專利名稱：內(nèi)調(diào)制光纖比色溫度儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種輻射溫度儀，尤其是惡劣環(huán)境下的在線測(cè)溫裝置。
溫度是冶金、建材、化工等許多行業(yè)確保生產(chǎn)順利進(jìn)行和質(zhì)量控制的重要參數(shù)，因此國(guó)內(nèi)外都投入大量力量研究和改進(jìn)測(cè)溫技術(shù)，其中輻射溫度儀是主要的測(cè)溫儀表之一。輻射溫度儀的品種很多，分為常規(guī)輻射溫度儀和比色輻射溫度儀，其中，比色光纖輻射溫度儀具有抗電磁干擾、撓性好、耐腐蝕、遠(yuǎn)距離傳輸、適合環(huán)境溫度高等優(yōu)點(diǎn)，是今后輻射溫度儀的發(fā)展方向。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有全輻射、單色和雙色光纖傳送式輻射溫度儀，但在使用中均存在以下主要問題1.采用單根光纖傳送的產(chǎn)品輻射能量很小，光電信號(hào)弱，后級(jí)電路處理存在小信號(hào)直流放大的難題，這種直流放大造成測(cè)試系統(tǒng)信噪比低和可靠性差。2.若在光的傳輸通道上加機(jī)械斬波器，雖可以提高測(cè)試系統(tǒng)的信噪比，但設(shè)備復(fù)雜，使用壽命短，不適宜長(zhǎng)期在線檢測(cè)。3.采用多股光纖雖能增加傳輸?shù)妮椛淠芰?，減輕光電轉(zhuǎn)換和線路處理的壓力，但由于技術(shù)和價(jià)格上的原因，多股光纖長(zhǎng)度一般不能超過10米，喪失了光纖長(zhǎng)距離傳送的優(yōu)點(diǎn)。4.由于實(shí)際應(yīng)用環(huán)境一般都較惡劣，如測(cè)溫點(diǎn)環(huán)境溫度高，光路上存在大量的水蒸氣、煙霧、粉塵等，再加上現(xiàn)有測(cè)溫儀結(jié)構(gòu)上的缺陷，這種環(huán)境一方面對(duì)測(cè)溫儀本身的壽命有極大影響，同時(shí)在線測(cè)量時(shí)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和可靠性也較差。
本實(shí)用新型是提供一種光纖比色溫度儀，它能在惡劣環(huán)境下，通過單根長(zhǎng)光纖將鏡頭在現(xiàn)場(chǎng)采集的微弱光信號(hào)傳送至控制室，由內(nèi)調(diào)制技術(shù)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)在線測(cè)溫的目的。
為了解決上述任務(wù)，本實(shí)用新型的解決方案是一種內(nèi)調(diào)制光纖比色溫度儀，包括光學(xué)聚焦鏡、單根長(zhǎng)光纖、分叉光纖、干涉濾色片、內(nèi)調(diào)制光敏管、厚膜電路、模擬電路、單片機(jī)和顯示器等部分。利用光學(xué)聚焦鏡采集待測(cè)體的輻射光，通過單根長(zhǎng)光纖傳至控制室，并將該輻射光分作二路傳送至光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，經(jīng)過濾色后，再由內(nèi)調(diào)制光敏管進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和后級(jí)信號(hào)處理，經(jīng)單片機(jī)較正后顯示所測(cè)溫度。
以上所述的干涉濾色片的選擇基于二個(gè)條件，一是盡可能選擇在光敏管響應(yīng)度高的光譜范圍內(nèi)，二是對(duì)溫度有足夠分辯率的情況下，使兩個(gè)干涉濾色片的中心波長(zhǎng)盡可能彼此靠近，具體說就是兩干涉濾色片的波長(zhǎng)范圍分別為0.5-1.0μm之內(nèi)。
以上所述的光纖為多模單根長(zhǎng)光纖，直徑最好是200-500μM。該光纖經(jīng)分叉后將一路光分成二路光，分叉方法可采用熔接分叉或機(jī)械對(duì)接分叉，其中以機(jī)械對(duì)接分叉為最佳。分叉光纖輸入端面直徑以0.5-1.1mm為宜，對(duì)接端面間距在2-5mm。
以上所述內(nèi)調(diào)制光敏管是專利ZL89100562.5所公開的內(nèi)調(diào)制光敏管，它能將光信號(hào)直接轉(zhuǎn)換為交流電信號(hào)，克服了直流放大的缺點(diǎn)，為提高探測(cè)系統(tǒng)的信噪比和可靠性奠定了基礎(chǔ)。
以上所述厚膜電路是一個(gè)I-V轉(zhuǎn)換電路，能將輸入電流轉(zhuǎn)換成電壓，轉(zhuǎn)換電路的I-V轉(zhuǎn)換系數(shù)應(yīng)盡可能高。
以上所述模擬電路包括放大和檢波兩部分，為有效減少噪聲干擾，我們通過選擇低噪聲運(yùn)算放大器，并采用高通、低通和同步檢波等處理措施，提高儀器的性能。
由于上述方案中采用了單根長(zhǎng)光纖，因此，使光信號(hào)的采集和傳送能夠在惡劣的環(huán)境下進(jìn)行。特別是利用內(nèi)調(diào)制光敏管對(duì)微光信號(hào)的良好響應(yīng)，通過信號(hào)的后處理和對(duì)環(huán)境介質(zhì)的校正，達(dá)到惡劣環(huán)境下在線測(cè)溫的目的。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)圖。
在圖1所示結(jié)構(gòu)圖中，1為待測(cè)體，2為測(cè)試孔，3為光學(xué)鏡頭，4為光纖，5為光纖分叉裝置，6，6’分別為兩支分叉光纖、7，7’為兩個(gè)光路上的干涉濾色片，8，8’為兩路內(nèi)調(diào)制光敏管，9，9’為兩路厚模電路，10，10’為兩路模擬電路，11為單片機(jī)，12為顯示器。
實(shí)施例1如圖1所示的內(nèi)調(diào)制光纖比色溫度儀將待測(cè)體1所發(fā)出的輻射光經(jīng)測(cè)試孔2被光學(xué)鏡頭3采集，經(jīng)200μm直徑的光纖4傳送至控制室，光纖4所傳送的光信號(hào)在機(jī)械分叉裝置5中分成二路，其分叉光纖輸入端面直徑為0.5mm，對(duì)接端面間距為2mm，分別送入測(cè)溫儀的兩路處理系統(tǒng)，經(jīng)兩路中心波長(zhǎng)為0.5μm和0.8μm的干涉濾色片7，7’分別濾色后，被兩路內(nèi)調(diào)制光敏管8，8’轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)厚模電路9，9’和模擬電路10，10’進(jìn)行信號(hào)處理，由單片機(jī)11對(duì)信號(hào)進(jìn)行溫度的轉(zhuǎn)換和介質(zhì)透過率的較正，并最終在顯示器12上顯示出來。該測(cè)溫儀的測(cè)溫范圍為1400-1800℃，誤差小于1％。
實(shí)施例2與實(shí)施例1不同的是所用光纖直徑為400μm，分叉光纖輸入端面直徑為0.8mm，對(duì)接端面間距為3mm，兩路干涉濾色片的中心波長(zhǎng)分別為0.7μm和0.8μm。該測(cè)溫儀的測(cè)溫范圍為1200-1600℃，誤差小于1％。
實(shí)施例3與實(shí)施例1不同的是所用光纖直徑為500μm，分叉光纖輸入端面直徑為1.1mm，對(duì)接端面間距為5mm，兩路干涉濾色片的中心波長(zhǎng)分別為0.8μm和0.9μm。該測(cè)溫儀的測(cè)溫范圍為800-1200℃，誤差小于1％。
權(quán)利要求1.一種內(nèi)調(diào)制光纖比色溫度儀，包括光學(xué)鏡頭(3)、單片機(jī)(11)、顯示器(12)，其特征在于它還包括長(zhǎng)距離單根光纖(4)、機(jī)械對(duì)接頭(5)、分叉光纖(6，6’)、干涉濾色片(7，7’)、內(nèi)調(diào)制光敏管(8，8’)、厚模電路(9，9’)、模擬電路(10，10’)，它利用光學(xué)鏡頭采集待測(cè)體的輻射光，通過單根長(zhǎng)光纖傳至控制室，再將該輻射光分作二路傳送至光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，經(jīng)過濾色后，再由內(nèi)調(diào)制光敏管進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，并經(jīng)厚模電路、模擬電路處理，由單片機(jī)較正后顯示所測(cè)溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度儀，其特征在于所述的長(zhǎng)距離單根光纖的直徑為200-500μm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度儀，其特征在于所述的長(zhǎng)距離分叉光纖是機(jī)械對(duì)接分叉。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溫度儀，其特征在于所述的機(jī)械分叉裝置中光纖輸入端面直徑為0.5-1.1mm，對(duì)接端面間距為2-5mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度儀，其特征在于所述的干涉濾色片的波長(zhǎng)范圍為0.5-1.0μm。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種光纖比色溫度儀,包括光學(xué)聚焦鏡、長(zhǎng)距離單根光纖、分叉光纖、干涉濾色片、厚模電路、模擬電路、內(nèi)調(diào)制光敏管、單片機(jī)、顯示器等部分,它能在惡劣環(huán)境下,通過單根光纖將鏡頭在現(xiàn)場(chǎng)采集的微弱光信號(hào)傳送至控制室,由內(nèi)調(diào)制技術(shù)轉(zhuǎn)換成電信號(hào),實(shí)現(xiàn)在線測(cè)溫的目的,尤其適合在惡劣環(huán)境下的在線測(cè)溫需要。
文檔編號(hào)G01J5/60GK2387524SQ99237958
公開日2000年7月12日 申請(qǐng)日期1999年6月23日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月23日
發(fā)明者何民才, 李午 申請(qǐng)人:武漢大學(xué), 武漢鋼鐵集團(tuán)自動(dòng)化有限責(zé)任公司