Устройство для измерения температуры

Устройство для измерения температуры

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

А.И.Гудименко, Н.С.Данилин и С.А.Кононе ко

Ф (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТ80 ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ТЕМПЕРАТУРЫ

Изобретение относится к температурным измерениям, а именно к устройствам для локального измерения температуры с помощью термохромных индикаторов, и может .быть использовано при определении эффективности тер- морегулирующих систем, при исследовании взаимного теплового влияния элементов электронных схем или при отыскании мест неисправностей.

Известны устройства для измерения температуры, представляющие собой тубус, внутри которого расположено полупрозрачное зеркало, причем один конец турбуса снабжен фотоприемником, а другой — термохромным индикатором на жидкокристаллической пленке.

Принцип работы таких устройств

20 основан на свойстве жидких кристаллов изменять коэффициент отражения составляющих различных длин волн света при изменении температуры находящегося с ними в тепловом контак те объекта {1).

Недостатком этих устройств является малая эффективность преобразования падающего светового потока на термохромный преобразователь вследствие потерь в оптической системе.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является устройство для измерения температуры, содержащее жгут оптических волокон, на одном конце которого установлен термохромный индикатор на жидкокристаллической пленке, а другой конец разделен на две группы — передающую, оптически связанную с источником света, и приемную, оптически связанную с фотоприемником и регистрирующим блоком (2).

Недостатком устройства является низкая точность измерения, обуслов: ленная тем, что свет, отраженный

930023

3 термохромным индикатором, в равной степени попадает в волокна как приемной, так и передающей группы,. в результате чего на фотоприемник попадает лишь часть светового потока, несущего информацию о температуре объекта.

Цель изобретения - повышение точности измерения температуры.

Эта цель достигается тем, что в lÎ устройство введен градиентный све! товод, расположенный между термохромным индикатором и торцом жгута оптических волокон, причем длина градиентного световода выбрана рав- 15 ной 1/4 периода пространственных пульсаций светового потока в световоде.

На фиг.1 показана функциональная схема устройства для измерения темпе- ратуры; на фиг. 2 — распространение лучей света в световоде при расположении волокон передающей группы по центру его торца; на фиг, 3 - распространение лучей света в световоде при расположении волокон передающей группы по периферии его торца.

Устройство для измерения температуры содержит жгут 1 оптических волокон, передающую группу 2 волокон, источник 3 света, приемную группу 4 . волокон, фотоприемник 5, термохром" ный индикатор 6, градиентный световод 7„ регистрирующий блок 8.

Устройство работает следующим образом.

Термохромный индикатор 6 вводят в контакт с поверхностью объекта, температура которого подлежит измерению Свет от источника 3 света, 40 пройдя по волокнам передающей группы 2, попадает в градиентный световод 7. При длине отрезка градиентного световода 7,;равной:1/4 периода пространственных пульсаций света в световоде, поток лучей света, прошедший через любую точку одного торца световода и ограниченный конусом с углом U „, распределяется на противоположйом торце равномерно rlo плоUsx м щадке радиуса симметричнои в относительно оси световода, при этом. 0@,входной угол градиентного световода при текущей координате вдоль оси градиентного световода равной нулю, а P - частота пространственных пульсаций световода, 4

На фиг.2 и 3 показано распространение лучей света в градиентном световоде 7 при разном расположении приемной 4 и передающей 2 групп волокон на торце жгута оптических волокон.

Слой жидких кристаллов в каждой точке своей поверхности селективно рассеивает падающий на него поток света в определенном секторе углов О po,и, поскольку он расположен на торце градиентного световода 7, весь рассеянный свет проходит через противоположный торец градиентного световода 7 в пределах радиуса и полностью попадает в

+ Врс сс приемную группу 4 оптических волокон, расположенную на этой площадке.

При этом во избежание френелевских потерь материалы термохромного. индикатора 6 и волокон приемной группы 4 согласованы с материалом градиентного световода 7 по показателю преломления пе(2 z)

ТХи 2 - llP где n,,n — показатели преломления. термохромного индикатора и волокон приемной группы соответственно;

n — показатель преломления о на оси градиентного световода; д - относительное изменение показателя преломления вдоль радиуса световода.

Волокна приемной группы 4 подбираются по апертуре таким образом, чтобы обеспечить условия полного внутреннего отражения для лучей, попавших в волокна приемной группы 4, т.е. пр о где Вл - апертурный угол волокна приемной группы;

Ео — радиус освещенного участка термохромного индикатора, При этом возможно расположение передающей группы 2 волокон как на периферии торца градиентного световода 7, так и в центре, а приемной группы 4 соответственно в центре и на периферии. На фиг.3 показано распространение лучей света в градиентном световоде 7 при расположении волокон передающей группы 2 по периферии его торца. При этом радиус

930023

15

tg ep„cc 5 tg 3. (Ра зо

25 зо

40

50

1 Во освещенного участка термохромного индикатора 6 определяется апертурой волокон передающей группы 2, которые, охватывают приемную группу

4 волокон кольцом и излучают свет в апертурном угле Яп р, причем tg пр о

При таком расположении волокон приемной 4 и передающей 2 групп, лучи света от передающей группы волокон попадают на поверхность термохромного индикатора не нормально, а .под различными углами у, лежащими в интервале где а - радиус градиентного световода.

Так как длина волны селективного рассеивания жидких кристаллов зависит от угла падения освещенного

Э потока света, то это приводит к расширению спектра.селективного рассеивания. Расширение спектра селективного рассеивания компенсируется соответствующим подбором термохромного индикатора или перестановкой местами волокон передающей 2 и приемной

4 групп (фиг.2). В этом случае свет, селективно рассеянный термохромным . индикатором, попадает как в волокна приемной 4, так и, частично, в волокна передающей группы 2, причем отношение плотностей энергии счета, попавшего в приемную группу tlap u передающую группу 7,"пеР, определяется отношение площадей, занимаемых торцами волокон этих групп ир (с пер) пеР < п1 где а — радиус градиентного световода;

R — радиус торца передающей пер группы 2 волокон.

Практически весь свет, рассеянный термохромным индикатором, попадает в волокна приемной группы 4.

При этом значительно уменьшается диапазон углов падения лучей света на поверхность термохромного индикатора от передающей группы 2 волокон, поскольку радиус R0 торца передающей группы 2 волокон должен быть намного меньше радиуса а градиентного световода 7.

С приемной группы 4 оптических волокон свет направляется на чувствительный элемент фотоприемника 5.

Спектральная характеристика света, селективно рассеянного слоем жидких кристаллов в термохромном индикаторе 6, определяется температурой исследуемого объекта. На выходе фотоприемника 5 возникает фототок, амплитуда которого зависит от спектральной характеристики света, освещающего фотоприемник, и, следовательно, от температуры исследуемого объекта. Электрический сигнал с фотоприемника 5 направляется в регистрирующий блок 8.

Использование градиентного светевода 7 в устройстве приводит к устранению ошибки измерения температуры, обусловленной неравномерностью теплового контакта поверхности термохромного индикатора с объектом исследования, так как световой поток, селективно рассеянный в каждой точке поверхности термохромного индикатора, равномерно распределяется по волокнам приемной груйпы, и, таким образом, неравномерность цвета по поверхности термохромного инди0 катора усредняется.

Предложенная конструкция устройства для измерения температуры позволяет значительно повысить .точность измерения, что достигается путем значительного увеличения доли световой энергии, несущей информацию о температуре объекта, а также путем устранения ошибки, обусловленной ненормальным освещением поверхности термохромного индикатора. формула изобретения

Устройство для измерения температуры, содержащее жгут оптических волокон, на одном конце которого установлен термохромный индикатор на жидкокристаллической пленке, а другой конец разделен на две группы передающую, оптически связанную с источником света, и приемную оптически связанную с фотоприемником и регистрирующим блоком, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в устройство введен градиентный световод, расположенный между термохромным индикатором и торцом жгута оптических волокон, причем длина градиентного световода выбрана равной 1/4 периода

930023

Фиа У

Составитель М.Вабищевич

Редактор Т, Кугрышева Техред М. Гедгель Корректор А. Дзятко

Заказ 3452/51 Тираж 883 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж- 35, Раушская наб,, д.4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул,Проектная, 4 пространственных пульсаций светового потока в световоде.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

"атент ГАР Ю 100549, кл. 4 01 К l1/12, 1974.

2. Патент CIHA N 4016761, кл, G 01 К 11/12, 1977. (прототип).