×
10.07.2015
216.013.60a2

Результат интеллектуальной деятельности: ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОГО ДАТЧИКА ТЕМПЕРАТУРЫ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к волоконно-оптическим датчикам температуры. Чувствительный элемент выполнен в виде волокна из люминесцентного стекла, которое содержит нейтральные молекулярные кластеры серебра и ионы редкоземельного металла. Технический результат - увеличение температурной чувствительности датчика. 3 ил.
Основные результаты: Чувствительный элемент волоконно-оптического датчика температуры, выполненный в виде волокна из люминесцентного стекла, содержащего нейтральные молекулярные кластеры серебра, отличающийся тем, что в состав стекла введены ионы редкоземельного металла.

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться в волоконно-оптических датчиках температуры, предназначенных для использования в системах аварийной защиты высоковольтного и электрораспределительного оборудования и узлов транспортных средств для индикации перегрева, а также может быть использован для контроля температуры охлаждающей жидкости в энергетических установках и для контроля температуры в химической и пищевой промышленности.

Известен волоконный датчик температуры, включающий в себя источник оптического сигнала, передающие оптические волокна, фотоприемное устройство и чувствительный элемент в виде волокна из люминесцентного стекла, легированного ионами неодима [Z.Y. Zhang, К.Т.V. Grattan, A.W. Palmer, В.Т. Meggitt // Rev. Sci. Instrum. 1997. Vol.68, P.2759]. Ионы неодима обладают люминесценцией на длине волны 1.06 мкм. Датчик основан на измерении температуры по изменению времени затухания люминесценции при возбуждении люминесценции импульсным источником излучения. Чувствительность датчика составляет 0.13 мкс/°C. Недостатками датчика являются необходимость использования импульсного источника возбуждающего излучения, электронных устройств для формирования электрического импульса для управления источником излучения и синхронизации фотоприемного устройства, включающего в себя быстродействующий фотодиод и амплитудно-временной анализатор, что усложняет конструкцию датчика, а также проведения прецизионного измерения амплитудно-временной характеристики затухания люминесценции.

Известен волоконный датчик температуры, включающий в себя источник оптического сигнала, передающие оптические волокна, фотоприемное устройство и чувствительный элемент в виде волокна из люминесцентного стекла, легированного ионами эрбия [Z.Y. Zhang, К.Т.V. Grattan, A.W. Palmer, В.Т. Meggitt, Т.Sun // Rev. Sci. Instrum. 1997. Vol.68, P.2764]. Ионы эрбия обладают люминесценцией на длине волны 1.5 мкм. Датчик основан на измерении температуры по изменению времени затухания люминесценции при возбуждении люминесценции импульсным источником излучения. Чувствительность датчика составляет 2.5-12 мкс/°C. Недостатками датчика являются необходимость использования импульсного источника возбуждающего излучения, электронных устройств для формирования электрического импульса для управления источником излучения и синхронизации фотоприемного устройства, включающего в себя быстродействующий фотодиод и амплитудно-временной анализатор, что усложняет конструкцию датчика, а также проведения прецизионного измерения амплитудно-временной характеристики затухания люминесценции.

Известен чувствительный элемент волоконного датчика температуры, выбранный в качестве прототипа, состоящий из волокна из люминесцентного стекла, содержащего нейтральные молекулярные кластеры серебра [Д.С. Агафонова, В.И. Егоров, А.И. Игнатьев, А.И. Сидоров // Опт. журн. Т.80. №8. С.51. 2013]. Датчик основан на измерении температуры по изменению интегральной интенсивности люминесценции при возбуждении люминесценции непрерывным источником излучения. Увеличение температуры от 25 до 200°C приводит к уменьшению интегральной интенсивности люминесценции в 10 раз. Недостатком датчика является относительно низкая температурная чувствительность.

Изобретение решает задачу увеличения температурной чувствительности волоконного датчика температуры.

Сущность заявляемого изобретения заключается в следующем. Чувствительный элемент волоконно-оптического датчика температуры выполнен в виде волокна из люминесцентного стекла, которое содержит нейтральные молекулярные кластеры серебра и в его состав введены ионы редкоземельного металла.

Нейтральные молекулярные кластеры серебра (Ag2, Ag3, Ag4 и др.) в стеклах обладают интенсивной люминесценцией в видимой области спектра при возбуждении люминесценции излучением с длиной волны 360-410 нм (напр., А.И. Игнатьев, Н.В. Никоноров, А.И. Сидоров, Т.А. Шахвердов // Опт. и спектр. 2013. Т.114, №5, с.838-844.). При увеличении температуры стекол, содержащих нейтральные молекулярные кластеры серебра происходит термическое тушение люминесценции, сопровождающееся уменьшением ее интенсивности без изменения формы полосы люминесценции и ее спектрального положения. В этом случае измерение температуры сводится к измерению интегральной интенсивности люминесценции в спектральной полосе чувствительности фотоприемника. При введении в состав стекла ионов редкоземельного металла в стекле образуются комплексы вида Agn-X (X - ион редкоземельного металла). Такие комплексы также обладают люминесценцией, однако, как показали наши исследования, температурное тушение люминесценции в таких комплексах происходит более интенсивно, по сравнению с молекулярными кластерами Agn, из-за особенностей переноса энергии в комплексе. Это позволяет увеличить температурную чувствительность датчика температуры.

Совокупность признаков, изложенных в формуле, характеризует чувствительный элемент волоконного датчика температуры, изготовленный из люминесцентного стекла с нейтральными молекулярными кластерами серебра Ag2, Ag3 и Ag4 и ионами редкоземельного металла. Это позволяет увеличить температурную чувствительность датчика температуры.

Сущность изобретения поясняется фиг.1-3, где представлены:

на фиг.1 - конструкция волоконного датчика температуры, где 1 - источник оптического сигнала, 2 - линза, 3 - передающее оптическое волокно с волоконным разветвителем, 4 - фотоприемное устройство, 5 - оптический фильтр, 6 - чувствительный элемент датчика;

на фиг.2 - зависимость интенсивности люминесценции от длины волны для чувствительного элемента из волокна с нейтральными молекулярными кластерами серебра и ионами Tb3+, где 1 - t=20°C, 2 - t=120°C, 3 - огибающая спектральной полосы люминесценции молекулярных кластеров серебра; стрелками указаны полосы люминесценции Tb3+; длина волны возбуждающего излучения 405 нм;

на фиг.3 - нормированная амплитуда сигнала фотоприемного устройства от температуры волокна из стекла с молекулярными кластерами серебра и ионами Tb3+; длина волны возбуждающего излучения 405 нм.

На фиг.1 показана конструкция волоконного датчика температуры.

Датчик состоит из источника оптического сигнала, возбуждающего люминесценцию 1, представляющего собой непрерывный светодиод с длиной волны излучения 405 нм, линзы 2, расположенной перед входом волоконного разветвителя многомодового волокна из кварцевого стекла 3, фотоприемного устройства 4, представляющего собой кремниевый фотодиод, расположенный у выхода волоконного разветвителя 3, оптического фильтра 5 и чувствительного элемента 6, в виде волокна, изготовленного из стекла с нейтральными молекулярными кластерами серебра и ионами Tb3+. Чувствительный элемент датчика 6 представляет собой волокно диаметром 150 мкм и длиной 3 см. Волокно изготовлено из оксифторидного стекла, имеющего следующий состав: SiO2-AlF3-PbF2-CdF2-ZnF2 с добавками AgNO3 (5 мол.%) и TbF3 (2 мол.%).

Датчик температуры работает следующим образом. Чувствительный элемент датчика помещают в область, в которой необходимо провести измерение температуры. Оптический сигнал, возбуждающий люминесценцию, с выхода светодиода 1 с помощью линзы 2 фокусируется на вход волоконного разветвителя 3 и по передающему оптическому волокну поступает в чувствительный элемент 6. Оптический сигнал возбуждает люминесценцию молекулярных комплексов Agn-Tb3+ в чувствительном элементе 6 в спектральном интервале 550-1000 нм, что соответствует спектральной области чувствительности кремниевого фотодиода 4. Оптический сигнал люминесценции из чувствительного элемента 6 по передающему волокну 3 поступает на выход волоконного разветвителя 3, проходит через оптический фильтр 5, отсекающий паразитное возбуждающее излучение и регистрируется кремниевым фотодиодом 4. При изменении температуры чувствительного элемента 6 происходит изменение интенсивности люминесценции в чувствительном элементе 6 и изменение амплитуды электрического сигнала кремниевого фотодиода 4.

Спектры люминесценции чувствительного элемента при t=20°С и t=150°С показаны на фиг.2. Спектры люминесценции измерены с помощью волоконного спектрометра EPP2000-UVN-SR (StellarNet) с возбуждением люминесценции непрерывным полупроводниковым светодиодом (л=405 nm). Из фиг.2 видно, что при увеличении температуры волокна интенсивность люминесценции уменьшается без спектрального сдвига и без изменения формы полосы люминесценции. Амплитуда сигнала фотоприемного устройства в этом случае пропорциональна интегральной интенсивности люминесценции. Это позволяет использовать для регистрации изменения интенсивности люминесценции кремниевый фотодиод. На фиг.3 показана зависимость нормированного сигнала кремниевого фотодиода от температуры чувствительного элемента. Из фиг.3 видно, что при изменении температуры чувствительного элемента от 20°C до 250°C сигнал фотодиода уменьшается в 50 раз. Для температурного интервала 25-200°C изменение интенсивности люминесценции в 3.3 раза больше в сравнении с прототипом. Для температурного интервала 20-250°C изменение интенсивности люминесценции в 3 раза больше в сравнении с оксифторидным стеклом, содержащем молекулярные ионы серебра, но не содержащем ионы Tb3+. Температурная зависимость интенсивности люминесценции не имеет температурного гистерезиса и многократно воспроизводится.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет увеличить температурную чувствительность волоконного датчика температуры более, чем в 3 раза по сравнению с прототипом.

Чувствительный элемент волоконно-оптического датчика температуры, выполненный в виде волокна из люминесцентного стекла, содержащего нейтральные молекулярные кластеры серебра, отличающийся тем, что в состав стекла введены ионы редкоземельного металла.
ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОГО ДАТЧИКА ТЕМПЕРАТУРЫ
ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОГО ДАТЧИКА ТЕМПЕРАТУРЫ
ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОГО ДАТЧИКА ТЕМПЕРАТУРЫ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 121.
10.11.2013
№216.012.7d7f

Способ каталитической конверсии целлюлозы в гекситолы

Изобретение относится к области переработки возобновляемого сырья (в частности, целлюлозы) в сырье для химического синтеза и биотопливо. В способе каталитической конверсии целлюлозы в гекситолы, включающем проведения процесса гидролитического гидрирования целлюлозы в течение 3-7 минут при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497800
Дата охранного документа: 10.11.2013
10.03.2014
№216.012.a953

Способ формирования серебряных наночастиц в стекле

Способ формирования серебряных наночастиц в стекле относится к технологии оптических материалов и может быть использован в интегральной оптике и биосенсорных технологиях. Способ включает нанесение серебряной пленки на поверхность силикатного стекла, допированного церием, выдерживание полученной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002509062
Дата охранного документа: 10.03.2014
27.03.2014
№216.012.ae13

Способ получения сапонинсодержащих экстрактов (вариант)

Изобретение относится к фармацевтической промышленности, а именно к способу получения сапонинсодержащего экстракта. Способ получения сапонинсодержащего экстракта, включающий предварительное замачивание корней Saponaria officialis L. в дистиллированной воде, экстракцию под воздействием...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002510278
Дата охранного документа: 27.03.2014
10.01.2015
№216.013.17c3

Способ определения коэффициента квадратичной фазовой модуляции сверхкороткого оптического импульса

Способ относится к лазерной технике и может быть использован для создания устройства прямого самореферентного определения коэффициента квадратичной фазовой модуляции сверхкороткого оптического импульса. Способ определения коэффициента квадратичной фазовой модуляции сверхкороткого оптического...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002537511
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.01.2015
№216.013.1d3d

Способ деперсонализации персональных данных

Изобретение относится к области защиты информации, хранимой в информационных системах персональных данных (ИСПДн), от несанкционированного доступа (НСД) и может быть использовано на стадиях разработки и оптимизации ИСПДн в защищенном исполнении. Техническим результатом является повышение уровня...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002538913
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.01.2015
№216.013.1e16

Волоконно-оптическое устройство для измерения напряженности электрического поля

Изобретение относится к измерительным устройствам на основе волоконно-оптических фазовых поляриметрических датчиков. Оптимизация структуры датчика, обуславливающая возникновение разноименной модуляции показателя преломления при подаче на двухканальный модулятор разности фаз напряжения одной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002539130
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.02.2015
№216.013.2349

Способ получения резистивного элемента памяти

Изобретение относится к нанотехнологии и может применяться при изготовлении планарных двухэлектродных резистивных элементов запоминающих устройств. Способ получения резистивного элемента памяти включает в себя создание проводящих электродов на непроводящей подложке, напыление в зазор между...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002540486
Дата охранного документа: 10.02.2015
10.02.2015
№216.013.234c

Способ оценки степени обогатимости минерального сырья оптическим методом и устройство для его реализации

Группа изобретений относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для предварительной оценки обогатимости руд твердых полезных ископаемых и определения параметров их селекции. Согласно способу определяют полезность и зоны различения каждого минерального объекта из партии...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002540489
Дата охранного документа: 10.02.2015
20.02.2015
№216.013.2bab

Способ центрировки линзы в оправе и оправа для его осуществления

Способ включает установку линзы на плоский буртик промежуточной части оправы, размещаемой на буртике цилиндрического отверстия основной оправы с возможностью наклона. Вращают основную оправу вокруг ее базовой оси, измеряют биение центра кривизны первой рабочей поверхности линзы относительно оси...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542636
Дата охранного документа: 20.02.2015
10.03.2015
№216.013.2faa

Способ записи оптической информации в стекле

Изобретение относится к области оптики и может быть использовано для записи и хранения оптической информации в виде текста, изображений, штрих-кодов и цифровой битовой информации. Целью изобретения является увеличение скорости записи оптической информации в стекле и упрощение состава стекла....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002543670
Дата охранного документа: 10.03.2015
Показаны записи 1-10 из 100.
10.11.2013
№216.012.7d7f

Способ каталитической конверсии целлюлозы в гекситолы

Изобретение относится к области переработки возобновляемого сырья (в частности, целлюлозы) в сырье для химического синтеза и биотопливо. В способе каталитической конверсии целлюлозы в гекситолы, включающем проведения процесса гидролитического гидрирования целлюлозы в течение 3-7 минут при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497800
Дата охранного документа: 10.11.2013
10.03.2014
№216.012.a953

Способ формирования серебряных наночастиц в стекле

Способ формирования серебряных наночастиц в стекле относится к технологии оптических материалов и может быть использован в интегральной оптике и биосенсорных технологиях. Способ включает нанесение серебряной пленки на поверхность силикатного стекла, допированного церием, выдерживание полученной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002509062
Дата охранного документа: 10.03.2014
27.03.2014
№216.012.ae13

Способ получения сапонинсодержащих экстрактов (вариант)

Изобретение относится к фармацевтической промышленности, а именно к способу получения сапонинсодержащего экстракта. Способ получения сапонинсодержащего экстракта, включающий предварительное замачивание корней Saponaria officialis L. в дистиллированной воде, экстракцию под воздействием...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002510278
Дата охранного документа: 27.03.2014
10.01.2015
№216.013.17c3

Способ определения коэффициента квадратичной фазовой модуляции сверхкороткого оптического импульса

Способ относится к лазерной технике и может быть использован для создания устройства прямого самореферентного определения коэффициента квадратичной фазовой модуляции сверхкороткого оптического импульса. Способ определения коэффициента квадратичной фазовой модуляции сверхкороткого оптического...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002537511
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.01.2015
№216.013.1d3d

Способ деперсонализации персональных данных

Изобретение относится к области защиты информации, хранимой в информационных системах персональных данных (ИСПДн), от несанкционированного доступа (НСД) и может быть использовано на стадиях разработки и оптимизации ИСПДн в защищенном исполнении. Техническим результатом является повышение уровня...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002538913
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.01.2015
№216.013.1e16

Волоконно-оптическое устройство для измерения напряженности электрического поля

Изобретение относится к измерительным устройствам на основе волоконно-оптических фазовых поляриметрических датчиков. Оптимизация структуры датчика, обуславливающая возникновение разноименной модуляции показателя преломления при подаче на двухканальный модулятор разности фаз напряжения одной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002539130
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.02.2015
№216.013.2349

Способ получения резистивного элемента памяти

Изобретение относится к нанотехнологии и может применяться при изготовлении планарных двухэлектродных резистивных элементов запоминающих устройств. Способ получения резистивного элемента памяти включает в себя создание проводящих электродов на непроводящей подложке, напыление в зазор между...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002540486
Дата охранного документа: 10.02.2015
10.02.2015
№216.013.234c

Способ оценки степени обогатимости минерального сырья оптическим методом и устройство для его реализации

Группа изобретений относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для предварительной оценки обогатимости руд твердых полезных ископаемых и определения параметров их селекции. Согласно способу определяют полезность и зоны различения каждого минерального объекта из партии...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002540489
Дата охранного документа: 10.02.2015
20.02.2015
№216.013.2bab

Способ центрировки линзы в оправе и оправа для его осуществления

Способ включает установку линзы на плоский буртик промежуточной части оправы, размещаемой на буртике цилиндрического отверстия основной оправы с возможностью наклона. Вращают основную оправу вокруг ее базовой оси, измеряют биение центра кривизны первой рабочей поверхности линзы относительно оси...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542636
Дата охранного документа: 20.02.2015
10.03.2015
№216.013.2faa

Способ записи оптической информации в стекле

Изобретение относится к области оптики и может быть использовано для записи и хранения оптической информации в виде текста, изображений, штрих-кодов и цифровой битовой информации. Целью изобретения является увеличение скорости записи оптической информации в стекле и упрощение состава стекла....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002543670
Дата охранного документа: 10.03.2015
+ добавить свой РИД