JPH07243919A - 温度分布測定用光ファイバー - Google Patents

温度分布測定用光ファイバー

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JPH07243919A
JPH07243919A JP6033834A JP3383494A JPH07243919A JP H07243919 A JPH07243919 A JP H07243919A JP 6033834 A JP6033834 A JP 6033834A JP 3383494 A JP3383494 A JP 3383494A JP H07243919 A JPH07243919 A JP H07243919A
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protective tube
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俊哉 小里
Jun Azuma
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 cm、mm級の空間分解能で温度分布測温を
なすことができる温度分布測定用光ファイバーを提供す
る。 【構成】 光ファイバー素線2に入射した光によって該
光ファイバー素線2内で発生するラマン散乱光を検出し
て温度分布を測定するために使用される温度分布測定用
光ファイバーにおいて、光ファイバー素線2が所定の測
温部位に亘るように螺旋状に巻回されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ラマン散乱光を検出し
て炉体及び鋳型周囲等の温度分布を測定するために使用
される温度分布測定用光ファイバーに関する。
【0002】
【従来の技術】光ファイバーコアは光学的に全く均一で
はなくガラス成分以外の不純物が存在し、それに光パル
スを入射すると非線形光学効果の一つであるラマン散乱
が生じる。その散乱光にはストーク光と反ストーク光と
の2種類がある。光の入射によって生じたこれら2つの
強度をOTDR(OPTCAL TIME−DOMAI
N REFRACTMETRY)法で測定し、温度によ
って変化するその強度比より散乱が生じた場所を測るこ
とができる。このような方法で温度分布を測定するため
の温度分布測定装置として図9に示すようなものがあ
る。
【0003】図9において、パルス発生器51により生
じた光パルスλ0 を方向性結合器52を通して温度分布
測定用光ファイバー53に入射する。光パルスλ0 が光
ファイバー53を伝搬するに従い光ファイバー53内の
各部でラマン散乱光λ1 ,λ 2 が発生し、そのラマン散
乱光λ1 ,λ2 が方向性結合器52に戻り、分光器54
によってストーク光λ1 と反ストーク光λ2 とに分光
し、これらを別々の受光素子55,56で検出し、この
検出信号を増幅器57,58を介して比率演算装置59
に入力して、温度、位置を特定して温度分布を測定す
る。
【0004】ここで、温度分布測定装置の温度分布測定
の原理を説明すると、温度分布測定用光ファイバー53
に光パルスλ0 を入射し、光ファイバー53中で発生す
るラマン散乱光λ1 ,λ2 の強度を検出することにより
温度の情報を、又、光パルスλ0 を入射してからラマン
散乱光λ1 ,λ2 が検出されるまでの遅れ時間を測定す
ることにより、光ファイバー53に沿った方向の距離情
報を得る。この距離の値は、次の式から求まる。
【0005】距離=(C/2n)×Δt C ; 真空中の光速度 n ; 光ファイバー屈折率 Δt; 光パルス入射からラマン散乱光検出までの遅れ
時間 一方、温度の値はラマン散乱光λ1 ,λ2 中のストーク
ス成分λ1 と反ストークス成分λ2 の強度比を求めるこ
とにより得られる。
【0006】ところで、上記のような温度分布測定装置
に用いられる従来の温度分布測定用光ファイバー53
は、コア及びクラッドを有する直線状の光ファイバー素
線の外周に、保護被覆を設けたものである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来のラマン散乱OT
DRによる温度分布測温は光ファイバー1本で計測でき
ると言う点では良い方法といえるが、空間分解能がmオ
ーダーであり、cm、mm級の空間分解能が要求されて
いる炉体及び鋳型周囲の温度分布計測等の鉄鋼業では実
用的ではなかった。
【0008】これを改善する方法として、図10に示す
ように光ファイバー53の一部を多重巻きにしたものが
あるが、これはその点においての分解能は改善されるも
のの点測定であり分布測温をするという点で劣ってい
た。本発明は上記問題点に鑑み、cm、mm級の空間分
解能で温度分布測温をなすことができる温度分布測定用
光ファイバーを提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】この技術的課題を解決す
る本発明の第一の技術手段は、光ファイバー素線2に入
射した光によって該光ファイバー素線2内で発生するラ
マン散乱光を検出して温度分布を測定するために使用さ
れる温度分布測定用光ファイバーにおいて、光ファイバ
ー素線2が所定の測温部位に亘るように螺旋状に巻回さ
れている点にある。
【0010】第二の技術手段は、光ファイバー素線2に
入射した光によって該光ファイバー素線2内で発生する
ラマン散乱光を検出して温度分布を測定するために使用
される温度分布測定用光ファイバーにおいて、光ファイ
バー素線2が所定の測温部位に亘るように螺旋状に巻回
され、内部に空洞を有する保護管3に前記螺旋状に巻回
した光ファイバー素線2が挿入され、保護管3と光ファ
イバー素線2との間に熱伝導率がよくかつ耐熱性の高い
緩衝材4が充填されている点にある。
【0011】第三の技術手段は、光ファイバー素線2に
入射した光によって該光ファイバー素線2内で発生する
ラマン散乱光を検出して温度分布を測定するために使用
される温度分布測定用光ファイバーにおいて、光ファイ
バー素線2が所定の測温部位に亘るように棒材13に螺
旋状に卷回され、該光ファイバー素線2が棒材13と共
に保護管3内に挿通され、光ファイバー素線2と保護管
3との間に熱伝導率がよくかつ耐熱性の高い緩衝材4が
充填されている点にある。
【0012】
【作用】光ファイバー素線2が所定の測温部位に亘るよ
うに螺旋状に巻回されているため、ラマン散乱を用いた
OTDR法を使った温度分布を測定をした場合、受温部
面積が広がると共に、より強い散乱光を得てそのピーク
位置を特定できるので、従来より位置分解能の優れた測
定がなし得るようになる。
【0013】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図2において、1は温度分布測定用光ファイバー
で、光ファイバー素線2と保護管3と緩衝材4とを備え
る。光ファイバー素線2は、例えばコアが直径50μ
m、クラッドが直径125μmの石英系ファイバーケー
ブルで構成され、この光ファイバー素線2は、図1に示
すように一巻き毎に巻き進んだ後に元の位置に巻き戻る
ように一方向に偏平かつ螺旋状に巻き進められており、
分厚くならないような巻き密度で連続的に巻かれてい
る。即ち、光ファイバー素線2は、丁度、図3に示すよ
うに円筒を形成するように螺旋状に卷回した後に図4に
示す如く周方向の一部(底部)を支点に偏平になるよう
に矢印a方向に倒して帯状に延伸させたような状態にな
っている。そして、光ファイバー素線2は例えば巻き径
が20mm、巻き密度が10回/cmで、有感部位の長
さが5mに形成され、光ファイバー素線2の端部にファ
イバーコネクター5が取り付けられている。
【0014】保護管3は、偏平な長方板状の金属板7と
円弧状に湾曲した凸部を有する金属板8とを内部に空洞
を形成するように貼り合わせてなり、これら金属板7,
8は例えば銅のような熱伝導率の高い金属によって構成
され、金属板7,8の貼り合わせは、幅方向両端の貼り
合わせ部9をシーム溶接またはTIG溶接することによ
りなされている。金属板7,8の厚みは例えば0.3m
mである。
【0015】緩衝材4は、熱伝導率が良くかつ測定温度
域で変質を生じない耐熱性の高い物質例えば酸化マグネ
シウム粉末により構成されている。上記の如く螺旋状に
卷回された光ファイバー素線2は、安定してその形状を
保つために保護管3の空洞部に挿入され、また、保護管
3内部の熱伝導率をよくし、また折り曲げなどの際に光
ファイバー素線2を外力の影響から守るために保護管3
と光ファイバー素線2との隙間に緩衝材4を充填してい
る。光ファイバー素線2の一端部は外部に引き出されて
図9に示す温度分布測定装置の光方向性結合器52側に
導かれるようになっている。そして、鎖線で示す如く保
護管3の金属板7の平坦な外面を測温対象物11に接触
させて測温するようになっている。
【0016】上記実施例の構成によれば、光ファイバー
素線2が螺旋状に巻き進められた状態になっているの
で、温度分布測温の空間分解能が向上する。即ち、向上
する分解能は、光ファイバー素線2を長さLの間に直径
DでN回巻いたとすると、NπD/L倍の分解能向上と
なる。例えば巻き密度を10回/cm、巻き径を20m
mとすると、計算上では、 2×π×10=61.8倍 に分解能が向上し、現状の測定における空間分解能が1
mであったとすると、本発明の光ファイバー1を用いる
ことによって、 1000mm/61.8=16mm になることが計算され、求められている分解能を実現す
ることができる。
【0017】図5は他の実施例を示し、光ファイバー素
線2が縦8の字状に偏平かつ螺旋状に巻き進められてい
る。その他の点は前記実施例と同様の構成であり、内部
に空洞を有する保護管3に光ファイバー素線2が挿入さ
れ、保護管3と光ファイバー素線2との間に緩衝材4が
充填される。図6は他の実施例を示し、光ファイバー素
線2が横8の字状に偏平かつ螺旋状に巻き進められてい
る。その他の点は前記実施例と同様の構成であり、内部
に空洞を有する保護管3に光ファイバー素線2が挿入さ
れ、保護管3とファイバー素線2との間に緩衝材4が充
填される。
【0018】図7は他の実施例を示し、光ファイバー素
線2が厚肉ゴム管により構成した棒材13の外周に螺旋
状に卷回されている。また保護管3が内部に空洞を有す
る円筒状の銅パイプにより構成され、この保護管3に前
記光ファイバー素線2が棒材13と共に挿入され、保護
管3と光ファイバー素線2との間に酸化マグネシウム又
は炭素の粉末により構成した緩衝材4が充填されてい
る。
【0019】図8は他の実施例を示し、円形又は8の字
状に偏平かつ螺旋状に巻き進められた光ファイバー素線
2が、該光ファイバー素線2を覆うように設けた図示省
略の有機接着材を介して銅板等の金属板15に強固に固
定されている。
【0020】
【発明の効果】本発明の温度分布測定用光ファイバーに
よれば、cm、mm級の優れた空間分解能で比較的広い
範囲の温度分布を測温することができ、炉体及び鋳型周
囲の温度分布計測等に対しても充分に実用可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す光ファイバー素線の正
面図である。
【図2】本発明の一実施例を示光ファイバーの斜視図で
ある。
【図3】光ファイバー素線の構造を説明するための断面
図である。
【図4】光ファイバー素線の構造を説明するための断面
図である。
【図5】他の実施例を示す光ファイバー素線の正面図で
ある。
【図6】他の実施例を示す光ファイバー素線の正面図で
ある。
【図7】他の実施例を示す光ファイバーの斜視図であ
る。
【図8】他の実施例を示す光ファイバーの斜視図であ
る。
【図9】従来例を示す温度分布測定装置のブロック図で
ある。
【図10】他の従来例を示す光ファイバーの斜視図であ
る。
【符号の説明】
1 温度分布測定用光ファイバー 2 光ファイバー素線 3 保護管 4 緩衝材 7 金属板 8 貼り合わせ部 13 棒材

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光ファイバー素線2に入射した光によっ
    て該光ファイバー素線2内で発生するラマン散乱光を検
    出して温度分布を測定するために使用される温度分布測
    定用光ファイバーにおいて、 光ファイバー素線2が所定の測温部位に亘るように螺旋
    状に巻回されていることを特徴とする温度分布測定用光
    ファイバー。
  2. 【請求項2】 光ファイバー素線2に入射した光によっ
    て該光ファイバー素線2内で発生するラマン散乱光を検
    出して温度分布を測定するために使用される温度分布測
    定用光ファイバーにおいて、 光ファイバー素線2が所定の測温部位に亘るように螺旋
    状に巻回され、内部に空洞を有する保護管3に前記螺旋
    状に巻回した光ファイバー素線2が挿入され、保護管3
    と光ファイバー素線2との間に熱伝導率がよくかつ耐熱
    性の高い緩衝材4が充填されていることを特徴とする温
    度分布測定用光ファイバー。
  3. 【請求項3】 前記保護管3が、偏平な長方板状の金属
    板7と円弧状に湾曲した凸部を有する金属板8とを内部
    に空洞を形成するように貼り合わせてなることを特徴と
    する請求項2に記載の温度分布測定用光ファイバー。
  4. 【請求項4】 光ファイバー素線2に入射した光によっ
    て該光ファイバー素線2内で発生するラマン散乱光を検
    出して温度分布を測定するために使用される温度分布測
    定用光ファイバーにおいて、 光ファイバー素線2が所定の測温部位に亘るように棒材
    13に螺旋状に卷回され、該光ファイバー素線2が棒材
    13と共に保護管3内に挿通され、光ファイバー素線2
    と保護管3との間に熱伝導率がよくかつ耐熱性の高い緩
    衝材4が充填されていることを特徴とする温度分布測定
    用光ファイバー。
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Cited By (1)

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