JPH0420129B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、採暖器具や空調設備、防災システム
等に用いる温度検出装置に関するものである。

（従来例の構成とその問題点） 従来、温度制御機器や防災機器の温度検出部は
従来の温度センサーを用い、制御空間の一点にセ
ンサーを配設し、その点位置の温度を検出するも
のであつた。また電気毛布や電気カーペツト等で
はプラスチツクサーミスタを呼ばれる温度検知線
を空間あるいは機器内に配設し、平均温度を検出
するものが実用化されている。しかしこれらは、
いずれも電気配線の使用空間あるいは機器内に設
けるものであり、電気に対する安全性が必要であ
つた。

（発明の目的） 本発明の目的は温度上昇と共に光透過率減少を
生ずる光フアイバーセンサーを用いて、電気的に
一層安全な温度検出装置を提供することである。

（発明の構成） 本発明の温度検出装置は光フアイバーセンサー
を配設するだけで温度検出装置を構成するもので
あり、その光フアイバーセンサーは温度上昇に対
して光透過率の減少を生ずるもので、その一端か
ら発光素子により入光させ、その他端からその出
力光を受光素子によつて検出するものである。

（実施例の説明） 一般に光フアイバーセンサーにはステツプ形と
集束形の２種があるが本発明にはステツプ形で十
分であり、光フアイバーセンサーのコア材料とし
ても光伝送用のような低損失であることは必要で
なく、有機、無機のいずれのフアイバー用素材も
ベース材料として用いることができるが、比較的
低い温度（100℃以下程度）で使用する場合は、
アクリルに代表される有機コア材料でも十分であ
る。また、後に詳述するサーモクロミツク物質を
ドーピングしやすいことも有機高分子の利点でも
ある。

光フイバーを用いる温度センサーの原理として
は、熱によるフアイバーの光透過率、伝播速度、
波長、屈折率等の変化を利用する。本発明のおけ
る光フアイバーセンサーは光を伝送するフアイバ
ーの長さ方向において、温度上昇と共に光の透過
率を減少するものか、あるいは光の波長変化を生
ずるものである必要がある。すなわち、光フアイ
バーセンサーを配設した箇所のどこかに異常昇温
状態が生じたとき、透過光が大きく減衰するか、
あるいは波長が変化し、その異常状態を出力に反
映するものでなくてはならない。光フアイバーセ
ンサーに焼損やクラツク等が発生した場合には、
出力光が減少し異常を伝えることが大切である。
すなわち、光フアイバーセンサーにおいては、そ
の長さ方向に光透過率が直列接続された形状であ
るため、温度上昇によつて光透過率が減少する
と、長さ方向の局部的な昇温状態を出力光を減衰
として検出することができる。

このような光フアイバーセンサーによれば、プ
ラスチツクサーミスタのような電線を配線するの
ではないため、電気絶縁被覆を厚く施す必要はな
く、直径１mm程度以下の細い光フアイバーセンサ
ーを配線すればよく、配線空間の電気的安全性ば
かりでなく、室内装飾性にも弊害を与えない。特
に採暖器具である電気毛布や電気カーペツト等で
は配線の違和感が減少し、望ましい。

さらに光フアイバーセンサーは電磁誘導ノイズ
や高電圧、高磁界環境等の雰囲気下でも高精度に
安全に温度の計測ができるため、有効な温度検出
装置を構成できる。この光フアイバーセンサーを
一般光フアイバーに接続すれば、リモートセシン
グが可能であり、デユアルコアのフアイバーにす
れば屈折率の差を位相差としても検出できる。

光フアイバーセンサーはコア材とクラツド材と
からなるが、コア材としてはポリスチレン（PS）
ポリメチルメタクリレート（RMMA）系樹脂を
基材として、これに温度による透過率の変化を大
きくするため、サーモクロミツク物質を微量添加
するのが最も容易で、長さ１ｍないし50ｍ程度で
使用するに適する。その他のコア材としては一般
のガラス光学繊維材料や透明度のよいガラス、樹
脂のいずれを基材としてもよい。

サーモクロミツク物質としては有機・無機の各
種があるが、光伝送に用いるものであるから、ホ
トクロミツク性のない波長域でサーモクロミツク
性の感度を顕著にして設計する必要がある。具体
的なサーモクロミツク物質としてはイミダゾリン
類、スピロピラン類、ビアントロン類、アニル
類、アゾメチレン類等の他、ジフエニルメチレン
アントロン、ジフエニルメチレンキサンテン、ジ
フエニルメチレン−Ｎ−メチルアクリジンなどの
化合物がある。これらの化合物は熱によつてその
分子構造が可逆的化学変化、あるいは幾何学的分
子構造変化をすることによつて、色相変化をする
ものである。

クラツド材料としては低屈折率材料を用いるた
め、樹脂の場合はフツ素系樹脂が適する。

ポリアミドやポリビニールアルコールのような
水素結合を有する高分子は温度上昇と共に誘電率
を増加し、温度の上昇につれて屈折率を低下す
る。したがつて光フアイバーセンサーの光透過率
を減少することになり、本発明の温度検出装置の
機能を果たすことになる。

本発明は光フアイバーセンサーは異常昇温状態
におかれたとき、光フアイバー自身が溶融破壊や
結晶化による不透明化、あるいは熱劣化による着
色（黒色）によつて不透明化し、高温度信号と等
価を信号を発生し、異常昇温時にフエイルセーフ
（万一の故障に対する安全装置）機能を果たす。

本発明に用いる発光素子としては、発光ダイオ
ードが手軽であり、受光素子としては、フオトダ
イオード、フオトトランジスタが利用できる。受
光面に適切な分光フイルタを用いれば、高感度な
温度検出装置が構成できる。

次に本発明による一実施例具体例的データを例
示する。

光フアイバー用高純度ポリメチルメタアクリレ
ートにビアトロンを10ppm溶解させ、製線押出機
にて直径0.8mmのフアイバーコアを線引する。こ
れを含フツ素系ポリマー溶液中を浸漬通過させ、
クラツド層を10μｍ形成する。これを長さ20mmに
切断し、電気毛布中に配線し、一端に赤色発光ダ
イオードを発光素子として取り付け、他端を出力
端として、フオトダイオードを取り付ける。

電気毛布のヒータには、従来より用いられてい
る銅合金による２重巻線構造の過熱溶断性チユー
ビングヒータを用いる。ヒータ線は長さ20ｍで、
100V、105Wのサイリスタ制御回路に連結する。
電気毛布の温度が55℃のとき、その光フアイバー
センサーの光透過率がフオトトランジスタのスイ
ツチングの値になるよう発光素子の輝度を調整す
る。以上のように温度設定をしたのち、三つ折、
四つ折、キンクテスト（よじりテスト）等の異常
テストをした結果過熱部分の長さに応じて過熱温
度が90℃以下に制御され、すぐれた安全性を確認
することができた。

以上のように、本発明による温度検知装置は、
非常に細い光フアイバーを配線するだけ、温度検
知ができ、電気配線を本体内にする必要がなくな
り、安全性も高く、かつ低価格で製作することが
できる。また光フアイバーの破損の場合には光出
力がオフとなるため高温度信号が発せられたと同
じくなり、フエイルセーフ性を発揮するととも
に、発光ダイオードやフオトトランジスタ等の価
格の安い電子部品を使用し簡単な回路構成で検出
回路を構成できる。またこの回路は直流駆動が可
能であり、ICとの組合わせが容易である。

以上の通りであるから、本発明は次のような優
れた効果を奏するものである。

() 過熱に対して高度のフエイルセーフ性を持
つため、非常に安全性が高く、局所過熱を高感
度に検出する温度検出装置を提供できる。ま
た、光透過率減少と永久不透明化によつて二重
の過熱検出機能が働く。

() 本発明の光フアイバーセンサーの構成は製
造が容易で高機能を持つ上に、電気を用いない
ため極めて安全度が高い。

() 有機高分子組成物がベースとする安価で高
機能な高フアイバーセンサーで、安全性を必要
とする採暖機器にとつて非常に有効である。

（発明の効果） 本発明によれば、光フアイバー温度センサーを
用いることにより、電気配線の危険性を減少する
とともに、配線の軽量化、細線化等が実現し、性
能の高い、高性能な電気採暖器具を提供できる効
果がある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 微量のサーモクロミツク物質を含む有機高分
   子組成物をコア材とし、温度上昇に伴つて光透過
   率の減少を生ずると共に、異常過熱によつて永久
   不透明化する光フアイバーセンサーと、その両端
   に設けた発光素子及び受光素子とからなり、前記
   光フアイバーセンサーを電気採暖器具あるいは防
   災システムに１ｍ〜50ｍの範囲で配設し、その配
   設空間の温度を検出することを特徴とする温度検
   出装置。