JP5367652B2

JP5367652B2 - 光ファイバ温度センサの固定方法

Info

Publication number: JP5367652B2
Application number: JP2010161661A
Authority: JP
Inventors: 芳親田中; 克俊水野; 佳弘寺田; 昌平奥村
Original assignee: Fujikura Ltd; Railway Technical Research Institute
Current assignee: Fujikura Ltd; Railway Technical Research Institute
Priority date: 2010-07-16
Filing date: 2010-07-16
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2030-07-16
Also published as: JP2012021939A

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。

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（ＦｉｂｅｒＢｒａｇｇＧｒａｔｉｎｇ）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）。

米国特許第６，０７２，９２２号公報

水波，川島，立畠，「ファイバグレーティングを用いた低温域の温度センシング」，信学技報ＯＦＴ２００１−７，ｐｐ．３７−４２

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。

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。

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。

〔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。

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。

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。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）を示す図である。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）を示す図である。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）を示す図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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
２，１２，２２，３２ＦＢＧ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

Claims

ＦＢＧ部を有する光ファイバと、該光ファイバ上に塗布される樹脂コーティング層と、該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、該フレームを測定対象に固定することを特徴とする光ファイバ温度センサの固定方法。
請求項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、該フレームを測定対象に固定することを特徴とする光ファイバ温度センサの固定方法。
請求項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、該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、該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光ファイバ温度センサの固定方法。