RU2684686C1 - Device for non-contact determination of conductor temperature, through which current flows - Google Patents
Device for non-contact determination of conductor temperature, through which current flows Download PDFInfo
- Publication number
- RU2684686C1 RU2684686C1 RU2018126672A RU2018126672A RU2684686C1 RU 2684686 C1 RU2684686 C1 RU 2684686C1 RU 2018126672 A RU2018126672 A RU 2018126672A RU 2018126672 A RU2018126672 A RU 2018126672A RU 2684686 C1 RU2684686 C1 RU 2684686C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- filament
- optical
- fiber
- temperature
- window
- Prior art date
Links
- 239000004020 conductor Substances 0.000 title claims abstract description 12
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 22
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 9
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims abstract description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 abstract description 16
- 238000012360 testing method Methods 0.000 abstract description 15
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 230000004907 flux Effects 0.000 abstract description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 abstract 1
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 7
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 4
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 description 4
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 238000003491 array Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 2
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012190 activator Substances 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 150000001642 boronic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000012943 hotmelt Substances 0.000 description 1
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 1
- 239000003999 initiator Substances 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000005658 nuclear physics Effects 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 1
- -1 rare earth ion Chemical class 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/0003—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry for sensing the radiant heat transfer of samples, e.g. emittance meter
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/02—Constructional details
- G01J5/08—Optical arrangements
- G01J5/0818—Waveguides
- G01J5/0821—Optical fibres
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/10—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/001—Measuring interference from external sources to, or emission from, the device under test, e.g. EMC, EMI, EMP or ESD testing
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области контроля и испытаний для испытания систем, содержащих опасные цепи электровоспламенительных устройств, на стойкость к воздействию как импульсных, так и постоянных внешних электромагнитных полей (ЭМП) и разрядов молнии. Под опасной цепью понимается электрическая цепь, в которую включается электровоспламенительное устройство (ЭВУ) и связанная с ним цепь.The invention relates to the field of control and testing for testing systems containing dangerous circuits of electric ignition devices for resistance to the effects of both pulsed and permanent external electromagnetic fields (EMF) and lightning discharges. A dangerous circuit is an electrical circuit in which an electrical ignition device (EEV) is connected and an associated circuit.
Устройство может быть использовано в области испытаний систем, содержащих опасные цепи электровоспламенительных устройств, на стойкость к воздействию разрядов молнии, разрядов статического электричества и электромагнитных полей естественного и искусственного происхождения.The device can be used in the field of testing systems containing dangerous circuits of electric ignition devices for resistance to lightning discharges, static electricity discharges and electromagnetic fields of natural and artificial origin.
С целью обеспечения безопасности испытаний на стойкость к разрядам молнии постоянных и импульсных внешних ЭМП изделий с ЭВУ применяются имитаторы ЭВУ, имеющие штатную нить накаливания и не содержащие взрывчатых веществ. При этом для определения безопасности регистрируется либо ток, протекающий через нить накаливания, либо температура нити накаливания.In order to ensure the safety of tests for resistance to lightning discharges of permanent and pulsed external EMI products of an EVA, simulators of an EVU are used, having a regular filament and not containing explosives. At the same time, to determine the safety, either the current flowing through the filament or the temperature of the filament is recorded.
Известен способ испытания объектов, содержащих электровзрывные устройства, на воздействие электромагнитных полей (Патент RU 2224222 «Способ испытания объектов, содержащих электровзрывные устройства, на воздействие электромагнитных полей»), суть которого заключается в создании электромагнитных полей и установлении факта срабатывания электровзрывных устройств после воздействия на объект электромагнитных полей. При этом воздействию электромагнитного поля подвергают объект с установленными в нем электровзрывными устройствами с повышенной чувствительностью, а характеристика электромагнитного поля, воздействующего на объект, определяется по заранее заданной формуле.The known method of testing objects containing electric blasting devices, the effects of electromagnetic fields (Patent RU 2224222 "Method of testing objects containing electric blasting devices, the effects of electromagnetic fields"), the essence of which is to create electromagnetic fields and establish the fact of operation of electric blasting devices after exposure to an object electromagnetic fields. At the same time, an object with an electrically explosive device with high sensitivity installed in it is exposed to the electromagnetic field, and the characteristic of the electromagnetic field acting on the object is determined by a predetermined formula.
Техническим результатом изобретения является возможность проведения испытаний на установках с ограниченными техническими возможностями. Недостатками этого технического решения являются:The technical result of the invention is the possibility of testing on installations with limited technical capabilities. The disadvantages of this technical solution are:
- необходимость изготовления для испытаний специальных электровзрывных устройств, идентичность параметров которых со штатными устройствами и при штатном включении (за исключением порога срабатывания) надо подтверждать специальными испытаниями. Это относится к зависимости токов срабатывания от частоты, поляризации, длительности помехи для штатного и испытательного устройства;- the need to manufacture for testing special electric explosive devices, the identity of the parameters of which with the standard devices and with the regular power on (with the exception of the threshold) must be confirmed by special tests. This refers to the dependence of the operation currents on the frequency, polarization, duration of interference for the standard and test device;
- недостаточная точность и чувствительность измерения малых наведенных токов, обусловленная зависимостью температуры моста от условий теплообмена с окружающей средой.- lack of accuracy and sensitivity of measurement of small induced currents, due to the dependence of the temperature of the bridge on the conditions of heat exchange with the environment.
Известно устройство, описанное в патенте RU 178693 U1 «Устройство для испытания систем, включающих электровоспламенительное устройство, на защищенность опасных цепей от воздействия электромагнитных полей», суть которого заключается в установке двух цифровых термометров внутри ЭВУ, закрепленных при помощи термоклея таким образом, что один термометр измеряет температуру непосредственно на нити накаливания, другой - во внутреннем пространстве полости взрывозажигательного состава, не контактируя с нитями накаливания. При этом линии питания и передачи данных обоих термометров выведены через отверстие, выполненное в корпусе ЭВУ.A device described in patent RU 178693 U1 “A device for testing systems including an electric ignition device for protection of dangerous circuits from electromagnetic fields” is known, the essence of which is to install two digital thermometers inside an EHE that are fixed with a hot melt in such a way that one thermometer measures the temperature directly on the filament, the other in the internal space of the cavity of the explosion-igniting composition, without contact with the filament. In this case, the power and data transmission lines of both thermometers are brought out through an opening made in the EVU case.
Недостатками устройства являются:The disadvantages of the device are:
- закрепление цифрового термометра непосредственно на нити накаливания, что вносит изменения в термодинамические характеристики нити накаливания;- fixing the digital thermometer directly on the filament, which changes the thermodynamic characteristics of the filament;
- линии питания цифровых термометров являются источниками помех;- power lines of digital thermometers are sources of interference;
- линии питания цифрового вольтметра, находящегося в непосредственной близости от нити накаливания ЭВУ, являются источниками помех.- power lines of a digital voltmeter located in the immediate vicinity of an EVA filament are sources of interference.
Известен способ испытания систем, содержащих ЭВУ, согласно которому оценка уровня наведенных токов осуществляется путем измерения температур двух эквивалентов воспламенителей и корпуса каждого ЭВУ многоканальным оптическим интеррогатором с температурными чувствительными элементами на оптоволоконных решетках Брэгга, пространственное разрешение которых обеспечивают выбором различных частот решеток Брэгга (Патент RU 2593521, «Способ испытаний систем, содержащих электровзрывные устройства, на стойкость к воздействию внешних электромагнитных полей всоставе объектов и устройство для его осуществления»). При этом источником ЭМП является излучающая антенна с заданными пространственными и поляризационными параметрами излучения, которое измеряют датчиком поля, установленным вблизи испытываемого объекта. Уровень наведенного тока в нить накаливания ЭВУ оценивают по значениям разностей температур между эквивалентом нити накаливания и корпусом ЭВУ с последующим пересчетом разности температур в уровень наведенного тока, с учетом калибровочной характеристики каждого чувствительного элемента на оптоволоконной решетке Брэгга.A known method of testing systems containing an EVA, according to which the level of induced currents is estimated by measuring the temperatures of two equivalents of igniters and the case of each EVA by a multichannel optical interrogator with temperature sensitive elements on Bragg fiber optic arrays, which provide a choice of different Bragg grating frequencies (Patent RU 2593521 "Method of testing systems containing electric blasting devices for resistance to external electromagnets itnyh fields vsostave objects and device for its implementation "). In this case, the source of EMF is a radiating antenna with given spatial and polarization parameters of radiation, which is measured by a field sensor installed near the test object. The level of induced current in the EVA filament is estimated by the temperature difference between the equivalent of the incandescent thread and the EVA case, followed by recalculating the temperature difference into the induced current level, taking into account the calibration characteristics of each sensitive element on the Bragg fiber optic grating.
Недостатками этого решения являются сложность исполнения и непосредственный контакт чувствительного элемента с нитью накаливания, что изменяет ее термодинамические характеристики.The disadvantages of this solution are the complexity of execution and the direct contact of the sensitive element with the filament, which changes its thermodynamic characteristics.
Известно устройство, представленное в патенте RU 26651 «Датчик температуры и устройство для измерения температуры», содержащее датчик температуры, соединенный со световодом люминесцентный термочувствительный элемент, выполненный в виде активированного стекла в форме сферы радиусом, не превышающим радиус сечения световода, источник и приемник излучения, соединенные с датчиком температуры через волоконно-оптический тракт.A device is presented in patent RU 26651 “Temperature sensor and temperature measuring device” containing a temperature sensor connected to a light guide a luminescent temperature sensor made in the form of an activated glass in the form of a sphere with a radius not exceeding the radius of the fiber section, the source and receiver of radiation, connected to the temperature sensor through the fiber-optic path.
Технический результат устройства достигается за счет сильной температурной зависимости скорости люминесценции термочувствительного элемента, выполненного из стекла, активированного редкоземельным элементом (активатором), класса боратов, фосфатов или силикатов, который поглощает импульс оптического излучения от источника, работающего на длине волны, соответствующей полосе поглощения ионов редкоземельного элемента.The technical result of the device is achieved due to the strong temperature dependence of the luminescence rate of a thermosensitive element made of glass activated by a rare earth element (activator), borate class, phosphate or silicate, which absorbs a pulse of optical radiation from a source operating at a wavelength corresponding to the rare earth ion absorption band an item.
Недостатком этого способа является необходимость наличия источника питания.The disadvantage of this method is the need for a power source.
Известна полезная модель, представленная в патенте RU 79666 U1 «Многоканальная информационно-измерительная система контроля температуры лопаток ротора газотурбинного двигателя», предназначенная для бесконтактного измерения температуры лопаток ротора газотурбинного двигателя. Сущность изобретения состоит в многоканальной информационно-измерительной системе контроля температуры лопаток ротора газотурбинного двигателя, содержащей оптическую головку, сопряженную с входным торцом волоконного световода, выходной торец которого сопряжен с приемником излучения, входящим в состав электронного блока преобразования, усиления и обработки сигнала, микроконтроллер, цифровой индикаторный дисплей, объектив оптической головки, а в каждой ступени двигателя оптическая головка и часть волоконного световода размещены внутри защитного оптического зонда, свободный торец зонда, направленный на лопатки, закрыт инфракрасно прозрачным стеклом и размещен в корпусе турбины двигателя, а другая часть волоконного световода снаружи двигателя помещена внутри защитного гибкого металлорукава, при этом число каналов измерения равно количеству ступеней турбины двигателя, выходы всех измерительных каналов соединены с микроконтроллером, имеющим встроенные порты ввода-вывода, память, а выход микроконтроллера соединен с цифровым индикаторным дисплеем, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены нормирующий усилитель (в каждый измерительный канал), блок управления и обработки информации, состоящий из пульта оператора, индикатора и ЭВМ, и два устройства сопряжения с ЭВМ и микроконтроллером, при этом пульт оператора и индикатор соединены с микроконтроллером, а управляющие выходы микроконтроллера соединены с соответствующим измерительному каналу нормирующим усилителем и усилителем сигналов.Known utility model presented in the patent RU 79666 U1 "Multichannel information-measuring system for monitoring the temperature of the rotor blades of a gas turbine engine", designed for contactless measurement of the temperature of the rotor blades of a gas turbine engine. The invention consists in a multichannel information-measuring system for monitoring the temperature of the rotor blades of a gas turbine engine, containing an optical head interfaced with an input end of the optical fiber, the output end of which is associated with a radiation receiver included in the electronic unit for conversion, amplification and signal processing, a microcontroller, digital the indicator display, the lens of the optical head, and in each stage of the engine the optical head and part of the optical fiber are placed inside wipe the protective optical probe, free end of the probe directed to the blades, covered with infrared transparent glass and placed in the turbine housing of the engine, and the other part of the optical fiber outside the engine is placed inside the protective flexible metal hose, the number of measurement channels equal to the number of stages of the turbine of the engine, all outputs measuring channels are connected to a microcontroller with built-in I / O ports, memory, and the output of the microcontroller is connected to a digital indicator display, which differs in m, that it additionally introduced a normalizing amplifier (in each measuring channel), a control and information processing unit consisting of an operator’s console, an indicator and a computer, and two interfaces to a computer and a microcontroller, and the operator’s console and the indicator are connected to a microcontroller, and the control outputs of the microcontroller are connected to the corresponding measuring channel by a normalizing amplifier and a signal amplifier.
Недостатком этой полезной модели является прием теплового сигнала на единичную жилу оптоволокна, сечение которой в лучшем случае около 1 мм2. При применении полезной модели для измерения токов нити накаливания, почти 98% интегральной излучательной способности нити накаливания не проходит через жилу стекловолокна, что приводит к недопустимому снижению чувствительности устройства.The disadvantage of this utility model is the reception of a heat signal to a single core of an optical fiber, the cross section of which is at best about 1 mm 2 . When using the utility model to measure filament current, almost 98% of the integral emissivity of the filament does not pass through the fiberglass core, which leads to an unacceptable decrease in the sensitivity of the device.
За прототип принят патент ЕР 2395315 «Способ и система испытаний электропиротехнического инициатора», согласно которому наведенный в нити накаливания ток измеряют при помощи оптоволоконного кабеля, один конец которого закреплен клеем непосредственно на нити накаливания, а другой снабжен интерферометром. Затем результат передается в блок анализатор, где осуществляется обработка выполненных измерений, и выводится на портативный компьютер для отображения результатов измерений. При этом измерения проводят в два этапа:Patent EP 2395315 entitled “Method and test system for electric pyrotechnic initiator” is adopted as a prototype, according to which the current induced in the filament is measured using a fiber-optic cable, one end of which is fixed by glue directly onto the filament and the other is equipped with an interferometer. Then the result is transmitted to the analyzer unit, where the processing of the performed measurements is carried out, and displayed on a portable computer for displaying the measurement results. In this case, measurements are carried out in two stages:
- на первом этапе на нить накаливания подается несколько импульсов тока, отличающихся по амплитуде и длительность которых может регулироваться при помощи блока отключения питания, и оптически определяют нагрев нити накаливания, вызванный Протеканием электрического тока, с последующим построением калибровочной кривой, иллюстрирующей изменение нагрева нити накаливания ЭВУ в зависимости от протекающего по ней тока.- at the first stage, several current pulses are supplied to the filament, differing in amplitude and the duration of which can be adjusted using the power supply cut-off unit, and optically determine the heating of the filament caused by the Electric current to flow, followed by the construction of a calibration curve illustrating the change in the heat of the EHE filament depending on the current flowing through it.
- на втором этапе нить накаливания подвергают воздействию внешнего ЭМП и аналогичным образом строят вторую калибровочную кривую - зависимость наведенного в нити накаливания тока от приложенной к ней внешнего ЭМП.- in the second stage, the filament is exposed to external EMI and similarly build a second calibration curve - the dependence of the current induced in the filament on the external EMI applied to it.
Система может работать при воздействии как импульсных, так и постоянных внешних электромагнитных полей.The system can operate under the influence of both pulsed and permanent external electromagnetic fields.
Недостатком данного способа является непосредственный контакт склеенного оптоволоконного кабеля с нитью накаливания, что искажает термодинамические характеристики нити накаливания.The disadvantage of this method is the direct contact of the bonded fiber optic cable with the filament, which distorts the thermodynamic characteristics of the filament.
Предлагаемое изобретение для испытания систем, содержащих опасные цепи ЭВУ на стойкость к воздействию внешних постоянных и импульсных ЭМП и разрядов молнии, лишено указанного недостатка, так как не имеет прямого контакта с нитью накаливания и не вносит искажений в термодинамические характеристики нити накаливания.The present invention for testing systems containing dangerous EVA circuits for resistance to external constant and pulsed EMF and lightning discharges does not have this disadvantage, since it has no direct contact with the filament and does not distort the thermodynamic characteristics of the filament.
Техническая проблема, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении чувствительности устройства путем увеличения теплового потока от нити накаливания, светового потока за счет увеличения площади поглощения энергии от нити накаливания, в повышении точности измерений за счет полного отсутствия влияния на температуру нити накаливания и полного отсутствия помехонесущих линий связи.The technical problem addressed by the invention is to increase the sensitivity of the device by increasing the heat flux from the filament, the luminous flux by increasing the area of energy absorption from the filament, increasing the measurement accuracy due to the complete absence of influence on the filament temperature and full the absence of interfering communication lines.
Решение проблемы достигается за счет того, что в устройстве для бесконтактного определения температуры проводника, по которому протекает ток, содержащем корпус ЭВУ, в котором находится нить накаливания контактами, служащими для подключения ЭВУ к опасной цепи, оптический чувствительный элемент, установленный на диэлектрическом фиксаторе, светоприемник, цифровой осциллограф, портативный компьютер и генератор импульсных и постоянных токов, оптический чувствительный элемент выполнен в виде многожильной оптоволоконной линии, один из оконцевателей которой выполнен в виде цилиндрического окна, в котором оптические жилы ориентированы по радиусу цилиндрического окна, охватывающего нить накаливания для съема оптического сигнала с нити накаливания, а второй оконцеватель, имеющий плоский торец, подключен к светоприемнику, при этом площадь, занимаемая нитями оптоволокна, составляет не менее 95% сечения окна, а остальное сечение занимает склеивающий нити состав, обеспечивая многократное увеличение чувствительности устройства. Оконцеватель многожильной оптоволоконной линии в виде цилиндрического окна устанавливается у нити накаливания с зазором не менее 0,5 мм, а с целью обеспечения возможности беспрепятственной установки этот оконцеватель выполнен разъемным.The problem is solved due to the fact that in the device for contactless determination of the conductor temperature through which current flows, containing the EVD case, in which the filament is located, contacts that serve to connect the EVA to the dangerous circuit, an optical sensing element mounted on the dielectric retainer, the light-receiver , a digital oscilloscope, a laptop computer and a generator of pulsed and direct currents, the optical sensitive element is designed as a multicore fiber-optic line, one of the eye tsevatel which is made in the form of a cylindrical window in which the optical conductors are oriented along the radius of the cylindrical window covering the filament for removing the optical signal from the filament, and the second terminator having a flat end is connected to the light receiver, and the area occupied by the optical fiber is not less than 95% of the cross-section of the window, and the rest of the cross-section is occupied by the yarn-binding composition, providing a multiple increase in the sensitivity of the device. The end of the multicore fiber-optic line in the form of a cylindrical window is installed on the filament with a gap of at least 0.5 mm, and in order to allow for unimpeded installation, this end is made detachable.
Вследствие осевой симметрии нити накаливания, длина которой составляет 3 мм, излучение нагретой нити распространяется перпендикулярно нити по всем направлениям и пронизывает цилиндрическую поверхность, охватывающую нить накаливания. При установке единичного оптоволокна сечением 0,2 мм2 на расстоянии 1 мм от нити накаливания через волокно пройдет 1,06% излучения нити накала, так как при диаметре цилиндра 2 мм и высоте 3 мм площадь, через которую излучает нить составит 18,84 мм2, то через волокно пройдет в 100 раз большее излучение, что обеспечивает многократное увеличение чувствительности устройства при измерении температуры.Due to the axial symmetry of the filament, whose length is 3 mm, the radiation of the heated filament extends perpendicularly to the filament in all directions and penetrates the cylindrical surface surrounding the filament. When installing a single fiber with a cross section of 0.2 mm 2 at a distance of 1 mm from the filament, 1.06% of the filament radiation will pass through the fiber, since with a cylinder diameter of 2 mm and a height of 3 mm, the area through which the thread radiates will be 18.84 mm 2 , then 100 times more radiation will pass through the fiber, which provides a multiple increase in the sensitivity of the device when measuring temperature.
Известно, что интегральная излучательная способность нагретых тел гт подчиняется закону Стефана-Больцмана (Б.М. Яворский, А.А. Детлаф. Курс физики. Волновые процессы. Оптика. Атомная и ядерная физика, 1967 - с. 225)It is known that the integral emissivity of heated bodies rm obeys the Stefan-Boltzmann law (B.Y. Yavorsky, A.A. Detlaff. Physics course. Wave processes. Optics. Atomic and nuclear physics, 1967 - p. 225)
где α - коэффициент, определяющий степень черноты нагретого тела, σ - постоянная Стефана-Больцмана, Т - абсолютная температура.where α is the coefficient determining the degree of blackness of the heated body, σ is the Stefan-Boltzmann constant, T is the absolute temperature.
Сигнал, регистрируемый цифровым осциллографом, пропорционален интегральной излучательной способности εт нити накаливания. Максимальное значение регистрируемого цифрового массива в соответствии с формулой (1) соответствует максимуму температуры в четвертой степени.The signal recorded by the digital oscilloscope is proportional to the integral emissivity ε t of the filament. The maximum value of the recorded digital array in accordance with formula (1) corresponds to the maximum temperature in the fourth power.
Значение максимальной температуры может быть получено извлечением корня четвертой степени из значения цифрового массива, соответствующего максимальной интегральной излучательной способности нити накаливания. Эта температура складывается из начальной температуры нити накаливания и температуры, обусловленной импульсом токаThe value of the maximum temperature can be obtained by extracting the fourth degree root from the value of the digital array corresponding to the maximum integral emissivity of the filament. This temperature is the sum of the initial temperature of the filament and the temperature due to the current pulse.
где Т0 - начальная температура нити накаливания (температура лаборатории), ΔT - приращение температуры, обусловленное током.where T 0 is the initial temperature of the filament (laboratory temperature), ΔT is the temperature increment caused by the current.
Приращение температуры может быть найдено из формулы (3)The temperature increment can be found from formula (3)
где Q - количество теплоты, m - масса нити накаливания, CТ - удельная теплоемкость материала нити накаливания.where Q is the amount of heat, m is the mass of the filament, C T is the specific heat capacity of the material of the filament.
С целью калибровки через нить пропускается апериодический импульс тока с известными амплитудно-временными параметрами, при этом нить накаливания нагревается согласно закону Джоуля-ЛенцаFor the purpose of calibration, an aperiodic current pulse with known amplitude-time parameters is passed through the thread, and the filament is heated according to the Joule-Lenz law
где R - сопротивление нити накаливания, I - ток, dt - время прохождения тока.where R is the resistance of the filament, I is the current, dt is the current passing time.
Учитывая (4) и (5), получимConsidering (4) and (5), we get
где ΔT определено из соотношения (2).where ΔT is determined from the relation (2).
Проинтегрировав по (6) цифровой массив импульса тока, получим приращение температуры ΔT, обусловленное током I. Путем изменения амплитуды тока строится калибровочная кривая ΔТ((I).Integrating the digital pulse current array by (6), we obtain the temperature increment ΔT due to current I. By changing the current amplitude, we construct the calibration curve ΔT ((I).
Изобретение поясняется следующими чертежами:The invention is illustrated in the following drawings:
Фиг. 1 - часть схемы устройства для бесконтактного определения температуры проводника, по которому протекает ток, используемая для калибровки, где:FIG. 1 is a part of a device for contactless determination of the temperature of a conductor through which current is flowing, used for calibration, where:
1 - корпус ЭВУ;1 - EVU case;
2 - нить накаливания;2 - filament;
3 - контакты нити накаливания;3 - contacts the filament;
4 - многожильный оптоволоконный кабель;4 - multicore fiber cable;
5 - оконцеватель в виде оптоволоконного цилиндрического окна;5 - end fitting in the form of a fiber optic cylindrical window;
6 - жилы оптоволоконного окна, сориентированные по радиусу окна;6 - fiber window conductors oriented along the window radius;
15 - полость взрывозажигательного состава;15 - cavity explosive composition;
16 - диэлектрический фиксатор оптоволоконного окна;16 - dielectric clamp fiber optic window;
17 - ответная часть для подключения разъема цепи;17 - counterpart for connecting the circuit connector;
18 - генератор импульсных или постоянных токов;18 - pulse or constant current generator;
19 - токовый шунт.19 - current shunt.
Фиг. 2 - схема устройства для бесконтактного определения температуры проводника, по которому протекает ток, где:FIG. 2 is a diagram of a device for contactless determination of the temperature of a conductor through which a current flows, where:
7 - оптический чувствительный элемент (вид сверху), в который входят:7 - optical sensing element (top view), which includes:
5 - оконцеватель в виде оптоволоконного цилиндрического окна,5 - end fitting in the form of a fiber-optical cylindrical window,
4 - многожильный оптоволоконный кабель,4 - fiber optic cable,
12 - выводы разъемных элементов цилиндрического окна,12 - conclusions of the detachable elements of a cylindrical window,
7 - второй оконцеватель многожильного оптоволоконного кабеля на входе светоприемника;7 - the second end of the multicore fiber-optic cable at the input of the light receiver;
9 - светоприемник;9 - light receiver;
10 - цифровой осциллограф;10 - digital oscilloscope;
11 - портативный компьютер.11 - a laptop computer.
Фиг. 3 - оптоволоконное цилиндрическое окно в увеличенном размере.FIG. 3 - fiberglass cylindrical window in an enlarged size.
Фиг. 4 - схема оптического чувствительного элемента с оптоволоконным окном в разъемном виде, на которой:FIG. 4 is a diagram of an optical sensing element with a fiber-optic window in a detachable form, on which:
13 - разъемные элементы цилиндрического окна;13 - detachable elements of a cylindrical window;
14 - крепеж разъемных элементов цилиндрического окна.14 - fasteners detachable elements of a cylindrical window.
В полости взрывозажигательного состава (15) корпуса ЭВУ (1) (фиг. 1) устанавливается и закрепляется на диэлектрическом фиксаторе (16) часть многожильной оптоволоконной линии (4) с оконцевателем в виде оптоволоконного цилиндрического окна (5). Это окно (5) выполнено в виде сориентированной по радиусу окна (фиг. 3) многожильной оптоволоконной линии (6) и охватывает нить накаливания (2) длиною порядка 3 мм и диаметром порядка 35 мкм. Нить (2) закреплена на контактах нити накаливания (3), которые образуют ответную часть разъема ЭВУ (17), через который осуществляется питание нити накаливания генератором постоянного или импульсного тока (18).In the cavity of the explosion-igniting composition (15) of the EVA case (1) (Fig. 1), a part of the multicore fiber-optic line (4) with end fitting in the form of a fiber-optical cylindrical window (5) is installed and fixed on the dielectric clamp (16). This window (5) is made in the form of a multi-core fiber-optic line (6) oriented along the radius of the window (FIG. 3) and covers the filament (2) with a length of about 3 mm and a diameter of about 35 μm. The thread (2) is fixed on the contacts of the filament (3), which form the mating part of the EVA connector (17), through which the glower is supplied with a constant or pulse current generator (18).
Оптический чувствительный элемент (8) (фиг. 2) содержит оконцеватель в виде оптоволоконного цилиндрического окна (5), выводы разъемных элементов цилиндрического окна (12), многожильный оптоволоконный кабель (4), второй оконцеватель многожильного оптоволоконного кабеля на входе светоприемника (7). Второй оконцеватель (7) подключен к светоприемнику (9), электрический сигнал с которого регистрируется цифровым осциллографом (10), после чего полученный цифровой массив передается на портативный компьютер (11) для обработки и отображения конечного результата.The optical sensing element (8) (Fig. 2) contains an end fitting in the form of a fiber optic cylindrical window (5), the terminals of separable elements of a cylindrical window (12), a multicore fiber optic cable (4), a second end cap of the multicore optical fiber cable (7). The second end cap (7) is connected to a light receiver (9), the electrical signal from which is recorded by a digital oscilloscope (10), after which the resulting digital array is transmitted to a portable computer (11) for processing and displaying the final result.
Для удобства использования оконцеватель многожильной оптоволоконной линии в виде цилиндрического окна (5) выполнен разъемным (фиг. 4) и состоит из разъемных элементов (13), скрепленных крепежом (14), что позволяет оперативно монтировать устройство на нити накаливания.For ease of use, the endfixer of a multicore fiber-optic line in the form of a cylindrical window (5) is made detachable (Fig. 4) and consists of detachable elements (13) fastened with fasteners (14), which allows you to quickly mount the device on the filament.
Устройство работает следующим образом. Нить накаливания разогревается и начинает излучать свет в инфракрасной области (0,3-2 мкм), который через многожильное цилиндрическое окно (5) и жилы многожильного оптоволоконного кабеля (4) поступает на вход светоприемника (9), преобразующего оптический сигнал в электрический, передаваемый на цифровой осциллограф (10). Цифровые массивы тока и интегральной излучательной способности обрабатываются и отображаются на портативном компьютере (11).The device works as follows. The filament warms up and begins to emit light in the infrared (0.3–2 µm), which through the multi-core cylindrical window (5) and the cores of the multicore fiber-optic cable (4) enters the input of the light-receiving device (9), which converts the optical signal into an electric signal transmitted on a digital oscilloscope (10). Digital arrays of current and integral emissivity are processed and displayed on a portable computer (11).
Таким образом, в предлагаемом устройстве зарегистрированный сигнал, представленный в виде цифрового массива в цифровом осциллографе (10), соответствует интегральной излучательной способности нити накаливания, и максимальная температура получается извлечением корня четвертой степени из максимального значения цифрового массива, соответствующего максимальной интегральной излучательной способности нити накаливания.Thus, in the proposed device, the registered signal presented as a digital array in a digital oscilloscope (10) corresponds to the integral emissivity of the glower, and the maximum temperature is obtained by extracting a fourth degree root from the maximum value of the digital array corresponding to the maximum integral emissivity of the glower.
Калибровка устройства проводится следующим образом (фиг. 1). На контакты (3) устройства с генератора (18) подаются известные токи, регистрируемые токовым шунтом (19) и цифровым осциллографом (10). Изменяя амплитуду тока, строится калибровочная кривая ΔТ(I), по которой при испытаниях на стойкость к воздействию ЭМП после получения значения ΔT на основе интегральной излучательной способности нити накаливания определяется значение тока I, наряду с температурой нити необходимое для определения безопасности при проведении испытаний.The calibration of the device is carried out as follows (Fig. 1). The contacts (3) of the device from the generator (18) are fed to known currents recorded by a current shunt (19) and a digital oscilloscope (10). By varying the amplitude of the current, a calibration curve ΔT (I) is constructed, according to which, when tested for resistance to the effects of EMF, after obtaining the value of ΔT, the current I is determined based on the integral emissivity of the filament, along with the temperature of the filament required for determining safety during testing.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018126672A RU2684686C1 (en) | 2018-07-19 | 2018-07-19 | Device for non-contact determination of conductor temperature, through which current flows |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018126672A RU2684686C1 (en) | 2018-07-19 | 2018-07-19 | Device for non-contact determination of conductor temperature, through which current flows |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2684686C1 true RU2684686C1 (en) | 2019-04-11 |
Family
ID=66168567
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018126672A RU2684686C1 (en) | 2018-07-19 | 2018-07-19 | Device for non-contact determination of conductor temperature, through which current flows |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2684686C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU196684U1 (en) * | 2019-11-11 | 2020-03-11 | Владислав Николаевич Астапов | Liquid density meter with fiber optic converter |
| CN111638473A (en) * | 2020-06-08 | 2020-09-08 | 西安西电光电缆有限责任公司 | Push rod cable integrated detection device and detection method thereof |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU868652A1 (en) * | 1979-10-02 | 1981-09-30 | Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Предприятие П/Я В-2969 | Method of testing and detecting faults in electric unit |
| RU79666U1 (en) * | 2008-08-25 | 2009-01-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | MULTI-CHANNEL INFORMATION-MEASURING SYSTEM FOR TEMPERATURE CONTROL OF BLADES OF A ROTOR OF A GAS TURBINE ENGINE |
| EP2395315A1 (en) * | 2010-06-14 | 2011-12-14 | MBDA France | Test method and system for an electro-pyrotechnical initiator |
| US8319182B1 (en) * | 2010-07-27 | 2012-11-27 | The Boeing Company | Methods and systems for using IR spectroscopy to quantify degradation of wiring insulation |
| RU2593521C1 (en) * | 2015-05-19 | 2016-08-10 | Открытое акционерное общество "Лётно-исследовательский институт имени М.М. Громова" | Method of testing systems comprising electroexplosive devices for resistance to action of external electromagnetic fields in objects and device therefor |
| US20180100891A1 (en) * | 2016-10-10 | 2018-04-12 | International Business Machines Corporation | Integrated circuit temperature determination using photon emission detection |
| RU178693U1 (en) * | 2017-12-22 | 2018-04-17 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" (ФГУП "ГосНИИАС") | DEVICE FOR TESTING SYSTEMS INCLUDING ELECTRIC IGNITION DEVICE ON THE PROTECTION OF HAZARDOUS CIRCUITS FROM EXPOSURE TO ELECTROMAGNETIC FIELDS |
-
2018
- 2018-07-19 RU RU2018126672A patent/RU2684686C1/en active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU868652A1 (en) * | 1979-10-02 | 1981-09-30 | Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Предприятие П/Я В-2969 | Method of testing and detecting faults in electric unit |
| RU79666U1 (en) * | 2008-08-25 | 2009-01-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | MULTI-CHANNEL INFORMATION-MEASURING SYSTEM FOR TEMPERATURE CONTROL OF BLADES OF A ROTOR OF A GAS TURBINE ENGINE |
| EP2395315A1 (en) * | 2010-06-14 | 2011-12-14 | MBDA France | Test method and system for an electro-pyrotechnical initiator |
| US8319182B1 (en) * | 2010-07-27 | 2012-11-27 | The Boeing Company | Methods and systems for using IR spectroscopy to quantify degradation of wiring insulation |
| RU2593521C1 (en) * | 2015-05-19 | 2016-08-10 | Открытое акционерное общество "Лётно-исследовательский институт имени М.М. Громова" | Method of testing systems comprising electroexplosive devices for resistance to action of external electromagnetic fields in objects and device therefor |
| US20180100891A1 (en) * | 2016-10-10 | 2018-04-12 | International Business Machines Corporation | Integrated circuit temperature determination using photon emission detection |
| RU178693U1 (en) * | 2017-12-22 | 2018-04-17 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" (ФГУП "ГосНИИАС") | DEVICE FOR TESTING SYSTEMS INCLUDING ELECTRIC IGNITION DEVICE ON THE PROTECTION OF HAZARDOUS CIRCUITS FROM EXPOSURE TO ELECTROMAGNETIC FIELDS |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU196684U1 (en) * | 2019-11-11 | 2020-03-11 | Владислав Николаевич Астапов | Liquid density meter with fiber optic converter |
| CN111638473A (en) * | 2020-06-08 | 2020-09-08 | 西安西电光电缆有限责任公司 | Push rod cable integrated detection device and detection method thereof |
| CN111638473B (en) * | 2020-06-08 | 2022-11-01 | 西安西电光电缆有限责任公司 | Push rod cable integrated detection device and detection method thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5348396A (en) | Method and apparatus for optical temperature measurement | |
| RU2593521C1 (en) | Method of testing systems comprising electroexplosive devices for resistance to action of external electromagnetic fields in objects and device therefor | |
| US11353367B2 (en) | Fibre optic temperature measurement | |
| EP3014222B1 (en) | Improvements in fibre optic distributed sensing | |
| EP0243482A1 (en) | Fiberoptic sensing of temperature and/or other physical parameters | |
| RU2684686C1 (en) | Device for non-contact determination of conductor temperature, through which current flows | |
| EP0272466B1 (en) | Distributed temperature sensor using an optical fibre as sensing element | |
| US3282100A (en) | Fine wire calorimeter | |
| US20020159499A1 (en) | System and method for determining the temperature to which a structure is subjected | |
| CN209606320U (en) | All -fiber humidity sensing device | |
| Wang et al. | Research on test method of ignition temperature of electric explosive device under electromagnetic pulse | |
| Cho et al. | Fiber Bragg grating anemometer with reduced pump power-dependency | |
| US5145257A (en) | Infrared fiber-optical temperature sensor | |
| CN108872739B (en) | Equivalent test method for electromagnetic radiation effect of glowing bridge wire type electric explosion device | |
| CN106168511A (en) | A kind of high tension cable connect-disconnect plug with temp sensing function | |
| CN104833419A (en) | 1-3 micrometer collimated light source radiation illumination measuring instrument | |
| RU178693U1 (en) | DEVICE FOR TESTING SYSTEMS INCLUDING ELECTRIC IGNITION DEVICE ON THE PROTECTION OF HAZARDOUS CIRCUITS FROM EXPOSURE TO ELECTROMAGNETIC FIELDS | |
| Maugh | Remote Spectrometry with Fiber Optics: The ability of quartz cables to carry an optical signal may engender the next revolution in spectrometry | |
| Piccolo et al. | Combined radiation and temperature effects on Brillouin scattering based sensing with ge-doped optical fibers | |
| RU2664763C1 (en) | Measurement system of induced currents in resistive elements of electroexplosive device (eed) | |
| Reddy et al. | FBG-based temperature sensor package | |
| JPS5858008B2 (en) | Laser power detection device | |
| CN114137446A (en) | Temperature sensitive magnetic field eliminating sensing device of FBG (fiber Bragg Grating) cascade optical fiber composite structure | |
| CN203132737U (en) | Novel power cable conductor temperature measuring sensor based on FBG (fiber Bragg grating) | |
| RU186811U1 (en) | DEVICE FOR TESTING SYSTEMS INCLUDING ELECTRIC IGNITION DEVICE ON THE PROTECTION OF HAZARDOUS CIRCUITS FROM EXPOSURE TO ELECTROMAGNETIC FIELDS |