SU1747949A1 - Устройство дл измерени температуры - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к термометрии и позвол ет повысить точность измерений труднодоступных объектов Оптическое излучение с выхода источника 1 излучени , промодулированное модул тором 2, через оптический разветвитель 3 поступает одновременно на чувствительный элемент 5, оптический фильтр 6 и фотодетектор 4 Сигналы с фото детекторе в 7 и 8 поступают на измеритель 9 временных интервалов. Измеритель 9 временных интервалов преобразует относительное временное полжение этих сигналов в код, несущий информацию об измер емой температуре 2 ил

Description

4J6 -@

S5

v|

2

О

Изобретение относитс  к технике теплотехнических измерений и предназначено дл  измерени  температуры в труднодоступных и удаленных местах, в сильных электромагнитных пол х.

Известно устройство дл  измерени  физических величин, содержащее два источника света и блок питани  источников света, волоконно-оптический датчик, спектр пропускани  которого зависит от измер емой физичес кой величины, четыре фотоприем- , два светофильтра, два селектора сигналов, схемы отношений, два терморе- гул тора, регистр и два сравнивающих устройства . Дл  сопр жени  источника света с фотоприемниками служат светоделители .

Недостатком этого устройства  вл етс  низка  точность измерени  из-за нестабильности излучени  в оптическом тракте волоконно-оптического датчика.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  волоконно-оптическое ус- тройство дл  изменени  температуры, содержащее источник излучени , к входу которого подключен модул тор, а его выход через первый волоконный световод соединен с Одним из выводов оптического развет- вител , второй вывод которого соединен через второй волоконный световоде входом опорного фотодетектора, его третий вывод через третий световод соединен с чувствительным элементом, а четвертый вывод через четвертый световод - с входом сиг- нального фотодетектора и блоком электрон- ной обработки в виде измерител  временных интервалов, к первому и второму входам которого подключены соответственно выходы опорного и сигнального фотодетекторов, а его ыход соединен с индикаторным устройством.

Недостатком известного устройства  вл етс  низка  точность измерени  температуры из-за вносимых неконтролируемых затуханий интенсивности излучени  в све- товодном кабеле и разброса потерь в оптических разъемах. Существенно понижаетс  точность измерени  широкого диапазона Температур в удаленных от электронного блока точках, так как затухание в оптическом кабеле зависит от температуры окружающей среды.

Цепь изобретени  - повышение точности измерени  температуры.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  измерени  температуры введены последовательно соединенные светофильтр, п тый волоконный световод и фотодетектор, подключенный выходом к

третьему входу измерител  временных интервалов , и шестой волоконный световод, включенный между выходом чувствительного элемента и входом сигнального фотодетектора , при этом светофильтр через четвертый волоконный световод подключен к четвертому выводу оптического разветви- тел .

Введение дополнительного фотодетектора и светофильтра с независимой от температуры полосой пропускани  позвол ет измер ть сдвиг кра  полосы поглощени  чувствительного элемента относительно полосы поглощени  светофильтра, повыша  точность измерени  температуры

На фиг,1 представлена схема предлагаемого волоконно-оптического устройства; на фиг, 2 - временные диаграммы зависимости длины волны от времени, по сн ющие работу устройства. Устройство содержит источник 1 излучени , вход которого соединен с модул тором 2. Выход источника 1 излучени  через первый волоконный световод Si соединен с входом оптического раз- ветвител  3 Выводы разветвител  3 через волоконные световоды $2-54 соединены соответственно с опорным фотодетектором 4, чувствительным элементом 5 и светофильтром 6. Вход сигнального фотодетектора 7 соединен волоконным световодом Se с выходом чувствительного элемента 5, а вход фотодетектора 8 соединен волоконным световодом Ss со светофильтром 6. Фотодетекторы 4, 7 и 8 соединены с измерителем 9 временных интервалов, выход которого соединен с входом блока 10 индикации

Источник 1 излучени  выполнен на перестраиваемом лазере, и оптическое излучение на его выходе модулируетс  по длине волны. Закон модул ции может быть пилообразным в диапазоне от Ai до Кг.

Модул тор 2 - это генератор периодического сигнала, модулирующий длину волны оптического излучени  на выходе лазера по заданному закону

Оптический разветвитель 3 делит мощность выходного оптического излучени  между трем  выходами с посто нными коэффициентами передачи, не зависимыми от длины излучени . Излучение подводитс  и отводитс  от разветвител  3 многомодовым волоконно-оптическим кабелем.

Чувствительный элемент 5 построен на волоконно-оптическом кабеле, в разрыв которого помещена полупроводникова  пластинка , спектр пропускани  которой зависит от температуры (например, пластинка арсенида галли ) При изменении температуры сдвигаетс  по длине волны край полосы поглощени  полупроводникевой пластины в пределах от At до -Аа. Конструктивно кабель и пластинка размещены на металлической подложке, котора  прижата к контролируемой поверхности. На подложке световод кабел  размещаетс  в V-образной канавке и крепитс  теплостойким клеем. Пластинка полупроводника располагаетс  перпендикул рно оси оптического кабел  так, чтобы излучение проходило из одного торца световода в другой через пластинку.

Фотодетекторы 4, 7 и 8 могут быть построены на p-i - n-фотодиодах с предварительными усилител ми. Выходные электрические сигналы фотодетекторов пропорциональны интенсивности излучени  и поступают на измеритель 9 временных интервалов .

Блок 10 индикации выводит информацию о температуре в цифровой форме.

Устройство работает следующим образом .

Оптическое излучение с выхода источника 1 излучени , промодулированное модул тором 2 пилообразно по длине еолны от AI до А2,через разветвитель 3 поступает одновременно на чувствительный элемент 5, оптический фильтр 6 и фотодетектор 4. Выходное излучение чувствительного элемента 5 и фильтра 6 дополнительно модулируетс  по амплитуде, так как кра  полос поглощени  элементов 5 и 6 размещаютс  между длинами волн AI и Кг и при изменении длины волны излучени  Я измен ютс  соответственно коэффициенты поглощени  элементов 5 и 6, модулиру  по амплитуде выходное излучение.

Электрические сигналы на выходах фотодетекторов 4, 7 и 8 пропорциональны амплитудам излучени  на их входах. Временные диаграммы электрических сигналов фотодетекторов 7 и 8 повтор ют форму и положение полос поглощени  в области длин волн чувствительного элемента 5 и фильтра 6 соответственно Временное положение электрического сигнала на выходе фотодетектора 7 зависит от температуры г чувствительного элемента 5, а сигнал на выходе фотодетектора 8 не измен етс  оттемпе- ратуры. Относительное временное положение сигналов на выходах элементов 7 и 8 несет информацию о температуре чувствительного элемента 5. При изменении амплитуды или длины волны излучени  лазера измен ютс  одновременно сигналы на выходах фотодетекторов 7 и 8 так, что относительное временное положение их не мен етс .

Опорный электрический сигнал на выходе фотодетектора 1 несет информацию о

затухании в оптическом тракте и используетс  дл  компенсации дополнительной погрешности измерени .

5Сигналы с фотодетекторов 7 и 8 поступают на измеритель 9 временных интервалов , который преобразует относительное временное положение этих сигналов в кодовую комбинацию цифровых сигналов, несу10 щих информацию о температуре. Цифровой сигнал поступает на блок 10 индикации, который выводит информацию о температуре чувствительного элемента 5,

Подбира  оптический фильтр и чувстви5 тельный элемент с соответствующими наклонами спадов коэффициентов передачи в области кра  полосы поглощени  (Аф и Ачэ), которые обратно пропорциональны интервалу длин волн ДАчэ и АЯф, где ААчэ и

0 ДАф - область длин волн, в пределах которой коэффициенты поглощени  соответственно чувствительного элемента и фи ьтра линейно измен ютс  от 0 до 1, можно уменьшить ошибку измерени  температуры. В этом

5 случае погрешность измерени , св занна  с неконтролируемыми затухани ми интенсивности излучени  в световодном кабеле и оптическом разветвителе, стремитс  к нулю.

0

Claims (1)

1. Формула изобретени  Устройство дл  измерени  температуры , содержащее последовательно соединенные модул тор, источник излучени ,

   5 через первый волоконный световод соединенный с первым выводом оптического раз- ветвител , второй вывод которого подключен через второй волоконный световод и опорный фотодетектор к первому вхо0 ду измерител  временных интервалов, соединенному выходом с входом блока индикации , а вторым входом - с выходом сигнального фотодетектора, третий вывод оптического разветвител  через третий во5 локонный световод подключен к чувствительному элементу, а его четвертый вывод соединен с четвертым волоконным световодом , отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерени , в него вве0 дены последовательно соединенные светофильтр , п тый волоконный световод и фотодетектор, подключенный выходом к третьему входу измерител  временных интервалов , и шестой волоконный световод,

   5 включенный между выходом чувствительного элемента и входом сигнальногб фотодетектора , при этом светофильтр через четвертый волоконный световод подключен к четвертому выводу оптического разветвител 

   Фиг 2.