GaAs光ファイバー温度センサと蛍光式光ファイバー温度センサは、いずれも光ファイバーを使って一点の温度を測定します。どちらも光信号を伝送し、電磁干渉によって従来の電気式測温が難しくなる環境に適用できます。
どちらも「光ファイバー温度センサ」と呼ばれるからといって、2つの技術を互いに置き換えられるわけではありません。GaAsセンサと蛍光センサは利用する光学特性や感温素子が異なり、通常は読み取りに使う監視計測器も異なります。技術の名称だけで、特定用途への適合性が決まるわけではありません。
GaAsと蛍光式の選択は、必要な温度範囲、測定精度、プローブの物理構造、必要な応答特性、設置環境、既存または計画中の監視計器との互換性に基づいて行ってください。
GaAsと蛍光式：主な技術的違い
温度範囲、精度、応答は技術名だけでなく、感温素子、プローブ構造、対応計測器で決まります。
| 観点 | GaAs光ファイバーセンサ | 蛍光式光ファイバーセンサ |
|---|---|---|
| 測定原理 | 半導体素子の温度依存の光吸収 | 蛍光材料の温度依存性蛍光減衰 |
| 感温素子 | ガリウムひ素（GaAs）半導体感温素子 | 蛍光体または蛍光化合物 |
| 光信号を評価 | 吸収・透過スペクトルの変化。 | 温度に依存する蛍光減衰時間 |
| 測定種類 | 感温部での点測定 | 感温部での点測定 |
| プローブ構造 | ファイバー先端に接着・取り付けた半導体素子 | ファイバー先端に接着・塗布した蛍光素子 |
| 測温範囲の検討事項 | 使用GaAs素子の光学特性で決まり、範囲は製品設計によります。 | 使用蛍光材料で決まり、範囲は個別製品設計によります。 |
| 精度の検討事項 | 読取装置のスペクトル分解能とGaAs素子の安定性による | 減衰時間測定の分解能と蛍光素子の安定性に依存。 |
| 応答の検討事項。 | プローブ寸法、熱容量、素子の取付方法に影響されます。 | プローブ寸法、熱容量、素子の取付方法に影響されます。 |
| EMI・RF環境 | 光信号経路の高いEMI / RF耐性。システム全体の適合性はプローブと計測器構造によります。 | 光学測定経路の高いEMI / RF耐性。システム全体の適合性はプローブと計測器構造によります。 |
| 高電圧測定 | 温度信号を光で伝送し、測定点に従来の金属センサ配線を必要としないため、高電圧の点測定に使用できます。適合性はプローブ全体の構造によって決まります。 | 感温信号を光で伝送し、測定点に導電性の電気信号配線を設けない構成が可能なため、高電圧の点測定に適しています。 |
| 計測器との互換性。 | GaAs吸収・スペクトル信号用の読み取り装置が必要。 | 蛍光減衰信号を読む専用読み取り装置が必要。 |
| 用途選定 | 案件の温度範囲、プローブ形状、利用可能な計測器に応じて選定。 | 案件の温度範囲、プローブ形状、利用可能な計測器に応じて選定。 |
GaAs光ファイバー温度センサとは。
GaAsはガリウムひ素を意味し、光ファイバー先端の感温素子に使用する半導体材料です。GaAsの光吸収特性は温度によって変化します。ファイバーを通してGaAs素子へ光を送り、温度変化に伴う光の吸収や透過の変化を利用します。
監視計測器がこの光学的な変化を解析し、温度値に換算します。GaAs素子自体は発光せず、通過する光を温度に応じて変化させ、読取り装置がその変化を解釈します。
蛍光式光ファイバー温度センサとは
A 蛍光式光ファイバー温度センサ は光ファイバーの感温先端部に置いた蛍光材料を使います。光ファイバーで届く励起光によって、材料自体が発光します。
励起後の発光挙動、特に時間とともに減衰する様子は感温部の温度に関係します。監視計器はこの蛍光減衰特性を評価し、プローブ位置の温度を求めます。詳しくは次の説明をご覧ください： 蛍光式光ファイバー温度測定の仕組み は別途提供します。
INNOの現在の光ファイバー温度検出製品は、この蛍光測定原理に基づいています。
GaAs光ファイバー温度センサの一般的な用途
GaAs光ファイバー温度センサは、産業測温、実験室・研究用測定装置、電気的絶縁が必要な高電圧環境、従来型の電気センサが干渉や測定誤差を生じさせるRF・電磁環境で使用されます。
INNOは現在、GaAs方式の光ファイバー温度センサを製造・供給していません。この節は技術比較のみを目的とします。
蛍光式光ファイバー温度センサの用途
蛍光式光ファイバー温度センサは、変圧器巻線、開閉装置・電気接続部、電動機・発電機の監視や、次の用途によく使われます： 高電圧温度測定 を試験・試運転中に確認します。
MRI内部などの強磁場環境、マイクロ波・RF試験環境、電気的に絶縁され高い耐電磁干渉性を持つ測定経路が必要な一般産業用の点式測温にも使われます。
どの技術を選ぶべきか
GaAsと蛍光方式の選択は、技術名より測定要件から始めます。関連する条件は次のとおりです：
- 用途に必要な測温範囲 — 参照： 光ファイバー温度センサ範囲 で、範囲がセンサ・プローブ選定に与える影響を詳しく確認できます。
- 測定点に必要な精度
- 物理測定点とそこへのアクセス
- 物理的に設置できるプローブ寸法。
- 感温先端と計測器間に必要なファイバー長
- 監視対象プロセスに必要な応答特性
- プローブが耐える必要のある機械的環境
- 高電圧・RF源への近接を含む電気・EMI環境。
- センサ読取に使用する監視計器
- 必要な独立測定点数
- 既存の監視・制御系へどう統合する必要があるか。
既に特定の読取装置や監視プラットフォームを使用している場合は、その互換性が主要な選定条件になります。GaAsセンサと蛍光センサでは、読取装置の種類が異なるためです。選定手順全体については、以下をご覧ください： 光ファイバー温度センサの選び方.
GaAsと蛍光式はいずれも点式温度検出技術です
GaAsと蛍光式の光ファイバー温度センサは、どちらも点式測温技術です。各プローブは所定の感温位置に対応し、測定点を追加するごとに別のプローブが必要です。
どちらの点センサ技術も、光ファイバーの全長に沿った連続的な温度分布を測定するものではありません。数十メートルから数キロメートルにわたるファイバーに沿って連続測温する必要がある場合は、異なる構成を用いる分布型温度測定（DTS）の対象となります。光ファイバー点式測温とDTSの詳しい比較は、別の記事で説明しています。
光ファイバー温度センサ選定前に確認すべき質問
- 必要温度範囲は何ですか。
- 感温先端をどこに設置しますか。
- 物理的に収まるプローブ径・構造はどれか。
- 必要な光ファイバー長は何か。
- 高電圧、RF、マイクロ波、強磁場の環境ですか。
- 独立測定点は何点必要ですか。
- 読み取りに使う監視計測器は何か。
- 必要な通信・監視出力形式は何ですか。