Устройство для измерения температуры Советский патент 1982 года по МПК G01K11/32 G01N21/41 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

Изобретение относится к температурным измерениям, а именно к устройствам для локального измерения температуры с помощью термохромных индикаторов, и может .быть использо но при определении эффективности те морегулирующих систем, при исследовании взаимного теплового влияния элементов, электронных схем или при отыскании мест неисправностей. Известны устройства для измерени температуры, представляющие собой тубус, внутри которого расположено полупрозрачное зеркало, причем один конец турбуса снабжен фотоприемником, а другой - термохромным индика тором на жидкокристаллической пленке. Принцип работы таких устройств основан на свойстве жидких кристаллов изменять коэффициент отражения составляющих различных длин волн света при изменении температуры находящегося с ними в тепловом контак те объекта р }. Недостатком этих устройств является малая эффективность преобразования падающего светового потока на термохромный преобразователь вследствие потерь в оптической системе.. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является устройство для измерения температурь, содержа-. щее жгут оптических волокон, на одном конце которого установлен термохромный индикатор на жидкокристаллической пленке, а другой конец разделен на две группы - передающую, оптически связанную с источником света, и приемную, оптически связанную с фотоприемником и регистрирующим блоком . Недостатком устройства является низкая точность измерения, обусловленная тем, что свет, отраженный термохромным индикатором, в равной степени попадает в волокна как приемной, так и передающей группы, в результате чего на фотоприемник попадает лишь часть светового потока, несущего информацию о температуре объекта. Цель изобретения - повышение точ ности измерения температуры. Эта цель достигается тем, что в ;стройство введен градиентный световод, расположенный между термохромным индикатором и торцом жгута оптических волокон, причем длина градиентного световода выбрана равной периода пространственных пульсаций светового потока в световоде. На фиг.1 показана функциональная схема устройства для измерения темп ратуры; на фиг. 2 - распространение лучей света в световоде при расположении волокон передающей группы по центру его торца; на фиг. 3 - ра пространение лучей света в световоде при расположении волокон передающей группы по периферии его торца. Устройство для измерения температуры содержит жгут 1 оптических в локон, передающую группу 2 волокон, источник 3 света, приемную группу k волокон, фотоприемник 5 термохром ный индикатор 6, градиентный световод 7 регистрирующий блок 8. Устройство работает следующим об разом. Термохромный индикатор 6 вводят контакт с поверхностью объекта, температура которого подлежит измерению. Свет от источника 3 света, пройдя по волокнам передающей группы 2, попадает в градиентный световод 7- При длине отрезка градиентного световода 7 равной1/4 период пространственных пульсаций света в световоде, поток лучей света, проше ший через любую точку одного торца световода и ограниченный конусом с углом . распределяется на противоположном торце равномерно по плоto UBX щадке радиуса -;,-, симметричной относительно оси световода, при 3tOM, Ugyвходной угол градиентного световода при текущей координате вдоль оси градиентного световода равной нулю, а Р- частота простра нственных пульсаций световода. На фиг.2 и 3 показано распространение лучей света в градиентном световоде 7 при разном расположении приемной t и передающей 2 групп волокон на торце жгута Ьптических волокон. Слой жидких кристаллов в каждой точке своей поверхности селективно рассеивает падающий на него поток света в определенном секторе углов брдср и, поскольку он расположен на торце градиентного световода 7, весь рассеянный свет проходит через противоположный торец градиентного световода 7 в пределах радиуса в pqcc 1 полностью попадает в приемную группу 4 оптических волокон, расположенную на этой площадке. При этом во избежание френелевских потерь материалы термохромиого. индикатора 6 и волокон приемной группы 4 согласованы с материалом градиентного световода 7 по показателю преломления Пв(2-Д) h Хг2 --пр показатели преломления « тхи%р термохромного индикатора и волокон приемной группы соответственно; п - показатель преломления на оси градиентного световода;fv - относительное изменение показателя преломления вдоль радиуса световода. Волокна приемной группы k подбираются по апертуре таким образом, чтобы обеспечить условия полного внутреннего отражения для лучей, попавших в волокна приемной группы , т.е. t пр о Р где Pjip- апертурный угол волокна приемной группы; Rp - радиус освещенного участка термохромного индикатора , При этом возможно расположение передающей группы 2 волокон как на периферии торца градиентного световода 7 так и в центре, а приемной группы k соответственно в центре и на периферии. На фиг.З показано распространение лучей света в градиентном световоде 7 при расположении волокон передающей группы 2 по периферии его торца. При этом радиус 5 IRg освещенного участка термохромно го индикатора 6 определяется аперт рой волокон передающей группы 2, которые охватывают приемную группу Ц волокон кольцом и излучают свет в апертурном угле впер причем R - - |i . При таком расположении волокон приемной k и передающей 2 групп, л чи света от передающей группы воло кон попадают на поверхность термохромного индикатора не нормально, а .под различными углами J-, лежащими в интервале дврасс tg-ar fia , где а - радиус градиентного световода. Так как длина волны селективного рассеивания жидких кристаллов за висит от угла падения освещенного потока света, тоЭто приводит к рас ширению спектра-селективного рассе ивания. Расширение спектра селектив ного рассеивания компенсируется соответствующим подбором- термохромног индикатора или перестановкой местами волокон передающей 2 и приемной k групп (фиг.2). В этом случае свет селективно рассеянный термохромным индикатором, попадает как в волокна приемной, и, так и, частично, в волокна передающейгруппы 2, причем отношение плотностей энергии счета попавшего в приемную группу tpp и передающую группуT gp , определяется отношение площадей, занимаемых торцами волокон этих групп ГПР ()

перR-%p

где а - радиус градиентного световода;

радиус торца передающей

R

пег группы 2 волокон.

Практически весь свет, рассеянный термохромным индикатором, попадает в волокна приемной группы k. При этом значительно уменьшается диапазон углов падения лучей света на поверхность термохромного индикатора от передающей группы 2 волокон, поскольку радиус RQ торца передающей группы 2 волокон должен быть намного меньше радиуса а градиентно го световода 7С приемной группы оптических волокон свет направляется на чувствительный элемент фотоприемника 5Формула изобретения

Устройство для измерения температуры, содержащее жгут оптических волокон, на одном конце которого установлен термохромный индикатор на жидкокристаллической пленке, а другой конец разделен на две группы передающую, оптически связанную с источником света, и приемную;оптически связанную с фотоприемником и регистрирующим блоком, отличающее, с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в устройство введен градиентный световод, расположенный между термохромным индикатором и торцом жгута оптических волокон, причем длина градиентного световода выбрана равной 1/ периода Спектральная характеристика света, селективно рассеянного слоем жидких кристаллов в термохромном индикаторе 6, определяется температурой исследуемого объекта. На выходе фотоприемника 5 возникает фототок, амплитуда которого зависит от спектральной характеристики света, освещающего фотоприемник, и, следовательно, от температуры исследуемого объекта. Электрический сигнал с фотоприемника 5 направляется в регистрирующий блок 8. Использование градиентного световода 7 в устройстве приводит к устранению ошибки измерения температуры, обусловленной неравномерностью теплового контакта поверхности термохромного индикатора с объектом исследования, так как световой поток, селективно рассеянный в каждой точке поверхности термохромного индикатора, равномерно распределяется по волокнам приемной группы, и, таким образом, неравномерность цвета по поверхности термохромного индикатора усредняется. Предложенная конструкция устройства для измерения температуры позволяет значительно повысить «-точность измерения, что достигается путем значительного увеличения доли световой энергии, несущей информацию о температуре объекта, а также путем устранения ошибки, обусловленной ненормальным освещением поверхности термохромного индикатора.