[發明專利]一種用于藍寶石光纖溫度傳感器的探頭感溫黑體腔

有效

• 申請號: 201310713314.1
• 申請日: 2013-12-20
• 公開（公告）號: CN103674321A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 袁玉華;閻濤;劉統春;王超杰;朱金薇
• 申請（專利權）人: 陜西電器研究所
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32
• 代理公司: 西安文盛專利代理有限公司 61100
• 代理人: 佘文英

技術領域

本發明屬于溫度測量技術領域，具體涉及一種改進型藍寶石光纖溫度傳感器的探頭感溫黑體腔。

背景技術

藍寶石光纖溫度傳感器是一種根據普朗克定律，將人工構造黑體腔與被測環境接觸、達到熱平衡，然后利用耐高溫藍寶石光纖傳輸高溫黑體腔的熱輻射，對輻射信號進行測量并換算出溫度數值的接觸式溫度傳感器。

藍寶石光纖溫度傳感器利用藍寶石光纖熔點高、高溫條件下的光傳輸特性好的特點，在藍寶石光纖端部采用濺射薄膜的方法構造感溫黑體腔，采用耐高溫的藍寶石光纖將布置在高溫環境下、與被測介質達到溫度平衡的黑體的輻射信號傳輸至低溫環境下，通過對該輻射信號強度的測量即可實現對黑體溫度的測量，從而得到被測介質的溫度。

由于藍寶石光纖處于1700℃以上的溫度環境中會因為高溫導致表面發生劣化，從而影響溫度測量精度和長期穩定性。即使通過相關防劣化處理后，藍寶石光纖耐受的溫度上限也只能提高至1800，℃導致傳統藍寶石光纖溫度傳感器的測溫上限被限制在1800。℃

一種提高藍寶石光纖溫度傳感器測溫上限的途徑是：單獨構造黑體腔，使藍寶石光纖只是對準黑體腔的開孔而不與黑體腔直接接觸，這樣藍寶石光纖遠離高溫環境，黑體腔溫度高于1800℃時藍寶石光纖溫度相對較低，這樣傳感器就能對高于1800℃的溫度進行測量。為此必須滿足的條件包括：黑體腔的熔點高于被測溫度、黑體腔能發出穩定的輻射信號、藍寶石光纖能穩定接受輻射信號等。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于藍寶石光纖溫度傳感器的探頭感溫黑體腔，能夠在高達2800℃的溫度環境下正常工作并且輸出輻射信號穩定。

本發明采用的技術方案是：一種用于藍寶石光纖溫度傳感器的探頭感溫黑體腔，其特征是感溫黑體腔底部為半球形，上端為圓柱型，在感溫黑體腔口加工內螺紋；感溫黑體腔體后端設置帶輻射調整孔的圓形擋光片，使感溫黑體腔和擋光片構成箱式封閉腔體。

感溫黑體腔按照以下步驟制造：

第1步：采用改性硼化鋯陶瓷材料制備大小兩種直徑的圓柱型毛坯；

第2步：采用電火花加工工藝在較大圓柱型毛坯上加工箱式感溫黑體腔，感溫黑體腔底部為半球形，上端為圓柱型；在黑體腔口加工內螺紋；

第3步：切割小圓柱型毛坯制取圓形擋光片，采用電火花加工工藝在擋光片中心加工直徑1mm的輻射調整孔；

第4步：將擋光片裝入感溫黑體腔，使感溫黑體腔和擋光片構成箱式封閉腔體。

本發明的優點：

本發明感溫黑體腔內結構采用箱式結構，腔體后端設置帶輻射調整孔的圓形擋光片，解決了一般分離式黑體腔與藍寶石光纖耦合時信號穩定性對耦合結構依賴性過大的問題，使黑體腔輻射信號特征穩定，易于被藍寶石光纖接收與傳輸，進而保證傳感器整體性能穩定。

本發明感溫黑體腔采用改性硼化鋯陶瓷材料制備，該材料的熔點高于3000℃，故黑體腔能在2800℃的高溫環境下正常工作。

本發明中感溫黑體腔和擋光片構成的箱式封閉腔體能保證發射率穩定；黑體腔的輻射信號只能從擋光片輻射調整孔射出，安裝藍寶石光纖時只需將藍寶石光纖端面對準擋光片輻射調整孔，安裝后藍寶石光纖接收到的輻射信號和溫度關系穩定，易于處理。

附圖說明

圖1是箱式感溫黑體腔結構示意圖。

圖2是擋光片結構示意圖。

圖3是箱式感溫黑體腔、擋光片、陶瓷保護套管、藍寶石光纖組裝示意圖。

具體實施方式

如圖1、圖2所示，感溫黑體腔1內結構采用箱式結構，感溫黑體腔1底部為半球形，上端為圓柱型，在感溫黑體腔口加工內螺紋；感溫黑體腔體1后端設置帶輻射調整孔3的圓形擋光片2。

本發明的核心是一種分離式感溫黑體腔的結構設計，由于該結構的設計使得黑體腔在與高溫環境接觸時，其黑體輻射性能比一般結構的黑體腔更穩定，因而能夠在黑體腔與光纖分離時仍然能夠得到穩定的黑體輻射強度與溫度的對應關系，進而實現高溫溫度的接觸式測量。黑體腔的材料選取時，只需要滿足耐高溫、機械強度好、導熱率高等特點即可。

按照以下步驟制造箱式感溫黑體腔

第1步：采用改性硼化鋯陶瓷材料制備大小兩種直徑的圓柱型毛坯；

第2步：采用電火花加工工藝在較大圓柱型毛坯上加工箱式感溫黑體腔1，感溫黑體腔底部為半球形，上端為圓柱型；在黑體腔口加工內螺紋；

第3步：切割小圓柱型毛坯制取圓形擋光片2，采用電火花加工工藝在擋光片中心加工直徑1mm的輻射調整孔3；