Устройство для измерения температуры

(51)5 (э 01 К 11/12 Ф Фм ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ ИОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АНИЕ ИЗОБР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ 1(71) Научно-производственное обьединениеим. Коминтерна и.Ленин. градский электротехнический институт связи им. проф, М;А. Бонч- Бруевича(56) Авторское свидетельство СССР В 1352252, кл, 6 01 К 11/12, 1986.Вгепс 1 МСоп 1 огт 16., Ра 1 с 1 а 1 В.,М 1 дпап 1 А.О., ЯВедд 1 А.М. А ЯЬег-ор 11 с ип)регатцге .веаЗ 11 г 1 пд аррагат 1)з, - ЕЕОС/1 Ай/85, ат йе Ма 1 зоп без Сопдгез, 1985, 1 цпе, 21. 2(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ(57) Изобретение отйосится к термометрии. и позволяет повысить точность измерений . труднодоступных обьектов, Оптическое излучение с выхода источника 1 излучения, промодулированное модулятором 2, через оптический разветвитель. 3 поступает одновременно на чувствительный элемент 5, оптический фильтр 6 и фотодетектор 4. Сигналы с фотодетекторов 7 и 8 поступают на измеритель 9 временных интервалов. Измеритель 9 временных интервалов преобразует относительное временное полжение этих сигналов в код; несущий информациюоб измеряемой температуре, 2 ил,электромагнитных полях 10 30 40 45 фотодетектор, подключенный выходом к, кр Изобретение относится к технйке теплотехнических измерений и предназначено для измерения температуры а труднодоступных и удаленных местах, в сильных Известно устройство.для измерения физических величин, содержащее два источника света й блок питания источников света,волоконно-оптический датчик, спектр пропускания которого зависит от измеряемой физической величйны, четыре фотоприемника, два светофильтра, даа селектора сигналов, схемы отношений, два терморе,гулятооа, оегисто и даа сравнивающих устройства, Для сопряжения источника света 15 с фотоприемниками служат саетоделители. Недостатком этого устройства являетсянизкая точность измерения из-эа нестабильности излучения а оптйческом трактеволоконно-оптического датчика,Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является волоконно-оптическое устройство для изменения температуры, 25 содержащее источник излучения, к.входу которого подключен модулятор, а его выход через первый волоконный световод соединенс Одним из выводов оптического разветвителя, второй вывод которого соединен через второй волоконный светоаод с входом опорного фотодетектора, его третий вывод через третий светоаод соединен с чувствительным элементом, а четвертый вывод через четвертый световод - с входом сигнального фотодетектора и блоком электроннойобработки в виде. измерителявременных интервалов, к первому ивторому входам которого подключены соответстванно выходы опорного и сигнального фотодетекторов, а его . ыход соединен с индикаторным устройством. Недостатком известного устройства является низкая точность измерения температурй иэ-за вносимых неконтролируемых затуханий интенсивности излучения а световодном кабеле и разброса потерь в оптических разьемах, Существенно понижается точность измерения широкого диапазона температур в удаленных от электронного 50 блока точках, так как затухание в оптическом кабеле зависит от температуры окружающей среды.Цель изобретения - повышение точности измерения температуры. Укаэанная целЬ достигается тем; что вустройство для изМерения температуры введены последовательно соединенные светофильтр, пятый волоконный световод и третьему входу измерителя временных интервалов, и шестой волоконный световод,включенный между выходом чувствительного элемента и входом, сигнального фотодетектора, при этом светофильтр черезчетвертый волоконный световод подключенк четвертому выводу оптического разветви-.теля.Введение дополнительного фотодетек-,тора и светофильтра с независимой от температуры полосой пропускания позволяетизмерять сдвиг края полосы поглощениячувствительного элемента относительно полосы поглощения светофильтра, повышаяточность измерения температуры,На фиг,1 представлена схема предлагаемого волоконно-оптического устройства;на фиг,2 - временные диаграммы зависимостидлины волны от времени, поясняющие рабо-,ту устройства, Устройство содержитисточник 1 излучения, вход которого соединен с модулятором 2, Выход источника 1излучения через первый волоконный световод 51 соединен с входом оптиче:кого разветвителя 3. Выводы разветвителя 3 черезволоконные световоды 32-34 соединены со-,ответственно с опорным фотодетектором 4, .чувствительным элементом 5 и светофильтром 6, Вход сигнального фотодетектора 7соединен волоконным световодом Я 6 с вы- .ходом чувствительного элемента 5, а входфотодетектора 8 соединен волоконным световодом 55 со светофильтром б, фотодетекторы 4, 7 и 8 соединены с измерителем 9временных интервалоа, выход которого соединенс входом блока 10 индикации,Источник 1 излучения выполнен на перестраиваемом лазере, и оптическое излучение на его выходе модулируется по длиневолны, Закон модуляции может. быть пилообразным в диапазоне от 4 до 42,Модулятор 2 - это генератор периодического сигнала, модулирующий длину волныоптического излучения на выходе лазера по .заданному закону,Оптический разветвитель.З делит мощностьвыходного оптического излучениямежду тремя выходами с постоянными коэффициентами передачи, не зависимыми отдлины излучения. Излучение подводится иотводится от разветвителя 3 многомодовымволоконно-оптическим кабелем,Чувствительный элемент 5 построен наволоконно-оптическом кабеле, в разрыв которого помещена полупроводниковая пластинка, спектр пропускания которойзависит от температуры например, пластинка арсенида галлия). При изменениитемпературы сдвигается по длине волныай полосы поглощения полупроаоднико. на металлической подложке, которая прижата к контролируемой поверхности. На 5подложке световод кабеля размещается вЧ-образной канавке и крепится теплостойким клеем. Пластинка полупроводникарасполагается перпендикулярно оси оптического кабеля так, чтобыизлучение проходило из одного торца световода в другойчерез пластинку,Фотодетекторы 4, 7 и 8 могут бытьпостроены на р- п-фотодиодах с предварительными усилителями. Выходные электрические сигналы фотодетекторов пропорциональны интенсивности излучения и поступают на измеритель 9 временных интервалов,Блок 10 индикации выводит информацию о температуре в цифровой форме,, Устройство работает следующим образом,Оптическое излучение с выхода источника 1 излучения, промодулировэнное модулятором 2 пилообразно по длине волныот 4 до 12,через разветвитель 3 поступаетодновременно нэ чувствительный элемент5, оптический фильтр 6 и фотодетектор 4,Выходное излучение чувствительного элемента 5 и фильтра 6 дополнительно модулируется по амплитуде, так как края полоспоглощения элементов 5 и 6 размещаютсямежду длинами волн А 1 и А 2 и при изменении длины волны излучения 1 изменяются 35соответственно коэффициенты поглощенияэлементов 5 и 6, модулируя по амплитуде,выходное излучение;Электрические сигналы на выходах фотодетекторов 4, 7 и 8 пропорциональны 40амплитудам излучения на их входах. Временные диаграммы электрических сигналовфотодетекторов 7 и 8 повторяют форму иположение полос поглощения в областидлин волн чувствительного элемента 5 и 45фильтра 6 соответственно, Временное положение электрического сигнала на выходефотодетектора 7 зависит от температурычувствительного элемента 5, а сигнал на выходе фотодетектора 8 не изменяется от температурц. Относительное временное положение сигнэлоа нэ выходах элементов 7 и 8несет информацию о температуре чувствительного элемента 5, При изменении амплитуды или длины волны излучения лазера 55изменяются одновременно сигналы на выходах фотодетекторов 7 и 8 так, что относительное временное положение их не меняется;Опорный электрический сигнал на выходе фотодетектора 1 несет информацию о затухании в оптическом тракте и используется для компенсации дополйительной погрешности измерения.Сигнэлц с фотодетекторов 7 и 8 посту-, пают на измеритель 9 временных интервалов, который преобразует относительное временное положение этйх сигйалов в кодовую комбинацию цифровых. сигналов; несущих информацию о температуре, Цифровой сигнал поступает на блок 10 индикации, который выводит информацию о температуречувствительногоэлемента 5,Подбирая оптический фйльтр и чувствительный элемент с соответствующими наклонами спадов коэффициентов передачи в области края полосы поглощений Дф и Аэ), которые обратно пропорциональны интервалу длин волн ЛА и ЛЛ, где Ьчэ и ЛЦ - область длин волн, в пределах которой коэффициенты поглощения соответственно чувствительного элемента и фильтра линейно изменяются от 0 до 1, можно уменьшить ошибку иэмерейия температуры. В этом случае погрешность измерения; связанная с неконтролируемыми затуханиями интен-, сивности излучения в световодном кабеле и оптическом разветвителе, стремится к нулю,Формула изобретения Устройство для измерения температуры, содержащее последовательно соединенные модулятор, источник излучения; через первый волоконный светоаод соединенный с первым выводом оптического разветвителя, второй вывод которого подключен через второй волоконный световод и опорный фотодетектор к первому входу измерителя временных интервалов, соединенному выходом с входом блока ин- дикации, а вторым входом - с выходом сигнального фотодетектора, третий вывод оптического разветвителячерез третий волоконный световод подключен к чувствительному элементу, а его четвертый вывод соединен с четвертым аолоконньтм световодом, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены последовательно соединенные светофильтр, пятый волоконный световод и фотодетектор, подключенный выходом к третьему входу измерителя временных ин- тервалов, и шестой волоконный световод, включенный между выходом чувствительного элемента и входом сигнальногО фотодетектора, при этом светофильтр через четвертый волоконный световод подключен к четвертому выводу оптического разветвителя.1747949 Редактор А. ар Тираж Подписноесударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКН 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Про енно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 Заказ 2495 ВНИИПИ авите едМ ЯрыченталКорректор Н,Слобо