Измерение спектральных характеристик волоконных световодов с органическими красителями
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
никовых термодатчиков, идентичной матрице термочувствительных непроводящих элементов, измеряют напряжения на выходах полупроводниковых термодатчиков, пропорциональные температурам термочувствительных непроводящих элементов. Такая система не обеспечивает регистрацию температуры в процессе технологического цикла в режиме реального времени.
Решением проблем, связанных с возникновением помех и наводок из-за присутствия металлических компонентов в традиционных температурных датчиках при нагревании в сильных электромагнитных полях может стать применение измерительных устройств на основе, оптических методов измерения температуры. Требования проведения дистанционных измерений могут быть выполнены при построении методов измерения с использованием волоконно-оптических линий.
Таб. 1.1
Устройства для промышленных измерений температур
Термометрическое свойствоНаименование устройстваДиапазон измеряемых температур, СВозможность применения в условиях воздействия сильных электромагнитных полейНижний пределВерхний пределТепловое расширениеЖидкостные стеклянные термометры-2001200+Изменение давленияМанометрические термометры-160600-Изменение электрического сопротивленияЭлектрические термометры сопротивления-200500-Полупроводниковые термометры сопротивления (термисторы, терморезисторы)-90180-Термоэлектрические эффект(термо-э.д.с.)Термоэлектрические термометры (термопары) стандартизованные-501600-Термоэлектрические термометры (термопары) специальные13002500-Тепловое излучениеПирометры (оптические, радиационные, фотоэлектрические, цветовые)6006000+
1.2 Оптические методы измерения температуры
На сегодняшний день разработано большое количество оптических устройств для измерения температуры на основе различных физических эффектов [4 - 8]. По принципу действия все оптические методы измерений делятся на четыре класса в соответствии с тем, какой из параметров распространяющейся световой волны (Е0 ехр[?t + ?]) используется для получения информации о регистрируемом физическом воздействии: амплитуда электрического поля (Е), фаза (?), состояние и направление поляризации электрического вектора Р или частота (?). Наиболее распространенными оптическими методами измерения температуры являются амплитудные и фазовые. К амплитудным методам измерения температуры, как уже упоминалось выше, относятся: оптическая пирометрия, поглощение света полупроводниками, температурное тушение флуореiенции, изменение оптических потерь. К фазовым методам измерения температуры относится оптическая интерферометрия.
Чтобы оценить названные оптические методы с точки зрения возможности их использования для измерения температуры в условиях воздействия сильных электромагнитных полей, рассмотрим их особенности и проведем их сравнительный анализ.
1.3 Оптическая пирометрия
В настоящее время метод оптической пирометрии является одним из наиболее развитых и используется в устройствах регистрации температуры различных сред [19-21]. Метод оптической пирометрии положен в основу многих приборов [22], например, оптических пирометров, сканирующих пирометров, тепловизоров, анализаторов температурного поля и т.д. В основе метода оптической пирометрии лежит свойство веществ при температуре Т > 0 К вследствие тепловых колебаний атомов и молекул испускать тепловое излучение [23]. Энергия теплового излучения W? на длине волны ?, испускаемая черным телом при температуре Т, выражается формулой Планка (в единицах Втм-3ср-1)
W? = c1?-5{exp[c2/(?T)]-1}-1, (1.1)
где с1 и с2 - постоянные коэффициенты.
Суммарная энергия излучения (Вт/м2) получается путем интегрирования вышеприведенного выражения по всем длинам волн:
, (1.2)
где ? = 5,7 тАв10-8 Вт м-2тАвК-4 - постоянная Стефана-Больцмана.
Между ?m и Т существует зависимость, выражающая собой закон смешения Вина:
?m Т = 2,9тАв10-3 мК (1.3)
Таким образом, из формул (1.1) и (1.2) на фиксированной длине волны ?m можно определить температуру.
Особенностью метода оптической пирометрии является необходимость выбора компонентов в зависимости от температурного диапазона. Обычно для температур выше 600 0С в качестве детектора применяются кремниевые элементы, а для температур ниже 600 С - элементы на основе германия, соединения PbS и т.д. Диапазон прозрачности оптического волокна из кварцевого стекла 0,4 ... 2,0 мкм, поэтому область измеряемых температур для волоконно-оптического измерителя излучения простирается примерно от +300 до +2000 0С. Например, в работе [24] описан пирометрический волоконно-оптический датчик температуры, предназначенный для измерения температуры внутри ядерных реакторов. Авторами показано, что датчик имеет достаточно хорошую чувствительность в температурном диапазоне от +250 до +800 С. Для регистрации более низких температур необходимо применение специальных источников и приемников излучения, работающих в этой области длин волн, а также специальных оптических волокон, прозрачных для инфракрасных лучей, с длиной волны 2 мкм и более. Например, в волоконно-оптических пирометрических датчиках температуры, выпускаемых фирмой Соnах, США, используется сапфировое оптическое волокно.
В связи с вышесказанным можно сделать вывод о том, что использование метода оптической пирометрии для измерения +300 0С затруднительно.
1.4 Поглощение света полупроводниками
В основе метода температурного изменения погл?/p>