Устройство для измерения температуры

 

Изобретение относится к термометрии и позволяет повысить точность измерений труднодоступных объектов Оптическое излучение с выхода источника 1 излучения, промодулированное модулятором 2, через оптический разветвитель 3 поступает одновременно на чувствительный элемент 5, оптический фильтр 6 и фотодетектор 4 Сигналы с фото детекторе в 7 и 8 поступают на измеритель 9 временных интервалов. Измеритель 9 временных интервалов преобразует относительное временное полжение этих сигналов в код, несущий информацию об измеряемой температуре 2 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК," 170 9 g (51)5 G 01 К 11/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ДВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4819799/10 (22) 12.02,90 (46) 15.07.92. Бюл. М 26 (71) Научно-производственное объединение им. Коминтерна и.Ленин. градский электротехнический uHcTmyr связи vM. проф, M;A. EowБруевича (72) С.Л. Галкин, Г.В, Комаров и Р,; Трухватулин (53) 653,31 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

1Ф 1352252, кл, G 01 К 1 1/12, 1,986.

Brencl M„Confortl G., Faiclai R.,Mignani

А.G., Slheggi А.M. А fiber-optic temperature .measuring apparatus, — EFOC/LAN/85, at the

Maison des Congres, 1985, June, 21.!

„„5U„„1747949 А1

2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Изобретение отйосится к термометрии. и позволяет повысить точность измерений . труднодоступных объектов, Оптическое излучение с выхода источника 1 излучения, промодулированное модулятором 2, через оптический разветвитель 3 поступает одновременно на чувствительный элемент 5, оптический фильтр 6 и фотодетектор 4.

Сигналы с фотодетекторов 7 и 8 поступают на измеритель 9 временных интервалов. Измеритель 9 временных интервалов преобразует относительное временное полжение этих сигналов в код; несущий информацию об измеряемой температуре, 2 ил, 3

1747949

Изобретение относится к технйке теплотехнических измерений и предназначено для измерения температуры в труднодоc óïíûx и удаленных местах, в сильных электромагнитных полях.. 5

Известно устройство.для измерения физических величин, содержащее два источни-. ка света и блок питания источников света, волоконно-оптический датчик, спектр пропускания которого зависит от измеряемой 10 физйческой величйны, четыре фотоприемника, два светофильтра, два селектора сигналов, схемы отношений, два терморе,гулятора, регистр и два сравнивающих устройства, Для сопряжения источника света 15 с фотоприемниками служат светоделители.

Недостатком этого устройства является низкая точность измерения из-эа нестабильности излучения в оптйческом тракте волоконно-оптического датчика, Наиболее близким к предлагаемому по технической cyu1íîñòè и достигаемому результату является волоконно-оптическое устройство для изменения температуры, содержащее источник излучения, к:входу которого подключен модулятор, а его выход через первый волоконный световод соединен с Одним из выводов оптического развет30 вителя, второй вывод которого соединен через второй волоконный световод с входом опорного фотодетектора, его третий вывод через третий световод соединен с чувствительным элементом, а четвертый вывод через четвертый световод — с входом сиг- 35 нального фотодетектора и блоком электронной обработки в виде. измерителя временных интервалов. к первому и второму входам которого подключены соответст40 венно выходы опорного и сигнального фотодетекторов, а его ыход соединен с индикаторным устройством.

Недостатком известного устройства является низкая точность измерения темпера45 турй иэ-за вносимых неконтролируемых затуханий интенсивности излучения в световодном кабеле и разброса потерь в опти. ческих разьемах, Существенно понижается

" точность измерения широкого диапазона температур в удаленных от электронного 50 блока точках, так как затухание в оптическом кабеле зависит от температуры окружающей среды.

Цель изобретения — повышение точности измерения температуры.

Указанная целЬ достигается тем; что в устройство для измерения температуры введены последовательно соединенные светофильтр, пятый волоконный световод и фотодетектор, подключенный выходом к третьему входу измерителя временных интервалов, и шестой волоконный световод, включенный между выходом чувствительного элемента и входом, сигнального фотодетектора, при этом светофильтр через четвертый волоконный световод подключен к четвертому выводу оптического разветви-. теля.

Введение дополнительного фотодетек-, тора и светофильтра с независимой от температуры полосой пропускания позволяет измерять сдвиг края полосы поглощения чувствительного элемента относительно полосы поглощения светофильтра, повышая точность измерения температуры.

На фиг,1 представлена схема предлагаемого волоконно-оптического устройства; на фиг, 2 — временные диаграммы зависимости длины волны от времени, поясняющие рабо-, ту устройства, Устройство содержит источник 1 излучения, вход которого соединен с модулятором 2, Выход источника 1 излучения через первый волоконный световод S> соединен с входом оптиче кого разветвителя 3. Выводы разветвителя 3 через волоконные световоды Sz S4 соединены со-, ответственно с опорным фотодетектором 4, . чувствительным элементом 5 и светофильтром 6, Вход сигнального фотодетектора 7 соединен волоконным световодом Яв с вы- . ходом чувствительного элемента 5, а вход фотодетектора 8 соединен волоконным световодом Sg со светофильтром 6. Фотодетекторы 4, 7 и 8 соединены с измерителем 9 временных интервалов, выход которого соединен с входом блока 10 индикации, Источник 1 излучения выполнен на перестраиваемом лазере, и оптическое излучение на его выходе модулируется по длине волны, Закон модуляции может быть пилообразным в диапазоне от4 до kz.

Модулятор 2 — зто генератор периодического сигнала, модулирующий длину волны оптического излучения на выходе лазера по . заданному закону, Оптический разветвитель. 3 делит мощность выходного оптического излучения между тремя выходами с постоянными коэффициентами передачи, не зависимыми от длины излучения. Излучение подводится и отводится от разветвителя 3 многомодовым волоконно-оптическим кабелем.

Чувствительный элемент 5 построен на волоконно-оптическом кабеле, в разрыв которого помещена полупроводниковая пластинка, спектр пропускания которой зависит от температуры (например, пластинка арсенида галлия). При изменении . температуры сдвигается по длине волны край полосы поглощения полупроводнико!

1747949 вой пластины в пределах от k до 4z. Конструктивно кабель и пластинка размещены . на металлической подложке, которая прижата к контролируемой поверхности. На 5 подложке саетовод кабеля размещается в

V-образной канавке и крепится теплостойким клеем. Пластинка полупроводника располагается перпендикулярно оси оптического кабеля так, чтобы излучение прохо- 10 дило из одного торца световода в другой через пластинку.

Фотодетекторы 4, 7 и 8 могут быть построены на р-1 — п-фотодиодах с предварительными усилителями. Выходные электри- 15 ческие сигналы фотодетекторов пропорциональны интенсивности излучения и поступают на измеритель 9 временных интервалов.

Блок 10 индикации выводит информа- 20 цию о температуре в цифровой форме. . Устройство работает следующим образом, Оптическое излучение с выхода источника 1 излучения, промодулировэнное мо- 25 дулятором 2 пилообразно по длине волны от ih до А2,через разветвитель 3 поступает одновременно нэ чувствительный элемент

5, оптический фильтр 6 и фотодетектор 4, Выходное излучение чувствительного эле- 30 мента 5 и фильтра 6 дополнительно модулируется по амплитуде, так как края полос поглощения элементов 5 и 6 размещаются .. между длинами волн ib и 4 и при изменении длины волны излучения А изменяются 35 соответственно коэффициенты поглощения элементов 5 и 6, модулируя по амплитуде ,выходное излучение;

Электрические сигналы на выходах фотодетекторов 4, 7 и 8 пропорциональны 40 амплитудам излучения на их входах. Временные диаграммы электрических сигналов фотодетекторов 7 и 8 повторяют форму и положение полос поглощения в области длин волн чувствительного элемента 5 и 45 фильтра 6 соответственно. Временное положение электрического сигнала на выходе фотодетектора 7 зависит от температуры чувствительного элемента 5, а сигнал на выходе фотодетектора 8 не изменяется от темпе- 50 ратуры. Относительное временное положение сигнэлоа нэ выходах элементов 7 и 8 несет информацию о температуре чувствительного элемента 5, При изменении амплитуды или длины волны излучения лазера 55 изменяются одновременно сигналы на выходах фотодетекторов 7 и 8 так, что относительное временное положение их не меняется.

Опорный электрический сигнал на выходе фотодетектора 1 несет информацию о затухании в оптическом тракте и используется для компенсации дополйительной погрешйости измерения.

Сигналы с фотодетекторов 7 и 8 посту-, пают на измеритель 9 временных интервалов, который преобразует относительное временное положение этйх сигйалов в кодовую комбинацию цифровых сигналов; несущих информацию о температуре, Цифровой сигнал поступает на блок 10 индикации, который выводит информацию о температуре чувствительного элемента 5, Подбирая оптический фйльтр и чувствительный элемент с соответствующими наклонами спадов коэффициентов передачи в области края полосы поглощения (ф и Я3), которые обратно пропорциональны интервалу длин волн ЛА„и AQ, где Л чэ и

Л 14, — область длин волн, в пределах которой коэффициенты поглощения соответственно чувствительного элемента и фильтра линейно изменяются от 0 до 1, можно уменьшить ошибку иэмереййя температуры. В этом случае погрешность измерения; связанная с неконтролируемыми затуханиями интен-, сивности излучения в световодном кабеле и оптическом разветвителе, стремится к нулю, Формула изобретения

Устройство для измерения температуры, содержащее последовательно соединенные модулятор, источник излучения; через первый волоконный светоаод соединенный с первым выводом оптического разветвителя, второй вывод которого подключен через второй волоконный световод и опорный фотодетектор к первому входу измерителя временных интервалов, соединенному выходом с входом блока ин дикации, а вторым входом — с выходом сигнального фотодетектора, третий вывод оптического разветвителя через третий волоконный световод подключен к чувствительному элементу, а его четвертый вывод соединен с четвертым аблоконньтм световодом, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены последовательно соединенные светофильтр, пятый волоконный световод и фотодетектор, подключенный выходом к третьему входу измерителя временных ин- тервалов, и шестой волоконный световод, включенный между выходом чувствительного элемента и входом сигнальногО фотодетектора, .при этом светофильтр через четвертый волоконный световод подключен к четвертому выводу Оптического разветвителя.

1747949

4ьгХ

Составитель В. Ярыч

Техред M,Ìoðãåíòàë

Редактор А. Огар

Корректор Н,Слободяник

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

Заказ 2495 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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