JPH0510833A - 温度センサ用フアイバ - Google Patents

温度センサ用フアイバ

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Publication number
JPH0510833A
JPH0510833A JP3183462A JP18346291A JPH0510833A JP H0510833 A JPH0510833 A JP H0510833A JP 3183462 A JP3183462 A JP 3183462A JP 18346291 A JP18346291 A JP 18346291A JP H0510833 A JPH0510833 A JP H0510833A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
core
fiber
temperature
light
temperature sensor
Prior art date
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Pending
Application number
JP3183462A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshikazu Matsuda
美一 松田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Furukawa Electric Co Ltd filed Critical Furukawa Electric Co Ltd
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Publication of JPH0510833A publication Critical patent/JPH0510833A/ja
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  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
  • Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ラマン光散乱光でなくレーリー散乱光を利用
して通常のOTDRの手法で温度監視を行なえる温度セ
ンサ用ファイバを提供する。 【構成】 ファイバ1のクラッド2内に第1コア3と第
2コア4を互いに光結合可能であるように設け、クラッ
ド2の外部に温度で屈折率等の光学特性が変化する媒質
5を設けた。また前記第1コア3を第2コア4よりもク
ラッド2の中心寄りに、第2コア4を第1コア3と並行
にクラッド2の外周面2a寄り又は外周面2aに接して
設け、前記媒質5に多孔質材を用い、それに温度で屈折
率が変わる液体6を含浸させた。いずれの場合も温度変
化で前記媒質5の屈折率が変化すると、両コア3、4の
光結合特性が変化するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明の温度センサ用ファイバ
は、同ファイバが布設されてる周囲の温度変化、及び温
度変化の位置を検出できる温度センサ用ファイバに関す
るものであり、例えば油、ガス等の危険物や薬品等の貯
蔵設備、工場、家屋、送電線等における広範囲の箇所の
温度変化を監視するのに使用されるものである。
【0002】
【従来の技術】例えば、広範囲或は長距離にわたって温
度変化を監視する方法として、従来はOTDR(Optica
l Time Domain Reflectometry )法が用いられていた。
これは図7に示すように光源Bからの光パルス(波長
λ)を分岐結合器C1 を介して温度変化検知用のファイ
バAに伝送し、同ファイバAを伝搬するにつれて発生し
て入射端に向かって戻ってくる散乱光を分岐結合器C1
およびC2 を介して分岐し、その散乱光のレベルに基づ
いて温度変化およびその温度変化の位置を検知する。こ
の場合、後方散乱光には光源の波長と同じ波長λのレー
リー散乱光と波長がλとは異なるラマン散乱光が含まれ
るが、ガラスファイバではラマン散乱光の強さが温度に
依存するため、この温度変化の検知にはラマン散乱光が
利用される。しかもラマン散乱光は、光源の波長λより
長波長λs のストークス光と光源の波長より短波長λas
のアンチストークス光からなるため図7の検知装置で
は、波長λs のストークス光を選択する光フィルターD
1 と波長λasのアンチストークス光を選択する光フィル
ターD2 、それにストークス光およびアンチストークス
光の光強度を電気信号に変換する光検知器E1 、E2
設けてある。ストークス光の強度Is とアンチストーク
ス光の強度Iasの比は、次式で表される。 Is /Ias ∝ exp( hc・∇ν/kT ) ここに、hはプランク定数、cは光速、kはボルツマン
定数、∇νはストークス光とアンチストークス光の振動
差、およびTは温度である。このため、前記光検知器E
1 およびE2 で検知したストークス光とアンチストーク
ス光の光強度Is 、Iasを電気信号に変換してから、上
式の演算を行なって、適切な信号処理を施せば温度を算
出することができる。また温度変化の位置は散乱光が戻
って来る時間により知ることができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ラマン
散乱光の発生はいわゆる非線形の現象であり、このラマ
ン散乱光を発生させるには高出力の光源が必要である。
しかもラマン光の強度はレーリー散乱光に比べて数千分
の1以下の弱い強度であるためノイズと弁別するための
処理が必要になる。また波長の異なる散乱光を選別検知
するための分岐結合器および波長フィルターも必要とな
る。さらに、ストークス光およびアンチストークス光の
比をとる演算処理が必要である。結果として、この測定
器全体の価格も高くなるという問題を有している。
【0004】
【発明の目的】本発明の目的は、ラマン光散乱光ではな
く、レーリー散乱光を用いて通常のOTDRの手法で温
度監視を行なうことのできる温度センサ用ファイバを提
供することにある。
【0005】
【問題点を解決するための手段】本発明のうち請求項1
の温度センサ用ファイバは、図1に示すようにファイバ
1のクラッド2内に第1コア3と第2コア4とを互いに
光結合可能なように設け、クラッド2の外部に温度によ
り屈折率等の光学特性が変化する媒質5を設け、温度変
化による同媒質5の屈折率変化により前記2つのコア
3、4の光結合特性が変化するようにしたことを特徴と
するものである。本発明のうち請求項2の温度センサ用
ファイバは、前記2つのコア3、4のうち、図1のよう
に第1コア3を第2コア4よりもクラッド2の中心寄り
に設置し、第2コア4は第1コア3と並行にクラッド2
の外周面2a寄りあるいは外周面2aに接して設け、前
記媒質5として多孔質材を用い、この多孔質材に温度で
屈折率が変わる液体6(図6)を含浸させ、温度変化に
よる同液体6の屈折率変化により第1コア3と第2コア
4の光結合特性が変化するようにしたことを特徴とする
ものである。
【0006】図2は本発明の温度センサ用ファイバを説
明するための一般的なモード結合理論の要点を説明する
図である。同図(a)に示すように第1コア3および第
2コア4が並行に設置され、入射端からの距離z=0に
おいて第1コア3のみに光波Pが入射され、その光パワ
の大きさを1とする。前記第1コア3と第2コア4は光
学的に結合があるので、第1コア3に入射された光波の
光パワPは第2コア4を伝搬する光波に周期的に移行す
る。モード結合理論によれば、第1コア3を導波される
光パワPa(z)、第2コア4に導波される光パワPb
(z)は次式のように表される。 Pb(z)=1−Fsin2 βc・z Pa(z)=Fsin2 βc・z ここに、zは入射端からの距離、Fは伝達比、βcは結
合周期に関する量である。
【0007】また、第1コア3に独立に導波される光波
の伝搬定数をβa、フィールドをψaとし、第2コア4
に独立に導波される光波の伝搬定数をβb、フィールド
をψbとすれば、伝達比Fおよび結合周期に関する量β
cは、2つの独立な光波の伝搬定数の差βa−βb、お
よびフィールドψaとψbの重なり具合によって決めら
れる。モード結合理論によると、伝達比Fは2つの伝搬
定数βa、βbと次式のような関係になる。 F=1 (βa=βb) F<1 (βa≠βb) ここでβa=βbの場合、周期的に全パワの移行が行わ
れ、位相整合がとれていると呼ばれる。また、βa≠β
bの場合、全光パワの移行は行われず一部の光パワの移
行が周期的に行われる。この様子を概念的に図2(b)
に示す。
【0008】
【作用】図3(a)に示す本発明の温度センサ用ファイ
バでは互いに光結合可能に第1コア3と第2コア4を設
けてあるので、その第1コア3および第2コア4の伝搬
定数がβa≠βbのように作製されているものとし、ま
た、動作原理の説明を簡単にするため、フィールドの重
なりも小さく伝達比Fは1に比べて非常に小さいもの、
すなわち、通常の状態では、2つのコア3、4には光の
結合が実質的には起きないものとすれば、このとき第1
コア3のみに光を入射すると、次のようになる。通常の
状態では入射された光パワは結合が非常に小さいので、
そのまま第1コア3を伝搬するが、入射端からの距離z
=ztの位置で、周囲媒質5(図1)の屈折率が温度に
よって変化すると、これにより第2コア4の伝搬定数β
bが影響を受け、βa≒βbのように位相整合のとれた
状態に近づく。このとき第1コア3を伝搬していた光パ
ワの一部は第1コア3から第2コア4に移行することに
なる。移行した光パワが再び第1コア3に完全に再結合
しないとすると、第1コア3を伝搬する光パワは図3
(b)に示すようにz≧ztでは、光パワのレベルが小
さくなる。即ち、この光パワレベルの変化から温度変化
を求めることができる。この原理にOTDRの手法を適
用して第1コア3の反射光を計測することにより温度変
化が発生した箇所を検知することができる。
【0009】
【実施例1】本発明の温度センサ用ファイバの第1実施
例を以下の設計に基づいて図4に示すように作製した。 第1コア3:クラッドの中心寄りに設置 屈折率差 △n=0.3%、コア径=7μm 第2コア4:クラッドの外周寄りに設置 屈折率差 △n=0.3%、コア径=7.1μm クラッドの最小厚さ≒2μm このファイバ1をパイプ7の中に挿入し,パイプ7内部
に第1コア3と第2コア4との間に媒質5として光波の
光結合が小(伝達比F<<1)なように屈折率を調整し
た液体6を満たした。この温度センサ用ファイバの一部
に温度変化を与え、第1コア3にのみ光を入射し、OT
DRの手法によって温度変化を与えた箇所の光結合量の
変化、すなわち光パワのレベルをモニターした。その結
果、温度変化による結合量の変化をとらえることができ
た。
【0010】
【実施例2】本発明の温度センサ用ファイバの第2実施
例として、図5に示すものを作製した。この実施例では
前記ファイバ1の被覆(媒質5)として、フッ素系の樹
脂あるいはシリコーン系の樹脂を被覆した。これらの樹
脂はファイバ1の材料である石英ガラスより屈折率が小
さいので、標準状態では伝達比F<<1に設定される
が、温度が低下するに従って樹脂の屈折率が高くなり伝
達比がF→1となる。この実施例の温度センサ用ファイ
バは異常な温度低下の検知用として使用される。
【0011】
【実施例3】本発明の温度センサ用ファイバの第3実施
例として、図6に示すものを作製した。前記ファイバ1
の被覆(媒質5)として、多孔質材を被覆し、それに光
波の結合量を温度変化により制御される屈折率の液体6
を含浸させ、その液体6が蒸発乾燥しないように、その
被覆の外側をパイプ7で密閉した。
【0012】
【発明の効果】本発明の温度センサ用ファイバを使用す
れば、温度変化に依存するラマン散乱光を利用せず、入
射光と同じ波長のレーリー散乱光を利用できるので、次
のような効果がある。 検知に利用する散乱光の強度
が強いので、ノイズに強くなり検知感度が改善される。
しかもその散乱光をノイズと弁別する必要がなく、その
ための装置も必要ない。 入射光と同じ波長の散乱光
を検知するので、波長選別のための分波器あるいはフィ
ルターが不要で、検知系が簡潔になる。 ストークス
光とアンチストークス光の比を取るような演算も不要と
なるので、検知された散乱光から温度変化を求めるため
の処理が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の温度センサ用ファイバの基本構造の縦
断面図。
【図2】同図(a)は同温度センサ用ファイバにおける
2つのコアの概略図、同図(b)は同温度センサ用ファ
イバに係るモード結合原理の説明図。
【図3】同図(a)は同温度センサ用ファイバに光パワ
を入射したの状態の説明図、同図(b)は同温度センサ
用ファイバにおける光パワの説明図。
【図4】本発明の温度センサ用ファイバの第1実施例を
示す概略図。
【図5】本発明の温度センサ用ファイバの第2実施例を
示す概略図。
【図6】本発明の温度センサ用ファイバの第3実施例を
示す概略図。
【図7】従来の光ファイバを用いた温度検知方法の説明
図。
【符号の説明】
1 ファイバ 2 クラッド 2a クラッドの外周面 3 第1コア 4 第2コア 5 媒質 6 液体

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ファイバ1のクラッド2内に第1コア3
    と第2コア4とを互いに光結合可能なように設け、クラ
    ッド2の外部に温度により屈折率等の光学特性が変化す
    る媒質5を設け、温度変化による同媒質5の屈折率変化
    により前記2つのコア3、4の光結合特性が変化するよ
    うにしたことを特徴とする温度センサ用ファイバ。
  2. 【請求項2】 前記2つのコア3、4のうち、第1コア
    3を第2コア4よりもクラッド2の中心寄りに設置し、
    第2コア4は第1コア3と並行にクラッド2の外周面2
    a寄りあるいは外周面2aに接して設け、前記媒質5と
    して多孔質材を用い、この多孔質材に温度で屈折率が変
    わる液体6を含浸させ、温度変化による同液体6の屈折
    率変化により第1コア3と第2コア4の光結合特性が変
    化するようにしたことを特徴とする請求項1の温度セン
    サ用ファイバ。
JP3183462A 1991-06-28 1991-06-28 温度センサ用フアイバ Pending JPH0510833A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06281508A (ja) * 1993-03-26 1994-10-07 Kobe Steel Ltd 温度分布測定方法
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