Поляризационно-оптическое устройстводля изМЕРЕНия ТЕМпЕРАТуРы Советский патент 1981 года по МПК G01K11/18 G01N21/23 

Изобретение относится к технике измерения температуры и может быть хрименеио в .дистанционных системах. Известны устройства для измерения температуры, содержащие преобразовате температуры на основе термопар, термо сопротивлений и т.п. llН остатком известных устройств . является сравнительно низкая помехоустрйч ивость. Известно также поляризадионно-опти ческое устройство для измерения темпе ратуры, содержащее последовательно расположенные источники света, два скрещенных поляроида, с размещенной меж ду ними кристаллической пластиной, и приемник 2, Известное устройство имеет недоста точно высокую точность измерений, что обусловлено нестабильностью источника света, старением приемника, нзмен нием толщины пластины. Цель изобретения - повыщение точности измерений, ,-чувствительности и надежности устройства. Поставленная цель достигается тем, что в известном поляризадионно-оптическом устройстве для измерения температуры, содержащем последовательно расположенные источник света,, два скрещенных поляроида, с размещенной между аи ми кристаллической пластиной, и приемник, в устройство введен экран с отверстием, установленный перед приемшисом, источник света выполнен с нзменя эмойдлиной волны излучения, а пластина выполнена из анизотропного кристалла с инверсией двулучепреломления в измеряемом диапазоне температур, например из кристалла аммониевой сегнетовой соли или сульфида кадмия. Кроме того, одна грань пластины эь1полнена полированной, а другая - матовой, причем толщина пластины не превышает 0,2 5 Л/АИ, 38 где Л - длина волны излучения Ah - разность показателей преломле ния для двух кристаллофизичесдях осей кристалла, На фиг. 1 показана схема устройства на фиг. 2 - вид коноскопических фигур при фиксированной температуре для различных длин волн; ла фиг. 3 - градуировочная кривая устройства с пластиной из кристалла аммониевой сегнетовой соли. Устройство ; содержит источник 1 света с изменяемой длиной- волны излуче ния, поляроиды 2 и 4, кристаллическую пластину 3, экран с круглым отверстием 5, диффузно рассеивающий излучение и приемник 6. Устройство работает следующим об, разом. Параллельный монохроматический . световой поток от источника 1 с переменной длиной волны проходит чэрез поляроид 2, попадая на переднюю матовую хрань кристаллической пластинки 3, рассеивается. Рассеянный свет под различными углами проходит через кристаллическую пластинку 3, попадает на второй поляровд 4, затем на экран 5 и через отверстие в нем на приемник 6. На экране видно коноскопическую фигуру. При использовании в качестве источника света лазера поляроид 2 не нужен. Расстояния между элементами схемы не лимитируются и в целом выбираются произвольно. Направление световоп луч при Hejp6ходимости можно изменять в лю бой части схемы. В предлагаемом устройстве в качестве термочувствительного элемента используются многие оптически двуосные к оптически одйоосные кристаллы. В первом случае, при определенной длине вслны Л о, измеряемой температуре соответствует коноскопическая фигура с темным крестом (фиг. 2 5), и в центре экрана минимум освещенности. При всех других значениях , с уличающихся от А коноскопическая фигура имеет вид, показанный на фиг. 2в, а на приемник излучения через отверстие в центре экрана поступает световой сигнал. Во втором случае при длине волны АО, коноскопическая картина исчезает вообще, а поле зрения темнеет. .При отклонения от Л о поле зрения светлеет, наблюдаетСИ коноскопическая картина. Изучение: оптических особенностей проходящего светового потока наблюдением коноско4пических фигур, либо фотоэлектрическим приемником мо1ут применяться независимо и одновременно. Качественные изменения интенсивности света и вида коноскопических фигур происходят в момент перехода некоторых двуосных кристаллов в одноосные, а одноосные в изотропные. Предварительная градуировка устройства производится в координатах: Л , Т. Определенное таким образом значе1ше температуры слабо зависит от интенсивности и . . стабильности освещения, от толщины кристалла и изменения параметров светоприемника. Область измерения температуры дТ зависит от величины применяемого спектрального интервала ДЛ , а чувствительность прибора и точность измерения температуры определяются монохроматичностью источника излучения (набор фильтров, монохроматор, лазер с непрерывной перестройкой частоты) и свойствами конкретного кристалла, используемого в качестве термочувствительного элемента устройства. Градуировочная кривая строится для пластины из аммониевой сегнетовой соли толщиной 0,1 мм. Одна грань пластины отполирована, а другая матовая. Источником света служат лазеры и ксеноновая лампа с набором светофильтров, приемником излучения - спектрограф ДФС-8. В фокальной плоскости камеры спектрографа наблюдается температурное смещение минимума освещенности по щкале длины волн, /Положение минимума освещенности задается двумя параметрами: X и Т, на основании которых строится градуировочная кривая (фиг. 3). При работе только в видимой области спектра 380-6 50 нм) датчик из кристалла АСС позволяет измерять температуру в пределах от +4О до -120 С. Градуировочная кривая имеет нелинейный характер, в связи с чем в различных областях спектра чувствительность устройства неодинакова. Она возрастает при увеличении j;длины волны (понижении температуры). Средняя чувствительность устройства в области от 4О до -120 С составляет 0,06 град/А а в раионе чувствительность 0,02 град/А. Точность определения температуры с помощью предлагаемого устройства зависит от точности задания длины волнь : при Д 1Асредняя точность ,О6 град, , Д, соответственно, ,006 град Измерение температуры срецы производят следующим образом. Термоэлемент помещают в среду температуру Которой пытаются определить (остальшзШ элементы оптической системы показанной на фиг. 1, могут находвться вне этой среды), освещают устройство светом с различной длиной волны Д, и находят то значение Д,, при котором освещенность проходит через миник1ум . вли изменяется вид коноскопическнх фигуР- По найденному значению X - пользуясь градуи ровочным графиком, определяют искомую температуру среды. В зависимости от |типа кристаллов, - применяемых в качестве термочувствительного элемента устройства, можно изменять пределы измерения (задания) температуры. Например, используя в качестве термочувствительного элемента кристаллы обычной сегдетовой соли, температуру можно измерять в области -250 С, кристаллы капушита пригодны для измерения температуры в области +15Q С, а кристаллы тиогалата кадмия - в интервале от -100 до fSOO С. Можно предложить и ряд других кристаллов, удовлетворяющих указанным в широком интервале температур ioT -26О до Ц50.). Предлагаемое устройство может быть особенно полезным для измерения в области низких температур (около -26db и при , где известные в наотоящее время дорогостоящие устройгтва

терякхг рабоачзспособность и чувствительность.

Таким образом, предлагаемое устрсвство имеет преимущества по сравнению с известным. Оно обладает более высокой надежностью, чувствительностью, помехоустойчивостью, точностью намерений, не требует стабилизации источника и приемника излучения, так как принцип действия устройства основан на качественных эффектах и применяется оптическая связь между элементами праьбора. Уменьшением толщины термочувст8

iktl - разность показателей преломления для двух кристаллофизическяхс. осей кристалла. Источнвки информации, щакаятыв во ениманке при экспертизе

1.Тезисы Всесоюзной научно- ехничесЕОй кок ренции Состояние и перспективы яамерт1яя температуры контактным и бесионтшстным методами. Львов, 1978.

2.Паягент Японии № 48-13477 i кл. 6 01 К 11/ОО, опублик. 1973, (щютотип). 96 вйтельного элемента до тонкой пленки достигается миниатюрность термоэлемента устройства и низкая тепловая инерционность. Фо рмула изобретения 1. Попяризшшонно-оптическое устройство для измерения температуры, содержашее последовательно расположенные источшш света, два скрещенных поляроида, с размещенной между ними кристаллической пластиной, и приемник, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измереаий, чувствительности а надежЕЮсти устройства, в него введен с отверстием, установленный перед приемником, источник света высолнен с изменяемой длиной волны взлуч ия, а пластина выполнена ва аниаотрошюго кристалла с инверсией двулуче1фепомпвния в измеряемом диапазоне температур. 2. Устрс йство по .п. 1, о т л ичаюшееся тем, что .одна грань гфистадлическоб пластины выполнена пол1фовш1нсй, а другая - матовой, причем толщина пластины не превышает 0,25Д,|й4 гае Л - Дяина волны излучения;