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JP4257438B2 - Temperature sensor - Google Patents
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JP4257438B2 - Temperature sensor - Google Patents

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Description

本発明は温度センサに関するものであり、特にレーザ干渉法を用いた温度センサに関するものである。   The present invention relates to a temperature sensor, and more particularly to a temperature sensor using laser interferometry.

従来、非接触で気体の温度変化を測定する方法として、マッハツエンダ干渉計を用いたレーザ干渉法による測定方法が知られている(例えば、非特許文献1参照。)。   Conventionally, as a method for measuring a temperature change of a gas in a non-contact manner, a measurement method by a laser interferometry using a Mach-Zehnder interferometer is known (for example, see Non-Patent Document 1).

このレーザ干渉法による温度測定では、2本のレーザ光のうちの一方のレーザ光を参照光として気体の状態を一定に保った空間を通過させるとともに、他方のレーザ光を試験光として温度を検出する被計測空間を通過させ、参照光と試験光とを干渉させて干渉縞を生成し、この干渉縞の変化を検出して被計測空間における温度変化を検出しているものである。   In this temperature measurement by laser interferometry, one of the two laser beams is used as a reference beam to pass through a space in which the gas state is kept constant, and the temperature is detected using the other laser beam as a test beam. The interference light is generated by causing the reference light and the test light to interfere with each other, and the change in the interference fringe is detected to detect the temperature change in the measurement space.

すなわち、被計測空間では、温度が変動すると被計測空間内の気体の密度が変化し、この密度の変化によってレーザ光の屈折率が変動する。干渉縞は、このレーザ光の屈折率の変動にともなって変動し、この変動状態を検出することにより温度変化を検出することができる。なお、被計測体は気体に限定されるものではなく、液体のようにレーザ光を通過させることができる被計測体に対してレーザ干渉法による温度測定方法を用いることができる。   That is, in the measurement space, when the temperature changes, the density of the gas in the measurement space changes, and the refractive index of the laser light changes due to this change in density. The interference fringes fluctuate with the fluctuation of the refractive index of the laser beam, and the temperature change can be detected by detecting the fluctuation state. Note that the object to be measured is not limited to gas, and a temperature measurement method based on a laser interference method can be used for an object to be measured that can pass laser light like liquid.

なお、このレーザ干渉法による温度測定では、熱電対のように被計測体の温度を直接的に計測しているのではなく、被計測体に生じた温度の変動を検出しているものであり、直接的な温度測定はできないが、被計測体の密度変動を検出していることにより熱電対などの温度検出手段と比較して応答性が極めて高く、瞬間的な温度変動を検出する高時間分解能を有しているという特徴を有している。   Note that this temperature measurement by laser interferometry does not directly measure the temperature of the object to be measured like a thermocouple, but detects temperature fluctuations that occur in the object to be measured. Although direct temperature measurement is not possible, it is extremely responsive compared to temperature detection means such as thermocouples by detecting density fluctuations of the measurement object, and it takes a long time to detect instantaneous temperature fluctuations. It has the feature of having resolution.

その一方で、レーザ干渉法による温度測定では、干渉を利用したレーザ光の位相差の検出によって温度変動の検出を行っているために振動に弱く、できるだけ振動が抑制された状態で使用する必要があった。   On the other hand, in temperature measurement by laser interferometry, temperature fluctuations are detected by detecting the phase difference of the laser beam using interference, so it is weak against vibration and must be used with vibration suppressed as much as possible. there were.

そこで、本発明者は、参照光と試験光とを干渉させて位相差の検出を行う干渉部と、試験光を導いて被計測空間を横断させる受感部との間に光ファイバを介設し、この光ファイバで試験光を干渉部から受感部に導くとともに、受感部に設けた適宜の反射体で反射させられた試験光を受感部から干渉部に導くこととした。   In view of this, the present inventor has provided an optical fiber between the interference unit that detects the phase difference by causing the reference light and the test light to interfere with each other, and the sensing unit that guides the test light and traverses the measurement space. Then, with this optical fiber, the test light is guided from the interference part to the sensing part, and the test light reflected by an appropriate reflector provided in the sensing part is guided from the sensing part to the interference part.

そして、受感部は被計測空間に配置する一方で、干渉部は振動が抑制された制振台上に配置することにより振動の影響を受けにくくした温度計測法を提案した(例えば、特許文献1参照。)。   Then, a temperature measuring method has been proposed in which the sensing unit is arranged in the space to be measured, while the interference unit is arranged on a vibration control table in which vibration is suppressed to make it less susceptible to vibration (for example, Patent Documents). 1).

すなわち、この温度計測法に基づく温度センサでは、図9に示すように、干渉部100として、光源である安定化He−Neレーザ出力機110と、この安定化He−Neレーザ出力機110から出射されたレーザ光を所定の周波数に偏移させてP偏光とS偏光の2種類のレーザ光を出射するヘテロダイン用音響光学素子120と、このヘテロダイン用音響光学素子120から出射されたS偏光のレーザ光を反射する第1ミラー130と、この第1ミラー130で反射されたS偏光のレーザ光とヘテロダイン用音響光学素子120から出射されたP偏光のレーザ光とを1本のビームにまとめる第1偏光ビームスプリッタ140と、この偏光ビームスプリッタ140から出射されたレーザ光を2本のビームに分離する第1ハーフミラー150と、この第1ハーフミラー150を通過したレーザ光をP偏光とS偏光の2種類のレーザ光に分離する第2偏光ビームスプリッタ160とを設けた。   That is, in the temperature sensor based on this temperature measurement method, as shown in FIG. 9, the interference unit 100 emits from a stabilized He—Ne laser output device 110 that is a light source and from this stabilized He—Ne laser output device 110. The heterodyne acoustooptic device 120 which emits two types of P-polarized and S-polarized laser beams by shifting the laser beam to a predetermined frequency, and the S-polarized laser beam emitted from the heterodyne acoustooptic device 120 A first mirror 130 that reflects light, and a first beam that combines S-polarized laser light reflected by the first mirror 130 and P-polarized laser light emitted from the heterodyne acoustooptic device 120 into a single beam. A polarization beam splitter 140, a first half mirror 150 that separates the laser beam emitted from the polarization beam splitter 140 into two beams, and a laser beam that has passed through the first half mirror 150 is P It provided a second polarizing beam splitter 160 for separating the light and S 2 kinds of laser light polarization.

第1ハーフミラー150で反射されたレーザ光は、偏光面を45度に傾けた第1偏光板170を通過させて干渉させ、その後、第1受光素子180に入射させ、この第1受光素子180で干渉ビート信号を検出して基準信号とした。   The laser light reflected by the first half mirror 150 passes through and interferes with the first polarizing plate 170 whose polarization plane is inclined by 45 degrees, and then enters the first light receiving element 180, and this first light receiving element 180. The interference beat signal was detected as a reference signal.

第2偏光ビームスプリッタ160で分離されたP偏光のレーザ光は試験光であって、第1の1/4波長板190を通過して円偏光とし、光ファイバ200の端部に設けた第1セルフォック(登録商標)マイクロレンズ210を介して光ファイバ200に入射させ、光ファイバ200の他端部に設けた第2セルフォック(登録商標)マイクロレンズ220から出射させて受感部300に入射させた。   The P-polarized laser beam separated by the second polarization beam splitter 160 is test light, passes through the first quarter-wave plate 190 and becomes circularly polarized light, and is provided at the end of the optical fiber 200. The light is incident on the optical fiber 200 through the Selfoc® microlens 210, is emitted from the second Selfoc® microlens 220 provided at the other end of the optical fiber 200, and is incident on the sensing unit 300. .

受感部300には入射された試験光を反射する反射鏡310を設けており、特に、反射鏡310は、反射鏡310に達する試験光が被計測領域320を横断するように配置した。   The sensing unit 300 is provided with a reflecting mirror 310 that reflects incident test light. In particular, the reflecting mirror 310 is arranged so that the test light reaching the reflecting mirror 310 crosses the measurement target region 320.

受感部300に入射された試験光は、被計測領域320を横断して反射鏡310に達し、反射鏡310で反射されることにより再度被計測領域320を横断して、第2セルフォック(登録商標)マイクロレンズ220に入射させた。   The test light incident on the sensing unit 300 crosses the region to be measured 320 and reaches the reflecting mirror 310, is reflected by the reflecting mirror 310, crosses the region to be measured 320 again, and enters the second self-foc (registered). Trademark) was incident on a microlens 220.

受感部300で反射した試験光は、光ファイバ200を介して干渉部100に入射させ、第1の1/4波長板190を通過してS偏光として第2偏光ビームスプリッタ160に入射させた。   The test light reflected by the sensing unit 300 is incident on the interference unit 100 through the optical fiber 200, passes through the first quarter-wave plate 190, and enters the second polarizing beam splitter 160 as S-polarized light. .

一方、第2偏光ビームスプリッタ160で分離されたS偏光のレーザ光は参照光であって、第2の1/4波長板230を通過して円偏光とし、第2ミラー240に反射されて第2の1/4波長板230を再度通過してP偏光として第2偏光ビームスプリッタ160に入射させた。   On the other hand, the S-polarized laser beam separated by the second polarization beam splitter 160 is reference light, passes through the second quarter-wave plate 230 and becomes circularly polarized light, and is reflected by the second mirror 240 and reflected by the second mirror 240. The second quarter-wave plate 230 passes again and enters the second polarizing beam splitter 160 as P-polarized light.

第2偏光ビームスプリッタ160に入射させた試験光と参照光はそれぞれ偏光面を45度に傾けた第2偏光板250を通過させて干渉させ、その後、第2受光素子260に入射させ、この第2受光素子260で干渉ビート信号を検出して試験信号とした。   The test light and the reference light incident on the second polarizing beam splitter 160 are caused to interfere with each other by passing through the second polarizing plate 250 whose polarization plane is inclined by 45 degrees, and then incident on the second light receiving element 260. An interference beat signal was detected by the two light receiving elements 260 and used as a test signal.

そして、基準信号と試験信号のビート周波数の違いから位相差を算出して被計測領域320における密度変動を検出し、この密度変動に基づいて温度変動を検出可能とした。
特開2002−39870号公報 浜本ら、レーザ干渉法によるガス温度変化の測定、日本機械学会論文集(B編)、53巻496号、pp.3798−3802、1987年12月
Then, the phase difference is calculated from the difference between the beat frequencies of the reference signal and the test signal to detect the density fluctuation in the measurement target region 320, and the temperature fluctuation can be detected based on the density fluctuation.
JP 2002-39870 A Hamamoto et al., Measurement of Gas Temperature Change by Laser Interferometry, Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers (B), Vol. 53, No. 496, pp. 3798-3802, December 1987

しかしながら、レーザ光を試験光と参照光とに分離する分離部と受感部との間に光ファイバを設けた場合には、試験光が光ファイバや光ファイバとの接続部の影響を受けることによって、得られた結果が受感部における密度変動の影響のみの結果であると断定することが困難であり、結果の信頼性が十分でないおそれがあった。   However, when an optical fiber is provided between the separation unit that separates the laser beam into the test beam and the reference beam and the sensor unit, the test beam is affected by the optical fiber and the connection with the optical fiber. Therefore, it is difficult to conclude that the obtained result is only a result of the influence of density fluctuation in the sensitive part, and the reliability of the result may not be sufficient.

すなわち、例えば干渉を利用して参照光と試験光との間に位相の変化が検出された場合に、その位相差の変化が被測定空間で生じた温度変化を反映したものであるか、または光ファイバに生じた他の因子に起因するものであるかを判別することが極めて困難であった。   That is, for example, when a change in phase is detected between the reference light and the test light using interference, the change in the phase difference reflects the temperature change generated in the space under measurement, or It was extremely difficult to determine whether it was caused by other factors generated in the optical fiber.

特に、本願発明者らは、内燃機関の燃焼室内の温度を計測したいと考えていたが、内燃機関では駆動にともなって振動するとともに発熱し、この振動や発熱の影響が温度変動の計測結果にどの程度影響を与えているかの判断が困難であり、実用に耐える温度センサが存在していなかった。   In particular, the inventors of the present application wanted to measure the temperature in the combustion chamber of the internal combustion engine. However, the internal combustion engine vibrates as it is driven and generates heat, and the influence of this vibration and heat generation results in the temperature fluctuation measurement result. It is difficult to determine how much the influence is exerted, and there is no temperature sensor that can withstand practical use.

本発明者らは、このような現状に鑑み、内燃機関の燃焼室内の温度を精度よく計測可能な温度センサを開発すべく研究を行って、本発明を成すに至ったものである。   In view of the present situation, the present inventors have conducted research to develop a temperature sensor capable of accurately measuring the temperature in the combustion chamber of an internal combustion engine, and have achieved the present invention.

本発明の温度センサでは、レーザ光を照射する光源部と、この光源部から照射されたレーザ光を試験光と参照光に分離する分離部と、試験光の光路を温度が計測される被計測空間を横断させて配置する受感部と、被計測空間を横断した試験光と参照光とを干渉させて干渉状態の変動を検出することにより温度の変化を検出する検出部とを備えた温度センサにおいて、受感部は試験光の光路と平行とした筒状のケーシングの先端に設け、このケーシングの基端に分離部を設け、ケーシングは、試験光を通過させる透明部材と、参照光を反射する反射体とを装着した先端壁を先端部分に備え、透明部材を通過した試験光を受感部に到達させて、この受感部に設けた反射体によって反射さていることに特徴を有するIn the temperature sensor of the present invention, a light source unit that emits laser light, a separation unit that separates the laser light emitted from the light source unit into test light and reference light, and a measurement target whose temperature is measured on the optical path of the test light A temperature provided with a sensing unit arranged across the space, and a detection unit that detects a change in temperature by detecting a change in the interference state by causing the test light and the reference light to cross the measurement target space to interfere with each other. In the sensor, the sensing part is provided at the tip of a cylindrical casing parallel to the optical path of the test light, and a separation part is provided at the base end of the casing. The casing includes a transparent member that allows the test light to pass through, and a reference light. It has a feature that a tip wall provided with a reflector to be reflected is provided at the tip portion, and the test light that has passed through the transparent member reaches the sensing part and is reflected by the reflector provided in the sensing part. .

また、本発明の温度センサでは、ケーシングは、試験光と参照光を通過させる透明部材を先端部分に備え、この透明部材を通過した試験光と参照光を受感部に到達させて、この受感部に設けた反射体によって反射させるとともに、受感部における被計測空間を横断する試験光の横断距離と、被計測空間を横断する参照光の横断距離のいずれか一方を、他方の横断距離よりも短くしたことにも特徴を有し、透明部材は、反射体側の面に段差を設けて、試験光及び参照光の被計測空間の横断距離を調整したことにも特徴を有するものである。   In the temperature sensor of the present invention, the casing includes a transparent member that allows the test light and the reference light to pass therethrough, and the test light and the reference light that have passed through the transparent member reach the sensing unit to receive the light. Reflected by a reflector provided in the sensing part and either the crossing distance of the test light that crosses the measurement space in the sensing part or the crossing distance of the reference light that crosses the measurement space, the other crossing distance The transparent member is also characterized in that a step is provided on the reflector-side surface and the crossing distance of the test light and reference light measurement space is adjusted. .

また、本発明の温度センサでは、ケーシングは、試験光の照射方向を変更する第1の反射体と、この第1の反射体で照射方向が変更された試験光の照射方向を分離部に向ける第2の透明体を先端部分に備え、第1の反射体と第2の反射体との間に被計測空間を設けて、参照光を第2の反射体に反射させて被計測空間を横断させた後に第1の反射体に反射させるとともに、被計測空間を横断する試験光の横断距離と、被計測空間を横断する参照光の横断距離のいずれか一方を、他方の横断距離よりも短くしたことにも特徴を有し、第1の反射体は、試験光及び参照光が通過可能な透明材料製の第1支持体に配設し、第2の反射体は、試験光及び参照光が通過可能な透明材料製の第2支持体に配設し、第1支持体と第2支持体の間を被計測空間として、この被計測空間に面する第1支持体と第2支持体の少なくともいずれか一方の表面に段差を設けて、試験光及び参照光の被計測空間の横断距離を調整したことにも特徴を有するものである。   In the temperature sensor of the present invention, the casing directs the first reflector that changes the irradiation direction of the test light and the irradiation direction of the test light whose irradiation direction has been changed by the first reflector to the separation unit. A second transparent body is provided at the tip portion, a measurement space is provided between the first reflector and the second reflector, and the reference light is reflected by the second reflector to cross the measurement space. And then reflecting the reflected light to the first reflector, and making either the crossing distance of the test light crossing the measurement space or the crossing distance of the reference light crossing the measurement space shorter than the other crossing distance The first reflector is disposed on the first support made of a transparent material through which the test light and the reference light can pass, and the second reflector is formed of the test light and the reference light. Is disposed on a second support made of a transparent material that can pass through, and a space to be measured is defined between the first support and the second support. In addition, the crossing distance of the measurement space of the test light and the reference light is adjusted by providing a step on at least one surface of the first support body and the second support body facing the measurement space. It is what has.

本発明によれば、筒状のケーシングの先端に受感部を設けるとともに、このケーシングの基端に分離部を設けたことによって、受感部と分離部とをケーシングを介してほぼ同一の振動状態とすることができ、振動の影響を抑制できる。   According to the present invention, the sensing part is provided at the tip of the cylindrical casing, and the separation part is provided at the base end of the casing, so that the sensing part and the separation part are substantially identically oscillated through the casing. It can be in a state, and the influence of vibration can be suppressed.

しかも、試験光及び参照光は、それぞれの光路を短くできるので、受感部以外の変動要因が計測結果に介入するおそれを解消でき、より精度の高い温度変動の検出を可能とすることができる。   In addition, since the test light and the reference light can shorten the respective optical paths, it is possible to eliminate the possibility that a fluctuation factor other than the sensing part intervenes in the measurement result, and it is possible to detect temperature fluctuation with higher accuracy. .

本発明の温度センサは、レーザ光を照射する光源部から照射されたレーザ光を分離部で試験光と参照光とに分離し、温度が計測される被計測空間を横断させて試験光の光路を配置させた受感部を設け、試験光と参照光とを干渉させて干渉縞を生成し、この干渉縞の変動を検出して被計測空間の温度変動を検出しているものである。   The temperature sensor of the present invention separates the laser beam emitted from the light source unit that emits the laser beam into the test beam and the reference beam at the separation unit, and traverses the measurement space in which the temperature is measured to pass the optical path of the test beam Is provided, and interference fringes are generated by causing the test light and the reference light to interfere with each other, and fluctuations in the interference fringes are detected to detect temperature fluctuations in the measurement space.

特に、温度センサでは、筒状としたケーシングを設けて、このケーシングの基端に分離部を設けるとともに、このケーシングの先端に受感部を設けている。   In particular, in the temperature sensor, a cylindrical casing is provided, a separation part is provided at the base end of the casing, and a sensing part is provided at the tip of the casing.

このように、ケーシングに分離部と受感部とを設けたことによって、分離部と受感部との振動状態をほぼ同一として振動に対する性能を向上させることができる。さらに、分離部から受感部までの距離を短くすることができるので、計測結果に影響を与える可能性のある不確定因子を介在させにくくすることができる。   As described above, by providing the casing with the separation part and the sensing part, the vibration state of the separation part and the sensing part can be made substantially the same, and the performance against vibration can be improved. Furthermore, since the distance from the separating unit to the sensing unit can be shortened, it is possible to make it difficult to intervene with an uncertain factor that may affect the measurement result.

また、ケーシングの先端部分に、試験光を通過させる透明部材と、参照光を反射する反射体とを装着した先端壁を設けた場合には、参照光も反射体とともにケーシング内を通過させて、参照光の光路と試験光の光路での温度差をほぼ無視することができ、温度補正を不要とすることができるとともに、温度センサをコンパクトに構成することができる。   In addition, in the case where the tip wall provided with the transparent member that allows the test light to pass through and the reflector that reflects the reference light is provided at the tip portion of the casing, the reference light also passes through the casing together with the reflector, The temperature difference between the optical path of the reference light and the optical path of the test light can be almost ignored, temperature correction can be made unnecessary, and the temperature sensor can be made compact.

あるいは、ケーシングの先端部分に試験光と参照光を通過させる透明部材を設けて、この透明部材を通過した試験光と参照光を受感部に到達させて、この受感部に設けた反射体によって反射させるとともに、受感部における被計測空間を横断する試験光の横断距離と、被計測空間を横断する参照光の横断距離のいずれか一方を、他方の横断距離よりも短くした場合には、測定誤差を生じさせる因子である温度や振動などの影響を試験光と参照光とでほぼ同一とすることができ、これらの影響を相殺させることができることにより計測精度を向上させることができる。   Alternatively, a transparent member that allows the test light and the reference light to pass therethrough is provided at the tip of the casing, and the test light and the reference light that have passed through the transparent member reach the sensing part, and the reflector provided in the sensing part. When either one of the crossing distance of the test light that crosses the measurement space in the sensing part and the crossing distance of the reference light that crosses the measurement space is shorter than the other crossing distance The effects of temperature and vibration, which are factors that cause measurement errors, can be made substantially the same between the test light and the reference light, and these effects can be offset to improve measurement accuracy.

あるいは、ケーシングの先端部分に試験光の照射方向を変更する第1の反射体と、この第1の反射体で照射方向が変更された試験光の照射方向を分離部に向ける第2の透明体を先端部分に備え、第1の反射体と第2の反射体との間に被計測空間を設けて、参照光を第2の反射体に反射させて被計測空間を横断させた後に第1の反射体に反射させるとともに、被計測空間を横断する試験光の横断距離と、被計測空間を横断する参照光の横断距離のいずれか一方を、他方の横断距離よりも短くした場合にも、測定誤差を生じさせる因子である温度や振動などの影響を試験光と参照光とでほぼ同一とすることができ、これらの影響を相殺させることができることにより計測精度を向上させることができる。   Alternatively, a first reflector that changes the irradiation direction of the test light at the tip portion of the casing, and a second transparent body that directs the irradiation direction of the test light whose irradiation direction has been changed by the first reflector toward the separation unit Is provided at the tip portion, a measurement space is provided between the first reflector and the second reflector, and the reference light is reflected by the second reflector to cross the measurement space. Even if one of the crossing distance of the test light that crosses the measurement space and the crossing distance of the reference light that crosses the measurement space is made shorter than the other crossing distance, Effects such as temperature and vibration, which are factors causing measurement errors, can be made substantially the same between the test light and the reference light, and the measurement accuracy can be improved by canceling these influences.

以下において、図面に基づいて本発明の実施形態を詳説する。図1は、第1実施形態の温度センサA1の概略模式図である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram of a temperature sensor A1 according to the first embodiment.

本実施形態の温度センサA1は、所要のレーザ光を出射する光源部10と、この光源部10から出射されたレーザ光を案内する第1光ファイバ20と、この第1光ファイバ20を介して入射されたレーザ光を試験光L1と参照光L2に分離して、試験光L1のみを温度が計測される被計測空間Tを横断させて反射させるとともに参照光L2を適宜反射させ、さらに反射された試験光L1と参照光L2とをまとめて出射するセンサ部30と、このセンサ部30から出射された試験光L1と参照光L2とを案内する第2光ファイバ40と、試験光L1と参照光L2を干渉させた際の干渉状態の変化を検出することにより温度変化を検出する検出部50とで構成している。   The temperature sensor A1 of the present embodiment includes a light source unit 10 that emits a required laser beam, a first optical fiber 20 that guides the laser beam emitted from the light source unit 10, and the first optical fiber 20 through the first optical fiber 20. The incident laser light is separated into the test light L1 and the reference light L2, and only the test light L1 is reflected across the measurement space T in which the temperature is measured, and the reference light L2 is appropriately reflected and further reflected. Sensor unit 30 for emitting the test light L1 and the reference light L2 together, a second optical fiber 40 for guiding the test light L1 and the reference light L2 emitted from the sensor unit 30, and the test light L1 The detection unit 50 is configured to detect a temperature change by detecting a change in the interference state when the light L2 is caused to interfere.

光源部10は、出力1mW、波長632.8nmのレーザ光を出射するHe−Neレーザ装置を光源として用い、He−Neレーザ装置から出射されたレーザ光を従来の技術の項で説明したように、ヘテロダイン用音響光学素子(ブラッグセル式)で周波数を80.0MHzと79.975MHzなどの異なる周波数のP偏光とS偏光に分離しながら周波数偏移し、これらのP偏光のレーザ光とS偏光のレーザ光を偏光ビームスプリッタ(図示せず)で1本のビームにまとめて出射している。   The light source unit 10 uses a He—Ne laser device that emits laser light having an output of 1 mW and a wavelength of 632.8 nm as a light source, and the laser light emitted from the He—Ne laser device is described in the section of the related art. The frequency shift is performed by separating the frequency into P-polarized light and S-polarized light having different frequencies such as 80.0 MHz and 79.975 MHz by using an acoustooptic device for heterodyne (Bragg cell type). Laser light is collectively emitted into one beam by a polarization beam splitter (not shown).

本実施形態では、このようにHe−Neレーザを用いているが、干渉用の半導体レーザを用いて干渉の状態変動を検出してもよく、干渉を検出可能であれば何を用いてもよい。   In the present embodiment, the He—Ne laser is used as described above. However, the interference state change may be detected using an interference semiconductor laser, and any interference may be used as long as the interference can be detected. .

光源部10から出射されたレーザ光は、ハーフミラー11で2本のレーザ光に分離し、一方のレーザ光を第1受光素子12に入射して、この第1受光素子12によってレーザ光における干渉ビート信号を検出して基準信号として出力している。基準信号は検出部50に入力している。図1中、13は1/2波長板、14は第1干渉フィルタである。   The laser beam emitted from the light source unit 10 is separated into two laser beams by the half mirror 11, one laser beam is incident on the first light receiving element 12, and the first light receiving element 12 interferes with the laser light. A beat signal is detected and output as a reference signal. The reference signal is input to the detection unit 50. In FIG. 1, 13 is a half-wave plate, and 14 is a first interference filter.

図1中、21は第1光ファイバ20の一端に設けた第1セルフォック(登録商標)マイクロレンズ(以下、単に「SML」と呼ぶ)、22は、第1光ファイバ20の他端に設けた第2SMLである。本実施形態では、第1光ファイバ20には、偏波面保存型光ファイバを用いている。   In FIG. 1, 21 is a first Selfoc® microlens (hereinafter simply referred to as “SML”) provided at one end of the first optical fiber 20, and 22 is provided at the other end of the first optical fiber 20. Second SML. In the present embodiment, a polarization-maintaining optical fiber is used for the first optical fiber 20.

第2光ファイバ40も偏波面保存型光ファイバであって、第2光ファイバ40の両端にはそれぞれ第3SML41と第4SML42を接続し、第2光ファイバ40で試験光L1及び参照光L2を検出部50に案内している。なお、第2光ファイバ40は比較的径の大きいプラスチックファイバであってもよく、その場合には、第3SML41及び第4SML42を不要とすることができる。   The second optical fiber 40 is also a polarization-maintaining optical fiber, and a third SML 41 and a fourth SML 42 are connected to both ends of the second optical fiber 40, respectively, and the test light L1 and the reference light L2 are detected by the second optical fiber 40. Guide to part 50. The second optical fiber 40 may be a plastic fiber having a relatively large diameter. In this case, the third SML 41 and the fourth SML 42 can be omitted.

検出部50では、第1受光素子12で検出した基準信号と、第2受光素子51で検出した試験信号とから、従来の温度センサと同様に温度変化の検出を行っている。   In the detection unit 50, the temperature change is detected from the reference signal detected by the first light receiving element 12 and the test signal detected by the second light receiving element 51 in the same manner as the conventional temperature sensor.

本発明の要部であるセンサ部30は、第1光ファイバ20を介して入射されたレーザ光を試験光L1と参照光L2に分離する分離部31を一端に備えるとともに、この分離部31で分離された試験光L1を温度が計測される被計測空間Tを横断させて反射させる受感部32を他端に備えた筒状のケーシング33で構成している。   The sensor unit 30, which is the main part of the present invention, includes a separation unit 31 at one end that separates the laser light incident through the first optical fiber 20 into the test light L1 and the reference light L2. A sensing part 32 that reflects the separated test light L1 across the measurement space T in which the temperature is measured is constituted by a cylindrical casing 33 provided at the other end.

分離部31は、本実施形態では、第1光ファイバ20を介して入射されたレーザ光の照射方向を90度屈曲させる第1ミラー31aと、この第1ミラー31aで屈曲されたレーザ光中のS偏光は90度屈曲させるとともにP偏光は透過させて試験光L1と参照光L2に分離するビームスプリッタ31bと、このビームスプリッタ31bを透過したP偏光のレーザ光の照射方向を90度屈曲させる第2ミラー31cとで構成している。   In this embodiment, the separation unit 31 includes a first mirror 31a that bends the irradiation direction of the laser light incident via the first optical fiber 20 by 90 degrees, and the laser light that is bent by the first mirror 31a. The S-polarized light is bent 90 degrees and the P-polarized light is transmitted to separate the test light L1 and the reference light L2, and the irradiation direction of the P-polarized laser light transmitted through the beam splitter 31b is bent 90 degrees. 2 mirrors 31c.

特に、本実施形態では、第1ミラー31aと、ビームスプリッタ31bと、第2ミラー31cは、それぞれ同一の外形寸法を有する立方体形状としている。このように、第1ミラー31aと、ビームスプリッタ31bと、第2ミラー31cをそれぞれ同一寸法の立方形状とすることにより、分離部31部分の組み立て作業を容易とすることができる。可能であれば、第1ミラー31aと、ビームスプリッタ31bと、第2ミラー31を一体的に形成したビームスプリッタとしてもよい。   In particular, in the present embodiment, the first mirror 31a, the beam splitter 31b, and the second mirror 31c have a cubic shape having the same outer dimensions. As described above, by making the first mirror 31a, the beam splitter 31b, and the second mirror 31c into cubic shapes having the same dimensions, it is possible to facilitate the assembling work of the separation portion 31 portion. If possible, a beam splitter in which the first mirror 31a, the beam splitter 31b, and the second mirror 31 are integrally formed may be used.

ケーシング33には、ビームスプリッタ31bで分離された試験光L1の光路と平行な中空の長手状の空洞部33aを設けている。ケーシング33は円筒形状に限定されるものではなく、角筒形状であってもよく、同様に、ケーシング33の内部空間である空洞部33aも円柱形状に限定されるものではなく、角柱形状であってもよい。   The casing 33 is provided with a hollow longitudinal cavity 33a parallel to the optical path of the test light L1 separated by the beam splitter 31b. The casing 33 is not limited to a cylindrical shape, and may be a rectangular tube shape. Similarly, the hollow portion 33a that is the internal space of the casing 33 is not limited to a cylindrical shape, and has a prismatic shape. May be.

ケーシング33の先端部分には、試験光L1を通過させる通過口33bを設けた先端壁33cを設けており、この通過口33bには、試験光L1を通過させる透明部材である石英ガラス35を装着している。石英ガラス35の代わりにサファイアガラスを用いることもでき、あるいは、透過率の高く、熱膨張率が小さい透光材料を用いることもできる。   The tip portion of the casing 33 is provided with a tip wall 33c provided with a passage port 33b for allowing the test light L1 to pass therethrough. A quartz glass 35, which is a transparent member for allowing the test light L1 to pass, is attached to the passage port 33b. is doing. A sapphire glass can be used instead of the quartz glass 35, or a light-transmitting material having a high transmittance and a low thermal expansion coefficient can be used.

特に、ケーシング33の先端壁33cには、通過口33b部分に石英ガラス35を収容するための収容凹部33dを設けており、この収容凹部33d内に石英ガラス35を収容するとともに、この収容凹部33dの内周面を利用して受感部32を装着している。   In particular, the front end wall 33c of the casing 33 is provided with an accommodation recess 33d for accommodating the quartz glass 35 in the passage port 33b. The quartz recess 35d is accommodated in the accommodation recess 33d, and the accommodation recess 33d. The sensor part 32 is mounted using the inner peripheral surface of the sensor.

すなわち、受感部32は、収容凹部33dに嵌着可能とした筒状壁体32aで構成するとともに、この筒体32aの一端に平板状の支持板32bを設け、この支持板32bに試験光反射体M1を装着して、石英ガラス35を通過した試験光L1を反射している。   That is, the sensing part 32 is configured by a cylindrical wall 32a that can be fitted into the housing recess 33d, and a flat support plate 32b is provided at one end of the cylindrical body 32a, and a test light is provided on the support plate 32b. The reflector M1 is attached to reflect the test light L1 that has passed through the quartz glass 35.

なお、筒状壁体32aには所定位置に貫通孔を設けて、筒状壁体32aの内外で気体または液体が自由に流通可能としており、筒状壁体32aの内側空間で構成される被計測空間Tが筒状壁体32aの外側空間と同一の温度状態となるようにしている。   The cylindrical wall body 32a is provided with a through-hole at a predetermined position so that gas or liquid can freely flow inside and outside the cylindrical wall body 32a, and is formed by an inner space of the cylindrical wall body 32a. The measurement space T is in the same temperature state as the outer space of the cylindrical wall body 32a.

試験光反射体M1は、支持板32bに適宜のミラーを装着して構成してもよいし、支持板32bの表面を鏡面仕上げとすることにより試験光反射体M1としてもよい。   The test light reflector M1 may be configured by mounting an appropriate mirror on the support plate 32b, or the test light reflector M1 may be formed by mirror-finishing the surface of the support plate 32b.

本実施形態では、筒状壁体32aには雄ネジを形成するとともに、収容凹部33dには雌ネジを形成し、筒状壁体32aを収容凹部33dに螺着することによりケーシング33の先端に受感部32を装着している。   In the present embodiment, the cylindrical wall body 32a is formed with a male screw, the housing recess 33d is formed with a female screw, and the cylindrical wall body 32a is screwed into the housing recess 33d so as to be attached to the tip of the casing 33. The sensing part 32 is attached.

さらに、石英ガラス35には、筒状壁体32a内に挿入される挿入凸部35aを設けており、石英ガラス35の挿入凸部35aを筒状壁体32a内に挿入しながら筒状壁体32aをケーシング33に装着することによって、石英ガラス35を安定的に装着可能としている。図1中、36aはOリング状の第1弾性材、36bはOリング状の第2弾性材である。   Further, the quartz glass 35 is provided with an insertion convex portion 35a that is inserted into the cylindrical wall body 32a, and the cylindrical wall body is inserted while the insertion convex portion 35a of the quartz glass 35 is inserted into the cylindrical wall body 32a. By attaching 32a to the casing 33, the quartz glass 35 can be stably attached. In FIG. 1, 36a is an O-ring-shaped first elastic material, and 36b is an O-ring-shaped second elastic material.

本実施形態では、ビームスプリッタ31bで分離された参照光L2は、第2ミラー31で90度屈曲させて、試験光L1と平行にケーシング33の空洞部33aを通過させている。   In the present embodiment, the reference light L2 separated by the beam splitter 31b is bent 90 degrees by the second mirror 31 and passes through the cavity 33a of the casing 33 in parallel with the test light L1.

このように、参照光L2の光路を、試験光L1の光路に近接させて配置することにより、参照光L2の光路と試験光L1の光路との温度差をほぼ無視することができ、温度補正を不要とすることができる。   Thus, by arranging the optical path of the reference light L2 close to the optical path of the test light L1, the temperature difference between the optical path of the reference light L2 and the optical path of the test light L1 can be almost ignored, and temperature correction is performed. Can be made unnecessary.

特に、参照光L2は、ケーシング33の先端壁33cの内側面に設けた参照光反射体M2で反射させている。   In particular, the reference light L2 is reflected by a reference light reflector M2 provided on the inner surface of the tip wall 33c of the casing 33.

このように、参照光L2を先端壁33cの内側面に設けた参照光反射体M2で反射させることにより、参照光L2と試験光L1との差は受感部32だけとすることができ、受感部32以外の部分における温度などの因子が計測結果に影響を与えるおそれを解消して計測精度を向上させることができる。   In this way, by reflecting the reference light L2 with the reference light reflector M2 provided on the inner side surface of the tip wall 33c, the difference between the reference light L2 and the test light L1 can be only the sensitive part 32, It is possible to improve the measurement accuracy by eliminating the possibility that factors such as temperature in parts other than the sensing part 32 affect the measurement result.

本実施形態では、参照光反射体M2は、ケーシング33の先端壁33cの内側面に装着した平板状の金属板37に装着したミラーで構成しているが、金属板37の表面を鏡面仕上げとすることにより参照光反射体M2としてもよい。また、参照光反射体M2は、ケーシング33の先端壁33cに螺着したネジ棒(図示せず)の先端に装着し、ネジ棒を進退移動させることにより参照光反射体M2を参照光L2の光軸に沿って進退移動させてもよい。   In the present embodiment, the reference light reflector M2 is composed of a mirror attached to a flat metal plate 37 attached to the inner surface of the tip wall 33c of the casing 33, but the surface of the metal plate 37 is mirror-finished. Thus, the reference light reflector M2 may be used. Further, the reference light reflector M2 is attached to the tip of a screw rod (not shown) screwed to the tip wall 33c of the casing 33, and the reference light reflector M2 is moved back and forth by moving the screw rod forward and backward. It may be moved back and forth along the optical axis.

図1中、34は金属板37をケーシング33の先端壁33cの内側面に固定的に装着するために設けたカラー、36cはOリング状の第3弾性材である。特に、カラー34の内周面は黒色としておくことによりレーザ光の散乱を抑制できる。なお、カラー34を設けない場合には、ケーシング33の内周面を黒色としておくことによりレーザ光の散乱を抑制できる。   In FIG. 1, 34 is a collar provided for fixedly mounting the metal plate 37 on the inner side surface of the tip wall 33c of the casing 33, and 36c is a third elastic material in the form of an O-ring. Particularly, the scattering of laser light can be suppressed by setting the inner peripheral surface of the collar 34 to black. In the case where the collar 34 is not provided, the scattering of laser light can be suppressed by setting the inner peripheral surface of the casing 33 to be black.

さらに、図1中、38は1/4波長板であって、ビームスプリッタ31bで分離されたS偏光の試験光L1は、1/4波長板38を通過して円偏光となってケーシング33の空洞部33a、及び石英ガラス35を通過して受感部32に達し、被計測空間Tを横断して試験光反射体M1で反射されて被計測空間Tを再度横断し、石英ガラス35、及びケーシング33の空洞部33aを通過して1/4波長板38を通過してP偏光となり、ビームスプリッタ31bを通過して第2光ファイバ40に入射される。   Further, in FIG. 1, reference numeral 38 denotes a quarter wavelength plate, and the S-polarized test light L1 separated by the beam splitter 31b passes through the quarter wavelength plate 38 and becomes circularly polarized light. Passes through the cavity 33a and the quartz glass 35, reaches the sensing part 32, crosses the measurement space T, is reflected by the test light reflector M1, crosses the measurement space T again, quartz glass 35, and The light passes through the cavity 33a of the casing 33, passes through the quarter-wave plate 38, becomes P-polarized light, passes through the beam splitter 31b, and is incident on the second optical fiber 40.

一方、ビームスプリッタ31bで分離されたP偏光の参照光L2は、第2ミラー31cで屈曲された後に1/4波長板38を通過して円偏光となってケーシング33の空洞部33aを通過し、ケーシング33の先端壁33cの内側面に設けた参照光反射体M2で反射されてケーシング33の空洞部33aを再度通過して1/4波長板38を通過することによりS偏光となり、第2ミラー31cで屈曲された後にビームスプリッタ31bで屈曲され、第2光ファイバ40に入射される。   On the other hand, the P-polarized reference light L2 separated by the beam splitter 31b is bent by the second mirror 31c, passes through the quarter-wave plate 38, becomes circularly polarized light, and passes through the cavity 33a of the casing 33. Then, it is reflected by the reference light reflector M2 provided on the inner side surface of the tip wall 33c of the casing 33, passes through the cavity 33a of the casing 33 again, and passes through the quarter-wave plate 38, thereby becoming S-polarized light. After being bent by the mirror 31 c, it is bent by the beam splitter 31 b and is incident on the second optical fiber 40.

このように温度センサA1では、ケーシング33の先端に受感部32を設けるとともに、ケーシング33の基端に分離部31を設けたことによって、受感部32と分離部31での振動状態をほぼ同一とすることができ、振動による影響を受けにくくすることができる。   As described above, in the temperature sensor A1, the sensing part 32 is provided at the distal end of the casing 33, and the separation part 31 is provided at the base end of the casing 33, so that the vibration state between the sensing part 32 and the separation part 31 is substantially reduced. They can be the same, and can be made less susceptible to vibrations.

しかも、試験光L1の光路を比較的短くすることができるので、受感部32以外の試験光L1の変動要因が介入するおそれを解消でき、より精度の高い温度変動の検出を可能とすることができる。   Moreover, since the optical path of the test light L1 can be made relatively short, it is possible to eliminate the possibility of interfering with fluctuation factors of the test light L1 other than the sensor 32, and to detect temperature fluctuations with higher accuracy. Can do.

前述した実施形態では、説明の便宜上、ケーシング33は、第1光ファイバ20及び第2光ファイバ40が接続された基端から先端壁33cまで一体的としているように説明したが、実際には、ケーシング33は、先端壁33c及び空洞部33aからなる筒状基体と、1/4波長板38が装着される1/4波長板支持基体と、第1ミラー31a、ビームスプリッタ31b、第2ミラー31が装着される分離部支持基体と、第1光ファイバ20及び第2光ファイバ40が接続される光ファイバ接続基体の4つで構成しており、それぞれ固定用のネジを介して着脱自在に結合している。   In the above-described embodiment, for convenience of explanation, the casing 33 has been described as being integrated from the proximal end to which the first optical fiber 20 and the second optical fiber 40 are connected to the distal end wall 33c. The casing 33 includes a cylindrical base composed of a tip wall 33c and a cavity 33a, a quarter-wave plate support base on which a quarter-wave plate 38 is mounted, a first mirror 31a, a beam splitter 31b, and a second mirror 31. Is composed of four parts, a separation part support base to which the optical fiber is mounted and an optical fiber connection base to which the first optical fiber 20 and the second optical fiber 40 are connected, each being detachably coupled via a fixing screw. is doing.

なお、ビームスプリッタ31bを数mmサイズ程度までに小型化できた場合には、一体構造のケーシング33を用いることもできる。   If the beam splitter 31b can be reduced to a size of several millimeters, an integral casing 33 can be used.

また、本実施形態では、光源部10及び検出部50をセンサ部30とは別体に構成しているが、光源部10及び検出部50もケーシング33の基端側に一体的に装着して小型化することもできる。   In the present embodiment, the light source unit 10 and the detection unit 50 are configured separately from the sensor unit 30, but the light source unit 10 and the detection unit 50 are also integrally mounted on the proximal end side of the casing 33. It can also be miniaturized.

他の実施形態として、図2に示すように、受感部32’を以下のように構成することもできる。なお、以下において、前述した温度センサA1の構成物と同一の構成物には同一符号を用い、重複する説明は省略し、前述した温度センサA1と異なっている受感部32’について詳説する。   As another embodiment, as shown in FIG. 2, the sensing part 32 'may be configured as follows. In the following description, the same components as those of the above-described temperature sensor A1 will be denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted, and the sensitive part 32 'different from the above-described temperature sensor A1 will be described in detail.

すなわち、ケーシング33'の先端部分には、試験光L1'及び参照光L2'を通過させる通過口33b'を設けており、この通過口33b'には、試験光L1'及び参照光L2'を通過させる透明材料である石英ガラス35'を装着している。   That is, a passage port 33b ′ that allows the test light L1 ′ and the reference light L2 ′ to pass therethrough is provided at the tip of the casing 33 ′, and the test light L1 ′ and the reference light L2 ′ are passed through the passage port 33b ′. A quartz glass 35 ', which is a transparent material to be passed, is attached.

ケーシング33'の先端部分には、通過口33b'部分に石英ガラス35'を収容するための収容凹部33d'を形成しており、この収容凹部33d'内に石英ガラス35'を収容するとともに、この収容凹部33d'の内周面を利用して受感部32'を装着している。   At the front end portion of the casing 33 ′, an accommodation recess 33d ′ for accommodating the quartz glass 35 ′ is formed in the passage port 33b ′, and the quartz glass 35 ′ is accommodated in the accommodation recess 33d ′. The sensing part 32 ′ is mounted using the inner peripheral surface of the housing recess 33d ′.

受感部32'は、収容凹部33d'に嵌着可能とした筒状壁体32a'で構成するとともに、この筒体32a'の一端に平板状の支持板32b'を設け、この支持板32b'に反射体M'を装着して、石英ガラス35'を通過した試験光L1'及び参照光L2'を反射している。   The sensing part 32 ′ is composed of a cylindrical wall 32a ′ that can be fitted into the accommodating recess 33d ′, and a flat support plate 32b ′ is provided at one end of the cylinder 32a ′. “Reflector M” is attached to “and the test light L1 ′ and the reference light L2 ′ that have passed through the quartz glass 35 ′ are reflected.

なお、筒状壁体32a'には所定位置に貫通孔を設けて、筒状壁体32a'の内外で気体または液体が自由に流通可能としており、筒状壁体32a'の内側空間で構成される被計測空間T'が筒状壁体32a'の外側空間と同一の温度状態となるようにしている。   The cylindrical wall body 32a ′ is provided with a through hole at a predetermined position so that gas or liquid can freely flow inside and outside the cylindrical wall body 32a ′, and is configured by an inner space of the cylindrical wall body 32a ′. The measured space T ′ to be measured is in the same temperature state as the outer space of the cylindrical wall body 32a ′.

反射体M'は、支持板32b'に適宜のミラーを装着して構成してもよいし、支持板32b'の表面を鏡面仕上げとすることにより反射体M'としてもよい。   The reflector M ′ may be configured by mounting an appropriate mirror on the support plate 32b ′, or may be the reflector M ′ by mirror-finishing the surface of the support plate 32b ′.

本実施形態でも、筒状壁体32a'には雄ネジを形成するとともに、収容凹部33d'には雌ネジを形成して、筒状壁体32a'を収容凹部33d'に螺着することにより受感部32'をケーシング33'の先端に装着可能としている。さらに、石英ガラス35'には、筒状壁体32a'内に挿入される挿入凸部35a'を設けており、石英ガラス35'の挿入凸部35a'を筒状壁体32a'内に挿入しながら筒状壁体32a'をケーシング33'に装着することによって、石英ガラス35'を安定的に装着することができるようにしている。図1中、36a'はOリング状の第1弾性材、36b'はOリング状の第2弾性材である。   Also in the present embodiment, the cylindrical wall body 32a ′ is formed with a male screw, the housing recess 33d ′ is formed with a female screw, and the cylindrical wall body 32a ′ is screwed into the housing recess 33d ′. The sensing part 32 ′ can be attached to the tip of the casing 33 ′. Furthermore, the quartz glass 35 ′ is provided with an insertion convex portion 35a ′ to be inserted into the cylindrical wall body 32a ′, and the insertion convex portion 35a ′ of the quartz glass 35 ′ is inserted into the cylindrical wall body 32a ′. On the other hand, by attaching the cylindrical wall body 32a ′ to the casing 33 ′, the quartz glass 35 ′ can be stably attached. In FIG. 1, 36a ′ is an O-ring-shaped first elastic material, and 36b ′ is an O-ring-shaped second elastic material.

本実施形態でも、ビームスプリッタ31bで分離された参照光L2'は、第2ミラー31で90度屈曲させて、試験光L1'と平行にケーシング33'の空洞部33a'を通過させている。   Also in this embodiment, the reference light L2 ′ separated by the beam splitter 31b is bent by 90 degrees by the second mirror 31 and passes through the cavity 33a ′ of the casing 33 ′ in parallel with the test light L1 ′.

このように、参照光L2'の光路を、試験光L1'の光路に近接させて配置することにより、参照光L2'の光路と試験光L1'の光路との温度差をほぼ無視することができ、温度補正を不要とすることができる。   Thus, by arranging the optical path of the reference light L2 ′ close to the optical path of the test light L1 ′, the temperature difference between the optical path of the reference light L2 ′ and the optical path of the test light L1 ′ can be almost ignored. Temperature correction can be made unnecessary.

特に、参照光L2'は、ケーシング33'の先端に設けた石英ガラス35'を透過して受感部32’に達し、受感部32’の支持板32b'に設けた反射体M'に反射させている。   In particular, the reference light L2 ′ passes through the quartz glass 35 ′ provided at the tip of the casing 33 ′ and reaches the sensitive part 32 ′, and is reflected on the reflector M ′ provided on the support plate 32b ′ of the sensitive part 32 ′. Reflected.

したがって、試験光L1'だけでなく参照光L2'も被計測空間T'を横断することとなり、参照光L2'の光路と試験光L1'の光路との温度差をさらに小さくすることができるとともに、石英ガラス35'の表面、及び反射体M'の表面における温度境界層の影響を試験光L1'と参照光L2'とでキャンセルさせることができるので、温度の測定精度を向上させることができる。   Therefore, not only the test light L1 ′ but also the reference light L2 ′ crosses the measured space T ′, and the temperature difference between the optical path of the reference light L2 ′ and the optical path of the test light L1 ′ can be further reduced. Since the influence of the temperature boundary layer on the surface of the quartz glass 35 ′ and the surface of the reflector M ′ can be canceled by the test light L1 ′ and the reference light L2 ′, the temperature measurement accuracy can be improved. .

ここで、温度境界層とは、壁面に沿って流体が移動する際に、壁面と流体とで温度差がある場合に壁面に沿って生じる層であり、この温度境界層を横断させた試験光で流体の温度を測定すると、測定結果は、温度境界層の分だけ誤差を生じることとなっている。   Here, the temperature boundary layer is a layer that occurs along the wall surface when there is a temperature difference between the wall surface and the fluid when the fluid moves along the wall surface, and the test light that crosses the temperature boundary layer. When the temperature of the fluid is measured by the above method, the measurement result has an error corresponding to the temperature boundary layer.

具体的には、被計測空間の横断距離を2mm、4mm、6mm、8mm、10mmとして、温度センサで、流速0.13m/sの水の温度を測定した場合における計算上の温度誤差の割合は、図3に示すようになる。なお、試験光は、反射体で反射されることにより、ケーシングの先端部分に設けた石英ガラスから反射体間での距離は、被計測空間の横断距離の半分である。   Specifically, the ratio of the calculated temperature error when measuring the temperature of water at a flow rate of 0.13 m / s with a temperature sensor with the crossing distance of the measurement space being 2 mm, 4 mm, 6 mm, 8 mm, 10 mm is as follows: As shown in FIG. The test light is reflected by the reflector, so that the distance between the quartz glass provided at the tip of the casing and the reflector is half of the transverse distance of the space to be measured.

図3に示すように、被計測空間の横断距離を長くすればするほど温度境界層の影響を小さくすることができる一方で、被計測空間の横断距離が短い場合には、温度境界層の影響が大きいことがわかる。   As shown in FIG. 3, the longer the crossing distance of the space to be measured, the smaller the influence of the temperature boundary layer. On the other hand, when the crossing distance of the space to be measured is short, the influence of the temperature boundary layer It can be seen that is large.

さらに、本発明者らが適用しようとしている内燃機関の燃焼部内の温度を計測するような場合、すなわち、例えば流速10m/sの高温の空気の温度を測定する場合における計算上の温度誤差の割合は、被計測空間の横断距離を2mm、4mm、6mm、8mm、10mmとした場合に、それぞれ図4に示すようになる。   Further, when measuring the temperature in the combustion part of the internal combustion engine that we intend to apply, that is, for example, when measuring the temperature of hot air with a flow rate of 10 m / s, the ratio of the calculated temperature error 4 is as shown in FIG. 4 when the crossing distance of the space to be measured is 2 mm, 4 mm, 6 mm, 8 mm, and 10 mm, respectively.

すなわち、被検体である流体の温度が極めて高くかつ高速で移動し、温度センサの温度が低い場合には、温度境界層の厚みが大きくなることによって温度境界層の影響が無視できないことが明らかである。特に、例えば被計測空間の横断距離を6mmとした場合には、2000K程度の温度で10%以上の誤差があることとなっており、高温の高速で移動する流体の温度を測定する場合には、温度境界層を考慮した温度センサを用いる必要があり、図2に示すように試験光L1'とともに参照光L2'も被計測空間T'を横断させて、温度境界層の影響をキャンセルすることが望ましい。   In other words, when the temperature of the fluid being the subject is extremely high and moves at a high speed, and the temperature of the temperature sensor is low, it is clear that the influence of the temperature boundary layer cannot be ignored by increasing the thickness of the temperature boundary layer. is there. In particular, for example, when the crossing distance of the measurement space is 6 mm, there is an error of 10% or more at a temperature of about 2000 K. When measuring the temperature of a fluid moving at a high temperature and high speed, Therefore, it is necessary to use a temperature sensor in consideration of the temperature boundary layer. As shown in FIG. 2, the test light L1 ′ and the reference light L2 ′ also cross the measurement space T ′ to cancel the influence of the temperature boundary layer. Is desirable.

なお、実際の内燃機関の燃焼部内は、燃焼時に数MPa程度の高圧力状態となっており、この圧力を考慮した場合、温度境界層の影響が緩和されることが確認された。   It should be noted that the actual combustion part of the internal combustion engine is in a high pressure state of about several MPa during combustion, and it has been confirmed that the influence of the temperature boundary layer is mitigated when this pressure is taken into consideration.

すなわち、被検体である空気の温度を900K、圧力を4.0MPa、流速を10m/sとして、被計測空間の横断距離を変えながら計算上の温度誤差の割合を算出した結果を図5に示す。図5に示すように、被検体が高圧となっていれば被計測空間の横断距離が10mm程度であっても誤差を1%以下とすることができ、測定に与える影響が緩和されていることがわかる。   That is, FIG. 5 shows the result of calculating the calculated temperature error ratio while changing the crossing distance of the measurement space, assuming that the temperature of the subject air is 900K, the pressure is 4.0 MPa, and the flow velocity is 10 m / s. As shown in FIG. 5, if the subject has a high pressure, the error can be reduced to 1% or less even if the crossing distance of the measurement space is about 10 mm, and the influence on the measurement is mitigated. I understand.

受感部32’では、参照光L2'の被計測空間T'の横断距離を、試験光L1'の被計測空間T'の横断距離を短くするために、参照光L2'の光路上に位置する石英ガラス35'の反射体M'側の面を膨出させて段差39を設けている。   The sensing unit 32 ′ is positioned on the optical path of the reference light L2 ′ in order to shorten the crossing distance of the measurement light T2 of the reference light L2 ′ and the crossing distance of the measurement light T1 of the test light L1 ′. A step 39 is provided by bulging the surface of the quartz glass 35 ′ on the reflector M ′ side.

このように、石英ガラス35'には所要の位置に段差39を設けることによって、試験光L1'または参照光L2'の被計測空間T'の横断距離を調整できる。なお、段差39は、石英ガラス35'の加工時に形成してもよいし、段差のない平坦面とした石英ガラス35'の所定位置に、所要の大きさとした平板状の石英ガラスなどの透明部材を貼付けて段差としてもよく、被計測空間T'の横断距離を短くできればよい。また、段差39は、参照光L2'の光路上に設けるのではなく、試験光L1'の光路上に設けてもよく、試験光L1'と参照光L2'とで被計測空間T'の横断距離が異なっていればよい。   As described above, the step distance 39 is provided at a required position in the quartz glass 35 ′, whereby the transverse distance of the measurement space T ′ of the test light L1 ′ or the reference light L2 ′ can be adjusted. The step 39 may be formed at the time of processing the quartz glass 35 ', or a transparent member such as a flat plate-like quartz glass having a required size at a predetermined position of the quartz glass 35' having a flat surface without a step. May be used as a step, and the crossing distance of the measured space T ′ may be shortened. Further, the step 39 may not be provided on the optical path of the reference light L2 ′, but may be provided on the optical path of the test light L1 ′, and the test light L1 ′ and the reference light L2 ′ cross the measured space T ′. It is sufficient if the distance is different.

本実施形態のケーシング33'は、内周面を黒色として前述したカラー34を未装着としている。   The casing 33 ′ of the present embodiment has a black inner surface and is not mounted with the collar 34 described above.

このように受感部32’を構成した場合には、ビームスプリッタ31bで分離されたS偏光の試験光L1'は、前述した場合と同様に、1/4波長板38を通過して円偏光となってケーシング33'の空洞部33a'、及び石英ガラス35'を通過して受感部32'に達し、被計測空間T'を横断して反射体M'で反射されて被計測空間T'を再度横断し、石英ガラス35'、及びケーシング33'の空洞部33a'を通過して1/4波長板38を通過してP偏光となり、ビームスプリッタ31bを通過して第2光ファイバ40に入射される。   When the sensor unit 32 ′ is configured in this manner, the S-polarized test light L1 ′ separated by the beam splitter 31b passes through the quarter-wave plate 38 and is circularly polarized, as in the case described above. Passes through the cavity 33a 'of the casing 33' and the quartz glass 35 ', reaches the sensing part 32', is reflected by the reflector M 'across the measurement space T', and is measured Is crossed again, passes through the quartz glass 35 'and the cavity 33a' of the casing 33 ', passes through the quarter-wave plate 38, becomes P-polarized light, passes through the beam splitter 31b, and passes through the second optical fiber 40. Is incident on.

一方、ビームスプリッタ31bで分離されたP偏光の参照光L2'は、第2ミラー31cで屈曲された後に1/4波長板38を通過して円偏光となってケーシング33'の空洞部33a'、及び石英ガラス35'、さらに補助投光材料39を通過して受感部32'に達し、被計測空間T'を横断して反射体M'で反射されて被計測空間T'を再度横断し、補助投光材料39、石英ガラス35'、及びケーシング33'の空洞部33a'を通過して1/4波長板38を通過することによりS偏光となり、第2ミラー31cで屈曲された後にビームスプリッタ31bで屈曲され、第2光ファイバ40に入射される。   On the other hand, the P-polarized reference light L2 ′ separated by the beam splitter 31b is bent by the second mirror 31c, then passes through the quarter-wave plate 38 to become circularly polarized light, and becomes a cavity 33a ′ of the casing 33 ′. , And the quartz glass 35 ′ and the auxiliary light projecting material 39 to reach the sensitive part 32 ′, cross the measurement space T ′, are reflected by the reflector M ′, and cross the measurement space T ′ again. After passing through the auxiliary light projecting material 39, the quartz glass 35 ′, and the cavity 33a ′ of the casing 33 ′ and passing through the quarter-wave plate 38, it becomes S-polarized light and is bent by the second mirror 31c. The light is bent by the beam splitter 31 b and is incident on the second optical fiber 40.

このように温度センサA1'では、ケーシング33'の先端に受感部32'を設けるとともに、ケーシング33'の基端に分離部31を設けたことによって、受感部32'と分離部31での振動状態をほぼ同一とすることができ、振動による影響を受けにくくすることができる。   As described above, in the temperature sensor A1 ′, the sensing part 32 ′ is provided at the distal end of the casing 33 ′, and the separation part 31 is provided at the proximal end of the casing 33 ′. Can be made substantially the same, and can be made less susceptible to vibration.

しかも、試験光L1'の光路を比較的短くすることができるので、受感部32'以外の試験光L1'の変動要因が介入するおそれを解消でき、より精度の高い温度変動の検出を可能とすることができる。   Moreover, since the optical path of the test light L1 'can be made relatively short, the possibility of interfering with the fluctuation factors of the test light L1' other than the sensor 32 'can be eliminated, and temperature fluctuations can be detected with higher accuracy. It can be.

次に、第2実施形態の温度センサA2について説明する。図6は、第2実施形態の温度センサA2の概略模式図である。   Next, the temperature sensor A2 of the second embodiment will be described. FIG. 6 is a schematic diagram of a temperature sensor A2 according to the second embodiment.

本実施形態の温度センサA2は、所要のレーザ光を出射する光源部60と、この光源部60から出射されたレーザ光を案内する光ファイバ70と、この光ファイバ70を介して入射されたレーザ光を試験光L1"と参照光L2"に分離して、それぞれ被計測空間T"を横断させた後に1本に合成して出射するセンサ部80と、センサ部80から出力された信号を解析して温度変化を検出する解析部90とで構成している。   The temperature sensor A2 of the present embodiment includes a light source unit 60 that emits a required laser beam, an optical fiber 70 that guides the laser beam emitted from the light source unit 60, and a laser that is incident through the optical fiber 70. The light is separated into the test light L1 "and the reference light L2", crossed the measurement space T "respectively, and then combined into a single sensor 80, and the signal output from the sensor 80 is analyzed And an analysis unit 90 for detecting a temperature change.

光源部60は、出力10mmW、波長632.8nmのレーザ光を出射するHe−Neレーザ装置を光源として用いている。なお、光源としてはHe−Neレーザ装置だけでなく、干渉を検出可能であれば何を用いてもよい。   The light source unit 60 uses a He—Ne laser device that emits laser light having an output of 10 mmW and a wavelength of 632.8 nm as a light source. The light source is not limited to the He—Ne laser device, and any light source may be used as long as interference can be detected.

光ファイバ70の一方の端部には第5SML71を設け、光源部60から出射されたレーザ光を第5SML71から光ファイバ70に入射し、光ファイバ70の他端に装着した第6SML72から出射している。本実施形態では、光ファイバ70には、偏波面保存型光ファイバを用いている。   A fifth SML 71 is provided at one end of the optical fiber 70, and laser light emitted from the light source unit 60 is incident on the optical fiber 70 from the fifth SML 71, and is emitted from a sixth SML 72 attached to the other end of the optical fiber 70. Yes. In the present embodiment, a polarization plane preserving optical fiber is used as the optical fiber 70.

第6SML72はセンサ部80の基端に装着して、センサ部80にレーザ光を入射している。   The sixth SML 72 is attached to the proximal end of the sensor unit 80, and laser light is incident on the sensor unit 80.

センサ部80は、第6SML72から出射されたレーザ光を試験光L1"と参照光L2"に分離する分離部となる第1ビームスプリッタ部81と、この第1ビームスプリッタ部81で分離された試験光L1"と参照光L2"を被計測空間T"に導くとともに被計測空間T"を横断させる受感部83と、被計測空間T"を通過した試験光L1"と参照光L2"とを干渉させて干渉光を生成する第2ビームスプリッタ部82と、この第2ビームスプリッタ部82から出射された干渉光が照射されるフォトダイオード84と、これらが所定位置に配置されたケーシング85とで構成している。   The sensor unit 80 includes a first beam splitter unit 81 serving as a separation unit for separating the laser light emitted from the sixth SML 72 into the test light L1 ″ and the reference light L2 ″, and the test separated by the first beam splitter unit 81. A sensing unit 83 that guides the light L1 "and the reference light L2" to the measurement space T "and crosses the measurement space T", and the test light L1 "and the reference light L2" that have passed through the measurement space T ". A second beam splitter unit 82 that causes interference light to generate interference light, a photodiode 84 that is irradiated with the interference light emitted from the second beam splitter unit 82, and a casing 85 that is disposed at a predetermined position. It is composed.

受感部83は、第1ビームスプリッタ部81から出射された試験光L1"及び参照光L2"の照射方向と平行とした筒状のケーシング85の先端に設け、このケーシング85の基端側に分離部である第1ビームスプリッタ部81を設けている。   The sensing unit 83 is provided at the distal end of a cylindrical casing 85 that is parallel to the irradiation direction of the test light L1 ″ and the reference light L2 ″ emitted from the first beam splitter unit 81, and is provided on the proximal end side of the casing 85. A first beam splitter unit 81 that is a separation unit is provided.

解析部90には、センサ部80のフォトダイオード84から出力された信号が入力され、解析部90はこの信号に基づいて温度変動を検出している。   The analysis unit 90 receives a signal output from the photodiode 84 of the sensor unit 80, and the analysis unit 90 detects a temperature variation based on this signal.

第1ビームスプリッタ部81では、入射されたレーザ光を試験光L1"と参照光L2"に分離して、本実施形態では参照光L2"はそのまま直進させて出射するとともに、試験光L1"は参照光L2"に対して90°の角度をなす方向に出射するビームスプリッタ81aと、このビームスプリッタ81aから出射された試験光L1"を参照光L2"の出射方向と平行な方向に出射するミラー81bとで構成している。   In the first beam splitter 81, the incident laser light is separated into test light L1 "and reference light L2", and in this embodiment, the reference light L2 "goes straight ahead and is emitted, and the test light L1" A beam splitter 81a that emits in a direction that forms an angle of 90 ° with respect to the reference light L2 ", and a mirror that emits the test light L1" emitted from the beam splitter 81a in a direction parallel to the emission direction of the reference light L2 " It consists of 81b.

したがって、試験光L1"と参照光L2"とは互いに平行な光線となっており、受感部83では平行状態を維持したまま試験光L1"と参照光L2"とを案内して第2ビームスプリッタ部82に向けて出射している。   Therefore, the test light L1 "and the reference light L2" are parallel to each other, and the sensor unit 83 guides the test light L1 "and the reference light L2" while maintaining the parallel state, and the second beam. The light is emitted toward the splitter unit 82.

第2ビームスプリッタ部82も、第1ビームスプリッタ部81と同様に、ビームスプリッタ82aとミラー82bとで構成し、ビームスプリッタ82aでは試験光L1"と参照光L2"とを干渉させて干渉光を生成して出射している。ミラー82bは試験光L1"をビームスプリッタ82aに向けて反射しており、ミラー82bで反射された試験光L1"をビームスプリッタ82aに入射させて、ビームスプリッタ82aに直接入射された参照光L2"と干渉させている。   Similarly to the first beam splitter unit 81, the second beam splitter unit 82 includes a beam splitter 82a and a mirror 82b. The beam splitter 82a causes interference between the test light L1 "and the reference light L2". Generated and emitted. The mirror 82b reflects the test light L1 "toward the beam splitter 82a. The test light L1" reflected by the mirror 82b is incident on the beam splitter 82a, and the reference light L2 "directly incident on the beam splitter 82a. Is interfering with.

受感部82は、石英ガラスで一体的に構成しており、温度センサA2のケーシング85の先端部に装着するための装着用台座部83aと、この装着用台座部83aに第1ビームスプリッタ部81から入射された試験光L1"及び参照光L2"の進行方向と平行に立設した長手状の支柱部83bと、この支柱部83bの先端に支柱部83bの長手方向に沿って互いに平行に立設した第1支持体83cと第2支持体83dとを備えている。   The sensing part 82 is integrally formed of quartz glass, and a mounting base 83a for mounting on the front end of the casing 85 of the temperature sensor A2, and a first beam splitter section on the mounting base 83a. A longitudinal column 83b erected parallel to the traveling direction of the test light L1 "and reference light L2" incident from 81, and parallel to each other along the longitudinal direction of the column 83b at the tip of the column 83b The first support body 83c and the second support body 83d are provided upright.

本実施形態では装着用台座部83aは矩形体状としているが、装着用台座部83aは矩形体に限定するものではなく、支柱部83bを安定的に支持可能であればどのような形状であってもよい。   In this embodiment, the mounting pedestal 83a has a rectangular shape, but the mounting pedestal 83a is not limited to a rectangular shape, and may have any shape as long as it can stably support the column 83b. May be.

支柱部83bは試験光L1"及び参照光L2"の光路上に配置して、試験光L1"及び参照光L2"が支柱部83b内を通過するようにしている。   The column part 83b is arranged on the optical path of the test light L1 "and the reference light L2" so that the test light L1 "and the reference light L2" pass through the column part 83b.

第1支持体83cと第2支持体83dは、所定間隔を隔てて互いに平行に配置し、第1支持体83cと第2支持体83dとの間の空間を被計測空間T"としている。   The first support 83c and the second support 83d are arranged in parallel with each other at a predetermined interval, and the space between the first support 83c and the second support 83d is a measured space T ″.

第1支持体83cには、第1ビームスプリッタ部81から出射されて装着用台座部83aと支柱部83bとを通過した試験光L1"及び参照光L2"が入射され、先端部分に設けた第1鏡面m1で試験光L1"及び参照光L2"を反射させて第2支持体83dに向けて出射している。第1鏡面m1が、試験光L1"及び参照光L2"の照射方向を第2支持体83dに向ける反射体である。   Test light L1 "and reference light L2", which are emitted from the first beam splitter 81 and pass through the mounting base 83a and the support post 83b, are incident on the first support 83c, and the first support 83c is provided at the tip portion. The test light L1 "and the reference light L2" are reflected by one mirror surface m1 and emitted toward the second support 83d. The first mirror surface m1 is a reflector that directs the irradiation directions of the test light L1 "and the reference light L2" to the second support 83d.

第2支持体83dの先端部分には、第1支持体83cから入射された試験光L1"及び参照光L2"を反射する第2鏡面m2を設け、この第2鏡面m2で反射された試験光L1"及び参照光L2"を分離部である第2ビームスプリッタ部82に向けて出射している。第2鏡面m2が、試験光L1"及び参照光L2"の照射方向を第2ビームスプリッタ部82に向ける反射体であり、第2鏡面m2で反射された試験光L1"及び参照光L2"は、第2支持体83dと、支柱部83bと、装着用台座部83aを通過して第2ビームスプリッタ部82に入射している。   The tip of the second support 83d is provided with a second mirror surface m2 that reflects the test light L1 "and the reference light L2" incident from the first support 83c, and the test light reflected by the second mirror surface m2. L1 "and reference light L2" are emitted toward the second beam splitter unit 82, which is a separation unit. The second mirror surface m2 is a reflector that directs the irradiation directions of the test light L1 "and the reference light L2" toward the second beam splitter unit 82, and the test light L1 "and the reference light L2" reflected by the second mirror surface m2 are The second support 83d, the support post 83b, and the mounting base 83a are incident on the second beam splitter 82.

すなわち、試験光L1"及び参照光L2"は第1支持体83cの第1鏡面m1で反射されて被計測空間T"を横断し、第2支持体83dの第2鏡面m2で反射されて、受感部83内を第2ビームスプリッタ部82に向けて進むこととなる。   That is, the test light L1 "and the reference light L2" are reflected by the first mirror surface m1 of the first support 83c, cross the measurement space T ", and reflected by the second mirror surface m2 of the second support 83d. The inside of the sensing unit 83 proceeds toward the second beam splitter unit 82.

特に、第1支持体83c及び第2支持体83dでは、被計測空間T"に面した側面の参照光L2"の通過領域を被計測空間T"側に膨出させて段差83eを形成し、被計測空間T"を横断する参照光L2"の横断距離を、被計測空間T"を横断する試験光L1"の横断距離よりも短くしている。   In particular, in the first support 83c and the second support 83d, a step 83e is formed by bulging the passage region of the reference light L2 "on the side surface facing the measurement space T" to the measurement space T "side, The crossing distance of the reference light L2 "crossing the measurement space T" is shorter than the crossing distance of the test light L1 "crossing the measurement space T".

本実施形態では、段差83eは、平板状とした石英ガラス板を第1支持体83c及び第2支持体83dの被計測空間T"に面した側面に貼着して形成している。具体的には、被計測空間T"を横断する試験光L1"の横断距離を5mmとし、段差83eを構成する石英ガラス板の板厚を1mmとして、被計測空間T"を横断する参照光L2"の横断距離を3mmとしている。被計測空間T"を横断する試験光L1"の横断距離及び参照光L2"の横断距離は、この値に限定するものではなく、計測対象に合わせて適宜の寸法としてよい。あるいは、試験光L1"の横断距離の方を、参照光L2"の横断距離よりも短くしてもよい。   In the present embodiment, the step 83e is formed by sticking a flat quartz glass plate to the side surfaces of the first support 83c and the second support 83d facing the measurement space T ″. The reference light L2 "traversing the measured space T" is defined by setting the crossing distance of the test light L1 "traversing the measured space T" to 5 mm and the thickness of the quartz glass plate constituting the step 83e to 1 mm. The crossing distance is set to 3 mm. The crossing distance of the test light L1 "and the crossing distance of the reference light L2" crossing the measurement space T "are not limited to these values, but as appropriate dimensions according to the measurement object. Good. Alternatively, the crossing distance of the test light L1 "may be shorter than the crossing distance of the reference light L2".

また、段差83eは、第1支持体83cと第2支持体83dの両方に設けるだけでなく、第1支持体83cと第2支持体83dのいずれか一方だけに設けてもよい。段差83eは、石英ガラス板の厚み寸法を調整することにより、被計測空間T"を横断する参照光L2"の光路長を調整できる。本実施形態では、第1支持体83c及び第2支持体83dの所定位置に石英ガラス板を貼着して段差83eを形成しているが、段差83eを第1支持体83c及び第2支持体83dとあらかじめ一体的に形成してもよい。   Further, the step 83e may be provided not only on both the first support 83c and the second support 83d, but also on only one of the first support 83c and the second support 83d. The level difference 83e can adjust the optical path length of the reference light L2 "traversing the measurement space T" by adjusting the thickness dimension of the quartz glass plate. In the present embodiment, the step 83e is formed by sticking a quartz glass plate at a predetermined position of the first support 83c and the second support 83d, but the step 83e is formed by the first support 83c and the second support. It may be formed integrally with 83d in advance.

このように、試験光L1"だけでなく参照光L2"も被計測空間T"を横断させるように、参照光L2"を試験光L1"と平行に照射したことによって、試験光L1"における温度境界層の影響をキャンセルさせることができるので、温度の測定精度を向上させることができる。   In this way, the reference light L2 "is irradiated in parallel with the test light L1" so that not only the test light L1 "but also the reference light L2" traverses the measured space T ", so that the temperature in the test light L1" Since the influence of the boundary layer can be canceled, the temperature measurement accuracy can be improved.

フォトダイオード84は、第2ビームスプリッタ部82から出射された試験光L1"と参照光L2"との干渉光が照射され、この干渉光の強度を電気信号に変換して出力している。   The photodiode 84 is irradiated with the interference light between the test light L1 "and the reference light L2" emitted from the second beam splitter unit 82, and converts the intensity of this interference light into an electrical signal and outputs it.

本実施形態の温度センサA2では、被計測空間T"において温度の変動が生じると、試験光L1"と参照光L2"の横断距離の差に相当する領域で生じた計測対象の屈折率の変動によって試験光L1"と参照光L2"とで位相差が変動し、この位相差の変動によって試験光L1"と参照光L2"とを干渉させた干渉光の強度が変動することとなる。   In the temperature sensor A2 of the present embodiment, when a temperature variation occurs in the measured space T ", the variation in the refractive index of the measurement target that occurs in the region corresponding to the difference in the crossing distance between the test light L1" and the reference light L2 " As a result, the phase difference fluctuates between the test light L1 "and the reference light L2", and the intensity of the interference light resulting from the interference between the test light L1 "and the reference light L2" fluctuates due to the fluctuation in the phase difference.

フォトダイオード84では、第2ビームスプリッタ部82から出射された干渉光の強度変動を検出し、この強度変動に応じた電気信号を出力している。   The photodiode 84 detects the intensity fluctuation of the interference light emitted from the second beam splitter section 82, and outputs an electrical signal corresponding to the intensity fluctuation.

解析部90では、フォトダイオード84から出力された電気信号を解析することにより温度変化の有無及びその程度を検出している。   The analysis unit 90 detects the presence and degree of temperature change by analyzing the electrical signal output from the photodiode 84.

図7は、水を加温しながら水温を熱電対で計測した場合と、第2実施形態の温度センサA2で計測した場合の温度変化グラフであり、第2実施形態の温度センサA2が温度計測の基準となる温度を特定できれば、熱電対と同程度に温度を計測できることがわかる。   FIG. 7 is a temperature change graph when the water temperature is measured with a thermocouple while heating water and when the temperature sensor A2 of the second embodiment is used, and the temperature sensor A2 of the second embodiment measures the temperature. It can be seen that if the temperature serving as a reference for the temperature can be specified, the temperature can be measured to the same extent as a thermocouple.

図6では、説明の便宜上、ケーシング85を長手状として、第1ビームスプリッタ部81及び第2ビームスプリッタ部82を受感部83から離隔させて配置するとともに、第6SML72を第1ビームスプリッタ部81から離隔させて配置し、さらにフォトダイオード84を第2ビームスプリッタ部82から離隔させて配置しているが、第1ビームスプリッタ部81及び第2ビームスプリッタ部82は、受感部83にできるだけ近接させて配置し、第6SML72は第1ビームスプリッタ部81に近接させて配置し、フォトダイオード84は第2ビームスプリッタ部82に近接させて配置することにより、振動の影響を受けにくくすることができる。   In FIG. 6, for convenience of explanation, the casing 85 is formed in a longitudinal shape, the first beam splitter unit 81 and the second beam splitter unit 82 are arranged apart from the sensing unit 83, and the sixth SML 72 is disposed in the first beam splitter unit 81. The photodiode 84 is arranged apart from the second beam splitter unit 82, but the first beam splitter unit 81 and the second beam splitter unit 82 are as close as possible to the sensing unit 83. The sixth SML 72 is arranged close to the first beam splitter unit 81, and the photodiode 84 is arranged close to the second beam splitter unit 82, thereby making it less susceptible to vibration. .

前述した温度センサA1,A1',A2は、図8に示すように、点火プラグと一体的に構成することにより、内燃機関の燃焼室内温度を極めて容易に測定することができる。   As shown in FIG. 8, the temperature sensors A1, A1 ′, and A2 described above are configured integrally with the spark plug, so that the temperature in the combustion chamber of the internal combustion engine can be measured very easily.

すなわち、図8に示す温度センサA付き点火プラグPでは、高電圧電流の通電によって火花放電を生じる電極p1を先端に備えており、基端側には通電配線p2に接続するためのソケットp3を着脱自在に装着している。   That is, the spark plug P with the temperature sensor A shown in FIG. 8 is provided with an electrode p1 that generates a spark discharge when a high voltage current is applied, and a socket p3 for connecting to the energization wiring p2 on the base end side. It is attached detachably.

さらに、点火プラグPには、シリンダヘッド(図示せず)に設けられている点火プラグPの装着部に螺着する螺着部p4を備えている。   Further, the spark plug P includes a screwing portion p4 that is screwed into a mounting portion of the spark plug P provided in a cylinder head (not shown).

この螺着部p4には、温度センサAが挿入される挿入孔(図示せず)を設けてお入り、この挿入孔に温度センサAを挿入してケーシングa33を介して螺着部p4に固定装着している。図5中、bはケーシングa33を介して温度センサAを螺着部p4に固定装着するために用いている固定用ナットである。また、図8中、a20は温度センサAに接続した第1光ファイバ、a40は温度センサAに接続した第2光ファイバである。   An insertion hole (not shown) into which the temperature sensor A is inserted is provided in the screwing portion p4, and the temperature sensor A is inserted into the insertion hole and fixed to the screwing portion p4 through the casing a33. Wearing. In FIG. 5, b is a fixing nut used for fixing the temperature sensor A to the screwed portion p4 via the casing a33. In FIG. 8, a20 is a first optical fiber connected to the temperature sensor A, and a40 is a second optical fiber connected to the temperature sensor A.

螺着部p4に一体的に装着した温度センサAは、受感部a32を点火プラグPの電極p1に近接させて配置している。したがって、温度センサAは、点火プラグPの電極p1近傍の温度変化を高精度で計測することができる。   The temperature sensor A that is integrally attached to the screwing part p4 is arranged with the sensing part a32 close to the electrode p1 of the spark plug P. Therefore, the temperature sensor A can measure the temperature change near the electrode p1 of the spark plug P with high accuracy.

特に、温度センサAは、固定用ナットbによって装着位置を温度センサAの長手方向に適宜に進退させて調整することにより、点火プラグPによる点火の妨げとなることなく、適正に内燃機関の燃焼室内の温度変化を測定可能な位置に温度センサAの受感部a32を位置させることができる。   In particular, the temperature sensor A is adjusted by appropriately moving the mounting position in the longitudinal direction of the temperature sensor A by the fixing nut b so that ignition by the spark plug P is not hindered. The sensitive part a32 of the temperature sensor A can be positioned at a position where the temperature change in the room can be measured.

本発明の温度センサは、振動に対して耐性を有しており、内燃機関の燃焼室内の温度などのように、振動している物体中の温度変化を極めて精度よく測定できる。   The temperature sensor of the present invention is resistant to vibration and can measure a temperature change in a vibrating object such as a temperature in a combustion chamber of an internal combustion engine with extremely high accuracy.

本発明の第1実施形態に係る温度センサの概略模式図である。It is a schematic diagram of the temperature sensor which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る温度センサの変形例の概略模式図である。It is a schematic diagram of the modification of the temperature sensor which concerns on 1st Embodiment of this invention. 流体を水とした場合における温度境界層に起因して生じる温度誤差の解析結果を示すグラフである。It is a graph which shows the analysis result of the temperature error which originates in the temperature boundary layer at the time of making fluid into water. 流体を高温・高速の気体とした場合における温度境界層に起因して生じる温度誤差の解析結果を示すグラフである。It is a graph which shows the analysis result of the temperature error resulting from the temperature boundary layer at the time of making a fluid into high temperature and high-speed gas. 流体を温度:900K、圧力:4.0MPa、流速:10m/sの空気として、被計測空間の横断距離を変化させた場合における温度境界層に起因して生じる温度誤差の解析結果を示すグラフである。It is a graph showing the analysis result of the temperature error caused by the temperature boundary layer when the fluid is temperature: 900K, pressure: 4.0MPa, flow velocity: 10m / s and the crossing distance of the measurement space is changed . 本発明の第2実施形態に係る温度センサの要部説明図である。It is principal part explanatory drawing of the temperature sensor which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る温度センサで加温中の水の温度を計測して得られた温度変化グラフである。It is a temperature change graph obtained by measuring the temperature of the water during heating with the temperature sensor which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 点火プラグに装着した温度センサの説明図である。It is explanatory drawing of the temperature sensor with which the spark plug was mounted | worn. 従来の温度センサの概略模式図である。It is a schematic diagram of the conventional temperature sensor.

符号の説明Explanation of symbols

A1 温度センサ
L1 試験光
L2 参照光
T 被計測空間
M1 試験光反射体
M2 参照光反射体
10 光源部
11 ハーフミラー
12 第1受光素子
13 1/2波長板
14 第1干渉フィルタ
20 第1光ファイバ
30 センサ部
31 分離部
31a 第1ミラー
31b ビームスプリッタ
31c 第2ミラー
32 受感部
32a 筒状壁体
32b 支持板
33 ケーシング
33a 空洞部
33b 通過口
33c 先端壁
33d 収容凹部
34 カラー
35 石英ガラス
36a 第1弾性材
36b 第2弾性材
36c 第3弾性材
37 金属板
38 1/4波長板
50 検出部
51 第2受光素子
52 第2干渉フィルタ
A1 Temperature sensor
L1 test light
L2 Reference light T Measurement space
M1 test light reflector
M2 reference reflector
10 Light source
11 Half mirror
12 First light receiving element
13 1/2 wavelength plate
14 First interference filter
20 First optical fiber
30 Sensor section
31 Separation part
31a First mirror
31b beam splitter
31c Second mirror
32 Sensory part
32a Tubular wall
32b support plate
33 Casing
33a Cavity
33b Passage
33c Tip wall
33d receiving recess
34 colors
35 quartz glass
36a 1st elastic material
36b Second elastic material
36c 3rd elastic material
37 Metal plate
38 1/4 wave plate
50 detector
51 Second light receiving element
52 Second interference filter

Claims (5)

レーザ光を照射する光源部と、
この光源部から照射されたレーザ光を試験光と参照光に分離する分離部と、
前記試験光の光路を温度が計測される被計測空間を横断させて配置する受感部と、
前記被計測空間を横断した試験光と前記参照光とを干渉させて干渉状態の変動を検出することにより温度の変化を検出する検出部と
を備えた温度センサにおいて、
前記受感部は前記試験光の光路と平行とした筒状のケーシングの先端に設け、このケーシングの基端に前記分離部を設け、
前記ケーシングは、前記試験光を通過させる透明部材と、前記参照光を反射する反射体とを装着した先端壁を先端部分に備え、
前記透明部材を通過した前記試験光を前記受感部に到達させて、この受感部に設けた反射体によって反射さていることを特徴とする温度センサ。
A light source unit that emits laser light;
A separation unit that separates the laser light emitted from the light source unit into test light and reference light;
A sensing unit that arranges the optical path of the test light across a measurement space in which the temperature is measured; and
A detecting unit for detecting a change in temperature by causing interference between the test light crossing the measurement space and the reference light to detect a change in an interference state;
In the temperature sensor with
The sensing part is provided at the distal end of a cylindrical casing parallel to the optical path of the test light, and the separation part is provided at the base end of the casing,
The casing is provided with a tip wall provided with a transparent member that allows the test light to pass through and a reflector that reflects the reference light at a tip portion,
Said passing through the transparent member to test light to reach the sensitive part, temperature sensor you, characterized in that it is reflected by the reflector provided on the sensing part.
レーザ光を照射する光源部と、
この光源部から照射されたレーザ光を試験光と参照光に分離する分離部と、
前記試験光の光路を温度が計測される被計測空間を横断させて配置する受感部と、
前記被計測空間を横断した試験光と前記参照光とを干渉させて干渉状態の変動を検出することにより温度の変化を検出する検出部と
を備えた温度センサにおいて、
前記受感部は前記試験光の光路と平行とした筒状のケーシングの先端に設け、このケーシングの基端に前記分離部を設け、
前記ケーシングは、前記試験光と前記参照光を通過させる透明部材を先端部分に備え、この透明部材を通過した前記試験光と前記参照光を前記受感部に到達させて、この受感部に設けた反射体によって反射させるとともに、
前記受感部における前記被計測空間を横断する前記試験光の横断距離と、前記被計測空間を横断する前記参照光の横断距離のいずれか一方を、他方の横断距離よりも短くしたことを特徴とする温度センサ。
A light source unit that emits laser light;
A separation unit that separates the laser light emitted from the light source unit into test light and reference light;
A sensing unit that arranges the optical path of the test light across a measurement space in which the temperature is measured; and
A detecting unit for detecting a change in temperature by causing interference between the test light crossing the measurement space and the reference light to detect a change in an interference state;
In the temperature sensor with
The sensing part is provided at the distal end of a cylindrical casing parallel to the optical path of the test light, and the separation part is provided at the base end of the casing,
The casing includes a transparent member that allows the test light and the reference light to pass therethrough at a tip portion, and causes the test light and the reference light that have passed through the transparent member to reach the sensitive part, and to the sensitive part. While reflecting with the reflector provided,
One of the crossing distance of the test light that crosses the measured space and the crossing distance of the reference light that crosses the measured space in the sensing part is shorter than the other crossing distance. temperature sensor shall be the.
前記透明部材は、前記反射体側の面に段差を設けて、前記試験光及び前記参照光の前記被計測空間の横断距離を調整したことを特徴とする請求項記載の温度センサ。 3. The temperature sensor according to claim 2 , wherein the transparent member is provided with a step on a surface on the reflector side to adjust a transverse distance of the measurement space of the test light and the reference light. レーザ光を照射する光源部と、
この光源部から照射されたレーザ光を試験光と参照光に分離する分離部と、
前記試験光の光路を温度が計測される被計測空間を横断させて配置する受感部と、
前記被計測空間を横断した試験光と前記参照光とを干渉させて干渉状態の変動を検出することにより温度の変化を検出する検出部と
を備えた温度センサにおいて、
前記受感部は前記試験光の光路と平行とした筒状のケーシングの先端に設け、このケーシングの基端に前記分離部を設け、
前記ケーシングは、前記試験光の照射方向を変更する第1の反射体と、この第1の反射体で照射方向が変更された前記試験光の照射方向を前記分離部に向ける第2の透明体を先端部分に備え、
前記第1の反射体と前記第2の反射体との間に前記被計測空間を設けて、前記参照光を前記第2の反射体に反射させて前記被計測空間を横断させた後に前記第1の反射体に反射させるとともに、
前記被計測空間を横断する前記試験光の横断距離と、前記被計測空間を横断する前記参照光の横断距離のいずれか一方を、他方の横断距離よりも短くしたことを特徴とする温度センサ。
A light source unit that emits laser light;
A separation unit that separates the laser light emitted from the light source unit into test light and reference light;
A sensing unit that arranges the optical path of the test light across a measurement space in which the temperature is measured; and
A detecting unit for detecting a change in temperature by causing interference between the test light crossing the measurement space and the reference light to detect a change in an interference state;
In the temperature sensor with
The sensing part is provided at the distal end of a cylindrical casing parallel to the optical path of the test light, and the separation part is provided at the base end of the casing,
The casing includes a first reflector that changes an irradiation direction of the test light, and a second transparent body that directs the irradiation direction of the test light, the irradiation direction of which is changed by the first reflector, toward the separation unit. At the tip,
The measurement space is provided between the first reflector and the second reflector, and the reference light is reflected by the second reflector to traverse the measurement space, and then the first 1 to reflect on the reflector,
Wherein the transverse distance of the test light traversing the measured space, said one of the transverse distance of the reference beam to traverse the measured space, temperature characterized in that it is shorter than the other transverse distance Sensor.
前記第1の反射体は、前記試験光及び前記参照光が通過可能な透明材料製の第1支持体に配設し、
前記第2の反射体は、前記試験光及び前記参照光が通過可能な透明材料製の第2支持体に配設し、
前記第1支持体と前記第2支持体の間を前記被計測空間として、この被計測空間に面する前記第1支持体と前記第2支持体の少なくともいずれか一方の表面に段差を設けて、前記試験光及び前記参照光の前記被計測空間の横断距離を調整したことを特徴とする請求項記載の温度センサ。
The first reflector is disposed on a first support made of a transparent material through which the test light and the reference light can pass.
The second reflector is disposed on a second support made of a transparent material through which the test light and the reference light can pass.
The space between the first support and the second support is used as the measurement space, and a step is provided on the surface of at least one of the first support and the second support that faces the measurement space. The temperature sensor according to claim 4 , wherein a transverse distance of the measurement space of the test light and the reference light is adjusted.
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