Волоконно-оптический пороговый датчик температуры

 

Изобретение относится к оптике, в частности к области измерения температуры с помощью оптических средств, и может быть использовано в системах дистанционного контроля. Цель изобретения - повышение чувствительности датчика. Повышение чувствительности датчика, содержащего источник излучения, входной волоконный световод, термочувствительный элемент, выходной волоконный световод, фотоприемник и схему регистрации, достигается выполнением термочувствительного элемента с оптимальным зазором, заполненным материалом, обладающим фазовым переходом в диапазоне чувствительности датчика ΔТ.Оптимальная величина зазора α определяется достижением выражения ΔТ/[&Tgr;<SB POS="POST">ж</SB><SP POS="POST">.</SP>(D)-R<SB POS="POST">к</SB>(D)<SP POS="POST">.</SP>√&Tgr;<SB POS="POST">ж</SB>(D)+δ<SB POS="POST">к</SB>(D)]/2 минимального значения при данном значении D. Затем &Tgr;<SB POS="POST">ж</SB> и &Tgr;<SB POS="POST">к</SB> - функции пропускания термочувствительного элемента в жидком и в кристаллическом состояниях соответственно. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s 6 01 J 5/02, G 01 К 9/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4459712/31-25 (22) 13.07.88 (46) 30.12,90. Бюл. ¹ 48 (71) Ленинградский электротехнический институт связи им. проф, M,А.Бонч-Бруевича (72) С.Л.Галкин, В.А.Пучков, И.M,Ñàìîóêîва, P.Ø,Òóõâàòóëèí, Н.Л.Урванцева и

P.В. Ш ишигин (53) 536.55(088.8) (56) WindhornT.Н., CainC.À, Optically Active

Bynary 2iguid Crystal Thermometry. lEEE

Trans. On Biomedical engineering, 1979, v.

BME — 26, ¹ 33, р, 148.

Авторское свидетельство СССР № 151846, кл. G 01 К 11/12, 1962. (54) ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ flOP.OÃOВЫЙ ДАТЧИК ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Изобретение относится к оптике, в частности к области измерения температуры с помощью оптических средств, и может быть

Изобретение относится к оптике, в частности, к регистрации температуры с помощью оптических средств, и может быть использовано, например, в системах дистанционного контроля.

Цель изобретения — повышение чувствительности датчика, На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Источник 1 излучения оптически связан с входным волоконным световодом 2. Между выходным торцом входного волоконного световода 2 и входным торцом выходного волоконного световода 3, установленными на расстоянии d друг от друга, определяемом из уравнения, представленного в формуле изобретения, помещается термочувствительный элемент 4 из материала, обладающего фазЬЫ2„, 1617310 А1 использовано в системах дистанционного контроля, Цель изобретения — повышение чувствительности датчика. Повышение чувствительности датчика, содержащего источник излучения, входной волоконный световод, термочувствительный элемент, выходной волоконный световод, фотаприемник и схему регистрации, достигается выполнением термочувствительного элемента с оптимальным зазором, заполненным материалом, обладающим фазовым переходом в диапазоне чувствительности датчика

Л Т. Оптимальная величина зазора d определяется достижением яыдяжения

ATI(rw(d} t,(d}) (Z (Д } -тя(d})/2 минимального значения при данном значении d. Здесьг}» и т» — функции пропускания термочувствительности элемента в жидком и в кристаллическом состояниях "оответственно. 1 ил. вым переходом в диапазоне чувствительности датчика, Термочувствительный матери- О ал полностью заполняет. зазор между торцами волноводов. Выходной волоконный световод3 оптически связан с фотопри- (,Д емником 5, соединенным со схемой 6 д регистрации, Может быть реализован и датчик отражательного типа, В этом случае величина зазора d, определяемая из приведенного уравнения, должна быть уменьшена в 2 раза. яЪ

Устройство работает следующим образом.

Излучение источника 1 излучения BSO дится во входной волоконный световод 2 и далее поступает на термочувствительный элемент 4, представляющий собой материал, испытывающий фазовый переход, При

1617310 температуре выше температуры фазового перехода термочувствительный материал находится в жидком изотропном состоянии

, и обладает высокой прозрачностью с функ, цией пропусканият ((d)При температуре, ниже температуры фазового перехода тер, мочувствительный материал элемента 4 находится в кристаллическом состоянии с функцией пропускания тк (d).

Переход из жидкого состояния в кристаллическое сопровождается резким увеличением рассеяния и поглощения излучения в термочувствительном материале, что приводит к уменьшению доли оптической мощности, поступающей в выходной волоконный световод 3. Изменение оптической мощности на выходе выходного световода регистрируется фотоприемником 5, сигнал которого поступает на схему б реги. страции.

Для достижения минимального порога чувствительности датчика зазор d между

; торцами волоконных световодов должен, быть таким, чтобы при этом выражение о (, а принимало минимальное значение, дТ(")

| Здесь в линейном приближении дт, г (d)-хк с3 дТ где ЛТ вЂ” температурный интервал фазового перехода термочувствительного материала, а функция rn (d) определяется выражением (|

Волоконные световоды юстируются и устанавливаются так, чтобы толщина зазора между выходным торцом входного волоконного световода и входным торцом выходного волоконного световода была оптимальной и величина ее определялась из уравнения, приведенного в формуле изобретения. В зазоре располагается термочувствительный элемент. В качестве термочувствительного элемента может использоваться парафин (смесь

ПрЕдЕЛЬНЫХ уГЛЕВОдОрсдОВ CnH2n+2). ВЕЛИЧИна оптимального зазора в этом случае получается примерно равной 140 мкм, При практической реализации конструкции датчика фазовый переход парафина из кристаллического состояния в жидкое происходит в узком интервале температур

0,6 С при достижении температуры фазоваго перехода Тю-45 С. При этом функция пропускания датчика пороговым образом меняется, и минимум порога чувствительности датчика по уровню дробового шума составляет величину, равную 0 9 10 OC.

Датчик может быть использован как датчик предельного нагрева на То = 45 С. Может быть реализован также датчик, в качестве термочувствител ьного элемента которого

10 применяется вода. Величина оптимального зазора составляет для датчика с таким термочувствительным элементом величину d

200 мкм. Функция пропускания в интервале температур шириной ЛТ = 0,3 С рез15 ко уменьшается, и порог чувствительности такого датчика по уровню дробовых шумов равен 0,7 10 С, Устройство может найти широкое применение как датчик обмерзания, например, 20 в линиях высоковольтных передач, Формула изобретения

Волоконно-оптический пороговый датчик температуры, содержащий оптически связанные между собой источник излуче25, ния, входной волоконный световод, термочувствительный элемент, выходной волоконный световод и фотоприемник с подключенной к его выходу схемой регистрации, причем термочувствительный элемент выпол30 нен из материала, обладающего фазовым переходом в диапазоне чувствительности датчика и заполняющего зазор между торцами входного и выходного волоконных световодов, отличающийся тем, что с целью

35 повышения чувствительности датчика, величина зазора d между торцами входного и выходного волоконных световодов, заполненного материалом термочувствительного элемента, выбрана из условия, что выражение

40 дт 672((б)+r,(б)/

/(тж (d) гк (d) ) имеет минимальное значение, где ЛТ вЂ” температурный интервал фазового перехода материала термочувствительного элемента г (d) йт, (d)- функции пропускания материала термочувствительного элемента на

50 длине волны излучения источника при заполнении зазора размером d соответственно жидкой и кристаллической фазой . материала, 1617310

Составитель В,Андрианов

Редактор И,Касарда Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор M.Øàðoøè

Заказ 4113 Тираж 433 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101