專利名稱：接觸—非接觸式藍寶石紅外測溫系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及ー種測溫裝置，特別涉及ー種接觸-非接觸式藍寶石紅外測溫系統。
背景技術：
在エ業領域中，溫度是常見且重要的物理量。在諸如化工和冶金等行業里，通常需要精確測量600°C以上的高溫。由于當前在エ業生產800°C -1600°C溫度段的測量中大量使用鉬銠等貴金屬制作的熱電偶，然而，這種傳感器具有如下缺點①高溫時，金屬熱電偶的抗氧化能力降低，容易產生較大的誤差。②鉬銠等貴金屬價格昂貴，甚至容易發生被盜現象，成本開銷巨大。③在化學腐蝕氣體的環境下容易腐蝕、脆化，使用壽命大大縮短，性價比低。④金屬熱電偶的電信號抗電磁干擾能力差，在高頻加熱爐、微波加熱爐內難以使用。 所以在ー些惡劣環境エ業高溫過程中，難以有效測量高溫。雖然當今全世界已經對高溫測量術進行了很多研究，可是因為種種原因，一直沒有找到成功的測溫技術替代。光纖傳感技術是繼光纖成功地用于通訊之后發展起來的一項高新技木，它具有突出的優點，如精度高、現場無電信號、不受電磁干擾、性能可靠等。隨著光纖傳感技術的發展，為實現光學測溫提供了新的方法。但是普通光纖材料的耐高溫能力有限，測量方式只能采用非接觸遙感測量，而且所測的溫度僅為被測高溫體的表面溫度，如光纖紅外輻射測溫計，采用輻射法來進行高溫測量，可以測量1000°c以上的高溫。在非接觸式測量中，電磁輻射以空氣為傳輸媒介，測量環境(如水蒸氣等)會引起測量誤差。由于高溫物體的輻射光信號是通過空氣傳遞到測溫探頭的，易受傳播空氣中的濕度、粉塵等環境氣氛對黑體輻射光波的不均勻吸收，測量精度不高。空間雜散光線會干擾測量精度。為解決這些問題，目前常采用光纖接觸式測溫方式，利用一根長的石英光纖作為測溫探頭與傳輸系統，使儀器儀表遠離環境惡劣的現場，同時光纖光路又不受環境氣氛的影響，大大提高測溫系統的環境適應能力，但由于探頭采用一般的輻射接收原理，仍難以解決發射率困擾問題，同時因為材料關系也不能測量太高的溫度，因為石英的熔點為1750°c。
實用新型內容本實用新型的目的是要解決現有光纖接觸式測溫方式不能測量太高的溫度，以及測溫的精確度不高的問題，而提供一種能測量高溫及測溫精確度高的接觸-非接觸式藍寶石紅外測溫系統本實用新型是由傳感單元、信號處理單元、A/D轉換器和計算機構成，其中的傳感単元是由測溫探頭、透鏡組、藍寶石光纖和光纖接頭組成，測溫探頭的尾部安裝透鏡組，透鏡組后部插裝藍寶石光纖，藍寶石光纖與測溫探頭非接觸，藍寶石光纖通過光纖接頭與普通光纖連接；信號處理單元是由光纖定向耦合器，第一光敏管、第二光敏管和光電信號轉換電路組成，普通光纖通過光纖定向耦合器同時傳輸給第一光敏管和第二光敏管，第一光敏管和第二光敏管與光電信號轉換電路連接，光電信號轉換電路與A/D轉換器連接，A/D轉換器與計算機連接；測溫探頭由碳化硅制成。本實用新型的有益效果可以測量高溫；因為輻射光波在密閉的耐高溫管空腔內傳輸，不受外界的環境的影響，從而消除了空間雜散光和環境氣氛對測量精度的干擾，避免了黑度系數變化所引起的測量誤差，使測量精度得以保證，克服了紅外非接觸式測溫方式的不足。
圖I是本實用新型實施例的結構示意圖。
具體實施方式
請參閱圖I所示,本實施例是由傳感單元I、信號處理單元2、A/D轉換器3和計算機4構成，其中的傳感單元I是由測溫探頭11、透鏡組12、藍寶石光纖13和光纖接頭14組 成，測溫探頭11的尾部安裝透鏡組12，透鏡組12后部插裝藍寶石光纖13，藍寶石光纖13與測溫探頭11非接觸，藍寶石光纖13通過光纖接頭與普通光纖5連接；信號處理單元2是由光纖定向耦合器21，第一光敏管22、第二光敏管23和光電信號轉換電路24組成，普通光纖5通過光纖定向耦合器21同時傳輸給第一光敏管22和第二光敏管23，第一光敏管22和第ニ光敏管23與光電信號轉換電路24連接，光電信號轉換電路24與A/D轉換器3連接，A/D轉換器3與計算機4連接；測溫探頭11由碳化硅制成。本實用新型的工作原理和過程是測溫光纖選用藍寶石光纖13，藍寶石U-Al2O3)是ー種優異的近紅外耐高溫光學材料，它的單晶熔點達2045°C，采用ー根長的藍寶石光纖13作為測溫探頭及傳輸裝置，耐腐蝕，物理和化學性能都很穩定，機械強度好，在波段0. 3-4. Oum范圍內有良好的透光性。由藍寶石單晶制成的藍寶石光纖，不僅繼承了藍寶石單晶的優點，而且還有光纖光波導的性能，所以它是當前ー種適用于高溫環境下的光波導材料。因為一般的輻射接收原理難以解決發射率的問題。為克服這個難題，采用比色法測溫，這種方法能大大降低發射率對測溫結果的影響，在最佳條件下，該影響可降至零。這樣測溫的好處是測溫響應速度快，響應速度為IOS左右。光纖測量系統響應速度快，精度高，壽命價格比高。本實用新型采用“接觸-非接觸”方式進行測量，由起黑體輻射腔作用的耐高溫的測溫探頭11(測溫管)插入被測高溫物體的內部，測溫探頭11由碳化硅制成，以抵御測點的高溫，測溫探頭11接觸被測物體并發射輻射光波，這種近似黑體的輻射與物體的發射率無關，因此輻射光波只反映物體的溫度信息，該輻射被藍寶石光纖13接收，并傳遞到在常溫環境下工作的光纖5端部，這里的測溫光纖與測溫探頭11是非接觸的，而測溫探頭11與被測物是直接接觸，因此稱為“接觸-非接觸”式測溫。測溫光纖接收黑體輻射信號但不與高溫源直接接觸。因為輻射光波在密閉的耐高溫管空腔內傳輸，不受外界的環境的影響，從而消除了空間雜散光和環境氣氛對測量精度的干擾，避免了黑度系數變化所引起的測量誤差，使測量精度得以保證，克服了紅外非接觸式測溫方式的不足。同時該技術又有非接觸測量的優勢，由于不直接與測溫探頭11接觸，所以不會有那么高的溫度，這樣可以保護了光纖等監測系統，又能夠保證測溫探頭11可以插入到高溫物體中。[0014]紅外光通過常溫環境下工作的光纖傳導至分光系統，分光后得到入、X2兩束紅外光線，紅外傳感器拾取后換為電信號，再送到兩路前置放大器中，再經濾波、放大倍率調整電路，然后進入A/D轉換器3轉換為數字信號進入計算機4計算 溫度值。
權利要求1.ー種接觸-非接觸式藍寶石紅外測溫系統，其特征在于是由傳感單元、信號處理單元、A/D轉換器和計算機構成，其中的傳感單元是由測溫探頭、透鏡組、藍寶石光纖和光纖接頭組成，測溫探頭的尾部安裝透鏡組，透鏡組后部插裝藍寶石光纖，藍寶石光纖與測溫探頭非接觸，藍寶石光纖通過光纖接頭與光纖連接；信號處理單元是由光纖定向耦合器，第一光敏管、第二光敏管和光電信號轉換電路組成，光纖通過光纖定向耦合器同時傳輸給第一光敏管和第二光敏管，第一光敏管和第二光敏管與光電信號轉換電路連接，光電信號轉換電路與A/D轉換器連接，A/D轉換器與計算機連接；所述的測溫探頭由碳化硅制成。
專利摘要本實用新型公開了一種接觸-非接觸式藍寶石紅外測溫系統，是由傳感單元、信號處理單元、A/D轉換器和計算機構成，其中的傳感單元是由測溫探頭、透鏡組、藍寶石光纖和光纖接頭組成，測溫探頭的尾部安裝透鏡組，透鏡組后部插裝藍寶石光纖，藍寶石光纖與測溫探頭非接觸，藍寶石光纖通過光纖接頭與普通光纖連接；信號處理單元是由光纖定向耦合器，第一光敏管、第二光敏管和光電信號轉換電路組成，普通光纖通過光纖定向耦合器同時傳輸給第一光敏管和第二光敏管，第一光敏管和第二光敏管與光電信號轉換電路連接，光電信號轉換電路與A/D轉換器連接，A/D轉換器與計算機連接；測溫探頭由碳化硅制成；本實用新型可以測量高溫，測溫精度高。
文檔編號G01J5/08GK202522326SQ201220147298
公開日2012年11月7日 申請日期2012年4月10日 優先權日2012年4月10日
發明者張德江, 陳戈華 申請人:長春工業大學