JPH0440649B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0440649B2 JPH0440649B2 JP57042585A JP4258582A JPH0440649B2 JP H0440649 B2 JPH0440649 B2 JP H0440649B2 JP 57042585 A JP57042585 A JP 57042585A JP 4258582 A JP4258582 A JP 4258582A JP H0440649 B2 JPH0440649 B2 JP H0440649B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- polarization
- optical fiber
- temperature
- optical
- light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
- G01K11/32—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、光フアイバを用いた温度センサに関
するものである。
するものである。
従来、光フアイバを用いた温度センサとして、
第１図に示すようなものが提案されている。図に
おいて、光源１１からの光はビーム・スプリツタ
１２で２分岐され、それぞれ光フアイバ１３及び
光フアイバ１４に入射される。この２本の光フア
イバ１３，１４の長さの差により、光のコヒーレ
ンス長以内では、２本の光フアイバ１３，１４を
伝搬してくる光波によつて干渉縞１５が作られ
る。この干渉縞１５は、２光波の光路長差が変化
するとともに移動する。従つて、この干渉縞の移
動量から、２本の光フアイバ長の相対変化量を測
定することができる。一方、光フアイバは温度変
化によつて長さが伸縮するため、２本の光フアイ
バ１３，１４のうち１本を温度測定用として用い
ると、上述した原理により、温度変化に対して干
渉縞が変化し、その変化量から温度変動量が測定
できる。この方式は、２本の光フアイバを用いて
いることや、１本の光フアイバは温度変化を受け
ないように、恒温槽に入れておく必要がある等、
測定系が複雑化する欠点があつた。
第１図に示すようなものが提案されている。図に
おいて、光源１１からの光はビーム・スプリツタ
１２で２分岐され、それぞれ光フアイバ１３及び
光フアイバ１４に入射される。この２本の光フア
イバ１３，１４の長さの差により、光のコヒーレ
ンス長以内では、２本の光フアイバ１３，１４を
伝搬してくる光波によつて干渉縞１５が作られ
る。この干渉縞１５は、２光波の光路長差が変化
するとともに移動する。従つて、この干渉縞の移
動量から、２本の光フアイバ長の相対変化量を測
定することができる。一方、光フアイバは温度変
化によつて長さが伸縮するため、２本の光フアイ
バ１３，１４のうち１本を温度測定用として用い
ると、上述した原理により、温度変化に対して干
渉縞が変化し、その変化量から温度変動量が測定
できる。この方式は、２本の光フアイバを用いて
いることや、１本の光フアイバは温度変化を受け
ないように、恒温槽に入れておく必要がある等、
測定系が複雑化する欠点があつた。
本発明は、１本の光フアイバを用いるだけで簡
単に温度変化を測定できる温度センサを提供する
ものである。
単に温度変化を測定できる温度センサを提供する
ものである。
本発明は、光学ガラスである偏波面保存光フア
イバの直交する２つの偏光軸にそれぞれ沿う２つ
の光伝送路を干渉計の２つの光路として用い、こ
の２つの光路長差が温度によつて直線的に変化す
ることを利用し、温度変化を干渉出力変化として
測定する点に特徴がある。
イバの直交する２つの偏光軸にそれぞれ沿う２つ
の光伝送路を干渉計の２つの光路として用い、こ
の２つの光路長差が温度によつて直線的に変化す
ることを利用し、温度変化を干渉出力変化として
測定する点に特徴がある。
本発明の原理を説明するための原理図を第２図
及び第３図に示した。第２図において、光波２１
はビーム・スプリツタ２２で２分岐され、光波２
６と光波２７とに別れる。これらの２光波は、ミ
ラ２３，２４で折り返され、再びビーム・スプリ
ツタ２５で合成される。この合成波２８の光出力
Ｉは、２光波２６，２７の光パワーをI1，I2とす
ると一般に次式で表わされる。
及び第３図に示した。第２図において、光波２１
はビーム・スプリツタ２２で２分岐され、光波２
６と光波２７とに別れる。これらの２光波は、ミ
ラ２３，２４で折り返され、再びビーム・スプリ
ツタ２５で合成される。この合成波２８の光出力
Ｉは、２光波２６，２７の光パワーをI1，I2とす
ると一般に次式で表わされる。
Ｉ＝I1＋I2＋2γ√1・2cos (1)
ここで、γは光源の干渉度を表わし、一般に０＜
γ＜１である。は光波２６の伝搬する光路長
と、光波２７の伝搬する光路長との差Δdから生
じる光波２６と光波２７との位相差で、次式で表
わされる。
γ＜１である。は光波２６の伝搬する光路長
と、光波２７の伝搬する光路長との差Δdから生
じる光波２６と光波２７との位相差で、次式で表
わされる。
＝2π・Δd／λ (2)
λは光の波長である。
従つて、光遅延路２９を動かすことにより合成
信号２８の光出力Ｉは、(1)式により正弦波状に変
化する。この干渉計は一般にマツハ・ツエンダの
干渉計と呼ばれている。この干渉計は、偏波面保
存光フアイバを用いて第３図のように構成するこ
とができる。第３図において、直線偏光波３１を
偏波面保存光フアイバ３５の直交する２軸３３，
３４の中間に入るように傾けて入射させる。直線
偏光波を任意の角度に回転するには、半波長板３
２の直線偏光波に対する角度を変えることで可能
である。こうすると、直線偏光波３１０の偏波面
保存光フアイバ３５の直交する２軸３３，３４へ
の成分である光波３８，３９は、それぞれ独立に
偏波面保存光フアイバ３５を伝搬することにな
る。直交した光波間では干渉は生じないので、出
力側では偏波面保存光フアイバ３５の直交する２
軸３３，３４の中間に検光子３１１の軸がくるよ
うにセツトしておく。この結果、光波３８と光波
３９との検光子３１１の軸への成分による合成波
３６が得られ、この光出力Ｉは(1)式によつて与え
られる。これは、第２図に示した干渉計と等価で
あり、第２図のビーム・スプリツタ２２及びビー
ム・スプリツタ２５は、第３図の偏波面保存光フ
アイバ３５の入射面３７及び検光子３１１に相当
する。
信号２８の光出力Ｉは、(1)式により正弦波状に変
化する。この干渉計は一般にマツハ・ツエンダの
干渉計と呼ばれている。この干渉計は、偏波面保
存光フアイバを用いて第３図のように構成するこ
とができる。第３図において、直線偏光波３１を
偏波面保存光フアイバ３５の直交する２軸３３，
３４の中間に入るように傾けて入射させる。直線
偏光波を任意の角度に回転するには、半波長板３
２の直線偏光波に対する角度を変えることで可能
である。こうすると、直線偏光波３１０の偏波面
保存光フアイバ３５の直交する２軸３３，３４へ
の成分である光波３８，３９は、それぞれ独立に
偏波面保存光フアイバ３５を伝搬することにな
る。直交した光波間では干渉は生じないので、出
力側では偏波面保存光フアイバ３５の直交する２
軸３３，３４の中間に検光子３１１の軸がくるよ
うにセツトしておく。この結果、光波３８と光波
３９との検光子３１１の軸への成分による合成波
３６が得られ、この光出力Ｉは(1)式によつて与え
られる。これは、第２図に示した干渉計と等価で
あり、第２図のビーム・スプリツタ２２及びビー
ム・スプリツタ２５は、第３図の偏波面保存光フ
アイバ３５の入射面３７及び検光子３１１に相当
する。
一方、第３図において、偏波面保存光フアイバ
３５の２軸３３，３４に沿う光導波路は、屈折率
が互いに異なるため、入力側で同時に入つた２光
波３８，３９も、出力側では次式で表わされる時
間差Δτが生じる。
３５の２軸３３，３４に沿う光導波路は、屈折率
が互いに異なるため、入力側で同時に入つた２光
波３８，３９も、出力側では次式で表わされる時
間差Δτが生じる。
Δτ＝１／Ｃ・Ｌ・Cp・ａ・（T0−Ｔ） (3)
ここで、Ｃは空気中での光速、Ｌは偏波面保存光
フアイバ３５の長さ、Cpは偏波面保存光フアイ
バ３５の光弾性定数、ａは偏波面保存光フアイバ
３５のヤング率とポアソン比及び熱膨張係数に関
係する比例係数は、T0はシリカガラスの軟化温
度で約1000℃、また、Ｔは偏波面保存光フアイバ
の置かれている雰囲気温度である。Δτは、２光
波３８，３９の位相差と次式で与えられる関係
がある。
フアイバ３５の長さ、Cpは偏波面保存光フアイ
バ３５の光弾性定数、ａは偏波面保存光フアイバ
３５のヤング率とポアソン比及び熱膨張係数に関
係する比例係数は、T0はシリカガラスの軟化温
度で約1000℃、また、Ｔは偏波面保存光フアイバ
の置かれている雰囲気温度である。Δτは、２光
波３８，３９の位相差と次式で与えられる関係
がある。
＝Δτ・Ｃ・2π／λ (4)
(3)式を(4)式に代入すると、位相差は次式で与え
られる。
られる。
＝2π／λ・Ｌ・Cp・ａ・（T0−Ｔ） (5)
(5)式は、偏波面保存光フアイバ３５の雰囲気温
度が変化すると光波３８、光波３９の位相差が変
化することを示している。このことは、第３図に
おける偏波面保存光フアイバ３５の雰囲気温度の
変化が、第２図における光遅延路２９の動きに相
当することを意味している。従つて、第３図にお
いて、偏波面保存光フアイバ３５の雰囲気温度の
変化に対して、検光子３１１の出力は(1)式に従つ
て変化する。偏波面保存光フアイバ３５の雰囲気
温度変化に対する検光子３１１の出力変化の実験
結果の１例を第４図に示した。温度変化に対して
光出力が正弦波状に変化している様子が分る。
度が変化すると光波３８、光波３９の位相差が変
化することを示している。このことは、第３図に
おける偏波面保存光フアイバ３５の雰囲気温度の
変化が、第２図における光遅延路２９の動きに相
当することを意味している。従つて、第３図にお
いて、偏波面保存光フアイバ３５の雰囲気温度の
変化に対して、検光子３１１の出力は(1)式に従つ
て変化する。偏波面保存光フアイバ３５の雰囲気
温度変化に対する検光子３１１の出力変化の実験
結果の１例を第４図に示した。温度変化に対して
光出力が正弦波状に変化している様子が分る。
(5)式を温度Ｔで微分すると、単位温度変化に対
する位相変化量の割合が求められ次式で表わされ
る。
する位相変化量の割合が求められ次式で表わされ
る。
d／dT＝−2π／λ・Ｌ・Cp・ａ (6)
(6)式より、温度変化と位相変化とは線型の関係に
あることが分る。従つて、位相の変化に伴う光出
力レベルの変化から温度変化量を測定することが
できる。
あることが分る。従つて、位相の変化に伴う光出
力レベルの変化から温度変化量を測定することが
できる。
本発明の基本構成図を第５図に示す。第５図の
構成は上で述べた原理にもとづいている。図にお
いて、光源５１からの光波は、偏光板５２により
直線偏光となる。この直線偏光波は、半波長板５
３により温度測定対象物５８の中におかれた偏波
面保存光フアイバ５４の直交する２軸の中間に傾
けられる。出力側では、検光子５５によつて直交
している２光波の検光子５５の軸方向成分だけ
が、受光器５６によつて受けられる。この出力
は、例えばレコーダ５７等によつて連続的にモニ
ターすることができる。このような構成により、
上述の原理に基づいて温度変化を測定することが
できる。
構成は上で述べた原理にもとづいている。図にお
いて、光源５１からの光波は、偏光板５２により
直線偏光となる。この直線偏光波は、半波長板５
３により温度測定対象物５８の中におかれた偏波
面保存光フアイバ５４の直交する２軸の中間に傾
けられる。出力側では、検光子５５によつて直交
している２光波の検光子５５の軸方向成分だけ
が、受光器５６によつて受けられる。この出力
は、例えばレコーダ５７等によつて連続的にモニ
ターすることができる。このような構成により、
上述の原理に基づいて温度変化を測定することが
できる。
以上のように本発明は、光学ガラスである偏波
面保存光フアイバの直交する２つの伝送路を干渉
計の２つの光路として用い、この２つの光路長の
差が温度によつて直線的に変化することを利用
し、温度変化を干渉出力変化として測定する点に
特徴があるので、次のような効果を有する。
面保存光フアイバの直交する２つの伝送路を干渉
計の２つの光路として用い、この２つの光路長の
差が温度によつて直線的に変化することを利用
し、温度変化を干渉出力変化として測定する点に
特徴があるので、次のような効果を有する。
恒温槽が不要であるなど、構成が従来のもの
と比較すると簡単である。
と比較すると簡単である。
(6)式に示されているように単位温度変化に対
する位相の変化率が一定しているという直線的
変化であるから測定温度範囲が広い温度センサ
が容易に得られる。
する位相の変化率が一定しているという直線的
変化であるから測定温度範囲が広い温度センサ
が容易に得られる。
フアイバの長さを長くすることにより、温度
測定感度を大きくすることができる。例えば、
第４図の例では、点線で示す周期は、フアイバ
長を1mにしたときのものであり、実線で示す
周期は、フアイバ長を20mにしたときのもので
ある。このようにフアイバ長が20倍になると、
温度変化に対する光出力変化の周期が20分の１
になり、温度測定感度が20倍になる。
測定感度を大きくすることができる。例えば、
第４図の例では、点線で示す周期は、フアイバ
長を1mにしたときのものであり、実線で示す
周期は、フアイバ長を20mにしたときのもので
ある。このようにフアイバ長が20倍になると、
温度変化に対する光出力変化の周期が20分の１
になり、温度測定感度が20倍になる。
第１図は従来の温度センサの例を示す系統図、
第２図は本発明の原理を説明するための系統図、
第３図は本発明に用いる光干渉計の原理を説明す
るための斜視図、第４図は本発明の動作を説明す
るための特性図、第５図は本発明の実施例を示す
構成図である。 １１……光源、１２……ビーム・スプリツタ、
１３，１４……光フアイバ、１５……干渉縞、２
１，２６，２７……光波、２２，２５……ビー
ム・スプリツタ、２３，２４……ミラ、２８……
合成波、２９……光遅延路、３１……直線偏光
波、３２……半波長板、３３，３４……光軸、３
５……偏波面保存光フアイバ、３６……合成波、
３７……入射面、３８，３９……光波、３１０…
…直線偏光波、３１１……検光子、５１……光
源、５２……偏光板、５３……半波長板、５４…
…偏波面保存光フアイバ、５５……検光子、５６
……受光器、５７……レコーダ、５８……温度測
定対象物。
第２図は本発明の原理を説明するための系統図、
第３図は本発明に用いる光干渉計の原理を説明す
るための斜視図、第４図は本発明の動作を説明す
るための特性図、第５図は本発明の実施例を示す
構成図である。 １１……光源、１２……ビーム・スプリツタ、
１３，１４……光フアイバ、１５……干渉縞、２
１，２６，２７……光波、２２，２５……ビー
ム・スプリツタ、２３，２４……ミラ、２８……
合成波、２９……光遅延路、３１……直線偏光
波、３２……半波長板、３３，３４……光軸、３
５……偏波面保存光フアイバ、３６……合成波、
３７……入射面、３８，３９……光波、３１０…
…直線偏光波、３１１……検光子、５１……光
源、５２……偏光板、５３……半波長板、５４…
…偏波面保存光フアイバ、５５……検光子、５６
……受光器、５７……レコーダ、５８……温度測
定対象物。
Claims (1)
- １ 直線偏光波を発生する光源と、直交する２つ
の偏光軸を有する光学ガラスである偏波面保存光
フアイバと、前記直線偏光波をその偏波面が前記
直交する２つの偏光軸のほぼ中間に位置するよう
に該偏波面保存光フアイバに入射する入射手段
と、前記２つの偏光軸成分を合成する手段を備
え、前記偏波面保存光フアイバの前記２つの偏光
軸にそれぞれ沿う２つの光伝送路の光路長差が該
偏波面保存光フアイバの雰囲気温度に対応して直
線的に変化することを利用して、温度変化に対応
してレベル変化する出力光をとり出すように構成
された温度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57042585A JPS58160827A (ja) | 1982-03-19 | 1982-03-19 | 温度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57042585A JPS58160827A (ja) | 1982-03-19 | 1982-03-19 | 温度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58160827A JPS58160827A (ja) | 1983-09-24 |
| JPH0440649B2 true JPH0440649B2 (ja) | 1992-07-03 |
Family
ID=12640139
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57042585A Granted JPS58160827A (ja) | 1982-03-19 | 1982-03-19 | 温度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58160827A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60135732A (ja) * | 1983-12-23 | 1985-07-19 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 温度測定装置 |
| JPS62194428A (ja) * | 1986-02-21 | 1987-08-26 | Fujikura Ltd | 干渉型光フアイバセンサによる温度検出装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6055011B2 (ja) * | 1978-07-17 | 1985-12-03 | 三菱電機株式会社 | 温度検出装置 |
-
1982
- 1982-03-19 JP JP57042585A patent/JPS58160827A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58160827A (ja) | 1983-09-24 |
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