(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア部の屈折率の周期的な変化により回折格子が一部に形成された石英系ガラスからなる光ファイバを固定する固定具であって、
前記光ファイバより高い剛性を有し、前記回折格子の一端側の第１の固定点で前記光ファイバを固定する第１の固定部材と、
前記光ファイバより高い剛性を有し、前記回折格子の他端側の第２の固定点で前記光ファイバを固定する第２の固定部材と、
前記第１の固定部材と前記第２の固定部材とを固定するベース部材と、
を備え、
前記ベース部材の熱膨張率が、前記第１の固定部材の熱膨張率および前記第２の固定部材の熱膨張率のいずれか一方より大きい、
ことを特徴とする固定具。
【請求項２】
前記ベース部材の熱膨張率が、前記第１の固定部材の熱膨張率および前記第２の固定部材の熱膨張率のいずれよりも大きい、ことを特徴とする請求項１記載の固定具。
【請求項３】
コア部の屈折率の周期的な変化により回折格子が一部に形成された石英系ガラスからなる光ファイバを固定する固定具であって、
前記光ファイバより高い剛性を有し、前記回折格子の一端側の第１の固定点で前記光ファイバを固定する第１の固定部材と、
前記光ファイバより高い剛性を有し、前記回折格子の他端側の第２の固定点で前記光ファイバを固定する第２の固定部材と、
前記第１の固定部材と前記第２の固定部材とを固定するベース部材と、
を備え、
前記第１の固定部材の熱膨張率および前記第２の固定部材の熱膨張率のいずれか一方が、前記ベース部材の熱膨張率より大きい、
ことを特徴とする固定具。
【請求項４】
前記第１の固定部材の熱膨張率および前記第２の固定部材の熱膨張率のいずれもが、前記ベース部材の熱膨張率より大きい、ことを特徴とする請求項３記載の固定具。
【請求項５】
連続的な波長を有する光を発生する光源と、
前記光源から出射された光を入力し、周期的なコア部の屈折率の変化により第１の回折格子が一部に形成され、前記第１の回折格子の縞間隔に応じた波長の光を反射する第１の光ファイバと、
前記第１の光ファイバの第１の回折格子部を固定する、前記第１の光ファイバよりも高い剛性を有する、請求項１〜４の何れか１項に記載の固定具である第１の固定具と、
前記第１の回折格子で反射された光の波長を計測する波長計測器と、
を備えることを特徴とする光ファイバ温度センサ。
【請求項６】
前記第１の光ファイバおよび前記第１の固定具を１組の温度計測単位として、更に１つ以上の温度計測単位を備え、
各温度計測単位が個々に温度計測位置に配置されることを特徴とする請求項５記載の光ファイバ温度センサ。
【請求項７】
前記光源から出射された光を第１の端子から入力し第２の端子から出力するとともに、前記第２の端子から入力した光を第３の端子から出力する方向性結合器を更に備え、
前記第３の端子と前記光計測器とは光学的に接続されていることを特徴とする請求項５記載の光ファイバ温度センサ。
【請求項８】
前記複数の温度計測単位は光路上直列に接続され、
一つの温度計測位置における測定温度範囲での計測単位で反射する光の波長範囲と、他の温度計測位置における測定温度範囲での計測単位で反射する光の波長範囲とは重複範囲がない、
ことを特徴とする請求項６記載の光ファイバ温度センサ。
【請求項９】
前記複数の計測単位は、前記計測器を中心として光路上放射状に接続され、
一つの温度計測位置における測定温度範囲での計測単位で反射する光の波長範囲と、他の温度計測位置における測定温度範囲での計測単位で反射する光の波長範囲とは重複範囲がない、
ことを特徴とする請求項６記載の光ファイバ温度センサ。
【請求項１０】
前記複数の計測単位は、前記計測器を中心として光路上放射状に接続され、
前記光源から出射された光が前記複数の計測単位を経由して前記計測器に至る光路の光学的な距離が夫々異なることを特徴とする請求項６記載の光ファイバ温度センサ。
【請求項１１】
前記第１の回折格子は、張力が付与された状態で前記第１の固定具に固定されている、ことを特徴とする請求項５記載の光ファイバ温度センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、近接あるいは遠隔にある温度計測位置における温度を測定する光ファイバ温度センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバのコア部に大強度の干渉縞光を照射することにより回折格子を形成する技術の開発に伴い、回折格子が形成された光ファイバを用いた応用品が提案されている。こうした、応用品の１つに光ファイバ温度センサがある。こうした光ファイバ温度センサの例が、「Ｐ．  Ｒ．  Ｆｏｒｍａｎ  ｅｔ．  ａｌ．，  Ｒｅｖ．  Ｓｃｉ．  Ｉｎｓｔｒｕｍ．  ６１（１０），  Ｏｃｔｏｒｂｅｒ  １９９０，  ｐｐ．２９７０−２９７２」に開示されている。
【０００３】
上記のＰ．  Ｒ．  Ｆｏｒｍａｎらが提案する光ファイバ温度センサは、▲１▼ゲルマニウムを添加した石英系ガラスから成り、２つの紫外光の干渉光を照射して光導波方向に屈折率の周期的な分布を回折格子を形成したコア部を有する光ファイバと、▲２▼この光ファイバを進行する、所定の波長範囲で強度が連続的に分布する光を発生する光源と、▲３▼光の波長−強度分布を測定するスペクトラムアナライザなどの光計測器を備える。
【０００４】
この光ファイバ温度センサで使用する光ファイバでは、回折格子の光学的な縞間隔Ｌ（Ｔ）は温度Ｔにおいて、
Ｌ（Ｔ）＝ｎ（Ｔ）・Λ（Ｔ）                                …（１）
ここで、ｎ（Ｔ）：コア部中の回折格子部の実効屈折率
Λ（Ｔ）：縞間の距離
となる。そして、コア部を進行する光の内、波長λが、
λ＝２Ｎ・Ｌ（Ｔ）                                          …（２）
ここで、Ｎ：自然数
の条件を満足すると、形成された回折格子によって効率良く反射される。ところで、回折格子の光学的な縞間隔Ｌの温度依存性は、
0003565231.tif 000002
ここで、β：光ファイバの線膨脹率
である。ゲルマニウムを添加した石英系ガラスでは、（ｄｎ（Ｔ）／ｄＴ）は温度依存性が小さく、且つ、（ｄｎ（Ｔ）／ｄＴ）／ｎ（Ｔ）は１よりも十分に小さいとともに、線膨脹率βは温度依存性が小さいので、
0003565231.tif 000003
ここで、ＣＬ  ：定数
となり、効率良く反射される光の波長λＲ  （Ｔ＝Ｔ０  ＋ΔＴ）は、
λＲ  （Ｔ０  ＋ΔＴ）＝λＲ  （Ｔ０  ）（１＋Ｃλ・ΔＴ）          …（５）
ここで、Ｃλ：定数
となる。したがって、事前に特定の温度Ｔ０  での反射波長λＲ  （Ｔ０  ）と定数Ｃλとを求め、温度測定位置に配置された回折格子部に、光源で発生した既知の
波長−強度分布の光を照射し、反射光あるいは透過光の波長−強度分布をスペクトラムアナライザによって検出する。そして、反射された光の波長を観測し、  （５）式より温度Ｔ（＝Ｔ０  ＋ΔＴ）を算出する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光ファイバ温度センサは上記のように構成され、光ファイバのコア部に形成された回折格子によって効率良く反射された光の波長の値を直接スペクトラムアナライザなどの計測器で測定するので、測定温度の精度はスペクトラムアナライザなどの計測器の波長の絶対値の測定精度で決まる。通常のスペクトラムアナライザの波長測定精度は約０．１ｎｍ程度であり、上記のＣλはゲルマニウム添加の石英系ガラスでは１０−５のオーダなので、１μｍ程度の波長の光を使用した場合には温度分解能は高々１０℃程度である。
【０００６】
本発明は、上記を鑑みてなされたものであり、設置された温度計測位置の温度の測定にあたって測定精度を向上することができる光ファイバ温度センサを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の固定具は、コア部の屈折率の周期的な変化により回折格子が一部に形成された石英系ガラスからなる光ファイバを固定する固定具であって、（ａ）光ファイバより高い剛性を有し、回折格子の一端側の第１の固定点で光ファイバを固定する第１の固定部材と、（ｂ）光ファイバより高い剛性を有し、回折格子の他端側の第２の固定点で光ファイバを固定する第２の固定部材と、（ｃ）第１の固定部材と第２の固定部材とを固定するベース部材と、を備えることを特徴とする。さらに、ベース部材の熱膨張率が、第１の固定部材の熱膨張率および第２の固定部材の熱膨張率のいずれか一方より大きいことを特徴し、或いは、第１の固定部材の熱膨張率および第２の固定部材の熱膨張率のいずれか一方が、ベース部材の熱膨張率より大きいことを特徴とする。
本発明の第１の型の光ファイバ温度センサは、（ａ）連続的な波長を有する光を発生する光源と、（ｂ）光源から出射された光を入力し、周期的なコア部の屈折率の変化により第１の回折格子が一部に形成され、第１の回折格子の縞間隔に応じた波長の光を反射する第１の光ファイバと、（ｃ）第１の光ファイバの第１の回折格子部を固定する、第１の光ファイバよりも高い剛性を有する第１の固定具と、（ｄ）第１の回折格子で反射された光の波長を計測する波長計測器と、を備えることを特徴とする。ここで、第１の固定具は、上記の本発明に係る固定具と同様の構成を有する。
【０００８】
ここで、第１の光ファイバおよび前記第１の固定具を１組の温度計測単位として、更に１つ以上の温度計測単位を備え、各温度計測単位が個々に温度計測位置に配置されることを特徴としてもよい。
【０００９】
本発明の第２の型の光ファイバ温度センサは、（ａ）連続的な波長を有する光を発生する光源と、（ｂ）光源から出射された光を入力し、周期的なコア部の屈折率の変化により第１の回折格子が一部に形成され、第１の回折格子の縞間隔に応じた波長の光を反射する第１の光ファイバと、（ｃ）第１の光ファイバの第１の回折格子部を固定する、第１の光ファイバよりも高い剛性を有するとともに、第１の熱膨脹係数を有する第１の部材からなる第１の固定具と、（ｄ）光源から出射された光を入力し、周期的なコア部の屈折率の変化により第２の回折格子が一部に形成され、第２の回折格子の縞間隔に応じた波長の光を反射する第２の光ファイバと、（ｄ）第１の固定具の配設位置に近接した位置に配設された、第２の光ファイバの第２の回折格子部を固定し、第２の光ファイバよりも高い剛性を有するとともに、第１の熱膨脹係数とは異なる第２の熱膨脹係数を有する第２の部材からなる第２の固定具と、（ｅ）第１の回折格子で反射された光の波長と第２の回折格子で反射された光の波長とを計測する波長計測器とを備えることを特徴とする。
【００１０】
ここで、▲１▼第１の光ファイバと第２の光ファイバとは光路上直列に接続されるとともに、測定温度範囲で、前記第１の回折格子部で反射される光の波長範囲と前記第２の回折格子部で反射される光の波長範囲とは重複範囲がないこととしてもよいし、▲２▼光源から出射された光を第１の端子から入力し、分岐後に第２の端子および第３の端子から出力するとともに、前記第２の端子から入力した光と前記第３の端子から入力した光とを前記第の端子から出力する第１の光結合器を更に備えるとともに、第２の端子と第１の光ファイバとは光学的に接続され、第３の端子と第２の光ファイバとは光学的に接続されることとしてもよい。
【００１１】
また、第１の部材をアルミニウムとし、第２の部材と鉄とすることが可能である。
【００１２】
更に、第１の光ファイバ、前記第１の固定具、前記第２の光ファイバ、および前記第２の固定具を１組の計測単位として、更に１つ以上の計測単位を備え、各計測単位が個々に温度計測位置に配置されることを特徴としてもよい。
【００１３】
また、本発明の第１、２の光ファイバ温度センサでは、光源から出射された光を第１の端子から入力し第２の端子から出力するとともに、第２の端子から入力した光を第３の端子から出力する方向性結合器を更に備え、第３の端子と光計測器とは光学的に接続された構成とすることが可能である。
【００１４】
また、固定した温度環境下に設置あるいは固定した温度に設定されるとともに、光源から出射された光を入力し、周期的なコア部の屈折率の変化により第３回折格子が一部に形成され、第３の回折格子の縞間隔に応じた波長の光を反射する第３の光ファイバを更に備え、計測器は、第１の回折格子で反射された光の波長および第２の回折格子で反射された光の波長に加えて、第３の回折格子で反射された光の波長を計測することを特徴としてもよい。
【００１５】
また、複数の計測単位は光路上直列に接続され、一つの温度計測位置における測定温度範囲での計測単位で反射する光の波長範囲と、他の温度計測位置における測定温度範囲での計測単位で反射する光の波長範囲とは重複範囲がない、ことを特徴としてもよい。
【００１６】
また、複数の計測単位は計測器を中心として光路上放射状に接続され、一つの温度計測位置における測定温度範囲での計測単位で反射する光の波長範囲と、他の温度計測位置における測定温度範囲での計測単位で反射する光の波長範囲とは重複範囲がない、ことを特徴としてもよい。
【００１７】
また、複数の計測単位は計測器を中心として光路上放射状に接続され、光源から出射された光が複数の計測単位を経由して計測器に至る光路の光学的な距離が夫々異なることを特徴としてもよい。
【００１８】
本発明の第３の型の光ファイバ温度センサは、（ａ）連続的な波長を有する光を発生する光源と、（ｂ）光源から出射された光を入力し、周期的なコア部の屈折率の変化により第１の回折格子が一部に形成され、第１の回折格子の縞間隔に応じた波長の光を反射する第１の光ファイバと、（ｂ）第１の光ファイバの第１の回折格子部を固定する、第１の光ファイバよりも高い剛性を有するとともに、第１の熱膨脹係数を有する第１の部材からなる第１の固定具と、（ｃ）固定した温度環境下に設置あるいは固定した温度に設定されるとともに、光源から出射された光を入力し、周期的なコア部の屈折率の変化により第２の回折格子が一部に形成され、第２の回折格子の縞間隔に応じた波長の光を反射する第２の光ファイバと、（ｃ）第１の回折格子で反射された光の波長と第２の回折格子で反射された光の波長とを計測する波長計測器と、を備えることを特徴とする。
【００１９】
ここで、光源から出射された光を第１の端子から入力し第２の端子から出力するとともに、第２の端子から入力した光を第３の端子から出力する方向性結合器を更に備え、第３の端子と前記光計測器とを光学的に接続して構成することが可能である。
【００２０】
また、第１の光ファイバおよび前記第１の固定具を１つの計測単位として、更に１つ以上の計測単位を備え、各計測単位が個々に温度計測位置に配置されることを特徴としてもよい。
【００２１】
ここで、複数の計測単位は光路上直列に接続され、一つの温度計測位置における測定温度範囲での計測単位で反射する光の波長範囲と、他の温度計測位置における測定温度範囲での計測単位で反射する光の波長範囲とは重複範囲がない、ことを特徴としてもよい。
【００２２】
また、複数の計測単位は前記計測器を中心として光路上放射状に接続され、一つの温度計測位置における測定温度範囲での計測単位で反射する光の波長範囲と、他の温度計測位置における測定温度範囲での計測単位で反射する光の波長範囲とは重複範囲がない、ことを特徴としてもよい。
【００２３】
また、複数の計測単位は前記計測器を中心として光路上放射状に接続され、光源から出射された光が複数の計測単位を経由して計測器に至る光路の光学的な距離が夫々異なることを特徴としてもよい。
【００３２】
また、本発明の第１、２、３の光ファイバ温度センサでは、第１の回折格子は、張力が付与された状態で第１の固定具に固定されいることを特徴としてもよい。
【００３３】
また、本発明の第２の光ファイバ温度センサでは、第２の回折格子は、張力が付与された状態で前記第２の固定具に固定されいることを特徴としてもよい。
【００３４】
【作用】
本発明の第１の光ファイバ温度センサでは、第１の光ファイバの第１の回折格子部が第１の固定具に固定され、これらが温度計測位置に設置され、温度計測にあたっての計測単位となる。
【００３５】
この状態では、第１の回折格子で反射される光の波長λ１  は、
λ１  （Ｔ）＝λ１  （Ｔ０  ）＋ＣＲ１・λ１  （Ｔ０  ）・（Ｔ−Ｔ０  ）…（６）
と表される。
【００３６】
ところで、反射波長λ１  （Ｔ）が温度Ｔに関して一意的に決まるには、温度Ｔの増加に対して単調増加（あるいは単調減少）が保証される必要がある。こうした単調増加（あるいは単調減少）の保証は、第１の光ファイバの材料の選択、第１の回折格子の縞間隔の選択、および固定具の材料の選択によって達成される。
【００３７】
以上のようにして、測定温度範囲において、反射波長λ１  （Ｔ）と温度Ｔとが１対１に対応するように光ファイバや固定具を選択して、実際の温度測定に先立って（６）式のλ１  （Ｔ０  ）およびＣＲ１・λ１  （Ｔ０  ）を事前測定で求め、実測定で得られたλ１  （Ｔ）に基づき（６）式に従って温度計測位置における温度を算出する。
【００３８】
本発明の第２の光ファイバ温度センサでは、第１の光ファイバの第１の回折格子部が第１の固定具に固定されるとともに、第２の光ファイバの第２の回折格子部が第２の固定具に固定され、これらが温度計測位置に設置され、温度計測にあたっての計測単位となる。
【００３９】
この状態では、第１の回折格子で反射される光の波長λ１  および第２の回折格子で反射される光の波長λ２  は、
λ１  （Ｔ）＝λ１  （Ｔ０  ）＋ＣＲ１・λ１  （Ｔ０  ）・（Ｔ−Ｔ０  ）…（６）
λ２  （Ｔ）＝λ２  （Ｔ０  ）＋ＣＲ２・λ２  （Ｔ０  ）・（Ｔ−Ｔ０  ）…（７）
と表され、波長の差Δλ（Ｔ）は、
0003565231.tif 000004
と表される。
【００４０】
ところで、波長の差Δλ（Ｔ）が温度Ｔに関して一意的に決まるには、波長の差Δλ（Ｔ）が正（あるいは負）であり、温度Ｔの増加に対して単調増加（あるいは単調減少）が保証される必要がある。こうした単調増加（あるいは単調減少）の保証は、第１および第２の光ファイバの材料の選択、第１および第２の回折格子の縞間隔の選択、および固定具の材料の選択によって達成される。最も簡単に、例えば単調増加を保証するためには、測定温度範囲がＴＭＩＮ  ≦Ｔ≦ＴＭＡＸ  として、次の条件を満たすようにすればよい。
【００４１】
▲１▼  第１の光ファイバのコア部と第２の光ファイバのコア部とを同一の材料構成とする（すなわち、第１の光ファイバのコア部の実効屈折率ｎ１  と第２の光ファイバのコア部の実効屈折率ｎ２  とを略同一とする）。
【００４２】
▲２▼  温度ＴＭＩＮ  において、第１の回折格子の縞間隔Ｌ１  （ＴＭＩＮ  ）を第２の回折格子の縞間隔Ｌ２  （ＴＭＩＮ  ）よりも大きく設定する。
【００４３】
▲３▼  第１の固定具の材料の熱膨張率（線膨脹率β１  ）を第２の固定具の材料の熱膨張率（線膨脹率β２  ）よりも大きく設定する。
【００４４】
以上のようにして、測定温度範囲において、反射波長の差Δλ（Ｔ）と温度Ｔとが１対１に対応するように光ファイバや固定具を選択して、実際の温度測定に先立って（８）式のΔλ（Ｔ０  ）およびＣΔλを事前測定で求め、実測定で得られたΔλ（Ｔ）に基づき（８）式に従って温度計測位置における温度を算出する。
【００４５】
光の波長の計測に携わる発明者の知見によれば、波長の絶対値計測が可能なスペクトラムアナライザなどの通常の波長測定器は所定の波長範囲に亘って１走査で夫々の波長の光の強度測定を行い、波長の絶対値の測定の精度に比べて波長の差は精度良く測定可能である。したがって、上記の（８）では、波長計測器による波長の絶対値の測定値の間の差のみを使用するので、本発明の第１の光ファイバ温度センサは精度良く温度の測定をする。
【００４６】
上記の計測単位に加えて、第３の回折格子がコア部に形成された第３の光ファイバを固定した温度（ＴＣ  ）環境下に設置あるいは固定した温度（ＴＣ  ）に設定した場合には、上記（８）式の関係を含めて以下の波長の差が計測できる。
【００４７】
0003565231.tif 000005
（８′）式と計測値Δλ１２（Ｔ）、（９）式と計測値Δλ１３（Ｔ）および、（１０）式と計測値Δλ２３（Ｔ）の夫々から算出される温度計測位置における温度は、各波長の計測値λｉ  （Ｔ）に含まれる測定誤差が同じならば一致するが、こうした測定誤差は同一とすることが一般にはできない。したがって、各式から算出した温度の平均値を採用すれば、上記の（８）式のみから算出した温度値よりも精度が向上する。
【００４８】
本発明の第３の光ファイバ温度センサでは、第１の光ファイバの第１の回折格子部が第１の固定具に固定されるとともに、第２の光ファイバの第２の回折格子部が第２の固定具に固定され、第１の光ファイバが計測単位として温度計測位置に設置されるとともに、第２の光ファイバが固定した温度（ＴＣ  ）環境下に設置あるいは固定した温度（ＴＣ  ）に設定される。
【００４９】
この状態では、第１の回折格子で反射される光の波長λ１  および第２の回折格子で反射される光の波長λ２  は、
λ１  （Ｔ）＝λ１  （Ｔ０  ）＋ＣＲ１・λ１  （Ｔ０  ）・（Ｔ−Ｔ０  ）…（１１）
λ２  （Ｔ）＝λ２  （ＴＣ  ）                                  …（１２）
と表され、波長の差Δλ（Ｔ）は、
0003565231.tif 000006
と表される。したがって、波長の差Δλ（Ｔ）は温度Ｔに対して一意的に決まる。そして、実際の温度測定に先立って（１３）式のΔλ（Ｔ０  ）およびＣΔλを事前測定で求め、実測定で得られたΔλ（Ｔ）に基づき（１３）式に従って温度計測位置における温度を算出する。
【００５０】
上記の（１３）では、波長計測器による波長の絶対値の測定値の間の差のみを使用するので、本発明の第２の光ファイバ温度センサは精度良く温度の測定をする。
【００５１】
【実施例】
以下、添付図面を参照して、本発明の光ファイバ温度センサの実施例を説明する。なお、図面の説明にあたって同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５２】
（第１実施例）
図１は、本発明の光ファイバ温度センサの第１実施例の構成図である。図２に示すように、この装置は、（ａ）連続的な波長を有する光を発生する光源１００と、（ｂ）光源１００から出射された光を端子６０１から入力し端子６０２から出力するとともに、端子６０２から入力した光を端子６０３から出力する方向性結合器６００と、（ｃ）温度計測位置に設置された、光源１００から出射された光を入力して温度計測位置の温度に応じた波長（波長＝λ１  ）の光を反射する温度計測単位４５０と、（ｄ）回折格子２１９で反射された光の波長（λ１  ）を計測するスペクトラムアナライザ５００と、を備える。そして、光源１００と端子６０１とは光ファイバ７０１で、端子６０２と温度計測単位４１０とは光ファイバ７０２で、端子６０３とスペクトラムアナライザ５００とは光ファイバ７０３で接続される。
【００５３】
ここで、計測単位４５０は、▲１▼光源１００から出射された光を入力し、周期的なコア部の屈折率の変化により回折格子２１９が一部に形成され、回折格子２１９の縞間隔に応じた波長の光を反射する光ファイバ２１５（コアの基本屈折率＝ｎ１  ）と、▲２▼光ファイバ２１５の回折格子２１９部を固定する、光ファイバ２１５よりも高い剛性を有するとともに、熱膨脹係数（線膨脹率）α１  を有する固定具３５０とから構成される。
【００５４】
図２は、本実施例で使用できる固定具３５０の構成図である。
図２（ａ）に示す固定具は、▲１▼光ファイバ２１５をＡ点で固定する、熱膨張率＝α１１の部材３５１と、▲２▼光ファイバ２１５をＢ点で固定する、熱膨張率＝α１２の部材３５２と、▲３▼部材３５１と部材３５２とを固定する、熱膨張率＝α１３の部材３５３とを備える。この固定具としてのＡ点とＢ点との間の熱膨張率α１  は、
α１  ＝（Ｌ１  ・α１３−Ｌ１１・α１１−Ｌ１２・α１２）／（Ｌ１３・α１３）
となる。なお、Ｌ１  ，Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３は、図２（ａ）に示すように定義される。部材３５１と部材３５２とは、夫々、部材３５３の端に近い位置に固定することが望ましい。
【００５５】
ここで、α１３＞α１２かつα１３＞α１１とすれば、α１  ＞０となり、温度上昇とともに反射波長が大きくなる。また、α１３＜α１２かつα１３＜α１１とすれば、α１  ＜０となる。α１  ＜０の場合には、光ファイバに張力を付与した状態で固定することにより、温度の降下で光ファイバの張力が増加するとともに、温度の上昇で張力が緩和されるので、温度上昇とともに反射波長が小さくなる。
【００５６】
部材３５１をアルミニウムで形成し、部材３５２および部材３５３をインバールで形成するとともに、Ｌ１  ＝１００ｍｍ、Ｌ１１＝４０ｍｍ、Ｌ１２＝４０ｍｍ、Ｌ１３＝２０ｍｍとすると、１５５０ｎｍに対して約０．２３ｎｍ／℃の熱膨張が発生する。したがって、１．５５μｍ帯の光を使用し、回折格子の間隔を１．５５μｍ／（２ｎ１  ）付近として、０．１ｎｍの分解能のスペクトラムアナライザを使用すれば、温度分解能＜０．５℃が実現される。
【００５７】
図２（ｂ）に示す固定具は、▲１▼光ファイバ２１５をＣ点で固定する、熱膨張率＝α２１の部材３５４と、▲２▼光ファイバ２１５をＤ点で固定する、熱膨張率＝α２２の部材３５５と、▲３▼部材３５４と部材３５５とを固定する、熱膨張率＝α２３の部材３５３とを備える。この固定具としてのＣ点とＤ点との間の熱膨張率α２  は、
α２  ＝（Ｌ２１・α２１＋Ｌ２２・α２２−Ｌ２  ・α２３）／（Ｌ２３・α２３）
となる。なお、Ｌ２  ，Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ２３は、図２（ｂ）に示すように定義される。
【００５８】
ここで、α２３＜α２２かつα２３＜α２１とすれば、α２  ＞０となり、温度上昇とともに反射波長が大きくなる。また、α２３＞α２２かつα２３＞α２１とすれば、α２  ＜０となる。α２  ＜０の場合には、光ファイバに張力を付与した状態で固定することにより、温度の降下で光ファイバの張力が増加するとともに、温度の上昇で張力が緩和されるので、温度上昇とともに反射波長が小さくなる。
【００５９】
部材３５４をインバールで形成し、部材３５５および部材３５６をアルミニウムで形成するとともに、Ｌ２  ＝１１０ｍｍ、Ｌ２１＝７０ｍｍ、Ｌ２２＝７０ｍｍ、Ｌ２３＝３０ｍｍとすると、１５５０ｎｍに対して約０．１４ｎｍ／℃の熱膨張が発生する。したがって、１．５５μｍ帯の光を使用し、回折格子の間隔を１．５５μｍ／（２ｎ１  ）付近として、０．１ｎｍの分解能のスペクトラムアナライザを使用すれば、温度分解能＜１℃が実現される。
【００６０】
以下、本装置による温度測定動作を説明する。
【００６１】
まず、上記の装置構成で、温度計測単位４５０を、内部温度の調節が可能な同一の恒温槽内に設置する。次に、恒温槽内の温度を一定値に設定し、光ファイバおよび固定具がこの一定値の温度に安定した後、光源から光を出射し、回折格子で反射された光の波長を測定を計測する。そして、この波長差を設定温度値とともに記録する。次いで、恒温槽内の温度を変化させつつ、回折格子で反射された光の波長を測定して、波長値を設定温度とともに記録する。引き続き、記録結果から（６）式のλ１  （Ｔ０  ）およびＣＲ１・λ１  （Ｔ０  ）とを求める。
【００６２】
上記の事前測定の後、本実施例の光ファイバ温度センサは以下のようにして、温度計測位置の温度を測定する。
【００６３】
まず、上記の装置構成で温度計測単位４５０を温度計測位置に設置し、光源１００から連続的な波長分布を有する光を出射する。光源１００から出射された光は、光ファイバ７０１、方向性結合器６００、および光ファイバ７０２を順次経由して温度測定単位４５０に入射する。温度測定単位４５０では、光ファイバ２１５に光源１００から出射された光が入射して、光ファイバ２１５内を進行し、回折格子２１９で温度測定位置の温度（Ｔ）における縞間隔Λ１  （Ｔ）・（２ｎ１  ）と略同一の波長（λ１  （Ｔ））の光が反射される。その他の波長の光は光ファイバ２１５を透過する。
【００６４】
回折格子２１９で反射された光は、光ファイバ７０２、方向性結合器６００、および光ファイバ７０３を順次経由してスペクトラムアナライザ５００に入射し波長（λ１  （Ｔ））が計測される。こうして計測された波長値（λ１  （Ｔ））と事前測定で求めたλ１  （Ｔ０  ）およびＣＲ１・λ１  （Ｔ０  ）とを使用し、（８）式に基づいて温度Ｔを算出する。
【００６５】
（第２実施例）
図３は、本発明の光ファイバ温度センサの第２実施例の構成図である。この装置は、第１実施例の装置構成に温度計測単位を追加して光学的に直列に接続し、複数の温度計測位置の温度を同時に測定することを可能としたものである。温度計測単位の数（すなわち、温度計測位置の数）は制限されないが、説明の簡単の簡単のため、以下では計測単位が２つの場合を代表して説明する。
【００６６】
図３に示すように、この装置は、第３実施例の装置の構成要素である、光源１００、方向性結合器６００、温度計測単位４５０、およびスペクトラムアナライザ５００に加えて、第２の温度計測位置に設置された温度計測単位４６０を備える。そして、計測単位４５０と計測単位４６０とは光ファイバ７０４で接続される。
【００６７】
ここで、計測単位４６０は、▲１▼計測単位４５０を介した光源１００から出射された光を入力し、周期的なコア部の屈折率の変化により回折格子２２９が一部に形成され、回折格子２２９の縞間隔に応じた波長の光を反射する光ファイバ２２５（コアの基本屈折率＝ｎ２  ）と、▲２▼光ファイバ２２５の回折格子２１６部を固定する、光ファイバ２２５よりも高い剛性を有するとともに、熱膨脹係数（線膨脹率）α２  を有する固定具３６０とから構成される。
【００６８】
以下、本装置による温度測定動作を説明する。
【００６９】
まず、上記の装置構成で、温度計測単位４５０および温度計測単位４６０を、内部温度の調節が可能な同一の恒温槽内に設置する。次に、恒温槽内の温度を一定値に設定した後、光源から光を出射し、各回折格子で反射された光の波長を測定を計測する。そして、この波長値を設定温度値とともに記録する。次いで、恒温槽内の温度を変化させつつ、各回折格子で反射された光の波長を測定して温度計測単位ごとに、波長差値を設定温度とともに記録する。引き続き、記録結果に基づき温度計測単位ごとに（６）式のλ１  （Ｔ０  ）およびＣＲ１・λ１  （Ｔ０  ）と上記の事前測定の後、本実施例の光ファイバ温度センサは以下のようにして、温度計測位置の温度を測定する。
【００７０】
温度計測単位４５０を使用した温度測定は第１実施例と同様に行われる。この温度計測単位４５０を使用した温度測定と同時に温度計測単位４６０を使用した温度測定が次のようにして行われる。
【００７１】
温度計測単位４５０で反射されなかった光は、光ファイバ７０４を経由して温度測定単位４６０に入射する。温度測定単位４６０では、まず、光ファイバ２２５に光源１００から出射された光が入射して、光ファイバ２２５内を進行し、回折格子２２９で温度測定位置の温度（Ｔ′）における縞間隔Λ１  ′（Ｔ′）・（２ｎ２  ）と略同一の波長（λ１  ′（Ｔ′））の光が反射される。その他の波長の光は光ファイバ２２５を透過する。
【００７２】
回折格子２２９で反射された光は、温度計測単位４５０、光ファイバ７０２、方向性結合器６００、および光ファイバ７０３を順次経由してスペクトラムアナライザ５００に入射し波長（λ１  ′（Ｔ′））が計測される。こうして計測された波長値（λ１  ′（Ｔ′））と事前測定で求めた温度計測単位４６０に関するλ′１  （Ｔ０  ）およびＣＲ１・λ′１  （Ｔ０  ）とを使用し、（６）式に基づいて温度Ｔ′を算出する。
【００７３】
なお、温度計測単位を３つ以上使用して温度計測する場合には、各温度計測単位での反射され得る光の波長に重複が無いように設定する。このように設定すれば、各温度計測単位を光ファイバで光学的に直列に接続した構成で、上記と同様にして、各温度計測位置での温度を同時に測定することができる。
【００７４】
（第３実施例）
図４は、本発明の光ファイバ温度センサの第３実施例の構成図である。図４に示すように、この装置は、（ａ）連続的な波長を有する光を発生する光源１００と、（ｂ）光源１００から出射された光を端子６０１から入力し端子６０２から出力するとともに、端子６０２から入力した光を端子６０３から出力する方向性結合器６００と、（ｃ）温度計測位置に設置された、光源１００から出射された光を入力して温度計測位置の温度に応じた２種の波長（波長＝λ１  ，λ２  ）の光を反射する温度計測単位４１０と、（ｄ）回折格子２１６で反射された光の波長（λ１  ）と回折格子２２６で反射された光の波長（λ２  ）との差（Δλ＝λ１  −λ２  ）を計測するスペクトラムアナライザ５００と、を備える。そして、光源１００と端子６０１とは光ファイバ７０１で、端子６０２と温度計測単位４１０とは光ファイバ７０２で、端子６０３とスペクトラムアナライザ５００とは光ファイバ７０３で接続される。
【００７５】
ここで、計測単位４１０は、▲１▼光源１００から出射された光を入力し、周期的なコア部の屈折率の変化により回折格子２１６が一部に形成され、回折格子２１６の縞間隔に応じた波長の光を反射する光ファイバ２１１（コアの基本屈折率＝ｎ）と、▲２▼光ファイバ２１１の回折格子２１６部を固定する、光ファイバ２１１よりも高い剛性を有するとともに、熱膨脹係数（線膨脹率）β１  を有するアルミニウム（Ａｌ）からなる固定具３１０と、▲３▼光源１００から出射された光を入力し、周期的なコア部の屈折率の変化により回折格子２２６が一部に形成され、回折格子２２６の縞間隔に応じた波長の光を反射する光ファイバ２２１（コアの基本屈折率＝ｎ）と、▲４▼固定具３１０の配設位置に近接した位置に配設された、光ファイバ２２１の回折格子２２６部を固定し、光ファイバ２２１よりも高い剛性を有するとともに、熱膨脹係数（線膨脹率）β１  とは異なる熱膨脹係数（線膨脹率）β２  を有する鉄（Ｆｅ）からなる固定具３２０と、から構成される。そして、計測単位４１０は、測定対象温度範囲を２０℃≦Ｔ≦８０℃とする。回折格子２１６の縞間隔Λ１  （Ｔ）と回折格子２２６の縞間隔Λ２  （Ｔ）とは、Ｔ＝２０℃において、
Λ１  （Ｔ＝２０℃）〜１５５８．５ｎｍ／（２ｎ）≧１５４９．９ｎｍ／（２ｎ）〜Λ２  （Ｔ＝２０℃）
で作成され、Ｔ＝２０℃で、光ファイバ２１１は固定具３１０に、光ファイバ２２１は固定具３２０に固定される。また、β１  ≧β２  なので同一の温度環境下に設置された温度計測単位４１０で反射される２種の波長の光の波長差Δλ（Ｔ）は、温度Ｔ（２０℃≦Ｔ≦８０℃）に対して単調増加関数となる。
【００７６】
以下、本装置による温度測定動作を説明する。
【００７７】
まず、上記の装置構成で、温度計測単位４１０を、内部温度の調節が可能な同一の恒温槽内に設置する。次に、恒温槽内の温度を一定値に設定し、双方の光ファイバおよび双方の固定具がこの一定値の温度に安定した後、光源から光を出射し、双方の回折格子で反射された光の波長を測定して２つの反射光波長値の差を計測する。そして、この波長差値を設定温度値とともに記録する。次いで、恒温槽内の温度を変化させつつ、双方の回折格子で反射された光の波長を測定して２つの反射光波長値の差を計測し、波長差値を設定温度とともに記録する。図５は、この測定結果を示したグラフである。引き続き、記録結果から（８）式のΔλ０  とＣΔλとを求める。
【００７８】
上記の事前測定の後、本実施例の光ファイバ温度センサは以下のようにして、温度計測位置の温度を測定する。
【００７９】
まず、上記の装置構成で温度計測単位４１０を温度計測位置に設置し、光源１００から連続的な波長分布を有する光を出射する。光源１００から出射された光は、光ファイバ７０１、方向性結合器６００、および光ファイバ７０２を順次経由して温度測定単位４１０に入射する。温度測定単位４１０では、まず、光ファイバ２１１に光源１００から出射された光が入射して、光ファイバ２１１内を進行し、回折格子２１６で温度測定位置の温度（Ｔ）における縞間隔Λ１  （Ｔ）・（２ｎ）と略同一の波長（λ１  （Ｔ））の光が反射される。その他の波長の光は光ファイバ２１１を透過して、光ファイバ２２１に入射後、光ファイバ２２１内を進行し、回折格子２２６で温度測定位置の温度（Ｔ）における縞間隔Λ２  （Ｔ）・（２ｎ）と略同一の波長（λ２  （Ｔ））の光が反射される。回折格子２１６あるいは回折格子２２６で反射されなかった光は、光ファイバ２２１を透過する。
【００８０】
回折格子２１６で反射された光は、光ファイバ７０２、方向性結合器６００、および光ファイバ７０３を順次経由してスペクトラムアナライザ５００に入射し波長（λ１  （Ｔ））が計測される。回折格子２２６で反射された光は、光ファイバ２１１、光ファイバ７０２、方向性結合器６００、および光ファイバ７０３を順次経由してスペクトラムアナライザ５００に入射し波長（λ２  （Ｔ））が計測される。こうして計測された２種の波長値（λ１  （Ｔ），λ２  （Ｔ））と事前測定で求めたΔλ０  およびＣΔλとを使用し、（８）式に基づいて温度Ｔを算出する。
【００８１】
なお、本実施例は２つの固定具は、夫々単一部材から構成したが、一方あるいは双方ともに第１実施例のような複数の部材から構成することも可能である。
【００８２】
（第４実施例）
図６は、本発明の光ファイバ温度センサの第４実施例の構成図である。この装置は、第３実施例の装置構成に温度計測単位を追加して光学的に直列に接続し、複数の温度計測位置の温度を同時に測定することを可能としたものである。温度計測単位の数（すなわち、温度計測位置の数）は制限されないが、説明の簡単の簡単のため、以下では計測単位が２つの場合を代表して説明する。
【００８３】
図６に示すように、この装置は、第３実施例の装置の構成要素である、光源１００、方向性結合器６００、温度計測単位４１０、およびスペクトラムアナライザ５００に加えて、第２の温度計測位置に設置された温度計測単位４２０を備える。そして、計測単位４１０と計測単位４２０とは光ファイバ７０４で接続される。
【００８４】
ここで、計測単位４２０は、▲１▼温度計測単位４１０を介した光源１００から出射された光を入力し、周期的なコア部の屈折率の変化により回折格子２１７が一部に形成され、回折格子２１７の縞間隔に応じた波長の光を反射する光ファイバ２１２（コアの基本屈折率＝ｎ）と、▲２▼光ファイバ２１２の回折格子２１７部を固定する、光ファイバ２１１よりも高い剛性を有するとともに、の熱膨脹係数（線膨脹率）β１  を有するアルミニウム（Ａｌ）からなる固定具３１０と、▲３▼温度計測単位４１０を介した光源１００から出射された光を入力し、周期的なコア部の屈折率の変化により回折格子２２７が一部に形成され、回折格子２２７の縞間隔に応じた波長の光を反射する光ファイバ２２２（コアの基本屈折率＝ｎ）と、▲４▼固定具３１０の配設位置に近接した位置に配設された、光ファイバ２２２の回折格子２２７部を固定し、光ファイバ２２２よりも高い剛性を有するとともに、熱膨脹係数（線膨脹率）β１  とは異なる熱膨脹係数  （線膨脹率）β２  を有する鉄（Ｆｅ）からなる固定具３２０と、から構成される。そして、温度計測単位４２０では、温度計測単位４１０と同様に測定対象温度範囲をＴＭＩＮ  ≦Ｔ≦ＴＭＡＸ  とした場合、回折格子２１７の縞間隔Λ１  ′（Ｔ）と回折格子２２７の縞間隔Λ２  ′（Ｔ）とは、Ｔ＝ＴＭＩＮ  において、
Λ１  ′（Ｔ＝ＴＭＩＮ  ）≧Λ２  ′（Ｔ＝ＴＭＩＮ  ）
となるように作成および固定具３１０、３２０への固定がなされる。この結果、第３実施例と同様にβ１  ≧β２  なので同一の温度環境下に設置された温度計測単位４２０で反射される２種の波長の光の波長差Δλ′（Ｔ）は、温度Ｔ（ＴＭＩＮ  ≦Ｔ≦ＴＭＡＸ  ）に対して単調増加関数となる。なお、温度計測単位４２０で反射され得る光の波長範囲は、温度計測単位４１０で反射され得る光の波長範囲とは重複が無いように設定される。すなわち、温度計測単位４２０で反射され得る光の波長範囲は、１５４９．９ｎｍ以下あるいは１５５９．９ｎｍ以上の波長領域に設定される。
【００８５】
以下、本装置による温度測定動作を説明する。
【００８６】
まず、上記の装置構成で、温度計測単位４１０および温度計測単位４２０を、内部温度の調節が可能な同一の恒温槽内に設置する。次に、恒温槽内の温度を一定値に設定した後、光源から光を出射し、各回折格子で反射された光の波長を測定して温度計測単位ごとに反射光波長値の差を計測する。そして、この波長差値を設定温度値とともに記録する。次いで、恒温槽内の温度を変化させつつ、各回折格子で反射された光の波長を測定して温度計測単位ごとに反射光波長値の差を計測し、波長差値を設定温度とともに記録する。引き続き、記録結果に基づき温度計測単位ごとに（８）式のΔλ０  とＣΔλとを求める。
【００８７】
上記の事前測定の後、本実施例の光ファイバ温度センサは以下のようにして、温度計測位置の温度を測定する。
【００８８】
温度計測単位４１０を使用した温度測定は第３実施例と同様に行われる。この温度計測単位４１０を使用した温度測定と同時に温度計測単位４２０を使用した温度測定が次のようにして行われる。
【００８９】
温度計測単位４１０で反射されなかった光は、光ファイバ７０４を経由して温度測定単位４１０に入射する。温度測定単位４２０では、まず、光ファイバ２１２に光源１００から出射された光が入射して、光ファイバ２１２内を進行し、回折格子２１７で温度測定位置の温度（Ｔ′）における縞間隔Λ１  ′（Ｔ′）・  （２ｎ）と略同一の波長（λ１  ′（Ｔ′））の光が反射される。その他の波長の光は光ファイバ２１２を透過して、光ファイバ２２２に入射後、光ファイバ２２２内を進行し、回折格子２２７で温度測定位置の温度（Ｔ′）における縞間隔Λ２  ′（Ｔ′）・（２ｎ）と略同一の波長（λ２  ′（Ｔ′））の光が反射される。回折格子２１７あるいは回折格子２２７で反射されなかった光は、光ファイバ２２２を透過する。
【００９０】
回折格子２１７で反射された光は、温度計測単位４１０、光ファイバ７０２、方向性結合器６００、および光ファイバ７０３を順次経由してスペクトラムアナライザ５００に入射し波長（λ１  ′（Ｔ′））が計測される。回折格子２２７で反射された光は、光ファイバ２１２、温度計測単位４１０、光ファイバ７０２、方向性結合器６００、および光ファイバ７０３を順次経由してスペクトラムアナライザ５００に入射し波長（λ２  ′（Ｔ′））が計測される。こうして計測された２種の波長値（λ１  ′（Ｔ′），λ２  ′（Ｔ′））と事前測定で求めた温度計測単位４２０に関するΔλ０  およびＣΔλとを使用し、（８）式に基づいて温度Ｔを算出する。
【００９１】
なお、温度計測単位を３つ以上使用して温度計測する場合には、各温度計測単位での反射され得る光の波長に重複が無いように設定する。このように設定すれば、各温度計測単位を光ファイバで光学的に直列に接続した構成で、上記と同様にして、各温度計測位置での温度を同時に測定することができる。
【００９２】
なお、本実施例の固定具は、夫々単一部材から構成したが、夫々第１実施例のような複数の部材から構成することも可能である。
【００９３】
（第５実施例）
図７は、本発明の光ファイバ温度センサの第５実施例の構成図である。この装置は、第４実施例の装置構成に基準計測単位を追加して、温度測定の精度の向上を図ったものである。
【００９４】
図７示すように、この装置は、第４実施例の装置に加えて、基準計測単位４９０を一定温度（ＴＣ  ）環境に設定された位置に設置した。そして、光源１００から出射された光を基準計測単位４９０へ導くために、方向性結合器６００に替えて、光源１００から出射された光を端子６９１から入力して端子６９２および端子６９４から出力するとともに、端子６９２または端子６９４から入力した光を端子６９３から出力する方向性結合器６９０を採用した。端子６９１、６９２、６９３は、夫々、方向性結合器６００の端子６０１、６０２、６０３と同様にして使用され、端子６９４は基準計測単位６９０と光ファイバ７０９で接続される。
【００９５】
ここで、基準計測単位４９０は、▲１▼光源１００から出射された光を入力し、周期的なコア部の屈折率の変化により回折格子２９６が一部に形成され、回折格子２９６の縞間隔に応じた波長の光を反射する光ファイバ２９１と、▲２▼光ファイバ２９１の回折格子２９６部を固定する、光ファイバ２９１よりも高い剛性を有するとともに、熱膨脹係数（線膨脹率）β３  を有するインバールからなる固定具３９０と、から構成される。そして、温度ＴＳ  の環境下では、回折格子２９６部で反射される光の波長（λＣ  ）は、どの温度計測単位で反射され得る光の波長範囲には含まれないように設定される。
【００９６】
以下、本装置による温度測定動作を説明する。なお、説明の簡単のため第４実施例と同様に、温度計測単位は２つとして説明する。
【００９７】
まず、上記の装置構成で、温度計測単位４１０および温度計測単位４２０を、内部温度の調節が可能な同一の恒温槽内に設置するとともに、基準計測単位４９０を周囲温度をＴＣ  に保った環境下に設置する。次に、恒温槽内の温度を一定値に設定した後、光源から光を出射し、各回折格子で反射された光の波長を測定して温度計測単位ごとに、温度計測単位の各回折格子で反射された光の波長と基準計測単位４９０の回折格子２９６で反射された光の波長との差を計測する。そして、この波長差値を設定温度値とともに記録する。次いで、恒温槽内の温度を変化させつつ、各回折格子で反射された光の波長を測定して温度計測単位ごとに反射光波長値の差を計測し、波長差値を設定温度とともに記録する。引き続き、記録結果に基づき温度計測単位ごとに（８′）式のΔλ１２とＣΔλ、（９）式のΔλ１３Ｃ  とＣΔλ１３、（１０）式のΔλ２３Ｃ  とＣΔλ２３を求める。
【００９８】
上記の事前測定の後、本実施例の光ファイバ温度センサは以下のようにして、温度計測位置の温度を測定する。
【００９９】
温度計測単位４１０および温度計測単位４２０の各回折格子で反射された光の波長（４種）の測定までは第４実施例と同様にして行われる。この時、同時に基準計測単位４９０で反射された光の波長λＣ  を測定する。
【０１００】
こうして計測された５種の波長値（λ１  （Ｔ），λ２  （Ｔ），λ１  ′（Ｔ′），λ２  ′（Ｔ′），λ３  （ＴＣ  ））と事前測定で求めた温度計測単位４１０、温度計測単位４２０、および基準計測単位４９０に関する（Δλ１２（Ｔ０  ），ＣΔλ１２，Δλ１３Ｃ  ，ＣΔλ１３，Δλ２３Ｃ  ，ＣΔλ２３）とから、温度計測単位４１０の設置位置の温度Ｔと温度計測単位４２０の設置位置の温度Ｔ′と求める。すなわち、温度計測単位４１０に関する（Δλ１２（Ｔ０  ），ＣΔλ１２）、温度計測単位４１０と基準計測単位４９０とに関する（Δλ１３Ｃ  ，ＣΔλ１３）、および温度計測単位４１０と基準計測単位４９０とに関する（Δλ２３Ｃ  ，ＣΔλ２３）とを使用して、（８′）式、（９）式、および（１０）式から夫々温度Ｔを算出する。こうして算出したＴについての３つの値の平均を演算して最終的に温度Ｔを求める。また、温度計測単位４２０に関する（Δλ１２′（Ｔ０  ），ＣΔλ１２′）、温度計測単位４２０と基準計測単位４９０とに関する（Δλ１３Ｃ  ′，ＣΔλ１３′）、および温度計測単位４１０と基準計測単位４９０とに関する（Δλ２３Ｃ  ′，ＣΔλ２３′）とを使用して、（８′）式、（９）式、および（１０）式から夫々温度Ｔ′を算出する。こうして算出したＴについての３つの値の平均を演算して最終的に温度Ｔ′を求める。
【０１０１】
なお、第４実施例と同様に、温度計測単位を３つ以上使用して温度計測する場合には、各温度計測単位での反射され得る光の波長に重複が無いように設定する。このように設定すれば、各温度計測単位を光ファイバで光学的に直列に接続した構成で、上記と同様にして、各温度計測位置での温度を同時に測定することができる。
【０１０２】
また、本実施例の装置の構成において、温度計測単位を１種の光ファイバとその固定具で構成することも可能である。こうした装置では、（９）式（あるいは（１０）式）によって温度計測位置の温度を換算する。この場合には、第４実施例と同様の精度で温度測定ができる。
【０１０３】
なお、本実施例の固定具は、夫々単一部材から構成したが、夫々第１実施例のような複数の部材から構成することも可能である。
【０１０４】
（第６実施例）
図８は、本発明の光ファイバ温度センサの第６実施例の構成図である。この装置は、第５実施例の装置では回折格子が形成された２つの光ファイバを光学的に直列に配置したもの温度計測単位４１０としたが、回折格子が形成された２つの光ファイバを光学的に並列に配置して温度計測単位４３０を構成した装置である。
【０１０５】
この並列接続を実現するため、方向性結合器６００の端子６０２から出力された光を端子６１１から入力し、分岐後に端子６１２および端子６１３から出力するとともに、端子６１２から入力した光と端子６１３から入力した光とを端子６１１から出力する光カプラ６１０を、温度計測単位４３０の構成要素とし、方向性結合器６００と光ファイバ２１１および光ファイバ２２１との間に配置した。なお、図７に示すように、本実施例の装置では、光ファイバ２１１および光ファイバ２２１で反射されなかった光源１００の側から進行する光を、端子６２１および端子６２２から入力し、端子６２３から出力する光カプラ６２０を温度計測単位４３０の構成要素として設置している。そして、方向性結合器６００と光カプラ６１０とは光ファイバ７０２で、光カプラ６１０と光ファイバ２１１とは光ファイバ７１１で、光カプラ６１０と光ファイバ２２１とは光ファイバ７１２で、光ファイバ２１１と光カプラ６２０とは光ファイバ７１３で、光ファイバ２２１と光カプラ６２０とは光ファイバ７１４で接続される。
【０１０６】
以下、本装置による温度測定動作を説明する。
【０１０７】
まず、上記の装置構成で、温度計測単位４３０を、内部温度の調節が可能な同一の恒温槽内に設置する。次に、第５実施例と同様に、恒温槽内の温度を一定値に設定し、双方の光ファイバおよび双方の固定具がこの一定値の温度に安定した後、光源から光を出射し、双方の回折格子で反射された光の波長を測定して２つの反射光波長値の差を計測する。そして、この波長差値を設定温度値とともに記録する。次いで、恒温槽内の温度を変化させつつ、双方の回折格子で反射された光の波長を測定して２つの反射光波長値の差を計測し、波長差値を設定温度とともに記録する。引き続き、記録結果から（８）式のΔλ０  とＣΔλとを求める。
【０１０８】
上記の事前測定の後、本実施例の光ファイバ温度センサは以下のようにして、温度計測位置の温度を測定する。
【０１０９】
まず、上記の装置構成で温度計測単位４３０を温度計測位置に設置し、光源１００から連続的な波長分布を有する光を出射する。光源１００から出射された光は、光ファイバ７０１、方向性結合器６００、および光ファイバ７０２を順次経由して温度測定単位４３０に入射する。温度測定単位４３０では、まず、光カプラ６１０に光源１００から出射された光が入射し、２つに分岐される。２分岐された一方の光が光ファイバ２１１に入射して、光ファイバ２１１内を進行し、回折格子２１６で温度測定位置の温度（Ｔ）における縞間隔Λ１  （Ｔ）・（２ｎ）と略同一の波長（λ１  （Ｔ））の光が反射される。その他の波長の光は光ファイバ２１１を透過する。また、２分岐された他方の光が光ファイバ２２１に入射して、光ファイバ２２１内を進行し、回折格子２１６で温度測定位置の温度（Ｔ）における縞間隔Λ２  （Ｔ）・（２ｎ）と略同一の波長（λ２  （Ｔ））の光が反射される。その他の波長の光は光ファイバ２２１を透過する。
【０１１０】
回折格子２１６で反射された光は、光カプラ６１０、光ファイバ７０２、方向性結合器６００、および光ファイバ７０３を順次経由してスペクトラムアナライザ５００に入射し波長（λ１  （Ｔ））が計測される。回折格子２２６で反射された光は、光カプラ６１０、光ファイバ７０２、方向性結合器６００、および光ファイバ７０３を順次経由してスペクトラムアナライザ５００に入射し波長（λ２  （Ｔ））が計測される。こうして計測された２種の波長値（λ１  （Ｔ），λ２  （Ｔ））と事前測定で求めたΔλ０  およびＣΔλとを使用し、（８）式に基づいて温度Ｔを算出する。
【０１１１】
なお、本実施例の固定具は、夫々単一部材から構成したが、夫々第１実施例のような複数の部材から構成することも可能である。
【０１１２】
（第７実施例）
図９は、本発明の光ファイバ温度センサの第７実施例の構成図である。この装置は、第６実施例の装置構成に並列型の温度計測単位を追加して光学的に直列に接続し、複数の温度計測位置の温度を同時に測定することを可能としたものである。第４実施例と同様に、温度計測単位の数（すなわち、温度計測位置の数）は制限されないが、説明の簡単の簡単のため、以下では計測単位が２つの場合を代表して説明する。
【０１１３】
図９に示すように、この装置は、第６実施例の装置の構成要素である、光源１００、方向性結合器６００、光カプラ６１０、温度計測単位４３０、光カプラ６２０、およびスペクトラムアナライザ５００に加えて、第２の温度計測位置に設置された温度計測単位４４０を備える。そして、計測単位４３０と計測単位４４０とは光ファイバ７０４で接続される。
【０１１４】
ここで、計測単位４４０は、▲１▼温度計測単位４３０で反射されずに出力された光を入射して２分岐する光カプラ６１０と、▲２▼光カプラで分岐された一方の光を入力し、周期的なコア部の屈折率の変化により回折格子２１７が一部に形成され、回折格子２１７の縞間隔に応じた波長の光を反射する光ファイバ２１２と、▲３▼光ファイバ２１２の回折格子２１７部を固定する、光ファイバ２１１よりも高い剛性を有するとともに、の熱膨脹係数（線膨脹率）β１  を有するアルミニウム（Ａｌ）からなる固定具３１０と、▲４▼光カプラ６１０で分岐された一方の光を入力し、周期的なコア部の屈折率の変化により回折格子２２７が一部に形成され、回折格子２２７の縞間隔に応じた波長の光を反射する光ファイバ２２２と、▲５▼固定具３１０の配設位置に近接した位置に配設された、光ファイバ２２２の回折格子２２７部を固定し、光ファイバ２２２よりも高い剛性を有するとともに、熱膨脹係数（線膨脹率）β１  とは異なる熱膨脹係数（線膨脹率）β２  を有する鉄（Ｆｅ）からなる固定具３２０と、▲５▼光ファイバ２１１および光ファイバ２２１で反射されなかった光を、端子６２１および端子６２２から入力し、端子６２３から出力する光カプラ６２０と、から構成される。
【０１１５】
まず、上記の装置構成で、温度計測単位４３０および温度計測単位４４０を、内部温度の調節が可能な同一の恒温槽内に設置する。次に、第６実施例と同様に、恒温槽内の温度を一定値に設定した後、光源から光を出射し、各回折格子で反射された光の波長を測定して温度計測単位ごとに反射光波長値の差を計測する。そして、この波長差値を設定温度値とともに記録する。次いで、恒温槽内の温度を変化させつつ、各回折格子で反射された光の波長を測定して温度計測単位ごとに反射光波長値の差を計測し、波長差値を設定温度とともに記録する。引き続き、記録結果に基づき温度計測単位ごとに（８）式のΔλ０  とＣΔλとを求める。
【０１１６】
上記の事前測定の後、本実施例の光ファイバ温度センサは以下のようにして、温度計測位置の温度を測定する。
【０１１７】
温度計測単位４３０を使用した温度測定は第５実施例と同様に行われる。この温度計測単位４３０を使用した温度測定と同時に温度計測単位４４０を使用した温度測定が次のようにして行われる。
【０１１８】
温度計測単位４３０で反射されなかった光は、光ファイバ７０４を経由して温度測定単位４４０に入射する。温度測定単位４４０では、まず、光カプラ６１０に光源１００から出射された光が入射し、２つに分岐される。２分岐された一方の光が光ファイバ２１２に入射して、光ファイバ２１２内を進行し、回折格子２１７で温度測定位置の温度（Ｔ′）における縞間隔Λ１  ′（Ｔ′）・（２ｎ）と略同一の波長（λ１  ′（Ｔ′））の光が反射される。その他の波長の光は光ファイバ２１２を透過する。また、２分岐された他方の光が光ファイバ２２２に入射して、光ファイバ２２２内を進行し、回折格子２２７で温度測定位置の温度（Ｔ′）における縞間隔Λ２  ′（Ｔ′）・（２ｎ）と略同一の波長（λ２  ′（Ｔ′））の光が反射される。その他の波長の光は光ファイバ２２２を透過する。
【０１１９】
回折格子２１７で反射された光は、光ファイバ２１２、温度計測単位４３０、光ファイバ７０２、方向性結合器６００、および光ファイバ７０３を順次経由してスペクトラムアナライザ５００に入射し波長（λ１  ′（Ｔ′））が計測される。回折格子２２７で反射された光は、光ファイバ２２２、温度計測単位４３０、光ファイバ７０２、方向性結合器６００、および光ファイバ７０３を順次経由してスペクトラムアナライザ５００に入射し波長（λ２  ′（Ｔ′））が計測される。こうして計測された２種の波長値（λ１  ′（Ｔ′），λ２  ′（Ｔ′））と事前測定で求めた温度計測単位４４０に関するΔλ０  およびＣΔλとを使用し、（８）式に基づいて温度Ｔを算出する。
【０１２０】
なお、温度計測単位を３つ以上使用して温度計測する場合には、各温度計測単位での反射され得る光の波長に重複が無いように設定する。このように設定すれば、各温度計測単位を光ファイバで光学的に直列に接続した構成で、上記と同様にして、各温度計測位置での温度を同時に測定することができる。
【０１２１】
なお、本実施例の固定具は、夫々単一部材から構成したが、夫々第１実施例のような複数の部材から構成することも可能である。
【０１２２】
本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、変形が可能である。例えば、第４実施例に対する基準計測単位を追加する第５実施例への変形は、第２実施例や第７実施例に関しても同様に可能である。
【０１２３】
また、上記の実施例では、温度計測単位を光源から出射された光の光路について直列に接続したが、光源に関して放射状に接続（すなわち、光源から出射された光が各温度計測単位に入力するにあたって、他の温度計測単位を経由せずに接続）することも可能である。この放射状接続を採用し、光源から各温度計測単位までの光学的な距離を夫々異なるものとし、光源からパルス状の光を出射して、夫々の光学的な距離に応じた時刻に波長計測を行うことにすれば、温度計測単位で反射される得る光の波長範囲が重複して設定されてもよい。
【０１２４】
また、上記実施例では、固定具の材料としてアルミニウム、鉄、インバールを使用したが、他の材料の組み合わせを採用することが可能である。
【０１２５】
【発明の効果】
以上、詳細に説明した通り、本発明の第１の光ファイバ温度センサによれば、回折格子が形成された光ファイバを、この光ファイバよりも高い剛性を有するとともに、複数の部材からなり、回折格子部の固定点間の熱膨張係数が所定の熱膨脹係数である固定具に固定するので、光ファイバ自身の熱膨張よりも大きな熱膨張が回折格子部で発生するので、回折格子での反射光波長を測定することにより、精度良く温度を測定することができる。
【０１２６】
また、本発明の第２および第３の光ファイバ温度センサによれば、互いに異なる回折格子が形成された２種の光ファイバを１組として温度計測位置に配置し、夫々の光ファイバで反射された光の波長の差の値から温度を算出するので、波長の絶対値の計測誤差があっても、精度良く温度を測定することができる。
【０１２７】
また、一定の温度環境下に設置された、回折格子が形成された光ファイバを更に加えることにより、１つの温度測定に３つの計測値を使用できることになり更に温度測定の精度を向上できる。
【０１２８】
更に、一定の温度環境下に設置された、回折格子が形成された光ファイバでの反射光の波長を基準として、温度計測位置に配置された、回折格子が形成された１種の光ファイバからの反射光の波長との差の値から温度を算出するので、波長の絶対値の計測誤差があっても、精度良く温度を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の光ファイバ温度センサの構成図である。
【図２】第実施例の固定具の構成図である。
【図３】本発明の第２実施例の光ファイバ温度センサの構成図である。
【図４】本発明の第３実施例の光ファイバ温度センサの構成図である。
【図５】第３実施例の温度計測単位の特性を示すグラフである。
【図６】本発明の第４実施例の光ファイバ温度センサの構成図である。
【図７】本発明の第５実施例の光ファイバ温度センサの構成図である。
【図８】本発明の第６実施例の光ファイバ温度センサの構成図である。
【図９】本発明の第７実施例の光ファイバ温度センサの構成図である。
【符号の説明】
１００…光源、２１１，２１２，２１５，２２１，２２２，２２５，２９１…回折格子付き光ファイバ、２１６，２１７，２１９，２２６，２２７，２２９，２９６…回折格子、３１０，３２０，３５０，３６０…固定具、３５１，３５２，３５３，３５４，３５５，３５６…固定具部材、４１０，４２０，４３０，４４０…温度計測単位、４９０…基準計測単位、５００…スペクトラムアナライザ、６００…方向性結合器、６１０，６２０…光カプラ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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