SU1000789A1 - Устройство дл дистанционного измерени температуры - Google Patents

Description

Изобретение относитсй к измерительной технике, а именно к устройствам дл  дистанционного измерени  температуры. Оно может найти применение в системах точного измерени  и автоматического регулировани  температуры на труднодоступных, удаленных и наход щихс  в т желых услови х эксплуатации объектах. V Известно устройство дл  измерени  температуры, содержащее термочувствительный элемент пА основе поверхностных акустических волн, : .включенным в цепь генератора радиочастотного диапазона, установленного на объекте измерени  .

Недостатком такого устройства  вл етс  ограниченный диапазон йзмер екшх температур, определ емой используеьслми в схеме генератора полупроводниковыми элементами.

Наиболее близким по технической сущности и достигаеквзму результату к изобретению  вл етс  устройство дл  измерени  температуры, содержащее пассивный переизл учатель с линией задержки на поверхностных акустических волнах в качестве термочувствительного элемента, передатчик и приемник оадиоимпульсов и регистратор L 2.

Недостатком такого устройства  вл етс  невысока  точность измере-. ни  и невозможность непосрдественного использовани  дл  автоматического регулировани  температуры объектов . Последнее св зано с монотонным характером зависимости времени

10 задержки линии на поверхностных акустических волнах от температуры.

Цель изобретени  - повышение точности измерени  температуры и расширение функциснальных возможностей

15 устройства.

Поставленна  цель достигаетс  тем,-ЧТО в устройстве дл  дистанционного измерени  температурга, содержащем пассивный переизлучатель

20 с линией задер у.ки на поверхностных акустических волнах в качестве тер- . мочувствительного элемента, передатчик и приемник радиоимпульсов и. регистратор , в состав пассивного пе25 реизлучател  введена, дополнительна  лини  зсщержки на поверхностшлх акустических волнах, причем обе линии задержки включены параллельно и имеют противоположные по знаку .

30 температурные коэффициенты задержки, а приемник радиоимпульсов содержит синхронный детектор и фильтр низких частот, подключенные последовательно к входу регистратора. Регистратор выполнен в виде счет чика полупериодов огибающей амплитуд принимаемых радТюимпульсов. На чертеже приведена электрическа  схема устройства. Устройство содержит пассивный : пёреиэлучатель, установленный на объекте 1 измерени  и включающий в себ  термочувствительный элемент 2 антенну 3, передатчик 4 и приемник 5, работающие на одну общую антенну б, регистратор 7. Термочувствительный элемент 2 представл ет собой подложку из пьезоэлектрика (например, ниобата лити , кварца), на поверхности кото рой сформированы две линии задержки поверхностных акустических волн. Ка дан из ЛИНИЙ задержки образована дв м  преобразовател ми поверхностных волн встречно-штыревого типа (8 и 9 дл  первой линии задержки; 10 и 11 дл  второй) и звукопроводом в виде поверхностного сло  подложки между преобразовател ми (12 дл  первой ли нии задержки и 13 - дл  второй). Пр образователи 8 и 9, 10 и 11 ориенти рованы на поверхности подложки так, что поверхностные акустические волны в первой и второй лини х задержки распростран ютс  вдоль осей Х и соответствующих противоположным значени м температурных коэффициентов задержки, равным по величине и противоположным по знаку. Преобра зователи 8-11 электрическ соединен параллельно и подключены к антенне Передатчик 4 содержит стабильный генератор 14 высокой частоты, импусльный генератор 15, линию 16 задержки , модул тор 17 и ждущий мультивибратор 18. Приемник 5 .содержит электронный коммутатор 19,синхронный детектор 20, фильтр 21 низких частот, фазовращатель 22. Устройство работает следующим об разом. Высокочастотные радиоимпульсы, вырабатываемые передатчиком 4, имеющие период повторени  tT и длитель . ность Тц, , излучаютс  антенной б в направлении антенны 3 пассивного переизлучател  и затем принимаютс  антенной 3, трансформируютс  преобpaзoвaтeл  ш 8-11 в поверхностные акустические волны (акустические импульсы) и распростран ютс  в звукопроводах 12 и 13 первой и второй линий задержки по двум парам встреч ных направлений (волнистые стрелки) Задержанные в звукопроводах 12 к 13 поверхностные акустические волны трансформируютс  преобразовател ми 8-11 в радиоимпульсы, которые сук;мируютс  в фазовых соотношени х, завис щих от температуры подложки или наход щегос  с ней в тепловом контакте объекта измерени . Суммарные импульсные радиосигналы переизлучаютс  антенной 3 в направлении антенны б, принимаютс  антенной б и поступают в приемник 5. Комплексные коэффициенты передачи первой и второй линий задержки в случае линейной зависимости их времен задержки от температуры, равных по величине и противоположных по знаку температурных коэффициентов задержки и равных вносимых потерь , можно представить в виде i(,--KoexpH2-icfToti-fol.r(t-t;); (d) Ч- ое рН2Гс т„ 1-(Г-1о) (2) где К - модуль коэффициента переда° чи линий задержки; j - мнима  единица; f г частота, Гц; - врем  задержки линий при соответсттемпературе L, вующей равенству времен задержки первой и второй линий , как функций температуры , с; с(.-р - абсолютна  величина температурного коэффициента задержки линий, о текуща  температура, с. На основе принципа суперпозиции комплексный коэффициент передачи термочувствительного элемента 2 с точностью до посто нного мно кител , завис щего от условий согласовани  термочувствительного элемента с антенной 3, с учетом (1) и (2) может боть представлен в виде --Koco5i:iirfTofll-rCt°-t;)JexpC-J2-fE{To). а) Дл  получени  наложени  откликов первой и второй линий задержки их длительность должна быть существенно больше максимального изменени  времени задержки линий в измер емом диапазоне температур Д В этом случае амплитуда переизлучаемых антенной 3 радиоимпульсов зависит от температуры по закону косинуса , как это следует из выражени  (3). Нулевое значение амплитуды переизлучаемых рад иоимпульсов соответствует противофазному значению коэффициентов передачи первой и второй линий задержки. Интервал температуры &t между ее лв;м  соседними ypoBHHNM t и ., соответствущими нулевому знгзченик - амплитуды переизлучаемых радиоимпульсов, определ етс  из выражени  (З): где количество акустических длин волн, уклащывак дахс  в звукопроводе первой или второй линии задержки при температуре t. Величина п в лини х задержки на поверхностных акустических волна может достигать при приемлемых потер х не более 40 дБ/10 -10, а вел чина дл  наиболее термочувствител ных материалов, например ниобата лити , достигает Отсюда на основе формулы (k) следует, что величина t йожет быть получена О,1-1,.Тогда точность измере ни  малого отклонени  температуры от уровней, соотретствун цих нулевому значению амйлитуда переизлучен ных радиоимпульсов, может достигать 0,01-0,. Радиоимпульсы передатчика формируютс  путем модул ции высокочасто ного сигнала генератора 14, задержанными в линии 16 задержки на вре м  Т) импульсами генератора 15. Она осуществл етс  в модул торе 17. За держка Т необходима дл  недсжного запирани  приемника паред началом каждого импульса передатчика. Запирание приемника осуществл етс  с помощью электронного коммутатора 19, срабатывающего от импульсов жд щего мультивибратора 18, которые п рекрывают во времени импульсы передатчика . Запуск ждущего мультивибратора осуществл етс  передним фронтом каждого импульса генератора 15. Принимаекые антенной 6 радиоимпульсы , проход  через электронный коммутатор, поступают на один из входов синхронного детектора 20. Н другой вход синхронного детектора через фазовращатель 22 поступает сигнал генератора 14. Фазовращател необходим дл  компенсации рассогла совани  фаз высокочастотного запол нени  принимаемых радиоимпульсов и сигнала генератора 14, которые поступают на входы синхронного детектора 20. Несуща  частота рсщиоимпульсов может выбиратьс  в диапазоне 10 1000 МГц, в котором могут использо ватьс  линии задержки поверхностны акустических волн. Выбор определ етс  особенност ми радиоканала, его длиной, требовани ми к констру ции и габаритам антенн 3 и 6. Из спектра выходного сигнала синхронного детектора 20 с помощью фильтра низких 21 частот выдел етс  огибающа  амплитуд принимаемых радиоимпульсов, котора  несет информацию о температуре объекта 1 измерени  и подаетс  на регистратор 7. Дл  измерени  температуры, измен ющейс  в широких пределах (в отличие от ее малого изменени  от одного из уровней), или определени  номера уровн  регистратор 7 может быть выполнен в виде счетчика, фиксирующего количество периодов или полупериодов ошбающей амплитуд принимаемых радиоимпульсов, которое пропорционально температуре объекта или номеру уровн . Термочувствительный элемент должен быть защищен от действи  агрессивных сред путем помещени  его в вакуумированный корпус (не показан). Тепловой контакт с объектом измерени  может осуществл тьс  через стенку корпуса или через инфракрасное излучение объекта. В последнем случае корпус должен быть прозрачным (например, из кварцевого стекла). Конструкци  термочувствительного элемента может отличатьс  от вышеописанной . Перва  и втора  линии .задержки могут изготавливатьс  на двух подложках из разных пьезоэлектриков . Подложка может быть и непьезоэлектрической , например, из плавленного кварца. При этом линии задержки выполн ютс  на основе пвезоэлектрических пленок, например нитрида алюмини , способного работать при температурах до 1000°. Передатчик 4 может содержать усилитель мощности, включаег-Флй на выходе модул тора 17, а приемник - уси- литель посто нного тока на выходе фильтра 21 низких частот. В приемник 5 могут также быть введены входна  цепь.и усилитель высокой часто- ты между коммутатором 19 и синхронным детектором 20. При- высоком уровне помех и большом затухании радиосигналов и термочувствительном элементе 2 наличие этих устройств в приемо-передающей части становитс  необходимым . Использу  устройство, можно измер ть температуры объектов от криогенной , где- параметры устройств на поверхностных акустических волнах даже выше, чем при нормальной. (20 С), до нескольких сотен градусов при ис пользовании таких распространенных пьезоэлектриков, как ниобат лити  и кварц. Верхний предел может быть увеличен, если применить более термостойкие пьезоэлектрики. Предлагаемое устройство обеспечивает высокую точность дистанционного измерени  и регулировани  температуры . Оно легко поддаетс  миниатюризации , технологично и имеет высокую воспроизводимость параметров, характерную дл  приборов, использующих поверхностные акустические волны .

Claims (2)

1. Формула изобретени  1, Устройство дл  дистанционного измерени  температуры, содержащее пассивный переизлучатель с линией задержки на поверхностных акустических волнах в качестве термочувствительного элемента, передатчик и приемник радиоимпульсов, и регистратор , отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерени  температуры и расширени  функциональных возможностей, . в состав пассивного переизлучател  введена дополнительна  лини  задержки на поверхностных акустических волнах, причем обе линии задержки включены параллельно и имеют противоположные по знаку температурные коэффициенты задержки, а приемник радиоимпульсов содержит синхронный детектор и фильтр низких частот, подключенны последовательно к входу регистратора ,
2. 2. Устройство по nil, отличающеес  тем, что регистратор выполнен в виде счетчика числа полупериодов огибающей амплитуд принимаемых радиоимпульсов.

   Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

   1.Патент Франции 2423762,

   кл. G 01 К 11/22, опублик. 20.04.78.

   2.Авторское свидетельство СССР №923263, кл. G 01 К 11/22, 16.10.80 (прототип).