JPS599526A - 温度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光温度でンサより発する光信号が光ファイバ等
を介して伝送される温度測定装置に関する。

光温度センサから光伝送路を介してアナログ量を伝送す
る場合、温度変化および曲げ応力等によシ光伝送路の伝
送特性が変動し、正確な温度測定が困難になるため、こ
の変動を補償し、測定精度を高める必要がある。

第１図はそのような伝送特性変動の補償を行った温度測
定装置の一例を示し１例えばハロゲンランプを用いた光
源１より出た光はレンズ２で平行光線となり、フィルタ
３、二色複合ミラ４，５゜６で可視光線が除かれ、紫外
光線のみがレンズ７により光ファイバ８の端面コア上に
焦点を合わせ、、、ｙ、Ｈ右側の放射波長が示すスペク
トルを有する可視−°、ユ、、！ 光線を発光する。この可視光線は再び光ファイバ８を経
由しビームスプリッタ１０により部分され一方はミラ１
１に反射されてそれぞれ干渉フィルタ１２．１３により
第２図（Ａ）の放射波長ａ、ｃの可視光線のみをそれぞ
れ取り出し、この２つの可視光線はそれぞれレンズ１４
．１５により光検出器１６．１７に到達する。光信号は
光検出器１６で電気信号に変換され、さらに前段増幅器
１８．１９を経てＡ／Ｄ変換器マルチプレクサ２０によ
りＡ／Ｄ変換された後、Ｉｃ／Ｉａ（Ｉｃ：波長Ｃの光
強度、■ａ　：波長ａの光強度）の演算を行ない、マイ
クロコンピータ２１に入力される。読出し専用メモＩＪ
（ＲＯＭ）２２には、第２図の）に示す温度と放射波長
の相対強度Ｉ　ｃ　／　Ｉ　ａ　　との関係が書きこま
れておシ、マイクロコンピュータにより温度情報に変換
され、Ｄ／Ａ変換器２４を経て表示される。ここで、波
長ａとＣの相対強度Ｉ　ｃ　／Ｉ　ａ　　を取ること第
３図は別の温度測定装置を示し、パルス発生長λ１とλ
２の光は光コネクタ３９を通って温度検出部４０に達す
る。検出部４０には、Ｇａ、Ａ　ｓ　、　Ｃｄ　Ｔｅ等
のような半導体装置かれ、光はこの半導体中を通過し、
光ファイバ、光コネクタ４１を通って光検出器４２に入
り、電気信号に変換される。そして、受光回路４３を経
てサンプルホールド増幅器４４で増幅した後１割算回路
４５でλ１．λ、の光強度■λ３．■λ２　の比■λ＋
／Ｉλ、を求める。ここで、ＧａＡｓ　、　ＣｄＴｅ等
のような半導体は、光を吸収する波長の範囲が温度依存
性をもっている。つまシ、第４図（６）に曲線Ｐで示し
たように半導体の吸収端の波長は温度によって変化し、
例えば曲線Ｑで示す適当な波長の発光ダイオード光を用
いると、半導体を通過した発光ダイオードの光強度は第
４図（ハ）のように温度依存性を有する。そこでλ、の
波長を温度変動によって透過光強度が変化する波長にし
かしこれらの装置における補償方法は、他の原理による
光温度センサを用いた温度測定装置においては適用不可
能である。第１図に示した装置における補償方法は、螢
光物質の発光スペクトルの温度変化を利用した光温度セ
ンサに対してのみ適用可能であり、第３図に示した装置
における補償方法は、透過光強度が温度依存性をもつ波
長と温度依存性のない波長とを利用する原理に基づく光
温度センサにのみ適用可能である。しかし、自然複屈折
あるいは多波干渉の原理を用いた光温度センサなどにお
いては、透過光強贋が温度依存性を持たない波長範囲が
存在しないのでこのような＝　５− 補償方法は適用できない。

本発明は上記の欠点を解消するためのもので、他の原理
に基づく光温度センサを用いた場合にも光伝送路特性の
変動の補償が行われる温度測定装置を提供することを目
的とする。

れて一方の波長の光の強度のみ温度に依存して変を比較
して温度を算出する手段とを備えることによって達成さ
れる。

以下図を引用して本発明の実施例について説明する。各
図において前に引用した各図と共通の部分には同一符号
が付されている。第５図において、異なる波長λ１．λ
、の発光素子３３．３４を駆動部３２によって発光させ
る。発光素子駆動部３２の一例を第６図に示す。パルス
発生器３１でパルス−６＝ を発生させ、一方の発光素子駆動回路５１にはそのパル
スを直接加えるが、他方の発光素子駆動回路５２には、
インバータ５３全通してからパルスを加える。これによ
り発光素子３３を駆動する回路５１、発光素子３４を駆
動する回路５２を交互に働かせ１発光素子３３．３４を
交互に発光させる。

発光素子３３．３４を出射した光は、光ファイバ３５．
３６に入り光合波器３７で一つの光ファイバ３８に入る
。次いで光分岐器５４でλ１とλ２の光の１．４１ｉｉ イ１バ５５と異なる光ファイバ５８に入シ、受光素子５
９に入射し、信号処理部６１によって電気信号に変換さ
れる。第７図は信号処理部の一例を示す。受光素子５９
で受けるλ１．λ２の光に対する電気信号をそれぞれ■
、λ１．■、λ、とし、光源子ユタ用受光素子６０で受
けるλ１．λ、の光に対する電気信号をそれぞれｖ２λ
１．■、λ２とする。電気信号を増幅器６２で増幅して
から１割算器４５へ入力し。

Ｖ１λ１／■、λ、と■、λ１α、λ、の割算を交互に
行なう。

なぜなら、λ１とλ２の光が交互に受光素子５９と光源
モニタ用受光素子６０に入射するからである。

両割算の結果をサンプルホールド増幅器４４．４４’で
ホールドし、両割算の結果を再び第２の割算器４５’に
入力する。割算結果のホールドは発光素子駆動部３２か
らの信号によって行なう。その結果、（Ｖ＋λＵα、λ
＋　）／　（Ｖｔλｖ％λ２）の値が割算器４５’　カ
ら出力される。この出力は増幅器６３で増幅し。

／ｌ’ｔＮ＝の光はフィルタ６６で反射される。すなわ
ち、フィルタ６６はλ、の光を透過し、λ２の光を反射
するという特性を持っている。光学的平行平面（を有す
る）透明固体６７に入射したλ、の光は、多波干渉を起
こし、入射した光の一部が反射光となって透明固体６７
よシ出射する。この出射光の強度は、光学的平行平面固
体６７の温度により変化する。こうして反射光となった
λ、とλ２の光は、ビームスプリッタ１０によって光路
を曲げられ、ミラ１１、レンズ６５を経て、検出端５７
に入射した時と異なる光ファイバ５８に入射する。

第９図は自然複屈折の原理に基づく光温度センサの例で
ある。第９図では、レンズ６５より出射”した平行ビー
ムは偏光ビームスプリッタ６８を通り、直線偏光となっ
た後、波長板６９を通っ１て位相差を与えられる。この
後、λ２の光はフィルタ６６ケ着し、反射膜７１によっ
て反射し、再び光学的−異方性結晶７０中を入射光とは
逆向きに進行し、−９＝ 学的異方性結晶中でさらに位相差を与えられる。

方向の光の振動成分（Ｓ成分）を取シ出し、ミラ１１、
レンズ６５を経て、検出端５７に入射した時と異なる光
ファイバ５８に入射する。この時。

波長板６９によって与えられる位相差は、はとんど温度
依存性はないが、光学的異方性結晶７ｏによって与えら
れる位相差は温度依存性をもつ。っまシ、λ１の光に与
えられる位相差は温度依存性を性をもつが、λ２のＳ成
分はほとんど温度依存性をもたない。

上述した構成をとることにより１発光素子の出力変動、
光ファイバの光損失特性の変動等に基づく測定誤差を補
償することができる。その理由を−１０＝ 以下に述べる。第５図において発光素子３３がら発せら
れるλ１の光の強度を１λ１．受光素子５９でバ３５．
光合波器３７、光ファイバ３８．光分岐−ｉ−での光損
失、Ｍ（Ｔ）は温度センサ５７での光強度の温度依存性
をあられす。Ｂλ１．Ｄλｌ、Ｉλ１はそれぞれ時間依
存性をもつ。一方、光源モニタ用受光素子６０で受光す
るλ、の光の強度を■２λ、とすると、■、λ１は、 ■２λ、＝Ｃλ、　ｉ）λ１１λ１（２）で与えられる
。ここで、Ｃ２０は光分岐器５４を出射してから光ファ
イバ５６を通過し、光源モニタ用受光素子６０に入射す
るまでの光損失である。

同様に発光素子３４から発せられたλ２の波長の光の強
度を■λ２．受光素子５９．光源モニタ用受光素子６０
で受光するλ、の光の強度を各々、１１λ、。

Ｉ−宜とすると ■１λ、＝１３λ２Ｄλ、■λ２（３）Ｉ２λ２＝Ｃλ
、　Ｉ）λ、■λ２（４）で与えられる。ここで、Ｂλ
１＋Ｃλ２．Ｄλ、はλ、ノ場合と同様に、λｔの光に
対する光伝送路の損失をあとなる。（６）式の右辺は、
温度検出端の温度依存性をあられしており、光源変動、
光伝送路の損失変動は消去されている。このことから、
本構成をとることによって光源変動、光伝送路の損失変
動にかかわりなく、精度のよい温度測定が可能であるこ
とがわかる。

次に第５図の変形例を述べる。第１０図はλ鳳とλ２の
光を交互に発光するのでは々く、同時に発光するように
した例である。第５図と異なるところは、光が受光素子
５９．光源モニタ用受光素子６０に入射する前に、光分
波器７２でλ１とλ２の光を分波し、λ１とλ２で異な
る受光素子５９．５９’、光源モニタ用受光素子６０　
、６０’に光が入射する点である。

シ 三 −を同時に発光させる構成であるが、光が光合波器５４
に入射する前に光分岐器５４により分岐し光源モニタ用
受光素子６０　、６０’に入射させる方式で＝１３− あシ、光源モニタ用受光素子６０　、６０’の前に光分
波器７２を必要としない。第１３図は、λ、とλ、の光
を交互に発光させる方式であるが、検出端５７へ入射す
る光と出射する光を同一の光ファイバにした構成である
。発光素子３３．３４から出射した光は光ファイバ３５
　、３６　、光合波器３７、光ファイバ３８を通り、光
方向性結合器７４に入射する。

ここで、光の一部を分岐し、分岐された光は光ファイバ
５６を通り、光源モニタ用受光素子６ｏに入射する。光
方向性結合器７４を出射するもう一方の光は、光ファイ
バ５５を通シ、温度検出端５７に入射し、その内部で反
射され、入射した光７アイパ５５に再び入射し、光方向
性結合器７＋に達する。ここで光は、光源モニタ用受光
素子６ｏに１４− を第１５．第１６図に示す。第１５図は自然複屈折の原
理を、第１６図は多波干渉の原理を使用したものでおる
。両図においてλ、の光はフィルタ６６によって反射さ
れ、光学的異方性結晶７０あるいは光学的平行平面を有
する透明固体６７に入射せず戻るが、λ１の光はフィル
タ６６を通過し、異方性結晶７０あるいは透明固体６７
に入射し１反射膜７１あるいは透明固体６７の端面に反
射されて戻る。

以上述べたように本発明は波長の異なる二つの光を用い
、同一の光伝送路を通過させ、温度センサにおいて一方
の波長の光の強度のみを温度に依存して変化させ、温度
センサに入射する前に分岐したそれぞれの波長の光の強
度との比を計算し、さらにそれらの商を比較することに
よって温度を測定するもので、これにより自然複屈折の
温度変化あるいは多波干渉の温度依存性等の原理に基づ
うち一方の波長に対してのみ温度に依存した強度第１図
は従来の光温度センサを用いた温度測定装置の一例の系
統図、第２図（ハ））はそれに利用される螢光物質の特
性を示す励起紫外線と放射光とのスペクトル図、第２図
（ハ）は放射光の波長ａ、ｃの光強度およびその比と温
度との関係線図、第３図は別の従来例の系統図、第４図
（ト）はそれに利用される半導体の吸収端特性の温度依
存性、第４図（ロ）はそれに基づく半導体を通過した光
の光強度の依存性をそれぞれ示す線図、第５図は本発明
による温度測定装置の一実施例の構成図、第６図はその
発光素子駆動部の系統図、第７図はその信号処理部の系
統図、第８図はその光温度センサの一実施例を示す系統
図、第９図は別の実施例を示す系統図、第１０図は温度
測定装置の別の実施例を示す系統図、第１１図はその変
形例における信号処理１６一 部の系統図、第１２ないし第１４図はそれぞれ温度測定
装置のさらに異なる実施例の系統図、第１５゜！１．”
６図は第１３　第１４図に〒す装置に用いらる光温度セ
ンサの二つの実施例をそれぞれ示す′読図である。

訃呵−− 地部、６４・・・表示部、６７・・・光学的平行平面を
有する透明固体、７０・・・光学的異方性結晶、７４・
・・光方向性結合器。

に、ｔ＋矢＝フ羊１ヱ＾ミ１Ｎこ 特許出願人　　石　坂　誠　− １７− オ１閃 ４４ 才３図 ’ｌｔ’４閃 才５図 オフ（３）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）波長の異なる二つの光の発光源と、それらの光をそ
   れぞれ二つの部分に分ける分岐器と、その一方の部分の
   光が導かれて一方の波長の光の強度のみを温度に依存し
   て変化させる光温度センサと、その光温度センサを経た
   一方の部分の光と他方の部分の光の強度の比を計算し、
   さらに両波長の光ゴ一対するそれぞれの比を比較して温
   度を算出する段とを備えたことを特徴とする温度測定装
   置。 ）特許請求の範囲第１項記載の装置において、］温度セ
   ンサが自然複屈折の温度依存性を利用しものであること
   を特徴とする温度測定装置。 ミ“田 ’、　、３ｉ　）特許請求の範囲第１項記載０装置にゝ
   ″″・光温度センナが多波干渉の温度依存性を利用した
   ものであることを特徴とする温度測定装置。