RU2491523C1 - Fibre-optic thermometer - Google Patents
Fibre-optic thermometer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2491523C1 RU2491523C1 RU2011151701/28A RU2011151701A RU2491523C1 RU 2491523 C1 RU2491523 C1 RU 2491523C1 RU 2011151701/28 A RU2011151701/28 A RU 2011151701/28A RU 2011151701 A RU2011151701 A RU 2011151701A RU 2491523 C1 RU2491523 C1 RU 2491523C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fiber optic
- fiber
- distribution system
- light
- light distribution
- Prior art date
Links
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims abstract description 15
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 9
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 77
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 6
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 claims description 2
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 5
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 3
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 238000011900 installation process Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерения температуры в зонах с сильными электромагнитными помехами, в зонах повышенной взрыво-пожароопасности, при измерениях под высоким напряжением и в других условиях, где недопустимо применение стандартных электронных средств контроля температурного состояния, а именно к системам для мониторинга температурного состояния в медицине, на объектах энергоснабжения, инженерных сооружениях.The invention relates to the field of temperature measurement in areas with strong electromagnetic interference, in areas of increased explosion and fire hazard, when measuring under high voltage and in other conditions where the use of standard electronic means of monitoring the temperature state is inadmissible, namely, systems for monitoring the temperature state in medicine , at power supply facilities, engineering structures.
Известно, что для этих целей применяются зондовые термометры с датчиками на основе термометров сопротивления типа РТ-100 и РТ-1000. Датчик имеет форму короба с одной из плоскостей, чувствительной к температуре. К недостаткам контроля температуры датчиком на основе термометров сопротивления относятся чувствительность к электромагнитным помехам и наличие токоведущих проводников, в результате чего невозможно проводить измерения в области действия высокого напряжения. Также к недостаткам относится наличие электрохимического взаимодействия с биологической тканью, что не позволяет применять их инвазивно.It is known that probe thermometers with sensors based on RT-100 and RT-1000 resistance thermometers are used for these purposes. The sensor has the shape of a box with one of the planes that are sensitive to temperature. The disadvantages of temperature control by a sensor based on resistance thermometers include sensitivity to electromagnetic interference and the presence of current-carrying conductors, as a result of which it is impossible to carry out measurements in the field of high voltage. The disadvantages include the presence of electrochemical interaction with biological tissue, which does not allow their invasive use.
Известна конструкция волоконно-оптического термометра, включающего волоконно-оптический датчик температуры и регистрирующую систему (RU 47203 U1). Волоконно-оптический датчик содержит оптическое волокно с расположенным на его конце термочувствительным элементом из кремния. Датчик имеет согласующий слой из окиси кремния, через который выполнено соединение термочувствительного элемента с оптическим волокном. Измерение температуры выполняется при контакте термочувствительного элемента с поверхностью объекта. Конструктивным недостатком такого термометра является сложная технология изготовления датчика. Недостатком использования в качестве термочувствительного элемента полупроводника является сильная зависимость точности измерения от внешних воздействий на датчик, небольшой изгиб волоконного световода, соединяющего термочувствительный элемент с регистрирующей системой, сильно влияет на изменение амплитуды принимаемого сигнала. Также недостатком является то, что из-за хрупкости конструкции волоконно-оптического датчика температуры обеспечить тепловой контакт с измеряемым объектом проблематично. Из-за использования многомодовых волоконно-оптических компонентов длина волоконно-оптического датчика ограничена и не превышает 100 метров. Из-за наличия полупроводникового элемента датчик температуры имеет слабую биологическую инертность.A known design of a fiber optic thermometer, including a fiber optic temperature sensor and a recording system (RU 47203 U1). The fiber optic sensor contains an optical fiber with a silicon thermosensitive element located at its end. The sensor has a matching layer of silicon oxide, through which the thermally sensitive element is connected to the optical fiber. Temperature measurement is carried out upon contact of the thermosensitive element with the surface of the object. The design flaw of such a thermometer is the complicated manufacturing technology of the sensor. The disadvantage of using a semiconductor as a thermosensitive element is the strong dependence of the measurement accuracy on external influences on the sensor, a slight bend in the fiber optic fiber connecting the thermosensitive element to the recording system greatly affects the change in the amplitude of the received signal. Another disadvantage is that due to the fragility of the fiber-optic temperature sensor, it is problematic to provide thermal contact with the measured object. Due to the use of multimode fiber optic components, the length of the fiber optic sensor is limited and does not exceed 100 meters. Due to the presence of a semiconductor element, the temperature sensor has a weak biological inertness.
Известна система мониторинга и контроля температуры трансформатора (US 2006/0251147 A1). Волоконно-оптический датчик содержит оптическое волокно с расположенным на его конце термочувствительным элементом из арсенида галлия. Измерение температуры ведется при контакте термочувствительного элемента с поверхностью объекта путем сравнения интенсивности отраженного сигнала от поверхности арсенида галлия, которая контактирует с объектом, и поверхности полупроводника, которая контактирует с волоконным световодом. Волоконный световод одет в тефлоновую трубку, которая затрудняет его изгиб и существенно усложняет процесс монтажа. Недостатком данной системы является рефлектометрический способ измерения температуры. Отраженные сигналы от двух поверхностей полупроводника поступают в регистрирующую систему практически одновременно, в результате этого проблематично обеспечить высокую точность измерения температуры, также необходимо использовать очень быстрые регистрирующие компоненты, что сильно повышает стоимость системы в целом. Из-за использования многомодовых волоконно-оптических компонентов длина волоконно-оптического датчика ограничена и не превышает 100 метров.A known system for monitoring and controlling the temperature of a transformer (US 2006/0251147 A1). The fiber optic sensor contains an optical fiber with a heat-sensitive element of gallium arsenide located at its end. The temperature is measured by the contact of the heat-sensitive element with the surface of the object by comparing the intensity of the reflected signal from the surface of gallium arsenide, which is in contact with the object, and the surface of the semiconductor, which is in contact with the fiber waveguide. The fiber optic cable is dressed in a Teflon tube, which makes it difficult to bend and significantly complicates the installation process. The disadvantage of this system is the reflectometric method of measuring temperature. The reflected signals from two surfaces of the semiconductor enter the recording system almost simultaneously, as a result of which it is difficult to ensure high accuracy of temperature measurement, it is also necessary to use very fast recording components, which greatly increases the cost of the system as a whole. Due to the use of multimode fiber optic components, the length of the fiber optic sensor is limited and does not exceed 100 meters.
С помощью заявленного изобретения решается техническая задача повышения точности измерения, упрощения конструкции датчика, механического упрочнения при возможности изготовления датчика с длиной линии связи до 30 километров.Using the claimed invention, the technical problem is solved to increase the accuracy of measurement, simplify the design of the sensor, mechanical hardening if it is possible to manufacture a sensor with a communication line length of up to 30 kilometers.
Поставленная задача решается тем, что волоконно-оптический термометр (далее - ВОТ) состоит из источника света, микроконтроллера, светораспределительной системы, оптического фильтра, волоконно-оптического переключателя, по меньшей мере, двух фотоприемников, по меньшей мере, одного волоконно-оптического щупа, при этом волоконно-оптический переключатель соединен с одной стороны с волоконно-оптическими щупами посредством волоконного световода, с другой - со светораспределительной системой, источник света соединен со светораспределительной системой посредством волоконного световода, светораспределительная система выполнена таким образом, что имеется разветвление на опорный и измерительный канал, при этом измерительный канал выполнен таким образом, что между светораспределительной системой и фотоприемником имеется оптический фильтр, соединенный с ними посредством волоконного световода, опорный канал выполнен в виде фотоприемника, соединенного со светораспределительной системой напрямую посредством волоконного световода, фотоприемники соединены с микроконтроллером посредством электрических проводов.The problem is solved in that the fiber optic thermometer (hereinafter - BOT) consists of a light source, a microcontroller, a light distribution system, an optical filter, a fiber optic switch, at least two photodetectors, at least one fiber optic probe, the fiber optic switch is connected on the one hand to the fiber optic probes by means of a fiber optic fiber, on the other hand, with a light distribution system, the light source is connected to a light distribution system, by means of a fiber optic fiber, the light distribution system is designed in such a way that there is a branching into the reference and measuring channels, while the measuring channel is made in such a way that there is an optical filter between the light distribution system and the photodetector connected to them by a fiber optical fiber, the reference channel is made in as a photodetector connected directly to the light distribution system by means of a fiber optic fiber, photodetectors connected to a microcontroller ohm through electrical wires.
В частности, светораспределительная система может быть выполнена в виде, по меньшей мере, одного волоконно-оптического циркулятора, фильтра, выполненного в виде волоконной решетки Брэгга или длиннопериодной решетки, и, по меньшей мере, одного волоконно-оптического переключателя, соединенных посредством волоконного световода.In particular, the light distribution system can be made in the form of at least one fiber optic circulator, a filter made in the form of a Bragg fiber grating or a long-period grating, and at least one fiber optic switch connected by a fiber optic fiber.
В частности, светораспределительная система может быть выполнена в виде, по меньшей мере, одного волоконно-оптического разветвителя, фильтра и, по меньшей мере, одного волоконно-оптического переключателя, соединенных посредством волоконного световода.In particular, the light distribution system can be made in the form of at least one fiber optic splitter, a filter and at least one fiber optic switch connected by a fiber optic fiber.
В частности, волоконо-оптические компоненты могут быть одномодовыми.In particular, the fiber optic components may be single mode.
В частности, волоконно-оптический щуп может быть выполнен в виде волоконно-оптической решетки Брэгга, записанной на стандартном волоконном световоде типа SMF-28 или высокогерманатном световоде.In particular, the fiber optic probe can be made in the form of a Bragg fiber optic array recorded on a standard SMF-28 fiber optic fiber or a high german fiber.
В частности, волоконно-оптический щуп может быть выполнен в виде волоконно-оптической решетки Брэгга, записанной в волоконном световоде с полиимидным покрытием.In particular, the fiber optic probe can be made in the form of a Bragg fiber optic array recorded in a polyimide coated fiber.
Заявленное изобретение поясняется рисунками, где на Фиг.1 приведена схема волоконно-оптического термометра. На Фиг.2 приведена конструкция волоконно-оптического щупа.The claimed invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a diagram of a fiber optic thermometer. Figure 2 shows the design of the fiber optic probe.
ВОТ (Фиг.1) состоит из источника света 1, светораспределительной системы 2, соединенной с одной стороны через волоконно-оптический переключатель 4 с волоконно-оптическими щупами 5, с другой стороны - через оптический фильтр 3 с фотоприемником 7 и напрямую с фотоприемником 6, при этом свет от источника 1 проходит в светораспределительную систему 2, направляется на датчики 5 через оптический переключатель 4, отразившись от датчиков 5 свет возвращается в светораспределительную систему 2, где разделяется на две части, одна из которых направляется на фотоприемник 6 непосредственно, другая направляется на фотоприемник 7 через оптический фильтр 3, где она ослабляется в соответствии с ее спектральным положением относительно характеристики пропускания фильтра, таким образом, соотношение сигналов на двух фотоприемниках зависит от спектрального положения отраженного от датчиков света. Микроконтроллер 8 принимает сигналы с фотоприемников 6 и 7.HERE (Figure 1) consists of a light source 1, a light distribution system 2, connected on one side through a fiber optic switch 4 with fiber optic probes 5, on the other hand, through an optical filter 3 with a photodetector 7 and directly with a photodetector 6, the light from the source 1 passes into the light distribution system 2, is sent to the sensors 5 through the optical switch 4, reflected from the sensors 5, the light returns to the light distribution system 2, where it is divided into two parts, one of which is directed to otopriemnik 6 directly, the other is guided to a photodetector 7 through an optical filter 3, where it is attenuated in accordance with its position relative to the spectral transmittance characteristics of the filter, thus, the ratio of signals at two photodetectors depends upon the spectral position of the reflected light sensors. Microcontroller 8 receives signals from photodetectors 6 and 7.
Датчики ВОТ могут быть, в частности, реализованы в виде волоконно-оптических щупов.BOT sensors can be, in particular, implemented as fiber optic probes.
Волоконно-оптический щуп (Фиг.2) состоит из волоконного световода 9, записанной вблизи его торца волоконной решетки Брэгга 10.Fiber optic probe (Figure 2) consists of a
Технический результат, получаемый в предлагаемом ВОТ, достигается тем, что предлагаемый метод измерения является прямым - регистрируемый спектральный сдвиг решетки Брэгга напрямую зависит от температуры, метод является простым в исполнении - процесс записи решетки Брэгга в волоконном световоде технологичен и может быть легко автоматизирован, получающийся датчик обладает высокой надежностью - полностью волоконное исполнение, при котором не нарушается целостность волоконного световода, позволяет сохранить его механическую прочность, при возможности изготовления датчика с подводящей линией длиной до 30 километров, также результат достигается тем, что в реализуемом методе достигается практически полное отсутствие внешних воздействий на точность измерения, благодаря спектральному методу измерения, в отличие от широко распространенных амплитудных методов. Решается техническая задача обеспечения повышения точности измерения за счет того, что соотношение сигналов на двух фотоприемниках зависит от спектрального положения отраженного от датчика света, а измерение проводится дифференциально, что в целом позволяет повысить точность измерения температуры.The technical result obtained in the proposed BOT is achieved by the fact that the proposed measurement method is direct - the recorded spectral shift of the Bragg grating is directly dependent on temperature, the method is simple to execute - the process of recording the Bragg grating in a fiber is technologically advanced and can be easily automated, the resulting sensor has high reliability - a fully fiber design, in which the integrity of the fiber is not violated, allows you to maintain its mechanical strength, When the possibility of manufacturing a sensor with a supply line 30 kilometers long, as the result is achieved in that the method realizable achieved almost complete absence of external influences on the measurement accuracy, due to the spectral measurement method, in contrast to the common methods amplitude. The technical problem is solved to ensure increased measurement accuracy due to the fact that the ratio of signals at two photodetectors depends on the spectral position of the light reflected from the sensor, and the measurement is carried out differentially, which generally improves the accuracy of temperature measurement.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011151701/28A RU2491523C1 (en) | 2011-12-19 | 2011-12-19 | Fibre-optic thermometer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011151701/28A RU2491523C1 (en) | 2011-12-19 | 2011-12-19 | Fibre-optic thermometer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2011151701A RU2011151701A (en) | 2013-06-27 |
| RU2491523C1 true RU2491523C1 (en) | 2013-08-27 |
Family
ID=48701007
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011151701/28A RU2491523C1 (en) | 2011-12-19 | 2011-12-19 | Fibre-optic thermometer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2491523C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU179264U1 (en) * | 2017-11-14 | 2018-05-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" (КНИТУ-КАИ) | FIBER OPTICAL THERMOMETER |
| RU2673507C1 (en) * | 2017-10-31 | 2018-11-27 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Каскад" (АО "НПО "Каскад") | Fiber optical thermometer |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU102256U1 (en) * | 2010-09-06 | 2011-02-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (ГОУ ВПО ПГУТИ) | DEVICE FOR MEASURING PHYSICAL FIELD PARAMETERS |
| RU2413188C2 (en) * | 2009-04-09 | 2011-02-27 | Общество с ограниченной ответственностью "СибСенсор" | Fibre-optic device for measuring temperature distribution (versions) |
| RU2434208C2 (en) * | 2007-01-30 | 2011-11-20 | Курков Андрей Семенович | Fibre-optic device for measuring temperature distribution (versions) |
| RU2434231C2 (en) * | 2006-03-16 | 2011-11-20 | Сименс Акциенгезелльшафт | Flow measuring device for determining flow direction |
-
2011
- 2011-12-19 RU RU2011151701/28A patent/RU2491523C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2434231C2 (en) * | 2006-03-16 | 2011-11-20 | Сименс Акциенгезелльшафт | Flow measuring device for determining flow direction |
| RU2434208C2 (en) * | 2007-01-30 | 2011-11-20 | Курков Андрей Семенович | Fibre-optic device for measuring temperature distribution (versions) |
| RU2413188C2 (en) * | 2009-04-09 | 2011-02-27 | Общество с ограниченной ответственностью "СибСенсор" | Fibre-optic device for measuring temperature distribution (versions) |
| RU102256U1 (en) * | 2010-09-06 | 2011-02-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (ГОУ ВПО ПГУТИ) | DEVICE FOR MEASURING PHYSICAL FIELD PARAMETERS |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2673507C1 (en) * | 2017-10-31 | 2018-11-27 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Каскад" (АО "НПО "Каскад") | Fiber optical thermometer |
| RU179264U1 (en) * | 2017-11-14 | 2018-05-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" (КНИТУ-КАИ) | FIBER OPTICAL THERMOMETER |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2011151701A (en) | 2013-06-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Rao et al. | In-fiber Bragg-grating temperature sensor system for medical applications | |
| Osuch et al. | Simultaneous measurement of liquid level and temperature using tilted fiber Bragg grating | |
| US11353367B2 (en) | Fibre optic temperature measurement | |
| CN108507697B (en) | A kind of sea water temperature depth profile sampling towed system based on Fibre Optical Sensor | |
| Xu et al. | Simple fiber-optic refractive index sensor based on fresnel reflection and optical switch | |
| US8734011B2 (en) | Distributed optical fiber temperature sensor based on optical fiber delay | |
| US20100141930A1 (en) | Physical quantity measuring apparatus utilizing optical frequency domain reflectometry, and method for simultaneous measurement of temperature and strain using the apparatus | |
| CN210089716U (en) | Multi-parameter synchronous sensing acquisition instrument based on multi-core optical fiber sensing | |
| CN103116055A (en) | An all-optical fiber current transformer system with temperature measurement function | |
| CN103076108A (en) | Novel power cable conductor temperature measuring sensor based on FBG (fiber bragg grating) | |
| CN103033285A (en) | Simultaneous measurement method of temperature and strain of laid photoelectric composite cable | |
| WO2016183321A1 (en) | Fiber optic sensor and methods for highly-sensitive detection of strain in large frequency range | |
| CN114137273A (en) | Temperature sensitive current eliminating sensing device of FBG (fiber Bragg Grating) cascade optical fiber composite structure | |
| RU2491523C1 (en) | Fibre-optic thermometer | |
| RU170835U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING THE VALUE OF WEAR AND PRODUCT TEMPERATURE DURING FRICTION | |
| RU2557577C1 (en) | Measuring device of value of wear and temperature of product at friction | |
| RU2631082C1 (en) | Device for measuring wear amount and temperature of product at friction (versions) | |
| CN201251668Y (en) | Reuse and demodulation long period optical fiber grating array device | |
| Wong et al. | Resin directional flow and degree of cure sensing using chirped optical fiber long period gratings | |
| CN100392454C (en) | Method and device for methane concentration sensing based on fiber Bragg grating | |
| RU133294U1 (en) | FIBER OPTICAL PROBE FOR TEMPERATURE MEASUREMENT | |
| Wo et al. | A compact all fiber refractive index sensor based on modal interference | |
| KR101030728B1 (en) | Surveillance System Using Dual Wavelength FW Sensor and Its Method | |
| CN203132737U (en) | Novel power cable conductor temperature measuring sensor based on FBG (fiber Bragg grating) | |
| RU150177U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING THE VALUE OF WEAR AND PRODUCT TEMPERATURE DURING FRICTION |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20201127 |