JPS63100340A - 光温度センサ - Google Patents

光温度センサ

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Publication number
JPS63100340A
JPS63100340A JP24598586A JP24598586A JPS63100340A JP S63100340 A JPS63100340 A JP S63100340A JP 24598586 A JP24598586 A JP 24598586A JP 24598586 A JP24598586 A JP 24598586A JP S63100340 A JPS63100340 A JP S63100340A
Authority
JP
Japan
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optical
black body
light
body part
energy
Prior art date
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Pending
Application number
JP24598586A
Other languages
English (en)
Inventor
Yasukazu Sano
安一 佐野
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.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
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Publication of JPS63100340A publication Critical patent/JPS63100340A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/60Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using determination of colour temperature

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Radiation Pyrometers (AREA)

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】 〔発明の属する技術分野〕 −この発明は光ファイバを用い光学的に温度を測定する
光温度針に関する。
〔従来技術とその問題点〕
この棟の温度計としてブランクの放射法則を用いたもの
が知られている。第2図はその構成図である。嬉2図を
用いてその原理を以下に説明する。
波長λとλ+dλの間の黒体部1から放射される熱線(
以下光エネルギーと呼ぶ)のエネルギー密度をPλdλ
とするとρλはプラ/りの放射法則からで表わされる。
ただしhはブランク定数、にはボルツマン定数、Cは真
空中の光速、Tは絶対温度である。第2図の黒体部1か
ら放射される光エネルギーの一部が光伝送手段をなすサ
ファイアロッド2.光コ2・フタ3.信号伝送用光ファ
イバ4゜光コネクタ5.レンズ6を介して光分岐手段を
なすハーフミラ−7,8に達し干渉フィルタ9,10゜
レンズ11 、12を介して光電変PZ子であるフォト
ダイオード13 、14に導かれる。干渉フィルタ9は
波長λlとλs + dλ1のjIDの光だけを逍過し
、干渉フィルタ10はλ2とdλ2の間の光だけを透過
する。フォトダイオード13に到達する波長λ1とλl
+dλ1の間の光エネルギーEl、及びフォトダイオー
ド14に到達する波長λ2とλ2+dλ2の間の元エネ
ルギーE2は、黒体部1からサファイアロッド2に入射
する光エネルギーの割合またサファイアロッド2からフ
ォトダイオード13.14に到るまでの光エネルギーの
損失を考慮して、波長λlとλl+dλ!のものについ
てはKOIを比例係数として0式を用いで表わされる。
同様に波長λ2とλ2 + dλ2のものについてはK
O2を比例係数として で表わされる。
一方、フォトダイオードの出力電流は一般に入射する光
エネルギーに比例する。従って、第2図の2個のフォト
ダイオードの出力″1cvl Is 、 I2は21 
、 a2を比例定数として I+ = alEl□ I2 = a2E2               ■
で示される。■、■、■、■から ■、■式で示されるフォトダイオードの電流ll。
I2を比演算回路15の入力とし、その出力をり、ゲイ
ンをGとすると また、KOI 、 KO2は黒体部1から鎖射した波長
λlとλl+dλ、の間の光と波長λ2とλ2+dλ2
の間の光がフォトダイオード13及び14に到達するま
での光の透過率である。黒体部1から出射した波長λl
とλ、+dλlの間の光と波長λ2とλz+dλ2の間
の光がハーフミラ−7に到達するまでの光の透過率は等
しくこれをKとし、ハーフミラ−7からフォトダイオー
ド13 、14に到達する才での波長λ1とλ1+dλ
lの間の光と波長λ2とλ2 + dλ2の間の光の透
過率を各々に1.に2とすれば、 Koにに−Kl             ■Ko2:
に@に2(!φ 一般に透過率には信号伝送用光ファイバ4の光伝送損失
の変動あるいは光コネクタ3での接続損失の変動等で一
定ではない。しかしG 、at t a2 ) KL 
IK2.λ1.λ2.h、cは一定とみなし得るので、
になるようにGを選べば、透過率には消去でき0式から
、 となる。従ってGを測定することにより0式から温度T
を算出できる◇これは、光コネクタ3の接続+6失の変
動、信号伝送用光ファイバ4の光伝送損失の変動には無
関係な温度測定が0式を用いることによりできることを
意味している◇実際には比演算回路15の出力りをアナ
ログデジタル変換回路16でデジタル値に変換した後、
マイクロコンピュータ17により0式を演算し温度Tを
算出する。
なお第3図は黒体部1の拡大図である。黒体部1はサフ
ァイアロッド2の先端に貴金属フィルム18(例えば白
金)とサファイアの結晶19をスパッタで積み上げて構
成する〇 以上が従来技術の構成であるか、この従来技術には下言
己のような問題がある。フォトダイオード13 、14
には黒体部lからの熱M(光エネルギー)だけが到達す
るのではなく、厳密には光伝送手段をなすサファイアロ
ッド2.信号伝送用光ファイバ4からもそれぞれの温度
に相補した熱線が放射されフォトダイオード13 、1
4に到達する。これはブランクの放射法則からも明らか
である。フォトダイオード13 、14に到達する黒体
部1からの熱線(光エネルギー)とサファイアロッド2
.信号伝送用光ファイバ4からの熱線(光エネルギー)
を区別することは困難なため、従来の方法では正確に黒
体部1の温度を測定できないという欠点があった、〔発
明の目的〕 この発明は従来技術よりも正確に黒体部1からの熱線だ
けを検出し、より正確な光温度計を提供することを目的
とする。
〔発明の要点〕
この発明は温度を検出するサファイア口、ドから、その
熱線(光エネルギー)を受光するフォトダイオードまで
の構成を第1図に示す従来の方式と同じもの7i−2組
用意する。ただし一方のサファイアロッドの先端には黒
体部を設け、他方のサファイアロッドの先端には黒体部
を設けない。また該2本のサファイアロッドは同一の保
慢管内に収め、該2本の光ファイバについては2芯の光
フアイバケーブルを用いる。更に4個のフォトダイオー
ドを受光波長別に2個づつグループ分けし、各グループ
のフォトダイオード出力をグループごとに用意した差動
増幅器の人力とし、これらクループごとの差動増幅器の
出力の比を算出し、これにより該黒体部の温度を測定し
ようとするものである。すなわち、光伝送手段としての
サファイア口、ド及び信号伝送用光ファイバから放射さ
れる熱線(光エネルギー)を差し引くために、温度測定
用のサファイア口、ド、信号伝送用光ファイバの十分近
傍暑こ上記差し引き用として別のサファイアロッドと信
号伝送用光ファイバを設け、これを用いて黒体部、サフ
ァイアロ、ド、信号伝送用光ファイバから放射されフォ
トダイオードに到達する熱線のうち、サファイアロッド
と信号伝送用光ファイバから放射される熱線をさし引き
、黒体部1だけからの熱線を検出しもって黒体により検
出される真の温度を測定しようとするものである。
〔発明の実施例〕
第1図は本発明の実施例である。黒体部1.サファイア
ロッド2.光コネクタ3.光フアイバコード402.光
コネクタ5.レンズ6の経路の熱線はハーフミラ−7、
ミラー8.干渉フィルタ9゜10、レンズ11 、12
を経てフォトダイオード13.14で受光される。干渉
フィルタ9,10によりフォトダイオードI(、14は
それぞれ波長λlとλl+ dλ1及びλ2とλ2+d
λ2の間の光エネルギーを受光するものとする。従来技
術では黒体部1からの熱線エネルギーのみを考えこれを
0式あるいは0式で表わしていたが、ここではサファイ
アロッド2.光コネクタ3.光フアイバコード402.
光コネクタ5、レンズ6で発生する熱線エネルギーまで
考慮するものとし、このエネルギーの波長λlとλ1+
dλl、λ2とλ2+dλ2の間のエネルギーを各々E
λl。
Eλ2とする。フォトダイオード13 、14が受光す
る熱線エネルギーの合計をそれぞn、 Etl、 E1
2とすれば00式を使って、 Et1= Et + Eλ1          ◎E
tz = E2 + Eλ2          ■で
表わされる。
一方サファイアロッド21.光コネクタ31.光)゛ア
イバコード401.光コふフタ51.レンズ61の経路
の熱線エネルギーのうち、干渉フィルタ91 、101
により波長制限されフォトダイオード131 、141
で受光される波長λlと、λ1+a、t、 、λ2とλ
2+dλ2の間のエネルギーは、(1)光フアイバコー
ド401 、402に2芯の光フアイバケーブル41の
芯線を用いていること、すなわち光フアイバコード40
1゜402の長さは等しく非常に近い位置に存在してい
ること、更に(2)サファイアロッド21とサファイア
ロッド21は同一外形寸法であり、1個の保護管300
に収納されていることを考慮すればほぼEλlとEλ2
に等しいとみなし得る。従来技術の項で述べたようにフ
ォトダイオードの出力電流は一般に入射する光エネルギ
ーに比例する。フォトダイオード13と131にはこの
比例係数が等しいものを選びこれをalとし、同様にフ
ォトダイオード14と141も比例係数が等しいものを
選びこれを32とすると、フォトダイオード13 、1
31 、14 、141の出力′電流It、I□1 s
 I2 、 I2□は■、■式を使ってI+  :  
aIEtl =  ;11(El+Eλ1)           
 (ΦLt =  at @Eλt         
        (!61I2  = a2Et2 =  Hz (Ez +Elz )         
    ◎I22 =  a2 E2z       
           <+Dで表わされる。
従って、差動増幅器200 、2(11の出力Vd2y
 + Vd2gハ各にノケインヲDG27 、DG2g
 トTしIf、@、@、o。
[相]式を使って、 VcL7= DG27°(It  l17)= DG2
7 ・al E、           @■d2δ=
 DG2B I1(Iz −I22 )=DGzs ・
a2 Ez           @となるoDG27
 =DG 2Bに選び従来技術と同様にして比演算回路
15の出力りは、ゲインをGとすれば@、(□□□式か
ら0式と同じ形に表わされることは明らかである。すな
わち 以下従来技術と全く同様に考えることができてか本発明
によれば、従来技術よりもより正確に成ゴする。従って
Dを測定すること(こより、0式から温v1′を算出で
きることがわかる。なお0式のDは比演算回路15の出
力でありアナログ信号であるが、実際にはこれがアナロ
グデジタル変換回路16によりデジタル信号に変換され
た後、マイクロコンピュータ17等の演算手段によりデ
ジタル信号になったD値から温度Tが算出出力される。
〔発明の効果〕
以上の説明から明らかなように、この発明によれば、黒
体からの放射エネルギーを光ファイバーで受光素子に導
き、その出力で黒体部の温度を測定する光温度センサに
おいて、黒体部を除く光伝送手段からの放射エネルギー
を別途測定し、これを前記受光素子の出力から差し引く
ようにし飲め、黒体部lの温度を従来よりも正確に測定
できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例を示す光温度センサの構成図、
第2図は従来の光温度センサの構成図、第3図は黒体部
の拡大断面図である。 1・・・黒体部、2t21・・・サファイアロッド、3
゜31 、5 、51・・・光コネクタ、41・・・光
ケーブル、401 、402・・・光フアイバコード、
 6,61,11.111 。 12.121・・・レンズ、7,71・・・ハーフミラ
−18,81・・・ミラー、9.91,10.101・
・・干渉フィルタ、13.131 。 14.141・・・フォトダイオード、200,201
・・・差動増幅器、15・・・比演算回路、16・・・
アナログデジタル変換回路、17・・・マイクロコンピ
ュータ、18・・・貴金属フィルム、19・・・Ae2
03(サファイア結晶)、300・・・保獲管・ 悌30

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 黒体部と、この黒体部の光エネルギーを伝送する第1の
    光伝送手段と、該第1の光伝送手段から出射される光エ
    ネルギーを分岐させる第1の分岐手段と、該分岐手段に
    より分岐された光エネルギーを波長弁別する手段と、該
    各々の波長弁別手段を通過した光エネルギーを別々に受
    光し電気信号出力とする第1及び第2の光電変換素子と
    、前記第1の光伝送手段の近傍に設置される第2の光伝
    送手段と、該第2の光伝送手段から出射される光エネル
    ギーを分岐させる第2の分岐手段と、該分岐手段により
    分岐された光エネルギーを波長弁別する手段と、該各々
    の波長弁別手段を通過した光エネルギーを別々に受光し
    電気信号出力とする第3及び第4の光電変換素子と、前
    記第1及び第3の光電素子の出力の差を算出する第1の
    差演算手段と、前記第2及び第4の光電素子の出力の差
    を算出する第2の差演算手段と、該2つの差演算手段の
    出力の比を算出する比演算手段と、該比演算手段の出力
    から前記黒体部の温度を算出する演算手段を備えたこと
    を特徴とする光温度センサ。
JP24598586A 1986-10-16 1986-10-16 光温度センサ Pending JPS63100340A (ja)

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JP24598586A JPS63100340A (ja) 1986-10-16 1986-10-16 光温度センサ

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JP24598586A JPS63100340A (ja) 1986-10-16 1986-10-16 光温度センサ

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JPS63100340A true JPS63100340A (ja) 1988-05-02

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ID=17141757

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JP24598586A Pending JPS63100340A (ja) 1986-10-16 1986-10-16 光温度センサ

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0511031U (ja) * 1991-07-24 1993-02-12 川崎製鉄株式会社 高炉用熱風温度計
EP0638770A1 (en) * 1993-08-06 1995-02-15 Simmonds Precision Engine Systems, Inc. Temperature detector and control for an igniter
US5671877A (en) * 1995-01-31 1997-09-30 Toyoda Gosei Co., Ltd. Container holder device
US6682216B1 (en) * 1999-12-16 2004-01-27 The Regents Of The University Of California Single-fiber multi-color pyrometry

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