ДАТЧИК ТЕМПЕРАТУРЫ Российский патент 1995 года по МПК G01K5/52 

Изобретение относится к элементам волоконно-оптических сенсорных систем и может быть использовано в системах дистанционного измерения температуры, а в модифицированном виде в приборостроении как датчик физических величин и регулируемый волоконно-оптический аттенюатор.

Известен световодный аттенюатор, в котором изменение интенсивности света регулируется изменением расстояния между торцами волоконных световодов (ВС), закрепленных в поршнях, раздвигаемых давлением жидкости [1]
Известен регулируемый аттенюатор света на основе одномодовых ВС, в котором ослабление регулируется изменением расстояния между торцами ВС, удерживаемых соосно призматическими юстировочными элементами [2]
Наиболее близким техническим решением к изобретению по принципу действия является аттенюатор на оптических волокнах, состоящий из корпуса в виде металлической втулки, в которую с двух сторон вставляются ВС в оправках. Требуемое значение ослабления оптического излучения достигается путем изменения зазора между торцами ВС за счет удлинения металлической втулки под действием температуры [3]
Недостатками данного устройства являются недостаточная чувствительность и малая величина температурного диапазона измерений.

Цель изобретения повышение чувствительности и расширение температурного диапазона измерений.

Цель достигается тем, что в датчик температуры, содержащий термочувствительный элемент, выполненный в виде металлического тела, жестко соединенного с оправками, входной и выходной волоконные световоды, введены два идентичных ряда дугообразных волоконных световодов, длина дуги которых составляет не менее половины длины окружности, закрепленных на оправках и расположенных по спирали, направленный ответвитель, два фотоприемника и дифференциальный усилитель, при этом четные и нечетные дугообразные волоконные световоды каждого ряда размещены на разных оправках, входные волоконные световоды каждого ряда подсоединены к направленному ответвителю, а выходные волоконные световоды к отдельным фотоприемникам, выходы которых подключены к дифференциальному усилителю.

На фиг.1,2 изображен предлагаемый датчик температуры.

Устройство содержит термочувствительный элемент металлическое тело 1, оправки 2-4 c коэффициентом теплового расширения (КТР), близким к КТР ВС, входное ВС 5, направленный ответвитель 6, входные прямолинейные отрезки ВС 7, 8, фотоприемники 9, дифференциальный усилитель 10, выходные прямолинейные отрезки ВС 11, 12, пару идентичных рядов дугообразных ВС 13, 14. Оправки 2-4 по плотной посадке 1-го или 2-го класса точности соединены по всей ширине с металлическим телом 1. Зазор между оправками 2 и 3, 3 и 4 является конструктивным параметром и выбирается из удобства монтажа и условия минимальности поперечного перемещения торцов ВС под действием вибрации и может лежать в пределах 0,5-1,0 мм.

Первоначальный единый зазор между торцами ВС выбирается с учетом требуемого диапазона измеряемых температур при заданной величине отклонения чувствительности К от среднего уровня и самой величины чувствительности К. ВС 7, 8, 11-14 монтируются в У-образных канавках, выгравированных в оправках 2-4. Подсоединение датчика температуры к источнику светового сигнала, к направленному ответвителю 6 и фотоприемникам 9 осуществляется посредством оптических разъемов, с которыми соединены отрезки 5, 7, 8, 11, 12 соответственно.

Предлагаемый датчик температуры работает следующим образом.

Световой сигнал интенсивностью I_вх поступает через оптические разъемы в отрезок ВС 5 и направленный ответвитель 6, после которого интенсивностью I_o I_вх/2 без учета потерь в направленном ответвителе и отрезках ВС поступает через входные прямолинейные отрезки ВС 7 и 8 в оба ряда дугообразных ВС 13 и 14 и далее, циркулируя по спирали из дугообразных ВС, проходит зазор величиной Z_o + Z в ряде дугообразных ВС 14 и Z_o Z в ряде 13, и интенсивностями I₁ и I₂ поступает через выходные прямолинейные отрезки ВС 11 и 12 на два фотоприемника 9 соответственно, электрические сигналы с которых поступают на входы дифференциального усилителя 10, разностный выходной сигнал которого ΔI ≈ I₂ I₁ пропорционален величине температуры t с соответствующим знаком, если предлагаемый датчик отградуирован с условием I₂-I₁ 0 при t 0^оС.

Использование: в измерительной технике, в частности в устройствах дистанционных датчиков температуры. Сущность изобретения в датчике предусмотрено введение двух идентичных рядов дугообразных волоконных световодов, длина дуги которых составляет не менее половины длины окружности, закрепленных на оправках и расположенных по спирали, подсоединение входных волоконных световодов каждого ряда к направленному ответвителю, а выходных к отдельным фотоприемникам, выходы которых подключены к деференциальному усилителю. Датчик обеспечивает увеличение чувствительности температуры в 2 8 раз и расширение диапазона измерений в 1,5 2 раза за счет сочленения характеристик чувствительности двух одинаковых рядов дугообразных волоконных световодов. 2 ил.

ДАТЧИК ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащий термочувствительный элемент, выполненный в виде металлического тела, жестко соединенного с оправками, входной и выходной волоконные световоды, отличающийся тем, что в него введены два идентичных ряда дугообразных волоконных световодов, длина дуги которых составляет не менее половины длины окружности, закрепленных на оправках и расположенных по спирали, направленный ответвитель, два фотоприемника и дифференциальный усилитель, при этом четные и нечетные дугообразные волоконные световоды каждого ряда размещены на разных оправках, входные волоконные световоды каждого ряда подсоединены к направленному ответвителю, а выходные волоконные световоды к отдельным фотоприемникам, выходы которых подключены к дифференциальному усилителю.