JP5367652B2 - Fixing method of optical fiber temperature sensor - Google Patents
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Description
本発明は、超電導磁石などの極低温機器、液化ガスの極低温容器などの内部の温度測定、状態監視を行なう光ファイバ温度センサの固定方法に関するものである。 The present invention is a cryogenic device such as a superconducting magnet, internal temperature measurement, such as a cryogenic container of the liquefied gas relates to the method of fixing the optical fiber temperature sensor for performing status monitoring.
従来、超電導磁石などの極低温機器は、内部の異常発熱や断熱不良などによる熱侵入増大があると、機能を維持できないばかりか内部の損傷をもたらす原因ともなり、修理や交換が必要になるなど影響が大きい。また、窒素、ヘリウムなどの液化ガスの極低温容器についても、内部の損傷・断熱不良が発生すると、蒸発量を増大させたり、破損・漏洩の危険性を生じるなどの影響がある。このため、これら極低温機器・極低温容器では、内部の温度測定・監視が重要である。また、極低温容器には内部の液量を把握するため、温度測定により液面を把握する需要もある。極低温における感度を向上させたFBG(Fiber Bragg Grating)部を有する光ファイバ温度センサは、熱膨張率やヤング率の大きな材料をコーティングするのが効果的であり、ファイバとの適切な断面積比で樹脂コーティングを施した技術が提案されている(下記特許文献1参照)。また、FBG部をコーティングするのではなく線膨張率の大きなテフロン(登録商標)樹脂の基板に接着し、その基板の熱伸縮を通じて温度を測定する技術も提案されている(下記非特許文献1参照)。 Conventionally, if cryogenic equipment such as superconducting magnets has increased heat penetration due to abnormal internal heat generation or poor heat insulation, it will not only maintain its function but also cause internal damage, requiring repair and replacement, etc. A large impact. Also, cryogenic containers of liquefied gases such as nitrogen and helium have an effect of increasing the amount of evaporation or causing the risk of breakage or leakage if internal damage or poor insulation occurs. For this reason, it is important to measure and monitor the internal temperature of these cryogenic equipment and cryogenic containers. In addition, in order to grasp the amount of liquid inside the cryogenic container, there is a demand for grasping the liquid level by measuring temperature. An optical fiber temperature sensor having an FBG (Fiber Bragg Grating) part with improved sensitivity at extremely low temperatures is effective to coat a material having a large coefficient of thermal expansion or Young's modulus, and an appropriate cross-sectional area ratio with the fiber. A technique for applying a resin coating is proposed (see Patent Document 1 below). In addition, a technique has been proposed in which the FBG portion is not coated but adhered to a Teflon (registered trademark) resin substrate having a large linear expansion coefficient, and the temperature is measured through thermal expansion and contraction of the substrate (see Non-Patent Document 1 below). ).
しかしながら、これらの技術では、FBG光ファイバ温度センサは、FBG部の熱伸縮から温度に変換している要素が大きいため、FBG部までの伝熱を十分に確保しないと測定精度や応答性が低下し、熱伸縮を阻害すると正確な測定ができなくなる。感度向上に効果的な樹脂コーティングや基板は、材料の熱伝導率が低く、FBG部までの伝熱が確保し難いとともに、高い熱伝導率を確保するために密着させて接触させると熱伸縮を阻害するという課題があった。 However, in these technologies, since the FBG optical fiber temperature sensor has a large element that converts temperature from thermal expansion and contraction of the FBG part, measurement accuracy and responsiveness decrease unless sufficient heat transfer to the FBG part is ensured. However, if thermal expansion and contraction is inhibited, accurate measurement cannot be performed. Resin coatings and substrates effective in improving sensitivity have low thermal conductivity of the material, making it difficult to ensure heat transfer to the FBG part, and thermal expansion and contraction when in close contact with each other to ensure high thermal conductivity. There was a problem of inhibiting.
本発明は、上記状況に鑑みて、材料の熱伝導率が高くFBG部までの伝熱が確保しやすく、熱伸縮が良好な極低温特性を向上させた光ファイバ温度センサの固定方法を提供することを目的とする。 The present invention is, in view of the above situation, the heat transfer is easily secured to the thermal conductivity is high FBG of the material, providing a method of fixing the optical fiber temperature sensor which thermal expansion and contraction improved the good cryogenic properties The purpose is to do.
本発明は、上記目的を達成するために、
〔1〕光ファイバ温度センサの固定方法において、FBG部を有する光ファイバと、この光ファイバ上に塗布される樹脂コーティング層と、この樹脂コーティング層上に形成される金属材料のコーティング層とを具備し、光ファイバ温度センサに張力をかけない状態で両側に熱伝導率の高いフレームを有し、このフレームを測定対象に固定することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides
[ 1 ] An optical fiber temperature sensor fixing method comprising: an optical fiber having an FBG portion; a resin coating layer applied on the optical fiber; and a metal material coating layer formed on the resin coating layer. The optical fiber temperature sensor has frames with high thermal conductivity on both sides in a state where no tension is applied to the optical fiber temperature sensor, and the frames are fixed to a measurement object .
〔2〕上記〔1〕記載の光ファイバ温度センサの固定方法において、光ファイバ温度センサに張力をかけない状態で片側に熱伝導率の高いフレームを有し、このフレームを測定対象に固定することを特徴とする。
〔3〕上記〔1〕記載の光ファイバ温度センサの固定方法において、光ファイバ温度センサに張力をかけない状態で片側に熱伝導率の高いフレームを有し、このフレームに前記光ファイバ温度センサを覆う保護管を配置し、この保護管を測定対象に密着させて固定することを特徴とする。
[2] In the above SL (1) the method of fixing the optical fiber temperature sensor according, has a high thermal conductivity frame on one side in a state in which no tension to the optical fiber temperature sensor, to secure the frame to be measured It is characterized by that.
[3] In the above SL (1) the method of fixing the optical fiber temperature sensor according, has a high thermal conductivity frame on one side in a state in which no tension to the optical fiber temperature sensor, the optical fiber temperature sensor on the frame A protective tube is disposed so as to cover, and the protective tube is fixed in close contact with a measurement object.
本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
(1)FBGセンサの極低温における感度向上効果を維持しつつ、熱伝導率の高いセンサを提供することにより、測定の精度や応答性、再現性の向上を図ることができる。
(2)FBGセンサのFBG部に張力を与えないことから、熱伸縮を阻害せず、高い熱伝導率を確保した固定を可能とする。
According to the present invention, the following effects can be achieved.
(1) It is possible to improve measurement accuracy, responsiveness, and reproducibility by providing a sensor with high thermal conductivity while maintaining the sensitivity improvement effect of the FBG sensor at an extremely low temperature.
(2) Since no tension is applied to the FBG portion of the FBG sensor, it is possible to perform fixing with high thermal conductivity without inhibiting thermal expansion and contraction.
本発明の光ファイバ温度センサの固定方法において、FBG部を有する光ファイバと、この光ファイバ上に塗布される樹脂コーティング層と、この樹脂コーティング層上に形成される金属材料のコーティング層とを具備し、光ファイバ温度センサに張力をかけない状態で両側に熱伝導率の高いフレームを有し、このフレームを測定対象に固定する。 An optical fiber temperature sensor fixing method according to the present invention comprises: an optical fiber having an FBG portion; a resin coating layer applied on the optical fiber; and a metal material coating layer formed on the resin coating layer. The optical fiber temperature sensor has frames with high thermal conductivity on both sides in a state where no tension is applied to the optical fiber temperature sensor, and the frames are fixed to a measurement object .
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図1は本発明の実施例を示す感度を向上させた樹脂コーティング層を塗布したFBGセンサ表面にさらに熱伝導率の高い金属コーティングを具備する光ファイバ温度センサの構成図である。
この図において、1はFBG部2を有する光ファイバ、1aは通常の光ファイバコーティング層、3はその光ファイバ1に塗布される樹脂コーティング層、4はその樹脂コーティング層3上を覆う金属コーティング層である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
FIG. 1 is a block diagram of an optical fiber temperature sensor comprising a metal coating having a higher thermal conductivity on the surface of an FBG sensor to which a resin coating layer with improved sensitivity is applied, showing an embodiment of the present invention.
In this figure, 1 is an optical fiber having an
このように、FBG部2を線膨張率の高い樹脂を適切な厚さにコーティングした樹脂コーティング層3により、感度を向上させるとともに、さらにその樹脂コーティング層3上に熱伝導率の高い金属コーティング層4で熱伸縮に影響しない程度の厚さでコーティングする〔例えば、アクリル樹脂のコーティング外径をφ0.5mm(芯線径0.125mm、コーティング厚0.1875mm)〕ことにより、FBG部2への伝熱を確保する。このFBGセンサは、FBG部のみをコーティングし、その他の部分は通常の光ファイバコーティング1aとすることにより、元来の光ファイバ温度センサのメリットである低熱伝導率(低熱侵入)を保つことができる。
In this way, the resin coating layer 3 in which the
このように、本発明の光ファイバ温度センサは、樹脂コーティング層3上に金属コーティング層4を施すように構成したので、高い伝熱を確保しつつ感度を向上させることができる。
図2は本発明の実施例を示す伸縮を阻害しない光ファイバ温度センサの固定方法(その1)を示す図であり、図2(a)はその内部を示す図、図2(b)はその測定対象への固定方法を示す図である。
Thus, since the optical fiber temperature sensor of this invention was comprised so that the metal coating layer 4 might be given on the resin coating layer 3, it can improve a sensitivity, ensuring high heat transfer.
FIG. 2 is a diagram showing an optical fiber temperature sensor fixing method (part 1) that does not hinder expansion and contraction according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 (a) is a diagram showing the inside thereof, and FIG. It is a figure which shows the fixing method to a measuring object.
これらの図に示すように、本発明の光ファイバ温度センサは、図1と同様のFBG部12を設けた通常の光ファイバコーティング層11aを有する光ファイバ11、樹脂コーティングおよびその樹脂コーティングを覆う金属コーティングを弛ませた(張力をかけない)状態で、両側に配置される熱伝導率の高いフレーム13,14で固定し、その光ファイバ温度センサを、測定対象16上に実装する。なお、フレーム13,14の外部にまで、樹脂コーティング層およびその樹脂コーティング層上を覆う金属コーティングを配置する。また、フレーム13,14の間にはカバー15を配置し、フレーム13,14およびカバー15を測定対象16上に実装する。
As shown in these drawings, the optical fiber temperature sensor of the present invention includes an
この実施例では、熱伝導率の高いフレーム13,14を用意し、このフレーム13,14により図1に示したFBGセンサのFBG部両端を、FBG部に張力がかからないように固定し、張力の影響を排除し、正確な温度の測定を可能とする。また、フレーム13,14を測定対象16に密着させて固定し、FBGセンサのフレーム13,14との固定部まで本発明のコーティングを施すことにより、測定対象16からFBG部12までの伝熱を確保し、測定精度や応答性を向上させる。
In this embodiment,
図3は本発明の実施例を示す伸縮を阻害しない光ファイバ温度センサの固定方法(その2)を示す図であり、FBG部22を設けた通常の光ファイバコーティング層22aを有する光ファイバ21、樹脂コーティング層およびその樹脂コーティング層を覆う金属コーティング層を弛ませた(張力をかけない)状態で、単一のフレーム23で固定した片持ち支持となるようにその光ファイバ温度センサを、測定対象25上に実装する。なお、フレーム23の一方端24の外部にまで、樹脂コーティング層およびその樹脂コーティング層上を覆う金属コーティング層を配置する。
FIG. 3 is a diagram showing a method (part 2) for fixing an optical fiber temperature sensor that does not hinder expansion and contraction according to an embodiment of the present invention, and an
このように、図1に示したFBGセンサのFBG部の片端のみを、熱伝導率の高いフレーム23で把持し、測定対象25に密着させることにより、同様の効果を得るものである。
図4は本発明の実施例を示す伸縮を阻害しない光ファイバ温度センサの固定方法(その3)を示す図であり、図4(a)は光ファイバ温度センサの構造を示す図、図4(b)はその測定対象への固定状態を示す断面図である。
Thus, the same effect is acquired by hold | gripping only the one end of the FBG part of the FBG sensor shown in FIG. 1 with the flame |
FIG. 4 is a diagram showing an optical fiber temperature sensor fixing method (part 3) that does not hinder expansion and contraction according to an embodiment of the present invention. FIG. 4A is a diagram showing the structure of the optical fiber temperature sensor. b) is a cross-sectional view showing a fixed state to the measurement object.
この実施例では、FBG部32を設けた通常の光ファイバコーティング層31a有する光ファイバ31、樹脂コーティング層およびその樹脂コーティング層を覆う金属コーティング層更には保護管33を有する光ファイバ温度センサを弛ませた(張力をかけない)状態で、単一のフレーム34で固定し、片持ち支持となるようにその光ファイバ温度センサを配置する。その光ファイバ温度センサを測定対象36へ密着させて固定する。なお、フレーム34の一方端35の外部にまで樹脂コーティング層およびその樹脂コーティング層上を覆う金属コーティング層を配置する。
In this embodiment, an
このように、図1に示したFBGセンサを保護管33でFBG部32を覆い片端のみを固定して保護管33を測定対象36に密着させて固定することにより、FBGの保護を可能とした。
図3,図4の場合は、FBGセンサのFBG部を弛ませ張力をかけなければ両端を固定するようにしてもよい。
As described above, the FBG sensor shown in FIG. 1 is covered with the
3 and 4, the FBG portion of the FBG sensor may be loosened and both ends may be fixed unless tension is applied.
本発明によるFBGセンサを用いれば、極低温機器や極低温容器への熱侵入を最小限に抑えながらも、内部の多くの箇所を精度・応答性・高再現性を向上させた温度センサとその固定方法を提供することができ、より高頻度、さらには常時の内部温度監視が可能となる。このように内部の温度監視が可能になれば、極低温機器の運用中の突発的な運転停止や故障の発生頻度を低減することができ、安全な運転の停止や適切な点検・修理が可能となって、安全性・信頼性の向上に寄与できる。 By using the FBG sensor according to the present invention, a temperature sensor that improves accuracy, responsiveness, and high reproducibility in many locations while minimizing heat penetration into cryogenic equipment and cryogenic containers, and its A fixing method can be provided, and the internal temperature can be monitored more frequently and even at regular intervals. If internal temperature monitoring becomes possible in this way, it is possible to reduce the frequency of sudden shutdowns and failures during the operation of cryogenic equipment, enabling safe shutdown and appropriate inspection and repair. It can contribute to the improvement of safety and reliability.
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。 In addition, this invention is not limited to the said Example, Based on the meaning of this invention, a various deformation | transformation is possible and these are not excluded from the scope of the present invention.
本発明の光ファイバ温度センサの固定方法は、極低温機器の運用中の突発的な運転停止や故障の発生頻度を低減することができ、安全な運転の停止や適切な点検・修理が可能となって、安全性・信頼性の向上に寄与できる。 Method of fixing the optical fiber temperature sensor of the present invention, it is possible to reduce the frequency of sudden shutdown or failure in the operation of the cryogenic equipment, can be stopped and an appropriate inspection and repair of safe operation It can contribute to the improvement of safety and reliability.
1,11,21,31 光ファイバ
1a,11a,22a,31a 通常の光ファイバコーティング層
2,12,22,32 FBG部
3 樹脂コーティング層
4 金属コーティング層
13,14 熱伝導率の高いフレーム
15 カバー
16,25,36 測定対象
23,34 単一のフレーム
24,35 フレームの一方端
33 保護管
1,11,21,31
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