[發(fā)明專利]一種采用分離式探頭的藍(lán)寶石光纖溫度傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310714486.0
• 申請日: 2013-12-20
• 公開（公告）號: CN103674322A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁玉華;閻濤;劉統(tǒng)春;張穎英
• 申請（專利權(quán)）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(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于溫度測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種改進(jìn)型的藍(lán)寶石光纖溫度傳感器。

背景技術(shù)

藍(lán)寶石光纖溫度傳感器是一種根據(jù)普朗克定律，采集高溫黑體腔熱輻射進(jìn)行測量的接觸式溫度傳感器。藍(lán)寶石光纖溫度傳感器利用藍(lán)寶石光纖熔點(diǎn)高、高溫條件下的光傳輸特性好的特點(diǎn)，在藍(lán)寶石光纖外構(gòu)造感溫黑體腔，采用耐高溫的藍(lán)寶石光纖將布置在高溫環(huán)境下、與被測介質(zhì)達(dá)到溫度平衡的黑體的輻射信號傳輸至低溫環(huán)境下，通過對該輻射信號強(qiáng)度的測量即可根據(jù)輻射能量的強(qiáng)度與黑體腔溫度的對應(yīng)關(guān)系換算出黑體腔的溫度，從而得到被測介質(zhì)的溫度。

由于藍(lán)寶石光纖處于1700℃以上的溫度環(huán)境中會因?yàn)楦邷貙?dǎo)致表面發(fā)生劣化，從而影響溫度測量精度和長期穩(wěn)定性。即使通過相關(guān)防劣化處理后，藍(lán)寶石光纖耐受的溫度上限也只能提高至1800，℃導(dǎo)致傳統(tǒng)藍(lán)寶石溫度傳感器的測溫上限被限制在1800。℃

在該傳感器的一體式傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)制備工藝中，通過在藍(lán)寶石光纖端部外表面鍍覆黑體材料的方法形成黑體腔，傳感器工作時(shí)藍(lán)寶石光纖溫度與被測溫度相差不大，因而傳感器量程受藍(lán)寶石光纖的耐溫上限限制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種采用分離式探頭的藍(lán)寶石光纖溫度傳感器，黑體腔與藍(lán)寶石光纖分離，測溫上限高達(dá)2600℃，能夠?qū)Ω邷販囟冗M(jìn)行接觸式測量。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種采用分離式探頭的藍(lán)寶石光纖溫度傳感器，其特征是按以下步驟制造：

第1步：根據(jù)被測溫介質(zhì)的具體情況設(shè)計(jì)制作傳感器的探頭感溫黑體腔；

第2步：制造藍(lán)寶石光纖溫度傳感器探頭，內(nèi)含耦合器；

第3步：設(shè)計(jì)制作變換器，變換器包含濾光片、光電轉(zhuǎn)換電路、前置放大電路、兩級放大電路、模擬信號調(diào)理電路、電壓輸出電路、電源穩(wěn)壓電路、電壓轉(zhuǎn)換電路等功能單元。

第4步：采用石英傳輸光纖束將探頭與變換器連接。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明的藍(lán)寶石光纖溫度傳感器采用黑體腔與藍(lán)寶石光纖相互獨(dú)立的分離式探頭，藍(lán)寶石光纖與感溫黑體腔并無直接接觸，測溫時(shí)藍(lán)寶石光纖相對遠(yuǎn)離高溫溫度環(huán)境，因而在感溫黑體腔所處環(huán)境溫度高達(dá)2600℃時(shí)，藍(lán)寶石光纖由于溫度低于其劣化溫度而仍能正常傳輸黑體輻射信號，從而使傳感器的測溫上限達(dá)到了2600℃。傳感器將黑體輻射信號轉(zhuǎn)換為電信號，并進(jìn)行放大和調(diào)理，輸出的電壓信號能夠反映黑體輻射信號的強(qiáng)度，后續(xù)的信號處理系統(tǒng)就能根據(jù)黑體輻射信號強(qiáng)度與溫度的對應(yīng)關(guān)系換算出被測的溫度值。

附圖說明

圖1是箱式感溫黑體腔結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是擋光片結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是探頭組裝示意圖。

圖4是傳感器結(jié)構(gòu)圖。

圖5是光電轉(zhuǎn)換以及前置放大電路原理圖。

圖6是兩級放大電路原理圖。

圖7是小放大倍數(shù)模擬信號調(diào)理與電壓輸出電路原理圖。

圖8是大放大倍數(shù)模擬信號調(diào)理與電壓輸出電路原理圖。

圖9是電源輸入保護(hù)電路原理圖。

圖10是電源穩(wěn)壓電路原理圖。

圖11是電壓轉(zhuǎn)換電路原理圖。

具體實(shí)施方式

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(nèi)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(diào)整孔3；

第4步：將擋光片2裝入感溫黑體腔1。

按照以下步驟制造藍(lán)寶石光纖溫度傳感器探頭

第1步：制備陶瓷保護(hù)套管4，其端部加工與感溫黑體腔1匹配的外螺紋，中心加工圓柱型通孔；

第2步：將端面研磨好的藍(lán)寶石光纖5安裝在陶瓷保護(hù)套管4的通孔中，調(diào)整安裝位置使藍(lán)寶石光纖端面對準(zhǔn)擋光片輻射調(diào)整孔3；

第3步：采用螺紋配合將感溫黑體腔1安裝在陶瓷保護(hù)套管4端部。

按以下步驟制造藍(lán)寶石光纖溫度傳感器：

第1步：根據(jù)被測溫介質(zhì)的具體情況設(shè)計(jì)制作傳感器的探頭感溫黑體腔1；

第2步：制造藍(lán)寶石光纖溫度傳感器探頭6（內(nèi)含耦合器7）；

第3步：設(shè)計(jì)制作變換器，變換器包含濾光片9、光電轉(zhuǎn)換電路（主要由光電探測器10組成）、前置放大電路、兩級放大電路、模擬信號調(diào)理電路、電壓輸出電路、電源穩(wěn)壓電路、電壓轉(zhuǎn)換電路等功能單元。