[發(fā)明專利]一種紅外輻射型藍(lán)寶石光纖高溫傳感器及溫度測(cè)量系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911015936.0
• 申請(qǐng)日: 2019-10-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110686796A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-01-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁銘;王波濤;鄭少偉;尹貽恒;牛燕雄
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G01K11/32
• 分類號(hào): G01K11/32
• 代理公司: 11129 北京海虹嘉誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 吳小燦;張濤

本發(fā)明提出一種紅外輻射型藍(lán)寶石光纖高溫傳感器及溫度測(cè)量系統(tǒng)，基于紅外輻射測(cè)溫原理，實(shí)現(xiàn)非接觸式測(cè)溫，解決了傳統(tǒng)接觸式測(cè)溫傳感器受制于測(cè)溫范圍、可能對(duì)被測(cè)物體的溫度場(chǎng)有影響，以及不適用于測(cè)量高速運(yùn)動(dòng)的物體的溫度問(wèn)題。本發(fā)明的藍(lán)寶石光纖高溫傳感器包括藍(lán)寶石光纖1，所述藍(lán)寶石光纖1的一個(gè)端面拋磨成球狀，用于收集紅外輻射信號(hào)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種紅外輻射型藍(lán)寶石光纖高溫傳感器及溫度測(cè)量系統(tǒng)，在燃?xì)廨啓C(jī)、高溫燃?xì)饧耙苯鸬雀邷販y(cè)量領(lǐng)域具有重要的研究意義。

背景技術(shù)

在工業(yè)應(yīng)用中，高溫測(cè)量技術(shù)主要分為接觸式和非接觸式兩種。常見(jiàn)的接觸式測(cè)溫有鉑銠熱電偶、鎢錸熱電偶等，它們都是稀貴金屬，價(jià)格昂貴，其抗氧化、還原能力和抗電磁干擾能力都較差，且壽命較短，并且無(wú)法實(shí)現(xiàn)多個(gè)傳感器溫度信號(hào)的融合和分布式測(cè)量。非接觸式測(cè)溫方法使得傳感器不與物體發(fā)生接觸，而是利用透鏡接收物體表面的熱輻射。非接觸式測(cè)溫方法不改變被測(cè)物體的溫度分布，具有熱輻射速度快、探測(cè)原件熱慣性小等優(yōu)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)快速測(cè)量。藍(lán)寶石光纖高溫傳感器具有熔點(diǎn)高(2040℃)、體積小、硬度高、抗腐蝕以及抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，在高頻加熱爐、微波加熱爐等電磁干擾強(qiáng)烈的場(chǎng)合具有其他測(cè)溫方式無(wú)法比擬的性能優(yōu)勢(shì)。紅外輻射型藍(lán)寶石光纖高溫傳感器利用光纖進(jìn)行傳感和傳輸光信號(hào)，利用比色測(cè)溫方法，根據(jù)物體在相鄰波長(zhǎng)下的輻射能量密度之比來(lái)確定物體的溫度。在中間介質(zhì)吸收較大的應(yīng)用場(chǎng)合下，如有煙霧、灰塵、蒸汽和顆粒的環(huán)境以及目標(biāo)表面發(fā)射率變化時(shí)，由于輻射能量的衰減在兩個(gè)波長(zhǎng)下幾乎相同，因此不會(huì)影響它們之間的比值，仍可獲得較高的精度。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種紅外輻射型藍(lán)寶石光纖高溫傳感器及溫度測(cè)量系統(tǒng)。利用比色測(cè)溫法，通過(guò)藍(lán)寶石光纖、光電探測(cè)器和示波器測(cè)量被測(cè)物體在兩個(gè)不同指定波長(zhǎng)下的光譜輻射能量之比來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)溫。消除了物體的發(fā)射率對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，測(cè)量更方便，測(cè)量結(jié)果也更可靠。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

一種紅外輻射型藍(lán)寶石光纖高溫傳感器，其特征在于，包括藍(lán)寶石光纖1，藍(lán)寶石光纖1的一個(gè)端面被拋磨成球狀，用于收集紅外輻射信號(hào)。

進(jìn)一步地，所述藍(lán)寶石光纖1的球狀端面的直徑在300μm～600μm之間。

所述藍(lán)寶石光纖1的球狀端面的直徑進(jìn)一步優(yōu)選為600μm。

進(jìn)一步地，所述藍(lán)寶石光纖1的光纖芯徑在250μm～300μm之間。

一種基于上述的紅外輻射型藍(lán)寶石光纖高溫傳感器的溫度測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，包括紅外輻射型藍(lán)寶石光纖高溫傳感器9、Y型光纖分束器3、第一濾光片4、第二濾光片5、第一光電探測(cè)器6、第二光電探測(cè)器8、示波器7；所述Y型光纖分束器3的輸入端連接放入高溫爐2中的紅外輻射型藍(lán)寶石光纖高溫傳感器9，輸出端分別通過(guò)第一濾光片4、第二濾光片5連接第一光電探測(cè)器6、第二光電探測(cè)器8的輸入端，第一光電探測(cè)器6和第二光電探測(cè)器8的輸出端分別連接示波器7的輸入端；紅外輻射型藍(lán)寶石光纖高溫傳感器9接收高溫爐2發(fā)出的紅外輻射信號(hào)，通過(guò)Y型光纖分束器3分別傳輸至第一濾光片4和第二濾光片5，再分別經(jīng)第一光電探測(cè)器6、第二光電探測(cè)器8傳輸至示波器7，通過(guò)測(cè)量示波器7中對(duì)應(yīng)的兩個(gè)波長(zhǎng)下的電壓信號(hào)的比值，得出紅外輻射型藍(lán)寶石光纖高溫傳感器9所處的環(huán)境溫度信息。

進(jìn)一步地，所述第一濾光片4的波長(zhǎng)范圍在0.8μm～1.2μm，第二濾光片5的波長(zhǎng)范圍在0.8μm～1.2μm，并且第一濾光片4的波長(zhǎng)和第二濾光片5的波長(zhǎng)之差在0.1μm～0.2μm之間。

進(jìn)一步優(yōu)選為，所述第一濾光片4的波長(zhǎng)為950nm，第二濾光片5的波長(zhǎng)為800nm。

進(jìn)一步地，所述Y型光纖分束器3通過(guò)SMA-SMA法蘭和紅外輻射型藍(lán)寶石光纖高溫傳感器9相連。