RU2534452C1 - Method of remote ambient temperature measurement - Google Patents
Method of remote ambient temperature measurement Download PDFInfo
- Publication number
- RU2534452C1 RU2534452C1 RU2013129258/28A RU2013129258A RU2534452C1 RU 2534452 C1 RU2534452 C1 RU 2534452C1 RU 2013129258/28 A RU2013129258/28 A RU 2013129258/28A RU 2013129258 A RU2013129258 A RU 2013129258A RU 2534452 C1 RU2534452 C1 RU 2534452C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- wavelength
- light
- emitting device
- ambient temperature
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 title abstract 3
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 15
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 6
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к пиротехнике и может быть использовано для дистанционного измерения температуры среды в различных сферах промышленности.The invention relates to pyrotechnics and can be used for remote measurement of ambient temperature in various industries.
Известны способы и устройства для определения температуры среды с использованием контактных термопар, термоиндикаторов, терморезисторов и схем на их основе. Использование термопар, терморезисторов, термоиндикаторов неэффективно, в частности, требуется наличие электрических проводов, соединяющих температурный датчик, находящийся в среде, с приемником сигнала.Known methods and devices for determining the temperature of the environment using contact thermocouples, thermal indicators, thermistors and circuits based on them. The use of thermocouples, thermistors, and temperature indicators is inefficient, in particular, the presence of electrical wires connecting the temperature sensor in the medium to the signal receiver is required.
Известны способы измерения температуры (Власов А.Б. Электроника. - Мурманск: МГТУ, 2007. - 153 с.), основанные на том, что обратный ток диодов изменяется при изменении температуры. Поэтому, зная функциональную зависимость величины обратного тока (при фиксированном запирающем напряжении) от температуры полупроводникового диода, можно оценить температуру среды, в которую помещен полупроводниковый диод.Known methods for measuring temperature (Vlasov AB Electronics. - Murmansk: MSTU, 2007. - 153 p.), Based on the fact that the reverse current of the diodes changes with temperature. Therefore, knowing the functional dependence of the value of the reverse current (at a fixed blocking voltage) on the temperature of the semiconductor diode, we can estimate the temperature of the medium in which the semiconductor diode is placed.
Недостатком диодных термометров с измеряемым обратным током является сильная нелинейная зависимость измеряемого тока от температуры и зависимость его от величины напряжения, поданного на обратно-смещенный диод.The disadvantage of diode thermometers with measured reverse current is the strong nonlinear dependence of the measured current on temperature and its dependence on the magnitude of the voltage applied to the reverse-biased diode.
Известен способ измерения температуры (Пат. РФ №2089863, опубл. 10.09.1997), заключающийся в том, что на полупроводниковый диод, размещенный в среде с контролируемой температурой, подают постоянное напряжение с различной полярностью, как открывающей, так и закрывающей его p-n-переход, устанавливают определенное значение тока через переход, измеряют прямое напряжение на диоде от установленного тока и определяют температуру T окружающей среды из функциональной зависимости.A known method of measuring temperature (Pat. RF No. 2089863, publ. 09/10/1997), which consists in the fact that a semiconductor diode placed in a medium with a controlled temperature, serves a constant voltage with different polarity, both opening and closing it pn- transition, set a specific value of the current through the transition, measure the forward voltage on the diode from the set current and determine the temperature T of the environment from the functional dependence.
К недостаткам этого способа можно отнести:The disadvantages of this method include:
1) необходимость подключения напряжения различной полярности к полупроводниковому диоду;1) the need to connect a voltage of different polarity to a semiconductor diode;
2) неоднократное изменение полярности приложенного к диоду напряжения на противоположную, в частности, измерения обратного тока через p-n-переход при температуре окружающей среды, дальнейшее изменение полярности приложенного к диоду напряжения, измерение прямого тока через p-n-переход, уменьшение приложенного напряжения до достижения равенства прямого тока обратному;2) repeatedly reversing the polarity of the voltage applied to the diode to the opposite, in particular, measuring the reverse current through the pn junction at ambient temperature, further changing the polarity of the voltage applied to the diode, measuring the direct current through the pn junction, reducing the applied voltage until the direct reverse current;
3) усложнение схемы измерения, достигаемое тем, что в устройство введены четыре диода на общей подложке, синхронный детектор и фильтр нижних частот и другие элементы;3) the complexity of the measurement circuit, achieved by the fact that four diodes on a common substrate, a synchronous detector and a low-pass filter and other elements are introduced into the device;
4) невозможность дистанционного измерения температуры среды.4) the inability to remotely measure the temperature of the medium.
Известен способ измерения температуры (Пат. РФ №2410654, опубл. 27.11.2011), в котором производят сбор и обработку излучения, выделение трех спектральных диапазонов и оценку температуры на основе обработки значений длин волн. Данный способ измерения температуры является наиболее близким и принят за прототип.A known method of measuring temperature (Pat. RF No. 2410654, publ. 11/27/2011), in which the collection and processing of radiation, the selection of three spectral ranges and temperature estimation based on processing the values of wavelengths. This method of measuring temperature is the closest and adopted as a prototype.
К недостаткам способа измерения температуры на основе выделения трех спектральных диапазонов можно отнести его сложность, в т.ч. сложность математической обработки.The disadvantages of the method of measuring temperature based on the allocation of three spectral ranges include its complexity, including the complexity of mathematical processing.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, состоит в упрощении способа.The technical result, to which the claimed invention is directed, consists in simplifying the method.
Для достижения указанного технического результата в заявляемом изобретении используют светоизлучающий прибор, в качестве которого служит светодиод или лазер, оценивают длину волны излучения прибора и определяют изменение длины волны и рассчитывают искомую температуру среды.To achieve the specified technical result, the claimed invention uses a light-emitting device, which is an LED or a laser, evaluate the radiation wavelength of the device and determine the change in wavelength and calculate the desired medium temperature.
Таким образом, дистанционный контроль температуры производят пирометрическим методом с помощью светоизлучающего прибора - светодиода, лазера, который выступает как датчик температуры нового типа.Thus, remote temperature control is carried out by the pyrometric method using a light-emitting device - an LED, a laser, which acts as a new type of temperature sensor.
Сущность изобретения заключается в следующем. Известно, что при подаче напряжения прямого смещения на светоизлучающий прибор в объеме материала генерируется световое излучение за счет процессов рекомбинации основных носителей заряда в области p-n-перехода. Длина волны λ излучения определяется, главным образом, величиной ширины запрещенной зоны ΔEз.The invention consists in the following. It is known that when a direct bias voltage is applied to a light-emitting device in the bulk of the material, light radiation is generated due to the recombination of the main charge carriers in the pn junction region. The radiation wavelength λ is determined mainly by the magnitude of the band gap ΔE s .
Ширина запрещенной зоны ΔEз связана с длиной излучаемой волны λ соотношениемThe band gap ΔE s is related to the emitted wavelength λ as
где h - постоянная Планка; v - частота; λ - длина волны; c - скорость света.where h is Planck's constant; v is the frequency; λ is the wavelength; c is the speed of light.
Значение ΔEз зависит от температуры: по мере уменьшения температуры от T0 до Tх происходит изменение ширины запрещенной зоны от ΔEз0 до ΔEзх (Г. Гулямов, H. Шарибаев. Влияние температуры на ширину запрещенной зоны полупроводника // ФИП (ФИЛ) PSE, 2011, т.9, №1, vol.9, No.1), причемThe value of ΔE z depends on temperature: as the temperature decreases from T 0 to T x the band gap changes from ΔE z0 to ΔE zx (G. Gulyamov, H. Sharibaev. Effect of temperature on the band gap of a semiconductor // FIP (FIL) PSE, 2011, vol. 9, No. 1, vol. 9, No.1), moreover
где B - коэффициент, зависящий от типа материала полупроводника, определяемый известными способами.where B is a coefficient depending on the type of semiconductor material, determined by known methods.
Следовательно, при уменьшении температуры длина волны λ, излучения уменьшается, а частота излучения - возрастает.Therefore, with decreasing temperature, the wavelength λ of radiation decreases, and the radiation frequency increases.
C учетом выражений (1) и (2) можно записать:Given the expressions (1) and (2), we can write:
где Δλ=(λ0-λх), при этом λ0 - длина волны излучения при температуре T0, λх - длина волны излучения при температуре Tх.where Δλ = (λ 0 -λ x ), while λ 0 is the radiation wavelength at temperature T 0 , λ x is the radiation wavelength at temperature T x .
С учетом малости величины Δλ выражение (3) можно преобразовать:Given the smallness of Δλ, expression (3) can be transformed:
Выражение (4) может быть использовано для оценки температуры среды, в которой находится светоизлучающий диод.Expression (4) can be used to estimate the temperature of the medium in which the light-emitting diode is located.
Длина волны излучения λ0 и изменение Δλ могут быть измерены с достаточной степенью точности различными известными способами: путем оценки колец Ньютона, с использованием дифракционной решетки, фазосдвигающих пластинок, с использованием бипризмы Френеля и других. Современными приборами изменение длины волны Δλ, оценивается с высокой точностью, достигающей ±1,0 промиль (±0,001 нм на длине волны 1000 нм).The radiation wavelength λ 0 and the change Δλ can be measured with a sufficient degree of accuracy by various known methods: by evaluating Newton's rings, using a diffraction grating, phase-shifting plates, using Fresnel biprism and others. With modern instruments, the change in the wavelength Δλ is estimated with high accuracy, reaching ± 1.0 ppm (± 0.001 nm at a wavelength of 1000 nm).
В данном случае светоизлучающий прибор выступает как датчик температуры нового типа, физические параметры которого изменяются при изменении температуры среды.In this case, the light-emitting device acts as a temperature sensor of a new type, the physical parameters of which change with a change in the temperature of the medium.
Для использования светоизлучающего прибора (светодиода, лазера) в качестве датчика температуры предварительно проводят метрологические испытания градуировочной зависимости λ=f(T) и оценки значения градиента длины волны Δλ/ΔT в исследуемом диапазоне температур.To use a light-emitting device (LED, laser) as a temperature sensor, metrological tests of the calibration dependence λ = f (T) and an estimate of the value of the wavelength gradient Δλ / ΔT in the studied temperature range are preliminarily carried out.
Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.
Берут светоизлучающий прибор (светодиод или лазер) и помещают его в среду для измерения ее температуры. Наблюдают за излучением светоизлучающего прибора с помощью одного из вышеназванных способов, определяют длину волны λ, оценивают Δλ, в сравнении с λ0 при исходной температуре T0 и рассчитывают искомую температуру Tх среды по формуле: Tх=T0+hcΔλ/Bλ0 2. Например, принимая во внимание, что h - постоянная Планка, h=6,626·10-34 Джс, с - скорость света; с=3·108 м/с и В=-10·10-4 эВ/К=1,6·10-22 Дж/К, λ0=550 нм=550·10-9 м при Т0=300 K, Δλ=40 нм=20·10-9 м, имеем искомую температуру в холодильной камере:Take a light-emitting device (LED or laser) and place it in the environment to measure its temperature. Observe the radiation of the light-emitting device using one of the above methods, determine the wavelength λ, evaluate Δλ, in comparison with λ 0 at the initial temperature T 0 and calculate the desired temperature T x of the medium according to the formula: Tx = T 0 + hcΔλ / Bλ 0 2 . For example, taking into account that h is the Planck constant, h = 6.626 · 10 -34 Js, s is the speed of light; s = 3 · 10 8 m / s and B = -10 · 10 -4 eV / K = 1.6 · 10 -22 J / K, λ 0 = 550 nm = 550 · 10 -9 m at T 0 = 300 K, Δλ = 40 nm = 20 · 10 -9 m, we have the desired temperature in the refrigerator:
Tх=300-6,626·10-34·3·108·40·10-9/[1,6·10-22·(550·10-9)2]=300-164,3=135,7 K.T x = 300-6.626 · 10 -34 · 3 · 10 8 · 40 · 10 -9 / [1.6 · 10 -22 · (550 · 10 -9 ) 2 ] = 300-164.3 = 135.7 K.
Таким образом, изменение температуры среды оценивают по функциональной зависимости длины волны излучения светоизлучающего прибора от температуры λ=f(T).Thus, the change in the temperature of the medium is evaluated by the functional dependence of the wavelength of the radiation of the light-emitting device on the temperature λ = f (T).
Claims (2)
,
где Т0 - исходная температура среды; λ0 - длина волны излучения при температуре Т0; h - постоянная Планка; с - скорость света; Δλ=(λ0-λх); λх - длина волны излучения при температуре Тх; В - постоянная материала.1. A method for remotely measuring the temperature of a medium based on measuring a wavelength of radiation from a light-emitting device placed in a test medium, characterized in that, as the medium temperature T x changes , the radiation wavelength λ x of the light-emitting device is measured, the change in wavelength Δλ is calculated, and the temperature is estimated environment T x according to the formula:
,
where T 0 is the initial temperature of the medium; λ 0 - radiation wavelength at temperature T 0 ; h is Planck's constant; c is the speed of light; Δλ = (λ 0 -λ x ); λ x - radiation wavelength at a temperature T x ; B is the constant of the material.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013129258/28A RU2534452C1 (en) | 2013-06-25 | 2013-06-25 | Method of remote ambient temperature measurement |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013129258/28A RU2534452C1 (en) | 2013-06-25 | 2013-06-25 | Method of remote ambient temperature measurement |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2534452C1 true RU2534452C1 (en) | 2014-11-27 |
Family
ID=53383059
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013129258/28A RU2534452C1 (en) | 2013-06-25 | 2013-06-25 | Method of remote ambient temperature measurement |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2534452C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2589525C1 (en) * | 2015-04-27 | 2016-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мурманский государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "МГТУ") | Method for remote measurement of temperature |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| UA28039U (en) * | 2007-07-02 | 2007-11-26 | Mukacheve Technological Inst | Remote temperature transducer |
| EP1922532B1 (en) * | 2005-08-15 | 2012-12-12 | X-Rite, Incorporated | Spectrophotometer with temperatur corrected system response |
-
2013
- 2013-06-25 RU RU2013129258/28A patent/RU2534452C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1922532B1 (en) * | 2005-08-15 | 2012-12-12 | X-Rite, Incorporated | Spectrophotometer with temperatur corrected system response |
| UA28039U (en) * | 2007-07-02 | 2007-11-26 | Mukacheve Technological Inst | Remote temperature transducer |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2589525C1 (en) * | 2015-04-27 | 2016-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мурманский государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "МГТУ") | Method for remote measurement of temperature |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9157811B2 (en) | Dispersion and loss spectrum auto-correction distributed optical fiber raman temperature sensor | |
| Hesler et al. | NEP and responsivity of THz zero-bias Schottky diode detectors | |
| JP6738327B2 (en) | Method and system for measuring radiation and temperature exposure of wafers along a manufacturing process line | |
| US7744275B2 (en) | Optical fiber temperature sensing device | |
| JP6206348B2 (en) | Optical fiber temperature distribution measuring device | |
| CN106404217A (en) | Novel temperature demodulation method based on distributed optical fiber Raman temperature measurement | |
| US10704963B2 (en) | Infrared contrasting color emissivity measurement system | |
| US7001068B2 (en) | Method and apparatus for the estimation of the temperature of a blackbody radiator | |
| RU2577389C1 (en) | Method of calibrating thermoelectric heat flux sensors | |
| JP3812884B2 (en) | Temperature detection method and temperature detector | |
| CN102680803B (en) | Real-time monitoring microwave dicke radiometer based on reference load temperature | |
| TW200936996A (en) | Temperature sensing module | |
| RU2534452C1 (en) | Method of remote ambient temperature measurement | |
| RU2510513C2 (en) | Radiometer with three-point modulation | |
| Barberree | Dynamically self‐validating contact temperature sensors | |
| RU2589525C1 (en) | Method for remote measurement of temperature | |
| Tang et al. | Temperature measurement. | |
| CN105092088B (en) | A kind of broadband fluorescence spectroscopic temperature measurement method | |
| JP5467522B2 (en) | Temperature distribution measuring instrument | |
| US11313819B2 (en) | Thermal analysis of semiconductor devices | |
| Riza et al. | Cryogenic temperature measurement using silicon carbide-based wireless optical sensor | |
| JP2012026777A (en) | Optical fiber type temperature sensor | |
| White et al. | A CW calibrated laser pulse energy meter for the range 1 pJ to 100 mJ | |
| Yamaguchi et al. | Uncertainty due to non-linearity in radiation thermometers calibrated by multiple fixed points | |
| EP1901046A2 (en) | Method of temperature measurement and temperature-measuring device using the same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150626 |