JPS6378031A - 光温度センサ - 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】 〔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。

〔従来の技術〕

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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
。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

〔発明が解決しようとする問題点〕

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。

〔問題点を解決するための手段〕

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。

〔作　用〕

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。

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。

〔実施例〕

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。

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。

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。

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。

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。

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。

〔発明の効果〕

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。

【図面の簡単な説明】

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

Claims (1)

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。