Устройство для измерения температуры

 

Использование: термометрия. Сущность изобретения: устройство содеожит флуоресцентный термочувствительный элемент 1, дихроичное зеркало 2, фотоприемник 3, усилитель 4, фазовый детектор 5, блок 6 вычитания, регистратор 7, источники 8,9 излучения, задающий генератор 10, таймер 11, коммутатор 12, запоминающее устройство 13. 1 ил

р

-ьСОЮЗ СОВГТСКИХ

СОЦИДЛИСТИ-IFCKMX

РЕСПУБЛИК

;зс)з G 0 К 11/20

ГОсудАРстйБ; Гный кОмитБт

ПО ИЗОБРБТБНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ7ЕНИЯ

| ! а З (.д

1 ь О

К АВтоРСКОУУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4801770/10 (22) 14.03.90 (46) 07.09.92, Бюл. М 33 (/1) Гасударственный институт прикладной оптики (72) А.С.Mихайлов, А.В.Mишаглн и

Р,Д. 1Лухамедя ров (56) 1, Заявка ФРГ N. 3202089, кл. G 01 5/58., 1983.

2, Греттан, Селли, Палмер. Волоконнооптический гермометр на основе изм ренля времени высвечлвания рубина. Приборы для научн: Ix исследQBBHMM, М 8, 1988, с. 61.

Изобретение относится к области измерения температуры, в частности к термометрам, действие которых основано на эффекте флуоресценции, и может быть использовано в биомедицинских измерениях.

Известен волоконно-оптический температурный датчик (11, содержащий излучающий светодиод, флуоресцирующий элемент, фотоприемник, времязадающую цепь и усилитель, образуюшие автогенератор, Частота самовозбуждения данного автогенератора является функцией температуры, так как флуоресцирующий элемент, создающий вторичное излучение флуоресценции и установленный в цепл обра — íîé связи генератора, увеличивает фазовую задержку сигнала за счет конечной величины времени спада флуоресценции, являющейся функцией температуры.

Основным недостатком вышеуказанного устройства является невысокая точность измерения температуры, связанная с наличием составляющей погрешности, обусловленной неконтролируемым изменением,.,50„„176О378 А1

{54) УС T P О Й С1 В О ДЛ Я И 3 М Е Р Е H И Я T Е МП ЕРАТУРЫ (57) Использование: термометрия, Сущность изобретения: устройство содеожит флуоресцентный термочувствительный элемен — 1, дихроичное зеркало 2, фотоприемник 3, усилитель 4, фазовый детектор 5, блок

6 вычитания, регистратор 7, источники 8,9 излучения, задающий генератор 10, таймер

11, коммутатор 12, запоминающее устройства 13. 1 ил. фазовой задержки в элементах устройства (фотоприемник, времязадаюшая цег;ь, усилитель) при изменении температуры окружающей среды и за счет старения электрорадиоэлементов.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве про-отипа, является волоконно-оптический термометр (2), содержащий задающий генератор на базе кварцевого генератора, с,етчика и фильтра нижних частот (ФНЧ), светодиод со светофильтром для пропускания зеленого света, флуоресцирующий чувствительный элемент на основе кристалла рубина, детектор, узкополосный светофильтр для прапускания красного света, усилитель, фазовый детектор на базе логического элемента ИС

КЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и регистратор на базе микропроцессорной систем ь .

Основным недостатком устройствапрототипа является невысокая точность измерения температуры из-за наличия неконтролируемой составляюще, пагоешности, связанной с изменением фазовай за1760378

10

50 дер>кки в элементах устройства (ФНЧ, детектор, усилитель) при изменении темпера1уры окружающей среды и за счет с -: рения электрорадиоэлементов.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

Цель достигается тем, что в устройство для измерения температуры, содержащее флуоресцентный термочувствительный элемент, с которым оптически связаны первый источник излучения и фотоприемник, через усилитель подключенный к первому входу фазового детектора,. к второму входу которого подключен выход генератора, и регистратор, введейы второй источник излучения, идентичный первому, дихроичное зеркало, установленное под углом 45 к оси, на которой по обе стороны от него размещены источники излучения, при этом флуоресцентный термочувствительный элемент и фотоприемник установлены по обе стороны дихроичнсго зеркала на другой оси, перпендикулярной первой, коммутатор, подключенный выходами к источникам излучения, таймер, запоминающее устройство и блок вычитания, выходом подключенный к регистратору, причем выход фазового детектора подключен к первым входам блока вычитания и эапомлинающаго устройства, выходом соединенного с вторым входом блока вычитания, выход таймера подключен к второму входу запа,".,инающего устройства и первому входу коммутатора, а ега вход — к выходу генератора, подключенному к второму входу коммутатора, На чертеже представлена структурная схема устройства для измерения температуры, Устройство для измерения температуры содержит последовательно установленные по ходу излучения флуоресцентный термочувствительный элемент (ФТЭ) 1,, выполненный, например, из рубина, дихроичное зеркало 2 и фотоприемник 3, подключенный через усилитель 4 к фаэовому детектору 5, выход которого через блок 6 вычитания, выполненный на базе операци- . онного усилителя, подключен к регистратору 7, Первый источник 8 излучения на основе светодиода зеленого света оптически связан через дихроичное зеркало 2 с

ФТЭ1, второй источник 9 излучения, аналогичныи первому, оптически связан через дихроичное зеркало 2 с фотоприемником 3, причем дихроичное зеркало стра>кает зеленый свет и пропускает красный свет, Кроме того, устройство содер>кит задающий генератор 10, подклю«снный к второму входу фазового детектора 5, а также к входам таймера 11, вып iildt liklolo, например, в виде счетчика с дешифратаром, и коммутатора

12, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму источникам 8 и 9 излучения, Выход таймера 11 соединен с управляющими входами коммутатора 12 и запоминающего устройства 13, вход которого соединен с выходом фазового детектора 5, а выход подключен к второму входа блока 6 вычитания, Дихрсичное зескало 2 установлено под углом 45 к двум взаимно перпендикулярнь1м о осям, на которых попарно установлены

ОТЭ1 и фотоприемник 3 и соответственно оба источника 8, 9 излучения.

Устройство для измерения температуры работает в двух режимах; рабочем и калибровочном, Оба режима периодически следуют друг за другом, причем период следования и дллтельность каждого из них задаются с помощью таймера 11, формирующего временные интергаль, из опорной частоты задающего генератора 10, В режиме калибровки таймер 11 вырабатывает управляющий импульс, поступающий на упр-â,ëÿþùèå. входы коммутатора 12 и запоминающего устройства 13. Коммутатор 12 подключает второй источник 9 излугения к задающему генератору 10, при этом источник 9 излучения формирует излу«ение на длине волны зеленого света с интенсивностью, модулированной на частоте зада ощего генератора 10.

Этр излучение, отразившись от дихроичнсго зеркала 2, принимается и преобразуется в электрический сигнал фотоприемником 3, усиливается усилителем 4 и подается на вход фазового детектора Б, на второй вход которого поступает опорный сигнал с задающего генератора 10.

На выходе фазового детектора 5 формируется электрический сигнал, пропсрцлональный разности фаз или, друг ;lми словами, пропосциональный суммарной фазовой (временной) эадер>кке B цепях коммутатора

12, источника 9 излучения, фотоприемника

3 и усилителя 4. Под действием управляющего сигнала с таймера 11 значение фазовой задержки записывается в запоминающее yc" тройство 13.

В рабочем режиме управляющий сигнал на выходе таймера 11 меняет свое значение, в результате чего запоминающее устройство 13 переходит в режим хранения, а коммутатор 12 подключает к задающему генератору 10 источник 8 излучения, который аналогичен источнику 9.

Промодулирован oe излучение зеленого света, отразившись от рабочей поверхности дихроичного зеркала 2, поступает на

Ф ГЭ1, Ф ГЭ1 является оптическим датчи1760378 ком температуры, принцип действия;OTîporo основан на использованнл температурной зависимости времени высвечлвания флуоресценции рубина (??, Время высвечивания флуоресценцией рубина явл;,åòñq конечнол вели 1иной и приводит к временной (фазовой) задержке распространения модулированного излучения в предлагаемом устройс.ве, т,е, вторичное излучечие рубина (красный свет) является сдвинутым во времени относительно возбуждающего излучения (зеленый свет).

Вторичное промод,,лирсваннсе излуч;.— ние (красный свет) через дихроичнсе зеркало 2 направляется на фо-оприемник 3.

Часть отраженного от ФТЭ1 перв чного излучения (зеленый свет), невступившая во взаимодействие о ФТЭ1, будет отра>кена дихроичным зеркалом 2 в «TopoHv источника 8 излучения и не поступит на фотоприемник 3, Электрический сигнал, соответству;Ощий вторичному изл 7чению ФТЭ i, c Bta x0+3 фотоприемника 3 через ус:.тель 4 поступает на вход фазового детеKTopa;, на аТоp o L . в х Од v. o T o p 0 f и О с г $ ï а е т О и О р н ы и сигнал с задающего генератора 10, На выходе фазового лете.<тора 5 формируется элек1 ричесхий сигнал, пропорциональныи сумме фазовых задержек: инcтруtлентальной фазовой задер кки сигнала в цепях коммутатора 12, источника 8 излучения, фотоприемниKB 3 и усили еля 4, а также рабочей фазовой задержки ФТЗ1 (времени высвечивания флуоресценции рубина), Указанный сигнал поступает на первый вход блока б вычитания, на второй вход которого подается сигнал, пропорциональный инструментальной фазовой задержке, полученный в рсжиме калибровки и хранящийся в запоминающем устройстве 3.

В результате вычитания на выходе блока б вычитания формируется сигнал, пропорциональный рабочей фазовой задержке, которая, в сво1О очередь, является функцией температуры ФТЭ1, Указанный сигнал фиксируется на регистраторе 7, шкала которого проградуирована B зна .е киях температуры.

".0 1 Г

25 ? A

? )

Таким образом, эа счет введения в устройство для измерения температуры второго источника излучения, дихрсичного зеркала, коммутатора, блока вь1читания, запоминающего устройства и таймера, путем периодически проводимой автокалибровхи термометра ilo второму(спорному) и::-очнику излучения производи ся автоматическая компенсация той составляющей инструментальной погрешности устройства, которая зависит от изменения фазовой задержки в цепях коммутатора, источника излучения, фотоприемника, усилителя при изменении температуры окружающей среды и старении элементов, что приводит к повышению точности измерения.

Формула изобретения

Устройство для измерения температуры, содержащее флуоресцентный термочувствительный элемент, с которым оптически связаны первый источник излучения и фотоприемник, через усилитель подкл1оченный к первому входу фазового детектора, к второму входу которого подключен выход генератооа, и регистратор, отл и ча ю щее с я тем, что, с целью повышения точности измерения. в него введены второй источник излучения, идентичный первому, дихроичное зеркало, установленное под углом 45 к оси, на которой по обе стороны ст него

° размещены источники излучения, при этом флуоресцентнь1й термочувств1 тельный элемент и фотоприемник ус1ановлены по обе сторонь. дихроичкого зеркала на оси, перпендикулярной оси, на которой размещены источники излучения, комм. татор, подкл1оченный своими выходами к источникам излучения, таймер, запоминающее устролство и блок вычитания, выходом подключенный к регистратору, причем выход фазового детектора подкл1очен к первым входам блока вычитания и запоминающего устройства, выходом соедлненного с вторым входом блока вычитания, выход таймера подключен к второму входу запоминагсщего устройства и первому входу коммутатора, а его вход — к выходу генератора, подключенного к втор"му входу коммутатора.

1760378

Редактор

Заказ 3180 Тираж 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, 10 I и

Составитель А.Мишагин

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор Н,Король