JPS6114529A - 光フアイバを使用いた温度計測方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は光ファイバを用いた温度計測方法、詳しくは光
ファイバを用いて放射エネルギーによる温度計測を行な
うにあたシ、被測温対象物に対面するファイバ端面の汚
れによる誤差を補正し、より精確な温度計測を達成する
温度計測方法に関するものである。

（従来の技術） 工業分野の各プロセスには温度計測が多く含まれ、測定
した温度情報を制御や監視のために遠隔伝送したいこと
が多い。なかでも被測温対象物が高温高圧雰囲気に置か
れる熱間静水圧加圧装置などの分野ではその要求度が高
く、従来は熱電対。

放射式温度計などを用いて測温を行っていた。ところが
、これらの信号を制御や監視のために遠隔伝送する場合
には電磁誘導を受けるため雑音を生じることがあった。

そこで最近は、これらの影響を除くために光ファイバを
計測の分野に応用することが行なわれている。この光フ
ァイバによる温度計測の方法は、温度放射物体からの放
射エネルギーを光ファイバを伝送路として導いて放射測
温を行なう方法であり、温度計測の手法として注目され
、今後の実用化に期待が寄せられている。

ところが、かような被測温対象物の光情報を光ファイバ
を用いて伝′送するシステムでは該対象物に対向する光
ファイバの端面の汚れは光ファイバに入射する光量の減
衰をまねき、情報を処理するときの雑音となる。例えば
光ファイバを用いた放射測温の場合、ファイバ端面が汚
れ、光量が減衰すると指示温度は低くなる。汚れの透過
特性に波長依存性が少ない場合には２色温度計を用いる
ことにより測温誤差は小さくできるが、波長依存性が大
きい場合には測温誤差は避けられない問題である。そこ
で、このような測温誤差を避けるためには光フアイバ端
面を常時、払拭したり、パージガスを流すなどして清浄
化しておくことが必要であるが、別の方法として光学的
に参照光を用いて光伝達を補正する方法が例えば特開昭
５８−’７５３０号に開示されている。

この方式は同公報によれば標準温度放射体として用いる
リン螢光体に赤外線を照射し、その反射光強度から光伝
達損失を補正しているが、しかし放射測温の場合には測
温対象が放射する赤外線強度が大きいため参照光として
赤外線を用いることは不可能である。その」＝、光フア
イバ端面と、被測温対象物との距離がリン螢光体法に比
べ非常に大きいだめ反射光を検出することも難しい。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は叙上の如き光フアイバ利用の温度計測の実情に
即応し、被測温対象物に対向した光フアイバ端面に他の
ファイバから参照光として光を照射し、同端面を透過し
た参照光の強度を測定することによって対象物に対向す
る光フアイバ端面の汚れを測定し、対象物からの光情報
を補正して光学的に補正さｒた正確な放射測温を行なう
ことを目的とするものである。

（問題点を解決するだめの手段） 即ち、本発明の特徴とするところは、被測温対象物に端
面を対向させて光ファイバを配置し、該対象物からの放
射エネルギーを光学系によって集光して元ファイバに入
射させ、その入射した放射エネルギーを検知することに
より被測温対象物の温度を計測する方法において、対象
物に対向した前記光フアイバ端面に別に設けた光ファイ
バを通じて参照用光源からの参照光を照射し、これを前
記対象物からの放射エネルギーと一緒に光ファイバを透
過させて取り出し、その後、取シ出しだ光を対象物より
の放射光と参照用光源からの参照光に分けて参照光の透
過光強度から前記放射エネルギーを通す光ファイバの透
過率を求め、この透過率にもとづいそ前記対象物からの
放射エネルギーによる光情報を補正し、ファイバ端面の
汚れによる測温誤差を解消せしめる点にある。

以下、これを更に詳述すると、本発明の特色の１つは、
光ファイバの端面の汚れによる透過率の低下を求め、こ
の減衰量にもとづいて被測温対象物からの光情報を補正
することであり、他の１つはそのだめの手段として参照
用光源よりの参照光を測温用光ファイバとは別の光ファ
イバを通じて測温用光ファイバの対象物対向側の端面に
照射することである。

従って、本発明においては参照光を照射する光ファイバ
は必須であり、参照用光源からの参照光は変調されて２
方向に分光され、その一方がモニタされると共に他方が
光ファイバを通ってその端面から測温用光ファイバの対
象物対向側の端面に照射される。このとき、対象物から
の放射エネルギーも信号光として同時に測温用光ファイ
バの対向端面を通過し、前記参照光と一緒に測温用光フ
ァイバを透過して取り出される。

そして、このように透過し７、取り出されたエネルギー
は夫々変調周波数によって分けられ、同期している各ロ
ックインアンプから出力する。

そこで、測温用光ファイバの対象物対向端面を通過した
対象物の放射エネルギーと、参照光用ファイバ端面及び
測温用光フアイバ端面を透過した光の強度を測定するこ
とによって前記モニタした光の強度と対比し、測温用光
フアイバ端面での減衰も含んだ透過率を求めることがで
きる。

即ち、ここでは測温用光ファイバの両端面は同一雰囲気
にあるため、反射率、吸収率は等しくρ。

αであるとし、参照光強度ヲ工、対象物からの放射エネ
ルギーによる信号光強度をＷとすると、参照光用光ファ
イバの端面を透過した光の強度工ｒＢは角周波数ωアで
変調されているとして又、測温用光ファイバの端面を透
過した参照光の強度Ｉｈは、 である。一方、測温用光フアイバ端面を通過した対象物
の放射エネルギーの強度工。Ａは、Ｔ−ｓＡ　−（１−
ρ−α）Ｗ　・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・（３）であるか
ら、測温用光ファイバより光検出器に入射する光の強度
工。は角周波数ω８で変調されているとして結局、 １＋ｏｏｓ岨を 工。＝（工、へ十工５Ａ）２ １−１−Ｏｏｓω８ｔ ×□　・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・（４）となる。従
って、以上の各計算から夫々の周波数によって分けられ
各ロックインアンプより出る出力、即ち対象物よシの信
号光による出力（鳥）、測・混用光ファイバを透過した
参照光による出力（］ｌ１ｔ）。

モニタされた参照光による出力（Ｆ３）は、Ｉ２＝　１
１（１−ρ−α）工・川−・−・−・−・・・曲曲曲曲
・・・（６）Ｅ３＝−ｉ−・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・−・・・・四・・（７）となる。但し
、πは円周率である。

そこで上記（５）　（ａ）　（７）式から工と（１−ρ
−α）をと々る。

かくして、この（８）式の計算を既知の演算回路を用い
て演算すれば光フアイバ端面の汚ｎにょる測温誤差が補
正された結果を得、表示器によって表示される。

このようにして端面汚れにょる測温誤差は補正され、精
確な温度を計測することができる。

（実施例） 以下、更に添付図面により、本発明に係る補正回路の１
実施例を説明する。

図は本発明に係る光フアイバ端面の汚れを補償するシス
テムの１例を示すブロックであり、図において、（１）
はハーフミラ−からなる光分岐器、（２）及び（３）は
光変調器、（４）は参照用光源、（５）及び（６）は光
検出器、（７）〜（９）はロックインアンプ、α０）は
演算回路、０１）は温度表示器、（Ｆｌ）は測温用光フ
ァイバ、（Ｆ２）は参照光用光ファイバ、（ロ）は被測
温対象物を夫々示す。

図において、参照用光源（４）よシの参照光は光変調器
（２）で周波数にで変調され、光分岐器（１）により分
光されて２方向に分かれ、その１つは光検出器（５）で
モニタされ、他方は参照光用として設けられた光ファイ
バ（Ｆ２）を通ってその端面（Ｂ）から測温用の光ファ
イバ（Ｆ、）の端面（Ａ）に照射される。

そして、この参照光は前記測温用光ファイバ（Ｆ、）の
端面囚）を透過し、下部の光変調器（３）で変調され光
検出器（６）で検出される。

一方、対象物からの放射エネルギーによる信号光は同じ
く測温用光ファイバ（Ｆｌ）の端面（Ａ、）を通過し光
変調器（３）で周波数ｆ８で変調された後、同じく光検
出器（６）で検出される。

そこで、上記各光検出器（５）　（６）で検出された光
は夫々、ロックインアンプ（７）　（ｉｌり　（９）に
入るが、このときロックインアンプ（７）は光変調器（
３）に、又、ロックインアンプ（８）　（９）は光変調
器（２）に同期しているため、夫々の周波数によって分
れた信号が得られる。

このうち、ロックインアンプ（７）の出力は前述した（
Ｅ１］であす、ロックインアンプ（８）の出力は（Ｆ２
）であす、又、ロックインアンプ（９）の出カバ（Ｆ３
）となる。

従って、夫々の出力から前記（紛で表わされる対象物か
らの信号光強度が演算回路によって既知の手法にかつて
演算処理され、表示器α１）に表示さ社ることになる。

このようにして測温用光ファイバの端面の汚れが補償さ
れた温度計測を行なうことができる。

（発明の効果） 本発明は以上のように対象物に対向した光フアイバ端面
に他の光ファイバから参照光として光を照射し、前記対
向した端面を透過した参照先の強度から透過率を求め、
これによって端面の汚れを測定し、対象物からの光情報
を補正するものであるから、高温高圧炉内光を炉外に導
き放射測温を行なう場合において炉外からファイバ端面
にアタセスすることは不可能であり、また高圧であるだ
めガスパージもできないようなときでも容易に長期間に
わたり安定した測温を行なうことができ、しかも保守も
簡単で光ファイバを常時払拭したりパージを行なうなど
して清浄する必要もなく、その上、放射測温を高精度で
行なうことが可能であって工業上の測温方法として極め
て顕著な効果を有する。

なお、本発明温度計測方法は特に熱間静水圧加圧装置の
高温高圧炉内の温度計測に用いて効果的であるが、別設
、これに限るものではなく、各種装置の測温に利用して
も極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

図は本発明に係る補正回路の１例を示すブロック図であ
る。 （Ｆｌ）・・測温用光ファイバ。 （Ｆ２）・・参照光用光ファイバ。 （Ａ）・・・測温用光フアイバ端面。 （Ｅ）・・・参照光用光フアイバ端面。 虎）・・・被測温対象物、（１）・・・光分岐器。 （２）　（８）・光度ｖａｒａ、　　＜４）・＝参照用
光源。 （５）　（６）・・・光検出器、　（ア）　（８）　（
９）・・ロックインアンプ。 ００）・・・演算回路、　θ】）・・・表示器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　１．被測温対象物に端面を対向させて光フアイバを配
   置し、該対象物からの放射エネルギーを光フアイバに入
   射させ、その入射した放射エネルギーを検知することに
   よつて被測温対象物の温度を計測する方法において、対
   象物に対向した前記光フアイバ端面に別に設けた光フア
   イバを通じて参照用光源からの参照光を照射し、これを
   前記対象物からの放射エネルギーと一緒に光フアイバを
   通過させて取り出し、その後、とり出したエネルギーを
   対象物よりの放射光と参照光とに分けて端面での損失も
   含んだ光フアイバ全体の透過率を求め、この透過率にも
   とづいて前記対象物からの放射エネルギーによる光情報
   を補正せしめることを特徴とする光フアイバを使用した
   温度計測方法。