CS261732B1

CS261732B1 - Fiber optic temperature sensor

Info

Publication number: CS261732B1
Application number: CS87932A
Authority: CS
Inventors: Pavel Ing Dubsky; Maciej Mgr Csc Kucharski; Michael Ing Csc Trezzi; Jaroslav Ing Vsetecka
Original assignee: Dubsky Pavel; Kucharski Maciej; Michael Ing Csc Trezzi; Vsetecka Jaroslav
Priority date: 1987-02-12
Filing date: 1987-02-12
Publication date: 1989-02-10
Also published as: CS93287A1

Abstract

Řešení se týká vláknového optického senzoru pro měření teploty. Řeší problém využití vláknového optického senzoru teploty v laboratorních, ale hlavně v provozních podmínkách. Konce měřicího optického vlákna, jehož vyzařovací charakteristika se mění s teplotou, a přijímacího optického vlákna, umístěné v transformačním příppavku, jsou od sebe vzdáleny minimálně 20 mm, přičemž godélné osy měřicího optického vlákna a přijímacího optického vlákna spolu v transformačním přípravku syírají úhel «Lo v rozmezí od 15° do 25°. Řešení se uplatní zejména při automatizaci procesů v laboratorních i provozních podmínkách při měření teploty od -40 °C do + 40 °C,The solution concerns a fiber optic sensor for temperature measurement. It solves the problem of using a fiber optic temperature sensor in laboratory, but mainly in operating conditions. The ends of the measuring optical fiber, whose radiation characteristic changes with temperature, and the receiving optical fiber, located in the transformation fixture, are at least 20 mm apart, while the longitudinal axes of the measuring optical fiber and the receiving optical fiber together in the transformation fixture form an angle «Lo in the range from 15° to 25°. The solution is particularly applicable in the automation of processes in laboratory and operating conditions when measuring temperatures from -40 °C to + 40 °C,

Description

Vynález se týká vláknového optického senzoru, který umožňuje měření teploty.The present invention relates to a fiber optic sensor which enables temperature measurement.

Pro měření teploty se s výhodou užívají optické vláknové teplotní senzory, které mají proti jiným teplotním senzorům celou řadu výhod např. malé rozměry a hmotnost, odolnost proti elektromagnetickému rušení a korozi nebo použitelnost v prostředích, která neumožňují vedení proudu a pod· Dosud známé optické vláknové teplotní senzory využívají celé řady jevů a principů, například amplitudové modulace záření, modulace vlnové délky, polarizační nebo fázové modulace. Nevýhodou těchto senzorů je to, že ve většině případů nejsou komerčně dostupné, jsou příliš drahé a jsou realizovány pouze laboratorně. Často vyžadují značně složité a nákladné vyhodnocovací zařízení.Optical fiber temperature sensors are preferably used for temperature measurement and have many advantages over other temperature sensors such as small size and weight, electromagnetic interference and corrosion resistance, or usability in environments that do not allow current conduction, etc. temperature sensors use a number of phenomena and principles, such as amplitude modulation of radiation, modulation of wavelength, polarization or phase modulation. The disadvantage of these sensors is that in most cases they are not commercially available, are too expensive and are only implemented in a laboratory. They often require a very complex and costly evaluation device.

Tyto nedostatky odstraňuje do značné miry vláknový optický senzor teploty podle vynálezu.These drawbacks are overcome to a great extent by the fiber optic temperature sensor of the invention.

Vláknový optický senzor teploty sestává ze zdroje optického signálu, měřícího optického vlákna, které prochází měřeným prostředím, přijímacího optického vlákna a vyhodnocovacího zařízení. Podstata vynálezu spočívá v tom, že konce měřícího optického vlákna, jehož vyzařovací charakteristika _se mění s teplotou, a přijímacího optického vlákna, umístěné v transformačním přípravku, jsou od sebe vzdáleny minimálně 20 mm a podélné osy měřícího optického vlákna a přijímacího optického vlákna spolu v transformačním přípravku svírají úhel v rozmezí od 15° do 25°. Přínos vláknového optického senzoru teploty podle vynálezu spočívá hlavně v tom, že je při zachování výhod vláknových optických senzorů velmi jednoduchý, nevyžaduje náročnou mechaniku a lze jej snadno sestavit z běžně dostupných součástek. Hlavní výhodou je však možnost jeho uplatnění v laboratorních, ale zejména v provozních podmínkách.The fiber optic temperature sensor consists of an optical signal source, a measuring optical fiber that passes through the measurement environment, a receiving optical fiber, and an evaluation device. The invention consists in the fact that the ends of the measuring optical fiber, the radiation characteristics _of e varies with temperature, and the receiving optical fiber disposed in the transformation product are spaced at least 20 mm, and the longitudinal axis of the measuring optical fiber and the receiving optical fiber together in they form an angle in the range of 15 ° to 25 °. The advantage of the fiber optic temperature sensor according to the invention is mainly that, while maintaining the advantages of fiber optic sensors, it is very simple, does not require demanding mechanics and can be easily assembled from commercially available components. The main advantage is the possibility of its application in laboratory, but especially in operating conditions.

IAND

261 732261 732

Vynález bude blíže popsán podle obrázku, který představuje vláknový optický senzor teploty.The invention will be described in more detail with reference to the figure which is a fiber optic temperature sensor.

Vláknový optický senzor teploty sestává ze zdroje optického signálu ].> měřícího optického vlákna 2, transformačního přípravku 3, přijímacího optického vlákna 4 a vyhodnocovacího zařízení 5. Jako měřící optické vlákno 2 je použito takové vlákno, jehož vyzařovací charakteristika se mění s teplotou, například vlákno, u kterého se s teplotou mění index lomu jádra nebo pláště, tedy jeho numerická apertura. S výhodou lze použít vlákno typu PCS o průměru jádra 200^m a pláště 350^m. Celková délka měřícího optického vlákna 2 je 3 m, z toho 0,5 m je umístěno v měřeném prostředí. Konce měřícího optického vlákna 2 a přijímacího optického vlákna 4 jsou umístěny v transformačním přípravku £ a jsou od sebe vzdáleny minimálně 20 mm. Podélné osy těchto vláken spolu v transformačním přípravku 2 svírají úhel ^₀, který leží v oblasti dostatečně prudké změny vyzařovací charakteristiky přijímacího optického vlákna 4. Tomu odpovídá rozmezí 15° až 25°.The fiber optic temperature sensor consists of an optical signal source 1, a measuring optical fiber 2, a transformer 3, a receiving optical fiber 4, and an evaluation device 5. The measuring optical fiber 2 is a fiber whose radiation characteristic varies with temperature, e.g. , in which the refractive index of the core or sheath, ie its numerical aperture, changes with temperature. Preferably, a PCS fiber having a core diameter of 200 µm and a sheath of 350 µm can be used. The total length of the measuring optical fiber 2 is 3 m, of which 0.5 m is located in the measured environment. The ends of the measuring optical fiber 2 and the receiving optical fiber 4 are located in the transformer 5 and are at least 20 mm apart. The longitudinal axes of these fibers together in the transformer 2 form an angle θ ₀ , which lies in the region of a sufficiently sharp change in the radiation characteristic of the receiving optical fiber 4. This corresponds to a range of 15 ° to 25 °.

Optický signál prochází měřícím optickým vláknem 2 a při průchodu měřeným prostředím dojde ke změně vyzařovací charakteristiky měřícího optického vlákna 2, způsobené teplotou. Na čelní plochu konce přijímacího vlákna 4 tedy dopadá pouze Část světelného svazku, vystupující pod úhlem <x_o z měřícího optického vlákna 2. V důsledku toho se jakákoliv změna v šířce vyzařovací charakteristiky měřícího optického vlákna 2 na úrovni úhlu οέθ projeví ve změně optického výkonu v přijímacím optickém vláknu 4. Tato změna je detekována vyhodnocovacím zařízením 2.The optical signal passes through the measuring optical fiber 2, and as it passes through the measured environment, the radiation characteristic of the measuring optical fiber 2 is changed due to temperature. On the front end surface of the receiving fibers 4 thus applies only part of the light beam extending at an angle <x from the measurement _of the optical fiber 2. Consequently, any change in the width of the measuring radiation characteristics of the optical fiber 2 at an angle οέθ effect changes in the optical power in This change is detected by the evaluation device 2.

Řešení podle vynálezu se uplatni zejména při automatizaci procesů v laboratorních, ale i provozních podmínkách pro měření teploty od -40°C do +40°C.The solutions according to the invention are used in particular for the automation of processes in laboratory as well as operating conditions for measuring temperatures from -40 ° C to + 40 ° C.

Claims

A fiber optic temperature sensor, comprising an optical signal source, a measuring optical fiber passing through the measurement environment, a receiving optical fiber, and an evaluation device, characterized in that the ends of the measuring optical fiber (2) whose radiation pattern varies with temperature and of the optical fiber (4) located in the transformer (3) are at least 20 mm apart, wherein the longitudinal axes of the measuring optical fiber (2) and the receiving optical fiber (4) together form an angle <x * in the transformer (3) between 15 ° and 25 °,