專(zhuān)利名稱：一種光纖束雙色溫度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬輻射式高溫計(jì)測(cè)溫儀表。
帶光電轉(zhuǎn)換的輻射測(cè)溫儀在原理上分為兩大類(lèi)，即亮度法和比色法。后者的優(yōu)點(diǎn)可將被測(cè)物體發(fā)射率的影響、中間介質(zhì)如煙霧水蒸汽的影響以及雜散光的影響減至最低程度，因而具有較高的準(zhǔn)確度。在結(jié)構(gòu)上傳統(tǒng)的光電輻射測(cè)溫儀均離不了光學(xué)聚焦系統(tǒng)，本世紀(jì)八十年代初，開(kāi)始用光導(dǎo)纖維束取代原光學(xué)系統(tǒng)作輻射溫度的傳感元件。其優(yōu)點(diǎn)是①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；②實(shí)現(xiàn)了近距離(5～50mm)測(cè)溫，提高了測(cè)溫的可靠性；③可實(shí)現(xiàn)微區(qū)局部表面溫度測(cè)量。
傳統(tǒng)的比色溫度傳感器采用光學(xué)鏡頭，通過(guò)遠(yuǎn)距離聚焦的方法，將溫度輻射信號(hào)傳至光電轉(zhuǎn)換元件，體積大，笨重，成本高，使用也不方便。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種采用光導(dǎo)纖維束作為溫度傳感元件的比色溫度傳感器的新設(shè)計(jì)，以解決上述問(wèn)題。
本實(shí)用新型的核心為如

圖1所示的光導(dǎo)纖維光電雙色調(diào)制系統(tǒng)，它是由下述各部組成在冂字型支架上安裝有光導(dǎo)纖維束及Si光電轉(zhuǎn)換元件，通過(guò)同軸的孔(光欄)將光導(dǎo)纖維檢測(cè)到的溫度信號(hào)(熱輻射線)傳輸?shù)絊i光電轉(zhuǎn)換元件，變成電信號(hào)輸出；為了實(shí)現(xiàn)比色法測(cè)溫，在冂字型支架空隙中安裝了由直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的雙色濾光片，它只允許0.84及1.05μm的單色光通過(guò)，當(dāng)光導(dǎo)纖維傳來(lái)的全波熱輻射線(包括可見(jiàn)光在內(nèi))通過(guò)濾光片后，只剩下0.84及1.05μm的近紅外光透過(guò)；由于電機(jī)以3000轉(zhuǎn)／分的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，將兩束紅外信號(hào)對(duì)Si光電元件進(jìn)行掃描，于是Si光電元件輸出兩條輻度不同、相位相差180°的正弦波，經(jīng)過(guò)電路處理，即可實(shí)現(xiàn)比色法測(cè)溫。
采用圖1結(jié)構(gòu)具有如下特點(diǎn)1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高光導(dǎo)纖維束和Si光電轉(zhuǎn)換元件安裝在同一冂字型支架上，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單甚易保證制造精度，只要光纖束、濾光片和Si光電轉(zhuǎn)換元件各自保證具有互換性，則在批量生產(chǎn)中可保證本傳感器有良好的復(fù)現(xiàn)性和工作的可靠性；2)光能損失小、傳光效率高由于采用了本結(jié)構(gòu)，可將光纖束出口端面與Si光電轉(zhuǎn)換元件之間的距離縮至最短，這樣即使溫度很低也可獲得足夠高的信號(hào)，采用本發(fā)明結(jié)構(gòu)可將Si光電元件測(cè)溫下限降至600℃左右，效果顯著；3)采用了更合理的溫度補(bǔ)償
Si光電轉(zhuǎn)換元件的光電轉(zhuǎn)換特性會(huì)受環(huán)境溫度的改變而變化，造成誤差。其工作環(huán)境溫度的改變來(lái)自兩個(gè)方面，其一是傳感器工作現(xiàn)場(chǎng)的溫度(包括天氣變化在內(nèi))，其二是電機(jī)發(fā)熱。本結(jié)構(gòu)將溫度補(bǔ)償元件(熱敏電阻)與Si光電轉(zhuǎn)換元件組裝在同一金屬支架上，彼此互相靠近成為一個(gè)整體(見(jiàn)圖1)，保證了兩者具有相同的溫度，以求得到最良好的補(bǔ)償。本發(fā)明采用了不發(fā)熱的高質(zhì)量直流電機(jī)，免除了由此而產(chǎn)生的溫度影響，另外直流電機(jī)還具有體積小、低噪聲及成本低，以及提高了傳感器的內(nèi)部抗干擾能力等優(yōu)點(diǎn)。由直流電機(jī)帶動(dòng)雙色濾光片旋轉(zhuǎn)進(jìn)行雙波長(zhǎng)光電掃描，具有縱向游隙小、掃描穩(wěn)定的特點(diǎn)。
由上述可見(jiàn)，本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、影響因素少抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。
采用本傳感器研制出來(lái)的GFB－01型光導(dǎo)式輻射比高精度測(cè)溫儀經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)考核證明①測(cè)溫范圍廣，600～1300℃；特殊要求還可增寬②精度高，±0.5％；特殊要求±0.3％③抗干擾能力強(qiáng)，能在強(qiáng)大的高中頻電磁場(chǎng)下穩(wěn)定地測(cè)量感應(yīng)加熱溫度④所測(cè)溫度基本上不受被測(cè)物體發(fā)射率的影響，勿需用黑度系數(shù)來(lái)修正，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)煙霧水蒸汽的影響甚微，一般不超過(guò)±1℃，對(duì)雜散光的影響不敏感
⑤環(huán)境溫度20±10℃范圍內(nèi)對(duì)測(cè)量精度無(wú)影響，每超過(guò)10℃，可能產(chǎn)生的附加誤差＜±0.5％。
⑤光導(dǎo)纖維束的直徑φ1.5～φ2.0mm由上所述本實(shí)用新型具有相當(dāng)良好的技術(shù)特性，采用本實(shí)用新型后可以研制出測(cè)溫范圍寬、精度高、穩(wěn)定性和可靠性好的性能優(yōu)異的光纖紅外比色測(cè)溫儀，可廣泛用于鍛造、軋制、熔煉、鑄造、焊接及熱處理等熱加工行業(yè)，由于光纖束直徑小特別適用于高中頻感應(yīng)加熱快速溫度的測(cè)量。
圖1為光纖維光電雙色調(diào)制系統(tǒng)原理圖。圖中〔1〕直流電機(jī)，〔2〕Si光電轉(zhuǎn)換元件，〔3〕熱敏電阻，〔4〕雙色濾光片，〔5〕光纖束，〔6〕冂字型支架。
權(quán)利要求1.一種光纖束雙色溫度傳感器，包括直流電機(jī)，Si光電轉(zhuǎn)換元件，熱敏電阻和光纖束，其特征在于冂字型支架[6]上安裝有光導(dǎo)纖維束[5]和Si光電轉(zhuǎn)換元件[2]和熱敏電阻[3]，支架的空隙中安裝了由直徑電機(jī)驅(qū)動(dòng)的雙色濾光片[4]，濾光片上開(kāi)有與光纖束同軸的孔，濾光片選擇0.84μm和1.05μm的單色光透過(guò)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型系光電比色測(cè)溫儀中光電調(diào)制部分。采用了Ф1.5～2mm小直徑光導(dǎo)纖維束作輻射溫度傳感元件，進(jìn)出口鏡面特制了自聚焦鏡片以傳輸信號(hào)。把光電轉(zhuǎn)換Si元件與熱敏電阻裝配成一整體，以自動(dòng)補(bǔ)償環(huán)境溫度對(duì)Si元件特性的影響。采用特殊膜系制成的0.84/1.05μm雙色高性能濾光片。采用直流電機(jī)作光電調(diào)制器的動(dòng)力。因而本實(shí)用新型的溫度傳感器較其它同類(lèi)產(chǎn)品具有更高的技術(shù)性能。
文檔編號(hào)G01J5/10GK2036664SQ8820818
公開(kāi)日1989年4月26日 申請(qǐng)日期1988年7月5日 優(yōu)先權(quán)日1988年7月5日
發(fā)明者劉志儒 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)