Волоконно-оптический датчик температуры

(71) Ужгородский государственный университет(57) Изобретение относится к термометриии позволяет увеличить чувствительность во. локонно-оптических датчиков температуры,которые могут быть использованы для дистанцио жимов Росола,Зарайск Изобретение относится к термометрии, вчастности к волоконно-оптическим датчикам (ВОД) температуры, и может быть использовано для дистанционного контроля температурных режимов различных объектов с большими геометрическими размерами, находящихся в условиях сильных электромагнитных полей, ионизирующих излучений и химически а: рессивных сред, а также в системах аварийной и противопожарной сигнализации.Известен ВОД температуры, содержащий источник излучения, световод и детектор излучения. Световод состоит из сердцевины и оболочки, Материалы сердцеСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТ И ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ С нного контроля температурных рераэличных обьектов в условиях воздействия сильных электромагнитных полей, ионизирующих излучений и химически агрессивных сред. Датчик содержит оптически связанные между собой источник ИК-излучения, фотоприемник и термочувствительное волокно, сердцевина и оболочка которого выполнены из халькогенидного стеклообразного полупроводника с разными по знаку температурными коэффициентами показателя преломления. Для получения нескольких пороговых значений температуры срабатывания датчика, при которых происходит резкое изменение его светопропускания, оболочка волокна выполняется многослойной с разными температурными зависимостями показателя преломления слоев. 1 з.п. ф-лы, 5 ил,вины и оболочки подобраны таким образом, что их показатели преломления изменяются с температурой по определенной закономерности. В качестве материалов для сердцевины и оболочки применяют обычные и специальные стекла (флинты на основе бария), кварцевые стекла, полимеры, жидкости. Передача излучения через световод имеет место лишь тогда, когда показатель преломления оболочки меньше показателя преломления сердцевины,К .недостаткам этого ВОД относятся трудность выбора материалов, обеспечивающих разность показателей преломления сердцевины и оболочки Ь и = 0,003, необхо 172145110 15 20 25 30 35 40 45 50 димую для осуществления светопроводящих свойств световодов, высокие пороговые температуры (Тс470 К), при которыхдостигается равенство показателей преломления оболочки и сердцевины, наличиежидкости в конструкции датчиков.Известен ВОД температуры, содержащий оптически связанные между собой источник излучения, фотоприемник итермочувствительное волокно с сердцевиной и оболочкой из материалов с пересекающимися монотонными температурнымизависимостями показателя преломления.К недостаткам этого ВОД относятся высокотемпературная технология полученияоптических волокон из кварцевого стекла,сложность подбора пар стекол для термочувствительного волокна и сравнительнонизкая чувствительность датчика (изменение разницы показателей преломления навеличину 3 10 достигается при изменениитемпературы на 300 К), работающего в температурной области выше 450 К, Применяемые оптические волокна прозрачны ввидимой части спектра,Целью изобретения является повь 1 шение чувствительности датчика,Цель достигается тем, что в ВОД температуры, содержащем оптически связанныемежду собой источник излучения, фотоприемник и термочувствительное волокно ссердцевиной и оболочкой из материалов спересекающимися монотонными температурными зависимостями показателяпреломления, сердцевина термочувствительного волокна выполнена иэ халькогенидного стеклообразного полупроводника(ХСП) с отрицательным температурным коэффициентом показателя преломления, аоболочка - из ХСП с положительным температурным коэффициентом показателя преломления..Оболочка термочувствительного волокна выполненамногослойной с различнымипо знаку температурными зависимостямипоказателя преломления слоев.На фиг. 1 однопороговый ВОД температуры, продольный разрез; на фиг. 2 - температурные зависимости показателейпреломления сердцевины (прямая 1) и оболочки (прямая 2) однопорогового ВОД температуры; на фиг. 3 - то же, материаловсердцевины и оболочки однопороговыхВОД температуры, где на а - сердцевина изстекла состава А 0,20 Яо,во, оболочка - из(А 823 з)0,29 (бе 52)о,т 1; на б - сердцевина изстекла состава Аз 255,. оболочка - из(Аз 23 з)0,42 (беБ 2)0,5 в; на в - сердцевина изстекла состава (Ав 2 Яз)о,во (Ав 1 з)0,20, оболочка- из Оео,20 Аво,14 30,04 Яеолв 10,11: на фиг, 4 -адвухпороговый ВОД температуры, продольный разрез; на фиг, 5 - температурные зависимости показателей преломлениясердцевины (прямая 3) и оболочек (прямые4, 5) двухпорогового ВОД температуры. Предлагаемый однопороговый .ВОДтемпературы (фиг, 1) состоит из источника 1 излучения, ИК-фотоприемника 2 и термочувствительного элемента, включающего в себя сердцевину 3 из стекла состава Аво,25 50 т 5 с показателем преломления и на которую нанесена светоотражающая оболочка 4 из стекла состава Оео,20 Азо,14 Яо,за Оео,1 в 10,14 с показателем преломления п 2, а затем - светоотражающая оболочка 5 из ХСП с высоким уровнем оптических потерь и защитное полимерное покрытие 6. Показатели преломления сердцевины и оболочки изменяются с. изменением температуры (фиг. 2) и при Т=Т,=330 К выравниваются (п 1== п 2), Излучение достигает сильнопоглощающей оболочки и светопроводящие свойства волокна нарушаются. На фиг, 3 (а, б, в) приведены также примеры пар материалов для ВОД температуры с значениями порога срабатывания Тс=350 К, ТС=370 К, Тс=390 КПредлагаемый двухпороговый ВОД температуры (фиг. 4) состоит из источника 1 излучения, апертурной диафрагмы 7, термочувствительного волокна, оптического разветвителя 8, фотоприемников 2 и микропроцессора 9, Термочувствительный элемент включает сердцевину 10 из ХСП состава Азо 27 50,7 з, на которую в два слоя нанесены светоотражэющие оболочки 11 и 12 из стекол составов (Ав 2 Яз)0,42 (бе 52)о 5 в и Аз 25 в соответственно. На оболочку 12 нанесена светоотражающая оболочка 13, а затем - защитное полимерное покрытие 14,Двухпороговый ВОД температуры работает следующим образом.Излучение от источника 1 через апертурную диафрагму 7 в пределах апертурного угла волокна попадает в сердцевину 10, Торцовая засветка оболочек 11 и 12 исключается, При Т Тс 1 (фиг. 5) сердцевина канализирует излучение через разветвитель нэ один из фотоприемников 2. При Т=Тс 1 показатели преломления сердцевины 10 (пз) и оболочки 11 (п 4) выравниваются и излучение проникает в оболочку 12. После отражения от покрытия 13 излучение перераспределяется определенным образом между сердцевиной и оболочками, Излучения каждой оболочки и сердцевины через разветвитель 8 попадают на соответствующие фотоприемники,При дальнейшем увеличении температуры показатели преломления сердцевины (пз) и оболочки 12 (п 5) монотонно уменьша1721451 2,1 ЗСО Т,К ются, а показатель преломления оболочки 11(па) увеличивается. При Т=Тс 2 происходит новое перераспределение излучения между сердцевиной и оболочками, а дальнейшее повышение температуры приводит к локализации излучения в оболочке 12 (п 4пьпз). В результате микропроцессор посредством системы фотоприемников зарегистрирует соответствующее распределение энергии излучения. По такому принципу возможно также построение многопороговых ВОД температуры из ХСП.Предлагаемые ВОД температуры могут применяться в труднодоступных и опасных для жизни местах, в условиях СВЧ полей и ионизирующих излучений. Формула изобретения 1, Волоконно-оптический датчик температуры, содержащий оптически связанные между собой источник излучения, фотоприемник и термочувствительное волокно с сердцевиной и оболочкой из материалов с 5 пересекающимися монотонными температурными зависимостями показателя преломления, о т л и ч а ю щи й с я тем, что, с целью повышения чувствительности, сердцевина термочувствительного волокна вы полнена из халькогенидногостеклообразного полупроводника с отрицательным температурным коэффициентом показателя преломления, а оболочка - из халькогенидного стеклообразного полупро водника с положительным температурнымкоэффициентом показателя преломления.2. Датчик по п. 1, отл ич а ю щи йс ятем, что оболочка термочувствительного волокна выполнена многослойной с различ ными температурными зависимостямипоказателя преломления слоев,