CN1051246A - 红外光导纤维比色温度测量仪 - Google Patents

Abstract

一种红外光导纤维比色温度测量仪，属于辐射高 温测量领域。它由温度检出器、除法器、电源、模/数 转换器、微处理机等组成。其特征是被测物体辐射的 红外线由温度检出器的石英光纤束直接在束内传输， 并以等权分布将此光纤束在尾部分成两分束，再分别 经二个被选定的特定波长的滤色片和二个光电转换 元件取得二电讯号，然后用除法器比色测温，因此测 温精度高。本光纤束前端可设有易更换、耐高温、直 径可小于1.2mm的导光棒测头，因而适用性能好。

Description

本发明为一种新型的红外光导纤维比色温度测量仪，属于辐射高温测量领域。

光导纤维比色温度测量仪是一种高精度的测量仪，同时因光纤直径小，又可弯曲，和测头小型化，而可实现对各种形状的实物的近距离测量，加之光纤本身具有抗强电磁场的干扰能力的优点，因而光纤比色测温受到了人们的极大注视。首先将此付之现实的是日本三菱电机株式会社的《光导纤维温度测量装置》专利（昭和58-139038）。该装置由光纤将与被测温度有关的光信号送到光信号接收部，由此接收部先将此光信号分离成与被测温度有关的第一波长λ₁及第二波长λ₂二部分，由光电转换器得到上述波长λ₁和λ₂的电压输出信号，再用除法器求得此输出电量之比。在该专利中，将光信号分离拟采用驱动滤色片的手段来实现，它可同步分离上述λ₁和λ₂波长相对应的电输出信号，然后用除法器来实现相比的比色测量。这种测温装置，虽然有上面所述的不少优点，但是驱动滤色片却使该测温装置有了驱动件，这样不仅使装置的结构变得复杂，而且增加了振动的源，因此并不理想。而该专利文件中所述的采用光分波器或分配器等方案也均是一种设想。再说，这种测温装置由于光纤束外露端部为入光口，假如它在恶劣的测量条件下工作，光纤束就易被拉毛、裂纹，甚至将粘光纤束用的高温胶被熔化而沾污测量面，从而造成测量端面损坏，因此如何改进其结构，使光纤端面不受损坏也是需待解决的问题。

本发明的目的是设计一种无需分离驱动装置的新型光纤比色温度测量仪，以使其不仅测量精确度高而且结构简单，无振动，性能稳定;同时改进光纤入光口端面结构，以使端面少损坏。

本发明由温度检出器、除法器、电源、模/数转换器、微处理机所组成，其所述的温度检出器包括光纤传送部分、接收部分和放大部分，其特征在于所述的光纤传送部分是由装于光纤保护管内的石英光导纤维束所组成，此光纤束按辐射光入射端的光能量等权地将其均布成两分束，所述的接收部分由二个被选定的特定波长的滤色片和二个光电转换器所组成，所述的光导纤维束是一可在其前（光入射）端面设有可更换的、耐高温的、不易拉毛的导光棒测头的光纤束。

本发明的工作原理是：被测物体辐射的红外线（光波）在石英光纤束内传输，同时将光纤束按其入射端面的光能量分布给它等权均分，使光纤束在尾部等分成二分束，此二分束分别通过二个被选定的特定波长的滤色片（滤色片的波长为λ₁、λ₂，它们均与被测温度有关）及与该二滤色片相耦合的二个光电转换器测得上述波长λ₁和λ₁的电压信号，再通过放大器放大，和用除法器相除，得到的输出电量之比将直接与温度有关，此信号经模/数转换、微机数据处理，就可将此温度信号以数字显示、模拟量输出、打印输出等多种形式给予输出。

实施例：

图1  红外光导纤维比色温度仪原理方框图

图2  温度检出器示意图

图3  光纤束等权分布示意图

图2中1导光棒测头，2连接套，3光导纤维束，4光纤头套，5光纤束保护套管，6三通体，7塑料管，8套体，9光纤出光端套，10滤色片（A和B），11光电转换器（A和B），12垫，13螺母。

由图1、2、3可知，本实施例由电源、温度检出器、除法器、模/数转换器、微处理机所组成，其所述的温度检出器由导光棒测头1、光纤束3、光纤束保护管所组成，光纤束保护管由位于光纤束前端的光纤头套4和位于光纤束其他部位的光纤束保护套管5所组成，光纤束安装在光束保护管内，为了使光纤束前端入射光的端面不被拉毛、污损，在端面前用一连接套2，该套一端设有一锥形孔，直接套于光纤头套4顶端的锥面上，该套的另一端设有一孔，导光棒测头则直接装置于此孔内（见图2），更换时只需更换导光棒测头即可。导光棒测头可用耐高温材料制成，它可根据不同的用途，变更导光棒测头的锥度而得到不同的组合，并依靠工艺的保证，使其具有互换性，导光棒测头的直径，已做到φ1.2mm。

本实施例光纤束通过三通体使其在尾部分成二光能量等权的分光束，每个分光束通过由套体8、光纤出光端套9、垫12、螺母13的夹具，将光纤分束紧紧地与滤色片10和光电转换器组装在一起，光电转换器输出的电信号由电线引出至前置放大器，经放大再送至除法器，然后再由模/数转换器将模拟量转换成数字量，由微处理机进行数字或模拟量的各种输出。

本发明的特点是采用将光纤按其光能量等权均分的方法，直接将光纤分成两分光束，因此结构简单，又无需驱动件，所以稳定性好，加之采用二个特选波长的滤色片、二个光电转换器和与之相配的二个放大倍数甚高的前置放大器，使其二路输出的电信号较大，再采用除法器相除，这样所得的测值与被测对象的辐射率及周围介质的影响就很小。本发明又在光纤束端头设有可更换、耐高温、直径很小的导光棒测头，可使本测温仪广泛应用于各种场合，因此具有高的测量精度，良好的稳定性，具有很好的经济、实用价值。

Claims (4)

1、一种红外光导纤维比色温度测量仪，由温度检出器、除法器、电源、模/数转换器、微处理机所组成，其所述的温度检出器包括光纤传送部分、接收部分和放大部分，其特征在于所述的光纤传送部分是由装于光纤保护套管内的石英光导纤维束所组成，此光纤束按辐射光入射端的光能量等权而均分成两分束，所述的接收部分由二个被选定的特定波长的滤色片和二个光电转换器所组成。

2、按权利要求1所述的红外光导纤维比色温度测量仪，其特征在于所述的光纤传送部分的光导纤维束是一可在其前端面设有可更换的、耐高温的、不易拉毛的导光棒测头的光纤束。

3、按权利要求2所述的红外光导纤维比色温度测量仪，其特征在于光纤传送部分的光纤束前端设有的导光棒测头是用连接套将其装在光纤束保护套管前端部。

4、按权利要求2、3所述的红外光导纤维比色温度测量仪，其特征在于所述的光纤束前端设有的导光棒测头可以是锥形的，测头的直径可小至1.2mm。

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