Спосіб фіксації зміни температури та пристрій для його здійснення

1. Спосіб фіксації зміни температури, за яким чутливий елемент поміщають в постійне магнітне поле і намагнічують до насичення, який відрізняється тим, що як чутливий елемент використовують кристал ітрій ферит-гранату, а зміну температури фіксують за залежністю кута   повороту площини поляризації світла, що проходить в чутливому елементі, який вимірюють високоточним пристроєм, від температури  за формулою: 2 3 діодів. При цьому, після вимірювання частоти, яка відповідає температурі опорного діода, струм заданого значення пропускають по черзі через перший і наступні вимірювальні діоди, вимірюють частоту змінної напруги в контрольованих точках температурного поля, збільшують струм через р-nперехід останнього діода, вимірюють друге значення частоти змінної напруги і пропускають цей же струм в зворотному порядку через відкриті переходи вимірювального і опорного діодів, вимірюючи друге значення частоти змінної напруги. Різницю між температурами контрольованих точок та температурою базисної точки і відносні різниці температур визначають за формулами. Використання існуючих способів фіксації зміни температури не дозволяє добитися високої чутливості вимірювань. Задачею винаходу є підвищення чутливості фіксації зміни температури. Поставлена задача вирішується тим, що за заявленим способом фіксації зміни температури чутливий елемент поміщають в постійне магнітне поле і намагнічують до насичення. Як чутливий елемент використовують кристал ітрій феритгранату, а зміну температури фіксують за залежністю кута   повороту площини поляризації світла, що проходить в чутливому елементі, який вимірюють високоточним пристроєм, від температури  за формулою:     2   d S  c d , де  - діелектрична проникність;  - гіромагнітне відношення;  S - намагніченість насичення; c - швидкість світла. Поставлена задача вирішується також тим, що пристрій для фіксації зміни температури містить послідовно з’єднані джерело світла, фільтр, діафрагму, поляризатор, чутливий елемент, модулятор Фарадея та аналізатор. В нього додатково введені послідовно з’єднані фотоприймач, підсилювач, синхронний детектор та звуковий генератор, а також індикатор, який з’єднаний з синхронним детектором. При цьому як чутливий елемент використаний кристал ітрій ферит-гранату, поміщений в постійне магнітне поле і намагнічений до насичення, вхід фотоприймача з’єднаний з виходом аналізатора, а звуковий генератор з’єднаний з модулятором Фарадея. Пропонується принципово новий спосіб фіксації зміни температури, в основі якого лежить залежність кута повороту площини поляризації світла, що проходить у чутливому елементі, від температури. як чутливий елемент використовується кристал ітрій ферит-гранату Y3Fe5O12, поміщений в постійне магнітне поле і намагнічений до насичення. Даний тип кристалів широко використовується в радіотехніці як магнітний матеріал, а з відкриттям їх прозорості в ІЧ діапазоні вони знайшли застосування і в радіооптиці. Поворот площини поляризації реєструється за допомогою фотополя 96861 4 фотополяриметра з модулятором Фарадея на ітрій ферит-гранаті (Фіг.1) [6, 7]. Поведінка самочинної намагніченості феритівгранатів рідкісноземельних елементів істотно відрізняється від нормального вейсовського ходу: крім точки Кюрі Тс  560 K, існує ще одна точка, де самочинна намагніченість речовини дорівнює нулю [8]. Таку поведінку намагніченості можна пояснити, якщо розглядати кристалічну комірку цих речовин, складену з трьох підкомірок. Всередині кожної підкомірки існує позитивна обмінна взаємодія. Між підкомірками існує сильна негативна обмінна взаємодія. Отже, існування точки компенсації Тк, де результуюча намагніченість дорівнює нулю, легко пояснити рівністю по абсолютній величині результуючої намагніченості підкомірок іонів заліза і рідкісноземельних елементів. Для спінового резонансу, коли з деяким наближенням можна вважати, що середовище має одну магнітну підкомірку, гіромагнітний ефект Фарадея дорівнює [9]: 2  (1) S , c де   - кут повороту площини поляризації;  - діелектрична проникність;  - гіромагнітне відношення; IS - намагніченість насичення. З (1) зміна кута повороту площини поляризації світла, що проходить, визначатиметься за формулою:   2  dS (2)  . c d Звідси знайдемо вираз для максимальної чутливості фіксації зміни температури:    . (3) 2  dS  c d На Фіг.2 зображені залежності кута повороту площини поляризації світла, що проходить, і його   похідної від температури.  Залежність   (Т) побудована з урахуванням результатів, отриманих в роботі [10], де було показано, що завдяки багаторазовому відбиттю світлового променя від стінок зразка вдається досягти великих значень кута повороту площини поляризації.   На найбільш пологій ділянці кривої (Т)  (див Фіг.2) в діапазоні температур 200  400 K похідна набуває значень 0,81  0,92 кут.град./K.   Максимальна крутизна кривої (Т) спосте рігається в області температур 500  560 K. На цій ділянці значення похідної дорівнюють 1,7  4,06 кут.град./K. Чутливість фіксації температури для поляриметра, розглянутого в [7], наведена в табл.   5 96861 6 Таблиця Чутливість поляриметра 0,0005 кут. град. Чутливість фіксації температури Діапазон температур Діапазон температур 200  400 K 500  560 K 0,00048 K 0,00011 K Слід зазначити, що при роботі з кристалами, в яких, крім точки Кюрі, існує ще одна точка, де самочинна намагніченість речовини дорівнює нулю, можна добитися ще більшої чутливості фіксації температури внаслідок того, що в точці компенсації відбувається стрибок кривої залежності   (Т). На Фіг.1 зображена блок-схема пропонованого пристрою. На Фіг.2 зображені залежності кута повороту   площини поляризації світла і його похідної  від температури. Пристрій для фіксації зміни температури (фіксатор температури) містить джерело світла 1, фільтр 2, діафрагму 3, поляризатор 4, чутливий елемент 5, модулятор Фарадея 6, 7, аналізатор 8, фотоприймач 9, підсилювач 10, звуковий генератор 11, синхронний детектор 12, мікроамперметр (індикатор) 13. Фіксатор температури працює таким чином. Світло від джерела випромінювання 1 послідовно проходить фільтр 2 і діафрагму 3, поляризатор 4, чутливий елемент 5, надходить на модулятор Фарадея 6, 7. Модулятор Фарадея складається з кристала ітрій ферит-гранату 6 і полікристала 7, які поміщені в магнітне поле і створюють замкнутий магнітопровід. Світловий потік проходить через кристал ітрій ферит-гранату 6, в якому відбувається додаткове розгойдування площини поляризації світла, аналізатор 8, надходить на фотоприймач 9, де оптичне випромінювання перетворюється на електричний сигнал. Даний сигнал підсилюється вузькосмуговим підсилювачем 10, для збільшення чутливості проходить синхронний детектор 12 і надходить на індикатор 13. Звуковий генератор 11 формує керуючі сигнали для фарадеївської комірки. Заздалегідь система налаштовується до зникнення сигналу на виході. Під дією температури на чутливий елемент баланс системи порушується і на виході виникає сигнал, відмінний від нуля, що є результатом по вороту площини поляризації оптичного випромінювання на певний кут, значення якого пов'язане із значенням температури. Джерела інформації 1. Клевцов С.И. Источники погрешностей и алгоритмические пути повышения точности измерения температуры датчиками температур // Известия ТРТУ. - 2003. - Т. 32. - №3. - С. 37-43. 2. Левшина Е.С, Новицкий П.В. Электрические измерения физических величин: (Измерительные преобразователи). Учеб. пособие для вузов. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1983. - 320 с. 3. Температурные измерения: Справочник / О.А. Геращенко, А.Н. Гордов и др.; Отв. ред. О.А. Геращенко. - К.: Наукова думка, 1989. - 704 с. 4. Кузнецов М.А. Устройство для измерения малых разностей температур. - Патент России, №2337333, 2008. 5. Скрипник Ю.А., Химичева А.И., Кондратов В.Т. Способ определения неравномерности температурного поля. - Патент России, № 2051342, 1995. 6. Ванюрихин А.И., Кузнецов Ю.А., Майстренко В.Ф., Тронько В.Д. Регистрация угла плоскости колебаний линейно поляризованного инфракрасного излучения // Оптико-механическая промышленность. - 1970. - №8. - С. 30-33. 7. Дерюгин И.А., Кузнецов Ю.А., Тронько В.Д. Фотоэлектрический поляриметр инфракрасного диапазона // Оптика и спектроскопия. - 1970. - Т. 28. - №2. - С. 415-418. 8. Смит Я., Вейн X. Ферриты. Физические свойства и практические применения. Пер. с англ. - М.: Изд-во иностранной лит-ры, 1962. - 504 с. 9. Кринчик Г.С, Гущина С.А. Влияние магнитного поля на эффект Фарадея в феррит-гранатах // ЖЭТФ. - 1968. - Т. 55. - Вып. 2(8). - С. 490-495. 10. Кузнецов Ю.А., Тронько В.Д. Магнитооптический умножитель частоты электрического сигнала // ПТЭ. - 1973. - №6. - С. 104-106. 7 Комп’ютерна верстка А. Рябко 96861 8 Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601