SU1425473A1 - Датчик температуры - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к термометрии. Цель изобретени  - увеличение чувствительности датчика температуры при одновременном расширении области его использовани . Оптическое излучение от оптического излучател  через оптический ответ- витель поступает в волоконный световод. Скошенный конец световода покрыт слоем люминофора, показатель преломлени  которого зависит от температуры окружаюш.ей среды. 1 ил.

Description

4i 1С СП СО

Изобретение относитс  к области технологических измерений и может быть использовано дл  сигнализации о достижении заданного порогового значени  температуры контролируемой среды на объектах, св занных с переработкой, хранением и транспортировкой веществ и материалов.

Цель изобретени  - увеличение чувствительности датчика температуры при одновременном расширении области его использовани .

На чертеже приведена оптическа  схема датчика.

Датчик температуры содержит оптический излучатель 1, фотоприемник 2, волоконный световод 3 с размещенным в контролируемой среде 4 скощенным выходным торцом 5, на внещнюю поверхность которого нанесено оптически прозрачное покрытие , выполненное из люминофора 6, показатель преломлени  которого зависит от температуры, оптический ответвитель 7, отражатель 8, оптический фильтр 9.

Оптический ответвитель 7 установлен ;между входным торцом волоконного свето- вода 3, фотоприемником 2 и излучате- ;лем 1. Внещн   поверхность люминофора 6 :0бращена к отражающей поверхности отра- жател  8. Фотоприемник 2 снабжен опти- ческим фильтром 9.

: Люминофор 6 предназначен дл  возбуждени  оптического излучени  с длиной вол- :НЫ А,2, отличающейс  от длины волны lA, излучател  1.

Оптический ответвитель 7 представл ет собой пр моугольную призму, выполненную из двух совмещенных гран ми треугольных призм, при этом на одну из совмещенных граней нанесена полуотражающа  пленка |алюмини , что обеспечивает передачу излу- чател  от излучател  1 на входной торец :световода 3 и прием обратно направлен- ;ного излучени  от выходного торца 5 иа фотоприемник 2.

Отражатель 8 предназначен дл  передачи возбужденного излучени  люминофора б через торец 5 в световод 3. В качестве отражател  5 может быть использована, например, напыленна  в вакууме на люминофор 6 пленка алюмини , серебра, золота или меди.

Оптический фильтр 9 предназначен дл  пропускани  возбужденного излучени  люминофора 6 с длиной волны А,2 и ослаблени  излучени  излучател  1 с длиной волны К.

Выходной торец 5 световода 3 скощен под углом ф, величина которого определ етс  из соотнощени 

Ф агс5т-й,

где П1 - показатель преломлени  люминофора 6;

пг - показатель преломлени  материала сердцевины световода 3.

0

5

0

5

0

5

0

5

Угол скоса ф между оптической осью световода 3 н нормалью к поверхности выходного торца 5  вл етс  критическим углом полного отражени  дл  данного лю-i минофора 6 при заданной пороговой температуре .

Датчик работает следующим дбразом.

Оптическое излучение с длиной волны Х| от оптического излучател  через оптический ответвитель 7 поступает в волоконный световод 3 и достигает скошенного торца 5, покрытого слоем люминофора 6, показатель преломлени  которого зависит от температуры окружающей среды 4.

Если температура окружающей среды, а следовательно, и люминофора выще заданного порогового значени , все лучи, достигающие скощенного торца, попадают на границу раздела торец - люмино- форное покрытие под углом, превышающим критический угол полного внутреннего отражени , поэтому все лучи испытывают полное внутреннее отражение и ни один луч не выходит через выходной торец, т. е. не попадает на люмино фор, при этом все отраженные от выходного тарца лучи имеют длину волны A.i и поступают через световод и ответвитель на оптический фильтр, который не пропускает излучение с длиной волны Ki на фотоприемник , выходной электрический сигнал которого отсутствует.

Если температура окружающей среды измен етс , например уменьщаетс , то измен етс  показатель преломлени  люминофора . Уменьщеаие температуры приводит к увеличению показател  преломлени  люминофора . Такое увеличение показател  преломлени  измен ет величину угла полного внутреннего отражени . При достижении температурой внешней среды и оптически прозрачного покрыти , выполненного из люминофора , заданного порогового значени  лучи попадают на границу раздела свето- водный торец - люминофор под критическим углом полного внутреннего отражени , при этом преломленные лучи, попада  в люминофор, возбуждают его. Возбуждение люминофора сопровождаетс  излучением света С длиной волны 2, характерной дл  данного люминофора. Таким образом, длина волны потока излучени  от оптического излучател  отлична от длины волны возбужденного излучени  люминофора 6.

Часть возбужденного излучени  попадает через торец в световод, а часть отражаетс  от отражател  и также попадает в световод. Возбужденное излучение люминофора передаетс  на ответвитель и дальше через светофильтр поступает на фотоприемник , вырабатывающий выходной электрический сигнал, который может быть использован дл  включени  тревожной сигнализации о достижении контролируемым параметром порогового (критического) значени .

Дл  обеспечени  работы минимум спектральной характеристики излучени  оптического излучател  должен совпадать с максимумом спектра возбуждени  используемого люминофора.

Спектральные характеристики фотоприемника и фильтра должны быть согласованы со спектром возбужденного излучени  люминофора .

В датчике температуры световой поток излучател  не проходит через контролируемую среду, что позвол ет значительно повысить чувствительность датчика при его работе в поглощающих, рассеивающих средах , содержащих посторонние включени  или добавки поверхностно-активных веществ .

Датчик температуры в отличие от известного не- требует использовани  двух световодов и их точной взаимной юстировки , что снижает трудоемкость изготовлений датчика.

Отсутствие контакта контролируемой среды с термочувствительным люминофорным покрытием позвол ет исользовать датчик

дл  работы в агрессивных средах, что расшир ет область его использовани .

Кроме того, использование спектрального преобразовани  оптических сигналов позвол ет исключить вли ние перекрестных оптических помех между потоком излучател  и потоком излучени  возбужденного люминофорного покрыти , что также позвол ет повысить чувствительность датчика.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Датчик температуры, содержащий последовательно расположенные оптический излучатель , оптический ответвитель, световод,

   5 термочувствительный элемент с отражающим покрытием на одной стороне, к другой стороне которого подсоединен световод, и фотоприемник , отличающийс  тем, что, с целью повышени  чувствительности датчика, термочувствительный элемент выполнен в виде

   0 скошенного торца одножильного световода, на поверхность которого нанесено люмино- форное покрытие, а фотоприемник снабжен оптическим фильтром пропускани  возбужденного излучени  люминофорного покрыти .