2.13.7. Оэп температуры с ик-световодом

Измерение температуры движущихся объектов (например текстурируемой нити, ткани и др.) непосредственно в термокамере осложняется тем, что температура воздуха в термокамере адекватна температуре объекта. Например, нить, нагреваемая в термокамере, имеет температуру порядка 170 – 220° С и испускает электромагнитное излучение в средней области ИК-спектра, которое передается с помощью оптических волокон из зоны контроля к первичному фотопреобразователю.

Функциональная схема датчика температуры с поликристаллическим ИК-световодом приведена на рис. 2.74.

Рис. 2.74. 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.

В качестве чувствительного элемента 6 применяются пироэлектрические преобразователи. В основу их работы положен пироэлектрический эффект, сущность которого заключается в изменении поляризации пироактивного кристалла в процессе изменения температуры на его гранях. Поляризация кристалла – пространственное разделение зарядов, сопровождающееся возникновением на одной стороне его граней положительного заряда, а на другой – отрицательного.

Нагрев кристалла может осуществляется как непосредственно (с изменением температуры окружающей среды), так и воздействием потока излучения. Это явление используется для изготовления датчиков (приемников) ИК – излучения.

Пироэффект проявляется только при наличии изменения температуры кристалла во времени. Пироэффектом обладают кристаллы ниобата лития, ниобата свинца, а так же керамика: титанат-цирконата свинца и сульфата лития, стронций-барий ниобатита и т.д.

Спектральный диапазон чувствительности пироэлектрических приемников оптического излучения расположен в диапазоне от 0,4 до 30 мкм, что является их наиболее важным преимуществом.

Пироэлектрические датчики фирмы Murata выпускаются серийно и удовлетворяют требованиям международных стандартов. Они изготавливаются на основе PbTiIr, LiSO₄, BaSrNb.

Инфракрасные датчики серии IRA предназначены для измерения температуры объектов. Спектральный диапазон чувствительности определяется полосой пропускания встроенного оптического (кремниевого) фильтра. Конструктивные особенности обусловлены количеством, размером и схемой соединения чувствительных элементов. Измеряют температуру от 100 до 3000 С.