JPH1151783A - ファイバーブラッグ回折格子温度センサー - Google Patents
ファイバーブラッグ回折格子温度センサーInfo
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- JPH1151783A JPH1151783A JP9209951A JP20995197A JPH1151783A JP H1151783 A JPH1151783 A JP H1151783A JP 9209951 A JP9209951 A JP 9209951A JP 20995197 A JP20995197 A JP 20995197A JP H1151783 A JPH1151783 A JP H1151783A
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- fiber bragg
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- fiber
- grating
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来の温度センサーの低精度を改善した、精
度の高いファイバーブラッグ回折格子温度センサーを得
る。 【解決手段】 ファイバーブラッグ回折格子温度センサ
ーを、レーザー光源１のレーザー、ファイバー接続器
２、ファイバーブラッグ回折格子５１，５２、フォトデ
ィテクター６１，６２、マイクロプロセッサー８を含む
構成とする。
度の高いファイバーブラッグ回折格子温度センサーを得
る。 【解決手段】 ファイバーブラッグ回折格子温度センサ
ーを、レーザー光源１のレーザー、ファイバー接続器
２、ファイバーブラッグ回折格子５１，５２、フォトデ
ィテクター６１，６２、マイクロプロセッサー８を含む
構成とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明のファイバーブラッグ
回折格子（Fiber Bragg Grating ：以下、ＦＢＧと記
す。）温度センサーは、１本のＦＢＧを採用しただけの
温度センサーは精度に欠けるという欠点を改良し、その
他医療用光ファイバーセンサーを一緒に使用し、目盛り
決定の目的を達成した生物医学用品または環境温度測定
器とする。１９８０年以来、光ファイバー温度センサー
は広く研究されてきた。各種光ファイバーセンサーは多
くの領域における温度測定に応用される。おもに、光フ
ァイバーの長所は、小さくて軽く、化学的な腐食に強
く、電磁波の干渉を受けず、整理適応性（bio-compacti
bility) が高いことが挙げられる。このため、優れた生
理温度センサーとして使用されている。現在医療センサ
ーの開発において、光ファイバーと化学感応ヘッドを組
み合わせて、生理信号センサーが製作されている。化学
感応ヘッドスペクトルの変化により、光ファイバーは光
信号の変化を対外へ伝達し、分析、測定することができ
る。しかし、これらのセンサーは基本的にいずれも温度
の目盛り決定が必要であり、このため温度の精度は非常
に重要である。
回折格子（Fiber Bragg Grating ：以下、ＦＢＧと記
す。）温度センサーは、１本のＦＢＧを採用しただけの
温度センサーは精度に欠けるという欠点を改良し、その
他医療用光ファイバーセンサーを一緒に使用し、目盛り
決定の目的を達成した生物医学用品または環境温度測定
器とする。１９８０年以来、光ファイバー温度センサー
は広く研究されてきた。各種光ファイバーセンサーは多
くの領域における温度測定に応用される。おもに、光フ
ァイバーの長所は、小さくて軽く、化学的な腐食に強
く、電磁波の干渉を受けず、整理適応性（bio-compacti
bility) が高いことが挙げられる。このため、優れた生
理温度センサーとして使用されている。現在医療センサ
ーの開発において、光ファイバーと化学感応ヘッドを組
み合わせて、生理信号センサーが製作されている。化学
感応ヘッドスペクトルの変化により、光ファイバーは光
信号の変化を対外へ伝達し、分析、測定することができ
る。しかし、これらのセンサーは基本的にいずれも温度
の目盛り決定が必要であり、このため温度の精度は非常
に重要である。
【０００２】本発明は、ダブルＦＢＧを運用して正確な
温度測定、目盛り決定機能を提供し、光周波数の揺れの
影響を受けにくく、同時に生物医学光ファイバーセンサ
ーがサーモカップル (Thermocouple) を加えた後でない
と包装できないという問題を解決し、同時に光ファイバ
ー製の温度センサーを運用し、光ファイバーセンサーを
全光学化に邁進させ、且つ体積を縮小したものである。
温度測定、目盛り決定機能を提供し、光周波数の揺れの
影響を受けにくく、同時に生物医学光ファイバーセンサ
ーがサーモカップル (Thermocouple) を加えた後でない
と包装できないという問題を解決し、同時に光ファイバ
ー製の温度センサーを運用し、光ファイバーセンサーを
全光学化に邁進させ、且つ体積を縮小したものである。
【０００３】
【従来の技術】ブラッシ（S.Bracci) らは１９９３年、
「A: psysical 」第３７巻第２期１８０〜１８６ページ
に「Sensor and Acturators 」を発表し、ｐＨ値光ファ
イバーセンサーの測定方法を提出した。また、ウォルチ
ウス（R.Wolthius) らは１９９２年、「IEEE Trans. Bi
omed. Eng.」第３９巻第２期１８５〜１９３ページに光
ファイバーセンサーによる体内酸素量測定技術について
発表している。フォックス（M.D.Fox)らは１９９０年、
Proceeding of Northeast Conferenceの「Bioengineeri
n 」１０１〜１０２ページに光偏極態 (Optical porlar
ization state)測定方法を利用して血糖値をモニターリ
ングする方法を提出した。
「A: psysical 」第３７巻第２期１８０〜１８６ページ
に「Sensor and Acturators 」を発表し、ｐＨ値光ファ
イバーセンサーの測定方法を提出した。また、ウォルチ
ウス（R.Wolthius) らは１９９２年、「IEEE Trans. Bi
omed. Eng.」第３９巻第２期１８５〜１９３ページに光
ファイバーセンサーによる体内酸素量測定技術について
発表している。フォックス（M.D.Fox)らは１９９０年、
Proceeding of Northeast Conferenceの「Bioengineeri
n 」１０１〜１０２ページに光偏極態 (Optical porlar
ization state)測定方法を利用して血糖値をモニターリ
ングする方法を提出した。
【０００４】最近では、ミグナニ（A.G.Mignani)らが１
９９５年、「IEEE J.Lightwave Technol」第１３巻第７
期１３９６〜１４０６ページに生体内で使用する多機能
光ファイバー・モニタリング・センサーを発表した。こ
れは光センサーを利用して、生体内のｐＨ値、酸素量、
二酸化炭素成分などを同時に測定できる。この研究は医
学において光センサーで生体信号を測定する魅力を強調
し、生体光ファイバーセンサーの統合が全光学化に邁進
するのも今後の潮流である。ミグナニの提出した光ファ
イバーセンサーにおいて、サーモカップルを利用して体
内温度を測定しているが、その他光ファイバー温度セン
サーで誤差を修正している。我々は、その他電器医学セ
ンサーが血液で汚染された時、その他の副作用を発生
し、死に至る場合があることを知っている。過去にサー
モカップルを利用して体内での温度センサーとする方法
は、今後光ファイバー温度センサーに取って代わられる
であろう。このため、光ファイバーで製造されたセンサ
ーは医学上での使用が適当となり、且つ柔軟性を持って
いる。ウォルチウスらは１９９１年、「IEEE Trans. Bi
omed. Eng.」第３８巻第１０期９７４〜９８１ページに
生理光ファイバー温度センサーを報告した。これはシス
テムにおいて温度センサーを光ファイバー上に加えたた
め、製造上の問題がある。光ファイバーに外から加えら
れた温度センサーは蛍光を発することができる一種の化
学物質である。蛍光の生命期と温度とは関連性があり、
この信号を利用して温度を測定する。その後の信号処理
回路は複雑であるため、リアルタイムな測定を行うこと
ができない。
９９５年、「IEEE J.Lightwave Technol」第１３巻第７
期１３９６〜１４０６ページに生体内で使用する多機能
光ファイバー・モニタリング・センサーを発表した。こ
れは光センサーを利用して、生体内のｐＨ値、酸素量、
二酸化炭素成分などを同時に測定できる。この研究は医
学において光センサーで生体信号を測定する魅力を強調
し、生体光ファイバーセンサーの統合が全光学化に邁進
するのも今後の潮流である。ミグナニの提出した光ファ
イバーセンサーにおいて、サーモカップルを利用して体
内温度を測定しているが、その他光ファイバー温度セン
サーで誤差を修正している。我々は、その他電器医学セ
ンサーが血液で汚染された時、その他の副作用を発生
し、死に至る場合があることを知っている。過去にサー
モカップルを利用して体内での温度センサーとする方法
は、今後光ファイバー温度センサーに取って代わられる
であろう。このため、光ファイバーで製造されたセンサ
ーは医学上での使用が適当となり、且つ柔軟性を持って
いる。ウォルチウスらは１９９１年、「IEEE Trans. Bi
omed. Eng.」第３８巻第１０期９７４〜９８１ページに
生理光ファイバー温度センサーを報告した。これはシス
テムにおいて温度センサーを光ファイバー上に加えたた
め、製造上の問題がある。光ファイバーに外から加えら
れた温度センサーは蛍光を発することができる一種の化
学物質である。蛍光の生命期と温度とは関連性があり、
この信号を利用して温度を測定する。その後の信号処理
回路は複雑であるため、リアルタイムな測定を行うこと
ができない。
【０００５】光電子の領域において、ＦＢＧを運用した
センサーは多く研究されている。例えばアラヴィ（A.T.
Alavie) らは１９９３年、「IEEE photon.Technol.Let
t. 」第５巻第９期１１１２〜１１１４ページに、シン
（M.G.Xn) らは１９９３年に、「Electron. Lett. 」第
２９巻第４期第３９８〜３９９ページにそれぞれ発表し
た方法は、圧力と温度を測定し、さらには即時に測量信
号を処理することができる。この種のＦＢＧは温度変化
により周波数安定化が変化する。従来の技術はいずれも
反射スペクトル最大値の波長を温度測定用に使用してい
るため、これらの技術は測定の精度に限界がある。測定
光波長のスペクトル分析機はさらに精度の限界と不確定
さがある。このため、従来の技術は実際の応用におい
て、とくに医学の応用において大きな欠点を有する。本
発明はこれらの従来の技術の欠点を改善し、容易にその
他光ファイバーセンサーと合わせて、生物医学の領域に
応用する。
センサーは多く研究されている。例えばアラヴィ（A.T.
Alavie) らは１９９３年、「IEEE photon.Technol.Let
t. 」第５巻第９期１１１２〜１１１４ページに、シン
（M.G.Xn) らは１９９３年に、「Electron. Lett. 」第
２９巻第４期第３９８〜３９９ページにそれぞれ発表し
た方法は、圧力と温度を測定し、さらには即時に測量信
号を処理することができる。この種のＦＢＧは温度変化
により周波数安定化が変化する。従来の技術はいずれも
反射スペクトル最大値の波長を温度測定用に使用してい
るため、これらの技術は測定の精度に限界がある。測定
光波長のスペクトル分析機はさらに精度の限界と不確定
さがある。このため、従来の技術は実際の応用におい
て、とくに医学の応用において大きな欠点を有する。本
発明はこれらの従来の技術の欠点を改善し、容易にその
他光ファイバーセンサーと合わせて、生物医学の領域に
応用する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の主な目的は、
精度の高い温度センサーを提供することで、従来の１本
のＦＢＧしか使用しない温度センサーの低精度を改善し
たものである。ＦＢＧ温度センサーにおいて２つの異な
る材質を持つＦＢＧを採用し、反射レーザー光量によ
り、正確に温度を計算する。本ＦＢＧ温度センサーは、
スペクトル（Optical spectrum) または光波長の検出器
が不要で、且つスペクトルまたは光波長の揺れによるセ
ンサーの誤差を防止し、温度測定の解析度と精度を高め
る。とくに医学上の温度測定、またはその他体内光ファ
イバーセンサーの目盛り決定に適用する。本発明のもう
１つの目的は、過去の体内温度センサー構造を改善し、
その他光ファイバーセンサーと互換性を持つ温度測定装
置を提供し、有効にセンサーの体積を縮小し、血管など
の微小な組織で生体信号を測定できるようにする。本発
明の解析度は０．０１℃にまで高められており、さらに
一般のヒト体温である３６℃の±１０℃の範囲で測定で
き、このため、生体センサーまたは環境高精度温度測定
器として使用することができる。
精度の高い温度センサーを提供することで、従来の１本
のＦＢＧしか使用しない温度センサーの低精度を改善し
たものである。ＦＢＧ温度センサーにおいて２つの異な
る材質を持つＦＢＧを採用し、反射レーザー光量によ
り、正確に温度を計算する。本ＦＢＧ温度センサーは、
スペクトル（Optical spectrum) または光波長の検出器
が不要で、且つスペクトルまたは光波長の揺れによるセ
ンサーの誤差を防止し、温度測定の解析度と精度を高め
る。とくに医学上の温度測定、またはその他体内光ファ
イバーセンサーの目盛り決定に適用する。本発明のもう
１つの目的は、過去の体内温度センサー構造を改善し、
その他光ファイバーセンサーと互換性を持つ温度測定装
置を提供し、有効にセンサーの体積を縮小し、血管など
の微小な組織で生体信号を測定できるようにする。本発
明の解析度は０．０１℃にまで高められており、さらに
一般のヒト体温である３６℃の±１０℃の範囲で測定で
き、このため、生体センサーまたは環境高精度温度測定
器として使用することができる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明における高精度ダ
ブルＦＢＧ温度センサーには温度係数が異なる２本のＦ
ＢＧを含み、少ないレーザー周波数安定化で高精度の温
度測定効果を得ることができる。本発明は、１本のＦＢ
Ｇを利用した温度センサーの低精度を改善するものであ
る。本ＦＢＧ温度センサーは、その他光ファイバーセン
サーを一緒に使用し、目盛り決定を行うことができる。
本発明は、生物医学における温度測定用品または環境に
おける温度測定用品とすることができる。
ブルＦＢＧ温度センサーには温度係数が異なる２本のＦ
ＢＧを含み、少ないレーザー周波数安定化で高精度の温
度測定効果を得ることができる。本発明は、１本のＦＢ
Ｇを利用した温度センサーの低精度を改善するものであ
る。本ＦＢＧ温度センサーは、その他光ファイバーセン
サーを一緒に使用し、目盛り決定を行うことができる。
本発明は、生物医学における温度測定用品または環境に
おける温度測定用品とすることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明における高精度ダブルＦＢ
Ｇ温度センサーのシステム構造図を図１に示す。レーザ
ー光源１、ファイバー接続器（Fiber Coupler 、以下、
ＦＣと記す。）２，２１，２２、ＦＢＧ（１）５１およ
び、ＦＢＧ（２）５２から構成される温度センサー５、
フォトディテクター６、マイクロプロセッサー８の各ユ
ニットを含む。本発明は、狭いスペクトルのレーザー１
を光源とし、光源から発せられた光線はＦＣ２を通った
後、２本に分かれ、光ファイバー分岐（１）３の光線は
ＦＣ２１を通ってＦＢＧ（１）５１に到着する。光ファ
イバー分岐（２）４の光線も別のＦＣ２２を通って、Ｆ
ＢＧ（２）５２に到着する。ＦＢＧ（１）５１とＦＢＧ
（２）５２は並行に配置され、温度センサー５を構成し
ている。ＦＢＧ（１）５１とＦＢＧ（２）５２から反射
した光線は、ＦＣ２１、２２を通じて光電気信号転換器
６に導入される。フォトディテクター（１）６１及びフ
ォトディテクター（２）６２を通じてそれぞれ測定され
た反射光効率信号は電気信号に転換され、電気ケーブル
７を通じてマイクロプロセッサー８に送られ、演算を行
い、正確な温度を計算する。
Ｇ温度センサーのシステム構造図を図１に示す。レーザ
ー光源１、ファイバー接続器（Fiber Coupler 、以下、
ＦＣと記す。）２，２１，２２、ＦＢＧ（１）５１およ
び、ＦＢＧ（２）５２から構成される温度センサー５、
フォトディテクター６、マイクロプロセッサー８の各ユ
ニットを含む。本発明は、狭いスペクトルのレーザー１
を光源とし、光源から発せられた光線はＦＣ２を通った
後、２本に分かれ、光ファイバー分岐（１）３の光線は
ＦＣ２１を通ってＦＢＧ（１）５１に到着する。光ファ
イバー分岐（２）４の光線も別のＦＣ２２を通って、Ｆ
ＢＧ（２）５２に到着する。ＦＢＧ（１）５１とＦＢＧ
（２）５２は並行に配置され、温度センサー５を構成し
ている。ＦＢＧ（１）５１とＦＢＧ（２）５２から反射
した光線は、ＦＣ２１、２２を通じて光電気信号転換器
６に導入される。フォトディテクター（１）６１及びフ
ォトディテクター（２）６２を通じてそれぞれ測定され
た反射光効率信号は電気信号に転換され、電気ケーブル
７を通じてマイクロプロセッサー８に送られ、演算を行
い、正確な温度を計算する。
【０００９】本発明は、狭いスペクトルのレーザーを光
源とし、いかなるレーザー光源についてもその光周波数
の幅がＦＢＧの穿孔または反射スペクトルより小さいも
のを指す。その中のＦＣは分光の機能を備えるものであ
り、分光鏡、導波管接続器のような分光機能を有するい
かなる光学部品でも代替することができる。スペクトル
範囲の操作については、当該ＦＣは周波数安定化の影響
を受けることはなく、もし周波数安定化現象が発生した
なら、先ず測量の目盛りを決定し、マイクロプロセッサ
ー内データベースの資料を修正することができる。
源とし、いかなるレーザー光源についてもその光周波数
の幅がＦＢＧの穿孔または反射スペクトルより小さいも
のを指す。その中のＦＣは分光の機能を備えるものであ
り、分光鏡、導波管接続器のような分光機能を有するい
かなる光学部品でも代替することができる。スペクトル
範囲の操作については、当該ＦＣは周波数安定化の影響
を受けることはなく、もし周波数安定化現象が発生した
なら、先ず測量の目盛りを決定し、マイクロプロセッサ
ー内データベースの資料を修正することができる。
【００１０】ＦＢＧは多くの製作形態がある。図２〜４
に示す通り、ＦＢＧ部品の回折格子は、ファイバーのコ
ア（Core) 、コアのクラッディング（Cladding) 、また
はコアおよびコアのクラッディング上に製作できる。一
般に、ＦＢＧをファイバー９のコア９１内に製作する。
コア９１は感光材料を使用し、紫外線干渉または位相フ
ォトマスク露光（Phase mask expose)を採用し、周期性
の反射率 (Refractiveindex) の変化を発生して、ＦＢ
Ｇを作成する。図２に示す通り、露光する前のコアの反
射率をn1とする。露光した場所の反射率はn3とする。作
成したＦＢＧ９３のクラッディング９２の反射率n2は、
n1およびn3より小さい必要がある。このほか、図３に示
す通り、ファイバー１０のクラッディング１０２を感光
材料で製作することができる。露光後のクラッディング
１０１の反射率は変化せず、クラッディング反射率は周
期性変化を発生し、ＦＢＧ１０３を形成する。このよう
に、クラディングを持つＦＢＧを製作することができ
る。または、図４に示す通り、研磨によりＤ型ＦＢＧを
備えたファイバー１１を製作することができる。方法
は、クラッディング１１２をコア１１１近くまで光学研
磨する。さらに反射率n3およびn4とによる周期性反射率
変化を持つ回折格子導波管１１３を製作し、光ファイバ
ー内において光線を伝達し、ＦＢＧを効果を得ることが
できる。
に示す通り、ＦＢＧ部品の回折格子は、ファイバーのコ
ア（Core) 、コアのクラッディング（Cladding) 、また
はコアおよびコアのクラッディング上に製作できる。一
般に、ＦＢＧをファイバー９のコア９１内に製作する。
コア９１は感光材料を使用し、紫外線干渉または位相フ
ォトマスク露光（Phase mask expose)を採用し、周期性
の反射率 (Refractiveindex) の変化を発生して、ＦＢ
Ｇを作成する。図２に示す通り、露光する前のコアの反
射率をn1とする。露光した場所の反射率はn3とする。作
成したＦＢＧ９３のクラッディング９２の反射率n2は、
n1およびn3より小さい必要がある。このほか、図３に示
す通り、ファイバー１０のクラッディング１０２を感光
材料で製作することができる。露光後のクラッディング
１０１の反射率は変化せず、クラッディング反射率は周
期性変化を発生し、ＦＢＧ１０３を形成する。このよう
に、クラディングを持つＦＢＧを製作することができ
る。または、図４に示す通り、研磨によりＤ型ＦＢＧを
備えたファイバー１１を製作することができる。方法
は、クラッディング１１２をコア１１１近くまで光学研
磨する。さらに反射率n3およびn4とによる周期性反射率
変化を持つ回折格子導波管１１３を製作し、光ファイバ
ー内において光線を伝達し、ＦＢＧを効果を得ることが
できる。
【００１１】１つのブラッグ（Bragg)をＦＢＧとした反
射光効率は下の公式で表される。
射光効率は下の公式で表される。
【数１】 つまり、
【数２】 である。そのうち、L は図２におけるＦＢＧの長さを示
す。κはカップル係数を示す。
す。κはカップル係数を示す。
【００１２】この係数とＦＢＧ反射率の差は△ｎ（図２
は△ｎ＝ｎ2 −ｎ3 ）で、光周波数と関係がある。
は△ｎ＝ｎ2 −ｎ3 ）で、光周波数と関係がある。
【数３】
【００１３】ｃは光速（＝３×１０8 ｍ／ｓ）、δは偏
離係数（detuning factor)で、以下に数式で表す。
離係数（detuning factor)で、以下に数式で表す。
【数４】 上記数式から、δは格子間隔Λ（grating pitch)と関連
性があることが分かる。
性があることが分かる。
【００１４】温度が△Ｔ変化した時、ＦＢＧの反射光ス
ペクトルの中心周波数（反射最大値の光周波数）と温度
変化△Ｔとの関係は以下の通りである。
ペクトルの中心周波数（反射最大値の光周波数）と温度
変化△Ｔとの関係は以下の通りである。
【数５】 αは熱膨張係数、ζは熱光係数、λB はブラグ波長（＝
２ｎλ）、ｎはコア反射率（Effective Refractive ind
ex) をそれぞれ示す。
２ｎλ）、ｎはコア反射率（Effective Refractive ind
ex) をそれぞれ示す。
【００１５】本発明における光ファイバー温度センサー
の特徴は、２組以上の異なる熱膨張係数および光熱係数
を持つＦＢＧを利用している点である。ＦＢＧ（１）お
よびＦＢＧ（２）のα、ζ係数が異なると、反射光の中
心周波数は温度により変化する。このほか格子間隔Λや
ＦＢＧの長さＬはいずれも変化するため、光反射光効率
ＰR もまた異なる。２つのＦＢＧの光効率の出力は簡単
に周波数と温度から成る公式によって調整することがで
きる。
の特徴は、２組以上の異なる熱膨張係数および光熱係数
を持つＦＢＧを利用している点である。ＦＢＧ（１）お
よびＦＢＧ（２）のα、ζ係数が異なると、反射光の中
心周波数は温度により変化する。このほか格子間隔Λや
ＦＢＧの長さＬはいずれも変化するため、光反射光効率
ＰR もまた異なる。２つのＦＢＧの光効率の出力は簡単
に周波数と温度から成る公式によって調整することがで
きる。
【数６】
【００１６】Ｍ1 とＭ2 とはそれぞれＦＢＧの転換関数
（transfer function)を示し、これらＭ1 とＭ2 の線形
逆関数（Inverse function) は簡単に得ることができ
る。そして、計測で得た反射光効率ＰR1とＰR2とから逆
に光周波数と温度を計算することができる。
（transfer function)を示し、これらＭ1 とＭ2 の線形
逆関数（Inverse function) は簡単に得ることができ
る。そして、計測で得た反射光効率ＰR1とＰR2とから逆
に光周波数と温度を計算することができる。
【数７】
【００１７】フォトディテクターの測定で得られた信号
はマイクロプロセッサーへ送られ、データベース内の関
数値によりリアルタイムの光周波数と温度が計算され
る。これにより、正確で、光周波数の影響を受けない温
度計を提供することができる。異なる材質を本発明のＦ
ＢＧに採用することができる。異なる材質はそれぞれコ
ア、クラッディング、コアおよびクラッディング上にそ
れぞれ使用できる。また、異なる熱膨張係数の材料をコ
ア、クラッディング、コアおよびクラッディング上のう
ちの１つ、２つまたはすべてにそれぞれメッキをするこ
とができる。ＦＢＧは異なる格子間隔（grating pitch)
や異なる格子構造 (grating profile)を設計できる。Ｆ
ＢＧも研磨したＤ型光ファイバーを採用し、異なる熱膨
張係数と熱光係数の回折格子導波管を平らなコア面に製
作することができる。Ｄ型ＦＢＧは異なる材質、異なる
格子長さ、異なる格子構造、又は異なる熱膨張率のメッ
キ膜を持つことができる。
はマイクロプロセッサーへ送られ、データベース内の関
数値によりリアルタイムの光周波数と温度が計算され
る。これにより、正確で、光周波数の影響を受けない温
度計を提供することができる。異なる材質を本発明のＦ
ＢＧに採用することができる。異なる材質はそれぞれコ
ア、クラッディング、コアおよびクラッディング上にそ
れぞれ使用できる。また、異なる熱膨張係数の材料をコ
ア、クラッディング、コアおよびクラッディング上のう
ちの１つ、２つまたはすべてにそれぞれメッキをするこ
とができる。ＦＢＧは異なる格子間隔（grating pitch)
や異なる格子構造 (grating profile)を設計できる。Ｆ
ＢＧも研磨したＤ型光ファイバーを採用し、異なる熱膨
張係数と熱光係数の回折格子導波管を平らなコア面に製
作することができる。Ｄ型ＦＢＧは異なる材質、異なる
格子長さ、異なる格子構造、又は異なる熱膨張率のメッ
キ膜を持つことができる。
【００１８】本発明の光ファイバー温度センサーはデジ
タル演算回路またはアナログ演算回路を採用する。この
ＦＢＧセンサーは同時に温度と光源周波数を測定でき
る。また、各種マイクロコンピュータを採用し測定を補
助することができる。マイクロコンピュータにはメモリ
装置が含まれている。マイクロコンピュータが周波数を
測定した後、フィードバック回路によりレーザーの周波
数を安定させる。ＦＢＧは希土類元素混合の光増幅器材
料を使用する。ＦＢＧ温度センサーは生物医学上使用さ
れ、かつＦＢＧ温度センサーはその他の生物医学センサ
ーと結合し、一緒に使用することができ、体積の縮小、
集積化の目的を達成できる。本発明のＦＢＧ温度センサ
ーはまず各温度の反射光スペクトル安定化を、光周波数
計測器で測定し、数学の理論モデルでデータベースを確
立して、その後の温度測定に使用する。光周波数計測器
の商品は高い解析力を持つ。アンリツ社の「ＡＮＲＩＴ
ＳＵＭＦ９６３０Ａ型」の光周波数計測器の場合、１３
１９ｎｍにおける解析度は１ＭＨZ に、精度は１２ＭＨ
Z に達する。実施例において解析力が０．１℃に達する
には、データベースの周波数解析度が４ＧＨZ を達成す
る必要がある。上記「ＡＮＲＩＴＳＵ ＭＦ９６３０Ａ
型」は０．０１℃の解析力を持つデータベースを提供す
るのに十分である。このため、光周波数が揺れても、上
記数８及び数９の数式により、本発明は正確に温度を測
定できる。本発明はレーザーの周波数揺れにより、ＦＢ
Ｇ精度に影響が及ぶことはない。まさに、現在の医療器
材において必要とされる温度センサーといえる。
タル演算回路またはアナログ演算回路を採用する。この
ＦＢＧセンサーは同時に温度と光源周波数を測定でき
る。また、各種マイクロコンピュータを採用し測定を補
助することができる。マイクロコンピュータにはメモリ
装置が含まれている。マイクロコンピュータが周波数を
測定した後、フィードバック回路によりレーザーの周波
数を安定させる。ＦＢＧは希土類元素混合の光増幅器材
料を使用する。ＦＢＧ温度センサーは生物医学上使用さ
れ、かつＦＢＧ温度センサーはその他の生物医学センサ
ーと結合し、一緒に使用することができ、体積の縮小、
集積化の目的を達成できる。本発明のＦＢＧ温度センサ
ーはまず各温度の反射光スペクトル安定化を、光周波数
計測器で測定し、数学の理論モデルでデータベースを確
立して、その後の温度測定に使用する。光周波数計測器
の商品は高い解析力を持つ。アンリツ社の「ＡＮＲＩＴ
ＳＵＭＦ９６３０Ａ型」の光周波数計測器の場合、１３
１９ｎｍにおける解析度は１ＭＨZ に、精度は１２ＭＨ
Z に達する。実施例において解析力が０．１℃に達する
には、データベースの周波数解析度が４ＧＨZ を達成す
る必要がある。上記「ＡＮＲＩＴＳＵ ＭＦ９６３０Ａ
型」は０．０１℃の解析力を持つデータベースを提供す
るのに十分である。このため、光周波数が揺れても、上
記数８及び数９の数式により、本発明は正確に温度を測
定できる。本発明はレーザーの周波数揺れにより、ＦＢ
Ｇ精度に影響が及ぶことはない。まさに、現在の医療器
材において必要とされる温度センサーといえる。
【００１９】
【発明の効果】上述した通り、本発明のＦＢＧ温度セン
サーは、レーザー光源、ファイバー接続器、２本の異な
る熱安定化を持つＦＢＧ、フォトディテクター、マイク
ロプロセッサーを含み、確実に高精度の温度測定能力を
有し、とくにその他の光ファイバーセンサーと併せて使
用でき、血管内などで体内の生物医学信号を測定でき
る。さらにその解析度は０．０１℃以下、操作範囲は少
なくとも２０℃以上であり、温度測定の精度はレーザー
光周波数の変動から影響を受けることがない。従来のセ
ンサーより正確で、その他生物医学光ファイバーセンサ
ーの目盛り決定などの機能を持つ。その他光ファイバー
センサーと一緒に使用するのに適しており、体積を縮小
することができる。
サーは、レーザー光源、ファイバー接続器、２本の異な
る熱安定化を持つＦＢＧ、フォトディテクター、マイク
ロプロセッサーを含み、確実に高精度の温度測定能力を
有し、とくにその他の光ファイバーセンサーと併せて使
用でき、血管内などで体内の生物医学信号を測定でき
る。さらにその解析度は０．０１℃以下、操作範囲は少
なくとも２０℃以上であり、温度測定の精度はレーザー
光周波数の変動から影響を受けることがない。従来のセ
ンサーより正確で、その他生物医学光ファイバーセンサ
ーの目盛り決定などの機能を持つ。その他光ファイバー
センサーと一緒に使用するのに適しており、体積を縮小
することができる。
【図１】本発明に係るＦＢＧ温度センサーの回路図であ
る。
る。
【図２】本発明の、コアを感光材料としたＦＢＧを示す
斜視図である。
斜視図である。
【図３】本発明の、クラッディングを感光材料としたＦ
ＢＧを示す斜視図である。
ＢＧを示す斜視図である。
【図４】本発明の、Ｄ型ＦＢＧを示す斜視図である。
１ レーザー光源 ２ ファイバー接続器 ２１ ファイバー接続器 ２２ ファイバー接続器 ３ 光ファイバー分岐（１） ４ 光ファイバー分岐（２） ５ 温度センサー ５１ ＦＢＧ（１） ５２ ＦＢＧ（２） ６ 光電気信号転換器 ６１ フォトディテクター（１） ６２ フォトディテクター（２） ７ 電気ケーブル ８ マイクロプロセッサー ９ ファイバー ９１ コア ９２ クラッディング ９３ ＦＢＧ １０ ファイバー １０１ コア １０２ クラッディング １０３ ＦＢＧ １１ ファイバー １１１ コア １１２ クラッディング １１３ 回折格子導波管
Claims (21)
- 【請求項１】レーザー、ファイバー接続器、ファイバー
ブラッグ回折格子、フォトディテクター、マイクロプロ
セッサーを含むことを特徴とするファイバーブラッグ回
折格子温度センサー。 - 【請求項２】レーザー光が、ファイバー接続器を通過し
たあと２本に分かれ、これら２本の光線は、それぞれ再
びファイバー接続器を通過して２本となり、そのうち１
本はそれぞれ１本のファイバーブラッグ回折格子に接続
し、これら２本のファイバーブラッグ回折格子が温度セ
ンサーをなし、フォトディテクターでファイバーブラッ
グ回折格子の温度によるスペクトルの変化を測定し、マ
イクロプロセッサーで正確な温度を算出することを特徴
とする請求項１に記載のファイバーブラッグ回折格子温
度センサー。 - 【請求項３】いかなるレーザー光源も、その光周波数の
幅がファイバーブラッグ回折格子の穿孔または反射スペ
クトルの幅より小さいことを特徴とする請求項１に記載
のファイバーブラッグ回折格子温度センサー。 - 【請求項４】ファイバー接続器の提供する分光機能が、
分光鏡や導波管接続器その他の分光機能を持つ光学部品
で代替できることを特徴とする請求項１に記載のファイ
バーブラッグ回折格子温度センサー。 - 【請求項５】ファイバー接続器が操作する光周波数領域
において、周波数安定化が発生した場合は事前に目盛り
決定を行い、マイクロプロセッサー内のデータベース資
料を修正することを特徴とする請求項１に記載のファイ
バーブラッグ回折格子温度センサー。 - 【請求項６】ファイバーブラッグ回折格子部品の回折格
子が、ファイバーのコア、コアのクラッディング、また
はコアおよびコアのクラッディング上に形成されること
を特徴とする請求項１に記載のファイバーブラッグ回折
格子温度センサー。 - 【請求項７】光ファイバー温度センサーが、２組以上の
異なる熱膨張係数および熱光係数を持つファイバーブラ
ッグ回折格子から構成されることを特徴とする請求項１
に記載のファイバーブラッグ回折格子温度センサー。 - 【請求項８】ファイバーブラッグ回折格子が異なる材料
を持ち、この材料はコア、クラッディング、皮膜うち１
つ、２つまたはすべて異なるよう設計したことを特徴と
する請求項７に記載のファイバーブラッグ回折格子温度
センサー。 - 【請求項９】ファイバーブラッグ回折格子を異なる熱膨
張係数の材料でメッキをしたことを特徴とする請求項７
に記載のファイバーブラッグ回折格子温度センサー。 - 【請求項１０】ファイバーブラッグ回折格子が異なる格
子間隔、または異なる格子構造を持つことを特徴とする
請求項７に記載のファイバーブラッグ回折格子温度セン
サー。 - 【請求項１１】ファイバーブラッグ回折格子が研磨後の
Ｄ型光ファイバーを採用し、異なる熱膨張係数及び熱光
係数を持つ回折格子導波管を平らなクラッディング面に
形成したことを特徴とする請求項７に記載のファイバー
ブラッグ回折格子温度センサー。 - 【請求項１２】Ｄ型光ファイバーブラッグ回折格子は、
異なる材質、異なる格子長さ、異なるグレーティング間
隔、異なるグレーティング構造、または異なる熱膨張係
数のメッキ膜を持つことを特徴とする請求項１１に記載
のファイバーブラッグ回折格子温度センサー。 - 【請求項１３】光ファイバー温度センサーが、デジタル
演算回路またはアナログ演算回路を採用して演算を行う
ことを特徴とする請求項１に記載のファイバーブラッグ
回折格子温度センサー。 - 【請求項１４】ファイバーブラッグ回折格子センサー
が、同時に温度と光源周波数を測定できることを特徴と
する請求項２に記載のファイバーブラッグ回折格子温度
センサー。 - 【請求項１５】各種マイクロコンピューターを採用し
た、請求項１に記載のマイクロコンピュータを採用した
ことを特徴とする請求項１に記載のファイバーブラッグ
回折格子温度センサー。 - 【請求項１６】マイクロコンピューターが各種メモリ装
置を含むことを特徴とする請求項１５に記載のファイバ
ーブラッグ回折格子温度センサー。 - 【請求項１７】マイクロコンピュータが周波数を測定し
た後、フィードバック回路を通じてレーザーの周波数を
安定させることを特徴とする請求項１４に記載のファイ
バーブラッグ回折格子温度センサー。 - 【請求項１８】ファイバーブラッグ回折格子が希土元素
混合の光増幅器材料を採用したことを特徴とする請求項
７に記載のファイバーブラッグ回折格子温度センサー。 - 【請求項１９】生物医学の領域で使用することを特徴と
する請求項１に記載のファイバーブラッグ回折格子温度
センサー。 - 【請求項２０】その他生物医学センサーを結合し、一緒
に使用して、体積を縮小し、集積化したことを特徴とす
る請求項１９に記載のファイバーブラッグ回折格子温度
センサー。 - 【請求項２１】温度目盛り決定および高温環境下での温
度測定に使用することを特徴とする請求項１に記載のフ
ァイバーブラッグ回折格子温度センサー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9209951A JP3054860B2 (ja) | 1997-07-18 | 1997-07-18 | ファイバーブラッグ回折格子温度センサー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9209951A JP3054860B2 (ja) | 1997-07-18 | 1997-07-18 | ファイバーブラッグ回折格子温度センサー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1151783A true JPH1151783A (ja) | 1999-02-26 |
| JP3054860B2 JP3054860B2 (ja) | 2000-06-19 |
Family
ID=16581376
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9209951A Expired - Fee Related JP3054860B2 (ja) | 1997-07-18 | 1997-07-18 | ファイバーブラッグ回折格子温度センサー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3054860B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004170313A (ja) * | 2002-11-21 | 2004-06-17 | Toshiba Corp | 光ファイバグレーティング物理量計測システム |
| JP2010506170A (ja) * | 2006-10-05 | 2010-02-25 | ハリス コーポレイション | 関心パラメータを測定するための光ファイバ装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102109392B (zh) * | 2010-12-07 | 2014-04-16 | 上海申瑞继保电气有限公司 | 嵌入式光纤光栅测温装置 |
| CN104406713A (zh) * | 2014-11-25 | 2015-03-11 | 国家电网公司 | 开关配电柜温度在线监测系统 |
-
1997
- 1997-07-18 JP JP9209951A patent/JP3054860B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004170313A (ja) * | 2002-11-21 | 2004-06-17 | Toshiba Corp | 光ファイバグレーティング物理量計測システム |
| JP2010506170A (ja) * | 2006-10-05 | 2010-02-25 | ハリス コーポレイション | 関心パラメータを測定するための光ファイバ装置 |
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