Флуоресцентные датчики
Эти датчики реализуются на основе свойства некоторых фосфорных компонентов излучать свет в ответ на возбуждение лучами видимого диапазона спектра. Такие компоненты наносятся на поверхность объекта, температуру которого необходимо измерить. После чего объект подвергается воздействию УФ импульсного излучения. Возникшее в результате этого облучения послесвечение детектируется и анализируется. Форма импульса послесвечения зависит от температуры. Время спада импульса послесвечения в широком температурном диапазоне является параметром, обладающим очень высокой воспроизводимостью. В качестве чувствительного материала в флуоресцентных датчиках применяется фтормагнетит магния, активированный четырехвалентным марганцем. Фосфор длительное время применялся только как корректор цвета ртутных ламп, используемых для освещения улиц. Порошок фосфора получается в ходе реакции в твердой фазе при температуре 1200 °С. Он является относительно инертным и термоустойчивым веществом, безопасным с биологической точки зрения. Он не разрушается от воздействия большинства химических реагентов и длительного УФ излучения. Он переходит в возбужденное состояние при облучении его светом УФ или синей области спектра. Флуоресцентное свечение фосфора находится в дальнем красном спектральном диапазоне, а его интенсивность спадает по экспоненциальному закону. Для снижения возможности возникновения перекрестных помех между сигналами возбуждающего и флуоресцентного излучений, на их пути устанавливаются полосовые фильтры, пропускающие волны только заданных зон спектра (рис. 16.24А). В качестве источника возбуждения применяется ксеноновая импульсная лампа, которая может одновременно использоваться несколькими оптическими каналами в составе комплексных систем измерения. Процесс измерения температуры заключается в определении скорости ослабления флуоресцентного свечения (рис. 16.24Б). Это значит, что значение температуры находится по постоянной времени τ, величина которой в температурном диапазоне —200...+400°С уменьшается в пять раз. Измерение времени выполняется при помощи электронной схемы, как правило, с очень высокой точностью. Поэтому датчики флуоресцентного типа позволяют измерять температуру с хорошей разрешающей способностью и точностью порядка ± 2°С в широком температурном диапазоне без проведения калибровки. Рис. 16.24.Флуоресцентный метод измерения температуры: А — спектральные характеристики возбуждающего и флуоресцентного излучений, Б — спад послесвечения по экспоненциальному закону для двух температур Т1, и Т2, е — основание натурального логарифма, t - постоянная времени характеристики спада . Поскольку постоянная времени не зависит от интенсивности возбуждающего излучения, возможна реализация датчиков самых разнообразных конструкций. Например, фосфорный состав может наносится непосредственно на поверхность объекта, при этом оптическая система проводит измерения бесконтактным способом (рис. 16.25А). Это дает возможность проведения непрерывного мониторинга температуры объекта без внесения возмущений в зону измерений. В другой конструкции фосфор наносится на конец упругого зонда, способного вступать в плотный контакт с объектом (рис. 16.25Б и 16.25В).
Рис. 16.25Расположение фосфорных компонентов: А – на поверхности объекта. Б и В – на конце зонда
Интерферометрические датчики Другой метод оптического измерения температуры заключается в модуляции интенсивности света, возникающей вследствие интерференции двух лучей света. Один луч является эталонным, а другой пропускается через среду, параметры которой зависят от температуры, что вызывает появление фазового сдвига между сигналами. Величина этого фазового сдвига, а, значит, и параметры интерференционного сигнала, определяются температурой. В качестве чувствительного элемента интерферометрического датчика температуры часто используют тонкий слой кремния, поскольку его коэффициент преломления зависит от температуры, что приводит к изменению длины пути луча. На рис. 16.26 показана схема тонкопленочного оптического датчика, состоящего из трех слоев пленок, нанесенных на концы многомодового оптоволоконного волновода со ступенчатым изменением показателя преломления с диаметром сердцевины 100 мкм, и диаметром покрытия — 140 мкм. Первый слой формируется из кремния, второй их диоксида кремния. Пленка из FeCrAl наносится в самом конце для защиты нижележащих слоев от окисления. Такие оптоволокна могут использоваться при Рис. 16.26. Схема тонкопленочного оптичес- кого датчика температуры Датчики на основе растворов, изменяющих цвет от температуры Такие датчики применяются в биомедицинских системах. В качестве хроматического раствора часто применяют СоС126Н2О (раствор хлорида кобальта). Принцип действия таких датчиков основан на характерной для определенных хроматических растворов температурной зависимости коэффициентов поглощения излучений видимого диапазона спектра (400...800 нм)(рис. 16.27А). Очевидно, что в состав таких датчиков должны входить: источник излучения, детектор и раствор хлорида кобальта, имеющий тепловую связь с объектом измерения. На рис. 16.27Б и 16.27В показаны два варианта хроматических датчиков температуры. Рис. 16.27.Датчики на основе растворов, цвет которых зависит от температуры: А — абсорбционный спектр раствора хлорида кобальта, Б — датчик с отражающей поверхностью, В — датчик проходного типа
Популярное: Модели организации как закрытой, открытой, частично открытой системы: Закрытая система имеет жесткие фиксированные границы, ее действия относительно независимы... Почему стероиды повышают давление?: Основных причин три... Почему двоичная система счисления так распространена?: Каждая цифра должна быть как-то представлена на физическом носителе... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (352)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |