Устройство для измерения температуры Советский патент 1981 года по МПК G01K11/12 

Изобретение относится к области теплофизических измерений. По основному авт. св. 253408 известно устройство для измерения температуры, содержащее изооптический датчик, выполненный в виде прозрачной кюветы, заполненной смесью оптически неоднородных веществ с зависящим от температуры показателем преломления, и источник белого света. Измерение температуры регистрируется по изменению цвета проходящего через датчик света 13. Недостатком устройства является низкая точность, обусловленная визуальной регистрацией цвета. Целью изобретения является повыш ние точности измерений. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения температуры введены поляризационный электрооптический модулятор, подклю ченный к источнику пилообразного на пряжения, детектор, установленный н выходе модулятора, и частотометр,по ключенный к детектору. На фиг. 1 показана схема устройс ва; на фиг. 2 - эпюры напряжений в электронной схеме прибора-, на фиг, 2а - эпюра пилообразного напряжения низкой частоты, подаваемого на модулятор; на фиг. 26 - электрический сигнал на выходе детектора для красного луча света; на фиг. 2в - то же, для -зеленого цвета; на фиг. 2г - то же, если луч света фиолетовый. В схеме устройства показаны источник белого света 1, луч белого света 2, изооптический датчик 3, объект измерения 4, цветной луч от датчика 5, объектив 6., полупрозрачное зеркало 7, поляризационный электрооптический модулятор с поляризаторами 8, 10 и электрооптическим модулятором 9, фотодетектор 11, генератор 12 низкочастотного пилообразного напряжения, усилитель 13, частотометр 14 с индикатором 15, глаз 16 наблюдателя. Устройство работает следующим образом. Включают источник белого света 1, луч 2 белого света падает на изооптический датчик 3, установленный на объекте измерения 4. Так как датчик 3 состоит из неоднородной оптической смеси (изооптики), компоненты которой имеют скрещенные дисперсии показателя преломления, то в зависимости от температуры датчика последний пропускает только луч той длины волны. для которой При данной температуре показатели преломления совпадают. Таким образом, падающий белый луч 2 отражается от датчика 3 как цветной луч 5, который через объектив 6 попадает на светоделитель 7 (например, п.о лупрозрачное зеркало), которым разделяется на два луча, один из них отражается от делителя (другой проходит сквозь зеркало и идет к глазу оператора) , Проходит поляризатор 8, которым поляризуется, далее проходит крис TajLn электрооптического модулятора, анализатор и попадает на фотодетектор 11, где преобразуется в электрический сигнал, который усиливается усилителем-ограничителем и подается на схему частотомера (например/ схему конденсаторного частотрметра),на выходе которого установлен стрелочный индикатор 15, находящийся в поле зрения оператора. Последний устанавливает прибор таким образом, чтобы цветной луч 5 датчика находился на светоделителе 7. Узел модулятора работает следующим образом. Луч света, проходя поляризатор В, поляризуется в определенном направлении. Поляризованный луч, входя в электрооптический кристалл, распадается на два, обыкновенный и необыкновенный, которые в силу разной скорости распространения в кристалле приобретают определенную разность фаз, в результате их интерференции н выходе образуется один луч, плоскост поляризации которого задается egiecx венной разностью фаз в кристалле. Обычно анализатор скрещен с поляриза тором 8 (а оси кристалла ориентирова ны под углом 45° к оси поляризатора) и на выходе свет не проходит (т.е. сигнал погашен). При подаче напряжения на кристалл в силу электрооптического эффекта меняется разность фаз между обыкновенным и необыкновенным лучом в крис и при достижении ею четверти длины волны проходящего света послед ний на выходе имеет максимальную амп литуду. При дальнейшем повышении нап ряжения луч начнет гаснуть и при дос тижении полуволновой разности хода погаснет совсем (так как на модулято ре в это время величина напряжений равна полуволновому). При дальнейшем увеличении (напряжение равно 3/4 вол нового) свет снова имеет максимальную амплитуду и при дальнейшем увели ении разность хода достигнет целоп волны (волновое напряжение), снова полностью погаснет и т.д. Таким образом, при нарастании на одуляторе напряжения от О до волно- . вого интенсивность света на выходе одулятора два раза достигнет максиума и два раза минимума, т.е. частота света на выходе модулятора равна астоте питающего напряжения, умноенному на величину его напряжения, ыраженного в полуволновух напряжених. Известно, что в связи с явлением дисперсии электрооптического коэффициента в электрооптических кристаллах, он минимален для красных и максимален для фиолетовых лучей. Таким образом, если подавать на модулятор постоянное (например,пилообразное) напряжение (см., фиг. 2a.f с величиной, значительно превышающей полуволновое, то частота модуляции для красного луча будет (см. фиг. 26) меньше, чем для зеленого (см. фиг. 2в), и зеленого меньше чем фиолетового (см., фиг. 2г) . Таким образом, если сквозь модулятор, на который подано низкочастотное напряжение, много больше полуволнового, пропускать цветной луч (т.е. луч от изооптического датчика), то его частота будет зависеть от длины волны проходящего луча, т.е. от температуры датчика. В качестве электрооптического кристалла можно использовать кристалл танталата-ниобата калия, который имеет следующие полуволновые напряжения: для фиолетового света Л 400 нм -20 В, для зеленого света Л 500 нм я 47 В, для красного света 670 нм г; 71 В. Формула изобретения Устройство для измерения температуры по авт. св. 253408, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены поляризационный электрооптический модулятор, подключенный к источнику пилообразного напряжения, детектор, установленный на выходе модулятора, и частотометр, подключенный к детектору. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 253408, кл. G 01 К 11/12, 1967.

Ul

лллллллл,

/

t/.

ЛЛЛЛЛЛЛЛЛАЛЛ ,