SU1659744A1 - Цифровой термометр - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерению температуры контактными методами и позвол ет снизить энергопотребление В цифровом термометре выполнен герметичный капилл р в виде двух цилиндрических линз, обращенных плоскими сторонами друг к другу и соединенных между собой непрозрачными пластинами, выххэдные торцы осветительных световодов расположены на передней фокальной плоскости первой цилиндрической линзы, а входные торцы приемных световодов - на задней фокальной пгоскости второй цилиндрической линзы 3 ип

Description

Изобретение относитс  к измерению температуры контактными методами, а именно к цифровым термометрам, примен емым в автоматике, приборостроении, вычислительной и измерительной технике, и может использоватьс  как визуальный термометр с цифровой индикацией результатов измерений.

Цель изобретени  - снижение энергопотреблени .

На фиг. 1 изображена конструкци  капилл ра с баллоном; на фиг 2 - функциональна  схема цифрового термометра; на фиг, 3 оптическа  система, использованна  в термометре.

Цифровой термометр содержит заполненный контрастирующей термочувствительной жидкостью герметичный баллон с прозрачным капилл ром, выполненным в виде двух цилиндрических линз 1 и 2, обращенных плоскими сторонами друг к другу и соединенных между собой двум  непрозрачными пластинами 3, схемы регистрации, расположенные по разные стороны от капилтооа и оптически сопр женные с ним nocooACT oM осветительных 4 и приемных 5 СВРТоводов источник света 6 и Фотоприемную матрицу 7, выходные торцы 8 осветительных световодов 4 расположены вдоль стенки капилл ра на передней фокальной плоскости первой цилиндрической линзы 1 равномерно и примыкаютдругкдругу, входные торцы 9 приемных световодов 5 уложены вдоль противоположной стенки капилл ра на задней фокальной плоскости второй цилиндрической линзы 2 и примыкают друг к другу с шагом, определ емым по закону обратной нелинейной характеристики термочувствительной жидкости.

При нижнем пределе измерени  цифрового термометра световой поток от источника света 6 последовательно проходит по осветительным световодам 4, на их выход- Ht X торцах 8, раздел  сь по длине капилл ра на число потоков, равных числу осветительных световодов 4, затем первую цилиндрическую линз/ 1, контролируемый столб термочуствительной жидкости и даЧ ч

Ј

Ј

лее параллельный поток света, пройд  через вторую цилиндрическую линзу 2, воспринимаетс  определенным образом уложенными входными торцами 9 приемных световодов 5, которые, в свою очередь, выходными торцами оптичесХи сопр жены ф соответствующими фоточувствительными Элементами фотоприемной матрицы 7. По (величине сигналов каждого элемента фотоприемной матрицы 7 схема регистрации выдает информацию об уровне термочувствительной жидкости в капилл ре.

По мере повышени  температуры контролируемой среды входные торцы 9 приемных световодов 5 последовательно оказываютс  затемненными термочувствительной жидкостью в капил ре(световой поток от осветительных световодов 4 проникает через первую цилиндрическую линзу 1 в термочувствительную жидкость, где происходит полное поглощение и уменьшение интенсивности светового потока , поступающего во входные торцы 9).

Втора  цилиндрическа  линза 2,действу  как оптический элемент, преобразует параллельный световой пучок от первой цилиндрической линзы 1 в световой пучок с цилиндрическим волновым фронтом, и сформированный световой пучок поступает перпендикул рно к входным торцам приемных световодов 5. Благодар  этому исключаютс  рассеивающие свойства капилл ра, а концентрирующие и фокусирующие свойства конструкции капилл ра станов тс  наиболее резкими.

Это значительно увеличивает надежность и точность дискретного измерени  уровн . Кроме того, такое расположение первой и второй цилиндрических линз относительно выходных 8 и входных 9 торцов световодов обеспечивает значительное поглощение рассе нного в термочувствительную жидкость светового потока и тем самым существенно повышают точность и надежность регистрации изменени  температуры, исключа  вли ни  рассе нных в термочувствительную жидкость световых потоков на работу соседних торцов 9 приемных световодов 5. Благодар  конструкции можно определ ть уровень термочувствительной жидкости в капилл ре в случае воздействи  флуктуационных помех в оптическом тракте цифрового термометра, тем самым повысить стабильность работы устройства. Повышение точности и надежности регистрации изменени  температуры достигаетс  благодар  тому, что на входных торцах 9 приемных световодов 5 получаетс  четкое неразмытое изображение уровн  термочувствительной жидкости в капилл ре , поскольку результат измерени  меньше зависит от неравномерности энергии в пучке за второй цилиндрической линзой.

На фиг. 3 показана схема хода лучей в

цифровом термометре, где S - плоскость, в которой наход тс  выходные торцы 8 осветительных световодов 4; 1 - перва  цилиндрическа  линза, 2 - втора  цилиндрическа  линза, Si - плоскость, на которую проециру0 етс  изображение столба термочувствительной жидкости, она же соответствует рабочей плоскости входных торцов 9 приемных световодов 5.

Дл  примера пусть в плоскости S распо5 ложена свет ща с  полоска АВ. Так как светова  полоска образована соответствующими выходными торцами 8 световодов 4, имеющих заданную апертуру излучени , то светораспределение в световой плоскости

0 будет иметь своеобразный неравномерный характер (светораспределение неравномерное по площади и размыто по кра м). Перва  цилиндрическа  линза 1 преобразует световую полоску IABI в пропорциональный

5 параллельный пучок света, который с помощью второй цилиндрической линзы 2 проецируетс  на рабочую поверхность входных торцов 9 приемных световодов 5 в виде сфокусированного узкого светового

0 потока А1 В V с четкими корн ми и границами . Кроме того, благодар  конструкции капилл ра и укладки световодов светова  мощность в полоске IABI с минимальными потер ми (фокусирующа  цилиндрическа 

5 линза) параллельно освещает уровень термочувствительной жидкости, а втора  цилиндрическа  линза 2 собирает и фокусирует в плоскость Si прошедший через капилл р световой поток в световую по0 лоску А 1 В 1,

Капилл р предназначен дл  уменьшени  угла расхождени  пучков лучей, выход щих из выходных торцов 8 световодов 4 и дл  формировани  пучка лучей а малым уг5 лом расхождени  (колимаци ); дл  удалени  от выходных торцов 8 места фокусировки и сканировани  излучени  и превращени  уровн  термочувствительной жидкости в линию достаточно малых размеров (фокуси0 ровка).

Цифровой термометр имеет простую конструкцию и обеспечивает повышение точности измерени  за счет того, что измер емый световой поток излучени  (световой

5 поток, регистрирующий уровень термочувствительной жидкости) после центровки и фокусировки попадает нормально на входные торцы 9 приемных световодов 5 независимо от величины уровн  термочувствительной жидкости. Конструкци  уменьшает световой

поток, приход щий на входные торцы от соседних источников света и тем самым повышает помехоустойчивость и позвол ет разместить в каждом р ду большее количество источников и приемников, устанавлива  их с меньшим шагом, что приводит к повышению точности

Измерительна  часть термометра малогабаритна , что позвол ет использовать устройство дл  измерени  температуры труднодоступных объектов, а выполнение всей измерительной части термометра из материалов (кварц, стекло и т. п.), стойких к воздействию агрессивных сред (кислота, щелочи и т. д.), позвол ет использовать устройство в химической промышленности.

Цифровой термометр выполн етс  диэлектрическим , поэтому на его показание не вли ют электрические, электромагнитные и СВЧ-пол .

В цифровом термометре дл  бо ее надежного оптического соединени  (с большим КПД) и дл  согласовани  узла (выходные торцы осветительных световодов - капилл р - входные торцы приемных световодов) заполн етс  эмирционной жидкостью пространство между световодами и капилл ром, что позвол ет уменьшить фре- неловские потери на торцах световодов и тем самым повысить КПД цифрового термометра и выбрать источник света устройства более маломощным

Таким образом, конструкци  термометра сочетает в себе преимущества жесткого оптического соединени  световодов и оптического квантовани  уровн  термочувствительной жидкости с помощью волоконных

0

световодов, благодар  чему устран етс  вли ние неравномерностей освещени  уровн  термочувствительной жидкости с помощью дискретно уложенных световодов, вли ние рассеивающих свойств капилл ра

Все это приводит к повышению конструкционной способности цифрового термометра , повышению его чувствительности и в конечном счете к повышению эффективности оптического анализа

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Цифровой термометр, содержащий заполненный контрастирующей термочувствитальной жидкостью герметичный прозрачный капилл р с баллоном, схему регистрации и расположенные по разные сто- роны от капилл ра и оптически сопр женные с ним посредством осветительных и приемных световодов источник света и фотоприемную матрицу, при этом входные торцы приемных и выходные торцы осветительных световодов уложены вдоль стенки капилл ра, отличающийс  тем,

   что, с целью снижени  энергопотреблени  противоположные стенки герметичного капилл ра выполнены соответственно в виде двух цилиндрических линз, обращенных плоскими сторонами одна к другой, и двух

   непрозрачных пластин соедин ющих цилиндрические линзы между собой причем выходные торцы осветительных световодов расположены на передней фокальной плоскости первой цилиндрической линзы, а

   входные торцы приемных световодов - на задней фокальной плоскости второй цилиндрической линзы

   Фаг./

   моекдапь S

   li .

   (риг 2