[go: up one dir, main page]

JP2000088676A - Temperature sensor - Google Patents

Temperature sensor

Info

Publication number
JP2000088676A
JP2000088676A JP10258291A JP25829198A JP2000088676A JP 2000088676 A JP2000088676 A JP 2000088676A JP 10258291 A JP10258291 A JP 10258291A JP 25829198 A JP25829198 A JP 25829198A JP 2000088676 A JP2000088676 A JP 2000088676A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
temperature
temperature sensor
time
grating
optical waveguide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10258291A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masaichi Mobara
政一 茂原
Shinji Ishikawa
真二 石川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority to JP10258291A priority Critical patent/JP2000088676A/en
Priority to US09/343,472 priority patent/US6292607B1/en
Publication of JP2000088676A publication Critical patent/JP2000088676A/en
Priority to US09/909,897 priority patent/US6504962B2/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 動作特性の経時変化が抑えられ、長期にわた
って安定した動作を行うことの可能な温度センサを提供
する。 【解決手段】 本発明に係る温度センサは、所定の動作
温度範囲および動作保証時間ならびに温度分解能を有
し、光導波路型グレーティングをセンシング部として備
える温度センサである。光導波路型グレーティングは、
所定の条件で加速エージングされている。このエージン
グ条件は、この温度センサを動作温度範囲中の最高動作
温度で動作保証時間にわたって使用したときに光導波路
型グレーティングの経時劣化による温度センサの温度ず
れ量が温度分解能以下となるように決定されている。加
速エージングを施した光導波路型グレーティングがセン
シング部として使用されるので、本発明に係る温度セン
サでは、光導波路型グレーティングの経時劣化による動
作特性の変動が十分に抑えられる。
(57) [Problem] To provide a temperature sensor capable of performing a stable operation for a long time by suppressing a change over time of an operation characteristic. A temperature sensor according to the present invention has a predetermined operating temperature range, an operation guarantee time, and a temperature resolution, and includes an optical waveguide grating as a sensing unit. Optical waveguide gratings are
Accelerated aging is performed under predetermined conditions. The aging condition is determined such that when the temperature sensor is used at the highest operating temperature in the operating temperature range for the operation assurance time, the temperature deviation of the temperature sensor due to the deterioration over time of the optical waveguide type grating is equal to or less than the temperature resolution. ing. Since the optical waveguide type grating subjected to accelerated aging is used as the sensing unit, the temperature sensor according to the present invention can sufficiently suppress the fluctuation of the operating characteristics due to the deterioration with time of the optical waveguide type grating.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、温度測定に用いる
温度センサに関し、特に、センシング部として光導波路
型グレーティングを備える温度センサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a temperature sensor used for temperature measurement, and more particularly to a temperature sensor having an optical waveguide type grating as a sensing unit.

【0002】[0002]

【従来の技術】光ファイバグレーティングに代表される
光導波路型グレーティングは、光ファイバなどの光導波
路中のある領域(多くの場合はコア領域)に、光導波路
の長手方向に沿って周期的な屈折率変化を与えたもので
ある。屈折率が変化するこの領域はグレーティングと呼
ばれ、波長に応じて伝搬光を透過または反射させること
ができる。特に、ブラッググレーティングは、ブラッグ
波長の光を中心とした鋭い波長選択性を持つ反射光を発
生させる。
2. Description of the Related Art An optical waveguide grating typified by an optical fiber grating periodically refracts a certain region (often a core region) in an optical waveguide such as an optical fiber along a longitudinal direction of the optical waveguide. Rate change is given. This region where the refractive index changes is called a grating and can transmit or reflect propagating light according to the wavelength. In particular, a Bragg grating generates reflected light having sharp wavelength selectivity centered on light having a Bragg wavelength.

【0003】図12は、このような光導波路型グレーテ
ィングの代表的な製造方法を示す図である。図12に示
されるように、グレーティング20は、少なくともコア
領域にGe元素の酸化物(GeO2)が添加された石英
系光ファイバ10を用意し、所定の波長の光30を用い
て形成された干渉縞をこの光ファイバ10に照射して、
その干渉縞の光エネルギ強度分布に応じた屈折率変化を
生じさせることにより形成される。光ファイバ10は、
通常、プラスチック層(図示せず)によって被覆されて
いるので、この被覆のうち所定部分を除去し、これによ
り露出した光ファイバ10の部分に光30を照射する。
図12では、光照射による屈折率上昇量の大きな部分が
符号22で示され、屈折率上昇量の小さな部分が符号2
4で示されている。グレーティング20は、この部分2
2および24が光ファイバ10の長手方向に沿って交互
に、かつ周期的に配置された領域と考えることができ
る。以上のようにして、光ファイバグレーティングの製
造が完了する。なお、以下では、こうして製造された光
ファイバグレーティングを表すために符号10を使用す
ることがある。
FIG. 12 shows a typical method of manufacturing such an optical waveguide grating. As shown in FIG. 12, the grating 20 is formed by preparing a silica-based optical fiber 10 in which Ge element oxide (GeO 2 ) is added to at least the core region, and using light 30 having a predetermined wavelength. By irradiating this optical fiber 10 with interference fringes,
It is formed by causing a change in refractive index according to the light energy intensity distribution of the interference fringes. The optical fiber 10
Normally, the optical fiber 10 is covered with a plastic layer (not shown), so that a predetermined portion of the coating is removed and the exposed portion of the optical fiber 10 is irradiated with light 30.
In FIG. 12, a portion having a large increase in the refractive index due to light irradiation is indicated by reference numeral 22, and a portion having a small increase in the refractive index is indicated by reference numeral 2.
4. The grating 20 has this part 2
2 and 24 can be considered as regions arranged alternately and periodically along the longitudinal direction of the optical fiber 10. As described above, the manufacture of the optical fiber grating is completed. In the following, reference numeral 10 may be used to represent the optical fiber grating manufactured as described above.

【0004】このような光導波路型グレーティングの用
途の一つとして、温度センサを挙げることができる。こ
の温度センサは、センシング部として光導波路型ブラッ
ググレーティングを備えており、ブラッグ波長が温度依
存性を持つことを利用して温度を計測する。より具体的
に述べると、この温度センサでは、温度計測の際にブラ
ッグ波長を測定し、この測定値を予め測定しておいたブ
ラッグ波長の温度依存性と対照することにより温度を求
める。
[0004] One of the uses of such an optical waveguide grating is a temperature sensor. This temperature sensor includes an optical waveguide type Bragg grating as a sensing unit, and measures temperature by utilizing the fact that the Bragg wavelength has temperature dependency. More specifically, in this temperature sensor, the Bragg wavelength is measured at the time of temperature measurement, and the temperature is obtained by comparing the measured value with the previously measured temperature dependence of the Bragg wavelength.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】従来から知られている
ように、光導波路型グレーティングは、時間の経過と共
にその特性を変化させる。これは、光導波路型グレーテ
ィングの経時劣化として知られており、ブラッググレー
ティングの場合は、任意の温度に対するブラッグ波長が
時間の経過と共に変化する(通常は、一律に短くな
る)。これは、光導波路型ブラッググレーティングをセ
ンシング部として備える温度センサの動作特性が時間の
経過と共に変化することを意味する。このようなブラッ
グ波長の経時変化が急激であると、例えば温度センサの
使用開始から1ヶ月後と3ヶ月後では、同一の温度に対
して異なるブラッグ波長が測定され、その結果、異なる
温度が計測されてしまう。
As is known in the art, the characteristics of an optical waveguide grating change over time. This is known as deterioration with time of the optical waveguide type grating. In the case of the Bragg grating, the Bragg wavelength for an arbitrary temperature changes with the passage of time (usually, it becomes shorter uniformly). This means that the operating characteristics of the temperature sensor having the optical waveguide type Bragg grating as the sensing unit change over time. If such a change with time of the Bragg wavelength is rapid, for example, one month and three months after the start of use of the temperature sensor, different Bragg wavelengths are measured for the same temperature, and as a result, different temperatures are measured. Will be done.

【0006】そこで、本発明は、動作特性の経時変化が
抑えられ、長期にわたって安定した動作を行うことの可
能な温度センサを提供することを課題とする。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a temperature sensor capable of suppressing a change over time in operating characteristics and performing stable operation for a long time.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明に係る温度センサ
は、所定の動作温度範囲および動作保証時間ならびに温
度分解能を有し、光導波路型グレーティングをセンシン
グ部として備える温度センサである。光導波路型グレー
ティングは、所定の条件で加速エージングされたもので
ある。このエージング条件は、この温度センサを動作温
度範囲中の最高動作温度で動作保証時間にわたって使用
したときに光導波路型グレーティングの経時劣化による
温度センサの温度ずれ量が温度分解能以下となるように
決定されている。このようなエージング条件で加速エー
ジングを施した光導波路型グレーティングがセンシング
部として使用されるので、本発明に係る温度センサで
は、光導波路型グレーティングの経時劣化による動作特
性の変動が十分に抑えられることになる。
SUMMARY OF THE INVENTION A temperature sensor according to the present invention has a predetermined operating temperature range, an operation guarantee time, and a temperature resolution, and includes an optical waveguide type grating as a sensing unit. The optical waveguide grating is obtained by accelerated aging under predetermined conditions. The aging condition is determined such that when the temperature sensor is used at the highest operating temperature in the operating temperature range for the operation assurance time, the temperature deviation of the temperature sensor due to the deterioration over time of the optical waveguide type grating is equal to or less than the temperature resolution. ing. Since the optical waveguide grating subjected to accelerated aging under such aging conditions is used as the sensing unit, the temperature sensor according to the present invention can sufficiently suppress the fluctuation of the operating characteristics due to the aging deterioration of the optical waveguide grating. become.

【0008】上記のエージング条件は、時間t、ならび
に温度に依存するパラメータAおよびαを用いてA・t
-αで表される光導波路型グレーティングの経時劣化曲
線を利用して決定することができる。また、パラメータ
αは、
[0008] The above aging condition is determined by using the time t and the parameters A and α depending on the temperature as A · t.
- it can be determined by using a time degradation curve of the optical waveguide grating represented by alpha. The parameter α is

【数3】 のように表すことができる。これらの式は十分な精度で
光導波路型グレーティングの経時劣化を表すことができ
るので、これらの式を用いてエージング条件を決定すれ
ば温度センサの温度ずれ量を確実に温度分解能以下に抑
えることができる。
(Equation 3) Can be expressed as Since these expressions can express the deterioration over time of the optical waveguide grating with sufficient accuracy, determining the aging conditions using these expressions will ensure that the temperature deviation of the temperature sensor can be suppressed below the temperature resolution. it can.

【0009】さらに、パラメータAは、Further, the parameter A is

【数4】 のように表すことができる。この式は、高温域における
光導波路型グレーティングの経時劣化を表すときに好適
に使用することができる。従って、この式を用いてエー
ジング条件を決定すれば、本発明に係る温度センサを比
較的高温で用いる場合にも温度センサの温度ずれ量を確
実に温度分解能以下に抑えることができる。
(Equation 4) Can be expressed as This equation can be suitably used when expressing the deterioration with time of the optical waveguide grating in a high temperature range. Therefore, if the aging condition is determined using this equation, the temperature deviation of the temperature sensor can be reliably suppressed to below the temperature resolution even when the temperature sensor according to the present invention is used at a relatively high temperature.

【0010】本発明に係る温度センサが備える光導波路
型グレーティングは、加速エージングの後にその表面が
エッチングされたものであってもよい。エッチングによ
り光導波路型グレーティングを表面の傷を除去すること
ができるので、温度センサを温度変動のある環境下に設
置した場合などの熱変形による光導波路の破損の危険性
を低減することができる。
[0010] The optical waveguide grating provided in the temperature sensor according to the present invention may have a surface etched after accelerated aging. Since the surface of the optical waveguide grating can be removed by etching, the risk of damage to the optical waveguide due to thermal deformation, such as when the temperature sensor is installed in an environment with temperature fluctuations, can be reduced.

【0011】また、光導波路型グレーティングは、耐熱
性の被覆材をその表面に備えているものであってもよ
い。このような光導波路型グレーティングを備える温度
センサは、比較的高い温度下でも好適に使用することが
できる。
Further, the optical waveguide type grating may be provided with a heat-resistant coating material on its surface. The temperature sensor provided with such an optical waveguide grating can be suitably used even at a relatively high temperature.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下では、図1
および図12に示される光ファイバ10を、ブラッググ
レーティング部を含む光導波路として光ファイバブラッ
ググレーティングまたは光ファイバグレーティング10
と呼ぶ。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the following, FIG.
And the optical fiber 10 shown in FIG. 12 as an optical waveguide including a Bragg grating portion, as an optical fiber Bragg grating or an optical fiber grating 10.
Call.

【0013】図1は、本実施形態の温度センサの全体構
成図である。図1に示される温度センサは、センシング
部としての光ファイバブラッググレーティング10と、
この光ファイバグレーティングに含まれるブラッググレ
ーティング部20の透過光スペクトラムを測定できるよ
うに光ファイバグレーティング10に接続された光スペ
クトラム測定システム5とを備えている。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of the temperature sensor of the present embodiment. The temperature sensor shown in FIG. 1 includes an optical fiber Bragg grating 10 as a sensing unit,
An optical spectrum measuring system 5 is connected to the optical fiber grating 10 so that the transmitted light spectrum of the Bragg grating unit 20 included in the optical fiber grating can be measured.

【0014】光スペクトラム測定システム5は、光源1
00、スペクトラムアナライザ300、コンピュータ4
00、およびコンピュータディスプレイ500を備えて
いる。光源100は、所定の波長帯にわたる光を生成し
て出力する。光源100には光ファイバグレーティング
10の一端部21が光学的に接続されており、光源10
0の出力光が光ファイバグレーティング10に入射する
ようになっている。光ファイバグレーティング10は、
横断面が円形のコアを有するシングルモードの光ファイ
バであり、光ファイバグレーティング10の一定部分2
0にはブラッググレーティングが形成されている。この
グレーティング部20では、光ファイバグレーティング
10の伝搬光のうちブラッグ波長を中心とした狭帯域の
光が反射される。光源100は、このブラッグ波長を含
む波長帯の光を出力するように構成されている。光ファ
イバグレーティング10の端部23にはスペクトラムア
ナライザ300が光学的に接続されており、光源100
からの光のうちブラッググレーティング部20を透過し
た光がスペクトラムアナライザ300に入射するように
なっている。スペクトラムアナライザ300にはコンピ
ュータ400が電気的に接続されており、スペクトラム
アナライザ300の出力がコンピュータ400に送られ
るようになっている。コンピュータ400にはコンピュ
ータディスプレイ500が電気的に接続されており、コ
ンピュータ400の演算結果がディスプレイ500に表
示されるようになっている。
The optical spectrum measuring system 5 includes a light source 1
00, spectrum analyzer 300, computer 4
00, and a computer display 500. The light source 100 generates and outputs light over a predetermined wavelength band. One end 21 of the optical fiber grating 10 is optically connected to the light source 100,
0 is incident on the optical fiber grating 10. The optical fiber grating 10
A single-mode optical fiber having a circular cross-section core and a fixed portion 2 of the optical fiber grating 10.
At 0, a Bragg grating is formed. The grating section 20 reflects narrow-band light centered on the Bragg wavelength among the light propagated through the optical fiber grating 10. The light source 100 is configured to output light in a wavelength band including the Bragg wavelength. A spectrum analyzer 300 is optically connected to the end 23 of the optical fiber grating 10,
Out of the light transmitted through the Bragg grating unit 20 is incident on the spectrum analyzer 300. A computer 400 is electrically connected to the spectrum analyzer 300, and the output of the spectrum analyzer 300 is sent to the computer 400. A computer display 500 is electrically connected to the computer 400, and a calculation result of the computer 400 is displayed on the display 500.

【0015】この温度センサでは、温度計測の際に光源
100から光が出力され、グレーティング部20を透過
した光のスペクトラムがスペクトラムアナライザ300
によって検出される。この検出データはコンピュータ4
00に送られ、コンピュータ400は、このデータに基
づいてグレーティング部20のブラッグ波長を算出す
る。このコンピュータ400は、事前に測定されたブラ
ッグ波長の温度依存性を表す関数が記憶された内蔵ハー
ドディスク装置を備えており、ブラッグ波長を算出した
後、その値を温度依存性関数に代入して温度を算出す
る。この温度値は、コンピュータディスプレイ500に
表示されるので、温度センサの使用者は温度計測値を知
ることができる。
In this temperature sensor, light is output from the light source 100 at the time of temperature measurement, and the spectrum of the light transmitted through the grating unit 20 is converted to a spectrum analyzer 300.
Is detected by This detection data is stored in computer 4
00, the computer 400 calculates the Bragg wavelength of the grating section 20 based on this data. The computer 400 has a built-in hard disk drive in which a function representing the temperature dependence of the Bragg wavelength measured in advance is stored. After calculating the Bragg wavelength, the value is substituted into the temperature dependence function to calculate the temperature. Is calculated. This temperature value is displayed on the computer display 500, so that the user of the temperature sensor can know the measured temperature value.

【0016】なお、本実施形態では、グレーティング部
20の透過光スペクトラムを検出することによってブラ
ッグ波長を求めるように温度センサを構成したが、グレ
ーティング部20の反射光スペクトラムを検出すること
によってブラッグ波長を求める構成としてもよい。具体
的には、光源100とグレーティング部20との間に光
カプラを設置し、この光カプラにスペクトラムアナライ
ザ300、コンピュータ400およびコンピュータディ
スプレイ500を順次に接続する。こうすることでグレ
ーティング部20のブラッグ反射戻り光を光カプラを介
してスペクトラムアナライザ300に導くことができ、
反射戻り光のスペクトラムを検出してブラッグ波長を求
めることができる。
In this embodiment, the temperature sensor is configured to determine the Bragg wavelength by detecting the transmitted light spectrum of the grating unit 20, but the Bragg wavelength is determined by detecting the reflected light spectrum of the grating unit 20. The required configuration may be adopted. Specifically, an optical coupler is provided between the light source 100 and the grating unit 20, and the spectrum analyzer 300, the computer 400, and the computer display 500 are sequentially connected to the optical coupler. By doing so, the Bragg reflected return light of the grating section 20 can be guided to the spectrum analyzer 300 via the optical coupler,
The Bragg wavelength can be obtained by detecting the spectrum of the reflected return light.

【0017】本実施形態で用いられる光ファイバグレー
ティング10は、加速エージング処理を施したものであ
る。加速エージングとは、光導波路型グレーティングの
製造後に通常は加熱処理を行うことによって光導波路型
グレーティングの経時劣化を加速させて進行させる処理
である。通常、経時劣化は、光導波路型グレーティング
の製造完了時に近い時点ほど急激であり、製造から時間
が経過するにつれて単調に緩やかになる。従って、加速
エージングを行って経時劣化を強制的に進行させること
により、急激な経時劣化を回避して光導波路型グレーテ
ィングの動作特性を安定化させることができる。
The optical fiber grating 10 used in this embodiment has been subjected to accelerated aging. Accelerated aging is a process in which a heat treatment is usually performed after the production of an optical waveguide grating to accelerate and progress the aging degradation of the optical waveguide grating. Normally, the deterioration with time is sharper at a point near the completion of the manufacture of the optical waveguide grating, and becomes monotonically gradual as time elapses from the manufacture. Therefore, by performing accelerated aging and forcing deterioration with time to proceed, it is possible to avoid rapid deterioration with time and to stabilize the operating characteristics of the optical waveguide grating.

【0018】光ファイバグレーティング10の加速エー
ジングを実行するためにはエージングの条件、具体的に
は加熱処理の温度および時間を予め決定する必要があ
る。以下では、このようなエージング条件の決定方法を
説明する。
In order to execute accelerated aging of the optical fiber grating 10, it is necessary to determine the aging conditions, specifically, the temperature and time of the heat treatment in advance. Hereinafter, a method for determining such an aging condition will be described.

【0019】本実施形態では、光ファイバグレーティン
グの規格化屈折率差η(このパラメータについては後で
説明する)の経時変化を表す式として、
In the present embodiment, an equation representing a temporal change of the normalized refractive index difference η of the optical fiber grating (this parameter will be described later) is as follows:

【数5】 を想定する。ここで、tは時間を表しており、Aおよび
αはそれぞれ温度の関数である。規格化屈折率差ηは、
グレーティング部を形成した後の所定時刻(基準時刻)
から時間t経過後のグレーティング部の屈折率差を、こ
の基準時刻におけるグレーティング部の屈折率差で規格
化することにより得られる値である。すなわち、η=
(基準時刻から時間t経過後の屈折率差)/(基準時刻
における屈折率差)である。ここで、屈折率差とは、グ
レーティング部の屈折率の最大値と最小値の差を表す。
多くの場合、グレーティング部の形成が完了してから十
分に短い時間間隔で屈折率差を測定すれば屈折率差の経
時変化は十分に小さいので、測定された屈折率差は、グ
レーティング部の形成完了時の屈折率差に等しいとみな
すことができる。従って、このように測定された屈折率
差を規格化の基準とする規格化屈折率差ηは、(グレー
ティング部の形成完了時から時間t経過後の屈折率差)
/(グレーティング部の形成完了時の屈折率差)を表す
と考えることができる。
(Equation 5) Is assumed. Here, t represents time, and A and α are each a function of temperature. The normalized refractive index difference η is
Predetermined time after forming grating part (reference time)
This is a value obtained by normalizing the difference in the refractive index of the grating portion after a lapse of time t from the difference in the refractive index of the grating portion at this reference time. That is, η =
(Refractive index difference after elapse of time t from reference time) / (refractive index difference at reference time). Here, the difference in the refractive index indicates the difference between the maximum value and the minimum value of the refractive index of the grating portion.
In many cases, if the refractive index difference is measured at a sufficiently short time interval after the formation of the grating portion, the change over time of the refractive index difference is sufficiently small. It can be considered equal to the refractive index difference at completion. Therefore, the normalized refractive index difference η using the refractive index difference thus measured as a standard for standardization is (the refractive index difference after a lapse of time t from the completion of the formation of the grating portion).
/ (Refractive index difference at the completion of the formation of the grating portion).

【0020】図2および図3は、様々な温度におけるグ
レーティング部の規格化屈折率差ηの実測値を示すとと
もに、その実測値を(1)式でフィッティングした曲線
を示すグラフである。測定に用いられたグレーティング
部は、図12に示されるように、コアにGeO2が添加
された石英系光ファイバに紫外光を照射することにより
光ファイバ中に書き込まれたものである。
FIGS. 2 and 3 are graphs showing measured values of the normalized refractive index difference η of the grating portion at various temperatures and showing curves obtained by fitting the measured values by the equation (1). As shown in FIG. 12, the grating portion used for the measurement was written in the optical fiber by irradiating the silica-based optical fiber with GeO 2 added to the core with ultraviolet light.

【0021】具体的には、図2は、温度120℃、17
0℃、220℃および280℃それぞれにおけるグレー
ティング部の規格化屈折率差ηの経時劣化を示してお
り、図3は、温度75℃、85℃、100℃および12
0℃それぞれにおけるグレーティング部の規格化屈折率
差ηの経時劣化を、より長い期間にわたって示してい
る。これらの図において、図中の各点は、規格化屈折率
差ηの実測値を示し、実線は、その実測値を(1)式で
フィッティングした曲線である。規格化屈折率差ηは、
グレーティングの屈折率差Δnを、グレーティングの書
き込み後、光ファイバグレーティングを上記の温度に加
熱する前に測定した屈折率差Δn0で規格化することに
より求めることができる。すなわち、
More specifically, FIG.
FIG. 3 shows the time-dependent deterioration of the normalized refractive index difference η of the grating portion at 0 ° C., 220 ° C., and 280 ° C., respectively.
The time-dependent deterioration of the normalized refractive index difference η of the grating portion at each 0 ° C. is shown over a longer period. In these figures, each point in the figures shows the measured value of the normalized refractive index difference η, and the solid line is a curve obtained by fitting the measured value with the equation (1). The normalized refractive index difference η is
The refractive index difference Δn of the grating can be determined by normalizing the refractive index difference Δn0 measured after writing the grating and before heating the optical fiber grating to the above temperature. That is,

【数6】 である。(Equation 6) It is.

【0022】これらの図に示されるように、実測値とフ
ィッティング曲線とは極めて良く一致している。特に、
温度100℃以上では実測値と(2)式の曲線との相関
係数が0.94以上であり、良好な結果が得られてい
る。以上のように、規格化屈折率差ηの温度依存性およ
び時間依存性は、(1)式によって好適に表されること
が判る。
As shown in these figures, the measured values and the fitting curve are in very good agreement. In particular,
At a temperature of 100 ° C. or higher, the correlation coefficient between the actually measured value and the curve of the equation (2) is 0.94 or higher, and good results are obtained. As described above, it is understood that the temperature dependence and the time dependence of the normalized refractive index difference η are suitably represented by the expression (1).

【0023】図4は、図2および図3に示されるフィッ
ティング曲線についてのパラメータAおよびαそれぞれ
を各温度に対して示した図表である。この図表の各列そ
れぞれは、順に、摂氏温度、絶対温度、絶対温度の逆
数、パラメータαおよびパラメータAを示している。こ
の表に示されるように、パラメータAは、温度に依らず
一定の値(ほぼ1)となっている。
FIG. 4 is a table showing parameters A and α for the fitting curves shown in FIGS. 2 and 3 at respective temperatures. Each column of this chart indicates, in order, a temperature in degrees Celsius, an absolute temperature, a reciprocal of the absolute temperature, a parameter α, and a parameter A. As shown in this table, the parameter A has a constant value (almost 1) regardless of the temperature.

【0024】次に、パラメータαの温度依存性について
考察する。図5は、上記測定により求められたパラメー
タαと絶対温度Tとの関係を示すグラフである。この図
において、縦軸は、パラメータαを対数表記したもので
あり、横軸は、絶対温度Tの逆数(1/T)である。こ
の図の上部目盛りには、参考のため摂氏温度も示されて
いる。この図から判るように、パラメータαは、絶対温
度Tに対してアレニウス則に良く従っている。従って、
パラメータαは、以下の一般式
Next, the temperature dependence of the parameter α will be considered. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the parameter α obtained by the above measurement and the absolute temperature T. In this figure, the vertical axis represents the parameter α in logarithmic notation, and the horizontal axis represents the reciprocal (1 / T) of the absolute temperature T. The upper scale of this figure also shows the temperature in degrees Celsius for reference. As can be seen from this figure, the parameter α well follows the Arrhenius law for the absolute temperature T. Therefore,
The parameter α is expressed by the following general formula

【数7】 で近似的に表現することができる。上式において、α0
およびEαは温度に依存しない定数であり、Tは絶対温
度である。上記測定の結果によれば、α0は2.791
4、Eαは1963.2である。従って、活性化エネル
ギとして、16.32kJ/molが得られる。
(Equation 7) Can be approximately expressed by In the above equation, α0
And Eα are temperature independent constants, and T is the absolute temperature. According to the result of the above measurement, α0 is 2.791
4. Eα is 1963.2. Therefore, 16.32 kJ / mol is obtained as the activation energy.

【0025】図6および図7は、図2および図3に示さ
れるものよりも広い温度範囲にわたって測定されたグレ
ーティングの規格化屈折率差ηの経時変化を示すグラフ
である。具体的には、図6は、温度100℃、120
℃、140℃、170℃、220℃および280℃それ
ぞれにおける規格化屈折率差ηの経時劣化を示し、図7
は、温度400℃、500℃、600℃、700℃およ
び800℃それぞれにおける規格化屈折率差ηの経時劣
化を示している。これらの図において、図中の各点は、
規格化屈折率差ηの実測値を示し、実線は、その実測値
を(1)式でフィッティングした線である。図6および
図7の縦軸および横軸は対数表記されているので、実測
値をフィッティングした線は直線となっている。
FIGS. 6 and 7 are graphs showing the change over time of the normalized refractive index difference η of the grating measured over a wider temperature range than those shown in FIGS. Specifically, FIG.
7 shows the time-dependent deterioration of the normalized refractive index difference η at 140 ° C., 140 ° C., 170 ° C., 220 ° C. and 280 ° C., respectively.
Shows the time-dependent deterioration of the normalized refractive index difference η at the temperatures of 400 ° C., 500 ° C., 600 ° C., 700 ° C., and 800 ° C. In these figures, each point in the figures is
The measured value of the normalized refractive index difference η is shown, and the solid line is a line obtained by fitting the measured value by the equation (1). Since the vertical and horizontal axes in FIGS. 6 and 7 are expressed in logarithms, the lines obtained by fitting the measured values are straight lines.

【0026】図8は、図6および図7のフィッティング
線に対応するパラメータAおよびαと温度との関係を示
すグラフである。このグラフに示されるように、約30
0℃以下の温度では、パラメータAは実質的に温度に依
存せず、ほぼ1である。また、αは絶対温度Tに対して
アレニウス則に良く従っており、上記(3)式で表現す
ることができる。図6および図7中の実測値によれば、
α0は1.4131、Eαは1633である。これらの
値が図2および図3中の実測値から求められた上記の値
と異なっているのは、フィッティングを行った温度範囲
が異なるためである。
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the parameters A and α corresponding to the fitting lines in FIGS. 6 and 7 and the temperature. As shown in this graph, about 30
At temperatures below 0 ° C., parameter A is substantially independent of temperature and is approximately unity. Α well follows the Arrhenius law with respect to the absolute temperature T, and can be expressed by the above equation (3). According to the measured values in FIGS. 6 and 7,
α0 is 1.4131 and Eα is 1633. These values are different from the above values obtained from the actually measured values in FIGS. 2 and 3 because the temperature range in which the fitting is performed is different.

【0027】図2〜図8に示されるように、上記(1)
式は75℃〜800℃の幅広い温度範囲にわたって光フ
ァイバグレーティングの経時劣化を適切に表現すること
ができる。また、(1)式に含まれるパラメータαは、
この温度範囲においてアレニウス型の温度依存性を示
す。
As shown in FIGS. 2 to 8, the above (1)
The equation can properly express the aging of the optical fiber grating over a wide temperature range from 75 ° C to 800 ° C. The parameter α included in the equation (1) is
In this temperature range, an Arrhenius-type temperature dependence is exhibited.

【0028】光ファイバグレーティングの経時劣化を上
記(1)式で表す場合、300℃以下の温度では、パラ
メータAを温度依存性を持たない一定値(ここでは1)
と考えることができる。しかしながら、300℃を超え
る温度も考慮する必要がある場合は、パラメータAを1
と考えることは適切ではない。そこで、本発明者は、η
が無次元のパラメータであることを考慮し、時間の次元
を持つパラメータτを導入してA=ταのように表現す
ることを考えた。すなわち、
In the case where the deterioration over time of the optical fiber grating is represented by the above equation (1), at a temperature of 300 ° C. or less, the parameter A is a constant value having no temperature dependency (here, 1).
Can be considered. However, if it is necessary to consider temperatures above 300 ° C.,
It is not appropriate to think. Therefore, the present inventor proposes that η
Is a non-dimensional parameter, and a parameter τ having a time dimension is introduced to express as A = τα. That is,

【数8】 である。(Equation 8) It is.

【0029】パラメータτは、本発明者が測定を行った
温度範囲75℃〜800℃において、パラメータαと同
様にアレニウス型の温度依存性を示す。すなわち、τ
は、次の式のように表される。
The parameter τ shows an Arrhenius-type temperature dependence in the same temperature range as the parameter α in the temperature range of 75 ° C. to 800 ° C. where the inventor performed the measurement. That is, τ
Is represented by the following equation.

【0030】[0030]

【数9】 ここで、τ0およびEτは、温度に依存しない定数であ
る。
(Equation 9) Here, τ0 and Eτ are constants independent of temperature.

【0031】図9は、パラメータαと温度との関係を示
すグラフであり、図10は、パラメータτと温度との関
係を示すグラフである。各図の中の各点は、それぞれα
およびτの実測値を示し、実線は、その実測値をそれぞ
れ(3)および(5)式でフィッティングした線であ
る。図9においてα0=1.4131、Eα=163
3.3であり、図10においてτ0=3.358e−6
(分)、Eτ=−6483.4である。なお、図10に
示されるτの実測値は、αおよびAの実測値を求め、A
=ταの関係を用いて求めたものである。
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the parameter α and the temperature, and FIG. 10 is a graph showing the relationship between the parameter τ and the temperature. Each point in each figure is α
And τ are shown, and the solid line is a line obtained by fitting the measured values by the equations (3) and (5), respectively. In FIG. 9, α0 = 1.4131, Eα = 163
3.3, and τ0 = 3.358e−6 in FIG.
(Min), Eτ = −6483.4. Note that the measured values of τ shown in FIG.
= Τα.

【0032】(1)式のパラメータAを一定値とみなす
ことが不適切な高温環境下で使用する温度センサが必要
な場合には、光導波路型グレーティングの経時劣化曲線
を(4)式のように定めてエージング条件を決定するこ
とが適切である。
When it is necessary to use a temperature sensor in a high-temperature environment where it is inappropriate to regard the parameter A of the equation (1) as a constant value, the time-dependent deterioration curve of the optical waveguide type grating is expressed by the equation (4). It is appropriate to determine the aging condition in accordance with

【0033】図11は、加速エージングを行った後の経
時劣化を(4)式を用いて予測する方法を説明するため
の図である。この図において、T1は、加速エージング
のための加熱処理の温度を表し、T2は、温度センサの
動作温度の上限、すなわち最高動作温度を表している。
なお、本実施形態ではT1>T2である。図11中の1
本の実線は、加熱温度T1で光ファイバグレーティング
に加速エージングを施し、その後、光ファイバグレーテ
ィングを最高動作温度T2の環境に置いた場合の規格化
屈折率差ηの経時変化を示している。また、図11中の
2本の一点鎖線は、グレーティング部の形成後、光ファ
イバグレーティングをそれぞれ温度T1およびT2の環
境に置いた場合の規格化屈折率差ηの経時変化を上記
(4)、(3)および(5)式に基づいて予測した結果
を示している。
FIG. 11 is a diagram for explaining a method of predicting the deterioration with time after performing the accelerated aging using the equation (4). In this figure, T1 represents the temperature of the heat treatment for accelerated aging, and T2 represents the upper limit of the operating temperature of the temperature sensor, that is, the maximum operating temperature.
In this embodiment, T1> T2. 1 in FIG.
The solid line shows the change over time of the normalized refractive index difference η when accelerated aging is performed on the optical fiber grating at the heating temperature T1 and then the optical fiber grating is placed in the environment of the maximum operating temperature T2. Further, two dashed lines in FIG. 11 indicate the change over time of the normalized refractive index difference η when the optical fiber grating is placed in the environment of the temperatures T1 and T2, respectively, after the formation of the grating portion. The results predicted based on equations (3) and (5) are shown.

【0034】まず、加速エージング(加熱温度T1、加
熱時間t1のもとでの加熱処理)が完了した時の規格化
屈折率差の値η1を予測する。このη1は、上記(4)
式に基づく次の式
First, a value η1 of the normalized refractive index difference when the accelerated aging (heating treatment under the heating temperature T1 and the heating time t1) is completed is predicted. This η1 is calculated by the above (4)
The next expression based on the expression

【数10】 を用いて求めることができる。ここで、τT1およびαT1
は、それぞれ(5)および(3)式に従って、
(Equation 10) Can be obtained by using Where τ T1 and α T1
Is, according to equations (5) and (3), respectively:

【数11】 のように表される。[Equation 11] It is represented as

【0035】続いて、グレーティング部の形成後にエー
ジングを行わずに最高動作温度T2の環境に光ファイバ
グレーティングを置いたと仮定した場合に規格化屈折率
差ηが上記の値η1となるのに要する時間t2(図11
を参照)を求める。この時間t2の値は、以下の式から
求めることができる。
Subsequently, when it is assumed that the optical fiber grating is placed in the environment of the maximum operating temperature T2 without aging after the formation of the grating portion, the time required for the normalized refractive index difference η to become the above value η1. t2 (FIG. 11)
See). The value of the time t2 can be obtained from the following equation.

【0036】[0036]

【数12】 この式は、上述した時間t2の定義および上記(3)〜
(5)式から導くことができる。
(Equation 12) This equation is based on the definition of the time t2 described above and the above (3) to
It can be derived from equation (5).

【0037】図11の実線に示される規格化屈折率差η
の経時変化は、時刻t1以前は温度T1での経時変化に
一致し、時刻t1より後(エージング処理後)は、温度
T2での経時変化のうち規格化屈折率差ηがη1になっ
た後の変化、すなわち時刻t2より後の変化に実質的に
一致する。このため、温度T2での経時変化のうち時刻
t2から時刻t2+t3(t3は温度センサの動作保証
時間)までの間に生じるηの経時変化量を予測すれば、
エージング終了後に最高動作温度T2のもとで動作保証
時間t3が経過したときのηの経時変化量を予測したこ
とになる。
The normalized refractive index difference η shown by the solid line in FIG.
Before the time t1 coincides with the temporal change at the temperature T1, and after the time t1 (after the aging treatment), after the normalized refractive index difference η becomes η1 among the temporal changes at the temperature T2. , Ie, a change after time t2. For this reason, if the amount of change in η occurring over time from time t2 to time t2 + t3 (t3 is the operation guarantee time of the temperature sensor) of the change with time at temperature T2 is predicted,
This means that the amount of change in η with time when the operation assurance time t3 has elapsed under the maximum operating temperature T2 after aging has been completed is predicted.

【0038】従って、最高動作温度T2のもとでの動作
保証時間t3の経過によるηの経時変化量δηは、
(4)式を用いると、
Therefore, the amount of change η of η with the passage of the operation guarantee time t3 at the maximum operating temperature T2 is as follows:
Using equation (4),

【数13】 のように表される。ここで、(Equation 13) It is represented as here,

【数14】 である。また、t2は上記(9)式に表されるとおりで
ある。これらの式(10)〜(12)を用いればδηを
予測することができる。
[Equation 14] It is. Further, t2 is as represented by the above equation (9). By using these equations (10) to (12), δη can be predicted.

【0039】一方、(2)式から、On the other hand, from the equation (2),

【数15】 が成り立つ。ここで、δ(Δn)は、最高動作温度T2
のもとでの動作保証時間t3の経過によるグレーティン
グ部の屈折率差Δnの経時変化量である。また、本実施
形態では、ブラッグ波長λB
(Equation 15) Holds. Here, δ (Δn) is the maximum operating temperature T2
Is the amount of change with time of the refractive index difference Δn of the grating part due to the elapse of the operation assurance time t3 under the following conditions. In the present embodiment, the Bragg wavelength λ B is

【数16】 のように表されるものと考える。ここで、Λはグレーテ
ィング部の周期、nはグレーティング部が形成される前
の光導波路の実効屈折率である。この場合、温度T2の
もとで時間t3が経過したときのブラッグ波長λBの経
時変化量δλBを、時刻t2におけるブラッグ波長λ
B(t=t2)で規格化すると、
(Equation 16) Think of it as: Here, Λ is the period of the grating portion, and n is the effective refractive index of the optical waveguide before the grating portion is formed. In this case, the time-dependent change amount δλ B of the Bragg wavelength λ B when the time t 3 has elapsed under the temperature T 2 is calculated by using the Bragg wavelength λ at the time t 2.
When standardized by B (t = t2),

【数17】 となる。上記の近似では、Δnがnに対して十分に小さ
いこと、およびnは実質的に不変であることを利用し
た。(13)および(15)式を組み合わせると、
[Equation 17] Becomes The above approximation took advantage of Δn being sufficiently small relative to n and that n is substantially invariant. Combining equations (13) and (15) gives:

【数18】 となる。(Equation 18) Becomes

【0040】δλBに対応して温度センサが示す温度の
経時的なずれが生じる。(16)式で表されるδλB
対応する温度ずれ量δTdは、エージング終了後に光フ
ァイバグレーティングのブラッグ波長の温度依存性を調
べておき、この温度依存性とδλBを対照することで求
めることができる。具体的には、ブラッグ波長の温度依
存性が関数Td=aλB(ここで、aは定数)で表される
場合、温度ずれ量δTdは、
There is a time-dependent shift in the temperature indicated by the temperature sensor corresponding to δλ B. The temperature shift amount δT d corresponding to δλ B expressed by the equation (16) is obtained by examining the temperature dependence of the Bragg wavelength of the optical fiber grating after aging, and comparing this temperature dependence with δλ B. You can ask. Specifically, when the temperature dependence of the Bragg wavelength is represented by a function T d = aλ B (where a is a constant), the temperature deviation amount δT d is

【数19】 のように表される。[Equation 19] It is represented as

【0041】本実施形態では、この温度ずれ量δTd
温度センサの温度分解能TR以下となるように、すなわ
[0041] In this embodiment, as the temperature shift amount? T d is equal to or less than the temperature resolution T R of the temperature sensor, i.e.

【数20】 が満足されるようにエージング条件を定める。(18)
式に(16)および(17)式を代入すると、
(Equation 20) The aging condition is determined so that is satisfied. (18)
Substituting equations (16) and (17) into the equation,

【数21】 となる。(19)式の右辺を構成する各パラメータは、
所定の値または測定によって予め知ることのできる値で
ある。この右辺がδηのしきい値δηthである。上記に
示されるように、このしきい値δηthは、本実施形態の
温度センサを最高動作温度の環境下に動作保証時間にわ
たって置いたときの温度ずれ量が温度センサの所定の温
度分解能以下となるように決定されたものである。
(Equation 21) Becomes Each parameter constituting the right side of the equation (19) is
This is a predetermined value or a value that can be known in advance by measurement. This right side is the threshold value δη th of δη. As described above, this threshold value δη th is such that the temperature deviation amount when the temperature sensor of the present embodiment is placed in the environment of the maximum operating temperature for the operation guarantee time is equal to or less than the predetermined temperature resolution of the temperature sensor. It was decided to be.

【0042】本実施形態では、エージング条件を定める
にあたって、上記(19)式を満足するようなエージン
グ完了時の規格化屈折率差η1の値を求める。ここで、
(19)式の左辺は、上記(10)〜(12)式を用い
て表され、(10)式に現れるt2は(9)式のように
表されることに注意すべきである。次いで、規格化屈折
率差ηがこのようにして決定された値η1に到達するま
で光導波路型グレーティングの加速エージング、すなわ
ち加熱処理を行う。これは、規格化屈折率差ηをモニタ
しながら加熱処理を行うことで実現することができる。
また、(6)式ならびに(7)および(8)式を利用し
て、上記のように求めたη1の値を得ることができるt
1およびT1の値を求め、これらの値をそれぞれ加熱時
間および加熱温度として加熱処理を行ってもよい。この
ようにして加速エージングされた光導波路型グレーティ
ングを用いて本実施形態の温度センサを構成すれば、経
時的な温度ずれ量が温度分解能以下に抑えられた温度セ
ンサを得ることができる。
In this embodiment, in determining the aging condition, the value of the normalized refractive index difference η1 at the time of completion of aging that satisfies the above equation (19) is obtained. here,
It should be noted that the left side of Expression (19) is expressed by using Expressions (10) to (12), and t2 appearing in Expression (10) is expressed by Expression (9). Next, accelerated aging of the optical waveguide grating, that is, heat treatment is performed until the normalized refractive index difference η reaches the value η1 determined in this manner. This can be realized by performing the heat treatment while monitoring the normalized refractive index difference η.
Further, the value of η1 obtained as described above can be obtained by using equation (6) and equations (7) and (8).
The values of 1 and T1 may be determined, and the heat treatment may be performed using these values as the heating time and the heating temperature, respectively. If the temperature sensor according to the present embodiment is configured using the optical waveguide grating that has been accelerated and aged as described above, it is possible to obtain a temperature sensor in which the amount of time-dependent temperature deviation is suppressed to the temperature resolution or less.

【0043】このように、本実施形態の温度センサは、
このようなエージング処理が施された光ファイバグレー
ティングをセンシング部として備えているので、最高動
作温度のもとでの動作保証時間にわたる温度ずれ量が温
度分解能以下に抑えられ、動作保証時間にわたって十分
な精度を維持することができる。また、本実施形態の温
度センサが備える光ファイバグレーティングは、上記
(4)式で表されるような十分な精度の経時劣化曲線に
基づいて決定された条件のもとで加速エージング処理が
施されているので、温度センサの温度ずれ量は確実に温
度分解能以下に抑えられる。
As described above, the temperature sensor of this embodiment is
Since the optical fiber grating subjected to such aging processing is provided as a sensing unit, the amount of temperature deviation over the operation guarantee time at the maximum operating temperature is suppressed to the temperature resolution or less, and the sufficient time over the operation guarantee time is obtained. Accuracy can be maintained. The optical fiber grating included in the temperature sensor according to the present embodiment is subjected to the accelerated aging process under the conditions determined based on the time-dependent deterioration curve with sufficient accuracy as expressed by the above equation (4). Therefore, the amount of temperature deviation of the temperature sensor can be surely suppressed to the temperature resolution or less.

【0044】本発明は上記実施形態に限られるものでは
なく、種々の変形が可能である。例えば、光導波路型グ
レーティングのグレーティング部を含む領域の被覆を除
去し(図1に示される方法のように、グレーティングの
形成時に被覆を除去している場合は、そのままの状態
で)、光導波路表面をエッチングすることによって表面
の傷を除去した光導波路型グレーティングを用いること
も可能である。このように光導波路型グレーティングを
表面の傷を除去してから温度センサに使用すれば、温度
センサを温度変動のある環境下に設置した場合などの熱
変形による光導波路の破損の危険性を低減することがで
きる。この場合、光導波路型グレーティングに再び被覆
を設けることなく温度センサのセンシング部として使用
しても十分な信頼性を得ることができる。
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible. For example, the coating of the region including the grating portion of the optical waveguide type grating is removed (if the coating is removed during the formation of the grating as in the method shown in FIG. 1), the surface of the optical waveguide is removed. It is also possible to use an optical waveguide type grating from which surface flaws are removed by etching. If the optical waveguide grating is used as a temperature sensor after removing the surface damage in this way, the risk of damage to the optical waveguide due to thermal deformation, such as when the temperature sensor is installed in an environment with temperature fluctuations, is reduced. can do. In this case, sufficient reliability can be obtained even when the optical waveguide type grating is used as a sensing unit of a temperature sensor without providing a coating again.

【0045】また、温度センサを比較的高い温度のもと
で使用する場合は、光導波路型グレーティングのグレー
ティング部を含む領域の被覆を耐熱性の材料で構成する
とよい。被覆の材料としては、耐熱ファイバなどで一般
的に使用されているものを任意に使用することができ、
例えばポリイミド樹脂や金属を使用することができる。
When the temperature sensor is used at a relatively high temperature, it is preferable to cover the region including the grating portion of the optical waveguide type grating with a heat resistant material. As the material of the coating, those generally used in heat-resistant fibers and the like can be arbitrarily used,
For example, a polyimide resin or a metal can be used.

【0046】[0046]

【実施例】本発明者は、反射率99.999%の光ファ
イバグレーティングに600℃、24時間の熱付与を行
って加速エージング処理を施した。この結果、グレーテ
ィングの屈折率差が減少し、光ファイバグレーティング
の反射率が30%に低下した。この処理済の光ファイバ
グレーティングを用いて図1に示される温度センサを構
成し、この温度センサを450℃(最高動作温度)以下
に保持された温度環境下に1年間(動作保証時間)にわ
たって置いたところ、経時変化による温度ずれ量が0.
015nmと測定された。光ファイバグレーティングの
ブラッグ波長の温度依存性は、通常、0.01〜0.0
25nm/℃なので、目標とする温度分解能1.5℃を
確保することができた。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The inventor of the present invention applied accelerated aging to an optical fiber grating having a reflectivity of 99.999% by applying heat at 600 ° C. for 24 hours. As a result, the difference in the refractive index of the grating was reduced, and the reflectance of the optical fiber grating was reduced to 30%. The temperature sensor shown in FIG. 1 is constituted by using the processed optical fiber grating, and this temperature sensor is placed in a temperature environment maintained at 450 ° C. (maximum operating temperature) or lower for one year (operation guarantee time). As a result, the amount of temperature deviation due to the change with time was 0.
It was measured to be 015 nm. The temperature dependence of the Bragg wavelength of an optical fiber grating is usually 0.01 to 0.0
Since it was 25 nm / ° C., a target temperature resolution of 1.5 ° C. could be secured.

【0047】[0047]

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
係る温度センサは、最高動作温度のもとでの動作保証時
間にわたる使用時に温度ずれ量が温度分解能以下となる
ように決定された条件で加速エージングを施した光導波
路型グレーティングをセンシング部として備えているの
で、動作特性の経時変化が抑えられ、長期にわたって安
定した動作を行うことができる。
As described above in detail, the temperature sensor according to the present invention is determined such that the temperature deviation amount is equal to or less than the temperature resolution when the temperature sensor is used over the operation guarantee time at the maximum operating temperature. Since the optical waveguide type grating subjected to accelerated aging under the conditions is provided as a sensing unit, a change over time in operation characteristics is suppressed, and stable operation can be performed for a long period of time.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本実施形態の温度センサの構成を示す概略図で
ある。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a temperature sensor according to an embodiment.

【図2】温度120℃、170℃、220℃および28
0℃それぞれにおけるグレーティングの規格化屈折率差
ηの経時劣化を示すグラフである。
FIG. 2: Temperatures of 120 ° C., 170 ° C., 220 ° C. and 28
It is a graph which shows the time-dependent degradation of the normalized refractive index difference η of the grating at each 0 ° C.

【図3】温度75℃、85℃、100℃および120℃
それぞれにおけるグレーティングの規格化屈折率差ηの
経時劣化を示すグラフである。
FIG. 3. Temperatures of 75 ° C., 85 ° C., 100 ° C. and 120 ° C.
4 is a graph showing the time-dependent deterioration of the normalized refractive index difference η of the grating in each case.

【図4】図2および図3に示されるフィッティング曲線
についてのパラメータAおよびnを各温度に対して示し
た図表である。
FIG. 4 is a table showing parameters A and n for the fitting curves shown in FIGS. 2 and 3 at respective temperatures.

【図5】パラメータαと温度との関係を示すグラフであ
る。
FIG. 5 is a graph showing a relationship between a parameter α and a temperature.

【図6】温度100℃、120℃、140℃、170
℃、220℃および280℃それぞれにおけるグレーテ
ィングの規格化屈折率差ηの経時劣化を示すグラフであ
る。
FIG. 6: Temperatures of 100 ° C., 120 ° C., 140 ° C., 170
It is a graph which shows the time-dependent deterioration of the normalization refractive index difference (eta) of the grating in each of ℃, 220 ℃ and 280 ℃.

【図7】温度400℃、500℃、600℃、700℃
および800℃それぞれにおけるグレーティングの規格
化屈折率差ηの経時劣化を示すグラフである。
FIG. 7: temperature 400 ° C., 500 ° C., 600 ° C., 700 ° C.
6 is a graph showing the time-dependent deterioration of the normalized refractive index difference η of the grating at each of the temperature and 800 ° C.

【図8】図6および図7のフィッティング曲線に対応す
るパラメータAおよびnと温度との関係を示すグラフで
ある。
FIG. 8 is a graph showing the relationship between parameters A and n corresponding to the fitting curves of FIGS. 6 and 7, and temperature.

【図9】パラメータαと温度との関係を示すグラフであ
る。
FIG. 9 is a graph showing a relationship between a parameter α and a temperature.

【図10】パラメータτと温度との関係を示すグラフで
ある。
FIG. 10 is a graph showing a relationship between a parameter τ and a temperature.

【図11】エージングを行った後の経時劣化を予測する
方法を説明するための図である。
FIG. 11 is a diagram for explaining a method for predicting deterioration with time after aging.

【図12】グレーティングを光ファイバに書き込む方法
を説明するための図である。
FIG. 12 is a diagram for explaining a method of writing a grating on an optical fiber.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…光ファイバグレーティング、20…グレーティン
グ部、100…光源、300…光スペクトラムアナライ
ザ、400…コンピュータ、500…コンピュータディ
スプレイ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Optical fiber grating, 20 ... Grating part, 100 ... Light source, 300 ... Optical spectrum analyzer, 400 ... Computer, 500 ... Computer display.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 所定の動作温度範囲および動作保証時間
ならびに温度分解能を有し、光導波路型グレーティング
をセンシング部として備える温度センサであって、 前記光導波路型グレーティングは、所定の条件で加速エ
ージングされたものであり、前記エージング条件は、当
該温度センサを前記動作温度範囲中の最高動作温度で前
記動作保証時間にわたって使用したときに前記光導波路
型グレーティングの経時劣化による当該温度センサの温
度ずれ量が前記温度分解能以下となるように決定された
ものである温度センサ。
1. A temperature sensor having a predetermined operating temperature range, an operation assurance time, and a temperature resolution, and including an optical waveguide grating as a sensing unit, wherein the optical waveguide grating is accelerated and aged under predetermined conditions. The aging condition is such that when the temperature sensor is used at the highest operating temperature in the operating temperature range for the operation assurance time, the temperature shift amount of the temperature sensor due to the deterioration with time of the optical waveguide grating is reduced. A temperature sensor which is determined to be equal to or lower than the temperature resolution.
【請求項2】 前記エージング条件は、時間t、ならび
に温度に依存するパラメータAおよびαを用いてA・t
-αで表される前記光導波路型グレーティングの経時劣
化曲線を利用して決定されたものである請求項1記載の
温度センサ。
2. The aging condition is defined as A · t using time t and temperature-dependent parameters A and α.
- Temperature sensor according to claim 1, wherein those determined using a time degradation curve of the optical waveguide grating represented by alpha.
【請求項3】 前記パラメータαが、 【数1】 のように表されることを特徴とする請求項2記載の温度
センサ。
3. The parameter α is given by: 3. The temperature sensor according to claim 2, wherein the temperature sensor is expressed as follows.
【請求項4】 前記パラメータAが、 【数2】 のように表されることを特徴とする請求項2記載の温度
センサ。
4. The parameter A is given by: 3. The temperature sensor according to claim 2, wherein the temperature sensor is expressed as follows.
【請求項5】 前記光導波路型グレーティングは、前記
加速エージングの後にその表面がエッチングされたもの
である請求項1記載の温度センサ。
5. The temperature sensor according to claim 1, wherein the surface of the optical waveguide grating is etched after the accelerated aging.
【請求項6】 前記光導波路型グレーティングは、耐熱
性の被覆材をその表面に備えている請求項1記載の温度
センサ。
6. The temperature sensor according to claim 1, wherein the optical waveguide grating has a heat-resistant coating material on a surface thereof.
JP10258291A 1997-05-01 1998-09-11 Temperature sensor Pending JP2000088676A (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10258291A JP2000088676A (en) 1998-09-11 1998-09-11 Temperature sensor
US09/343,472 US6292607B1 (en) 1997-05-01 1999-06-30 Method for determining an aging condition for an optical waveguide grating and temperature sensor
US09/909,897 US6504962B2 (en) 1997-05-01 2001-07-23 Method for determining an aging condition for an optical waveguide grating and temperature sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10258291A JP2000088676A (en) 1998-09-11 1998-09-11 Temperature sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000088676A true JP2000088676A (en) 2000-03-31

Family

ID=17318224

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10258291A Pending JP2000088676A (en) 1997-05-01 1998-09-11 Temperature sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2000088676A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010502967A (en) * 2006-09-06 2010-01-28 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト Optical device for monitoring a rotatable shaft with a directional axis
JP2018502707A (en) * 2014-12-19 2018-02-01 マン・ディーゼル・アンド・ターボ・エスイー Optical fiber temperature measurement in catalyst loading.
EP3444691A3 (en) * 2017-06-27 2019-03-20 Schneider Electric Systems USA, Inc. Sensor service prediction

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010502967A (en) * 2006-09-06 2010-01-28 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト Optical device for monitoring a rotatable shaft with a directional axis
JP2018502707A (en) * 2014-12-19 2018-02-01 マン・ディーゼル・アンド・ターボ・エスイー Optical fiber temperature measurement in catalyst loading.
US10173190B2 (en) 2014-12-19 2019-01-08 Man Energy Solutions Se Fibre-obtic temperature measurement in a catalyst material
EP3444691A3 (en) * 2017-06-27 2019-03-20 Schneider Electric Systems USA, Inc. Sensor service prediction
US11221616B2 (en) 2017-06-27 2022-01-11 Schneider Electric Systems Usa, Inc. Sensor service prediction

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Caucheteur et al. Demodulation technique for weakly tilted fiber Bragg grating refractometer
Del Villar et al. Optimized strain long-period fiber grating (LPFG) sensors operating at the dispersion turning point
US6137931A (en) Method for determining a condition of aging for optical fiber grating
Pereira et al. Phase-shifted Bragg grating inscription in PMMA microstructured POF using 248-nm UV radiation
Coradin et al. Etched fiber Bragg gratings sensors for water-ethanol mixtures: a comparative study
US11391645B2 (en) Birefringent multi-peak optical reference element and birefringent sensor system
US11131544B2 (en) Optical fibre curvature sensor and measurement device comprising said sensor
Londero et al. Resonant couplings in U-shaped fibers for biosensing
CN106525278B (en) Based on coreless fiber Bragg grating high temp sensitive method
JP2000088676A (en) Temperature sensor
CN106949916A (en) A kind of temperature and strain testing method of the corrosion of use fiber end face
CN108279079B (en) A point temperature sensing device based on coreless optical fiber with large radial dislocation structure coated with polydimethylsiloxane
Aitkulov et al. Fabrication and performance evaluation of reflectorless refractive index fiber optic sensors using etched enhanced backscattering fibers
US20240094063A1 (en) Post-processing method to extend the functional range of optical backscatter reflectometry in extreme environments
JP2016176858A (en) Optical fiber temperature measuring apparatus, and method and program for measuring temperature of optical fiber
US9671562B2 (en) Monitoring power combiners
US6504962B2 (en) Method for determining an aging condition for an optical waveguide grating and temperature sensor
US6292607B1 (en) Method for determining an aging condition for an optical waveguide grating and temperature sensor
KR102099224B1 (en) Method for manufacturing a temperature sensor using optical fiber end coated with polymer, System including the temperature sensor and Method for measuring the temperature using the system
JP6619236B2 (en) Damage prevention system for optical connector structure
Alberto et al. Simultaneous strain and refractive index sensor based on a TFBG
JP3796957B2 (en) Method for determining aging condition of optical fiber grating and method for manufacturing optical fiber grating
JP4654901B2 (en) Optical waveguide device, temperature measuring device, and temperature measuring method
US11280642B2 (en) Reflective long period grating
Renner et al. Implementation of a Digital Shadow for Fiber Bragg Gratings

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050330

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20070413

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20071120

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20080401