特許 6599285 光学センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6599285

(24)【登録日】2019年10月11日

(45)【発行日】2019年10月30日

(54)【発明の名称】光学センサ

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/14 20060101AFI20191021BHJP

【ＦＩ】

   G01B11/14 Z

【請求項の数】6

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2016-113203(P2016-113203)

(22)【出願日】2016年6月7日

(65)【公開番号】特開2017-219391(P2017-219391A)

(43)【公開日】2017年12月14日

【審査請求日】2019年2月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100112737

【弁理士】

【氏名又は名称】藤田 考晴

(74)【代理人】

【識別番号】100140914

【弁理士】

【氏名又は名称】三苫 貴織

(74)【代理人】

【識別番号】100136168

【弁理士】

【氏名又は名称】川上 美紀

(74)【代理人】

【識別番号】100172524

【弁理士】

【氏名又は名称】長田 大輔

(72)【発明者】

【氏名】近藤 明生

(72)【発明者】

【氏名】大西 智之

(72)【発明者】

【氏名】宮本 貴洋

【審査官】 眞岩 久恵

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−１９１３７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３２６３６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平５−１８９８１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ １１／００−１１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

センサヘッドの先端面に光ファイバの発光部及び受光部が配される光学センサであって、
前記センサヘッドの先端面に対し平行に密着し、前記光ファイバの前記発光部及び前記受光部に対応する位置に貫通孔が形成された第１板材と、
前記第１板材に対し平行かつ計測対象側に配され、前記光ファイバの発光部及び受光部に直交する仮想直線との交点に貫通孔が形成された第２板材とを備え、
前記センサヘッドの前記先端面が、計測対象である移動体に対向して配置されており、
前記光ファイバは、前記移動体からの光を、前記センサヘッドの先端面に配される前記受光部にて受光し、第１受光装置に入力する第１受光用光ファイバ及び第２受光装置に入力する第２受光用光ファイバを備え、
前記第１板材の前記貫通孔は、前記第１受光用光ファイバ及び前記第２受光用光ファイバの前記受光部に対応する位置に、それぞれ形成され、
前記第２板材の前記貫通孔は、前記第１受光用光ファイバ及び前記第２受光用光ファイバの前記受光部に直交する仮想直線との交点に、それぞれ形成され、
さらに、前記第１受光装置と前記第２受光装置とにそれぞれ入力される前記移動体からの光のタイミングに基づき、前記移動体とのクリアランスを計測する、測定部を備える
ことを特徴とする光学センサ。

【請求項2】

前記光ファイバは、発光装置からの照明光を、前記センサヘッドの先端面における発光部から前記移動体に向けて出射する、照明用光ファイバを備え、
前記第１板材の前記貫通孔は、前記照明用光ファイバの前記発光部に対応する位置に形成され、
前記第２板材の前記貫通孔は、前記照明用光ファイバの前記発光部に直交する仮想直線との交点に形成され、
前記第１受光用光ファイバ及び前記第２受光用光ファイバが受光する前記移動体からの光は、前記照明用光ファイバから出射される前記照明光の反射光である
ことを特徴とする請求項１に記載の光学センサ。

【請求項3】

前記第１板材と前記第２板材との間に、透光性を有し各前記光ファイバよりも温度及び蒸気への耐性が高い耐環境性窓が挿入される
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学センサ。

【請求項4】

前記第１板材の各前記貫通孔に、透光性を有し各前記光ファイバよりも温度及び蒸気への耐性が高い耐環境性窓がそれぞれ埋め込まれる
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学センサ。

【請求項5】

前記照明用光ファイバの端面は、前記センサヘッドの先端面において、前記第１受光用光ファイバ及び前記第２受光用光ファイバの前記受光部から離隔して配される
ことを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の光学センサ。

【請求項6】

前記第２板材において、前記照明用光ファイバの前記発光部に直交する仮想直線との交点に形成される前記貫通孔は、前記第１受光用光ファイバ及び前記第２受光用光ファイバの前記受光部に直交する仮想直線との交点にそれぞれ形成される各前記貫通孔よりも、径が大きい
ことを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の光学センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、主に回転機械に備わる光学センサに関する。

【背景技術】

【0002】

タービン機械の性能向上のためには、チップクリアランスを小さくする必要がある。そこで、このチップクリアランスを高精度で計測することが求められる。さらには、回転機械全般において、回転側と静止側のクリアランスを高精度で計測することが求められる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】実開昭５９‐１３４０２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

高温・高圧水蒸気環境下でクリアランスを計測するには、解決すべき課題が多く、たとえば、静電容量式のクリアランスセンサは、このような環境下において、劣化による絶縁不良が発生する可能性があり、さらに、誘電率変化の影響を受けるため、使用することができない。

【0005】

その点、光学センサは、高温・高圧水蒸気環境下において、上述のような影響を受けることがなく、使用に適している。しかし従来の技術では、定性的な変化は捉えることができるが、定量的な計測はできない。

【0006】

定量的な計測ができない原因として、光学センサに設けられた光ファイバの端部の白濁化や損耗（陥没、減損）が挙げられる。すなわち、高温・高圧水蒸気にさらされた光学センサは、光ファイバの損耗が生じ、また、光ファイバ（端部）は損耗に至る前に表面に白濁化が生じていると考えられている。

【0007】

光ファイバの端部に白濁化や損耗が生じると、光ファイバに入射する光の方向が変動する。光学センサの計測原理から、光ファイバに入射する光の方向の変動は、クリアランス計測に影響を及ぼす。

【0008】

よって、高温・高蒸気環境下であっても、光ファイバの白濁化や損耗を生じない光学材料にて光学センサを構成することが理想ではあるが、これは現実的ではない。

【0009】

したがって本発明では、上記技術的課題に鑑み、光ファイバの白濁化や損耗が生じた場合であってもクリアランス計測可能な光学センサを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決する第１の発明に係る光学センサは、
センサヘッドの先端面に光ファイバの発光部及び受光部が配される光学センサであって、
前記センサヘッドの先端面に対し平行に密着し、前記光ファイバの前記発光部及び前記受光部に対応する位置に貫通孔が形成された第１板材と、
前記第１板材に対し平行かつ計測対象側に配され、前記光ファイバの発光部及び受光部に直交する仮想直線との交点に貫通孔が形成された第２板材とを備え、
前記センサヘッドの前記先端面が、計測対象である移動体に対向して配置されており、
前記光ファイバは、前記移動体からの光を、前記センサヘッドの先端面に配される前記受光部にて受光し、第１受光装置に入力する第１受光用光ファイバ及び第２受光装置に入力する第２受光用光ファイバを備え、
前記第１板材の前記貫通孔は、前記第１受光用光ファイバ及び前記第２受光用光ファイバの前記受光部に対応する位置に、それぞれ形成され、
前記第２板材の前記貫通孔は、前記第１受光用光ファイバ及び前記第２受光用光ファイバの前記受光部に直交する仮想直線との交点に、それぞれ形成され、
さらに、前記第１受光装置と前記第２受光装置とにそれぞれ入力される前記移動体からの光のタイミングに基づき、前記移動体とのクリアランスを計測する、測定部を備える
ことを特徴とする。

【0012】

上記課題を解決する第２の発明に係る光学センサは、
上記第１の発明に係る光学センサにおいて、
前記光ファイバは、発光装置からの照明光を、前記センサヘッドの先端面における発光部から前記移動体に向けて出射する、照明用光ファイバを備え、
前記第１板材の前記貫通孔は、前記照明用光ファイバの前記発光部に対応する位置に形成され、
前記第２板材の前記貫通孔は、前記照明用光ファイバの前記発光部に直交する仮想直線との交点に形成され、
前記第１受光用光ファイバ及び前記第２受光用光ファイバが受光する前記移動体からの光は、前記照明用光ファイバから出射される前記照明光の反射光である
ことを特徴とする。

【0013】

上記課題を解決する第３の発明に係る光学センサは、
上記第１又は２の発明に係る光学センサにおいて、
前記第１板材と前記第２板材との間に、透光性を有し各前記光ファイバよりも温度及び蒸気への耐性が高い耐環境性窓が挿入される
ことを特徴とする。

【0014】

上記課題を解決する第４の発明に係る光学センサは、
上記第１又は２の発明に係る光学センサにおいて、
前記第１板材の各前記貫通孔に、透光性を有し各前記光ファイバよりも温度及び蒸気への耐性が高い耐環境性窓がそれぞれ埋め込まれる
ことを特徴とする。

【0015】

上記課題を解決する第５の発明に係る光学センサは、
上記第２から４のいずれか１つの発明に係る光学センサにおいて、
前記照明用光ファイバの端面は、前記センサヘッドの先端面において、前記第１受光用光ファイバ及び前記第２受光用光ファイバの前記受光部から離隔して配される
ことを特徴とする。

【0016】

上記課題を解決する第６の発明に係る光学センサは、
上記第２から５のいずれか１つの発明に係る光学センサにおいて、
前記第２板材において、前記照明用光ファイバの前記発光部に直交する仮想直線との交点に形成される前記貫通孔は、前記第１受光用光ファイバ及び前記第２受光用光ファイバの前記受光部に直交する仮想直線との交点にそれぞれ形成される各前記貫通孔よりも、径が大きい
ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0017】

本発明に係る光学センサによれば、光ファイバの白濁化や損耗が生じた場合であってもクリアランス計測を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】回転機械に配置された本発明に係る光学センサを説明する概略図である。

【図2】本発明の実施例１に係る光学センサのセンサヘッド周辺の概略図であり、図２（ａ）はセンサ軸方向断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ‐Ａ矢視図、図２（ｃ）は図２（ａ）のＢ‐Ｂ矢視図である。

【図3】図３は、従来の光学センサにおけるセンサヘッド周辺の概略図であり、センサ軸方向断面図である。図３（ａ）は、初期（通常）状態、図３（ｂ）は白濁化あるいは損耗後の状態を示している。

【図4】タービンを例として、光学センサのクリアランス（チップクリアランス）計測を説明する模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

図１は、回転機械に配置された本発明に係る光学センサを説明する概略図である。図１に示すように、該回転機械は、ハウジング１０１内において、回転軸１０２に固定され、ハウジング１０１の内周面とクリアランスを有して配された回転体１０３を備えている。そして、本発明に係る光学センサは、先端が、ハウジング１０１の内周面に、回転体１０３の周面と対向して配されるようにして、該回転機械に設けられている。

【0020】

より詳述すると、本発明に係る光学センサは、ハウジング１０１の内周面において、先端面が計測対象である回転体１０３側を向くようにして配されるセンサ部１、第１の光ファイバを介してセンサ部１に接続する発光装置（光源）２、第２の光ファイバを介してセンサ部１に接続する第１受光装置３、第３の光ファイバを介してセンサ部１に接続する第２受光装置４、及び、第１受光装置３及び第２受光装置４に接続する測定部５を備えている。

【0021】

計測の手順としては、まず、回転機械の駆動中において、発光装置２から第１の光ファイバを介してセンサ部１へ照明光が出力され、この照明光がセンサ部１の先端部（センサヘッド）から回転体１０３へ向けて出射（放出）される。

【0022】

照明光は回転体１０３の周面において反射し、その反射光の一部は、センサヘッドに入射し、第２の光ファイバを介して第１受光装置３へ、第３の光ファイバを介して第２受光装置４へそれぞれ入力される。

【0023】

このとき、回転体１０３からセンサヘッドに入射する反射光は、回転体１０３の周面において周方向（回転方向）に変化する形状あるいは模様に依存した、所定の強度周期を有している。この「形状」は、例えば、回転体１０３がタービンである場合には動翼の形状となる。また「模様」とは、回転体１０３の周面において周方向に変化する形状がない場合、例えば、マーカ等を付すことによって明暗を設けているものを指す。

【0024】

測定部５では、第１受光装置３及び第２受光装置４にそれぞれ入力される（回転体１０３の周面からの）反射光のタイミングに基づき、回転体１０３とのクリアランスを計測する。
以上が、本発明に係る光学センサによる回転機械のクリアランス計測の手順である。

【0025】

以下、本発明に係る光学センサを実施例にて詳述する。なお、下記実施例では、一部タービンに光学センサを配するものとして説明している箇所があるが、本発明はこれに限らず、回転機械全般に適用可能である。

【0026】

さらに言えば、本発明に係る光学センサは、下記実施例中に説明する原理（下記（１）式及び図４）上、回転機械の回転体に限らず、移動体であればクリアランスを計測することができる。

【0027】

［実施例１］
図３は、従来の光学センサにおけるセンサヘッド周辺の概略図であり、センサ軸方向断面図（回転体１０３の径方向断面と平行な断面図）である。図３（ａ）は、初期（通常）状態、図３（ｂ）は白濁化あるいは損耗後の状態を示している。まず、図３（ａ）にて初期状態について説明する。

【0028】

従来の光学センサは、センサヘッド５０の先端面５０ａが回転体１０３の周面に対向し、照明用光ファイバ５１，５２（第１の光ファイバ）、第１受光用光ファイバ５３‐１，５３‐２，５３‐３（第２の光ファイバ）、及び、第２受光用光ファイバ５４‐１，５４‐２，５４‐３（第３の光ファイバ）を備えている。

【0029】

照明用光ファイバ５１，５２は、それぞれ、一端が発光装置２（図１参照）に接続し、他端の端面（発光部）５１ａ，５２ａが先端面５０ａにおいて露出している。そして、発光装置２から出力された照明光を、端面５１ａ，５２ａから、回転体１０３の周面に向けて出射する伝搬経路としての光ファイバである。

【0030】

第１受光用光ファイバ５３‐１，５３‐２，５３‐３は、それぞれ、一端が第１受光装置３（図１参照）に接続し、他端の端面（受光部）５３‐１ａ，５３‐２ａ，５３‐３ａが先端面５０ａにおいて露出している。そして、回転体１０３の周面にて反射された照明光である反射光を、端面５３‐１ａ，５３‐２ａ，５３‐３ａにて受光（入射）し、第１受光装置３へ入力する伝搬経路としての光ファイバである。

【0031】

第２受光用光ファイバ５４‐１，５４‐２，５４‐３は、一端が第２受光装置４（図１参照）に接続し、他端の端面（受光部）５４‐１ａ，５４‐２ａ，５４‐３ａが先端面５０ａにおいて露出している。そして、回転体１０３の周面にて反射された照明光である反射光を、端面５４‐１ａ，５４‐２ａ，５４‐３ａにて受光し、第２受光装置４へ入力する伝搬経路としての光ファイバである。

【0032】

またここでは、第１受光用光ファイバ５３‐１，５３‐２，５３‐３、及び、照明用光ファイバ５１が、一組に纏められており、これを光ファイバ群Ｐとする。さらに、第２受光用光ファイバ５４‐１，５４‐２，５４‐３、及び、照明用光ファイバ５２が、一組に纏められており、これを光ファイバ群Ｑとする。

【0033】

光ファイバ群Ｐ，Ｑは、光学センサの略軸方向に延伸し、センサヘッド５０内部では、（回転体１０３の径方向断面と平行な断面視において）先端面５０ａに向けて互いの離間距離が広がる方向にハの字に傾斜している。また、光ファイバ群Ｐ，Ｑは、先端面５０ａにおいて、端面５３‐１ａ，５３‐２ａ，５３‐３ａ及び端面５１ａの位置及び角度と、端面５４‐１ａ，５４‐２ａ，５４‐３ａ及び端面５２ａの位置及び角度とが、光学センサのセンサ軸方向中心線を中心として対称的に配されている。

【0034】

以上が従来の光学センサの構成である。なお、従来の光学センサを用いたクリアランスの計測手順は、図１を用いて説明した如くである。

【0035】

図４は、タービンを例として、光学センサによるクリアランス（チップクリアランス）計測を説明する模式図である。

【0036】

先端面５０ａにおける光ファイバ群Ｑの端面５４‐１ａ，５４‐２ａ，５４‐３ａ及び端面５２ａの位置をＡ点（詳細には端面の位置は４箇所となるが、光ファイバ５４‐１，５４‐２，５４‐３，５２は一纏まりのため隣接しており、端面の位置（及び角度）が略同一であるため、一つの点と見做す）とし、光ファイバ群Ｐの端面５３‐１ａ，５３‐２ａ，５３‐３ａ及び端面５１ａの位置をＢ点（Ａ点同様に一つの点と見做す）。

【0037】

さらに、Ａ点とＢ点との離間距離をＬとし、端面５３‐１ａ，５３‐２ａ，５３‐３ａに直交する仮想直線ｐ（上述と同様に、詳細には３本の仮想直線を１本と見做す）、端面５４‐１ａ，５４‐２ａ，５４‐３ａに直交する仮想直線ｑ（上述と同様に、詳細には３本の仮想直線を１本と見做す）、及び、センサ軸方向中心線の３つの線の交点が、距離計測の基準点Ｏとなり、距離計測の基準点Ｏにおける仮想直線ｐ，ｑの交差角をαとする。

【0038】

また、動翼１０３ａの外側端面１０３ｂにおける角部（二つの角部のうち回転方向前方側の角部）が、仮想直線ｑと交わる点をＣ点とし、仮想直線ｐと交わる点をＤ点とする。なお、この角部とは、第１受光用光ファイバ３３及び第２受光用光ファイバ３４へ入射する反射光の強度が（急激に）変化する箇所である。

【0039】

さらに、動翼１０３ａが、Ｃ点からＤ点まで移動する時間をΔｔとし、光学センサの先端面３１ａと動翼１０３ａの外側端面１０３ｂとのクリアランス（計測すべきクリアランス）をｄとする。

【0040】

すると、下記（１）式が成立する。

【数1】

ただし、Ｒを回転体半径、Ｔを回転体の周期とする。

【0041】

なお、上記（１）式は、光ファイバ群ｐ，ｑにそれぞれ受光用光ファイバが１本ずつ含まれていれば成立する。また、上記（１）式中に照明用光ファイバに関わる係数は出てこないため、照明光が回転体１０３で反射した反射光を受光用光ファイバで受光できさえすれば、照明用光ファイバの端面は、Ａ，Ｂ点からそれぞれ外れた位置にあってもよい（その場合、Ａ，Ｂ点は、受光用光ファイバの端面のみの位置を示すことになる）。

【0042】

従来の光学センサでは、図３（ａ）に示すように、先端面５０ａに端面５３‐１ａ，５３‐２ａ，５３‐３ａ，５４‐１ａ，５４‐２ａ，５４‐３ａ、及び、端面５１ａ，５２ａがあることで、先端面５０ａにおいて照明光が出射され反射光を受光している場合は、上記（１）式が成立する。

【0043】

しかしながら、図３（ｂ）に示すように、各光ファイバ５１，５２，５３‐１，５３‐２，５３‐３，５４‐１，５４‐２，５４‐３に、白濁化あるいは損耗が発生すると、照明光の出射位置及び光の広がりがランダム化し、それとともに、反射光の受光位置及び受光角度もランダム化してしまい、上記（１）式におけるαが不確定となり、上記（１）式は成立しなくなる。

【0044】

また、上記特許文献１に記載されるように、光ファイバの先端部分に嵌合する金属細孔を有するパイプを設け、この金属細孔により光路を確実に規定することもできるが、このような方法では、金属細孔の径が小さいため正確に形成することが難しい。

【0045】

一方、本実施例に係る光学センサでは、貫通孔の形成された２つの金属板及び耐環境性窓を設けることで、各光ファイバに白濁化や損耗が発生した場合にも、上記（１）式を成立させ、クリアランス計測ができ、さらに、上記特許文献１に記載された光学センサに比べ、簡易的に作製することを可能とするものである。

【0046】

図２は、本実施例に係る光学センサのセンサヘッド周辺の概略図であり、図２（ａ）はセンサ軸方向断面図（すなわち回転体１０３の径方向断面と平行な断面図）、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ‐Ａ矢視図、図２（ｃ）は図２（ａ）のＢ‐Ｂ矢視図である。

【0047】

本実施例に係る光学センサは、まず、図２（ａ）に示すように、センサヘッド１０の先端面１０ａが回転体１０３の周面に対向し、第１照明用光ファイバ１１と第２照明用光ファイバ１２（第１の光ファイバ）、第１受光用光ファイバ１３（第２の光ファイバ）、及び、第２受光用光ファイバ１４（第３の光ファイバ）を備えている。

【0048】

第１照明用光ファイバ１１は、一端が発光装置２（図１参照）に接続し、他端の端面（発光部）１１ａが先端面１０ａにおいて露出している。そして、発光装置２から出力された照明光を、端面１１ａから、回転体１０３の周面に向けて出射する伝搬経路としての光ファイバである。

【0049】

第２照明用光ファイバ１２は、一端が発光装置２に接続し、他端の端面（発光部）１２ａが先端面１０ａにおいて露出している。そして、発光装置２から出力された照明光を、端面１２ａから、回転体１０３の周面に向けて出射する伝搬経路としての光ファイバである。なお、第１照明用光ファイバ１１と第２照明用光ファイバ１２とは、別々の発光部に接続しているものとしてもよい。

【0050】

第１受光用光ファイバ１３は、一端が第１受光装置３（図１参照）に接続し、他端の端面（受光部）１３ａが先端面１０ａにおいて露出している。そして、回転体１０３の周面にて反射された照明光である反射光を、端面１３ａにて受光し、第１受光装置３へ入力する伝搬経路としての光ファイバである。

【0051】

第２受光用光ファイバ１４は、一端が第２受光装置４（図１参照）に接続し、他端の端面（受光部）１４ａが先端面１０ａにおいて露出している。そして、回転体１０３の周面にて反射された照明光である反射光を、端面１４ａにて受光し、第２受光装置４へ入力する伝搬経路としての光ファイバである。

【0052】

各光ファイバ１１〜１４は、光学センサの略軸方向に延伸している。センサヘッド１０内部では、第１受光用光ファイバ１３及び第２受光用光ファイバ１４は、光学センサの略軸方向に延伸し、（回転体１０３の径方向断面と平行な断面視において）先端面１０ａに向けて互いの離間距離が広がる方向にハの字に傾斜して配される。さらに、第１受光用光ファイバ１３と第２受光用光ファイバ１４との間において、第１照明用光ファイバ１１及び第２照明用光ファイバ１２は、（回転体１０３の径方向断面と平行な断面視において）先端面１０ａに向けて互いの離間距離が広がる方向にハの字に傾斜して配される。

【0053】

また、先端面１０ａでは、（回転体１０３の径方向断面と平行な断面視において）端面１１ａ〜１４ａが互いに隔離して配されている。なお、図２（ａ）には、各光ファイバ１１，１２，１３，１４がそれぞれ１本ずつ配されている状態を示しているが、本実施例はこれに限定されず、それぞれを複数本ずつにしてもよい。

【0054】

さらに、本実施例に係る光学センサは、先端面１０ａに対し平行に密着して配された第１金属板２０（第１板材）、第１金属板２０と平行かつ第１金属板２０より計測方向前方側（回転体１０３側）に配された第２金属板３０（第２板材）、及び、第１金属板２０と第２金属板３０との間に挿入され固定された耐環境性窓４０を備え、これにより受光方向を規定している。

【0055】

第１金属板２０は、先端面１０ａから露出した端面１１ａに対応する位置に形成される第１内側貫通孔２１、同じく先端面１０ａから露出した端面１２ａに対応する位置に形成される第２内側貫通孔２２、同じく先端面１０ａから露出した端面１３ａに対応する位置に形成される第３内側貫通孔２３、及び、同じく先端面１０ａから露出した端面１４ａに対応する位置に形成される第４内側貫通孔２４を備えている。

【0056】

第２金属板３０は、端面１１ａに直交する仮想直線Ｗ（上記仮想直線ｑと同一）との交点に形成される第１外側貫通孔３１、端面１２ａに直交する仮想直線Ｘとの交点に形成される第２外側貫通孔３２、端面１３ａに直交する仮想直線Ｙとの交点に形成される第３外側貫通孔３３、及び、端面１４ａに直交する仮想直線Ｚ（上記仮想直線ｐと同一）との交点に形成される第４外側貫通孔３４を備えている。

【0057】

また、第１外側貫通孔３１及び第２外側貫通孔３２は、第３外側貫通孔３３及び第４外側貫通孔３４に比べ径が大きくなっている。貫通孔３１，３２は照明光用の貫通孔であり、照明光については、あまり絞らずにある程度の広がりをもって回転体１０３に出射した方が好ましいためである。

【0058】

耐環境性窓４０は、照明光及び反射光を透過させる透光性を有し、高熱及び高蒸気に耐性のある材質、例えばダイヤモンドあるいはサファイアなどにより構成されるものとする（本実施例は耐環境性窓４０の材質を限定するものではないが、耐環境性窓４０は少なくとも各光ファイバよりも温度及び蒸気への耐性が高い必要がある）。また、耐環境性窓４０は、第１金属板２０と第２金属板３０との間に挿入されるのではなく、第１金属板２０の貫通孔２１〜２４にそれぞれ埋め込まれるものとしてもよい。

【0059】

以上が本実施例に係る光学センサの構成である。なお、本実施例に係る光学センサを用いたクリアランスの計測手順は、図１を用いて説明した如くである。

【0060】

本実施例に係る光学センサは、まず、第１金属板２０及び第２金属板３０にて、これら２つの金属板の２つの貫通孔（貫通孔２３と貫通孔３３、又は、貫通孔２４と貫通孔３４）を通過する反射光のみしか受光しないことになるため、受光光路が規定される（同様に照明光路も規定される）。そのため、高温・高蒸気環境等の過酷環境下にさらされる各光ファイバの端部付近に白濁化や損耗が発生した場合でも、受光方向に影響がなく、上記（１）式におけるαの値に変動がないため、クリアランス計測が可能となる。

【0061】

また、耐環境性窓４０により、先端面１０ａを封止することで、高温・高蒸気環境下でも各光ファイバがその影響を受けることがない。よって、正確なクリアランス計測が可能となる。

【0062】

さらに、本実施例に係る光学センサでは、照明用光ファイバ１１，１２と受光用光ファイバ１３，１４とが、先端面１０ａにおいて離隔して配されるため、送受光の干渉を低減することができ、より正確なクリアランス計測が可能となる。

【0063】

また、本実施例に係る光学センサでは、貫通孔を開けた板材（第１金属版２０及び第２金属板３０）の間に耐環境性窓４０を取り付けるだけであり、上記特許文献１に記載されるような、金属細孔加工と比較し、実現性及び加工性において有利である。

【0064】

また、本発明に係る光学センサを、回転体以外も含めた移動体に対するクリアランスの計測に用いる場合には、センサヘッドの先端面を、計測対象である移動体に対し、その移動方向と平行となるように対向させれば、同様の結果を得ることができる。

【産業上の利用可能性】

【0065】

本発明は、光学センサとして好適である。

【符号の説明】

【0066】

１ センサ部
２ 発光装置
３ 第１受光装置
４ 第２受光装置
５ 測定部
１０，５０ センサヘッド
１０ａ，５０ａ （センサヘッドの）先端面
１１ 第１照明用光ファイバ
１１ａ （第１照明用光ファイバの）端面（発光部）
１２ 第２照明用光ファイバ
１２ａ （第２照明用光ファイバの）端面（発光部）
１３，５３‐１，５３‐２，５３‐３ 第１受光用光ファイバ
１３ａ，５３‐１ａ，５３‐２ａ，５３‐３ａ （第１受光用光ファイバの）端面（受光部）
１４，５４‐１，５４‐２，５４‐３ 第２受光用光ファイバ
１４ａ，５４‐１ａ，５４‐２ａ，５４‐３ａ （第２受光用光ファイバの）端面（受光部）
２０ 第１金属板（第１板材）
２１ 第１内側貫通孔
２２ 第２内側貫通孔
２３ 第３内側貫通孔
２４ 第４内側貫通孔
３０ 第２金属板（第２板材）
３１ 第１外側貫通孔
３２ 第２外側貫通孔
３３ 第３外側貫通孔
３４ 第４外側貫通孔
４０ 耐環境性窓
５１，５２ 照明用光ファイバ
５１ａ，５２ａ （照明用光ファイバの）端面（発光部）
１０１ ハウジング
１０２ 回転軸
１０３ 回転体
１０３ａ 動翼
１０３ｂ 外側端面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】