CN204064507U

CN204064507U - 一种应用于高炉热风炉的光纤测温装置

Info

Publication number: CN204064507U
Application number: CN201420450077.4U
Authority: CN
Inventors: 段东风
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Current assignee: Baoxin Software Wuhan Co Ltd
Priority date: 2014-08-11
Filing date: 2014-08-11
Publication date: 2014-12-31
Anticipated expiration: 2024-08-11

Abstract

本实用新型公开了一种应用于高炉热风炉的光纤测温装置，包括光缆，具有双向耦合器；测温处理器，包括波分复用器、激光器、探测器、信号放大器、数据采集器、第一处理芯片、数字量输出电路和数模转换器，其中，所述波分复用器的第一端分别连接所述光缆的两端，第二端电性连接所述激光器，以及第三端电性连接所述探测器的输入端，所述探测器的输出端与所述信号放大器的输入端电性连接，所述信号放大器的输出端与所述数据采集器的输入端电性连接，所述数据采集器的输出端电性连接所述第一处理芯片，所述第一处理芯片分别电性连接所述数模转换器和所述数字量输出电路。

Description

一种应用于高炉热风炉的光纤测温装置

技术领域

本实用新型涉及机械领域，尤其涉及一种应用于高炉热风炉的光纤测温装置。

背景技术

现有高炉热风炉炉炉壳测温设备是在高炉炉衬和冷却壁内的不同高度和不同圆周位置埋置长度不等的一束热电偶，属于接触测温，通过测量各点温度值及其变化趋势获知炉衬和冷却壁的温度场，推断炉内温度的变化、判断炉衬厚度和冷却壁的工作状况、了解炉衬前渣皮增厚和减薄的情况，能够进行连续测温、且测量的精度较高。

但是，由于炉内温度压力会上下波动，会使得热电偶及其保护套管会产生热震动现象，且热电偶为易耗品，会降低热电偶的使用寿命，使得维护运行成本较高，另外，由于热电偶本身的一致性差，也影响更换前后温度测量值的一致性。

实用新型内容

为了能够解决现有技术中存在的上述技术问题，本实用新型提供了一种应用于高炉热风炉的光纤测温装置，能够连续测量壳体温度，并使得测温的一致性和准确性的性能得以提高。

本实用新型实施例提供了一种应用于高炉热风炉的光纤测温装置，包括：

光缆，具有双向耦合器，所述光缆设置在所述高炉热风炉的炉壳上；

测温处理器，包括波分复用器、激光器、探测器、信号放大器、数据采集器、第一处理芯片、数字量输出电路和数模转换器，其中，所述波分复用器的第一端分别连接所述光缆的两端，第二端电性连接所述激光器，以及第三端电性连接所述探测器的输入端，所述探测器的输出端与所述信号放大器的输入端电性连接，所述信号放大器的输出端与所述数据采集器的输入端电性连接，所述数据采集器的输出端电性连接所述第一处理芯片，所述第一处理芯片分别电性连接所述数模转换器和所述数字量输出电路，其中；

所述激光器的光源发出的激光脉冲进入所述光缆中，所述双向耦合具有包含第一路通道和第二路通道的两路通道，所述激光脉冲通过所述第一路通道进入所述探测器中，通过所述探测器将通过所述第一路通道后的激光脉冲转换成第一路电信号，所述第一路电信号经过所述信号放大器和所述数据采集器进入所述第一处理芯片中；以及所述激光脉冲通过所述第二路通道进入探测器中，通过所述探测器将通过所述第二路通道后的激光脉冲转换成第二路电信号，所述第二路电信号经过所述信号放大器和所述数据采集器进入所述第一处理芯片中，所述第一处理芯片根据所述第一路电信号和所述第二信号，获取所述炉壳上的温度信息，其中，第一路通道为所述激光脉冲沿所述光缆向前传播的通道，以及第二路通道为反斯托克斯拉曼散射光的回波通道。

可选的，所述光缆以阵列分布方式设置在所述炉壳上。

可选的，还包括：紧固件，具有开孔，固定在所述炉壳上，所述光缆穿过所述开孔。

可选的，所述紧固件包括第一连接件、第二连接件和拱形体，其中，所述拱形体的一端连接所述第一连接件，另一端连接所述第二连接件，所述第一连接件和所述第二连接件均固定在所述炉壳上，所述光缆穿过所述拱形体的开孔。

可选的，还包括：第二处理器，电性连接所述数字量输出电路。

可选的，，还包括：报警装置，电性连接所述第二处理器和所述数字量输出电路。

通过一个实施例或多个实施例，本实用新型具有以下有益效果或者优点：

由于本申请实施例中激光器的光源发出的激光脉冲进入所述光缆中，所述双向耦合具有包含第一路通道和第二路通道的两路通道，其中，所述第一路通道为所述激光脉冲沿所述光缆向前传播的通道，以及所述第二路通道为反斯托克斯拉曼散射光的回波通道，使得所述激光脉冲通过所述第一路通道进入所述探测器中，通过所述探测器将通过所述第一路通道后的激光脉冲转换成第一路电信号，所述第一路电信号经过所述信号放大器和所述数据采集器输出给所述第一处理芯片；以及所述激光脉冲通过所述第二路通道进入探测器中，通过所述探测器将通过所述第二路通道后的激光脉冲转换成第二路电信号，所述第二路电信号经过所述信号放大器和所述数据采集器输出给所述第一处理芯片，所述第一处理芯片利用光时域反射技术以及光纤的后向拉曼散射的温度效应，以此来对所述第一路电信号和所述第二路电信号进行计算，从而获取所述炉壳的温度信息。

附图说明

图1为本实用新型实施例中应用于高炉热风炉的光纤测温装置的结构图；

图2为本实用新型实施例中紧固件的结构图。

图中有关附图标记如下：

10——高炉热风炉，11——炉壳，12——炉顶，13——热风短管，20——光缆，30——测温处理器，31——波分复用器，32——激光器，33——探测器，34——信号放大器，35——数据采集器，36——第一处理芯片，37——数字量输出电路，38——数模转换器，40——第二处理器，50——报警装置，60——第一连接件，61——第二连接件，62——拱形体，63——通孔，64——通孔，65——通孔，66——通孔，67——开孔。

具体实施方式

参见图1，本实用新型提供一种应用于高炉热风炉的光纤测温装置，应用于高炉热风炉10中，其中，高炉热风炉10包括炉壳11、炉顶12和热风短管13。

进一步的，参见图1，所述光纤测温装置包括光缆20，具有双向耦合器，光缆设置20在高炉热风炉10上；测温处理器30，其中，测温处理器30包括波分复用器31、激光器32、探测器33、信号放大器34、数据采集器35、第一处理芯片36、数字量输出电路37和数模转换器38，其中，波分复用器31的第一端分别连接光缆20的两端，第二端电性连接激光器32，以及第三端电性连接探测器33的输入端，探测器33的输出端与信号放大器34的输入端电性连接，信号放大器34的输出端与数据采集器35的输入端电性连接，数据采集器35的输出端电性连接第一处理芯片36，第一处理芯片36分别电性连接数模转换器37和数字量输出电路38；第二处理器40，电性连接数字量输出电路38。

其中，第一处理芯片36例如可以是单片机芯片等电子设备，数据采集器35例如可以是数据采集卡等电子设备。

其中，光缆20可以以阵列分布方式设置在炉壳11上，且在需要进行测量温度的炉壳11上的位置布设光缆20，具体参见图1。

进一步的，所述光纤测温装置还可以包括紧固件，所述紧固件具有开孔，所述紧固件设置有多个，固定在炉壳11上，光缆20穿过所述紧固件上的开孔，以使得光缆20固定在炉壳11上。

其中，所述紧固件采用高强度镀锌钢制成，光缆20铺设完后用螺钉将所述紧固件固定在所述炉壳上，光缆20的长度也是根据炉壳的大小面积来决定。

进一步的，参见图2，所述紧固件包括第一连接件60、第二连接件61和拱形体62，其中，拱形体62的一端连接第一连接件60，另一端连接第二连接件61，第一连接件60和第二连接件62均固定在炉壳11上，光缆20穿过拱形体62的开孔67，进而可以通过所述紧固件将光缆20固定在炉壳11上。

其中，第一连接件60和第二连接件61均可以是由钢材制成，且在第一连接件60上设置有通孔63和通孔64，以及在第二连接件61上设置有通孔65和通孔66，然后通过螺钉穿过通孔63进入炉壳11中，同理，通过螺钉穿过通孔64进入炉壳11中；通过螺钉穿过通孔65进入炉壳11中；通过螺钉穿过通孔66进入炉壳11中，使得所述紧固件固定在炉壳11上，且光缆20从拱形体62的开孔67中穿过，进而可以将光缆20固定在炉壳11上。

进一步的，所述光纤测温装置还可以包括报警装置50，电性连接第二处理器40和数字量输出电路38，当然，报警装置50还可以仅电性连接数字量输出电路38或第二处理器40，用于在检测到温度过高时，控制报警装置50进行报警。

另外，所述光纤测温装置也可以应用在2个高炉热风炉或3个高炉热风炉或3个以上的高炉热风炉中，本申请不作具体限制。

本申请实施例的工作原理具体如下：

本申请实施例中光纤测温装置采用的是分布式光纤温度传感原理，主要是利用光时域反射技术以及光纤的后向拉曼散射的温度效应来实现测温的，所述光纤测温装置首先利用光在光纤中传输能够产生后向散射，在光纤中注入一定能量和宽度的激光脉冲，使得激光脉冲在光纤中传输的同时不断产生后向散射光波，这些后向散射光波的状态受到所在光纤散射点的温度影响而有所改变，将散射回来的光波经波分复用器、探测器检测解调后，经信号放大器对电信号放大，送到数据采集器进行累加平均，便得到精确的光强度量化值，送入第一芯片中，通过测量反向散射的斯托克斯光信号和反斯托克斯光信号的强度，便可将温度信号实时显示出来，并且与雷达回波类似，通过测量返回的光脉冲的到达时间，可以确定温度读数的位置。

进一步的，温度数据显示方式由计算机通过运行上位PC软件，显示图形界面、设置参数、数据下载等功能，进而实现数据存储和输出，而且报警装置能够进行火灾报警和系统故障报警，可以具有声、光及图文界面报警功能。

在实际应用过程中，光缆20可以使用耐高温的铠装传感光缆，进而实现在-40℃到400℃的温度测量，通过E2000/APC尾纤连接光纤测温处理器30，激光器32的光源发出的激光脉冲进入光缆20中，通过所述光缆20中的双向耦合具有包含第一路通道和第二路通道的两路通道，由于所述第一路通道为所述激光脉冲沿所述光缆向前传播的通道，使得所述激光脉冲沿所述光缆向前传播，且所述第二路通道为反斯托克斯拉曼散射光的回波通道，使得所述激光脉冲沿所述第二路通道进行传播，然后经波分复用器31对通过所述第一路通道的激光脉冲和通过所述第二路通道的激光脉冲进行分离，并使得通过所述第一路通道的激光脉冲通过探测器33转换成第一路电信号，以及通过所述第二路通道的激光脉冲通过探测器33转换成第二路电信号，所述第一路电信号经信号放大器34、数据采集器35、第一处理芯片36、数模转换器37和数字量输出电路38进入第二处理器40中。

其中，由于数据采集器35的输出端与第一处理芯片36电性连接，而且数据采集器35能够将接收到的所述第一路电信号和所述第二路电信号分别进行累加平均，便得到精确的与所述第一路电信号对应的第一路光强度量化值和与所述第二路信号对应的第二路光强度量化值，然后传输到第一芯片36中，第一芯片6根据所述第一路光强度量化值和所述第二路光强度量化值，经过相应的计算，以此来测量反向散射的斯托克斯光信号和反斯托克斯光信号的强度，从而可以获取炉壳11的温度信息，所述温度信息包括光缆20上的任一点的热风炉空间温度场的温度分布。

进一步的，与雷达回波类似，通过测量返回的光脉冲的到达时间，可以确定温度读数的位置，数字量输出电路将所述温度信息通过接口传输至第二处理器40中进行分析和处理，使得操作员可以利用软件对测温主处理器30和光缆20进行校准，设置泄漏报警分区和泄漏报警阈值，同时配合施工图纸，生成整个炉壳的温度剖面图，如果发生温度异常能够实现快速报警，准确定位，以及在设置完成后利用软件将所有参数写入测温主处理器30中，第二处理器40断电重启后将安装断电前的配置自动开始测量，所有的报警信号输出可以由测温主处理器30完成，输出与温度对应的模拟量或数字量，报警信号的输出可采用测温主处理器30内部的数字量输出电路38和模数转换器37来完成，将控制指令发送给报警装置50，以使得报警装置50进行报警。

其中，通过软件可以实时读取温度数据和报警数据，当测量温度超过阈值温度时，测温主处理器30将发出报警信号，并显示报警分区及报警信息，同时将报警信号发给报警装置50，使得报警装置50发出报警声音，报警装置50还可以提供短信报警功能，由第二处理器40将详细报警信息发送到指定操作员手机上，报警分工作级和管理级两层，按照事件的重要级分别发送到工作层人员和全部人员，用户可以自定义报警事件的报警等级和接收人。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将使显而易见的，本文所定义的一般原理可以在不脱离实用新型的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制与本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖性特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种应用于高炉热风炉的光纤测温装置，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的光纤测温装置，其特征在于，所述光缆以阵列分布方式设置在所述炉壳上。

3.如权利要求2所述的光纤测温装置，其特征在于，还包括：

紧固件，具有开孔，固定在所述炉壳上，所述光缆穿过所述开孔。

4.如权利要求3所述的光纤测温装置，其特征在于，所述紧固件包括第一连接件、第二连接件和拱形体，其中，所述拱形体的一端连接所述第一连接件，另一端连接所述第二连接件，所述第一连接件和所述第二连接件均固定在所述炉壳上，所述光缆穿过所述拱形体的开孔。

5.如权利要求4所述的光纤测温装置，其特征在于，还包括：

第二处理器，电性连接所述数字量输出电路。

6.如权利要求5所述的光纤测温装置，其特征在于，还包括：

报警装置，电性连接所述第二处理器和所述数字量输出电路。