PL229540B1 - Czujnik światłowodowy, zwłaszcza temperatury - Google Patents
Czujnik światłowodowy, zwłaszcza temperaturyInfo
- Publication number
- PL229540B1 PL229540B1 PL408644A PL40864414A PL229540B1 PL 229540 B1 PL229540 B1 PL 229540B1 PL 408644 A PL408644 A PL 408644A PL 40864414 A PL40864414 A PL 40864414A PL 229540 B1 PL229540 B1 PL 229540B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- optical
- optical fiber
- optical fibers
- temperature
- coupler
- Prior art date
Links
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 95
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 27
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 17
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 15
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 15
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 12
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 9
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 4
- ZNQVEEAIQZEUHB-UHFFFAOYSA-N 2-ethoxyethanol Chemical compound CCOCCO ZNQVEEAIQZEUHB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N Cyclohexane Chemical compound C1CCCCC1 XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 claims description 3
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 claims description 2
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 claims description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 abstract description 50
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 9
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 6
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 239000004038 photonic crystal Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 2
- 238000005429 filling process Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000002082 metal nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000004416 surface enhanced Raman spectroscopy Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
Abstract
Czujnik światłowodowy, zwłaszcza temperatury, charakteryzuje się tym, że zawiera co najmniej jedną matrycę czujników światłowodowych, zawierającą co najmniej jeden światłowód odniesienia, co najmniej dwa pomiarowe tory światłowodowe zawierające elementy pomiarowe w postaci światłowodów mikrostrukturalnych, o wypełnionych otworach do monitorowania zmian temperatury, która jest przyłączona do co najmniej jednego układu pomiarowego obejmującego co najmniej jedno źródło światła, do co najmniej jednego układu sprzęgaczy (2), oraz do co najmniej jednego układu detekcyjno-przetwarzającego (3).
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest czujnik światłowodowy, zwłaszcza temperatury.
Rozwój techniki światłowodowej zaowocował stworzeniem tzw. włókien fotonicznych (Photonic crystal Fiber) nazywanych również włóknami mikrostrukturalnymi. Istotną różnicą w stosunku do standardowych włókien światłowodowych jest istnienie w strukturze wewnętrznej kanałów powietrznych współliniowych z kierunkiem prowadzenia światła w powstałym falowodzie. Wielkość i rozmieszczenie tych otworów dają możliwość projektowania włókien o unikalnych własnościach optycznych. Oprócz modelowania struktury geometrycznej przekroju poprzecznego takiego włókna możliwe jest również wypełnianie otworów powietrznych substancjami gazowymi, ciekłymi i mieszaninami. Włókna fotoniczne dzieli się tradycyjnie na dwie grupy. Pierwsza z nich obejmuje włókna z powietrznym rdzeniem czyli tzw. włókna hollowcore, dla których propagacja wiązki świetlnej we włóknie odbywa się na zasadzie istnienia tzw. przerwy wzbronionej. Druga kategoria włókien, to włókna ze stałym rdzeniem (solid core PCF), dla których transmisja wiązki świetlnej może być tłumaczona w tradycyjny sposób. Dla obydwu typów włókien wprowadzenie materiału o odpowiednich parametrach optycznych pozwala na zmianę charakteru transmisji wiązki świetlnej.
Wykorzystanie mikrostrukturalnych światłowodów, w których wypełniono otwory różnego rodzaju substancjami jest opisane m.in. w artykule pt. „Fluid -filled solid - core photonic bandgapfibers” autorstwa B.T. Kulemy i innych opublikowanego w Journal of Lightwave Technology, 2009. Dzięki wypełnieniu otworów włókien cieczą o odpowiednio dobranym współczynniku załamania i poddawaniu tak przygotowanego włókna zmiennym warunkom termicznym właściwości transmisyjne włókna mogą być zmieniane. W artykule zaprezentowano zmianę tłumienności w funkcji długości fali dla różnych temperatur.
Przykład czujnika opartego na światłowodzie fotonicznym (nazwa równoznaczna światłowodom mikrostrukturalnym) jest znany m.in. z artykułu pt. „Temperaturę Sensing Based on Ethanol-Filled Photonic Crystal Fiber Modal Interferometer” autorstwa W. Qian i innych opublikowanego w czasopiśmie Sensors Journal 2012, (Volume 12, Issue 8 ). Na medium wypełniające otwory światłowodu fotonicznego autorzy wybrali etanol. Pomiar temperatury zrealizowano z wykorzystaniem modalnego układu interferometrycznego. W wyniku wypełnienia światłowodu fotonicznego etanolem uzyskuje się zwiększoną czułość na temperaturę.
Z artykułu pt. „Thermo-Optic Switching Effect Based on Fiuid-Filled Photonic Crystal Fiber” autorstwa Yiping W. i innych, opublikowanego w czasopiśmie Photonics Technology Letters (Volume 20, Numer 3, 2010) znany jest czujnik temperatury wykorzystujący światłowód fotoniczny, którego otwory są wypełnione cieczą w celu uzyskania czujnika typu ON-OFF. Opisywany czujnik progowy może pracować w zakresie 10 +/- 10°C. Wykorzystano włókno o zwiększonym współczynniku wypełnienia powietrzem (w stosunku do np. komercyjnie dostępnego włókna LMA-10).
Zjawiska zachodzące w światłowodzie mikrostrukturalnym o wypełnionych otworach pod kątem detekcji temperatury są przedmiotem dyskusji w artykule pt. „Coupling characteristics of a fluid-filled dual-core photonic crystal fiber based on temperaturę tuning” autorstwa C. Wei i innych, opublikowanego jako materiał konferencyjny (Communications and Photonics Conference and Exhibition, 2011). Autorzy badali propagację modów w strukturze światłowodu mikrostrukturalnego o dwóch stałych rdzeniach i wypełnionych otworach powietrznych. Substancja wypełniająca otwory powietrzne charakteryzowała się zmianą współczynnika załamania światła wraz ze zmianą temperatury.
W opisie patentowym CN 202631153 ujawniono rozłożony czujnik temperatury, dzięki któremu możliwe jest mierzenie różnicy temperatury na dwóch włóknach - pomiarowym i odniesienia. Czujnik posiada automatyczną funkcję kompensacji. Opisany czujnik temperatury zawiera rozdzielone włókna światłowodowe wychodzące z jednego portu, a także źródło światła w postaci lasera impulsowego, przełącznik optyczny, włókna optyczne i multipleksery.
Inna zasada działania światłowodowego czujnika temperatury jest prezentowana w opisie patentowym numer US 4794619 pt. „Optical fiber temperaturę sensor”. Urządzenie do pomiaru temperatury według tego rozwiązania zawiera czujnik optyczny temperatury oraz moduł sterujący. Emisja cieplna we wgłębieniu w części końcowej końcówki włókna światłowodowego jest przekazywane do oddalonego końca włókna i jest wykrywana przez moduł sterujący. Wgłębienie zapewnia lepszą zdolność czujnika do utrzymania stałej emisyjności i szybki czas reakcji.
PL 229 540 Β1
W zgłoszeniu patentowym CN 1811361 A opisano czujnik temperatury wykorzystujący światłowody oraz światłowodową siatkę Bragga (ang. tilted fiber Brgg grating). Czujnik ten wykorzystuje standardowe światłowody, optykę objętościową oraz źródło szerokospektralne. Możliwe jest także wykorzystanie cieczy o dopasowanym współczynniku załamania w celu zmniejszenia strat na połączniu elementów światłowodowych i optyki objętościowej.
W dokumencie CN 102620859 A, w którym opisano czujnik wykorzystujący rozpraszanie Ramana wzmocnione powierzchniowo, gdzie kluczowym elementem czujnika jest światłowód fotoniczny, którego otwory wypełnione są substancją mająca na celu wzmocnienie obserwowanego efektu rozpraszania Ramana. Substancją taką może być między innymi ciecz zawierająca nanocząstki metalu.
W dokumencie US 4794619 A przedstawiono światłowodowy czujnik temperatury, gdzie elementem pomiarowym jest końcówka światłowodu. Czujnik według takiej konstrukcji działa w konfiguracji odbiciowej. Można w ten sposób skonstruować czujnik w oparciu o standardowe światłowodu oraz światłowody mikrostrukturalne.
W dokumencie CN 202631153 U opisano rozłożony czujnik temperatury wykorzystujący nieliniowe rozpraszanie Ramana w standardowych światłowodach jednomodowych. Czujniki rozłożone pozwalają na pomiar temperatury na całej długości światłowodu (długość rzędu kilka kilometrów).
W dokumencie US 4776827 A zaprezentowano czujnik temperatury wykorzystujący efekt luminescencji. Kluczowym elementem tego czujnika jest warstwa fosforu, której poziom luminescencji zależy od temperatury. W rozwiązaniu tym światłowody wykorzystane są do doprowadzania i odbierania sygnału optycznego z warstwy fosforu.
W dokumencie CN 102735368 opisano czujnik temperatury zawierający przewężkę światłowodową. W szczególności dana przewężka może być pokryta materiałem czułym na zmiany temperatury.
W dokumencie CN 102494797 A opisano światłowodowy czujnik temperatury wykorzystujący zjawisko opóźnienia sygnału optycznego w standardowym światłowodzie pod wpływem temperatury.
W dokumencie US 5258614 przedstawiono światłowodowy czujnik temperatury zawierający pętlę światłowodową. Pomiar temperatury odbywa się na podstawie porównania natężenia światła wychodzącego z pętli światłowodowej i światłowodu referencyjnego.
Zdecydowana większość sposobów pomiaru temperatury z użyciem światłowodów, które są opisane w literaturze, bazuje na wykorzystaniu układów polarymetrycznych, interferencyjnych na bazie interferometru Fabry'ego-Perota oraz w układach z siatkami Bragga. Ponadto, w literaturze zdecydowanie rzadziej spotyka się efektywne sposoby detekcji progowej temperatury; brak jest w publikacjach przykładów konstrukcji czujnika, za pomocą którego można by efektywnie kontrolować zbliżanie się układu do temperatury uznanej za niebezpieczną, który miałby kompaktową formę i wykorzystywał komercyjnie dostępne światłowody z wypełnionymi otworami.
Dlatego celem wynalazku było opracowanie matrycy czujników światłowodowych do monitorowania zmian temperatury, skonstruowanych w oparciu o włókna fotoniczne wypełnione substancjami organicznymi o zróżnicowanych temperaturach topnienia, co pozwala na kontrolę zbliżania się układu do temperatury uznanej za szkodliwą dla działania układu. Ponadto celowe było skonstruowanie kompaktowego czujnika, którego gabaryty umożliwiają montaż w miejscach trudno dostępnych lub urządzeniach i obiektach zagrożonych wybuchem, co zostało osiągnięte poprzez eliminację elementów prowadzących prąd elektryczny oraz odsunięcie źródła i układu detekcyjnego na optymalną w stosunku do miejsca pomiaru odległość.
Czujnik światłowodowy, zwłaszcza temperatury, według wynalazku zawiera co najmniej jedną matrycę czujników światłowodowych, zawierającą co najmniej jeden światłowód odniesienia, korzystnie jednomodowy światłowód krzemionkowy, korzystnie światłowód SMF-28e firmy Corning, co najmniej dwa pomiarowe tory światłowodowe zawierające elementy pomiarowe w postaci światłowodów mikrostrukturalnych, korzystnie LMA-10, o wypełnionych otworach do monitorowania zmian temperatury, co najmniej jeden układ pomiarowy obejmujący co najmniej jedno źródło światła, co najmniej jeden układ sprzęgaczy, oraz co najmniej jeden układ detekcyjno-przetwarzający.
Źródłem światła jest korzystnie laser, korzystnie na długość fali 1310 nm.
Pomiarowy tor światłowodowy zawierający element pomiarowy składa się ze standardowego światłowodu jednomodowego, w szczególności spełniającego wymogi rekomendacji G.652 Międzynarodowego Związku Telekomunikacyjnego, do którego wprowadzany jest sygnał z układu sprzęgaczy, który to światłowód jednomodowy jest następnie połączony, korzystnie dospawany, do światłowodu
PL 229 540 Β1 mikrostrukturalnego, którego otwory wypełnione są substancją chemiczną zmieniającą swój stan skupienia pod wpływem temperatury. Odcinek toru światłowodowego zwierający światłowód mikrostrukturalny tworzy element pomiarowy.
Otwory w światłowodach pomiarowych wypełnione są substancjami zmianującymi stan skupienia ze stałego na ciekły wybranymi korzystnie spośród:
1. Glikol etylowy - temperatura topnienia -12°C - -13°C,
2. Cykloheksan - temperatura topnienia 6°C - 7°C,
3. DMSO (Dimetylosulfotlenek) - temperatura topnienia 19°C,
4. Parafinę o temperaturze topnienia 46°C - 68°C.
Wypełnianie włókien światłowodowych zostało korzystnie wykonane w temperaturze powyżej temperatury topnienia, gdy substancje te są w stanie ciekłym. Szczegóły techniczne procesu napełniania jest procesem opisanym w literaturze, przykładowo w pozycji wcześniej wspomnianej „Fluid - filled solid - core photonic bandgap fibers” autorstwa B.T. Kulemy i innych opublikowanego w Journal of Lightwave Technology, 2009.
Dzięki temu, że materiał wypełniający w stanie stałym nie jest transparentny to wiązka świetlna wprowadzona do włókna z takim wypełnieniem nie jest przepuszczana. Propagacja wiązki możliwa jest dopiero po osiągnięciu przez dany materiał jego temperatury topnienia. Element pomiarowy (światłowód mikrostrukturalny) jest następnie dołączony do kolejnego włókna jednomodowego, korzystnie dospawany, który to światłowód jednomodowy prowadzi sygnał do układu detekcyjno-przetwarzającego.
Światłowód odniesienia stanowi korzystnie światłowód SMF-28e firmy Corning. Światłowód odniesienia pozwala wnioskować o poprawności działania układu, gdyż poziom transmitowanej przez niego mocy nie ulega zmianie wraz z temperaturą w zakresie proponowanym w wynalazku tj. co najmniej do temperatury 80°C.
Układ sprzęgaczy rozdziela światło pomiędzy tory światłowodowe (jakich liczba odpowiada liczbie zastosowanych światłowodów fotonicznych) oraz co najmniej jeden światłowód odniesienia.
W korzystnym przykładzie wykonanie układ sprzęgaczy składa się ze sprzęgacza o podziale mocy 5/95, z którego ramienia 5% zasilany jest światłowód odniesienia, a ramię 95% kierowane jest na kolejny sprzęgacz o podziale mocy 1/n (gdzie n to liczba pomiarowych torów światłowodowych), który kieruje sygnał do poszczególnych torów pomiarowych.
W innym korzystnym wariancie wykonania układ sprzęgaczy składa się z sprzęgacza o podziale mocy 5/95 oraz ze sprzęgaczy typu Y o równym podziale mocy tworzących finalnie układ z jednym wejściem i pożądaną ilością wyjść (równą liczbie zastosowanych pomiarowych torów światłowodowych).
Korzystnie, gdy moc wiązek w pomiarowych torach światłowodowych jest jednakowa.
Tory światłowodowe zawierające światłowody fotoniczne przyłączone są do układu detekcyjno-przetwarzającego. Układ detekcyjno-przetwarzający zawiera co najmniej zestaw fotodetektorów (w ilości równej sumie pomiarowych torów światłowodowych i światłowodów odniesienia) oraz niezbędne układy elektroniczne odczytujące i wskazujące wielkość mocy optycznej oświetlającej poszczególne detektory.
Ogrzanie elementów pomiarowych powyżej temperatury przejścia fazowego skutkuje pojawieniem się na końcu przetwornika wiązki świetlnej o niezerowej wartości natężenia. Odpowiednio zorganizowany układ detekcyjno-przetwarzający identyfikuje sygnał optyczny pojawiający się na końcu przetworników generując informację o przekroczeniu kolejnych temperatur progowych w przypadku ogrzewania lub zaniku tej transmisji w przypadku chłodzenia układu.
Elementy pomiarowe wraz ze światłowodem odniesienia tworzą matrycę czujników światłowodowych do monitorowania zmian temperatury.
Fig. 1 przedstawia zasadę działania matrycy czujników światłowodowych do monitorowania zmian temperatury z zastosowaniem czterech pomiarowych torów światłowodowych oraz jednego światłowodu odniesienia, dla którego moc optyczna mierzona na fotodetektorze nie zmienia się w czasie, Fig. 2 przedstawia konstrukcję czujnik światłowodowego, zwłaszcza temperatury z zastosowaniem czterech pomiarowych torów światłowodowych oraz jednego światłowodu odniesienia w korzystnym wariancie wykonania.
PL 229 540 Β1
Przykład
Czujnik światłowodowy, zwłaszcza temperatury, zawiera matrycę czujników światłowodowych, zawierającą światłowód odniesienia, cztery pomiarowe tory światłowodowe zawierające elementy pomiarowe w postaci światłowodów mikrostrukturalnych o wypełnionych otworach do monitorowania zmian temperatury, układ pomiarowy obejmujący źródło światła, układ sprzęgaczy oraz układ detekcyjno-przetwarzający. Matryca czujników światłowodowych do monitorowania zmian temperatury według wynalazku jest częścią układu pomiarowego zawierającego: źródło światła - laser na długość fali 1310 nm (1), układ sprzęgaczy (2), światłowód odniesienia (CO) - światłowód SMF-28e firmy Corning, cztery pomiarowe tory światłowodowe (C1, C2, C3, C4) zawierające elementy pomiarowe w postaci światłowodów mikrostrukturalnych LMA-10 (odpowiednio P1, P2, P3, P4), o wypełnionych otworach oraz układ detekcyjno-przetwarzający (3).
Pomiarowy tor światłowodowy (C1, C2, C3, C4) zawierający element pomiarowy (odpowiednio P1, P2, P3, P4), składa się ze standardowego światłowodu jednomodowego, do którego wprowadzany jest sygnał z układu sprzęgaczy (2), który to światłowód jednomodowy jest następnie dospawany do światłowodu mikrostrukturalnego, którego otwory wypełnione są substancją chemiczną zmieniającą swój stan skupienia pod wpływem temperatury. Dzięki temu, że materiał wypełniający w stanie stałym nie jest transparentny, to wiązka świetlna wprowadzona do włókna z takim wypełnieniem nie jest przepuszczana. Propagacja wiązki możliwa jest dopiero po osiągnięciu przez dany materiał jego temperatury topnienia. Element pomiarowy jest następnie dospawany do kolejnego włókna jednomodowego, który to światłowód jednomodowy prowadzi sygnał do układu detekcyjno-przetwarzającego.
Spawy pomiędzy światłowodami LMA-10 i SMF-28e wykonuje się za pomocą żarnikowej spawarki światłowodowej GPX-3400 firmy Vytran.
Elementy pomiarowe wraz ze światłowodem odniesienia tworzą matrycę czujników światłowodowych do monitorowania zmian temperatury.
Układ sprzęgaczy składa się ze sprzęgacza o podziale mocy 5/95, z którego ramienia 5% zasilany jest światłowód odniesienia, a ramię 95% kierowane jest na kolejny sprzęgacz o podziale mocy %, którego wyjściowe ramiona kierowane są odpowiednio do torów pomiarowych C1, C2, C3, C4.
Układ detekcyjno-przetwarzający zawiera w sobie zestaw pięciu fotodetektorów oraz niezbędne układy elektroniczne odczytujące wielkość mocy optycznej oświetlającej poszczególne detektory. Ogrzanie elementów pomiarowych powyżej temperatury przejścia fazowego skutkuje pojawieniem się na końcu przetwornika wiązki świetlnej o niezerowej wartości natężenia. Odpowiednio zorganizowany układ detekcyjno - przetwarzający identyfikuje sygnał optyczny pojawiający się na końcu przetworników generując informację o przekroczeniu kolejnych temperatur progowych w przypadku ogrzewania lub zaniku tej transmisji w przypadku chłodzenia układu.
Do konstrukcji elementów pomiarowych czujnika stosuje się komercyjnie dostępne włókno mikrostrukturalne LMA-10 (producent: NKT Photonics), charakteryzujące się stałym rdzeniu i otworami o średniej średnicy około 3 gm; odległości między otworami ok. 6 gm. Otwory powietrzne umieszczone są w węzłach siatki heksagonalnej (cztery sześciokątne pierścienie). Włókno to charakteryzuje się ponadto jednomodowym zakresem pracy w przedziale długości fali od 350 nm do 1700 nm.
W tym przykładzie wykonania wykorzystuje się cztery włókna LMA-10, każde wypełnione inną substancją oraz standardowe, komercyjnie dostępne włókna jednomodowe SMF-28e firmy Corning.
Otwory w światłowodach LMA-10 wypełnione są (każdy jedną substancją) następującymi substancjami zmianującymi stan skupienia ze stałego na ciekły:
1. Glikol etylowy - temperatura topnienia -12°C - -13°C,
2. Cykloheksan - temperatura topnienia 6°C - 7°C,
3. DMSO (Dimetylosulfotlenek) - temperatura topnienia 19°C,
4. Parafinę o temperaturze topnienia 46°C - 68°C.
Wypełnianie włókien światłowodowych jest wykonywane w temperaturze powyżej 15 temperatury topnienia gdy substancje te są w stanie ciekłym. Szczegóły techniczne procesu napełniania jest procesem opisanym w literaturze, przykładowo w pozycji Torres-Peiro S., Diez A., Cruz J.L., i Andres Μ. V., „Sensor applications based on the cutoff properties of liquid-filled Ge-dopped Mistrostructured fibers”.
Wymienione powyżej materiały są tak dobrane, że aby możliwa była transmisja wiązki świetlnej należy ogrzać włókno do odpowiedniej temperatury, dla której materiał wypełniający staje się transparentny.
PL 229 540 Β1
Jeżeli temperatura w monitorowanym miejscu, obiekcie lub urządzeniu, do którego zamontowana została matryca czujników, rośnie i przekracza kolejno temperatury T1, T2, T3 to zadziałają kolejno elementy pomiarowe Ρ1, P2 ,P3 przepuszczając wiązkę świetlną do układu detekcyjno-przetwarzającego. Jeżeli temperatura będzie rosła dalej i przekroczy temperaturę T4, to będzie to przekroczenie dopuszczalnej w danym miejscu temperatury i układ detekcyjno-przetwarzający przejdzie w stan alarmowy. Zmniejszenie się temperatury będzie skutkowało wyłączaniem kolejnych czujników.
Zaprezentowany układ umożliwia kontrolowanie zmian temperatury w zakresie od -13°C - +70°C, który jest możliwy do instalacji w miejscach trudno dostępnych lub urządzeniach i obiektach zagrożonych wybuchem ze względu na brak elementów prowadzących prąd elektryczny, ponieważ źródło i układ detekcyjny może być instalowany nawet w odległości kilkaset metrów od miejsca montażu czujnika.
Claims (10)
- Zastrzeżenia patentowe1. Czujnik światłowodowy, zwłaszcza temperatury, znamienny tym, że zawiera matrycę czujników światłowodowych, zawierającą co najmniej jeden światłowód odniesienia, co najmniej dwa pomiarowe tory światłowodowe zawierające elementy pomiarowe w postaci światłowodów mikrostrukturalnych, o wypełnionych otworach do monitorowania zmian temperatury, gdzie substancja chemiczna wypełniająca otwory zmienia swój stan skupienia pod wpływem temperatury, a matryca jest przyłączona do co najmniej jednego układu pomiarowego obejmującego co najmniej jedno źródło światła, do co najmniej jednego układu sprzęgaczy, oraz do co najmniej jednego układu detekcyjno-przetwarzającego.
- 2. Czujnik według zastrz. 1, znamienny tym, że przyłączony do sprzęgacza światłowód odniesienia jest światłowodem jednomodowym krzemionkowym, światłowody mikrostrukturalne przyłączone do sprzęgacza, to światłowody o dużym polu modu, a źródłem światła jest laser, korzystnie na długość fali 1310 nm.
- 3. Czujnik według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że otwory w światłowodach pomiarowych wypełnione są substancjami zmianującymi stan skupienia ze stałego na ciekły.
- 4. Czujnik według zastrz. 3, znamienny tym, że otwory w światłowodach pomiarowych wypełnione są substancjami zmianującymi stan skupienia ze stałego na ciekły wybranymi w szczególności spośród:1. Glikol etylowy,2. Cykloheksan,3. DMSO (Dimetylosulfotlenek),4. Parafinę o temperaturze topnienia.
- 5. Czujnik według zastrz. 3 albo 4, znamienny tym, że wypełnianie włókien światłowodowych zostało wykonane w temperaturze powyżej temperatury topnienia, gdy substancje te są w stanie ciekłym.
- 6. Czujnik według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, znamienny tym, że właściwości propagacji światła światłowodu odniesienia nie ulegają zmianie do co najmniej temperatury 80°C.
- 7. Czujnik według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, albo 6, znamienny tym, że układ sprzęgaczy składa się ze sprzęgacza o podziale mocy 5/95, z którego ramienia 5% zasilany jest światłowód odniesienia, a ramię 95% kierowane jest na kolejny sprzęgacz o podziale mocy 1 /n (gdzie n to liczba pomiarowych torów światłowodowych), który kieruje sygnał do poszczególnych torów pomiarowych.
- 8. Czujnik według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, albo 6, znamienny tym, że układ sprzęgaczy składa się ze sprzęgacza o podziale mocy 5/95 oraz ze sprzęgaczy typu Y o równym podziale mocy tworzących finalnie układ z jednym wejściem i pożądaną ilością wyjść (równą liczbie zastosowanych pomiarowych torów światłowodowych).
- 9. Czujnik według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, albo 6, albo 7, albo 8, znamienny tym, że moc wiązek w pomiarowych torach światłowodowych jest jednakowa.
- 10. Czujnik według dowolnego z wcześniejszych zastrzeżeń, znamienny tym, że tory światłowodowe zawierające światłowody fotoniczne przyłączone są do układu detekcyjno-przetwarzającego, a układ detekcyjno-przetwarzający zawiera co najmniej zestaw fotodetektorów (w iloPL 229 540 B1 ści równej sumie pomiarowych torów światłowodowych i światłowodów odniesienia) oraz niezbędne układy elektroniczne odczytujące i prezentujące wielkość mocy optycznej oświetlającej poszczególne detektory.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL408644A PL229540B1 (pl) | 2014-06-24 | 2014-06-24 | Czujnik światłowodowy, zwłaszcza temperatury |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL408644A PL229540B1 (pl) | 2014-06-24 | 2014-06-24 | Czujnik światłowodowy, zwłaszcza temperatury |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL408644A1 PL408644A1 (pl) | 2016-01-04 |
| PL229540B1 true PL229540B1 (pl) | 2018-07-31 |
Family
ID=54978695
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL408644A PL229540B1 (pl) | 2014-06-24 | 2014-06-24 | Czujnik światłowodowy, zwłaszcza temperatury |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL229540B1 (pl) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL234749B1 (pl) * | 2017-10-04 | 2020-03-31 | Politechnika Gdanska | Głowica do pomiaru temperatury elementów elektronicznych |
-
2014
- 2014-06-24 PL PL408644A patent/PL229540B1/pl unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL408644A1 (pl) | 2016-01-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Smith et al. | Simultaneous distributed strain and temperature measurement | |
| CN103148956B (zh) | 一种基于涂覆微纳光纤进行温度测量的装置及方法 | |
| Amira et al. | Monitoring of temperature in distributed optical sensor: Raman and Brillouin spectrum | |
| Feng et al. | High-precision strain-insensitive temperature sensor based on an optoelectronic oscillator | |
| Sollerv et al. | Measurement of localized heating in fiber optic components with millimeter spatial resolution | |
| Abbas et al. | Temperature sensing by hybrid interferometer based on Vernier like effect | |
| Li | Rayleigh scattering based distributed optical fiber sensing | |
| Pizzaia et al. | Highly sensitive temperature sensing based on a birefringent fiber Sagnac loop | |
| Domínguez-Cruz et al. | Temperature Sensor Based on an Asymmetric Two‐Hole Fiber Using a Sagnac Interferometer | |
| Kuznetsov et al. | Ultralong fibre-optic distributed Raman temperature sensor | |
| EP3172545B1 (en) | Temperature sensor | |
| Lu et al. | A fiber-optic sensor based on no-core fiber and Faraday rotator mirror structure | |
| Zhang et al. | High-accuracy high temperature measurement based on forward Brillouin scattering of polyimide-coated optical fiber | |
| Han et al. | Fiber sensor based on Fabry‐Perot/Mach‐Zehnder hybrid interferometer for transverse load and temperature | |
| CN102620856A (zh) | 分布式光纤布里渊应变和温度传感器 | |
| PL229540B1 (pl) | Czujnik światłowodowy, zwłaszcza temperatury | |
| Arias et al. | Phase-sensitive correlation optical time-domain reflectometer using quantum phase noise of laser light | |
| Chen et al. | All‐fiber temperature sensor based on few mode fiber and single‐mode fiber | |
| Liaw | and Applications of Fiber Optic | |
| Kuznetsov et al. | Fiber Bragg grating length as sensing parameter: New way for fibre optic wear sensors | |
| Silva et al. | Cavity ring‐down technique for remote sensing | |
| Wang | Distributed pressure and temperature sensing based on stimulated Brillouin scattering | |
| Lalam et al. | Characterization of Brillouin frequency shift in Brillouin optical time domain analysis (BOTDA) | |
| Xiang et al. | Phase-shifting multimode FLRD technique with MSM structure for RI measurement | |
| Zyczkowski et al. | Simple fiber optic sensor for applications in security systems |