JPS6149609B2

JPS6149609B2 -

Info

Publication number: JPS6149609B2
Application number: JP7456981A
Authority: JP
Inventors: Takahisa Hirano
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1981-05-18
Filing date: 1981-05-18
Publication date: 1986-10-30
Also published as: JPS57189030A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は光の干渉を利用した温度検装置器に関
する。一般に温度検出器装置は従来から各種のものが
開発されているが、熱電対の如く電気的なものが
多く用いられている。しかし、このようなものは
外部の電磁気的な影響を受けやすいので、たとえ
ば外部に電磁界を発生させるような装置はこのよ
うな温度検出装置を設けた場合には大きな誤差を
生じ、上記装置の運転中には温度の検出ができな
い等の不具合を生じる。本発明は以上の事情にもとづいてなされたもの
で、その目的とするところは光の干渉によつて温
度を検出し、外部からの電磁気的な影響を受ける
ことがなく、ノイズが少なく高精度でかつ信頼性
の大きな温度検出装置を得ることにある。以下本発明を図面に示す実施例にしたがつて説
明する。第１図および第２図は本発明の第１実施
例を示し、図中１は可変波長光源である。この可
変波長光源１は単色光つまり一定波長の光を放射
し、かつこの光の波長を任意の波長に変化させる
ことができるように構成されている。そして、こ
の可変波長光源１から放射された光は光フアイバ
２を介して温度検出器３に送られるように構成さ
れている。この温度検出器３には検温光フアイバ
４とバイパス光フアイバ５とが設けられている。
そして、この検温光フアイバ４の途中にはＵ字状
に屈曲された温度検出部４ａが形成されている。
そして、この温度検出部４ａは温度検出器３の本
体から突出し、保護管６等により保護されてい
る。そして、この温度検出部４ａは温度を測定す
べき物Ａ内に挿入され、測定すべき温度と同温度
となるように構成されている。また、上記バイパ
ス光フアイバ５の両端は分岐接続器７，７を介し
て検温光フアイバ４に分岐接続され、上記温度検
出部４ａをバイパスするように構成されている。
そして、上記可変波長光源１から光フアイバ２を
介してこの温度検出器３に送られた光は検温光フ
アイバ４とバイパス光フアイバ５とに分れ、これ
ら検温光フアイバ４およびバイパス光フアイバ５
中をそれぞれ別々に進行したのち合流し、互に干
渉するように構成されている。そして、この合流
した光は光フアイバ２を介して受光器８に送られ
るように構成されている。そして、この受光器８
は上記光フアイバ２を介して温度検出器３から送
られて来た光の光量等を検出するように構成され
ている。そして、この受光器８からは光量に対応
した信号が出力され、また前記可変波長光源１か
らは放射した光の波長に対応した信号が出力さ
れ、これら信号は制御回路９に送られる。そし
て、この制御回路９では上記受光器８からの信号
によつて温度検出器９からの光の光量が最大の場
合と最小の場合を求め、これらの場合において可
変波長光源１から放射されている光の波長を求
め、これらの波長から温度検出部４ａの温度を算
出し、その結果を表示器１０に表示するように構
成されている。以上の如く構成された本発明の第１実施例は可
変波長光源１から放射された光は光フアイバ２を
介して温度検出器３に送られる。そしてこの温度
検出器３に送られた光は検温光フアイバ４とバイ
パス光フアイバ５とに分れて別々に進行したのち
ふたたび合流して互に干渉するように構成されて
いる。この場合、検温光フアイバ４の温度検出部
４ａは測定すべき温度と同温に加熱あるいは冷却
されているので、この温度検出部４ａは膨張ある
いは収縮し、バイパス光フアイバ５との間に光路
長差を生じる。したがつて、この光路長差によつ
て第３図に示す如くバイパス光フアイバ５を通過
したバイパス光ａと検温光フアイバ４を通過した
検温光ｂとの間には位相差が生じ、この結果バ
イパス光ａと検温光ｂとが互に干渉して干渉光ｃ
となる。そして、この場合バイパス光ａを y₁＝y₀sinθ …(1) とし、また検温光ｂを y₂＝y₀sin（θ−） …(2) とすると、 y₃＝y₁＋y₂＝y₀Asin（θ−ｘ） …(3) となり、この干渉光ｃの振幅の比Ａおよび位相ｘ
はＡ＝√２（１＋） …(4) ｘ＝cos^-1１＋ｃｏｓ／Ａ …(5) となる。そして、この場合の光の波長をλ、光路
長差をｄとすると、 λ＝2d …(6) の場合には位相差が180℃となり、干渉光ｃの
振幅y₀Aは零となり、干渉光ｃの光量は最少とな
る。また、 λ＝ｄ …(7) の場合には位相差は０゜となり、干渉光ｃの振
幅y₀Aは2y₀となり最大となる。そして、この干
渉光ｃは光フアイバ２を介して受光器８に送ら
れ、この受光器８からはこの干渉光ｃの光量に対
応した信号が制御回路９に送られその最大または
最小の場合が判定され、またこの場合に可変波長
光源１から放射されている光の波長が求められ
る。そして、この干渉光ｃの光量が最小の場合に
は波長λと光路長差ｄとの間には前記(6)式の関係
が成立し、また最大の場合には波長λと光路長差
ｄとの間には前記(7)式の関係が成立し、この場合
の波長λから光路長差ｄが求められる。そして、
この光路長差ｄは検温光フアイバ４の温度検出部
４ａの温度による膨長あるいは収縮に対応するの
で、この検温光フアイバ４の熱膨張率をあらかじ
め求めておくことにより測定すべき温度を求める
ことができるものである。そして、この求められ
た温度は表示器１０に表示される。そして、この
第１実施例のものは光フアイバの熱膨張・収縮と
光の干渉を利用して温度を測定するものであるか
ら、外部の電磁気的な影響をまつたく受けず、外
部に電磁界を生成するような装置に組込んだ場合
でも高精度かつ確実に温度を測定することができ
る。なお、本発明は上記の第１実施例には限定され
ない。たとえば第４図および第５図には本発明の第２
実施例を示す。この第２実施例は１個の可変波長
光源１および受光器８に対して複数個の温度検出
器３ａ，３ｂ，３ｃ…３ｎを光フアイバ２…によ
つて互に並列に接続し、各温度検出器３ａ，３
ｂ，３ｃ…３ｎに対応して光フアイバ１１ａ，１
１ｂ，１１ｃ…１１ｎを設けたものである。そし
て、これら光フイルタ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ…
１１ｎは第５図に示す如く互に重複しない異なる
帯域R₁，R₂，R₃…Ｒ_oの波長の光のみを透過する
ように構成されている。そして、この第２実施例
のものは可変波長光源１から放射する光は全帯域
R₁，R₂，R₃…Ｒ_oをカバーし得る範囲λ_１〜λ_o
の範囲で波長を変化させる。したがつて各温度検
出器３ａ，３ｂ，３ｃ…３ｎにはそれらに対応し
た光フイルタ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ…１１ｎを
透過し得る帯域R₁，R₂，R₃…Ｒ_oの波長の光のみ
が入射する。したがつて温度検出器各３ａ，３
ｂ，３ｃ…３ｎについてそれぞれ独立をして温度
の検出をおこなうことができ、しかも可変波長光
源１や受光器８は１個ですみ、しかも光フアイバ
２…は各温度検出器３ａ，３ｂ，３ｂ…３ｎ毎に
対応して設ける必要はないので、構造が簡単とな
る。また、第６図および第７図には本発明の第３実
施例を示す。この第３実施例は複数の温度検出器
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ…１３ｎを直列に設け、
各温度検出器１３ａ，１３ｂ，１３ｃ…１３ｎに
は第７図に示す如くその検温光フアイバ４の途中
に互に重複しない帯域の波長の光のみを透過する
光フイルタ１２を設けたものである。このものは
前記第２実施例と同様に各温度検出器１３ａ，１
３ｂ，１３ｃ…１３ｎで別々に独立して温度を検
出できる。また、このものは可変波長光源１から
放射された光は各温度検出器１３ａ，１３ｂ，１
３ｃ…１３ｎのバイパス光フアイバ５…を通つて
受光器８に達するので、この一連のバイパス光フ
アイバ５…で形成される光路の損失を求めておけ
ば、ある温度検出器で光の干渉が生じて受光器８
に達する光量が減少した場合、干渉が生じない場
合との光量の相対的な関係を求めて温度の測定を
なし、この場合には各温度検出器１３ａ，１３
ｂ，１３ｃ…１３ｎでの測定でそれぞれ波長を変
える必要はないので光フイルタ１２で透過する光
の波長帯域はきわめて狭くでき、よつて温度検出
器１３ａ，１３ｂ，１３ｃ…１３ｎの数を多くす
ることができる。すなわち、この第３実施例の如
く可変波長光源１から放射された光が一連のバイ
パス光フアイバ５…からなる一定の光路を通つて
受光器８に達する場合には、あらかじめこの光路
の損失すなわち全部の温度検出器１３ａ，１３
ｂ，１３ｃ…１３ｎで光の干渉が生じない場合に
受光器８が受光する基準光量を求めておくことが
できる。そして、ある波長の光を送つてある温度
検出器で光の干渉を生じ、受光器８で受光する光
量が変化した場合にはこの光量と上記の基準光量
との比すなわちバイパス光と干渉光の振幅の比Ａ
が求められる。そして、前記した(4)式から検温光
の位相差が求められ、このおよび波長λから
光路長差ｄが求められる。よつて干渉光の最大値
および最小値を求める必要はなく、可変波長光源
１から一定の波長の光を放射するだけで温度の測
定ができる。よつてひとつの温度検出器１３ａ，
１３ｂ，１３ｃ…１３ｎにはひとつの波長を割り
当てればよく、温度検出器１３ａ，１３ｂ，１３
ｃ…１３ｎの割り当て波長帯域はきわめて狭くで
き、よつて温度検出器１３ａ，１３ｂ，１３ｃ…
１３ｎの数をきわめて多くすることができるもの
である。なお、上述の第２実施例および第３実施例は上
記の点以外は前記第１実施例と同様の構成であ
り、第４図ないし第７図中第１実施例と対応する
部分には同符号を附してその説明を省略する。なお、本発明は上記の各実施例にも限定されな
い。たとえば制御回路は受光器等からの信号をデジ
タル量に変換してから演算をおこなうものであつ
てもよい。上述の如く本発明は、温度検出部を有する検温
光フアイバとこの検温光フアイバから分岐して温
度検出部をバイパスするバイパス光フアイバを備
えた温度検出器と、光フアイバを介してこの温度
検出器に光を送る可変波長光源と、この温度検出
器からの光を受光する受光器とを備えたものであ
る。したがつて上記検温光フアイバの温度検出部
が熱膨張あるいは収縮によりその長さが変化する
と光路長差が生じて光の干渉が生じるので、これ
を受光器で検出してその時の波長等から上記温度
検出部の熱膨張あるいは収縮を算出して測定すべ
き温度を求めることができる。そしてこのものは
光の干渉を利用するものであるから外部からの電
磁気的な影響をまつたく受けず、高精度でかつ確
実な温度測定ができる等その効果は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の第１実施例を示
し、第１図は全体の概略構成図、第２図は温度検
出器の概略構成図である。第３図は第１実施例に
おける光の干渉を説明する線図である。第４図お
よび第５図は本発明の第２実施例を示し、第４図
は全体の概略構成図、第５図は光フイルタの波長
帯域の関係を示す図である。第６図および第７図
は本発明の第３実施例を示し、第６図は全体の概
略構成図、第７図は温度検出器の概略構成図であ
る。１……可変波長光源、２……光フアイバ、３…
…温度検出器、３ａ，３ｂ，３ｃ…３ｎ……温度
検出器、４……検温光フアイバ、４ａ……温度検
出部、５……バイパス光フアイバ、８……受光
器、９……制御回路、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ…
１１ｎ……光フイルタ、１２……光フイルタ、１
３ａ，１３ｂ，１３ｃ…１３ｎ……温度検出器。

Claims

【特許請求の範囲】１放射する光の波長を変えることができる可変
波長光源と、測定すべき温度と同温度となる温度
検出部を有する検温光フアイバとこの検温光フア
イバから分岐し上記温度検出部をバイパスして設
けられたバイパス光フアイバからなる温度検出器
と、この温度検出器を通過した光を検出する受光
器と、これら可変波長光源、温度検出器および受
光器を接続する光フアイバとを具備したことを特
徴とする温度検出装置。２前記温度検出器は１個の可変波長光源に対し
て複数個設けられており、かつこれら温度検出器
にはそれぞれ互に重複しない波長帯域の光を通過
させる光フイルタを設けたものであることを特徴
とする前記特許請求の範囲第１項記載の温度検出
装置。