專利名稱：一種便攜式比色光纖測溫系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種測量系統(tǒng)，特別是涉及一種測溫系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光纖測溫是一種新型非接觸式測溫技術(shù)，具有抗電磁干擾、耐腐蝕、耐高溫以及光路可彎曲等優(yōu)點(diǎn)，近年來得到廣泛應(yīng)用。光纖測溫的理論依據(jù)是物體溫度與發(fā)光波長具有 對(duì)應(yīng)關(guān)系。比色光纖測溫是采用兩套光纖探頭和濾光片得到兩路波長數(shù)據(jù)，其理論依據(jù)是溫度值與這兩路波長的比值具有對(duì)應(yīng)關(guān)系，而且此關(guān)系式幾乎不受環(huán)境影響，因而精度更高。光纖測溫技術(shù)解決了許多熱電偶等常規(guī)測溫?zé)o法解決的問題，尤其在高溫領(lǐng)域顯示了強(qiáng)大的優(yōu)勢。比如，在燃?xì)廨啓C(jī)溫度檢測中，針對(duì)其內(nèi)部工作環(huán)境惡劣等特點(diǎn)，傳統(tǒng)的方法是用熱電偶測量排氣溫度，然后用經(jīng)驗(yàn)公式間接推算出燃?xì)鉁囟?。針?duì)高速噴射燃?xì)膺@一特殊條件，采用石英光纖傳輸媒介和比色法測溫還可以克服一般輻射測溫的不足。目前比色光纖測溫的主要問題是設(shè)備價(jià)格昂貴，已有的光纖測溫儀大多數(shù)使用DSP處理器，成本高，難以在中小鑄造企業(yè)推廣，比如采用美國IO公司研制的光纖探頭的10-610系列比色高溫儀價(jià)格萬元以上，在小型鑄造企業(yè)不易推廣。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種成本低、并且測量可靠，體積小便攜式的比色光纖測溫系統(tǒng)。本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為一種便攜式比色光纖測溫系統(tǒng)，其特征在于包括接收鑄造爐發(fā)出的紅外光波的光纖探頭及其后連接的光纖，光纖的輸出端經(jīng)過分光器件形成兩束不同波長的紅外光，該兩束不同波長的紅外光經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換器件后產(chǎn)生兩路電信號(hào)，該兩路電信號(hào)經(jīng)過信號(hào)放大電路以及A/D轉(zhuǎn)換電路后送入單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算。優(yōu)選地，所述分光器件為雙色調(diào)制盤。為了便于計(jì)算和通信，還包括一主機(jī)和無線模塊，所述單片機(jī)系統(tǒng)可通過無線模塊將數(shù)據(jù)傳輸至該主機(jī)。為了便于使用者使用，所述主機(jī)還連接有蜂鳴器、LED和IXD。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于本實(shí)用新型的比色光纖高溫儀基于單片機(jī)處理器，具有價(jià)格低、體積小、響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此在中小鑄造企業(yè)等具有很好的推廣應(yīng)用空間。

圖I為本實(shí)用新型便攜式比色光纖測溫系統(tǒng)的系統(tǒng)框架示意圖。圖2為本實(shí)用新型測溫系統(tǒng)中無線通信的示意圖，圖2a為發(fā)射端的示意圖，圖2b為接收端的示意圖。[0011]圖3為本實(shí)用新型的測溫系統(tǒng)的無線模塊的引腳電路圖。圖4為本實(shí)用新型的測溫系統(tǒng)的單片機(jī)接口電路圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。比色光纖測溫的原理，如下所述，由普朗克公式可知Mxj-I)^1(OΜλ,τ是絕對(duì)黑體發(fā)射出的光譜輻射通量密度，C1 = 3.7415 x 10_16Wm2、C2 =1043879 X 10_2，分別是普朗克第一、二輻射常量，λ是黑體的輻射波長，T是黑體的熱力學(xué)溫度。被測物體一般為非黑體，設(shè)&和~2分別為入1和λ 2波長范圍內(nèi)的平均發(fā)射率，則
和為實(shí)際物體單色光譜的輻射亮度。若利用不同波長的濾光片，取出同一物體發(fā)射的兩個(gè)不同波段的輻射，當(dāng)所選擇的兩波段ε值相近時(shí)可近似認(rèn)為。比色光纖測溫，就是利用不同波長信號(hào)的兩路電壓的比值與溫度的單值關(guān)系來確定物體溫度的，不同波長信號(hào)的兩路電壓信號(hào)V1和V2可通過硅光電池采集輻射信號(hào)經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后得至IJ，可分別表示為V1 = U1M .^t,V2 = U2Mλ Τ(2)其中a i和α 2是光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的傳輸?shù)南禂?shù)，由光電轉(zhuǎn)換器件例如光電探測器，放大電路以及分光器件等因素決定共同。由式(I)和式(2)得
V OL C Ta, Y-L=—L.—L. -L .e
V2 O1 C2 UJ⑴
/ \ 5令K=·^··^·,β=€2(λι-λ2)，則有
a 2 C2 Iv JWT = β ln(^)(4)由式⑷可知兩路電壓信號(hào)的比值V2Z^V1隨溫度T的變化而變化，而且是單調(diào)函數(shù)，可通過計(jì)算電壓比換算出物體的實(shí)際溫度，這就是本實(shí)用新型計(jì)算溫度的原理。本實(shí)用新型的便攜式比色光纖測溫系統(tǒng)，包括采集鑄造爐發(fā)出的紅外光波的光纖探頭以及光纖，光纖中的光經(jīng)過分光鏡、濾波片或是棱鏡等分光器件分光之后，經(jīng)過調(diào)制得到兩個(gè)不同波長的紅外光。如圖I所示，此時(shí)，兩個(gè)波長的紅外光經(jīng)過光電探測器產(chǎn)生兩路電信號(hào)，由于電信號(hào)比較微弱，在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換之前還必須先經(jīng)過信號(hào)調(diào)制、放大處理。經(jīng)過調(diào)制的兩路信號(hào)送入A/D轉(zhuǎn)換電路以及單片機(jī)進(jìn)行軟件濾波和比較，然后通過單片機(jī)計(jì)算出溫度的大小，通過無線模塊將溫度數(shù)據(jù)發(fā)送至主機(jī)，主機(jī)接收到溫度信號(hào)后進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度判斷，也可以直接將A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過無線模塊直接發(fā)送至主機(jī)，然后由主機(jī)進(jìn)行溫度的計(jì)算和監(jiān)控判斷。并且該主機(jī)還可以連接蜂鳴器等裝置對(duì)異常情況進(jìn)行報(bào)警，如圖2b所示。該主機(jī)以及單片機(jī)都可以連接LED用于顯示運(yùn)行狀態(tài)，該主機(jī)還可連接IXD用于顯示測得的溫度。本實(shí)用新型中的光電探測器選用硅光電池，而分光器件可采用雙色調(diào)制盤。雙色調(diào)制盤在電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)下交替接收來自光纖探頭的輻射，產(chǎn)生兩種不同的光信號(hào)。由于兩個(gè)波長的測量是分時(shí)的，所以信號(hào)處理的響應(yīng)時(shí)間要長一些。這對(duì)于溫度或運(yùn)動(dòng)變化較快的高溫物體而言測量誤差較大，但對(duì)于鑄造爐測溫而言幾乎不存在此問題。硬件電路主要包括發(fā)射端和接收端兩部分，其中單片機(jī)選用宏晶公司的STC12C5608AD型單片機(jī)，為方便設(shè)計(jì)無線發(fā)送選用集成化模塊。硬件電路結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中圖2a為發(fā)射端的模塊示意圖，圖2b為接收端的模塊示意圖。無線模塊引腳分布如圖3所示，及其與單片機(jī)的接口電路如圖4所示。由于比色光纖法測溫需用到兩路AD采樣，所以設(shè)計(jì)了 2個(gè)A/D采樣引腳ADl和AD2，分別為單片機(jī)的Pl. O和Pl. I引腳。本實(shí)用新型的測溫方法，跟熱電偶直接測量相比較，考慮到鑄造爐測溫的實(shí)際需要，主要在1500°C以上測試驗(yàn)證。結(jié)果表明1500 1600°C測溫區(qū)間的誤差幅度為I 5°C，1600 1700°C測溫區(qū)間的誤差幅度為2 8°C，滿足鑄造爐測溫的一般要求。本實(shí)用新型的比色光纖高溫儀基于單片機(jī)處理器，具有價(jià)格低、體積小、響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此在中小鑄造企業(yè)等具有很好的推廣應(yīng)用空間。除上述實(shí)施例外，本實(shí)用新型還包括有其他實(shí)施方式，凡采用等同變換或者等效替換方式形成的技術(shù)方案，均應(yīng)落入本實(shí)用新型權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種便攜式比色光纖測溫系統(tǒng)，其特征在于包括接收鑄造爐發(fā)出的紅外光波的光纖探頭及其后連接的光纖，光纖的輸出端經(jīng)過分光器件形成兩束不同波長的紅外光，該兩束不同波長的紅外光經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換器件后產(chǎn)生兩路電信號(hào)，該兩路電信號(hào)經(jīng)過信號(hào)放大電路以及A/D轉(zhuǎn)換電路后送入單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算。
2.如權(quán)利要求I所述的便攜式比色光纖測溫系統(tǒng)，其特征在于所述分光器件為雙色調(diào)制盤。
3.如權(quán)利要求I所述的便攜式比色光纖測溫系統(tǒng)，其特征在于還包括一主機(jī)和無線模塊，所述單片機(jī)系統(tǒng)可通過無線模塊將數(shù)據(jù)傳輸至該主機(jī)。
4.如權(quán)利要求3所述的便攜式比色光纖測溫系統(tǒng)，其特征在于所述主機(jī)還連接有蜂鳴器、LED和LCD。
專利摘要一種便攜式比色光纖測溫系統(tǒng)，包括接收鑄造爐發(fā)出的紅外光波的光纖探頭及其后連接的光纖，光纖的輸出端經(jīng)過分光器件形成兩束不同波長的紅外光，該兩束不同波長的紅外光經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換器件后產(chǎn)生兩路電信號(hào)，該兩路電信號(hào)經(jīng)過信號(hào)放大電路以及A/D轉(zhuǎn)換電路后送入單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算。本實(shí)用新型的比色光纖高溫儀基于單片機(jī)處理器，具有價(jià)格低、體積小、響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此在中小鑄造企業(yè)等具有很好的推廣應(yīng)用空間。
文檔編號(hào)G01K11/32GK202393530SQ2011205327
公開日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2011年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月19日
發(fā)明者劉玉良, 林恩靈 申請(qǐng)人:浙江海洋學(xué)院