УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ МОРСКОЙ ВОДЫ Российский патент 1997 года по МПК G01K5/70 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения температуры воды на различных глубинах морей и океанов.

Известен волоконно-оптический термометр, выполненный в виде изогнутого упругого, деформированного световода, оптически согласованного с источником света и фотоприемником [1] При изменении температуры среды световод изменяет свою длину, что приводит к его дополнительной деформации и, как следствие к изменению интенсивности света на фотоприемнике.

Недостатком известного волоконно-оптического термометра является ограниченность применения только лабораторными условиями, поскольку в морских условиях на волоконной термочувствительный элемент (ТЧЭ) будут воздействовать не только температура, но и гидростатическое давление, акустические шумы и т. д. которые воспринимаются термометром как полезный сигнал.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для измерения температуры морской воды, содержащее волоконно-оптический преобразователь, включающий термочувствительный биметаллический элемент, жестко соединенный с витками волоконной катушки, оптически согласованный с источником света и первым фотоприемником, и регистратор [2]
Недостатком известного устройства является влияние на результат измерения гидростатического давления морской воды и влияние агрессивной морской воды на оптическое волокно.

Цель изобретения устранение вышеуказанных недостатков.

Технический результат достигается тем, что в известном устройстве волоконная катушка размещена внутри полого корпуса, а термочувствительный элемент выполнен в виде мембраны, закрепленной в торце корпуса, причем устройство дополнительно содержит дифференциальный усилитель и волоконно-оптический преобразователь гидростатического давления, выполненный в виде металлической мембраны, закрепленной в торце корпуса, в полости которого размещена волоконная катушка, оптически согласованная с источником света и вторым фотоприемником, при этом корпуса, мембраны и волоконные катушки обоих волоконно-оптических преобразователей попарно идентичны, а фотоприемники подключены ко входам дифференциального усилителя, соединенного с регистратором.

В частном случае выполнения изобретения корпуса преобразователей имеют форму стаканов, а волоконные катушки установлены между дном стаканов и соответствующей мембраной с возможностью регулировки их начальной деформации.

Устройство также может содержать усилитель и дополнительный регистратор, соединенный через усилитель с выходом дополнительного фотоприемника.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Устройство для измерения температуры морской воды содержит волоконно-оптический преобразователь, включающий биметаллический термочувствительный элемент 1 в виде мембраны, жестко соединенной с витками волоконной катушки 2, оптически соединенной с источником света 3 и фотоприемником 4 через вводные и выводные оптические устройства 5, 6.

Волоконная катушка 2 расположена внутри полого цилиндрического корпуса 7 таким образом, что находится в упруго напряженном состоянии между дном 8 корпуса 7 и термочувствительным элементом. Первоначальный уровень деформации катушки 2 устанавливается винтами 9.

Симметрично первому волоконно-оптическому преобразователю относительно продольной оси устройства размещен волоконно-оптический преобразователь гидростатического давления, выполненный в виде полого корпуса 10, внутри которого установлена волоконная катушка 11, жестко соединенная с металлической мембраной 12.

Катушка 11 расположена между основанием 13 корпуса 10 и мембраной 12 и находится в упруго напряженном состоянии. Уровень деформации волоконной катушки 11 регулируется винтами 14.

Через волоконную катушку 11 и устройство ввода-вывода 5, источник света 3 оптически согласован с дополнительным фотоприемником 16.

Волоконные катушки 2, 11 оптически связаны в зоне 17 их соединения.

К выходам фотоприемников 4, 16 подключен дифференциальный усилитель 18, соединенный с регистратором 19.

Через усилитель 20 фотоприемник 16 подключен к дополнительному регистратору 21.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом измерения преобразователь 1.9 температуры Т и гидростатического давления P, а также преобразователь 10.16 гидростатического давления P настраивается с помощью винтов 9, 14 на оптимальную чувствительность к температуре и одинаковую чувствительность к гидростатическому давлению. Преобразователи проходят градуировку по гидростатическому давлению, а преобразователь 1.9 и по средней температуре.

При расположении устройства в исследуемой точке океана на мембрану 1 термочувствительного элемента воздействуют одновременно две величины Т и P среды, а на мембрану 12 только гидростатическое давление Р. Прогиб мембраны изменяет степень деформации волоконных катушек 2, 11, что, в свою очередь, приводит к изменению уровня освещенности фотоприемников 4, 6 из-за увеличения потерь света при его прохождении через волоконные катушки.

Сигнал с фотоприемника 4 пропорционален температуре и гидростатическому давлению, а с фотоприемника 16 только гидростатическому давлению.

Дифференциальный усилитель 18 выделяет сигнал, пропорциональный температуре Т, которая индицируется регистратором 19. Сигнал с фотоприемника 16 через усилитель 20 поступает на регистратор 21 гидростатического давления Р.

Использование одного источника света 3 позволяет избавиться от влияния изменений его интенсивности на результаты измерения.

В предложенном устройстве устранено влияние гидростатического давления на показание регистратора. Кроме того, поскольку волоконные катушки расположены в герметичной камере, на них не оказывает влияния агрессивная морская вода, что увеличивает срок службы и точность устройства.

Сущность изобретения: устройство содержит два волоконно-оптических преобразователя, в корпусах которых расположены упруго деформированные волоконные катушки. В торце одного из корпусов закреплены ТЧЭ в виде биметаллической мембраны, в торце другого - металлическая мембрана. Волоконные катушки установлены в контакте с мембранами и оптически согласованы с источником света и двумя фотоприемниками. Сигнал с первого фотоприемника пропорционален гидростатическому давлению, а со второго - температуре и гидростатическому давлению. Фотоприемники подключены ко входам дифференциального усилителя, соединяемого с регистратором. 2 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для измерения температуры морской воды, содержащее волоконно-оптический преобразователь, включающий термочувствительный биметаллический элемент, жестко соединенный с витками волоконной катушки, оптически согласованной с источником света и первым фотоприемником, и регистратор, отличающееся тем, что волоконная катушка размещена внутри полого корпуса, а термочувствительный элемент выполнен в виде мембраны, закрепленной в торце корпуса, причем устройство дополнительно содержит дифференциальный усилитель и волоконно-оптический преобразователь гидростатического давления, выполненный в виде металлической мембраны, закрепленной в торце корпуса, в полости которого размещена волоконная катушка, жестко соединенная с мембранной и оптически согласованная с источником света и вторым фотоприемником, при этом фотоприемники подключены к входам дифференциального усилителя, соединенного с регистратором. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпуса преобразователей выполнены в форме стаканов, а волоконные катушки установлены между дном стаканов и соответствующей мембраной с возможностью регулировки их начальной деформации. 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что в него введены усилитель и дополнительный регистратор, соединенный через усилитель с выходом второго фотоприемника.