Волоконно-оптическое устройство для измерения температуры жидкой среды

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано для дистанционного измерения температуры морской среды. Существо изобретения заключается в том, что в исследуемой среде располагают две волоконные катушки интерферометра. Одна из волоконных катушек закреплена с натягом на биметаллическом термочувствительном элементе в форме спирали. При изменении температуры среды спираль свертывается или развертывается, натягивая или растягивая чувствительное волокно. Технический результат - регистрация фазы световой волны, зависящей от температуры жидкой среды. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано для дистанционного измерения температуры жидкой среды, например, в океанах и морях.

Известно волоконно-оптическое устройство (ВОУ) аналогичного назначения, принятое за прототип, содержащее две идентичные волоконные катушки, оптически согласованные с источником света и фотоприемником, причем одна из волоконных катушек находится в механическом контакте с биметаллическим термочувствительным элементом (БТЧЭ), а также последовательно соединенные усилитель фототока и амплитудный регистратор [Патент РФ №2097712, кл. G 01 K 5/70, 1997].

Недостатком прототипа является влияние амплитудных факторов на результаты измерений температуры, поскольку в известном ВОУ регистрируется амплитуда световой волны.

Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является регистрация фазы световой волны, зависящей от температуры жидкой среды.

Данный технический результат достигают за счет того, что в известном ВОУ температуры жидкой среды, содержащем две идентичные волоконные катушки, оптически согласованные с источником света и фотоприемником, причем одна из волоконных катушек находится в механическом контакте с БТЧЭ, а также последовательно соединенные усилитель фототока и амплитудный регистратор, подключенный к выходу фотоприемника, БТЧЭ выполнен в виде спирали, на которой с натягом закреплена волоконная катушка, при этом обе волоконные катушки выполнены с возможностью их расположения в исследуемой среде, источник света выполнен когерентным и оптически согласованным через волоконные катушки с фотоприемником в интерферометр, причем в одной из волоконных катушек расположено фазосдвигающее устройство.

ВОУ дополнительно содержит частотомер, подключенный к выходу фотоприемника параллельно амплитудному регистратору.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена схема ВОУ.

ВОУ для измерения температуры жидкой среды содержит две идентичные волоконные катушки 1, 2, оптически согласованные с источником 3 когерентного света и фотоприемником 4 в интерферометр, в одной из волоконных катушек которого, например, в катушке 2, расположено фазосдвигающее устройство 5.

Первая волоконная катушка 1 намотана с натягом на БТЧЭ (на чертеже не оцифрован), например, закреплена на нем с помощью клея.

Вторая волоконная катушка 2 располагается рядом с катушкой 1 в исследуемой среде.

Остальные элементы ВОУ располагаются вне исследуемой среды (на чертеже условно отделены от нее стенкой 6).

Выход фотоприемника 4 через усилитель 7 фототока параллельно подключен к амплитудному регистратору 8 и частотомеру 9.

ВОУ работает следующим образом. Перед началом работы устройство проходит градуировку для небольших изменений температуры, приводящих к изменению разности фаз интерферирующих лучей в пределах четверти интерференционной полосы. В этом случае интерферометр предварительно настраивается на начальную разность фаз 90° с помощью фазосдвигающего устройства 5, а регистрация выходного сигнала осуществляется с помощью амплитудного регистратора 8.

Для больших изменений температуры жидкой среды, приводящих к изменению фазы сигнала в несколько интерференционных полос, работает частотомер 9, осуществляющий счет интерференционных полос и измерение частоты их следования.

После градуировки ВОУ волоконные катушки 1, 2, закрепленные на подложке (на чертеже не показана), располагают в исследуемой, например, морской среде.

Если необходимо получить "температурный срез" морской среды по глубине, то волоконные катушки 1, 2 ВОУ опускают с известной скоростью с помощью лебедки (на чертеже не показана) в морскую среду. При изменении температуры морской среды БТЧЭ начинает скручиваться или раскручиваться, натягивая или растягивая при этом волоконную катушку 1 (предметная волоконная катушка).

На выходе интерферометра фаза волны в предметной волоконной катушке 1 сравнивается с фазой волны в волоконной катушке 2 (опорная волоконная катушка).

На фотоприемнике 4 выделяется разность фаз интерферирующих волн в виде интерференционных полос или пульсаций фототока в зависимости от величины входного сигнала.

При этом количество интерференционных полос несет информацию об амплитуде температурных изменений, а частота - о температурных градиентах в морской среде.

Поскольку обе волоконные катушки 1, 2 интерферометра находятся практически в одинаковых условиях, то на результаты измерений не будут оказывать влияния различные амплитудные факторы (изменения давления, плотности, солености и т.д. морской среды).

Для того чтобы инерционные свойства предметной и опорной катушек были одинаковыми, опорную катушку 2 можно нанести на металлическую спираль, аналогичную по теплотехническим параметрам биметаллической, на которую нанесена предметная катушка 1.

1. Волоконно-оптическое устройство для измерения температуры жидкой среды, содержащее две идентичные волоконные катушки, оптически согласованные с источником света и фотоприемником, причем одна из волоконных катушек находится в механическом контакте с биметаллическим термочувствительным элементом, а также последовательно соединенные усилитель фототока и амплитудный регистратор, подключенные к выходу фотоприемника, отличающийся тем, что биметаллический термочувствительный элемент выполнен в виде спирали, на которой с натягом закреплена волоконная катушка, при этом обе волоконные катушки выполнены с возможностью их расположения в исследуемой среде, источник света выполнен когерентным и оптически согласованным через волоконные катушки с фотоприемником в интерферометр, причем в одной из волоконных катушек расположено фазосдвигающее устройство.

2. Волоконно-оптическое устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит частотомер, подключенный к выходу фотоприемника параллельно амплитудному регистратору.