Датчик температуры Советский патент 1988 года по МПК G01K11/32 

4i 1С СП СО

Изобретение относится к области технологических измерений и может быть использовано для сигнализации о достижении заданного порогового значения температуры контролируемой среды на объектах, связанных с переработкой, хранением и транспортировкой веществ и материалов.

Цель изобретения - увеличение чувствительности датчика температуры при одновременном расширении области его использования.

На чертеже приведена оптическая схема датчика.

Датчик температуры содержит оптический излучатель 1, фотоприемник 2, волоконный световод 3 с размещенным в контролируемой среде 4 скощенным выходным торцом 5, на внещнюю поверхность которого нанесено оптически прозрачное покрытие, выполненное из люминофора 6, показатель преломления которого зависит от температуры, оптический ответвитель 7, отражатель 8, оптический фильтр 9.

Оптический ответвитель 7 установлен ;между входным торцом волоконного свето- вода 3, фотоприемником 2 и излучате- ;лем 1. Внещняя поверхность люминофора 6 :0бращена к отражающей поверхности отра- жателя 8. Фотоприемник 2 снабжен опти- ческим фильтром 9.

: Люминофор 6 предназначен для возбуждения оптического излучения с длиной вол- :НЫ А,2, отличающейся от длины волны lA, излучателя 1.

Оптический ответвитель 7 представляет собой прямоугольную призму, выполненную из двух совмещенных гранями треугольных призм, при этом на одну из совмещенных граней нанесена полуотражающая пленка |алюминия, что обеспечивает передачу излу- чателя от излучателя 1 на входной торец :световода 3 и прием обратно направлен- ;ного излучения от выходного торца 5 иа фотоприемник 2.

Отражатель 8 предназначен для передачи возбужденного излучения люминофора б через торец 5 в световод 3. В качестве отражателя 5 может быть использована, например, напыленная в вакууме на люминофор 6 пленка алюминия, серебра, золота или меди.

Оптический фильтр 9 предназначен для пропускания возбужденного излучения люминофора 6 с длиной волны А,2 и ослабления излучения излучателя 1 с длиной волны К.

Выходной торец 5 световода 3 скощен под углом ф, величина которого определяется из соотнощения

Ф агс5т-й,

где П1 - показатель преломления люминофора 6;

пг - показатель преломления материала сердцевины световода 3.

0

5

0

5

0

5

0

5

Угол скоса ф между оптической осью световода 3 н нормалью к поверхности выходного торца 5 является критическим углом полного отражения для данного лю-i минофора 6 при заданной пороговой температуре.

Датчик работает следующим дбразом.

Оптическое излучение с длиной волны Х| от оптического излучателя через оптический ответвитель 7 поступает в волоконный световод 3 и достигает скошенного торца 5, покрытого слоем люминофора 6, показатель преломления которого зависит от температуры окружающей среды 4.

Если температура окружающей среды, а следовательно, и люминофора выще заданного порогового значения, все лучи, достигающие скощенного торца, попадают на границу раздела торец - люмино- форное покрытие под углом, превышающим критический угол полного внутреннего отражения, поэтому все лучи испытывают полное внутреннее отражение и ни один луч не выходит через выходной торец, т. е. не попадает на люмино фор, при этом все отраженные от выходного тарца лучи имеют длину волны A.i и поступают через световод и ответвитель на оптический фильтр, который не пропускает излучение с длиной волны Ki на фотоприемник, выходной электрический сигнал которого отсутствует.

Если температура окружающей среды изменяется, например уменьщается, то изменяется показатель преломления люминофора. Уменьщеаие температуры приводит к увеличению показателя преломления люминофора. Такое увеличение показателя преломления изменяет величину угла полного внутреннего отражения. При достижении температурой внешней среды и оптически прозрачного покрытия, выполненного из люминофора, заданного порогового значения лучи попадают на границу раздела свето- водный торец - люминофор под критическим углом полного внутреннего отражения, при этом преломленные лучи, попадая в люминофор, возбуждают его. Возбуждение люминофора сопровождается излучением света С длиной волны 2, характерной для данного люминофора. Таким образом, длина волны потока излучения от оптического излучателя отлична от длины волны возбужденного излучения люминофора 6.

Часть возбужденного излучения попадает через торец в световод, а часть отражается от отражателя и также попадает в световод. Возбужденное излучение люминофора передается на ответвитель и дальше через светофильтр поступает на фотоприемник, вырабатывающий выходной электрический сигнал, который может быть использован для включения тревожной сигнализации о достижении контролируемым параметром порогового (критического) значения.

Для обеспечения работы минимум спектральной характеристики излучения оптического излучателя должен совпадать с максимумом спектра возбуждения используемого люминофора.

Спектральные характеристики фотоприемника и фильтра должны быть согласованы со спектром возбужденного излучения люминофора.

В датчике температуры световой поток излучателя не проходит через контролируемую среду, что позволяет значительно повысить чувствительность датчика при его работе в поглощающих, рассеивающих средах, содержащих посторонние включения или добавки поверхностно-активных веществ.

Датчик температуры в отличие от известного не- требует использования двух световодов и их точной взаимной юстировки, что снижает трудоемкость изготовлений датчика.

Отсутствие контакта контролируемой среды с термочувствительным люминофорным покрытием позволяет исользовать датчик

для работы в агрессивных средах, что расширяет область его использования.

Кроме того, использование спектрального преобразования оптических сигналов позволяет исключить влияние перекрестных оптических помех между потоком излучателя и потоком излучения возбужденного люминофорного покрытия, что также позволяет повысить чувствительность датчика.

Формула изобретения

Датчик температуры, содержащий последовательно расположенные оптический излучатель, оптический ответвитель, световод,

5 термочувствительный элемент с отражающим покрытием на одной стороне, к другой стороне которого подсоединен световод, и фотоприемник, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности датчика, термочувствительный элемент выполнен в виде

0 скошенного торца одножильного световода, на поверхность которого нанесено люмино- форное покрытие, а фотоприемник снабжен оптическим фильтром пропускания возбужденного излучения люминофорного покрытия.

Изобретение относится к термометрии. Цель изобретения - увеличение чувствительности датчика температуры при одновременном расширении области его использования. Оптическое излучение от оптического излучателя через оптический ответ- витель поступает в волоконный световод. Скошенный конец световода покрыт слоем люминофора, показатель преломления которого зависит от температуры окружаюш.ей среды. 1 ил.