SU1617310A1

SU1617310A1 - Волоконно-оптический пороговый датчик температуры

Info

Publication number: SU1617310A1
Application number: SU884459712A
Authority: SU
Inventors: Сергей Леонидович Галкин; Владимир Андреевич Пучков; Ирина Михайловна Самоукова; Рашид Шайхисламович Тухватулин; Наталья Львовна Урванцева; Роберт Васильевич Шишигин
Original assignee: Ленинградский Электротехнический Институт Связи Им.Проф.М.А.Бонч-Бруевича
Priority date: 1988-07-13
Filing date: 1988-07-13
Publication date: 1990-12-30

Abstract

Изобретение относитс к оптике, в частности к области измерени температуры с помощью оптических средств, и может быть использовано в системах дистанционного контрол . Цель изобретени - повышение чувствительности датчика. Повышение чувствительности датчика, содержащего источник излучени , входной волоконный световод, термочувствительный элемент, выходной волоконный световод, фотоприемник и схему регистрации, достигаетс выполнением термочувствительного элемента с оптимальным зазором, заполненным материалом, обладающим фазовым переходом в диапазоне чувствительности датчика ΔТ.Оптимальна величина зазора α определ етс достижением выражени ΔТ/[Τ_ж ^.(D)-R_к(D)^.√Τ_ж(D)+δ_к(D)]/2 минимального значени при данном значении D. Затем Τ_ж и Τ_к - функции пропускани термочувствительного элемента в жидком и в кристаллическом состо ни х соответственно. 1 ил.

Description

Изобретение относитс к оптике, а частности , к регистрации температуры с помощью оптических средств, и может быть использовано, например, в системах дистанционного контрол .

Цель изобретени - повыщение чувствительности датчика.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Источник 1 излучени оптически св зан с входным волоконным световодом 2. Между выходным торцом входного волоконного световода 2 и входным торцом выходного волоконного световода 3, установленными на рассто нии d друг от друга, определ емом из уравнени , представленного в формуле изобретени , помещаетс термочувствительный элемент 4 из материала, обладающего фазЬвым переходом в диапазоне чувствительности датчика. Термочувствительный материал полностью заполн ет.зазор между торцами волноводов. Выходной волокон- ный световод 3 оптически св зан с фотопри- емником 5, соединенным со схемой 6 регистрации. Может быть реализован и датчик отражательного типа. В этом случае величина зазора d, определ ема из приведенного уравнени , должна быть уменьшена в 2 раза.

Устройство работает следующим образом .

Излучение источника 1 излучени вводитс во входной волоконный световод 2 и далее поступает на термочувствительный элемент 4, представл ющий собой материал , испытывающий фазовый переход. При

XJ

u

температуре выше температуры фазового перехода термочувствительный материал i находитс в жидком изотропном состо ни;1 I и обладает высокой прозрачностью с функ- I цией пропускани Тж ( d )При температуре I ниже температуры фазового перехода тер- I мочувствительный материал элемента 4 находитс в кристаллическом состо нии с функцией пропускани Тк (d).

Переход из жидкого состо ни в кристаллическое сопровождаетс резким увеличением рассе ни и поглощени излучени в термочувствительном материале , что приводит к уменьшению доли оптической мощности, поступающей в выходной волоконный световод 3. Изменение оптической мощности на выходе выходного световода регистрируетс фотоприемником 5, сигнал которого поступает на схему 6 реги- ..

Дл достижени минимального порога чувствительности датчика зазор d между торцами волоконных световодов должен быть таким, чтобы при этом выражение

VrbTdl д -f- принимало минимальное значение,

1т W

Здесь в линейном приближении 5 г ... Тж ( d )-тк (d)

TTW;AT

где AT - температурный интервал фазового перехода термочувствительного материала , а функци Го (d) определ етс

rж(d)-Ьrк(d} выражением .

Волоконные световоды юстируютс и устанавливаютс так, чтобы толщина зазора между выходным торцом входного волоконного световода и входным торцом выходного волоконного световода была оптимальной и величина ее определ лась из уравнени , приведенного в формуле изобретени . В зазоре располагаетс термочувствительный элемент . В качестве термочувствительного элемента может использоватьс парафин {смесь предельных углеводородов СпН2п+2). Величина оптимального зазора в зтом случае получаетс примерно равной 140 мкм.

При практической реализации конструкции датчика фазовый переход парафина из кристаллического состо ни в жидкбе происходит в узком интервале температур 0,6°С при достижении температуры фазового перехода То-45°С. При этом функци пропускани датчика пороговым образом мен етс , и минимум порога чувствительности датчика по уровню дробового шума составл ет величину, равную 0,9 10 °С. Датчик может быть использован как датчик предельного нагрева на То 45°С. Может быть реализован также датчик, в качестве термочувствительного элемента которого

примен етс вода. Величина оптимального зазора составл ет дл датчика с таким термочувствительным элементом величину d 200 мкм. Функци пропускани в интервале температур шириной АТ 0,3°С резко уменьшаетс , и порог чувствительности такого датчика по уровню дробовых шумов равен 0,7..

Устройство может найти широкое применение как датчик обмерзани , например,

Claims

в лини х высоковольтных передач. Формула изобретени Волоконно-оптический пороговый датчик температуры, содержащий оптически св занные между собой источник излуче . ни , входной волоконный световод, термочувствительный элемент, выходной волоконный световод и фотоприемник с подключенной к его выходу схемой регистрации, причем термочувствительный элемент выполнен из материала, обладающего фазовым переходом в диапазоне чувствительности датчика и заполн ющего зазор между торцами входного и выходного волоконных световодов , отличающийс тем, что с целью

повышени чувствительности датчика, величина зазора d между торцами входного и выходного волоконных световодов, заполненного материалом термочувствительного элемента, выбрана из услови , что выражение

AT-V1/2 Tж(d)-ЬTк(d)/ (d)-rк(d)

имеет минимальное значение, где АТ - температурный интервал фазового перехода материала термочувствительного элемента rx(d)nTK(d)- функции пропускани материала термочувствительного элемента на

длине волны излучени источника при заполнении зазора размером d соответственно жидкой и кристаллической фазой материала.