СИГНАЛИЗАТОР ТЕМПЕРАТУРЫ

Изобретение относится к контрольно - измерительной технике и может быть использовано в системах сигнализации температуры. Цель изобретения - достижение высокой точности регистрации температуры сигнализации. Сигнализатор температуры содержит источник оптического излучения, термочувствительный элемент из кристалла органического полупроводника, фотоприемник и регистратор. В качестве термочувствительного элемента использован кристалл ион - радикальной соли трифенилметилфосфоний - тетрацианхинонди-метан (1:2), обладающий свойством изменения, в процессе фазового перехода угла отраженного от его поверхности лазерного излучения. 2 ил.

Изобретение может быть использовано в системах сигнализации температуры в газообразных и жидкостных средах, в труднодоступных местах, например, в узлах и устройствах радиоэлектронной аппаратуры, для измерения температуры деталей в полях СВЧ, либо деталей, находящихся под высоким напряжением, и т.д.
Известен сигнализатор температуры /1/, содержащий источник оптического излучения, фотоприемник, регистратор и термочувствительный материал, светорассеивающая способность которого изменяется при пороговой температуре. При светорассеивании, как правило, интенсивность рассеянного света значительно ниже, чем, например, при отражении. Вслед-ствие этого данный сигнализатор не обладает достаточно высокой чувствительностью.
Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является сигнализатор температуры /2/, содержащий источник оптического излучения, фотоприемник, регистратор и термочувствительный элемент, выполненный в виде двух скрещенных между собой одинаковых пластинок, установленных в диагональное положение относительно поляризатора и анализатора и вырезанных из одного кристалла с несоразмерной фазой, обладающего в области существования несоразмерной фазы эффектом термической памяти /ЭТП/. Одну из указанных пластинок предварительно выдерживают при температуре сигнализации в тече-ние времени, достаточного для наблюдения ЭТП. Пропускание данной оптической системы минимально и не меняется при изменении температуры. При достижении температуры сиг-нализации, благодаря аномалиям двулучепреломления, возникающим вследствие ЭТП, про-пускание света оптической системой увеличивается. Данный сигнализатор температуры является сложным - состоит из двух скрещенных пластин, причем одну из них выдерживают предварительно при температуре сигнализации определенное время, не обладает высокой точностью сигнализации из-за трудности точной фиксации температуры радиотехническими средствами.
Сущность изобретения заключается в выборе термочувствительного элемента, в каче-стве которого использован кристалл органического полупроводника /1:2/ трифенилметил-фосфоний-тетрацианхинондиметан, поверхность которого выполнена зеркально отражающей. Термочувствительный кристалл состоит из молекул трифенилметилфосфония /Ph3MeP/и тетрацианхинондиметана /TCNQ/ в соотношении 1: 2, и химическая формула со-единения имеет вид Ph3MeP(TCNQ)2. В данном материале имеет место структурный фазо-вый переход 1-го рода, связанный с перестройкой кристаллической структуры, проявляющейся при Т=314 К при нагревании и при Т=310 К при охлаждении. Следовательно, задача, решаемая изобретением, состоит в нахождении физического явления /эффекта/, измерение и регистрация которого при фазовом переходе в кристалл Ph3MeP(TCNQ)2 приводит к техническому результату - достижению высокой точности регистрации температуры сигнализа-ции при простоте устройства в целом. Зондирование зеркально отражающей поверхности кристалла Ph3MeP(TCNQ)2 амплитудно - модулированным лазерным излучением показало, что при фазовом переходе имеет место резкое изменение угла отраженного от поверхности кристалла лазерного луча. Это позволяет, при соответствующем выборе расстояния между фотоприемником и поверхностью кристалла, обеспечить практически 100% изменение площади засветки фотоприемника и, соответственно, амплитуды сигнала на его выходе. Изменение амплитуды сигнала на выходе регистратора может быть использовано для реги-страции температуры объекта исследования.
На фиг.1 изображен сигнализатор температуры: 1 - источник оптического излучения, 2 - электромеханический модулятор, 3-микрообъективы, 4 - термочувствительный кристалл, 5 - объект исследования, 6 - фотоприемник, 7 - регистратор.
На фиг.2 приведена зависимость изменения амплитуды сигнала на выходе регистрато-ра в относительных единицах от изменения температуры /1 - при повышении температуры, 2 - при понижении температуры/. Минимальные значения амплитуды сигнала соответству-ют значениям критической температуры кристалла.
Сигнализатор температуры со- держит источник оптического излучения 1 - одномодо-вый Не - Ne лазер /ЛГ-75-1/ мощностью 1.0 мВт, электромеханический модулятор 2 для ам-плитудной модуляции лазерного луча на частоте 1300 Гц, микрообъективы 3, термочувствительный кристалл Ph3MeP(TCNQ)2 - 4, установленный на объекте исследования 5. Поверхность кристалла 4, имеющего характерные размеры 2.0х1.0х0.5 мм, выполнена зеркально отражающей.Фотоприемник 6, в качестве которого использовался фотодиод ФД-5Г, устанавливается на расстоянии 10-20 см от поверхности кристалла по ходу луча. Сигнал с выхо-да фотоприемника 6 поступает на регистратор 7. Для регистрации сигнала использовалось синхронное детектирование. Регистратор 7 содержит селективный усилитель, настроенный на первую гармонику частоты модуляции, совмещенный с фазовым детектором. Изменение амплитуды сигнала фиксировалось самописцем в относительных единицах. Выбор расстоя-ния от поверхности кристалла 4 до фотоприемника 6 был обусловлен максимальным изме-нением угла отраженного лазерного луча /0,50 - 1.00/, для достижения максимального изме-нения площади засветки фоточувствительного элемента фотоприемника 6. Лазерное излу-чение с помощью первого микрообъектива 3 фокусировалось на поверхность кристалла в область диаметром 100 мм. Выбор оптимальной мощности лазерного излучения и частоты модуляции позволил избежать термической деструкции поверхности кристалла Ph3MeP(TCNQ)2 при лазерном зондировании. Угол лазерного луча к поверхности кристалла 4 составлял 400 - 500.
Сигнализатор температуры работает следующим образом. Если температура исследуе-мого объекта 5 не равна критической, то площадь засветки фотоприемника 6 отраженным лазерным лучом и амплитуда сигнала на выходе регистратора 7 - максимальны. При дости-жении температуры Т=310 К при его охлаждении амплитуда сигнала на выходе регистрато-ра резко уменьшается. Это означает , что отраженный от поверхности кристалла 4 лазерный луч отклоняется в пространстве, и, следовательно, пятно засветки перемещается по поверх-ности фоточувствительного элемента фотоприемника 6. Восстановление сигнала на выходе регистратора 7 означает завершение процесса фазового перехода в кристалле 4, следова-тельно, происходит обратное перемещение пятна засветки отраженного луча лазерного луча по поверхности фоточувствительного элемента фотоприемника 6.
Таким образом, при температуре исследуемого объекта 5, равной критической темпе-ратуре кристалла Ph3MeP(TCNQ)2, на выходе регистратора 7 фиксируется минимальное значение амплитуды сигнала. Высокая точность сигнализации температуры устройством достигается точной фиксацией минимальных /”нулевых”/ значений амплитуды сигнала на выходе регистратора 7. Характер изменения амплитуды данного сигнала позволяет использовать выходное напряжение регистратора 7 в качестве управляющего напряжения в элек-тронных ключевых устройствах, в устройствах сравнения сигналов и сигнализации и т.д. Точность калибровки заявляемого устройства составляло 0.1 К. Термочувствительный элемент в данном устройстве является простым - состоит всего из одной кристаллической пластины.

1. Заявка РСТ/WO 87/05103, G01 K 11/00,1987
2. Авторское свидетельство СССР № 1290098, кл. G 01 K 11/14,1987.