Волоконно-оптический датчик температуры
Полезная модель относится к системам контроля и может использоваться для дистанционных измерений температуры объектов, расположенных в труднодоступных местах, а также при наличии воздействия вредных факторов. Волоконно-оптический датчик температуры содержит источник излучения, узел передачи излучения из коаксиальных оптических волокон и светоотражающей поверхности, термочувствительный элемент в виде термоиндикаторной краски плавления и приемник излучения. Светоотражающая поверхность разделена на зоны, на которые, кроме одной, нанесены термоиндикаторные краски, отличающиеся друг от друга температурой плавления. Полезная модель направлена на создание датчика температуры обладающего малыми габаритами, устойчивого к воздействию вредных факторов, измеряющего несколько значений заданных температур. 3 ил.
Полезная модель относится к системам контроля и может использоваться для дистанционных измерений температуры объектов, расположенных в труднодоступных местах, а также при наличии воздействия вредных факторов.
Известен датчик температуры, описанный в авторском свидетельстве СССР 
1174784, G01K 11/12, опубл. 20.08.1985 г. в котором для измерения температуры сред на внешнюю поверхность, излучающей световодной секции, нанесено покрытие, выполненное из материала, показатель преломления которого зависит от температуры.
К недостаткам данного датчика температуры относится необходимость установки его непосредственно в измеряемую среду и технологическая сложность установки излучающей и приемной секции световода, что ограничивает функциональные возможности.
Ближайшим техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является индикатор температуры, описанный в авторском свидетельстве СССР 1485039, G01K 11/12, опубл. 07.06.1989 г. Индикатор содержит источник излучения, узел передачи излучения в виде световодов с колпачком из теплопроводного материала с внутренней светоотражающей поверхностью, термочувствительный элемент, выполненный в виде термоиндикаторной краски плавления, нанесенной на светоотражающую поверхность колпачка и приемник излучения.
К недостаткам данного индикатора относится измерение только одного значения температуры, что сужает функциональные возможности.
Задача, решаемая заявленной полезной моделью, заключается в создании датчика температуры, имеющего малые массогабаритные характеристики, устойчивого к воздействию вредных факторов, измеряющего несколько значений заданных температур и позволяющего контролировать целостность линии передачи без вскрытия корпусов.
Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей, за счет того, что светоотражающая поверхность разбита на зоны, каждая из которых реагирует на определенное значение температуры.
Для достижения указанного технического результата волоконно-оптический датчик температуры, содержащий последовательно расположенные источник излучения, узел передачи излучения, выполненный из коаксиально расположенных оптических волокон и имеющий светоотражающую поверхность с термочувствительным элементом в виде термоиндикаторной краски плавления и приемник излучения, согласно заявляемой полезной модели, светоотражающая поверхность выполнена разделенной на зоны, на каждую из которых, кроме одной, нанесена термоиндикаторная краска с отличающейся друг от друга температурой плавления.
Наличие в заявляемой полезной модели признаков, отличающих его от прототипа, позволяет считать его соответствующим условию «новизна».
Предлагаемый датчик температуры иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-3.
На фиг.1 изображена конструкция датчика, на фиг.2 - вид светоотражающей поверхности с разделением на зоны, на фиг.3 - диаграмма увеличения мощности регистрируемого отраженного оптического излучения при воздействии температур.
Датчик температуры (фиг.1) содержит корпус 1, внутри которого установлен вкладыш 2 со светоотражающей поверхностью 3 и наконечник 4 с вклеенными оптическими волокнами 5, изготовленными из материалов, обеспечивающих стойкость к вредным факторам. Вкладыш 2 и наконечник 4 закреплены в корпусе 1 датчика при помощи установочных винтов 6 и 7. Зазор между светоотражающей поверхностью 3 и торцом наконечника 4 обеспечивается регулировочной шайбой 8. Термоиндикаторные краски 9 с различными температурами плавления нанесены на светоотражающую поверхность 3, как изображено на фиг.2. Источник излучения 10 и приемник излучения 11 встроены в оптический тестер 12.
Устройство работает следующим образом.
Оптические волокна 5 подключают к оптическому тестеру 12 со встроенными источником 10 и приемником излучения 11. Излучение от источника 10 передается по оптическому волокну 5, при падении на светоотражающую поверхность 3 частично поглощается зонами термоиндикаторной краски 9. Отраженная часть излучения передается по приемному оптическому волокну 5 к приемнику излучения 11, где оптический тестер 12 регистрирует полученный уровень мощности оптического излучения.
При отсутствии температурных воздействий мощность регистрируемого сигнала соответствует количеству излучения, отраженного от не закрашенной поверхности зоны светоотражающей поверхности 3, и имеет минимальное значение Р0, принимаемое за контрольный нулевой уровень, гарантирующего целостность линии передачи оптического излучения. Под воздействием на объект температуры вкладыш 2 со светоотражающей поверхностью 3 нагревается и при температуре, соответствующей температуре плавления t1 первого термоиндикатора T1 , зона термоиндикаторной краски 9 термоиндикатора T1 нагревается, термоиндикаторная краска 9 плавится и становится прозрачной для оптического излучения, за счет чего увеличивается поток отраженного излучения, и оптический тестер 12 регистрирует мощность P1. Подобным образом регистрируют температурные воздействия T2 и T3, что соответствует плавлению зон термоиндикаторных красок 9 термоиндикаторов Т 2 и Т3, что увеличивает уровни мощности отраженного излучения до значений Р2 и Р3.
При проведении испытаний на воздействие температур с термоиндикаторами на три различные температуры плавления было получено приращение мощности регистрируемого отраженного сигнала при достижении заданного значения из трех исследуемых температур на одинаковый диапазон, соответствующий 100 нВт (фиг.3).
Применение в конструкции датчика оптических волокон расширяет его функциональные возможности за счет вариации использования постоянного или импульсного сигнала для регистрации уровня мощности. При регистрации постоянным сигналом передача излучения осуществляется с использованием двух волокон: передающего и приемного. Импульсный способ позволяет передавать излучение в двух направлениях по одному волокну, что позволяет увеличивать количество измеряемых температур. Выбор передачи излучения изменяет конструкцию наконечника, увеличивая число вклеиваемых оптических волокон. Использование оптических волокон дает возможность осуществлять контроль целостности линий передачи оптического излучения и определения возможных обрывов без механического вскрытия объекта.
Заявляемая полезная модель позволяет расширить функциональные возможности датчика, за счет увеличения количества измеряемых значений температур путем деления светоотражающей поверхности на зоны, возможности контроля целостности и обеспечения стойкости линий передачи излучения к воздействию вредных факторов.
Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленной полезной модели следующей совокупности условий:
устройство, воплощающее заявленную полезную модель, при его осуществлении, предназначено для измерения температуры;
для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в формуле на полезную модель, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке и известных до даты приоритета средств и методов;
устройство для измерения температуры, воплощенное в заявленной полезной модели, при его осуществлении способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем достигаемого технического результата.
Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию «промышленная применимость».
Волоконно-оптический датчик температуры, содержащий последовательно расположенные источник излучения, узел передачи излучения, выполненный из оптических волокон и имеющий светоотражающую поверхность с термочувствительным элементом в виде термоиндикаторной краски плавления, и приемник излучения, отличающийся тем, что светоотражающая поверхность выполнена разделенной на зоны, на каждую из которых, кроме одной, нанесена термоиндикаторная краска с отличающейся друг от друга температурой плавления.
