27.08.2014
216.012.f031

ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для мониторинга приборов и элементов мощных систем электроэнергетики. Заявлен волоконно-оптический измеритель температуры, содержащий расположенные по ходу излучения источник света, входное оптическое волокно, датчик, выходное оптическое волокно, фотоприемник, электронную систему индикации выходного оптического сигнала. Чувствительный элемент датчика выполнен в виде пластины из пористого стекла, поры которого заполнены рабочим веществом, изменяющим фазовое состояние при температуре, равной заданной пороговой температуре измерений. Технический результат - повышение стабильности работы датчика при воздействии внешних электрических и магнитных полей. 3 ил., 1 табл.
Основные результаты: Волоконно-оптический измеритель температуры, содержащий расположенные по ходу излучения источник света, входное оптическое волокно, датчик, выходное оптическое волокно, фотоприемник, электронную систему индикации выходного оптического сигнала, отличающийся тем, что чувствительный элемент датчика выполнен в виде пластины из пористого стекла, поры которого заполнены рабочим веществом, изменяющим фазовое состояние при температуре, равной заданной пороговой температуре измерений.
Реферат Свернуть Развернуть

Предлагаемый волоконно-оптический измеритель температуры относится к контрольно-измерительным устройствам и датчикам температуры с пониженной чувствительностью к влиянию внешних электрических и магнитных помех и может быть использован для мониторинга приборов и элементов мощных систем электроэнергетики (атомные, тепловые, гидроэлектростанции, распределители электрической мощности, трансформаторные подстанции и др.).

Известны волоконно-оптические измерители температуры, выполненные на основе объемных дифракционных решеток Брэгга (В.Е. Карасик. Измерительное устройство контроля деформации и температуры на основе наноразмерных волоконно-оптических датчиков / Карасик В.Е., Лазарев В.А., Неверова Н.А // Научно-технический вестник Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики. - 2008. - №58. - С.51-58). Оптический сигнал от широкополосного источника света распространяется по световоду и направляется к сканирующему интерферометру Фабри-Перо. Выходное излучение интерферометра подается на оптический разветвитель, который направляет выходной оптический сигнал от датчика на основе объемных дифракционных решеток Брэгга на фотоприемное устройство, и далее на аналогово-цифровой преобразователь. Недостатками такого устройства являются дороговизна, сложность настройки и юстировки оптической системы измерителя.

Известны волоконно-оптические измерители температуры, действующие на основе температурной зависимости комбинационного (рамановского) рассеяния (http://temperatures.ru/pages/volokonno_opticheskie_datchiki_temperatury).

Структура волоконно-оптической системы измерения температуры включает блок формирования сигнала с частотным генератором, лазер, оптический модуль, приемный блок и блок микропроцессора, а также световодный кабель (кварцевое стеклянное волокно) в качестве линейного температурного датчика. Частотно-модулированный свет лазера направляется в световод. В любой точке вдоль оптоволокна возникает комбинационный рассеянный свет, излучаемый во всех направлениях. Часть комбинационного рассеянного света распространяется в обратном направлении к блоку формирования сигнала. Выполняются спектральная фильтрация обратно рассеянного излучения, его преобразование в измерительных каналах в электрические сигналы, усиление и электронная обработка. Микропроцессор выполняет расчет преобразования Фурье. Недостатком этого измерителя температуры является высокая стоимость используемого контрольно-измерительного оборудования из-за сложности методики регистрации требуемых параметров вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна в волоконных световодах.

Известны волоконно-оптические измерители температуры на основе интерферометров Маха-Цендера и Майкельсона, работающих на эффекте оптического сдвига фазы при изменении температуры [Р.Г. Джексон. Новейшие датчики. М.: Техносфера, 2007. - 384 с.]. Модулированный оптический сигнал источника света, распространяясь по оптическому волокну, которое, в свою очередь, является чувствительным элементом, реагирующим на изменение температуры окружающей среды, попадает на оптический разветвитель, расщепляющий оптическое излучение на два луча, которые далее либо отражаются от зеркал и попадают обратно в световод (интерферометр Майкельсона), либо в другой световод (интерферометр Маха-Цендера). Два оптических сигнала направляются на фотоприемник и далее на аналогово-цифровой преобразователь. Недостатками таких измерителей являются повышенные требования к точности настройки интерферометров и их значительная стоимость.

Наиболее близким к заявляемому изобретению и принятый в качестве прототипа является волоконно-оптический измеритель температуры, основанный на эффекте температурного сдвига края спектральной линии поглощения полупроводника, например арсенида галлия (Волоконно-оптические датчики. Вводный курс для инженеров и научных работников. Под ред. Э. Удда. Москва: Техносфера, 2008. - С.151). Модулированный оптический сигнал от источника излучения (лазер, светоизлучающий диод) вводится в волоконно-оптический световод, проходит многомодовый волоконно-оптический разветвитель и попадает на чувствительный элемент, который располагается непосредственно на конце оптического световода. Чувствительный элемент представляет собой структуру «световод-слой полупроводника-зеркало». Отраженный от зеркала оптический сигнал возвращается в многомодовый волоконно-оптический разветвитель и направляется на фотоприемное устройство. Недостатками такого измерителя являются нестабильность работы, обусловленная естественным дрейфом длины волны излучения лазера и дороговизна конструкции, связанная с необходимостью применения узкополосного источника света (лазера) со стабильной длиной волны излучения. Кроме этого, на работу такого датчика сильное влияние оказывают внешние электрические поля, изменяющие оптические свойства полупроводниковой пленки.

Технической задачей, решаемой в заявляемом изобретении, является повышение стабильности работы датчика при воздействии внешних электрических и магнитных полей.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в волоконно-оптическом измерителе температуры, содержащем расположенные по ходу излучения источник света, входное оптическое волокно, датчик, выходное оптическое волокно, фотоприемник, электронную систему индикации выходного оптического сигнала, чувствительный элемент датчика выполнен в виде пластины из пористого стекла, пропитанной органическим веществом с температурой фазового перехода, равной заданной пороговой температуре измерений.

При температурах датчика, меньших пороговой, рабочее вещество в чувствительном элементе датчика находится в твердом поликристаллическом состоянии и интенсивно рассеивает свет, при этом оптические потери излучения, проходящего через такой элемент, значительны. В жидком состоянии рабочего вещества, при температуре среды выше пороговой, оптическое пропускание чувствительного элемента резко возрастает, потери излучения незначительны и обусловлены точностью юстировки оптической схемы датчика и потерями вследствие отражения света на стенках пластины из пористого стекла.

Заявляемое устройство позволяет повысить стабильность измерений температуры при воздействии на чувствительный элемент датчика внешних электрических и магнитных полей, благодаря, во-первых, использованию природных оптико-физических свойств материала самого датчика и чувствительного элемента, не содержащих металлических и полупроводниковых изделий (что исключает помехи, связанные с влиянием токов Фуко), и, во-вторых, несложной конструкции, форме и расположению термочувствительного элемента в датчике волоконно-оптического измерителя температуры.

Сущность заявляемого технического решения поясняется фиг.1-3, где представлены:

на фиг.1 - общая структурная схема волоконно-оптического измерителя температуры,

на фиг.2 - чувствительный элемент датчика в виде тонкой пластинки из пористого стекла,

на фиг.3 - график зависимости светопропускания рабочего вещества, например анестезина, от температуры.

Волоконно-оптический измеритель температуры содержит расположенные по ходу излучения источник света 1 (лазер или светодиод), входной волоконный световод 2, датчик 3, выходной волоконный световод 4, фотоприемник 5, электронную систему индикации 6.

Устройство содержит чувствительный элемент датчика 3, заполненный рабочим веществом, оптические свойства которого существенно зависят от температуры, выполнен в виде тонкой пластинки из пористого стекла, пропитанной рабочим веществом и расположенной в датчике между торцами подводимых входного 2 и выходного 4 многомодовых световодов, как показано на фиг.2.

Заявляемый волоконно-оптический измеритель температуры работает следующим образом. Свет, распространяющийся от источника модулированного оптического излучения 1, направляется по входному многомодовому оптическому волокну 2 к датчику 3, далее по выходному многомодовому оптическому волокну 4 оптическое излучение направляется к фотоприемнику 5, сигнал о температуре отображается на электронной системе индикации 6. При температуре среды ниже пороговой температуры перехода фазового состояния органического вещества чувствительный элемент датчика 3, выполненный в виде пропитанной рабочим веществом пористой пластинки (фиг.2), интенсивно рассеивает излучение. При этом приемник излучения 5 регистрирует минимальный выходной сигнал. Электронная система индикации 6 отображает состояние окружающей среды. Если температура среды равна или больше пороговой температуры фазового перехода рабочего вещества, оптические потери в чувствительном элементе датчика 3 волоконно-оптического измерителя температуры резко уменьшаются. Выходной сигнал о состоянии температуры окружающей среды отображается на электронной системе индикации 6.

В качестве рабочего вещества для пропитки пластинки из пористого стекла используются органические вещества с точкой фазового перехода жидкость-твердое тело, примеры температурных характеристик которых представлены в таблице 1.

Зависимость пропускания света чувствительным элементом датчика волоконно-оптического измерителя температуры совпадает с зависимостью пропускания света используемого органического вещества от температуры. График зависимости светопропускания рабочего вещества, например анестезина, от температуры представлен на фиг.3.

Заявляемое устройство позволяет повысить стабильность измерения температуры при воздействии внешних электрических и магнитных полей, благодаря использованию материалов, не имеющих металлических и полупроводниковых компонент, а также приведенному на фигурах расположению и форме термочувствительного элемента в конструкции датчика волоконно-оптического измерителя температуры. Устройство конструктивно несложно, технологично в изготовлении и юстировке и, следовательно, недорого в сравнении с известными оптическими датчиками и измерителями температуры.

Волоконно-оптический измеритель температуры, содержащий расположенные по ходу излучения источник света, входное оптическое волокно, датчик, выходное оптическое волокно, фотоприемник, электронную систему индикации выходного оптического сигнала, отличающийся тем, что чувствительный элемент датчика выполнен в виде пластины из пористого стекла, поры которого заполнены рабочим веществом, изменяющим фазовое состояние при температуре, равной заданной пороговой температуре измерений.
ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ
ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ
ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ
ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 21.
10.02.2013
№216.012.2483

Способ изготовления планарного волновода

Способ может быть использован при изготовлении планарных волноводов. Согласно способу поверхность пластины из пористого оптического материала совмещают с плоскостью сформированного лазерного пучка с длиной волны излучения в области максимального поглощения материала пластины. Пластину...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474849
Дата охранного документа: 10.02.2013
20.05.2014
№216.012.c2f9

Способ изготовления микрооптического растра

Изобретение относится к технологии изготовления микрооптических элементов - основного элемента оптики и оптоэлектроники. Изобретение может быть использовано в устройствах обработки сигнала в оптоэлектронике. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515672
Дата охранного документа: 20.05.2014
20.10.2014
№216.012.fefc

Способ определения скорости сложной зрительно-моторной реакции испытуемого и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к медицине и медицинской технике, а именно к нейрофизиологии. Регистрируют траекторию движения центра зрачка глаза при распознавании оптотипа. Предварительно размещают рядом с глазом шаблон круглой формы, таким образом, чтобы резкое изображение шаблона и глаза...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002531132
Дата охранного документа: 20.10.2014
20.10.2014
№216.012.ff56

Способ изготовления объемного волновода

Изобретение относится к технологии изготовления оптических волноводов, то есть светопроводящих и светоуправляющих структур, расположенных в объеме стекла. Техническим результатом изобретения является увеличение различия в показателях преломления сердцевина-оболочка и уменьшение потерь,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002531222
Дата охранного документа: 20.10.2014
10.11.2014
№216.013.04e3

Панкратическая фокусирующая система

Изобретение может быть использовано при создании мощных лазерных систем для фокусировки излучения на удаленные мишени. Система включает первый объектив, первый и второй линзовые компоненты которого установлены с возможностью перемещения вдоль оптической оси объектива. Третий линзовый...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002532649
Дата охранного документа: 10.11.2014
10.11.2014
№216.013.050c

Способ создания фотовольтаических ячеек на основе гибридного нанокомпозитного материала

Изобретение относится к способам изготовления фотовольтаических ячеек и может быть использовано в солнечных батареях. Предложенный способ основан на поэтапном изготовлении сенсибилизирующего слоя на основе нанокомпозитной гибридной структуры, содержащей мезопористый TiO, полупроводниковые...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002532690
Дата охранного документа: 10.11.2014
10.01.2015
№216.013.1a4d

Способ лазерной очистки поверхности

Способ может быть использован при удалении различного рода загрязнений с поверхности промышленных и технологических объектов. Проводят сканирование в многоимпульсном режиме сформированным пучком лазерного излучения по корродированной поверхности объекта в несколько проходов. Регистрируют в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002538161
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.02.2015
№216.013.2455

Способ получения высококремнеземного пористого стекла с магнитными свойствами

Изобретение относится к пористым высококремнеземистым стеклам. Технический результат изобретения заключается в получении пористых стекол в форме массивных изделий толщиной 0,1÷2 мм с размерами кристаллитов 5÷20 нм. Объем пор стекла составляет 0,2÷0,6 см/см. В состав базового...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002540754
Дата охранного документа: 10.02.2015
20.02.2015
№216.013.2750

Жидкая композиция для фотополимеризационноспособной пленки для записи голограммы, способ получения композиции, способ получения вышеуказанной пленки

Изобретения относятся к жидкой композиции для получения фотополимеризационноспособной пленки для записи голограмм, способу получения такой жидкой композиции и способу получения фотополимеризационноспособной пленки. Предлагаемая фотополимеризационноспособная пленка формирует изображение за счет...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002541521
Дата охранного документа: 20.02.2015
20.02.2015
№216.013.296c

Способ изготовления заготовок для световодов

Изобретение относится к волоконной оптике, в частности к технологии изготовления световодов из кварцевого стекла. Изобретение решает задачу снижения потерь стекла заготовок, обусловленных его испарением при высоких температурах процесса его изготовления. Способ также позволяет корректировать...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542061
Дата охранного документа: 20.02.2015
Показаны записи 1-10 из 22.
10.02.2013
№216.012.2483

Способ изготовления планарного волновода

Способ может быть использован при изготовлении планарных волноводов. Согласно способу поверхность пластины из пористого оптического материала совмещают с плоскостью сформированного лазерного пучка с длиной волны излучения в области максимального поглощения материала пластины. Пластину...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474849
Дата охранного документа: 10.02.2013
20.05.2014
№216.012.c2f9

Способ изготовления микрооптического растра

Изобретение относится к технологии изготовления микрооптических элементов - основного элемента оптики и оптоэлектроники. Изобретение может быть использовано в устройствах обработки сигнала в оптоэлектронике. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515672
Дата охранного документа: 20.05.2014
20.10.2014
№216.012.fefc

Способ определения скорости сложной зрительно-моторной реакции испытуемого и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к медицине и медицинской технике, а именно к нейрофизиологии. Регистрируют траекторию движения центра зрачка глаза при распознавании оптотипа. Предварительно размещают рядом с глазом шаблон круглой формы, таким образом, чтобы резкое изображение шаблона и глаза...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002531132
Дата охранного документа: 20.10.2014
20.10.2014
№216.012.ff56

Способ изготовления объемного волновода

Изобретение относится к технологии изготовления оптических волноводов, то есть светопроводящих и светоуправляющих структур, расположенных в объеме стекла. Техническим результатом изобретения является увеличение различия в показателях преломления сердцевина-оболочка и уменьшение потерь,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002531222
Дата охранного документа: 20.10.2014
10.11.2014
№216.013.04e3

Панкратическая фокусирующая система

Изобретение может быть использовано при создании мощных лазерных систем для фокусировки излучения на удаленные мишени. Система включает первый объектив, первый и второй линзовые компоненты которого установлены с возможностью перемещения вдоль оптической оси объектива. Третий линзовый...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002532649
Дата охранного документа: 10.11.2014
10.11.2014
№216.013.050c

Способ создания фотовольтаических ячеек на основе гибридного нанокомпозитного материала

Изобретение относится к способам изготовления фотовольтаических ячеек и может быть использовано в солнечных батареях. Предложенный способ основан на поэтапном изготовлении сенсибилизирующего слоя на основе нанокомпозитной гибридной структуры, содержащей мезопористый TiO, полупроводниковые...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002532690
Дата охранного документа: 10.11.2014
10.01.2015
№216.013.1a4d

Способ лазерной очистки поверхности

Способ может быть использован при удалении различного рода загрязнений с поверхности промышленных и технологических объектов. Проводят сканирование в многоимпульсном режиме сформированным пучком лазерного излучения по корродированной поверхности объекта в несколько проходов. Регистрируют в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002538161
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.02.2015
№216.013.2455

Способ получения высококремнеземного пористого стекла с магнитными свойствами

Изобретение относится к пористым высококремнеземистым стеклам. Технический результат изобретения заключается в получении пористых стекол в форме массивных изделий толщиной 0,1÷2 мм с размерами кристаллитов 5÷20 нм. Объем пор стекла составляет 0,2÷0,6 см/см. В состав базового...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002540754
Дата охранного документа: 10.02.2015
20.02.2015
№216.013.2750

Жидкая композиция для фотополимеризационноспособной пленки для записи голограммы, способ получения композиции, способ получения вышеуказанной пленки

Изобретения относятся к жидкой композиции для получения фотополимеризационноспособной пленки для записи голограмм, способу получения такой жидкой композиции и способу получения фотополимеризационноспособной пленки. Предлагаемая фотополимеризационноспособная пленка формирует изображение за счет...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002541521
Дата охранного документа: 20.02.2015
20.02.2015
№216.013.296c

Способ изготовления заготовок для световодов

Изобретение относится к волоконной оптике, в частности к технологии изготовления световодов из кварцевого стекла. Изобретение решает задачу снижения потерь стекла заготовок, обусловленных его испарением при высоких температурах процесса его изготовления. Способ также позволяет корректировать...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542061
Дата охранного документа: 20.02.2015

Похожие РИД в системе