(57)【要約】【課題】高温対象物の温度分布を、光ケーブルの長手方向に沿って良好な応答性の下で測定できると共に、対象物が固体の場合には歪み分布についても、光ケーブルの長手方向に沿って同時に測定できる光ケーブルを提供すること。【解決手段】この高温環境用光ケーブルは、外周面に被覆12が設けられた、或いは被覆の無い光ファイバ11と、耐熱性材料により形成され、光ファイバ11がその内部に挿通された保護管13と、保護管13の内周面と光ファイバ11の外周面との間の空隙に充填された耐熱性材料で形成された充填材層14と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温対象物の温度分布、対象物が固体の場合には同時に歪み分布を測定するための高温環境用光ケーブルであって、
光ファイバと、
耐熱性材料により形成され、前記光ファイバがその内部に挿通された保護管と、
前記保護管の内周面と前記光ファイバの外周面との間の空隙に充填された耐熱性材料で形成された充填材層と、
を備えた高温環境用光ケーブル。
【請求項２】
前記充填材層を形成する前記耐熱性材料は、粉末状の材料である、請求項１記載の高温環境用光ケーブル。
【請求項３】
前記充填材層を形成する前記耐熱性材料は、酸化マグネシア(MgO)、無水炭酸マグネシウム(MgCO3)、水酸化マグネシウムMg(OH)2、溶融シリカ(SiO2)、シリコンパウンド(Si)、アルミナ(Al2O3)、窒化アルミ(AlN)、窒化ホウ素(BN)、窒化ホウ素ナノチューブ(BNNT)、カーボンナノチューブ(CNT)、およびジルコニア(ZrO2)からなる群から選択される１または２以上の材料である、請求項１または２に記載の高温環境用光ケーブル。
【請求項４】
前記充填材層を形成する前記耐熱性材料は、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)からなる群から選択される１または２以上の材料である、請求項１または２に記載の高温環境用光ケーブル。
【請求項５】
前記保護管を形成する前記耐熱性材料は、金属材料である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の高温環境用光ケーブル。
【請求項６】
前記金属材料は、ステンレス鋼、高クロム鋼、ニッケル基合金、鉄・クロム・アルミニウム合金、チタン、およびチタン合金からなる群から選択される１または２以上の材料である、請求項５記載の高温環境用光ケーブル。
【請求項７】
前記保護管を形成する前記耐熱性材料は、非金属材料である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の高温環境用光ケーブル。
【請求項８】
前記非金属材料は、再結晶アルミナ、磁器JIS 1種、磁器JIS
2種、石英、炭化ケイ素、窒化ケイ素からなる群から選択される１または２以上の材料である、請求項７記載の高温環境用光ケーブル。
【請求項９】
前記保護管を形成する前記耐熱性材料および前記充填材層を形成する前記耐熱性材料のそれぞれの最高使用温度は、３００℃以上である、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の高温環境用光ケーブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温における流体や固体対象物の状態（温度・歪み）を計測するための高温環境用光ケーブルに関する。
【背景技術】
【０００２】
図３は、高温下などの苛酷環境における温度計測に用いられる従来の光ケーブル３０の軸方向に垂直な断面を示している。石英ガラスから成る光ファイバ３１は、その表面に被覆３２が設けられており、この被覆３２によって光ファイバ３１の損傷を防止している。被覆３２を備えた光ファイバ３１は、高温環境から保護するために、ステンレスなどから成る金属製の保護管（シース）３３の中に収納されている。
【０００３】
光ファイバ３１の被覆３２の外周面と保護管３３の内周面との間には、空隙３４が形成されており、この空隙２４には空気が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２８０６６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上述した従来の光ケーブル３０では、光ファイバ３１の被覆３２の外周面と保護管３３の内周面との間の空隙３４に空気が存在するため、保護管３３と光ファイバ３１との間の熱伝導が悪く、温度計測の応答性が悪いという問題があった。
【０００６】
また、一般に光ファイバは、温度分布の計測に加えて、光ファイバに生じた歪みの変化を、光ファイバ内の散乱光の強さや周波数の変化として検出することにより、光ファイバの長手方向における歪み分布の計測を行うこともできる。この場合、固体のような計測対象物と光ファイバを密着させれば、計測対象物の歪みを直接計測することができる。
【０００７】
しかしながら、上述した従来の光ケーブル３０では、光ファイバ３１が保護管３３の中に収納されており、保護管３３と光ファイバ３１との間には空隙３４を存在するため、保護管３３に歪みが生じても、その歪みが光ファイバ３１には伝達されない。
【０００８】
従って、従来の光ケーブル３０を取り付けた高温計測対象物が変形し、これに伴って保護管３３に歪みが生じたとしても、その歪みは光ファイバ３１には伝達されないので、結局、高温計測対象物の歪みを検出することができない。
【０００９】
また、従来の光ケーブル３０では、保護管３３と光ファイバ３１との間に空隙３４が存在するため、保護管３３を曲げ加工して計測対象に取付ける場合に曲率半径が小さいと保護管３３に座屈等の損傷が生じ、光ファイバ３１が破断するなどの損傷を与える場合がある。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、高温計測対象物の温度分布を、光ケーブルの長手方向に沿って良好な応答性の下で測定できると共に、保護管の曲げ加工が施工し易くなり、また、対象物が固体の場合には歪み分布についても、光ケーブルの長手方向に沿って測定することができる光ケーブルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明は、高温計測対象物の温度分布、対象物が固体の場合には同時に歪み分布も測定できる高温環境用光ケーブルであって、外周面に被覆が設けられた、或いは被覆のない光ファイバと、耐熱性材料により形成され、前記光ファイバがその内部に挿通された保護管と、前記保護管の内周面と前記光ファイバの外周面との間の空隙に充填された耐熱性材料で形成された充填材層と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、好ましくは、前記充填材層を形成する前記耐熱性材料は、粉末状の材料である。
【００１３】
また、好ましくは、前記充填材層を形成する前記耐熱性材料は、酸化マグネシア(MgO)、無水炭酸マグネシウム(MgCO3)、水酸化マグネシウムMg(OH)2、溶融シリカ(SiO2)、シリコンパウンド(Si)、アルミナ(Al2O3)、窒化アルミ(AlN)、窒化ホウ素(BN)、窒化ホウ素ナノチューブ(BNNT)、カーボンナノチューブ(CNT)、およびジルコニア(ZrO2)からなる群から選択される１または２以上の材料である。
【００１４】
また、好ましくは、前記充填材層を形成する前記耐熱性材料は、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)からなる群から選択される１または２以上の材料である。
【００１５】
また、好ましくは、前記保護管を形成する前記耐熱性材料は、金属材料である。
【００１６】
また、好ましくは、前記金属材料は、ステンレス鋼、高クロム鋼、ニッケル基合金、鉄・クロム・アルミニウム合金、およびチタン、チタン合金からなる群から選択される１または２以上の材料である。
【００１７】
また、好ましくは、前記保護管を形成する前記耐熱性材料は、非金属材料である。
【００１８】
また、好ましくは、前記非金属材料は、再結晶アルミナ、磁器JIS 1種、磁器JIS
2種、石英、炭化ケイ素、窒化ケイ素からなる群から選択される１または２以上の材料である。
【００１９】
また、好ましくは、前記保護管を形成する前記耐熱性材料および前記充填材層を形成する前記耐熱性材料のそれぞれの最高使用温度は、３００℃以上である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明による高温環境用光ケーブルによれば、高温対象物の温度分布を、光ケーブルの長手方向に沿って良好な応答性の下で測定できると共に、保護管の曲げ加工が施工し易く、対象物が固体の場合には歪み分布についても、光ケーブルの長手方向に沿って同時に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態による光ケーブルを示した断面図。
【図２】図１に示した光ケーブルを固体面に取り付けた状態を示した模式図。
【図３】従来の光ケーブルを示した断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の一実施形態による高温環境用光ケーブルについて、図１および図２を参照して説明する。
【００２３】
本実施形態による光ケーブルは、高温対象面に取り付けて、温度分布および歪み分布を、光ファイバを利用して、光ファイバの長手方向に沿って連続的に計測するものである。
【００２４】
図１に示したように本実施形態による光ケーブル１０は、光ファイバ１１を備え、光ファイバ１１の外周面には被覆１２が設けられている。光ファイバ１１は、典型的には石英ガラスによって形成されている。
【００２５】
被覆１２を備えた光ファイバ１１は、保護管（シース）１３の内部に挿通されている。保護管１３は、金属材料または非金属材料である耐熱性材料によって形成されている。
【００２６】
保護管１３を形成する金属材料としては、ステンレス鋼、高クロム鋼、ニッケル基合金、鉄・クロム・アルミニウム合金、チタン、およびチタン合金があげられる。
【００２７】
保護管４を形成する非金属材料としては、再結晶アルミナ、磁器JIS 1種、磁器JIS
2種、石英、炭化ケイ素、および窒化ケイ素（サイアロン）があげられる。
【００２８】
保護管１３の内周面と光ファイバ１１の被覆１２の外周面との間の空隙には、耐熱性材料が充填されて充填材層１４が形成されている。
【００２９】
充填材層１４を形成する耐熱性材料は、好ましくは、粉末状の材料である。
【００３０】
具体的には、酸化マグネシア(MgO)、無水炭酸マグネシウム(MgCO3)、水酸化マグネシウムMg(OH)2、溶融シリカ(SiO2)、シリコンパウンド(Si)、アルミナ(Al2O3)、窒化アルミ(AlN)、窒化ホウ素(BN)、窒化ホウ素ナノチューブ(BNNT)、カーボンナノチューブ(CNT)、およびジルコニア(ZrO2)があげられる。
【００３１】
充填材層１４を形成する耐熱性材料として、銅(Cu)、銀(Ag)、または金(Au)を使用することもできる。
【００３２】
保護管１３を形成する耐熱性材料および充填材層５を形成する耐熱性材料の最高使用温度は、好ましくは３００℃以上である。
【００３３】
図２は、本実施形態による光ケーブル１０を、高温固体対象面２０に取り付けた状態を示している。光ケーブル１０は、高温固体対象面２０に密着して取り付けられる。
【００３４】
本実施形態による光ケーブル１０によれば、光ケーブル１０の被覆１２の外周面と保護管１３の内周面との間に耐熱性材料が充填され、これにより充填材層１４が形成されているので、保護管１３と光ファイバ１１との間の熱伝達率が、空気の場合に比して増大している。これにより、保護管１３から光ファイバ１１への熱伝達性能が改善され、温度計測の応答性が向上する。
【００３５】
また、本実施形態による光ケーブル１０によれば、光ケーブル１０を取り付けた高温固体面が変形し、これに伴って保護管１３に歪みが生じた場合には、保護管１３の歪みが、充填材層１４および被覆１２を介して光ファイバ１１に伝達される。これにより、高温固体面の歪みを、光ケーブル１０の長手方向に沿って連続的に常時計測することができる。このように本実施形態による光ケーブル１０は、高温環境下での歪み計測も可能とする。
【００３６】
また、本実施形態による光ケーブル１０によれば、保護管１３の内部に充填材層１４が形成されていることにより、光ケーブル１の曲げ加工が従来に比べて施工し易くなるという利点もある。
【００３７】
上記実施形態の一変形例としては、充填材をあえて熱伝導の悪い材料として、耐熱性が低く低コストの光ファイバを高温環境下での計測（歪み計測）に使用できるようにしても良い。
【００３８】
熱伝導が悪い充填材としては、溶融シリカ（SiO2）、シリコンパウンド（Si）、ジルコニア（ZrO2）などがあげられる。
【００３９】
上記実施形態の他の変形例としては、保護管１３が損傷した場合に光ファイバ１１の被覆１２が腐食することを防止することを目的として、充填材を耐腐食性材料としても良い。
【００４０】
耐腐食性材料としては、溶融シリカ(SiO2)、アルミナ(Al2O3)、窒化アルミ(AlN)、窒化ホウ素(BN)、ジルコニア(ZrO2)、窒化ホウ素ナノチューブ(BNNT)、カーボンナノチューブ(CNT)などがあげられる。
【符号の説明】
【００４１】
１０  光ケーブル
１１  光ファイバ
１２  被覆
１３  保護管（シース）
１４  充填材層
２０  高温固体面
【図１】
2015121471.tif 000003
【図２】
2015121471.tif 000004
【図３】
2015121471.tif 000005