RU2186351C1 - Устройство для измерения физических параметров, преимущественно температуры - Google Patents
Устройство для измерения физических параметров, преимущественно температуры Download PDFInfo
- Publication number
- RU2186351C1 RU2186351C1 RU2001118248/28A RU2001118248A RU2186351C1 RU 2186351 C1 RU2186351 C1 RU 2186351C1 RU 2001118248/28 A RU2001118248/28 A RU 2001118248/28A RU 2001118248 A RU2001118248 A RU 2001118248A RU 2186351 C1 RU2186351 C1 RU 2186351C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fiber
- radiation
- optical
- sensitive
- radiation source
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Radiation Pyrometers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к устройствам для измерения физических параметров, в частности для измерения температуры и перемещения объекта. Устройство содержит несколько волоконно-оптических трактов, включающих два световода, между торцами которых помещен чувствительный оптический элемент, электронный блок для обработки электрических сигналов, включающий компьютер. Чувствительный элемент контактирует с контролируемым объектом и изменяет свою спектральную прозрачность под воздействием измеряемого параметра. Входные участки волоконно-оптических трактов установлены напротив общего источника излучения, а выходные участки волоконно-оптических трактов установлены напротив общего приемника излучения. Такое выполнение устройства обеспечит контроль параметров объекта в нескольких точках одновременно с использованием одной оптической системы. 6 з.п. ф-лы, 8 ил.
Description
Изобретение относится к устройствам для измерения различных физических параметров и, в частности, температуры.
Известно устройство для детектирования пламени и измерения температуры, содержащее два волоконно-оптических световода, между которыми помещен чувствительный элемент, изменяющий свои оптические свойства под воздействием температуры. На конце одного из световодов установлена линза, обращенная к месту контроля открытого пламени. На конце другого световода установлен детектор, включающий, по крайней мере, два элемента, чувствительных к различным длинам волн спектра. Устройство снабжено источником излучения (лазерным диодом), излучающим в импульсном или постоянном режиме две длины волны. Устройство имеет микропроцессор, анализирующий выходные сигналы детектирующих элементов (см. патент США 5051590, G 01 J 1/00, НКИ 250-339, 1991).
Недостатком известного устройства является то, что оно способно измерять температуру и контролировать возникновение очага возгорания только в одной точке. Для обеспечения контроля температуры и пламени в нескольких различных точках, например в нескольких помещениях одного здания, необходимо использование множества таких детекторов, что резко повышает стоимость системы контроля.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство для измерения температуры, содержащее источник света и фотоприемник, соединенные волоконно-оптическим трактом, включающим два световода, в зазоре между торцами которых помещен чувствительный оптический элемент, контактирующий с контролируемым объектом и изменяющий свою спектральную прозрачность под воздействием температуры контролируемого объекта, и компьютер для обработки электрических сигналов фотоприемника (см. патент США 4338516, G 01 J 3/34, НКИ 250-226,1982). В известном устройстве в качестве источника света также используется лазерный диод, длина волны излучения которого в процессе работы устройства изменяется контролируемым образом по заданной программе.
Недостатком известного устройства, принятого за прототип, является то, что он позволяет контролировать температуру только в одной точке контролируемого объекта.
Задача изобретения состоит в разработке такого устройства для определения физических параметров, которое обеспечивает контроль параметров объекта в нескольких точках с использованием одного источника света и одного фотоприемника.
Указанная задача решается тем, что предложено устройство для измерения физических параметров, преимущественно температуры, содержащее источник излучения и приемник излучения, соединенные волоконно-оптическим трактом, включающим два световода, в зазоре между торцами которых помещен чувствительный оптический элемент, контактирующий с контролируемым объектом и изменяющий свою спектральную прозрачность под воздействием измеряемого параметра, и электронный блок для обработки электрических сигналов приемника излучения, включающий компьютер, которое согласно изобретению содержит несколько волоконно-оптических трактов, в каждом из которых помещен чувствительный оптический элемент, изменяющий свою спектральную прозрачность под воздействием измеряемого параметра, причем концы световодов, образующих входные участки волоконно-оптических трактов, установлены напротив общего источника излучения, в концы световодов, образующих выходные участки волоконно-оптических трактов, установлены напротив общего приемника излучения. Это обеспечивает возможность измерения физических параметров в нескольких точках контролируемого объекта.
Другим отличием предлагаемого устройства является то, что источник излучения выполнен в виде лампы накаливания. Это существенно упрощает конструкцию источника излучения в сравнении с известными устройствами с использованием волоконно-оптических трактов. В предпочтительном варианте осуществления источник излучения выполнен в виде галогенной лампы накаливания.
Еще одним отличием предлагаемого устройства является то, что приемник излучения выполнен в виде многоканального спектроанализатора, включающего многоканальный волоконно-оптический ввод, соединенный с выходными участками волоконно-оптических трактов, отклоняющую призму, установленную напротив волоконно-оптического ввода, объектив, коллимирующий и фокусирующий излучение за отклоняющей призмой, диспергирующий элемент и фотоприемник, воспринимающий излучение от диспергирующего элемента.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения фотоприемник выполнен в виде двухмерной кремниевой матрицы, имеющей множество фоточувствительных элементов.
В качестве чувствительных элементов в предлагаемом устройстве при измерении температуры могут быть использованы пластины из полупроводниковых материалов, выбранных из группы, состоящей из арсенида галлия, фосфида галлия и теллурида кадмия.
При измерении перемещений контролируемого объекта чувствительный элемент выполнен в виде интерференционного светофильтра полосового типа, длина волны пропускания которого зависит от положения светового пучка, просвечивающего светофильтр, причем светофильтр соединен посредством штока с контролируемым объектом.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 изображена принципиальная схема предлагаемого устройства.
На фиг.2 изображен блок источника излучения.
На фиг.3 представлен оптический датчик температуры в продольном разрезе.
На фиг. 4 изображена принципиальная схема оптического датчика перемещения.
На фиг.5 изображен блок приемника излучения.
На фиг.6 изображен корпус многоканального оптического ввода для приемника излучения.
На фиг.7 изображен фрагмент держателя концов световодов в многоканальном оптическом вводе по фиг.6.
На фиг. 8 изображена функциональная схема электронного блока обработки сигнала.
Устройство (см. фиг.1) содержит блок 1 источника излучения и блок 2 приемника излучения, соединенных несколькими волоконно-оптическими трактами 3. Каждый волоконно-оптический тракт включает два световода 4 и 5, в зазоре между торцами которых помещен чувствительный оптический элемент 6, контактирующий с контролируемым объектом (на фиг. не показан) и изменяющий свою спектральную прозрачность под воздействием измеряемого параметра, например температуры. Фотоприемник 2 снабжен многоканальным оптическим вводом 7 (см. фиг. 6 и 7), в который введены концы выходных участков световодов 5, и соединен с электронным блоком 8 обработки электрических сигналов (см. фиг.8), включающим компьютер.
Источник излучения (см. фиг.2) содержит галогенную лампу 9 накаливания, имеющую непрерывный спектр излучения, коллимирующую линзу 10 и фокусирующую линзу 11, фокусирующую излучение на световодный жгут 12, образованный входными концами световодов 4 (см. фиг.1).
Предлагаемое устройство позволяет измерять, по меньшей мере, два физических параметра: температуру контролируемого объекта с помощью оптического датчика температуры, изображенного на фиг.3, или перемещение контролируемого объекта с помощью оптического датчика перемещения, изображенного на фиг.4.
Оптический датчик температуры (см. фиг.3) содержит тонкостенную металлическую или керамическую трубку 13, внутри которой с помощью герметика 14 закреплены концы световодов 4 и 5, в зазоре между оптически отполированными торцами которых установлена тонкая пластина 15 из полупроводникового материала (арсенид галлия, фосфид галлия и др.), у которой под воздействием изменения температуры смещается край полосы прозрачности.
В состав оптического датчика перемещения (см. фиг.4) входят прямоугольный интерференционный светофильтр 16, который посредством штока 17 соединен с объектом (на фиг. не показан), перемещение которого является измеряемым параметром. Светофильтр 16 представляет собой стеклянную прямоугольную пластину, на поверхность которой нанесен слой Z и S, толщина которого изменяется по длине светофильтра, плавно возрастая от одного конца к другому. Длина волны, соответствующая центру контура прозрачности такого светофильтра, зависит от положения светового пучка 18 небольшого сечения, просвечивающего светофильтр. Световой пучок 18 формируется от световода 4, соединенного с источником излучения 1 (см. фиг. 1). Конец световода 4 закреплен в стандартном волоконно-оптическом коннекторе 19, установленном напротив микроколлиматора, формирующего квазипараллельный пучок излучения. Микропризма 21 преломляет этот пучок, направляя его под углом 90o к поверхности светофильтра 16. Пройдя через светофильтр 16, пучок излучения преломляется второй микропризмой 22 и через микроколлиматор 23 поступает в световод 5, соединенный с микроколлиматором 23 посредством волоконно-оптического коннектора 24. Через световод 5 излучение поступает в приемник излучения 2.
В качестве приемника излучения 2 в предлагаемом устройстве используется многоканальный спектроанализатор (см. фиг.5), в состав которого входят многоканальный волоконно-оптический ввод 7, преломляющая призма 25, коллимирующая и фокусирующая оптическая система 26, диспергирующий элемент 27 и фотоприемник 28.
В качестве фотоприемника 28 используется двухмерная кремниевая матрица с зарядовыми связями (ПЗС), например двухмерная кремниевая матрица фирмы Техаs Instruments (США) типа ТС237. Она имеет формат 658х496 фоточувствительных площадок с размером 7,4 мкм каждая, имеет высокую квантовую эффективность (до 80% в максимуме чувствительности) и позволяет гибко управлять процессом считывания изображения.
В качестве диспергирующего элемента 27 используется дифракционная решетка с частотой не более 600 штрихов на мм.
Многоканальный волоконно-оптический ввод 7 (см. фиг.6 и 7) имеет цилиндрическую оправу 29 из титанового сплава с поперечной перегородкой 30 с отверстиями 31, через которые пропущены концы световодов 5. Оправа 29 снабжена фиксирующим штифтом 32, который при сборке устройства позволяет сориентировать торцы световодов 5 относительно оптических элементов спектроанализатора (см. фиг.5).
Блок 8 обработки электрических сигналов (см. фиг.8) содержит задающий генератор 33, который через драйверы 34 и 35 горизонтального и вертикального переноса связан с двухмерной кремниевой матрицей 28. Выход двухмерной матрицы 28 соединен со схемой 36 выборки-хранения сигналов, на выходе которой установлен буферный каскад 37, соединенный с аналого-цифровым преобразователем 38. Выход аналого-цифрового преобразователя 38 через интерфейс 39 подключен ко входу персонального компьютера.
Устройство работает следующим образом.
При измерении температуры датчики 6 температуры устанавливаются в различных точках контролируемого объекта, например в различных точках атомного реактора, в которых должна контролироваться температура. При этом датчики 6 связаны с общим источником излучения 1 и общим приемником излучения 2 посредством волоконно-оптических световодов 4 и 5. Таким образом, для контроля температуры объекта в различных его рабочих точках не требуется подводка электрических проводов, что крайне нежелательно в отношении многих объектов контроля. При изменении температуры в точке контроля, где расположен датчик температуры 6 (см. фиг.3), происходит смещение края полосы прозрачности чувствительного оптического элемента 15 (пластины из арсенида галлия, например), которое анализируется с помощью многоканального спектроанализатора 2. Двухмерная кремниевая матрица 28, расположенная в фокальной плоскости спектроанализатора 2, преобразует попадающее на нее излучение в поле зарядов в чувствительной области матрицы 28. Драйверы 34 и 35 (см. фиг.8) вертикального и горизонтального переноса сигналов последовательно переносят эти заряды в буферную область матрицы 28, а затем на ее выход. На выходе матрицы 28 электрические заряды, стекая по нагрузочному резистору (на фиг. не показан), преобразуются в электрический сигнал. Поскольку перенос зарядов происходит по принципу строчно-кадровой развертки, то в амплитуде выходного сигнала содержится вся информация о световой мощности сигнала, поступающего на чувствительную область матрицы 28 от каждого отдельного чувствительного элемента 15 датчиков температуры. Эта информация преобразуется в аналого-цифровую форму в аналого-цифровом преобразователе 38 и выводится на экран персонального компьютера.
Аналогичным образом происходит считывание информации от датчиков 6 перемещения, установленных в различных местах контролируемого объекта. При перемещении полосового интерференционного светофильтра 16, связанного с контролируемым объектом посредством штока 17, происходит перенос светового пучка 18 из одной точки светофильтра 16 в другую точку. Поскольку длина волны, соответствующая центру контура прозрачности такого светофильтра, зависит от положения светового пучка, то изменение положения светофильтра 16, связанное с перемещением контролируемого объекта, приводит к изменению оптической прозрачности светофильтра. Это изменение анализируется спектроанализатором 2.
Claims (7)
1. Устройство для измерения физических параметров, содержащее волоконно-оптический тракт, включающий два световода, в зазоре между торцами которых помещен чувствительный оптический элемент, контактирующий с контролируемым объектом и изменяющий свою спектральную прозрачность под воздействием измеряемого параметра, и электронный блок для обработки электрических сигналов, включающий компьютер, отличающееся тем, что оно содержит несколько волоконно-оптических трактов, в каждом из которых помещен чувствительный оптический элемент, изменяющий свою спектральную прозрачность под воздействием измеряемого параметра, причем концы световодов, образующих входные участки волоконно-оптических трактов, установлены напротив общего источника излучения, а концы световодов, образующих выходные участки волоконно-оптических трактов, установлены напротив общего приемника излучения.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что источник излучения выполнен в виде лампы накаливания, имеющей непрерывный спектр излучения.
3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что источник излучения выполнен в виде галогенной лампы накаливания.
4. Устройство по п. 1, или 2, или 3, отличающееся тем, что приемник излучения выполнен в виде многоканального спектроанализатора, включающего многоканальный волоконно-оптический ввод, соединенный с выходными участками волоконно-оптических трактов, отклоняющую призму, установленную напротив многоканального волоконно-оптического ввода, объектив, коллимирующий и фокусирующий излучение за отклоняющей призмой, диспергирующий элемент и фотоприемник, воспринимающий излучение от диспергирующего элемента.
5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что фотоприемник выполнен в виде двухмерной кремниевой матрицы, имеющей множество фоточувствительных элементов.
6. Устройство по любому из пп. 1-5, отличающееся тем, что чувствительный оптический элемент для измерения температуры выполнен в виде пластинки из полупроводникового материала, выбранного из группы, состоящей из арсенида галлия, фосфида галлия и теллурида кадмия.
7. Устройство по любому из пп. 1-5, отличающееся тем, что чувствительный оптический элемент для измерения перемещения выполнен в виде интерференционного светофильтра полосового типа, длина волны пропускания которого зависит от положения светового пучка, просвечивающего светофильтр, причем светофильтр соединен посредством штока с контролируемым объектом.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001118248/28A RU2186351C1 (ru) | 2001-07-04 | 2001-07-04 | Устройство для измерения физических параметров, преимущественно температуры |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001118248/28A RU2186351C1 (ru) | 2001-07-04 | 2001-07-04 | Устройство для измерения физических параметров, преимущественно температуры |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2186351C1 true RU2186351C1 (ru) | 2002-07-27 |
Family
ID=20251341
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001118248/28A RU2186351C1 (ru) | 2001-07-04 | 2001-07-04 | Устройство для измерения физических параметров, преимущественно температуры |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2186351C1 (ru) |
-
2001
- 2001-07-04 RU RU2001118248/28A patent/RU2186351C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ОКОСИ Т. и др. Волоконно-оптические датчики/ Пер. с япон.- Л.: Энергоатомиздат, 1990, с.146. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5296310B2 (ja) | 検体情報取得 | |
US8594470B2 (en) | Transmittting light with lateral variation | |
US4699511A (en) | Refraction sensor | |
US5615008A (en) | Optical waveguide integrated spectrometer | |
EP1801553A1 (en) | Propagating light to be sensed | |
US20040114783A1 (en) | Device for imaging the papillary lines of a finger | |
US20110109905A1 (en) | Arrangement adapted for spectral analysis | |
US12018985B2 (en) | Apparatus for optical applications, spectrometer system and method for producing an apparatus for optical applications | |
KR20110118706A (ko) | 비표지 바이오센서들의 조명 및 검출을 위한 효율적인 광학 배열 및 비표지 이미징에서 간섭 무늬들을 감소시키기 위한 방법 | |
JP5538194B2 (ja) | 光学装置及び電子機器 | |
US6118530A (en) | Optical scanning spectrometer | |
EP0520463B1 (en) | A high-resolution spectroscopy system | |
JP2018518669A (ja) | 光学導管の光送達を伴う光学分析システム | |
RU2186351C1 (ru) | Устройство для измерения физических параметров, преимущественно температуры | |
KR100404071B1 (ko) | 백색광 spr을 이용한 단백질 칩 분석장치 | |
US20050088657A1 (en) | Optical measurment device and spectroscopic device | |
RU2186350C1 (ru) | Устройство для измерения температуры | |
US20210298604A1 (en) | Method and apparatus for measuring spectrum of raman-scattered light using time gated detection | |
JP4516803B2 (ja) | 光吸収測定方法及び装置 | |
JP7170954B1 (ja) | 微粒子計測センサ | |
Zhang et al. | Miniature spectrometer based on linear variable interference filters | |
JPH02304332A (ja) | 粒子計測装置 | |
RU2615662C2 (ru) | Оптическое устройство для измерения показателя преломления прозрачных твердых веществ малой толщины и небольших размеров | |
RU157299U1 (ru) | Устройство для регистрации индикатрисы рассеяния излучения от контролируемой поверхности | |
RU2077753C1 (ru) | Способ и устройство определения электрофизических параметров полупроводниковой пластины |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20111124 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150705 |