 2010-11-23 | Fujikura Ltd. | Optical fiber thermometer and temperature-compensated optical fiber sensor |
| CN102032948A (en) * | 2010-11-30 | 2011-04-27 | 电子科技大学 | Temperature measurement method under high microwave radiation |
| JP2016128628A (en) * | 2015-01-09 | 2016-07-14 | 前田建設工業株式会社 | Optical fiber temperature gauge, quality management method of ground improvement body and quantity management device |
| JP2017096680A (en) * | 2015-11-19 | 2017-06-01 | 鹿島建設株式会社 | Optical fiber temperature measuring apparatus, and method for measuring temperature of temperature measuring pipe using the same |
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