Волоконно-оптический цифровой термометр

 

Изобретение относится к термометрии и позволяет повысить точность измерения. Свет от источника 1 света по двум световодам, один из которых содержит термочувствительный элемент 3, поступает на входы фотоприемников 5 и 6. С выходов фотоприемников 5 и 6 сигналы поступают на входы дифференциального усилителя 7. Разность сигналов фотоприемников, пропорциональная температуре, усиливается и поступает на сумматор 8. На второй вход сумматора 8 поступает тот же сигнал, только прошедший цепь корректирования, состоящую из аналого-цифрового преобразователя 11, блока 12 памяти и цифроаналогового преобразователя 13. Результат измерения выводится на блок 10 индикации. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„,1578519 (51)5 С 01 К 11/12

А1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A BTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4300070/24-10 (22) 24.08.87 (46) 15.07.90. Бюл. Р 26 (7 1) Львовский политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) N.Â.Степаняк, П.Г.Столярчук и В.А.Кочан (53) 536.53 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1103092, кл. С 01 K 11/12, 1984.

Патент СНА N - 4111050 кл, t". 01 К 11/14, 1979. (54) ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ЦИФРОВОЙ

TEPN0NRTP (57) Изобретение относится к термометрии и позволяет повысить точность

2 измерения, Свет от источника 1 света по двум световодам, один из которых содержит термочувствительньМ элемент 3, поступает на входы фотоприемников 5 и 6. С выходов фотоприемников 5 и 6 сигналы поступают на входы дифференциального усилителя 7. Разность сигналов фотоприемников, пропорциональная температуре, усиливается и поступает на сумматор 8. На второй вход сумматора 8 поступает тот же сигнал, только прошедший цепь корректирования, состоящую из аналого-цифрового преобразователя 11, блока 12 памяти и цифроаналогового преобразователя 13. Результат измерения выводится на блок

10 индикации. 1 ил, 1578519

Изобретение относится к термометрии.

Цель изобретения — повышение точ-1 ности измерения.

На чертеже изображена структурная

5 схема волоконно-оптического цифрового термометра.

Волоконно-оптический цифровой термомент содержит источник 1 света, первую волоконно-оптическую линию 2 связи, термочувствительный элемент 3, вторую волоконно-оптическую линию 4 связи, первый 5 и второй 6 Фотоприем-. ники, дифференциальный усилитель 7, операционный. усилитель-сумматор 8, второй аналого-цифровой преобразователь 9, блок 10 индикации,, первый аналого-цифровой преобразователь 11, с выходом в двоичном коде, блок 12 памяти и цифроаналоговый преобразователь 13.

Первая и вторая волоконно-оптические линии 2 и 4 связи выполнены на световодах одинакового диаметра, а 25 ответвление второй волоконно-оптической линии 4 связи выполнено так, что световой поток разделяется на два равных, попадающих на вход термочувствительного элемента 3 и во вторую волоконно-оптическую линию 4 связи соответственно, Длина участка первой волоконно-оптической линии 2 связи от места разветвления до фотоприемника 5 равна длине второй волоконнооптической линии 4 .связи. установку термочувствительного элемента 3 производят на расстоянии не менее 10 диаметров световода от места разветвления.

Волоконно-оптический цифровой термо

40 метр работает следующим образом.

Свет от источника 1 света по первой волоконно-оптической линии 2 связи, соединяющий последовательно источник 1 света, термочувствительный элемент 3 и первый фотоприемник 5 падает на первый фотоприемник 5 и по второй волоконно-оптической ли-.-. нии 4 связи, подсоединенный параллельно входу термочувствительного зле мента 3 падает на второй фотоэле1 мент 6. В термочувствительном элементе 3 на изгибах световода часть света теряется, выходя наружу и поглощаясь в покрытии. Оставшаяся часть, пропорциональная величине минимального радиуса изгиба, а следовательно, температуре термочувствительного элемента, проходит по первой волоконно-оптической линии 2 связи и попадает на фотоприемник 5.

На участке световода термочувствительного элемента 3, имеющем минимальный радиус кривизны, слои его, внешние по отношению изгибу, находятся в растянутом состоянии, т.е. в них действует напряжение растяжения, а внутренние слои находятся в сжатом состоянии и в них действует напряжение сжатия. Лри нагревании петли линейные размеры всех частей увеличиваются вследствие теплового расширения, т.е. происходит удлинение все: участков. Из-за удлинения во внешних слоях рассматриваемого участка меха1нические напряжения ослабляются, а во внутренних слоях возрастают. Это вызывает изменение радиуса кривизны и уго увеличение вследствие распрямления.

Такое же распрямление испытывают все участки петли, непосредственно прилегающие к участку с минимальным радиусом кривизны.

Сигналы U и U y< на выходе фотоприемников 5 и 6 зависят от интенсивности источника 1 света, разветвляющегося на два равных световых потока, их чувствительности (крутизны преобразования) S„ и S и температуры, т.е.:

U+, = S„Z,-k, (t,) k,(t,), Uyg= S I k (t ), где I0 - интенсивность света первой и второй волоконно-оптических линий 2 и 4 связи после разветвления;

k„(t„) и k (tq) — Функции зависимости интенсивности света на входе первого фотоприемника 5 от измеряемой температуры t,,è первого 5 и второго б фотоприемников от температуры tz окружающей среды соответственно.

Сигнал с выхода первого фотоприемника 5 подается на неинвертирующий вход дифференциального усилителя 7, сигнал второго фотоприемника. 6 подается на инвертирующий вход дифференциального усилителя 7.

Дифференциальный усилитель 7 выделяет разностный сигнал,, равный

".4 = ("

u<> U „, a Uq, Q,(П «.ю.)

o(Uer

h + - — ——

U„

П Фt Un

4У U+, Формула изобретения

25

35

Составитель В.Ярыч

Редактор А.Ревин Техред Л.Сердюкова Корректор T.Èàëåö

Заказ 1908 Тираж 498 Подписное

ВКИИПИ Государственного комите-а по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãoðoä, :л. Гагарина,101

5 15785 где

Если n(U ф., >) U, что достигается соответствующим выбором величины д(, то сигнал на выходе дифференциаль5 ного усилителя 7 удовлетворяет соотношению

U S kq (л)

Л

8. не зависит от интенсивности источника света и температуры окружающей среды, а определяется только значением измеряемой температуры.

С выхода дифференциального усилителя 7 сигнал поступает на первый вход операционного усилителя-сумматора 8 и вход первого аналого-цифрового преобразователя 11, имеющего вход в двоичном коде, соединенный с адресным входом блока 12 памяти.

Под каждым адресом блока памяти записано число, соответствующее отклонению функции термочувствительного элемента 3 от линейной в данной точке. С выхода блока 12 памяти это значение кода управляет работой цифро-, аналогового преобразователя !3 и устанавливает его на выходе значения напряжения, соответствующее корректирующему, которое поступает на вто19 6 рой вход операционного усилйтеля-сумматора 8. Коэффициент усиления операционного усилителя-сумматора 8 выбирают таким, чтобы второй аналого-цифровой преобразователь 9 с помощью блока 10 цифровой индикации показывал значение температуры в градусах.

Волоконно-оптический цифровой термометр, содержащий источник света, связанный с входом первого фотоприемника посредством волоконного световода, термочувствительный элемент, вход и выход которого посредством волоконных световодов связаны соответственно с источником света и входом второго фотоприемника, дифференциальный усилитель, к соответствующим входам которого подключены выходы первого и второго фотоприемников, и блок цифровой индикации, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены последовательно соединенные первый аналого-цифровой преобразователь, подключенный входом к выходу дифференциального усилителя, блок памяти, цифроаналоговый преобразователь, сумматор и второй аналого-цифровой преобразователь, выходом подключенный к индикатору, причем второй вход сумматора подключен к выходу дифференциального усилителя.