PL199537B1 - Zestaw do pomiaru temperatury - Google Patents

Abstract

Zestaw posiada pojemnik (2) ze światłowodem (3), którego początek zamocowany jest w optycznym układzie wejściowym (5) połączonym z nadajnikiem (6). Nadajnik (6) poprzez system centralnej rejestracji i przetwarzania danych (7), oraz odbiornik (8) połączony jest z optycznym układem wyjściowym (9), w którym umocowany jest koniec wspomnianego światłowodu (3). Zestaw może znaleźć zastosowanie podczas pomiarów geodezyjnych wykonywanych na obiektach inżynierskich charakteryzujących się polem temperaturowym o dużej zmienności. Zestaw ten pozwala na ciągłą analizę i rejestrację zmian temperatury obiektu, co umożliwia przeprowadzenie korzystnej weryfikacji wyników geodezyjnych obserwacji.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest zestaw do pomiaru temperatury, zwłaszcza do określenia temperatury w przestrzeni monitorowanej geodezyjnie. Może on znaleźć zastosowanie podczas pomiarów geodezyjnych wykonywanych na obiektach inżynierskich, charakteryzujących się polem temperaturowym o dużej zmienności.

Na dokładność wyników geodezyjnych pomiarów wykonywanych przy pomocy instrumentów i przyrządów: optycznych, laserowych, mikrofalowych i podczerwieni, oprócz dokładności użytego sprzętu, zasadniczy wpływ mają warunki środowiska, a w szczególności parametry meteorologiczne atmosfery, w której przebiegają obserwacje.

Podstawowym parametrem atmosfery, który ma wpływ na wyniki pomiarów geodezyjnych jest temperatura.

Na monitorowanych geodezyjnie obiektach wykazujących szybkozmienne pola temperaturowe i o bardzo niejednorodnym rozkładzie temperatury, w otoczeniu geodezyjnych punktów kontrolowanych, wymagane są obserwacje temperatury. Umożliwia to dokonanie bezpośrednich weryfikacji wyznaczanych odchyłek usytuowania, przemieszczeń bądź deformacji obiektu, ze względu na wpływ temperatury.

W celu okreś lenia poprawek korygujących wyniki pomiarów geodezyjnych, pomiary temperatury dokonuje się punktowo, najczęściej w miejscu prowadzonych obserwacji, z wykorzystaniem znanych przyrządów meteorologicznych (M. Rójek, A. Żyromski „Agrometeorologia i klimatologia” Skrypt AR we Wrocławiu nr 457, Wydawnictwo Akademii Rolniczej, Wrocław 2000). Pomiary temperatury najczęściej wykonywane są powszechnie znanymi termometrami cieczowymi lub elektrycznymi.

Z opisu wynalazku PL 197593 znany jest zestaw do pomiaru parametrów meteorologicznych atmosfery, stanowiący element zwrotny i zespół nadawczo-odbiorczy. Zespół ten posiada korpus, w którym umieszczone są i współ dział ają ze sobą : nadajnik laserowy, kamera elektroniczna, zespół elektronicznych czujników meteorologicznych, system rejestracji i przetwarzania danych oraz wyświetlacz. Zestaw ten umożliwia analizowane czoła wiązki laserowej, która była wysłana w określonym kierunku przestrzeni i retransmitowana do kamery elektronicznej, połączonej z systemem rejestracji i przetwarzania danych. W procesie obróbki cyfrowej i analizy rozkładu obrazu czoła wiązki laserowej, określane są wartości temperatury, ciśnienia i wilgotności.

W ostatnich latach nastą pił dynamiczny rozwój techniki światł owodowej oraz jej zastosowań. Przyrządy i urządzenia, których istotnymi elementami są światłowody, znajdują zastosowanie między innymi jako czujniki naprężeń mechanicznych, fal akustycznych, pól elektrycznych i magnetycznych a także temperatury. Ś wiatł owody charakteryzują się wieloma korzystnymi cechami, np. takimi jak odporność: na zakłócenia, naprężenia, skażenia środowiska, występowanie pól elektromagnetycznych. Ponadto, przez długi czas, zachowują niezmienność swoich parametrów.

Z opisu patentowego FR 2664695 znany jest ś wiatłowodowy czujnik temperatury składający się ze światłowodu zwiniętego w formie zwoju, którego końce zaopatrzone są: jeden - w złącze optyczne z emitującą diodą elektroluminescencyjną a drugi - w złącze optyczne z fotodetektorem połączonym z obwodem pomiarowym i podzespołem przetwarzająco-rejestrującym.

Z opisów patentowych DE 19502007 i DE 19620168 znane są systemy do pomiaru temperatury, w wariantach liczby zastosowanych światłowodów oraz składające się z diod LED: emitującej i fotodetekcyjnej ustawionych naprzeciwko dwóch ś wiatłowodów, które za pomocą sprzęgacza (rozgałęźnika) złączone są z początkiem pojedynczego światłowodu, którego koniec znajduje się w pojemniku i jest połączony z reflektorem zwrotnym. Dodatkowo, do reflektora zwrotnego może być przyłączony inny światłowód, którego drugi koniec, również za pomocą sprzęgacza, rozdziela się na dwa światłowody współdziałające z diodami LED: fotodetekcyjną i emitującą. System ten stanowić może również znajdująca się w pojemniku szpula światłowodu, której końce współdziałają z wspomnianymi diodami: emitującą i fotodetekcyjną.

W wyż ej wspomnianych opisach patentowych FR 2664695, DE 19502007 i DE 19620168 mierzoną temperaturę określa się jako funkcję zmiany natężenia oświetlenia.

Istotą wynalazku jest zestaw, którego ścianki pojemnika są termoprzewodzące, a odcinek światłowodu usytuowany poza pojemnikiem posiada termoizolacyjną osłonę.

Optycznymi układami wejściowym i wyjściowym są soczewki skupiające. Początek i koniec światłowodu usytuowane są w ogniskach wspomnianych soczewek skupiających optycznych układów, które współdziałają odpowiednio: wejściowy z nadajnikiem i wyjściowy z odbiornikiem. Układy te połączone są ze sobą poprzez system centralnej rejestracji i przetwarzania danych (CRPD).

PL 199 537 B1

Korzystnie jest, gdy nadajnikiem i odbiornikiem jest dalmierz elektrooptyczny a pojemnik posiada ścianki ażurowe.

Zestaw, według wynalazku, umożliwia określanie temperatury na monitorowanych geodezyjnie obiektach, na podstawie pomiarów odległości dalmierzem elektrooptycznym, w miejscach o utrudnionym dostępie. Zestaw ten pozwala także na ciągłą analizę i rejestrację zmian temperatury badanego obiektu, co umożliwia przeprowadzenie korzystnej weryfikacji wyników geodezyjnych obserwacji.

Ponadto, zestaw ten jest łatwy w obsłudze a nieduże gabaryty predysponują jego włączenie do powszechnie stosowanych innych systemów telemetrycznego monitorowania obiektów.

Wynalazek jest bliżej objaśniony w przykładzie wykonania, na rysunku przedstawiającym schemat ideowy zestawu.

P r z y k ł a d.

Zestaw, według wynalazku, posiada światłowód 3 tworzący, w środkowej części, pętlę światłowodową 1, umieszczoną w pojemniku 2, o ściankach termoprzewodzących. Odcinki światłowodu 3, znajdujące się poza pojemnikiem 2, umieszczone są w osłonach termoizolacyjnych 4. Początek światłowodu 3 umocowany jest w ognisku soczewki skupiającego optycznego układu wejściowego 5, połączonego z nadajnikiem 6. Koniec światłowodu 3 umocowany jest w ognisku soczewki skupiającego optycznego układu wyjściowego 9, połączonego z odbiornikiem 8. Nadajnik 6 i odbiornik 8, które są dalmierzem elektrooptycznym, połączone są i współdziałają z systemem centralnej rejestracji i przetwarzania danych (CRPD) 7.

Podczas prowadzenia obserwacji rozkładu temperatury pętlę światłowodową 1, znajdującą się w pojemniku 2, lokalizuje się w pobliż u danego punktu kontrolowanego. Przy stanowisku obserwacyjnym umieszcza się optyczne układy: wejściowy 5 i wyjściowy 9, z końcówkami odcinków światłowodów 3 połączonych ze wspomnianą pętlą światłowodową 1. Podczas pomiaru temperatury nadajnik 6 emituje falę, która za pomocą optycznego układu wejściowego 5, wprowadzana jest do początku odcinka światłowodu 3 i propagowana jest, poprzez pętlę światłowodową 1, do końca światłowodu 3, a nastę pnie, poprzez optyczny ukł ad wyjś ciowy 9, wyprowadzana jest do odbiornika 8. Odbierana fala przez odbiornik 8 jest rejestrowana jako odległość D. Mierzoną odległość D w światłowodzie 3 wyznacza się według wzoru (A. Płatek „Elektroniczne dalmierze elektrooptyczne i tachymetry elektroniczne”, Państwowe Przedsiębiorstwo Wydawnictw Kartograficznych, Warszawa-Wrocław 1991):

D = ¹ · ^C- · t

2n gdzie:

c - prędkość rozchodzenia się fali elektromagnetycznej w próżni, n - współczynnik załamania fali ś wietlnej w danym oś rodku pomiarowym, t - czas przebiegu sygnału pomiarowego na drodze pomiaru.

Światłowód 3, jako przewodnik światła, charakteryzuje się określonym współczynnikiem załamania fali świetlnej n. Występujące zjawisko fizyczne zmiany odległości D, mierzonej przez dalmierz elektrooptyczny, uzależnione jest od współczynnika załamania fali n w światłowodzie 3, którego wartość ulega zmianom pod wpływem temperatury otaczającego środowiska.. Zmiany te są analizowane i przetwarzane na odpowiednie wartości temperatury, przez system CRPD 7, jako zależność funkcyjna temperatury od zmiany odległości.

Claims (3)

1. Zestaw do pomiaru temperatury zawierający światłowód z umieszczoną w pojemniku pętlą, którego początek zamocowany jest w układzie wejściowym nadajnika a koniec w układzie wyjściowym odbiornika oraz posiadający układ przetwarzania danych, znamienny tym, że pojemnik (2) posiada ścianki termoprzewodzące a odcinek światłowodu (3) usytuowany poza pojemnikiem (2) posiada termoizolacyjną osłonę (4), przy czym optycznymi układami wejściowym (5) i wyjściowym (9) są soczewki skupiające a początek i koniec światłowodu (3) usytuowane są w ogniskach wspomnianych soczewek skupiających optycznych układów, które współdziałają odpowiednio wejściowy (5) z nadajnikiem (6) i wyjściowy (9) z odbiornikiem (8), połączone ze sobą poprzez system centralnej rejestracji i przetwarzania danych (CRPD) (7).

2. Zestaw według zastrz. 1, znamienny tym, że nadajnikiem (6) i odbiornikiem (8) jest dalmierz elektrooptyczny.

3. Zestaw według zastrz. 1, znamienny tym, że pojemnik (2) posiada ścianki ażurowe.