CN101339080B - 基于光纤光栅传感的陶瓷窑炉温度检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种陶瓷窑炉温度检测方法，该方法运用光纤光栅传感技术对陶瓷窑炉温度进行检测，具体是：在陶瓷窑炉炉体的两外侧面和外顶部放置光纤，每根光纤中串接多个光栅，构成光纤光栅传感网络，对窑炉温度进行分布式测量。本发明改变了陶瓷窑炉传统测温模式，对窑炉炉体无损伤，是非接触测温方法，可以应用于陶瓷窑炉炉体温度检测，并且具有实时测温，抗干扰性强、稳定性好和动态特性好等优点。

Description

基于光纤光栅传感的陶瓷窑炉温度检测方法

技术领域

本发明涉及传感与检测技术，特别涉及基于光纤光栅传感的陶瓷窑炉温度检测方法。

背景技术

目前，陶瓷窑炉的温度检测方法有以下几种：测温锥、测温环、测温砖、光学高温计、热电偶。其中测温锥(环)是根据使用测温锥(环)的锥(环)号来确定所测量的温度；测温砖是利用物体受热收缩的原理进行温度的测量；光学高温计是比对已知亮度与温度关系的标准灯泡中的灯丝亮度与被测目标的辐射亮度，从而得出被测物体的温度；热电偶是用两种不同的耐热而又导电的材料制成细丝，将其一端焊接在一起，这个焊点若被加热，另一端就会产生电动势，这个电动势本身很微弱，只有几十毫伏，把它放大以后就能测量温度。测温锥(环)和测温砖测温只能对温度点进行测量，连续测温则不能实现，而且精度不够高(两相邻锥号之间温差一般在20度左右)；光学高温计只是用来测量800℃以上的温度，而且同测温锥一样只能对某些温度点进行测量，并且不能实现温度信号与电信号的的转化；热电偶可以与电子设备相配合，从而实现陶瓷窑炉的自动化控制，但由于用热电偶进行测温时是将其直接插入被测介质，对窑体有一定的破坏性，动态特性差，由于要接触被测物体，故对被测物体的温度分布有影响，且不能应用于甚高温测量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于光纤光栅传感的陶瓷窑炉温度检测方法，该方法对炉体可以实现连续测温，并能把温度信号实时转化为电信号，动态特性好，且不受电磁干扰。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的陶瓷窑炉温度检测方法是运用光纤光栅传感技术对陶瓷窑炉温度进行检测，具体是：在陶瓷窑炉炉体的两外侧面和外顶部放置光纤，每根光纤中串接多个光栅，构成光纤光栅传感网络，对窑炉温度进行分布式测量。

本发明提供的陶瓷窑炉温度检测方法应用在陶瓷窑炉炉体温度的检测中。

本发明与现有技术相比，具有以下主要的优点：

1.改变了陶瓷窑炉点对点温度检测模式，将分布式技术与光纤光栅传感技术相结合，采用分布式网络结构对陶瓷窑炉的温度信号进行检测。因此，对陶瓷窑炉窑体进行温度测量时，具有好的动态特性，其测量值能实时准确反映窑炉内的温度。

2.改变了陶瓷窑炉传统温度检测方法，运用光纤光栅传感技术对陶瓷窑炉温度进行非接触测温，可实现对窑炉炉体无损伤检测。

3.将具有稳定性好、体积小、抗电磁干扰强的光纤光栅直接贴于窑炉炉体，可以实现连续测温，并能把温度信号实时转化为电信号，当与电子设备相配合时，可以实现陶瓷窑炉的健康监测、故障诊断以及自动控制。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明光纤光栅的网络拓扑结构图，其中：(a)是总线型拓扑结构，(b)是树型拓扑结构。

图3是本发明的一个实施例陶瓷窑炉温度检测系统结构示意图。

图中：1.窑炉预热带；2.窑炉烧成带；3.窑炉冷却带；4.光纤光栅网络；401.光纤；402.光栅；403.耦合器；404.宽带光源；405.解调仪；5.使用现场；6.控制现场；501.光纤布喇格光栅探头；502.连接光缆；503.光连接器；504.传输光缆。

具体实施方式

本发明提供的陶瓷窑炉温度检测方法，是运用光纤光栅传感技术对陶瓷窑炉温度进行检测。具体是：在陶瓷窑炉炉体的两外侧面和外顶部放置光纤，每根光纤中串接多个光栅，构成光纤光栅传感网络，对窑炉温度进行分布式测量。

所述光纤光栅传感网络，其结构如图1所示：窑炉烧成带2与窑炉预热带1及窑炉冷却带3相连。光纤光栅网络4用于测量窑炉烧成带的温度，分别贴于窑炉烧成带炉体的两外侧面和外顶部。光纤光栅网络4是光纤布喇格光栅传感器采用分布式网络结构构成的网络系统，光纤布喇格光栅传感器由光纤401和光栅402构成，每根光纤401中串接多个光栅402，且光纤布喇格光栅传感器采用分布式网络结构。本发明陶瓷窑炉温度检测方法，可采用以下步骤的方法：

1.构建基于光纤光栅传感技术的陶瓷窑炉温度检测系统：

(1)构建基于总线型拓扑结构光纤光栅传感技术的陶瓷窑炉温度检测系统：

本系统是将光纤光栅采用总线型连接方式构成的，如图2(a)所示：它是将宽带光源404和解调仪405通过电缆经耦合器403与一根串接有多个光栅402的光纤401连接起来，解调仪通过数字采集卡与计算机连接而形成的。

(2)构建基于树型拓扑结构光纤光栅传感技术的陶瓷窑炉温度检测系统：

本系统是将光纤光栅采用树型连接方式构成的，如图2(b)所示：它是将宽带光源404和解调仪405通过电缆经耦合器403与多根并联的且均串接有多个光栅402的光纤401连接起来，解调仪通过数字采集卡与计算机连接而形成的。

本发明基于光纤光栅传感技术的陶瓷窑炉温度检测系统的工作过程是：宽带光源404发出的光经耦合器403进入光纤布喇格光栅传感器，满足布喇格条件的光被反射后，再经藕合器403进入解调仪405，解调出光纤光栅中心波长。2.利用步骤1建立的陶瓷窑炉温度检测系统，得到陶瓷窑炉温度变化所引起的光纤光栅中心波长变化的数据，然后通过数字采集卡把数据读入计算机中，由计算机进行信号处理得到陶瓷窑炉温度变化规律。

2.优化计算机温度检测应用程序，从而优化光纤光栅传感的陶瓷窑炉温度检测方法。在优化计算机温度检测应用程序时，其方法是：不断优化温度—波长关系的数学模型，从而优化计算机温度检测应用程序的算法，达到优化计算机温度检测应用程序的目的。

3.利用优化的计算机温度检测应用程序对陶瓷窑炉温度检测系统进行仿真和试验，验证基于光纤光栅传感的陶瓷窑炉温度检测方法性能和技术指标。

本发明的一个实施例陶瓷窑炉温度检测系统，其结构如图3所示：设有解调仪和与之相连的显示仪表、计算机，该解调仪(即图2中的解调仪405)通过传输光缆504与光连接器503相连，在与光连接器503相连的连接光缆502上串接有多个光纤布喇格光栅探头501。图3中，虚线方框5是使用现场；虚线方框6是控制现场。

上述的实施例陶瓷窑炉温度检测系统，其工作过程是：在使用现场5，光纤布喇格光栅探头501通过连接光缆502连接，光源发出的光经光连接器503进入光纤布喇格光栅探头501。在控制现场6，光纤布喇格光栅传感器中满足布喇格条件的光被反射后经过传输光缆504传到解调仪，解调出波长信号，然后送入计算机分析出温度信号。

本发明提供的陶瓷窑炉温度检测方法应用在陶瓷窑炉炉体温度的检测中。

本方法在检测陶瓷窑炉炉体温度时，是采用光纤光栅传感器测量陶瓷窑炉炉体温度，且光纤光栅传感器采用总线型或树型的分布式网络拓扑结构连接。

Claims (5)

1.一种陶瓷窑炉温度检测方法，包括运用光纤光栅传感技术，其特征是运用光纤光栅传感技术对陶瓷窑炉温度进行检测，具体是：在陶瓷窑炉炉体的两外侧面和外顶部放置光纤，每根光纤中串接多个光栅，构成光纤光栅传感网络，对窑炉温度进行分布式测量。

2.根据权利要求1所述的陶瓷窑炉温度检测方法，其特征是采用包括以下步骤的方法：

(1)构建基于光纤光栅传感技术的陶瓷窑炉温度检测系统：

构建基于总线型拓扑结构光纤光栅传感技术的陶瓷窑炉温度检测系统：它是将宽带光源和解调仪通过电缆经耦合器与一根串接有多个光栅的光纤连接起来，解调仪通过数字采集卡与计算机连接而形成的，

或构建基于树型拓扑结构光纤光栅传感技术的陶瓷窑炉温度检测系统：它是将宽带光源和解调仪通过电缆经耦合器与多根并联的且均串接有多个光栅的光纤连接起来，解调仪通过数字采集卡与计算机连接而形成的；

(2)利用步骤(1)建立的陶瓷窑炉温度检测系统，得到陶瓷窑炉温度变化所引起的光纤光栅中心波长变化的数据，然后通过数字采集卡把数据读入计算机中，由计算机进行信号处理得到陶瓷窑炉温度变化规律。

3.根据权利要求2所述的陶瓷窑炉温度检测方法，其特征是由计算机进行信号处理时，通过不断优化温度—波长关系的数学模型，从而优化计算机温度检测应用程序的算法，达到优化计算机温度检测应用程序的目的。

4.权利要求1至3中任一权利要求所述陶瓷窑炉温度检测方法的用途，其特征是：在陶瓷窑炉炉体温度检测中的应用。

5.根据权利要求4所述的用途，其特征是：采用光纤光栅传感器测量陶瓷窑炉炉体温度，且光纤光栅传感器采用总线型或树型的分布式网络拓扑结构连接。

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