6.9. Исследование и разработка волоконно-оптического датчика температуры с ик-световодом.

В данном разделе рассматривается задача автоматического контроля температуры текстурируемой нити непосредственно в термокамере, что позволит синтезировать высокоэффективную систему управления температурными режимами нагрева и охлаждения текстурируемых нитей.

Данная задача является весьма сложной, поскольку необходимо контролировать температуру движущейся с высокой скоростью нити в среде с температурой адекватной температуре нагреваемого продукта.

Нить, нагреваемая в термокамере, имеет температуру 170  220 °С и испускает электромагнитное излучение в средней области ИК-спектра, что и используется в данной работе для измерения температуры нити с помощью оптических волокон, обеспечивающих передачу ИК-излучения из зоны контроля к первичному фотопреобразователю.

Особенность процесса измерения состоит в том, что необходимо измерять температуру движущейся текстильной нити в воздушной среде обладающей такой же температурой, однако спектр электромагнитного излучения лежит в области недоступной для передачи по кварцевым оптическим волокнам.

В данном разделе обоснован выбор элементов волоконной оптики способной передавать требуемый оптический диапазон длин волн, осуществлен выбор фотоприемного элемента, способного «различать» температуру движущегося объекта и воздушной среды. Кроме того, в данном разделе проведен расчет оптической части измерительного устройства, определена функциональная схема датчика, реализован его макетный образец и определены метрологические характеристики преобразователя.

6.9.1.Функциональная схема датчика температуры с поликристаллическим ик-световодом

Функциональная схема датчика температуры с поликристаллическим ИК-световодом приведена на рис. 6.51.

Рис. 6.51. Функциональная схема одноканального датчика с поликристаллическим ИК-световодом.

Датчик работает следующим образом: тепловое ИК-излучение фокусируется объективом 1, вводится в волокно 2 и транспортируется в оптоэлектронный блок 3 в пластмассовом корпусе. На входе блока установлен электромеханический модулятор-прерыватель 4 излучения. Он необходим для создания прямоугольных оптических импульсов типа «меандр» с регулируемой частотой 1  100 Гц, задаваемой генератором 9. Прерывистое излучение требуется для работы пироприемника, ибо он реагирует только на перепады температур контролируемого объекта. Далее установлен фильтр 5 для пропускания излучения в узком спектральном диапазоне. В нашем случае устанавливался фильтр с пропусканием 7,0  7,5 мкм. После фильтра свет поступает на пироприемник 6 (IRA-E710STO), выходной сигнал, с которого усиливается и сглаживается в усилителе 7 и выдается на цифровой индикатор 8. Электронный блок, выделенный рамкой, имеет аналоговый и цифровой выходы. Аналоговый выход необходим для просмотра выходного сигнала на осциллографе, а цифровой – для передачи на персональный компьютер.

Ниже, обоснован выбор элементов волоконной оптики способной передавать требуемый оптический диапазон длин волн, осуществлен выбор фотоприемного элемента, способного «различать» температуру движущегося объекта и воздушной среды. Кроме того, в данном разделе проведен расчет оптической части измерительного устройства, определена структура макетного образца датчика и определены метрологические характеристики преобразователя.