蛍光測定原理
蛍光式光ファイバー温度測定
蛍光式光ファイバー温度測定は、光励起後の蛍光感温材料の温度依存減衰挙動を評価し、所定のプローブ先端の温度を求めます。
感温位置に電源や金属製信号配線は不要です。励起光と戻り光は光ファイバーを通して別置きの監視計器へ伝送され、高電圧、強いEMI、RF、マイクロ波、磁場環境の選定点での測定に適しています。
測定系全体、部品、用途選定はこちらをご覧ください： 光ファイバー温度測定 ガイド。
蛍光式光ファイバー温度測定とは
蛍光式光ファイバー測温は、光プローブの先端に蛍光感温材を配置する点測定方式です。監視計測器からの光が感温材を励起し、戻ってくる蛍光応答が温度によって変化します。
INNOは、温度に依存する蛍光減衰挙動を用い、感温先端の温度を求めます。光ファイバーはプローブと監視計測器の間で励起光と戻り光を伝送するもので、ファイバー自体を分布型の検出経路として使用するわけではありません。
光ファイバー温度測定システム全体、プローブ、チャンネル、監視計器の詳しい説明は以下をご覧ください： 光ファイバー温度測定.
測定原理
蛍光減衰時間
測定種類
点式温度測定。
感温位置
蛍光感温先端
信号経路
監視計器 → 光ファイバー → 感温部 → 戻り光信号
蛍光減衰方式
蛍光を温度値に変換する仕組み
4つの光学処理で、感温材料の応答を所定1点の温度値へ変換します。
光励起
計測器は光ファイバーで、先端の蛍光材料へ励起光を送ります。
→蛍光応答
励起後、感温材料が蛍光応答を発し、光ファイバーを通って戻ります。
→減衰時間
励起を止めると、蛍光強度は時間とともに減少します。この減衰特性は温度によって予測可能な形で変化します。
→温度計算
対応計測器が減衰応答を評価し、感温先端部の温度へ変換します。
蛍光減衰時間が温度を示す理由
励起光を止めても、蛍光材が永久に励起状態を保つことはありません。放出される蛍光は時間とともに減少します。この固有の減衰挙動が温度によって変わるため、監視計測器は光学応答から温度を求められます。
測定は蛍光応答の時間的な挙動に基づきます。電気抵抗、熱起電力、ファイバー全長にわたる分布温度測定ではありません。
指定測定位置
指定位置の点温度測定
蛍光感温材料は指定の感温部にあります。そのため、光ファイバーに沿って連続測定するのではなく、その物理点の温度を測定します。
1本のプローブは所定の1測定位置に対応します。複数箇所を独立測定するには、追加の対応プローブとチャンネルが必要です。
これは多点の点測定であり、分布型温度測定ではありません。
光信号伝送
蛍光式光ファイバー測温が強電磁界で機能する理由
電気的絶縁
感温先端に電気測定回路や金属信号リード線は必要ありません。
光信号伝送
温度情報は微弱な電気センサ信号ではなく、光経路を通じて伝送します。
RF・マイクロ波環境
強いRF場やマイクロ波場にさらされる指定測定点で使用できる感温原理です。
指定点測定
各プローブは既知の物理感温位置1か所と対応付けます。
用途
蛍光式光ファイバー温度測定の用途
蛍光点式測温は、熱的に重要な位置が分かり、その物理点を直接測る必要がある場所で使います。
技術の適用範囲
蛍光式点式測温と他の光学方式の違い
蛍光点式測温
温度依存の蛍光減衰挙動を用い、所定の蛍光プローブ先端で温度を測定します。
DTS
個別の蛍光プローブ先端ではなく、測定光ファイバー経路に沿う位置に対応して温度を測ります。
蛍光式光ファイバー温度検出とDTSの比較 →FBG
蛍光減衰ではなく波長に関連する光応答を使い、あらかじめ定めたファイバーブラッググレーティング位置の温度を測定します。
感温素子
蛍光プローブから温度値へ
この技術に必要な主要要素は、蛍光式点プローブ、光ファイバー接続、互換性のある監視計測器の3つです。計測器は励起光を供給し、戻ってくる蛍光減衰応答を評価して温度データに換算します。
蛍光式光ファイバープローブ
蛍光応答を生成する所定の感温先端を含みます。
光ファイバー経路
プローブと監視計器の間で励起光・戻り光を伝送します。
監視計測器
光励起を供給し、減衰応答を評価して温度データに換算します。
点式測温
蛍光式点測温が適する場合はいつですか。
- 熱的に重要な測定位置がすでに分かっている場合。
- 対象点へ直接センサを設置できます。
- 感温位置に電気式センサ配線を設けたくない。
- 強EMI、RF、マイクロ波、磁界が存在する場合。
- 複数の既知位置を独立測定する必要がある場合があります。
選定した物理点ではなく、長いファイバー経路に沿った測温が必要なら、分布型測温方式の方が適する場合があります。
よくある質問
蛍光式光ファイバー温度測定のFAQ
蛍光式光ファイバー温度測定の仕組みは。
光がプローブ先端の蛍光材料を励起します。励起を止めると、蛍光応答は時間とともに減衰します。減衰特性が温度によって変わるため、対応する監視計器でその感温点の温度を求められます。
センサのどの部分が実際に測温しますか。
温度感受性素子は蛍光感温部にあります。光ファイバーが感温部と監視計器の間で励起光と戻り光を伝送します。
光ファイバー全体が測温しますか。
いいえ。蛍光点式測温は感温先端部で温度を測ります。光ファイバーは光信号経路であり、分布型温度測定の経路ではありません。
蛍光式点式測温とDTSの違いは何ですか。
蛍光式点測定は、蛍光感温部を使って指定したプローブ位置を測定します。DTSは感温ファイバーの経路に沿って位置に対応する温度を測定します。両者は測定構成が異なり、異なる測定課題に対応します。
蛍光式とFBGはどう違いますか。
蛍光方式は、プローブ先端で温度に応じて変化する蛍光応答を評価します。FBG方式は、事前に設けたファイバーブラッググレーティングと、波長に関係する光学応答を使います。どちらも光学測定ですが、感温素子と読み取り原理が異なります。
高電圧・強いEMI付近で蛍光方式が有用な理由は何ですか。
感温位置に電気測定回路や金属信号リード線を必要とせず、測定情報を離れた監視計測器へ光学的に伝えます。そのため、高電圧や強い電磁界がある多くの測定箇所に適しています。
感温用途
蛍光式光ファイバー測定用途のご相談
物理的な測定位置、想定測温範囲、感温点数、おおよそのファイバー経路、設置環境をお知らせください。これらの情報により、蛍光式点式測温の適合性と、検討すべきプローブ・監視計測器を判断しやすくなります。
- 測定位置
- 温度範囲
- 感温点数
- 利用可能な設置空間
- 概略光経路。
- 電気・EMI・RF環境。