Устройство для измерения температуры

СОВХОЗ СОВГТСКИХ СОЦИДЛИ ТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК;з)з Л 0 К 11/20 ГОСУДАРСТЙБ; П Ый КОМИТБТПО ИЗОБРБТБНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯС6 д1 вОР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Гасударственный институт прикладной оптики(56) 1, Заявка ФРГ М. 3202089,кл. С 01 1 5/58., 1983.2, Греттан, Селли, Палмер, Волоконнооптический гермометр на основе измренля времени высвечлвания рубина, Приборы рля научн Гх исследований, М 8, 1988, с, 61. Изобретение относо тся к области измерения температуры, в частности к термометрам, действие которых основано на эффекте флуоресценции, и может быть использовано в биомедицинских измерениях.Известен волоконно-аптический температурный датчик (11, содержащий излучающий светодиод, флуоресцирующий элемент, фотоприемник, времязадающую цепь и усилитель, образуюшие автогенератор, Частота самовозбуждения данного авто- генератора является функцией температуры, так как флуоресцирующий элемент, создающий вторичное излучение флуоресценции и установленный в цепл обратной связи генератора, увеличивает фазовую задержку сигнала за счет конечной величины времени спада флуоресценции, являющейся функцией температуры.Основным недостатком вышеуказанного устройства является невысокая точность измерения температуры, связанная с наличием составляющей погрешности, обусловленной неконтролируемым изменением 5 О 176 О 378 А 1(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ(57) Использование: термометрия, Сущность изобретения: устройство содеажит флуоресцентный термочувствительный элемент 1, дихроичное зеркало 2, фотоприемник 3, усилитель 4, фазовый детектор 5, блок 6 вычитания, регистратор 7, источники 8,9 излучения, задающий генератор 10, таймер 11, коммутатор 12, запоминающее устройства 13, 1 ил. фазовой задержки в элементах устройства (фотоприемник, времязадаюшая цег,ь, усилитель) при изменении температуры окружающей среды и за счет старения электрорадиоэлементов.Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является волоконно-оптический термометр (2), содержащий задающий генератор на базе кварцевого генератора, счетчика и фильтра нижних частот (ФНЧ), светодиод со светофильтром для пропускания зеленого света, флуоресцирующий чувствительный элемент на основе кристалла рубина, детек тор, узкополосный светофильтр для прапускания красного света, усилитель, фазовый детектор на базе логического элемента ИС КЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и регистратор на базе микропроцессорной системьсОсновным недостатком устройства- прототипа является невысокая точность измерения температуры из-за наличия неконтролируемой составляющей пагоешности, связанной с изменением фазавай за 17603785 10 20 25 70 основе светодиода зеленого света оптически связан через дихроичное зеркало 2 с ФТЭ 1, второй источник 9 излучения,аналогичныи первому, оптически связан через дихроичное зеркало 2 с фотоприемником 3, причем дихроичное зеркало отражает зеленый свет и пропускает красный свет, Кроме того, устройство содеркит задающий генератор 10, подключснный к второму входу фазового детектора 5, а также к входам таймера 11, выполненного, например, в виде 50 деркки в элементах устройства (ФНЧ, детектор, усилитель) при изменении темпера 1 чры окружающей среды и за счет с: рения зле ктрорадиоэлементов,Целью изобретения является повышение точности измерения.Цель достигается тем, что в устройство для измерения температуры, содержащее флуоресцентный термочувствительный элемент, с которым оптически связаны первый источник излучения и фотоприемник, через усилитель подключенный к первому входуфазового детектора,. к второму входу которого подключен выход генератора, и регистратор, введены второй источник излучения, идентичный первому, дихроичное зеркало, установленное под углом 45 к оси, на которой по обе стороны от него размещены источники излучения, при этом флуоресцентныйтермочувствительный элемент и фотоприемник установлены по обе стороны дихроичнс. го зеркала на другой оси, перпендикулярной первой, коммутатор, подключенный выходами к источникам излучения, таймер, запоминающее устройство и блок вычитания, выходом подключенный к регистратору, причем выход фазового детектора подключен к первым входам блока вычитания и запоминающаго устройства, выходом соединенного с вторым входом блока вычитания, выход таймера подключен к второму входу эапо,".;инающего устройства и первому входукоммутатора, а ега вход - к выходу генератора, подключенному к второму входу коммутатора,На чертеже представлена структурнаясхема устройства для измерения температуры,Устройство для измерения температуры содержит последовательно установленные по ходу излучения флуоресцентныйтермочувствительный элемент (ФТЭ) 1, . выполненный, например, из рубина, дихроичное зеркало 2 и фотоприемник 3, подключенный через усилитель 4 к фаэовомудетектору 5, выход которого через блок 6вычитания, выполненный на базе операци-.онного усилителя, подключен к регистратору 7, Первый источник 8 излучения на счетчика с дешифратором, и коммутатора12, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму источникам 8 и 9 излучения, Выходтаймера 11 соединен с управляющими входами коммутатора 12 и запоминающего устройства 13, вход которого соединен свыходом фазового детектора 5, а выход подключен к второму входа блока 6 вычитания,Дихроичное зеокало 2 установлено под углом 45 к двум взаимно перпендикулярнымоосям, на которых попарно установленыОТЭ 1 и фотоприемник 3 и соответственнооба источника 8, 9 излучения,Устройство для измерения температурыработает в двух режимах; рабочем и калибровочном, Оба режима периодически следуют друг за другом, причем периодследования и длительность каждого из нихзадаются с помощью таймера 11, формирующего" временные интергаль из опорнойчастоты задающего генератора 10,В режиме калибровки таймер 11 вырабатывает управляющий импульс, поступающий на управляющие. входы коммутатора 12и запоминающего устройства 13. Коммутатор 12 подключает второй источник 9 излучения к задающему генератору 10, при этомисточник 9 излучения формирует излучениена длине волны зеленого света с интенсивность 1 о, модулированной на частоте задающего генератора 10.Этр излучение, отразившись от дихроичного зеркала 2. принимается и преобразуется в электрический сигналфотоприемником 3, усиливается усилителем 4 и подается на вход фазового детектора Б, на второй вход котооого поступаетопорньй сигнал с задающего генератора 10,На выходе фазового детектора 5 формируется электрический сигнал, пропорциональный разности фаз или, другими словами,пропооциональный суммарной фазовой(временной) эадеркке в цепях коммутатора12, источника 9 излучения, фотоприемника3 и усилителя 4. Под действием управляющего сигнала с таймера 11 значение фазовойзадержки записывается в запоминающее устройство 13В рабочем режиме управляющий сигнал на выходе таймера 11 меняет свое значение, в результате чего запоминающееустройство 13 переходит а режим хранения, а коммутатор 12 подключает к задающему генератору 10 источник 8 излучения,который аналогичен источнику 9,Промодулированное излучение зеленого света, отразившись от рабочей поверхности дихпоичного зеркала 2, поступает наФТЭ 1, СТЭ 1 является оптическим датчи 1760378ком температуры, принцип действия которого основан на использованил температурной зависимости времени высвечивания флуоресценции рубина 21, Время высвечивания флусресценции рубина является конечнол величиной и псиводит к всеменной (фазовсй) задержке распространен ля модулированного излучения в предлагаемом устройстве, т,е, вторичное излучечие рубина (красныЙ свет) является сдвинутым во времени относительно возбуждающего излучения зеленый свет).Вторичное промодлирсваннсе излучение красный свет) через дихроичнсе зеркало 2 направляется на фотоприемник 3. Часть отраженного от ФТЭ 1 первичного излучения (зеленый свет), нсвступившая во взаимодействие с ФТЭ 1, будет стракена дихроичным зеркалом 2 в сторону источника 8 излучения и не поступит на фотоприемник 3,Электрический сигнал, соответствующий вторичному излучению ФТЭ , с выхода фотоприемника 3 через усилитель 4 посту- паст на вход фазового детектора 5, на второй вход кстсрсгс пссгупает Опорный сигнал с задающего генератора 10, На выходе фазового детектора 5 формируется элек 1 ричесхий сигнал, пропорциональный сумме фазовых задержек: инструментальной фазовой задер кки сигнала о цепях коммутатора 12, источника 8 излучения, фотоприемника 3 и усилителя 4, а также рабочей фазовой задержки ФТЗ 1 времени высвечивания флуоресценции рубина), Указанный сигнал поступает на первый вход блока б вычитания, на второй вход которого подается сигнал, пропорциональный инструментальной фазовой задержке, полученный в режиме калибровки и хранящийся в запоминающем устройстве 13.В результате вычитания на выходе блока б вычитания формируется сигнал, пропорциональный рабочей фазовой задержке, которая, в своо очередь, является функцией температуры ФТЭ 1, Указанный сигнал фиксируется на регистраторе 7, шкала которого проградуирована в зна .е иях температурьь 5 ",0 15 20 25 3 40 45 Таким образом, эа счет введения в устройство для измерения температуры второго источника излучения, дихрсичного зеркала, коммутатора, блока вычитания, запоминающего устройства и таймера, путем периодически проводимой автокалибровхи термометра по второмуспорному) и точнику излучения производися автоматическая компенсация той составляющей инструментальной погрешности устройства, которая зависит от изменения фазовой задержки в цепях коммутатора, источника излучения, фотоприемника, усилителя при изменении температуры окружающей среды и старении элементов, что приводит к повышению точности измерения.Формула изобретения Устройство для измерения температуры, содержащее флуоресцентный термочувствительный элемент, с которым оптически связаны первый источник излучения и фото- приемник, через усилитель подключенный к первому входу фазового детектора, к второму входу которого подключен выход генератооа, и регистратор, отл и ча ю щее с я тем, что, с целью повышения точности измерения. в него введены второй источник излучения, идентичный первому, дихроичное зеркало, установленное под углом 45 к оси, на которой по обе стороны ст негоразмещены источники излучеиля, при этом флуоресцентныЙ термочувствительный элемент и фотоприемник установлены по обе сторонь; дихроичкого зеркала на оси, перпендикулярной оси, на которой размещены источники излучения, коммутатор, подклсченный своими выходами к источникам излучения, таймер, запоминающее устролствс и блок вычитания, выходом подключенный к регистратору, причем выход фазового детектора подключен к первым входам блока вычитания и запоминающего устройства, выходом соедлненного с вторым входом блока вычитания, выход таймера подключен к второму входу запоминагсщего устройства и первому входу коммутатора, а его вход - к выходу генератора, подключенного к втор"- му входу коммутатора.17 б 0378 дактор Производственно-издательский комбинат "Патент"., г, Ужгород, ул, Гагарина, 101 и аказ 3180 ВНИИПИ Гасу ставитель А,Мишагинхред М,Моргентал Корректор Н,Король Тираж Подписноествен ного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5