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

в виде световода с матированной оболочкой, и фотоприемником, при этом конденсор темного поля оптически связан с термочувствительным элементом и источником света, вход которого электрически соединен с выходом генератора переменного тока, а выход фотоприемника соединен со входами резонансного усилителя и регистратора.

На фиг. 1 приведена схема выполнения предлагаемого устройства на фиг, 2 - сечение А-А на фиг. 1 (термочувствительного элемента, выполненного в виде световода).

Устройство для измерения температуры (фиг. 1) содержит источник света 1, в качестве которого используется светодиод, генератор переменного тока 2, подключенный к источнику света 1, конденсор; темного поля 3, спектральный 4 и пространственный 5 фильтры, фотоприемник 6 (фотодиод) резонансный усилитель 7, соединенный с фотоприемником, регистрирующее устройство 8, подключенное к выходу резонансного усилителя и термочувствительный элемент 9.

На фиг. 1 показан термочувствител ный элемент 9, выполненный в виде световода, содержащий оболочку 10 световода 9 и сердцевину 11 световода.

Конденсор темного поля 3 установлен перед источником света 1. Спектральный -4 и пространственный 5 филь.тры установлены последовательно перед фотоприемником б. Термочувствительный элемент 9 выполнен в виде световода, состоящего из оболочки 10 наружная поверхность которой матирована, и сердцевиной 11 с темпердтурными коэффициентами преломления, различными по знаку или величине. Как вариант исполнения световод может быть выполнен из трех секций, соединенных последовательно, крайние из которых имеют большую числовую апертуру и малую зависимость показателей преломления сердцевины и оболочки от температуры, а для средней секции оболочка 10 выполнена из кремнийорганического компаунда марки типа СИЭЛ, имеющего показатель преломления при 20°С - 1,4, а при БО°С - 1,47. Материалом сердцевины является оптическое стекло марки ЛК-б с показателем преломления 1,47. Спектральные характеристики источника света 1, . спектрального фильтра 4 и фотоприемника б при этом согласованы. Резонансная частота усилителя 7 равна рабочей частоте генератора переменного тока 2.

Пространственный фильтр 5 представляет собой непрозрачный диск, выполненный на стеклянной пластинке фотоспособом, и предназначен для исключения попадания на фотоприемник

световых пучков, выходящих под малыми углами к оси световода.

Устройство работает следующим образом.

Световое излучение от источника света 1, модулируемое по интенсивности генератором переменного тока 2, .при помощи конденсора темного поля 3 вводится через торцовую поверхность в световод термочувствительный элемент 9. При этом конденсор темного поля 3 служит для выделения светового потока, подаваемого на вход измерительной секции волокна, в систему лучей наиболее чувствительных к иэме5 нению показателя преломления оболочки волокна. Разгружая фотоприемник от неинформативНЕЛХ лучей, близких к нормали, к торцовой поверхности волокна, конденсор темного поля тем саQ мым дает вьщгрыш по уровню-световых потоков и, следовательно, сигналов с выхода фотодетектора.

В световоде возбуждаются высшие типы волн, наивысший порядок которых

5 определяется разностью показателей преломления оболочки 10 и сердцевины 11. С выходного торца световода световое излучение приходит спектральный 4 и пространственный 5 фильтры и попадает на фотоприемник б. Электрический сигнал с выхода фотодетектора усиливается резонансным усилителем 7 и поступает на регистрирующее устройство 8. Пространственный фильтр 5 выделяет из всего конуса лучей с

5 выходного торца световода только лучи, идущие под углами, соответствующими высшим модам светового излучения, наиболее чувствительным к разности показателей преломления сердцевины 11 и оболочки 10. При повышении температуры окружающей среды показатель преломления оболочки уменьшается, в то время как показатель преломления сердцевины практически

5 не изменяется, и поскольку разность показателей преломления сердцевины и оболочки увеличивается, на фотоприемник 6 проходит все большее количество энергии. При равенстве показателей

g преломления сердцевины и оболочки световая энергия полностью рассеивается на матированной поверхности оболочки и сигнал на выходе фотоприемника отсутствует. Однозначная зависиг мость светопропуекания термочувствительного элемента 9 от температуры позволяет реализовать устройство для измерения температуры в широком диапазоне температур.

С целью уменьшения.погрешностей

измерения температуры, обусловленной низкой помехозащищенностью устройства от посторонних источников света, в устройство введен спектральный фильтр 4, ослабляющий попадание на фотоприём5 ник 6 света от посторонних источников со спектральном составом, отличным от полосы пропускания фильтра, а до полнительную помехозащищенность уст ройства на длине волны пропускания спектрального фильтра 4 обеспечивает резонансный усилитель 7, работаю1г;ий на рабочей частоте генератора перем ного тока 2. Технико-экономический эффект от использования устройства вьфажается в уменьшении погрешности измерения температуры до 0,1% и в расширении диапазона измеряемых температур от до +200°С, а для модифицирова ного материала СИЭЛ от -80°С до +200с, в учеличении помехозащитенности устройства от внешних световы и электромагнитных полей, в быстродействии измерений до величины 0,10 обусловленное матированной поверхностью оболочки световода и его малыми размерами . Таким образом, устройство для измерения температуры находит широкое применение в народном хозяйстве. Формула изобретения Устройство для измерения темпера туры содержащее термочувствительны элемент, оптически свяэаннь й с фотоприемником и с источником света, регистратор, отличающееся тем, что, с целью повыиения точности измерения и расширения диапазона измеряемых температур, в устройство введены генератор переменного тока, резонансный усилитель, конденсор темного поля, спектральный и пространственный фильтры, размещенные последовательно вдоль оптической оси между термочувствительным элементом, выполненным в виде световода с матированной оболочкой, и фотоприемником, при этом конденсор темного поля оптически связан с термочувствительным элементом и источником света, вход которого электрически соединен с вьосодом генератора переменного тока, а вьосод фотоприемника соединен со входами резонансного усилителя и регистратора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 1 464792, кл. G 01 К 11/12, 1972. 2.Авторское свидетельство СССР № 495559, кл. G 01 К 11/12, 1974 (прототип).