[發(fā)明專利]新型光電探測紅外測溫儀

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910187602.1
• 申請日: 2009-09-23
• 公開（公告）號: CN101666683A
• 公開（公告）日: 2010-03-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周智鵬;許立;楊亮;王銳
• 申請（專利權(quán)）人: 大連交通大學(xué)
• 主分類號: G01J5/00
• 分類號: G01J5/00;G01J5/10
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 曲永祚

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明所述的新型光電探測紅外測溫儀涉及一種非接觸溫度測量裝置。

背景技術(shù)

目前機(jī)械加工金屬切削過程中，由切削熱產(chǎn)生的切削溫度，直接影響刀具的磨損和使用壽命，并影響工件的加工精度和表面質(zhì)量，所以研究切削熱的產(chǎn)生和變化規(guī)律，是研究金屬切削過程的重要方面。切削溫度的實(shí)時(shí)測量歷來是一個(gè)難題，使用埋設(shè)熱電偶等的常規(guī)方法雖然可以解決一部分問題，但是在高速加工中對刀具的溫度的測量使用常規(guī)方法無法實(shí)現(xiàn)，傳統(tǒng)的紅外測溫儀采用的探頭大多為安裝前進(jìn)行瞄準(zhǔn)、固定，難以實(shí)現(xiàn)測量過程中的實(shí)時(shí)測量，而且經(jīng)常反復(fù)拆裝也會(huì)影響測量精度，并且所采用的光纜傳輸方式具有損耗大等缺點(diǎn)。傳統(tǒng)的光電探測器大多是單層結(jié)構(gòu)，通過分離光纖束將同一信號分成兩種信號，在測量范圍、抗干擾能力、反應(yīng)靈敏度、準(zhǔn)確性等方面都不能很好的滿足實(shí)際測量的要求。針對上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題，研究設(shè)計(jì)一種新型的新型光電探測紅外測溫儀，從而克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題，本發(fā)明的目的是研究設(shè)計(jì)一種新型的新型光電探測紅外測溫儀，從而解決機(jī)械加工中切削溫度的非接觸測量，并且對高速移動(dòng)的溫度信號具有高應(yīng)答性的測量裝置。本發(fā)明所述的新型光電探測紅外測溫儀是由光導(dǎo)纖維、斬波器、集光透鏡、復(fù)層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)光電探測器、信號放大器、多通道數(shù)字示波儀所組成，被測物所發(fā)出的紅外線經(jīng)光導(dǎo)纖維引入，經(jīng)過斬波器、集光透鏡和復(fù)層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)光電探測器，將紅外光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺?jīng)信號放大器放大后由多通道數(shù)字示波儀接收保存；其特征在于所述的復(fù)層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)光電探測器是由砷化銦(InAs)和銻化銦(InSb)組成；被測物所發(fā)出的紅外線傳遞到復(fù)層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)光電探測器，在復(fù)層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)光電探測器內(nèi)部先后經(jīng)過其組成元件砷化銦(InAs)和銻化銦(InSb)，紅外線經(jīng)砷化銦(InAs)后產(chǎn)生一組電信號，經(jīng)銻化銦(InSb)后又產(chǎn)生一組電信號，兩組電信號經(jīng)信號放大器放大后由多通道數(shù)字示波儀接收保存，并對信號進(jìn)行比值處理，計(jì)算出溫度值。本發(fā)明所述的光導(dǎo)纖維采用硫系玻璃光導(dǎo)纖維，其端面經(jīng)過研磨后套上光纖套管即可直接使用。本發(fā)明所述的斬波器采用小電機(jī)經(jīng)減速器帶動(dòng)一個(gè)多孔圓盤構(gòu)成。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：被測目標(biāo)物所發(fā)出的紅外線由光導(dǎo)纖維接收傳遞經(jīng)集光透鏡聚焦后被導(dǎo)入由砷化銦(InAs)和銻化銦(InSb)組成的復(fù)層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)光電探測器，由復(fù)層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)光電探測器將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)過信號放大器放大后，由多通道數(shù)字示波儀接收保存，對照事先標(biāo)定好的電壓值與溫度值的關(guān)系曲線，得出被測物的實(shí)際溫度值。

本發(fā)明的目的在于提供一種用于測量高速加工過程中的切削溫度的溫度計(jì)。該溫度計(jì)可實(shí)現(xiàn)對機(jī)械加工中切削溫度的非接觸測量，并且對高速移動(dòng)的測量點(diǎn)的溫度信號具有高應(yīng)答性。本發(fā)明所采用光導(dǎo)纖維可以實(shí)現(xiàn)微小面積與物體內(nèi)部溫度的測量。本發(fā)明使用了具有高紅外光透過率的硫系玻璃光導(dǎo)纖維，測量時(shí)使光導(dǎo)纖維的一個(gè)端面對準(zhǔn)被測目標(biāo)，光導(dǎo)纖維的端面與目標(biāo)之間保持一定的距離從而實(shí)現(xiàn)了非接觸式測量。由于光纖直徑為0.3mm，并且具有一定的彎曲度，可以對直徑數(shù)十至數(shù)百μm的微小目標(biāo)區(qū)域、常規(guī)方法難以測定的形狀復(fù)雜的目標(biāo)、角落等處的溫度進(jìn)行測定的溫度進(jìn)行測定，也可以在目標(biāo)上鉆小孔，將光纖插入目標(biāo)內(nèi)部實(shí)施內(nèi)部溫度的實(shí)時(shí)測定。

本發(fā)明使用了由砷化銦(InAs)和銻化銦(InSb)組成的復(fù)層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)光電探測器，由于二者具有不同的測定范圍，使該溫度計(jì)具有300-1000℃范圍的測定能力。并且二者的工作溫度為零下196℃，由液態(tài)氮冷卻，并且是在真空的狀態(tài)下工作，從而保證了溫度計(jì)的高靈敏度，可精確探測的較為微弱的信號。它們對光信號的反應(yīng)時(shí)間為：砷化銦(InAs)的反應(yīng)時(shí)間為0.1μS、銻化銦(InSb)的反應(yīng)時(shí)間為0.07μS，有著極快的反應(yīng)速度，具有追蹤最高頻率為400kHz信號的能力。探測器工作時(shí)，光信號每經(jīng)過一層光電變換元件，都會(huì)輸出一組電信號，經(jīng)過信號放大器放大后存入多通道數(shù)字示波儀存儲(chǔ)。將采集的數(shù)據(jù)經(jīng)比值處理后計(jì)算得到溫度值，從而將材料的輻射率、表面特性、紅外光在傳播過程中的損失等方面的影響被過濾，保證了測量的準(zhǔn)確性。

本發(fā)明使用了斬波器，在對連續(xù)信號進(jìn)行測量時(shí)使用斬波器將信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿嗬m(xù)信號，便于多通道數(shù)字示波儀的接受和信號的處理。