BRPI0721286B1

BRPI0721286B1 - Sensor de temperatura e método de detecção de temperatura

Info

Publication number: BRPI0721286B1
Application number: BRPI0721286-0A
Authority: BR
Inventors: Mathieu Cloutier; Jean Pronovost; Marius Cloutier
Original assignee: Vibrosystem, Inc.
Priority date: 2006-12-19
Filing date: 2007-12-19
Publication date: 2019-07-02
Also published as: EP2095082A2; US20080144698A1; CN101636646A; JP5357772B2; CA2671146C; EP2095082B1; KR20090103881A; EP2095082A4; RU2464537C2; WO2008075197A2; RU2009127806A; JP2010513906A; KR101393943B1; US8277119B2; WO2008075197A3; BRPI0721286A2; CN101636646B; CA2671146A1

Abstract

sensor de temperatura e método de detecção de temperatura a presente invenção refere-se a um sensor de temperatura, capaz de operar em ambientes eletromagnéticos e/ou elétricos, 5 tais como geradores elétricos, motores e transformadores e/ou em ambientes onde condições vibratórias são frequentes e contínuas, contém pelo menos uma fibra ótica emissora de luz e uma fibra ótica receptora de luz e um objeto dilatável eletricamente não condutor que oculta variavelmente a luz emitida à medida que a temperatura do objeto varia. a fibra ótica receptora de luz transmite a intensidade da luz e as mudanças da intensidade da luz para um dispositivo eletrônico que pode incluir um fotômetro e equipamento de computação de luz para temperatura.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para SENSOR DE TEMPERATURA E MÉTODO DE DETECÇÃO DE TEMPERATURA.

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

Esse pedido reivindica a prioridade ao Pedido de Patente Provi5 sório U.S. N° 60/875.719 depositado em 19 de dezembro de 2006 e Pedido de Patente U.S. N° 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, 10 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 elé15 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 presença de partes metálicas ou condutoras na parte da cabeça de detecção de temperatura que está dentro ou perto dessas máquinas deve ser evitada, 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 parcial mudando a trajetória do campo elétrico.

Além disso, a monitoração da temperatura em tais ambientes eletromagnéticos 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 resistentes e à prova de vibração desde que é esperado que tais sensores operem sob condições vibratórias.

Para tais aplicações, a temperatura a ser medida é geralmente menor do que 200°C. Desde que numerosos sensores frequentemente podem ter que ficar localizados em várias partes de uma máquina, custos de

Petição 870180152831, de 19/11/2018, pág. 7/16 monitoração, tais como custos de instalação, medição, manutenção e reparo devem ser minimizados e tais sensores devem ser tão pequenos e tão minimamente intrusivos quanto possível.

Sensores de temperatura que fazem uso de fibras óticas podem 5 transformar as variações de temperatura em variações de luz que podem então ser analisadas por recurso fotoelétrico e/ou eletrônico distante da cabeça do sensor e do ambiente eletromagnético. Exemplos de sensores de temperatura conhecidos incorporando fibras óticas são descritos abaixo.

A Patente U.S. N° 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 luz única, de modo que qualquer movimento do transdutor (devido a uma mudança de temperatura ou pressão) modifica a luz refletida de volta para a fibra ótica. Para reduzir a sensibilidade do sistema ao impacto e vibração, Norling revela o uso de uma faixa térmica bimetálica magneticamente travada como um elemento sensor e um magneto que engata uma extremidade do elemento sensor. Em operação, a faixa bimetálica, como uma função da temperatura, responde às forças de atração magnética causadas pelo magneto.

A Patente U.S. N° 5.295.206 para Mishenko, que é incorporada aqui por referência, descreve um sensor de temperatura para o corpo humano onde uma pequena lacuna de ar é aumentada ou diminuída pela dilatação ou retração relativa de uma haste sensível à temperatura adaptada dentro de um cilindro metálico tendo um coeficiente de expansão de temperatura diferente. Uma superfície refletiva em uma extremidade da haste reflete a luz que chega emitida através de uma fibra ótica para uma fibra ótica receptora de luz paralela e posicionada próxima. A mudança da luz refletida recebida representa a mudança na temperatura. Entretanto, pouco detalhe é suprido sobre a maneira precisa na qual a luz refletida alcança a fibra ótica receptora. Especificamente, em sensores de fibra ótica, uma quantidade não insigni30 ficante da luz refletida pode percorrer por todo o volume de ar separando as fibras emissoras e as receptoras e pode causar muito ruído, assim afetando 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 quaisquer condições de temperatura e vibração deve ser garantido, o que exigiría grande precisão mecânica e custos de ajuste fino.

A Patente U.S. N° 5.870.511 para Sawatari e outros, que é incorporada aqui por referência, usa um princípio de lacuna de ar variável similar como a Patente U.S. N° 5.295.206 para Mishenko. Em Sawatari, uma cabeça de sensor tem um alojamento de sensor acoplado na extremidade de 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 temperatura na cabeça do sensor a partir de um padrão de interferência da luz que é refletida da superfície refletiva. Além dos problemas discutidos aqui com relação ao dispositivo revelado na referência de Mishenko, custos substanciais para a análise dos padrões de interferência em Sawatari devem ser considerados.

A Patente U.S. N° 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 separadas 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 sensor está imerso, mas não aparenta se prestar à medição da temperatura de um sólido desde que o movimento do seu alojamento cilíndrico e a deformação do padrão da película poderiam ser atrapalhados ou pelo menos predispostos pelo atrito da sua base cilíndrica contra o sólido. Também, ne30 nhuma provisão é feita contra os efeitos das vibrações tendo um componente radial.

Outras patentes (por exemplo, Patente U.S. N°^s 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 padrões de interferência da luz e a interferometria Fabry-Pérot para propor pequenos sensores de temperatura de fibra ótica. Tais sensores, entretanto, precisam ser geralmente usados em conjunto com equipamento de análise de interferência complexo, delicado e oneroso.

Dessa maneira, seria desejável prover um sensor de temperatura 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 temperatura inclui uma transportadora que emite luz e uma primeira receptora dis15 posta para receber a luz emitida da transportadora. Um elemento sensível à temperatura é disposto em uma trajetória de luz entre a transportadora e a primeira receptora que oculta variavelmente pelo menos uma porção da luz emitida pela transportadora, sendo que a porção da luz oculta variavelmente pelo elemento sensível à temperatura varia de acordo com uma mudança de temperatura do elemento sensível à temperatura. A transportadora e a receptora 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 luz da luz recebida pela primeira receptora e determina a mudança na temperatura do elemento sensí25 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 segunda receptora pode receber uma porção não oculta da luz da transportadora, sendo que a porção não oculta da luz recebida pela segunda receptora é substancialmente independente da mudança na temperatura do elemento sensível à temperatura. Um segundo detector pode ser acoplado na segunda 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 luz 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 luz 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 mudanças na intensidade da luz recebida pela primeira receptora e libera pelo menos um sinal. O elemento sensível à temperatura pode ter uma geometria que varia de maneira substancialmente proporcional à mudança de temperatura.

A transportadora pode estar virada diretamente para a primeira receptora e sendo que a trajetória da luz entre a transportadora e a receptora pode ser uma abertura entre a transportadora e a primeira receptora. Al15 ternativamente, um alvo pode ser disposto para refletir a luz incidente recebida da transportadora para a primeira receptora. O alvo pode incluir 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 luz incidente em um primeiro ângulo inciden20 te de aproximadamente 45 graus e refletindo a luz incidente sobre a segunda face em um segundo ângulo incidente de aproximadamente 45 graus, a segunda face refletindo a luz incidente recebida da primeira face para a primeira receptora. O alvo pode incluir um espelho curvado. O alvo pode ser um espelho plano e a transportadora pode ser inclinada com relação à pri25 meira receptora.

De acordo também com o sistema descrito aqui, um método de detecção de temperatura pode incluir prover uma transportadora que emite luz e prover uma primeira receptora que recebe a luz emitida da transportadora. Pelo menos uma porção da luz emitida da transportadora pode ser in30 duzida a ser oculta variavelmente antes que a luz seja recebida pela primeira receptora, sendo que a porção da luz oculta variavelmente varia de acordo com uma mudança na temperatura. A intensidade da luz emitida da trans6 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 luz recebida pela primeira receptora pode ser analisada e a mudança na temperatura determinada. Um alvo pode ser provido que recebe a luz incidente da transportadora e reflete a luz 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 que reflete a luz incidente recebida da fibra ótica transportadora e uma fibra ótica receptora disposta para receber a luz refletida do espelho. Um elemento sensível à temperatura pode ser disposto em uma trajetória da luz entre a fibra ótica transportadora e a primeira fibra ótica receptora que oculta variavelmente pelo menos uma porção da luz emitida da transportadora. A porção da luz que pode ser oculta variavelmente pelo elemento sensível à temperatura varia de acordo com uma mudança de temperatura do elemento sensível 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 luz incidente em um primeiro ângulo incidente de aproximadamente 45 graus e refletindo a luz incidente sobre a segunda face em um segundo ângulo incidente de aproximadamente 45 graus, a segunda face refletindo a luz incidente recebida da primeira face para a primeira receptora. Alternativamente, o espelho pode incluir pelo menos um entre: um espelho plano único e um espelho curvado. Uma fibra ótica de referência pode ser provida que recebe uma porção não oculta da luz da transportadora, sendo que a porção não oculta da luz recebida pela fibra ótica de referência é substancialmente independente 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 luz recebida da transportadora e prover uma fibra ótica receptora que recebe a luz refletida do espelho. Pelo menos uma porção da luz emitida da fibra ótica transportadora pode ser induzida a ser oculta variavelmente antes que a luz seja recebida pela primeira receptora, sendo que a porção da luz oculta variavelmente varia de acordo com uma mudança na temperatura. Uma fibra ótica de referência pode ser provida que recebe uma porção não oculta da luz da transportadora, sendo que a porção não oculta da luz recebida pela fibra ótica de referência é substancialmente independente da mudança na temperatura do elemento sensível à temperatura.

De acordo também com o sistema descrito aqui, um sensor de 10 temperatura inclui um alojamento, uma interface de conexão disposta no alojamento, uma transportadora disposta no alojamento que emite luz e uma receptora disposta no alojamento que recebe a luz emitida da transportadora. Um elemento sensível à temperatura pode ser disposto em uma trajetória de luz entre a transportadora e a primeira receptora que oculta variavelmen15 te pelo menos uma porção da luz emitida pela transportadora, sendo que a porção da luz 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, acoplado na receptora e acoplado na interface de conexão. O dispositivo ele20 trônico pode detectar a luz recebida na receptora, analisar a luz 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 luz incidente, de acordo com o sistema descrito aqui.

A figura 5 é uma vista esquemática de uma outra modalidade do 5 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 luz emitida da fibra ótica transportadora é recebida diretamente pela fibra ótica receptora sem um espelho intermédio.

A figura 8 é uma ilustração esquemática de uma outra modalidade do sistema descrito aqui mostrando a ocultação da luz incidente por um elemento sensível à temperatura disposto transversalmente às fibras óticas.

A figura 9 é uma ilustração esquemática de uma outra modali20 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 orientada com relação a uma transportadora de modo a receber a luz 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 va9 riações na intensidade luminosa para mudanças na temperatura do elemento sensível à temperatura de acordo com uma modalidade do sistema descrito aqui.

A figura 13 é um diagrama de circuito esquemático de um dispo5 sitivo eletrônico acoplado em uma cabeça de sensor de um sensor de temperatura ótico de acordo com uma modalidade do sistema descrito aqui.

A figura 14 é um diagrama de circuito esquemático de um dispositivo eletrônico acoplado em uma cabeça de sensor de um sensor de temperatura ótico de acordo com uma outra modalidade do sistema descrito a10 qui.

As figuras 15, 16 e 17 são vistas esquemáticas de direções diferentes 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 15 Com referência agora às figuras dos desenhos, as figuras compreendem uma parte desse relatório descritivo e ilustram modalidades exemplares do sistema descrito. É para ser entendido que, em alguns casos, vários aspectos do sistema podem ser mostrados esquematicamente ou podem 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 luz e é acoplada em uma fonte de luz 22. A outra fibra ótica 30 age como um receptor de luz e é acoplada em uma unidade detectora 32, tal como um fotômetro. 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 como ambos a transportadora e a receptora. Embora fibras óticas sejam citadas nas figuras, é considerado que outros transportadores e receptores de luz sejam possíveis para uso com o sistema descrito aqui. Por exemplo, o sistema pode ser configurado tal que o transportador de luz do sistema é a fonte de luz 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, Ύ e Z ilustram a orientação relativa das figuras 2 e 3 (e outras figuras). A cabeça do sensor 100 contém porções das fibras óticas 20, 30 que podem ser acopladas juntas e solidamente embutidas na cabeça do sensor 100. As ex10 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 juntos na eventualidade de vibrações e/ou outro movimento. Na modalidade mostrada, a cabeça do sensor 100 tem proporções cúbicas que permitem 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 temperatura 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 superfície que substancialmente se ajusta em forma ou que pode, de alguma 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 luz de uma dada intensidade luminosa percorre da fonte de luz 22 através da fibra 20 e bate em uma primeira superfície refletora 112 do espelho 110 ao longo de uma trajetória de luz 101. A primeira superfície refletora do espelho 110 pode formar um ângulo de aproximadamente 45° com a trajetória de luz 101 da luz incidente. A luz incidente pode então ser refleti30 da com um ângulo de aproximadamente 90° ao longo de uma trajetória de luz 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 propriedade térmica predeterminada pode ser disposto de modo a obstruir e/ou interferir com pelo menos uma porção da luz transmitida ao longo da trajetória de luz 102 em resposta à temperatura. A luz incidente na segunda superfície re5 fletora 114 do espelho 110 é refletida novamente ao longo de uma trajetória de luz 103 como a luz que é paralela à luz incidente inicial e orientada na direção oposta da luz incidente inicial. A extremidade da segunda fibra 30 pode ficar localizada de modo a receber a luz refletida da segunda superfície refletora 114 ao longo da trajetória de luz 103 e o diferencial entre as intensidades luminosas da luz incidente transportada pela fibra 20 e a luz refletida recebida pela fibra 30 pode ser medido. O diferencial pode ser estabelecido pelo detector 32 que pode ser um fotômetro, fotorreceptor ou outro dispositivo para medir a intensidade luminosa. O detector pode ser acoplado no equipamento de computação de luz para temperatura como também descrito em outro lugar aqui. O fotômetro e o equipamento de computação de luz 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 rígida feita de material não condutor que possui um coeficiente predetermina20 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 luz ao longo da trajetória da luz 102 que é refletida da primeira superfície refletora 112 do espelho

110. Na modalidade ilustrada, a ocultação parcial da luz ao longo da trajetória de luz 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 temperatura 50 aumenta, mais o elemento sensível à temperatura 50 interfere com a luz incidente refletida da superfície 112 ao longo da trajetória de luz 102, e mais a intensidade da luz recebida pela fibra 30 diminui. Em várias modalidades, a porção da luz variavelmente oculta pelo elemento sensível à tem12 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 de temperatura em mudanças de intensidade de luz.

Em uma modalidade do sistema descrito aqui, o uso de um espelho possibilita que as fibras óticas sejam colocadas em paralelo, ao invés de opostas entre si, de modo que o equipamento emissor de luz e a análise da intensidade de luz podem ser posicionados em somente um lado do sen10 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 seguintes 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 sensível à temperatura 50. Para minimizar o atrito nas faces laterais do elemento 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 na extremidade 52, e fora do receptáculo 60, pode também ser minimizado para eliminar os efeitos de vibração na extremidade 52.

O sistema descrito aqui vantajosamente inclui uma fibra ótica emissora de luz e uma fibra ótica receptora de luz e conta com a medição da mudança na intensidade da luz recebida pela fibra ótica receptora quando a luz emitida pela fibra ótica emissora de luz é variavelmente oculta por um corpo opaco (ou semiopaco) posicionado na trajetória de luz entre a fibra emissora e a receptora e cuja dimensão varia com a temperatura. Uma vantagem de um tal sistema é que nenhuma parte metálica ou condutora pode ser necessária, o que possibilita que tais sensores de temperatura sejam usados em ambientes eletromagnéticos e elétricos, tais como máquinas elétricas ou aparelhos. Adicionalmente, uma outra vantagem é que somente variações da intensidade de luz podem ser medidas, o que possibilita o uso de equipamento de análise de luz 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 luz para temperatura de acordo com o sistema descrito aqui pode ser feita com um fotor5 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 luz incidente, de acordo com o sistema descrito aqui. A luz bate na primeira superfície refletora 112 do espelho 110, formando um ponto luminoso 101a, que pode ser circular no caso da projeção cilíndrica da luz da fibra 20. A fibra 20 e o espelho 110 podem ser posicionados em uma tal maneira que a luz incidente cria o ponto luminoso 101a que é então refletido sobre a segunda superfície refletora 114 do espelho 110. Uma porção da luz que colide na segunda superfície refletora 114 fica oculta devido ao movimento do elemento sensível à temperatura 50 na direção X, enquanto uma porção diferente da luz 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 luminosas da luz incidente transportada pela fibra 20 proveniente da fonte de luz 22 e a luz refletida recebida pela fibra 30 resulta do aumento ou diminuição do tamanho do ponto luminoso 102a que é refletido da superfície 114 e recebido pela fibra ótica 30. Uma primeira quantidade da luz na trajetória de luz

102 fica oculta e/ou de outra forma sofre interferência pelo elemento sensível à temperatura 50, enquanto uma segunda quantidade da luz na trajetória de luz 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.

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 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 unidade detectora 32. Como também discutido em outro lugar aqui, a fibra ótica de referência 70 pode permitir uma nova calibragem contínua das medições de intensidade de luz 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 disposta tal que o elemento sensível à temperatura 50 não interfere com a luz recebida pela fibra ótica de referência 70 a despeito da temperatura. A disposição usando a fibra ótica de referência 70 permite que o transdutor de conversão de luz para temperatura corrija pela nova calibragem contínua das medições de intensidade de luz feitas através do tempo pelo fotômetro 32 conectado na fibra 30 considerando as alterações da sensibilidade da luz 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 luz devido ao envelhecimento das fibras óticas e/ou o envelhecimento do emissor de luz, já que tais alterações são capturadas 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 luz 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 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 luz 222 e a fibra 230 pode transmitir a luz 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 intensidade da luz para corrente elétrica e a eletricidade em temperatura. Nesse caso, a relação entre mudança da intensidade da luz e a mudança de temperatura 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 confrontando-se com a extremidade da outra fibra.

O elemento sensível à temperatura 250, tal como uma faixa rígida 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 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 elemento sensível à temperatura 250 pode interferir com a luz incidente que sai da extremidade da fibra 220, tal que quanto mais a temperatura aumenta, mais a intensidade da luz 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 referência como também discutido em outro lugar aqui.

A figura 8 é uma ilustração esquemática de uma outra modalida25 de de uma cabeça do sensor 300 de acordo com o sistema descrito aqui mostrando a ocultação de uma luz 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 dispostas em 90° com relação uma à outra e o elemento sensível à temperatura

350 disposto transversalmente às fibras 320, 330. Também é possível incorporar 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 mostrando uma outra configuração das fibras óticas 420, 430, 470 e um elemento sensível à temperatura 450. O elemento sensível à temperatura 450 encosta tangencialmente em uma face de espelho 414 de um espelho 410 e uma extremidade 452 do elemento 450 oculta a luz ao longo da trajetória de luz 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 fibra ótica transportadora de luz 420 e a fibra ótica receptora de luz 430 de a10 cordo com a operação da fibra de referência 470 para receber a luz não obstruída pelo movimento do elemento sensível à temperatura 450 em resposta às mudanças na temperatura. Essa disposição pode ser vantajosa para ambientes 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 luz 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 luz refletida ao longo da trajetória de luz 402 pode ser truncada em um quadrado ou um retângulo, fazendo com que a variação da luz devido à dilatação ou retração do elemento sensível â 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 luz emitida da transportadora 520 quando refletida de um espelho plano 540 de 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 cabeça do sensor 500 é mostrada de uma perspectiva ortogonal a essa mostra17 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 luz emitida da transportadora 520 é refletida uma vez do espelho 540 e a luz refletida é recebida pela receptora 530. Um elemento sensível à temperatura 550 é disposto para obstruir ou interferir com pelo menos uma porção da luz recebida pela receptora 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 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 configurações 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 reduziría 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 modalidade 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 transportadora 620 pode ser posicionada paralela a uma receptora 630. A luz 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 deformações do espelho 640 são possíveis. Um elemento sensível à temperatura

650 é disposto para obstruir ou interferir com pelo menos uma porção da luz 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 sensível à temperatura 650 pode ser disposto entre a transportadora 620 e o espelho 640 e/ou entre a transportadora 620 e a receptora 630 e/ou em qualquer combinação dasconfigurações descritas aqui.

Em outras nradalidades, uma ou mais lentes de deformação de luz podem ser dispostas entre a transportadora 620 e/ou a receptora 630 e o espelho curvado 640 para mudar a geometria da luz incidente no espelho 640 e/ou a geometria da luz refletida recebida na receptora 630 e usadas em conjunto com o elemento sensível à temperatura 650. Por exemplo, a lente pode transformar uma forma de luz incidente circular em uma forma de luz tendo uma geometria alongada, tal como um retângulo plano. Dessa maneira, as quantidades de luz 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 luz 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 intensidade luminosa 80 que pode incluir componentes de cálculo de temperatura que podem transladar as variações na intensidade luminosa para as mudanças na temperatura do elemento sensível à temperatura 50. O analisador de intensidade luminosa 80 pode incluir conjunto de circuito de conversão de analógico 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 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 luz 22 para analisar o diferencial entre a luz transportada da fonte de luz 22 e a luz 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

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 elemento sensível à temperatura, como também descrito aqui, e vários materiais cerâmicos usados para outros componentes que podem ser selecionados 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 faixa de temperatura variada. Em particular, por exemplo, o conduto opaco contendo a transportadora e a receptora pode ser compreendido de cerâmi15 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 luz simples descrito pode incluir várias escolhas de projeto para materiais e configurações incluindo: considerando os materiais eletricamente não condutivos, mas termicamente conduti25 vos a serem escolhidos, o tamanho geral a ser minimizado, a resistência, particularmente a resistência às vibrações a ser maximizada e a simplicidade e baixo custo do equipamento de análise de intensidade de luz 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 expansão térmica que é suficientemente alto para fazer com que o comprimento do elemento sensível à temperatura varie suficientemente com a temperatu20 ra. Em uma modalidade, um material adequado pode ser Teflon® reforçado com microfibra de vidro tal como laminado de PTFE RT/duroid® 5880 de Rogers Corporation, que tem um coeficiente de expansão térmica de 18,7 mm/m em pelo menos uma direção. Deve ser observado que materiais po5 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 selecionado 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, luz e vapor e feita de um material eletricamente não condutor que possibilita que a temperatura do elemento sensível à temperatura adote rapidamente a temperatura que é para ser medida. Em uma modalidade, um material adequado foi verificado como sendo FR4 de Roge rs 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 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 nanômetros obtidos de Unaxis Optics. O elemento sensível à temperatura 50 po25 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 duzentos e cinquenta mícrons e uma espessura de aproximadamente setecentos e cinquenta mícrons. A fonte de luz 22 pode ser uma fonte de luz apropriada capaz de prover a funcionalidade descrita aqui, incluindo LED’s e diodos a laser, entre outros, tal como um diodo emissor de luz 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 luz resultante de um deslocamento do elemento sensível à temperatura de aproximadamente trezentos mícrons. A cabeça do sensor 100 resultante pode ter dimensões de aproximadamente 3 cm x 1 cm x 2 mm.

A figura 13 é um diagrama de circuito esquemático de um dispositivo eletrônico 700 acoplado na cabeça do sensor 100 do sensor de temperatura ótico 10 de acordo com uma modalidade do sistema descrito aqui. O projeto 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 luz irradiada no alvo dentro da cabeça do sensor 100 substancialmente independente da temperatura e/ou mudança de temperatura da cabeça do sensor 100, por exemplo, modulando a intensidade da luz 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 cabo de fibra ótica transportador de luz e a fibra 730 pode ser um cabo de fibra ótica receptor de luz, embora quaisquer outros transportadores de luz e/ou receptores apropriados possam ser usados. Uma fonte de emissão de luz 722 provê luz que é transportada pela fibra 720 para a cabeça do sensor 100. Um acionador da fonte de emissão de luz 710 pode ser acoplado na fonte de emissão de luz 722 e controlar a luz emitida da fonte 722 usando um circuito de realimentação através de um filtro de baixa passagem, como também discutido aqui. A fibra 730 transmite a luz 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 como um separador de alta impedância para uma entrada de sinal de voltagem nele. A saída do amplificador 740 pode ser acoplada separadamente em um 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 configurado para eliminar os sinais que não são de interesse, por exemplo, altera22 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 fai5 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 analisador 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 de saída do conversor de saída 744 pode ser transmitido para um monitor para exibição de uma medida da mudança de temperatura do objeto. Alternativamente, 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 realimentação para o acionador da fonte de emissão de luz 710. Os efeitos do movi20 mento causado pela vibração no sinal de referência são reduzidos pela aplicação do filtro de baixa passagem 750 no sinal de entrada. A saída do amplificador 752 pode ser acoplada como uma entrada em um amplificador diferencial 756. Uma outra entrada para o amplificador diferencial 756 pode ser a saída de um amplificador 754 que tem uma entrada acoplada em uma re25 ferência de voltagem 712. O amplificador 754 pode agir como um separador de alta impedância para a entrada de sinais de voltagem nele. O amplificador 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 luz 710 para controlar a intensidade da luz emitida da fonte de emissão de luz 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 variações nas características da fibra, fonte de emissão de luz, células fotoelétricas, etc. causadas por envelhecimento ou manipulação.

A figura 14 é um diagrama de circuito esquemático de um dispo5 sitivo eletrônico 800 acoplado em uma cabeça do sensor 100’ do sensor de temperatura ótico 10’ de acordo com uma outra modalidade do sistema descrito aqui. O projeto e os componentes da cabeça do sensor 100’ são descritos 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 luz 820 e uma fibra ótica receptora de luz 830. Como discutido em detalhes abaixo, o dispositivo eletrônico 800 pode modular a quantidade da luz irradiada no alvo dentro da cabeça do sensor 100’ substancialmente independente da mudança de temperatura dentro da cabeça do sensor 100’. A cabeça do sensor 100’ pode ser similar à cabeça do sensor 100 descrita acima com referência ao dispositivo 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 luz emitida da fibra transportadora de luz

820 e/ou alguma outra fonte de luz onde a quantidade de luz da fibra de referência 870 é substancialmente independente da mudança de temperatura dentro da cabeça do sensor 100’.

Uma fonte de emissão de luz 822 pode prover luz que é transportada pela fibra 820 para a cabeça do sensor 100’. O acionador da fonte de emissão de luz 810 pode ser acoplado na fonte de emissão de luz 822 e pode usar um sinal de referência para controlar a luz emitida da fonte 822, como também discutido aqui. A fibra 830 transmite a luz recebida da cabeça do sensor 100’ para uma unidade de medição, tal como células fotoelétricas de medição 832. A fibra 870 transmite a luz recebida da cabeça do sensor 100’ 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 usar quaisquer transportadores de luz e/ou receptores de luz apropriados.

A saída das células fotoelétricas de referência 850 pode ser acoplada em um amplificador 852 que pode agir como um separador de alta impedância para a entrada de sinais de voltagem nele. A saída do amplificador 852 pode ser acoplada em uma entrada de um amplificador diferencial

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 diferencial 856 libera uma diferença entre a entrada de sinais nele. A saída do amplificador diferencial 856 pode ser acoplada no acionador da fonte de emissão de luz 810 que usa um sinal de saída do amplificador diferencial 356 para controlar a intensidade da luz emitida da fonte de emissão de luz 822. Outro conjunto de circuitos conhecido pode ser usado com o sistema descrito aqui, por exemplo, em uma outra modalidade (não mostrada), a saída das 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 sinais de alta frequência indesejáveis.

Como mostrado na figura 14, a saída das células fotoelétricas de medição 832 pode ser acoplada em um amplificador 840, que pode agir como 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 passagem 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 saída 844 que pode prover um sinal de saída do dispositivo eletrônico 800.

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 temperatura. 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.

Deve ser observado que os dispositivos eletrônicos 700, 800 descritos acima podem incorporar, cada um, a fonte de luz 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, materiais selecionados para a fabricação do sistema descrito aqui podem ter pro10 priedades mecânicas selecionadas especificamente para reduzir as deformações que podem resultar em erros de medição. Por exemplo, materiais de fabricação selecionados podem ter alta força compressiva, alta força de flexão, alta temperatura de serviço contínuo e alta constante dielétrica, entre outras propriedades, como descrito em outro local aqui. Fibras de referência, como também discutido em outro local aqui, podem também ser usadas com qualquer um dos tipos de sensor acima descritos. Além do que, os dispositivos 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 dife20 rentes de um sensor compacto integrado 900 para a medição da temperatura 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 tem25 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 modalidade 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 luz da transportadora 920 pode ser concentrada por um concentrador de luz 922 e/ou a luz recebida pela receptora 930 pode ser concentrada por um concentrador de luz 932. A transportadora de luz 920 e a receptora de luz 930 podem ficar contidas inteiramente dentro do alojamento 904. Deve ser observado que a disposição ilustrada proporciona a vantagem que fibras óticas podem não ser re5 queridas: entretanto, fibras óticas podem ser usadas para uma ou mais da transportadora de luz 920 e da receptora de luz 930 em conjunto com a modalidade ilustrada. A luz da transportadora 920 pode colidir em um espelho 940 e ser refletida para a receptora 930 e uma porção da luz pode ser oculta ou de outra forma sofrer interferência pelo elemento sensível à temperatura

950 em resposta às mudanças de temperatura, como também discutido em outro local aqui. O dispositivo eletrônico 980 pode analisar a mudança resultante na intensidade da luz, como também discutido em outro local aqui.

A transportadora de luz 920, o concentrador de luz 922, a receptora de luz 930 e o concentrador de luz 932 podem ser presos no alojamento

904 ou de outra forma suportados com um suporte estrutural 905. O elemento 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 de saída do sensor 900 e que pode incluir um monitor para exibir os resultados. Deve também ser observado que uma ou mais fibras de referência podem 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

REIVINDICAÇÕES

1. Sensor de temperatura, compreendendo:

uma transportadora (420, 520) configurada para emitir luz uma primeira receptora (430, 530) disposta para receber a luz emitida da trans5 portadora (420, 520); e um elemento sensível à temperatura (450, 550) configurado em uma disposição que obstrui e/ou interfere ao menos uma porção de luz emitida pela transportadora (420, 520) em uma trajetória de luz (402) em resposta à temperatura, em que a porção de luz variavelmente ocultada pelo

10 elemento sensível à temperatura (450, 550) varia de acordo com a mudança de temperatura do elemento sensível à temperatura (450, 550), um dispositivo eletrônico (700, 980) acoplado à transportadora (420, 520) e na primeira receptora (430, 530) que inclui um acionador (710) configurado para controlar uma intensidade da luz emitida de uma fonte de

15 emissão de luz (22, 722) acoplada à transportadora (420, 520) com base em um circuito de realimentação e usando um sinal de referência, em que o dispositivo eletrônico (700, 980) inclui pelo menos um analisador de intensidade luminosa (80, 744) configurado para analisar as mudanças na intensidade da luz recebida pela primeira receptora (430, 530) e liberar ao menos um sinal,

20 em que o sensor de temperatura é configurado com ao menos uma superfície configurada para se ajustar e/ou se alinhar fisicamente com um objeto o qual se deseja medir a temperatura, em que o sensor de temperatura compreende um espelho (410, 540) configurado para refletir luz incidente recebida da transportadora (420,

25 520) para a primeira receptora (430, 530), caracterizado pelo fato de que o espelho (410, 540) é configurado como um elemento único desprovido de ângulo e/ou o elemento sensível à temperatura (450, 550) encosta tangencialmente em uma face de espelho (414) do espelho (410).
2. Sensor de temperatura, de acordo com a reivindicação 1, ca30 racterizado pelo fato de que a transportadora (420, 520) e a receptora (430,

530) são configuradas como fibras óticas.
3. Sensor de temperatura, de acordo com a reivindicação 2, caPetição 870180152831, de 19/11/2018, pág. 8/16 racterizado pelo fato de que o elemento sensível à temperatura (450, 550) é eletricamente não condutivo.
4. Sensor de temperatura, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o elemento sensível à temperatura (450, 550) é
5 configurado como uma geometria que varia proporcionalmente à uma mudança de temperatura.

5. Sensor de temperatura, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende ainda:

um primeiro detector (32) acoplado na primeira receptora (30)

10 que analisa intensidade da luz da luz recebida pela primeira receptora e determina uma mudança na temperatura do elemento sensível à temperatura (450, 550) com base em uma mudança na intensidade da luz.
6. Sensor de temperatura, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que compreende:

15 uma segunda receptora (70) disposta ao lado da primeira receptora (30), em que a segunda receptora (70) recebe uma porção não oculta da luz da transportadora (420, 520), sendo que a porção não oculta da luz recebida pela segunda receptora (70) é substancialmente independente da mudança na temperatura do elemento sensível à temperatura (450, 550).

20
7. Sensor de temperatura, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que compreende:

um segundo detector (72) acoplado à segunda receptora (70), configurado para calibrar o sensor.
8. Sensor de temperatura, de acordo com a reivindicação 7, ca25 racterizado pelo fato de que o espelho (410, 540) inclui um espelho de duas faces (410) compreendendo uma primeira e uma segunda faces (412 e 414) dispostas em um ângulo de 90 graus uma em relação à outra, em que a primeira face (412) é configurada para receber da transportadora (220, 520) luz incidente em um primeiro ângulo incidente de 45 graus e refletir a luz inci30 dente sobre a segunda face (414) em um segundo ângulo incidente de 45 graus, a segunda face (414) refletindo a luz incidente recebida da primeira face (412) à primeira receptora (430, 530), em que o elemento sensível à

Petição 870180152831, de 19/11/2018, pág. 9/16 temperatura (450, 550) encosta tangencialmente na segunda face (414) do espelho (410).
9. Sensor de temperatura, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o espelho (410, 540) inclui um espelho plano e a

5 transportadora (220, 520) compreende um ângulo em relação à primeira receptora (430, 530).
10. Método de detecção de temperatura através do sensor de temperatura de qualquer uma das reivindicações anteriores, compreendendo as etapas de:

10 prover uma transportadora (420, 520) configurada para emitir luz, prover uma primeira receptora (430, 530) configurada para receber a luz emitida da transportadora (420, 520); e fazer com que pelo menos uma porção da luz emitida da trans15 portadora (420, 520) seja variavelmente oculta antes que a luz seja recebida pela primeira receptora (430, 530), em que um espelho (410, 540) é configurado para refletir luz incidente recebida da transportadora (420, 520) para a primeira receptora (430, 530), caracterizado pelo fato de que o espelho (410, 540) é configura20 do como um elemento único desprovido de ângulo e/ou o elemento sensível à temperatura (450, 550) encosta tangencialmente em uma face de espelho (414) do espelho (410).
11. Sensor de temperatura, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende:

25 um alojamento (904), em que a transportadora (920) e a primeira receptora (930) são dispostas no interior do alojamento (904);

uma interface de conexão (902) disposta; e um dispositivo eletrônico (980) disposto no alojamento (904) e configurado para ser acoplado à transportadora (920), em que o dispositivo

30 eletrônico (980) é configurado para detectar luz recebida na primeira receptora (930), analisar a luz recebida na primeira receptora (930) e gerar um sinal de saída indicando uma temperatura baseada em uma mudança de

Petição 870180152831, de 19/11/2018, pág. 10/16 intensidade da luz.