SU853428A2 - Устройство дл измерени температуры - Google Patents

Description

Изобретение относится к области теплофизических измерений.

По основному авт. св. № 253408 известно устройство для измерения , температуры, содержащее изооптический датчик, выполненный в виде прозрачной кюветы, заполненной смесью оптически неоднородных веществ с зависящим от температуры показателем преломления, и источник белого света. Измерение температуры регистрируется по изменению цвета проходящего через датчик света fl].

Недостатком устройства является низкая точность, обусловленная ви- ’5 зуальной регистрацией цвета.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения 20 температуры введены поляризационный электрооптический модулятор, подключенный к источнику пилообразного напряжения, детектор, установленный на выходе модулятора, и частотометр,подключенный к детектору.

На фиг. 1 показана схема устройства; на фиг. 2 - эпюры напряжений в электронной схеме прибора; на фиг. 2а - эпюра пилообразного напряжения 30 низкой частоты, подаваемого на модулятор; на фиг. 26 - электрический сигнал на выходе детектора для красного луча света; на фиг. 2в - то же, для -зеленого цвета; на фиг. 2г - то же, если луч света фиолетовый.

В схеме устройства показаны источник белого света 1, луч белого света 2, изооптический датчик 3, объект измерения 4, цветной луч от датчика 5, объектив 6, полупрозрачное зеркало 7, поляризационный электрооптический модулятор с поляризаторами 8, 10 и электрооптическим модулятором 9, фотодетектор 11, генератор 12 низкочастотного пилообразного напряжения, усилитель 13, частотометр 14 с индикатором 15, глаз 16 наблюдателя.

Устройство работает следующим образом.

Включают источник белого света 1, луч 2 белого света падает на иэооптический датчик 3, установленный на объекте измерения 4. Так как датчик 3 состоит из неоднородной оптической смеси (изооптики), компоненты которой имеют скрещенные дисперсии показателя преломления, то в зависимости от температуры датчика последний пропускает только луч той длины волны, для которой при данной температуре' показатели преломления совпадают.

Таким образом, падающий белый луч 2 отражается от датчика 3 как цветной луч 5, который через объектив 6 попадает на светоделитель 7 (например, полупрозрачное зеркало), которым разделяется на два луча, один из них отражается от делителя (другой проходит сквозь зеркало и идет к глазу оператора) , проходит поляризатор 8, которым поляризуется, далее проходит кристалл электрооптического модулятора, анализатор и попадает на фотодетектор 11, где преобразуется в электрический сигнал, который усиливается усилителем-ограничителем и подается на схему частотомера (например, схему конденсаторного частотометра),на выходе которого установлен стрелочный индикатор 15, находящийся в поле зрения оператора. Последний устанавливает прибор таким образом, чтобы цветной луч 5 датчика находился на светоделителе 7.

Узел модулятора работает следующим образом.

Луч света, проходя поляризатор 8, поляризуется в определенном направлении. Поляризованный луч, входя в электрооптический кристалл, распадается на два, обыкновенный и необыкновенный, которые в силу разной скорости распространения в кристалле « приобретают определенную разность фаз, в результате их интерференции на выходе образуется один луч, плоскость поляризации которого задается естественной разностью фаз в кристалле. Обычно анализатор скрещен с поляризатором 8 (а оси кристалла ориентированы под углом 45° к оси поляризатора) и на выходе свет не проходит (т.е. сигнал погашен).

При подаче напряжения на кристалл в силу электрооптического эффекта меняется разность фаз между обыкновенным и необыкновенным лучом в кристалле и при достижении ею четверти длины волны проходящего света последний на выходе имеет максимальную амплитуду . При дальнейшем повышении напряжения луч начнет гаснуть и при достижении полуволновой разности хода погаснет совсем (так как на модуляторе в это время величина напряжений равна полуволновому). При дальнейшем увеличении (напряжение равно 3/4 волнового) свет снова имеет максимальную амплитуду и при дальнейшем увели чении разность хода достигнет целой волны (волновое напряжение), снова полностью погаснет и т.д.

Таким образом, при нарастании на модуляторе напряжения от 0 до волно- . вого интенсивность света на выходе модулятора два раза достигнет максимума и два раза минимума, т.е. частота света на выходе модулятора равна частоте питающего напряжения, умноженному на величину его напряжения, выраженного в полуволновых напряжениях.

Известно, что в связи с явлением дисперсии электрооптического коэффициента в электрооптических кристаллах, он минимален для красных и максимален для фиолетовых лучей. Таким образом, если подавать на модулятор постоянное (например,пилообразное) напряжение (см., фиг. 2а)³ с величиной, значительно превышающей полуволновое, то частота модуляции для красного луча будет (см. фиг. 26) меньше, чем для зеленого (см. фиг. 2в), и зеленого меньшеj чем фиолетового (см., фиг. 2г) .

Таким образом, если сквозь модулятор, на который подано низкочастотное напряжение, много больше полуволнового, пропускать цветной луч (т.е. луч · от изооптического датчика), то его частота будет зависеть от длины волны проходящего луча, т.е. от температуры датчика.

В качестве электрооптического кристалла можно использовать кристалл танталата-ниобата калия, который имеет следующие полуволновые напряжения: для фиолетового света А =400 нм *-20 В, для зеленого света А =500 нм « 47 В, для красного света λ =670 нм «71 В.

Claims (1)

1. Изобретение относитс  к области теплофизических измерений. По основному авт. св. 253408 известно устройство дл  измерени  температуры, содержащее изооптический датчик, выполненный в виде прозрачной кюветы, заполненной смесью оптически неоднородных веществ с завис щим от температуры показателем преломлени , и источник белого света . Измерение температуры регистрируетс  по изменению цвета проход щего через датчик света 13. Недостатком устройства  вл етс  низка  точность, обусловленна  визуальной регистрацией цвета. Целью изобретени   вл етс  повыш ние точности измерений. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  измерени  температуры введены пол ризационный электрооптический модул тор, подклю ченный к источнику пилообразного на пр жени , детектор, установленный н выходе модул тора, и частотометр,по ключенный к детектору. На фиг. 1 показана схема устройс ва; на фиг. 2 - эпюры напр жений в электронной схеме прибора-, на фиг, 2а - эпюра пилообразного напр жени  низкой частоты, подаваемого на модул тор; на фиг. 26 - электрический сигнал на выходе детектора дл  красного луча света; на фиг. 2в - то же, дл  -зеленого цвета; на фиг. 2г - то же, если луч света фиолетовый. В схеме устройства показаны источник белого света 1, луч белого света 2, изооптический датчик 3, объект измерени  4, цветной луч от датчика 5, объектив 6., полупрозрачное зеркало 7, пол ризационный электрооптический модул тор с пол ризаторами 8, 10 и электрооптическим модул тором 9, фотодетектор 11, генератор 12 низкочастотного пилообразного напр жени , усилитель 13, частотометр 14 с индикатором 15, глаз 16 наблюдател . Устройство работает следующим образом. Включают источник белого света 1, луч 2 белого света падает на изооптический датчик 3, установленный на объекте измерени  4. Так как датчик 3 состоит из неоднородной оптической смеси (изооптики), компоненты которой имеют скрещенные дисперсии показател  преломлени , то в зависимости от температуры датчика последний пропускает только луч той длины волны. дл  которой При данной температуре показатели преломлени  совпадают. Таким образом, падающий белый луч 2 отражаетс  от датчика 3 как цветной луч 5, который через объектив 6 попадает на светоделитель 7 (например, п.о лупрозрачное зеркало), которым раздел етс  на два луча, один из них отражаетс  от делител  (другой проходит сквозь зеркало и идет к глазу оператора ) , Проходит пол ризатор 8, которым пол ризуетс , далее проходит крис TajLn электрооптического модул тора, анализатор и попадает на фотодетектор 11, где преобразуетс  в электрический сигнал, который усиливаетс  усилителем-ограничителем и подаетс  на схему частотомера (например/ схему конденсаторного частотрметра),на выходе которого установлен стрелочный индикатор 15, наход щийс  в поле зрени  оператора. Последний устанавливает прибор таким образом, чтобы цветной луч 5 датчика находилс  на светоделителе 7. Узел модул тора работает следующим образом. Луч света, проход  пол ризатор В, пол ризуетс  в определенном направлении . Пол ризованный луч, вход  в электрооптический кристалл, распадаетс  на два, обыкновенный и необыкновенный , которые в силу разной скорости распространени  в кристалле приобретают определенную разность фаз, в результате их интерференции н выходе образуетс  один луч, плоскост пол ризации которого задаетс  egiecx венной разностью фаз в кристалле. Обычно анализатор скрещен с пол риза тором 8 (а оси кристалла ориентирова ны под углом 45° к оси пол ризатора) и на выходе свет не проходит (т.е. сигнал погашен). При подаче напр жени  на кристалл в силу электрооптического эффекта мен етс  разность фаз между обыкновенным и необыкновенным лучом в крис и при достижении ею четверти длины волны проход щего света послед ний на выходе имеет максимальную амп литуду. При дальнейшем повышении нап р жени  луч начнет гаснуть и при дос тижении полуволновой разности хода погаснет совсем (так как на модул то ре в это врем  величина напр жений равна полуволновому). При дальнейшем увеличении (напр жение равно 3/4 вол нового) свет снова имеет максимальную амплитуду и при дальнейшем увели ении разность хода достигнет целоп волны (волновое напр жение), снова полностью погаснет и т.д. Таким образом, при нарастании на одул торе напр жени  от О до волно- . вого интенсивность света на выходе одул тора два раза достигнет максиума и два раза минимума, т.е. частота света на выходе модул тора равна астоте питающего напр жени , умноенному на величину его напр жени , ыраженного в полуволновух напр жених . Известно, что в св зи с  влением дисперсии электрооптического коэффициента в электрооптических кристаллах, он минимален дл  красных и максимален дл  фиолетовых лучей. Таким образом, если подавать на модул тор посто нное (например,пилообразное) напр жение (см., фиг. 2a.f с величиной, значительно превышающей полуволновое, то частота модул ции дл  красного луча будет (см. фиг. 26) меньше, чем дл  зеленого (см. фиг. 2в), и зеленого меньше чем фиолетового (см., фиг. 2г) . Таким образом, если сквозь модул тор , на который подано низкочастотное напр жение, много больше полуволнового , пропускать цветной луч (т.е. луч от изооптического датчика), то его частота будет зависеть от длины волны проход щего луча, т.е. от температуры датчика. В качестве электрооптического кристалла можно использовать кристалл танталата-ниобата кали , который имеет следующие полуволновые напр жени : дл  фиолетового света Л 400 нм -20 В, дл  зеленого света Л 500 нм   47 В, дл  красного света 670 нм г; 71 В. Формула изобретени  Устройство дл  измерени  температуры по авт. св. 253408, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерений, в него введены пол ризационный электрооптический модул тор, подключенный к источнику пилообразного напр жени , детектор , установленный на выходе модул тора , и частотометр, подключенный к детектору. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 253408, кл. G 01 К 11/12, 1967.

   Ul

   лллллллл,

   /

   t/.

   ЛЛЛЛЛЛЛЛЛАЛЛ ,