BRPI0721286A2 - Sensor de temperatura de fibra ótica - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SENSOR DE TEMPERATURA DE FIBRA ÓTICA".

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

Esse pedido reivindica a prioridade ao Pedido de Patente Provi- sório U.S. N0 60/875.719 depositado em 19 de dezembro de 2006 e Pedido de Patente U.S. N0 11/978.538 depositado em 29 de outubro de 2007, que são, por meio disso, incorporados por referência.

Campo Técnico

Esse pedido refere-se ao campo de detecção de temperatura e, mais particularmente, a um método e aparelho para detectar a temperatura usando um sensor de temperatura de fibra ótica, por exemplo, em ambientes eletromagnéticos e/ou elétricos e máquinas industriais.

Antecedentes da Invenção

A medição da temperatura e o monitoramento em máquinas elé- 15 tricas (por exemplo, geradores, motores, transformadores e semelhantes) frequentemente necessitam de precauções especiais devido à presença de campos eletromagnéticos e/ou vibrações mecânicas. Em particular, a pre- sença de partes metálicas ou condutoras na parte da cabeça de detecção de temperatura que está dentro ou perto dessas máquinas deve ser evitada, 20 especialmente quando monitorando a temperatura das barras do estator dos geradores e/ou motores ou a temperatura das bobinas do transformador. Também, componentes metálicos ou condutivos podem criar descarga par- cial mudando a trajetória do campo elétrico.

Além disso, a monitoração da temperatura em tais ambientes e- 25 letromagnéticos necessita de sensores que sejam confiáveis sobre um longo período de tempo para evitar qualquer tipo de alarmes falsos que possam ser onerosos. Além do que, esses sensores de temperatura devem ser resis- tentes e à prova de vibração desde que é esperado que tais sensores ope- rem sob condições vibratórias.

Para tais aplicações, a temperatura a ser medida é geralmente

menor do que 200°C. Desde que numerosos sensores frequentemente po- dem ter que ficar localizados em várias partes de uma máquina, custos de monitoração, tais como custos de instalação, medição, manutenção e reparo devem ser minimizados e tais sensores devem ser tão pequenos e tão mini- mamente intrusivos quanto possível.

Sensores de temperatura que fazem uso de fibras óticas podem transformar as variações de temperatura em variações de Iuz que podem então ser analisadas por recurso fotoelétrico e/ou eletrônico distante da ca- beça do sensor e do ambiente eletromagnético. Exemplos de sensores de temperatura conhecidos incorporando fibras óticas são descritos abaixo.

A Patente U.S. N0 5.031.987 para Norling, que é incorporada 10 aqui por referência, descreve um transdutor ótico virado para a extremidade inclinada de uma fibra ótica emissora e receptora de Iuz única, de modo que qualquer movimento do transdutor (devido a uma mudança de temperatura ou pressão) modifica a Iuz refletida de volta para a fibra ótica. Para reduzir a sensibilidade do sistema ao impacto e vibração, Norling revela o uso de uma 15 faixa térmica bimetálica magneticamente travada como um elemento sensor e um magneto que engata uma extremidade do elemento sensor. Em opera- ção, a faixa bimetálica, como uma função da temperatura, responde às for- ças de atração magnética causadas pelo magneto.

A Patente U.S. N0 5.295.206 para Mishenko, que é incorporada aqui por referência, descreve um sensor de temperatura para o corpo huma- no onde uma pequena lacuna de ar é aumentada ou diminuída pela dilata- ção ou retração relativa de uma haste sensível à temperatura adaptada den- tro de um cilindro metálico tendo um coeficiente de expansão de temperatura diferente. Uma superfície refletiva em uma extremidade da haste reflete a Iuz que chega emitida através de uma fibra ótica para uma fibra ótica receptora de Iuz paralela e posicionada próxima. A mudança da Iuz refletida recebida representa a mudança na temperatura. Entretanto, pouco detalhe é suprido sobre a maneira precisa na qual a Iuz refletida alcança a fibra ótica recepto- ra. Especificamente, em sensores de fibra ótica, uma quantidade não insigni- ficante da Iuz refletida pode percorrer por todo o volume de ar separando as fibras emissoras e as receptoras e pode causar muito "ruído", assim afetan- do a sensibilidade à mudança de temperatura e a capacidade de reprodução das medições de temperatura. Além do mais, o movimento das fibras óticas pode causar a não capacidade de reprodução das medições. Além disso, o atrito lateral mínimo da haste sobre um longo período de tempo e sob quais- quer condições de temperatura e vibração deve ser garantido, o que exigiria 5 grande precisão mecânica e custos de ajuste fino.

A Patente U.S. N0 5.870.511 para Sawatari e outros, que é in- corporada aqui por referência, usa um princípio de lacuna de ar variável si- milar como a Patente U.S. N0 5.295.206 para Mishenko. Em Sawatari, uma cabeça de sensor tem um alojamento de sensor acoplado na extremidade de 10 uma fibra ótica. Uma superfície refletiva metálica é acoplada no alojamento adjacente à extremidade da fibra ótica para formar uma lacuna tendo um comprimento predeterminado entre a superfície refletida e a fibra ótica. Um sistema de detecção é também acoplado na fibra ótica que determina a tem- peratura na cabeça do sensor a partir de um padrão de interferência da Iuz 15 que é refletida da superfície refletiva. Além dos problemas discutidos aqui com relação ao dispositivo revelado na referência de Mishenko, custos subs- tanciais para a análise dos padrões de interferência em Sawatari devem ser considerados.

A Patente U.S. N0 5.359.445 para Robertson, que é incorporada aqui por referência, descreve um sensor de temperatura com um alojamento cilíndrico que dilata ou retrai radialmente em conjunto com mudanças de temperatura externa. O alojamento contém duas fibras óticas opostas sepa- radas por uma película transparente, flexível e padronizada que é vedada no alojamento e que deforma com o movimento do alojamento. Esse sensor poderia ser usado para medir a temperatura do gás ou fluido no qual o sen- sor está imerso, mas não aparenta se prestar à medição da temperatura de um sólido desde que o movimento do seu alojamento cilíndrico e a deforma- ção do padrão da película poderiam ser atrapalhados ou pelo menos pré- dispostos pelo atrito da sua base cilíndrica contra o sólido. Também, ne- nhuma provisão é feita contra os efeitos das vibrações tendo um componen- te radial.

Outras patentes (por exemplo, Patente U.S. Nos 6.960.019 para Dammann e 5.392.117 e 5.202.939, ambas para Belleville, e outros, todas as quais são incorporadas aqui por referência) revelam a análise dos pa- drões de interferência da Iuz e a interferometria Fabry-Pérot para propor pe- quenos sensores de temperatura de fibra ótica. Tais sensores, entretanto, 5 precisam ser geralmente usados em conjunto com equipamento de análise de interferência complexo, delicado e oneroso.

Dessa maneira, seria desejável prover um sensor de temperatu- ra de fibra ótico pequeno e resistente que pode ser efetivamente usado em ambientes eletromagnéticos e/ou vibratórios para medir a temperatura de uma dada parte de uma máquina ou aparelho e que não exija equipamento complexo e oneroso para analisar a informação que vem do sensor.

Sumário da Invenção

De acordo com o sistema descrito aqui, um sensor de tempera- tura inclui uma transportadora que emite Iuz e uma primeira receptora dis- posta para receber a Iuz emitida da transportadora. Um elemento sensível à temperatura é disposto em uma trajetória de Iuz entre a transportadora e a primeira receptora que oculta variavelmente pelo menos uma porção da Iuz emitida pela transportadora, sendo que a porção da Iuz oculta variavelmente pelo elemento sensível à temperatura varia de acordo com uma mudança de temperatura do elemento sensível à temperatura. A transportadora e a re- ceptora podem ser fibras óticas. O elemento sensível à temperatura pode ser eletricamente não condutivo. Um primeiro detector pode ser acoplado na primeira receptora que analisa a intensidade da Iuz da Iuz recebida pela pri- meira receptora e determina a mudança na temperatura do elemento sensí- vel à temperatura com base em uma mudança na intensidade da luz. Uma segunda receptora pode ser disposta ao lado da primeira receptora e a se- gunda receptora pode receber uma porção não oculta da Iuz da transporta- dora, sendo que a porção não oculta da Iuz recebida pela segunda receptora é substancialmente independente da mudança na temperatura do elemento sensível à temperatura. Um segundo detector pode ser acoplado na segun- da receptora que é usado para calibrar o sensor. O segundo detector pode permitir a calibragem do sensor resultante de uma alteração causada por pelo menos um de: envelhecimento do sensor, variações de temperatura ambiente e mudança de condutividade da Iuz da transportadora ou primeira receptora. Um dispositivo eletrônico pode ser acoplado na transportadora e na primeira receptora que inclui um acionador que controla a intensidade da 5 Iuz emitida da transportadora com base em um circuito de realimentação e usando um sinal de referência, e sendo que o dispositivo eletrônico inclui pelo menos um analisador de intensidade luminosa que analisa as mudan- ças na intensidade da Iuz recebida pela primeira receptora e libera pelo me- nos um sinal. O elemento sensível à temperatura pode ter uma geometria 10 que varia de maneira substancialmente proporcional à mudança de tempera- tura.

A transportadora pode estar virada diretamente para a primeira receptora e sendo que a trajetória da Iuz entre a transportadora e a recepto- ra pode ser uma abertura entre a transportadora e a primeira receptora. Al- ternativamente, um alvo pode ser disposto para refletir a Iuz incidente rece- bida da transportadora para a primeira receptora. O alvo pode incluir um es- pelho de duas faces tendo primeira e segunda faces dispostas em um ângu- lo de aproximadamente 90 graus com relação uma à outra, a primeira face recebendo da transportadora a Iuz incidente em um primeiro ângulo inciden- te de aproximadamente 45 graus e refletindo a Iuz incidente sobre a segun- da face em um segundo ângulo incidente de aproximadamente 45 graus, a segunda face refletindo a Iuz incidente recebida da primeira face para a pri- meira receptora. O alvo pode incluir um espelho curvado. O alvo pode ser um espelho plano e a transportadora pode ser inclinada com relação à pri- meira receptora.

De acordo também com o sistema descrito aqui, um método de detecção de temperatura pode incluir prover uma transportadora que emite Iuz e prover uma primeira receptora que recebe a Iuz emitida da transporta- dora. Pelo menos uma porção da Iuz emitida da transportadora pode ser in- 30 duzida a ser oculta variavelmente antes que a Iuz seja recebida pela primeira receptora, sendo que a porção da Iuz oculta variavelmente varia de acordo com uma mudança na temperatura. A intensidade da Iuz emitida da trans- portadora pode ser controlada de acordo com um circuito de realimentação usando um sinal de referência. O sinal de referência pode ser induzido a ser recebido por uma segunda receptora, sendo que o sinal de referência é substancialmente independente da mudança na temperatura. A Iuz recebida 5 pela primeira receptora pode ser analisada e a mudança na temperatura de- terminada. Um alvo pode ser provido que recebe a Iuz incidente da transpor- tadora e reflete a Iuz para a primeira receptora.

De acordo também com o sistema descrito aqui, um sensor de temperatura inclui uma fibra ótica transportadora que emite luz, um espelho 10 que reflete a Iuz incidente recebida da fibra ótica transportadora e uma fibra ótica receptora disposta para receber a Iuz refletida do espelho. Um elemen- to sensível à temperatura pode ser disposto em uma trajetória da Iuz entre a fibra ótica transportadora e a primeira fibra ótica receptora que oculta varia- velmente pelo menos uma porção da Iuz emitida da transportadora. A porção 15 da Iuz que pode ser oculta variavelmente pelo elemento sensível à tempera- tura varia de acordo com uma mudança de temperatura do elemento sensí- vel à temperatura. O espelho inclui um espelho de duas faces tendo primeira e segunda faces dispostas em um ângulo de aproximadamente 90 graus com relação uma a outra, a primeira face recebendo da transportadora a Iuz 20 incidente em um primeiro ângulo incidente de aproximadamente 45 graus e refletindo a Iuz incidente sobre a segunda face em um segundo ângulo inci- dente de aproximadamente 45 graus, a segunda face refletindo a Iuz inci- dente recebida da primeira face para a primeira receptora. Alternativamente, o espelho pode incluir pelo menos um entre: um espelho plano único e um 25 espelho curvado. Uma fibra ótica de referência pode ser provida que recebe uma porção não oculta da Iuz da transportadora, sendo que a porção não oculta da Iuz recebida pela fibra ótica de referência é substancialmente inde- pendente da mudança na temperatura do elemento sensível à temperatura.

De acordo também com o sistema descrito aqui, um método de detecção de temperatura inclui prover uma fibra ótica transportadora que emite luz, prover um espelho que reflete a Iuz recebida da transportadora e prover uma fibra ótica receptora que recebe a Iuz refletida do espelho. Pelo menos uma porção da Iuz emitida da fibra ótica transportadora pode ser in- duzida a ser oculta variavelmente antes que a Iuz seja recebida pela primeira receptora, sendo que a porção da Iuz oculta variavelmente varia de acordo com uma mudança na temperatura. Uma fibra ótica de referência pode ser 5 provida que recebe uma porção não oculta da Iuz da transportadora, sendo que a porção não oculta da Iuz recebida pela fibra ótica de referência é subs- tancialmente independente da mudança na temperatura do elemento sensí- vel à temperatura.

De acordo também com o sistema descrito aqui, um sensor de temperatura inclui um alojamento, uma interface de conexão disposta no alojamento, uma transportadora disposta no alojamento que emite Iuz e uma receptora disposta no alojamento que recebe a Iuz emitida da transportado- ra. Um elemento sensível à temperatura pode ser disposto em uma trajetória de Iuz entre a transportadora e a primeira receptora que oculta variavelmen- te pelo menos uma porção da Iuz emitida pela transportadora, sendo que a porção da Iuz oculta variavelmente pelo elemento sensível à temperatura varia de acordo com uma mudança de temperatura do elemento sensível à temperatura. Um dispositivo eletrônico pode ser disposto no alojamento, a- coplado na receptora e acoplado na interface de conexão. O dispositivo ele- trônico pode detectar a Iuz recebida na receptora, analisar a Iuz recebida na receptora e liberar um sinal indicando uma temperatura com base em uma mudança na intensidade da luz.

Breve Descrição dos Desenhos

Modalidades do sistema são descritas com referência às várias figuras dos desenhos, nos quais:

a figura 1 é uma vista esquemática de uma modalidade de um sensor de temperatura ótico de acordo com o sistema descrito aqui.

A figura 2 é uma vista esquemática de uma cabeça de sensor para um sensor de temperatura ótico de acordo com o sistema descrito aqui. A figura 3 é uma vista esquemática diferentemente orientada da

cabeça do sensor mostrada na figura 2 de acordo com o sistema descrito aqui. A figura 4 é uma ilustração esquemática de um espelho de duas faces incorporado na cabeça do sensor, visto do ponto de vista da Iuz inci- dente, de acordo com o sistema descrito aqui.

A figura 5 é uma vista esquemática de uma outra modalidade do sensor de temperatura ótico incluindo uma terceira fibra ótica de acordo com o sistema descrito aqui.

A figura 6 ilustra uma disposição de uma fibra ótica de referência na cabeça do sensor onde a fibra ótica de referência é disposta ao lado da fibra ótica receptora de acordo com uma modalidade do sistema descrito aqui.

A figura 7 é uma ilustração esquemática mostrando uma outra modalidade do sistema descrito aqui no qual a Iuz emitida da fibra ótica transportadora é recebida diretamente pela fibra ótica receptora sem um es- pelho intermédio.

A figura 8 é uma ilustração esquemática de uma outra modali-

dade do sistema descrito aqui mostrando a ocultação da Iuz incidente por um elemento sensível à temperatura disposto transversalmente às fibras óticas.

A figura 9 é uma ilustração esquemática de uma outra modali- dade do sistema descrito aqui mostrando uma outra configuração das fibras óticas e do elemento sensível à temperatura.

As figuras 10A e 10B são vistas esquemáticas de uma cabeça de sensor tendo uma configuração alternativa na qual uma receptora é orien- tada com relação a uma transportadora de modo a receber a Iuz emitida da transportadora quando refletida de um espelho plano de acordo com uma outra modalidade do sistema descrito aqui.

As figuras 11A e 11B são vistas esquemáticas de uma cabeça de sensor tendo um espelho curvado de acordo com uma outra modalidade do sistema descrito aqui.

A figura 12 mostra uma ilustração esquemática de um sensor de

temperatura ótico incluindo um analisador de intensidade luminosa que pode incluir componentes de cálculo de temperatura que podem transladar as va- riações na intensidade luminosa para mudanças na temperatura do elemen- to sensível à temperatura de acordo com uma modalidade do sistema descri- to aqui.

A figura 13 é um diagrama de circuito esquemático de um dispo- sitivo eletrônico acoplado em uma cabeça de sensor de um sensor de tem- peratura ótico de acordo com uma modalidade do sistema descrito aqui.

A figura 14 é um diagrama de circuito esquemático de um dispo- sitivo eletrônico acoplado em uma cabeça de sensor de um sensor de tem- peratura ótico de acordo com uma outra modalidade do sistema descrito a- qui.

As figuras 15, 16 e 17 são vistas esquemáticas de direções dife- rentes de um sensor compacto, integrado para a medição da temperatura de acordo com uma outra modalidade do sistema descrito aqui.

Descrição Detalhada das Várias Modalidades Com referência agora às figuras dos desenhos, as figuras com-

preendem uma parte desse relatório descritivo e ilustram modalidades e- xemplares do sistema descrito. É para ser entendido que, em alguns casos, vários aspectos do sistema podem ser mostrados esquematicamente ou po- dem ser exagerados ou alterados para facilitar o entendimento do sistema.

A figura 1 é uma ilustração esquemática de uma modalidade de

um sensor de temperatura ótico 10 de acordo com o sistema descrito aqui. Fibras óticas 20, 30 são posicionadas em um conduto 40 que é acoplado em uma cabeça do sensor 100 de temperatura de fibra ótica. O conduto 40 pode ser opaco. Uma fibra ótica 20 age como um emissor ou transportador de Iuz 25 e é acoplada em uma fonte de Iuz 22. A outra fibra ótica 30 age como um receptor de Iuz e é acoplada em uma unidade detectora 32, tal como um fo- tômetro. A cabeça do sensor 100 de temperatura da fibra ótica 100 é presa em um objeto para o qual uma determinação da temperatura é desejada. Alternativamente, em outras modalidades, é possível que uma fibra ótica aja 30 como ambos a transportadora e a receptora. Embora fibras óticas sejam ci- tadas nas figuras, é considerado que outros transportadores e receptores de Iuz sejam possíveis para uso com o sistema descrito aqui. Por exemplo, o sistema pode ser configurado tal que o transportador de Iuz do sistema é a fonte de Iuz direta montada na cabeça do sensor 100 sem uma fibra ótica intermédia.

As figuras 2 e 3 ilustram vistas diferentemente orientadas de 5 uma modalidade da cabeça do sensor 100 do sensor de temperatura ótica 10 de acordo com o sistema descrito aqui. As dimensões marcadas "X", "Y" e "Z" ilustram a orientação relativa das figuras 2 e 3 (e outras figuras). A ca- beça do sensor 100 contém porções das fibras óticas 20, 30 que podem ser acopladas juntas e solidamente embutidas na cabeça do sensor 100. As ex- 10 tremidades das fibras 20, 30 podem defrontar-se com um alvo refletivo, tal como um espelho 110. As fibras 20, 30 podem ser rigidamente fixadas no espelho 110, tal que as fibras 20, 30 e o espelho 110, todos se movem jun- tos na eventualidade de vibrações e/ou outro movimento. Na modalidade mostrada, a cabeça do sensor 100 tem proporções cúbicas que permitem 15 que a cabeça do sensor 100 seja colocada em um número de posições de modo a ficar plana contra uma superfície do objeto para o qual a temperatu- ra é para ser medida. Em outras modalidades, a cabeça do sensor pode ter pelo menos uma borda plana que contata o objeto e/ou pelo menos uma su- perfície que substancialmente se ajusta em forma ou que pode, de alguma 20 maneira, fisicamente se alinhar, mais ou menos, com o objeto. A cabeça do sensor pode incluir qualquer forma com marcações sobre ela para indicar o posicionamento apropriado da cabeça do sensor contra o objeto. A cabeça do sensor pode ser dimensionada como desejado de acordo com critérios para a sua aplicação de uso.

A Iuz de uma dada intensidade luminosa percorre da fonte de

Iuz 22 através da fibra 20 e bate em uma primeira superfície refletora 112 do espelho 110 ao longo de uma trajetória de Iuz 101. A primeira superfície re- fletora do espelho 110 pode formar um ângulo de aproximadamente 45° com a trajetória de Iuz 101 da Iuz incidente. A Iuz incidente pode então ser refleti- 30 da com um ângulo de aproximadamente 90° ao longo de uma trajetória de Iuz 102 para a segunda superfície refletora 114 do espelho 110 que forma um plano ortogonal aproximadamente a 90° com a primeira superfície refletora 112 do espelho 110. Como discutido abaixo, um elemento tendo uma proprie- dade térmica predeterminada pode ser disposto de modo a obstruir e/ou inter- ferir com pelo menos uma porção da Iuz transmitida ao longo da trajetória de Iuz 102 em resposta à temperatura. A Iuz incidente na segunda superfície re- 5 fletora 114 do espelho 110 é refletida novamente ao longo de uma trajetória de Iuz 103 como a Iuz que é paralela à Iuz incidente inicial e orientada na dire- ção oposta da Iuz incidente inicial. A extremidade da segunda fibra 30 pode ficar localizada de modo a receber a Iuz refletida da segunda superfície refle- tora 114 ao longo da trajetória de Iuz 103 e o diferencial entre as intensidades 10 luminosas da Iuz incidente transportada pela fibra 20 e a Iuz refletida recebida pela fibra 30 pode ser medido. O diferencial pode ser estabelecido pelo detec- tor 32 que pode ser um fotômetro, fotorreceptor ou outro dispositivo para me- dir a intensidade luminosa. O detector pode ser acoplado no equipamento de computação de Iuz para temperatura como também descrito em outro lugar 15 aqui. O fotômetro e o equipamento de computação de Iuz para temperatura podem ser parte de um transdutor de temperatura fotoelétrico. Observe que ângulos diferentes desses ilustrados aqui podem ser usados.

Um elemento sensível à temperatura 50, tal como uma faixa rí- gida feita de material não condutor que possui um coeficiente predetermina- do de expansão térmica, pode ser disposto na cabeça do sensor 100 em um suporte fixo 60, que pode incluir uma base e braços de guia e/ou outros componentes de receptáculo e onde o elemento sensível à temperatura 50 tem uma extremidade 52 que oculta parcialmente a Iuz ao longo da trajetória da Iuz 102 que é refletida da primeira superfície refletora 112 do espelho 110. Na modalidade ilustrada, a ocultação parcial da Iuz ao longo da trajetó- ria de Iuz 102 ocorre pela expansão ou contração do elemento sensível à temperatura 50 na direção X em resposta às mudanças de temperatura. Em uma modalidade, quanto mais a temperatura do elemento sensível à tempe- ratura 50 aumenta, mais o elemento sensível à temperatura 50 interfere com a Iuz incidente refletida da superfície 112 ao longo da trajetória de Iuz 102, e mais a intensidade da Iuz recebida pela fibra 30 diminui. Em várias modali- dades, a porção da Iuz variavelmente oculta pelo elemento sensível à tem- peratura 50 pode variar de acordo com uma relação proporcional de maneira aproximadamente linear com a mudança de temperatura, de acordo com o quadrado da mudança de temperatura e/ou através de alguma outra relação de temperatura. O sistema dessa maneira descrito transforma as mudanças 5 de temperatura em mudanças de intensidade de luz.

Em uma modalidade do sistema descrito aqui, o uso de um es- pelho possibilita que as fibras óticas sejam colocadas em paralelo, ao invés de opostas entre si, de modo que o equipamento emissor de Iuz e a análise da intensidade de Iuz podem ser posicionados em somente um lado do sen- 10 sor de temperatura, sem ter que perfurar os dois lados opostos do aparelho ou qualquer parte para a qual a temperatura é para ser medida.

A disposição do sistema descrito aqui tem pelo menos as seguin- tes vantagens: ela pode ser muito pequena, pode ser feita de materiais não condutores e a única parte móvel pode ser a expansão térmica do elemento 15 sensível à temperatura 50. Para minimizar o atrito nas faces laterais do elemen- to sensível à temperatura 50, o elemento sensível à temperatura 50 pode ser alongado, com uma largura e espessura mínimas, e seus pontos laterais de contato podem ser limitados a um número mínimo de guias 62 afixados sobre o suporte 60. O comprimento em balanço do elemento sensível à temperatura 50 20 na extremidade 52, e fora do receptáculo 60, pode também ser minimizado pa- ra eliminar os efeitos de vibração na extremidade 52.

O sistema descrito aqui vantajosamente inclui uma fibra ótica emissora de Iuz e uma fibra ótica receptora de Iuz e conta com a medição da mudança na intensidade da Iuz recebida pela fibra ótica receptora quando a 25 Iuz emitida pela fibra ótica emissora de Iuz é variavelmente oculta por um corpo opaco (ou semiopaco) posicionado na trajetória de Iuz entre a fibra emissora e a receptora e cuja dimensão varia com a temperatura. Uma van- tagem de um tal sistema é que nenhuma parte metálica ou condutora pode ser necessária, o que possibilita que tais sensores de temperatura sejam 30 usados em ambientes eletromagnéticos e elétricos, tais como máquinas elé- tricas ou aparelhos. Adicionalmente, uma outra vantagem é que somente variações da intensidade de Iuz podem ser medidas, o que possibilita o uso de equipamento de análise de Iuz mais simples e menos oneroso do que, por exemplo, a análise de interferência, análise Fabry-Perot e/ou a análise do padrão de luz. Por exemplo, a conversão da intensidade de Iuz para tem- peratura de acordo com o sistema descrito aqui pode ser feita com um fotor- 5 receptor simples operando na extremidade oposta da fibra receptora.

A figura 4 é uma ilustração esquemática de um espelho de duas faces incorporado na cabeça do sensor, visto do ponto de vista da Iuz inci- dente, de acordo com o sistema descrito aqui. A Iuz bate na primeira super- fície refletora 112 do espelho 110, formando um ponto luminoso 101a, que 10 pode ser circular no caso da projeção cilíndrica da Iuz da fibra 20. A fibra 20 e o espelho 110 podem ser posicionados em uma tal maneira que a Iuz inci- dente cria o ponto luminoso 101a que é então refletido sobre a segunda su- perfície refletora 114 do espelho 110. Uma porção da Iuz que colide na se- gunda superfície refletora 114 fica oculta devido ao movimento do elemento 15 sensível à temperatura 50 na direção X, enquanto uma porção diferente da Iuz é refletida como um ponto luminoso 102a na fibra 30. O termo "porção" usado no contexto aqui pode se referir a uma ou mais áreas ou subconjuntos e que, no caso de múltiplas áreas ou subconjuntos, podem ser integralmente conectados ou separados um do outro.

Em uma modalidade, o diferencial entre as intensidades lumino-

sas da Iuz incidente transportada pela fibra 20 proveniente da fonte de Iuz 22 e a Iuz refletida recebida pela fibra 30 resulta do aumento ou diminuição do tamanho do ponto luminoso 102a que é refletido da superfície 114 e recebi- do pela fibra ótica 30. Uma primeira quantidade da Iuz na trajetória de Iuz 25 102 fica oculta e/ou de outra forma sofre interferência pelo elemento sensível à temperatura 50, enquanto uma segunda quantidade da Iuz na trajetória de Iuz 102 é transportada como o ponto luminoso 102a. A primeira quantidade pode ser inversamente proporcional à segunda quantidade em que quando a primeira quantidade aumenta, a segunda quantidade diminui e vice-versa. 30 A soma da primeira quantidade e da segunda quantidade pode ser um valor substancialmente constante. Em alguns casos, a primeira quantidade ou a segunda quantidade poderia ser zero. A figura 5 ilustra uma outra modalidade do sistema descrito aqui mostrando um sensor de temperatura de fibra ótica 10’ no qual uma terceira fibra ótica 70 pode ser posicionada no conduto e acoplada em uma cabeça do sensor 100’ de temperatura de fibra ótica. A fibra ótica 70 pode ser uma 5 fibra ótica de referência que é disposta ao lado ou adjacente à fibra ótica receptora 30 e conectada em uma unidade detectora de referência 72, tal como um fotômetro que pode ser do mesmo tipo de fotômetro como a uni- dade detectora 32. Como também discutido em outro lugar aqui, a fibra ótica de referência 70 pode permitir uma nova calibragem contínua das medições 10 de intensidade de Iuz feitas através do tempo pelo detector 32.

A figura 6 ilustra uma disposição da fibra ótica de referência 70 na cabeça do sensor 100’ onde a fibra ótica de referência 70 é disposta ao lado da fibra ótica receptora 30. A fibra ótica de referência 70 pode ser dis- posta tal que o elemento sensível à temperatura 50 não interfere com a Iuz 15 recebida pela fibra ótica de referência 70 a despeito da temperatura. A dis- posição usando a fibra ótica de referência 70 permite que o transdutor de conversão de Iuz para temperatura corrija pela nova calibragem contínua das medições de intensidade de Iuz feitas através do tempo pelo fotômetro 32 conectado na fibra 30 considerando as alterações da sensibilidade da Iuz 20 devido ao envelhecimento do fotômetro, variações da temperatura ambiente, as variações de temperatura da eletrônica conectada nas fibras 20 e 30 e/ou a alteração da intensidade da Iuz devido ao envelhecimento das fibras óticas e/ou o envelhecimento do emissor de luz, já que tais alterações são captura- das pela fibra de referência 70.

A figura 7 é uma ilustração esquemática mostrando uma outra

modalidade de um sistema de cabeça do sensor 200 descrito aqui no qual a Iuz emitida de uma fibra ótica transportadora 220 é recebida diretamente por uma fibra ótica receptora 230 sem um espelho intermédio. As duas fibras óticas 220, 230 podem ter, cada uma, uma das suas extremidades virada 30 para a outra através de uma pequena abertura 254. Como também discutido em outro lugar aqui, a fibra 220 pode ser acoplada em uma fonte de Iuz 222 e a fibra 230 pode transmitir a Iuz recebida para um detector 232 e/ou uma unidade analisadora de intensidade luminosa para conduzir a intensidade luminosa e a análise da temperatura como também descrito em outro lugar aqui. O detector 232 pode ser um fotômetro simples que translada a intensi- dade da Iuz para corrente elétrica e a eletricidade em temperatura. Nesse 5 caso, a relação entre mudança da intensidade da Iuz e a mudança de tem- peratura pode ser aproximada como linear, como explicado em outro lugar aqui. Pelo menos uma das fibras 220, 230 (por exemplo, a fibra 220, como mostrado) pode ser apropriadamente curvada para ter sua extremidade con- frontando-se com a extremidade da outra fibra.

O elemento sensível à temperatura 250, tal como uma faixa rígi-

da feita de material não condutor que possui um coeficiente predeterminado de expansão térmica é fixado em uma extremidade 252 em um suporte fixo 260 e tem sua outra extremidade penetrada na abertura 254 de acordo com sua expansão térmica. À medida que o comprimento do elemento sensível à 15 temperatura 250 muda, o elemento 250 expande para ou retrai da abertura 254 de acordo com a mudança na temperatura do elemento 250 que causa o aumento ou diminuição respectiva do elemento 250. Por exemplo, o ele- mento sensível à temperatura 250 pode interferir com a Iuz incidente que sai da extremidade da fibra 220, tal que quanto mais a temperatura aumenta, 20 mais a intensidade da Iuz recebida pela fibra 230 diminui. O sistema assim descrito transforma mudanças de temperatura em mudanças de intensidade de luz. Também é possível incorporar nessa modalidade a fibra ótica de re- ferência como também discutido em outro lugar aqui.

A figura 8 é uma ilustração esquemática de uma outra modalida- 25 de de uma cabeça do sensor 300 de acordo com o sistema descrito aqui mostrando a ocultação de uma Iuz incidente por um elemento sensível à temperatura 350 disposto transversalmente às fibras óticas 320, 330. Como mostrado na figura 8, um espelho 310 pode incluir duas faces 312, 314 dis- postas em 90° com relação uma à outra e o elemento sensível à temperatura 30 350 disposto transversalmente às fibras 320, 330. Também é possível incor- porar nessa modalidade a fibra ótica de referência como também discutido em outro lugar aqui. A figura 9 é uma ilustração esquemática de uma outra modalidade de uma cabeça do sensor 400 de acordo com o sistema descrito aqui mos- trando uma outra configuração das fibras óticas 420, 430, 470 e um elemento sensível à temperatura 450. O elemento sensível à temperatura 450 encosta 5 tangencialmente em uma face de espelho 414 de um espelho 410 e uma ex- tremidade 452 do elemento 450 oculta a Iuz ao longo da trajetória de Iuz 402, como também discutido em outro lugar aqui. Como mostrado na modalidade ilustrada da figura 9, a fibra 470 é uma fibra de referência disposta entre a fi- bra ótica transportadora de Iuz 420 e a fibra ótica receptora de Iuz 430 de a- 10 cordo com a operação da fibra de referência 470 para receber a Iuz não obs- truída pelo movimento do elemento sensível à temperatura 450 em resposta às mudanças na temperatura. Essa disposição pode ser vantajosa para ambi- entes que são submetidos às vibrações mecânicas, desde que os efeitos em balanço no elemento sensível à temperatura 450 são minimizados.

Um outro aspecto interessante do uso do espelho de duas faces

410 a 90° e que é evidente na figura 9 é que se a extremidade da fibra 420 é circular, a seção transversal da Iuz refletida ao longo da trajetória 402 entre a superfície 412 e a superfície 414 de espelho 410 será oval. Apropriadamente restringindo as dimensões da face do espelho 412, a porção da Iuz refletida 20 ao longo da trajetória de Iuz 402 pode ser truncada em um quadrado ou um retângulo, fazendo com que a variação da Iuz devido à dilatação ou retração do elemento sensível à temperatura 450 seja vantajosamente mais linear do que com uma seção oval.

Outras configurações de cabeça do sensor podem ser usadas de acordo com o sistema descrito aqui.

As figuras 10A e 10B são vistas esquemáticas de uma cabeça do sensor 500 tendo uma configuração alternativa na qual uma receptora 530 é orientada com relação a uma transportadora 520, de modo a receber a Iuz emitida da transportadora 520 quando refletida de um espelho plano 540 de 30 acordo com uma outra modalidade do sistema descrito aqui. Na figura 10A, a cabeça do sensor 500 é mostrada de uma perspectiva e na figura 10B, a ca- beça do sensor 500 é mostrada de uma perspectiva ortogonal a essa mostra- da na figura 10A. O espelho plano 540 pode ser um elemento único que não contém um ângulo. A transportadora 520 é orientada com relação à receptora 530 em uma orientação de convergência de modo que a Iuz emitida da trans- portadora 520 é refletida uma vez do espelho 540 e a Iuz refletida é recebida 5 pela receptora 530. Um elemento sensível à temperatura 550 é disposto para obstruir ou interferir com pelo menos uma porção da Iuz recebida pela recep- tora 530, como também discutido em outro lugar aqui. O elemento sensível à temperatura 550 é mostrado disposto entre o espelho 540 e a receptora 530; entretanto, em outras modalidades, o elemento sensível à temperatura 550 10 pode ser disposto entre a transportadora 520 e o espelho 540 e/ou entre a transportadora 520 e a receptora 530 e/ou em qualquer combinação das con- figurações descritas aqui. Em uma outra modalidade, a transportadora 520 e a receptora 530 podem ser posicionadas adjacentes uma à outra, por exemplo, se tocando, o que reduziria o ângulo da convergência.

As figuras 11A e 11B são vistas esquemáticas de uma cabeça

do sensor 600 tendo um espelho curvado 640 de acordo com uma outra mo- dalidade do sistema descrito aqui. Na figura 11 A, a cabeça do sensor 600 é mostrada de uma perspectiva e na figura 11B, a cabeça do sensor 600 é mostrada de uma perspectiva ortogonal a essa mostrada na figura 11 A. Uma 20 transportadora 620 pode ser posicionada paralela a uma receptora 630. A Iuz emitida da transportadora 620 é refletida do espelho curvado 640 para a receptora 630. Como lustrado, o espelho curvado 640 pode ter uma forma côncava com relação à transportadora 620 e à receptora 630. Outras defor- mações do espelho 640 são possíveis. Um elemento sensível à temperatura 25 650 é disposto para obsiruir ou interferir com pelo menos uma porção da Iuz recebida pela receptora 630, como também discutido em outro lugar aqui. O elemento sensível à temperatura 650 é mostrado disposto entre o espelho 540 e a receptora 630; entretanto, em outras modalidades, o elemento sen- sível à temperatura 650 pode ser disposto entre a transportadora 620 e o 30 espelho 640 e/ou entre a transportadora 620 e a receptora 630 e/ou em qualquer combinação dasconfigurações descritas aqui.

Em outras m®lalidades, uma ou mais lentes de deformação de Iuz podem ser dispostas entre a transportadora 620 e/ou a receptora 630 e o espelho curvado 640 para mudar a geometria da Iuz incidente no espelho 640 e/ou a geometria da Iuz refletida recebida na receptora 630 e usadas em conjunto com o elemento sensível à temperatura 650. Por exemplo, a lente 5 pode transformar uma forma de Iuz incidente circular em uma forma de Iuz tendo uma geometria alongada, tal como um retângulo plano. Dessa manei- ra, as quantidades de Iuz recebida na receptora podem variar de acordo com o movimento do elemento sensível à temperatura 650 e em conjunto com a forma transformada do feixe de Iuz causado pela lente.

A figura 12 mostra uma ilustração esquemática de um sensor de

temperatura ótico 10’ tendo componentes similares como também descrito em outro lugar aqui e adicionalmente ilustrando um analisador de intensida- de luminosa 80 que pode incluir componentes de cálculo de temperatura que podem transladar as variações na intensidade luminosa para as mudanças 15 na temperatura do elemento sensível à temperatura 50. O analisador de in- tensidade luminosa 80 pode incluir conjunto de circuito de conversão de ana- lógico para digital e/ou conjunto de circuito de computação apropriado (por exemplo, um dispositivo de processamento convencional tal como um PC) e/ou conjunto de circuitos de saída (por exemplo, um monitor ou conjunto de 20 circuitos apropriados para liberar um sinal digital ou analógico indicativo da mudança de temperatura).

O analisador de intensidade luminosa 80 pode ser um medidor independente e/ou outra unidade analisadora que é acoplada no detector 32 e/ou na fonte de Iuz 22 para analisar o diferencial entre a Iuz transportada da 25 fonte de Iuz 22 e a Iuz recebida pelo detector 32 e determinar a mudança na temperatura do elemento sensível à temperatura 50 (e, dessa maneira, o objeto no qual o sensor de temperatura ótico está preso ou de outra forma acoplado) com base na mudança na intensidade de luz. Alternativamente, o analisador de intensidade luminosa 80 pode formar uma parte do detector 30 32, por exemplo, como um componente de processador nele. O analisador de intensidade luminosa 80 pode ser usado em conjunto com qualquer um dos sensores descritos aqui. Em várias modalidades, o sensor pode ser fabricado não usando partes metálicas ou eletricamente condutoras de modo a permitir a operação em um ambiente tendo um campo elétrico ou eletromagnético. Por exemplo, o material de fibra ótica não eletricamente condutor pode ser usado para a transportadora e a receptora, um material não eletricamente condutor tendo um coeficiente conhecido de expansão térmica pode ser usado para o ele- mento sensível à temperatura, como também descrito aqui, e vários materi- ais cerâmicos usados para outros componentes que podem ser seleciona- dos dependendo dos critérios particulares para uma aplicação. Por exemplo, materiais podem ser selecionados que são adequados para a operação em baixa temperatura, operação em temperatura ambiente e/ou operação em alta temperatura ou selecionados como materiais adequados sobre uma fai- xa de temperatura variada. Em particular, por exemplo, o conduto opaco contendo a transportadora e a receptora pode ser compreendido de cerâmi- ca comercialmente disponível e o alojamento externo da cabeça do sensor pode ser compreendido de cerâmica comercialmente disponível. Em uma modalidade aqui, o material cerâmico pode ser cerâmica de vidro usinável Macor® provida por Corning Incorporated de Corning, NY, embora quaisquer outros materiais adequados, tal como outros materiais cerâmicos de vidro usináveis, possam ser usados.

Em várias modalidades, a operação prática do sistema descrito aqui utilizando o princípio de ocultação de Iuz simples descrito pode incluir várias escolhas de projeto para materiais e configurações incluindo: conside- rando os materiais eletricamente não condutivos, mas termicamente conduti- 25 vos a serem escolhidos, o tamanho geral a ser minimizado, a resistência, par- ticularmente a resistência às vibrações a ser maximizada e a simplicidade e baixo custo do equipamento de análise de intensidade de Iuz e equipamento de cálculo de temperatura a serem usados, como também discutido abaixo.

O material constituindo o elemento sensível à temperatura pode ser eletricamente não condutor, porém rígido e ter um coeficiente de expan- são térmica que é suficientemente alto para fazer com que o comprimento do elemento sensível à temperatura varie suficientemente com a temperatu- ra. Em uma modalidade, um material adequado pode ser Teflon® reforçado com microfibra de vidro tal como laminado de PTFE RT/duroid® 5880 de Ro- gers Corporation, que tem um coeficiente de expansão térmica de 18,7 mm/m em pelo menos uma direção. Deve ser observado que materiais po- 5 dem ter coeficientes de expansão térmica diferentes em direções diferentes, tais como comprimento, largura, profundidade e o sistema descrito aqui pode ser projetado com um elemento sensível à temperatura de um material sele- cionado para propriedades de expansão térmica em uma ou mais direções.

A cabeça do sensor contendo o sistema descrito aqui pode ser 10 hermeticamente vedada contra poeira, Iuz e vapor e feita de um material ele- tricamente não condutor que possibilita que a temperatura do elemento sen- sível à temperatura adote rapidamente a temperatura que é para ser medida. Em uma modalidade, um material adequado foi verificado como sendo FR4 de Rogers Corporation.

As dimensões do sensor geral podem ser minimizadas. Em uma

modalidade, com referência, por exemplo, ao sensor 10’, as fibras óticas 20, 30, 70 podem ter um diâmetro de aproximadamente quatrocentos e vinte mícrons (excluindo o revestimento opaco exterior), cada superfície 112, 114 do espelho 110 pode ter dimensões tão pequenas quanto aproximadamente 20 novecentos e vinte mícrons em altura, aproximadamente quinhentos mícrons de espessura e aproximadamente quatro mm em comprimento, com uma cobertura refletora dielétrica de 98% de reflexão para um ângulo de 45° para comprimentos de onda na faixa de oitocentos a oitocentos e setenta nanô- metros obtidos de Unaxis Optics. O elemento sensível à temperatura 50 po- 25 de ser uma faixa tendo um comprimento de aproximadamente 2 cm para a medição de temperaturas acima de aproximadamente menos 40°C e menos do que aproximadamente 200°C, uma largura de aproximadamente duzen- tos e cinqüenta mícrons e uma espessura de aproximadamente setecentos e cinqüenta mícrons. A fonte de Iuz 22 pode ser uma fonte de Iuz apropriada 30 capaz de prover a funcionalidade descrita aqui, incluindo LED’s e diodos a laser, entre outros, tal como um diodo emissor de Iuz obtido de Dialight PLC no Reino Unido. O desempenho operacional do sistema descrito aqui pode permitir medição de temperaturas de -40°C a 200°C com uma precisão de mais ou menos 2°C que corresponde à variação da intensidade da Iuz resul- tante de um deslocamento do elemento sensível à temperatura de aproxi- madamente trezentos mícrons. A cabeça do sensor 100 resultante pode ter 5 dimensões de aproximadamente 3 cm x 1 cm x 2 mm.

A figura 13 é um diagrama de circuito esquemático de um disposi- tivo eletrônico 700 acoplado na cabeça do sensor 100 do sensor de tempera- tura ótico 10 de acordo com uma modalidade do sistema descrito aqui. O pro- jeto e os componentes da cabeça do sensor 100 são descritos em outro lugar aqui. Como discutido em detalhes abaixo, o dispositivo eletrônico 700 pode controlar uma quantidade de Iuz irradiada no alvo dentro da cabeça do sensor 100 substancialmente independente da temperatura e/ou mudança de tempe- ratura da cabeça do sensor 100, por exemplo, modulando a intensidade da Iuz irradiada no alvo. O dispositivo eletrônico 700 pode ser acoplado na cabeça do sensor 100 através de um par de fibras óticas 720, 730 posicionadas em um conduto, como o conduto 40, descrito acima. A fibra 720 pode ser um ca- bo de fibra ótica transportador de Iuz e a fibra 730 pode ser um cabo de fibra ótica receptor de luz, embora quaisquer outros transportadores de Iuz e/ou receptores apropriados possam ser usados. Uma fonte de emissão de Iuz 722 provê Iuz que é transportada pela fibra 720 para a cabeça do sensor 100. Um acionador da fonte de emissão de Iuz 710 pode ser acoplado na fonte de e- missão de Iuz 722 e controlar a Iuz emitida da fonte 722 usando um circuito de realimentação através de um filtro de baixa passagem, como também discuti- do aqui. A fibra 730 transmite a Iuz recebida da cabeça do sensor 100 para uma unidade de medição, tal como células fotoelétricas de medição 732.

Como mostrado na figura 13, a saída das células fotoelétricas de medição 732 pode ser acoplada em um amplificador 740 que pode agir co- mo um separador de alta impedância para uma entrada de sinal de voltagem nele. A saída do amplificador 740 pode ser acoplada separadamente em um 30 filtro de faixa de passagem 742 e um filtro de baixa passagem 750, como também discutido aqui. O filtro de faixa de passagem 742 pode ser configu- rado para eliminar os sinais que não são de interesse, por exemplo, altera- ções de voltagem na faixa de baixa frequência e sinais de alta frequência não relacionados com a mudança de temperatura. É entendido que outros filtros e combinações desses, incluindo filtros de baixa passagem e filtros de alta frequência, podem ser usados como apropriado. A saída do filtro de fai- 5 xa de passagem 742 pode ser acoplada em um conversor de saída 744 que pode prover um sinal de saída do dispositivo eletrônico 700. Como também discutido em outro lugar aqui, o conversor de saída 744 pode incluir um ana- lisador que analisa o sinal para determinar a mudança de temperatura e/ou outras características medidas do objeto que é o objeto da medição. O sinal 10 de saída do conversor de saída 744 pode ser transmitido para um monitor para exibição de uma medida da mudança de temperatura do objeto. Alter- nativamente, a saída do conversor de saída 744 pode ser transmitida para um processador, um analisador e/ou outro sistema que usa o sinal de saída.

Em um circuito de realimentação do sistema, a saída do filtro de baixa passagem 750 pode ser acoplada em um amplificador 752 que pode agir como um separador de alta impedância para uma entrada de sinal de voltagem nele. O filtro de baixa passagem 750 pode ser usado para obter um sinal de valor médio como um sinal de referência usado para realimenta- ção para o acionador da fonte de emissão de Iuz 710. Os efeitos do movi- mento causado pela vibração no sinal de referência são reduzidos pela apli- cação do filtro de baixa passagem 750 no sinal de entrada. A saída do ampli- ficador 752 pode ser acoplada como uma entrada em um amplificador dife- rencial 756. Uma outra entrada para o amplificador diferencial 756 pode ser a saída de um amplificador 754 que tem uma entrada acoplada em uma re- ferência de voltagem 712. O amplificador 754 pode agir como um separador de alta impedância para a entrada de sinais de voltagem nele. O amplifica- dor diferencial 756 libera uma diferença entre a entrada de sinais nele. A saída do amplificador diferencial 756 pode ser acoplada no acionador da fonte de emissão de Iuz 710 para controlar a intensidade da Iuz emitida da fonte de emissão de Iuz 722.

O sistema descrito aqui pode ser calibrado para desacordos ou diferenças em cortes de fibra, sensibilidade da célula fotoelétrica, atenuação de fibra, etc. Além da calibragem, a realimentação pode compensar as vari- ações nas características da fibra, fonte de emissão de luz, células fotoelé- tricas, etc. causadas por envelhecimento ou manipulação.

A figura 14 é um diagrama de circuito esquemático de um dispo- sitivo eletrônico 800 acoplado em uma cabeça do sensor 100’ do sensor de temperatura ótico 10’ de acordo com uma outra modalidade do sistema des- crito aqui. O projeto e os componentes da cabeça do sensor 100’ são descri- tos em outro local aqui. Como mostrado, a cabeça do sensor 100’ pode ser eletricamente acoplada no dispositivo eletrônico 800 através de uma fibra ótica de referência 870, uma fibra ótica transportadora de Iuz 820 e uma fibra ótica receptora de Iuz 830. Como discutido em detalhes abaixo, o dispositivo eletrônico 800 pode modular a quantidade da Iuz irradiada no alvo dentro da cabeça do sensor 100’ substancialmente independente da mudança de tem- peratura dentro da cabeça do sensor 100’. A cabeça do sensor 100’ pode ser similar à cabeça do sensor 100 descrita acima com referência ao disposi- tivo eletrônico 200 com a adição da fibra de referência 870 e possivelmente outras diferenças como mencionado aqui. Como também discutido em outro lugar aqui, a fibra ótica de referência 870 pode ser disposta na cabeça do sensor 100’ de modo a receber a Iuz emitida da fibra transportadora de Iuz 820 e/ou alguma outra fonte de Iuz onde a quantidade de Iuz da fibra de re- ferência 870 é substancialmente independente da mudança de temperatura dentro da cabeça do sensor 100’.

Uma fonte de emissão de Iuz 822 pode prover Iuz que é transpor- tada pela fibra 820 para a cabeça do sensor 100’. O acionador da fonte de 25 emissão de Iuz 810 pode ser acoplado na fonte de emissão de Iuz 822 e pode usar um sinal de referência para controlar a Iuz emitida da fonte 822, como também discutido aqui. A fibra 830 transmite a Iuz recebida da cabeça do sensor 100’ para uma unidade de medição, tal como células fotoelétricas de medição 832. A fibra 870 transmite a Iuz recebida da cabeça do sensor 100’ 30 para uma unidade de referência, tal como células fotoelétricas de referência 850. Observe-se que ao invés das fibras 820, 830, 870, pode ser possível u- sar quaisquer transportadores de Iuz e/ou receptores de Iuz apropriados. A saída das células fotoelétricas de referência 850 pode ser a- coplada em um amplificador 852 que pode agir como um separador de alta impedância para a entrada de sinais de voltagem nele. A saída do amplifica- dor 852 pode ser acoplada em uma entrada de um amplificador diferencial 5 856. Uma outra entrada do amplificador diferencial 856 pode ser a saída de um amplificador 854, onde o amplificador 854 tem uma entrada de referência de voltagem 812. O amplificador 854 pode agir como um separador de alta impedância para a entrada de sinais de voltagem nele. O amplificador dife- rencial 856 libera uma diferença entre a entrada de sinais nele. A saída do 10 amplificador diferencial 856 pode ser acoplada no acionador da fonte de e- missão de Iuz 810 que usa um sinal de saída do amplificador diferencial 356 para controlar a intensidade da Iuz emitida da fonte de emissão de Iuz 822. Outro conjunto de circuitos conhecido pode ser usado com o sistema descri- to aqui, por exemplo, em uma outra modalidade (não mostrada), a saída das 15 células fotoelétricas de referência 850 pode ser acoplada em um filtro de baixa passagem que pode ser usado para obter um valor médio do sinal de referência e dessa maneira diminuir os efeitos no sinal de referência de si- nais de alta frequência indesejáveis.

Como mostrado na figura 14, a saída das células fotoelétricas de 20 medição 832 pode ser acoplada em um amplificador 840, que pode agir co- mo um separador de alta impedância para a entrada de sinais de voltagem nele. A saída do amplificador 840 pode ser acoplada em um filtro de baixa passagem 842. O filtro de baixa passagem 842 pode ser configurado para eliminar sinais que não são de interesse, por exemplo, sinais de frequência

muito alta não relacionados com a mudança de temperatura. É entendido que outros filtros e combinações desses, incluindo filtros de faixa de passa- gem e filtros de alta frequência, podem ser usados como apropriado. A saída do filtro de baixa passagem 842 pode ser acoplada em um conversor de saí- da 844 que pode prover um sinal de saída do dispositivo eletrônico 800. 30 Como também discutido em outro lugar aqui, o conversor de saída 844 pode incluir um analisador que analisa o sinal para determinar as características medidas do objeto que é o objeto da medição. O sinal de saída do conversor de saída 844 pode ser transmitido para um monitor para exibir a temperatu- ra. Alternativamente, a saída do conversor de saída 844 pode ser transmitida para um processador, um analisador e/ou outro sistema que usa o sinal de saída.

5 Deve ser observado que os dispositivos eletrônicos 700, 800

descritos acima podem incorporar, cada um, a fonte de Iuz 22, o detector 32, o detector de referência 72 e/ou o analisador de intensidade luminosa 80, descritos em outro lugar aqui. Adicionalmente, em várias modalidades, mate- riais selecionados para a fabricação do sistema descrito aqui podem ter pro- 10 priedades mecânicas selecionadas especificamente para reduzir as defor- mações que podem resultar em erros de medição. Por exemplo, materiais de fabricação selecionados podem ter alta força compressiva, alta força de fle- xão, alta temperatura de serviço contínuo e alta constante dielétrica, entre outras propriedades, como descrito em outro local aqui. Fibras de referência, 15 como também discutido em outro local aqui, podem também ser usadas com qualquer um dos tipos de sensor acima descritos. Além do que, os dispositi- vos eletrônicos 700, 800 descritos aqui podem ser usados em conjunto com qualquer um dos tipos de sensor acima descritos.

As figuras 15, 16 e 17 são vistas esquemáticas de direções dife- rentes de um sensor compacto integrado 900 para a medição da temperatu- ra de acordo com uma outra modalidade do sistema descrito aqui. O sensor compacto 900 pode incluir uma transportadora 920 e uma receptora 930, como a transportadora 20 e a receptora 30, discutidas em outro local aqui, um elemento sensível à temperatura 950, como o elemento sensível à tem- peratura 50, discutido em outro local aqui, e um dispositivo eletrônico 980 para analisar os sinais recebidos, como o dispositivo eletrônico 700 discutido em outro local aqui, entre outros componentes. Como mostrado na modali- dade ilustrada, os componentes citados acima podem todo ser integrados em um alojamento único 904 do sensor 900. O dispositivo eletrônico 980 pode ser incorporado em uma placa de circuito impresso dentro do sensor 900 e isolado contra radiação eletromagnética. A Iuz da transportadora 920 pode ser concentrada por um concentrador de Iuz 922 e/ou a Iuz recebida pela receptora 930 pode ser concentrada por um concentrador de Iuz 932. A transportadora de Iuz 920 e a receptora de Iuz 930 podem ficar contidas inteiramente dentro do alojamento 904. Deve ser observado que a disposi- ção ilustrada proporciona a vantagem que fibras óticas podem não ser re- 5 queridas; entretanto, fibras óticas podem ser usadas para uma ou mais da transportadora de Iuz 920 e da receptora de Iuz 930 em conjunto com a mo- dalidade ilustrada. A Iuz da transportadora 920 pode colidir em um espelho 940 e ser refletida para a receptora 930 e uma porção da Iuz pode ser oculta ou de outra forma sofrer interferência pelo elemento sensível à temperatura 10 950 em resposta às mudanças de temperatura, como também discutido em outro local aqui. O dispositivo eletrônico 980 pode analisar a mudança resul- tante na intensidade da luz, como também discutido em outro local aqui.

A transportadora de Iuz 920, o concentrador de Iuz 922, a recep- tora de Iuz 930 e o concentrador de Iuz 932 podem ser presos no alojamento 15 904 ou de outra forma suportados com um suporte estrutural 905. O elemen- to sensível à temperatura 950 pode ser preso no alojamento 904 ou de outra forma suportado com um suporte estrutural 915. O sensor 900 é ilustrado com uma interface de conexão 902 para digitalmente conectar o sensor em um computador, rede de computador ou outro dispositivo que recebe o sinal 20 de saída do sensor 900 e que pode incluir um monitor para exibir os resulta- dos. Deve também ser observado que uma ou mais fibras de referência po- dem ser incorporadas na modalidade ilustrada, em cujo caso pelo menos uma porção do conjunto de circuito eletrônico do dispositivo eletrônico 980 pode ser como o dispositivo eletrônico 800 discutido aqui.

Outras modalidades da invenção serão evidentes para aqueles

versados na técnica a partir de uma consideração do relatório descritivo ou prática da invenção revelada aqui. É planejado que o relatório descritivo e os exemplos sejam considerados como exemplares somente, com o escopo verdadeiro e o espírito da invenção sendo indicados pelas reivindicações seguintes.

Claims (25)

1. Sensorde temperatura, compreendendo: uma transportadora que emite luz, uma primeira receptora disposta para receber a Iuz emitida da transportadora e um elemento sensível à temperatura disposto em uma trajetória de Iuz entre a transportadora e a primeira receptora que oculta variavelmen- te pelo menos uma porção da Iuz emitida pela transportadora, sendo que a porção da Iuz oculta variavelmente pelo elemento sensível à temperatura varia de acordo com uma mudança de temperatura do elemento sensível à temperatura.

2. Sensor de temperatura, de acordo com a reivindicação 1, no qual a transportadora e a receptora são fibras óticas.

3. Sensor de temperatura, de acordo com a reivindicação 1, no qual o elemento sensível à temperatura é eletricamente não condutivo.

4. Sensor de temperatura, de acordo com a reivindicação 1, no qual o elemento sensível à temperatura tem uma geometria que varia de maneira substancialmente proporcional à mudança de temperatura.

5. Sensor de temperatura, de acordo com a reivindicação 1, também compreendendo: um primeiro detector acoplado na primeira receptora que analisa a intensidade da Iuz da Iuz recebida pela primeira receptora e determina a mudança na temperatura do elemento sensível à temperatura com base em uma mudança na intensidade da luz.

6. Sensor de temperatura, de acordo com a reivindicação 1, também compreendendo: uma segunda receptora disposta ao lado da primeira receptora, sendo que a segunda receptora recebe uma porção não oculta da Iuz da transportadora, e sendo que a porção não oculta da Iuz recebida pela se- gunda receptora é substancialmente independente da mudança na tempera- tura do elemento sensível à temperatura.

7. Sensor de temperatura, de acordo com a reivindicação 6, também compreendendo: um segundo detector acoplado na segunda receptora que é u- sado para calibrar o sensor.

8. Sensor de temperatura, de acordo com a reivindicação 7, no qual o segundo detector permite a calibragem do sensor resultante de uma alteração causada por pelo menos um de: envelhecimento do sensor, varia- ções de temperatura ambiente e mudança de condutividade da Iuz da trans- portadora ou primeira receptora.

9. Sensor de temperatura, de acordo com a reivindicação 1, no qual a transportadora está virada diretamente para a primeira receptora e sendo que a trajetória da Iuz entre a transportadora e a receptora é uma a- bertura entre a transportadora e a primeira receptora.

10. Sensor de temperatura, de acordo com a reivindicação 1, também compreendendo: um alvo disposto para refletir a Iuz incidente recebida da trans- portadora para a primeira receptora.

11. Sensor de temperatura, de acordo com a reivindicação 10, no qual o alvo inclui um espelho de duas faces tendo primeira e segunda faces dispostas em um ângulo de aproximadamente 90 graus com relação uma à outra, a primeira face recebendo da transportadora a Iuz incidente em um primeiro ângulo incidente de aproximadamente 45 graus e refletindo a Iuz incidente sobre a segunda face em um segundo ângulo incidente de a- proximadamente 45 graus, a segunda face refletindo a Iuz incidente recebida da primeira face para a primeira receptora.

12. Sensor de temperatura, de acordo com a reivindicação 10, no qual o alvo inclui pelo menos um de: um espelho curvado e um espelho plano, sendo que em conjunto com o alvo como o espelho plano, a transpor- tadora é inclinada com relação à primeira receptora.

13. Sensor de temperatura, de acordo com a reivindicação 1, também compreendendo: um dispositivo eletrônico acoplado na transportadora e na pri- meira receptora que inclui um acionador que controla a intensidade da Iuz emitida da transportadora com base em um circuito de realimentação e u- sando um sinal de referência, e sendo que o dispositivo eletrônico inclui pelo menos um analisador de intensidade luminosa que analisa as mudanças na intensidade da Iuz recebida pela primeira receptora e libera pelo menos um sinal.

14. Método de detecção de temperatura, compreendendo: prover uma transportadora que emite luz, prover uma primeira receptora que recebe a Iuz emitida da transportadora e fazer com que pelo menos uma porção da Iuz emitida da trans- portadora seja oculta variavelmente antes que a Iuz seja recebida pela pri- meira receptora, sendo que a porção da Iuz oculta variavelmente varia de acordo com uma mudança na temperatura.

15. Método, de acordo com a reivindicação 14, também com- preendendo: controlar a intensidade da Iuz emitida da transportadora de a- cordo com um circuito de realimentação usando um sinal de referência.

16. Método, de acordo com a reivindicação 15, também com- preendendo: fazer com que o sinal de referência seja recebido por uma se- gunda receptora, sendo que o sinal de referência é substancialmente inde- pendente da mudança na temperatura.

17. Método, de acordo com a reivindicação 14, também com- preendendo: analisar a Iuz recebida pela primeira receptora e determinar a mudança na temperatura.

18. Método, de acordo com a reivindicação 14, também com- preendendo: prover um alvo que recebe a Iuz incidente da transportadora e reflete a Iuz para a primeira receptora.

19. Sensorde temperatura, compreendendo: uma fibra ótica transportadora que emite luz, um espelho que reflete a Iuz incidente recebida da fibra ótica transportadora, uma fibra ótica receptora disposta para receber a Iuz refletida do espelho e um elemento sensível à temperatura disposto em uma trajetória da Iuz entre a fibra ótica transportadora e a primeira fibra ótica receptora que oculta variavelmente pelo menos uma porção da Iuz emitida da transportado- ra, sendo que a porção da Iuz oculta variavelmente pelo elemento sensível à temperatura varia de acordo com uma mudança de temperatura do elemento sensível à temperatura.

20. Sensor de temperatura, de acordo com a reivindicação 19, no qual o espelho inclui um espelho de duas faces tendo primeira e segunda faces dispostas em um ângulo de aproximadamente 90 graus com relação uma à outra, a primeira face recebendo da transportadora a Iuz incidente em um primeiro ângulo incidente de aproximadamente 45 graus e refletindo a Iuz incidente sobre a segunda face em um segundo ângulo incidente de a- proximadamente 45 graus, a segunda face refletindo a Iuz incidente recebida da primeira face para a primeira receptora.

21. Sensor de temperatura, de acordo com a reivindicação 20, no qual o espelho inclui pelo menos um entre: um espelho plano único e um espelho curvado.

22. Sensor de temperatura, de acordo com a reivindicação 19, também compreendendo: uma fibra ótica de referência que recebe uma porção não oculta da Iuz da transportadora, sendo que a porção não oculta da Iuz recebida pe- la fibra ótica de referência é substancialmente independente da mudança na temperatura do elemento sensível à temperatura.

23. Método de detecção de temperatura, compreendendo: prover uma fibra ótica transportadora que emite luz, prover um espelho que reflete a Iuz recebida da transportadora, prover uma fibra ótica receptora que recebe a Iuz refletida do espelho e fazer com que pelo menos uma porção da Iuz emitida da fibra ó- tica transportadora seja oculta variavelmente antes que a Iuz seja recebida pela primeira receptora, sendo que a porção da Iuz oculta variavelmente va- ria de acordo com uma mudança na temperatura.

24. Método, de acordo com a reivindicação 23, também com- preendendo: prover uma fibra ótica de referência que recebe uma porção não oculta da Iuz da transportadora, sendo que a porção não oculta da Iuz rece- bida pela fibra ótica de referência é substancialmente independente da mu- dança na temperatura do elemento sensível à temperatura.

25. Sensor de temperatura, compreendendo: um alojamento, uma interface de conexão disposta no alojamento, uma transportadora disposta no alojamento que emite luz, uma receptora disposta no alojamento que recebe a Iuz emitida da transportadora, um elemento sensível à temperatura disposto em uma trajetória de Iuz entre a transportadora e a primeira receptora que oculta variavelmen- te pelo menos uma porção da Iuz emitida pela transportadora, sendo que a porção da Iuz oculta variavelmente pelo elemento sensível à temperatura varia de acordo com uma mudança de temperatura do elemento sensível à temperatura e um dispositivo eletrônico disposto no alojamento, acoplado na receptora e acoplado na interface de conexão, sendo que o dispositivo ele- trônico detecta a Iuz recebida na receptora, analisa a Iuz recebida na recep- tora e libera um sinal indicando uma temperatura com base em uma mudan- ça na intensidade da luz.