專利名稱：光纖高溫傳感測量方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種測量技術，具體地是一種光纖高溫傳感測量方法及裝置。
在冶金、化工、建材等行業的工業生產過程中，高溫溫度的準確測量與控制有著十分重要的意義。當前工業生產中廣泛采用的是由鉑、銠等貴金屬制造的熱電偶溫度傳感器。由于熱電偶傳感器在高溫時抗氧化性能差，長期使用會產生較大誤差。特別是在含有某些特殊、腐蝕性氣氛環境下工作時，會出現中毒、腐蝕、脆化等現象，使用壽命急劇縮短。這樣不僅消耗大量的貴重金屬，更主要是影響正常生產。此外，在許多高溫爐體中，如高頻加熱爐、微波加熱爐等，由于熱電偶的抗電磁干擾能力差，無法用來測量溫度。就目前的情況來看，高溫檢測技術還不能完全滿足工業生產的需要，急需研究開發出新型的高溫度測量技術。目前普通的紅外輻射式高溫溫度計采用的是非接觸遙感技術，它存在以下幾個問題1、所測的溫度僅為被測高溫物體表面的溫度。2、被測物體不是絕對黑體，其黑度系數的變化會引起測量誤差。3、空間雜散光線干擾測量精度。4、測量環境氣氛(如水蒸氣等)對黑體輻射光波的不均勻吸收也會引起測量誤差。所以，普通的紅外線輻射式高溫溫度計很難達到高精度測量。為了克服這些問題，美國首先研制出藍寶石光纖高溫傳感器，在耐高溫的藍寶石光纖端頭鍍上黑體腔，黑體腔插入高溫源后，藍寶石光纖直接從黑體腔采集輻射光波，在高溫源、黑體腔、藍寶石光纖之間均采用接觸式測量方法。它雖然克服了非接觸式測量方法的不足，然而又面臨著新的問題1、藍寶石光纖價格昂貴。2、生產出的藍寶石光纖長度有限(國內生產的僅0、3米)。3、由于上述兩點，所測信號遠傳時，藍寶石光纖后要連接普通石英光纖，但其連接技術十分復雜，連接困難。因此，使藍寶石光纖高溫傳感器的工業化應用受到限制。
本發明的目的在于針對上述現狀，提供一種根據黑體輻射原理，采用“接觸—非接觸”式測量方法，適用于各種高溫爐體與環境的光纖傳感高溫測量系統及其測量方法。
本發明的目的是以下述方式實現的一種光纖傳感高溫測量方法，采取“接觸-非接觸”式測量方法，具體方法是用直接接觸方式感受被測高溫物體的溫度，發射輻射光波；用非接觸方式接收所發射的輻射光波，經傳輸光纖從測量現場傳回；將輻射光波分解成兩路波長不同光信號，再用光電轉換法將兩路光信號分別轉換成電信號；將電信號換算為溫度數值。
一種光纖傳感高溫測量裝置由黑體腔、光纖傳感頭、傳輸光纖、波分復用分路器、光電轉換器和二次儀表組成，黑體腔與光纖探頭相鄰，光纖探頭通過傳輸光纖與波分復用分路器連接，波分復用分路器與兩組光電轉換器連接，光電轉換器通過電纜與二次儀表連接。
所述的波分復用分路器用多模光纖制備。
所述的黑體腔裝在一金屬陶瓷管內，該金屬陶瓷管與一保護套筒連接，光纖傳感頭裝在保護套筒內，光纖傳感頭一端與黑體腔相鄰，另一端則與伸入套筒內的傳輸光纖相連。
本發明的工作原理是由黑體腔感受被測物體的溫度，發射輻射光波；光纖傳感頭接收黑體腔發射的輻射光波，經傳輸光纖從測量現場傳回至儀表；通過波分復用分路器將輻射光波分解成兩路波長不同光信號；光電轉換電路將兩路光信號分別轉換成電信號后，由二次儀表計算出溫度。
本發明的黑體腔與被測量高溫源直接接觸，既可深入被測物體的內部進行測量，又避免了黑度系數變化所引起的測量誤差。光纖探頭與黑體腔為非接觸式接收黑體輻射信號，但輻射光波在密閉的陶瓷空腔內短距離傳輸，不受外界環境的影響，消除了空間雜散光線和環境氣氛對測量精度的干擾，使測量精度得以保證，克服了非接觸式測量的不足，使光纖高溫傳感器得以在工業生產中推廣應用。
用多膜光纖制備波分復用分路器，并作為濾波器用于比色法光電檢測回路。比色測溫法是在黑體輻射光波中選取兩組不同光波，根據這兩組特定光波強度的比值來確定溫度。入射光波中不同波長的光波分別進入不同的輸出光纖，只用一個器件就同時完成了光波的分束和濾波，減少了濾波損耗，提高了信噪比，在確保測量精度的同時還降低了光電檢測單元的成本。
本發明有抗干擾能力強、抗腐蝕、傳輸距離遠、工作穩定等特點，非常適用于各種高溫爐體與環境的溫度檢測。
下面結合
本發明的實施例。
圖1 本發明測量裝置結構示意2 本發明黑體腔與光纖探頭部分結構示意3 本發明光電轉換器電路原理示意圖參照附圖1、2，本發明由黑體腔1、光纖探頭2、傳輸光纖3、波分復用分路器4、二組光電轉換器5和二次儀表組成，黑體腔1裝在金屬陶瓷管7中，金屬陶瓷管上裝有安裝法蘭10，金屬陶瓷管7與一保護套8相連接，光纖探頭2裝在保護套8內，光纖探頭2前端還設置有一透鏡9，光纖探頭2一端與黑體腔1相鄰，另一端與傳輸光纖3相連接，光纖探頭2與波分復用分路器4通過傳輸光纖4連接，波分復用分路器4用多膜光纖制備，波分復用分路器4與兩組光電轉換器5連接，光電轉換器5通過電纜與二次儀表6連接。
測量高溫時，將黑體腔1通過安裝法10安裝在被測量高溫物體上，黑體腔1感受被測物體的溫度，發射輻射光波；光纖傳感頭2接收黑體腔1發射的輻射光波，經傳輸光纖3從測量現場傳回；通過波分復用分路器4將輻射光波分解成兩路波長不同光信號；兩組光電轉換電路5將兩路光信號分別轉換成電信號后，由二次儀表6計算出溫度。
權利要求
1.一種光纖傳感高溫測量方法，其特征在于所述的方法是采取“接觸-非接觸”式測量方法，具體方法是用直接接觸方式感受被測高溫物體的溫度，發射輻射光波；用非接觸方式接收所發射的輻射光波，經傳輸光纖從測量現場傳回；將輻射光波分解成兩路波長不同光信號，再用光電轉換法將兩路光信號分別轉換成電信號；將電信號換算為溫度數值。
2.一種光纖傳感高溫測量裝置，其特征在于所述的測量系統由黑體腔、光纖傳感頭、傳輸光纖、波分復用分路器、光電轉換器和二次儀表組成，黑體腔與光纖探頭相鄰，光纖探頭通過傳輸光纖與波分復用分路器連接，波分復用分路器與兩組光電轉換器連接，光電轉換器通過電纜與二次儀表連接。
3.如權利要求2所述的測量裝置，其特征在于所述的波分復用分路器用多模光纖制備。
4.如權利要求2所述的測量裝置，其特征在于所述的黑體腔裝在一金屬陶瓷管內，該金屬陶瓷管與一保護套筒連接，光纖傳感頭裝在保護套筒內，光纖傳感頭一端與黑體腔相鄰，另一端則與伸入套筒內的傳輸光纖相連。
全文摘要
一種光纖傳感高溫測量方法及裝置,該裝置由黑體腔、光纖傳感頭、傳輸光纖、波分復用分路器、光電轉換器和二次儀表組成。黑體腔感受被測高溫物體的溫度,發射輻射光波;光纖傳感頭接收黑體輻射腔發射的輻射光波,經傳輸光纖從測量現場傳回;通過波分復用分路器將輻射光小組分解成兩路波長不同光信號;光電轉換器將兩路光信號分別轉換成電信號后,由二次儀表計算出溫度。本發明有抗干擾能力強、抗腐蝕、傳輸距離遠、工作穩定等特點,非常適用于各種高溫爐體與環境的溫度檢測。
文檔編號G01J5/60GK1346972SQ01106518
公開日2002年5月1日 申請日期2001年2月28日 優先權日2001年2月28日
發明者姜德生, 程家騏, 王立新, 戴珩, 田建偉 申請人:武漢理工大學