JPH0432336B2 - - Google Patents
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- JPH0432336B2 JPH0432336B2 JP56042833A JP4283381A JPH0432336B2 JP H0432336 B2 JPH0432336 B2 JP H0432336B2 JP 56042833 A JP56042833 A JP 56042833A JP 4283381 A JP4283381 A JP 4283381A JP H0432336 B2 JPH0432336 B2 JP H0432336B2
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- optical
- oscillation
- rod
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/60—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using determination of colour temperature
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
- G01J3/26—Generating the spectrum; Monochromators using multiple reflection, e.g. Fabry-Perot interferometer, variable interference filters
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/38—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using extension or expansion of solids or fluids
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は光の干渉高価として知られている光ロ
ツドとレーザ光を用いた微小温度変化測定方法に
関するものである。
ツドとレーザ光を用いた微小温度変化測定方法に
関するものである。
フアブリーペローと呼ばれる２枚のガラス板に
反射防止膜を形成し、これを平行配置したものは
エタロン板として知られている。このエタロン板
は、広帯域波長の白色光が入射され、ガラス板間
で多重反射すると、ある特定の波長の光のみが光
の干渉によつて強め合つて出射する。
反射防止膜を形成し、これを平行配置したものは
エタロン板として知られている。このエタロン板
は、広帯域波長の白色光が入射され、ガラス板間
で多重反射すると、ある特定の波長の光のみが光
の干渉によつて強め合つて出射する。
第１図はエタロン板の動作説明図である。図に
おいて、１は白色光を出射する光源、２はこの光
を集束レンズ３に導くための光フアイバ、４は集
束レンズ３からの光が入射するエタロン板であ
る。このエタロン板４は、２枚のガラス板４ａと
４ｂをスペーサ４ｃ，４ｄに挟んで高精度に平行
度を出して対向させたもので、ガラス板４ａ，４
ｂの表面を研磨するとともにスペーサも研磨して
寸法精度をあげ、正確なギヤツプｇを得るように
している。また、ガラス板４ａ，４ｂには白色光
の広帯域波長にわたり一様の特性が得られるよう
に表面に反射防止膜が形成されている。
おいて、１は白色光を出射する光源、２はこの光
を集束レンズ３に導くための光フアイバ、４は集
束レンズ３からの光が入射するエタロン板であ
る。このエタロン板４は、２枚のガラス板４ａと
４ｂをスペーサ４ｃ，４ｄに挟んで高精度に平行
度を出して対向させたもので、ガラス板４ａ，４
ｂの表面を研磨するとともにスペーサも研磨して
寸法精度をあげ、正確なギヤツプｇを得るように
している。また、ガラス板４ａ，４ｂには白色光
の広帯域波長にわたり一様の特性が得られるよう
に表面に反射防止膜が形成されている。
ここで、エタロン板４に入射された光はガラス
板４ａと４ｂのギヤツプ間で多重反射し、ギヤツ
プの物理的寸法（ｇ）できまる特定の波長λgの
光のみが干渉により強めあつて出射される。この
出射光の現れる模様は、ギヤツプ間で多重反射さ
れる光のうちガラス板４ａ側に出射する波長の光
（点線で示す）は、入射光と位相が反対になるた
め互いに打ち消し合つて消滅して殆ど出てこな
い。
板４ａと４ｂのギヤツプ間で多重反射し、ギヤツ
プの物理的寸法（ｇ）できまる特定の波長λgの
光のみが干渉により強めあつて出射される。この
出射光の現れる模様は、ギヤツプ間で多重反射さ
れる光のうちガラス板４ａ側に出射する波長の光
（点線で示す）は、入射光と位相が反対になるた
め互いに打ち消し合つて消滅して殆ど出てこな
い。
一方、ガラス板４ｂ側には干渉により強められ
た光（実線で示す）が出射するが、この光のスペ
クトルは、ギヤツプ内が同一媒質とするとギヤツ
プ間隔によつて半波長の整数倍となるような光の
みが透過してくることになる。したがつて、この
出射光を集束レンズ５で集光し光フアイバ６を経
て光波長分析器７に供給すると、検出波長からギ
ヤツプを測定することができる。そして、ギヤツ
プの間隔を温度で変化するようにしておけば、前
記分光からその変化量を読取ることができる。
た光（実線で示す）が出射するが、この光のスペ
クトルは、ギヤツプ内が同一媒質とするとギヤツ
プ間隔によつて半波長の整数倍となるような光の
みが透過してくることになる。したがつて、この
出射光を集束レンズ５で集光し光フアイバ６を経
て光波長分析器７に供給すると、検出波長からギ
ヤツプを測定することができる。そして、ギヤツ
プの間隔を温度で変化するようにしておけば、前
記分光からその変化量を読取ることができる。
しかしながら、このようなエタロン板では、２
枚のガラス板によつて高精度の平行ギヤツプを構
成するために、製作にあたつて高度の技術を要し
高価になるとともに、ギヤツプ変化を平行に行な
わせることは至難の業である。また、細い光フア
イバの途中に大きな形状のふくらみができてしま
う。
枚のガラス板によつて高精度の平行ギヤツプを構
成するために、製作にあたつて高度の技術を要し
高価になるとともに、ギヤツプ変化を平行に行な
わせることは至難の業である。また、細い光フア
イバの途中に大きな形状のふくらみができてしま
う。
エタロン板を用いた計測装置は全絶縁物で構成
されているので、高電圧重電機器、電力ケーブ
ル、トラツド母線等の内部温度を通電・加電状態
で計測するのに好適であるが、例えば油通路等の
限られた場所に挿入し目的の個所に配置する場
合、このようなふくらみがあるとせまい場所に配
置することが困難であり、また測定精度を低下さ
せることになる。また、機器にはじめから埋込む
ことも、コロナ放電などの高電圧現象上から好ま
しくない。
されているので、高電圧重電機器、電力ケーブ
ル、トラツド母線等の内部温度を通電・加電状態
で計測するのに好適であるが、例えば油通路等の
限られた場所に挿入し目的の個所に配置する場
合、このようなふくらみがあるとせまい場所に配
置することが困難であり、また測定精度を低下さ
せることになる。また、機器にはじめから埋込む
ことも、コロナ放電などの高電圧現象上から好ま
しくない。
一方、光通信用に開発された円筒伝波路、すな
わち、中心部の屈折率n1を有するコアに対しその
外側にn1より小さい屈折率n2を有するクラツド部
を設け、さらに外装ジヤケツト等を設けた光フア
イバ（単一光モードの高級な光フアイバ）を用
い、フアブリーペロー効果を利用して温度センサ
として使用することも考えられる。このようなも
のは、形状が小さくできスペース上の問題は解決
されるが、圧力、曲がり、振動等の環境に対して
敏感すぎて実用化は困難である。
わち、中心部の屈折率n1を有するコアに対しその
外側にn1より小さい屈折率n2を有するクラツド部
を設け、さらに外装ジヤケツト等を設けた光フア
イバ（単一光モードの高級な光フアイバ）を用
い、フアブリーペロー効果を利用して温度センサ
として使用することも考えられる。このようなも
のは、形状が小さくできスペース上の問題は解決
されるが、圧力、曲がり、振動等の環境に対して
敏感すぎて実用化は困難である。
このような光フアイバはその両端面間で入射光
を透過または多重反射させるように構成するもの
であるが、人工的に長いものを作るためにどうし
てもレーリー散乱やコア・クラツドの境界におけ
る温度係数の違いによる引張り合いによる小さな
凹凸、フアイバのうねり、曲りが生ずる。光フア
イバでは、一方の端面から入つた光はコアとクラ
ツドの屈折率の差を利用して反射しながら他方の
端面に伝搬するため、前記のような凹凸や曲がり
があると伝搬姿勢間の結合、放射損失等の影響で
特性が不安定になり、計測にとつて重要な再現
性、環境性が著しく劣化する。
を透過または多重反射させるように構成するもの
であるが、人工的に長いものを作るためにどうし
てもレーリー散乱やコア・クラツドの境界におけ
る温度係数の違いによる引張り合いによる小さな
凹凸、フアイバのうねり、曲りが生ずる。光フア
イバでは、一方の端面から入つた光はコアとクラ
ツドの屈折率の差を利用して反射しながら他方の
端面に伝搬するため、前記のような凹凸や曲がり
があると伝搬姿勢間の結合、放射損失等の影響で
特性が不安定になり、計測にとつて重要な再現
性、環境性が著しく劣化する。
本発明はこのような従来の問題を解消するため
になされたもので、測定装置を小型にすることが
可能になり、かつ、安定で高精度な温度変化が測
定できる方法を提供することを目的とするもので
ある。
になされたもので、測定装置を小型にすることが
可能になり、かつ、安定で高精度な温度変化が測
定できる方法を提供することを目的とするもので
ある。
このような目的を達成するために、本発明は、
被測温部に配置され、円柱状の両端面を平行かつ
平面に研磨した光ロツド１８一方の端面に、主発
振のほかに付帯発振を含む複数の姿勢で発振して
いるレーザ発光器１３から出射したレーザ光を光
フアイバ１６を通して入射させ、光ロツドの他方
の端面から出射した透過光を光電変換器２６で電
気信号に変換し、この変換された電気信号と、光
ロツドの長さの変化に応じたレーザ光の主発振に
基づく主山Ｐと付帯発振に基づく副山ｂが周期的
に生ずる透過光強さの変化特性とから、被測温部
の温度変化量を測定するとともに、透過光強さの
主山と副山の発生する順序から被測温部の温度変
化方向を検出するようにしたものである。
被測温部に配置され、円柱状の両端面を平行かつ
平面に研磨した光ロツド１８一方の端面に、主発
振のほかに付帯発振を含む複数の姿勢で発振して
いるレーザ発光器１３から出射したレーザ光を光
フアイバ１６を通して入射させ、光ロツドの他方
の端面から出射した透過光を光電変換器２６で電
気信号に変換し、この変換された電気信号と、光
ロツドの長さの変化に応じたレーザ光の主発振に
基づく主山Ｐと付帯発振に基づく副山ｂが周期的
に生ずる透過光強さの変化特性とから、被測温部
の温度変化量を測定するとともに、透過光強さの
主山と副山の発生する順序から被測温部の温度変
化方向を検出するようにしたものである。
光電変換器からの電気信号と、第４図に示すよ
うなロツド長さと透過光の強さとの関係の波形特
性からロツド長変化、すなわち温度変化が測定で
きる。
うなロツド長さと透過光の強さとの関係の波形特
性からロツド長変化、すなわち温度変化が測定で
きる。
レーザ発光器の主発振の光は振幅が大きくＰの
ようなピークの主山になる。付帯発振の光は主発
振の光の周波数に近く振幅は小さくｂのようなピ
ークの副山になる。横軸の光ロツドの長さは温度
に比例するので、透過光の強さを測定すれば波形
から温度の微小変化がわかる。
ようなピークの主山になる。付帯発振の光は主発
振の光の周波数に近く振幅は小さくｂのようなピ
ークの副山になる。横軸の光ロツドの長さは温度
に比例するので、透過光の強さを測定すれば波形
から温度の微小変化がわかる。
主山Ｐだけだと波形が対称になつて温度変化が
上昇しているのか、下降しているのかが分からな
いが、主山の隣（この例では左側）に副山がある
ので、その温度変化により発生する順序で矢印Ａ
のように温度上昇しているのか、矢印Ｂのように
温度下降しているのかがわかる。
上昇しているのか、下降しているのかが分からな
いが、主山の隣（この例では左側）に副山がある
ので、その温度変化により発生する順序で矢印Ａ
のように温度上昇しているのか、矢印Ｂのように
温度下降しているのかがわかる。
以下、本発明を実施例によつて詳細に説明す
る。
る。
第２図は本発明の温度変化測定方法を実施した
温度計の一実施例の構成図である。
温度計の一実施例の構成図である。
図において、光源１０から出射された広帯域光
の白色光は集束レンズ１１で集光され、半透明膜
からなるビームスプリツタ１２を通して出射さ
れ、またレーザ発光器１３から出射された単一色
のレーザ光は偏光子１４、波長板１５を通してビ
ームスプリツタ１２で反射し出射される。
の白色光は集束レンズ１１で集光され、半透明膜
からなるビームスプリツタ１２を通して出射さ
れ、またレーザ発光器１３から出射された単一色
のレーザ光は偏光子１４、波長板１５を通してビ
ームスプリツタ１２で反射し出射される。
このレーザ発光器１３は、主発振のほかに主発
振とは周波数がやや異なり振幅が小さい付帯発振
を含む複数の姿勢で発振しており、後記するよう
にこの主発振の光と付帯発振の光を温度変化方向
の判断に利用するものである。
振とは周波数がやや異なり振幅が小さい付帯発振
を含む複数の姿勢で発振しており、後記するよう
にこの主発振の光と付帯発振の光を温度変化方向
の判断に利用するものである。
ビームスプリツタ１２から出射された白色光と
レーザ光は、光フアイバ１６を通つて集束レンズ
１７で集光され、温度センサとして作用する光ロ
ツド１８に入射される。
レーザ光は、光フアイバ１６を通つて集束レンズ
１７で集光され、温度センサとして作用する光ロ
ツド１８に入射される。
この光ロツド１８は、被測温部に配置されてお
り、温度測定範囲で決まる所定の長さｌ（３〜75
mm）を有する円柱形に形成され、その両端面は使
用する光の波長の1/20以下の平面度、および角度
で16秒以下の平行度に研磨されており、その面に
誘電体多層膜１８ａ，１８ｂがコーテイングされ
ている。また、光ロツド１８の外周面には必要に
応じて所定の屈折率の膜18cがコーテイングされ
て光を閉じ込めるようにしている。
り、温度測定範囲で決まる所定の長さｌ（３〜75
mm）を有する円柱形に形成され、その両端面は使
用する光の波長の1/20以下の平面度、および角度
で16秒以下の平行度に研磨されており、その面に
誘電体多層膜１８ａ，１８ｂがコーテイングされ
ている。また、光ロツド１８の外周面には必要に
応じて所定の屈折率の膜18cがコーテイングされ
て光を閉じ込めるようにしている。
白色光はフアブリーペロー効果によつて特定の
波長の光が両端面で多重反射され強められて光り
ロツド１８から光noとなつて出射され、また、
レーザ光はそのまま通過して光moとなつて出射
される。出射された光no，moは集束レンズ１９
で集光され、光フアイバ２０を通つてビームスプ
リツタ２１に入射し、ここで分光されて光noは
広帯域光フイルタ２２を通り分光器２３で波長に
応じて異なつた屈折角で屈折して分光され、光ダ
イオードアレイIC板２４に入射される。光ダイ
オードアレイIC板２４は光noを受光する光ダイ
オードの位置によつて波長に対応した電気信号が
出力される。
波長の光が両端面で多重反射され強められて光り
ロツド１８から光noとなつて出射され、また、
レーザ光はそのまま通過して光moとなつて出射
される。出射された光no，moは集束レンズ１９
で集光され、光フアイバ２０を通つてビームスプ
リツタ２１に入射し、ここで分光されて光noは
広帯域光フイルタ２２を通り分光器２３で波長に
応じて異なつた屈折角で屈折して分光され、光ダ
イオードアレイIC板２４に入射される。光ダイ
オードアレイIC板２４は光noを受光する光ダイ
オードの位置によつて波長に対応した電気信号が
出力される。
一方、ビームスプリツタ２１で分光されたmo
は狭帯域光フイルタ２５を通つて光電変換器２６
に入射され、ここで、電気信号に変換される。
は狭帯域光フイルタ２５を通つて光電変換器２６
に入射され、ここで、電気信号に変換される。
なお、この狭帯域光フイルタ２５は、波長λ1の
主レーザ光とこの主レーザ光に隣接した波長λ2で
振幅がこれより小さい付帯発振姿態の副レーザ光
との両方のレーザ光については必要な帯域幅まで
十分に通過するが、それ以外の波長の他の付帯発
振姿態のレーザ光やノイズとなるような迷光は除
外するような通過周波数帯域のフイルタである。
主レーザ光とこの主レーザ光に隣接した波長λ2で
振幅がこれより小さい付帯発振姿態の副レーザ光
との両方のレーザ光については必要な帯域幅まで
十分に通過するが、それ以外の波長の他の付帯発
振姿態のレーザ光やノイズとなるような迷光は除
外するような通過周波数帯域のフイルタである。
ここで、光ロツド１８に入射された白色光n1
は、前述のように膜１８ａ，１８ｂによつて端面
間で多重反射され、長さｌに関する特定の波長の
光のみが干渉により強め合つて膜１８ｂから出射
される。この出射光noのスペクトルは、光ロツ
ド１８の長さｌによつて半波長の整数倍となるよ
うな光のみが通過してくる。なお、膜１８ａ側に
出射する波長の光は入射光と位相が反転している
ため互いに打消し合つて消滅して殆ど出射されな
い。
は、前述のように膜１８ａ，１８ｂによつて端面
間で多重反射され、長さｌに関する特定の波長の
光のみが干渉により強め合つて膜１８ｂから出射
される。この出射光noのスペクトルは、光ロツ
ド１８の長さｌによつて半波長の整数倍となるよ
うな光のみが通過してくる。なお、膜１８ａ側に
出射する波長の光は入射光と位相が反転している
ため互いに打消し合つて消滅して殆ど出射されな
い。
また、光ダイオードアレイIC板２４および光
電変換器２６で光から電気に変換された電気信号
は、それぞれ光ロツド１８の内部の物理的変化
（温度）の情報を有する信号であり、これらの電
気信号はマイクロプロセツサ２７によつて演算処
理され温度の実測値として複号解読されて温度信
号となつて出力される。なお、２８は記憶装置で
ある。温度信号は表示器２９によつてアナログ表
示され、表示器３０によつてデジタル表示され
る。
電変換器２６で光から電気に変換された電気信号
は、それぞれ光ロツド１８の内部の物理的変化
（温度）の情報を有する信号であり、これらの電
気信号はマイクロプロセツサ２７によつて演算処
理され温度の実測値として複号解読されて温度信
号となつて出力される。なお、２８は記憶装置で
ある。温度信号は表示器２９によつてアナログ表
示され、表示器３０によつてデジタル表示され
る。
第３図は特定波長のスペクトルの観測波形図で
あり、ａは光ロツドの長さがｌ＝l1のとき、ｂは
ｌ＝l2のときの分布をそれぞれ示す。
あり、ａは光ロツドの長さがｌ＝l1のとき、ｂは
ｌ＝l2のときの分布をそれぞれ示す。
l1とl2の関係はl2＝l1＋1000Åである。光ロツド
の長さがl1のときに共振波長λb1，λd1，λe1とな
り、l2のときシヤープな共振波長λa2，λb2，λc2，
λd2，λe2となる。λb1はλb2，λd1はλd2、λe1は
λe2にそれぞれ相対する。したがつて、光ロツド
を形成する光学媒質一定の材質（ガラスまたはプ
ラスチツク）できまる温度による縮伸率を知つて
おけば共振波長λ群から温度を計測することがで
きる。
の長さがl1のときに共振波長λb1，λd1，λe1とな
り、l2のときシヤープな共振波長λa2，λb2，λc2，
λd2，λe2となる。λb1はλb2，λd1はλd2、λe1は
λe2にそれぞれ相対する。したがつて、光ロツド
を形成する光学媒質一定の材質（ガラスまたはプ
ラスチツク）できまる温度による縮伸率を知つて
おけば共振波長λ群から温度を計測することがで
きる。
一方、光ロツド１８に入射されるレーザ光の強
度mIは、光ロツドの直径ｄ、長さｌ、端面の反
射率Ｒ、外周の膜の屈折率Ｋ、さらにレーザ光の
姿態数Ｍをパラメータにしている。このレーザ光
が正弦波として持続する間は、可干渉距離Δlが
大きくとれる。ここで、エタロンの透過率Ｔは次
式で求められる。
度mIは、光ロツドの直径ｄ、長さｌ、端面の反
射率Ｒ、外周の膜の屈折率Ｋ、さらにレーザ光の
姿態数Ｍをパラメータにしている。このレーザ光
が正弦波として持続する間は、可干渉距離Δlが
大きくとれる。ここで、エタロンの透過率Ｔは次
式で求められる。
Ｔ＝mo／mI＝１／１＋Asin2（δ／２） ……(1)
ただし、Ａ＝4R／（１−Ｒ）2
また、エタロンの反射率ｒは次式で求められ
る。
る。
ｒ＝mr／mI＝Asin2（δ／２）／１＋Asin2（δ／２）…
…(2) すなわち、δ＝（2m＋１）πのとき反射率ｒは
最大になる。なお、ｍは整数、mrは反射光強度
である。
…(2) すなわち、δ＝（2m＋１）πのとき反射率ｒは
最大になる。なお、ｍは整数、mrは反射光強度
である。
ｒ max＝4R／（１＋Ｒ）2 ……(3)
したがつて、共振条件はδ＝2mπで、フイネス
ＦはＦ＝（λ／２）／Δとなる。
ＦはＦ＝（λ／２）／Δとなる。
第４図はこの状態を示したもので、ロツド長さ
と透過光の関係をあらわす図である。
と透過光の関係をあらわす図である。
光ロツドの長さをｌ、屈折率をｎ、透過するレ
ーザ光の波長をλとすると、Ｎを調整としたと
き、干渉ピークは、2nl＝Nλであらわされる。す
なわち、光ロツドの長さが変化すると、λ／２毎
にピークがあらわれる。
ーザ光の波長をλとすると、Ｎを調整としたと
き、干渉ピークは、2nl＝Nλであらわされる。す
なわち、光ロツドの長さが変化すると、λ／２毎
にピークがあらわれる。
これにより、前述のレーザ光の付帯発振姿態か
ら温度変化が上昇しているのか、下降しているの
かがわかる。
ら温度変化が上昇しているのか、下降しているの
かがわかる。
よく知られているようにレーザ光を発振する場
合、発生するレーザ光は純粋に単一波長ではな
く、波長や偏光面が異なる複数の姿態の光からな
る（付帯発振）。ここで、波長が僅か異なる２つ
の光が発生し、振幅の大きい主光の波長をλ1、振
幅の小さい副光の波長をλ2とすると、第４図のよ
うな特性になり、温度が上昇してロツドが伸びて
いるときは矢印Ａの方向に変化するので、まず副
山ｂが出現してから後に主山Ｐが出現し、一方、
温度が下降しているときは矢印Ｂの方向に変化す
るので、まず主山Ｐが出現してから後に副山ｂが
出現する。なお、付帯発振で生じた主光と副光の
振幅の大きさにあまり差がない場合には、偏光フ
イルタを通過させて副光の振幅を任意に小さくし
て使用する。
合、発生するレーザ光は純粋に単一波長ではな
く、波長や偏光面が異なる複数の姿態の光からな
る（付帯発振）。ここで、波長が僅か異なる２つ
の光が発生し、振幅の大きい主光の波長をλ1、振
幅の小さい副光の波長をλ2とすると、第４図のよ
うな特性になり、温度が上昇してロツドが伸びて
いるときは矢印Ａの方向に変化するので、まず副
山ｂが出現してから後に主山Ｐが出現し、一方、
温度が下降しているときは矢印Ｂの方向に変化す
るので、まず主山Ｐが出現してから後に副山ｂが
出現する。なお、付帯発振で生じた主光と副光の
振幅の大きさにあまり差がない場合には、偏光フ
イルタを通過させて副光の振幅を任意に小さくし
て使用する。
したがつて、この測定結果から温度変化量およ
び上昇か、下降かを識別できる。
び上昇か、下降かを識別できる。
すなわち、光ロツド１８を透過するレーザ光の
強さは第４図のように、光ロツド１８の厚さが温
度で変化してゆくと、その出力光の強さが上昇
（または下降）し、最大値（または最小値）に達
すると今度は下降（上昇）する。このため、この
レーザ光で温度を測定する場合、例えば出力光の
強さが上昇していても、温度が下降して出力光の
強さが上昇しているのか、温度が下降して出力光
の強さが上昇しているのかがわからない。しかる
に上記のように、主山Ｐに隣接してこれよりピー
ク値の小さい副山ｂを設けると、主山に対して副
山が本実施例では第４図に左側にあるので、温度
変化して出力光の強さが変化しているときに主山
と副山のどちらが先に現われるかにより、温度が
下降側に変化しているのか、上昇側に変化してい
るのかがわかることになる。勿論、透過光の強さ
により温度の変化量も高精度に測定できる。
強さは第４図のように、光ロツド１８の厚さが温
度で変化してゆくと、その出力光の強さが上昇
（または下降）し、最大値（または最小値）に達
すると今度は下降（上昇）する。このため、この
レーザ光で温度を測定する場合、例えば出力光の
強さが上昇していても、温度が下降して出力光の
強さが上昇しているのか、温度が下降して出力光
の強さが上昇しているのかがわからない。しかる
に上記のように、主山Ｐに隣接してこれよりピー
ク値の小さい副山ｂを設けると、主山に対して副
山が本実施例では第４図に左側にあるので、温度
変化して出力光の強さが変化しているときに主山
と副山のどちらが先に現われるかにより、温度が
下降側に変化しているのか、上昇側に変化してい
るのかがわかることになる。勿論、透過光の強さ
により温度の変化量も高精度に測定できる。
第５図はこのような動作原理を有する光ロツド
を温度センサとして用いた温度計を、高電圧の重
電機器、電力ケーブルに適用した実施例の構成図
である。図において、３１は白色光を出射する光
源、３２はレーザダイオード、３３，３４，３５
は集束レンズ、３６はビームスプリツタ、３７は
これらの各部品を一体にまとめた光学合成器であ
る。この光学合成器３７の出力光は、光フアイバ
３８によつて温度センサ部３９に導かれる。この
温度センサ部３９においては、光フアイバ３８か
らの光を集光する集束レンズ４０を通つた光は偏
光子４１や波長板等を介して光ロツド４３に入射
される。この光ロツド４３の両端面には屈折率の
大きい誘導体多層膜４３ａ，４３ｂがコーテイン
グされ、また外周面には屈折率の小さい誘電体多
層膜４３ｃがコーテイングされている。
を温度センサとして用いた温度計を、高電圧の重
電機器、電力ケーブルに適用した実施例の構成図
である。図において、３１は白色光を出射する光
源、３２はレーザダイオード、３３，３４，３５
は集束レンズ、３６はビームスプリツタ、３７は
これらの各部品を一体にまとめた光学合成器であ
る。この光学合成器３７の出力光は、光フアイバ
３８によつて温度センサ部３９に導かれる。この
温度センサ部３９においては、光フアイバ３８か
らの光を集光する集束レンズ４０を通つた光は偏
光子４１や波長板等を介して光ロツド４３に入射
される。この光ロツド４３の両端面には屈折率の
大きい誘導体多層膜４３ａ，４３ｂがコーテイン
グされ、また外周面には屈折率の小さい誘電体多
層膜４３ｃがコーテイングされている。
したがつて、光ロツド４３に入射した白色光は
膜４３ａ，４３ｂ間で多重反射され、前記のよう
に光共振が起こる。光ロツド４３の膜４３ｂから
出射された光は集束レンズ４４で集光され光フア
イバ４５に入射される。これらの部品からなる温
度センサ部３９は光フアイバ３８，４５の端部と
ともに一体化され、石油系絶縁油または絶縁ガス
（SF6）等に強い材料（例えば商品名アフワン
COP）で被覆され密封されている。この温度セ
ンサ部３９は汎用体温計以下の寸法形状に収納す
ることができる。
膜４３ａ，４３ｂ間で多重反射され、前記のよう
に光共振が起こる。光ロツド４３の膜４３ｂから
出射された光は集束レンズ４４で集光され光フア
イバ４５に入射される。これらの部品からなる温
度センサ部３９は光フアイバ３８，４５の端部と
ともに一体化され、石油系絶縁油または絶縁ガス
（SF6）等に強い材料（例えば商品名アフワン
COP）で被覆され密封されている。この温度セ
ンサ部３９は汎用体温計以下の寸法形状に収納す
ることができる。
光フアイバ４５を通つた光は光学合成器３７と
ともに手許に配置された光電処理部４６に入され
る。この帰還光は集束レンズ４７を通つた後、ビ
ームスプリツタ４８で分光され、レーザ光はフイ
ルタ４９、集束レンズ５０を通つて光電変換器５
１に入射し、電気信号に変換され、前記主山副山
を識別する識別回路としてのマイクロプロセツサ
５２に送出される。
ともに手許に配置された光電処理部４６に入され
る。この帰還光は集束レンズ４７を通つた後、ビ
ームスプリツタ４８で分光され、レーザ光はフイ
ルタ４９、集束レンズ５０を通つて光電変換器５
１に入射し、電気信号に変換され、前記主山副山
を識別する識別回路としてのマイクロプロセツサ
５２に送出される。
一方、白色光から特定の波長のみ強められた光
はフイルタ５３を通り分光器５４で分光された
後、光ダイオードアレイIC板５５で電気信号に
変換され、波長に応じた電気信号がマイクロプロ
セツサ５２に出力される。５６はマイクロプロセ
ツサ５２とデータの授受を行なう記憶装置であ
る。光ロツド４３の長さに比例して共振する半波
長の整数倍関係にあるピーク値波長λa，λb，λc
と、第４図に示した透過光強度Ｐはマイクロプロ
セツサ５２において復号解読される。この出力は
表示器５７にてアナログ表示され、表示器５８に
てデジタル表示される。
はフイルタ５３を通り分光器５４で分光された
後、光ダイオードアレイIC板５５で電気信号に
変換され、波長に応じた電気信号がマイクロプロ
セツサ５２に出力される。５６はマイクロプロセ
ツサ５２とデータの授受を行なう記憶装置であ
る。光ロツド４３の長さに比例して共振する半波
長の整数倍関係にあるピーク値波長λa，λb，λc
と、第４図に示した透過光強度Ｐはマイクロプロ
セツサ５２において復号解読される。この出力は
表示器５７にてアナログ表示され、表示器５８に
てデジタル表示される。
この実施例では往路と往復の光フアイバを別個
に設けたが、共通の光フアイバで往復路とも構成
することもできる。
に設けたが、共通の光フアイバで往復路とも構成
することもできる。
また、実施例に使用した光ロツドは端面の直径
が900μmのものを用いたが、600μm以上ならば端
面間で多重反射をすることが可能である。また、
温度測定は40〜130℃の範囲で可能であつた。な
お、光ロツドは端面丸形の円柱形のほかに端面四
角の角柱形等各種形状にすることができる。ま
た、レーザ光としてはネオンヘリウムガスレーザ
による6300Åの波長のものを用いたが、4000〜
8500Åの範囲で任意のものが使用できる。
が900μmのものを用いたが、600μm以上ならば端
面間で多重反射をすることが可能である。また、
温度測定は40〜130℃の範囲で可能であつた。な
お、光ロツドは端面丸形の円柱形のほかに端面四
角の角柱形等各種形状にすることができる。ま
た、レーザ光としてはネオンヘリウムガスレーザ
による6300Åの波長のものを用いたが、4000〜
8500Åの範囲で任意のものが使用できる。
また、特定波長光の検出にはプリズム形の分光
器で屈折角を変えて光ダイオードアレイに光を入
射させたが、１個の光ダイオードを用い反射板を
回転させ、その回転角から波長を検出することも
できる。
器で屈折角を変えて光ダイオードアレイに光を入
射させたが、１個の光ダイオードを用い反射板を
回転させ、その回転角から波長を検出することも
できる。
〔発明の効果〕
このように本発明によると、レーザ光を使用
し、しかもレーザ光を光ロツドに透過させて温度
測定をしているので、安定で高精度の微小温度変
化の測定が可能であり、かつ、レーザ発行器の付
帯発振現象を巧みに利用することにより、微小温
度変化の変化方向を確実に判定することができる
という優れた効果がある。
し、しかもレーザ光を光ロツドに透過させて温度
測定をしているので、安定で高精度の微小温度変
化の測定が可能であり、かつ、レーザ発行器の付
帯発振現象を巧みに利用することにより、微小温
度変化の変化方向を確実に判定することができる
という優れた効果がある。
また、光ロツドを使用しているので、薄板状の
エタロン板に比して両端面の距離、すなわち光の
透過する部分の長さが長くなる。同じ温度変化に
対して伸縮する絶対量は光透過部分の長さが長い
方が大きくなるので、温度変化に対してそれだけ
大きなロツドの長さ変化量が得られ、検出感度が
良くなる効果がある。
エタロン板に比して両端面の距離、すなわち光の
透過する部分の長さが長くなる。同じ温度変化に
対して伸縮する絶対量は光透過部分の長さが長い
方が大きくなるので、温度変化に対してそれだけ
大きなロツドの長さ変化量が得られ、検出感度が
良くなる効果がある。
また、円柱状の光ロツドを使用しているので、
光ロツドに対する光の入出力を行う光フアイバを
含めてふくらみがなく細長くできて形状を小型に
でき、測定個所に設置、埋込みし易いという効果
もある。
光ロツドに対する光の入出力を行う光フアイバを
含めてふくらみがなく細長くできて形状を小型に
でき、測定個所に設置、埋込みし易いという効果
もある。
第１図はエタロン板の動作説明図、第２図は本
発明に係る温度変化測定方法を実施した温度計の
一実施例の構成図、第３図はスペクトルの観測波
形図、第４図はロツド長さに対する透過光の強さ
を示すグラフ、第５図は他の実施例の構成図であ
る。 １０……白色光光源、１１，１７，１９……集
束レンズ、１２，２１……ビームスプリツタ、１
３……レーザ発光器、１４……偏光子、１５……
波長板、１６，２０……光フアイバ、１８……光
ロツド、１８ａ，１８ｂ……誘電体多層膜、１８
ｃ……膜、２２，２５……光フイルタ、２３……
分光器、２４……光ダイオードアレイIC板、２
６……光電変換器、２７……マイクロプロセツ
サ、２８……記憶装置、２９，３０……表示器。
発明に係る温度変化測定方法を実施した温度計の
一実施例の構成図、第３図はスペクトルの観測波
形図、第４図はロツド長さに対する透過光の強さ
を示すグラフ、第５図は他の実施例の構成図であ
る。 １０……白色光光源、１１，１７，１９……集
束レンズ、１２，２１……ビームスプリツタ、１
３……レーザ発光器、１４……偏光子、１５……
波長板、１６，２０……光フアイバ、１８……光
ロツド、１８ａ，１８ｂ……誘電体多層膜、１８
ｃ……膜、２２，２５……光フイルタ、２３……
分光器、２４……光ダイオードアレイIC板、２
６……光電変換器、２７……マイクロプロセツ
サ、２８……記憶装置、２９，３０……表示器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 被測温部に配置され、円柱状の両端面を平行
かつ平面に研磨した光ロツドの一方の端面に、 主発振のほかに付帯発振を含む複数の姿態で発
振するレーザ発光器から出射したレーザ光を光フ
アイバを通して入射させ、 前記光ロツドの他方の端面から出射した透過光
を光電変換器で電気信号に変換し、 この変換された電気信号と、前記光ロツドの長
さの変化に応じたレーザ光の主発振に基づく主山
と付帯発振に基づく副山が周期的に生ずる透過光
強さの変化特性とから、前記被測温部の温度変化
量を測定するとともに、 前記透過光強さの主山と副山の発生する順序か
ら前記被測温部の温度変化方向を検出するように
したことを特徴とする温度変化測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4283381A JPS57157124A (en) | 1981-03-24 | 1981-03-24 | Optical rod fabry-perot thermometer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4283381A JPS57157124A (en) | 1981-03-24 | 1981-03-24 | Optical rod fabry-perot thermometer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57157124A JPS57157124A (en) | 1982-09-28 |
| JPH0432336B2 true JPH0432336B2 (ja) | 1992-05-29 |
Family
ID=12646966
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4283381A Granted JPS57157124A (en) | 1981-03-24 | 1981-03-24 | Optical rod fabry-perot thermometer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57157124A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6014135A (ja) * | 1983-07-06 | 1985-01-24 | Agency Of Ind Science & Technol | 光学的温度検出素子 |
| JPS60111931A (ja) * | 1983-11-22 | 1985-06-18 | Agency Of Ind Science & Technol | 光応用温度測定装置 |
| JPS63234125A (ja) * | 1987-03-23 | 1988-09-29 | Chino Corp | 光学式温度測定装置 |
| US7502123B2 (en) * | 2007-02-05 | 2009-03-10 | Palo Alto Research Center Incorporated | Obtaining information from optical cavity output light |
| US7554673B2 (en) * | 2007-02-05 | 2009-06-30 | Palo Alto Research Center Incorporated | Obtaining information about analytes using optical cavity output light |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2722832A1 (de) * | 1977-05-20 | 1978-11-30 | Bosch Gmbh Robert | Anordnung zur verbesserung des stoerabstands bei der uebertragung bzw. aufzeichnung und/oder wiedergabe von signalen mittels laserstrahlen |
-
1981
- 1981-03-24 JP JP4283381A patent/JPS57157124A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57157124A (en) | 1982-09-28 |
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