Волоконно-оптический датчик температуры

Волоконно-оптический датчик температуры

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Эта заявка претендует на приоритет по предварительной заявке на патент США № 60/875719, поданной 19 декабря 2006 года, и заявке на патент США № 11/978538, поданной 29 октября 2007 года, которые включены в данное описание путем ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к области измерения температуры, в частности к способу и устройству для измерения температуры, использующим волоконно-оптические датчики температуры, например, в электромагнитном и/или электрическом оборудовании и в промышленных машинах.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Измерение и контроль температуры в электрических машинах (например, генераторах, двигателях, трансформаторах и им подобных) часто требует специальных предосторожностей из-за присутствия электромагнитных полей и/или механических вибраций. В частности, следует избегать присутствия металлических или проводящих частей в конструкции измеряющей температуру головки, которая находится внутри или поблизости от таких машин, в особенности, когда контролируется температура стержней статора генераторов и/или двигателей или температура обмоток трансформаторов. Также металлические или проводящие компоненты могут, изменяя путь электрического поля, создавать частичные разряды.

Кроме того, для контроля температуры в таком электромагнитном оборудовании требуются датчики, являющиеся достоверными в течение длительного периода времени, чтобы избежать любых ложных сигналов тревоги, которые могут быть дорогостоящими. Также эти температурные датчики должны быть прочными и вибростойкими, так как часто предполагается работа таких датчиков в условиях вибраций.

В таких применениях измеряемая температура обычно менее 200°C. Так как часто бывает необходимо разместить многочисленные датчики в различных частях машины, то затраты на контроль, такие как затраты на установку, измерение, техническое обслуживание и ремонт, должны быть минимизированы и такие датчики должны быть настолько малыми и создающими минимальные помехи работе оборудования, насколько возможно.

Датчики температуры, использующие волоконную оптику, могут преобразовывать изменения температуры в изменения света, которые могут быть проанализированы фотоэлектрическими и/или электронными средствами вдали от измерительной головки и от электромагнитного окружения. Ниже описаны примеры известных датчиков температуры, использующих волоконную оптику.

Патент США № 5031987, принадлежащий Norling, который включен в данное описание путем ссылки, описывает оптический преобразователь, находящийся перед скошенным концом единого излучающего и принимающего свет оптического волокна так, что любое перемещение преобразователя (из-за изменения температуры или давления) изменяет свет, отраженный обратно на оптическое волокно. Для того чтобы уменьшить чувствительность системы к ударному воздействию и вибрациям, Norling предлагает использовать магнитно фиксированную биметаллическую тепловую пластинку как чувствительный элемент и магнит, находящийся в контакте с одним концом чувствительного элемента. В действии, биметаллическая пластинка реагирует, в зависимости от температуры, на магнитные интенсивности притяжения, создаваемые магнитном.

Патент США № 5295206, принадлежащий Mishenko, который включен в данное описание путем ссылки, описывает датчик температуры для тела человека, в котором маленький воздушный промежуток увеличивается или уменьшается из-за относительного растяжения или сокращения термочувствительного стержня, установленного внутри металлического цилиндра, имеющего другой коэффициент теплового расширения. Отражающая поверхность на одном конце стержня отражает падающий свет, излучаемый через оптическое волокно, на параллельное и близко расположенное оптическое волокно, принимающее свет. Изменение принимаемого отраженного света соответствует изменению температуры. Однако представлено мало подробностей о точном пути, по которому отраженный свет достигает принимающего оптического волокна. Конкретно, в волоконно-оптических датчиках непренебрежимое количество отраженного света может перемещаться по всему воздушному объему, разделяющему излучающее и принимающее волокна, и может быть причиной больших «шумов», влияя таким образом на чувствительность к изменениям температуры и на воспроизводимость измерений температуры. Более того, движение оптических волокон может быть причиной невоспроизводимости измерений. Кроме того, должно быть обеспечено минимальное боковое трение стержня в течение длительного периода времени и в условиях любых температур и вибраций, что может потребовать высокой механической точности и затрат на точную настройку.

Патент США № 5870511, принадлежащий Sawatari, который включен в данное описание путем ссылки, использует принцип изменяющегося воздушного промежутка, подобный использованному в патенте США № 5295206, принадлежащем Mishenko. В патенте, принадлежащем Sawatari, измерительная головка датчика включает корпус датчика, присоединенный к концу одного оптического волокна. Металлическая отражающая поверхность присоединена к корпусу поблизости от конца оптического волокна так, чтобы образовался имеющий заданную длину промежуток между отражающей поверхностью и оптическим волокном. Система обнаружения также присоединена к оптическому волокну и определяет температуру в области измерительной головки из интерференционной картины света, который отражен от отражающей поверхности. В дополнение к проблемам, обсуждавшимся в данном описании по отношению к устройству, предложенному в ссылке Mishenko, в варианте Sawatari должны быть приняты во внимание значительные затраты на анализ интерференционных картин.

Патент США № 5359445, принадлежащий Robertson, который включен в данное описание путем ссылки, описывает датчик температуры с цилиндрическим корпусом, который расширяется или сокращается радиально в соответствии с изменениями внешней температуры. Корпус содержит два противоположных оптических волокна, разделенных прозрачной гибкой пленкой с рельефным изображением, прикрепленной к корпусу, которая деформируется при движениях корпуса. Этот датчик может быть использован для измерения температуры газа или жидкости, в которые датчик погружен, однако не кажется подходящим для измерения температуры твердых тел, так как движения его цилиндрического корпуса и деформации рельефа на пленке могут быть заторможены или, по меньшей мере, возмущены трением его цилиндрической основы о твердое тело. Также не принято никаких предосторожностей против влияния вибраций, имеющих радиальную компоненту.

Другие патенты (например, патенты США № 6960019, принадлежащий Dammann, и № 5392117 и № 5202939, оба принадлежащие Belleville, и другие - все они включены в данное описание путем ссылки) рассматривают использование анализа оптических интерференционных картин и интерферометрии Фабри-Перо для предложения малогабаритных волоконно-оптических датчиков температуры. Однако обычно такие датчики требуют использования совместно с ними сложного, точного и дорогостоящего оборудования для анализа интерференции.

Таким образом, было бы желательно обеспечить малогабаритный и надежный волоконно-оптический датчик температуры, который можно было бы эффективно использовать в условиях электромагнитного окружения и/или вибраций для измерения температуры заданной части машины или аппарата и который не требует сложного и дорогостоящего оборудования для анализа информации, поступающей с датчика.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно системе, рассмотренной в данном описании, датчик температуры включает в себя передатчик, который испускает свет, и первый приемник, расположенный так, чтобы принимать свет, испускаемый передатчиком. Термочувствительный элемент, расположенный на пути света между передатчиком и первым приемником, переменным образом перекрывает, по меньшей мере, часть света, испущенного передатчиком, причем часть света, переменным образом перекрытая термочувствительным элементом, изменяется в соответствии с изменением температуры термочувствительного элемента. Передатчик и приемник могут быть оптическими волокнами. Термочувствительный элемент может быть неэлектропроводящим. С первым приемником может быть соединен первый детектор, который анализирует интенсивность света, принятого первым приемником, и определяет изменение температуры термочувствительного элемента на основании изменения интенсивности света. Рядом с первым приемником может быть расположен второй приемник, и второй приемник может принимать неперекрываемую часть света от передатчика, причем неперекрываемая часть света, принимаемая вторым приемником, по существу не зависит от изменения температуры термочувствительного элемента. Со вторым приемником может быть соединен второй детектор, используемый для калибровки датчика. Второй детектор может позволять проводить калибровку датчика, потребность в которой возникает из-за дрейфа, вызванного, по меньшей мере, одним из следующего: старение датчика, изменения окружающей температуры и изменение светопропускания передатчика или первого приемника. К передатчику и первому приемнику может быть присоединено электронное устройство, которое включает в себя управляющую схему, управляющую интенсивностью света, испускаемого передатчиком, на основании контура обратной связи и используя опорный сигнал, причем электронное устройство включает в себя, по меньшей мере, один анализатор интенсивности света, который анализирует изменения интенсивности света, принятого первым приемником, и выдает на выходе, по меньшей мере, один сигнал. Термочувствительный элемент может иметь геометрию, которая меняется по существу пропорционально изменению температуры.

Передатчик может быть напрямую обращен к первому приемнику, и при этом путь света между передатчиком и приемником может представлять собой промежуток между передатчиком и первым приемником. В альтернативном варианте может быть использована мишень, отражающая падающий свет, полученный от передатчика, на первый приемник. Мишень может включать в себя зеркало с двумя поверхностями, у которого первая и вторая поверхности расположены под углом, приблизительно равным 90°, друг к другу, причем первая поверхность принимает от передатчика падающий свет под первым углом падения, приблизительно равным 45°, и отражает падающий свет на вторую поверхность под вторым углом падения, приблизительно равным 45°, вторая отражающая поверхность отражает падающий свет, принятый от первой поверхности, на первый приемник. Мишень может включать в себя искривленное зеркало. Мишень может быть плоским зеркалом, и передатчик может быть расположен под углом по отношению к первому приемнику.

Далее, согласно системе, рассмотренной в данном описании, способ измерения температуры может включать в себя обеспечение передатчика, который испускает свет, и обеспечение первого приемника, который принимает свет, испущенный передатчиком. Может быть обеспечено, чтобы, по меньшей мере, часть света, испущенного передатчиком, переменным образом перекрывалась, перед тем как свет будет принят первым приемником, причем эта переменным образом перекрытая часть света изменялась в соответствии с изменением температуры. Интенсивность света, испущенного передатчиком, может управляться по контуру обратной связи, с использованием опорного сигнала. Может быть обеспечено, чтобы опорный сигнал принимался вторым приемником, причем опорный сигнал был по существу независим от изменения температуры. Свет, принятый первым приемником, может быть проанализирован, и может быть определено изменение температуры. Может быть обеспечена мишень, которая принимает падающий свет от передатчика и отражает свет на первый приемник.

Далее, согласно системе, рассмотренной в данном описании, датчик температуры включает в себя передающее оптическое волокно, которое испускает свет, зеркало, которое отражает падающий свет, полученный от передающего оптического волокна, и принимающее оптическое волокно, расположенное так, чтобы принимать свет, отраженный от зеркала. На пути света между передающим оптическим волокном и оптическим волокном первого приемника может быть расположен термочувствительный элемент, который переменным образом перекрывает, по меньшей мере, часть света, испущенного передатчиком. Эта часть света, которая может быть переменным образом перекрыта термочувствительным элементом, изменяется в соответствии с изменением температуры термочувствительного элемента. Зеркало включает в себя зеркало с двумя поверхностями, у которого первая и вторая поверхности расположены под углом, приблизительно равным 90°, друг к другу, причем первая поверхность принимает от передатчика падающий свет под первым углом падения, приблизительно равным 45°, и отражает падающий свет на вторую поверхность под вторым углом падения, приблизительно равным 45°, вторая поверхность отражает падающий свет, принятый от первой поверхности, на первый приемник. В альтернативном варианте зеркало может включать в себя, по меньшей мере, одно из следующего: единственное плоское зеркало и одно искривленное зеркало. Может быть предусмотрено опорное оптическое волокно, которое принимает неперекрываемую часть света от передатчика, причем эта неперекрываемая часть света, принимаемая опорным оптическим волокном, по существу не зависит от изменения температуры термочувствительного элемента.

Далее, согласно системе, рассмотренной в данном описании, способ измерения температуры включает в себя обеспечение передающего оптического волокна, которое испускает свет, обеспечение зеркала, которое отражает свет, принятый от передающего волокна, и обеспечение приемного оптического волокна, которое принимает свет, отраженный от зеркала. Может быть обеспечено, чтобы, по меньшей мере, часть света, испускаемого передающим оптическим волокном, переменным образом перекрывалась, перед тем как этот свет будет принят первым приемником, причем эта переменным образом перекрытая часть света изменялась в соответствии с изменением температуры. Может быть обеспечено опорное оптическое волокно, которое принимает неперекрываемую часть света от передатчика, причем эта неперекрываемая часть света, принимаемая опорным оптическим волокном, по существу не зависит от изменения температуры термочувствительного элемента.

Далее, согласно системе, рассмотренной в данном описании, датчик температуры включает в себя корпус, расположенный на корпусе соединительный интерфейс, расположенный в корпусе передатчик, который испускает свет, и расположенный в корпусе приемник, который принимает свет, испущенный передатчиком. На пути света между передатчиком и первым приемником может быть расположен термочувствительный элемент, который переменным образом перекрывает, по меньшей мере, часть света, испущенного передатчиком, причем часть света, переменным образом перекрытая термочувствительным элементом, изменяется в соответствии с изменением температуры термочувствительного элемента. В корпусе может быть расположено электронное устройство, соединенное с приемником и соединенное с соединительным интерфейсом. Электронное устройство может обнаруживать и анализировать свет, принятый приемником, и выдавать на выходе сигнал, являющийся мерой температуры, основанный на изменении интенсивности света.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Варианты осуществления системы описываются со ссылками на несколько чертежей, на которых:

фиг.1 представляет собой схематический вид варианта осуществления оптического датчика температуры согласно рассмотренной в данном описании системе.

Фиг.2 представляет собой схематический вид измерительной головки для оптического датчика температуры согласно рассмотренной в данном описании системе.

Фиг.3 представляет собой по-другому ориентированный схематический вид измерительной головки, показанной на фиг.2, согласно рассмотренной в данном описании системе.

Фиг.4 представляет собой схематическую иллюстрацию входящего в состав измерительной головки зеркала с двумя поверхностями, наблюдаемого по направлению падающего света, согласно рассмотренной в данном описании системе.

Фиг.5 представляет собой схематический вид другого варианта осуществления оптического датчика температуры, включающего третье оптическое волокно, согласно рассмотренной в данном описании системе.

Фиг.6 иллюстрирует расположение опорного оптического волокна в измерительной головке, при котором опорное оптическое волокно размещено рядом с приемным оптическим волокном, согласно варианту осуществления рассмотренной в данном описании системы.

Фиг.7 представляет собой схематическую иллюстрацию, показывающую другой вариант осуществления рассмотренной в данном описании системы, в котором испущенный передающим оптическим волокном свет напрямую принимается приемным оптическим волокном без промежуточного зеркала.

Фиг.8 представляет собой схематическую иллюстрацию другого варианта осуществления рассмотренной в данном описании системы и показывает перекрытие падающего света термочувствительным элементом, расположенным в поперечном направлении к оптическим волокнам.

Фиг.9 представляет собой схематическую иллюстрацию другого варианта осуществления рассмотренной в данном описании системы и показывает другую конфигурацию оптических волокон и термочувствительного элемента.

Фиг.10А и 10B представляют собой схематические виды измерительной головки, имеющей альтернативную конфигурацию, в которой приемник ориентирован по отношению к передатчику так, чтобы принимать свет, испускаемый передатчиком, после его отражения от плоского зеркала, согласно другому варианту осуществления рассмотренной в данном описании системы.

Фиг.11А и 11B представляют собой схематические виды измерительной головки, имеющей искривленное зеркало, согласно другому варианту осуществления рассмотренной в данном описании системы.

Фиг.12 показывает схематическую иллюстрацию оптического датчика температуры, включающего в себя анализатор интенсивности света, который может включать в себя рассчитывающие температуру компоненты, которые могут пересчитывать изменения интенсивности света в изменения температуры термочувствительного элемента согласно варианту осуществления рассмотренной в данном описании системы.

Фиг.13 представляет собой принципиальную схему электронного устройства, присоединяемого к измерительной головке оптического датчика температуры, согласно варианту осуществления рассмотренной в данном описании системы.

Фиг.14 представляет собой принципиальную схему электронного устройства, присоединяемого к измерительной головке оптического датчика температуры, согласно другому варианту осуществления рассмотренной в данном описании системы.

Фиг.15, 16 и 17 представляют собой схематические виды с разных направлений интегрированного компактного датчика для измерения температуры согласно другому варианту осуществления рассмотренной в данном описании системы.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Упоминая в данный момент чертежи, они составляют часть данного описания и представляют иллюстративные варианты осуществления рассматриваемой системы. Следует понимать, что в некоторых случаях различные составляющие системы могут быть показаны схематически или могут быть преувеличены или изменены, чтобы облегчить понимание системы.

Фиг.1 представляет собой схематическую иллюстрацию варианта осуществления оптического датчика 10 температуры согласно рассмотренной в данном описании системе. Оптические волокна 20, 30 расположены в трубке 40, которая присоединена к измерительной головке 100 волоконно-оптического датчика температуры. Трубка 40 может быть непрозрачной. Одно оптическое волокно 20 выступает в роли излучателя света или передатчика и соединено с источником 22 света. Другое оптическое волокно 30 выступает в роли приемника света и соединено с блоком 32 обнаружения, таким как фотометр. Измерительная головка 100 волоконно-оптического датчика температуры прикрепляется к объекту, температуру которого требуется определить. В качестве альтернативы, в других вариантах осуществления возможно, чтобы единственное оптическое волокно выступало в роли и передатчика, и приемника. Хотя на фигурах указаны оптические волокна, предполагается, что в рассматриваемой в данном описании системе возможно использование других передатчиков и приемников света. Например, конфигурация системы может быть такой, что передатчик света системы представляет собой непосредственно источник света, установленный в измерительной головке 100 без промежуточного оптического волокна.

Фиг.2 и 3 представляют собой по-разному ориентированные виды варианта осуществления измерительной головки 100 оптического датчика 10 температуры согласно рассматриваемой в данном описании системе. Оси координат, обозначенные «X», «Y» и «Z», поясняют относительную ориентацию фиг.2 и 3 (и других фигур). Измерительная головка 100 содержит участки оптических волокон 20, 30, которые могут быть соединены друг с другом и жестко вмонтированы в измерительную головку 100. Концы волокон 20, 30 могут быть обращены к отражающей мишени, такой как зеркало 110. Волокна 20, 30 могут быть жестко прикреплены к зеркалу 110 так, чтобы в случае вибраций и/или других движений волокна 20, 30 и зеркало 110 двигались все вместе. В показанном варианте осуществления измерительная головка 100 имеет пропорции куба, что позволяет располагать измерительную головку 100 в ряде положений так, чтобы она плотно прилегала к поверхности объекта, температура которого должна быть измерена. В других вариантах осуществления измерительная головка может иметь, по меньшей мере, одну плоскую грань, которая контактирует с объектом, и/или, по меньшей мере, одну поверхность, которая по существу совпадает по форме или некоторым образом может быть физически приблизительно совмещена с объектом. Измерительная головка может содержать любую форму с маркерами на ней для индикации правильного расположения измерительной головки на объекте. Измерительная головка может иметь размеры, желательные согласно условиям ее применения.

Свет с заданной интенсивностью света проходит от источника 22 света через волокно 20 и попадает на первую отражающую поверхность 112 зеркала 110 вдоль пути 101 света. Первая отражающая поверхность зеркала 110 может образовывать угол, приблизительно равный 45°, с путем 101 света для падающего света. Падающий свет может затем быть отражен под углом, приблизительно равным 90°, по пути 102 света на вторую отражающую поверхность 114 зеркала 110, которая образует приблизительно 90-градусную ортогональную плоскость с первой отражающей поверхностью 112 зеркала 110. Как обсуждается ниже, элемент с заданными тепловыми характеристиками может быть расположен так, чтобы преграждать путь и/или препятствовать прохождению, по меньшей мере, части света, распространяющегося по пути 102 света, в зависимости от температуры. Свет, падающий на вторую отражающую поверхность 114 зеркала 110, снова отражается по пути 103 света, становясь параллельным первоначальному падающему свету и ориентированным в противоположном направлении по отношению к первоначальному падающему свету. Конец второго волокна 30 может быть расположен так, чтобы принимать свет, отраженный от второй отражающей поверхности 114 по пути 103 света, и может быть измерена разность между интенсивностью света для падающего света, подводимого по волокну 20, и интенсивностью света для отраженного света, принимаемого волокном 30. Эта разность может быть определена с помощью детектора 32, который может представлять собой фотометр, фотоэлемент или другое устройство, измеряющее интенсивность света. Детектор может быть соединен с оборудованием для пересчета световых величин в температурные, как подробнее рассматривается в другом месте данного описания. Фотометр и оборудование для пересчета световых величин в температурные могут быть частью фотоэлектрического температурного преобразователя. Следует отметить, что могут быть использованы углы, отличающиеся от приведенных здесь.

Термочувствительный элемент 50, такой как жесткая полоска, изготовленная из непроводящего материала, обладающего известным коэффициентом теплового расширения, может быть расположен в измерительной головке 100 на закрепленном держателе 60, который может включать в себя основание и направляющие и/или другие удерживающие компоненты, таким образом, чтобы конец 52 термочувствительного элемента 50 частично перекрывал свет, отраженный от первой отражающей поверхности 112 зеркала 110, на пути 102 света. В представленном варианте осуществления частичное перекрывание света на пути 102 света происходит за счет растяжения или сжатия термочувствительного элемента 50 в направлении оси X в ответ на изменения температуры. В варианте осуществления, чем больше возрастает температура термочувствительного элемента 50, тем в большей степени этот термочувствительный элемент 50 препятствует падающему свету, отраженному от поверхности 112, на пути 102 света и тем сильнее падает интенсивность света, принятого волокном 30. В разных вариантах осуществления часть света, переменным образом перекрытая термочувствительным элементом 50, может изменяться приблизительно прямо пропорционально изменению температуры, как квадрат изменения температуры и/или в некоторой другой зависимости от температуры. Таким образом, рассматриваемая система преобразует изменения температуры в изменения интенсивности света.

В варианте осуществления рассмотренной в данном описании системы, использование зеркала позволяет разместить оптические волокна параллельно вместо их расположения противоположно друг другу, так что излучающая свет аппаратура и аппаратура для анализа интенсивности света могут быть размещены с одной стороны датчика температуры без необходимости доступа с двух противоположных сторон устройства или той его части, для которой нужно измерить температуру.

Конструкция рассмотренной в данном описании системы имеет, по меньшей мере, следующие преимущества: она может быть очень малогабаритной, может быть изготовлена из непроводящих материалов и единственным видом движения в ней может быть тепловое расширение термочувствительного элемента 50. Для минимизации трения на боковых поверхностях термочувствительного элемента 50, термочувствительный элемент 50 может быть вытянутым с минимальными толщиной и шириной, и число точек контакта на его боковых поверхностях может быть ограничено минимальным числом направляющих 62, закрепленных на держателе 60. Консольная длина термочувствительного элемента 50 вблизи конца 52 вне охвата держателя 60 также может быть минимизирована, чтобы устранить влияние вибраций на конец 52.

Преимущества рассмотренной в данном описании системы обеспечиваются тем, что она включает в себя излучающее свет оптическое волокно и принимающее свет оптическое волокно и основана на измерении изменения интенсивности света, принятого приемным оптическим волокном, после того как свет, испущенный излучающим оптическим волокном, переменным образом перекрывается непрозрачным (или полупрозрачным) объектом, расположенным на пути света между излучающим и принимающим волокнами, размер которого изменяется с изменением температуры. Преимуществом такой системы является отсутствие необходимости в металлических или проводящих компонентах, что позволяет использовать такие температурные датчики в электромагнитном и электрическом оборудовании, таком как электрические машины или устройства. Кроме того, другим преимуществом является то, что могут измеряться только изменения интенсивности света, что позволяет использовать более простое и менее дорогостоящее оборудование для анализа света, по сравнению, например, с оборудованием для анализа интерференционных картин, анализа Фабри-Перо и/или анализа оптических изображений. Например, преобразование интенсивности света в температуру согласно системе, рассматриваемой в данном описании, может производиться простым фотоэлементом, расположенным на противоположном конце принимающего волокна.

Фиг.4 представляет собой схематическую иллюстрацию зеркала с двумя поверхностями, входящего в состав измерительной головки, наблюдаемого по направлению падающего света, согласно рассмотренной в данном описании системе. Свет попадает на первую отражающую поверхность 112 зеркала 110, формируя светящееся пятно 101a, которое может быть круговым в случае цилиндрической проекции света из волокна 20. Волокно 20 и зеркало 110 могут быть расположены таким образом, чтобы падающий свет создавал светящееся пятно 101a, которое затем отражается на вторую отражающую поверхность 114 зеркала 110. Часть света, направляющегося ко второй отражающей поверхности 114, перекрывается вследствие движения термочувствительного элемента 50 в направлении оси X, в то время как другая часть этого света отражается в виде светящегося пятна 102a на волокно 30. Термин «часть», в используемом здесь контексте, может относиться к одной или большему количеству площадок или подгрупп, которые, в случае количества площадок или подгрупп, большего единицы, могут быть соединены друг с другом или отделены друг от друга.

В варианте осуществления разность между интенсивностью света для падающего света, подводимого по волокну 20 от источника 22 света, и интенсивностью света для отраженного света, принимаемого волокном 30, является следствием увеличения или уменьшения размера светящегося пятна 102a, которое отражается от поверхности 114 и принимается оптическим волокном 30. Первое количество света на пути 102 света перекрывается или/и иным способом задерживается термочувствительным элементом 50, в то время как второе количество света передается по пути 102 света как светящееся пятно 102a. Первое количество может быть обратно пропорционально второму количеству, так что когда первое количество увеличивается, второе количество уменьшается и наоборот. Сумма первого и второго количества может быть по существу постоянной величиной. В некоторых случаях первое количество или второе количество может быть равно нулю.

Фиг.5, иллюстрирующая другой вариант осуществления рассматриваемой в данном описании системы, показывает волоконно-оптический датчик 10' температуры, в котором третье оптическое волокно 70 может быть расположено в трубке и присоединено к измерительной головке 100' волоконно-оптического датчика температуры. Оптическое волокно 70 может быть опорным оптическим волокном, которое расположено рядом или поблизости от приемного оптического волокна 30 и соединено с опорным блоком 72 обнаружения, таким как фотометр, который может иметь тот же тип, что и фотометр, являющийся блоком 32 обнаружения. Как дополнительно обсуждается в другом месте данного описания, опорное оптическое волокно 70 может дать возможность проведения в любой момент повторной калибровки измерений интенсивности света, выполняемых детектором 32 с течением времени.

Фиг.6 иллюстрирует расположение опорного оптического волокна 70 в измерительной головке 100', при котором опорное оптическое волокно 70 размещено рядом с приемным оптическим волокном 30. Опорное оптическое волокно 70 может быть размещено так, чтобы термочувствительный элемент 50 независимо от температуры не препятствовал прохождению света, принимаемого контрольным оптическим волокном 70. Конструкция, использующая опорное оптическое волокно 70, позволяет преобразователю световых величин в температурные вносить поправки в измерения посредством доступной в любой момент повторной калибровки измерений интенсивности света, выполняемых соединенным с волокном 30 фотометром 32 с течением времени, принимая во внимание дрейфы чувствительности к свету вследствие старения фотометра, изменений окружающей температуры, температурных изменений в электронных схемах, соединенных с волокнами 20 и 30, и/или дрейф интенсивности света вследствие старения волоконной оптики и/или старения излучателя света, так как такие дрейфы отслеживаются опорным волокном 70.

Фиг.7 представляет собой схематическую иллюстрацию, показывающую другой вариант осуществления измерительной головки 200 системы, рассматриваемой в данном описании, в котором свет, испускаемый передающим оптическим волокном 220, напрямую принимается принимающим оптическим волокном 230 без промежуточного зеркала. Один конец каждого из двух оптических волокон 220, 230 может быть обращен к концу другого волокна через небольшой промежуток 254. Как подробнее обсуждается в другом месте данного описания, волокно 220 может быть соединено с источником 222 света и волокно 230 может передавать принятый свет на детектор 232 и/или блок анализатора интенсивности света для проведения анализа интенсивности света и анализа температуры, как подробнее описывается в другом месте данного описания. Детектор 232 может быть простым фотометром, который преобразует интенсивность света в электрический ток и электричество в температуру. В этом случае зависимость между изменением интенсивности света и изменением температуры может быть приблизительно линейной, как объясняется в другом месте данного описания. По меньшей мере, одно из волокон 220, 230 (например, волокно 220, как показано) может быть соответствующим образом искривлено так, чтобы его конец был обращен к концу другого волокна.

Термочувствительный элемент 250, такой как жесткая полоска, выполненная из непроводящего материала, обладающего заданным коэффициентом теплового расширения, прикреплен одним концом 252 к закрепленному держателю 260, в то время как другой его конец проникает внутрь промежутка 254 в соответствии с тепловым расширением термочувствительного элемента 250. При изменении длины термочувствительного элемента 250 элемент 250 расширяется, входя в промежуток 254, или сокращается, выходя из промежутка 254, в соответствии с изменением температуры элемента 250, которое вызывает соответствующее увеличение или уменьшение элемента 250. Например, термочувствительный элемент 250 может создавать препятствие падающему свету, выходящему из конца волокна 220, так, что чем больше повышается температура, тем сильнее снижается интенсивность света, принимаемого волокном 230. Таким образом, описанная система преобразует изменения температуры в изменения интенсивности света. Также возможно включить в этот вариант осуществления опорное оптическое волокно, как подробнее обсуждается в другом месте данного описания.

Фиг.8 представляет собой схематическую иллюстрацию другого варианта осуществления измерительной головки 300 согласно системе, представленной в данном описании, показывающего перекрывание падающего света термочувствительным элементом 350, расположенным в поперечном направлении к оптическим волокнам 320, 330. Как показано на фиг.8, зеркало 310 может иметь две поверхности 312, 314, расположенные под углом 90° друг к другу, и термочувствительный элемент 350 может быть расположен в поперечном направлении к волокнам 320, 330. Также возможно включить в этот вариант осуществления опорное оптическое волокно, как подробнее обсуждается в другом месте данного описания.

Фиг.9 представляет собой схематическую иллюстрацию другого варианта осуществления измерительной головки 400 согласно системе, представленной в данном описании, показывающего другую конфигурацию оптических волокон 420, 430, 470 и термочувствительного элемента 450. Термочувствительный элемент 450 опирается по касательной на отражающую поверхность 414 зеркала 410, и конец 452 элемента 450 перекрывает свет на пути 402 света, как подробнее обсуждается в другом месте данного описания. Как показано в проиллюстрированном на фиг.9 варианте осуществления, волокно 470 представляет собой опорное волокно, расположенное между подводящим свет оптическим волокном 420 и принимающим свет оптическим волокном 430 в соответствии с функцией опорного волокна 470 беспрепятственно принимать свет независимо от перемещений термочувствительного элемента 450 в ответ на и