CN110686796A - 一种红外辐射型蓝宝石光纤高温传感器及温度测量系统 - Google Patents

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丁铭
王波涛
郑少伟
尹贻恒
牛燕雄
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Abstract

本发明提出一种红外辐射型蓝宝石光纤高温传感器及温度测量系统，基于红外辐射测温原理，实现非接触式测温，解决了传统接触式测温传感器受制于测温范围、可能对被测物体的温度场有影响，以及不适用于测量高速运动的物体的温度问题。本发明的蓝宝石光纤高温传感器包括蓝宝石光纤1，所述蓝宝石光纤1的一个端面抛磨成球状，用于收集红外辐射信号。

Description

一种红外辐射型蓝宝石光纤高温传感器及温度测量系统
技术领域
本发明涉及光纤传感器技术领域，具体涉及一种红外辐射型蓝宝石光纤高温传感器及温度测量系统，在燃气轮机、高温燃气及冶金等高温测量领域具有重要的研究意义。
背景技术
在工业应用中，高温测量技术主要分为接触式和非接触式两种。常见的接触式测温有铂铑热电偶、钨铼热电偶等，它们都是稀贵金属，价格昂贵，其抗氧化、还原能力和抗电磁干扰能力都较差，且寿命较短，并且无法实现多个传感器温度信号的融合和分布式测量。非接触式测温方法使得传感器不与物体发生接触，而是利用透镜接收物体表面的热辐射。非接触式测温方法不改变被测物体的温度分布，具有热辐射速度快、探测原件热惯性小等优点，从而实现快速测量。蓝宝石光纤高温传感器具有熔点高(2040℃)、体积小、硬度高、抗腐蚀以及抗电磁干扰等优点，在高频加热炉、微波加热炉等电磁干扰强烈的场合具有其他测温方式无法比拟的性能优势。红外辐射型蓝宝石光纤高温传感器利用光纤进行传感和传输光信号，利用比色测温方法，根据物体在相邻波长下的辐射能量密度之比来确定物体的温度。在中间介质吸收较大的应用场合下，如有烟雾、灰尘、蒸汽和颗粒的环境以及目标表面发射率变化时，由于辐射能量的衰减在两个波长下几乎相同，因此不会影响它们之间的比值，仍可获得较高的精度。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明提出一种红外辐射型蓝宝石光纤高温传感器及温度测量系统。利用比色测温法，通过蓝宝石光纤、光电探测器和示波器测量被测物体在两个不同指定波长下的光谱辐射能量之比来实现测温。消除了物体的发射率对测量结果的影响，测量更方便，测量结果也更可靠。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种红外辐射型蓝宝石光纤高温传感器，其特征在于，包括蓝宝石光纤1，蓝宝石光纤1的一个端面被抛磨成球状，用于收集红外辐射信号。
进一步地，所述蓝宝石光纤1的球状端面的直径在300μm～600μm之间。
所述蓝宝石光纤1的球状端面的直径进一步优选为600μm。
进一步地，所述蓝宝石光纤1的光纤芯径在250μm～300μm之间。
一种基于上述的红外辐射型蓝宝石光纤高温传感器的温度测量系统，其特征在于，包括红外辐射型蓝宝石光纤高温传感器9、Y型光纤分束器3、第一滤光片4、第二滤光片5、第一光电探测器6、第二光电探测器8、示波器7；所述Y型光纤分束器3的输入端连接放入高温炉2中的红外辐射型蓝宝石光纤高温传感器9，输出端分别通过第一滤光片4、第二滤光片5连接第一光电探测器6、第二光电探测器8的输入端，第一光电探测器6和第二光电探测器8的输出端分别连接示波器7的输入端；红外辐射型蓝宝石光纤高温传感器9接收高温炉2发出的红外辐射信号，通过Y型光纤分束器3分别传输至第一滤光片4和第二滤光片5，再分别经第一光电探测器6、第二光电探测器8传输至示波器7，通过测量示波器7中对应的两个波长下的电压信号的比值，得出红外辐射型蓝宝石光纤高温传感器9所处的环境温度信息。
进一步地，所述第一滤光片4的波长范围在0.8μm～1.2μm，第二滤光片5的波长范围在0.8μm～1.2μm，并且第一滤光片4的波长和第二滤光片5的波长之差在0.1μm～0.2μm之间。
进一步优选为，所述第一滤光片4的波长为950nm，第二滤光片5的波长为800nm。
进一步地，所述Y型光纤分束器3通过SMA-SMA法兰和红外辐射型蓝宝石光纤高温传感器9相连。
进一步地，所述的Y型光纤分束器3的光纤芯径为300μm～350μm之间。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
本发明提出的一种红外辐射型蓝宝石光纤高温传感器及温度测量系统，基于比色测温原理，通过蓝宝石光纤、光电探测器和示波器测量被测物体在两个不同指定波长下的光谱辐射能量密度之比来实现测温，消除了物体的发射率对测量结果的影响，测量更方便，测量结果也更可靠。
本发明基于红外辐射测温原理，利用蓝宝石光纤将被测物体发出的红外辐射信号通过蓝宝石光纤和Y型光纤分束器传输至两个滤光片，再通过光电探测器传输至示波器，测量示波器中对应的两个波长下的电压信号的比值，得出蓝宝石光纤所处的环境温度信息。
附图说明
图1是本发明实施例的一种红外辐射型蓝宝石光纤高温传感器示意图；
图2是本发明实施例的一种红外辐射型蓝宝石光纤高温传感器的温度测量系统示意图；
附图标记列示如下：1-蓝宝石光纤，2-高温炉，3-Y型光纤分束器，4-第一滤光片，5-第二滤光片，6-第一光电探测器，7-示波器，8-第二光电探测器，9-红外辐射型蓝宝石光纤高温传感器。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明实施例的一种红外辐射型蓝宝石光纤高温传感器示意图。
一种红外辐射型蓝宝石光纤高温传感器，包括蓝宝石光纤1，蓝宝石光纤1的一个端面被研磨机抛磨成球状，用于收集红外辐射信号。球状端面增加了红外辐射信号的接收面积，根据光的折射原理，球状端面对红外辐射信号具有聚光作用，增加红外辐射信号的强度。其中，蓝宝石光纤1的末端球状的直径在300μm～600μm之间，本实施例优选为600μm；蓝宝石光纤1的光纤芯径在250μm～300μm之间。
如图2所示，是本发明实施例的一种红外辐射型蓝宝石光纤高温传感器的温度测量系统示意图。基于上述红外辐射型蓝宝石光纤高温传感器的温度测量系统，包括红外辐射型蓝宝石光纤高温传感器9、Y型光纤分束器3、第一滤光片4、第二滤光片5、第一光电探测器6、第二光电探测器8、示波器7；所述Y型光纤分束器3的输入端连接放入高温炉2中的红外辐射型蓝宝石光纤高温传感器9，输出端分别通过第一滤光片4、第二滤光片5连接第一光电探测器6、第二光电探测器8的输入端，第一光电探测器6、第二光电探测器8的输出端分别连接示波器7的输入端；红外辐射型蓝宝石光纤高温传感器9接收高温炉2发出的红外辐射信号，通过Y型光纤分束器3分别传输至第一滤光片4和第二滤光片5，再分别经第一光电探测器6、第二光电探测器8传输至示波器7，通过测量示波器7中对应的两个波长下的电压信号的比值，得出红外辐射型蓝宝石光纤高温传感器9所处的环境温度信息。
进一步地，根据普朗克辐射定律，温度越高辐射的能量越大，且峰值波长随温度的提高向短波方向移动，因此从能量利用的角度考虑，所述第一滤光片4的波长范围在0.8μm～1.2μm，第二滤光片5的波长范围在0.8μm～1.2μm，并且第一滤光片4的波长和第二滤光片5的波长之差在0.1μm～0.2μm之间。本实施例优选为，第一滤光片4的波长为950nm，第二滤光片5的波长为800nm。
进一步地，Y型光纤分束器3通过SMA-SMA法兰和红外辐射型蓝宝石光纤高温传感器9相连；Y型光纤分束器3的光纤芯径在300μm～350μm之间。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本领域技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (9)

1.一种红外辐射型蓝宝石光纤高温传感器，包括蓝宝石光纤(1)；所述蓝宝石光纤(1)的一个端面抛磨成球状，用于收集红外辐射信号。
2.根据权利要求1所述的红外辐射型蓝宝石光纤高温传感器，其特征在于，所述蓝宝石光纤(1)的球状端面的直径在300μm～600μm之间。
3.根据权利要求2所述的红外辐射型蓝宝石光纤高温传感器，其特征在于，所述蓝宝石光纤(1)的球状端面的直径进一步优选为600μm。
4.根据权利要求1所述的红外辐射型蓝宝石光纤高温传感器，其特征在于，所述蓝宝石光纤(1)的光纤芯径在250μm～300μm之间。
5.一种基于权利要求1至4之一所述的红外辐射型蓝宝石光纤高温传感器的温度测量系统，其特征在于，包括红外辐射型蓝宝石光纤高温传感器(9)、Y型光纤分束器(3)、第一滤光片(4)、第二滤光片(5)、第一光电探测器(6)、第二光电探测器(8)、示波器(7)；所述Y型光纤分束器(3)的输入端连接放入高温炉(2)中的红外辐射型蓝宝石光纤高温传感器(9)，输出端分别通过第一滤光片(4)、第二滤光片(5)连接第一光电探测器(6)、第二光电探测器(8)的输入端，第一光电探测器(6)和第二光电探测器(8)的输出端分别连接示波器(7)的输入端；红外辐射型蓝宝石光纤高温传感器(9)接收高温炉(2)发出的红外辐射信号，通过Y型光纤分束器(3)分别传输至第一滤光片(4)和第二滤光片(5)，再分别经第一光电探测器(6)、第二光电探测器(8)传输至示波器(7)，测量示波器(7)中对应的两个波长下的电压信号的比值，得出红外辐射型蓝宝石光纤高温传感器(9)所处的环境温度信息。
6.根据权利要求5所述的基于红外辐射型蓝宝石光纤高温传感器的温度测量系统，其特征在于，所述第一滤光片(4)的波长范围在0.8μm～1.2μm，第二滤光片(5)的波长范围在0.8μm～1.2μm，并且第一滤光片(4)的波长和第二滤光片(5)的波长之差在0.1μm～0.2μm之间。
7.根据权利要求6所述的基于红外辐射型蓝宝石光纤高温传感器的温度测量系统，其特征在于，进一步优选为，所述第一滤光片(4)的波长为950nm，第二滤光片(5)的波长为800nm。
8.根据权利要求5所述的基于红外辐射型蓝宝石光纤高温传感器的温度测量系统，其特征在于，所述Y型光纤分束器(3)通过SMA-SMA法兰和红外辐射型蓝宝石光纤高温传感器(9)相连。
9.根据权利要求5所述的基于基于红外辐射的蓝宝石光纤高温传感器的温度测量系统，其特征在于，所述的Y型光纤分束器(3)的光纤芯径为300μm～350μm之间。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111855010A (zh) * 2020-08-17 2020-10-30 北京遥测技术研究所 一种基于特种光纤的高温狭窄环境非接触温度测量装置
CN112525888A (zh) * 2020-10-21 2021-03-19 河钢股份有限公司 一种真空感应炉温度、成分快速检测装置及方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2672674Y (zh) * 2003-11-25 2005-01-19 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种球头光纤
CN201159786Y (zh) * 2007-10-30 2008-12-03 河南大学 一种半导体激光-光纤耦合器
CN101872037A (zh) * 2010-06-13 2010-10-27 浙江同星光电科技有限公司 一种球面透镜光纤的制作方法
CN203396488U (zh) * 2013-08-27 2014-01-15 南昌黄绿照明有限公司 应用于mocvd的双波长比色测温及校温装置
CN104330170A (zh) * 2014-10-21 2015-02-04 南京师范大学 基于比色法的光纤辐射测温仪
US20180275339A1 (en) * 2017-03-23 2018-09-27 Ohio State Innovation Foundation Internal cladding in sapphire optical device and method of making same
CN109000820A (zh) * 2018-05-31 2018-12-14 北京遥测技术研究所 一种宽带比色滤波蓝宝石光纤黑体温度传感器解调装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2672674Y (zh) * 2003-11-25 2005-01-19 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种球头光纤
CN201159786Y (zh) * 2007-10-30 2008-12-03 河南大学 一种半导体激光-光纤耦合器
CN101872037A (zh) * 2010-06-13 2010-10-27 浙江同星光电科技有限公司 一种球面透镜光纤的制作方法
CN203396488U (zh) * 2013-08-27 2014-01-15 南昌黄绿照明有限公司 应用于mocvd的双波长比色测温及校温装置
CN104330170A (zh) * 2014-10-21 2015-02-04 南京师范大学 基于比色法的光纤辐射测温仪
US20180275339A1 (en) * 2017-03-23 2018-09-27 Ohio State Innovation Foundation Internal cladding in sapphire optical device and method of making same
CN109000820A (zh) * 2018-05-31 2018-12-14 北京遥测技术研究所 一种宽带比色滤波蓝宝石光纤黑体温度传感器解调装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张振远等: ""比色光纤高温计的结构设计综述"", 《光纤与电缆及其应用技术》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111855010A (zh) * 2020-08-17 2020-10-30 北京遥测技术研究所 一种基于特种光纤的高温狭窄环境非接触温度测量装置
CN112525888A (zh) * 2020-10-21 2021-03-19 河钢股份有限公司 一种真空感应炉温度、成分快速检测装置及方法

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