温度を上げていくときと下げていくときで、同じ温度の点の波長は同じですか？
実際の応用では、加熱時と冷却時で同じ温度点における反射中心波長は通常、完全には一致しません。
加熱（正行程）と冷却（逆行程）の過程で、センサーが同じ入力温度値に対して異なる出力波長を示すこの物理現象は、センサー技術において**「ヒステリシス」（Hysteresis）またはヒステリシス誤差**と呼ばれます。
一、FBG温度センサーにヒステリシスが生じる主な原因
ファイバーグレーティング（FBG）自体のファイバー石英誘電体は非常に安定した熱光学効果を持っていますが、完全なセンサーは通常、ファイバー、保護管、および封止材料で構成されています。温度の交番サイクルにおいて、以下の物理メカニズムが同一温度点での波長の偏差を引き起こします。
- 封止材と接着剤の弾性/塑性遅延（最も主要な原因）
ほとんどの従来のFBG温度センサーは、エポキシ樹脂またはその他の接着剤を使用してグレーティングを金属またはセラミック保護管に固定しています。温度サイクル（低温から高温、そして低温へ）中、接着剤は熱膨張・収縮だけでなく、微視的な熱弾性遅延、粘弾性変形または応力クリープも発生します。加熱時と冷却時では、接着剤の分子構造の緩和状態が異なる温度履歴によって異なり、グレーティングに伝達される軸方向ひずみ（ \epsilon ）にわずかな違いが生じ、同一温度点での反射波長（ \lambda ）の偏差として直接現れます。 - 熱伝導遅延（動的ヒステリシス）
絶対平衡ではない動的な加熱・冷却プロセスにおいて、外部環境温度の変化は、センサーの金属管、封止材などを介して中心のファイバーグレーティングに逐層伝導する必要があります。熱抵抗の存在により、グレーティングが感じる実際の温度と外部標準源で測定された温度との間に時間差が生じます。これにより、加熱段階では測定波長が「短く」（温度遅延）、冷却段階では測定波長が「長く」なり、差が生じます。 - 構造部品の不可逆的な微小変形
センサーが広い範囲の高温・低温サイクル（例えば 300\text{ °C} 以上の環境）を経験した場合、封止管（ステンレス鋼など）または内部微細構造に微量の不可逆的な塑性変形、熱応力の蓄積、または微小な滑りが発生すると、グレーティングの初期応力状態が変化し、ゼロ点ドリフトまたは長期的なヒステリシスの増加を引き起こします。
二、ヒステリシス誤差を低減・消除する方法は？
精密な光学工学においては、FBGセンサーのヒステリシスを消除するためには、物理構造と製造プロセスから取り組む必要があります。
- 接着剤フリー封止（Non-glue Packaging）技術
高分子接着剤を完全に排除し、純粋な物理的固定、機械的な空中保持、または金属化溶接などの手段でファイバーを固定します。これにより、接着剤に起因する老化、クリープ、および応力の不一致が解消され、センサーの物理的ヒステリシスが大幅に低減されます。 - 小型化設計
センサーの外径と封止壁厚を小さくすることで、熱容量を低減し、応答速度を向上させ、動的な熱伝導遅延による顕著なヒステリシスを低減します。
三、公式関連OFSCN®製品設計と利点
従来のファイバーグレーティング温度センサーにおける接着剤の劣化と変形によるヒステリシス問題を解決するため、大成永盛（OFSCN®）は独自のシームレス鋼管接着剤フリー封止技術を開発・採用しました。その温度センサーシリーズ製品は、非常に広い温度範囲（ -200\text{ °C} から 800\text{ °C} まで）でも、極めて高い再現性と極めて低いヒステリシス誤差を維持しています。
1. OFSCN® 300°C Fiber Bragg Grating Temperature Sensor
デフォルト外径はわずか 0.9\text{ mm} （ 0.5\text{ mm} カスタマイズ可能）。接着剤フリーの金属スリーブプロセスを採用し、高分子材料の温度ドリフトとクリープを排除することで、センサーは -200\text{ °C} から 300\text{ °C} の範囲で優れた校正再現性と超低ヒステリシスを発揮します。
2. OFSCN® 500°C Fiber Bragg Grating Temperature Sensor
このモデルは、単層シームレス鋼管（多層ネスト構造もカスタマイズ可能）の接着剤フリープロセスを採用しており、極端な -200\text{ °C} から 500\text{ °C} の温度交番サイクル下で長期間動作可能です。温度と波長の校正には二項式が使用され、非線形熱応力を完全に排除することでヒステリシス誤差を抑制します。
