Поляризационно-оптическое устройстводля измерения температуры

Поляризационно-оптическое устройстводля измерения температуры

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социапистическик

Республик

ОП ИС

ИЗОВРЕ

К .АВТОРСКОМУ

61судвретвееыН камвтвт

СССР ав делам взавретекий н вткрнтвя

Н. А. Романюк и А. М. Коскеикии ((!р(1мщР» Н к ь

Л львовскнн ордена ленина государственный уинверонееу,ам и; Франк >

I (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ПОПЯРИЗАЦИОННО-ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ (6l ) Дополнительное к ав (22) Заявлено 0 5.02.7 9 с присоединением заявки (23) Приоритет

Опубликовано 2З.0

Дата опублнкованн!

Изобретение относится к технике . измерения температуры и может быть применено в,дистанционных системах.

Известнтя устройства для измерения температуры, содержащие преобразователь температуры на основе термопар, термо« сопротивлений и т.п. $1).

Н уостатком известных устройств . является сравнительно низкая помехоустойчивостьь.

Известно также поляриэационно-оптическое устройство для измерения темнее ратуры, содержащее последовательно

15 расположенные источники света, два скрещенных поляроида, с размещенной между ними кристаллической пластиной, и приемник 12).

Известное устройство имеет недостаточно высокую точность измерений, что обусловлено нестабильностью источника света, старением приемника, измен@-пнем толщины пластины.

Цель изобретения — повышение точности измерений,, чувствительности и надежности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в известном поляризационно-оптическом устройстве для измерения температуры, содержащем последовательно расположенные источник света,, два скрещенных поляроида, с размещенной между ними кристаллической пластиной, и приемник, в устройство введен экран с отверстием, установленный перед приемником, источник света выполнен с изменяемой длиной волны излучения, а пластина выполнена из анизотропного кристалла с инверсией двулучепреломления в измеряемом диапазоне температур, например из кристалла аммоииевой сегнетовой соли или сульфида кадмия.

Кроме того, одна грань пластины рыполнена полированной, а другая — матовой, причем толщина пластины не превышает 0,25 ЯЩ, 80 /07 9

Зо 5

55 где iL — длина волны излучения, 4И вЂ” разность показателей преломления для двух кристаллофизических осей кристалла.

На фиг. 1 показана схема устройства, на фиг. 2 — вид коноскопических фигур при фиксированной температуре для различных длин волн; на фиг. 3 — градуировочная кривая устройства с пластиной иэ кристалла аммониевой сегнетовой соли.

Устройство . содержит источник 1 света с изменяемой длиной волны излучения, поляроиды 2 и 4, кристаллическую пластину 3, экран с круглым отверстием

5, диффузно рассеивающий излучение и приемник 6.

Устройство работает следующим об—, разом.

Параллечьный монохроматический . световой поток от источника 1 с переменной длиной волны проходит через поляроид 2, попадая на переднюю матовую грань кристаллической пластинки

Ъ

3, рассеивается. Рассеянный свет под различными углами проходит через кристаллическую б отинку 3, попадает на второй поляроид 4, затем на экран 5 и через отверстие в нем на приемник 6.

На экране видно коноскопическую фи— гуру.

При использовании в качестве источника света лазера поляроид 2 не нужен.

Расстояния между элвментамн схемы не лимитируются и в целом выбираются произвольно. Направление светового луча при необходимости можно изменять в любой части схемы.

В предлагаемом устройстве в качес- тве термочувствительного элемента используются многие оптически двуосные . и оптически одйоосные кристаллы. В первом случае, нри определенной длине волны Ар, измеряемой температуре соответствует коноскопяческая фигура с заемным крестом (фиг. 2 б), и в центре экрана минимум освещенности. При всех других значениях р, сгличающихся от/(p коноскопическая фигура имеет вид, показанный на фиг. 2 OH 2в, а на приемник излучения через отверстие в центре экрана поступает световой сигнал. Во втором случае, при длине волны Ао, коносконическая картина исчезает вообще, а поле зрения темнеет..При отклонения от 3 о поле зрения светлеет, наблюдает ся коноскопическая картина. Изучение оптических особенностей проходящего световога потока наблюдением коноско4 пических фигур, либо фотоэлектрическим приемником могут применяться независимо и одновременно.

Качественные изменения интенсивности света и вида коноскопических фигур происходят в момент перехода некоторых двуосных кристаллов в одноосные, а одноосные в изотропные. Предварительная градуировка устройства производится в координатах: g, Т. Определенное таким образом значение температуры слабо зависит от интенсивности и ..стабильности освещения, от толщины кри 1 сталла и изменения параметров светоприемника. Область измерения температуры Т зависит от величины применяемого спектрального интервала Л, а чувствительность прибора и точность измерения температуры определяются монохроматичностью источника излучения (набор фильтров, монохроматор, лазер с непрерывной перестройкой частоты) и свойствами кон— кретного кристалла, используемого в качестве термочувствительного элемента устройства.

Градуировочная кривая строится для пластины из аммониевой сегнетовой соли толщиной 0,1 мм. Одна грань пластины отполирована, а другая матовая. Источником света служат лазеры и ксеноновая лампа с набором светофильтров, приемником излучения — спектрограф ДФС-8. В фокальной плоскости камеры спектрографа наблюдается температурное с мещение минимума освещенности по шкале длины волн., Положение минимума освещенности задается двумя параметрами: Л и Т, на основании которых строится градуировочная кривая (фиг. 3). При работе только в видимой области спектра 380 — 650 им) датчик иэ кристалла АСС позволяет измерять температуру в пределах от +40 до -120 С. Градуировочная кривая имеет

0 нелинейный характер, в связи с чем в различных областях спектра чувствитель— ность устройства неодинакова. Она возрастает при увеличении длины волны (понижении температуры). Средняя чувствительность устройства в области от 40 до о

-120 С составляет 0,06 град/А а в рао

> o йоне -100 С чувствительность 0,02 град/А.

Точность определения температуры с помощью предлагаемого устройства зависит от точности задания длины волны: при Д /(Ясредняя точность Т+0,06 град, при /+0,1 А, соответственно, T=-+0,006 град

Измерение температуры среды производят следующим образом.

80707 9 6 вительного элемента go тонкой пленки ь достигается миниатюрность термоэлемента устройства и низкая тепловая инерционность, 3

Термоэлемент дмещают в среду, температуру которой пытаются определит (остальные элементы оптической системы показанной на фиг. 1, могут находиться вне этой среды), освещают устройство светом с различной длиной волны,1. и находят то значение,, при котором освещенность проходит через минимум : .или изменяется вид коноскопических фигур. По найденному значению пользуясь градуи- <0 ровочным графиком, определяют искомую температуру среды. В зависимости QT ,типа кристаллов, применяемых в качестве термочувствительного элемента ус- тройства, можно изменять пределы измерения (задания) температуры. Например, используя в качестве термочувствительного элемента кристаллы обычной сегнетовой соли, температуру можно измерять в области -250 С, кристаллы калушита 20 пригодны для измерения температуры в области +150 С, а кристаллы тиогалао та кадмия — в интервале от -100 до

+500 С. Можно предложить и ряд других кристаллов, удовлетворяющих указан- И ным в широком интервале температур (,от -260 до +1500 С).

Предлагаемое устройство может быть особейно полезным для измерения в области низких температур (около -26д С) рй и при Т>500 С, где известные в неотоящее время дорогостоящие устрой:тва теряют работоспособность и чувствитель« ность, Таким образом, предлагаемое устройство имеет преимущества по сравнению с известным. Оно обладает более высокой надежностью, чувствительностью, помехоустойчивостью, точностью измерений, не требует стабилизации источника и приемника излучения, так как принцип действия устройства основан на «ачественных эффектах и применяется оптическая связь между элементами при; бора. Уменьшением толщины термочувстФо рмула изобретения

1. Поляризационно-оптическое устройство для. измерения температуры, содержащее последовательно расположенные источник света, два скрещенных поляроида, с размещенной между ними кристаллической пластиной, и приемник, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, чувствительности и надежности устройства, в него введен экран с отверстием, установленный перед приемником, источник света выполнен с изменяемой длиной волны излучения, а пластина выполнена из анизощю ного кристалла с инверсией двулучепреломпения в измеряемом диапазоне темпщ атур.

2. Устройство по .п. 1, о т л ич а ю щ е е с а тем, что;одна грань кристаллической пластины выполнена полированнсй, а другая — матовой, причем толщина пластины не превышает

0,25ЦЬи.

lee g — длина волны излучения", фф - разность показателей преломnesss для двух кристаллофизическиц, осей кристалла.

Источники информации, принятые ао внимание при экспертизе

3.. Теаисы Всесоюзной научно-технической конференции Состояние и перспективы измерения температуры контактным и бесконтактным методами, Львов, 197 8. .2. Патент Японии % 48-13477,кл. 9 01 К 11/00, опублик. 197З. (прототип) .