Датчик температуры

 

Изобретение относится к термометрии. Цель изобретения - увеличение чувствительности датчика температуры при одновременном расширении области его использования . Оптическое излучение от оптического излучателя через оптический ответвитель поступает в волоконный световод. Скошенный конец световода покрыт слоем люминофора, показатель преломления которого зависит от температуры окружаюш.ей среды. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (5ц 4 G 01 К 11 12

I (И(:ЕСЛИ,"-.1": А.!"

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ(СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4178419/24-10 (22) 13.01.87 (46) 23.09.88. Бюл. № 35 (72) А. И. Берман, Л. А. Ливанов, С. Б. Налетов и В. Н. Штелинг (53) 536.6 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 609979, кл. G 01 К 11/12, 1976.

Авторское свидетельство СССР № 574631, кл. G 01 К 11/12, 1975.

„„SU„„1425473 А1 (54) ДАТЧИК ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Изобретение относится к термометрии.

Цель изобретения — увеличение чувствительности датчика температуры при одновременном расширении области его использования. Оптическое излучение от оптического излучателя через оптический ответвитель поступает в волоконный световод.

Скошенный конец световода покрыт слоем люминофора, показатель преломления которого зависит от температуры окружающей среды. 1 ил.

1425473

55

Изобретение относится к области технологических измерений и может быть использовано для сигнализации о достижении заданного порогового значения температуры контролируемой среды на объектах, связанных с переработкой, хранением и транспортировкой веществ и материалов.

Цель изобретения — увеличение чувствительности датчика температуры при одновременном расширении области его использования.

На чертеже приведена оптическая схема датчика.

Датчик температуры содержит оптический излучатель 1, фотоприемник 2, волоконный световод 3 с размещенным в контролируемой среде 4 скошенным выходным торцом 5, на внешнюю поверхность которого нанесено оптически прозрачное покрытие, выполненное из люминофора 6, показатель преломления которого зависит от температуры, оптический ответвитель 7, отражатель 8, оптический фильтр 9.

Оптический ответвитель 7 установлен между входным торцом волоконного световода 3, фотоприемником 2 и излучателем I. Внешняя поверхность люминофора 6 обращена к отражающей поверхности отра жателя 8. Фотоприемник 2 снабжен оптическим фильтром 9.

Люминофор 6 предназначен для возбуждения оптического излучения с длиной волны Х, отличающейся от длины волны

Х излучателя 1.

Оптический ответвитель 7 представляет собой прямоугольную призму, выполненную из двух совмещенных гранями треугольных призм, при этом на одну из совмещенных граней нанесена полуотражающая пленка алюминия, что обеспечивает передачу излучателя от излучателя 1 на входной торец световода 3 и прием обратно направленного излучения от выходного торца 5 .на фотоприемник 2.

Отражатель 8 предназначен для передачи возбужденного излучения люминофора 6 через торец 5 в световод 3. В качестве отражателя 5 может быть использована, например, напыленная в вакууме на люминофор 6 пленка алюминия, серебра, золота или меди.

Оптический фильтр 9 предназначен для пропускания возбужденного излучения люминофора 6 с длиной волны Х и ослабления излучения излучателя 1 с длиной волны Х .

Выходной торец 5 световода 3 скошен под углом, величина которого определяется из соотношения

y=arcsin — „—, l4 где ni — показатель преломления люминофора 6; пт — показатель преломления материала сердцевины световода 3.

Угол скоса (p между оптической осыф световода 3 н нормалью к поверхности выходного торца 5 является критическим углом полного отражения для данного лю минофора 6 при заданной пороговой температуре.

Датчик работает следующим образом.

Оптическое излучение с длиной волны

Х от оптического излучателя через оптический ответвитель 7 поступает в волоконный световод 3 и достигает скошенного торца 5, покрытого слоем люминофора 6, показатель преломления которого зависит от температуры окружающей среды 4.

Если температура окружающей среды, а следовательно, и люминофора выше заданного порогового значения, все лучи, достигающие скошенного торца, попадают на границу раздела торец — люминофорное покрытие под углом, превышающим критический угол полного внутреннего отражения, поэтому все лучи испытывают полное внутреннее отражение и ни один луч не выходит через выходной торец, т. е. не попадает на люминофор, при этом все отраженные от выходного торца лучи имеют длину волны Х и поступают через световод и ответвитель на оптический фильтр, который не пропускает излучение с длиной волны Х на фотоприемник, выходной электрический сигнал которого отсутствует.

Если температура окружающей среды изменяется, например уменьшается, то изменяется показатель преломления люминофора. Уменьшение температуры приводит к увеличению показателя преломления люминофора. Такое увеличение показателя преломления изменяет величину угла полного внутреннего отражения. При достижении температурой внешней среды и оптически прозрачного покрытия, выполненного из люминофора, заданного порогового значения лучи попадают на границу раздела световодный торец — люминофор под критическим углом полного внутреннего отражения, при этом преломленные лучи, попадая в люминофор, возбуждают его. Возбуждение люминофора сопровождается излучением све. та с длиной волны Х, характерной для данного люминофора. Таким образом, длина волны потока излучения от оптического излучателя отлична от длины волны возбужденного излучения люминофора 6.

Часть возбужденного излучения попадает через торец в световод, а часть отражается от отражателя и также попадает в световод. Возбужденное излучение люминофора передается на ответвитель и дальше через светофильтр поступает на фотоприемник, вырабатывающий выходной электрический сигнал, который может быть использован для включения тревожной сигнализа1425473

Формула изобретения

Составитель М. Исакаев

Редактор В. Петраш Техред И. Верес Корректор М. Васильева

3а каз 475S/37 Тираж 607 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4, 5

Производственно-полиграфическое предприятие. г. Ужгород. ул. Проектная, 4 ции о достижении контролируемым параметром порогового (критического) значения.

Для обеспечения работы минимум спектральной характеристики излучения оптического излучателя должен совпадать с максимумом спектра возбуждения используемого люминофора.

Спектральные характеристики фотоприемника и фильтра должны быть согласованы со спектром возбужденного излучения люминофора.

В датчике температуры световой поток излучателя не проходит через контролируемую среду, что позволяет значительно повысить чувствительность датчика при его работе в поглощающих, рассеивающих средах, содержащих посторонние включения или добавки поверхностно-активных веществ.

Датчик температуры в отличие от известного не требует использования двух световодов и их точной взаимной юстировки, что снижает трудоемкость изготовлений датчика.

Отсутствие контакта контролируемой среды с термочувствительным люминофорным покрытием позволяет исользовать датчик для работы в агрессивных средах, что расширяет область его использования.

Кроме того, использование спектрального преобразования оптических сигналов позволяет исключить влияние перекрестных оптических помех между потоком излучателя и потоком излучения возбужденного люминофорного покрытия, что также позволяет повысить чувствительность датчика.

Датчик температуры, содержащий последовательно расположенные оптический излучатель, оптический ответвитель, световод, термочувствительный элемент с отражающим покрытием на одной стороне, к другой стороне которого подсоединен световод, и фотоприемник, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности датчика, термочувствительный элемент выполнен в виде

20 скошенного торца одножильного световода, на поверхность которого нанесено люминофорное покрытие, а фотоприемник снабжен оптическим фильтром пропускания возбужденного излучения люминофорного покрытия.