CN202522326U - 接触—非接触式蓝宝石红外测温系统 - Google Patents

接触—非接触式蓝宝石红外测温系统 Download PDF

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本实用新型公开了一种接触-非接触式蓝宝石红外测温系统，是由传感单元、信号处理单元、A/D转换器和计算机构成，其中的传感单元是由测温探头、透镜组、蓝宝石光纤和光纤接头组成，测温探头的尾部安装透镜组，透镜组后部插装蓝宝石光纤，蓝宝石光纤与测温探头非接触，蓝宝石光纤通过光纤接头与普通光纤连接；信号处理单元是由光纤定向耦合器，第一光敏管、第二光敏管和光电信号转换电路组成，普通光纤通过光纤定向耦合器同时传输给第一光敏管和第二光敏管，第一光敏管和第二光敏管与光电信号转换电路连接，光电信号转换电路与A/D转换器连接，A/D转换器与计算机连接；测温探头由碳化硅制成；本实用新型可以测量高温，测温精度高。

Description

接触—非接触式蓝宝石红外测温系统
技术领域
本实用新型涉及一种测温装置，特别涉及一种接触-非接触式蓝宝石红外测温系统。 
背景技术
在工业领域中，温度是常见且重要的物理量。在诸如化工和冶金等行业里，通常需要精确测量600℃以上的高温。由于当前在工业生产800℃-1600℃温度段的测量中大量使用铂铑等贵金属制作的热电偶，然而，这种传感器具有如下缺点：①高温时，金属热电偶的抗氧化能力降低，容易产生较大的误差。②铂铑等贵金属价格昂贵，甚至容易发生被盗现象，成本开销巨大。③在化学腐蚀气体的环境下容易腐蚀、脆化，使用寿命大大缩短，性价比低。④金属热电偶的电信号抗电磁干扰能力差，在高频加热炉、微波加热炉内难以使用。 
所以在一些恶劣环境工业高温过程中，难以有效测量高温。虽然当今全世界已经对高温测量术进行了很多研究，可是因为种种原因，一直没有找到成功的测温技术替代。 
光纤传感技术是继光纤成功地用于通讯之后发展起来的一项高新技术，它具有突出的优点，如精度高、现场无电信号、不受电磁干扰、性能可靠等。随着光纤传感技术的发展，为实现光学测温提供了新的方法。但是普通光纤材料的耐高温能力有限，测量方式只能采用非接触遥感测量，而且所测的温度仅为被测高温体的表面温度，如光纤红外辐射测温计，采用辐射法来进行高温测量，可以测量1000℃以上的高温。在非接触式测量中，电磁辐射以空气为传输媒介，测量环境(如水蒸气等)会引起测量误差。由于高温物体的辐射光信号是通过 空气传递到测温探头的，易受传播空气中的湿度、粉尘等环境气氛对黑体辐射光波的不均匀吸收，测量精度不高。空间杂散光线会干扰测量精度。为解决这些问题，目前常采用光纤接触式测温方式，利用一根长的石英光纤作为测温探头与传输系统，使仪器仪表远离环境恶劣的现场，同时光纤光路又不受环境气氛的影响，大大提高测温系统的环境适应能力，但由于探头采用一般的辐射接收原理，仍难以解决发射率困扰问题，同时因为材料关系也不能测量太高的温度，因为石英的熔点为1750℃。 
实用新型内容
本实用新型的目的是要解决现有光纤接触式测温方式不能测量太高的温度，以及测温的精确度不高的问题，而提供一种能测量高温及测温精确度高的接触-非接触式蓝宝石红外测温系统 
本实用新型是由传感单元、信号处理单元、A/D转换器和计算机构成，其中的传感单元是由测温探头、透镜组、蓝宝石光纤和光纤接头组成，测温探头的尾部安装透镜组，透镜组后部插装蓝宝石光纤，蓝宝石光纤与测温探头非接触，蓝宝石光纤通过光纤接头与普通光纤连接；信号处理单元是由光纤定向耦合器，第一光敏管、第二光敏管和光电信号转换电路组成，普通光纤通过光纤定向耦合器同时传输给第一光敏管和第二光敏管，第一光敏管和第二光敏管与光电信号转换电路连接，光电信号转换电路与A/D转换器连接，A/D转换器与计算机连接；测温探头由碳化硅制成。 
本实用新型的有益效果：可以测量高温；因为辐射光波在密闭的耐高温管空腔内传输，不受外界的环境的影响，从而消除了空间杂散光和环境气氛对测量精度的干扰，避免了黑度系数变化所引起的测量误差，使测量精度得以保证，克服了红外非接触式测温方式的不足。 
附图说明
图1是本实用新型实施例的结构示意图。 
具体实施方式
请参阅图1所示，本实施例是由传感单元1、信号处理单元2、A/D转换器3和计算机4构成，其中的传感单元1是由测温探头11、透镜组12、蓝宝石光纤13和光纤接头14组成，测温探头11的尾部安装透镜组12，透镜组12后部插装蓝宝石光纤13，蓝宝石光纤13与测温探头11非接触，蓝宝石光纤13通过光纤接头与普通光纤5连接；信号处理单元2是由光纤定向耦合器21，第一光敏管22、第二光敏管23和光电信号转换电路24组成，普通光纤5通过光纤定向耦合器21同时传输给第一光敏管22和第二光敏管23，第一光敏管22和第二光敏管23与光电信号转换电路24连接，光电信号转换电路24与A/D转换器3连接，A/D转换器3与计算机4连接；测温探头11由碳化硅制成。 
本实用新型的工作原理和过程是： 
测温光纤选用蓝宝石光纤13，蓝宝石(α-Al203)是一种优异的近红外耐高温光学材料，它的单晶熔点达2045℃，采用一根长的蓝宝石光纤13作为测温探头及传输装置，耐腐蚀，物理和化学性能都很稳定，机械强度好，在波段0.3-4.0um范围内有良好的透光性。由蓝宝石单晶制成的蓝宝石光纤，不仅继承了蓝宝石单晶的优点，而且还有光纤光波导的性能，所以它是当前一种适用于高温环境下的光波导材料。 
因为一般的辐射接收原理难以解决发射率的问题。为克服这个难题，采用比色法测温，这种方法能大大降低发射率对测温结果的影响，在最佳条件下，该影响可降至零。这样测温的好处是测温响应速度快，响应速度为10S左右。光纤测量系统响应速度快，精度高，寿命价格比高。 
本实用新型采用“接触-非接触”方式进行测量，由起黑体辐射腔作用的耐高温的测温探头11(测温管)插入被测高温物体的内部，测温探头11由碳化硅制成，以抵御测点的高温，测温探头11接触被测物体并发射辐射光波，这种近似黑体的辐射与物体的发射率无关，因此辐射光波只反映物体的温度信息，该辐射被蓝宝石光纤13接收，并传递到在常温环境下工作的光纤5端部，这里的测温光纤与测温探头11是非接触的，而测温探头11与被测物是直接接触，因此称为“接触-非接触”式测温。测温光纤接收黑体辐射信号但不与高温源直接接触。因为辐射光波在密闭的耐高温管空腔内传输，不受外界的环境的影响，从而消除了空间杂散光和环境气氛对测量精度的干扰，避免了黑度系数变化所引起的测量误差，使测量精度得以保证，克服了红外非接触式测温方式的不足。同时该技术又有非接触测量的优势，由于不直接与测温探头11接触，所以不会有那么高的温度，这样可以保护了光纤等监测系统，又能够保证测温探头11可以插入到高温物体中。 
红外光通过常温环境下工作的光纤传导至分光系统，分光后得到λ1、λ2两束红外光线，红外传感器拾取后换为电信号，再送到两路前置放大器中，再经滤波、放大倍率调整电路，然后进入A/D转换器3转换为数字信号进入计算机4计算温度值。 

Claims (1)

1.一种接触-非接触式蓝宝石红外测温系统，其特征在于：是由传感单元、信号处理单元、A/D转换器和计算机构成，其中的传感单元是由测温探头、透镜组、蓝宝石光纤和光纤接头组成，测温探头的尾部安装透镜组，透镜组后部插装蓝宝石光纤，蓝宝石光纤与测温探头非接触，蓝宝石光纤通过光纤接头与光纤连接；信号处理单元是由光纤定向耦合器，第一光敏管、第二光敏管和光电信号转换电路组成，光纤通过光纤定向耦合器同时传输给第一光敏管和第二光敏管，第一光敏管和第二光敏管与光电信号转换电路连接，光电信号转换电路与A/D转换器连接，A/D转换器与计算机连接；所述的测温探头由碳化硅制成。
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